JPH02212704A - ３次元測定器の較正装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、そのヘッドにレーザ変位計を着脱することの
できる３次元測定器（形状測定装置）に関するものであ
り、特に、そのレーザ変位計の取り付け不良に起因する
誤差を較正する装置に関するものである。

［従来の技術］ コンピュータ処理のために物体の外形形状を数値化する
場合等に、３次元測定器が用いられる。

３次元測定器は、表面検出器（変位計）を測定ヘッドに
取り付け、このヘッドをほぼ物体の外形に沿って移動さ
せることにより、正確な外形形状を数値化するものであ
る。変位計としては、レーザビームを用いるタイプのも
のが、正確である・被測定物を傷つけない等の理由でよ
く用いられる（例えば、特開昭６２−５５５０２号公報
）。しかし、接触変位計等の方が有利な場合もあり、ｌ
＼ラッドは、レーザ変位計を含め、被測定物の種類に適
した変位計が各種数り付けられるようになっている。

［発明が解決しようとする課題］ 変位計を交換して新しい変位計をヘッドのアダプタには
め込むときに、必ず何等かのずれが発生ずる。特にレー
ザ変位計の場合には、レーザビームを発する変位計と被
測定物表面との距離を離すことができるという利点があ
る反面、変位計の取り付けの僅かのずれが大きな検出誤
差に結び付くという問題もある。

従来の３次元測定器では、このようなレーザ変位計の取
り旬は誤差を測定する手段がないため、基準位置に置い
たヘッドから発刊されたレーザビームが正し、・い位置
に到達するようになるまで、目視で確認しながら何回も
変位計の取り付け、取り外しを繰り返していた。しかし
、レーザビームは非常に細いため（直径０．１〜０．２
……程度）、どの位置にレーザビームが当たっているか
を確認するのが非常に困難であった。そのため、結局、
変位計を正確な位置に取り付けることができず、取付誤
差がそのまま測定誤差となっていた。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するために成された本発明は、第１図に
その構成を概念的に示すように、レーザ変位計ＬＤを取
り付ける二とのできるヘッドＨｉ）を備えた３次元測定
器ＴＯにおけるＩレーザ変位計１．［）の取付誤差較正
装置であって、次のような装置・ｇ＋＝　ｙΩ′を備え
ることを特徴とする。

Ｍｌは３次元測定器ＴＤの所定の基準面８Ｓ上乙こ配置
され、レーザ変位計ＬＤから発刊されるレーザビーｌえ
の到達位置を検出する２次元位置検出装置。

Ｍｌはヘッド１］０を２箇所の位置に移動させ、それら
のヘッド）ＩＤ位置における、３次元測定器ＴＤからの
出力値と、レーザ変位計ＬＤからの出力１直と、１ノ一
サ変位計ＬＤからのレーザビームを受けた２次元１〜゛
１置検出装置Ｍ１の出力値とから、レーザ変位計１、Ｄ
のヘッドＨＤへの取り付け誤差を算出する手段。

［作用ｊ ヘッド１４Ｄにレーザ変位計１−Ｄを取り付けたとき、
次のような較正作業を行う。

■　先ず、３次元測定器ＴＤの基準面Ｓ５　（例えは、
ベツド）」二に２次元位置検出装置Ｍ１を置く。ここで
、２次元位置検出装置ト１１の基準位置（例えは原点）
が３次元測定器ＴＯの基準面５Ｓの基準位置（すなわち
、レーザ変位計１、Ｄが正しく取り付けられたときｔこ
、３次元測定器ＴＤから既知の出力が得られる点）と一
致させる。

■　次に、３次元測定器ＴＤを操作し、ヘッドＨＤを上
記基準面ＳＳの基準位置に対向する位置にもってくる。

すなわち、ヘッドｌ（［］にレーザ変位計Ｌθが正しく
取り付けられたときに、そこから発せられるレーザビー
Ｊ２が上記基準面ＳＳの基準位置に到達するようにする
。しかし実際には、レーザビームは取り付け誤差により
２次元位置検出装置Ｍ１の基準点以外の点に到達し、２
次元位置検出装置Ｍｌからは、その点の座標値が出力さ
れる。

■　ヘッドＨＤを上記位置からＺ方向にのみ駆動して別
の位置へ移動させ、変位計ＬＤからレーザビームを発刊
して、その到達点の座標を２次元位置検出装置旧により
検出する。

■　以」−の２箇所のヘッド１（０の位置での、（１）
３次元測定器ＴＤの出力（ヘラ’ｔ’ＨＤの３次元座標
）、（ｉｉ）［ノーサ変位計１．Ｄの出力（変位計ＬＤ
から基準面ＳＳ表面までの距離）、（ｉｉｉ）２次元位
置検出装置邑Ｉの出力（基準面ＳＳ上のレーザビーム到
達点の座標）一 のデータから、ヘッドへの取付製差算出手段Ｍ２は、所
定の演算式に基づき、レーザ変位計ＬＤのヘッドＨＤへ
の取り付け誤差を算出する。この演算式は、上記作業時
の各装置の位置関係から、予め幾何学的演鐸により求め
られるものである。なお、上記（１）〜（ｉｉｉ）のデ
ータは２箇所のヘッド冊位置の各々について全て取る必
要はなく、取り１」け誤差算出に必要なデータのみ利用
すれはよい。

［実施例］ 本発明を一層明らかにする具体例を次に説明する。第２
図は本発明に係る較正装置を備えた３次元測定器の概略
構成図である。３次元測定器１０は基準面となる定盤１
２上に門型のフレーＪ１１４を備えた本体と制御装置１
６とから成る。フレーム１４の北部ビーム１８にはアー
ム２０が取り付けられ、そのアーム２０の定盤Ｉ２方向
端邪にはヘッド２２が装着されている。ヘッド２２には
各種の変位計をアダプタ乙こより取り付けることが可能
であり、本実施例の場合、レーザ変位計２４が装着され
る。

フレーム１４は定盤１２上をＸ方向（第２図では紙面垂
直方向）に走行し、アーム２０はビーム１８上をＶ方向
（左右方向）に走行し、ヘッド２２はアーム２０により
Ｚ方向に上下動されるため、変位計２４は定盤１２上に
置かれた物体の３次元形状をトレースすることができる
。これらの各方向の動作は制御装置１６により制御され
、同時に、各方向の位置（座標値）はエンコーダにより
検出されて制御装置１６に人力される。

レーザ変位計２４は、レーザビームを下方に発射し、被
測定物体の表面で反引されて変位計２４に戻ってくるビ
ームを検出する。この検出出力はレーザ変位計のコント
ローラ２６により距離信号に変換され、表示パネルに数
値表示されたり、他の機器に出力されたりする。

更に、本実施例では、レーザ変位計２４のヘッド２２へ
の取り付け誤差を検出し、それ以後の３次元測定器１０
の出力値を補正するための較正装置として、２次元位置
検出器（２次元Ｐ　Ｓ　Ｄ　＝　ＰｑｓｉｔｉｏｎＳｅ
ｎｓｉｔｉｖｅ　Ｄｅｖｉｃｅとも呼ぶ）２８と、取付
誤差演算回路３０とを備える。２次元ＰＳＤ２Ｂは、定
盤１２上の所定点に置かれ、変位計２４から発射される
レーザビームを受けて、その到達点の定盤１２上の２次
元座標値を出力する。取付誤差演算回路３０は第３図に
示す通り、ＣＰＵ３０ａ、ＲＯＭ３０ｂ、ＲＡＭ３０ｃ
、データ人出力を行うインタフェイス３０ｄ等を備えた
マイクロコンピュータを中心に構成されている。インタ
フェイス３０ｄには前記２次元ＰＳＤ２８、レーザ変位
計２４のコントローラ２６および３次元測定器ｌＯの制
御装置１６が接続される他、後述の較正値演算の開始を
指示する較正スイッチ３２およびオペレータへの指示や
演算結果等を表示するデイスプレィ３４が接続される。

ＲＯＭ３０ｂにはレーザ変位計２４のヘッド２６への取
り付け誤差を算出するためのプログラムが格納されてお
り、ＣＰＵ３０ａは、そのプログラムに従い、上記各装
置からインタフェイス３０ｄを介して送られて来るデー
タを基に変位計２４の取り付け誤差を算出する。この誤
差算出処理を次に説明する。

第４図に示す通り、レーザ変位計２４を、アダプタ３８
を介してヘッド２２に取り付ける際のずれや傾きにより
、変位計２４から発射されるレーザビーム４０にも、基
準光軸（レーザ変位計２４が正しく取り付けられたとき
のレーザビーム４０の光軸＝ヘッド２２０基準軸）４２
からの平行ずれ４４や傾き４６が生じる。

このため、レーザ変位計２４をヘッド２２に取り付けた
ときに取付誤差演算回路３０の較正スイッチ３２を押し
、第５図に示すフローチャートを有するプログラムをス
タートさせる。

このプログラムがスタートすると、最初にステップ１０
０でオペレータに対し、２次元ＰＳＤ２Ｂの原点０２を
定盤１２上の座標値既知の基準点０３に合わせるように
、デイスプレィ３４上に指示を出す。オペレータがこれ
に従って２次元ＰＳＤ２Ｂを定盤１２上に置いた後、Ｃ
ＰＵ３０ａはステップ１１０で、３次元測定器ＩＯの制
御装置１６に対して、ヘッド２２をその定盤１２上の基
準点０３上に持って来て、レーザビーム４０を発射する
ように指令する。このときの幾何学的関係を第６図（Ａ
）、（Ｂ）により説明する。

第６図（Ａ）は横軸がＸ−Ｖ平面を表し、縦軸がＺ＝８
− 軸を表す。第６図（Ｂ）は定盤１２上のｘ−ｙ平面を衷
す。両図において、ｘ−ｙ平面の原点０は定盤１２上の
基準点０３＝２次元ＰＳＤ２８の原点０２を表す。

ヘッド２２が定盤１２上の基準点０３上に来たとき、レ
ーザ変位計２４のレーザビーム発射点は、取り付け誤差
により、原点Ｏの２軸上の点Ｂ”には来す、取付誤差分
（第４図の平行ずれ４４）だけずれたＢに位置する。ま
た、発射されたレーザビーム４０は、さらにビームの傾
き４６により、点Ａに到達する。

なお、レーザビームの（頃き４６は、Ｘ軸に対する角度
θ（第６図（Ａ））とＸ軸に対する角度φ（第６図（Ｂ
））により衷される。

ステップ１２０では、このときのレーザ変位計２４のコ
ントローラ２６の出力であるＺ方向の距離ＬＢＡ、およ
び２次元ＰＳＤ２Ｂの出力であるＡ点の座標値（ｘＡ、
　　ｙＡ）を人力する。

次に、ステップ１３０では、３次元測定器１０の制御装
置１６に対して、ヘッド２２をＺ方向に所定距離ＬＢＣ
だけ下げるように指示する。このとき、レーザビームの
到達点はＤとなり、ステップ１４０では２次斤ＰＳＤ２
［１の出力であるＤ点の座標値（ｘＤ、　　ｙＤ）を人
力する。

以上のデータを基に、ステップ１５０では、取り１１げ
誤差である頷き角度θ、φおよびＰ点の位置座標（ｘＰ
、　　ｙＰ）を次のように算出する。

０　＝ａｒｃｔａｎ　［５ｑｒ（（ｘＡ　−ｘ　Ｄ）２
＋（ｙＡ、　−ｙＤ）２）／ＬＢＣ］・・・（１） φ＝ａｒｃｔａｎ　［（ｙＡ−ｙＤ）／（ｘＡ−ｘＤ）
］　　　＝−（２）ｘＰ＝ｘＡ−ＬＢ＋〜・ｓ　ｉ　ｉ
ｔθ”ＣＯ８φ　　　　　　　−（３）ｙ　Ｐ＝　ｙ　
Ａ　−Ｉ−ＢＡ令ｓｉｎθ◆ｓ　ｉ　ｎφ　　　　　　
−（４）（ｓｑｒは平方根な衷ず） これらの式により上記ずれ徽が求められる理由は次の通
りである。なお、Ｌ、ＰＡ等は点Ｐ−点八への距離を表
す。

第６図（Ａ）において、 ｔａｎθ＝Ｌ、ＰＡ／Ｉ、ＢＰ＝　Ｌ　ＤＡ／　Ｌ　Ｅ
Ｄ＝　Ｌ　ＤＡ／　Ｌ　ＢＣ・・・（５） である。ご二で、 ＬＤＡ＝ｓｑｒ（（ｘＡ−ｘＯ）２＋（ｙＡ−ｙｌ））
２）　　−（６）であるから、式（１）が導かれる。

また、第６図（［’（）において、 ｔａｎφ＝（ｙＡ　　ｙＤ）／（ｘＡ−ｘＤ）　　　　
　　−（７）であるから、式（２）は直ちに導かれる。

次に、第６図（Ａ）においで、 Ｌ　ＡＰ＝　Ｌ　ＢＡ−ｓｉｎθ　　　　　　　　　　
　−（１０であり、第６図（Ｂ）において、 ｘ　Ａ　−ｘ　Ｐ＝　Ｌ　ＡＰ−ｃｏｓφ　　　　　　
　　　＝−（９）ｙ　Ａ　−ｙ　Ｐ＝　Ｌ　ＡＰ−ｓｉ
ｎφ　　　　　　　　　−（１０）であるから、式（３
）および（４）が導かれる。

以上のようにして、レーザ変Ｇ”ｊ、計２４のヘッド２
２への取り付け誤差が求められると、これらのｌ餠差デ
ータは３次元測定器１０の制御装置１６に送られ、その
制御装置１Ｇでは、以後測定される３次元形状１直に対
して、この取り付け誤差を補償した正しいデータを表示
又は出力する。

この結果、本実施例では、レーザ変信ｉｊｆ’２’ｌを
ヘッド２２に正確に取り付けるためここ時間を費やす必
要はなく、多少の取り付け誤差を残したま；１：：−３
次元測定器ＩＯによる測定を行うことができる。

なお、」−記実施例では、取り付けエラ差のデータ＝１
１− を；３次元測定器１０へ送−）でいたが、取付誤差演算
回路３０に誤差値を表示させ、それに従い変位計２４の
取り付け調整を行うという方法ももちろん可能である。

［発明の効果コ 本発明に係る較正装置によると、３次元測定器のヘッド
にレーザ変位計を取り付けた後や変位計が被測定物と接
触して位置ずれを起こしたとき等に、簡単な操作で、そ
の取り付け誤差が算出できる。従−つで、変位計を正確
な位置に取り付けるまで調整を行う必要が無いため、変
位計を取り替えた後、短時間の後に３次元測定器を使用
することができる。また、この取り付け誤差のデータを
その後の２３次元形状測定データの補正に用いる乙とに
より、富；こ正確な３次元形状の測定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の概念的構成図、第２図は本発明に係る
較正装置が取り付けられた３次元測定器の概略構成図、
第３図は較正装置の電気ブロック図、第４図は取り付け
誤差の説明図、第５図は較正装置で行われる処理の）［
１−チャー１・１．第〔３図（Ａ）および（Ｂ）は取り
付け誤差を算出する際の％　１ｉｉＪ学的関係を示すグ
ラフである。 ＴＯ５１０・・・３次元測定器、　　曲、２２−・・ヘ
ラＩ・、ＬＤ、２４・・・レーザ変位計、　５５・・・
基準面、川、２８・・−２次元位置検出装置、 北・・・取付誤差算出手段、　３０・・・取付誤差演算
回路代理人　　弁理士　　定立　勉　（他２名）第 図 第６図 （Ａ） ／′５Ｕ （Ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 レーザ変位計を取り付けることのできるヘッドを備えた
   ３次元測定器の較正装置であって、３次元測定器の所定
   の基準面上に配置され、レーザ変位計から発射されるレ
   ーザビームの到達位置を検出する２次元位置検出装置と
   、 ヘッドを２箇所の位置に移動させ、それらのヘッド位置
   における、３次元測定器からの出力値と、レーザ変位計
   からの出力値と、レーザ変位計からのレーザビームを受
   けた２次元位置検出装置の出力値とから、レーザ変位計
   のヘッドへの取り付け誤差を算出する手段と、 を備えることを特徴とする３次元測定器の較正装置。