JP2893971B2 - 表面形状測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば車体のパネル等
の表面の形状を測定する表面形状測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車の車体を構成する各種パネルは、
車体の構造や剛性に応じて多種多様な形状にプレス成形
されており、大多数は、車体フレームに溶接されて組立
てられている。このような各種パネルは、例えばプレス
加工不良や溶接不良による歪みや変形等が発生すると、
直接的に車体の構造や剛性に悪影響を及ぼすことになる
ので、従来は、プレス加工後や溶接加工後に、加工した
パネルの形状が適切な形状になっているか否かを判断す
るために、検査工程において加工したパネルの表面の形
状を測定している。

【０００３】このようなパネルの測定は、一昔前まで
は、夫々のパネルの形状に応じたいわゆるゲージを用い
て行なわれていたが、品質上の問題や作業性が悪いこと
やコスト高になることから、最近では、例えば特開昭６
４−１０１１７号公報に開示されているようないわゆる
光切断法による測定を行なう測定装置を用いて行なわれ
ることが主流になっている。

【０００４】光切断法による測定装置としては、従来例
えば図６に示すようなものがある。図示するように、従
来の測定装置では、測定ユニット１が出力するパネル２
の表面形状に相当する画像データを画像処理装置３が画
像処理することによって、パネル２の表面の形状を測定
するようになっている。

【０００５】測定ユニット１には、パネル２の表面にス
リット状のスリット光を照射するスリット光源４と、パ
ネル２の表面に照射されたスリット光によりその表面に
形成される光マークの形状を認識するカメラユニット５
が備えられている。

【０００６】スリット光源４は、図示省略する半導体レ
ーザー素子、コリメータレンズ及びシリンドリカルレン
ズで構成されており、半導体レーザ素子が出力するレー
ザー光を、コリメータレンズ及びシリンドリカルレンズ
でスリット状のスリット光に変換し、これをパネル２の
表面に出力するようになっている。これによりパネル２
の表面には、図示するように照射されたスリット光がパ
ネル２の表面に反射して形成される光マークが形成さ
れ、この光マークは、カメラユニット５に入力するよう
になっている。

【０００７】カメラユニット５は、図示省略する受光レ
ンズとこれにより縮小された光マークの形状を受像する
いわゆるＣＣＤカメラ６とにより構成されており、ＣＣ
Ｄカメラ６は、受光レンズを介して受像したパネル２の
表面の光マークの形状を、内部の受光素子の画素数に応
じたデジタルの画像データに変換し、これを画像処理装
置３に出力するようになっている。

【０００８】そして、画像処理装置３は、スリット光源
４とカメラユニット５の受光レンズと、これとＣＣＤカ
メラ６の受光素子との位置関係により求められる倍率に
基づいて、入力した画像データからパネル２の表面の形
状に相当する形状データを求め、これをモニタ７に出力
することによって、モニタ７にパネル２の表面の形状を
表示させるようになっている。又、画像処理装置３は、
求めた形状データを検査用のコンピュータ８に出力する
ようになっており、このコンピュータ８は、入力した形
状データと予め設定されているパネル２の適正な形状に
相当する適性形状データとの比較を行ない、測定したパ
ネル２が適正な形状になっているか否かの判断を行なう
ようになっている。

【０００９】このようにパネル２の形状の検査を自動的
に行なう従来の測定装置は、例えば図示するように、測
定ユニット１が測定用のロボット９に取付けられ、この
ロボット９を動作制御するロボットコントローラ１０
が、画像処理装置３が測定を行なうごとに測定ユニット
１を移動させるロボット９の動作制御を行なうことによ
り、パネル２の全表面又は任意位置についての表面形状
の測定を自動的に行なうようになっている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の測定装置にあっては、例えば図７に示すよう
にパネル２にスリット光源４が照射するスリット光の照
射方向に凹部が形成されていると、この凹部の斜面Ａ，
Ｂに照射されたスリット光がカメラユニット５に反射し
にくくなり、つまり斜面Ａ，Ｂでは反射光強度が低くな
り、これらの斜面Ａ，Ｂの光マークをＣＣＤカメラが受
像することができず、パネル２の表面の形状を測定する
ことができなくなってしまう場合があった。特にパネル
２が反射性が悪い金属材料等で形成されている場合に
は、上記の理由により測定不能になることが多かった。

【００１１】このように反射光強度が低くなることで形
状測定ができなくなることに対処する技術として従来に
は、例えば特開平１−２５０７０５号公報や特開平１−
２５０７０６号公報や特開平１−２５０７０７号公報に
開示されている測定方法及び測定装置があるが、これら
の測定装置では、被測定部材の表面並びに被測定部材を
取除いた基準面の表面の光マークを夫々撮像し、これら
の画像を合成することによって被測定部材の表面の形状
を測定するようになっているので、車体の各種パネル、
特に車体フレームに溶接されたパネルのように移動困難
な被測定部材の表面形状を測定することが極めて困難で
あった。しかも、そのような測定装置を使用して前述し
たようなロボット９が進入できないような車体内部のパ
ネルの表面形状を測定しようとする場合には、その測定
装置を人手で車体内部に搬入させることになり、手振れ
等の発生によって事実上測定が行なえなかった。つま
り、上記各公報に開示されているような測定装置は、車
体フレームに溶接されたパネルの表面の形状を測定する
のには適さず、そのようなパネルは、前述したようない
わゆる光切断法による測定装置にて表面の形状を測定せ
ざるを得なかった。これにより、上記のような凹部が形
成されたパネルについては、前述したゲージによる測定
等のきわめて煩雑な測定を行なっており、パネルの表面
形状の検査に時間がかかり、生産性が悪かった。

【００１２】本発明はこのような従来の問題点を解決す
るために成されたものであり、スリット光の照射方向に
凹部が形成されたパネルの表面の形状についても正確に
測定することができる表面形状測定装置及び測定方法を
提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明は、被測定部材の表面にスリット状のスリット
光を照射する照射手段と、照射手段がスリット光を被測
定部材の表面に照射することにより表面に形成される光
マークの形状を認識する認識手段とを備え、認識手段が
認識した光マークの形状に基づいて被測定部材の表面の
形状を測定する表面形状測定装置において、複数の照射
手段を有し、夫々の照射手段を認識手段の認識範囲内で
相互の光マークが重なるようにスリット光の長手方向に
配置したことを特徴とする。又、前記複数の照射手段を
作動させて夫々の照射手段から前記スリット光を前記被
測定部材に照射させた後に、前記認識手段を作動させ、
夫々のスリット光により前記被測定部材の表面に形成さ
れた前記光マークを該認識手段に認識させることを特徴
とする。

【００１４】

【作用】上記のように構成された本発明の表面形状測定
装置は以下のように作用する。夫々の照射手段を作動さ
せることにより、被測定部材の表面には、夫々のスリッ
ト光が重畳された状態の光マークが形成される。つま
り、被測定部材の表面には、スリット光の長手方向にお
ける複数の方向から照射されたスリット光が重なり合っ
て形成された光マークが形成される。これにより、被測
定部材にいずれかの照射手段が照射するスリット光の照
射方向に凹部が形成されていても、この凹部の斜面に
は、他の照射手段が照射したスリット光が深い角度で到
達することになり、この部分の反射光強度は、すくなく
とも一方の照射手段が照射するスリット光による反射光
強度よりも大きくなる。つまり、認識手段が認識するの
に充分な反射光強度となる。したがって、認識手段は、
その斜面の光マークも確実に認識することができるよう
になり、被測定部材に上記のような凹部が形成されてい
ても、この被測定部材の表面の形状を確実に測定するこ
とができるようになる。

【００１５】

【実施例】以下に、本発明の表面形状測定装置を図面に
基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の表面形状測
定装置の測定ユニットの外観図であり、図２は、図１の
Ａ矢視図である。又、図３及び図４は、スリット光を調
節する様子を示す図であり、図５は、図１のＢ矢視図で
ある。尚、図示する測定ユニットは、従来と同様の図示
省略する画像処理装置に接続され、従来と同様にこれが
入力した光マークに基づいて被測定部材の表面の形状が
測定されるようになっており、本実施例で説明する測定
ユニット以外の装置構成は、従来と同様であるのでここ
ではそれらの説明は省略する。又、夫々の図において従
来の技術で説明した部材と同一部材には同一符号が付し
てある。

【００１６】図１に示すように、本発明の表面形状測定
装置の測定ユニット２０には、前記照射手段としてのス
リット光源２１が２つ備えられている。これらのスリッ
ト光源２１は、従来の技術で説明したスリット光源４と
同様の図示省略する半導体レーザー素子、コリメータレ
ンズ及びシリンドリカルレンズが円柱状の外周ケース２
２内に内蔵されており、これらにより形成されたスリッ
ト光を、外周ケース２２に形成された光照射口２３から
外部に照射するようになっている。

【００１７】夫々のスリット光源２１は、基台２４に固
定されたホルダ２５に保持されており、この基台２４に
は、ホルダ２５が保持しているスリット光源２１に対し
ていわゆる光切断法による表面形状の測定が可能な位置
関係となるように前記認識手段としてのカメラユニット
５が固定されている。

【００１８】ホルダ２５は、図２に示すようになってい
る。ホルダ２５には、スリット光源２１の外周ケース２
２を保持する保持穴３０が形成されている。この保持穴
３０は、同図部分断面図に示すように、外周ケース２２
の外径よりも数mm大径の調節部３１と、外周ケース２２
に対してＨ７程度のはめあい公差の径の嵌合部３２と光
照射口２３に合せてスリット光が通過できる径の光照射
口部３３とが形成されたいわゆる段付穴に形成されてい
る。又、夫々の保持穴３０は、夫々のスリット光源２１
から照射される夫々のスリット光が長手方向において相
互重なるように対称的に傾斜してホルダ２５に形成され
ている。つまり、保持穴３０にスリット光源２１が装着
されると、夫々のスリット光源２１が出力した夫々のス
リット光が、カメラユニット５のＣＣＤカメラ６が認識
できる認識範囲内において重なるようになっている。

【００１９】そして、スリット光源２１は、光照射口２
３を光照射口部３３に向けて保持穴３０に装着されてお
り、光照射口２３側の外周ケース２２の端部が嵌合部３
２に嵌合し、その端部が止めねじ３４によって、他端部
が四方からの止めねじ３５〜３８によってホルダ２５に
固定されている。

【００２０】スリット光源２１は、止めねじ３５〜３８
のねじ込み量を調節することによって、照射するスリッ
ト光の照射方向を調節することができるようになってい
る。図３に示すように、止めねじ３７，３８のねじ込み
量を調節することよって、スリット光の長手方向に対す
る直角方向のスリット光の調節が行なえるようになって
おり、又、止めねじ３４〜３８を緩めておき、スリット
光源２１自身を回転させることによって、図４に示すよ
うにスリット光の長手方向の向きを調節することができ
るようになっている。そして、夫々のスリット光源２１
は、夫々の図に示すように、止めねじ３４〜３８によ
り、夫々の出力するスリット光の光軸が図中一点鎖線で
示す基準となる光軸に一致するように調節されている。
尚、これらの止めねじ３４〜３８は、調節終了後にいわ
ゆるネジロック材により緩み止めが施されている。

【００２１】このような測定ユニット２０を用いて以下
のように測定を行なえば、図２に示すような従来では測
定不能であったパネル２の表面形状を正確に測定するこ
とができる。

【００２２】まず、夫々のスリット光源２１を作動さ
せ、パネル２の表面に夫々のスリット光が重なった状態
の光マークを形成させる。つまり、パネル２の表面に、
スリット光の長手方向における２方向から照射されたス
リット光が重なり合った光マークを形成させる。これに
より、図２に示すようにパネル２にスリット光の照射方
向に凹部が形成されていても、この凹部の斜面Ａには図
示右側のスリット光源２１が照射したスリット光が、斜
面Ｂには図示左側のスリット光源２１が照射したスリッ
ト光が夫々深い角度で到達することになり、これらの斜
面Ａ，Ｂの反射光強度は、すくなくとも一方のスリット
光源２１が照射するスリット光による反射光強度よりも
大きくなる。又、図示するような凹部に限らず、いずれ
か一方のスリット光源２１が照射するスリット光の照射
方向に凹部が形成されていても、この凹部の斜面には、
他方のスリット光源２１が照射したスリット光が深い角
度で到達することになり、そのような凹部の斜面の反射
光強度もすくなくとも一方のスリット光源２１が照射す
るスリット光による反射光強度よりも大きくなる。

【００２３】そして、このように夫々のスリット光源２
１を作動させた後にＣＣＤカメラ６を作動させることに
よって、ＣＣＤカメラ６は、従来と同様に図５に示すよ
うにパネル２表面に形成されたその光マークを認識す
る。このとき、凹部の斜面Ａ，Ｂの光マークの反射光強
度が、すくなくとも一方のスリット光源２１が照射する
スリット光による反射光強度よりも大きくなっているの
で、つまり、ＣＣＤカメラ６が認識するのに充分な反射
光強度となっているので、ＣＣＤカメラ６は、その斜面
Ａ，Ｂに形成される光マークを確実に認識することがで
きる。このため、図示省略する画像処理装置及びコンピ
ュータは、そのような凹部が形成されているパネル２の
表面形状も確実に測定することができるようになる。

【００２４】したがって、車体を構成する各種パネルの
うちのほとんどのパネルの表面形状を測定することがで
き、プレス加工後や車体フレームへの溶接後のパネルの
形状の検査の迅速化が図れるようになり、生産性が向上
する。又、このような測定ユニットを備えた測定装置に
よれば、車体を構成する各種パネルに限らず、これと同
様にいわゆるプレス加工における２次曲げ加工が施され
て形成されたような前記凹部を有する被測定部材の表面
の形状を測定することができるので、極めて汎用性が高
い測定装置となる。

【００２５】尚、本実施例では、２つのスリット光源２
１を備えた測定ユニット２０を例示したが、この数に限
らず、複数のスリット光源２１をスリット光の長手方向
に配置し、夫々のスリット光がカメラユニット５のＣＣ
Ｄカメラ６の認識範囲内において重なるようにすれば良
いのはもちろんである。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明により明らかなように、本発
明にあっては以下のような効果を奏することになる。夫
々の照射手段を作動させることによって、被測定部材の
表面には、スリット光の長手方向における複数の方向か
ら照射されたスリット光が重なり合って形成された光マ
ークが形成されるので、被測定部材にいずれかの照射手
段が照射するスリット光の照射方向に凹部が形成されて
いても、この凹部の斜面には、他の照射手段が照射した
スリット光が深い角度で到達することになり、この部分
の反射光強度が、すくなくとも一方の照射手段が照射す
るスリット光による反射光強度よりも大きくなる。つま
り、認識手段が認識するのに充分な反射光強度となる。
したがって、認識手段は、その斜面の光マークも確実に
認識することができるようになり、被測定部材に上記の
ような凹部が形成されていても、被測定部材の表面の形
状を確実に測定することができるので、従来行なわれて
いるプレス加工後や車体フレームへの溶接後の被測定部
材の形状の検査の迅速化が図れるようになり、生産性を
向上させることができる。又、いわゆるプレス加工にお
ける２次曲げ加工が施されて形成されたような凹部を有
する被測定部材の表面の形状を測定することができるの
で、汎用性が高い測定装置となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の表面形状測定装置の測定ユニットの外
観図である。

【図２】図１のＡ矢視図である。

【図３】スリット光を調節する様子を示す図である。

【図４】スリット光を調節する様子を示す図である。

【図５】図１のＢ矢視図である。

【図６】従来の測定装置の概略構成図である。

【図７】従来の問題点の説明図である。

【符号の説明】

５…カメラユニット（認識手段）、６…ＣＣＤカメラ
（認識手段）、２０…測定ユニット、２１…スリット光
源（照射手段）、２２…外周ケース、２５…ホルダ、３
０…保持穴、３４〜３８…止めねじ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−61108（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−213507（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−183509（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−143204（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−65106（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定部材の表面にスリット状のスリッ
   ト光を照射する照射手段と、照射手段がスリット光を被
   測定部材の表面に照射することにより表面に形成される
   光マークの形状を認識する認識手段とを備え、認識手段
   が認識した光マークの形状に基づいて被測定部材の表面
   の形状を測定する表面形状測定装置において、複数の照
   射手段を有し、夫々の照射手段を認識手段の認識範囲内
   で相互の光マークが重なるようにスリット光の長手方向
   に配置したことを特徴とする表面形状測定装置。