JP4791568B2 - 3D measuring device - Google Patents

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Description

本発明は、CCDカメラ等により撮像された被測定物(ワーク)の画像によりワークの3次元形状を測定すると共に、レーザ変位計やタッチプローブ等の変位計により前記ワーク上の測定点の変位を検出する3次元測定装置に関するものである。   The present invention measures the three-dimensional shape of the workpiece from the image of the object to be measured (work) captured by a CCD camera or the like, and the displacement of the measurement point on the workpiece by a displacement meter such as a laser displacement meter or a touch probe. The present invention relates to a three-dimensional measuring device to be detected.

3次元測定装置の1つである画像測定機では、CCDカメラ等により被測定物の画像を撮影し、この画像に基づいて、ワークの輪郭形状等(X−Y方向)を測定すると共に、CCDカメラの合焦制御部等からの信号に基づき、高さ方向(Z方向)の変位も測定している。しかし、Z方向の測定は、このような合焦制御のみでは高速かつ高精度に測定できない。このため、画像測定用のCCDカメラの他、前記ワーク上の測定点の変位を検出するレーザ変位計等の変位計を備えた画像測定機が、例えば特許文献1により知られている。この特許文献1の装置では、画像測定用のCCDカメラの他、レーザプローブによる測定時にワークを観察するための観察用CCDカメラがレーザプローブと同軸に別途配置されており、オペレータはこの観察用CCDカメラの画像を見てレーザプローブの位置合わせを行なう。   An image measuring machine, which is one of the three-dimensional measuring apparatuses, takes an image of an object to be measured with a CCD camera or the like, and measures the contour shape or the like (XY direction) of a workpiece based on this image, and the CCD. The displacement in the height direction (Z direction) is also measured based on a signal from the focus control unit of the camera. However, measurement in the Z direction cannot be performed at high speed and with high accuracy only by such focusing control. For this reason, an image measuring machine provided with a displacement meter such as a laser displacement meter for detecting the displacement of a measurement point on the workpiece in addition to a CCD camera for measuring an image is known, for example, from Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-122867. In the apparatus disclosed in Patent Document 1, an observation CCD camera for observing a workpiece at the time of measurement by a laser probe in addition to a CCD camera for image measurement is separately arranged coaxially with the laser probe. Look at the camera image and align the laser probe.

特開平11−351841号公報(第2〜3頁、図1〜2等)Japanese Patent Laid-Open No. 11-351841 (pages 2 and 3, FIGS. 1-2, etc.)

しかし、このような観察用CCDカメラが、構造上その他の何らかの理由により、レーザプローブと同軸に配置できない場合がある。同軸に配置できない場合、CCDカメラの画像の中心位置と、レーザプローブの位置とが一致しないことになるので、レーザプローブの位置がオペレータにとって判りにくくなるという問題が生じる。また、CCDカメラを配置できる場合であっても、別途画像測定用CCDカメラが存在する場合、これに加えて観察用CCDカメラを並存させることは、経済上も機能上も好ましくない。すなわち、観察用CCDカメラとして、画像測定用CCDカメラ並みの高解像度のものを用意するのは、測定機全体の高価格化を招く。逆に、観察用CCDカメラとして解像度の低いものを用いると、レーザプローブ35の測定点の特定を正確に行なうことができなくなり、高精度な高さ測定ができなくなってしまう。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、変位計と同軸に撮像手段を配置しなくとも、オペレータが変位計による測定位置を理解できるようにした3次元測定装置を提供することを目的とする。
However, there are cases where such an observation CCD camera cannot be arranged coaxially with the laser probe due to some other reason in structure. When it cannot arrange | position coaxially, since the center position of the image of a CCD camera and the position of a laser probe do not correspond, the problem that the position of a laser probe becomes difficult to understand for an operator arises. Even if a CCD camera can be arranged, if there is a separate CCD camera for image measurement, it is not economically and functionally preferable to have a CCD camera for observation in addition to this. That is, preparing an observation CCD camera having a resolution as high as that of an image measurement CCD camera leads to an increase in the cost of the entire measuring instrument. On the other hand, if an observation CCD camera having a low resolution is used, the measurement point of the laser probe 35 cannot be specified accurately, and high-precision height measurement cannot be performed.
The present invention has been made in view of such problems, and provides a three-dimensional measurement apparatus that allows an operator to understand a measurement position by a displacement meter without arranging an imaging means coaxially with the displacement meter. For the purpose.

上記目的達成のため、本発明に係る3次元測定装置は、ワークを撮像する撮像手段と、前記ワーク上の測定点の変位量を検出する変位計と、前記撮像手段及び前記変位計の間の位置関係を一定に保ちつつ前記撮像手段及び前記変位計を測定3次元空間内で前記ワークに対し相対的に移動させる移動手段と、前記移動手段による移動量を検出する移動量検出手段と、前記位置関係を示す位置関係情報を記憶する記憶手段と、前記撮像手段により撮像された前記ワークの画像及び前記変位計の測定点の位置を示す測定点位置マークを表示する表示手段と、前記測定点位置マークの表示位置を変化させる表示制御手段とを備え、前記表示制御手段は、前記撮像手段による前記ワークの撮像時には、前記表示手段の表示画面の中心から前記位置関係情報に基づいて変化した位置に前記測定点位置マークを表示させ、前記変位計による測定に切り替わる際に、前記測定点位置マークの表示位置が前記表示手段の前記表示画面の中心となるように、前記表示画面における前記ワークの画像の表示位置を変化させ、前記変位計による測定に切り替わった後に、前記移動手段により前記撮像手段及び前記変位計と前記ワークとが相対的に移動した場合、前記移動量検出手段により得られた前記移動量に基づき、前記ワークの画像に対する前記測定点位置マークの相対的な表示位置を変化させることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a three-dimensional measuring apparatus according to the present invention includes an imaging unit that images a workpiece, a displacement meter that detects a displacement amount of a measurement point on the workpiece, and a gap between the imaging unit and the displacement meter. A moving means for moving the imaging means and the displacement meter relative to the workpiece in a measurement three-dimensional space while maintaining a positional relationship constant; a movement amount detecting means for detecting a movement amount by the moving means; storage means for storing the positional relationship information indicating a positional relationship between a display means for displaying an image and a measurement point position mark indicating the position of the measuring point of the displacement gauge of the workpiece imaged by the imaging means, before Symbol measured and a display control means for changing the display position of the point position mark, wherein the display control unit, wherein the time of imaging of the workpiece by the imaging means, the positional relationship information from the center of the display screen of the display unit The measurement point position mark is displayed at a position changed based on the above, and when switching to the measurement by the displacement meter, the display position of the measurement point position mark is set to be the center of the display screen of the display means. When the display position of the image of the workpiece on the display screen is changed and the measurement is switched to the measurement by the displacement meter, the movement unit moves the imaging unit, the displacement meter, and the workpiece relative to each other. The relative display position of the measurement point position mark with respect to the image of the workpiece is changed based on the amount of movement obtained by the detecting means .

この発明によれば、撮像手段と変位計との位置関係を示す位置関係情報が記憶手段に記憶される。表示制御手段が、移動量検出手段により検出された移動量と、前記位置関係情報とに基づき、ワークの画像に対する測定点位置マークの表示位置を変化させる。このため、変位計と同軸に撮像手段を配置しなくとも、オペレータが変位計による測定位置を理解することができる。   According to the present invention, the positional relationship information indicating the positional relationship between the imaging unit and the displacement meter is stored in the storage unit. The display control means changes the display position of the measurement point position mark with respect to the image of the workpiece based on the movement amount detected by the movement amount detection means and the positional relationship information. Therefore, the operator can understand the measurement position by the displacement meter without arranging the imaging means coaxially with the displacement meter.

本発明の実施の形態に係る非接触3次元測定装置の全体構成を示す。1 shows an overall configuration of a non-contact three-dimensional measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. 図1に示す撮像ユニット17の内部構造を示す。The internal structure of the imaging unit 17 shown in FIG. 1 is shown. 図1に示すレーザプローブ35の詳細な構成図を示す。The detailed block diagram of the laser probe 35 shown in FIG. 1 is shown. 3次元測定機1及びコンピュータシステム2の構成を更に詳細に示した装置全体のブロック図である。It is a block diagram of the whole apparatus which showed the structure of the coordinate measuring machine 1 and the computer system 2 in detail. 校正用冶具100の構成を示す。The structure of the calibration jig 100 is shown. 位置校正データの算出法を示す。The calculation method of position calibration data is shown. レーザプローブ35による測定を実行する手順を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing a procedure for executing measurement by a laser probe 35; レーザプローブ35による測定を実行する場合におけるワーク12の画像P1を撮像する様子を示す。A state in which an image P1 of the workpiece 12 in the case of performing measurement by the laser probe 35 is shown. レーザプローブ35による測定を実行する場合のCRT25の表示画面の変化を示す。The change of the display screen of CRT25 in the case of performing the measurement by the laser probe 35 is shown. レーザプローブ35による測定を実行する場合のCRT25の表示画面の別の例を示す。Another example of the display screen of the CRT 25 when performing measurement by the laser probe 35 is shown.

以下、図面を参照してこの発明の好ましい実施の形態について説明する。
図1は、この発明の実施の形態に係る非接触3次元測定装置の全体構成を示す斜視図である。この装置は、非接触画像測定機能と非接触変位測定機能とを備えた3次元測定機1と、この3次元測定機1を駆動制御すると共に、必要なデータ処理を実行するコンピュータシステム2とにより構成されている。
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view showing an overall configuration of a non-contact three-dimensional measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. This apparatus includes a three-dimensional measuring machine 1 having a non-contact image measuring function and a non-contact displacement measuring function, and a computer system 2 that drives and controls the three-dimensional measuring machine 1 and executes necessary data processing. It is configured.

3次元測定機1は、次のように構成されている。即ち、架台11上には、ワーク12を載置する測定テーブル13が装着されており、この測定テーブル13は、図示しないY軸駆動機構によってY軸方向に駆動される。架台11の両側縁中央部には上方に延びる支持アーム14、15が固定されており、この支持アーム14、15の両上端部を連結するようにX軸ガイド16が固定されている。このX軸ガイド16には、撮像ユニット17が支持されている。撮像ユニット17は、図示しないX軸駆動機構によってX軸ガイド16に沿って駆動される。コンピュータシステム2は、計測情報処理及び各種制御を司るコンピュータ21と、各種指示情報を入力するキーボード22、ジョイスティックボックス23及びマウス24と、計測画面、指示画面及び計測結果を表示するCRTCRT25と、計測結果をプリントアウトするプリンタ26とを備えて構成されている。   The three-dimensional measuring machine 1 is configured as follows. That is, a measurement table 13 on which the workpiece 12 is placed is mounted on the gantry 11, and this measurement table 13 is driven in the Y-axis direction by a Y-axis drive mechanism (not shown). Support arms 14 and 15 extending upward are fixed to the center of both side edges of the gantry 11, and an X-axis guide 16 is fixed so as to connect both upper ends of the support arms 14 and 15. An imaging unit 17 is supported on the X-axis guide 16. The imaging unit 17 is driven along the X-axis guide 16 by an X-axis drive mechanism (not shown). The computer system 2 includes a computer 21 that controls measurement information processing and various controls, a keyboard 22 that inputs various instruction information, a joystick box 23 and a mouse 24, a CRTCRT 25 that displays a measurement screen, an instruction screen, and measurement results, and measurement results. And a printer 26 for printing out the image.

撮像ユニット17の内部は、図2に示すように構成されている。即ち、X軸ガイド16に沿って移動可能にスライダ31が設けられ、スライダ31に一体にZ軸ガイド32が固定されている。このZ軸ガイド32には、支持板33がZ軸方向に摺動自在に設けられ、この支持板33に、画像測定用の撮像手段であるCCDカメラ34と、非接触変位計であるレーザプローブ35とが併設されている。これにより、CCDカメラ34とレーザプローブ35とは、一定の位置関係を保ってX、Y、Zの3軸方向に同時に移動できるようになっている。CCDカメラ34には、撮像範囲を照明するための照明装置36が付加されている。なお、本実施の形態では、CCDカメラ34は、画像測定のためだけでなく、レーザプローブ35の測定時における撮像範囲の確認のためにも使用される。レーザプローブ35は、撮像ユニット17の移動の際にレーザプローブ35を退避するための上下動機構40と、レーザビームの方向性を最適な方向に適合させるための回転機構41とにより支持されている。   The inside of the imaging unit 17 is configured as shown in FIG. That is, the slider 31 is provided so as to be movable along the X-axis guide 16, and the Z-axis guide 32 is fixed to the slider 31 integrally. A support plate 33 is provided on the Z-axis guide 32 so as to be slidable in the Z-axis direction. The support plate 33 is provided with a CCD camera 34 as an imaging means for image measurement, and a laser probe as a non-contact displacement meter. 35. As a result, the CCD camera 34 and the laser probe 35 can move simultaneously in the three axial directions of X, Y, and Z while maintaining a fixed positional relationship. An illumination device 36 for illuminating the imaging range is added to the CCD camera 34. In the present embodiment, the CCD camera 34 is used not only for image measurement but also for confirming the imaging range at the time of measurement by the laser probe 35. The laser probe 35 is supported by a vertical movement mechanism 40 for retracting the laser probe 35 when the imaging unit 17 is moved, and a rotation mechanism 41 for adapting the directivity of the laser beam to an optimum direction. .

図3は、レーザプローブ35の詳細を示す図である。半導体レーザ51から放射された光は、ビームスプリッタ52及び1/4波長板53を介したのち、コリメートレンズ54によって平行光線とされ、ミラー55、56及び対物レンズ57を介してワーク12の測定部に光スポットを形成する。ワーク12の測定部から反射された光は、ミラー56、55、コリメートレンズ54及び1/4波長板53の逆経路を辿ってビームスプリッタ52で反射され、エッジミラー58で上下に二分割される。上下に分割された光は、上下に配置された2分割受光素子59、60で検出される。   FIG. 3 is a diagram showing details of the laser probe 35. The light emitted from the semiconductor laser 51 passes through the beam splitter 52 and the quarter-wave plate 53 and is then converted into a parallel light beam by the collimator lens 54 and passes through the mirrors 55 and 56 and the objective lens 57 to measure the workpiece 12. To form a light spot. The light reflected from the measurement unit of the workpiece 12 follows the reverse path of the mirrors 56 and 55, the collimating lens 54 and the quarter wavelength plate 53, is reflected by the beam splitter 52, and is divided into two parts by the edge mirror 58. . The light divided vertically is detected by the two-divided light receiving elements 59 and 60 arranged vertically.

検出回路61は、2分割受光素子59、60からの出力信号をもとに対物レンズ57の焦点位置からワーク12の測定面62までのずれ量に応じた信号を出力する。サーボ回路63は、検出回路61の検出出力に基づいて駆動機構64に対物レンズ57の駆動のための駆動信号を出力する。対物レンズ57が上下動すると、変位検出器66の可動部材67が固定部材68に対して移動する。この移動量が変位量として出力される。   The detection circuit 61 outputs a signal corresponding to the amount of deviation from the focal position of the objective lens 57 to the measurement surface 62 of the workpiece 12 based on the output signals from the two-divided light receiving elements 59 and 60. The servo circuit 63 outputs a drive signal for driving the objective lens 57 to the drive mechanism 64 based on the detection output of the detection circuit 61. When the objective lens 57 moves up and down, the movable member 67 of the displacement detector 66 moves with respect to the fixed member 68. This movement amount is output as a displacement amount.

図4には、3次元測定機1及びコンピュータシステム2の構成を更に詳細に示した装置全体のブロック図が示されている。3次元測定機1において、画像測定用のCCDカメラ34でワーク12を撮像して得られた画像信号は、A/D変換器71で多値画像データに変換されたのち、コンピュータ21に供給される。CCDカメラ34の撮像に必要な照明光は、コンピュータ21の制御に基づき、照明制御部74が照明装置36をそれぞれ制御することにより与えられる。レーザプローブ35から得られた変位量の信号は、A/D変換器76を介してコンピュータ21に供給される。そして、これらを含む撮像ユニット17が、コンピュータ21の制御に基づいて動作するXYZ軸駆動部77によってXYZ軸方向に駆動される。撮像ユニット17のXYZ軸方向の位置は、XYZ軸エンコーダ78によって検出され、コンピュータ21に供給される。   FIG. 4 is a block diagram of the entire apparatus showing the configurations of the coordinate measuring machine 1 and the computer system 2 in more detail. In the three-dimensional measuring machine 1, the image signal obtained by imaging the workpiece 12 with the CCD camera 34 for image measurement is converted into multivalued image data by the A / D converter 71 and then supplied to the computer 21. The Illumination light necessary for imaging by the CCD camera 34 is given by the illumination control unit 74 controlling the illumination device 36 based on the control of the computer 21. A displacement amount signal obtained from the laser probe 35 is supplied to the computer 21 via the A / D converter 76. Then, the imaging unit 17 including these is driven in the XYZ axis direction by an XYZ axis driving unit 77 that operates based on the control of the computer 21. The position of the imaging unit 17 in the XYZ axis direction is detected by the XYZ axis encoder 78 and supplied to the computer 21.

一方、コンピュータ21は、制御の中心をなすCPU81と、このCPU81に接続される多値画像メモリ82と、プログラム記憶部83と、ワークメモリ84と、インタフェース85、86、88と、多値画像メモリ82に記憶された多値画像データをCRT25に表示するための表示制御部87とにより構成されている。多値画像メモリ82に格納された多値画像データは、表示制御部87の表示制御動作によってCRT25に表示される。   On the other hand, the computer 21 has a central control CPU 81, a multi-value image memory 82 connected to the CPU 81, a program storage unit 83, a work memory 84, interfaces 85, 86, 88, and a multi-value image memory. And a display control unit 87 for displaying the multi-valued image data stored in 82 on the CRT 25. The multi-value image data stored in the multi-value image memory 82 is displayed on the CRT 25 by the display control operation of the display control unit 87.

一方、キーボード22、ジョイスティック23及びマウス24から入力されるオペレータの指示情報は、インタフェース85を介してCPU81に入力される。また、CPU81には、レーザプローブ35で検出された変位量やXYZ軸エンコーダ78からのXYZ座標情報等を取り込む。CPU81は、これらの入力情報、オペレータの指示及びプログラム記憶部83に格納されたプログラムに基づいて、XYZ軸駆動部77によるステージ移動、測定値の演算処理等の各種の処理を実行する。ワークメモリ84は、CPU81の各種処理のための作業領域を提供する。後述するように、CCDカメラ34とレーザプローブ35との間の位置関係を示す位置校正データも、このワークメモリ84に記憶される。
CCDカメラ34による画像測定及びレーザプローブ35による高さ測定の測定値は、インタフェース86を介してプリンタ26に出力される。また、インタフェース88は、外部の図示しないCADシステム等より提供されるワーク12のCADデータを、所定の形式に変換してコンピュータシステム21に入力するためのものである。
On the other hand, operator instruction information input from the keyboard 22, joystick 23 and mouse 24 is input to the CPU 81 via the interface 85. Further, the CPU 81 captures the displacement detected by the laser probe 35, XYZ coordinate information from the XYZ axis encoder 78, and the like. The CPU 81 executes various processes such as stage movement by the XYZ axis driving unit 77 and calculation processing of measured values based on the input information, the operator's instructions, and the program stored in the program storage unit 83. The work memory 84 provides a work area for various processes of the CPU 81. As will be described later, position calibration data indicating the positional relationship between the CCD camera 34 and the laser probe 35 is also stored in the work memory 84.
Measurement values of image measurement by the CCD camera 34 and height measurement by the laser probe 35 are output to the printer 26 via the interface 86. The interface 88 is for converting CAD data of the work 12 provided from an external CAD system or the like (not shown) into a predetermined format and inputting it to the computer system 21.

CCDカメラ34に基づくX、Y方向の画像測定の測定データと、レーザプローブ35による高さ測定の測定データとは、CCDカメラ34とレーザプローブ35との間の位置校正データに基づいて合成され、この合成されたデータが、ワーク12の測定データとなる。この位置校正データを求める具体的な方法を説明する。   The measurement data of the image measurement in the X and Y directions based on the CCD camera 34 and the measurement data of the height measurement by the laser probe 35 are synthesized based on the position calibration data between the CCD camera 34 and the laser probe 35, This synthesized data becomes the measurement data of the workpiece 12. A specific method for obtaining the position calibration data will be described.

CCDカメラ34とレーザ変位計35の間の位置校正データを求めるために、この実施の形態では、図5に示すように平板状の校正用治具100を測定テーブル13上に載置する。図5(a)は、校正用治具100の平面図、(b)は側面図である。図示のようにこの校正用治具100は、基板101上に、基準パターンとして、CCDカメラ34の視野範囲内に入るように金属膜等の光反射体による台形パターン102を形成したものである。台形パターン102は、シャープなエッジを持ち、レーザプローブ35の測長範囲にある微小な高さhを持って形成されたもので、非平行の二つの辺、即ちA1−A2間の直線線分L1と、B1−B2間の直線線分L2とを含む。校正データは、これらの線分L1,L2を、二つの光学式側長器であるCCDカメラ34とレーザプローブ35とにより測定して、次のようにして求める。   In this embodiment, in order to obtain position calibration data between the CCD camera 34 and the laser displacement meter 35, a flat calibration jig 100 is placed on the measurement table 13 as shown in FIG. 5A is a plan view of the calibration jig 100, and FIG. 5B is a side view. As shown in the figure, the calibration jig 100 has a trapezoidal pattern 102 formed of a light reflector such as a metal film on a substrate 101 so as to fall within the field of view of the CCD camera 34 as a reference pattern. The trapezoidal pattern 102 has a sharp edge and is formed with a minute height h in the measurement range of the laser probe 35. The trapezoid pattern 102 has two non-parallel sides, that is, a straight line segment between A1 and A2. L1 and a straight line segment L2 between B1-B2. The calibration data is obtained as follows by measuring these line segments L1 and L2 with the CCD camera 34 and the laser probe 35 which are two optical side length devices.

CCDカメラ34で治具100を撮像して、よく知られたエッジ検出を利用して画像処理すれば、二つの線分L1、L2を求めることができる。またレーザプローブ35により、Y軸上の異なる2点でX方向走査を行って、同様にエッジ検出と簡単な計算により二つの線分L1、L2を求めることができる。いま、CCDカメラ34とレーザプローブ35の測定座標を、図6に示すようにそれぞれ、(X1,Y1)、(X2,Y2)として、これらの中心座標のズレ、即ちオフセット値を(x0,y0)とすると、線分L1についてCCDカメラ34により求められる式と、レーザプローブ35により求められる式は、下記数1の関係になる。   If the jig 100 is imaged by the CCD camera 34 and image processing is performed using well-known edge detection, the two line segments L1 and L2 can be obtained. In addition, the laser probe 35 performs X-direction scanning at two different points on the Y axis, and similarly, two line segments L1 and L2 can be obtained by edge detection and simple calculation. Now, the measurement coordinates of the CCD camera 34 and the laser probe 35 are (X1, Y1) and (X2, Y2), respectively, as shown in FIG. 6, and the deviation of these center coordinates, that is, the offset value is (x0, y0). ), The equation obtained by the CCD camera 34 for the line segment L1 and the equation obtained by the laser probe 35 have the following relationship:

[数1]
y=a11x+b11
y−y0=a12(x−x0)+b12
[Equation 1]
y = a 11 x + b 11
y−y0 = a 12 (x−x0) + b 12

同様に、線分L2についてそれぞれCCDカメラ6とレーザ変位計7により求められる式は、下記数2の関係になる。     Similarly, the equations obtained by the CCD camera 6 and the laser displacement meter 7 for the line segment L2 are expressed by the following equation (2).

[数2]
y=a21x+b21
y−y0=a22(x−x0)+b22
[Equation 2]
y = a 21 x + b 21
y−y0 = a 22 (x−x0) + b 22

なお、CCDカメラ34とレーザプローブ35とによる測定は、上述のようにその一方で測定を行った後、X,Y軸方向に測定系を移動させて他方の測定を行うことになるが、この場合2回の測定の間の測定系のX,Y水平面内の移動量を考慮にいれて、上の数1及び数2の相対位置関係を求めることができる。   In the measurement by the CCD camera 34 and the laser probe 35, as described above, after one measurement is performed, the measurement system is moved in the X and Y axis directions to perform the other measurement. In this case, the relative positional relationship of the above equations (1) and (2) can be obtained in consideration of the amount of movement in the X and Y horizontal planes of the measurement system between two measurements.

線分L1、L2の傾きは、二つの測定系の座標中心のオフセットに拘らず、CCDカメラ34とレーザプローブ35とで等しく求められるから、数1及び数2において、a11=a12(=a),a21=a22(=a)である。これらを数1及び数2に代入して、x、yを消去する演算を行うと、二つの中心座標のオフセット値(x0,y0)は、下記数3のように求められる。このオフセット値(x0,y0)が、CCDカメラ34とレーザプローブ35の間の位置校正データとしてワークメモリ84に記憶される。 The slope of the line segments L1, L2, regardless of the offset of the coordinate centers of the two measurement systems, because obtained equal between CCD camera 34 and the laser probe 35, in Equations 1 and 2, a 11 = a 12 ( = a 1 ), a 21 = a 22 (= a 2 ). By substituting these into Equations 1 and 2 and performing an operation for erasing x and y, the offset values (x0, y0) of the two central coordinates are obtained as shown in Equation 3 below. The offset value (x0, y0) is stored in the work memory 84 as position calibration data between the CCD camera 34 and the laser probe 35.

[数3]
={(b21−b22)−(b11−b12)}/(a−a
={a(b21−b22)−a(b11−b12)}/(a−a
[Equation 3]
x 0 = {(b 21 -b 22) - (b 11 -b 12)} / (a 1 -a 2)
y 0 = {a 1 (b 21 -b 22) -a 2 (b 11 -b 12)} / (a 1 -a 2)

求められた位置校正データを用いることにより、ワーク12の二次元形状の測定をCCDカメラ34により実行し、ワーク12の各部の高さ測定をレーザプローブ35により実行して、両者の測定データの位置相関を正確にとりながら、ワーク12の3次元形状測定を行うことができる。レーザプローブ35による高さ測定の際には、レーザプローブ35とは同軸に配置されていないCCDカメラ34により取得された画像データと、この位置校正データとを用いて、レーザプローブ35による測定位置をCRT25に表示する。   By using the obtained position calibration data, the measurement of the two-dimensional shape of the workpiece 12 is performed by the CCD camera 34, the height measurement of each part of the workpiece 12 is performed by the laser probe 35, and the positions of the measurement data of both are measured. The three-dimensional shape of the workpiece 12 can be measured while accurately obtaining the correlation. When the height is measured by the laser probe 35, the measurement position by the laser probe 35 is determined by using the image data acquired by the CCD camera 34 that is not arranged coaxially with the laser probe 35 and the position calibration data. Display on CRT 25.

次に、このレーザプローブ35による高さ測定における3次元測定機1の動作を、図7に示すフローチャートに沿って、図8及び図9を参照して説明する。
まず、図8に示すように、レーザプローブ35により測定しようとする測定点S1を含む画像P1を、CCDカメラ34により撮像して取得する(図7のS1)。得られた画像P1は、多値画像メモリ82に一旦記憶される。また、CPU81は、ワークメモリ84に記憶された位置校正データを読出す。そして、図9(a)に示すように、画像P1をCRT25上に表示するが、このとき画像P1の中心から、位置校正データの分だけズレた位置に、測定点S1を示す測定位置マークM1を表示する(S2)。
Next, the operation of the coordinate measuring machine 1 in the height measurement by the laser probe 35 will be described with reference to FIGS. 8 and 9 along the flowchart shown in FIG.
First, as shown in FIG. 8, an image P1 including a measurement point S1 to be measured by the laser probe 35 is captured and acquired by the CCD camera 34 (S1 in FIG. 7). The obtained image P1 is temporarily stored in the multi-valued image memory 82. Further, the CPU 81 reads the position calibration data stored in the work memory 84. As shown in FIG. 9A, the image P1 is displayed on the CRT 25. At this time, the measurement position mark M1 indicating the measurement point S1 is shifted from the center of the image P1 by the position calibration data. Is displayed (S2).

次に、レーザプローブ35による測定への切り替えが実行されると(S3)、同図(b)に示すように、この測定位置マークM1の位置が、CRT25の画面中心に来るよう、表示画面が変化する(S4)。この状態から更にレーザプローブ35が移動すると(S5)、この移動量がXYZ軸エンコーダ78により検出され、エンコーダ78の検出信号がCPU81に入力される。CPU81は、レーザプローブ35の移動量に基づく制御信号を表示制御部87に送信し、表示制御部87は、この制御信号に基づき、画像P1上における測定位置マークM1の相対的な表示位置を変化させて(S6)、レーザプローブ25の測定点が移動したことを表示させる。ここでは、図9(c)に示すように、測定位置マークM1は画面中心から移動せず、背景である画像P1の方が移動するようにしている。また、同図に示すように、測定点S1の移動の軌跡を示す矢印Y1を表示するようにしてもよい。また、図10に示すように、画像P1は動かず、測定位置マークM1の方を移動させるようにしてもよい。このときも軌跡を示す矢印Y1を表示させることができる。   Next, when switching to measurement by the laser probe 35 is executed (S3), the display screen is displayed so that the position of the measurement position mark M1 is at the center of the screen of the CRT 25 as shown in FIG. Change (S4). When the laser probe 35 further moves from this state (S5), this amount of movement is detected by the XYZ-axis encoder 78, and a detection signal of the encoder 78 is input to the CPU 81. The CPU 81 transmits a control signal based on the amount of movement of the laser probe 35 to the display control unit 87, and the display control unit 87 changes the relative display position of the measurement position mark M1 on the image P1 based on this control signal. (S6) to display that the measurement point of the laser probe 25 has moved. Here, as shown in FIG. 9C, the measurement position mark M1 does not move from the center of the screen, but the background image P1 moves. In addition, as shown in the figure, an arrow Y1 indicating the locus of movement of the measurement point S1 may be displayed. Further, as shown in FIG. 10, the measurement position mark M <b> 1 may be moved without moving the image P <b> 1. Also at this time, the arrow Y1 indicating the locus can be displayed.

なお、レーザプローブ35が、画像P1よりも外へ移動した場合には、その位置において改めてワーク12の画像を取得し、その画像に基づいて測定点S1を示す測定位置マークM1を表示する。このときも、ワークメモリ84に記憶された位置校正データに基いて、測定位置マークM1の表示位置が決定される。   When the laser probe 35 moves outside the image P1, the image of the workpiece 12 is acquired again at that position, and the measurement position mark M1 indicating the measurement point S1 is displayed based on the image. Also at this time, the display position of the measurement position mark M1 is determined based on the position calibration data stored in the work memory 84.

以上、発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、様々な変更、追加等が可能である。例えば、上記実施の形態では、変位計として1つの測定点の高さを測定するレーザプローブ35を使用していたが、多数の測定点を連続的に測定する倣いレーザプローブを使用した測定機にも、本発明を適用することができる。また、変位計として、レーザプローブの代わりにタッチプローブ等を使用した測定機にも、本発明を適用することができる。   As mentioned above, although embodiment of invention was described, this invention is not limited to these, A various change, addition, etc. are possible in the range which does not deviate from the meaning of invention. For example, in the above-described embodiment, the laser probe 35 that measures the height of one measurement point is used as a displacement meter. However, the measuring machine uses a scanning laser probe that continuously measures a large number of measurement points. Also, the present invention can be applied. The present invention can also be applied to a measuring machine that uses a touch probe or the like instead of a laser probe as a displacement meter.

1・・・3次元測定機、 2・・・コンピュータシステム、 11・・・架台、 12・・・ワーク、 13・・・測定テーブル、 14、15・・・支持アーム、 16・・・X軸ガイド、 17・・・撮像ユニット、 21・・・コンピュータ、 22・・・キーボード、 23・・・ジョイスティックボックス、 24・・・マウス、 25・・・CRTディスプレイ、 26・・・プリンタ、 34・・・CCDカメラ、 35・・・レーザプローブ、36・・・照明装置、 40・・・上下動機構、 41・・・回転機構、 51・・・半導体レーザ、 52・・・ビームスプリッタ、 53・・・1/4波長板、 54・・・コリメートレンズ、 55、56・・・ミラー、 57・・・対物レンズ、 58・・・エッジミラー、 59、60・・・2分割受光素子、 61・・・検出回路、 63・・・サーボ回路、64・・・駆動機構、 66・・・変位検出器、 67・・・可動部材、 68・・・固定部材、 71・・・A/D変換器、 74・・・照明制御部、 76・・・A/D変換器、 77・・・XYZ軸駆動部、 78・・・XYZ軸エンコーダ、 81・・・CPU、 82・・・多値画像メモリ、 83・・・プログラム記憶部、 84・・・ワークメモリ、 85、86、88・・・インタフェース、 87・・・表示制御部、 100・・・校正用治具、 101・・・基板、 102・・・台形パターン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Three-dimensional measuring machine, 2 ... Computer system, 11 ... Mount, 12 ... Workpiece, 13 ... Measurement table, 14, 15 ... Support arm, 16 ... X axis Guide, 17 ... Imaging unit, 21 ... Computer, 22 ... Keyboard, 23 ... Joystick box, 24 ... Mouse, 25 ... CRT display, 26 ... Printer, 34 ... -CCD camera, 35 ... laser probe, 36 ... illumination device, 40 ... vertical movement mechanism, 41 ... rotation mechanism, 51 ... semiconductor laser, 52 ... beam splitter, 53 ... -1/4 wavelength plate, 54 ... collimating lens, 55, 56 ... mirror, 57 ... objective lens, 58 ... edge mirror, 59, 60 ... two-divided light receiving element 61 ... Detection circuit, 63 ... Servo circuit, 64 ... Drive mechanism, 66 ... Displacement detector, 67 ... Movable member, 68 ... Fixed member, 71 ... A / D converter, 74 ... Illumination control unit, 76 ... A / D converter, 77 ... XYZ axis drive unit, 78 ... XYZ axis encoder, 81 ... CPU, 82 ... many Value image memory, 83 ... Program storage unit, 84 ... Work memory, 85, 86, 88 ... Interface, 87 ... Display control unit, 100 ... Calibration jig, 101 ... Substrate, 102 ... Trapezoid pattern

Claims (4)

ワークを撮像する撮像手段と、
前記ワーク上の測定点の変位量を検出する変位計と、
前記撮像手段及び前記変位計の間の位置関係を一定に保ちつつ前記撮像手段及び前記変位計を測定3次元空間内で前記ワークに対し相対的に移動させる移動手段と、
前記移動手段による移動量を検出する移動量検出手段と、
前記位置関係を示す位置関係情報を記憶する記憶手段と、
前記撮像手段により撮像された前記ワークの画像及び前記変位計の測定点の位置を示す測定点位置マークを表示する表示手段と、
記測定点位置マークの表示位置を変化させる表示制御手段と
を備え、
前記表示制御手段は、
前記撮像手段による前記ワークの撮像時には、前記表示手段の表示画面の中心から前記位置関係情報に基づいて変化した位置に前記測定点位置マークを表示させ、
前記変位計による測定に切り替わる際に、前記測定点位置マークの表示位置が前記表示手段の前記表示画面の中心となるように、前記表示画面における前記ワークの画像の表示位置を変化させ、
前記変位計による測定に切り替わった後に、前記移動手段により前記撮像手段及び前記変位計と前記ワークとが相対的に移動した場合、前記移動量検出手段により得られた前記移動量に基づき、前記ワークの画像に対する前記測定点位置マークの相対的な表示位置を変化させる
ことを特徴とする3次元測定装置。
Imaging means for imaging a workpiece;
A displacement meter that detects the amount of displacement of the measurement point on the workpiece;
Moving means for moving the imaging means and the displacement meter relative to the workpiece in a measurement three-dimensional space while keeping a positional relationship between the imaging means and the displacement meter constant;
A movement amount detection means for detecting a movement amount by the movement means;
Storage means for storing positional relationship information indicating the positional relationship;
Display means for displaying an image of the workpiece imaged by the imaging means and a measurement point position mark indicating the position of the measurement point of the displacement meter;
And a display control means for changing the display position of the previous SL measurement point position mark,
The display control means includes
When imaging the workpiece by the imaging means, the measurement point position mark is displayed at a position changed based on the positional relationship information from the center of the display screen of the display means,
When switching to measurement by the displacement meter, the display position of the workpiece image on the display screen is changed so that the display position of the measurement point position mark is the center of the display screen of the display means,
After the switching to the measurement by the displacement meter, when the imaging unit and the displacement meter and the workpiece are relatively moved by the moving unit, the workpiece is based on the movement amount obtained by the movement amount detection unit. 3. A three-dimensional measuring apparatus, wherein the relative display position of the measurement point position mark with respect to the image of is changed .
前記位置関係情報は、校正用冶具を用いて得られた測定結果により前記位置関係が演算され記憶されるものである請求項1記載の3次元測定装置。   The three-dimensional measuring apparatus according to claim 1, wherein the positional relationship information is obtained by calculating and storing the positional relationship based on a measurement result obtained using a calibration jig. 前記表示制御手段は、前記変位計が移動した場合、前記ワークの画像の表示位置を不変とする一方、前記測定点位置マークの前記ワークの画像上での表示位置を前記移動量検出手段により得られた前記移動量に基づき変更する請求項1記載の3次元測定装置。   The display control means makes the display position of the image of the workpiece unchanged when the displacement meter moves, while obtaining the display position of the measurement point position mark on the image of the workpiece by the movement amount detection means. The three-dimensional measuring apparatus according to claim 1, wherein the three-dimensional measuring apparatus changes based on the amount of movement. 前記表示制御手段は、前記変位計が移動した場合、前記測定位置マークの表示位置を不変とする一方、前記ワークの画像の表示位置を前記移動量検出手段により得られた前記移動量に基づき変更する請求項1記載の3次元測定装置。
The display control means makes the display position of the measurement position mark unchanged when the displacement meter moves, while changing the display position of the image of the workpiece based on the movement amount obtained by the movement amount detection means. The three-dimensional measuring apparatus according to claim 1.
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