JP5522402B2 - 三次元計測治具及びこれを用いた三次元計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ測定機によって、筒体や柱体等の棒状ワークの曲がり角度を計測するのに好適な三次元計測治具及びこれを用いた三次元計測方法に関するものである。

従来、上記した三次元計測治具としては、例えば、計測対象ワーク上に置かれる円盤状のベース部と、このベース部の一方の面から垂直に立ち上がる立壁部と、ベース部の他方の面中央から垂直に延出する円柱部を備えたものがあり、立壁部には、ベース部の一方の面に対して垂直方向に並ぶ２個の丸孔が形成されている。この立壁部における２個の丸孔は、レーザ光を反射する球状のリフレクタの保持孔として使用され、ベース部の円柱部と立壁部の２個の丸孔とは、２個の丸孔にはめ込んだリフレクタの各中心座標を結んで得られるベクトルが円柱部の軸心と一致する位置関係を成している。

この三次元計測治具では、立壁部の２個の丸孔にリフレクタを嵌め込むと共に、上記計測対象ワーク上の計測孔にベース部の円柱部を挿入した後、レーザ測定機からリフレクタに対してレーザ光の送受信を行い、このレーザ光の送受信で算出されるレーザ測定機からリフレクタ中心までの距離とレーザ光照射角度とから、２個の丸孔にはめ込んだリフレクタの各中心座標を求めて、これら２点を結ぶベクトルから円柱部の軸心、すなわち計測孔の軸心を求めるようになっている。
この三次元計測治具に類するものが非特許文献１に開示されている。

BRUNSON社 Online Metrology Cataloghttp://www.brunsonkc.com/Products/0.5THV.asp

しかしながら、上記した三次元計測治具では、平面にある計測孔の軸心を求めることができるものの、例えば、パイプの曲がり角度を計測することは困難であり、結局、従来においてパイプの曲がり角度を計測する場合には、手間隙がかかるうえに記録として残し難い二次元図面との照らし合わせによる計測が行われているのが実情であった。

本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、棒状ワークの曲がり角度を簡単に計測することができるのに加えて、棒状ワークの計測部位毎の曲がり角度を記録に残すことが可能になる三次元計測治具及びこれを用いた三次元計測方法を提供することを目的としている。

本発明の請求項１に係る発明は、筒体や柱体等の棒状ワークの曲がり角度を計測するのに用いられる三次元計測治具であって、互いに合体して前記棒状ワークの外周を囲んで装着される２個以上の治具構成体を備え、前記２個以上の治具構成体のうちの少なくとも１個の治具構成体には、レーザ光の送受信を行うことで中心の三次元座標が求められる球状のリフレクタをスライド可能に保持する計測溝が形成され、前記リフレクタを保持する計測溝は、前記棒状ワークの前記２個以上の治具構成体が装着される部位における断面を算出するのに必要な複数の位置を結んで形成されている構成としたことを特徴としており、この構成の三次元計測治具を前述した従来の課題を解決するための手段としている。

本発明の請求項２に係る三次元計測治具は、互いに合体して前記棒状ワークの外周に嵌合装着される一対の半円形治具構成体を前記２個以上の治具構成体をとし、前記リフレクタを保持する計測溝は、前記一対の半円形治具構成体において前記棒状ワークの外周に沿ってそれぞれ形成されている構成としている。

本発明の請求項３に係る三次元計測治具は、前記棒状ワークをくわえ込んで収容する治具本体及びこの治具本体と合体して前記棒状ワークを囲むワーク押さえを前記２個以上の治具構成体をとし、前記リフレクタを保持する計測溝は、前記治具本体に形成されている構成としている。

本発明の請求項４に係る三次元計測治具において、前記ワーク押さえは、前記棒状ワークをくわえ込んで収容する治具本体に対して、スペーサを介して又は前記棒状ワークとの間にスペーサを介して合体される構成としている。

一方、本発明の請求項５に係る発明は、請求項１に記載の三次元計測治具を用いて、筒体や柱体等の棒状ワークの曲がり角度を計測するに際して、前記棒状ワークに対して、前記三次元計測治具の２個以上の治具構成体を互いに合体させて装着するのに続いて、該三次元計測治具の前記計測溝に前記球状のリフレクタを嵌め込んだ後、前記リフレクタを前記計測溝に沿ってスライドさせる間に該リフレクタに対するレーザ光の送受信をレーザ測定機により行って、前記棒状ワークの前記２個以上の治具構成体が装着される部位における断面を含む平面を算出するのに必要な複数の位置における前記リフレクタの各中心座標を算出し、前記リフレクタの各中心座標を含む前記棒状ワークの断面を算出した後、この断面の法線の方向から前記棒状ワークの曲がり角度を求める構成としている。

ここで、棒状ワークの２個以上の治具構成体が装着される部位における断面を算出するのに必要な複数の位置とは、計測溝上の最低３箇所であって、計測溝上の計測ポイントは、計測精度を高めるうえで４箇所以上設定することが望ましい。

本発明に係る三次元計測治具及びこの三次元計測治具を用いた計測方法では、計測溝内でリフレクタをスライドさせ、このスライドの間にリフレクタに対するレーザ光の送受信を行って、計測溝の複数の部位でリフレクタの各中心座標を算出し、これらの中心座標を含む棒状ワークの断面からその法線の方向を求めるように成せば、棒状ワークの曲がり角度を求めて記録に残し得ることとなる。

この際、本発明の請求項２に係る三次元計測治具では、一対の半円形治具構成体が互いに合体して棒状ワークの外周に嵌合装着され、リフレクタを保持する計測溝が棒状ワークの外周に沿って形成されているので、棒状ワークの軸心の三次元座標も求まることとなる。

また、本発明の請求項３に係る三次元計測治具では、治具本体が棒状ワークをくわえ込んで収容し、ワーク押さえが治具本体と合体して棒状ワークを囲むようになっているので、棒状ワークの外周に嵌合装着される半円形治具構成体と比べて製作が容易になる。

さらに、本発明の請求項４に係る三次元計測治具では、ワーク押さえがスペーサを介して又は棒状ワークとの間にスペーサを介して治具本体に合体されるので、スペーサの大きさを変えることで、様々な径の棒状ワークの計測に対応し得ることとなる。

本発明に係る三次元計測治具では、上記した構成としているので、棒状ワークの曲がり角度を簡単に計測することができるうえ、棒状ワークの計測部位毎の曲がり角度を記録に残すことが可能になるという非常に優れた効果がもたらされる。

本発明の一実施例に係る三次元計測治具を棒状ワークに装着してリフレクタを計測溝にそってスライドさせている状態を示す正面説明図（ａ），側面説明図（ｂ），平面説明図（ｃ）及び三次元計測中の状況説明図（ｄ）である。 本発明の他の実施例に係る三次元計測治具を棒状ワークに装着してリフレクタを計測溝にそってスライドさせている状態を示す正面説明図（ａ），側面説明図（ｂ），平面説明図（ｃ）及び径が大きい棒状ワークに対応する場合の装着状態を示す正面説明図（ｄ）である。 本発明のさらに他の実施例に係る三次元計測治具を棒状ワークに装着した状態をそれぞれ示す正面説明図（ａ），（ｂ）である。

以下、本発明を図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係る三次元計測治具の一実施例を示しており、この実施例では、本発明に係る三次元計測治具を棒状ワークとしてのパイプの曲がり角度を計測するのに用いた場合を例に挙げて説明する。

図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、パイプ（棒状ワーク）Ｗの曲がり角度を計測する三次元計測治具１は、互いに同一形状を成す２つの半円形治具構成体２，２を備えている。
この半円形治具構成体２は、パイプＷの外周面Ｗａの半周部分と嵌合する内周面２ａと、この内周面２ａに沿って形成された外向き溝（計測溝）２ｂと、この外向き溝２ｂを塞き止めるようにして一端部に形成された接続片２ｃと、この接続片２ｃに形成された貫通孔２ｄを有しており、接続片２ｃ及び貫通孔２ｄは、半円形治具構成体２，２同士をドーナツ状に合体させた状態で互いに重なり合うようになっている。

この三次元計測治具１は、２つの半円形治具構成体２，２の各内周面２ａ，２ａをパイプＷの外周面Ｗａにそれぞれ嵌合させて、この状態で互いに重なる接続片２ｃ，２ｃの各貫通孔２ｄ，２ｄにボルト３を挿し通してナット４をねじ込むことにより、パイプＷの周囲を囲むようにして装着される。

この場合、外向き溝２ｂは、球状のリフレクタＲをスライド可能に保持する溝であり、半円形治具構成体２の外周の全長にわたって形成されている。
つまり、この三次元計測治具１をパイプＷに装着した状態では、互いに合体する両半円形治具構成体２，２の外向き溝２ｂ，２ｂにおける全長のうちの少なくとも６０％をカバーする複数個所（パイプＷの両半円形治具構成体２，２が装着される部位における断面を算出するのに必要な３箇所、望ましくは４つ以上の複数個所）において、リフレクタＲと後述する首振り機能付きのレーザ測定機Ｌとの間でレーザ光Ｌｒの送受信を行うことができるようになっている。

なお、リフレクタＲは、図示はしないが受光窓を有しており、この受光窓を通してレーザ光の受信及び送信をすることで、リフレクタＲの中心Ｒｐの座標が得られるようになっている。

上記した三次元計測治具１を用いて、パイプＷの曲がり角度を計測するに際しては、図１（ｄ）にも示すように、２つの半円形治具構成体２，２の各内周面２ａ，２ａをパイプＷの外周面Ｗａにそれぞれ嵌合させて、これで互いに重なる接続片２ｃ，２ｃ同士をボルト３及びナット４により接続することで、三次元計測治具１をパイプＷにその周囲を囲むようにしてセットする。

次いで、一方の半円形治具構成体２の外向き溝２ｂに球状のリフレクタＲを嵌め込んだ後、仮想線で示すように、外向き溝２ｂ上のリフレクタＲを一方の半円形治具構成体２の接続片２ｃ近傍から他方の半円形治具構成体２の接続片２ｃ近傍までスライドさせる間に、リフレクタＲに対するレーザ光Ｌｒの送受信を首振り機能付きのレーザ測定機Ｌにより行って、外向き溝２ｂ上における複数個所（パイプＷの両半円形治具構成体２，２が装着される部位における断面を算出するのに必要な３箇所、望ましくは４つ以上の複数個所）においてリフレクタＲの各中心Ｒｐの座標を算出する。

そして、リフレクタＲの各中心Ｒｐを結んで得られる円Ｃを含む断面を算出するのに続いて、この断面の法線Ｖの方向からパイプＷの曲がり角度を求める。

このように、本実施例に係る三次元計測治具１及びこの三次元計測治具１を用いた計測方法では、外向き溝２ｂ上でリフレクタＲをスライドさせ、このスライドの間にリフレクタＲに対してレーザ光Ｌｒの送受信をレーザ測定機Ｌにより行って、外向き溝２ｂの複数の部位でリフレクタＲの各中心Ｒｐの座標を算出し、これらの中心座標を含むパイプＷの断面からその法線Ｖの方向を求めるようにしているので、パイプＷの高精度な曲がり角度の計測が簡単に成されると共に、その計測値を記録に残し得ることとなる。

また、本実施例に係る三次元計測治具１及びこの三次元計測治具１を用いた計測方法では、一対の半円形治具構成体２，２が互いに合体してパイプＷの外周面Ｗａに嵌合装着され、リフレクタＲを保持する外向き溝２ｂがパイプＷの外周面Ｗａに沿って形成されているので、パイプＷの軸心の三次元座標も求まることとなる。

図２は、本発明に係る三次元計測治具の他の実施例を示しており、この実施例に係る三次元計測治具２１は、図２に示すように、パイプＷをくわえ込んで収容する略Ｖ字形状を成す治具本体２２Ａと、この治具本体２２Ａと合体してパイプＷを囲むワーク押さえ２２Ｂを備えている。

治具本体２２Ａは、パイプＷと接触する内側面２２ａと、両端部に形成された接続片２２ｃ，２２ｃと、接続片２２ｃ，２２ｃに形成された貫通孔２２ｄ，２２ｄを有しており、一方の端部から他方の端部にかけての折曲部を含む部分には、計測溝２２ｂが形成されている。

この三次元計測治具２１は、治具本体２２ＡにパイプＷを収容すると共に、ワーク押さえ２２Ｂを治具本体２２Ａに合体させて、この状態でワーク押さえ２２Ｂに重なる接続片２２ｃ，２２ｃの各貫通孔２２ｄ，２２ｄにボルト３，３を挿し通してナット４，４をそれぞれねじ込むことにより、パイプＷの周囲を囲むようにして装着される。

本実施例に係る三次元計測治具２１においても、計測溝２２ｂ上でリフレクタＲをスライドさせ、このスライドの間にリフレクタＲに対してレーザ光Ｌｒの送受信を行って、計測溝２２ｂの複数の部位でリフレクタＲの各中心の座標を算出し、これらの中心座標を含むパイプＷの断面からその法線の方向を求めることができるので、パイプＷの曲がり角度の計測が簡単に成されると共に、その計測値を記録に残し得ることとなる。

また、本実施例に係る三次元計測治具２１では、治具本体２２ＡがパイプＷをくわえ込んで収容し、ワーク押さえ２２Ｂが治具本体２２Ａと合体してパイプＷを囲むようになっているので、パイプＷの外周面Ｗａに嵌合装着される上記半円形治具構成体２と比べて製作が容易になる。

本実施例に係る三次元計測治具２１において、図２（ｄ）に示すように、ワーク押さえ２２Ｂを治具本体２２Ａに合体させる段階で、両者２２Ａ，２２Ｂ間にボルト３，３が挿通するスペーサＳ，Ｓを介在させた状態でボルト３，３にナット４，４をそれぞれねじ込むことにより、上記したパイプＷよりも径が大きい大径パイプＷｗの計測にも対応し得ることとなる。

図３（ａ）は、本発明に係る三次元計測治具のさらに他の実施例を示しており、この実施例に係る三次元計測治具３１は、図３（ａ）に示すように、パイプＷをくわえ込んで収容する略Ｕ字形状を成す治具本体３２Ａと、この治具本体３２Ａと合体してパイプＷを囲むワーク押さえ３２Ｂを備えている。

治具本体３２Ａは、パイプＷの外周面Ｗａの半周部分と嵌合する内周面３２ａと、この内周面３２ａに沿って形成された計測溝３２ｂと、両端部に形成された接続片３２ｃ，３２ｃと、接続片３２ｃ，３２ｃに形成された貫通孔３２ｄ，３２ｄを有している。

この三次元計測治具３１は、治具本体３２Ａの内周面３２ａとパイプＷの外周面Ｗａの半周部分とを嵌合させると共に、ワーク押さえ３２Ｂを治具本体３２Ａに合体させて、この状態でワーク押さえ３２Ｂに重なる接続片３２ｃ，３２ｃの各貫通孔３２ｄ，３２ｄにボルト３，３を挿し通してナット４，４をそれぞれねじ込むことにより、パイプＷの周囲を囲むようにして装着される。

本実施例に係る三次元計測治具３１においても、計測溝３２ｂ上でリフレクタＲをスライドさせ、このスライドの間にリフレクタＲに対してレーザ光Ｌｒの送受信を行って、計測溝３２ｂの複数の部位でリフレクタＲの各中心の座標を算出し、これらの中心座標を含むパイプＷの断面からその法線の方向を求めることができるので、パイプＷの曲がり角度の計測が簡単に成されると共に、その計測値を記録に残し得ることとなる。

また、本実施例に係る三次元計測治具３１では、治具本体３２Ａが略Ｕ字形状を成しているので、先の実施例に係る三次元計測治具２１の略Ｖ字形状を成す治具本体２２Ａと比べて、コンパクト化が図られることとなる。

図３（ｂ）は、本発明に係る三次元計測治具のさらに他の実施例を示しており、この実施例に係る三次元計測治具４１は、図３（ｂ）に示すように、パイプＷをくわえ込んで収容する略Ｕ字形状を成す治具本体４２Ａと、この治具本体４２Ａと合体してパイプＷを囲むワーク押さえ４２Ｂを備えている。

本実施例に係る三次元計測治具４１では、治具本体４２Ａの両端部が漸次広がるように形成されており、治具本体４２Ａの内周面４２ａがパイプＷの外周面Ｗａの約半周部分と嵌合する場合には（図３（ｂ）に実線で示す状態では）、ワーク押さえ４２Ｂは、パイプＷの外周面Ｗａに接触するようにして、治具本体４２Ａに対して装着され、一方、治具本体４２Ａの内周面４２ａの曲率半径がパイプＷの外周面Ｗａの曲率半径よりも大きい場合には（図３（ｂ）に一点鎖線で示す状態では）、ワーク押さえ４２Ｂは、パイプＷとの間にスペーサＳｐを介して治具本体４２Ａに対して装着される。

つまり、本実施例に係る三次元計測治具４１では、上記した実施例に係る三次元計測治具１，２１，３１と同様に、パイプＷの曲がり角度を簡単に計測することができるのに加えて、スペーサＳｐの大きさを変えることで、治具本体４２Ａの内周面４２ａよりも曲率半径が小さ目の様々な径のパイプＷの計測に対応し得ることとなる。

上記した実施例では、本発明に係る三次元計測治具を棒状ワークとしてのパイプの曲がり角度を計測するのに用いた場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、棒状ワークとしてのシャフトやポール等の柱体の曲がり角度を計測するのに用いることが可能である。

また、本発明に係る三次元計測治具及びこれを用いた計測方法の構成は、上記した実施例の構成に限定されるものではない。

１，２１，３１，４１ 三次元計測治具
２ 半円形治具構成体
２ｂ 外向き溝（計測溝）
２２Ａ,３２Ａ，４２Ａ 治具本体（治具構成体）
２２Ｂ，３２Ｂ，４２Ｂ ワーク押さえ（治具構成体）
２２ｂ，３２ｂ，４２ｂ 計測溝
Ｌｒ レーザ光
Ｒ リフレクタ
Ｒｐ リフレクタの中心
Ｓ スペーサ
Ｓｐ スペーサ
Ｖ 法線
Ｗ パイプ（棒状ワーク）
Ｗａ パイプの外周面
Ｗｗ 大径パイプ（棒状ワーク）

Claims (5)

1. 筒体や柱体等の棒状ワークの曲がり角度を計測するのに用いられる三次元計測治具であって、
   互いに合体して前記棒状ワークの外周を囲んで装着される２個以上の治具構成体を備え、
   前記２個以上の治具構成体のうちの少なくとも１個の治具構成体には、レーザ光の送受信を行うことで中心の三次元座標が求められる球状のリフレクタをスライド可能に保持する計測溝が形成され、
   前記リフレクタを保持する計測溝は、前記棒状ワークの前記２個以上の治具構成体が装着される部位における断面を算出するのに必要な複数の位置を結んで形成されている
   ことを特徴とする三次元計測治具。
2. 互いに合体して前記棒状ワークの外周に嵌合装着される一対の半円形治具構成体を前記２個以上の治具構成体をとし、前記リフレクタを保持する計測溝は、前記一対の半円形治具構成体において前記棒状ワークの外周に沿ってそれぞれ形成されている請求項１に記載の三次元計測治具。
3. 前記棒状ワークをくわえ込んで収容する治具本体及びこの治具本体と合体して前記棒状ワークを囲むワーク押さえを前記２個以上の治具構成体をとし、前記リフレクタを保持する計測溝は、前記治具本体に形成されている請求項１に記載の三次元計測治具。
4. 前記ワーク押さえは、前記棒状ワークをくわえ込んで収容する治具本体に対して、スペーサを介して又は前記棒状ワークとの間にスペーサを介して合体される請求項３に記載の三次元計測治具。
5. 請求項１に記載の三次元計測治具を用いて、筒体や柱体等の棒状ワークの曲がり角度を計測するに際して、
   前記棒状ワークに対して、前記三次元計測治具の２個以上の治具構成体を互いに合体させて装着するのに続いて、該三次元計測治具の前記計測溝に前記球状のリフレクタを嵌め込んだ後、
   前記リフレクタを前記計測溝に沿ってスライドさせる間に該リフレクタに対するレーザ光の送受信をレーザ測定機により行って、前記棒状ワークの前記２個以上の治具構成体が装着される部位における断面を含む平面を算出するのに必要な複数の位置における前記リフレクタの各中心座標を算出し、
   前記リフレクタの各中心座標を含む前記棒状ワークの断面を算出した後、この断面の法線の方向から前記棒状ワークの曲がり角度を求める
   ことを特徴とする三次元計測治具を用いた計測方法。

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