JP3146810B2 - センサ光軸補正装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、センサ光軸補正装置に
関し、特に計測センサに光軸調整機構を設けることな
く、自動的に光軸のずれに関係する補正を行いうるよう
にしたものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、レーザ光などを利用した非接触式
計測装置が普及し、いろいろな分野で使われている。図
５はたとえば自動車のパネル部品の形状を測定するパネ
ル計測装置の一例を示したものである。このパネル計測
装置１は、計測センサ２が取り付けられた計測装置本体
３と、計測センサ２を含めて計測装置本体３を制御する
計測コントローラ４と、計測センサ２の計測結果を統計
処理する計測データ統計処理装置５とから構成されてい
る。計測センサ２は、たとえば図６に示すように、レー
ザ光源６と検出器（受光素子など）７とを有し、ロボッ
トの手首部８に取り付けられている。この場合、計測セ
ンサ２のレーザ光源６から照射されたレーザ光は、パネ
ル部品９の表面で反射されて計測センサ２の検出器７に
受光されるようになっている。

【０００３】ところで、このような計測装置において
は、計測結果の精度を確保するため、計測センサ２のレ
ーザ光の光軸をあらかじめ決められた位置と方向になる
ように調整すること（つまり光軸調整）がきわめて重要
である。従来、こうした光軸調整は、光軸調整用治具と
センサ上の光軸調整機構を用いて行われていた。

【０００４】たとえば図７に示すように、治具１０上に
計測センサ２をロケートピンなどで正確に位置決め固定
した後、計測センサ２の光軸が通るべき位置にピンホー
ルを持つピンホールプレート１１をガイドバー１２に沿
って前後に移動させ、計測センサ２に設けられた光軸調
整機構によってレーザ光が常にピンホールを通過するよ
うに調整する。そして、すべての計測センサ２の光軸を
一定に調整した上で、これらを計測装置本体３に取り付
けていた。

【０００５】図８には計測センサ２に設けられた光軸調
整機構の一例を示してある。この光軸調整機構は、垂直
方向のずれを修正するための１対のアジャストスクリュ
ー１３、１３と、水平方向のずれを修正するための他の
１対のアジャストスクリュー１４、１４と、計測センサ
２の本体を取り付けるブラケット１５とからなってい
る。

【０００６】この光軸調整機構による光軸調整手順の一
例は次の通りである。光軸のずれは一般に垂直方向のず
れと水平方向のずれの組み合わせて起こるので片方ずつ
修正する。垂直方向のずれはアジャストスクリュー１
３、１３によって、水平方向のずれはアジャストスクリ
ュー１４、１４によってそれぞれ行う。Ｔ字ブロックを
それぞれ至近距離と遠距離に置き、ブロック上の方眼目
盛りのどの位置にレーザ光が当たっているかを見る。こ
れら２点のスポットの当たり方を見て、光軸がどのよう
にずれているかを判断する。それから、垂直方向のずれ
と水平方向のずれの調整をそれぞれ行うが、どちらであ
れ、まず光軸を平行にする。すなわち、垂直方向のずれ
の修正を例にとると、Ｔ字ブロックを至近距離に置き、
フロント（Ｆ）側のアジャストスクリュー１３を調整し
て、Ｔ字ブロックを遠距離に置いた時とほぼ同じ高さに
スポットが当たるように調整した後、Ｔ字ブロックを再
び遠距離に移動して、スポットの高さが一定であること
を確認する。このとき、アジャストスクリュー１３の締
め込み量が多すぎると、プランジャ１６が目一杯下がっ
て動かなくなってしまうので（図８（Ｂ）参照）、フロ
ント（Ｆ）側とリア（Ｒ）側の両方のアジャストスクリ
ュー１３、１３を回して、適当な位置までブラケット１
５全体を上げる。これで平行がでたので、次にスポット
が目標の高さから何ミリメートル（mm）ずれているかを
目盛りから読み取り、アジャストスクリューのピッチを
考慮して、両方のアジャストスクリュー１３、１３とも
そのずれの分だけ上下する。これでほぼ平行になってい
るので、さらに以上の作業を繰り返して微調整を行う。
こうして垂直方向ならびに水平方向のずれの調整を終え
ると、ボルトを締め込んでブラケット１５を固定する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の装置にあっては、光軸のずれの補正に関し
て、あらかじめ光軸調整用治具とセンサ上の光軸調整機
構によって計測センサ２の光軸を一定の位置と方向に調
整した後にこの光軸調整された計測センサ２を計測装置
本体３に取り付けるという方法であるため、計測センサ
２に光軸調整機構を設ける必要があり、そのため計測セ
ンサ２の構造が複雑になるばかりか、光軸調整用治具と
センサ上の光軸調整機構とによる光軸調整作業には上記
のようにかなりの手間がかかるという問題がある。

【０００８】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、計測センサに光軸調整機構
を設けることなく、計測センサの光軸のずれに対して計
測センサの計測結果を自動的に補正しうるセンサ光軸補
正装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、被測定物に光を照射する計測センサと、当
該計測センサからの光を受光しその受光位置情報を検出
する受光手段と、当該受光手段を移動させてその位置情
報を検出する移動手段と、前記受光手段によって検出さ
れた複数の受光位置情報と移動手段によって検出された
複数の位置情報とに基づいて、前記計測センサの座標系
と当該計測センサの取り付け面の座標系との座標変換に
用いられる座標変換マトリックスを演算する演算手段
と、前記計測センサに内蔵され前記演算手段の演算結果
を記憶する記憶手段と、当該記憶手段に記憶されている
座標変換マトリックスによる座標変換に基づいて前記計
測センサによる計測結果を補正し、前記計測センサの光
軸のずれ分を補正する補正手段とを有することを特徴と
する。

【００１０】

【作用】このように構成した本発明にあっては、移動手
段は受光手段を適当な位置に移動させ、その位置情報を
検出する。受光手段は前記位置において計測センサから
の光を受光し、その受光位置情報を検出する。演算手段
は、移動手段の検出した位置情報と受光手段の検出した
受光位置情報とを複数組取り込んだ後、これら複数の位
置情報および受光位置情報に基づいて、計測センサの座
標系と当該計測センサの取り付け面の座標系との座標変
換に用いられる座標変換マトリックスを演算する。この
演算結果は計測センサに内蔵されている記憶手段に格納
される。その後、この計測センサを計測装置に取り付け
て実際に計測を行う場合において、補正手段は、計測セ
ンサの記憶手段に記憶されている座標変換マトリックス
による座標変換に基づいて、計測センサによる計測結果
を補正し、前記計測センサの光軸のずれ分を補正する。
これにより、計測センサの光軸にずれがあっても、従来
のように計測センサに対する光軸調整作業を行うことな
く、光軸のずれ分だけ計測センサの計測結果を自動的に
補正することができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１は本発明の一実施例を示すブロック図、図
２はその具体的な装置例を示す図、図３は光軸補正デー
タ書込み時の動作フローチャート、図４は実際の計測時
の動作フローチャートである。

【００１２】図１に示すセンサ光軸補正装置は、計測時
にレーザ光などの光を被測定物に照射する計測センサ２
０と、この計測センサ２０からの光を受光しその位置情
報を検出する受光手段としての受光センサ２１と、計測
センサ２０を取り付け固定し一方で受光センサ２１をＸ
Ｙ方向に移動させこの位置情報を検出する移動手段とし
ての調整用治具２２とを有し、計測センサ２０には後述
する光軸補正データとしてのマトリックスデータが格納
される記憶手段としての不揮発性メモリ２３が内蔵され
ている。計測センサ２０にはこれを制御する計測センサ
コントローラ２４が接続され、受光センサ２１にはこれ
を制御する受光センサコントローラ２５が接続され、ま
た、調整用治具２２にはこれを制御する治具コントロー
ラ２６が接続されている。受光センサコントローラ２５
と治具コントローラ２６にはこれらからそれぞれ受光位
置情報と治具位置情報を取り込んで光軸補正データとし
てのセンサ座標系のセンサ取付面の座標系に対する座標
変換マトリックスを作成する演算手段としての座標変換
マトリックス作成部２７が接続されている。この座標変
換マトリックス作成部２７で作成された座標変換マトリ
ックスのデータは、データ書込み処理部２８を介して計
測センサ２０内の不揮発性メモリ２３に格納されるよう
になっている。

【００１３】これの具体的な装置例を図２に示してあ
る。同図に示すように、計測センサ２０はレーザ光源４
０と受光素子などの検出器４１を有し、さらに、ここで
は図示しないが前記不揮発性メモリ２３を内蔵してい
る。しかし、従来の計測センサのように光軸調整機構は
一切備えていない。

【００１４】また、調整用治具２２は、Ｌ字形の治具本
体４２と、この治具本体４２上にＸ方向に移動自在に設
けられた第１テーブル４３と、この第１テーブル４３上
にＹ方向に移動自在に設けられた第２テーブル４４と、
この第２テーブル４４上に回転自在に設けられた円板形
の第３テーブル４５とからなっている。第１〜第３テー
ブル４３、４４、４５は可動テーブルであり、それぞれ
サーボモータ４６、４７、４８と減速機４９、５０、５
１によって駆動されるようになっている。これら３つの
サーボモータ４６〜４８にはそれぞれサーボドライバ５
２、５３、５４が接続されている。また、各サーボモー
タ４６〜４８にはエンコーダなどの図示しない位置検出
器が取り付けられており、各テーブル４３〜４５の位置
情報を検出できるようになっている。受光センサ２１は
第３テーブル４５上に取り付けられている。また、計測
センサ２０の光軸を測定しその光軸補正データを不揮発
性メモリ２３に書き込む際には、計測センサ２０は治具
本体４２上の適当な位置に取り付けられる。

【００１５】さらに、上記した計測センサコントローラ
２４、受光センサコントローラ２５、治具コントローラ
２６、座標変換マトリックス作成部２７、およびデータ
書込み処理部２８は一体化されて１つの統合コントロー
ラ５５を構成している。また、この統合コントローラ５
５にはこのシステムを操作するための操作盤５６が接続
されている。

【００１６】一方、図１に示すように、実際に計測を行
う際に計測センサ２０が取り付けられる計測装置３０の
側には、計測センサ２０内の不揮発性メモリ２３に格納
されているデータを読み取るためのインタフェース部３
１が設けられ、このインタフェース部３１には計測装置
３０を制御する補正手段としての計測コントローラ３２
が接続されている。

【００１７】次に、以上のように構成された本装置の動
作について、図３と図４のフローチャートに従って説明
する。まず図３に基づいて光軸補正データ書込み時の動
作を説明する。この場合には、計測センサ２０を調整用
治具２２の治具本体４２上に設置する。この状態におい
て、操作盤５６の起動スイッチがオンされると、治具コ
ントローラ２６は、サーボドライバ５２〜５４を介して
各サーボモータ４６〜４８に制御信号を送って各テーブ
ル４３〜４５を駆動し、これらを所定の位置に移動させ
（Ｓ１）、その時の各テーブル４３〜４５の位置情報を
エンコーダからの信号の形で入力した後、所定の信号処
理を施して、テーブル位置情報として座標変換マトリッ
クス作成部２７に送出する（Ｓ２）。それから、計測セ
ンサコントローラ２４は、計測センサ２０に制御信号を
送って計測センサ２０を作動させ、レーザ光源４０から
レーザ光を発射させる（Ｓ３）。このレーザ光は受光セ
ンサ２１によって受光され、受光センサコントローラ２
５はその受光位置情報を受光センサ２１からの信号の形
で入力した後、所定の信号処理を施して、受光位置情報
として座標変換マトリックス作成部２７に送出する（Ｓ
４）。そして、以上の動作を所定回数だけ繰り返す（Ｓ
５）。この回数は、１か所でのテーブル位置情報と受光
位置情報を１組として、計測センサ２０の光軸の位置と
方向を算出するのに必要かつ適当なだけの組数の位置情
報を取得しうるよう、適当な複数の値に設定されてい
る。

【００１８】なお、複数組の位置情報を取得する方法は
本実施例のものに限定されるものではなく、たとえば、
計測センサ２０を作動させたままの状態で各テーブル４
３〜４５を離散的または連続的に移動させ、テーブル位
置情報の検出と受光位置情報の検出との間のタイミング
をとるなどの方法であっても良い。

【００１９】所定の組数の位置情報（テーブル位置情報
と受光位置情報）が入力されると、座標変換マトリック
ス作成部２７は、複数組のテーブル位置情報と受光位置
情報に基づいて、計測センサ２０の光軸の位置と方向を
算出し（Ｓ６）、さらに、この算出結果に基づいて、セ
ンサ座標系のセンサ取付面の座標系（計測装置３０に取
り付けられた場合にはロボットの手首の座標系となる）
に対する座標変換マトリックスＡを作成する（Ｓ７）。
センサ座標系は光軸を基準にしているため光軸にずれが
あると計測結果の精度が低下するが、上記のように光軸
のずれ分を補正する座標変換マトリックスＡを作成する
ことによって、後述するように座標変換処理を行うこと
によって簡単に計測センサ２０の計測結果を光軸のずれ
分だけ補正できるようになる。ステップ７で座標変換マ
トリックスＡが作成されると、このマトリックスデータ
はデータ書込み処理部２８を介して計測センサ２０内の
不揮発性メモリ２３に書き込まれる（Ｓ８）。以上の動
作は必要とされるすべての計測センサ２０について実行
される。その結果として、それぞれの計測センサ２０は
自身の光軸のずれを補正する固有のマトリックスデータ
Ａを保有することになる。

【００２０】次に図４に基づいて実際の計測時の動作を
説明する。この場合には、マトリックスデータＡが格納
された計測センサ２０を計測装置３０、具体的にはたと
えばロボットの手首部８に取り付ける（図６参照）。こ
の状態において実際の計測が開始されると、計測装置３
０の計測コントローラ３２は、計測センサ２０を作動さ
せ、レーザ光を被測定物に照射しその反射光を受光して
得た計測結果（座標値）Ｘを入力するとともに（Ｓ
９）、計測センサ２０内の不揮発性メモリ２３に格納さ
れている座標変換マトリックスＡをインタフェース部３
１を介して取り込む（Ｓ１０）。このときの計測結果Ｘ
はセンサ座標系におけるものである。それから、前記計
測結果Ｘを座標変換マトリックスＡに基づいて次の式１
に従って、センサ座標系からロボット手首座標系の座標
値ＸA に変換する（Ｓ１１）。これによって、計測セン
サ２０の光軸のずれが補正される。 ＸA ＝ＡＸ …式１ それから、ロボット手首座標系からロボット座標系への
座標変換マトリックスＲに基づいて次の式２に従って、
ロボット手首座標系の座標値ＸA をロボット座標系の座
標値ＸR に変換する（Ｓ１２）。ここで、座標変換マト
リックスＲは、ロボットの各軸の変位（Ｊ1 、Ｊ2 、
…、Ｊn )(ｎ軸ロボットの場合）に応じてその都度自動
的に作成されるようになっている。 ＸR ＝ＲＸA …式２ それから、ロボット座標系からワーク座標系への座標変
換マトリックスＷに基づいて次の式３に従って、ロボッ
ト座標系の座標値ＸR をワーク座標系の座標値ＸW に変
換する（Ｓ１３）。ここで、座標変換マトリックスＷ
は、被測定物たるワーク固定時にキャリブレーションに
よって作成される。 ＸW ＝ＷＸR …式３ それから、ステップ１３の変換結果をデータ解析処理部
に転送して（Ｓ１４）、計測装置３０における所定の演
算処理に提供する。

【００２１】したがって、本実施例によれば、計測セン
サ２０を調整用治具２２に取り付けて自動的に光軸の位
置・方向を測定し、光軸のずれを補正するための座標変
換マトリックスＡを作成し、さらにそのマトリックスＡ
のデータを計測センサ２０内の不揮発性メモリ２３に格
納し、一方で実際に計測する際にはその格納されている
データＡを用いた座標変換によって計測センサ２０の計
測結果Ｘを補正するようにしたので、従来のように計測
センサに複雑な光軸調整機構を設ける必要がなくなり、
計測センサの構造を簡単化できる。また、従来のように
作業者が光軸調整作業を行う必要がなくなり、調整作業
の手間が省けるばかりか、自動化によってきわめて短時
間で精度の良い補正を行うことが可能となる。

【００２２】さらに、個々の計測センサ２０ごとに自身
の光軸のずれを補正するための固有のマトリックスデー
タＡを保有させ、そのデータを計測センサ２０自身から
取り込むようにしたので、計測センサ２０をどの計測装
置３０に取り付けようとも、特別の操作を必要としない
こととなり、使い勝手がかなり向上する。

【００２３】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、従来
のように計測センサの光軸を一定の位置と方向に調整す
るのではなく、所定の検出結果に基づいて計測センサの
光軸補正データである座標変換マトリックスを演算しそ
の演算結果を計測センサに保有させ一方でその座標変換
マトリックスによる座標変換に基づいて実際の計測結果
を補正するようにしたので、計測センサ上の光軸調整機
構が不要となり、計測センサの簡単化が図られるととも
に、作業者による光軸調整作業の手間が省略でき、自動
化と相俟って光軸のずれに関係する補正をきわめて短時
間で精度良く行うことができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すブロック図

【図２】同実施例の具体的な装置例を示す図

【図３】同実施例による光軸補正データ書込み時の動作
フローチャート

【図４】同実施例による実際の計測時の動作フローチャ
ート

【図５】非接触式パネル計測装置の概略構成図

【図６】計測センサの部分を示す概略図

【図７】従来の光軸調整の一方法を示す図

【図８】従来の光軸調整機構の一例を示す図

【符号の説明】

２０…計測センサ ２１…受光センサ（受光手段） ２２…調整用治具（移動手段） ２３…不揮発性メモリ（記憶手段） ２７…座標変換マトリックス作成部（演算手段） ３２…計測コントローラ（補正手段）

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定物に光を照射する計測センサと、 当該計測センサからの光を受光しその受光位置情報を検
   出する受光手段と、 当該受光手段を移動させてその位置情報を検出する移動
   手段と、前記受光手段によって検出された複数の受光位置情報と
   移動手段によって検出された複数の位置情報とに基づい
   て、前記計測センサの座標系と当該計測センサの取り付
   け面の座標系との座標変換に用いられる座標変換マトリ
   ックスを演算する演算手段と 、 前記計測センサに内蔵され前記演算手段の演算結果を記
   憶する記憶手段と、 当該記憶手段に記憶されている座標変換マトリックスに
   よる座標変換に基づいて前記計測センサによる計測結果
   を補正し、前記計測センサの光軸のずれ分を補正する補
   正手段と、 を有することを特徴とするセンサ光軸補正装置。