JP2754791B2 - 歪測定器 - Google Patents

歪測定器

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JP2754791B2
JP2754791B2 JP26973289A JP26973289A JP2754791B2 JP 2754791 B2 JP2754791 B2 JP 2754791B2 JP 26973289 A JP26973289 A JP 26973289A JP 26973289 A JP26973289 A JP 26973289A JP 2754791 B2 JP2754791 B2 JP 2754791B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、板金部品などの平面歪を測定して客観性の
ある数値データとして示すことができる歪測定器に関
し、特に、曲面のあるワークへの対応も可能な歪測定器
に関する。
従来の技術 たとえば自動車の車体のような板金部品の平面歪は、
官能及び目視による検査が主体となっていたが、近年こ
の平面歪を数値測定して客観性のあるデータを提供する
歪測定器が開発されている。この歪測定器は、半導体レ
ーザから出射したビームの反射光を位置検出素子(PS
D)上に結像させ、結像位置の変化量を電気信号に変換
して測定面までの距離を測定できる距離センサを使用し
たものであり、この歪測定器を第9図ないし第12図に基
づいて説明する。第9図は歪測定器の概要を示す斜視図
であって、距離センサ01、XYテーブル2、パーソナルコ
ンピュータ3及びプロッター4を主要機器として具備
し、たとえば自動車のドアのような板金部品5の平面歪
を数値測定してパーソナルコンピュータ3のCRTやプロ
ッター4などの出力装置に図形表示することができる。
これを詳細に説明すると、X軸及びY軸の2方向の移動
を制御できるXYテーブル2に取付けられた距離センサ01
は、第10図及び第11図に示す如く、XYテーブル2と一体
に定量移動し、最初にX軸方向へピッチPごとに移動し
ながら各測定点8で距離センサ01から板金部品5の表面
までの距離を測定する。次に、X軸方向の測定範囲を直
線的に走査した後には、Y軸方向へピッチPだけ平行移
動した走査線上を同様にX軸方向へピッチPごとに測定
しながら定量移動する。このようにして、Y軸方向の測
定範囲まで定量移動を続けることにより、第12図に示す
如く、X軸及びY軸の両方向にピッチPの格子状に測定
点8が配置され、各測定点での測定値はパーソナルコン
ピュータ3に入力される。そして、パーソナルコンピュ
ータ3では入力された測定値をデータ処理し、CRTへの
図形表示やプロッター4からのプロットアウトによって
測定結果の出力をするのである。
発明が解決しようとする課題 ところで、前述の従来例によれば、1個の距離センサ
がXYテーブルに取付けられて平面上を定量移動する構造
となっており、距離センサの取付角度は、被測定面の変
化にかかわらず常に一定である。このため、被測定面の
形状と距離センサの許容角度との関係が問題となり、曲
率の大きな曲面や傾斜角度の大きな傾斜面では測定精度
が低下したり測定不能となる場合があって不都合だっ
た。これを第13図に基づいて詳述すると、従来の歪測定
器では許容角度βの距離センサ01がXYテーブルの移動面
と平行な基準測定面6に対して垂直、すなわち取付角度
が0°で取付けられている。この距離センサ01は、基準
測定面に対して角度βの右下がりの傾斜面16から同じく
角度βの左下がりの傾斜面17までの範囲で測定可能であ
り、許容角度がβ以上にきつい傾斜面や曲面では反射角
度の関係などから受光光量が不足し、結果的には測定精
度の低下や測定不能となるのである。なお、12は基準測
定面6に対する垂線、12aは右下がりの傾斜面16に対す
る垂線、12bは左下がりの傾斜面17に対する垂線を示し
ており、いずれも測定点8を通っている。そこで、本発
明の目的は、曲面や傾斜面のある測定面に対しても測定
可能な歪測定器を提供することにある。
課題を解決するための手段 本発明は、前述の課題を解決するもので、半導体レー
ザから出光したビームの反射光を受光して測定面までの
距離を測定するセンサが測定面上を所定のピッチPで平
行に走査し、X軸及びY軸の両方向に等ピッチPの格子
状に配置された測定点での測定データを処理して測定面
の歪を検出する歪測定器において、測定基準面に対して
垂直に支持された基準センサと、該基準センサを中心と
して走査方向の前後及び左右に配設され、前記基準セン
サと同じ測定点に向けて取付角度αで支持された4個の
傾斜面用センサとで成るセンサユニットを一体に走査せ
しめ、格子状に配置された各測定点で前記センサユニッ
トの5個のセンサが順次測定して得られた測定データを
分析し、測定面の傾斜に応じて選択したセンサの測定値
を有意データとして採用したことを特徴とする歪測定器
である。
作用 前述の手段によれば、センサユニットを構成する5個
の距離センサが各測定点ごとに各々異なる方向から同一
測定点までの距離を測定し、その測定値をパーソナルコ
ンピュータに入力する。すなわち、測定基準面に対して
垂直方向から測定する取付角度0°の基準センサと、該
基準センサと測定点とを結ぶ垂線を測定点を中心として
走査方向の前後及び左右へ角度α回転させた方向から測
定する4個の傾斜面用センサとが各々独自の測定値を入
力するので、各測定点の傾斜に応じて最適の方向から測
定した距離センサの測定値を有意データとして選択でき
るようになり、曲面のあるワークに対しても測定可能な
歪測定器となる。
実施例 本発明による歪測定器の一実施例を第1図ないし第9
図に基づいて説明する。歪測定器は、第3図に示す如
く、距離センサを5個組合わせたセンサユニット1、XY
テーブル2、パーソナルコンピュータ3及びプロッター
4を主要機器として具備し、自動車のドアなど板金部品
5の表面歪を数値測定して図形表示できる装置である。
そして、X軸及びY軸の2方向へ平面的な定量移動を制
御できるXYテーブル2に取付けられたセンサユニット1
は、測定基準面6に対して垂直に支持された基準センサ
7と、該基準センサを中心として走査方向の前後及び左
右に配設され、基準センサ7と同じ測定点8に向けて取
付角度αで支持された4個の第1傾斜面用センサ9a、第
2傾斜面用センサ9b、第3傾斜面用センサ9c及び第4傾
斜面用センサ9dとが一体となって構成され、5個の距離
センサは各々専用のセンサコントローラ10を介してマス
ターコントローラ11及びパーソナルコンピュータ3と連
結されている。ここで、基準センサ7の取付角度は0°
となり、基準センサ7と測定点8とを結ぶ取付角度0°
の垂線12から測定点8を中心に前後及び左右の方向へ角
度αだけ回転させた直線13上に取付角度αの傾斜面用セ
ンサが位置している。また、4個の傾斜面用センサは、
測定基準面6と平行でかつ垂線12を中心とする円板14の
円周上に等ピッチ(90°ピッチ)で配置されている。な
お、基準測定面6は、XYテーブル2が定量移動を制御で
きる平面と平行であり、かつ、距離センサの高さ調整
(Z方向)、すなわち0点調整の基準ともなる。
次に、上述した歪測定器の測定方法を第5図のフロー
チャートに基づいて説明すると、まず最初にXYテーブル
2の基準点出しをしてから測定範囲を決定する。この測
定範囲は、第6図に示す如く、測定点a11,a1n,am1及びa
mnの4点を結ぶ矩形となり、これをXYテーブル2にティ
ーチングする。次に、測定範囲内の変化が距離センサの
測定巾に入るように、センサユニット1の高さ(Z方
向)を調整する。そして、いよいよ測定点a11から測定
を開始する。測定点a11では、基準センサ7、第1傾斜
面用センサ9a、第2傾斜面用センサ9b、第3傾斜面用セ
ンサ9c及び第4傾斜面用センサ9dが順番に1個ずつ測定
を実施してパーソナルコンピュータ3へ入力する。な
お、5個の距離センサに同時測定をさせないのは光射し
たビームが相互干渉するのを防ぐためであり、マスター
コントローラ11より各距離センサの電源へ同期をかけて
順次測定させている。なおまた、5個の距離センサから
出光したビームの干渉を防ぐ他の方法として、各距離セ
ンサに波長の異なる光源を使用し、光学系の前にバンド
パスフィルターを設けて区別してもよい。こうして測定
点a11での測定が終了すると、センサユニット1はXYテ
ーブル2と一体に走査方向へピッチPだけ定量移動して
測定点a12に到達し、ここでも5個の距離センサが順次
測定してデータを入力する。同様にして測定点a13,a14
・・・a1nまで直線的にピッチPの定量移動と各測定点
での測定及びデータ入力を繰り返し、測定点a1nでの測
定が終了した後には走査方向に対して垂直にピッチPだ
け定量移動し、測定点a21での測定を開始する。そし
て、a11〜a1nの走査線と平行な直線上を走査方向のピッ
チPの定量移動をしながら同様に測定及びデータ入力を
繰り返す。このようにして、センサユニット1は所定の
測定範囲内に走査方向と平行にピッチPで配列された走
査線上をピッチPの定量移動を繰り返し、測定点amn
の測定を終了することによって、a11からa1nまで走査方
向へのn個及び走査方向と垂直方向へのm個の測定点が
ピッチPの格子状に配置されたことになる。すなわち、
nとmの積で求められる数の測定点が測定面上にピッチ
P(たとえば1mmピッチ)の格子状に存在し、各測定点
ごとに基準センサ7、第1傾斜面用センサ9a、第2傾斜
面用センサ9b、第3傾斜面用センサ9c及び第4傾斜面用
センサ9dの5個の距離センサがその測定値をパーソナル
コンピュータ3へ入力している。このため、各測定点に
おける有意データを5個の測定値の中から選択して決定
する必要があり、これを第7図及び第8図に基づいて説
明する。第7図は走行方向に右下がりの傾斜面15を示し
てあり、基準センサ7の許容角度βと走査線上に位置す
る第1傾斜面用センサ9a及び第2傾斜面用センサ9bの取
付角度αとの間にはα≦2βの関係がある。たとえば取
付角度α=0°、許容角度β=15°の基準センサ7に対
して取付角度α=30°、許容角度β=15°の第1傾斜面
用センサ9a及び第2傾斜面用センサ9bを設けておくと、
各距離センサの許容範囲境界線が隣接する距離センサど
うしで重なりあい、センサユニット1としては垂線12か
ら±45°の範囲が測定可能な許容角度となる。しかし、
第7図の傾斜面15にある測定点8で測定する場合、第2
傾斜面用センサ9bでは出射したビームと傾斜面15との角
度が平行に近くなってしまい、所定の受光部では反射角
度の関係から受光光量が低下して測定不能又は著しい精
度低下となるのは明らかである。また、基準センサ2及
び第1傾斜面用センサ9aに関しては、傾斜面15の角度に
応じた選択が必要となり、第7図においては傾斜面15の
垂線16が第1傾斜面用センサ9aの許容角度β内にあるた
め、第1傾斜面用センサ9aの測定値が最も信頼性の高い
有意データとして採用される。これを第8図のフローチ
ャートに基づいて説明すると、最初に傾斜面15の傾斜角
度γを算出する必要があり、各測定点における基準セン
サ7の測定値の差分をとって傾斜角度γを計算するので
ある。すなわち、第6図における測定点a11の走査方向
の有意データを決めるには、測定点a11での基準センサ
7の測定値と測定点a12での基準センサ7の測定値とを
比較してその差Δlを算出し、Δl及びピッチPを2辺
とする直角三角形のtanγ=Δl/ピッチPなる関係式か
ら傾斜角度γを算出する。そして、算出した傾斜角度γ
を距離センサの許容角度βと比較し、どの距離センサの
測定値を測定点a11の有意データとして採用するかを決
定する。ここで、測定基準面1に対して走査方向が低く
なる右下がりの傾斜を正、反対に走査方向が高くなる左
下がりの傾斜を負とすれば、算出した傾斜角度γが−β
以上でかつβ未満の場合は傾斜がゆるやかであると判断
して基準データ7の測定値を有意データとして採用す
る。また、傾斜角度γがβ以上の場合には右下がりの傾
斜が大きい傾斜面であると判断して第1傾斜面用センサ
9aの測定値を有意データとして採用し、反対に傾斜角度
γが−β未満の場合には左下がりの傾斜が大きい傾斜面
であると判断して第2傾斜面用センサ9bの測定値を有意
データとして採用する。同様にして、測定点a11での基
準センサ7の測定値と測定点a21での基準センサ7の測
定値を比較して差分をとれば、走査方向に対して直角な
方向の有意データを傾斜面に応じて基準センサ7、第3
傾斜面用センサ9c及び第4傾斜面用センサ9dの3つの距
離センサの測定値から選択することができる。このよう
にして決定された各測定点の有意データは、ボールネジ
歪補正などの従来と同様のデータ処理がなされてパーソ
ナルコンピュータ3のCRTやプロッター4から測定結果
として出力される。
また、第9図には基準センサ7及び8つの傾斜面用セ
ンサより成るセンサユニット1′が他の実施例として示
されており、第1ないし第8傾斜面用センサ9a,9b,9c,9
d,9e,9f,9g及び9hは円板14の円周上に45°の等ピッチで
配置され、取付角度αで同一測定点を向いている。この
ため、被測定面の傾斜方向が走査方向又は走査方向に対
して直角な方向意外の場合であっても、その傾斜方向に
応じた有意データをさらにきめ細かく選択してとること
が可能となる。なお、各傾斜面用センサは取付角度αが
同じであれば必ずしも円板14の円周上に配置しなくても
よい。
発明の効果 前述の本発明によれば、従来正確な測定結果が得られ
なかったりあるいは測定不可能であった傾斜面を含む曲
面のあるワークに対して、基準センサに加えて複数の傾
斜面用センサを組合せたセンサユニットを使用すること
によって測定可能となる。たとえば、距離センサが測定
可能な許容角度を±15°とすれば、傾斜角度が45°の傾
斜面まで測定可能な歪測定器となり、測定精度の向上に
加えてその利用範囲を大きく広げる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図ないし第9図は本発明による歪測定器の一実施例
を示すもので、第1図はセンサユニットの距離センサ配
置を示す平面図、第2図は第1図のII-II線に沿う断面
図、第3図は歪測定器の概要を示す斜視図、第4図はセ
ンサユニットを構成する各距離センサの接続図、第5図
は測定手順を示すフローチャート、第6図は測定点の配
置を示す平面図、第7図は傾斜面の測定状態を示す図、
第8図は有意データの決定方法を示すフローチャート、
第9図はセンサユニットにおける距離センサ配置の他の
実施例を示す平面図、第10図ないし第13図は従来例を示
すもので、第10図は歪測定器の概要を示す斜視図、第11
図は測定状態を示す斜視図、第12図は測定点の配置図、
第13図は距離センサの測定許容角度を示す図である。 1……センサユニット、6……測定基準面、7……基準
センサ、8……測定点、9a……第1傾斜面用センサ、9b
……第2傾斜面用センサ、9c……第3傾斜面用センサ、
9d……第4傾斜面用センサ。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体レーザから出光したビームの反射光
    を受光して測定面までの距離を測定するセンサが測定面
    上を所定のピッチPで平行に走査し、X軸及びY軸の両
    方向に等ピッチPの格子状に配置された測定点での測定
    データを処理して測定面の歪を検出する歪測定器におい
    て、測定基準面に対して垂直に支持された基準センサ
    と、該基準センサを中心として走査方向の前後及び左右
    に配設され、前記基準センサと同じ測定点に向けて取付
    角度αで支持された4個の傾斜面用センサとで成るセン
    サユニットを一体に走査せしめ、格子状に配置された各
    測定点で前記センサユニットの5個のセンサが順次測定
    して得られた測定データを分析し、測定面の傾斜に応じ
    て選択したセンサの測定値を有意データとして採用した
    ことを特徴とする歪測定器。
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