JP6124570B2

JP6124570B2 - Ｘｙｚ直交測定装置

Info

Publication number: JP6124570B2
Application number: JP2012263663A
Authority: JP
Inventors: 剛佐伯; 裕志酒井
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2017-05-10
Anticipated expiration: 2032-11-30
Also published as: JP2014109480A; EP2738515B1; EP2738515A1; US20140152805A1; US10365087B2

Description

本発明は、ＣＣＤカメラをＸＹＺ方向に移動させて測定ワークを計測する画像測定装置やタッチプローブをＸＹＺ方向に移動させて測定ワークを計測する３次元形状測定機などを総称するＸＹＺ直交測定装置に係り、特に、測定ワークに対する測定子の位置の直感的な把握を可能とすることで測定子の操作上の安全性を確保するとともに操作性の向上が可能なＸＹＺ直交測定装置に関する。

従来、測定テーブルと、該測定テーブルに対して相対的にＸＹＺ方向に移動するとともに該測定テーブル上に載置された測定ワークを測定するＣＣＤカメラ（測定子）と、を備えたＸＹＺ直交測定装置（特許文献１）が知られている。このようなＸＹＺ直交測定装置で、ＣＣＤカメラを粗く移動させる際には、測定ワークとＣＣＤカメラとの衝突に注意を払う必要がある。通常は、ＣＡＤデータを利用して干渉チェックを行うなど、測定ワークの設計データを利用することで測定ワークとＣＣＤカメラとの衝突を防止するようにしている。

特開２００３−２２７７０６号公報

しかしながら、測定ワークの設計データを利用しても、実際の測定ワークの配置や寸法がその設計データと異なる場合があり、その際にはその設計データを用いても測定ワークとＣＣＤカメラとの衝突を引き起こすおそれが残る。このため、その衝突を確実に回避するために、ＸＹＺ直交測定装置の操作者は、測定状態や結果などの情報を示すディスプレイから視線を実際のＣＣＤカメラの方に移動させて、測定ワークとＣＣＤカメラとの関係を注視しＣＣＤカメラの周囲の状態を確認し障害物を回避するようにＣＣＤカメラを移動させることとなる。つまり、ＸＹＺ直交測定装置が大型になるほどＣＣＤカメラが操作者の位置から遠方となるので、装置の操作には熟練が必要となってくる。同時に、このような操作は操作者には精神的に大きな負担となり、操作性の低下を招くおそれがあった。

本発明は、前記問題点を解決するべくなされたもので、測定ワークに対する測定子の位置の直感的な把握を可能とすることで測定子の操作上の安全性を確保するとともに操作性の向上が可能なＸＹＺ直交測定装置を提供することを課題とする。

本願の請求項１に係る発明は、測定テーブルと、該測定テーブルに対して相対的にＸＹＺ方向に移動するとともに該測定テーブル上に載置された測定ワークを測定する測定子と、を備えたＸＹＺ直交測定装置において、前記測定子を前記ＸＹＺ方向に移動させる駆動機構と、前記測定ワークにおける該測定子の相対的に移動可能な領域のすべてを網羅する鳥瞰図を構成可能とする画像を一度に撮像する広域観察カメラと、該画像に基づいて前記鳥瞰図を生成するとともに、前記駆動機構を駆動制御する信号に基づいて該鳥瞰図における前記測定子の位置を特定し、該鳥瞰図に該測定子の位置を合成したナビゲーションマップを構成する処理部と、該ナビゲーションマップを表示する表示部と、を備えたことにより、前記課題を解決したものである。

本願の請求項２に係る発明は、前記ナビゲーションマップに、前記測定ワークのＣＡＤデータを合成したものである。

本願の請求項３に係る発明は、前記ナビゲーションマップに、前記測定子による前記測定ワークの測定終了した領域を合成したものである。

本発明によれば、測定ワークに対する測定子の位置の直感的な把握を可能とすることで測定子の操作上の安全性を確保するとともに操作性の向上が可能となる。

本発明の第１実施形態に係るＸＹＺ直交測定装置の構成を示す概略模式図同じくＸＹＺ直交測定装置のコンピュータシステムの構成を示すブロック図同じくＸＹＺ直交測定装置の広域観察カメラの視野の一例を示す模式図同じくＸＹＺ直交測定装置の処理部において行われる収差補正を説明するための模式図同じくＸＹＺ直交測定装置の表示部に表示される画像の一例を示す模式図本発明の第２実施形態に係るＸＹＺ直交測定装置の構成を示す概略模式図本発明の第３実施形態に係るＸＹＺ直交測定装置の構成を示す概略模式図本発明の第４実施形態に係るディスプレイを示す概略模式図本発明の第５実施形態に係るＸＹＺ直交測定装置の構成を示す概略模式図同じくＸＹＺ直交測定装置の処理部において行われる収差補正を説明するための模式図

以下、図面を参照して、本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。

最初に、第１実施形態に係るＸＹＺ直交測定装置の構成について、主に図１、図２を用いて説明する。

ＸＹＺ直交測定装置は、非接触型のＸＹＺ直交測定機１と、ＸＹＺ直交測定機１を制御するととも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、測定結果等をプリントアウトするプリンタ３とにより構成されている。

前記ＸＹＺ直交測定機１では、図１に示す如く、架台１１上に測定ワーク１２を載置する測定テーブル１３が装着されており、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２つの支持アーム１４、１５が固定されており、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。Ｘ軸ガイド１６は、撮像ユニット１７を移動可能に支持している。

撮像ユニット１７は、図１に示す如く、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。撮像ユニット１７の下端部には、ＣＣＤカメラ１８（測定子）が測定テーブル１３と対向するように装着されている。また、撮像ユニット１７の内部には、図示しない照明装置及びフォーカシング機構の他、ＣＣＤカメラ１８のＺ軸方向の位置を移動させるＺ軸駆動機構が内蔵されている。このようにして、ＣＣＤカメラ１８は、測定テーブル１３に対して相対的にＸＹＺ方向に移動可能とされている。なお、このＸＹＺ各駆動機構は例えばパルスモータで構成され、その駆動は後述するコンピュータシステム２で制御される。これにより、ＣＣＤカメラ１８から得られた測定画像データに座標情報を付加することができる。即ち、ＣＣＤカメラ１８は、測定テーブル１３上載置された測定ワーク１２を測定し、測定画像Ｉｍｍ（図５参照）を得て、測定画像データを出力する。ＣＣＤカメラ１８には、広域観察カメラ１９が併設されている。

広域観察カメラ１９は、図１、図３に示す如く、ＣＣＤカメラ１８とともに移動可能とされており、且つ測定ワーク１２におけるＣＣＤカメラ１８の相対的に移動可能な領域のすべてを網羅する鳥瞰図Ｉｍｔ（図４（Ｂ）参照）を構成可能とする画像を一度に撮像することが可能とされている。具体的には、広域観察カメラ１９は、超広角レンズ（魚眼レンズを含む）を備えており、その焦点距離は短く（たとえば、焦点距離が２４ｍｍ未満）、且つ画角が広く（たとえば、画角が９０度以上とされるが、１８０度以上とされていてもよい）されている。このため、図４（Ａ）に示す如く、広域観察カメラ１９によって撮像される全体画像Ｉｍａｂは極めて広域となるものの収差（歪曲収差）の大きな画像となる。広域観察カメラ１９は、その全体画像Ｉｍａｂを全体画像データとして出力する。なお、広域観察カメラ１９は、図３に示す如く、ＣＣＤカメラ１８よりも、測定ワーク側に突出しないように配置されている（Ｈ２＜Ｈ１）。

前記コンピュータシステム２は、コンピュータ本体２１（処理部）、キーボード２２、ジョイスティックボックス（以下、Ｊ／Ｓと呼ぶ）２３、マウス２４（まとめて入力部）、及びディスプレイ２５（表示部）を備えて構成されている。

コンピュータ本体２１は、図２に示す如く、インタフェース（以下、Ｉ／Ｆとも呼ぶ）３１、３３、３４、３９、４１と、画像メモリ３２と、表示制御部３６と、ＲＯＭ３７と、ＨＤＤ３８と、ＲＡＭ４０と、を備えている。ＣＣＤカメラ１８から入力される測定ワーク１２の測定画像データは、インタフェース３１を介して画像メモリ３２、ＨＤＤ３８又はＲＡＭ４０に格納される。広域観察カメラ１９から入力される全体画像データは、Ｉ／Ｆ３３を介してＣＰＵ３５に入力される。そして、全体画像データは、ＣＰＵ３５で処理（ナビゲーションマップ処理）されて、ナビゲーションマップデータとして画像メモリ３２、ＨＤＤ３８又はＲＡＭ４０に格納される。画像メモリ３２、ＨＤＤ３８又はＲＡＭ４０に格納されたナビゲーションマップデータ及び測定画像データは、図５に示す如く、表示制御部３６を介してディスプレイ２５の画面にナビゲーションマップＩｍｎ１〜Ｉｍｎ３及び測定画像Ｉｍｍとして表示される。

キーボード２２、Ｊ／Ｓ２３、及びマウス２４は、図２に示す如く、Ｉ／Ｆ３４を介してＣＰＵ３５に接続される。即ち、キーボード２２、Ｊ／Ｓ２３、及びマウス２４は、測定ワーク１２のうちの対象とする要素を指定し、そこでどのような測定を行うのかの指定を行う。また、キーボード２２、Ｊ／Ｓ２３、及びマウス２４は、表示制御部３６に対して、どのデータをどのように表示するかを指定する。

ＣＰＵ３５は、ＲＯＭ３７に格納されたマクロプログラム、並びにＲＡＭ４０に格納された測定プログラム及び測定結果表示プログラムに従って、測定実行処理及び演算結果の表示処理を実行する。たとえば、測定実行処理として、キーボード２２、Ｊ／Ｓ２３、及びマウス２４で指定された測定画像Ｉｍｍの測定箇所において、ＣＰＵ３５は、指定された種類の測定を行うのに必要なエッジ検出を行い、その検出結果としての点列データを求める。そして、その点列データに基づき、指定された測定の種類に対応した演算を行い、その演算結果を求める。そして、ナビゲーションマップＩｍｎ１〜Ｉｍｎ３と測定画像Ｉｍｍの位置関係、及びその測定画像Ｉｍｍの測定箇所とその演算結果とを関連付けるファイルを作成し、そのファイルを画像メモリ３２、ＨＤＤ３８又はＲＡＭ４０に格納する。また、ＣＰＵ３５は、測定実行処理に従って、Ｉ／Ｆ４１を介してＸＹＺ直交測定機１を制御することができる。なお、図示しないＣＡＤシステムからのＣＡＤデータも測定画像Ｉｍｍ及びナビゲーションマップＩｍｎ１〜Ｉｍｎ３に対応付けて画像メモリ３２、ＨＤＤ３８又はＲＡＭ４０に記憶させるようにすることができる。例えば、ＣＡＤデータ内に含まれる設計データ、公差データ等を抽出し、演算結果と対応付けて記憶させておくことができる。

ＨＤＤ３８は、図示しないＣＡＤシステムから入力されたＣＡＤデータの他、点列データ、測定プログラム、測定結果表示プログラム等を格納する。ＲＡＭ４０は、各種プログラムを格納する他、各種データの処理領域を提供する。

次に、ＣＰＵ３５で行われる全体画像データのナビゲーションマップ処理について説明する。

Ｉ／Ｆ３３から入力された全体画像データは、ＣＰＵ３５でビットマップの画像情報に展開された後、歪曲収差の補正が行われる。歪曲収差の大まかな補正は、全体画像データを構成する各画素データの位置の座標変換により行う。たとえば、格子パターンを基準画像として、予めその基準画像を広域観察カメラ１９で、撮像を想定している仮想位置から撮像しておく。そして、その際に得られる歪曲した基準画像から座標変換係数（係数となる関数を含む）を求めてＲＡＭ４０に記憶しておく。そして、実際に図４（Ａ）に示すような全体画像Ｉｍａｂを示す全体画像データがＩ／Ｆ３３を介してＣＰＵ３５に入力された際に、座標変換係数をＲＡＭ４０からＣＰＵ３５に読み出し、全体画像データに適用して座標変換を行う。その際には、適宜に画素補完も行う。その結果として、全体画像データから図４（Ｂ）に示すような収差補正された仮想位置から見下ろした測定ワーク１２の３次元形状が判別可能な鳥瞰図Ｉｍｔを生成する。このとき、Ｉ／Ｆ４１に出力される信号からこの鳥瞰図ＩｍｔにおけるＣＣＤカメラ１８の位置１８Ａが特定される。このため、ＣＰＵ３５では、この鳥瞰図ＩｍｔにＣＣＤカメラ１８の位置１８Ａを合成して図５（Ａ）に示すナビゲーションマップＩｍｎ１を構成する。同時に、ナビゲーションマップＩｍｎ１に測定ワーク１２のＣＡＤデータを合成して図５（Ｂ）に示すナビゲーションマップＩｍｎ２を構成する。なお、ここではＣＡＤデータは破線（破線でなくても判別容易となる表示方法でよい）で表示し、符号Ｒは曲率を表している。また、ナビゲーションマップＩｍｎ１にＣＣＤカメラ１８による測定ワーク１２の測定完了した領域を合成して図５（Ｃ）に示すナビゲーションマップＩｍｎ３を構成する。なお、ここでは表示の都合上、破線円が円測定の完了を示し（特に破線円である必要はない）、斜線（斜線でなくてもよい）でハッチングされた円が面測定の完了を示している。これらの表示部分は、判別容易にするために例えば任意の色で着色表示することもできる。そして、得られたナビゲーションマップＩｍｎ１〜Ｉｍｎ３を画像メモリ３２、ＨＤＤ３８又はＲＡＭ４０に格納する。ディスプレイ２５では、適宜ナビゲーションマップＩｍｎ１〜Ｉｍｎ３の表示（図５（Ａ）〜（Ｃ））と計測画像Ｉｍｍの表示（図５（Ｄ））とを、キーボード２２、Ｊ／Ｓ２３、及びマウス２４で切り替えることができ、特にＣＣＤカメラ１８を大幅に移動させる際に、ナビゲーションマップＩｍｎ１〜Ｉｍｎ３の表示とすることができる。

このように、鳥瞰図形態のナビゲーションマップＩｍｎ１〜Ｉｍｎ３をディスプレイ２５に表示し、その際にＣＣＤカメラ１８の位置１８Ａも表示される。これにより、操作者はディスプレイ２５から目を離さずに、直感的に測定ワーク１２全体に対するＣＣＤカメラ１８の位置１８Ａを把握することができる。このため、実際のＣＣＤカメラ１８の動きを目視して観察することなく、操作者は直感的に容易にＣＣＤカメラ１８の衝突を回避することができる。

その際に、本実施形態においては、ナビゲーションマップＩｍｎ２には測定ワーク１２のＣＡＤデータが合成されているので、操作者に概略的な寸法をイメージさせることが可能となる。即ち、操作者は、鳥瞰図Ｉｍｔ上の距離感を定性的に把握することが可能である。このため、手動測定時の使い勝手の向上と測定監視時の信頼性向上が期待できる。

また、本実施形態においては、ナビゲーションマップＩｍｎ３にはＣＣＤカメラ１８による測定ワーク１２の測定終了した領域が合成されているので、測定ワーク１２の全体に対する測定状態を一目で把握することが可能である。

その際に、測定テーブル１３上の測定ワーク１２の配置を設計データではなく、実物ベースで把握することができるので、操作の安全性を向上させることができる。また、測定テーブル１３上のどの範囲を測定（移動）しているのか直感的に把握できるため、操作性の向上も可能となる。

従って、本実施形態においては、測定ワーク１２に対するＣＣＤカメラ１８の位置１８Ａの直感的な把握が可能となることでＣＣＤカメラ１８の操作上の安全性を確保するとともに操作性の向上が可能となる。

なお、本実施形態においては、３つのナビゲーションマップＩｍｎ１〜Ｉｍｎ３を別々に構成して別々に表示することで、ＣＡＤデータの様子と測定終了した領域の様子とを容易に判別できるようにしている。しかし、ＣＡＤデータの様子と測定終了した領域の様子とを合成した１つのナビゲーションマップだけをディスプレイ２５で表示するようにしてもよい。

本発明について第１実施形態を挙げて説明したが、本発明は第１実施形態に限定されるものではない。即ち本発明の要旨を逸脱しない範囲においての改良並びに設計の変更が可能なことはいうまでもない。

例えば、第１実施形態においては、広域観察カメラ１９が１台とされＣＣＤカメラ１８と一緒に移動し、ディスプレイ２５に表示されるナビゲーションマップＩｍｎ１〜Ｉｍｎ３も広域観察カメラ１９の移動とともに変化するようにされていたが、本発明はこれに限定されない。たとえばディスプレイに表示されるナビゲーションマップは、特定の一か所における静止画とされていてもよい。

また、図６に示す第２実施形態の如く、広域観察カメラ１１９がＣＣＤカメラ１１８とは分離されてＸ軸ガイド１１６に固定されていてもよい（他の構成は第１実施形態と同様なので説明を省略する）。即ち、ナビゲーションマップをＸＺ方向には移動させないようにすることもできる。そして、広域観察カメラは、１台に限定されず、複数台とされ、それぞれで一度撮像し、そこで得られた画像データを合成することで鳥瞰図が得られる形態であってもよい。

また、第１実施形態においては、ナビゲーションマップＩｍｎ２には、測定ワーク１２のＣＡＤデータが合成されていたが、本発明はこれに限定されない。たとえば、ＣＡＤデータは合成せずに、ナビゲーションマップＩｍｎ１とは別にＣＡＤデータをディスプレイに表示するようにしてもよいし、ＣＡＤデータを表示しなくてもよい。

また、第１実施形態においては、ナビゲーションマップＩｍｎ３には、ＣＣＤカメラ１８による測定ワーク１２の測定終了した領域が合成されていたが、本発明はこれに限定されない。たとえば、測定ワークの測定終了した領域を合成せずに、ナビゲーションマップＩｍｎ１とは別に測定終了した領域をディスプレイに表示するようにしてもよいし、測定ワークの測定終了した領域を表示しなくてもよい。

また、上記実施形態においては、測定子が非接触で画像を計測するためのＣＣＤカメラであったが、本発明はこれに限定されず、図７に示す第３実施形態の如く、測定子が先端にスタイラス２１８Ｂを備える接触式のタッチプローブ２１８とされていてもよい（他の構成は第１実施形態と同様なので説明を省略する）。

また、第１実施形態においては、入力手段としてキーボード２２、Ｊ／Ｓ２３及びマウス２４を用いていたが、本発明はこれに限定されず、図８に示す第４実施形態の如く、入力手段としてディスプレイ３２５のスクリーン３２５Ａにタッチパネル３２６を搭載するようにしてもよい（他の構成は第１実施形態と同様なので説明を省略する）。この場合は、マウスを使わずにタッチパネル３２６を使ってメニュー選択やエッジ検出位置の指示ができるようになり、装置をコンパクトにしながら操作性向上が見込める。

また、第１実施形態においては、広域観察カメラ１９が主として魚眼レンズを備えていることを想定したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図９、図１０に示す第５実施形態の如く、ボアホールカメラ用レンズを搭載した広域観察カメラ（半／全周囲カメラ）４１９であってもよい。この場合には、広域観察カメラ４１９で撮像される全体画像Ｉｍａｂに対して、注目したい視野（例えばタッチプローブ４１８の移動方向の視野）のみ（全てでもよい）の画像を収差補正して鳥瞰図Ｉｍｔを生成する。そして、その鳥瞰図ＩｍｔからナビゲーションマップＩｍｎを構成して、リアルタイムでディスプレイに表示してもよい（他の構成は第１実施形態と同様なので説明を省略する）。

なお、上記実施形態においては、上述してきたような特徴を有する広域観察カメラを用いるので、測定子とは別に通常の視野を有する観察用のカメラ（観察カメラ）を設けて一方向から画像で且つ限定された視野内で測定子の操作を行うよりも、操作上の安全が確保でき且つ操作をする上で熟練を必要としないようにすることができる。

本発明は、測定ワークに対してＣＣＤカメラやタッチプローブなどの測定子をＸＹＺ方向に動かすＸＹＺ直交測定装置に広く適用することが可能である。

１、１０１、２０１…ＸＹＺ直交測定機
２…コンピュータシステム
３…プリンタ
１１…架台
１２、２１２…測定ワーク
１３、２１３…測定テーブル
１４、１５…支持アーム
１６、１１６…Ｘ軸ガイド
１７、１１７…撮像ユニット
１８、１１８…ＣＣＤカメラ（測定子）
１９、１１９、２１９、４１９…広域観察カメラ
２１…コンピュータ本体
２２…キーボード
２３…ジョイスティックボックス（Ｊ／Ｓ）
２４…マウス
２５、３２５…ディスプレイ
３１、３３、３４、３９、４１…インタフェース（Ｉ／Ｆ）
３２…画像メモリ
３５…ＣＰＵ
３６…表示制御部
３７…ＲＯＭ
３８…ＨＤＤ
４０…ＲＡＭ
２１８、４１８…タッチプローブ（測定子）
３２６…タッチパネル
Ｉｍａｂ…全体画像
Ｉｍｍ…測定画像
Ｉｍｎ、Ｉｍｎ１〜Ｉｍｎ３…ナビゲーションマップ
Ｉｍｔ…鳥瞰図

Claims

測定テーブルと、該測定テーブルに対して相対的にＸＹＺ方向に移動するとともに該測定テーブル上に載置された測定ワークを測定する測定子と、を備えたＸＹＺ直交測定装置において、
前記測定子を前記ＸＹＺ方向に移動させる駆動機構と、
前記測定ワークにおける該測定子の相対的に移動可能な領域のすべてを網羅する鳥瞰図を構成可能とする画像を一度に撮像する広域観察カメラと、
該画像に基づいて前記鳥瞰図を生成するとともに、前記駆動機構を駆動制御する信号に基づいて該鳥瞰図における前記測定子の位置を特定し、該鳥瞰図に該測定子の位置を合成したナビゲーションマップを構成する処理部と、
該ナビゲーションマップを表示する表示部と、
を備えることを特徴とするＸＹＺ直交測定装置。
前記ナビゲーションマップには、前記測定ワークのＣＡＤデータが合成されていることを特徴とする請求項１に記載のＸＹＺ直交測定装置。
前記ナビゲーションマップには、前記測定子による前記測定ワークの測定終了した領域が合成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のＸＹＺ直交測定装置。