JP3107709B2 - ワーク寸法自動測定システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、様々な形状及び大きさ
のワークの寸法を自動計測するのに好適のワーク寸法自
動測定システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】搬送ラインを介して搬送される形状の異
なる種々のワークを自動測定するシステムは従来から知
られている（例えば特開昭６０−３５２１０号）。この
種のシステムでは、ライン上流に配置された撮像装置で
ワークを撮像し、その撮像結果からワークの形状を判別
し、ライン下流に配置されたメジャリングロボットを判
別形状に対応したプログラムで動作させるようにしてい
る。

【０００３】このような搬送ライン上での測定よりも、
もう少し高度なワークの寸法測定を三次元測定機を使用
して行おうとすると、事前のワーク撮像過程で、単にワ
ークの形状のみならず、その大きさやステージ上の位
置、姿勢等の情報も認識しておかなくてはならない。ワ
ークに関するこの種の情報が欠落していると、三次元測
定機の測定プローブの移動経路を決定することができな
いからである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この種の測定
システムでは、事前のワーク撮像過程によりワークの位
置に関する情報が得られた後、それに続くワークの測定
過程でワークの位置がずれると、ワークに対する三次元
測定機のプローブの移動経路が不適切なものとなり、正
しい測定が不可能になる。特に、システムが置かれる環
境によっては、種々の振動発生源と同居することが避け
られない場合もあり、このような場合に上記の問題が発
生しやすい。これを回避するには、除振装置によって振
動対策を施した三次元測定機の定盤上でワークの画像情
報を求めることが考えられる。しかし、この場合、撮像
時にワークを照明する光源からの熱が三次元測定機の測
定に悪影響を及ぼすという問題がある。

【０００５】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたもので、事前のワークの撮像過程から三次
元測定機による三次元測定に至る全工程で、振動対策を
施すことができ、更に撮像過程での照明の熱が三次元測
定機での測定に影響を及ぼすことがないワーク寸法自動
測定システムを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係るワーク寸法
自動測定システムは、測定対象のワークを撮像してワー
クの画像情報を出力する撮像手段と、この撮像手段から
出力される画像情報に基づいて前記ワークの形状及び位
置を認識する画像処理手段と、この画像処理手段での認
識結果に基づいて前記ワークに対するプローブの移動経
路を決定し前記ワークの寸法を測定する三次元測定機と
を備えたワーク寸法自動測定システムにおいて、前記ワ
ークを載置するステージと、このステージを前記撮像手
段による撮像領域と前記三次元測定機による測定領域と
の間で往復移動させるステージ駆動機構と、前記撮像領
域を照明する照明手段と、前記撮像領域から測定領域に
至るステージ、前記ステージ駆動機構及び前記三次元測
定機を保持して外部からの振動伝達を遮断する除振装置
とを備えたことを特徴とする。

【０００７】

【作用】本発明によれば、撮像手段による撮像領域と、
三次元測定機による測定領域との間でステージを往復移
動させるステージ駆動機構を設け、両領域全体を除振装
置で保持するようにしているので、撮像過程から測定過
程終了までにワークが外部振動によって移動するのを防
止することができる。本発明によれば、ステージ駆動機
構がステージを往復移動させるものであるため、ステー
ジの移動範囲が搬送ライン方式よりも格段に短い。この
ため、除振装置全体の大きさも小さくすることができ
る。また、本発明では、撮像領域と測定領域とが分離さ
れているので、撮像領域における照明の熱が三次元測定
に影響を及ぼすこともない。

【０００８】なお、本発明は、撮像領域が測定領域とは
分離されていることから、撮像領域でワークを照明する
照明手段をステージの下側に配置しても熱的な問題が生
じることはない。このため、ステージを光透過部材で構
成し、照明手段をステージの下側に配置することによ
り、装置全体をコンパクトにすることができると共に、
透過照明方式によるワークと背景とのコントラストが強
調された明確な画像情報を得ることができる。

【０００９】この場合、ステージ駆動機構を並行レール
で構成し、その間を下側に配置された照明手段からの照
明光が通過するように構成すれば、照明光がステージ駆
動機構によって妨げられることがない。

【００１０】また、ステージの周縁部の少なくとも２箇
所に基準マーク部材を設け、画像処理手段によってこの
基準マーク部材の位置を認識し、これに基づいてステー
ジに対するワークの位置を求めるようにすると、ステー
ジに対して撮像装置の位置がずれた場合でも、基準マー
ク部材の位置を基準としてワーク位置が求められるの
で、画像処理系におけるワーク位置を正確に求めること
ができる。

【００１１】

【実施例】以下、添付の図面を参照してこの発明の実施
例に係るワーク寸法自動測定システムについて説明す
る。図１は、このシステムの概略構成を示す斜視図であ
る。公知の特殊空気式の除振装置１の上には除振装置用
特殊架台２が載置され、更にこの特殊架台２の上の一方
の側には三次元測定機３が、また他方の側には第１の照
明装置４がそれぞれ設置されている。三次元測定機３
は、ベースとなる定盤１１と、この定盤１１の両側端の
Ｙ軸ガイド１２に沿ってＹ軸方向に移動すると共に定盤
１１の両側端を連絡するブリッジ形のアーム支持体１３
と、このアーム支持体１３のＸ軸ガイド１４に沿ってＸ
軸方向に移動するＺ軸ガイド１５と、このＺ軸ガイド１
５に沿ってＺ軸方向に移動するアーム１６と、このアー
ム１６に支持された測定用のタッチ・シグナル・プロー
ブ１７とを備えて構成されている。また、三次元測定機
３には、プローブ交換のためのプローブ自動交換装置１
８が備えられている。

【００１２】三次元測定機３の定盤１１の上方には、三
次元測定機の測定領域が形成され、第１の照明装置４の
上方には撮像領域が形成される。これら両領域を連絡す
るように、ステージ駆動機構５が設置されている。ステ
ージ駆動機構５は、三次元測定機３の定盤１１と第１の
照明装置４とを連絡する２本の並行レール２１と、この
並行レール２１に案内されて移動するコ字状のスライド
テーブル２２と、このスライドテーブル２２を駆動する
モータ２３及びネジ形の駆動軸２４とにより構成されて
いる。スライドテーブル２２上には、パレット６が装着
される。このパレット６は、ワーク７を載置するステー
ジを構成するもので、透明なガラス板３１と、このガラ
ス板３１の周縁部に装着された枠体３２とで構成されて
いる。枠体３２には、位置決め孔３３が形成されてお
り、この孔３３とスライドテーブル２２に設けた位置決
めボス３４とが嵌合されてパレット６がスライドテーブ
ル２２に位置決めされる。

【００１３】パレット６上に配置されたワーク７の上方
及び側方には、ワーク７を撮像するＣＣＤカメラ８，９
がそれぞれ配置されている。ワーク７対してＣＣＤカメ
ラ９とは反対側には第２の照明装置１０が配置されてい
る。照明装置４，１０は、それぞれ内部に図示しない光
源を収納したケース４１と、このケース４１を密閉する
と共に光源からの光を均一化させる半透明板４２とによ
り構成されている。

【００１４】図２は、このシステムの信号・情報処理系
統を示すブロック図である。ＣＣＤカメラ８，９で撮像
された画像情報は、画像処理装置５１に供給され、ここ
で画像認識処理によってワーク位置、ワークパターン及
びワーク主要寸法からなる予備情報が求められる。三次
元測定機データ処理装置５２は、予備情報から三次元測
定の手順を規定するパートプログラムを選択し、このパ
ートプログラムに必要な変数を与えてコントローラ５３
を駆動する。コントローラ５３は、ステージ駆動機構５
及び三次元測定機３を駆動する。

【００１５】次に、このように構成された本システムの
動作を説明する。図３は、本システムの測定手順を示す
フローチャートである。測定開始状態では、パレット６
がＣＣＤ８，９による撮像が可能な撮像領域に配置され
る。この状態で、人手又はロボット等の搬送手段によっ
てワーク７がパレット６上に搬入されると（Ｓ１）、Ｃ
ＣＤカメラ８，９によってワーク７が撮像される（Ｓ
２）。このとき、第１の照明装置４からの照明光は、並
行レール２１の間、スライドテーブル２２のくり貫き部
分及びパレット６のガラス板３１を透過してワーク７を
下側から照明する。ＣＣＤカメラ８は、照明装置４とは
反対側の上方からワーク７を撮像するので、ワーク７の
部分は逆光となって図４（ａ）に示すように、ワークの
部分と背景とのコントラストが強調された明確な画像情
報が得られる。同様に、第２の照明装置１０からの照明
光を受光するＣＣＤカメラ９で得られるワーク７の側面
の画像情報も、図４（ｂ）に示すように、ワークの部分
と背景とのコントラストが強調された明確な画像情報と
なる。

【００１６】画像情報が画像処理装置５１に供給される
と、画像処理装置５１では供給された画像情報から予備
情報を算出する（Ｓ３）。即ち、図５に示すように、画
像情報は、２値化部６１で２値化されたのち、輪郭抽出
部６２で２値画像のエッジ部分が抽出される。続いて、
パターンマッチングの処理効率を高めるため、特徴抽出
部６３で輪郭情報から特徴部分を抽出し、この特徴部分
と基本パターン記憶部６４に格納されているいくつかの
基本パターンとが照合部６５で照合される。これによ
り、求められたワークパターンに基づいて、位置算出部
６６及び主要寸法算出部６７が画像の特徴部分からワー
クの位置及び内径、外形、高さ、幅等の主要寸法を算出
する。求められたワークパターン、ワーク位置及びワー
ク主要寸法からなる予備情報が三次元測定機データ処理
装置５２に転送される（Ｓ４）。

【００１７】三次元測定機データ処理装置５２では、先
ず、図６に示すように、パートプログラム選択部７１
が、パターン別パートプログラム格納部７２に格納され
たパートプログラムのうちの一つを画像処理装置５１か
ら与えられたワークパターン情報に基づいて選択する
（Ｓ５）。次に、画像処理装置５１で求められた画像処
理座標系におけるワーク位置を、座標系修正部７３で三
次元測定機座標系におけるワーク位置に変換し（Ｓ
６）、変換後のワーク位置と画像処理装置５１から与え
られるワーク主要寸法とを変数レジスタ７４に格納する
（Ｓ７）。続いて、コントローラ５３の制御のもとでス
テージ駆動機構５が動作して、スライドテーブル２２が
撮像領域から測定領域に予め定められた移動量だけ移動
され、ワーク７が測定領域に搬送される（Ｓ８）。

【００１８】ワーク７の移動が完了すると、パートプロ
グラム実行部７５が起動され、選択されたパートプログ
ラムが実行される。パートプログラムは、プローブの移
動量や選択プローブを特定する情報等が変数として与え
られており、様々な大きさのワークに柔軟に対応できる
ようになっている。パートプログラム実行部７５は、パ
ートプログラムの実行の過程で、変数レジスタ７４の内
容を随時参照し、プローブの移動コマンドと必要な移動
量とをコントローラ５３に供給して三次元測定機３のタ
ッチ・シグナル・プローブ１７をパートプログラムに従
って移動させる。これにより、自動測定が実行される
（Ｓ９）。また、パートプログラム実行部７５は、この
測定の過程で得られた実際の三次元測定値から、ワーク
の位置を求め、予め与えられたワーク位置を実際の測定
値から求めたワーク位置で置き換える。これにより、以
後の測定は、新たに求められた正確なワーク位置を基準
として実行される。

【００１９】測定が終了したら、測定データを外部装置
に出力し（Ｓ１０）、ステージ駆動機構５を起動して、
ワーク７を測定領域から撮像領域に移動させる（Ｓ１
１）。測定を終了したワーク７は、人手又はロボット等
の搬送手段によって搬出される（Ｓ１２）。

【００２０】このシステムによれば、三次元測定機３、
ステージ駆動機構５及びパレット６が除振装置１によっ
て支持されているので、撮像過程開始から測定過程終了
に至るまでワーク７が外部振動によって移動するのを防
止することができる。また、ワーク７は、往復移動する
ので、除振すべき長さを合理的な範囲に制限することが
できる。更に、撮像領域と測定領域とが分離されている
ので、照明装置４，１０からの熱が三次元測定に影響を
及ぼすこともない。

【００２１】なお、以上の実施例では、ＣＣＤカメラ
８，９の位置と三次元測定機３の位置との関係が不変で
あることを前提としたが、ＣＣＤカメラ８，９自体の位
置に変動が生じた場合には、画像情報における座標系と
三次元測定領域の座標系との間の関係を正しく決定する
ことができなくなる。そこで、例えば、図７に示すよう
に、パレット６の枠体３２に基準マーク部材３５を設
け、この基準マーク部材３５の位置を基準としたワーク
７の位置をワーク位置として求めることにより、撮像手
段の位置変動に係わらず、ワーク位置を正確に求めるこ
とができる。

【００２２】この基準マーク部材３５は、ワーク７の三
次元位置及び姿勢を算出するためには、ＸＹＺ軸方向に
重ならない少なくとも２箇所に配置する必要がある。こ
の実施例では、枠体３２の対角位置に基準マーク部材３
５を設けるようにしている。また、基準マーク部材３５
は、そのパターンを容易に認識可能であると共に、その
位置を正確に把握しやすい形状であることが好ましい。
この実施例では、基準マーク部材３５の先端に基準球を
形成しているので、パターン認識が容易であり、その中
心位置も求め易いという利点がある。この基準球は、撮
像領域及び測定領域の両領域において、予め定められた
位置に配置されることが予め分かっているので、三次元
測定機３側でも基準球の位置を測定するようにすれば、
両領域の間の座標変換精度を更に高めることもできる。

【００２３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、事
前のワークの撮像過程から三次元測定機による三次元測
定に至る全工程で、振動対策を施すことができ、しかも
撮像過程での照明の熱が三次元測定機での測定に影響を
及ぼすことがないワーク寸法自動測定システムを提供す
ることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例に係るワーク寸法自動測定シ
ステムの斜視図である。

【図２】 同システムの信号・情報処理系のブロック図
である。

【図３】 同システムの測定手順を示すフローチャート
である。

【図４】 同システムで得られた画像情報の例を示す図
である。

【図５】 同システムにおける画像処理装置の構成を示
す機能ブロック図である。

【図６】 同システムにおける三次元測定機データ処理
装置の構成を示す機能ブロック図である。

【図７】 同システムにおけるパレットの他の構成例を
示す斜視図である。

【符号の説明】

１…除振装置、２…除振装値用特殊架台、３…三次元測
定機、４…第１の照明装置、５…ステージ駆動機構、６
…パレット、７…ワーク、８，９…ＣＣＤカメラ、１０
…第２の照明装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 伸二 神奈川県川崎市高津区坂戸１丁目20番１ 号 株式会社ミツトヨ内 (72)発明者 菊池 直也 神奈川県川崎市高津区坂戸１丁目20番１ 号 株式会社ミツトヨ内 (56)参考文献 特開 昭60−35210（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−154192（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−36768（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 21/00 - 21/32 G01B 11/00 - 11/30 102

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定対象のワークを撮像してワークの画
   像情報を出力する撮像手段と、 この撮像手段から出力される画像情報に基づいて前記ワ
   ークの形状及び位置を認識する画像処理手段と、 この画像処理手段での認識結果に基づいて前記ワークに
   対するプローブの移動経路を決定し前記ワークの寸法を
   測定する三次元測定機とを備えたワーク寸法自動測定シ
   ステムにおいて、 前記ワークを載置するステージと、 このステージを前記撮像手段による撮像領域と前記三次
   元測定機による測定領域との間で往復移動させるステー
   ジ駆動機構と、 前記撮像領域を照明する照明手段と、 前記撮像領域から測定領域に至るステージ、前記ステー
   ジ駆動機構及び前記三次元測定機を保持して外部からの
   振動伝達を遮断する除振装置とを備えたことを特徴とす
   るワーク寸法自動測定システム。
2. 【請求項２】 前記ステージは、光透過部材により形成
   され、 前記照明手段は、前記ステージの下側に配置され、前記
   ステージの下方から前記ステージに載置されたワークを
   照明するものであることを特徴とする請求項１記載のワ
   ーク寸法自動測定システム。
3. 【請求項３】 前記ステージ駆動機構は、前記ステージ
   を案内する並行レールを備え、 前記前記照明手段は、前記並行レールの間の下側から前
   記ワークを照明するものであることを特徴とする請求項
   １又は２記載のワーク寸法自動測定システム。
4. 【請求項４】 前記ステージは、その周縁部の少なくと
   も２箇所に基準マーク部材を備え、 前記画像処理手段は、前記撮像領域における基準マーク
   部材の位置を認識し、これに基づいて前記ステージに対
   する前記ワークの位置を求めるものであることを特徴と
   する請求項１乃至３のいずれか一項記載のワーク寸法自
   動測定システム。