JPH02243914A

JPH02243914A - 三次元座標自動測定装置

Info

Publication number: JPH02243914A
Application number: JP6449489A
Authority: JP
Inventors: Shinya Oyama; 信也大山
Original assignee: Yorozu Jidosha Kogyo KK
Current assignee: Yorozu Corp
Priority date: 1989-03-16
Filing date: 1989-03-16
Publication date: 1990-09-28
Anticipated expiration: 2011-03-21
Also published as: JPH0827183B2

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）本発明は、光学的手段を使用した測定装置であって、空
間の点の座標を自動的に測定する三次元測定装置に関す
る。

（従来の技術）例えば自動車にあっては、１つの部品と他の部品とを組
み付けて中間組立部品（以下、サブアッシと言う）を完
成させたり、このサブアッシを重体に組み付けて１つの
完成車を製造する際においては、その組み付は精度が完
成車の品質を左右する最も重要な要因であることは言う
までもない。

特に自動車のような多部品から構成されるものにあって
は、１つの部品の構造を改良することにより、組み付は
誤差を極力小さくしたり、組み付は誤差を吸収しえる開
発が従来より進められている。

他方、製造過程、例えばプレス加工や樹脂成形における
部品精度を確保したり、各製造過程における検査精度を
向上させたりすることも進められている。

このような製造品の製造精度を測定する手段の一つとし
て、三次元測定装置が知られており、該装置は光学的手
段を用いて精度良く、しかも迅速に製造品の４１１定点
を測定し得るように概ね構成されている。すなわち、第
１２図に示すように、被測定物１を固定搭載するマスク
テーブル１０と、このマスクテーブル１０に対して固定
された光学的手段であるカメラ５と、このカメラ５によ
って撮像されたデータを演算する画像処理装置１１とか
ら構成される装置結果を記録紙１３に出力する記録装置１２などが付加さ
れている。そして、マスクテーブル１０上の基準点１４
と、被測定物１の測定点２とがカメラ５の視野内に入る
ように当該カメラ５を設置し、予め基準点１４に対する
測定点２のマスク位置データを画像処理装置１１内のメ
モリに格納しておく。この状態で、製造品１をマスクテ
ーブル１０上の所定位置にセラ１・シ、カメラ５により
製造品１の測定点２とマスクテーブル１０の基準点１４
との位置関係を画像処理装置１４により演算する。この
とき前述したｉ１１１１定点のマスク位置データ（Ｘｏ
　、　Ｙｏ　）と、実際に測定された測定点（Ｘ＋　、
Ｙ，）とのそれぞれの基準点を画像処理装置１１内の演
算部で一致させ、 ΔＸ＝Ｘ，ーＸ．，　　ΔＹ＝Ｙ，ーＹ。

を演算する構成になっており、これによって測定点の位
置座標を容易に算出することができるようになっている
。

（発明が解決しようとする課題）ところが、」−述した従来の三次元測定装置にあっては
、カメラの撮像方向に対して直交する平面内の位置（前
記Ｘ−Ｙ平面）は、容易に測定できるように構成されて
いるが、カメラの撮像方向（そなわち、第１２図におけ
るＺ軸方向）の測定点の位置測定は、カメラの焦点距離
によって演算されるようになっていることから、測定値
の誤差が大きいという欠点がある。

また、カメラ５はマスクテーブル１０に対して所定位置
に固定されているため、被測定物１０面｛ｊ４成が複雑
な場合などにあっては、それぞれの測定点に専用のカメ
ラを設置しなければならず、測定装置が大型化及び複雑
化し、またコスト的にも不利である。

しかも、このように多数のカメラを設けたとしても、被
測定物の形状が変わればそのまま使用することができず
、汎用性に極めて乏しい。

そこで本発明者らは、産業用ロボットが６する汎用性に
着目し、Δ｛り定点の三次元座標を正確にしかも迅速に
測定することができ、さらに汎用性に富んだ測定装置を
提供すべく鋭意研究した結果、本発明を完成するに至っ
た。

したがって、本発明は、測定点の三次元座標を正確にし
かも迅速に測定することができ、さらに汎用性に富んだ
測定装置を提供することを目的とする。

（課題を解決するだめの手段）上記目的を達成するための本発明は、被測定物の複数の
測定点に近接して作動するように予めティーチングされ
た産業用ロボットのアームに前記測定点の位置を検出す
る位置検出手段を設け、当該測定点の三次元座標位置と
前記検出手段により予め検出された前記測定点に対する
標準点の三次元座標位置との位置誤差を演算する演算手
段を白。

してなる三次元座標測定装置である。

（作用）このように構成した本発明にあっては、まず被測定物の
４｛リ定点のそれぞれのマスク位置座標を演算手段に格
納しておく。そして、被測定物を所定位置に設置した後
に、産業用ロボットが予めティーチングされた軌跡に沿
って被測定物に対して作動させると、ロボットのアーム
に取り付けられた位置検出手段が各測定点を撮像７し、
この撮像データを演算手段に入力して、前記マスク位置
座標と比較演算する。これにより標準点に対する測定点
の位置誤差を得ることができる。

（実施例）以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係る三次元座標／Ｉｌｌ
ｌ定装置を示す概念図、第２図は、同実施例の三次元測
定装置に使用する中心位置決め部材を示す斜視図、第３
図は、第２図の■一■線に沿う断面図、第４図は第２図
のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図、第５、６図は、同実施例
のロボット制御手段及びカメラ制御手段、演算手段の制
御を示すフローチャート、第７〜１１図は、同実施例の
座標変換方法を示す説明図である。

まず、第１図に示すように、本実施例の三次元座標測定
装置は、アーム４を備えた産業用ロボット３と、位置検
出手段であるカメラ５と、産業用ロボットの制御手段７
と、カメラの制御手段８と、演算手段６と、記録手段９
とから構成されている。

産業用ロボット３は、従来より公知の多軸駆動型口ホッ
トであって、その先端にアーム４を備えている。このロ
ボットのアーム４は、ロボット制御手段７から送信され
る制御信号が、ロボット３の各軸に設けられたアクチュ
エータ（不図示）に人力され、同様に各軸に設けられた
エンコーダ（不図示）によって制御されつつ、予めティ
ーチングされた軌跡」二を動き、前記カメラ５を被測定
物１の測定点２に近接する位置に、順次移動させるよう
になっている。

アーム４先端に取り付けられたカメラ５は、内部にＣＣ
Ｄ　（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）
素子を有し、撮像する視野から人力した光が、このＣＣ
Ｄの各画素において、その光の強さ相当の電荷として蓄
積され、各画素毎に出力信号となって、前記カメラ制御
手段８に送信される、例えば、第１図に示すように、自
動車のメンバ２０にスポット溶接されたブラケット２１
の中心位置が、標準位置に対してどれだけずれているか
を検査する場合、まず後述する中心位置決め部材２２を
ブラケット２１にセットする。この中心位置決め部月２
２には、球形状の被検出部２３が形成されており、この
被検出部２３以外の部分が黒く塗装されている。したが
って、この被検出部２３からの反射光が入射したＣＣＤ
の画素は、周囲の部分に対して明るくなり、これらの各
画素の信号がカメラ制御手段８にそれぞれ送られ、ここ
で被検出部２３の中心位置を適確に検出することができ
る。

このような被検出部２３をＨする中心位置決め部拐２２
の一例としては、第２〜４図に示すものがある。図中「
２１」は、自動車の車体のメンバ（不図示）などにスポ
ット溶接されたブラケットであり、ボルト孔２４．２４
が形成され、２つの縦壁２５，２５間に例えばロアアー
ムの端部を挿入しボルトにより当該ロアアームをメンバ
に締結するものである。

したがって、メンバ本体に対するブラケットの溶接位置
がずれていると、ロアアームが組み付かなかったり、仮
に組み付いたとしても両者の組み付は精度が不十分なこ
とから、信頼性に支承を来す虞れがある。そこで、ブラ
ケット２１の縦壁２５，２５の中心位置がメンバ本体に
対して相対的にどれだけずれているかを検査し、予め設
定されたスペック内で溶接が行われていないものについ
ては、廃棄あるいは修正を加えるようにしている。

中心位置決め部材２２の本体部２６には、前記ブラケッ
ト２１の２つのボルト孔２４．２４に挿通して、第３図
に示す上下方向を固定するピン２７の挿入孔２８．２８
が形成されている。このピン２７及び挿入孔２８の径は
、極力ブラケット２１のボルト孔２４の径と等しいこと
が望ましいが、ピン２７の外径がボルト孔２４と１１１
？人孔２８の径に対して僅かに小さくても良い。

１心位置決め部材２２の本体部２６の両側面２９．２９
間の距離を２等分する中心位置には、その球中心が前記
中心位置に一致するように球形状に形成された被検出部
２３が溶接などにより固着されている。

なお、本実施例は、被検出部２３以外の部分を黒く塗装
し、これによって被検出部２３とその周囲とのコントラ
ストをさらに強調するようにしている。

また、本実施例においては、被検出部２３を球状に形成
したが、前述したカメラ５の画素にて検出される形状で
あれば良く、特にこの形状に限定されない。中心位置決
め部＋、Ｉ’２２の本体部２６の両側面２９．２９及び
前面３０には、第４図に示すように互いに連通ずる通路
３１．３２が穿設されており、前面３０から穿設された
通路３１にはネジが切られている。図中「３３」は、こ
の側面２９．２９に穿設された通路３２に遊嵌挿入する
押圧子であって、その先端３３ａは楔状に形成されてい
る。また、２つの抑圧子３３，３３を各側面２９．２９
からその楔状の先端３３ａが互いに当接する方向に抑大
した状態においては、押圧子３３の他端３３ｂは本体部
２６の側面２９と面一となっている。そして、先端３３
ａが楔状に形成された抑圧子３３を両側面２９．２９か
ら挿入し、一方前面３０からは、前記ネジと螺合するボ
ルトであって、その先端３４ａが前記押圧子先端部３３
ａの楔形状と対応する形状に形成された調整ボルト３４
をねじ込んでいくと、両押圧子３３．３３は互いに同じ
寸法だけ本体部２６の両側面２９．２９から突出するこ
とになる。

このとき、押圧、子３３の他端３３ｂがブラケット２１
の縦壁２５．２５に当接することになり、かつ本体部２
６の側面２９から縦壁２５までの間隙寸法が等しくなり
、したがって、被検出部２３の中心位置とブラケット２
１の両縦壁２５．２５の中心位置とを一致させることが
できる。

第１図に示す演算手段６は、予め教示した標準点の座標
データと、カメラ制御手段８により検出された被測定物
１の座標データとを演算する制御部である。また、記録
手段９は、前記演算手段８により演算された測定結果を
出力するプリンタである。尚、この記録手段９は、デイ
スプレィであっても良く、またデイスプレィとプリンタ
とを組み合わせても良い。

マスクテーブル１０は、ロボット３に対して固定された
被ａ−１１定物搭載用の台であり、第１図に示すような
メンバ２０などにあっては、その両端を保持して固定す
る支持部材３５．３６が設けられている。

次に、このように構成した本実施例の三次元座標測定装
置の測定手順を、第５〜１１図を参照しつつ説明する。

（１）標準点（マスク座標）の教示まず、第７図に示すように、測定を開始する前にブラケ
ット２１を溶接したメンバ２０のマスタ品をマスクテー
ブルｔｏ−にに設置し、レイアウトマシンを用いて被検
出部２３の中心位置座標（Ｘｏ　＊　　’／　ｏ　）を
ワーク座標系（Ｘｗ　、　Ｙｗ　）上に求める。例えば
、マスク品のある基準点をワーク座標系の原点Ｏｗと決
め、Ｘｗ　　Ｙｗ平平向内おける被検出部２３の中心位
置座標を測定したり、あるいは設計図面一［−から計算
により求めたりする。このようにして求めたワーク座標
系（Ｘｗ　、　Ｙｗ　）におけるマスク位置座標のデー
タ（Ｘｏ、ｙｏ）は、演算手段６のメモリに格納される
。ここで、三次元座標におけるマスク位置は、このワー
ク座標系（Ｘｗ。

Ｙｗ）と、平行な平面上にある他の座標系、すなわちカ
メラ座標系（Ｘｃ、Ｙｃ）における座標データ（ｘ＋＋
’／１）としても演算手段６内のメモリに格納される。

つまり、第８図に示す如く、前記第７図に示すマスクテ
ーブル１０上にセットしたマスク品をそのままの状態に
維持し、ロボット３をＴめ教示された所定の番地に移動
させ、被検出部２３を撮像する。そして、このカメラ５
に撮像されるカメラ座標（Ｘｃ　、　Ｙｃ　）上におけ
るマスク品の中心位置座標を、カメラ制御手段８により
検知し、このデータ（Ｘｌ、）’＋）を演算手段６のメ
モリに送信し、格納する。尚、「Ｏｃ」は、カメラ座標
（Ｘｃ　、　Ｙｃ　）上に決められた原点である。

（２）被測定物の座標測定（カメラ座標上）第５図に示
すように、図示しないメイン制御手段から測定開始指令
信号が人力されると、ロボット制御手段７は、予めティ
ーチングされた第１　ａｌｌ定点にアーム４を移動させ
、移動完了信号をカメラ制御手段８に出力する。このロ
ボット移動完了信号フを受信したカメラ制御手段８は、
第９〜１０図に示すように、カメラ５の視野内にある中
心位置決め部材２２の被検出部２３の中心座標を検知し
、このデータ（Ｘ２１　　ｙ２）を演算手段６に送信す
る。次いで、演算手段６において、この測定座標（Ｘ２
１　　ｙ２）と、予め演算手段６のメモリに格納してお
いたマスク座標（Ｘ＋＋’／１）との差を下式により求
める（第５図のステップ５及び第６図のステップ１０〜
１２）。

ΔＸ＝Ｘ２−Ｘｉ △Ｙ＝’Ｉｔ　　７２（３）カメラ座標からワーク座標への変換トＪ己ΔＸ、
Δｙは、カメラ座標（Ｘｃ　、　　Ｙｃ　）」二におけ
る被測定物１のずれ寸法であるため、下式によりワーク
座標（Ｘｗ　、　Ｙｗ　）への変換を、演算手段６にて
行なう（第１１図、及び第６図のステップ１３）。

Ｘ３　＝ｘｏ−ΔＸ ”／３　＝Ｙｕ−Δｙ尚、上述した１（Ｉｌｊｌ平定を、一つの測定点につき
、２以上の異なる角度から、同様の手順にてカメラにて
被測定部を撮像することにより、三次元の座標を求める
ことができる。

（発明の効果）以上述べたように本発明の三次元座標測定装置によれば
、被測定物の複数の測定点に近接して作動するように予
めティーチングされた産業用ロボットのアームに前記測
定点の位置を検出する位置検出手段を設け、当該測定点
の三次元座標位置と前記検出手段により予め検出された
前記測定点に対する標準点の三次元座標位置との位置誤
差を演算する演算手段をＨするように構成したため、測
定点の三次元座標を正羅にしかも迅速に測定することが
でき、さらに汎用性の面においても優れた効果を奏する
ことになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る三次元座標測定装置を
示す概念図、第２図は、同実施例の三次元測定装置に使
用する中心位置決め部材を示す斜視図、第３図は、第２
図の■−■線に沿う断面図、第４図は第２図のＴＶ−Ｉ
Ｖ線に沿う断面図、第５゜６図は、同実施例のロボッ！
・制御手段及びカメラ制御手段、演算手段の制御を示す
フローチャート、第７〜１１図は、同実施例の座標変換
方法を示す説明図、第１２図は従来の三次元座標測定装
置を示す斜視図である。１・・・被測定物、２・・・測定点、３・・・産業用ロ
ボット、４、・・アーム、５・・・カメラ（位置検出手
段）、６・・・演算手段。

Claims

【特許請求の範囲】

被測定物（１）の複数の測定点（２）に近接して作動す
るように予めティーチングされた産業用ロボット（３）
のアーム（４）に前記測定点（２）の位置を検出する位
置検出手段（５）を設け、当該測定点（２）の三次元座
標位置と前記検出手段（５）により予め検出された前記
測定点（２）に対する標準点の三次元座標位置との位置
誤差を演算する演算手段（６）を有してなる三次元座標
測定装置。