JP4552907B2 - Form measuring device deviation amount acquisition method, deviation amount acquisition program, and deviation amount acquisition reference workpiece - Google Patents

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Description

本発明は、測定対象物に向けて光を照射し、その反射光を受光して測定対象物の外形形状を測定する形状測定器に定義される座標系の、基準となる座標系からのずれ量を取得する方法および前記ずれ量を取得する際に使用するプログラム、ならびに前記ずれ量を取得する際に使用する基準ワーク(ずれ量取得用物体)に関する。   The present invention relates to a deviation from a reference coordinate system of a coordinate system defined in a shape measuring instrument that irradiates light toward a measurement object and receives reflected light to measure the external shape of the measurement object. The present invention relates to a method for acquiring an amount, a program used for acquiring the amount of deviation, and a reference work (object for acquiring an amount of deviation) used for acquiring the amount of deviation.

測定対象物の外形形状を形状測定器により測定するときに、測定対象物が定義する基準となる座標系(基準座標系)に対して形状測定器に定義される座標系(カメラ座標系)がずれている場合があり、このような状態のまま形状測定を行うと、測定データと測定対象物のCADデータとの間に相対誤差が生じて、測定対象物が正しく設計されているかの評価を適正に行うことができない。斯かる不具合を防止するため、形状測定の前に形状測定器のキャリブレーションを実行し、基準座標系に対するカメラ座標系のずれ量を取得して、形状測定器の姿勢および位置の補正が行われる。   When measuring the external shape of a measurement object with a shape measuring instrument, the coordinate system (camera coordinate system) defined in the shape measuring instrument is different from the reference coordinate system (reference coordinate system) defined by the measurement object. If shape measurement is performed in such a state, a relative error occurs between the measurement data and the CAD data of the measurement object, and it is evaluated whether the measurement object is correctly designed. It cannot be done properly. In order to prevent such a problem, calibration of the shape measuring instrument is performed before the shape measurement, the amount of deviation of the camera coordinate system from the reference coordinate system is acquired, and the posture and position of the shape measuring instrument are corrected. .

このようなキャリブレーションに関し、特許文献1には、複数の基準位置を持った基準ワークを形状測定器により測定して、上記複数の基準位置の相対関係を調整することによってキャリブレーションを行う方法が記載されている。
特開平03−187579号公報
With respect to such calibration, Patent Document 1 discloses a method of performing calibration by measuring a reference workpiece having a plurality of reference positions with a shape measuring instrument and adjusting the relative relationship between the plurality of reference positions. Are listed.
Japanese Patent Laid-Open No. 03-187579

特許文献1に記載の方法は、CCDカメラによって一度に全体の画像を取り込むようにして形状測定を行う場合には適用できる。しかし、二次元的な測定を繰り返し行うことによって全体の外形形状を測定する方法、例えば、測定対象物に対して光をスリット状に照射したり、あるいはレーザー光などを直線的に走査したりして、照射部分における位置情報から形状を測定する方法、により形状測定を行う場合には、一回の走査で基準位置を把握することが困難である。よって、特許文献1に記載の方法は、この種の形状測定法を行うものに対するキャリブレーションとしては不向きである。   The method described in Patent Document 1 can be applied when shape measurement is performed by capturing an entire image at once by a CCD camera. However, a method of measuring the entire outer shape by repeatedly performing two-dimensional measurement, for example, irradiating the measurement target with light in a slit shape or linearly scanning with laser light or the like. Thus, when shape measurement is performed by a method of measuring the shape from position information in the irradiated portion, it is difficult to grasp the reference position by a single scan. Therefore, the method described in Patent Document 1 is unsuitable for calibration with respect to those performing this kind of shape measurement method.

本発明は上記問題に対処するためなされたもので、その目的は、測定対象物に対して光を直線状に照射することにより測定対象物の外形形状を測定する形状測定方法を行う場合における効率的な基準座標系に対するカメラ座標系のずれ量を取得する方法、前記方法を実現するためのずれ量取得用プログラム、ならびに斯かるずれ量取得を実行する際に必要とされるずれ量取得用基準ワーク(ずれ量取得用物体)を提供することにある。   The present invention has been made to cope with the above problem, and its purpose is efficiency in the case of performing a shape measuring method for measuring the outer shape of a measurement object by irradiating the measurement object with light in a straight line. For obtaining a deviation amount of a camera coordinate system with respect to a typical reference coordinate system, a deviation amount acquisition program for realizing the method, and a deviation amount acquisition reference required for executing such deviation amount acquisition The object is to provide a workpiece (an object for obtaining a deviation amount).

上記目的を達成するため、本発明の特徴は、測定対象物に対して直線状に光を照射するとともに照射光の反射光を受光して、受光した反射光の座標点を算出することにより測定対象物の三次元形状を計測する形状測定器の測定対象物に対するずれ量を取得する形状測定器のずれ量取得方法であって、法線方向が一つの座標軸であるz軸を定義する第一平面部と、前記第一平面部との交線が前記z軸と直交する座標軸であるx軸を定義する第二平面部と、前記z軸に直交する平面であって前記第一平面部とは異なる平面上に交線が形成される第三平面部および第四平面部とを有し、前記z軸、前記x軸および、前記z軸および前記x軸の双方に直交する座標軸であるy軸によって基準となる座標系(基準座標系)を定義する基準ワークに対して、前記第一平面部、前記第二平面部、前記第三平面部および前記第四平面部を通過するように直線状に光を照射する照射ステップと、前記照射ステップにて基準ワークに照射した光の反射光から得られる情報により、形状測定器に定義される座標系(カメラ座標系)における、基準ワークに照射した照射点の座標点の点群データを取得する点群データ取得ステップと、前記点群データ取得ステップにて取得した点群データに基づいて、前記基準となる座標系(基準座標系)に対する前記形状測定器に定義される座標系(カメラ座標系)のずれ量を検出するずれ量検出ステップと、を含む形状測定器のずれ量取得方法とすることにある。   In order to achieve the above object, the feature of the present invention is that the measurement object is measured by linearly irradiating the measurement object and receiving the reflected light of the irradiated light and calculating the coordinate point of the received reflected light. A shape measuring instrument shift amount acquisition method for acquiring a shift amount of a shape measuring instrument for measuring a three-dimensional shape of a target object with respect to the measurement target, wherein the first direction defines a z axis whose normal direction is one coordinate axis. A plane part and a second plane part defining an x-axis that is a coordinate axis perpendicular to the z-axis, and a plane perpendicular to the z-axis and the first plane part Y has a third plane portion and a fourth plane portion where intersecting lines are formed on different planes, and is a coordinate axis orthogonal to the z-axis, the x-axis, and both the z-axis and the x-axis For a reference workpiece that defines a reference coordinate system (reference coordinate system) by axis An irradiation step of irradiating light linearly so as to pass through the first plane portion, the second plane portion, the third plane portion, and the fourth plane portion, and the light irradiated on the reference workpiece in the irradiation step Point cloud data acquisition step for acquiring point cloud data of the coordinate point of the irradiation point irradiated on the reference workpiece in the coordinate system (camera coordinate system) defined in the shape measuring instrument by the information obtained from the reflected light of A deviation for detecting a deviation amount of the coordinate system (camera coordinate system) defined in the shape measuring instrument with respect to the reference coordinate system (reference coordinate system) based on the point cloud data obtained in the point cloud data obtaining step. And a method of obtaining a deviation amount of the shape measuring instrument including the amount detection step.

上記した本発明の方法によれば、基準ワークの第一平面部、第二平面部、第三平面部および第四平面部を通過するように光を直線的に基準ワークに照射することにより、それぞれの平面部に照射された光の位置に関する情報を取得することができる。ここで、基準ワークは、第一平面部、第二平面部、第三平面部および第四平面部によって、基準となる座標系を定義し得るものであるから、上記各平面部に照射された光の位置に関する情報から、基準ワークが定義する基準となる座標系に対する形状測定器に定義される座標系のずれ量を検出することができる。このようにして形状測定器のずれ量を取得することができる。   According to the method of the present invention described above, by irradiating the reference workpiece linearly so as to pass through the first plane portion, the second plane portion, the third plane portion and the fourth plane portion of the reference workpiece, Information on the position of the light irradiated on each flat surface portion can be acquired. Here, since the reference workpiece can define a reference coordinate system by the first plane portion, the second plane portion, the third plane portion, and the fourth plane portion, each of the plane portions is irradiated. From the information regarding the position of the light, it is possible to detect the shift amount of the coordinate system defined in the shape measuring instrument with respect to the coordinate system serving as a reference defined by the reference workpiece. In this way, the deviation amount of the shape measuring instrument can be acquired.

この場合、前記交線は、前記y軸に平行であるのが良い。また、前記ずれ量検出ステップは、前記点群データ取得ステップにて取得された点群データから、前記形状測定器に定義される座標系における前記第一平面部、前記第二平面部、前記第三平面部、前記第四平面部のいずれか2つ以上の平面部に照射した光の切断線を示す直線の方程式を計算する直線計算ステップと、前記直線計算ステップにて計算された2つ以上の直線の方程式に基づいて前記ずれ量を計算するずれ量計算ステップとを有するものであると良い。各平面部に照射した光の切断線から、幾何学的関係によって、上記ずれ量を導き出すことができる。なお、点群データから直線の方程式を求めるには、各平面部にて取得した点群データの座標点に基づき最小二乗法などで計算することができる。   In this case, the intersecting line may be parallel to the y-axis. Further, the shift amount detection step includes, based on the point cloud data acquired in the point cloud data acquisition step, the first plane part, the second plane part, and the first plane part in a coordinate system defined in the shape measuring instrument. A straight line calculation step for calculating a straight line equation indicating a cutting line of light irradiated on any two or more plane portions of the three plane portions and the fourth plane portion, and two or more calculated in the straight line calculation step And a shift amount calculating step for calculating the shift amount based on the straight line equation. The amount of deviation can be derived from the cutting line of the light applied to each plane portion by the geometric relationship. In addition, in order to obtain | require a linear equation from point cloud data, it can calculate by the least squares method etc. based on the coordinate point of the point cloud data acquired in each plane part.

上記ずれ量は、ずれ角度およびずれ位置を含むものである。ずれ角度は、基準となる座標系の座標軸に対する形状測定器に定義される座標系の座標軸のなす角のことであり、具体的には、基準ワークが定義するx軸、y軸およびz軸回りに、形状測定器に定義される座標系の座標軸が傾いている角度であるずれ角度θx、θyおよびθzが挙げられる。ずれ位置は、基準となる座標系の座標軸に対する形状測定器に定義される座標系の座標軸の位置ずれ量であり、具体的には、基準ワークが定義するx軸、y軸およびz軸方向への形状測定器に定義される座標系の座標軸の位置ずれ量であるずれ位置Δx、ΔyおよびΔzが挙げられる。   The deviation amount includes a deviation angle and a deviation position. The deviation angle is the angle formed by the coordinate axis of the coordinate system defined in the shape measuring instrument with respect to the coordinate axis of the reference coordinate system, specifically, the x-axis, y-axis, and z-axis defined by the reference workpiece In addition, there are displacement angles θx, θy, and θz, which are angles at which the coordinate axes of the coordinate system defined in the shape measuring instrument are inclined. The displacement position is a displacement amount of the coordinate axis of the coordinate system defined in the shape measuring instrument with respect to the coordinate axis of the reference coordinate system, and specifically, in the x-axis, y-axis, and z-axis directions defined by the reference workpiece. Displacement positions Δx, Δy, and Δz, which are displacement amounts of coordinate axes of the coordinate system defined in the shape measuring instrument.

そして、上記ずれ角度θxを算出するに当たっては、前記直線計算ステップにおいて、前記第一平面部における照射点の点群データ、前記第三平面部における照射点の点群データおよび前記第四平面部における照射点の点群データから、前記形状測定器に定義される座標系における前記第一平面部に照射した光の切断線を示す第一直線の方程式、前記第三平面部に照射した光の切断線を示す第三直線の方程式および、前記第四平面部に照射した光の切断線を示す第四直線の方程式を計算し、前記ずれ量計算ステップにおいて、計算された前記第一直線の方程式、前記第三直線の方程式および前記第四直線の方程式に基づいて、前記ずれ角度θxを演算することにより、ずれ角度θxを算出することができる。   In calculating the deviation angle θx, in the straight line calculation step, the point cloud data of the irradiation point in the first plane part, the point cloud data of the irradiation point in the third plane part, and the fourth plane part From the point cloud data of the irradiation point, the equation of the first straight line showing the cutting line of the light irradiated to the first plane part in the coordinate system defined by the shape measuring instrument, the cutting line of the light irradiated to the third plane part And a third straight line equation indicating a cutting line of light irradiated on the fourth plane part, and calculating the first straight line equation calculated in the deviation amount calculating step, The shift angle θx can be calculated by calculating the shift angle θx based on the equation of the three lines and the equation of the fourth line.

また、上記ずれ角度θzを算出するに当たっては、前記直線計算ステップにおいて、前記第一平面部における照射点の点群データおよび前記第二平面部における照射点の点群データから、前記形状測定器に定義される座標系における前記第一平面部に照射した光の切断線を示す第一直線の方程式および前記第二平面部に照射した光の切断線を示す第二直線の方程式を計算し、前記ずれ量計算ステップにおいて、計算された前記第一直線の方程式および前記第二直線の方程式に基づいて、前記ずれ角度θzを演算することにより、ずれ角度θzを算出することができる。   Further, in calculating the deviation angle θz, in the straight line calculation step, from the point cloud data of the irradiation point in the first plane part and the point cloud data of the irradiation point in the second plane part to the shape measuring instrument. Calculate the equation of the first straight line indicating the cutting line of the light irradiated to the first plane part and the equation of the second straight line indicating the cutting line of the light irradiated to the second plane part in the defined coordinate system, and the deviation In the quantity calculation step, the deviation angle θz can be calculated by calculating the deviation angle θz based on the calculated equation of the first straight line and the equation of the second straight line.

また、上記ずれ位置Δyを算出するに当たっては、前記直線計算ステップにおいて、前記第一平面部における照射点の点群データおよび前記第二平面部における照射点の点群データから、前記形状測定器に定義される座標系における前記第一平面部に照射した光の切断線を示す第一直線の方程式および前記第二平面部に照射した光の切断線を示す第二直線の方程式を計算し、前記ずれ量計算ステップにおいて、計算された前記第一直線の方程式および前記第二直線の方程式に基づいて、前記ずれ位置Δyを演算することにより、ずれ位置Δyを算出することができる。   In calculating the displacement position Δy, in the straight line calculation step, from the point cloud data of the irradiation point in the first plane part and the point cloud data of the irradiation point in the second plane part, Calculate the equation of the first straight line indicating the cutting line of the light irradiated to the first plane part and the equation of the second straight line indicating the cutting line of the light irradiated to the second plane part in the defined coordinate system, and the deviation In the quantity calculating step, the shift position Δy can be calculated by calculating the shift position Δy based on the calculated equation of the first straight line and the equation of the second straight line.

また、上記ずれ角度θyを算出するに当たっては、前記直線計算ステップにおいて、前記第一平面部における照射点の点群データ、前記第三平面部における照射点の点群データおよび前記第四平面部における照射点の点群データから、前記形状測定器に定義される座標系における前記第一平面部に照射した光の切断線を示す第一直線の方程式、前記第三平面部に照射した光の切断線を示す第三直線の方程式および、前記第四平面部に照射した光の切断線を示す第四直線の方程式を計算し、前記ずれ量計算ステップにおいて、計算された前記第一直線の方程式、前記第三直線の方程式および前記第四直線の方程式に基づいて、前記ずれ角度θyを演算することにより、ずれ角度θyを算出することができる。   In calculating the deviation angle θy, in the straight line calculation step, the point cloud data of the irradiation point in the first plane part, the point cloud data of the irradiation point in the third plane part, and the fourth plane part From the point cloud data of the irradiation point, the equation of the first straight line showing the cutting line of the light irradiated to the first plane part in the coordinate system defined by the shape measuring instrument, the cutting line of the light irradiated to the third plane part And an equation of a fourth straight line indicating a cutting line of light irradiated on the fourth plane portion, and calculating the first straight line equation calculated in the deviation amount calculating step, The deviation angle θy can be calculated by calculating the deviation angle θy based on the equation of the three lines and the equation of the fourth line.

また、上記ずれ位置Δxを算出するに当たっては、前記直線計算ステップにおいて、前記第三平面部における照射点の点群データおよび前記第四平面部における照射点の点群データから、前記形状測定器に定義される座標系における前記第三平面部に照射した光の切断線を示す第三直線の方程式および前記第四平面部に照射した光の切断線を示す第四直線の方程式を計算し、ずれ量計算ステップにおいて、計算された前記第三直線の方程式および前記第四直線の方程式に基づいて、前記ずれ位置Δxを演算することにより、ずれ位置Δxを算出することができる。   Further, in calculating the displacement position Δx, in the straight line calculation step, from the point cloud data of the irradiation point in the third plane part and the point cloud data of the irradiation point in the fourth plane part to the shape measuring instrument. Calculate the deviation of the third straight line equation indicating the cutting line of the light irradiated to the third plane portion in the defined coordinate system and the fourth straight line equation indicating the cutting line of the light irradiated to the fourth plane portion, and shift them. In the quantity calculation step, the shift position Δx can be calculated by calculating the shift position Δx based on the calculated equation of the third straight line and the equation of the fourth straight line.

また、上記ずれ位置Δzを算出するに当たっては、前記直線計算ステップにおいて、前記第三平面部における照射点の点群データおよび前記第四平面部における照射点の点群データから、前記形状測定器に定義される座標系における前記第三平面部に照射した光の切断線を示す第三直線の方程式および前記第四平面部に照射した光の切断線を示す第四直線の方程式を計算し、ずれ量計算ステップにおいて、計算された前記第三直線の方程式および前記第四直線の方程式に基づいて、前記ずれ位置Δzを演算することにより、ずれ位置Δzを算出することができる。   Further, in calculating the displacement position Δz, in the straight line calculation step, from the point cloud data of the irradiation point in the third plane part and the point cloud data of the irradiation point in the fourth plane part, Calculate the deviation of the third straight line equation indicating the cutting line of the light irradiated to the third plane portion in the defined coordinate system and the fourth straight line equation indicating the cutting line of the light irradiated to the fourth plane portion, and shift them. In the quantity calculation step, the shift position Δz can be calculated by calculating the shift position Δz based on the calculated equation of the third straight line and the equation of the fourth straight line.

この場合、上記ずれ角度θx、θy、θz、ずれ位置Δx、Δy、Δzの計算をそれぞれ上記方法により逐次的に行い、全ての角度および位置におけるずれ量を算出するのがよい。このとき、各ずれ量の算出が終わった後に、算出されたずれ量を0にするように、自動または手動で形状測定器の姿勢を補正すると良い。また、前記補正した場合には、そのたびに照射ステップおよび点群データ取得ステップを行い、点群データを再取得するのが良い。このようにすれば、測定対象物に対する形状測定器の位置および傾きを精度良く補正することができる。また、ずれ位置を取得する前にずれ角度を取得して、形状測定器の傾きを補正しておくのが良い。このような順序でずれ量の取得および補正を行えば、補正することによるずれ量の変化に悪影響を及ぼすことが防止される。   In this case, it is preferable to calculate the deviation angles θx, θy, θz, and deviation positions Δx, Δy, Δz sequentially by the above method, and to calculate deviation amounts at all angles and positions. At this time, it is preferable to correct the posture of the shape measuring instrument automatically or manually so that the calculated amount of deviation is zero after the calculation of each amount of deviation. Further, when the correction is made, it is preferable to perform the irradiation step and the point cloud data acquisition step each time to reacquire the point cloud data. In this way, the position and inclination of the shape measuring instrument with respect to the measurement object can be accurately corrected. In addition, it is preferable to obtain the deviation angle and obtain the inclination of the shape measuring instrument before obtaining the deviation position. If the shift amount is acquired and corrected in this order, it is possible to prevent the shift of the shift amount due to the correction from being adversely affected.

以下、本発明の実施形態について説明する。図1に、本実施形態に係る形状測定システムの全体概略図を示す。図1に示すように、本実施形態の形状測定システムは、形状測定器10と、姿勢制御装置20を備える。形状測定器10は、その正面側に位置する物体の三次元表面形状を測定するとともに同測定した三次元表面形状を表す情報を出力するものであり、例えば、レーザー光を用いて三角測量法に従って物体の三次元表面形状を測定するものである。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. FIG. 1 shows an overall schematic diagram of a shape measuring system according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the shape measuring system of the present embodiment includes a shape measuring device 10 and an attitude control device 20. The shape measuring instrument 10 measures the three-dimensional surface shape of an object located on the front side of the object and outputs information representing the measured three-dimensional surface shape. For example, according to the triangulation method using laser light. It measures the three-dimensional surface shape of an object.

形状測定器10は、方形のハウジング11によってその外郭が構成されている。このハウジング11内には、レーザー光源と、照射方向変更装置と、受光装置が収納されている。レーザー光源はレーザー光を外部に放出するものであり、誘導放出が可能であればどのような種類のレーザー光源を用いることもできるが、レーザーダイオードを用いれば小型化を図ることができる。照射方向変更装置は、レーザー光源から出射するレーザー光の出射方向を水平方向に変更するものであり、このような機能を有するものであればどのような構造でもよい。例えば、レーザー光源自体を水平方向に揺動する機構を用いることもできる。あるいは、ガルバノミラーおよびそのガルバノミラーを鉛直軸周りに揺動させる電動モータなどで照射方向変更装置を構成し、ガルバノミラーの揺動によってレーザー光の光路が水平方向に変更するように構成することもできる。受光装置は、レーザー光が測定対象物に照射されたときに測定対象物表面で散乱する散乱光を受光して電気信号を発生するものであり、CCD(電荷結合素子)などが一列に配列したラインセンサなどが用いられる。その他、ハウジング内には、受光精度を良好にするための光学装置、例えば測定対象物からの散乱光を受光装置へ結像させるための結像レンズなどが、適宜配置される。   The outer shape of the shape measuring instrument 10 is constituted by a rectangular housing 11. In the housing 11, a laser light source, an irradiation direction changing device, and a light receiving device are accommodated. The laser light source emits laser light to the outside, and any kind of laser light source can be used as long as stimulated emission is possible, but miniaturization can be achieved by using a laser diode. The irradiation direction changing device changes the emission direction of the laser light emitted from the laser light source to the horizontal direction, and may have any structure as long as it has such a function. For example, a mechanism that swings the laser light source itself in the horizontal direction can also be used. Alternatively, the irradiation direction changing device may be configured by a galvano mirror and an electric motor that swings the galvano mirror about a vertical axis, and the optical path of the laser beam is changed in the horizontal direction by the swing of the galvano mirror. it can. The light receiving device receives scattered light scattered on the surface of the measurement object when the measurement object is irradiated with laser light, and generates an electrical signal. CCDs (Charge Coupled Devices) and the like are arranged in a line. A line sensor or the like is used. In addition, an optical device for improving the light receiving accuracy, for example, an imaging lens for forming an image of scattered light from the measurement object on the light receiving device is appropriately disposed in the housing.

姿勢制御装置20は、支柱ユニット21と、この支柱ユニット21の上端に取り付けられた位置調整器22と、位置調整器22の上面に配置された角度調整器23とを備えている。支柱ユニット21は、外筒211およびこの外筒211内に軸方向移動可能に挿通された内筒212を備える。また、内筒212は、外筒211内で軸周り方向に回転可能とされている。外筒211の側周にはネジ孔211aが形成されており、このネジ孔211aにはボルト211bが取り付けられている。したがって、ボルト211bを回転させてボルト211bの先端を内筒212の外周に当接することによって、外筒211内での内筒212の軸方向移動および回転を規制することができる。   The posture control device 20 includes a support unit 21, a position adjuster 22 attached to the upper end of the support unit 21, and an angle adjuster 23 disposed on the upper surface of the position adjuster 22. The column unit 21 includes an outer cylinder 211 and an inner cylinder 212 inserted into the outer cylinder 211 so as to be movable in the axial direction. The inner cylinder 212 is rotatable in the direction around the axis within the outer cylinder 211. A screw hole 211a is formed in the side periphery of the outer cylinder 211, and a bolt 211b is attached to the screw hole 211a. Therefore, the axial movement and rotation of the inner cylinder 212 in the outer cylinder 211 can be restricted by rotating the bolt 211 b and bringing the tip of the bolt 211 b into contact with the outer periphery of the inner cylinder 212.

位置調整器22は図に示すように直方体状に構成されているとともに、四方側面のうちの二つの側面に第一スリット221、第二スリット222がそれぞれ形成されている。また、位置調整器22には第一レバー223および第二レバー224が取り付けられていて、第一レバー223は第一スリット221を通じて位置調整器22の内部に組み込まれた図示しないリンク機構に連結され、第二レバー224は第二スリット222を通じて上記リンク機構に連結されている。また、上記リンク機構は、角度調整器23を前後左右方向に移動し得るように角度調整器23の下面に接続されている。したがって、第一レバー223を第一スリット221に沿って水平方向に移動させることによって、リンク機構に連結された角度調整器23が形状測定器10の正面に対面している測定対象物に対して左右方向に移動する。また、第二レバー224を第二スリット222に沿って水平方向に移動させることによって、角度調整器23が測定対象物に対して前後方向に移動する。   As shown in the figure, the position adjuster 22 is configured in a rectangular parallelepiped shape, and a first slit 221 and a second slit 222 are formed on two side surfaces of the four side surfaces. In addition, a first lever 223 and a second lever 224 are attached to the position adjuster 22, and the first lever 223 is connected to a link mechanism (not shown) incorporated in the position adjuster 22 through the first slit 221. The second lever 224 is connected to the link mechanism through the second slit 222. The link mechanism is connected to the lower surface of the angle adjuster 23 so that the angle adjuster 23 can be moved in the front-rear and left-right directions. Therefore, by moving the first lever 223 in the horizontal direction along the first slit 221, the angle adjuster 23 connected to the link mechanism is against the measurement object facing the front of the shape measuring instrument 10. Move left and right. Further, by moving the second lever 224 in the horizontal direction along the second slit 222, the angle adjuster 23 moves in the front-rear direction with respect to the measurement object.

角度調整器23は、本実施形態では2枚の円板状の部材(下側円板部材231および上側円板部材232)が所定間隔を置いて重ね合わされたもので形成されている。下側円板部材231および上側円板部材232はともに同一の円板形状とされている。下側円板部材231には、周方向に等間隔で3つの有底穴231aが形成されている。この有底穴231aは、下側円板部材231の上面にて開口し、下面にて閉塞している。上側円板部材232には、周方向に等間隔で3つのネジ孔232aが貫通して形成されている。これらの有底穴231aおよびネジ孔232aは、下側円板部材231と上側円板部材232とを上下に重ね合わせた場合に各有底穴231aと各ネジ孔232aとの上下方向位置が一致する状態を採り得るように、下側円板部材231および上側円板部材232にそれぞれ形成されている。そして、両円板部材231,232が上記の状態となるように重ね合わせられている。また、上下方向に軸心が一致した有底穴231aおよびネジ孔232aにボルト233が取り付けられている。   In the present embodiment, the angle adjuster 23 is formed by overlapping two disk-shaped members (a lower disk member 231 and an upper disk member 232) at a predetermined interval. Both the lower disk member 231 and the upper disk member 232 have the same disk shape. The bottom disc member 231 has three bottomed holes 231a formed at equal intervals in the circumferential direction. The bottomed hole 231a opens at the upper surface of the lower disk member 231 and is closed at the lower surface. Three screw holes 232a are formed through the upper disk member 232 at equal intervals in the circumferential direction. The bottomed holes 231a and the screw holes 232a are aligned in the vertical direction of the bottomed holes 231a and the screw holes 232a when the lower disk member 231 and the upper disk member 232 are vertically stacked. The lower disk member 231 and the upper disk member 232 are respectively formed so as to be able to take a state to be performed. And both the disk members 231 and 232 are overlapped so as to be in the above state. Further, a bolt 233 is attached to the bottomed hole 231a and the screw hole 232a whose axial centers coincide with each other in the vertical direction.

このボルト233が回転することによって、ボルト233とネジ孔232aとの螺合状態が変化し、下側円板部材231に対する上側円板部材232の相対的な高さ位置が変更される。したがって、各有底穴231aおよびネジ孔232aに取り付けられたボルト233を独立に回転操作することによって、上側円板部材232の傾きが調整される。図に示すように上側円板部材232の上面には形状測定器10が載置されているため、各ボルト233の回転操作によって、形状測定器10の測定対象物に対する傾きを調整することができる。   As the bolt 233 rotates, the screwed state of the bolt 233 and the screw hole 232a changes, and the relative height position of the upper disk member 232 with respect to the lower disk member 231 is changed. Therefore, the inclination of the upper disk member 232 is adjusted by independently rotating the bolts 233 attached to the bottomed holes 231a and the screw holes 232a. As shown in the figure, since the shape measuring instrument 10 is placed on the upper surface of the upper disk member 232, the inclination of the shape measuring instrument 10 with respect to the measurement object can be adjusted by rotating each bolt 233. .

測定対象物は、形状測定器10の正面に対面して配置される。本実施形態では、測定対象物は、車両に用いられるクランクシャフトなどの、軸を持った回転物である。本実施形態の形状測定システムを用いて実際にこのような測定対象物の外形形状を測定する際には、形状測定器10は測定対象物の持つ軸に沿った方向にレーザー光を直線的に照射して、測定対象物の軸を通る断面外形を測定する。これとともに測定対象物が自身の軸を中心に回転する。このように測定することにより、測定対象物の全周における断面外形を測定することができる。斯かる形状測定を行うに当たり、測定対象物の軸を水平状態で支える支持機構が必要である。本実施形態では支持機構30は所定の間隔を隔てて対面して立設された2つの長板状部材31,31から構成される。この長板状部材31の上面には、図2に示すように断面半円形状に切り欠かれた窪み部31aが形成されている。測定対象物はその軸の両端部分が2つの長板状部材31に形成された窪み部31aにそれぞれ載置されて、軸が水平となるように支持される。   The measurement object is arranged to face the front of the shape measuring instrument 10. In the present embodiment, the measurement object is a rotating object having an axis, such as a crankshaft used in a vehicle. When actually measuring the external shape of such an object to be measured using the shape measuring system of this embodiment, the shape measuring instrument 10 linearly emits laser light in a direction along the axis of the object to be measured. Irradiate and measure the cross-sectional profile through the axis of the measurement object. At the same time, the measuring object rotates around its own axis. By measuring in this way, it is possible to measure the cross-sectional outline of the entire measurement object. In performing such shape measurement, a support mechanism that supports the axis of the measurement object in a horizontal state is necessary. In the present embodiment, the support mechanism 30 is composed of two long plate-like members 31, 31 erected facing each other at a predetermined interval. On the upper surface of the long plate-like member 31, a recess 31a is formed which is cut out in a semicircular cross section as shown in FIG. The measurement object is supported so that both end portions of the shaft are respectively placed in recesses 31a formed in the two long plate-like members 31, and the shaft is horizontal.

上述したように、測定対象物の外形形状を測定するときには、形状測定器10から出射されるレーザー光は測定対象物の持つ軸に沿って測定対象物に直線的に照射される。このとき、レーザー光の照射方向が軸に沿った位置からずれていたり、または傾いていたりすると、精度の良い外形形状を測定することができず、適正な外形形状の評価を行うことができない。このため、実際に測定対象物の形状測定を行う前に、まず基準ワークの外形形状を測定して、測定対象物が持つ基準となる座標系(基準座標系)に対する形状測定器に定義される座標系(カメラ座標系)のずれ量を取得する必要がある。ずれ量の取得を行うときには、図1に示すような基準ワーク(ずれ量取得用物体)40を支持機構30に載置する。   As described above, when measuring the outer shape of the measurement object, the laser light emitted from the shape measuring instrument 10 is linearly applied to the measurement object along the axis of the measurement object. At this time, if the irradiation direction of the laser beam is deviated or tilted from the position along the axis, it is not possible to measure an accurate outer shape, and it is not possible to evaluate an appropriate outer shape. For this reason, before actually measuring the shape of the measurement object, the outer shape of the reference workpiece is first measured and defined as a shape measuring instrument for the coordinate system (reference coordinate system) that is the reference of the measurement object. It is necessary to acquire the shift amount of the coordinate system (camera coordinate system). When acquiring the deviation amount, a reference workpiece (an object for obtaining deviation amount) 40 as shown in FIG. 1 is placed on the support mechanism 30.

基準ワーク40は、軸部41と、位置決め部42と、測定部43とを有する。軸部41は長尺状の棒形状を呈しており、両端側が支持機構30の上面に形成された窪み部31aに嵌め込まれてその位置が固定される。位置決め部42は、内部が中空の円筒状の部材を半分に割った半円筒形状に形成されており、内周にて軸部41の外周を半周だけ覆うようにして、軸部41の両端にそれぞれ取り付けられている。また、軸部41の両端に取り付けられる位置決め部42間の距離は、支持機構30を構成する2つの長板状部材31,31の対面間隔に等しくされている。したがって、軸部41の位置決め部42が取り付けられた部分を支持機構30の窪み部31aに載置することにより、図2に示すように位置決め部42の平面部分が長板状部材31の上端面に当接する。この当接によって、軸部41の軸周り方向への回転が規制される。   The reference workpiece 40 includes a shaft part 41, a positioning part 42, and a measurement part 43. The shaft portion 41 has a long rod shape, and both ends thereof are fitted into the recessed portions 31 a formed on the upper surface of the support mechanism 30, and the positions thereof are fixed. The positioning portion 42 is formed in a semi-cylindrical shape in which a hollow cylindrical member is divided in half, and covers the outer periphery of the shaft portion 41 only on the inner periphery at the both ends of the shaft portion 41. Each is attached. Further, the distance between the positioning portions 42 attached to both ends of the shaft portion 41 is equal to the facing distance between the two long plate members 31, 31 constituting the support mechanism 30. Therefore, by placing the portion of the shaft portion 41 to which the positioning portion 42 is attached in the recess 31 a of the support mechanism 30, the planar portion of the positioning portion 42 becomes the upper end surface of the long plate member 31 as shown in FIG. 2. Abut. By this contact, rotation of the shaft portion 41 in the direction around the axis is restricted.

測定部43は、図1に示すように平板状に形成されており、形状測定器10に向き合った面以外の面はフラットに形成されているが、形状測定器10に向き合った側の面には6つの平面部が形成されている。これらの面は、図において左から第一平面部43a、第二平面部43b、第三平面部43c、第四平面部43d、第五平面部43eおよび第六平面部43fであり、形状測定器10側から見てこれらの面が水平方向に一列に並んだように配置される。図3(a)に測定部43の正面図、図3(b)に平面図、図3(c)に側面図を示す。   As shown in FIG. 1, the measuring unit 43 is formed in a flat plate shape, and a surface other than the surface facing the shape measuring instrument 10 is formed flat, but on the surface facing the shape measuring instrument 10. Has six plane portions. These surfaces are a first plane part 43a, a second plane part 43b, a third plane part 43c, a fourth plane part 43d, a fifth plane part 43e and a sixth plane part 43f from the left in the figure, and a shape measuring instrument These surfaces are arranged in a row in the horizontal direction when viewed from the 10 side. FIG. 3A is a front view of the measuring unit 43, FIG. 3B is a plan view, and FIG. 3C is a side view.

図3(a)において、図示左端に形成される第一平面部43aおよび、図示右端に形成される第六平面部43fは、同一平面上に形成されている。また、第一平面部43aおよび第六平面部43fは、図1に示すように基準ワーク40が支持機構30に支持された状態において、法線ベクトルn1の向きが形状測定器10に向かうような水平方向となるように、鉛直状に配置されている。ここで、法線ベクトルn1の向きが、基準ワーク40におけるz軸の向きを定義する。なお、第六平面部43fは、後述する第一直線L1を精度良く算出するために設けてあり、第一平面部43aのみで第一直線L1を精度良く算出することができるのであれば、省略してもよい。   In FIG. 3A, the first flat portion 43a formed at the left end in the drawing and the sixth flat portion 43f formed at the right end in the drawing are formed on the same plane. Further, the first flat surface portion 43a and the sixth flat surface portion 43f are arranged such that the normal vector n1 is directed to the shape measuring instrument 10 in a state where the reference workpiece 40 is supported by the support mechanism 30 as shown in FIG. They are arranged vertically so as to be in the horizontal direction. Here, the direction of the normal vector n1 defines the direction of the z axis in the reference workpiece 40. The sixth plane portion 43f is provided for accurately calculating the first straight line L1 described later, and is omitted if the first straight line L1 can be calculated with high accuracy only by the first plane portion 43a. Also good.

図3(a)において第一平面部43aの右隣に形成される第二平面部43bおよび、第六平面部43fの左隣に形成される第五平面部43eは、同一平面上に形成されている。また、第二平面部43bおよび第五平面部43eは、図1に示すように、図示上端から下端にかけて、基準ワーク40が定義するz軸方向に傾斜している。本実施形態では図1に示すように、第二平面部43bおよび第五平面部43eの図示下端側が上端側よりも形状測定器10に対して突き出るように傾斜しているが、この関係は逆でも良い。   In FIG. 3A, the second plane part 43b formed on the right side of the first plane part 43a and the fifth plane part 43e formed on the left side of the sixth plane part 43f are formed on the same plane. ing. Further, as shown in FIG. 1, the second plane part 43b and the fifth plane part 43e are inclined in the z-axis direction defined by the reference workpiece 40 from the upper end to the lower end in the figure. In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the lower end sides of the second plane portion 43 b and the fifth plane portion 43 e are inclined so as to protrude from the upper end side with respect to the shape measuring instrument 10, but this relationship is reversed. But it ’s okay.

また、第一平面部43aおよび第六平面部43fが形成される平面を仮想平面Aと、第二平面部43bおよび第五平面部43eが形成される平面を仮想平面Bとしたときに、仮想平面Aと仮想平面Bは異なる平面であり、両平面A,Bの交線の方向ベクトルn2は、第一平面部43aおよび第六平面部43fの法線ベクトルn1と直交する関係にある。つまり、第二平面部43bおよび第五平面部43eは、z軸と直交する軸周りに第一平面部43aおよび第六平面部43fを所定角度φ(図3(c)参照)だけ回転させた関係にある。このため、方向ベクトルn2の向きが、上記z軸に直交するx軸の向きを定義する。このようにしてx軸およびz軸の向きが定義されるので、これらの軸に直交するy軸の向きも定義される。なお、第五平面部43eは、後述する第二直線L2を精度良く算出するために設けてあり、第二平面部43bのみで第二直線L2を精度良く算出することができるのであれば、省略してもよい。   Further, when the plane on which the first plane portion 43a and the sixth plane portion 43f are formed is the virtual plane A, and the plane on which the second plane portion 43b and the fifth plane portion 43e are formed is the virtual plane B, the virtual plane A is assumed. The plane A and the virtual plane B are different planes, and the direction vector n2 of the line of intersection of the planes A and B is in a relationship orthogonal to the normal vector n1 of the first plane portion 43a and the sixth plane portion 43f. That is, the second plane part 43b and the fifth plane part 43e rotate the first plane part 43a and the sixth plane part 43f by a predetermined angle φ (see FIG. 3C) around an axis orthogonal to the z-axis. There is a relationship. For this reason, the direction of the direction vector n2 defines the direction of the x axis orthogonal to the z axis. Since the directions of the x axis and the z axis are defined in this way, the direction of the y axis orthogonal to these axes is also defined. Note that the fifth plane portion 43e is provided for accurately calculating the second straight line L2 described later, and is omitted if only the second plane portion 43b can calculate the second straight line L2 with high accuracy. May be.

第三平面部43cは、図3(a)において第二平面部43bの右隣に形成される面であり、図1および図3(b)に示すように、図示左端から右端にかけてz軸方向に傾斜している。また、第四平面部43dは、図3(a)において第三平面部43cの右隣に形成される面であり、第三平面部43cと同様に、図示左端から右端にかけてz軸方向に傾斜している。本実施形態では、図1に示すように、第三平面部43cの右端が左端に対して形状測定器10に向かって突き出るように傾斜しており、第四平面部43dの左端が右端に対して形状測定器10に向かって突き出るように傾斜している。したがって、第三平面部43cと第四平面部43dとの交線43gが、形状測定器10に対してz軸方向に突き出るように形成される。この交線43gは、z軸に直交する平面であり、且つ、上記仮想平面Aとは異なる平面内に形成されていれば良い。   The 3rd plane part 43c is a surface formed right next to the 2nd plane part 43b in Fig.3 (a), and as shown to FIG.1 and FIG.3 (b), it is z-axis direction from the illustration left end to a right end It is inclined to. Further, the fourth plane portion 43d is a surface formed on the right side of the third plane portion 43c in FIG. 3A, and is inclined in the z-axis direction from the left end to the right end in the drawing similarly to the third plane portion 43c. is doing. In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the right end of the third plane portion 43c is inclined so as to protrude toward the shape measuring instrument 10 with respect to the left end, and the left end of the fourth plane portion 43d is relative to the right end. Are inclined so as to protrude toward the shape measuring instrument 10. Therefore, an intersection line 43g between the third plane part 43c and the fourth plane part 43d is formed so as to protrude in the z-axis direction with respect to the shape measuring instrument 10. The intersecting line 43g may be a plane orthogonal to the z axis and formed in a plane different from the virtual plane A.

なお、法線ベクトルn1および方向ベクトルn2は基準座標系におけるx軸、y軸およびz軸の向きを定義するが、基準座標系におけるx軸、y軸およびz軸の位置は基準座標系における座標軸原点を次のように定義することにより定義される。基準座標系における座標軸原点は、法線ベクトルn1と平行であり、図17に示される基準ワーク40の中心線lxを含む平面と交線43gとの交点を通る法線ベクトルn1に平行な直線において、前記交点からの距離が形状測定器側にZの距離にある点として定義される。距離Zは、基準ワーク40の軸部41の中心線から形状測定器までの距離(正確には形容測定器に定義される座標系の座標軸原点までの距離)を設定すれば、この設定値から基準ワーク40の軸部41の半径と第一平面部43aおよび第六平面部43fが形成される平面から交線43gまでの距離を減じた値である。 The normal vector n1 and the direction vector n2 define the directions of the x-axis, y-axis, and z-axis in the reference coordinate system, but the positions of the x-axis, y-axis, and z-axis in the reference coordinate system are coordinate axes in the reference coordinate system. It is defined by defining the origin as follows: The origin of the coordinate axes in the reference coordinate system is parallel to the normal vector n1, and in a straight line parallel to the normal vector n1 passing through the intersection of the plane 43g including the center line lx of the reference work 40 shown in FIG. , The distance from the intersection is defined as a point at a distance of Z 0 on the shape measuring instrument side. If the distance from the center line of the shaft portion 41 of the reference workpiece 40 to the shape measuring device (more precisely, the distance to the coordinate axis origin of the coordinate system defined in the shape measuring device) is set, the distance Z 0 is this set value. To the radius of the shaft portion 41 of the reference workpiece 40 and the distance from the plane on which the first plane portion 43a and the sixth plane portion 43f are formed to the intersection line 43g.

本実施形態においては、第三平面部43cは、第一平面部43aおよび第六平面部43fに対してy軸周りに所定角度ψ(図3(b)参照)だけ回転した平面とされる。また、第四平面部43dは、第一平面部43aおよび第六平面部43fに対してy軸周りに所定角度ψだけ、第三平面部43cとは反対側に回転した平面である。したがって、第三平面部43cと第四平面部43dとの交線43gは、y軸に平行な直線となる。しかし、交線43gは、必ずしもy軸に平行である必要はない。   In the present embodiment, the third plane portion 43c is a plane rotated by a predetermined angle ψ (see FIG. 3B) around the y axis with respect to the first plane portion 43a and the sixth plane portion 43f. The fourth plane portion 43d is a plane rotated by a predetermined angle ψ around the y axis with respect to the first plane portion 43a and the sixth plane portion 43f and on the opposite side to the third plane portion 43c. Therefore, the intersection line 43g between the third plane part 43c and the fourth plane part 43d is a straight line parallel to the y-axis. However, the intersecting line 43g is not necessarily parallel to the y axis.

図1に示すように、形状測定器10には、コンピュータ装置51が電気的に接続されている。このコンピュータ装置51は、CPU、ROM、RAM、ハードディスクなどからなり、作業者からの入力指示に従い後述するずれ量取得プログラムを実行するとともに、同ずれ量取得プログラムの実行により検出したずれ量(角度、長さ)を表示装置52に出力する。表示装置52はディスプレイまたはプリンタなどから構成され、コンピュータ装置51から入力されたずれ量をディスプレイ上に表示し、あるいは印刷する。   As shown in FIG. 1, a computer device 51 is electrically connected to the shape measuring instrument 10. The computer device 51 includes a CPU, a ROM, a RAM, a hard disk, and the like. The computer device 51 executes a deviation amount acquisition program, which will be described later, according to an input instruction from an operator, and a deviation amount (angle, Length) is output to the display device 52. The display device 52 includes a display or a printer, and displays or prints the shift amount input from the computer device 51 on the display.

次に、上記のように構成した基準ワーク40を用いて、形状測定器10のずれ量を取得するときの制御について説明する。まず、作業者がコンピュータ装置51に形状測定器10のずれ量の取得を実行する指示を入力すると、コンピュータ装置51は、図4のずれ量取得プログラムを実行する。この場合において、実行するずれ量取得プログラムは、コンピュータ装置51のROM内に予め記憶されているものでも良いし、あるいは、CD−ROMやフレキシブルディスクなどの記録媒体に記録されていて、コンピュータ装置51がこれらの記録媒体に記録された情報を読み込んで実行するものであっても良い。   Next, the control when acquiring the deviation amount of the shape measuring instrument 10 using the reference workpiece 40 configured as described above will be described. First, when an operator inputs an instruction to execute acquisition of the deviation amount of the shape measuring instrument 10 to the computer apparatus 51, the computer apparatus 51 executes the deviation amount acquisition program of FIG. In this case, the deviation amount acquisition program to be executed may be stored in advance in the ROM of the computer device 51, or may be recorded on a recording medium such as a CD-ROM or a flexible disk. However, the information recorded on these recording media may be read and executed.

ずれ量取得プログラムは図4のステップS10にて開始され、ステップS11にてずれ角度θxの計算処理プログラムを実行する。ずれ角度θxは、図12に示すように、基準ワーク40が定義するy−z平面における、形状測定器10から基準ワーク40へのレーザー光の入射方向を示す線分LS1とz軸とのなす角であり、このずれ角度θxは、基準ワーク40が定義するx軸回りに形状測定器10が傾斜している角度を示す。このθxの計算処理プログラムは、図5のフローチャートに示されている。   The deviation amount acquisition program is started in step S10 of FIG. 4, and a calculation processing program of the deviation angle θx is executed in step S11. As shown in FIG. 12, the deviation angle θx is formed by a line segment LS1 indicating the incident direction of the laser beam from the shape measuring instrument 10 to the reference workpiece 40 in the yz plane defined by the reference workpiece 40 and the z axis. The shift angle θx is an angle, and indicates the angle at which the shape measuring instrument 10 is inclined around the x axis defined by the reference workpiece 40. This θx calculation processing program is shown in the flowchart of FIG.

θx計算処理プログラムは図5のステップS110にて開始され、ステップS111にてコンピュータ装置51が形状測定器10に対してレーザー光を照射するように指示する。これにより、形状測定器10が作動して、ハウジング11の内部に収納されているレーザー光源からレーザー光が出射される。また、レーザー光源から出射されたレーザー光は照射方向変更装置によってその出射方向が水平方向に沿って変化する。このため、レーザー光は基準ワーク40のx軸方向にほぼ沿って直線的に出射される。レーザー光源から出射されたレーザー光は形状測定器10に向き合っている基準ワーク40の第一平面部43a、第二平面部43b、第三平面部43c、第四平面部43d、第五平面部43eおよび第六平面部43fにそれぞれ照射される。   The θx calculation processing program is started in step S110 in FIG. 5, and in step S111, the computer apparatus 51 instructs the shape measuring instrument 10 to irradiate laser light. As a result, the shape measuring instrument 10 is activated, and laser light is emitted from the laser light source housed in the housing 11. Further, the emission direction of the laser light emitted from the laser light source is changed along the horizontal direction by the irradiation direction changing device. For this reason, the laser light is emitted linearly substantially along the x-axis direction of the reference workpiece 40. The laser light emitted from the laser light source is the first flat surface portion 43a, the second flat surface portion 43b, the third flat surface portion 43c, the fourth flat surface portion 43d, and the fifth flat surface portion 43e of the reference workpiece 40 facing the shape measuring instrument 10. And it irradiates to the 6th plane part 43f, respectively.

上記各平面部にレーザー光が照射された場合、レーザー光はその照射部分で乱反射する。この反射光が形状測定器10内の結像レンズを通過し、さらに結像レンズにより結像された反射光が受光装置に受光される。また、受光装置は、レーザー光源から基準ワーク40における照射スポットまでの距離に応じて受光位置が変化するような姿勢で形状測定器10内に配設されている。さらに、照射方向変換装置によるレーザー光の照射角度ξは、例えばガルバノミラーを駆動する電動モータの回転角度を検出または演算することなどにより取得することができる。したがって、コンピュータ装置51は、ステップS112にて、これらの距離情報および角度情報を基に、三角測量の原理によって、レーザー光源から基準ワーク40の照射スポットまでの距離lnを計算する。   When laser light is irradiated on each of the above planar portions, the laser light is irregularly reflected at the irradiated portion. The reflected light passes through the imaging lens in the shape measuring instrument 10, and the reflected light imaged by the imaging lens is received by the light receiving device. Further, the light receiving device is disposed in the shape measuring instrument 10 in such a posture that the light receiving position changes according to the distance from the laser light source to the irradiation spot on the reference workpiece 40. Furthermore, the irradiation angle ξ of the laser beam by the irradiation direction conversion device can be obtained by detecting or calculating the rotation angle of an electric motor that drives the galvano mirror, for example. Accordingly, in step S112, the computer device 51 calculates the distance ln from the laser light source to the irradiation spot of the reference workpiece 40 based on the triangulation principle based on the distance information and the angle information.

続いて、コンピュータ装置51は、ステップS113にて、形状測定器10から見たx−z座標系において、各照射スポットのx−z座標点N(xn,zn)を計算する。このときに用いるx−z座標系は、形状測定器10に定義される座標系であり、具体的には照射スポットまでの距離lnを測定する際の原点位置を座標軸原点とし、レーザー光の照射角度を0°とするときのレーザー光の照射方向をz軸方向とし、このz軸に垂直でレーザー光の照射方向が変化する方向をx軸方向とし、これらz軸、x軸方向に垂直な方向をy軸方向とした座標軸によって座標データが表される座標系のうちの、x−z平面にて表される座標系である(以下、基準ワーク40が定義するx−z座標系と区別するため、形状測定器10に定義されるx−z座標系をカメラx−z座標系という)。この場合において、レーザー光は基準ワーク40をほぼ水平に走査するので、基準ワーク40の水平方向における複数の座標点N(xn,zn)が計算される。なお、座標点N(xn,zn)の計算は、上記距離lnおよび照射角度ξを基に決定することができる。例えば、距離がln、照射角度がξである照射スポット(照射ポイント)の座標点を(ln・cosξ,ln・sinξ)として決定することができる。 Then, the computer device 51, at step S113, the x-z coordinate system as viewed from the shape measuring apparatus 10 calculates the respective irradiation spots of the x-z coordinate point N (x n, z n) . The xz coordinate system used at this time is a coordinate system defined by the shape measuring instrument 10, and specifically, the origin position when measuring the distance ln to the irradiation spot is the origin of the coordinate axis, and the laser beam is irradiated. The laser beam irradiation direction when the angle is 0 ° is the z-axis direction, the direction perpendicular to the z-axis and the laser beam irradiation direction is changed is the x-axis direction, and these z-axis and x-axis directions are perpendicular to the z-axis direction. Of the coordinate systems in which the coordinate data is represented by coordinate axes with the direction as the y-axis direction, this is a coordinate system represented by the xz plane (hereinafter, distinguished from the xz coordinate system defined by the reference workpiece 40). Therefore, the xz coordinate system defined in the shape measuring instrument 10 is referred to as a camera xz coordinate system). In this case, since the laser beam scans the reference workpiece 40 substantially horizontally, a plurality of coordinate points N (x n , z n ) in the horizontal direction of the reference workpiece 40 are calculated. The calculation of the coordinate point N (x n , z n ) can be determined based on the distance ln and the irradiation angle ξ. For example, the coordinate point of the irradiation spot (irradiation point) whose distance is ln and irradiation angle is ξ can be determined as (ln · cos ξ, ln · sin ξ).

次いで、コンピュータ装置51は、ステップS114にて、照射スポットの座標点N(xn,zn)から3つの直線(第一直線L1,第三直線L3,第四直線L4)の方程式を計算する。ここで、ステップS113にて計算した座標点N(xn,zn)は、カメラx−z座標系において図11のように基準ワーク40の第一、第二、第三、第四、第五および第六平面部43a,43b,43c,43d,43e,43fの断面外形が走査された状態となっている。この場合において、第一平面部43aから第二平面部43bに照射スポットが切り換わるときや、第二平面部43bから第三平面部43cに照射スポットが切り換わるときには、その切り換わりのときの座標点に大きなずれが生じる。したがって、このずれ(隣接する座標点間の距離)が所定値未満である場合には同一平面部内における点群データと認識し、ずれが所定値以上である場合には同一平面部内における点群データではないと認識する。このような認識を隣接する座標点ごとに行うことによって、第一平面部43aに属する点群データG1、第二平面部43bに属する点群データG2、第三平面部43cに属する点群データG3、第四平面部43dに属する点群データG4、第五平面部43eに属する点群データG5および第六平面部43fに属する点群データG6を取得することができる。 Next, in step S114, the computer device 51 calculates equations of three straight lines (first straight line L1, third straight line L3, fourth straight line L4) from the coordinate point N (x n , z n ) of the irradiation spot. Here, the coordinate point N (x n , z n ) calculated in step S113 is the first, second, third, fourth, and fourth of the reference workpiece 40 as shown in FIG. 11 in the camera xz coordinate system. The cross-sectional outlines of the fifth and sixth plane portions 43a, 43b, 43c, 43d, 43e, and 43f are scanned. In this case, when the irradiation spot is switched from the first plane portion 43a to the second plane portion 43b, or when the irradiation spot is switched from the second plane portion 43b to the third plane portion 43c, the coordinates at the time of switching A large shift occurs in the points. Therefore, when this deviation (distance between adjacent coordinate points) is less than a predetermined value, it is recognized as point cloud data within the same plane portion, and when the deviation is greater than or equal to a predetermined value, point cloud data within the same plane portion. Recognize it is not. By performing such recognition for each adjacent coordinate point, the point group data G1 belonging to the first plane part 43a, the point group data G2 belonging to the second plane part 43b, and the point group data G3 belonging to the third plane part 43c. The point group data G4 belonging to the fourth plane part 43d, the point group data G5 belonging to the fifth plane part 43e, and the point group data G6 belonging to the sixth plane part 43f can be acquired.

上記のようにして点群データを各平面部に分けて取得した後に、第一平面部43aに属する点群データG1および第六平面部43fに属する点群データG6を用いて最小二乗法により第一直線L1の方程式を計算する。また、第三平面部43cに属する点群データG3を用いて最小二乗法により第三直線L3の方程式を計算する。さらに、第四平面部43dに属する点群データG4を用いて最小二乗法により第四直線L4の方程式を計算する。なお、本実施形態において、上記第一、第三および第四直線L1,L3およびL4の方程式は、それぞれ下記の式1,3,4のように表すこととする。また、第二平面部43bに属する点群データG2と第五平面部43eに属する点群データG5を用いて最小二乗法により計算される第二直線L2の方程式は、下記の式2のように表すこととする。

Figure 0004552907
Figure 0004552907
Figure 0004552907
Figure 0004552907
After the point cloud data is acquired separately for each plane portion as described above, the point cloud data G1 belonging to the first plane portion 43a and the point cloud data G6 belonging to the sixth plane portion 43f are used to obtain the second by the least square method. The equation of the straight line L1 is calculated. Further, the equation of the third straight line L3 is calculated by the least square method using the point cloud data G3 belonging to the third plane part 43c. Further, the equation of the fourth straight line L4 is calculated by the least square method using the point cloud data G4 belonging to the fourth plane part 43d. In the present embodiment, the equations of the first, third, and fourth straight lines L1, L3, and L4 are expressed as the following equations 1, 3, and 4, respectively. The equation of the second straight line L2 calculated by the least square method using the point group data G2 belonging to the second plane part 43b and the point group data G5 belonging to the fifth plane part 43e is as shown in the following formula 2. Let's represent.
Figure 0004552907
Figure 0004552907
Figure 0004552907
Figure 0004552907

次いで、コンピュータ装置51は、ステップS115にて、第三直線L3と第四直線L4との交点の座標点C(xc,zc)を計算する。座標点Cは、第三直線L3の方程式(式3)と第四直線L4の方程式(式4)とを連立させることによって解くことができ、その解は、下記式5のようになる。

Figure 0004552907
Next, in step S115, the computer device 51 calculates the coordinate point C (x c , z c ) of the intersection of the third straight line L3 and the fourth straight line L4. The coordinate point C can be solved by combining the equation of the third straight line L3 (Equation 3) and the equation of the fourth straight line L4 (Equation 4), and the solution is as shown in Equation 5 below.
Figure 0004552907

次いで、コンピュータ装置51は、ステップS116にて、座標点C(xc,zc)と第一直線L1との距離Sを計算する。距離Sは、点と直線との距離の公式より求められ、下記式6のようになる。

Figure 0004552907
Next, in step S116, the computer device 51 calculates the distance S between the coordinate point C (x c , z c ) and the first straight line L1. The distance S is obtained from the formula of the distance between the point and the straight line, and is expressed by the following formula 6.
Figure 0004552907

続いて、コンピュータ装置51は、ステップS117にて距離Sを用いてずれ角度θxを計算する。この場合において、ずれ角度θxは、上述したように図12におけるレーザー光の基準ワーク40への入射方向を示す線分LS1と、基準ワーク40が定義するz軸とのなす角である。また、上記交点の座標点Cは、図において線分LS1と交線43gとの交点の座標点であり、距離Sは、線分LS1における上記座標点Cから第一平面部43aおよび第六平面部43fが形成される平面までの距離を示す。交線43gから第一平面部43aおよび第六平面部43fが形成される平面までの最短距離は、基準ワーク40から測定することができるから、この距離(最短距離)をmとすると、ずれ角度θxの正弦は距離Sと距離mの比で表すことができ、この関係を利用してずれ角度θxを下記式7のようにして計算することができる。

Figure 0004552907
Subsequently, the computer device 51 calculates the shift angle θx using the distance S in step S117. In this case, the shift angle θx is an angle formed by the line segment LS1 indicating the incident direction of the laser beam on the reference workpiece 40 in FIG. 12 and the z axis defined by the reference workpiece 40 as described above. The coordinate point C of the intersection is the coordinate point of the intersection of the line segment LS1 and the intersection line 43g in the figure, and the distance S is the first plane portion 43a and the sixth plane from the coordinate point C in the line segment LS1. The distance to the plane on which the portion 43f is formed is shown. Since the shortest distance from the intersection line 43g to the plane on which the first flat surface portion 43a and the sixth flat surface portion 43f are formed can be measured from the reference workpiece 40, if this distance (shortest distance) is m, the deviation angle The sine of θx can be expressed by the ratio of the distance S and the distance m, and using this relationship, the deviation angle θx can be calculated as shown in Equation 7 below.
Figure 0004552907

このようにしてずれ角度θxを計算した後に、コンピュータ装置51はステップS118にてこのθx計算処理プログラムの実行を終了する。求められたずれ角度θxは、表示装置52に表示される。作業者は表示されたずれ角度θxが0になるように、角度調整器23に取り付けられたボルト233を回転させて、形状測定器10の傾きを調整する。これによりずれ角度θxの調整が行われる。なお、上記式7は、mならびに第一、第三および第四直線L1,L3およびL4の方程式から直接計算することができるので、各直線の方程式が決定された後に、これらの係数などを用いて式7によりずれ角度θxを直接計算すれば、上記式5および式6の計算を省略することもできる。このように、ずれ角度θxは、第一平面部43aおよび第六平面部43fにおけるレーザー光の切断線である第一直線L1の方程式、第三平面部43cにおけるレーザー光の切断線である第三直線L3の方程式、および、第四平面部43dにおけるレーザー光の切断線である第四直線L4の方程式に基づいて求めることができる。   After calculating the deviation angle θx in this way, the computer device 51 ends the execution of the θx calculation processing program in step S118. The obtained deviation angle θx is displayed on the display device 52. The operator adjusts the inclination of the shape measuring instrument 10 by rotating the bolt 233 attached to the angle adjuster 23 so that the displayed deviation angle θx becomes zero. As a result, the shift angle θx is adjusted. Since the above equation 7 can be directly calculated from the equations of m and the first, third and fourth straight lines L1, L3 and L4, these coefficients are used after the equations of each straight line are determined. If the deviation angle θx is directly calculated by Equation 7, the above Equations 5 and 6 can be omitted. As described above, the shift angle θx is the equation of the first straight line L1 that is the cutting line of the laser light in the first flat surface portion 43a and the sixth flat surface portion 43f, and the third straight line that is the cutting line of the laser light in the third flat surface portion 43c. It can be obtained based on the equation of L3 and the equation of the fourth straight line L4 that is the cutting line of the laser beam in the fourth plane portion 43d.

なお、上記式7において距離Sおよび距離mが正の値しかとらないためθxは常に正の値となり、レーザー光の基準ワーク40への入射方向が基準ワーク40が定義するz軸から上側にθxずれているのか下側にθxずれているのか、計算されたずれ角度θxでは判別することができない。したがって、作業者はずれ角度θxの調整を繰り返しながらθx計算処理プログラムを実行し、ずれ角度θxのずれている方向を把握する必要がある。   Since the distance S and the distance m have only positive values in the above formula 7, θx is always a positive value, and the incident direction of the laser light on the reference workpiece 40 is θx above the z axis defined by the reference workpiece 40. It cannot be determined from the calculated shift angle θx whether it is shifted or shifted downward by θx. Accordingly, the operator needs to execute the θx calculation processing program while repeatedly adjusting the deviation angle θx to grasp the direction in which the deviation angle θx is shifted.

θx計算処理プログラムの実行が終了した後は、コンピュータ装置51は、ステップS12にてθz計算処理プログラムを実行する。ずれ角度θzは、図14に示すように、基準ワーク40が定義するx−y平面における、形状測定器10から基準ワーク40へのレーザー光による切断線を示す線分LS2とx軸とのなす角であり、このずれ角度θzは、基準ワーク40が定義するz軸回りに形状測定器10が傾斜している角度を示す。ずれ角度θzの計算処理プログラムは、図6のフローチャートに示されている。このθz計算処理プログラムは図6のステップS120にて開始され、ステップS121にて形状測定器10から基準ワーク40にレーザー光が照射される。次に、ステップS122にて、三角測量の原理によって、レーザー光源から基準ワーク40の照射スポットまでの距離lnを計算する。続いて、ステップS123にて、カメラx−z座標系における照射スポットのx−z座標点N(xn,zn)を計算し、ステップS124にて、第一平面部43aに属する点群データおよび第六平面部43fに属する点群データに基づいて第一直線L1を計算し、第二平面部43bに属する点群データおよび第五平面部43eに属する点群データに基づいて第二直線L2を計算する。第一直線L1,第二直線L2は、上記式1,2のように表すことができる。 After the execution of the θx calculation processing program is completed, the computer device 51 executes the θz calculation processing program in step S12. As shown in FIG. 14, the deviation angle θz is formed by a line segment LS <b> 2 indicating a cutting line from the shape measuring instrument 10 to the reference workpiece 40 on the xy plane defined by the reference workpiece 40 and the x axis. This shift angle θz is an angle at which the shape measuring instrument 10 is inclined around the z axis defined by the reference workpiece 40. A calculation processing program of the shift angle θz is shown in the flowchart of FIG. This θz calculation processing program is started in step S120 of FIG. 6, and laser light is irradiated from the shape measuring instrument 10 to the reference workpiece 40 in step S121. Next, in step S122, the distance ln from the laser light source to the irradiation spot of the reference workpiece 40 is calculated by the principle of triangulation. Subsequently, at step S123, the camera x-z of the radiation spot in a coordinate system x-z coordinate point N (x n, z n) to calculate the at step S124, the point cloud data belonging to the first plane portion 43a And the first straight line L1 is calculated based on the point cloud data belonging to the sixth plane part 43f, and the second straight line L2 is calculated based on the point cloud data belonging to the second plane part 43b and the point cloud data belonging to the fifth plane part 43e. calculate. The first straight line L1 and the second straight line L2 can be expressed as in the above formulas 1 and 2.

次に、コンピュータ装置51は、ステップS125にて、第一直線L1と第二直線L2とのなす角θL1-L2を計算する。図13に示すように、角度θL1-L2は、カメラx−z座標系において第一直線L1とx軸とのなす角をθL1とし、第二直線L2とx軸とのなす角をθL2としたときに、角度θL1と角度θL2との差の角度θL1−θL2に等しい。したがって、θL1-L2は、三角関数の加法定理によって、下記式8のように計算される。

Figure 0004552907
ここで、θL1の正接tanθL1は第一直線L1の傾き(−a1/b1)に等しく、θL2の正接tanθL2は第二直線L2の傾き(−a2/b2)に等しいので、上記式8は第一直線L1および第二直線L2の方程式から計算することができる。なお、θzが0でない場合は、図14に示すようにレーザー光が基準ワーク40に対して斜めに照射していることになるので、第二平面部43bおよび第五平面部43eにおける照射スポットのz軸方向位置がx軸方向に沿って変化し、第一および第六平面部43aおよび43fとの相対距離が変化する。このため第二直線L2が第一直線L1に交差する。 Next, in step S125, the computer apparatus 51 calculates an angle θ L1-L2 formed by the first straight line L1 and the second straight line L2. As shown in FIG. 13, the angle θ L1 -L2 is an angle formed by the first straight line L1 and the x axis in the camera xz coordinate system is θ L1, and an angle formed by the second straight line L2 and the x axis is θ L2. and when equal to the angle theta L1 - [theta] L2 of the difference between the angle theta L1 and the angle theta L2. Therefore, θ L1−L2 is calculated by the following equation 8 by the addition theorem of trigonometric functions.
Figure 0004552907
Here, the tangent tan θ L1 of θ L1 is equal to the slope (−a 1 / b 1 ) of the first straight line L1, and the tangent tan θ L2 of θ L2 is equal to the slope (−a 2 / b 2 ) of the second straight line L2. The above equation 8 can be calculated from the equations of the first straight line L1 and the second straight line L2. If θz is not 0, the laser beam is radiated obliquely to the reference workpiece 40 as shown in FIG. 14, so the irradiation spots of the second plane part 43b and the fifth plane part 43e are The z-axis direction position changes along the x-axis direction, and the relative distance between the first and sixth plane portions 43a and 43f changes. For this reason, the second straight line L2 intersects the first straight line L1.

続いて、コンピュータ装置は、ステップS126にて、下記式9の計算の実行によりθzを計算する。

Figure 0004552907
ここで、nは、基準ワーク40のy軸方向長さ、pは、第二平面部43bおよび第五平面部のz軸方向への変化量である(図14参照)。nおよびpは、基準ワーク40から測定することができる。上記式9は、以下のように導出される。 Subsequently, in step S126, the computer apparatus calculates θz by executing the calculation of the following formula 9.
Figure 0004552907
Here, n is the length of the reference workpiece 40 in the y-axis direction, and p is the amount of change in the z-axis direction of the second plane part 43b and the fifth plane part (see FIG. 14). n and p can be measured from the reference workpiece 40. Equation 9 is derived as follows.

まず、θzが0ではなく、図14に示すように基準ワーク40に対して斜めに傾いてレーザー光が照射されている場合は、第二平面部43bの図示左端の照射スポットHのy軸に沿った高さTは、第五平面部43eの図示右端の照射スポットJのy軸に沿った高さTとは異なる。両高さの差をΔT(=T−T)とする。また、第二平面部43bおよび第五平面部43eは、z軸方向に傾いて形成されているために、y軸に沿った高さ位置が異なればz軸に沿った奥行き長さ(第一平面43aおよび第六平面43fが形成される平面までの距離)も異なる。よって、y−z平面から基準ワーク40を見た拡大図である図15に示すように、照射スポットHにおける奥行き長さDと照射スポットJにおける奥行き長さDも異なる。両奥行き長さの差をΔDとする。 First, when θz is not 0 and the laser beam is irradiated obliquely with respect to the reference workpiece 40 as shown in FIG. 14, the y-axis of the irradiation spot H at the left end of the second flat portion 43b in the drawing is shown. the height T H along is different from the height T J along the y axis of radiation spots J illustrated right end of the fifth flat portion 43e. The difference between both heights is ΔT (= T H −T J ). In addition, since the second plane portion 43b and the fifth plane portion 43e are formed to be inclined in the z-axis direction, the depth length (the first length along the z-axis is different if the height position along the y-axis is different. The distance to the plane on which the plane 43a and the sixth plane 43f are formed is also different. Therefore, as shown in FIG. 15 which is an enlarged view of the reference workpiece 40 viewed from the yz plane, the depth length D H at the irradiation spot H and the depth length D J at the irradiation spot J are also different. Let ΔD be the difference between the two depth lengths.

この場合、レーザー光が、基準ワーク40上を照射スポットHから照射スポットJまで(このHからJまでレーザー光が進んだときの距離をq’とする)進む間に、奥行き長さがΔDだけ変化したということであるので、この変化割合は第一直線L1と第二直線L2との傾きの差、すなわちθL1-L2の正接で表される。したがって、下記式10が成立する。

Figure 0004552907
ここで、図14に示すように、第二平面部43bから第五平面部43eまでのx軸方向長さをqとすると、q’はq/cosθzで表されるが、近似的にcosθz=1とすると、上記式10は式11のようになる。
Figure 0004552907
また、相似の関係から、ΔDとΔTについて、式12の関係が成立する。
Figure 0004552907
また、θzの正接tanθzは、図14から明らかなように下記式13のように表すことができる。
Figure 0004552907
したがって、式11を式12に代入してΔDを消去し、さらにその式を式13に代入してΔTを消去することにより、上記式9が導かれる。 In this case, while the laser beam travels on the reference workpiece 40 from the irradiation spot H to the irradiation spot J (the distance when the laser beam travels from H to J is q ′), the depth length is ΔD. This means that the rate of change is represented by the difference in slope between the first straight line L1 and the second straight line L2, that is, the tangent of θ L1 -L2. Therefore, the following formula 10 is established.
Figure 0004552907
Here, as shown in FIG. 14, when the length in the x-axis direction from the second plane portion 43b to the fifth plane portion 43e is q, q ′ is expressed by q / cos θz, but approximately cos θz = Assuming 1, Equation 10 above becomes Equation 11.
Figure 0004552907
Further, from the similar relationship, the relationship of Expression 12 is established for ΔD and ΔT.
Figure 0004552907
Further, the tangent tan θz of θz can be expressed as the following Expression 13 as is apparent from FIG.
Figure 0004552907
Therefore, by substituting Equation 11 into Equation 12 to eliminate ΔD, and further substituting the equation into Equation 13 to eliminate ΔT, Equation 9 is derived.

このようにしてずれ角度θzを計算した後に、コンピュータ装置51はステップS127にてこのθz計算処理プログラムの実行を終了する。求められたずれ角度θzは、表示装置52に表示される。作業者は表示されたずれ角度θzが0になるように角度調整器23の各ボルト233を回転させて、基準ワーク40に対する形状測定器10の傾きを調整する。これによりずれ角度θzの調整が行われる。なお、上記式9中のtanθL1-L2は、第一直線L1および第二直線L2の方程式から直接求めることもできる。この場合は、上記式8の計算を省略することができる。このように、ずれ角度θzは、第一平面部43aおよび第六平面部43fにおけるレーザー光の切断線である第一直線L1の方程式および、第二平面部43bにおけるレーザー光の切断線である第二直線L2の方程式に基づいて求めることができる。 After calculating the deviation angle θz in this way, the computer device 51 ends the execution of the θz calculation processing program in step S127. The obtained deviation angle θz is displayed on the display device 52. The operator rotates each bolt 233 of the angle adjuster 23 so that the displayed deviation angle θz becomes 0, and adjusts the inclination of the shape measuring instrument 10 with respect to the reference workpiece 40. As a result, the shift angle θz is adjusted. In addition, tanθ L1-L2 in the above equation 9 can also be obtained directly from the equations of the first straight line L1 and the second straight line L2. In this case, the calculation of Equation 8 can be omitted. As described above, the deviation angle θz is the equation of the first straight line L1 that is the cutting line of the laser light in the first plane part 43a and the sixth plane part 43f, and the second that is the cutting line of the laser light in the second plane part 43b. It can be obtained based on the equation of the straight line L2.

θz計算処理プログラムの実行が終了した後は、コンピュータ装置51は、ステップS13にてΔy計算処理プログラムを実行する。ずれ位置Δyは、図17に示すように、基準ワーク40のx−y平面におけるx軸方向に沿った中心線lxと、基準ワーク40に照射されるレーザー光の切断線を示す線分LS2とのずれ量であり、このずれ位置Δyは、基準ワーク40に対して形状測定器10がy軸方向にずれている量を示す。このΔy計算処理プログラムは図7のステップS130にて開始され、ステップS131にて形状測定器10から基準ワーク40に向けてレーザー光が照射される。次に、ステップS132にて、三角測量の原理によって、レーザー光源から基準ワーク40の照射スポットまでの距離lnを計算する。続いて、ステップS133にて、カメラx−z座標系における照射スポットのx−z座標点N(xn,zn)を計算し、ステップS134にて第一直線L1,第二直線L2の方程式を計算する。第一直線L1、第二直線L2は、上記式1,2のように表すことができる。 After the execution of the θz calculation processing program is completed, the computer device 51 executes the Δy calculation processing program in step S13. As shown in FIG. 17, the shift position Δy includes a center line lx along the x-axis direction in the xy plane of the reference workpiece 40, and a line segment LS <b> 2 indicating a cutting line of the laser light irradiated on the reference workpiece 40. This displacement position Δy indicates the amount by which the shape measuring instrument 10 is displaced in the y-axis direction with respect to the reference workpiece 40. This Δy calculation processing program is started in step S130 of FIG. 7, and laser light is irradiated from the shape measuring instrument 10 toward the reference workpiece 40 in step S131. Next, in step S132, the distance ln from the laser light source to the irradiation spot of the reference workpiece 40 is calculated by the principle of triangulation. Subsequently, at step S133, the camera x-z of the radiation spot in a coordinate system x-z coordinate point N (x n, z n) to calculate a first linear L1 in step S134, the equation of the second straight line L2 calculate. The first straight line L1 and the second straight line L2 can be expressed as in the above formulas 1 and 2.

次に、コンピュータ装置51は、ステップS135にて、第一直線L1と第二直線L2との距離tを計算する。ここで、上記θz計算プログラムにおいてθzが補正されており、第一直線L1と第二直線L2とは平行な関係にあるものとする。距離tは、下記式14の計算を実行することにより求めることができる。

Figure 0004552907
Next, in step S135, the computer apparatus 51 calculates the distance t between the first straight line L1 and the second straight line L2. Here, it is assumed that θz is corrected in the θz calculation program, and the first straight line L1 and the second straight line L2 are in a parallel relationship. The distance t can be obtained by executing the calculation of the following equation (14).
Figure 0004552907

続いて、コンピュータ装置51は、ステップS136にて、下記式15の計算の実行によりずれ位置Δyを計算する。

Figure 0004552907
上記式15は、以下のように導出される。まず、図17に示すように、距離tは、y−z平面における、第二平面部43bおよび第五平面部43e上へのレーザー光の照射点Kから、第一平面部43aおよび第六平面部43fが形成される平面までの距離である。一方、Δyは、y−z平面における基準ワーク40の中心線lxが第二平面部43bおよび第五平面部43eを通過する点Lと、上記点Kとの間の距離のy軸方向成分である。したがって、相似の関係から、n:p=(n/2−Δy):tとなる。この関係を変形することにより、上記式15が導かれる。 Subsequently, in step S136, the computer apparatus 51 calculates the displacement position Δy by executing the calculation of the following formula 15.
Figure 0004552907
The above equation 15 is derived as follows. First, as shown in FIG. 17, the distance t is the first plane portion 43 a and the sixth plane from the irradiation point K of the laser beam on the second plane portion 43 b and the fifth plane portion 43 e in the yz plane. This is the distance to the plane on which the portion 43f is formed. On the other hand, Δy is a y-axis direction component of a distance between a point L where the center line lx of the reference workpiece 40 in the yz plane passes through the second plane part 43b and the fifth plane part 43e, and the point K. is there. Therefore, n: p = (n / 2−Δy): t from the similar relationship. The above formula 15 is derived by modifying this relationship.

このようにしてずれ位置Δyを計算した後に、コンピュータ装置51はステップS137にてこのΔy計算処理プログラムの実行を終了する。求められたずれ位置Δyは、表示装置52に表示される。作業者は表示されたずれ位置Δyが0になるように、支柱ユニット21の内筒212を軸方向に移動して、支柱ユニット21の高さを調整する。これによりずれ位置Δyの調整が行われる。なお、ずれ位置Δyは第一直線L1および第二直線L2の方程式から直接計算することもできる、この場合は、上記式14の計算を省略することができる。このように、ずれ位置Δyは、第一平面部43aおよび第六平面部43fにおけるレーザー光の切断線である第一直線L1の方程式および、第二平面部43bにおけるレーザー光の切断線である第二直線L2の方程式に基づいて求めることができる。   After calculating the displacement position Δy in this way, the computer device 51 ends the execution of this Δy calculation processing program in step S137. The obtained shift position Δy is displayed on the display device 52. The operator moves the inner cylinder 212 of the column unit 21 in the axial direction so that the displayed displacement position Δy becomes 0, and adjusts the height of the column unit 21. As a result, the shift position Δy is adjusted. Note that the shift position Δy can also be directly calculated from the equations of the first straight line L1 and the second straight line L2, and in this case, the calculation of the above equation 14 can be omitted. Thus, the shift position Δy is an equation of the first straight line L1 that is a cutting line of the laser light in the first plane part 43a and the sixth plane part 43f, and a second that is a cutting line of the laser light in the second plane part 43b. It can be obtained based on the equation of the straight line L2.

Δy計算処理プログラムの実行が終了した後は、コンピュータ装置51は、ステップS15にてθy計算処理プログラムを実行する。ずれ角度θyは、図19に示すように、基準ワーク40のx−z平面における、形状測定器10から基準ワーク40の交線43gへレーザー光が入射するときのレーザー光の入射方向を示す線分LS3と、z軸とのなす角であり、このずれ角度θyは、基準ワーク40が定義するy軸回りに形状測定器10が傾斜している角度を示す。このθy計算処理プログラムは図8のステップS140にて開始され、ステップS141にて形状測定器10から基準ワーク40にレーザー光が照射され、ステップS142にて三角測量の原理によって、レーザー光源から基準ワーク40の照射スポットまでの距離lnを計算し、ステップS143にてカメラx−z座標系における照射スポットのx−z座標点N(xn,zn)を計算し、ステップS144にて第一直線L1,第三直線L3および第四直線L4の方程式を計算する。第一直線L1,第三直線L3,第四直線L4は、上記式1,3,4のように表すことができる。その後、ステップS145にて第三直線L3と第四直線L4との交点C(xc,zc)を計算する。交点Cは、上記式5のように表すことができる。 After the execution of the Δy calculation processing program is completed, the computer device 51 executes the θy calculation processing program in step S15. As shown in FIG. 19, the deviation angle θy is a line indicating the incident direction of the laser light when the laser light is incident on the intersecting line 43 g of the reference workpiece 40 from the shape measuring instrument 10 in the xz plane of the reference workpiece 40. The angle formed by the minute LS3 and the z-axis, and the shift angle θy indicates an angle at which the shape measuring instrument 10 is inclined about the y-axis defined by the reference workpiece 40. This θy calculation processing program is started in step S140 of FIG. 8, the laser beam is irradiated from the shape measuring instrument 10 to the reference workpiece 40 in step S141, and the reference workpiece from the laser light source is determined in accordance with the principle of triangulation in step S142. The distance ln to 40 irradiation spots is calculated, the xz coordinate point N (x n , z n ) of the irradiation spot in the camera xz coordinate system is calculated in step S143, and the first straight line L1 is calculated in step S144. , The equations of the third straight line L3 and the fourth straight line L4 are calculated. The first straight line L1, the third straight line L3, and the fourth straight line L4 can be expressed as in the above formulas 1, 3, and 4. Thereafter, in step S145, an intersection C (x c , z c ) between the third straight line L3 and the fourth straight line L4 is calculated. The intersection point C can be expressed as Equation 5 above.

次に、コンピュータ装置51は、ステップS146にて、交点Cを通り、第一直線L1に垂直な第五直線L5を計算する。第五直線L5は、第一直線L1と直交し、また交点Cを通ることにより、下記式16のように表すことができる。

Figure 0004552907
Next, the computer apparatus 51 calculates the 5th straight line L5 which passes along the intersection C and is perpendicular | vertical to the 1st straight line L1 in step S146. The fifth straight line L5 is orthogonal to the first straight line L1 and can pass through the intersection point C and can be expressed as the following Expression 16.
Figure 0004552907

続いて、コンピュータ装置51は、ステップS147にて、第五直線L5と第一直線L1との交点の座標点Q(xq,yq)を計算する。座標点Q(xq,yq)は、下記式17の計算の実行により求められる。

Figure 0004552907
上記式17は、上記式16によって表される第五直線L5および上記式1によって表される第一直線L1が共に点Q(xq,yq)を通ることに基づいて導かれる。 Subsequently, in step S147, the computer apparatus 51 calculates the coordinate point Q (x q , y q ) of the intersection of the fifth straight line L5 and the first straight line L1. The coordinate point Q (x q , y q ) is obtained by executing the calculation of Equation 17 below.
Figure 0004552907
The above equation 17 is derived based on the fact that the fifth straight line L5 represented by the above equation 16 and the first straight line L1 represented by the above equation 1 both pass through the point Q (x q , y q ).

点Q(xq,yq)を求めた後に、コンピュータ装置51はステップS148にて下記式18の実行によりθyを計算する。

Figure 0004552907
上記式18は、以下のようにして導かれる。第一直線L1,第三直線L3,第四直線L4および第五直線L5がカメラx−z座標系において図18に示す状態のように計測された場合、第三直線L3と第四直線L4との交点Cと、第五直線L5と第一直線L1との交点Qとを結ぶ線分CQと、カメラx−z座標系におけるz軸とのなす角がずれ角度θyである。この場合、ずれ角度θyの正弦は、線分CQの長さと、座標点Cと座標点Qとのx軸方向成分の差xc-xqとの比によって表される。ここで、線分CQの長さは、基準ワーク40の交線43gから第一平面部43aおよび第六平面部43fが形成される平面までの距離mであり、基準ワーク40から測定することができる。したがって、ずれ角度θyの正弦sinθyは、(xc−xq)/mと表すことができる。式18は、この関係に基づき導かれる。 After obtaining the point Q (x q , y q ), the computer device 51 calculates θy by executing the following equation 18 in step S148.
Figure 0004552907
The above equation 18 is derived as follows. When the first straight line L1, the third straight line L3, the fourth straight line L4 and the fifth straight line L5 are measured as shown in FIG. 18 in the camera xz coordinate system, the third straight line L3 and the fourth straight line L4 The angle formed by the line segment CQ connecting the intersection C, the intersection Q of the fifth straight line L5 and the first straight line L1, and the z axis in the camera xz coordinate system is the shift angle θy. In this case, the sine of the deviation angle θy is represented by the ratio between the length of the line segment CQ and the difference x c -x q in the x-axis direction component between the coordinate point C and the coordinate point Q. Here, the length of the line segment CQ is a distance m from the intersection line 43g of the reference workpiece 40 to the plane on which the first plane portion 43a and the sixth plane portion 43f are formed, and can be measured from the reference workpiece 40. it can. Therefore, the sine sin θy of the deviation angle θy can be expressed as (x c −x q ) / m. Equation 18 is derived based on this relationship.

ステップS148にてずれ角度θyを計算した後は、コンピュータ装置51はステップS149にてθy計算処理プログラムの実行を終了する。求められたずれ角度θyは、表示装置52に表示される。作業者は表示されたずれ角度θyが0になるように支柱ユニット21の内筒212を回転する。これによりずれ角度θyの調整が行われる。なお、上記式18中のxc-xqは、第一直線L1、第三直線L3および第四直線L4の方程式から直接求めることもできる。したがって、xc-xqをこれらの第一直線L1,第三直線L3および第四直線L4の方程式から直接計算し、それを基に第五直線L5および交点Qを求めることなしにθyを計算することができる。この場合は、上記式16および上記式17の計算を省略することができる。このように、ずれ角度θyは、第一平面部43aおよび第六平面部43fにおけるレーザー光の切断線である第一直線L1の方程式および、第三平面部43cにおけるレーザー光の切断線である第三直線L3の方程式および、第四平面部43dにおけるレーザー光の切断線である第四直線L4の方程式に基づいて求めることができる。 After calculating the deviation angle θy in step S148, the computer device 51 ends the execution of the θy calculation processing program in step S149. The obtained shift angle θy is displayed on the display device 52. The operator rotates the inner cylinder 212 of the column unit 21 so that the displayed deviation angle θy becomes zero. As a result, the shift angle θy is adjusted. Note that x c -x q in the above equation 18 can also be directly obtained from the equations of the first straight line L1, the third straight line L3, and the fourth straight line L4. Therefore, x c -x q is directly calculated from the equations of the first straight line L1, the third straight line L3, and the fourth straight line L4, and θy is calculated without obtaining the fifth straight line L5 and the intersection point Q based on the equation. be able to. In this case, calculation of the above formula 16 and the above formula 17 can be omitted. As described above, the shift angle θy is the equation of the first straight line L1 that is the cutting line of the laser light in the first plane part 43a and the sixth plane part 43f, and the third that is the cutting line of the laser beam in the third plane part 43c. It can be obtained based on the equation of the straight line L3 and the equation of the fourth straight line L4 that is the cutting line of the laser beam in the fourth plane part 43d.

θy計算処理プログラムの実行が終了した後は、コンピュータ装置51は、ステップS16にてΔx計算処理プログラムを実行する。ずれ位置Δxは、図21に示すように、基準ワーク40のx−z平面における、基準ワーク40の中心線lzからの形状測定器10のx軸方向のずれ量である。Δx計算処理プログラムは図9のステップS150にて開始され、ステップS151にて形状測定器10から基準ワーク40にレーザー光が照射される。次に、ステップS152にて、三角測量の原理によって、レーザー光源から基準ワーク40の照射スポットまでの距離lnを計算する。続いて、ステップS153にて、カメラx−z座標系における照射スポットのx−z座標点N(xn,zn)を計算し、ステップS154にて第三直線L3および第四直線L4の方程式を計算する。第三直線L3,第四直線L4は、上記式3,4のように表すことができる。その後、ステップS155にて第三直線L3と第四直線L4との交点C(xc,zc)の座標点を計算する。交点Cの座標点は、上記式5のように計算することができる。 After the execution of the θy calculation processing program is completed, the computer device 51 executes the Δx calculation processing program in step S16. The shift position Δx is a shift amount in the x-axis direction of the shape measuring instrument 10 from the center line lz of the reference workpiece 40 in the xz plane of the reference workpiece 40 as shown in FIG. The Δx calculation processing program is started in step S150 of FIG. 9, and laser light is irradiated from the shape measuring instrument 10 to the reference workpiece 40 in step S151. Next, in step S152, the distance ln from the laser light source to the irradiation spot of the reference workpiece 40 is calculated by the principle of triangulation. Subsequently, in step S153, an xz coordinate point N (x n , z n ) of the irradiation spot in the camera xz coordinate system is calculated, and equations of the third straight line L3 and the fourth straight line L4 are calculated in step S154. Calculate The third straight line L3 and the fourth straight line L4 can be expressed as in the above formulas 3 and 4. Thereafter, in step S155, the coordinate point of the intersection C (x c , z c ) between the third straight line L3 and the fourth straight line L4 is calculated. The coordinate point of the intersection point C can be calculated as shown in Equation 5 above.

次に、コンピュータ装置51は、ステップS156にて、ずれ位置Δxを計算する。この場合において、交点Cにおけるx軸方向成分が0であるときが形状測定器10のx軸方向の基準位置とする場合には、ステップS155にて計算した交点Cのx軸方向成分xがそのままx軸方向のずれ量を示す。したがって、図20に示すようなカメラx−z座標系において取得したxcをずれ位置Δxとする。このようにしてずれ位置Δxを計算した後に、コンピュータ装置51はステップS157にてこのΔx計算処理プログラムの実行を終了する。求められたずれ位置Δxは、表示装置52に表示される。作業者は表示されたずれ位置Δxが0または所定値になるように、位置調整器22の第一レバー223を調整する。これによりずれ位置Δxの調整が行われる。このように、ずれ位置Δxは、第三平面部43cにおけるレーザー光の切断線である第三直線L3の方程式および、第四平面部43dにおけるレーザー光の切断線である第四直線L4の方程式に基づいて求めることができる。 Next, in step S156, the computer apparatus 51 calculates the shift position Δx. In this case, if the time x-axis component at the point of intersection C is zero is a reference position of the x-axis direction of the shape measuring device 10, the x-axis direction component x c of intersection C calculated in step S155 The amount of deviation in the x-axis direction is shown as it is. Therefore, x c acquired in the camera xz coordinate system as shown in FIG. 20 is set as a shift position Δx. After calculating the shift position Δx in this way, the computer device 51 ends the execution of the Δx calculation processing program in step S157. The obtained shift position Δx is displayed on the display device 52. The operator adjusts the first lever 223 of the position adjuster 22 so that the displayed displacement position Δx becomes 0 or a predetermined value. As a result, the shift position Δx is adjusted. As described above, the shift position Δx is expressed by the equation of the third straight line L3 that is the cutting line of the laser beam in the third plane portion 43c and the equation of the fourth straight line L4 that is the cutting line of the laser beam in the fourth plane portion 43d. Can be based on.

Δx計算処理プログラムの実行が終了した後は、コンピュータ装置51は、ステップS17にてΔz計算処理プログラムを実行する。ずれ位置Δzは、図21に示すように、基準ワーク40のx−z平面における、交線43gから形状測定器10までのz軸方向距離zcと、基準となる距離z0との差である。Δz計算処理プログラムは図10のステップS160にて開始され、ステップS161にて形状測定器10から基準ワーク40にレーザー光が照射される。次に、ステップS162にて、三角測量の原理によって、レーザー光源から基準ワーク40の照射スポットまでの距離lnを計算する。続いて、ステップS163にて、カメラx−z座標系における照射スポットのx−z座標点N(xn,zn)を計算し、ステップS164にて第三直線L3および第四直線L4の方程式を計算する。第三直線L3,第四直線L4は、上記式3,4のように表すことができる。その後、ステップS165にて第三直線L3と第四直線L4との交点C(xc,zc)の座標点を計算する。交点Cの座標点は、上記式5のように計算することができる。 After the execution of the Δx calculation processing program is completed, the computer device 51 executes the Δz calculation processing program in step S17. As shown in FIG. 21, the displacement position Δz is the difference between the z-axis direction distance z c from the intersection line 43g to the shape measuring instrument 10 and the reference distance z 0 in the xz plane of the reference workpiece 40. is there. The Δz calculation processing program is started in step S160 of FIG. 10, and laser light is irradiated from the shape measuring instrument 10 to the reference workpiece 40 in step S161. Next, in step S162, the distance ln from the laser light source to the irradiation spot of the reference workpiece 40 is calculated by the principle of triangulation. Subsequently, at step S163, the camera x-z of the radiation spot in a coordinate system x-z coordinate point N (x n, z n) is calculated and the equation of the third straight line L3 and the fourth line L4 at step S164 Calculate The third straight line L3 and the fourth straight line L4 can be expressed as in the above formulas 3 and 4. Thereafter, in step S165, the coordinate point of the intersection C (x c , z c ) between the third straight line L3 and the fourth straight line L4 is calculated. The coordinate point of the intersection point C can be calculated as shown in Equation 5 above.

次に、コンピュータ装置51は、ステップS166にて、Δzを計算する。この場合において、図20に示すように、交点Cのz軸方向成分zcは、基準ワーク40の交線43gから形状測定器10までのz軸方向の距離である。よって、この距離zcと基準となるz軸方向の距離z0との差がそのままずれ位置Δzとなる。したがって、ずれ位置Δzは、z0-zcの計算の実行により求めることができる。このようにずれ位置Δzを計算した後に、コンピュータ装置51はステップS167にてこのΔz計算処理プログラムの実行を終了する。求められたずれ位置Δzは、表示装置52に表示される。作業者は表示されたずれ位置Δzが0になるように位置調整器22の第二レバー224を調整する。これによりずれ位置Δzの調整が行われる。このように、ずれ位置Δzは、第三平面部43cにおけるレーザー光の切断線である第三直線L3の方程式および、第四平面部43dにおけるレーザー光の切断線である第四直線L4の方程式に基づいて求めることができる。 Next, the computer apparatus 51 calculates Δz in step S166. In this case, as shown in FIG. 20, the z-axis direction component z c at the intersection C is the distance in the z-axis direction from the intersection line 43 g of the reference workpiece 40 to the shape measuring instrument 10. Therefore, the difference between the distance z c and the reference distance z 0 in the z-axis direction becomes the shift position Δz as it is. Therefore, the shift position Δz can be obtained by executing the calculation of z 0 -z c . After calculating the shift position Δz in this way, the computer device 51 ends the execution of the Δz calculation processing program in step S167. The obtained shift position Δz is displayed on the display device 52. The operator adjusts the second lever 224 of the position adjuster 22 so that the displayed displacement position Δz becomes zero. As a result, the shift position Δz is adjusted. As described above, the shift position Δz is expressed by the equation of the third straight line L3 that is the cutting line of the laser beam in the third plane portion 43c and the equation of the fourth straight line L4 that is the cutting line of the laser beam in the fourth plane portion 43d. Can be based on.

以上のように、本実施形態では、θx,θy,θz,Δx,Δy,Δzを検出し、全てのずれ角度およびずれ位置を補正することによって、基準ワーク40が定義する基準座標系に形状測定器10のカメラ座標系を合わせることができる。したがって、極めて精度の高いワークの形状測定を行うことができる。   As described above, in this embodiment, θx, θy, θz, Δx, Δy, and Δz are detected, and all deviation angles and deviation positions are corrected, thereby measuring the shape in the reference coordinate system defined by the reference workpiece 40. The camera coordinate system of the device 10 can be matched. Therefore, it is possible to measure the shape of the workpiece with extremely high accuracy.

なお、上記実施形態においては、ずれ角度θx、θy、θzおよびずれ位置Δx、Δy、Δzを1つずつ計算して表示し、作業者は表示されたずれ角度またはずれ位置に基づいて、形状測定器の角度および位置を調整した例を示したが、1つのずれ角度またはずれ位置を調整することにより、それ以外のずれ角度またはずれ位置が変化してしまうことが考えられる。この場合には、基準ワーク40にレーザー光を照射し、カメラx−z座標系における照射ポイントのx−z座標点N(xn,zn)を計算した後、上記の計算方法によりずれ角度θx、θy、θzおよびずれ位置Δx、Δy、Δzをすべて計算して表示してもよい。作業者は先に0になるように調整したずれ角度またはずれ位置が再び0からずれた場合は先の調整作業を再度行うようにすればよい。 In the above embodiment, the shift angles θx, θy, θz and the shift positions Δx, Δy, Δz are calculated and displayed one by one, and the operator measures the shape based on the displayed shift angle or shift position. Although the example which adjusted the angle and position of the container was shown, it is possible that other shift angles or shift positions will change by adjusting one shift angle or shift position. In this case, the reference workpiece 40 is irradiated with laser light, and the xz coordinate point N (x n , z n ) of the irradiation point in the camera xz coordinate system is calculated, and then the deviation angle is calculated by the above calculation method. All of θx, θy, θz and displacement positions Δx, Δy, Δz may be calculated and displayed. When the shift angle or shift position adjusted so as to become zero first shifts from zero again, the operator may perform the previous adjustment work again.

以上、本発明の実施の形態につき説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、上記実施の形態においては、基準ワーク40の六つの平面部を設けた構成を示したが、第五平面部43eおよび第六平面部43fは省略することができる。また、第一平面部43aと第二平面部43bの位置、あるいは、第五平面部43eと第六平面部43fの位置を入れ替えた構成としても良い。また、第一平面部43aおよび第六平面部43fに対する第二平面部43bおよび第五平面部43eの幾何学的関係は、上述したように第一平面部43aおよび第六平面部43fを含む仮想平面Aに対して、第二平面部43bおよび第五平面部43eを含む仮想平面Bが交わっており、その交線の方向ベクトルn2が仮想平面Aの法線ベクトルでもあるベクトルn1に対して直交する関係にあればよく、このような関係を満たしている限り、第二平面部43bおよび第五平面部43eは第一平面部43aおよび第六平面部43fとは離間した位置に形成されていてもよいし、これらの平面部が基準ワーク40内で交差していてもよい。さらに、交線43gは、法線ベクトルn1に直交する平面であり、且つ仮想平面Aとは異なる位置にある平面内であればどのようなものでもよく(ただし、方向ベクトルn2と平行である場合を除く)、図1に示すようにy軸に平行である必要はない。また、上記実施形態においてはずれ角度θx、θy、θzおよびずれ位置Δx、Δy、Δzをすべて調整したが、重要でないずれ位置の調整は省略してもよい。例えばずれ位置Δxやずれ位置Δzが0より少々ずれている場合であれば測定対象物の形状測定にはほとんど影響しない場合がある。このような場合には、ずれ角度θx、θy、θzおよびずれ位置Δyの調整を行い、ずれ位置ΔxおよびΔzの調整は省略してもよい。   As mentioned above, although it demonstrated per embodiment of this invention, this invention is not limited to the said embodiment. For example, in the above embodiment, the configuration in which the six plane portions of the reference workpiece 40 are provided is shown, but the fifth plane portion 43e and the sixth plane portion 43f can be omitted. Moreover, it is good also as a structure which replaced the position of the 1st plane part 43a and the 2nd plane part 43b, or the position of the 5th plane part 43e and the 6th plane part 43f. The geometric relationship between the second plane part 43b and the fifth plane part 43e with respect to the first plane part 43a and the sixth plane part 43f is a virtual relationship including the first plane part 43a and the sixth plane part 43f as described above. A virtual plane B including the second plane portion 43b and the fifth plane portion 43e intersects the plane A, and the direction vector n2 of the intersection line is orthogonal to the vector n1 that is also a normal vector of the virtual plane A. As long as such a relationship is satisfied, the second plane portion 43b and the fifth plane portion 43e are formed at positions separated from the first plane portion 43a and the sixth plane portion 43f. Alternatively, these flat portions may intersect within the reference workpiece 40. Further, the intersecting line 43g may be any plane as long as it is a plane orthogonal to the normal vector n1 and located at a position different from the virtual plane A (provided that it is parallel to the direction vector n2). 1), and need not be parallel to the y-axis as shown in FIG. In the above embodiment, the shift angles θx, θy, θz and the shift positions Δx, Δy, Δz are all adjusted, but any important adjustment of the positions may be omitted. For example, if the shift position Δx and the shift position Δz are slightly shifted from 0, the shape measurement of the measurement object may be hardly affected. In such a case, adjustment of the shift angles θx, θy, θz and the shift position Δy may be performed, and adjustment of the shift positions Δx and Δz may be omitted.

本発明の実施形態に係る形状測定システムの全体概略図である。1 is an overall schematic diagram of a shape measuring system according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る支持機構に基準ワークを載置する部分を示す図である。It is a figure which shows the part which mounts a reference | standard workpiece in the support mechanism which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る基準ワークを示す図であり、(a)が正面図、(b)が平面図、(c)が側面図である。It is a figure which shows the reference | standard workpiece | work which concerns on embodiment of this invention, (a) is a front view, (b) is a top view, (c) is a side view. 本発明の実施形態に係るずれ量取得プログラムのフローチャートである。It is a flowchart of the deviation | shift amount acquisition program which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るθx計算プログラムのフローチャートである。It is a flowchart of the θx calculation program according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係るθz計算プログラムのフローチャートである。It is a flowchart of the θz calculation program according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係るΔy計算プログラムのフローチャートである。5 is a flowchart of a Δy calculation program according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係るθy計算プログラムのフローチャートである。It is a flowchart of the θy calculation program according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係るΔx計算プログラムのフローチャートである。It is a flowchart of the Δx calculation program according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係るΔz計算プログラムのフローチャートである。It is a flowchart of (DELTA) z calculation program which concerns on embodiment of this invention. θx計算プログラムの実行において使用する、形状測定器により測定されたカメラx−z座標系における基準ワークの照射画像を示す図である。It is a figure which shows the irradiation image of the reference | standard workpiece | work in the camera xz coordinate system measured with the shape measuring device used in execution of a (theta) x calculation program. ずれ角度θxを求めるための、基準ワークの幾何学的関係を示す図である。It is a figure which shows the geometric relationship of the reference | standard workpiece | work for calculating | requiring deviation | shift angle (theta) x. θz計算プログラムの実行において使用する、形状測定器により測定されたカメラx−z座標系における基準ワークの照射画像を示す図である。It is a figure which shows the irradiation image of the reference | standard workpiece | work in the camera xz coordinate system measured by the shape measuring device used in execution of a θz calculation program. ずれ角度θzを求めるための、基準ワークの幾何学的関係を示す図である。It is a figure which shows the geometric relationship of the reference | standard workpiece | work for calculating | requiring deviation | shift angle (theta) z. 基準ワークを側面から見た場合における、ずれ角度θzを求めるための幾何学的関係を示す拡大図である。It is an enlarged view showing a geometrical relationship for obtaining a deviation angle θz when the reference workpiece is viewed from the side. Δy計算プログラムの実行において使用する、形状測定器により測定されたカメラx−z座標系における基準ワークの照射画像を示す図である。It is a figure which shows the irradiation image of the reference | standard workpiece | work in the camera xz coordinate system measured with the shape measuring device used in execution of a (DELTA) y calculation program. ずれ位置Δyを求めるための、基準ワークの幾何学的関係を示す図である。It is a figure which shows the geometric relationship of the reference | standard workpiece | work for calculating | requiring deviation | shift position (DELTA) y. θy計算プログラムの実行において使用する、形状測定器により測定されたカメラx−z座標系における基準ワークの照射画像を示す図である。It is a figure which shows the irradiation image of the reference | standard workpiece | work in the camera xz coordinate system measured by the shape measuring device used in execution of a θy calculation program. ずれ角度θyを求めるための、基準ワークの幾何学的関係を示す図である。It is a figure which shows the geometric relationship of the reference | standard workpiece | work for calculating | requiring deviation | shift angle (theta) y. Δx計算プログラムおよびΔz計算プログラムの実行において使用する、形状測定器により測定されたカメラx−z座標系における基準ワークの照射画像を示す図である。It is a figure which shows the irradiation image of the reference | standard workpiece | work in the camera xz coordinate system measured by the shape measuring device used in execution of a (DELTA) x calculation program and a (DELTA) z calculation program. ずれ位置Δxおよびずれ位置Δzを求めるための、基準ワークの幾何学的関係を示す図である。It is a figure which shows the geometric relationship of the reference | standard workpiece | work for calculating | requiring deviation | shift position (DELTA) x and deviation | shift position (DELTA) z.

符号の説明Explanation of symbols

10…形状測定器、20…姿勢制御装置、21…支柱ユニット、22…位置調整器、23…角度調整器、40…基準ワーク、43…測定部、43a…第一平面部、43b…第二平面部、43c…第三平面部、43d…第四平面部、43e…第五平面部、43f…第六平面部、43g…交線、51…コンピュータ装置、52…表示装置、L1…第一直線、L2…第二直線、L3…第三直線、L4…第四直線、L5…第五直線、Δx,Δy,Δz…ずれ位置、θx,θy,θz…ずれ角度
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Shape measuring device, 20 ... Attitude control device, 21 ... Post unit, 22 ... Position adjuster, 23 ... Angle adjuster, 40 ... Reference work, 43 ... Measuring part, 43a ... First plane part, 43b ... Second Plane portion, 43c ... third plane portion, 43d ... fourth plane portion, 43e ... fifth plane portion, 43f ... sixth plane portion, 43g ... intersection line, 51 ... computer device, 52 ... display device, L1 ... first straight line , L2 ... second straight line, L3 ... third straight line, L4 ... fourth straight line, L5 ... fifth straight line, Δx, Δy, Δz ... deviation position, θx, θy, θz ... deviation angle

Claims (13)

測定対象物に対して直線状に光を照射するとともに照射光の反射光を受光して、受光した反射光の座標点を算出することにより測定対象物の三次元形状を計測する形状測定器の測定対象物に対するずれ量を取得する形状測定器のずれ量取得方法であって、
法線方向が一つの座標軸であるz軸を定義する第一平面部と、前記第一平面部が形成される平面との交線が前記z軸と直交する座標軸であるx軸を定義する第二平面部と、前記z軸に直交する平面であって前記第一平面部が形成される平面とは異なる平面上に交線を形成する第三平面部および第四平面部とを有し、前記z軸、前記x軸および、前記z軸および前記x軸の双方に直交する座標軸であるy軸によって基準となる座標系を定義する基準ワークに対して、前記第一平面部、前記第二平面部、前記第三平面部および前記第四平面部を通過するように直線状に光を照射する照射ステップと、
前記照射ステップにて基準ワークに照射した光の反射光から得られる情報により、形状測定器に定義される座標系における、基準ワークに照射した光の照射点の点群データを取得する点群データ取得ステップと、
前記点群データ取得ステップにて取得した点群データに基づいて、前記基準となる座標系に対する前記形状測定器に定義される座標系のずれ量を算出するずれ量算出ステップと、
を含むことを特徴とする形状測定器のずれ量取得方法。
A shape measuring instrument that measures the three-dimensional shape of a measurement object by irradiating the measurement object with light in a straight line and receiving the reflected light of the irradiation light and calculating the coordinate point of the received reflected light. A method of obtaining a deviation amount of a shape measuring instrument for obtaining a deviation amount with respect to a measurement object,
A first plane portion defining a z-axis whose normal direction is one coordinate axis and an intersection line of a plane on which the first plane portion is formed define an x-axis which is a coordinate axis orthogonal to the z-axis. Two plane portions, and a third plane portion and a fourth plane portion that form intersecting lines on a plane that is orthogonal to the z-axis and that is different from the plane on which the first plane portion is formed, With respect to a reference workpiece defining a coordinate system serving as a reference by the z-axis, the x-axis, and the y-axis that is a coordinate axis orthogonal to both the z-axis and the x-axis, the first plane portion, the second An irradiation step of irradiating light in a straight line so as to pass through the plane portion, the third plane portion, and the fourth plane portion;
Point cloud data for obtaining point cloud data of the irradiation point of the light irradiated on the reference workpiece in the coordinate system defined in the shape measuring instrument by information obtained from the reflected light of the light irradiated on the reference workpiece in the irradiation step. An acquisition step;
Based on the point cloud data obtained in the point cloud data obtaining step, a deviation amount calculating step for calculating a deviation amount of the coordinate system defined in the shape measuring instrument with respect to the reference coordinate system;
A method for obtaining a deviation amount of a shape measuring instrument, comprising:
請求項1に記載の形状測定器のずれ量取得方法において、
前記交線は、前記y軸に平行であることを特徴とする、形状測定器のずれ量取得方法。
In the shape measuring instrument shift amount acquisition method according to claim 1,
The method for obtaining a deviation amount of a shape measuring instrument, wherein the intersecting line is parallel to the y-axis.
請求項1または2に記載の形状測定器のずれ量取得方法において、
前記ずれ量算出ステップは、
前記点群データ取得ステップにて取得された点群データから、前記形状測定器に定義される座標系における前記第一平面部、前記第二平面部、前記第三平面部、前記第四平面部のいずれか2つ以上の平面部に照射した光の切断線を示す直線の方程式を計算する直線計算ステップと、
前記直線計算ステップにて計算された2つ以上の直線の方程式に基づいて前記ずれ量を計算するずれ量計算ステップと
を有することを特徴とする、形状測定器のずれ量取得方法。
In the shape amount measuring device displacement acquisition method according to claim 1 or 2,
The deviation amount calculating step includes:
From the point cloud data acquired in the point cloud data acquisition step, the first plane part, the second plane part, the third plane part, and the fourth plane part in the coordinate system defined in the shape measuring instrument A straight line calculating step for calculating a straight line equation indicating a cutting line of light applied to any two or more plane portions;
And a deviation amount calculating step of calculating the deviation amount based on an equation of two or more straight lines calculated in the straight line calculating step.
請求項3に記載の形状測定器のずれ量取得方法において、
前記ずれ量が、前記基準となる座標系に対する前記形状測定器に定義される座標系の前記x軸回りのずれ角度θxである場合には、
前記直線計算ステップにおいて、前記第一平面部における照射点の点群データ、前記第三平面部における照射点の点群データおよび前記第四平面部における照射点の点群データから、前記形状測定器に定義される座標系における前記第一平面部に照射した光の切断線を示す第一直線の方程式、前記第三平面部に照射した光の切断線を示す第三直線の方程式および、前記第四平面部に照射した光の切断線を示す第四直線の方程式を計算し、
前記ずれ量計算ステップにおいて、計算された前記第一直線の方程式、前記第三直線の方程式および前記第四直線の方程式に基づいて、前記ずれ角度θxを演算することを特徴とする、形状測定器のずれ量取得方法。
In the shape measuring instrument deviation amount acquisition method according to claim 3,
When the shift amount is a shift angle θx around the x axis of the coordinate system defined in the shape measuring instrument with respect to the reference coordinate system,
In the straight line calculation step, from the point group data of the irradiation point in the first plane part, the point group data of the irradiation point in the third plane part, and the point group data of the irradiation point in the fourth plane part, the shape measuring instrument The equation of the first straight line showing the cutting line of the light irradiated on the first plane part in the coordinate system defined in the above, the equation of the third straight line showing the cutting line of the light irradiated on the third plane part, and the fourth Calculate the equation of the fourth straight line showing the cutting line of the light irradiated to the plane part,
In the displacement amount calculating step, the displacement angle θx is calculated based on the calculated equation of the first straight line, the equation of the third straight line, and the equation of the fourth straight line. Deviation amount acquisition method.
請求項3または4に記載のずれ量取得方法において、
前記ずれ量が、前記基準となる座標系に対する前記形状測定器に定義される座標系の前記z軸周りのずれ角度θzである場合には、
前記直線計算ステップにおいて、前記第一平面部における照射点の点群データおよび前記第二平面部における照射点の点群データから、前記形状測定器に定義される座標系における前記第一平面部に照射した光の切断線を示す第一直線の方程式および前記第二平面部に照射した光の切断線を示す第二直線の方程式を計算し、
前記ずれ量計算ステップにおいて、計算された前記第一直線の方程式および前記第二直線の方程式に基づいて、前記ずれ角度θzを演算することを特徴とする、形状測定器のずれ量取得方法。
In the deviation amount acquisition method according to claim 3 or 4,
When the deviation amount is a deviation angle θz around the z-axis of the coordinate system defined in the shape measuring instrument with respect to the reference coordinate system,
In the straight line calculation step, from the point group data of the irradiation point in the first plane part and the point group data of the irradiation point in the second plane part, to the first plane part in the coordinate system defined in the shape measuring instrument Calculate a first straight line equation indicating the cutting line of the irradiated light and a second straight line equation indicating the cutting line of the light irradiated to the second plane part,
In the deviation amount calculating step, the deviation angle θz is calculated based on the calculated equation of the first straight line and the equation of the second straight line.
請求項3〜5のいずれか1項に記載の形状測定器のずれ量取得方法において、
前記ずれ量が、前記基準となる座標系に対する前記形状測定器に定義される座標系の前記y軸方向のずれ位置Δyである場合には、
前記直線計算ステップにおいて、前記第一平面部における照射点の点群データおよび前記第二平面部における照射点の点群データから、前記形状測定器に定義される座標系における前記第一平面部に照射した光の切断線を示す第一直線の方程式および前記第二平面部に照射した光の切断線を示す第二直線の方程式を計算し、
前記ずれ量計算ステップにおいて、計算された前記第一直線の方程式および前記第二直線の方程式に基づいて、前記ずれ位置Δyを演算することを特徴とする、形状測定器のずれ量取得方法。
In the deviation measuring method of the shape measuring instrument according to any one of claims 3 to 5,
When the deviation amount is the deviation position Δy in the y-axis direction of the coordinate system defined in the shape measuring instrument with respect to the reference coordinate system,
In the straight line calculation step, from the point group data of the irradiation point in the first plane part and the point group data of the irradiation point in the second plane part, to the first plane part in the coordinate system defined in the shape measuring instrument Calculate a first straight line equation indicating the cutting line of the irradiated light and a second straight line equation indicating the cutting line of the light irradiated to the second plane part,
In the deviation amount calculating step, the deviation position Δy is calculated based on the calculated equation of the first straight line and the equation of the second straight line.
請求項3〜6のいずれか1項に記載の形状測定器のずれ量取得方法において、
前記ずれ量が、前記基準となる座標系に対する前記形状測定器に定義される座標系の前記y軸回りのずれ角度θyである場合には、
前記直線計算ステップにおいて、前記第一平面部における照射点の点群データ、前記第三平面部における照射点の点群データおよび前記第四平面部における照射点の点群データから、前記形状測定器に定義される座標系における前記第一平面部に照射した光の切断線を示す第一直線の方程式、前記第三平面部に照射した光の切断線を示す第三直線の方程式および、前記第四平面部に照射した光の切断線を示す第四直線の方程式を計算し、
前記ずれ量計算ステップにおいて、計算された前記第一直線の方程式、前記第三直線の方程式および前記第四直線の方程式に基づいて、前記ずれ角度θyを演算することを特徴とする、形状測定器のずれ量取得方法。
In the deviation amount acquisition method of the shape measuring instrument according to any one of claims 3 to 6,
When the deviation amount is a deviation angle θy around the y axis of the coordinate system defined in the shape measuring instrument with respect to the reference coordinate system,
In the straight line calculation step, from the point group data of the irradiation point in the first plane part, the point group data of the irradiation point in the third plane part, and the point group data of the irradiation point in the fourth plane part, the shape measuring instrument The equation of the first straight line showing the cutting line of the light irradiated on the first plane part in the coordinate system defined in the above, the equation of the third straight line showing the cutting line of the light irradiated on the third plane part, and the fourth Calculate the equation of the fourth straight line showing the cutting line of the light irradiated to the plane part,
In the displacement amount calculating step, the displacement angle θy is calculated based on the calculated equation of the first straight line, the equation of the third straight line, and the equation of the fourth straight line. Deviation amount acquisition method.
請求項3〜7のいずれか1項に記載の形状測定器のずれ量取得方法において、
前記ずれ量が、前記基準となる座標系に対する前記形状測定器に定義される座標系の前記x軸方向のずれ位置Δxである場合には、
前記直線計算ステップにおいて、前記第三平面部における照射点の点群データおよび前記第四平面部における照射点の点群データから、前記形状測定器に定義される座標系における前記第三平面部に照射した光の切断線を示す第三直線の方程式および前記第四平面部に照射した光の切断線を示す第四直線の方程式を計算し、
前記ずれ量計算ステップにおいて、計算された前記第三直線の方程式および前記第四直線の方程式に基づいて、前記ずれ位置Δxを演算することを特徴とする、形状測定器のずれ量取得方法。
In the deviation amount acquisition method of the shape measuring instrument according to any one of claims 3 to 7,
When the shift amount is the shift position Δx in the x-axis direction of the coordinate system defined in the shape measuring instrument with respect to the reference coordinate system,
In the straight line calculation step, from the point group data of the irradiation point in the third plane part and the point group data of the irradiation point in the fourth plane part, to the third plane part in the coordinate system defined in the shape measuring instrument Calculate the equation of the third straight line indicating the cutting line of the irradiated light and the equation of the fourth straight line indicating the cutting line of the light irradiated to the fourth plane part,
In the deviation amount calculating step, the deviation position Δx is calculated based on the calculated equation of the third straight line and the equation of the fourth straight line.
請求項3〜8のいずれか1項に記載の形状測定器のずれ量取得方法において、
前記ずれ量が、前記基準となる座標系に対する前記形状測定器に定義される座標系の前記z軸方向のずれ位置Δzである場合には、
前記直線計算ステップにおいて、前記第三平面部における照射点の点群データおよび前記第四平面部における照射点の点群データから、前記形状測定器に定義される座標系における前記第三平面部に照射した光の切断線を示す第三直線の方程式および前記第四平面部に照射した光の切断線を示す第四直線の方程式を計算し、
前記ずれ量計算ステップにおいて、計算された前記第三直線の方程式および前記第四直線の方程式に基づいて、前記ずれ位置Δzを演算することを特徴とする、形状測定器のずれ量取得方法。
In the deviation amount acquisition method of the shape measuring instrument according to any one of claims 3 to 8,
When the deviation amount is the deviation position Δz in the z-axis direction of the coordinate system defined in the shape measuring instrument with respect to the reference coordinate system,
In the straight line calculation step, from the point group data of the irradiation point in the third plane part and the point group data of the irradiation point in the fourth plane part, to the third plane part in the coordinate system defined in the shape measuring instrument Calculate the equation of the third straight line indicating the cutting line of the irradiated light and the equation of the fourth straight line indicating the cutting line of the light irradiated to the fourth plane part,
In the deviation amount calculating step, the deviation position Δz is calculated based on the calculated equation of the third straight line and the equation of the fourth straight line.
請求項1〜9のいずれか1項に記載のずれ量取得方法をコンピュータにより実行させるためのプログラム。   A program for causing a computer to execute the deviation amount acquisition method according to any one of claims 1 to 9. 請求項10に記載のプログラムを格納したコンピュータにより読み取り可能な記録媒体。   A computer-readable recording medium storing the program according to claim 10. 測定対象物に対して直線状に光を照射するとともに照射光の反射光を受光して、受光した反射光の座標点を算出することにより測定対象物の三次元形状を計測する形状測定器のずれ量取得を行う際に用いるずれ量取得用基準ワークであって、
法線方向が一つの座標軸であるz軸を定義する第一平面部と、前記第一平面部が形成された平面との交線が前記z軸と直交する座標軸であるx軸を定義する第二平面部と、前記z軸に直交する平面であって前記第一平面部が形成された平面とは異なる平面上に交線を形成する第三平面部および第四平面部とを有することを特徴とする、ずれ量取得用基準ワーク。
A shape measuring instrument that measures the three-dimensional shape of a measurement object by irradiating the measurement object with light in a straight line and receiving the reflected light of the irradiation light and calculating the coordinate point of the received reflected light. A reference work for obtaining a deviation amount used when obtaining a deviation amount,
A first plane portion defining a z-axis whose normal direction is one coordinate axis and a cross line between the plane on which the first plane portion is formed and an x-axis defining a coordinate axis orthogonal to the z-axis And having two plane portions and a third plane portion and a fourth plane portion that form a line of intersection on a plane orthogonal to the z-axis and different from the plane on which the first plane portion is formed. Characteristic reference work for obtaining deviation.
請求項12に記載のずれ量取得用基準ワークにおいて、
前記交線は、前記y軸に平行であることを特徴とする、ずれ量取得用基準ワーク。
In the reference | standard workpiece for deviation | shift amount acquisition of Claim 12,
A reference workpiece for obtaining a deviation amount, wherein the intersecting line is parallel to the y-axis.
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