JP3530972B2 - 形状測定装置 - Google Patents
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Description
体などの内面部を含む円周部について、3次元で形状
(寸法)を測定する形状測定装置に関する。
ールリングおよびベアリングなどに形成された内径が1
50mm以下の内周部の形状や寸法を測定する形状測定
装置として種々のものが知られている。このような形状
測定装置の第1の例として、円筒形被測定物の背面若し
くは前面から一様な直進光を被測定物に照射し、その投
影像から円周形状を測定するものがある。また、このよ
うな形状測定装置の第2の例として、接触子を測定箇所
に接触させて荷重をかけ、前記接触子と被測定物とを軸
方向に相対的に移動させ、この移動の際の前記接触子の
変位から被測定物の表面形状などを測定する方法があ
る。
として、例えば特開昭48−92125号に開示されて
いるように、光切断法によるスリット光を被測定物に照
射し、その反射光を格子板と散光板とによるモワレ効果
によって点列に変換させてスリット上に集光すること
で、被測定物の外側形状を測定するものがある。この光
切断法を用いた第3の例によれば、被測定物の表面形状
を非接触で測定することが可能であることから、被測定
物表面を損傷させないと共に、動的な条件での測定が可
能となる。また、高速演算処理装置と組み合わせること
によって、被測定物の3次元形状を極めて短時間で測定
することができる。
ト光源と撮像装置との位置関係で決定される3角形を求
めておき、被測定対象物に直線状の光または影のスリッ
トを照射し、撮像装置を用いて非接触で被測定対象物の
断面切断像を得る。そして、一辺の長さと両端の角度が
決まると三角形が一義的に決まるという三角測量法の原
理を用いて、切断像の撮像装置の2次元的な位置から被
測定対象物の3次元的な位置を求める。尚、一回の撮像
では、被測定対象物の一ラインの形状しか測定できない
ことから、光源、撮像装置あるいは被測定対象物を移動
させ、被測定対象物の立体的形状を測定する。
て、特開平2−223810号に開示され、図8に示す
ように、軸A−Bを中心として回転する回転台5に被測
定物を載置し、光源1から出射されるスリット光4を軸
A−Bと直交する方向から、回転中心である軸A−Bに
対してスリット光4の面が平行になるように、スリット
光4を被対象物に照射し、撮像カメラ2による撮像結果
に基づいて、被対象物の形状を測定する。
た第1の例の形状測定装置では、円筒形被測定物の内径
は測定できるが、円筒形被測定物の内周部の3次元形状
を測定することができない。また、前述した第2の例の
形状測定装置では、被測定物が例えばゴムなどの軟らか
い材質を用いたものである場合に、接触子によって被測
定物が変形することから、高精度な測定を行うことがで
きないと共に、接触子によって被測定物が損傷するとい
う問題がある。また、3次元形状を測定すると測定時間
が長くなり、さらには、動的な条件での測定ができない
という問題もある。
は、被測定物の外周形状を測定する目的で光源およびス
リット板などを配置していることから、この装置を用い
て被測定物の内周部の形状を測定しようとすると、光源
からのスリット光が被測定物の外周面によって遮光され
てしまい、スリット光が内周部全体に適切に照射され
ず、内周部の形状を正確に測定することができないとい
う問題がある。すなわち、被測定物の内周部の形状を高
精度に測定するには、内周部の測定を行う領域全体にス
リット光を照射させると共に、その反射光をスリット板
などに正確に入射させる必要がある。
うに、スリット光を単に軸A−Bと直交する方向から軸
A−Bを含むように被対象物に照射して計測を行うと、
被測定物の中心軸と図8に示す回転台5の回転中心軸A
−Bとが一致しないために偏心運動が行われた場合に、
昭和55年に発行された日本機械学会論文集C編、46
巻、407号に記載されるように、偏心運動による誤差
が測定結果に生じてしまい、高精度な測定が行えないと
いう問題がある。
てなされ、被測定物に傷を付けることなく、被測定物の
円周部の形状を高精度かつ高速に測定できる形状測定装
置を提供することを目的とする。
点を解決し、上述した目的を達成するために、本発明の
形状測定装置は、内周部を有する被測定物を保持しなが
ら所定の回転軸を中心に回転する回転手段と、前記回転
手段によって前記回転軸を中心に回転する前記被測定物
の内周に向かって、前記内周部の外側からスリット光を
照射する光源と、前記スリット光によって前記被測定物
に生じた光切断線を撮像する撮像手段と、前記撮像手段
によって撮像された前記光切断線の像から前記被測定物
の前記内周部の位置の座標を求める処理手段と、前記被
測定物の前記内周部について、前記スリット光の照射お
よび前記撮像が適切に行われるように、前記回転手段の
前記回転軸を調整する調整手段とを有し、前記処理手段
は、前記光切断線の像から第1の3次元座標系における
前記被測定物の前記内周部の位置の座標を求める第1の
処理部と、前記第1の処理部が求めた前記第1の3次元
座標系における前記内周部の位置の座標を、少なくとも
前記回転手段の前記回転軸と前記スリット光の光軸とで
構成される直交座標系である第2の3次元座標系の座標
に変換する第2の処理部とを有する。
は、前記光源は、前記回転手段の前記回転軸と前記内周
部とを含むように前記スリット光を照射し、前記第2の
処理部は、前記第1の処理部が求めた前記第1の3次元
座標系における前記被測定物の前記座標を、前記内周部
の内側において前記回転手段の前記回転軸上に位置する
点に対応した原点を持つ前記第2の3次元座標系の座標
に変換する。
は、前記処理手段は、前記第2の処理手段が求めた前記
第2の3次元座標系の前記座標を基に算出される前記内
周部の内径または3次元形状と、予め記憶する画像とを
基に前記内周部の欠陥部を検出する。
段が、被測定物の内周部について、前記スリット光の照
射および前記撮像が適切に行われるように、回転手段の
回転軸を調整する。そして、前記回転手段が、前記中心
軸を中心に被測定物を回転する。そして、光源が、前記
回転軸を中心に回転する前記被測定物の内周に向かっ
て、前記内周部の外側からスリット光を照射する。ま
た、撮像手段が、前記スリット光によって前記被測定物
に生じた光切断線を撮像する。次に、処理手段の第1の
処理部が、前記光切断線の像から第1の3次元座標系に
おける前記被測定物の前記内周部の位置の座標を求め
る。次に、前記処理手段の第2の処理部が、前記第1の
3次元座標系における前記内周部の位置の座標を、少な
くとも前記回転手段の前記回転軸と前記スリット光の光
軸とで構成される直交座標系である第2の3次元座標系
の座標に変換する。
について説明する。図1は、本実施例に係わる形状測定
装置の外観斜視図である。図1に示すように、カメラ1
0、スリット光源12、傾斜台13、回転台14,17
および支持台15を有する。カメラ10は、支持台15
の上方に固定してあり、例えば、支持台15の表面の垂
線と平行する方向から支持台15の表面に向かって、回
転台14に装着された被測定物16の内周部16aを含
む所定の領域を撮像する。傾斜台13は、カメラ10の
下方に位置するように、支持台15に回転自在に設けら
れた回転台17に固定してある。傾斜台13は、回転台
17の回転軸と平行の、支持台15の表面の垂線に対し
て所定の傾斜角θだけ傾斜した傾斜面13aを有してい
る。回転台17は、支持台15の表面と直交する軸を中
心として回転自在に支持台15の表面に設けてある。傾
斜台13の傾斜角θおよび回転台17の回転角φは調整
可能であり、例えば、後述するようにユーザによって調
整される。
転軸14aを中心として回転自在に傾斜台13の傾斜面
13aに設けてある。回転台14には、ユーザによっ
て、例えばオイルシールなどの被測定物16の内周部1
6aを有する被測定物16が装着される。傾斜台13の
傾斜面13aの傾斜角θを適切に調整することで、スリ
ット光12aによる影が被測定物16の内周部16aに
生じないように調整される。
上方に設けられ、回転台14の回転軸14aおよび内周
部16aを含むように、回転台14に保持された被測定
物16の表面側にスリット光12aを照射する。すなわ
ち、スリット光源12は、スリット光12aによる光切
断線が回転台14の回転軸14aおよび被測定物16の
内周部16aを含むように、スリット光12aを照射す
る。
いて説明する。先ず、ユーザによって、回転台14に被
測定物16が装着される。また、スリット光源12が駆
動され、スリット光源12からのスリット光12aが被
測定物16に照射されると共に回転台14の回転が駆動
され、被測定物16が回転軸14を中心として回転す
る。そして、被測定物16の内周部16aに、スリット
光12aによる影が生じていたり、内周部16aを3次
元測定するのに必要な光切断像に欠落が生じていないか
を判断し、影や欠落が生じている場合には、これらが生
じないように傾斜台13の傾斜面13aの傾斜角θおよ
び回転台17の回転角φが例えばユーザによって調整さ
れる。そして、スリット光源12によるスリット光12
aが回転軸14aおよび内周部16aを含むように被測
定物16に照射され、カメラ10による撮像が行われ
る。
およびカメラ10からの撮像結果の処理を説明するため
の図である。図2に示すように、コンピュータ21から
の制御信号に基づいて、図1に示すカメラ10の撮像お
よび回転台14の回転が制御される。また、図2に示す
ように、図1に示すカメラ10の撮像結果が画像処理装
置20に出力され、画像処理装置20において、被測定
物16の内周部16aの内径や3次元形状が算出され
る。画像処理装置20で算出された内径や3次元形状
は、コンピュータ21に出力され、処理される。コンピ
ュータ21における処理では、例えば、画像処理装置2
0で算出された3次元形状から内周部に生じたキズ(欠
陥部)などを検出したりする。尚、コンピュータ21に
おけるキズの検出処理では、予め記憶されているキズの
無い内周部16aの画像と、画像処理装置20で算出さ
れた内周部16aの3次元形状に係わる画像とを重ね合
わせ、不一致が検出されたときにキズがあるとして判定
する。
いて説明する。図3はコンピュータ21における処理を
示すフローチャート、図4はコンピュータ21における
処理を説明するための図である。尚、以下に示すコンピ
ュータ21における処理を行う際に、図1に示される角
度φ,θ,ωおよび図4に示す原点Oと原点Pとの距離
は予め決定してある。ここで、図4(A)に示すよう
に、原点Oはカメラ10における撮像結果を用いて行わ
れる光切断法を行う際に適用される3次元座標系(x
o,yo,zo)の原点であり、原点Pは被測定物16
の内周部16aの内側において回転台14の回転軸上に
位置する点である。
ラ10の撮像結果に基づいて、撮像対象面における被測
定物16の内周部16aの2次元座標(xa,ya)を
求める。
ップS1において求めた2次元座標(xa,ya)を用
いて、光切断法に基づく所定の演算を行い、図4(A)
に示す原点Oを基準とした座標系(xo,yo,zo)
における内周部16aの所定の位置の3次元座標(x
o,yo,zo)を算出する。
ップS2において求めた3次元座標(xo,yo,z
o)について、原点Oを基準とした座標系(xo,y
o,zo)を図4(A)に示す原点Pを基準とした座標
系(xp,yp,zp)に平行移動する演算を行い、3
次元座標(xp,yp,zp)を算出する。
元座標(xp,yp,zp)について、図4(B)に示
すように、座標系(xp,yp,zp)を回転台17の
回転軸であるzp軸回りに図1に示される角度φだけ回
転させた座標系(xq,yq,zq)における座標に変
換する演算を行い、3次元座標(xq,yq,zq)を
算出する。
元座標(xq,yq,zq)について、図4(C)に示
すように、座標系(xq,yq,zq)を傾斜台13の
傾斜角θを規定するxq軸回りに角度θだけ回転させた
座標系(xr,yr,zr)における座標に変換する演
算を行い、3次元座標(xr,yr,zr)を算出す
る。
元座標(xr,yr,zr)について、図4(D)に示
すように、座標系(xr,yr,zr)を回転台14の
回転軸であるyr軸回りに角度ωだけ回転させた座標系
(xs,ys,zs)における座標に変換する演算を行
い、3次元座標(xs,ys,zs)を算出する。
算をコンピュータ21で行うことで、カメラ10におけ
る撮像結果を図4(D)に示すように回転台14の回転
軸ysとスリット光12aの光軸xsとで構成される直
交座標系の撮像結果に変換することができる。以後、コ
ンピュータ21における撮像結果についての処理は、座
標系(xs,ys,zs)における座標を用いて行われ
る。
状測定装置によれば、被測定物に傷を付けることなく、
環状および円筒状の被測定物の内周部の形状を高精度か
つ高速に測定できる。本実施例に係わる形状測定装置
は、接触によって変形する内周部について測定を行う場
合に特に効果的である。また、本実施例に係わる形状測
定装置によれば、スリット光12aを回転軸14aおよ
び内周部16aを含むように照射することから、回転台
14を回転させたときに被測定物16の中心軸と回転軸
14aとの間に偏心が生じた場合であっても、高精度な
測定を行うことができる。
れば、スリット光によって回転する被測定物16の内周
部に生じた光切断線の像に基づいて内周部の形状を測定
し、コンピュータ21において処理を行うことから、内
周部の形状を高速に求めることができる。また、本実施
例に係わる形状測定装置によれば、特別な光学系を用い
ることがないため、装置を安価なものにすることができ
る。さらに、本実施例に係わる形状測定装置によれば、
傾斜台13によって回転台14の回転軸14aの角度θ
を調整できると共に、回転台17によって回転角度φを
調整できることから、被測定物16の内周部16aの内
径が小さい場合でも、被測定物16の外周部が内周部1
6aの測定の障害になることを効果的に回避でき、高精
度な測定を行うことができる。本実施例に係わる形状測
定装置は、内径が100mm以下の内周部の3次元形状
を測定する場合に特に効果的である。
施例について説明する。図5は、2つのカメラを用いた
形状測定装置の外観斜視図である。図5に示す形状測定
装置は、カメラ10に加えてカメラ31を用いて、回転
台14に装着された被測定物16の撮像を行うことを除
いて、図1に示す形状測定装置と基本的に同じ構成をし
ている。このように、2つのカメラを用いることで、被
測定物16の内周部を異なる角度の方向から撮像するこ
とができ、内周部について高精度かつ広範囲な測定を行
うことができる。例えば、カメラ10の撮像角度では検
出困難あるいは検出不可能な内周部のキズをカメラ31
によって検出することが可能になる。
定装置の外観斜視図である。図6に示す形状測定装置
は、スリット光源12に加えて、スリット光源32を用
いて、回転台14に装着された被測定物16にスリット
光を照射することを除いて、図1に示す形状測定装置と
基本的に同じ構成をしている。このように、2つのスリ
ット光源を用いたことで、被測定物16の内周部の広範
囲な領域にスリット光を照射することができ、内周部に
スリット光が照射されない影が生じることを回避でき、
測定精度を向上させることができる。
部の欠陥検査装置に応用した実施例について説明する。
図7は、本実施例に係わる欠陥検査装置を説明するため
の外観斜視図である。図7に示すように、本実施例に係
わる欠陥検査装置は、支持具44aによって回転台44
に装着されたリング状の被検物46にスリット光42a
を、回転台44の回転中心軸A−Bおよび内周部46a
を含むように照射し、被検物46の当該照射箇所をカメ
ラ40で撮像する。そして、この撮像結果を画像処理装
置50において処理し、被検物46の内周部46aに欠
陥があるか否かを判断する。そして、画像処理装置50
は、判断結果に基づいて、例えば被検物46の搬送ライ
ンを制御し、不良品と正常品とを仕分けする。
ば、被検物46の内周部46aの3次元形状を、被検物
46に傷を付けることなく、高精度かつ高速に測定で
き、検査の精度および効率を向上させることができる。
装置によれば、非接触方式で測定を行うことから、被測
定物に傷を付けることなく測定を行うことができる。ま
た、本発明の形状測定装置によれば、スリット光を回転
軸および内周部を含むように照射することから、被測定
物の中心軸と回転軸との間に偏心が生じた場合であって
も、高精度かつ高速な測定を行うことができる。また、
本発明の形状測定装置によれば、特別な光学系を用いる
ことがないため、装置を安価なものにすることができ
る。また、本発明の形状測定装置によれば、調整手段に
よって回転手段の回転軸を調整できることから、被測定
物の内周部の内径が小さい場合でも、被測定物の外周部
が内周部の測定の障害になることを効果的に回避でき、
高精度な測定を行うことができる。さらに、本発明の形
状測定装置では、処理手段において、第1の3次元座標
系における前記被測定物の形状データを、少なくとも前
記回転手段の回転軸および前記スリット光の光軸を軸と
する第2の3次元座標系における形状データに変換する
ことから、内周部の形状を正確に求めることができる。
視図である。
の撮像結果の処理を説明するための図である。
ローチャートである。
るための図である。
を用いた形状測定装置の外観斜視図である。
ト光源を用いた形状測定装置の外観斜視図である。
るための外観斜視図である。
Claims (3)
- 【請求項1】内周部を有する被測定物を保持しながら所
定の回転軸を中心に回転する回転手段と、 前記回転手段によって前記回転軸を中心に回転する前記
被測定物の内周に向かって、前記内周部の外側からスリ
ット光を照射する光源と、 前記スリット光によって前記被測定物に生じた光切断線
を撮像する撮像手段と、 前記撮像手段によって撮像された前記光切断線の像から
前記被測定物の前記内周部の位置の座標を求める処理手
段と、 前記被測定物の前記内周部について、前記スリット光の
照射および前記撮像が適切に行われるように、前記回転
手段の前記回転軸を調整する調整手段とを有し、 前記処理手段は、 前記光切断線の像から第1の3次元座標系における前記
被測定物の前記内周部の位置の座標を求める第1の処理
部と、 前記第1の処理部が求めた前記第1の3次元座標系にお
ける前記内周部の位置の座標を、少なくとも前記回転手
段の前記回転軸と前記スリット光の光軸とで構成される
直交座標系である第2の3次元座標系の座標に変換する
第2の処理部とを有する形状測定装置。 - 【請求項2】前記光源は、前記回転手段の前記回転軸と
前記内周部とを含むように前記スリット光を照射し、 前記第2の処理部は、前記第1の処理部が求めた前記第
1の3次元座標系における前記被測定物の前記座標を、
前記内周部の内側において前記回転手段の前記回転軸上
に位置する点に対応した原点を持つ前記第2の3次元座
標系の座標に変換する請求項1に記載の形状測定装置。 - 【請求項3】前記処理手段は、前記第2の処理手段が求
めた前記第2の3次元座標系の前記座標を基に算出され
る前記内周部の内径または3次元形状と、予め記憶する
画像とを基に前記内周部の欠陥部を検出する請求項1に
記載の形状測定装置。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP30881195A JP3530972B2 (ja) | 1995-11-28 | 1995-11-28 | 形状測定装置 |
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JPH09145336A JPH09145336A (ja) | 1997-06-06 |
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JP30881195A Expired - Lifetime JP3530972B2 (ja) | 1995-11-28 | 1995-11-28 | 形状測定装置 |
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-
1995
- 1995-11-28 JP JP30881195A patent/JP3530972B2/ja not_active Expired - Lifetime
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