JP3293830B2

JP3293830B2 - 物体の幾何学パラメータを測定および計算する装置および方法

Info

Publication number: JP3293830B2
Application number: JP52535595A
Authority: JP
Inventors: クリストファーモーコム，; カーステンザッハ，; オリバーベンケ，
Original assignee: ビアロークビズーレオートメイションズ−アンラーゲンゲーエムベーハー
Priority date: 1994-04-05
Filing date: 1995-04-05
Publication date: 2002-06-17
Anticipated expiration: 2017-06-17
Also published as: EP0771406B1; DE59503801D1; WO1995027184A1; JPH10506180A; US5864778A; EP0771406A1

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、請求項１の前提部に示される物体の幾何学
パラメータを測定および計算する装置、ならびに請求項
12の前提部に示される物体の幾何学パラメータを測定お
よび計算する方法に関する。

このような装置およびこのような方法は、欧州特許第
0 403 908号に開示されている。この公知の装置は、テ
ーブルを有するベースボディを備え、このテーブル上で
物体を支持する支持装置が移動し得る。テーブルの上方
には、テーブルの縁に取り付けられた３本の脚よりなる
三脚台構造が配置されている。これらの脚は上部でＴ字
状のフレーム（portal）へとつながっている。３本の脚
は互いに90゜離れている。脚の上にはそれぞれカメラが
配置され、これらのカメラはトラック上を垂直方向に移
動し得る。別の静止カメラが１台、Ｔ字状フレームの中
央に配置されている。脚の上に配置された３台のカメラ
およびフレーム内に配置された１台のカメラは、テーブ
ルの中央長軸の方向に向いている。各カメラの上には照
明装置が直接配置され、測定されるべき物体の方向に向
いている。

カメラは画像処理システムに接続されている。測定さ
れるべき物体の輪郭がいくつかの異なる視角から同時に
記録される。測定された輪郭は設定輪郭と比較され、曲
線図または表として表示される。

カメラは入射光カメラとして排他的に配置されてお
り、このため、物体の様々な測定点を、測定点がカメラ
にくっきりと形成されるように測定するために、支持装
置を移動させなければならない。測定値を得るのは複雑
であり、操作スタッフによる連続制御が必要である。何
故なら、焦点の合っていない画像化の場合は、再生点と
原点との間の大きさの関係は間違っており、測定ミスに
つながるからである。

従って、本発明の目的は、測定点に意図的な方法で接
近し、これにより測定を簡素化、高速化、および高精度
化するように上述の装置を改良することである。

この目的は、請求項１の前提部に示される装置におい
て、特徴部に定義された特徴によって実現される。

透過光測定センサとして配置される第１の光学エリア
測定センサでは、測定されるべき物体の輪郭外観がシャ
ドウイメージとして再生される。輪郭外観のシャドウの
イメージ面は測定されるべき物体の直径とは関連しない
ため、測定されるべき物体の透過光測定センサとの間の
距離を焦点合わせのために個別に調整する必要がない。
透過光測定センサ上の物体のシャドウイメージの画像化
関係はいつでも一定である。従って、測定されるべき物
体の外部輪郭上の所定の測定点は、入射光測定センサと
しての第２のエリア測定センサによって、この点が測定
面内に、従って入射光測定センサ上の正しい画像化スケ
ール内に再生されるように意図的な方法で接近され得
る。従って、操作スタッフによる鮮明度のチェックは必
要ない。

入射光測定センサが、透過光測定センサが配置されて
いるスライドと共に移動可能な第２のスライド上に配備
されている場合は、選択された測定点は、例えば、入射
光測定センサの測定面と同一のマーキングと一致するよ
うな方法で透過光測定センサが配置された第１のスライ
ドを駆動させることによって接近され得る。外部輪郭上
の測定点に到達すると、入射光測定センサは、この点が
くっきりと再生される位置に正確に配置される。従っ
て、同じ面内に位置するいくつかの点の画像化関係は正
しい。

好ましくは、第１のスライドは、ベースボディに対し
て一軸方向に排他的に移動され得、支持装置は、ベース
ボディに対して回転軸の方向に移動し得る第３のスライ
ド上に配置される。

一方では第１のスライドが、他方では第３のスライド
が移動可能な自由度を制限することによって、ベースボ
ディへのそれぞれの移動経路の間に直接の関係が存在
し、これにより、実用においては完全に排除し得ない調
整ミスは測定結果に直接入るが、いくつかの自由度にお
ける移動が重複する場合のように、増加することはな
い。従って、全体的な測定精度は公知の装置より向上す
る。

測定点を第３の視点から検出するために、入射光測定
センサとして配置される第３のエリア測定センサを第２
のスライド上に配置することが可能である。この第３の
エリア測定センサの光軸は、他の２つのエリア測定セン
サの光軸に垂直に調整される。または、選択的にペンタ
プリズムを入射光測定センサの光路に挿入し得る。この
ペンタプリズムを通して、入射光測定センサの測定軸は
その光軸および透過光測定センサの光軸に直角に偏向し
得る。

上記の第１の変形例は、第３のエリア測定センサの存
在により技術的により複雑化するが、測定点の画像再生
が３つの観測方向で同時に起こり得るという利点を提供
する。第２の変形例では、入射光センサの観測方向を変
更するために、ペンタプリズムを光路に挿入しなければ
ならない。しかし、１台の同じ入射光測定センサを通し
て２つの観測方向が得られ得る。この解決策によれば、
第３のエリア測定センサが必要ないことに加えて、この
エリア測定センサのための支持手段を設ける必要もな
い。従って、重量が低減され、第２のスライドのベアリ
ングおよび駆動装置をもっと簡単に配置し得る。また、
第１のスライドおよびその駆動装置における応力が低減
される。ペンタプリズムを用いることによって、入射光
センサの観測方向が正確に直角に偏更し、またペンタプ
リズムの調整の精度が測定ミスとして測定結果に加わる
ことはない。

透過光測定センサに割り当てられた照明装置は、好ま
しくは、支持装置の回転軸の側に、第１のスライド上の
透過光測定センサの光軸と同軸をなすように配置され、
透過光測定センサに対向し平行光束を発するコリメータ
光学系を有する。透過光測定センサは、テレセントリッ
ク光学系を備えている。この配置により、物体は、照明
装置と透過光測定センサとの間の光路のいかなる位置に
おいても、一定の画像化スケールを有する透過光測定セ
ンサ上にくっきりとした輪郭のシャドウイメージを投射
する。これにより、調整手段を用いなくても、測定され
るべき物体の大きさおよび位置に対する外部輪郭を正確
に測定することができる。

入射光測定センサに割り当てられた透明装置は、入射
光測定センサの光軸と同軸をなすように配置される環状
の照明装置として配置される。この照明装置の配置によ
り、測定されるべき物体の表面が極めて均一に照明され
る。これにより、輝度の変化（leap）は画像化された物
体の縁および隅で生じるだけであり、不均一な照明から
生じるものではないことが確実となる。

入射光測定センサの光学系は、好ましくは、透過光測
定センサの光軸が入射光測定センサの測定面内に位置す
るように調整される。これら２つの表面測定センサは、
この措置によって相互に結合し、これにより、透過光測
定センサを選択された測定点に移動させると、同じ測定
点が入射光測定センサ上に、90゜回転した別の観測方向
にくっきりと自動的に再生される。

さらなる改良によれば、平行な小径の光束を有する光
バリアが第１のスライド上に、透過光測定センサと平行
にこれに隣接して、さらにその光軸と同じ高さに配置さ
れ、また、光バリアのセンサがコンピュータに接続され
る。この光バリアにより、測定されるべき物体をその長
軸方向に最初に自動的に位置決めすることができる。光
バリアを交差すると、測定されるべき物体の自由端部が
透過光測定センサの中央に自動的に再生される。測定さ
れるべき物体が、例えば、幾何学パラメータを決定する
ために接近されるいくつかの測定点が測定されるべき物
体の自由端部の近くに位置している加工工具である場合
は、これらの領域は透過光測定センサ上に同時に再生さ
れ、可能な最短経路を通って意図的な方法で接近され得
る。

コンピュータに接続している少なくとも１つの距離セ
ンサを、入射光測定センサの隣りにその光軸と同じレベ
ルに配置し得る。物体を回転させることによって、表面
輪郭をこの距離センサにより走査し得、これにより、先
ず、距離の最小値および最大値または距離傾度の最大値
を決定することにより、回転位置のおおざっぱな調整が
可能である。これは、次に、透過光測定センサおよび入
射光測定センサに切り替えることによって補正され得
る。

好ましくは、距離センサは光学センサ、例えば、レー
ザ三角測量器および／または機械的なセンサとして配置
される。レーザ三角測量器により、測定値を極めて迅速
に非接触に得ることが可能である。機械的なセンサは、
好ましくは、測定されるべき物体の表面構造により非接
触の光学測定では結果が不正確となる場合、または物体
の内側に位置する領域の場合に光学測定装置では接近し
得ない場合に用いられる。

具体的な実施態様においては、スライドが物体の方向
に移動する経路は、物体からの安全距離によって制約さ
れる。これにより、スライドの移動中に締め付けが不適
切な物体の存在または操作ミスによる衝突が回避され
る。

幾何学パラメータを測定および計算する方法に関して
は、本発明は、請求項12の前提部に示される方法を、選
択的には、測定されるべき物体の関連する幾何学パラメ
ータすべてが、可能な限り少ない測定ステップでおよび
高精度で決定され得るように改良するという目的に基づ
く。

この目的は、請求項12の特徴部に示される特徴によっ
てその前提部に示される方法により実現される。

先ず、物体を、関連する測定点がエリア測定センサの
画像化ゾーン内に、またはその隣接部内に入るようにそ
の軸方向および回転方向の位置に位置決めする。これに
より、測定点は短い移動経路を通って意図的な方法で接
近され得る。この後、測定および計算される幾何学パラ
メータの種類に応じて、測定点を配置する、もしくは、
これらの座標を計算するために、１つまたはいくつかの
プロセスステップが実行される。次に、物体の所望の幾
何学パラメータを個々の測定点または測定点群としてま
とめられた測定点から数学関数に従って計算され得る。
幾何学パラメータの評価にはいくつかの変形例が可能で
ある。物体の特徴的なパラメータを得るために、幾何学
パラメータを表示または保存し得る。さらに、品質管理
により欠陥製品を分離するために、または欠陥製品を品
質等級に従って評価および選り分けするために、パラメ
ータを商品データベースと比較することが可能である。
さらに、幾何学パラメータの統計学的な評価に基づいて
製造機械に追跡制御を配備し、製造中における品質に及
ぼす影響を取り出し欠陥製品の拒絶率を低減させること
も可能である。

物体の外部輪郭より低い領域に配置されているため透
過光測定センサ上に再生され得ない物体の測定点の座標
の測定を可能にするために、入射光測定センサを初期の
位置から、測定点が入射光測定センサ上にくっきりと再
生される位置に移動させ、移動経路を測定することによ
って座標を測定することが提供される。変形例として
は、光学距離センサ、例えばレーザ三角測量器により非
接触の距離測定を行うことによって、または例えば空洞
物体の内部輪郭の非接触による光学測定が不可能なとき
は、スキャナーを測定点と接触する地点まで移動させる
ことによっても行われ得る。このような内部領域の表面
輪郭はまた、得られる複数の座標から得られ得る。

入射光測定センサは透過光測定センサの位置に応じて
移動し、入射光測定センサは透過光測定センサの光軸上
に焦点が合わせられる。これにより強制的に２つのエリ
ア測定センサが結合され、この結果、透過光測定センサ
が物体の表面輪郭上の点に接近することにより、この点
は入射光測定センサ上に自動的にくっきりと再生され
る。入射光測定センサと同じ画像化面内に位置する測定
点は、入射光測定センサをさらに移動させることなく、
入射光測定センサによって測定され得る。

物体の最初の軸方向の位置決めは、物体および透過光
測定センサを、回転軸の方向に延長する物体の外部輪郭
の最高点が透過光測定センサの光軸の高さ位置に配置さ
れた光バリアのビームに交差するまで、回転軸の方向に
互いに対して移動させることにより実行され得る。この
おおざっぱな位置決めの間に、関連する測定点は、ほと
んどの場合、透過光測定センサの画像化ゾーン内に位置
し、意図的な方法で接近され得る。この最初の軸方向の
位置決めは早い移動速度で自動的に可能であるため、個
々の測定点に接近するのに必要な合計時間が短縮され得
る。

物体の最初の回転方向の位置決めは、物体を回転さ
せ、物体の表面と距離センサとの間の距離を距離センサ
により連続して測定することにより実行され、物体は最
終的に、距離の最小値または距離傾度の最大値が透過光
測定センサの光軸の方向の所定の回転位置にあるような
回転位置に配置される。このプロセスもまた早い回転速
度で自動的に実行され得、これにより測定点に接近する
ために必要な合計時間が短縮される。

物体の潜在的な傾斜位置を、異なる直径または距離の
極値間の相違を少なくとも１つの面内に形成することに
よって決定し、揺れコーン（wobble cone）を直径およ
び距離の極値間の相違から計算することにより、精度が
さらに向上する。このとき、計算された座標は、コーン
の包囲表面の回転軸からの距離によって補正される。こ
のような補正によって、支持装置のまたはその操作中の
磨耗および引き裂き、汚損または他の不良の結果生じ得
る誤差を除くことができる。

測定点の決定には他の変形例も用いられ得る。測定点
は、例えば、物体を個々に測定するために手動により予
め決定され得る。さらに、第１のステップで測定点のサ
ーチエリアを手動により決定し得る。第２のステップで
は、これらのサーチエリア内に位置する隅および／また
は縁が自動的に決定される。すなわち、隅および／また
は縁の位置は、エリア測定センサ上の物体の再生画像の
輝度および／または手触りおよび／または色における変
化の評価から画像処理プログラムにより決定される。

この測定では測定点におおざっぱに接近することだけ
が必要であるため、上述の変形例より速度が早く、ま
た、精度に関しては、オペレータが測定点に接近する精
度に依存しない。

さらに、測定されるべき物体群のためのパラメータを
入力することによって第１ステップで計算される測定点
のサーチエリアを得、第２ステップでこれらのサーチエ
リアを自動的に予め決定し、第３ステップで、これらの
サーチエリア内に位置する物体の隅および／または縁
を、隅および／または縁の位置が、エリア測定センサ上
の物体の再生画像の輝度および／または手触りおよび／
または色における変化の評価から画像処理プログラムに
より決定されるように自動的に決定することが可能であ
る。

この変形例では、操作スタッフのための指示書はそれ
ほど必要ではなく、製品の自動品質制御が可能である。
この変形例では、接近すべき測定点を手動で決定する必
要がないため、所望の幾何学パラメータが特に迅速に決
定され得る。

第３の変形例によれば、測定点は、物体の隅および／
または縁の複数の点を走査することによって自動的に決
定され得る。隅および／または縁の位置は、エリア測定
センサ上の物体の再生画像の輝度および／または手触り
および／または色における変化の評価から画像処理プロ
グラムにより決定される。この測定により、物体の幾何
学パラメータの決定が完全に自動化され得る。上述の変
形例とは異なり、この場合にはいくつかの測定点に接近
することが必要であるため、測定時間は長くなることが
予想され得る。

さらなる改良によれば、加工工具により加工された対
象の幾何学パラメータが、加工工具として配置される物
体の幾何学パラメータから計算され得る。

この措置により、例えば、所定の許容範囲に基づい
て、対象がその所定の許容範囲に従って製造され得る加
工工具の許容範囲を決定することが可能である。

さらに、対象として配置された物体の幾何学パラメー
タから、その生産のために用いられる加工工具の幾何学
パラメータを計算することが可能である。

このように、適切な工具を構築するための構築データ
を得ることが可能である。

本発明の装置および方法を以下の図面を用いて実施態
様を参照して以下に述べる。

図１は、装置の概略平面図である。

図２は、装置の概略側面図である。

図３は、マークされた測定点による測定されるべき物
体の再生を示す。

図４は、測定点を決定するための、コンピュータの図
面上の所定のシンボルの選択を表す。

図５は、測定基準を決定するための、コンピュータの
画面上の所定のシンボルの選択を表す。

図６は、測定基準に従って測定点を結ぶための表を示
す。

実施態様において、装置は、例えば花崗岩の塊ブロッ
クとして配置され得るベースボディ10を備えている。ベ
ースボディ10は、透過光測定センサ14を有する第１の可
動スライド52を備えている。このセンサの光軸44はＹ軸
に平行に調整され、センサは装置40によってスライド52
上をＸ方向に移動し得る。CCDカメラとして配置され得
る透過光測定センサ14とは反対側に、照明装置18が配備
される。照明装置18は、光源、および透過光測定センサ
14の光軸44と同軸方向に平行光束を発する光学系を備え
ている。透過光測定センサ14はテレセントリック光学系
60を備え、これにより、測定されるべき物体100の画像
化誤差を含まない歪みのないシャドウイメージが確実に
透過光測定センサ14上に深い焦点で再生される。

また、光バリア62が、第１のスライド52上の透過光測
定センサ14の隣りに、その光軸44と同じレベルに配置さ
れる。

Ｙ方向に移動し得る第２のスライド54が第１のスライ
ド52上に配置される。入射光測定センサ16がこの第２の
スライド54上に配置され、Ｘ方向に調整される。環状ラ
ンプとして配置される照明装置20がこの入力光測定セン
サ16に割り当てられる。さらに、ペンタプリズム58が第
２のスライド54上に配置される。ペンタプリズムは、作
動装置66によって入射光測定センサ16の光路に挿入され
得、観測方向をＺ軸の方向に90゜偏向させる。この観測
方向を照明するために、さらに別の照明工具が配備され
る。さらに、レーザ三角測量器および／またはスキャナ
ーよりなる距離測定装置64が第２のスライド54上に配備
される。

ベースボティ10はさらに、測定されるべき物体100を
支持する支持装置12を備えた第３のスライド56を支え
る。支持装置12はスライド56上をＺ軸方向に移動し得、
またＣ軸回りに回転し得る。

これらのスライドは移動装置36、40、42および移動セ
ンサ22、26、28を備え、支持装置12は回転駆動装置38お
よび角度センサ24を備えている。さらに、装置は、エリ
ア測定センサ14、16の画像を表示するモニタ32と、測定
センサ14、16、62、64および移動および角度センサ22、
24、26、28が接続され、駆動装置36、38、40、42を制御
し得るコンピュータ30を備えている。

測定点を得るために、先ず測定されるべき物体100を
支持装置12に配置し、これを締め付ける。支持装置12
は、この装置の軸50の方向に延びる外部輪郭の最高点が
光バリア62の光線と交差しこれにより移動装置36を停止
させるまでＺ方向に移動する。ドリルまたは平削りカッ
タの場合のように物体100が回転対象の外部輪郭を有さ
ない場合は、物体100は後で仮の回転位置に移動させな
ければならない。このためには、物体100を回転駆動装
置38によって回転させ、距離をレーザ三角測量器64によ
って連続して測定する。この回転移動は、最終的に距離
傾度最大（distance gradient maximum）となる位置で
終了する。最大距離傾度はこのとき透過光測定センサ14
の光軸44に対して垂直である。

この回転位置における物体100のシャドウイメージが
透過光測定センサ14上に再生される。正確な位置決めが
必要なときは、外部輪郭上の１つの点がマークされ、入
射光測定センサ16への切り替えが行われる。入射光測定
センサのその画像では、測定されるべき物体100が正し
く位置決めされているかどうか、または縁が中央に、例
えば十字ウェブ（crossweb）に位置していないかどうか
が識別される。物体が正しく位置決めされていない場合
は、入射光微調整手段によって中央からのずれが測定さ
れる。測定されたずれは、物体を正しい回転位置により
位置決めするために物体の直径を考慮に入れることによ
って、正しい回転角度に変換される。

ただしい回転位置での位置決めおよび透過光測定セン
サ14への切り替えの後、シャドウイメージの輪郭上に１
つまたはいくつかの測定点を決定し得る。マーカー例え
ば十字ウェブがこの測定点と一致するまで、透過光測定
センサ14を測定点に向かってＸ方向に移動させる。微細
な位置決めは、手動によるおおざっぱな位置決めの後
で、マーカーが縁上に正確に位置決めされるようになさ
れ得る。このとき、この隅は、物体の再生画像の輝度お
よび／または手触りおよび／または色における変化の評
価から画像処理プログラムにより決定される。

入射光測定センサ16も同時に移動するため、同じ測定
点はまた、入射光測定センサ16上にくっきりと再生さ
れ、モニタ32を入射光測定センサ16にスイッチするとモ
ニタ上に表示され得る。ここでさらにいくつかの測定点
を入射光画像の表示上にマークし得る。測定点の中央再
生画像が縁に位置していない場合は、回転位置をさらに
補正し得、モニタ表示を透過光測定センサ14に切り替え
た後、Ｘ方向に移動させることによって後でセンサの位
置の補正を行うことができる。

同じ測定点はまた、ペンタプリズム58を入射光測定セ
ンサ16の光路に挿入することによって観測方向からＺ方
向に再生され得る。この観測方向からは、さらにいくつ
かの測定点をマークすることが可能である。これら測定
点が画像化面に平行な面内に位置していない場合は、画
像化スケールを通してまたは移動経路を介して決定され
る仮の座標が、物体100の回転位置を変更し、２つの異
なる観測方向から透過光測定センサ14および入射光測定
センサ16による測定を繰り返すことによって、ならびに
測定された回転角を考慮に入れることによって補正され
得る。

物体100の低い領域または内部領域に位置する測定点
の座標の測定は、距離測定によって決定され得る。距離
測定は、入射光測定センサ16を用いて、選択された測定
点がくっきりと再生されその移動経路が保存されるまで
入射光測定センサを第１のスライド52上で移動させるこ
とによって可能である。さらに、レーザ三角測量または
機械的なスキャナーによる距離測定が可能である。

すべての必要な測定点が決定されると、１つの測定点
からは直接には決定され得ない幾何学値を計算するため
にいくつかの測定点が測定点群にまとめられる。数学関
数を用いてこれらの測定点から幾何学パラメータが計算
される。

図３は、平削りカッタの表面側を示し、この物体の特
徴的な幾何学パラメータの計算に必要な多くの測定点が
マークされている。

図４は測定点を決定するためのコンピュータの画面上
の所定のシンボルの選択を示す。入力装置のキーボード
を介してまたはマウスによって個々のシンボルを始動さ
せることによって、測定点の決定を自動的に実行するプ
ログラムがコンピュータ内で始動される。これらのシン
ボルは以下の意味を有する。

1.縁を見つける−自動検出（図３で決定される。例え
ば、測定点8,9,10,13など） 2.隅を見つける−隅の自動検出（例えば、測定点1,2,3
など） 3.経路の中央点−２つの測定点間の中央点を測定点とし
て提供 4.直線／直線の交点−２本の直線の交点を測定点として
提供 5.与えられた点の垂直方向に下に位置する点−２つの測
定点による直線上に測定点を直交に投射 6.基準ベース−基準ベースを変更する可能性を提供 7.縁回帰−２つの測定点間で縁回帰を行い、物体の最適
な縁を決定。次に測定点がこの最適な縁上に位置するよ
うに測定点を補正（縁調整ミスによる誤差の除去） 8.重心−測定点の重心を決定（平均値を形成するためで
もある） 9.補助線−直線（角度、位置）の設計のため 10.直線／円間の交点−直線と円との間の交点を測定点
として提供 11.円の中心−円の中心点を提供（例えば、測定点1,2,3
における測定点７）。少なくとも３つの測定点が必要。
８つの測定点までが可能。

12.最小／最大距離−物体の輪郭上の基点からの最小ま
たは最大距離を測定点として提供 13.補助円−サイズおよび位置は問わない測定円を表示 14.補助点−所望の補助点を配置する可能性を提供 15.レーザ調整−物体の自動的な定義された回転 16.レーザ距離測定−レーザ三角測量器による測定点の
決定 17.座標十字ウェブ−所望のサイズおよび位置の十字ウ
ェブの設計測定基準の決定は、図６に示すような指示表に基づい
て測定点をつなぐことによって行われる。この指示表
は、必要な連結モジュールを選択することによって、お
よびそれぞれの測定点を入力することによって作成され
る。図５は、測定基準を決定するためのコンピュータの
画面上のシンボルの選択の例を示す。これらのシンボル
の意味は以下の通りである。

1.経路−２つの測定点間の経路を決定。点間の水平方向
または垂直方向の距離のみを出力することも可能。

2.距離−２つの測定点による基準線上の測定点の直交距
離を決定 3.差異−２つの測定基準間の相違を示す 4.角度−２つの直線間の交点の角度を提供 5.円−最小５つの測定点により近似円を形成。最大８つ
の測定点までが入力可能 6.単点測定−測定点の固定参照点への距離を決定 7.角度／直線−２つの測定点による直線の固定直線に対
する角度を決定（例えば、水平線に対しては０度、垂直
線に対しては90度など） 8.レーザ測定−測定点とレーザ三角測量器との間の距離
を決定 9.揺れ移動−コレットを含む工具の揺れ誤差を決定 10.回転の正確度−モジュール９により得られる揺れ誤
差を補償することによって、回転の実際の正確度をチェ
ックユーザが測定基準のための各モジュールを選択する
と、コンピュータはユーザにモジュールによって必要と
される測定点を入力するように要求する。個々の連結の
ために現存する測定点を数回使用し得る。

コンピュータプログラムによる指示表の後の実行にお
いては、この例では、先ず、測定点MP1、MP2、およびMP
3により円の決定が行われ、直径が決定される。

第２の指示により、ブレード（blade）の直線のラン
ド幅に対応する測定点MP3およびMP13間の経路が決定さ
れる。

側部傾斜の決定は、第３の指示により行われる。コン
ピュータは測定点MP3およびMP16間およびM3およびMP10
間に直線を形成し、これら２つの直線の交角を出力す
る。

指示表は、測定点間の複数の連結により所望の数の指
示を含み得る。とりわけ、角度、距離、長さ、または円
の測定のための指示を与えることが可能である。個々の
測定点は数回使用され得る。

フロントページの続き (72)発明者ベンケ，オリバードイツ国デー−31535 ノイシュタット，インレービンケル１ (56)参考文献特開平６−288727（ＪＰ，Ａ) 特開平２−206709（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−98503（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 11/24

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】物体（100）の幾何学パラメータを測定お
よび計算する装置であって、ベースボディ（10）、該物
体（100）のための移動および回転が可能な支持装置（1
2）、少なくとも２つの可動光学エリア測定センサ（1
4、16）、該エリア測定センサ（14、16）に割り当てら
れた少なくとも２つの照明装置（18、20）、該移動およ
び回転が可能な支持装置（12）および該可動光学エリア
測定センサ（14、16）に割り当てられた移動および角度
検出器（22、24、26、28）、該エリア測定センサ（14、
16）に接続し得るモニタ（32）、該移動および角度検出
器（22、24、26、28）に接続し、該光学エリア測定セン
サ（14、16）またはモニタ（32）に接続し、データ入力
装置（34）を有するコンピュータ（30）、および該支持
装置（12）および該エリア測定センサ（14、16）のため
の制御可能な移動および回転装置（36、38、40、42）を
備え、該エリア測定センサ（14、16）の光軸（44、46）
は互いに直角におよび該支持装置（12）の回転軸（50）
に直角におよび／または平行に調整される装置であっ
て、第１のエリア測定センサ（14）は透過光測定センサ
として、該支持装置（12）の該回転軸（50）に垂直に移
動し得る第１のスライド（52）上に配置され、少なくと
も１つの第２のエリア測定センサ（16）は入射光測定セ
ンサとして第２の可動スライド（54）上に配置され、該
第２のスライド（54）は、該第１のスライド（52）上に
保持され、また該支持装置の該回転軸（50）に対してお
よび該第１のスライド（52）の移動方向に対して垂直方
向に移動し得、そして、該支持装置（12）および該第１
のスライド（52）は該支持装置（12）の該回転軸（50）
に対して長さ方向に互いに対して移動し得る、装置。
【請求項２】前記第１のスライド（52）は前記ベースボ
ディ（10）に対して一軸方向に排他的に移動し得、また
前記支持装置（12）は、前記回転軸（50）の方向に該ベ
ースボディ（10）に対して移動し得る第３のスライド
（56）上に配置される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】第３のエリア測定センサが前記第２のスラ
イド（54）上に配置され、該センサは入射光測定センサ
として配置され、また該センサの光軸は他のエリア測定
センサ（14、16）の光軸（44、46）に垂直に調整され
る、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】ペンタプリズム（58）が前記第２のエリア
測定センサ（16）の光路に選択的に挿入され、これによ
り、該エリア測定センサ（16）の測定軸がその光軸（4
6）および前記第１のエリア測定センサ（14）の光軸（4
4）に対して直角に偏向し得る、請求項１または２に記
載の装置。
【請求項５】前記透過光測定センサ（14）に割り当てら
れた前記照明装置（18）は、前記支持装置（12）の前記
回転軸（50）の側に前記第１のスライド（52）上の該透
過光測定センサ（14）の前記光軸（44）と同軸をなして
配置され、該透過光測定センサ（14）に対向し、平行光
束を発するコリメータ光学系を有し、また該透過光測定
センサはテレセントリック光学系（60）を有する、請求
項１から４のいずれか１つに記載の装置。
【請求項６】前記入射光測定センサ（16）に割り当てら
れた前記照明装置（20）は、該入射光測定センサ（16）
の前記光軸（46）と同軸をなして配置される、請求項１
から５のいずれか１つに記載の装置。
【請求項７】前記入射光測定センサ（16）の前記光学系
は、前記透過光測定センサの前記光軸（44）が該入射光
測定センサ（16）の測定面内に位置するように調整され
る、請求項１から６のいずれか１つに記載の装置。
【請求項８】平行で小径の光束を有する光バリア（62）
が、前記透過光測定センサ（14）に平行におよびこれに
隣接してならびにその光軸（44）と同じレベルに前記第
１のスライド（52）上に配置され、該光バリアのセンサ
は前記コンピュータ（30）に接続される、請求項１から
７のいずれか１つに記載の装置。
【請求項９】前記コンピュータ（30）に接続された少な
くとも１つの距離センサ（64）が、前記入射光測定セン
サ（16）に隣接して、その光軸（46）のレベルで前記第
２のスライド（54）上に配置される、請求項１から８の
いずれか１つ記載の装置。
【請求項１０】前記距離センサ（64）は、光学距離セン
サ、好ましくはレーザ三角測量器および／または機械的
なスキャナーとして配置される、請求項９に記載の装
置。
【請求項１１】前記スライド（52、54）の前記物体（10
0）への移動経路は、該物体（100）からの安全距離によ
って制約される、請求項１から10のいずれか１つに記載
の装置。
【請求項１２】移動および回転が可能な支持装置（12）
によって受容される物体（100）の幾何学パラメータを
少なくとも２つの可動光学エリア測定センサ（14、16）
によって測定および計算する方法であって、該エリア測
定センサには照明装置（18、20）が割り当てられ、該エ
リア測定センサ（14、16）の光軸（44、46）は、互いに
対して直角にかつ該支持装置（12）の回転軸（50）に直
角におよび／または平行に調整される方法であって、ａ）該物体（100）が仮の軸および回転位置に移動され
る、ｂ）該物体（100）のジャドウイメージが、透過光測定
センサとして配置されるエリア測定センサ（14）によっ
て得られ、選択された測定点が該シャドウイメージの輪
郭上に決定およびマークされ、該測定点の画像面に対し
て垂直な座標が、初期の位置に対して画像処理プログラ
ムによって計算され、および／または少なくとも１つの
参照マーカーまたはラインがフェードインされ、該透過
光測定センサおよび／または該物体が、該参照マーカー
またはラインが該シャドウイメージ輪郭上の該選択され
た測定点と一致するまで該定義された初期の位置から互
いに対して移動され、そして移動経路が測定され、該定
義された回転位置の座標として表示および／または保存
される、ｃ）該物体（100）の輪郭のいくつかの測定点の座標が
必要とされる幾何学パラメータの計算のために、該物体
（100）が定義された軸および回転位置に移される、お
よび／またはｄ）同じ選択された測定点が該物体（100）の輪郭上に
入射光測定センサとして配置されるエリア測定センサ
（16）上の参照点として再生され、該入射光測定センサ
の光軸（46）が該透過光測定センサ（14）の光軸（44）
に垂直に調整され、さらに必要な測定点が該物体（10
0）の画像上に見つけられマークされ、これらの座標が
該参照点に対して画像処理プログラムによって計算さ
れ、該透過光測定センサ（14）および／または該物体
（100）が、参照マーカーまたはラインが該物体（100）
の再生画像上の選択された測定点と一致するまで初期の
位置から互いに対して移動され、そして移動経路が測定
され、これから選択された測定点の座標が計算され、該
座標が表示および／または保存される、および／またはｅ）曲線領域上に位置する測定点の場合には、該物体
（100）がその後該支持装置（12）の軸（50）回りに回
転され、回転角を測定、表示および／または保存され、
すべての必要な測定点の座標が検出されるまでプロセス
ステップａ）、ｂ）、ｃ）、およびｄ）が繰り返され
る、そしてｆ）直線、角度、半径、曲線、形状、位置、および表面
輪郭などの該物体（100）の所望の幾何学パラメータ
が、個々の測定点または測定点群にまとめられる測定点
の保存された座標から数学関数に従って計算され、表示
および／または保存され、および／または商品のデータ
ベースの値と比較され、および／または特に品質階級に
従って評価され、選り分けおよび／または統計学的な評
価および製造機械の自動追跡制御のために使用されるこ
とを特徴とする方法。
【請求項１３】前記物体（100）の外部輪郭より低い領
域に位置する該物体（100）の測定点の座標は、前記入
射光測定センサ（16）を最初の位置から、該測定点が前
記入射光測定センサ（16）上にくっきりと再生される位
置に移動させることによって、または前記光学距離セン
サ（64）により距離を測定することによって決定され
る、請求項12に記載の方法。
【請求項１４】前記入射光測定センサ（16）は前記透過
光測定センサ（14）と共に移動し、この間、該入射光測
定センサ（16）は該透過光測定センサ（14）の光軸（4
4）上に焦点が合わせられる、請求項12に記載の方法。
【請求項１５】前記物体（100）の最初の軸方向の位置
決めは、該物体（100）および前記透過光測定センサ（1
4）が、回転軸（50）の方向に延びる該物体（100）の外
部輪郭の最大が、該透過光測定センサ（14）の光軸（4
4）のレベルに配置される光バリア（62）のビームと交
差するまで回転軸の方向に互いに対して移動するように
行われ、移動経路が表示および／または保存される、請
求項12または14に記載の方法。
【請求項１６】前記物体（100）の最初の回転方向の位
置決めは、該物体（100）が回転され、該物体（100）の
表面と前記距離センサ（64）との間の距離の連続測定が
該距離センサ（64）によって行われ、該物体（100）が
最終的に、最短距離または最大距離傾度一方が、該透過
光測定センサ（14）の光軸（44）に対して所定の回転位
置にある回転位置に配置されるように行われる、請求項
12、14または15に記載の方法。
【請求項１７】前記物体（100）の傾斜位置が、異なる
直径または距離の極値間の相違を形成することによって
少なくとも１つの面内に決定され、該直径または距離の
極値の相違から揺れコーンが計算され、計算された座標
は、回転軸（50）からのコーン包囲表面の距離によって
補正される、請求項16に記載の方法。
【請求項１８】前記測定点が手動により予め決定され
る、請求項12から17のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１９】前記測定点のサーチエリアが第１のステ
ップで手動により予め決定され、これらのサーチエリア
内に位置する前記物体（100）の隅および／または縁が
第２のステップにおいて、該隅および／または縁の位置
が前記エリア測定センサ（14、16）上の該物体（100）
の再生画像の輝度および／または手触りおよび／または
色における変化の評価から画像処理プログラムにより決
定されるように自動的に決定される、請求項12から17の
いずれか１つに記載の方法。
【請求項２０】前記測定点のサーチエリアが第１のステ
ップにおいて測定されるべき物体（100）群のためのパ
ラメータを入力することによって計算され、該サーチエ
リアは第２のステップにおいて自動的に予め決定され、
該サーチエリア内に位置する該物体（100）の隅および
／または縁が第３のステップにおいて、該隅および／ま
たは縁の位置が前記エリア測定センサ（14、16）上の該
物体（100）の再生画像の輝度および／または手触りお
よび／または色における変化の評価から画像処理プログ
ラムにより決定されるように自動的に決定される、請求
項12から17のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２１】前記測定点が前記物体（100）の隅およ
び／または縁上の複数の点を走査することによって自動
的に決定され、該隅および／または縁の位置は、前記エ
リア測定センサ（14、16）上の該物体（100）の再生画
像の輝度および／または手触りおよび／または色におけ
る変化の評価から画像処理プログラムにより決定され
る、請求項12から17のいずれか１つに記載の方法
【請求項２２】加工工具により加工される対象の幾何学
パラメータが、加工工具として配置される物体（100）
の幾何学パラメータから計算される、請求項12から21の
いずれか１つに記載の方法。
【請求項２３】対象として配置される物体（100）の幾
何学パラメータから、その製造のために用いられる加工
工具の幾何学パラメータが計算され得る、請求項12から
21のいずれか１つに記載の方法。