JP2959150B2 - 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の
表面の形状を測定する表面形状測定装置の測定ユニット
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―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。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―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６４−１０１１７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。光切断法による測定装
置としては、従来例えば図５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の表面の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。

【０００３】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
形成される反射光の形状を認識するカメラユニット５が
備えられている。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反射光が形成さ
れ、この反射光は、カメラユニット５に入力するように
なっている。

【０００４】カメラユニット５は、図示するように、受
光レンズ１１とこれにより縮小された反射光の形状を受
像するいわゆるＣＣＤカメラ６とにより構成されてお
り、ＣＣＤカメラ６は、受光レンズ１１を介して受像し
たパネル２の表面の反射光の形状を、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。そして、
画像処理装置３は、スリット光源４から受光レンズ１１
までの距離と受光レンズ１１からＣＣＤカメラ６の受光
素子までの距離と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。

【０００５】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。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
従来の測定装置にあっては、パネルの歪や変形等を正確
に検出するためには、より広い範囲におけるパネルの表
面の形状を測定した方が良いが、このように測定範囲を
広げるには、測定ユニット５とパネル２との距離を広げ
る必要がある。

【０００７】ところが図５に示すように、ＣＣＤカメラ
６の受像素子が受光レンズ１１を介して入力することが
できる反射光の入力角度範囲θは、スリット光の照射中
心軸に対して比較的狭い角度範囲、例えば従来は３０°
〜４５°程度となっているので、上記のように測定範囲
を広げようとすると、必然的にスリット光の照射中心軸
に対する受光レンズ１１及びＣＣＤカメラ６の位置を遠
くせざるを得ず、つまり、スリット光源４とカメラユニ
ット５との間隔を広げなければならなくなり、測定ユニ
ットが大型化し、これにより測定用途の汎用性が低下す
るという問題があった。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、測定範囲が広
く、より正確に被測定部材の表面形状を測定することが
できるコンパクトな表面形状測定装置の測定ユニットを
提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明では、 （１）基台の一方に、被測定部材の表面にスリット光を
照射する照射手段と前記被測定部材の表面からの反射光
の形状を認識する認識手段とを一体化して取り付けると
共に、前記基台の他方に、前記被測定部材からの反射光
を反射して折り返し前記認識手段に導く反射鏡を移動自
在に取り付け、前記反射鏡の位置を変化させることによ
って、前記被測定部材の測定範囲を調整することを特徴
とする。 （２）被測定部材の表面にスリット光を照射する２台の
照射手段と、前記被測定部材の表面からの反射光の形状
を認識する認識手段とを一体化した測定ユニットを備
え、前記認識手段が認識した反射光の形状に基づいて前
記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、前記被測定部材と前記認識手段との間に、前
記被測定部材からの反射光を前記認識手段に導く反射鏡
を移動自在に備え、前記それぞれの照射手段は、前記被
測定部材の表面に照射されるスリット光が、長手方向に
おいて相重なるように対称的に傾斜して設けられている
ことを特徴とする。

【０００９】

【作用】上記のように構成された本発明の表面形状測定
装置の測定ユニットは以下のように作用する。

【００１０】照射手段を作動させると、被測定部材の表
面には、照射手段が照射したスリット光の反射による反
射光が形成される。反射鏡は、この反射光を反射して認
識手段に入力させる。このように、反射鏡が被測定部材
の表面に形成された反射光を認識手段に反射させるの
で、認識手段は、照射手段に接近させて配置できる。こ
れにより認識手段を照射手段に接近させて配置できる
分、従来の測定装置よりもコンパクト化できる。しか
も、測定範囲を広げてより正確に被測定部材の表面の形
状を測定する際には、同様の目的で従来の測定ユニット
の認識手段の位置を移動する移動量の１／２で反射鏡を
移動させれば良く、つまり調節しろを従来の１／２にで
きるから、測定装置がコンパクトなまま測定範囲を広げ
ることができる。また、照射手段は、前記被測定部材の
表面に照射されるスリット光が、長手方向において相重
なるように対称的に傾斜して設けられているので、被測
定部材の表面に夫々のスリット光が重なった状態の反射
光が形成されることになり、被測定部材の表面に凹部が
形成されていても、この凹部の形状を確実に測定するこ
とができる。

【００１１】

【実施例】以下に、本発明の表面形状測定装置の測定ユ
ニット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は、図１のＢ
矢視図であり、図４は、図３に対応する従来の表面形状
測定装置の測定ユニットの側面図である。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反射光に基
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。

【００１２】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は、前記照射手段としての２つ
のスリット光源２１がホルダ２５を介して基台２４の一
端に固定されている。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２２に内蔵されて構
成されており、これらにより形成されたスリット状のス
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。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
２２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２
２の外径よりも数mm大径の調節部３１と、外周ケース２
２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照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。

【００１３】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。これにより、これらのスリット光源２
１を作動させると、図示するようにパネル２の表面に夫
々のスリット光が重なった状態の反射光が形成されるの
で、図示するような凹部が形成されていても、この凹部
の形状を確実に測定することができるようになってい
る。又、夫々のスリット光源２１は、止めねじ３５〜３
８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。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、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、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基準となる光軸に一致
するように調節されている。なお、これらの止めねじ３
４〜３８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。

【００１４】さらに図１に示すように、ホルダ２５は、
前記認識手段としての受光レンズ１１及びＣＣＤカメラ
６も保持している。ホルダ２５の中央部には、夫々のス
リット光源２１が照射するスリット光の照射方向及び長
手方向に対して垂直方向にホルダ２５を貫通する図示省
略する貫通穴が形成されており、この貫通穴の夫々の端
部には、ホルダ２５を挟んで受光レンズ１１及びＣＣＤ
カメラ６が取り付けられている。つまり、受光レンズ１
１に入射した前記反射光がホルダ２５を貫通してＣＣＤ
カメラ６の受像素子に入力するようになっている。又、
基台２４の他端には、その反射光を受像レンズ１１に反
射させる反射鏡５０が反射鏡ホルダ５１により保持され
つつ固定されている。この反射鏡５０は、表面の平面度
がいわゆる光学精度で形成されている光学用の平板鏡で
ある。反射鏡ホルダ５１には、この反射鏡５０の形状に
合せて凹部５２が形成されており、反射鏡５０は、この
凹部５２に嵌合して図示省略する止めねじにより反射鏡
ホルダ５１に固定されている。又、反射鏡ホルダ５１
は、基台２４に図中長手方向つまり反射させる方向に形
成された図示省略する長穴を貫通するねじにより基台２
４にねじ止めされておりこの長穴の分だけ移動自在に基
台２４に固定されている。これにより、反射ホルダ５１
をその長穴に従って移動させることによって、測定範囲
の設定が容易に行なえるようになっている。

【００１５】さらに、このように測定範囲を広げるため
に反射ホルダ５１を移動させる量は同様の目的で従来の
測定ユニットのカメラユニット５を移動する際の移動量
の１／２となるので、調節しろつまり前記長穴の長さを
従来の測定ユニット１の基台のものよりも短くすること
ができる。これにより、この分についても従来の測定ユ
ニットよりも基台２４を短くすることができ、これによ
っても測定ユニット２０は、コンパクト化が図られてい
る。このような構成とすることによって、測定ユニット
２０は、図３に示すようにパネル２の表面に形成された
反射光を入力する。

【００１６】スリット光源２１が作動することによっ
て、夫々のスリット光源２１が照射したスリット光は、
パネル２の表面に相互に重なった状態の反射光を形成さ
せる。そして、この反射光は、反射鏡５０に反射して受
光レンズ１１及びホルダ２５を通りＣＣＤカメラ６に入
力する。このように、反射鏡５０がパネル２の表面に形
成された反射光を反射し、受光レンズ１１を介してＣＣ
Ｄカメラ６に入力させるので、ＣＣＤカメラ６は、図示
するように、スリット光源２１に接近させて配置するこ
とができる。従って、図４に示す従来の測定ユニット１
と比較してもわかるように、本発明の測定ユニット２０
は、測定ユニットの長さＬを従来のものよりも短くで
き、測定ユニット全体をコンパクト化できる。しかも、
前述したように、測定範囲を広げるための反射ホルダ５
１の調節しろを従来の１／２にできるので、従来の測定
ユニット１のようにパネル２の歪や変形等をより正確に
検出するために測定ユニット２０とパネル２との距離を
広げても、これに応じてスリット光源２１と受光レンズ
１１及びＣＣＤカメラ６との間隔を広げる必要がなくな
る。つまり、パネル２の表面の形状をより正確に測定す
るようにしても、従来のように測定ユニットが大型化し
て測定用途の汎用性が低下するようなことがなくなる。
したがって、従来の測定ユニット１よりもコンパクトに
なり、しかも測定範囲を広げることができるので、測定
用途が広がり、汎用性が向上する。

【００１７】尚、本実施例では、反射鏡５０が反射鏡ホ
ルダ５１に固定されているものを例示したが、これに限
らず、例えば反射鏡５０の反射方向を調節する調節機構
を備えるようにして測定範囲の変更に対処容易にするよ
うにしても良いのはもちろんである。又、反射鏡５０
は、パネル２の表面に形成された反射光を正確にＣＣＤ
カメラ６に反射させることができるものであれば、上記
実施例で例示したもの以外でも良いのはもちろんであ
る。

【００１８】

【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。照射手段と認
識手段とは一体化されており、反射手段が被測定部材の
表面に形成された反射光を認識手段に反射させるので、
認識手段を照射手段に接近させて配置でき、認識手段を
照射手段に接近させて配置できる分、従来の測定ユニッ
トよりもコンパクト化できる。しかも、測定範囲を広げ
てより正確に被測定部材の表面の形状を測定する際に
は、同様の目的で従来の測定ユニットの認識手段の位置
を移動する移動量の１／２で反射鏡を移動させれば良
く、つまり調節しろを従来の１／２にできるので、従来
のように、その目的を達成するために測定ユニットが大
型化することがなくなる。

【００１９】従って、被測定部材の表面の形状をより正
確に測定するために測定範囲を広げるようにしても大型
化するようなことがないコンパクトな測定ユニットとな
り、コンパクトなまま測定範囲を広げることができるの
で、測定用途が広がり、汎用性が向上する。さらに、照
射手段は、被測定部材の表面に照射されるスリット光
が、長手方向において相重なるように対称的に傾斜して
設けているので、被測定部材の表面に夫々のスリット光
が重なった状態の反射光が形成されることになり、被測
定部材の表面に凹部が形成されていても、この凹部の形
状を確実に測定することができるようになる。

【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】図１のＢ矢視図である。

【図４】図３に対応する従来の測定ユニットの側面図で
ある。

【図５】従来の表面測定装置の概略構成図である。

【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）、１１…受光レンズ（認識手段）、２０…
測定ユニット、２１…スリット光源（照射手段）、２５
…ホルダ、５０…反射鏡、５１…反射ホルダ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基台の一方に、被測定部材の表面にスリ
   ット光を照射する照射手段と前記被測定部材の表面から
   の反射光の形状を認識する認識手段とを一体化して取り
   付けると共に、 前記基台の他方に、前記被測定部材からの反射光を反射
   して折り返し前記認識手段に導く反射鏡を移動自在に取
   り付け、 前記反射鏡の位置を変化させることによって、前記被測
   定部材の測定範囲を調整する ことを特徴とする表面形状
   測定装置。
2. 【請求項２】 被測定部材の表面にスリット光を照射す
   る２台の照射手段と、前記被測定部材の表面からの反射
   光の形状を認識する認識手段とを一体化した測定ユニッ
   トを備え、前記認識手段が認識した反射光の形状に基づ
   いて前記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、前記被測定部材と前記認識手段との間
   に、前記被測定部材からの反射光を前記認識手段に導く
   反射鏡を移動自在に備え、前記それぞれの照射手段は、
   前記被測定部材の表面に照射されるスリット光が、長手
   方向において相重なるように対称的に傾斜して設けられ
   ていることを特徴とする表面形状測定装置。