JP3674435B2 - ３次元測定機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザ変位計を利用した３次元測定機に関する。より詳細には表面粗さをもった物体を測定するレーザ変位計を利用した３次元測定機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、３次元測定機は様々な方式で実用化されている。また、レーザ変位計を応用して３次元測定機を構成したものも多く見受けられる。以下、従来の３次元測定機の基本動作について説明する。
図１１は従来の３次元測定機が物体を走査する軌跡の一例を示す図である。
図１２は従来の３次元測定機の変位入力記憶手段に記憶される位置情報と高さ情報の内容を示す図である。
図１３は従来の３次元測定機の構成を示すブロック図である。同図においてＸ方向移動手段１、Ｙ方向移動手段２、制御手段３、レーザ変位計４、変位入力記憶手段５、出力手段８により構成される。１０１は制御信号、１０２は高さ情報、１０３は入力制御信号、１０４は位置情報である。
図１４は従来の３次元測定機が表面粗さをもつ物体を走査する軌跡の一例を示す図である。
図１５は従来の３次元測定機が表面粗さをもつ物体を測定した時に変位入力記憶手段に記憶される位置情報と高さ情報の内容を示す図である。
図１３の３次元測定機が図１１の走査軌跡で示すＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４で示す位置での変位を測定する場合の動作について説明する。
図１３において、物体を測定する場合の動作は、制御手段３が所定の速度で図２のＰ１の位置に移動制御するためにＸ方向移動手段１とＹ方向移動手段２の駆動元であるステッピングモータ（図示せず）にＰ１’位置までのパルス数を出力し、出力完了したと判断すると入力制御信号１０３と位置情報１０４を変位入力記憶手段５に出力する。更に前記Ｘ方向移動手段１とＹ方向移動手段２に取り付けられたレーザ変位計４は測定物６にレーザを照射してその戻り光の受光位置によって高さ情報を算出し、算出した高さ情報を変位入力記憶手段５に出力する。
【０００３】
変位入力記憶手段５は入力制御信号１０３によってレーザ変位計４が出力する高さ情報と、制御手段３が出力する位置情報１０４を記憶する。以降、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４の位置で同様に動作し、変位入力記憶手段５に図１２で示すように位置情報と高さ情報を記憶し、同時に前回記憶した高さ情報と今回記憶された高さ情報の差を変位として記憶する。出力手段７は変位入力記憶手段５に記憶されたＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４の位置情報の高さ情報と変位を出力する。
ここで、図１４において表面粗さがある物体の測定について説明する。制御手段３によってＸ方向移動手段１とＹ方向移動手段２に取り付けられたレーザ変位計４のレーザ照射点はＰ１’において表面粗さの凹凸の低い箇所を測定し、Ｐ２’において凹凸の高い箇所を測定するとした場合、前述の動作に従って変位算出手段６が図１５に示すように位置情報と高さ情報を記憶する。同様にしてＰ３’、Ｐ４’においても凹凸の高い箇所または、低い箇所のどちらかを高さ情報として記憶する。
【０００４】
ところが、表面粗さのある物体を測定する場合、凹凸の高い箇所または、低い箇所のどちらかを高さ情報としてしまう。
【０００５】
従って、物体の高さ情報を線形的な高さとしてとらえるためには表面粗さを考慮した高さ情報が必要であるが、上記３次元測定機では表面粗さを考慮した線形的な高さや傾きの測定は不可能である。
【０００６】
また、ゴミやほこり等が付着している場合にも、同様に線形的な高さや傾きの測定は不可能であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように従来の３次元測定機においては、表面粗さのある物体を測定する場合に、物体の高さ情報を線形的な高さとしてとらえるためには表面粗さを考慮した高さ情報が必要であるが、上記３次元測定機では表面粗さを考慮した線形的な高さや傾きの測定は不可能である。
【０００８】
また、ゴミやほこり等が付着している場合にも、同様に線形的な高さや傾きの測定は不可能であった。
そこで本発明は表面粗さを考慮した測定を可能にし、表面粗さのある物体の線形的な高さや傾きの測定を可能にする３次元測定機を提供する事を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本発明は、レーザ変位計と、前記レーザ変位計を互いに直交し駆動するＸ、Ｙ方向移動手段と、前記Ｘ、Ｙ方向移動手段を所定の速度情報と目的位置情報をもとに移動させ、変位入力記憶手段に入力制御信号を出力する制御手段と、前記制御手段の出力する位置情報と、レーザ変位計の出力信号を入力し高さ情報として記憶する変位入力記憶手段と、前記変位入力記憶手段に記憶された変位データより回帰式を算出する回帰式算出手段と、前記回帰式算出手段が算出した回帰式から変位を出力する出力手段とを備えたものである。これにより、表面粗さを持つ物体を測定する場合の表面粗さを考慮した測定が可能である３次元測定機が得られる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図４を用いて説明する。
【００１１】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における３次元測定機の構成図を示し、図１において１はＸ方向移動手段、２はＹ方向移動手段、３は制御手段、４はレーザ変位計、５は変位入力記憶手段、６は測定物、７は回帰式算出手段、８は出力手段であり、１０１は制御信号、１０２は高さ情報、１０３は入力制御信号、１０４は位置情報である。
図２は本発明の実施の形態１における３次元測定機が物体を走査する軌跡の一例を示す図である。
図３は本発明の実施の形態１における３次元測定機の高さ情報（高さデータ）２０１と回帰直線２０２を示す図である。
図４は本発明の実施の形態１における３次元測定機の変位入力記憶手段５が記憶する内容を示す図である。
図１から図４を用いて本発明の３次元測定機について、以下、その動作を述べる。
【００１２】
図２において、物体を測定する場合の動作は、制御手段３が所定の速度で図２のＰ１’の位置に移動制御するためにＸ方向移動手段１とＹ方向移動手段２の駆動元であるステッピングモータ（図示せず）に所定のパルス数を出力し、加速期間を過ぎて所定の速度に達するパルス数の出力を完了したと判断すると入力制御信号１０３と位置情報１０４を変位入力記憶手段５に出力する。更に前記Ｘ方向移動手段１とＹ方向移動手段２に取り付けられたレーザ変位計４は測定物６にレーザを照射してその戻り光の受光位置によって高さ情報を算出し、算出した高さ情報を変位入力記憶手段５に一定周期で出力する。よって等速度で移動するレーザ変位計が一定の周期で情報を出力することによって等間隔の高さ情報を得ることが可能となる。
一方、変位入力記憶手段５は制御手段３が出力する２回目の入力制御信号が入力されるまでレーザ変位計４が出力する高さ情報１０２と、制御手段３が出力する位置情報１０４を記憶し続ける。
以降、Ｐ３’、Ｐ４’の位置で同様に動作し、変位入力記憶手段５に図４で示すように位置情報と高さ情報と算出した変位データを記憶する。
ここで、図２、図３と図４において表面粗さがある物体の測定について説明する。
表面粗さがある物体の高さ情報２０１は図３に示すように線形の値をとらないため回帰式算出手段７が変位入力記憶手段５に記憶された位置情報と高さ情報を元に回帰式を算出する。以下、回帰式の算出方法について説明する。
ｘ：位置情報 ｙ：高さ情報とすると、
任意の位置での高さはｙ＝a+bxと表される。この式は図３に示す高さ情報２０１より回帰直線２０２として算出する。この回帰式のａ及びｂは以下の（数１）で表される。
【００１３】
【数１】
【００１４】
図４の例であるとａ＝０．００１４、ｂ＝０．０２０３となり
Ｐ１’からＰ２’までの回帰式はｙ＝０．０２０３χ＋０．００１４
Ｐ２’からＰ３’までの回帰式はｙ＝０．０２０３χ―０．００１４
Ｐ３’からＰ４’までの回帰式はｙ＝―０．０２０３χ＋０．８０９５
Ｐ４’からＰ１’までの回帰式はｙ＝―０．０２０３χ＋０．８１２３
となる。
出力手段８は回帰式算出手段７が算出した回帰式よりＰ１’からＰ２’まで、Ｐ２’からＰ３’まで、Ｐ３’からＰ４’まで、Ｐ４’からＰ１’までの任意の位置情報での高さ情報を出力する。
以上のように表面粗さを回帰直線により線形的な高さ情報に変換する事により、レーザ変位計が走査した任意の位置で、表面粗さを考慮した線形的な高さ情報を得る事が可能な作用を有する。
【００１５】
（実施の形態２）
図５は本発明の実施の形態２における３次元測定機の構成図を示し、図５において１はＸ方向移動手段、２はＹ方向移動手段、３は制御手段、４はレーザ変位計、５は変位入力記憶手段、６は測定物、７は回帰式算出手段、８は出力手段、９は最大高さ算出手段から構成されている。１０１は制御信号、１０２は高さ情報、１０３は入力制御信号、１０４は位置情報である。
図２は本発明の実施の形態２における３次元測定機が物体を走査する軌跡の一例を示す図である。
図６は本発明の実施の形態２における３次元測定機の高さ情報２０１と回帰直線２０２と最大高さ直線２０３を示す図である。
図７は本発明の３次元測定機の変位入力記憶手段５が記憶する内容を示す図である。
図２、図５、図６、図７を用いて本発明の３次元測定機について、以下、その動作を述べる。
【００１６】
図２において、物体を測定する場合の動作は、制御手段３が所定の速度で図２のＰ１’の位置に移動制御するためにＸ方向移動手段１とＹ方向移動手段２の駆動元であるステッピングモータ（図示せず）に所定のパルス数を出力し、加速期間を過ぎて所定の速度に達するパルス数の出力を完了したと判断すると入力制御信号１０３と位置情報１０４を変位入力記憶手段５に出力する。更に前記Ｘ方向移動手段１とＹ方向移動手段２に取り付けられたレーザ変位計４は測定物６にレーザを照射してその戻り光の受光位置によって高さ情報を算出し、算出した高さ情報を変位入力記憶手段５に一定周期で出力する。よって等速度で移動するレーザ変位計が一定の周期で情報を出力することによって等間隔の高さ情報を得ることが可能となる。
【００１７】
一方、変位入力記憶手段５は制御手段３が出力する２回目の入力制御信号が入力されるまでレーザ変位計４が出力する高さ情報と、制御手段３が出力する位置情報を記憶し続ける。
以降、Ｐ３’、Ｐ４’の位置で同様に動作し、変位入力記憶手段５に図７で示すように位置情報と高さ情報と算出した変位データを記憶する。
ここで、図２と図７において表面粗さが一定ではない物体の測定について説明する。
表面粗さがある物体の高さ情報２０１は図６に示すように線形の値をとらないため回帰式算出手段７が変位入力記憶手段５に記憶された位置情報と高さ情報を元に回帰式を算出する。以下、回帰式の算出方法について説明する。
ｘ：位置情報 ｙ：高さ情報とすると、
任意の位置での高さは ｙ＝a+bxと表される。この式は図６に示す高さ情報２０１より回帰直線２０２として算出する。この回帰式のａ及びｂは(数１)で表される。
図７の例であるとａ＝０．０２０５、ｂ＝０．００８６となり
Ｐ１’からＰ２’までの回帰式はｙ＝０．０２０５χ＋０．００８６となる。同様にして
Ｐ２’からＰ３’までの回帰式はｙ＝０．０２０５χ＋０．００４１
Ｐ３’からＰ４’までの回帰式はｙ＝―０．０２０５χ＋０．８２２３
Ｐ４’からＰ１’までの回帰式はｙ＝―０．０２０５χ＋０．８２６８
となる。
【００１８】
次に、最大高さ算出手段９は表面粗さが一定でない物体の高さを直線としてとらえたい場合は高さ情報の値が最も高いデータを有効にする必要があるため、前記回帰式算出手段７が算出した回帰直線から算出した高さ情報と記憶した高さ情報の差が最も大きく高いデータと次に大きく高いデータを検出し直線式に変更する。
【００１９】
図７のＰ１’からＰ２’までの１１個の変位の中で回帰直線との差が最も大きく高いデータは差が０．０５９９のＰ１−３と差が０．０６７９のＰ１−７であり、Ｐ１−３の０．１３とＰ１−７の０．２２が回帰式で算出する高さより最も差がある高いデータとして検出し、算出した最大高さ直線２０３は
ｙ＝０．０２２５χ＋０．０６２５
同様にして
Ｐ２’からＰ３’までの最大高さ直線は
ｙ＝０．０２２５χ＋０．０３７５
Ｐ３’からＰ４’までの最大高さ直線は
ｙ＝―０．０２２５χ＋０．９３７５
Ｐ４’からＰ１’までの最大高さ直線は
ｙ＝―０．０２２５χ＋０．９６２５
となる。
出力手段８は最大高さ算出手段９が算出した最大高さ直線よりＰ１’からＰ２’まで、Ｐ２’からＰ３’まで、Ｐ３’からＰ４’まで、Ｐ４’からＰ１’までの任意の位置情報での高さ情報を出力する。
【００２０】
以上のように一定ではない表面粗さの表面高さを回帰直線を元に、最も高い線形的な高さ情報に変換する事により、レーザ変位計が走査した任意の位置で、表面粗さを考慮した線形的な高さ情報を得る事が可能となる。
【００２１】
（実施の形態３）
図８は本発明の実施の形態３における３次元測定機の構成図を示し、図８において１はＸ方向移動手段、２はＹ方向移動手段、３は制御手段、４はレーザ変位計、５は変位入力記憶手段、６は測定物、７は回帰式算出手段、８は出力手段、９は最大高さ算出手段、１０は表面粗さ記憶手段から構成されている。１０１は制御信号、１０２は高さ情報、１０３は入力制御信号、１０４は位置情報である。
図９は本発明の実施の形態３における３次元測定機の高さ情報２０１と回帰直線２０２と最大高さ直線２０３と表面粗さ範囲２０４を示す図である。
図２、図７、図８と図９を用いて本発明の３次元測定機について、以下、その動作を述べる。
【００２２】
図２、図８において、物体を測定する場合の動作は、制御手段３が所定の速度で図２のＰ１’の位置に移動制御するためにＸ方向移動手段１とＹ方向移動手段２の駆動元であるステッピングモータ（図示せず）に所定のパルス数を出力し、加速期間を過ぎて所定の速度に達するパルス数の出力を完了したと判断すると入力制御信号１０３と位置情報１０４を変位入力記憶手段５に出力する。更に前記Ｘ方向移動手段１とＹ方向移動手段２に取り付けられたレーザ変位計４は測定物６にレーザを照射してその戻り光の受光位置によって高さ情報を算出し、算出した高さ情報を変位入力記憶手段５に一定周期で出力する。よって等速度で移動するレーザ変位計が一定の周期で情報を出力することによって等間隔の高さ情報を得ることが可能となる。
一方、変位入力記憶手段５は制御手段３が出力する２回目の入力制御信号１０３が入力されるまでレーザ変位計４が出力する高さ情報と、制御手段３が出力する位置情報を記憶し続ける。
以降、Ｐ３’、Ｐ４’の位置で同様に動作し、変位入力記憶手段５に図７で示すように位置情報と高さ情報と算出した変位データを記憶する。
ここで、図２と図７において表面粗さが一定ではない物体の測定について説明する。
表面粗さがある物体の高さ情報２０１は図９に示すように線形の値をとらないため回帰式算出手段７が変位入力記憶手段５に記憶された位置情報と高さ情報を元に回帰式を算出する。以下、回帰式の算出方法について説明する。
ｘ：位置情報 ｙ：高さ情報とすると、
任意の位置での高さは y=a+bxと表される。この式は図９に示す高さ情報２０１より回帰直線２０２として算出する。この回帰式のａ及びｂは（数１）で表される。
図７の例であるとａ＝０．０２０５、ｂ＝０．００８６となり
Ｐ１’からＰ２’までの回帰式はｙ＝０．０２０５χ＋０．００８６となる。同様にして
Ｐ２’からＰ３’までの回帰式はｙ＝０．０２０５χ＋０．００４１
Ｐ３’からＰ４’までの回帰式はｙ＝―０．０２０５χ＋０．８２２３
Ｐ４’からＰ１’までの回帰式はｙ＝―０．０２０５χ＋０．８２６８
となる。
次に、最大高さ算出手段９は、表面粗さが一定でない物体の高さを直線としてとらえたい場合は高さ情報の値が最も高いデータを有効にする必要があるため、前記回帰式算出手段７が算出した回帰直線から算出した高さ情報と記憶した高さ情報の差が最も大きく高いデータと次に大きく高いデータを検出し直線式に変更する。
しかしながら、レーザの光量で高さ情報に変換するレーザ変位計は測定する物体の材料によって色、粗さ、材質等が変わってしまい特にガラス片やゴミ等が測定箇所に存在すると高さ情報が大きく変わってしまう。そこで表面粗さ記憶手段１０に予め測定物の表面粗さを設定しておき、最大高さ算出手段９が算出するデータを選定する時にこの範囲外のデータは無視するように制御する。
この動作を説明する。
図７のＰ１’からＰ２’までの１１個の変位の中で回帰直線との差が最も大きく高いデータは差が０．０５９９のＰ１−３と差が０．０６７９のＰ１−７であり、Ｐ１−３の０．１３とＰ１−７の０．２２が回帰式で算出する高さより最も差がある高いデータとして検出する。次に表面粗さ記憶手段１０に予め記憶している表面粗さ範囲を読み出し、それ以内であるかを判断する。表面粗さ記憶手段１０に記憶している表面粗さ範囲は±０．０４とするとＰ１−３もＰ１−７も範囲外となり次候補の回帰直線との差が大きく高いデータは差が０．０１８９のＰ１−５と差が０．０１６９のＰ１−９となる。
よって算出した最大高さ直線２０３は
ｙ＝０．０２χ＋０．０３
同様にして
Ｐ２’からＰ３’までの最大高さ直線は
ｙ＝０．０２χ＋０．０３
Ｐ３’からＰ４’までの最大高さ直線は
ｙ＝―０．０２χ＋０．８３
Ｐ４’からＰ１’までの最大高さ直線は
ｙ＝―０．０２χ＋０．８３
となる。
出力手段８は最大高さ算出手段９が算出した最大高さ直線よりＰ１’からＰ２’まで、Ｐ２’からＰ３’まで、Ｐ３’からＰ４’まで、Ｐ４’からＰ１’までの任意の位置情報での高さ情報を出力する。
【００２３】
以上のように一定ではない表面粗さで更に表面のゴミや成形材料によるレーザ変位計のノイズの影響を除去するために、回帰直線を元に、予め記憶してある材料特有の表面粗さ範囲内のデータを有効にして最も高い線形的な情報に変換する事により、レーザ変位計が走査した任意の位置で、表面粗さを考慮した線形的な高さ情報を得る事が可能である。
【００２４】
（実施の形態４）
図１０は本発明の３次元測定機の一例を示し、図１０において１はＸ方向移動手段、２はＹ方向移動手段、３は制御手段、４はレーザ変位計、５は変位入力記憶手段、６は測定物、７は回帰式算出手段、８は出力手段、９は最大高さ算出手段、１０は表面粗さ記憶手段、１１は傾き算出手段から構成されている。１０１は制御信号、１０２は高さ情報、１０３は入力制御信号、１０４は位置情報である。
図２、図７、図９と図１０を用いて本発明の３次元測定機について、以下、その動作を述べる。
【００２５】
図２、図１０において、物体を測定する場合の動作は、制御手段３が所定の速度で図２のＰ１’の位置に移動制御するためにＸ方向移動手段１とＹ方向移動手段２の駆動元であるステッピングモータ（図示せず）に所定のパルス数を出力し、加速期間を過ぎて所定の速度に達するパルス数の出力を完了したと判断すると入力制御信号１０３と位置情報１０４を変位入力記憶手段５に出力する。更に前記Ｘ方向移動手段１とＹ方向移動手段２に取り付けられたレーザ変位計４は測定物６にレーザを照射してその戻り光の受光位置によって高さ情報を算出し、算出した高さ情報を変位入力記憶手段５に一定周期で出力する。よって等速度で移動するレーザ変位計が一定の周期で情報を出力することによって等間隔の高さ情報を得ることが可能となる。
一方、変位入力記憶手段５は制御手段３が出力する２回目の入力制御信号が入力されるまでレーザ変位計４が出力する高さ情報と、制御手段３が出力する位置情報を記憶し続ける。
以降、Ｐ３’、Ｐ４’の位置で同様に動作し、変位入力記憶手段５に図７で示すように位置情報と高さ情報と算出した変位データを記憶する。
ここで、図２と図７において表面粗さが一定ではない物体の測定について説明する。
表面粗さがある物体の高さ情報２０１は図９に示すように線形の値をとらないため回帰式算出手段７が変位入力記憶手段５に記憶された位置情報と高さ情報を元に回帰式を算出する。以下、回帰式の算出方法について説明する。
ｘ：位置情報 ｙ：高さ情報とすると、
任意の位置での高さは y=a+bxと表される。この式は図９に示す高さ情報２０１より回帰直線２０２として算出する。この回帰式のａ及びｂは（数１）で表される。
図７の例であるとａ＝０．０２０５、ｂ＝０．００８６となり
Ｐ１’からＰ２’までの回帰式はｙ＝０．０２０５χ＋０．００８６となる。同様にして
Ｐ２’からＰ３’までの回帰式はｙ＝０．０２０５χ＋０．００４１
Ｐ３’からＰ４’までの回帰式はｙ＝―０．０２０５χ＋０．８２２３
Ｐ４’からＰ１’までの回帰式はｙ＝―０．０２０５χ＋０．８２６８
となる。
次に、最大高さ算出手段９は、表面粗さが一定でない物体の高さを直線としてとらえたい場合は高さ情報の値が最も高いデータを有効にする必要があるため、前記回帰式算出手段７が算出した回帰直線から算出した高さ情報と記憶した高さ情報の差が最も大きく高いデータと次に大きく高いデータを検出し直線式に変更する。
しかしながら、レーザの光量で高さ情報に変換するレーザ変位計は測定する物体の材料によって色、粗さ、材質等が変わってしまい特にガラス片やゴミ等が測定箇所に存在すると高さ情報が大きく変わってしまう。そこで表面粗さ記憶手段に予め測定物の表面粗さを設定しておき、最大高さ算出手段９が算出するデータを選定する時にこの範囲外のデータは無視するように制御する。
この動作を説明する。
図７のＰ１’からＰ２’までの１１個の変位の中で回帰直線との差が最も大きく高いデータは差が０．０５９９のＰ１−３と差が０．０６７９のＰ１−７であり、Ｐ１−３の０．１３とＰ１−７の０．２２が回帰式で算出する高さより最も差がある高いデータとして検出する。次に表面粗さ記憶手段１０に予め記憶している表面粗さ範囲を読み出し、それ以内であるかを判断する。表面粗さ記憶手段１０に記憶している表面粗さ範囲は±０．０４とするとＰ１−３もＰ１−７も範囲外となり次候補の回帰直線との差が大きく高いデータは差が０．０１８９のＰ１−５と差が０．０１６９のＰ１−９となる。
よって算出した最大高さ直線２０３は
ｙ＝０．０２χ＋０．０３
同様にして
Ｐ２’からＰ３’までの最大高さ直線は
ｙ＝０．０２χ＋０．０３
Ｐ３’からＰ４’までの最大高さ直線は
ｙ＝―０．０２χ＋０．８３
Ｐ４’からＰ１’までの最大高さ直線は
ｙ＝―０．０２χ＋０．８３
となる。
次に傾き算出手段１１は最大高さ直線の傾き０．０２より角度換算をする。以下に傾き換算方法を述べる。
Ｐ１’からＰ２’の傾きはＰ１−５とＰ１−９の高さ情報より
【００２６】
【数２】
【００２７】
Ｐ１’からＰ２’までの角度は０．０２［°］となる。
出力手段８は傾き算出手段１１が算出した傾きをＰ１’からＰ２’まで、Ｐ２’からＰ３’まで、Ｐ３’からＰ４’まで、Ｐ４’からＰ１’までの任意の傾きを出力する。
以上のように一定ではない表面粗さで更に表面のゴミや成形材料によるレーザ変位計のノイズの影響を除去するために、回帰直線を元に、更に予め材料特有の表面粗さ範囲内のデータを有効にして最も高い線形的な情報に変換する事により、レーザ変位計が走査した任意の位置で、表面粗さを考慮した線形的な高さ情報を得、更に傾きも得る事が可能である。
【００２８】
なお、以上の説明では傾き算出手段１１が算出する傾きは最大高さ算出手段９が算出する最大高さ直線を元に算出するような構成で示したが、ほかに回帰式算出手段７が算出する回帰直線を元に算出するような構成でも同様に実施可能である。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、（実施の形態１）に実施の一例を示した通り、表面粗さを回帰直線により線形的な高さ情報に変換する事により、レーザ変位計が走査した任意の位置で、表面粗さを考慮した線形的な高さ情報を得る事が可能となる。
【００３０】
以上のように本発明によれば、（実施の形態２）に実施の一例を示した通り、一定ではない表面粗さの表面高さを回帰直線を元に、最も高い線形的な高さ情報に変換する事により、レーザ変位計が走査した任意の位置で、表面粗さを考慮した線形的な高さ情報を得る事が可能になるので特に表面粗さが一定でない樹脂成型品を基台に使用する製品において組み立て前の表面高さを測定する装置を構成する事が可能となる。
【００３１】
以上のように本発明によれば、（実施の形態３）に実施の一例を示した通り、一定ではない表面粗さで更に表面のゴミや成形材料によるレーザ変位計のノイズの影響を除去するために、回帰直線を元に、予め記憶してある材料特有の表面粗さ範囲内のデータを有効にして最も高い線形的な高さ情報に変換する事により、レーザ変位計が走査した任意の位置で、表面粗さを考慮した線形的な高さ情報を得る事が可能になるので特に表面粗さが一定でない樹脂成型品を基台に使用する製品においてゴミや成形材料によるレーザ変位計のノイズの影響を除去した組み立て前の表面高さを測定する装置を構成する事が可能となる。
【００３２】
以上のように本発明によれば、（実施の形態４）に実施の一例を示した通り、一定ではない表面粗さで更に表面のゴミや成形材料によるレーザ変位計のノイズの影響を除去するために、回帰直線を元に、予め記憶してある材料特有の表面粗さ範囲内のデータを有効にして最も高い線形的な情報に変換する事により、レーザ変位計が走査した任意の位置で、表面粗さを考慮した線形的な高さ情報を得、更に傾きも得る事が可能になるので特に表面粗さが一定でない樹脂成型品を基台に使用する製品においてゴミや成形材料によるレーザ変位計のノイズの影響を除去した組み立て前の表面高さや表面傾きを測定する装置を構成する事が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における３次元測定機の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１における走査する軌跡の一例を示す図
【図３】本発明の実施の形態１における高さ情報と回帰直線を示す図
【図４】本発明の実施の形態１における変位入力記憶手段が記憶する位置情報と高さ情報と変位を示す図
【図５】本発明の実施の形態２における３次元測定機の構成を示すブロック図
【図６】本発明の実施の形態２における高さ情報と回帰直線と最大高さ直線を示す図
【図７】本発明の実施の形態２、３、４における変位入力記憶手段が記憶する位置情報と高さ情報と変位を示す図
【図８】本発明の実施の形態３における構成を示すブロック図
【図９】本発明の実施の形態３における高さ情報と回帰直線と最大高さ直線と表面粗さ範囲を示す図
【図１０】本発明の実施の形態４における３次元測定機の構成を示すブロック図
【図１１】従来例の走査する軌跡の一例を示す図
【図１２】従来例の変位入力記憶手段が記憶する位置情報と高さ情報と変位を示す図
【図１３】従来例の構成を示すブロック図
【図１４】従来例の走査する軌跡の一例を示す第２の図
【図１５】従来例の変位入力記憶手段が記憶する位置情報と高さ情報と変位を示す第２の図
【符号の説明】
１ Ｘ方向移動手段
２ Ｙ方向移動手段
３ 制御手段
４ レーザ変位計
５ 変位入力記憶手段
６ 測定物
７ 回帰式算出手段
８ 出力手段
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザ変位計を利用した３次元測定機に関する。より詳細には表面粗さをもった物体を測定するレーザ変位計を利用した３次元測定機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、３次元測定機は様々な方式で実用化されている。また、レーザ変位計を応用して３次元測定機を構成したものも多く見受けられる。以下、従来の３次元測定機の基本動作について説明する。
図１１は従来の３次元測定機が物体を走査する軌跡の一例を示す図である。
図１２は従来の３次元測定機の変位入力記憶手段に記憶される位置情報と高さ情報の内容を示す図である。
図１３は従来の３次元測定機の構成を示すブロック図である。同図においてＸ方向移動手段１、Ｙ方向移動手段２、制御手段３、レーザ変位計４、変位入力記憶手段５、出力手段８により構成される。１０１は制御信号、１０２は高さ情報、１０３は入力制御信号、１０４は位置情報である。
図１４は従来の３次元測定機が表面粗さをもつ物体を走査する軌跡の一例を示す図である。
図１５は従来の３次元測定機が表面粗さをもつ物体を測定した時に変位入力記憶手段に記憶される位置情報と高さ情報の内容を示す図である。
図１３の３次元測定機が図１１の走査軌跡で示すＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４で示す位置での変位を測定する場合の動作について説明する。
図１３において、物体を測定する場合の動作は、制御手段３が所定の速度で図２のＰ１の位置に移動制御するためにＸ方向移動手段１とＹ方向移動手段２の駆動元であるステッピングモータ（図示せず）にＰ１’位置までのパルス数を出力し、出力完了したと判断すると入力制御信号１０３と位置情報１０４を変位入力記憶手段５に出力する。更に前記Ｘ方向移動手段１とＹ方向移動手段２に取り付けられたレーザ変位計４は測定物６にレーザを照射してその戻り光の受光位置によって高さ情報を算出し、算出した高さ情報を変位入力記憶手段５に出力する。
【０００３】
変位入力記憶手段５は入力制御信号１０３によってレーザ変位計４が出力する高さ情報と、制御手段３が出力する位置情報１０４を記憶する。以降、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４の位置で同様に動作し、変位入力記憶手段５に図１２で示すように位置情報と高さ情報を記憶し、同時に前回記憶した高さ情報と今回記憶された高さ情報の差を変位として記憶する。出力手段７は変位入力記憶手段５に記憶されたＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４の位置情報の高さ情報と変位を出力する。
ここで、図１４において表面粗さがある物体の測定について説明する。制御手段３によってＸ方向移動手段１とＹ方向移動手段２に取り付けられたレーザ変位計４のレーザ照射点はＰ１’において表面粗さの凹凸の低い箇所を測定し、Ｐ２’において凹凸の高い箇所を測定するとした場合、前述の動作に従って変位算出手段６が図１５に示すように位置情報と高さ情報を記憶する。同様にしてＰ３’、Ｐ４’においても凹凸の高い箇所または、低い箇所のどちらかを高さ情報として記憶する。
【０００４】
ところが、表面粗さのある物体を測定する場合、凹凸の高い箇所または、低い箇所のどちらかを高さ情報としてしまう。
【０００５】
従って、物体の高さ情報を線形的な高さとしてとらえるためには表面粗さを考慮した高さ情報が必要であるが、上記３次元測定機では表面粗さを考慮した線形的な高さや傾きの測定は不可能である。
【０００６】
また、ゴミやほこり等が付着している場合にも、同様に線形的な高さや傾きの測定は不可能であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように従来の３次元測定機においては、表面粗さのある物体を測定する場合に、物体の高さ情報を線形的な高さとしてとらえるためには表面粗さを考慮した高さ情報が必要であるが、上記３次元測定機では表面粗さを考慮した線形的な高さや傾きの測定は不可能である。
【０００８】
また、ゴミやほこり等が付着している場合にも、同様に線形的な高さや傾きの測定は不可能であった。
そこで本発明は表面粗さを考慮した測定を可能にし、表面粗さのある物体の線形的な高さや傾きの測定を可能にする３次元測定機を提供する事を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本発明は、レーザ変位計と、前記レーザ変位計を互いに直交し駆動するＸ、Ｙ方向移動手段と、前記Ｘ、Ｙ方向移動手段を所定の速度情報と目的位置情報をもとに移動させ、変位入力記憶手段に入力制御信号を出力する制御手段と、前記制御手段の出力する位置情報と、レーザ変位計の出力信号を入力し高さ情報として記憶する変位入力記憶手段と、前記変位入力記憶手段に記憶された変位データより回帰式を算出する回帰式算出手段と、前記回帰式算出手段が算出した回帰式から変位を出力する出力手段とを備えたものである。これにより、表面粗さを持つ物体を測定する場合の表面粗さを考慮した測定が可能である３次元測定機が得られる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図４を用いて説明する。
【００１１】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における３次元測定機の構成図を示し、図１において１はＸ方向移動手段、２はＹ方向移動手段、３は制御手段、４はレーザ変位計、５は変位入力記憶手段、６は測定物、７は回帰式算出手段、８は出力手段であり、１０１は制御信号、１０２は高さ情報、１０３は入力制御信号、１０４は位置情報である。
図２は本発明の実施の形態１における３次元測定機が物体を走査する軌跡の一例を示す図である。
図３は本発明の実施の形態１における３次元測定機の高さ情報（高さデータ）２０１と回帰直線２０２を示す図である。
図４は本発明の実施の形態１における３次元測定機の変位入力記憶手段５が記憶する内容を示す図である。
図１から図４を用いて本発明の３次元測定機について、以下、その動作を述べる。
【００１２】
図２において、物体を測定する場合の動作は、制御手段３が所定の速度で図２のＰ１’の位置に移動制御するためにＸ方向移動手段１とＹ方向移動手段２の駆動元であるステッピングモータ（図示せず）に所定のパルス数を出力し、加速期間を過ぎて所定の速度に達するパルス数の出力を完了したと判断すると入力制御信号１０３と位置情報１０４を変位入力記憶手段５に出力する。更に前記Ｘ方向移動手段１とＹ方向移動手段２に取り付けられたレーザ変位計４は測定物６にレーザを照射してその戻り光の受光位置によって高さ情報を算出し、算出した高さ情報を変位入力記憶手段５に一定周期で出力する。よって等速度で移動するレーザ変位計が一定の周期で情報を出力することによって等間隔の高さ情報を得ることが可能となる。
一方、変位入力記憶手段５は制御手段３が出力する２回目の入力制御信号が入力されるまでレーザ変位計４が出力する高さ情報１０２と、制御手段３が出力する位置情報１０４を記憶し続ける。
以降、Ｐ３’、Ｐ４’の位置で同様に動作し、変位入力記憶手段５に図４で示すように位置情報と高さ情報と算出した変位データを記憶する。
ここで、図２、図３と図４において表面粗さがある物体の測定について説明する。
表面粗さがある物体の高さ情報２０１は図３に示すように線形の値をとらないため回帰式算出手段７が変位入力記憶手段５に記憶された位置情報と高さ情報を元に回帰式を算出する。以下、回帰式の算出方法について説明する。
ｘ：位置情報 ｙ：高さ情報とすると、
任意の位置での高さはｙ＝a+bxと表される。この式は図３に示す高さ情報２０１より回帰直線２０２として算出する。この回帰式のａ及びｂは以下の（数１）で表される。
【００１３】
【数１】
図４の例であるとａ＝０．００１４、ｂ＝０．０２０３となり
Ｐ１’からＰ２’までの回帰式はｙ＝０．０２０３χ＋０．００１４
Ｐ２’からＰ３’までの回帰式はｙ＝０．０２０３χ―０．００１４
Ｐ３’からＰ４’までの回帰式はｙ＝―０．０２０３χ＋０．８０９５
Ｐ４’からＰ１’までの回帰式はｙ＝―０．０２０３χ＋０．８１２３
となる。
出力手段８は回帰式算出手段７が算出した回帰式よりＰ１’からＰ２’まで、Ｐ２’からＰ３’まで、Ｐ３’からＰ４’まで、Ｐ４’からＰ１’までの任意の位置情報での高さ情報を出力する。
以上のように表面粗さを回帰直線により線形的な高さ情報に変換する事により、レーザ変位計が走査した任意の位置で、表面粗さを考慮した線形的な高さ情報を得る事が可能な作用を有する。
【００１５】
（実施の形態２）
図５は本発明の実施の形態２における３次元測定機の構成図を示し、図５において１はＸ方向移動手段、２はＹ方向移動手段、３は制御手段、４はレーザ変位計、５は変位入力記憶手段、６は測定物、７は回帰式算出手段、８は出力手段、９は最大高さ算出手段から構成されている。１０１は制御信号、１０２は高さ情報、１０３は入力制御信号、１０４は位置情報である。
図２は本発明の実施の形態２における３次元測定機が物体を走査する軌跡の一例を示す図である。
図６は本発明の実施の形態２における３次元測定機の高さ情報２０１と回帰直線２０２と最大高さ直線２０３を示す図である。
図７は本発明の３次元測定機の変位入力記憶手段５が記憶する内容を示す図である。
図２、図５、図６、図７を用いて本発明の３次元測定機について、以下、その動作を述べる。
【００１６】
図２において、物体を測定する場合の動作は、制御手段３が所定の速度で図２のＰ１’の位置に移動制御するためにＸ方向移動手段１とＹ方向移動手段２の駆動元であるステッピングモータ（図示せず）に所定のパルス数を出力し、加速期間を過ぎて所定の速度に達するパルス数の出力を完了したと判断すると入力制御信号１０３と位置情報１０４を変位入力記憶手段５に出力する。更に前記Ｘ方向移動手段１とＹ方向移動手段２に取り付けられたレーザ変位計４は測定物６にレーザを照射してその戻り光の受光位置によって高さ情報を算出し、算出した高さ情報を変位入力記憶手段５に一定周期で出力する。よって等速度で移動するレーザ変位計が一定の周期で情報を出力することによって等間隔の高さ情報を得ることが可能となる。
【００１７】
一方、変位入力記憶手段５は制御手段３が出力する２回目の入力制御信号が入力されるまでレーザ変位計４が出力する高さ情報と、制御手段３が出力する位置情報を記憶し続ける。
以降、Ｐ３’、Ｐ４’の位置で同様に動作し、変位入力記憶手段５に図７で示すように位置情報と高さ情報と算出した変位データを記憶する。
ここで、図２と図７において表面粗さが一定ではない物体の測定について説明する。
表面粗さがある物体の高さ情報２０１は図６に示すように線形の値をとらないため回帰式算出手段７が変位入力記憶手段５に記憶された位置情報と高さ情報を元に回帰式を算出する。以下、回帰式の算出方法について説明する。
ｘ：位置情報 ｙ：高さ情報とすると、
任意の位置での高さは ｙ＝a+bxと表される。この式は図６に示す高さ情報２０１より回帰直線２０２として算出する。この回帰式のａ及びｂは(数１)で表される。
図７の例であるとａ＝０．０２０５、ｂ＝０．００８６となり
Ｐ１’からＰ２’までの回帰式はｙ＝０．０２０５χ＋０．００８６となる。同様にして
Ｐ２’からＰ３’までの回帰式はｙ＝０．０２０５χ＋０．００４１
Ｐ３’からＰ４’までの回帰式はｙ＝―０．０２０５χ＋０．８２２３
Ｐ４’からＰ１’までの回帰式はｙ＝―０．０２０５χ＋０．８２６８
となる。
【００１８】
次に、最大高さ算出手段９は表面粗さが一定でない物体の高さを直線としてとらえたい場合は高さ情報の値が最も高いデータを有効にする必要があるため、前記回帰式算出手段７が算出した回帰直線から算出した高さ情報と記憶した高さ情報の差が最も大きく高いデータと次に大きく高いデータを検出し直線式に変更する。
【００１９】
図７のＰ１’からＰ２’までの１１個の変位の中で回帰直線との差が最も大きく高いデータは差が０．０５９９のＰ１−３と差が０．０６７９のＰ１−７であり、Ｐ１−３の０．１３とＰ１−７の０．２２が回帰式で算出する高さより最も差がある高いデータとして検出し、算出した最大高さ直線２０３は
ｙ＝０．０２２５χ＋０．０６２５
同様にして
Ｐ２’からＰ３’までの最大高さ直線は
ｙ＝０．０２２５χ＋０．０３７５
Ｐ３’からＰ４’までの最大高さ直線は
ｙ＝―０．０２２５χ＋０．９３７５
Ｐ４’からＰ１’までの最大高さ直線は
ｙ＝―０．０２２５χ＋０．９６２５
となる。
出力手段８は最大高さ算出手段９が算出した最大高さ直線よりＰ１’からＰ２’まで、Ｐ２’からＰ３’まで、Ｐ３’からＰ４’まで、Ｐ４’からＰ１’までの任意の位置情報での高さ情報を出力する。
【００２０】
以上のように一定ではない表面粗さの表面高さを回帰直線を元に、最も高い線形的な高さ情報に変換する事により、レーザ変位計が走査した任意の位置で、表面粗さを考慮した線形的な高さ情報を得る事が可能となる。
【００２１】
（実施の形態３）
図８は本発明の実施の形態３における３次元測定機の構成図を示し、図８において１はＸ方向移動手段、２はＹ方向移動手段、３は制御手段、４はレーザ変位計、５は変位入力記憶手段、６は測定物、７は回帰式算出手段、８は出力手段、９は最大高さ算出手段、１０は表面粗さ記憶手段から構成されている。１０１は制御信号、１０２は高さ情報、１０３は入力制御信号、１０４は位置情報である。
図９は本発明の実施の形態３における３次元測定機の高さ情報２０１と回帰直線２０２と最大高さ直線２０３と表面粗さ範囲２０４を示す図である。
図２、図７、図８と図９を用いて本発明の３次元測定機について、以下、その動作を述べる。
【００２２】
図２、図８において、物体を測定する場合の動作は、制御手段３が所定の速度で図２のＰ１’の位置に移動制御するためにＸ方向移動手段１とＹ方向移動手段２の駆動元であるステッピングモータ（図示せず）に所定のパルス数を出力し、加速期間を過ぎて所定の速度に達するパルス数の出力を完了したと判断すると入力制御信号１０３と位置情報１０４を変位入力記憶手段５に出力する。更に前記Ｘ方向移動手段１とＹ方向移動手段２に取り付けられたレーザ変位計４は測定物６にレーザを照射してその戻り光の受光位置によって高さ情報を算出し、算出した高さ情報を変位入力記憶手段５に一定周期で出力する。よって等速度で移動するレーザ変位計が一定の周期で情報を出力することによって等間隔の高さ情報を得ることが可能となる。
一方、変位入力記憶手段５は制御手段３が出力する２回目の入力制御信号１０３が入力されるまでレーザ変位計４が出力する高さ情報と、制御手段３が出力する位置情報を記憶し続ける。
以降、Ｐ３’、Ｐ４’の位置で同様に動作し、変位入力記憶手段５に図７で示すように位置情報と高さ情報と算出した変位データを記憶する。
ここで、図２と図７において表面粗さが一定ではない物体の測定について説明する。
表面粗さがある物体の高さ情報２０１は図９に示すように線形の値をとらないため回帰式算出手段７が変位入力記憶手段５に記憶された位置情報と高さ情報を元に回帰式を算出する。以下、回帰式の算出方法について説明する。
ｘ：位置情報 ｙ：高さ情報とすると、
任意の位置での高さは y=a+bxと表される。この式は図９に示す高さ情報２０１より回帰直線２０２として算出する。この回帰式のａ及びｂは（数１）で表される。
図７の例であるとａ＝０．０２０５、ｂ＝０．００８６となり
Ｐ１’からＰ２’までの回帰式はｙ＝０．０２０５χ＋０．００８６となる。同様にして
Ｐ２’からＰ３’までの回帰式はｙ＝０．０２０５χ＋０．００４１
Ｐ３’からＰ４’までの回帰式はｙ＝―０．０２０５χ＋０．８２２３
Ｐ４’からＰ１’までの回帰式はｙ＝―０．０２０５χ＋０．８２６８
となる。
次に、最大高さ算出手段９は、表面粗さが一定でない物体の高さを直線としてとらえたい場合は高さ情報の値が最も高いデータを有効にする必要があるため、前記回帰式算出手段７が算出した回帰直線から算出した高さ情報と記憶した高さ情報の差が最も大きく高いデータと次に大きく高いデータを検出し直線式に変更する。
しかしながら、レーザの光量で高さ情報に変換するレーザ変位計は測定する物体の材料によって色、粗さ、材質等が変わってしまい特にガラス片やゴミ等が測定箇所に存在すると高さ情報が大きく変わってしまう。そこで表面粗さ記憶手段１０に予め測定物の表面粗さを設定しておき、最大高さ算出手段９が算出するデータを選定する時にこの範囲外のデータは無視するように制御する。
この動作を説明する。
図７のＰ１’からＰ２’までの１１個の変位の中で回帰直線との差が最も大きく高いデータは差が０．０５９９のＰ１−３と差が０．０６７９のＰ１−７であり、Ｐ１−３の０．１３とＰ１−７の０．２２が回帰式で算出する高さより最も差がある高いデータとして検出する。次に表面粗さ記憶手段１０に予め記憶している表面粗さ範囲を読み出し、それ以内であるかを判断する。表面粗さ記憶手段１０に記憶している表面粗さ範囲は±０．０４とするとＰ１−３もＰ１−７も範囲外となり次候補の回帰直線との差が大きく高いデータは差が０．０１８９のＰ１−５と差が０．０１６９のＰ１−９となる。
よって算出した最大高さ直線２０３は
ｙ＝０．０２χ＋０．０３
同様にして
Ｐ２’からＰ３’までの最大高さ直線は
ｙ＝０．０２χ＋０．０３
Ｐ３’からＰ４’までの最大高さ直線は
ｙ＝―０．０２χ＋０．８３
Ｐ４’からＰ１’までの最大高さ直線は
ｙ＝―０．０２χ＋０．８３
となる。
出力手段８は最大高さ算出手段９が算出した最大高さ直線よりＰ１’からＰ２’まで、Ｐ２’からＰ３’まで、Ｐ３’からＰ４’まで、Ｐ４’からＰ１’までの任意の位置情報での高さ情報を出力する。
【００２３】
以上のように一定ではない表面粗さで更に表面のゴミや成形材料によるレーザ変位計のノイズの影響を除去するために、回帰直線を元に、予め記憶してある材料特有の表面粗さ範囲内のデータを有効にして最も高い線形的な情報に変換する事により、レーザ変位計が走査した任意の位置で、表面粗さを考慮した線形的な高さ情報を得る事が可能である。
【００２４】
（実施の形態４）
図１０は本発明の３次元測定機の一例を示し、図１０において１はＸ方向移動手段、２はＹ方向移動手段、３は制御手段、４はレーザ変位計、５は変位入力記憶手段、６は測定物、７は回帰式算出手段、８は出力手段、９は最大高さ算出手段、１０は表面粗さ記憶手段、１１は傾き算出手段から構成されている。１０１は制御信号、１０２は高さ情報、１０３は入力制御信号、１０４は位置情報である。
図２、図７、図９と図１０を用いて本発明の３次元測定機について、以下、その動作を述べる。
【００２５】
図２、図１０において、物体を測定する場合の動作は、制御手段３が所定の速度で図２のＰ１’の位置に移動制御するためにＸ方向移動手段１とＹ方向移動手段２の駆動元であるステッピングモータ（図示せず）に所定のパルス数を出力し、加速期間を過ぎて所定の速度に達するパルス数の出力を完了したと判断すると入力制御信号１０３と位置情報１０４を変位入力記憶手段５に出力する。更に前記Ｘ方向移動手段１とＹ方向移動手段２に取り付けられたレーザ変位計４は測定物６にレーザを照射してその戻り光の受光位置によって高さ情報を算出し、算出した高さ情報を変位入力記憶手段５に一定周期で出力する。よって等速度で移動するレーザ変位計が一定の周期で情報を出力することによって等間隔の高さ情報を得ることが可能となる。
一方、変位入力記憶手段５は制御手段３が出力する２回目の入力制御信号が入力されるまでレーザ変位計４が出力する高さ情報と、制御手段３が出力する位置情報を記憶し続ける。
以降、Ｐ３’、Ｐ４’の位置で同様に動作し、変位入力記憶手段５に図７で示すように位置情報と高さ情報と算出した変位データを記憶する。
ここで、図２と図７において表面粗さが一定ではない物体の測定について説明する。
表面粗さがある物体の高さ情報２０１は図９に示すように線形の値をとらないため回帰式算出手段７が変位入力記憶手段５に記憶された位置情報と高さ情報を元に回帰式を算出する。以下、回帰式の算出方法について説明する。
ｘ：位置情報 ｙ：高さ情報とすると、
任意の位置での高さは y=a+bxと表される。この式は図９に示す高さ情報２０１より回帰直線２０２として算出する。この回帰式のａ及びｂは（数１）で表される。
図７の例であるとａ＝０．０２０５、ｂ＝０．００８６となり
Ｐ１’からＰ２’までの回帰式はｙ＝０．０２０５χ＋０．００８６となる。同様にして
Ｐ２’からＰ３’までの回帰式はｙ＝０．０２０５χ＋０．００４１
Ｐ３’からＰ４’までの回帰式はｙ＝―０．０２０５χ＋０．８２２３
Ｐ４’からＰ１’までの回帰式はｙ＝―０．０２０５χ＋０．８２６８
となる。
次に、最大高さ算出手段９は、表面粗さが一定でない物体の高さを直線としてとらえたい場合は高さ情報の値が最も高いデータを有効にする必要があるため、前記回帰式算出手段７が算出した回帰直線から算出した高さ情報と記憶した高さ情報の差が最も大きく高いデータと次に大きく高いデータを検出し直線式に変更する。
しかしながら、レーザの光量で高さ情報に変換するレーザ変位計は測定する物体の材料によって色、粗さ、材質等が変わってしまい特にガラス片やゴミ等が測定箇所に存在すると高さ情報が大きく変わってしまう。そこで表面粗さ記憶手段に予め測定物の表面粗さを設定しておき、最大高さ算出手段９が算出するデータを選定する時にこの範囲外のデータは無視するように制御する。
この動作を説明する。
図７のＰ１’からＰ２’までの１１個の変位の中で回帰直線との差が最も大きく高いデータは差が０．０５９９のＰ１−３と差が０．０６７９のＰ１−７であり、Ｐ１−３の０．１３とＰ１−７の０．２２が回帰式で算出する高さより最も差がある高いデータとして検出する。次に表面粗さ記憶手段１０に予め記憶している表面粗さ範囲を読み出し、それ以内であるかを判断する。表面粗さ記憶手段１０に記憶している表面粗さ範囲は±０．０４とするとＰ１−３もＰ１−７も範囲外となり次候補の回帰直線との差が大きく高いデータは差が０．０１８９のＰ１−５と差が０．０１６９のＰ１−９となる。
よって算出した最大高さ直線２０３は
ｙ＝０．０２χ＋０．０３
同様にして
Ｐ２’からＰ３’までの最大高さ直線は
ｙ＝０．０２χ＋０．０３
Ｐ３’からＰ４’までの最大高さ直線は
ｙ＝―０．０２χ＋０．８３
Ｐ４’からＰ１’までの最大高さ直線は
ｙ＝―０．０２χ＋０．８３
となる。
次に傾き算出手段１１は最大高さ直線の傾き０．０２より角度換算をする。以下に傾き換算方法を述べる。
Ｐ１’からＰ２’の傾きはＰ１−５とＰ１−９の高さ情報より
【００２６】
【数２】
Ｐ１’からＰ２’までの角度は０．０２［°］となる。
出力手段８は傾き算出手段１１が算出した傾きをＰ１’からＰ２’まで、Ｐ２’からＰ３’まで、Ｐ３’からＰ４’まで、Ｐ４’からＰ１’までの任意の傾きを出力する。
以上のように一定ではない表面粗さで更に表面のゴミや成形材料によるレーザ変位計のノイズの影響を除去するために、回帰直線を元に、更に予め材料特有の表面粗さ範囲内のデータを有効にして最も高い線形的な情報に変換する事により、レーザ変位計が走査した任意の位置で、表面粗さを考慮した線形的な高さ情報を得、更に傾きも得る事が可能である。
【００２８】
なお、以上の説明では傾き算出手段１１が算出する傾きは最大高さ算出手段９が算出する最大高さ直線を元に算出するような構成で示したが、ほかに回帰式算出手段７が算出する回帰直線を元に算出するような構成でも同様に実施可能である。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、（実施の形態１）に実施の一例を示した通り、表面粗さを回帰直線により線形的な高さ情報に変換する事により、レーザ変位計が走査した任意の位置で、表面粗さを考慮した線形的な高さ情報を得る事が可能となる。
【００３０】
以上のように本発明によれば、（実施の形態２）に実施の一例を示した通り、一定ではない表面粗さの表面高さを回帰直線を元に、最も高い線形的な高さ情報に変換する事により、レーザ変位計が走査した任意の位置で、表面粗さを考慮した線形的な高さ情報を得る事が可能になるので特に表面粗さが一定でない樹脂成型品を基台に使用する製品において組み立て前の表面高さを測定する装置を構成する事が可能となる。
【００３１】
以上のように本発明によれば、（実施の形態３）に実施の一例を示した通り、一定ではない表面粗さで更に表面のゴミや成形材料によるレーザ変位計のノイズの影響を除去するために、回帰直線を元に、予め記憶してある材料特有の表面粗さ範囲内のデータを有効にして最も高い線形的な高さ情報に変換する事により、レーザ変位計が走査した任意の位置で、表面粗さを考慮した線形的な高さ情報を得る事が可能になるので特に表面粗さが一定でない樹脂成型品を基台に使用する製品においてゴミや成形材料によるレーザ変位計のノイズの影響を除去した組み立て前の表面高さを測定する装置を構成する事が可能となる。
【００３２】
以上のように本発明によれば、（実施の形態４）に実施の一例を示した通り、一定ではない表面粗さで更に表面のゴミや成形材料によるレーザ変位計のノイズの影響を除去するために、回帰直線を元に、予め記憶してある材料特有の表面粗さ範囲内のデータを有効にして最も高い線形的な情報に変換する事により、レーザ変位計が走査した任意の位置で、表面粗さを考慮した線形的な高さ情報を得、更に傾きも得る事が可能になるので特に表面粗さが一定でない樹脂成型品を基台に使用する製品においてゴミや成形材料によるレーザ変位計のノイズの影響を除去した組み立て前の表面高さや表面傾きを測定する装置を構成する事が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における３次元測定機の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１における走査する軌跡の一例を示す図
【図３】本発明の実施の形態１における高さ情報と回帰直線を示す図
【図４】本発明の実施の形態１における変位入力記憶手段が記憶する位置情報と高さ情報と変位を示す図
【図５】本発明の実施の形態２における３次元測定機の構成を示すブロック図
【図６】本発明の実施の形態２における高さ情報と回帰直線と最大高さ直線を示す図
【図７】本発明の実施の形態２、３、４における変位入力記憶手段が記憶する位置情報と高さ情報と変位を示す図
【図８】本発明の実施の形態３における構成を示すブロック図
【図９】本発明の実施の形態３における高さ情報と回帰直線と最大高さ直線と表面粗さ範囲を示す図
【図１０】本発明の実施の形態４における３次元測定機の構成を示すブロック図
【図１１】従来例の走査する軌跡の一例を示す図
【図１２】従来例の変位入力記憶手段が記憶する位置情報と高さ情報と変位を示す図
【図１３】従来例の構成を示すブロック図
【図１４】従来例の走査する軌跡の一例を示す第２の図
【図１５】従来例の変位入力記憶手段が記憶する位置情報と高さ情報と変位を示す第２の図
【符号の説明】
１ Ｘ方向移動手段
２ Ｙ方向移動手段
３ 制御手段
４ レーザ変位計
５ 変位入力記憶手段
６ 測定物
７ 回帰式算出手段
８ 出力手段
Claims (3)
- レーザ変位計と、前記レーザ変位計を互いに直交し駆動するＸ方向移動手段、Ｙ方向移動手段と、所定の速度情報と目的位置情報をもとに前記Ｘ方向移動手段、Ｙ方向移動手段に対して移動指示するとともに位置情報と入力制御信号を出力する制御手段と、前記制御手段の出力する位置情報と入力制御信号、前記レーザ変位計の出力する高さ情報を記憶する変位入力記憶手段と、前記変位入力記憶手段に記憶された高さ情報と位置情報より回帰式を算出する回帰式算出手段と、前記回帰式算出手段が算出した回帰式から変位を出力する出力手段と、前記回帰式算出手段が算出した回帰式と前記変位入力記憶手段に記憶された高さ情報の差が最も大きいデータを選択して最大係数を算出し、前記回帰式算出手段の算出した回帰式を変更する最大高さ算出手段を備えた３次元測定機。
- 測定物の表面粗さを記憶する表面粗さ記憶手段を備え、回帰式算出手段が算出した回帰式と変位入力記憶手段に記憶された高さ情報の差が前記表面粗さ範囲外であればそのデータを無視して、次に大きくかつ前記表面粗さ範囲内のデータを選択して最大係数を算出し、前記回帰式算出手段の算出した回帰式を変更する最大高さ算出手段を備えた請求項１に記載の３次元測定機。
- 変位入力記憶手段に記憶された位置情報と高さ情報より傾きを算出する傾き算出手段を備えた請求項２に記載の３次元測定機。
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| JP2000005505A JP3674435B2 (ja) | 2000-01-14 | 2000-01-14 | ３次元測定機 |
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