JP2018084489A - 三次元形状計測装置、塗装装置、三次元形状計測装置における反射部材の調整方法及び、三次元形状計測装置における反射部材の角度調整支援方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コスト低減を図ることが可能な三次元形状計測装置、塗装装置を提供する。【解決手段】三次元形状計測装置２０は、回転しながら被塗物４０に向けて放射状に検知光Ｌを発するとともに被塗物４０で反射した検知光Ｌを受光することで被塗物４０での距離を検出するレンジセンサ２１と、検知光Ｌを、レンジセンサ２１と被塗物４０との間で反射させる反射部材３１，３２とを備えている。被塗物４０のうちレンジセンサ２１から視て死角となる領域Ｂ１〜Ｂ３には、反射部材３１，３２で反射した検知光Ｌが当たり、被塗物４０で反射した検知光Ｌは、反射部材３１、３２で反射してレンジセンサ２１で受光され、死角となる領域Ｂ１〜Ｂ３の距離の検出を反射部材３１，３２によって行う。【選択図】図４

Description

本発明は、三次元形状計測装置、塗装装置、三次元形状計測装置における反射部材の調整方法及び、三次元形状計測装置における反射部材の角度調整支援方法に関するものである。

特許文献１には、回転しながら被計測物に向けて径方向へ検知光を発するとともに被計測物からの反射光を受光することで被計測物までの距離を演算するスキャニング型レンジセンサを用いることにより、被計測物の三次元形状を計測する技術が開示されている。

特許第３９０８２２６号公報

被計測物の被計測面の凹凸が小さい場合や被計測面にオーバーハング状の段差や突起が存在しない場合は、１つのスキャニング型レンジセンサを被計測面と対向するように配置すればよい。しかし、被計測面が大きな凹凸やオーバーハング状の段差、突起等を有する場合、１つのスキャニング型レンジセンサだけでは検知光の届かない死角が存在することになるため、複数のスキャニング型レンジセンサを配置しなければならない。ところが、スキャニング型レンジセンサは高価であるため、複数のスキャニング型レンジセンサを配置すると、設備コストが高くなる。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、コスト低減を図ることを目的とする。

第１の発明の三次元形状計測装置は、
回転しながら被計測物に向けて放射状に検知光を発するとともに前記被計測物で反射した前記検知光を受光することで前記被計測物までの距離を検出するレンジセンサと、
前記検知光を、前記レンジセンサと前記被計測物との間で反射させる反射部材とを備えているところに特徴を有する。

第２の発明の塗装装置は、
第１の発明の三次元形状計測装置と、
前記被計測物に対して相対移動しながら前記被計測物に塗料を塗布する塗装ガンとを備えているところに特徴を有する。

第３の発明の三次元形状計測装置における反射部材の調整方法は、
第１の発明の三次元形状計測装置において、
前記レンジセンサから放射状に発せられる前記検知光の二次元軌跡上に直線棒状の基準部材を設置し、
前記レンジセンサから発せられて前記反射部材で反射した前記検知光によって前記被計測物の距離を検出できるように、前記反射部材の向きを調整することを特徴とする。

第４の発明の三次元形状計測装置における反射部材の角度調整支援方法は、
第１の発明の三次元形状計測装置において、
前記反射部材を、その反射面上に設定した傾動軸を中心に傾動し得るように支持し、
前記レンジセンサから前記傾動軸に向かう投光経路と平行な基準面を、前記レンジセンサ及び前記反射面に臨むように設け、
前記レンジセンサから前記投光経路上に検知光を発することにより、前記レンジセンサから前記反射面を経て前記基準面に至る計測経路の距離を検出し、
前記計測経路の検出値が、前記反射部材の角度に応じて演算された演算値と合致するように、前記反射部材の角度を調整することを特徴とする。

第１の発明の三次元形状計測装置によれば、レンジセンサと被計測物をレンジセンサの回転中心軸と平行に相対移動させながら、レンジセンサで被計測物までの距離を検出することにより、被計測物の三次元形状を計測することができる。被計測物のうちレンジセンサから視て死角となる領域には、反射部材で反射した検知光が当たり、被計測物で反射した検知光は、再び反射部材で反射してレンジセンサで受光される。死角となる領域の距離の検出を反射部材によって行うので、レンジセンサの設置数を減らして、コストを低減することができる。

第２の発明の塗装装置によれば、レンジセンサで計測した被計測物の三次元形状の計測データは、塗装ガンの塗装時の移動軌跡をティーチングする手段や、そのティーチングを補佐する手段として用いることができる。

第３の発明の三次元形状計測装置における反射部材の調整方法によれば、反射部材を、レンジセンサから放射状に発せられる検知光の二次元軌跡に対して直角な向きに調整することができる。これにより、被計測物の三次元形状を高い精度で計測することができる。

第４の発明の三次元形状計測装置における反射部材の角度調整支援方法によれば、反射部材の角度を設定する際には、反射部材の角度を変化させながら、計測経路の距離を検出すると同時に、計測経路の検出値と演算値とを比較する。反射部材の角度が所定角度に至ると、計測経路の検出値が演算値と合致する。この方法よれば、反射部材の角度設定を簡単に行うことができる。

本願発明の塗装装置及び三次元形状計測装置の正面図 塗装装置の側面図 第１被計測物においてレンジセンサの死角とならない領域の三次元形状を計測している状態をあわらす概略側面図 第１被計測物においてレンジセンサの死角とる領域の三次元形状を計測している状態をあわらす概略側面図 第２被計測物においてレンジセンサの死角とならない領域の三次元形状を計測している状態をあわらす概略側面図 第２被計測物においてレンジセンサの死角とる領域の三次元形状を計測している状態をあわらす概略側面図 上側反射部材の向きを調整している状態をあらわす概略平面図 制御装置及び塗装装置の構成をあらわすブロック図 制御装置の動作をあらわすフローチャート 下側反射部材の角度を調整している状態をあらわす概略側面図

第１の発明は、前記反射部材が、前記レンジセンサと、前記被計測物における前記レンジセンサの死角領域とに面するように配されていてもよい。この構成によれば、レンジセンサと被計測物との間における検知光の往復を、１つの反射部材だけで行わせることができる。

第１の発明は、前記被計測物を、前記レンジセンサの回転中心軸と平行に搬送するコンベアを備えていてもよい。レンジセンサからの検知光は放射状に発せられるため、レンジセンサと反射部材を移動させながら被計測物までの距離を検出した場合、移動時にレンジセンサが振動することが原因となって検出誤差が大きくなることが懸念される。しかし、本発明では、被計測物を移動させるので、レンジセンサと反射部材を固定しておくことができる。これにより、レンジセンサが振動することに起因する検出誤差を回避できるので、被計測物の形状の計測精度が向上する。

第２の発明は、形状の異なる複数種類の前記被計測物に関する三次元の形状データと、前記複数種類の被計測物と対応する複数の制御用データとを記憶し、前記制御用データに基づいて前記塗装ガンの動きを制御する制御装置を備えていてもよい。この構成によれば、塗装対象である被計測物の三次元形状の計測結果と、記憶されている形状データとを比較して、塗装対象である被計測物の種類を特定し、その特定した被計測物に適合する制御用データに基づいて塗装ガンを移動させることにより、良好な塗装を実行することができる。

第２の発明は、前記被計測物の三次元の形状データを記憶し、塗装対象である前記被計測物の三次元形状の計測結果が、記憶されている前記形状データに適合しない場合は、前記塗装ガンによる塗装を停止する塗装停止装置を備えていてもよい。この構成によれば、被計測物が傾く等の不正な形態となっている場合は塗装が停止するので、塗装不良を防止できる。

＜実施例１＞
以下、本発明を具体化した実施例１を図１〜図９を参照して説明する。尚、以下の説明において、前後の方向については、図２〜７における左方を前方と定義する。上下の方向については、図１〜６にあらわれる向きを、そのまま上方、下方と定義する。左右の方向については、図１にあらわれる向きを、そのまま左方、右方と定義する。

本実施例１の塗装装置１０は、図１，２，８に示すように、コンベア１２と、塗装ガン１３と、レシプロケータ１４と、三次元形状計測装置２０と、制御装置３４（請求項に記載の塗装停止装置）とを備えて構成されている。コンベア１２は、塗装ブース１１内において、複数種類の被塗物４０，５０（請求項に記載の被計測物）を所定間隔を空けて吊り下げた状態で右方向へ水平に搬送する。

塗装ガン１３は、塗装ブース１１内に設置されたレシプロケータ１４に取り付けられ、被塗物４０，５０の被塗面４１，５１に向けて塗料を噴出する。本実施例では、被塗面４１，５１は被塗物４０，５０の搬送方向と略平行である。レシプロケータ１４は、塗装ガン１３を被塗物４０，５０の搬送方向と交差する二次元方向（上下方向及び前後方向）に移動させる。

＜三次元形状計測装置２０＞
三次元形状計測装置２０は、塗装ブース１１におけるレシプロケータ１４及び塗装ガン１３よりも左方（被塗物４０，５０の搬送方向における上流側）に配されている。三次元形状計測装置２０は、搬送される被塗物４０，５０の被塗面４１，５１の三次元形状を計測するものである。三次元形状計測装置２０は、１台のレンジセンサ２１と、１つの上側反射部材３１（請求項に記載の反射部材）と、１つの下側反射部材３２（請求項に記載の反射部材）とを備えて構成されている。

レンジセンサ２１は、図８に示すように、モータ２２と、モータ２２によって回転駆動される投受光用ミラー２３と、回転位置検出器２４と、投光器２５と、受光器２６と、受光器２６に接続された距離演算回路２７とを備えて構成されている。モータ２２の回転中心軸２８は左右方向（被塗物４０，５０の搬送方向と平行な方向）を向いている。尚、本実施例では、モータ２２の回転中心軸２８とレンジセンサ２１の回転中心軸２８を同義で用いる。投受光用ミラー２３は、モータ２２の回転中心軸２８に対して４５°の角度で傾いている。回転位置検出器２４は、投受光用ミラー２３の周方向の位置を検出する。

投光器２５は、レーザーやＬＥＤを光源とする検知光Ｌを水平に発する。投光器２５から発せられた検知光Ｌは、回転する投受光用ミラー２３で反射され、レンジセンサ２１の外部へ向けて回転中心軸２８と直交する径方向外方へ放射される。この投受光用ミラー２３で反射した検知光Ｌの放射軌跡を、二次元軌跡２９（図７を参照）と定義する。

レンジセンサ２１外へ放射された検知光Ｌの一部は、直接、被塗物４０，５０の被塗面４１，５１に照射され、被塗面４１，５１で反射した検知光Ｌは、レンジセンサ２１内に入射して被塗面４１，５１で反射した後、受光器２６で受光される。また、レンジセンサ２１外へ放射された検知光Ｌの別の一部は、一旦、反射部材３１，３２で反射した後、被塗物４０，５０の被塗面４１，５１に照射される。この被塗面４１，５１で反射した検知光Ｌは、もう一度、反射部材３１，３２で反射してからレンジセンサ２１内に入射し、被塗面４１，５１で反射した後、受光器２６で受光される。

上述のように、受光器２６は、二次元軌跡２９上を通過してレンジセンサ２１内に入射し、投受光用ミラー２３で反射した検知光Ｌのみを、受光する。距離演算回路２７には、受光器２６で受光した検知光Ｌの位相情報と、回転位置検出器２４からの投受光用ミラー２３の回転位置情報とが入力される。投受光用ミラー２３の回転位置情報は、二次元軌跡２９上における検知光Ｌの放射角度及び入射角度の情報として処理される。

距離演算回路２７では、入力された情報に基づいて演算が行われ、検知光Ｌの二次元軌跡２９上における被塗面４１，５１（被塗物４０，５０）の二次元形状のデータが得られる。さらに、二次元形状のデータと、速度センサ３０（図８を参照）から入力されるコンベア１２の搬送速度（レンジセンサ２１に対する被塗物４０，５０の相対変位速度）の情報とに基づき、被塗面４１，５１の三次元形状が計測される。

上側反射部材３１は、図３〜６に示すように、レンジセンサ２１の上方に配されている。上側反射部材３１の反射面３１Ｒは、被塗物４０，５０の搬送方向と平行な平面であり、且つレンジセンサ２１と被塗面４１，５１と対向するように斜め下後方に面している。上側反射部材３１の上端の位置は、被塗面４１，５１の上端よりも高い位置に配され、上側反射部材３１の下端の位置は、被塗物４０，５０の上端よりも低い位置に配されている。上側反射部材３１の反射面３１Ｒは、二次元軌跡２９上において下方又は斜め下方から入射した検知光Ｌを、斜め下後方又は下方へ反射する。

下側反射部材３２は、図３〜６に示すように、レンジセンサ２１の下方に配されている。下側反射部材３２の反射面３２Ｒは、被塗物４０，５０の搬送方向と平行な平面であり、且つレンジセンサ２１と被塗面４１，５１と対向するように斜め上後方に面している。下側反射部材３２の下端の位置は、被塗面４１，５１の下端よりも低い位置に配され、下側反射部材３２の上端の位置は、被塗物４０，５０の下端よりも高い位置に配されている。下側反射部材３２の反射面３２Ｒは、二次元軌跡２９上において上方又は斜め上方から入射した検知光Ｌを、斜め上後方又は上方へ反射する。

上側反射部材３１の反射面３１Ｒと下側反射部材３２の反射面３２Ｒの向きは、直線棒状をなす基準部材３３を用いて調整される。図７に示すように、基準部材３３は、レンジセンサ２１から放射状に発せられる検知光Ｌの二次元軌跡２９上に設置され、レンジセンサ２１から発せられた検知光Ｌが反射部材３１，３２で反射される。

このとき、反射部材３１，３２が正しい向き（角度）で設置されていて、反射面３１Ｒ，３２Ｒがレンジセンサ２１の回転中心軸２８と平行をなしている場合は、反射面３１Ｒ，３２Ｒが二次元軌跡２９と直交する向きとなるので、反射部材３１，３２で反射した検知光Ｌの軌跡は、二次元軌跡２９と合致する。したがって、被塗面４１，５１で反射した後、再び反射部材３１，３２で反射した検知光Ｌは、レンジセンサ２１の受光器２６で受光される。これにより、距離演算回路２７では、被塗物４０，５０までの距離が計測され、被塗物４０，５０の二次元形状のデータを得ることができる。

しかし、反射部材３１，３２の向きが不正であって、反射面３１Ｒ，３２Ｒがレンジセンサ２１の回転中心軸２８に対して傾いている場合は、図７に破線で示すように、反射部材３１，３２で反射した検知光Ｌの軌跡は、二次元軌跡２９から外れる。二次元軌跡２９から外れた検知光Ｌは、レンジセンサ２１の受光器２６では受光されないので、距離演算回路２７では被塗物４０，５０の二次元形状のデータを得ることができない。この場合は、レンジセンサ２１から検知光Ｌを放射しながら、反射部材３１，３２の向きを変更する。距離演算回路２７で被塗物４０，５０の二次元形状のデータが得られるようになれば、反射部材３１，３２の調整が完了する。

＜制御装置３４＞
制御装置３４は、図８に示すように、記憶部３５と、比較部３６と、制御部３７とを備えて構成されている。記憶部３５は、被塗面４１，５１の形状が異なる複数種類（例えば、４種類）の被塗物４０，５０（他の２種類については、便宜上、図示を省略する）に対して個別に計測して得られた複数の三次元の形状データＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４と、複数の形状データＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４と個別に対応する複数の制御用データＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４とが記憶されている。

三次元の形状データＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４は、三次元形状計測装置２０によって計測されたデータである。制御用データＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は、各形状データＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４と対応する被塗面４１，５１の形状に合わせて塗装ガン１３が上下方向及び前後方向に移動するようにレシプロケータ１４を制御するためのデータである。

比較部３６には、レンジセンサ２１の距離演算回路２７から被塗物４０，５０の三次元形状の計測結果が入力される。比較部３６は、入力された計測結果と、記憶部３５に記憶されている複数の形状データＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４とが合致するか否かを判断する。比較部３６で判断された比較情報は、制御部３７に入力される。制御部３７では、比較部３６から入力された比較情報に基づいて、コンベア１２とレシプロケータ１４と塗装ガン１３の動作を制御する。

＜被塗物４０，５０の三次元形状の計測＞
三次元形状計測装置２０による被塗物４０，５０の形状計測は、レシプロケータ１４と塗装ガン１３のティーチング手段又はティーチング補助手段として行われるとともに、塗装工程で搬送される被塗物４０，５０の種類を特定するための検出手段としても行われる。本実施例では、被塗面４１，５１の形状が異なる第１被塗物４０と第２被塗物５０の形状計測を行う場合について説明する。本実施例では、被塗物４０，５０の外面のうちレンジセンサ２１と対向する表面側の被塗面４１，５１の形状のみを計測する。

図１〜４に示すように、第１被塗物４０は、全体として板面を上下方向に向けた板状をなす。第１被塗物４０の被塗面４１の上端縁部には、前方へリブ状に突出する上部突起４２が形成され、被塗面４１の高さ方向中央部には、前方へリブ状に突出する中央部突起４３が形成され、被塗面４１，５１の下端縁部には、前方へリブ状に突出する下部突起４４が形成されている。

レンジセンサ２１は、中央部の突起よりも少し下方の位置に配置されている。第１被塗物４０の被塗面４１の大部分は、レンジセンサ２１と直接的に対向する直射領域Ｄ１となっているので、この直射領域には、レンジセンサ２１から放射された検知光Ｌが、直接、照射される。この直射領域で反射した検知光Ｌは、直接、レンジセンサ２１で受光される。これにより、直射領域の三次元形状が計測される。

図３，４に示すように、被塗面４１のうち、上部突起４２の上面と中央部突起４３の上面と下部突起４４の下面は、レンジセンサ２１から放射された検知光Ｌが、直接、照射されない死角領域Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３となっている。この点に鑑み、レンジセンサ２１の上方には、レンジセンサ２１と第１被塗物４０に対して斜め上前方から対向する上側反射部材３１が設けられている。上側反射部材３１の反射面３１Ｒに映ったレンジセンサ２１の鏡像Ｍからは、上部突起４２の上面の死角領域Ｂ１と中央部突起４３の上面の死角領域Ｂ２が死角にならない。

したがって、レンジセンサ２１から放射されて上側反射部材３１の反射面３１Ｒで反射した検知光Ｌは、上部突起４２の死角領域Ｂ１と中央部突起４３の死角領域Ｂ２に照射される。そして、上部突起４２の死角領域Ｂ１と中央部突起４３の死角領域Ｂ２で反射した検知光Ｌは、再び上側反射部材３１の反射面３１Ｒで反射し、レンジセンサ２１で受光される。これにより、上部突起４２の死角領域Ｂ１と中央部突起４３の死角領域Ｂ２の三次元形状が計測される。

被塗面４１のうち、下部突起４４の下面も、レンジセンサ２１から放射された検知光Ｌが、直接、照射されない死角領域Ｂ３となっている。この点に鑑み、レンジセンサ２１の下方には、レンジセンサ２１と第１被塗物４０に対して斜め下前方から対向する下側反射部材３２が設けられている。下側反射部材３２の反射面３２Ｒに映ったレンジセンサ２１の鏡像Ｍからは、下部突起４４の下面の死角領域Ｂ３は、死角とはならない。

したがって、レンジセンサ２１から放射されて下側反射部材３２の反射面３２Ｒで反射した検知光Ｌは、下部突起４４の下面の死角領域Ｂ３に照射される。そして、下部突起４４の死角領域Ｂ３で反射した検知光Ｌは、再び下側反射部材３２の反射面３２Ｒで反射し、レンジセンサ２１で受光される。これにより、下部突起４４の死角領域Ｂ３の三次元形状が計測される。

図１，５，６に示すように、第２被塗物５０は、全体として板面を上下方向に向けた板状をなす。第２被塗物５０の上端縁部には、後方へリブ状に突出する上部突起５２が形成されている。第２被塗物５０の被塗面５１の大部分は、レンジセンサ２１と直接的に対向する直射領域Ｄ２となっているので、この直射領域Ｄ２には、レンジセンサ２１から放射された検知光Ｌが、直接、照射される。この直射領域で反射した検知光Ｌは、直接、レンジセンサ２１で受光される。これにより、直射領域の三次元形状が計測される。

上部突起５２の上面は、被塗面５１を構成するが、レンジセンサ２１よりも上方に位置して水平をなしているので、レンジセンサ２１から視ると死角領域Ｂ４となっている。この死角領域Ｂ４には、レンジセンサ２１から放射された検知光Ｌが、直接、照射されないので、レンジセンサ２１の上方には、レンジセンサ２１と第２被塗物５０に対して斜め上前方から対向する上側反射部材３１が設けられている。上側反射部材３１の反射面３１Ｒに映ったレンジセンサ２１の鏡像Ｍからは、上部突起５２の上面の死角領域Ｂ４は、死角とはならない。

したがって、レンジセンサ２１から放射されて上側反射部材３１の反射面３２Ｒで反射した検知光Ｌは、上部突起５２の上面の死角領域Ｂ４に照射される。そして、上部突起５２の死角領域Ｂ４で反射した検知光Ｌは、再び上側反射部材３１の反射面３１Ｒで反射し、レンジセンサ２１で受光される。これにより、上部突起５２の死角領域Ｂ４の三次元形状が計測される。

被塗面５１のうち下端部は、段差部５３を境界として、後方へ段差状に奥まった奥面領域ＤＲとなっている。段差部５３の下面も、被塗面５１を構成するが、レンジセンサ２１より下方に位置して水平をなしているので、レンジセンサ２１から視ると死角領域Ｂ５となっている。また、奥面領域ＤＲの上端部も、レンジセンサ２１から視ると段差部５３の陰に隠れた死角領域Ｂ６となっている。

これらの死角領域Ｂ５，Ｂ６には、レンジセンサ２１から放射された検知光Ｌが、直接、照射されないので、レンジセンサ２１の下方には、レンジセンサ２１と第２被塗物５０に対して斜め下前方から対向する下側反射部材３２が設けられている。下側反射部材３２の反射面３２Ｒに映ったレンジセンサ２１の鏡像Ｍからは、段差部５３の下面の死角領域Ｂ５と奥面領域ＤＲの上端部の死角領域Ｂ６は、死角とはならない。

したがって、レンジセンサ２１から放射されて下側反射部材３２の反射面３２Ｒで反射した検知光Ｌは、段差部５３の死角領域Ｂ５と奥面領域ＤＲの死角領域Ｂ６に照射される。そして、段差部５３の死角領域Ｂ５と奥面領域ＤＲの死角領域Ｂ６で反射した検知光Ｌは、再び下側反射部材３２の反射面３２Ｒで反射し、レンジセンサ２１で受光される。これにより、段差部５３の死角領域Ｂ５と奥面領域ＤＲの死角領域Ｂ６の三次元形状が計測される。

＜塗装工程＞
塗装を行う際には、コンベア１２を作動させ、コンベア１２に第１被塗物４０と第２被塗物５０を適宜配置して吊り下げ、塗装ブース１１へ搬送する。搬送過程では、まず、被塗物４０，５０の三次元形状が三次元形状計測装置２０によって計測され、その三次元形状の計測結果が、図９に示すように、レンジセンサ２１から制御装置３４の比較部３６に入力される（ステップＳ１０１）。入力された計測結果は、記憶部３５に記憶されている形状データＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４と合致するかどうか比較される（ステップＳ１０２）。

入力された計測結果がいずれかの形状データＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４と合致する場合は、その合致した形状データＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４と対応する制御用データＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が選択され、その選択された制御用データＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４に従って制御部３７から塗装用制御信号が出力される（ステップＳ１０３）。この塗装用制御信号により、コンベア１２による被塗物４０，５０の搬送が行われ、図２に実線及び想像線で示すように、レシプロケータ１４が被塗面４１，５１の三次元形状に合わせて塗装ガン１３を適正に移動させるとともに、塗装ガン１３が適正な塗料噴出を行う。

また、被塗物４０，５０をコンベア１２に吊り下げたときに、被塗物４０，５０の前後左右の向きが逆であったり、被塗物４０，５０が斜めの姿勢であったような場合、レンジセンサ２１から比較部３６に入力された計測結果は、記憶されている形状データＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４のいずれとも合致しない。この場合、制御部３７は、コンベア１２による被塗物４０，５０の搬送状態が不適切であると判断して塗装停止信号を出力する（ステップＳ１０４）。この塗装停止信号により、コンベア１２による被塗物４０，５０の搬送が停止し、レシプロケータ１４が停止し、塗装ガン１３における塗料の噴出が停止する。

＜実施例１の作用及び効果＞
本実施例の三次元形状計測装置２０は、回転しながら被塗物４０，５０に向けて放射状に検知光Ｌを発するとともに被塗物４０，５０で反射した検知光Ｌを受光することで被塗物４０，５０までの距離を検出するレンジセンサ２１と、検知光Ｌを、レンジセンサ２１と被塗物４０，５０との間で反射させる反射部材３１，３２とを備えている。

レンジセンサ２１は、検出した距離情報と、検知光Ｌの放射角度に基づいて、被塗物４０，５０の被塗面４１，５１の二次元形状のデータを演算する。レンジセンサ２１と被塗物４０，５０は、レンジセンサ２１の回転中心軸２８と平行に相対移動する。レンジセンサ２１は、被塗物４０，５０との相対移動速度と、被塗物４０，５０までの距離を検出して得られた二次元形状のデータとに基づいて、被塗物４０，５０の三次元形状を計測する。

１つの被塗物４０，５０を１つのレンジセンサ２１だけで計測するため、被塗物４０，５０の被塗面４１，５１の一部は、レンジセンサ２１から放射された検知光Ｌが直接照射されない死角領域Ｂ１〜Ｂ６となっている。この対策として、本実施例の三次元形状計測装置２０には、上下２つの反射部材３１，３２が設けられている。つまり、１つのレンジセンサ２１に対して２つの反射部材３１，３２を設けており、換言すると、１つの被塗物４０，５０に対して２つの反射部材３１，３２を設けている。

被塗物４０，５０の三次元形状を計測する際には、レンジセンサ２１が発せられて上下いずれかの反射部材３１，３２で反射した検知光Ｌが、死角領域Ｂ１〜Ｂ６に当たり、被塗物４０，５０の死角領域Ｂ１〜Ｂ６で反射した検知光Ｌは、再び反射部材３１，３２で反射してレンジセンサ２１で受光される。レンジセンサ２１と１つの死角領域Ｂ１〜Ｂ６との間の検知光Ｌの往復は、１つの反射部材３１，３２だけを経由して行われる。本実施例の三次元形状計測装置２０は、死角領域Ｂ１〜Ｂ６の距離の検出を反射部材３１，３２を用いて行うことができるので、レンジセンサ２１の設置数を減らして、コスト低減を実現できる。

また、上側反射部材３１の反射面３１Ｒと下側反射部材３２の反射面３２Ｒは、いずれも、レンジセンサ２１と、被塗物４０，５０におけるレンジセンサ２１の死角領域Ｂ１〜Ｂ６とに面するように配されている。この構成によれば、レンジセンサ２１と被塗物４０，５０（死角領域Ｂ１〜Ｂ６）との間における検知光Ｌの往復を、１つの反射部材３１，３２だけで行わせることができる。

検知光Ｌはレンジセンサ２１から放射状に発せられるため、レンジセンサ２１と反射部材３１，３２を移動させながら被塗物４０，５０までの距離を検出した場合、移動時にレンジセンサ２１が振動することが原因となって検出誤差が大きくなることが懸念される。この対策として、本実施例では、被塗物４０，５０を、レンジセンサ２１の回転中心軸２８と平行に搬送するためのコンベア１２を設け、レンジセンサ２１と反射部材３１，３２を固定して設置している。これにより、レンジセンサ２１が振動することに起因する検出誤差を回避できるので、被塗物４０，５０の形状の計測精度が高められている。

また、本実施例１の塗装装置１０は、三次元形状計測装置２０と、被塗物４０，５０に対して相対移動しながら被塗物４０，５０に塗料を塗布する塗装ガン１３とを備えて構成されている。この塗装装置１０は、レンジセンサ２１で計測した被塗物４０，５０の三次元形状の計測データは、塗装ガン１３の塗装時の移動軌跡をティーチングする手段や、そのティーチングを補佐する手段として用いることができる。

また、塗装装置１０は制御装置３４を備えており、制御装置３４は、形状の異なる複数種類の被塗物４０，５０に関する三次元の形状データＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４と、複数種類の被塗物４０，５０と対応する複数の制御用データＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４とを記憶しており、制御用データＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４に基づいて塗装ガン１３の動きを制御する。この構成によれば、塗装対象である被塗物４０，５０の三次元形状の計測結果と、記憶されている形状データＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４とを比較して、被塗物４０，５０の種類を特定し、その特定した被塗物４０，５０に適合する制御用データＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４に基づいて塗装ガン１３を移動させることができる。これにより、良好な塗装を実行することができる。

また、被塗物４０，５０の三次元の形状データＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４を記憶している制御装置３４は、塗装対象である被塗物４０，５０の三次元形状の計測結果が、記憶されている形状データＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４に適合しない場合、塗装ガン１３による塗装を停止する塗装停止装置としての機能も兼ね備えている。この制御装置３４によれば、被塗物４０，５０が傾く等の不正な形態となっている場合に塗装を停止することができるので、塗装不良を防止できる。

また、本実施例１の三次元形状計測装置２０では、次のような方法で、反射部材３１，３２の向きを調整する。まず、レンジセンサ２１から放射状に発せられる検知光Ｌの二次元軌跡２９上に直線棒状の基準部材３３を設置し、レンジセンサ２１から発せられて反射部材３１，３２で反射した検知光Ｌによって被塗物４０，５０の距離を検出できるように、反射部材３１，３２の向きを変更する。この調整方法によれば、反射部材３１，３２の向きを、レンジセンサ２１から放射状に発せられる検知光Ｌの二次元軌跡２９に対して直角となるように調整することができる。これにより、被塗物４０，５０の三次元形状を高い精度で計測することができる。

また、本実施例１では、以下の角度調整支援方法により、水平面Ｈに対する下側反射部材３２の傾きの角度αを調整することができる。図１０に示すように、この角度調整支援方法では、レンジセンサ２１の下方に配した下側反射部材３２を、その反射面３２Ｒ上に設定した傾動軸５４を中心に傾動し得るように支持する。傾動軸５４は、レンジセンサ２１の真下に配され、レンジセンサ２１と被塗物４０，５０の移動経路とを結ぶ水平面Ｈに対して直角であり、且つレンジセンサと傾動軸５４とを結ぶ投光経路５５に対して直角である。被塗物４０，５０の移動経路上には、レンジセンサ２１と下側反射部材３２とに対向し、且つ投光経路５５と平行をなす基準面５６が設置されている。

下側反射部材２１の角度αを調整する際には、傾動軸５４を支点として下側反射部材３２を傾動させながら、レンジセンサ２１から傾動軸５４に向けて検知光Ｌを発する。この検知光Ｌは、投光経路５５上を進み、反射面３２Ｒにおける傾動軸５４の設置位置で反射して反射経路５７上を進み、基準面５６で反射して反射経路５７と投光経路５５を逆行してレンジセンサ２１に戻る。これにより、レンジセンサ２１では、レンジセンサ２１から、基準面５６における検知光Ｌの照射位置に至る計測経路５８（投光経路５５と反射経路５７を併せた経路）の距離Ｇを検知する。この計測経路５８の距離Ｇは、下側反射部材３２の角度αが変化するのに伴って増減する。

レンジセンサ２１で検出された計測経路５８の距離Ｇは、下側反射部材３２の角度αに応じて予め設定された演算値と比較される。下側反射部材３２が設定すべき角度に至らない間は、計測経路５８の距離Ｇの検出値は、演算値と合致しない。下側反射部材３２の角度αが設定すべき角度αと合致すると、計測経路５８の距離Ｇの検出値が演算値と合致するので、合致したことを条件として、下側反射部材３２の傾動を停止する。以上により、下側反射部材３２が所定の角度αに設定される。上側反射部材３１の角度についても、上記と同様の角度調整支援方法によって調整することができる。

図１０に示すように、レンジセンサ２１から傾動軸５４（反射面３２Ｒ）までの投光経路５５の上下方向の距離をＥ１、レンジセンサ２１から基準面５６までの水平距離をＦ、傾動軸５４（反射面３２Ｒ）から基準面５６における検知光Ｌの照射位置までの距離をＥ２、水平面Ｈに対する反射面３２Ｒ（下側反射部材３２）の傾き角度をα、水平面Ｈに対する反射経路５７の傾き角度をβとする。計測経路５８の距離Ｇは、Ｇ＝Ｅ１＋Ｅ２の式であらわされる。反射経路５７の距離Ｅ２は、Ｅ２＝Ｆ／ｃｏｓβとなる。また、下側反射部材３２の傾き角度αと水平面Ｈに対する反射経路５７の角度βは、２（α＋β）＋（９０−β）＝１８０の関係式であらわされるので、β＝９０−２αとなる。

演算値は、想定され得る下側反射部材３２の複数の角度αの値に応じて、夫々、予め演算されている。具体例としては、投光経路５５の距離Ｅ１を２，０００ｍｍとし、レンジセンサ２１から基準面５６までの水平距離Ｆを２，４４０ｍｍとし、下側反射部材３２の設定すべき角度αと反射経路５７の傾き角度βを３０°とした場合、反射経路５７の距離Ｅ２の演算値は２８１７．５ｍｍとなるので、計測経路５８の距離Ｇの演算値は４８１７．５ｍｍと設定されている。この場合、計測経路５８の距離Ｇの検出値が４８１７．５ｍｍであると検出された時点で、下側反射部材３２の傾動を停止する。

また、投光経路５５の距離Ｅ１とレンジセンサ２１から基準面５６までの水平距離Ｆが一定であって、下側反射部材３２の設定すべき角度αを３７．５°とし、反射経路５７の傾き角度βを１５°とした場合は、反射経路５７の距離Ｅ２の演算値が２５２６．１ｍｍとなるので、計測経路５８の距離Ｇの演算値は４５２６．１ｍｍであると設定されている。下側反射部材３２の設定すべき角度αを２２．５°とし、反射経路５７の傾き角度βを４５°とした場合は、反射経路５７の距離Ｅ２の演算値が３４５０．７ｍｍとなるので、計測経路５８の距離Ｇの演算値は５４５０．７ｍｍと設定されている。これらの場合、計測経路５８の距離Ｇの検出値が４５２６．１ｍｍ又は５４５０．７ｍｍになると、傾動中の下側反射部材３２の角度αが１５°又は４５°になったということが判る。

本実施例１の反射部材３１，３２の角度調整支援方法は、三次元形状計測装置２０において、反射部材３１，３２を、その反射面３１Ｒ，３２Ｒ上に設定した傾動軸５４を中心に傾動し得るように支持し、レンジセンサ２１から傾動軸５４に向かう投光経路５５と平行な基準面５６を、レンジセンサ２１及び反射面３１Ｒ，３２Ｒに臨むように設けた上で、レンジセンサ２１から投光経路５５上に検知光Ｌを発する。この検知光Ｌにより、レンジセンサ２１から反射面３１Ｒ，３２Ｒを経て基準面５６に至る計測経路５８の距離Ｇが検出される。そして、この計測経路５８の距離Ｇの検出値が、反射部材の角度αに応じて演算された計測経路５８の距離Ｇの演算値と合致するように、反射部材３１，３２の角度αを調整する。この角度調整支援方法よれば、反射部材３１，３２の角度設定を簡単に行うことができる。

＜他の実施例＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例に限定されるものではなく、例えば次のような実施例も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施例では、１つの被計測物を１つのレンジセンサで計測したが、１つの被計測物を複数のレンジセンサで計測してもよい。
（２）上記実施例では、レンジセンサと１つの死角領域との間の検知光の往復を、１つの反射部材だけで行わせるようにしたが、レンジセンサと１つの死角領域との間の検知光の往復を、複数の反射部材で行ってもよい。
（３）上記実施例では、１つのレンジセンサに対して２つの反射部材を設けたが、１つのレンジセンサに対して設ける反射部材の数は、１つだけでもよく、３つ以上であってもよい。
（４）上記実施例では、１つの被計測物に対して２つの反射部材を設けたが、１つの被計測物に対して設ける反射部材の数は、１つだけでもよく、３つ以上であってもよい。
（５）上記実施例では、被計測物の外面のうちレンジセンサと対向する表面側の形状のみを計測したが、被計測物の表面側の形状に加え、裏面側の形状も併せて計測してもよい。この場合、レンジセンサの設置位置と設置数、及び反射部材の設置位置、設置の向き、設置数は、適宜に設定すればよい。
（６）上記実施例では、被計測物が被塗物であるが、第１及び第３の発明は、被計測物が被塗物以外のものである場合にも適用できる。

１０…塗装装置
１２…コンベア
１３…塗装ガン
２０…三次元形状計測装置
２１…レンジセンサ
２８…回転中心軸
２９…二次元軌跡
３１…上側反射部材（反射部材）
３２…下側反射部材（反射部材）
３２Ｒ…反射面
３３…基準部材
３４…制御装置（塗装停止装置）
４０…第１被塗物（被計測物）
５０…第２被塗物（被計測物）
５４…傾動軸
５５…投光経路
５６…基準面
５８…計測経路
α…反射部材の角度
Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ６…死角領域
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４…制御用データ
Ｌ…検知光
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４…形状データ

Claims (8)

1. 回転しながら被計測物に向けて放射状に検知光を発するとともに前記被計測物で反射した前記検知光を受光することで前記被計測物までの距離を検出するレンジセンサと、
   前記検知光を、前記レンジセンサと前記被計測物との間で反射させる反射部材とを備えていることを特徴とする三次元形状計測装置。
2. 前記反射部材が、前記レンジセンサと、前記被計測物における前記レンジセンサの死角領域とに面するように配されていることを特徴とする請求項１記載の三次元形状計測装置。
3. 前記被計測物を、前記レンジセンサの回転中心軸と平行に搬送するコンベアを備えていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の三次元形状計測装置。
4. 請求項１記載の三次元形状計測装置と、
   前記被計測物に対して相対移動しながら前記被計測物に塗料を塗布する塗装ガンとを備えていることを特徴とする塗装装置。
5. 形状の異なる複数種類の前記被計測物に関する三次元の形状データと、前記複数種類の被計測物と対応する複数の制御用データとを記憶し、前記制御用データに基づいて前記塗装ガンの動きを制御する制御装置を備えていることを特徴とする請求項４記載の塗装装置。
6. 前記被計測物の三次元の形状データを記憶し、塗装対象である前記被計測物の三次元形状の計測結果が、記憶されている前記形状データに適合しない場合は、前記塗装ガンによる塗装を停止する塗装停止装置を備えていることを特徴とする請求項４又は請求項５記載の塗装装置。
7. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の三次元形状計測装置において、
   前記レンジセンサから放射状に発せられる前記検知光の二次元軌跡上に直線棒状の基準部材を設置し、
   前記レンジセンサから発せられて前記反射部材で反射した前記検知光によって前記被計測物の距離を検出できるように、前記反射部材の向きを調整することを特徴とする三次元形状計測装置における反射部材の調整方法。
8. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の三次元形状計測装置において、
   前記反射部材を、その反射面上に設定した傾動軸を中心に傾動し得るように支持し、
   前記レンジセンサから前記傾動軸に向かう投光経路と平行な基準面を、前記レンジセンサ及び前記反射面に臨むように設け、
   前記レンジセンサから前記投光経路上に検知光を発することにより、前記レンジセンサから前記反射面を経て前記基準面に至る計測経路の距離を検出し、
   前記計測経路の検出値が、前記反射部材の傾き角度に応じて演算された演算値と合致するように、前記反射部材の角度を調整することを特徴とする三次元形状計測装置における反射部材の角度調整支援方法。

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