JPH0384402A - 曲面形状測定装置 - 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〕 本発明は曲面形状測定の技術分野にて利用され、特に被
測定物が加工中にあってもその形状を測定可能とする装
置に関する。

〔従来の技術〕

従来、加工完了後の製品の曲面形状、すなわち立体寸法
の検査のために三次元計測器が使用されている。この計
測器は上記曲面形状に接触する触子を有し、該触子を立
体空間の三方向に自由度をもって移動可能に支持してい
る。測定に際しては、触子を上記曲面に接触させた状態
でこれを一つの方向、たとえばＸ方向に移動させた際の
Ｚ方向の移動量を測定し、次にＹ方向に微少量ずらした
位置で同様に繰り返し、各Ｘ、Ｙ、Ｚ座標を求めて、そ
の曲面形状を知る手法によるものである。

また、触子を非接触センサとするものもあるが、これは
、センサが上記曲面と一定の隙間をもって移動するとい
うだけで、上記三方向の移動によるという点で、原理と
しては同じである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記のごとくの従来の三次元計測器は三
方向の動きがあるために機構が複雑であり、しかもこれ
を精度よく構成せねばならないために高価なものとなる
。さらに、触子が曲面に接触し、あるいは非接触センサ
が曲面近傍に位置していて加工工具の動作に支障をきた
すこととなってしまうために、加工工程中に測定するこ
とができない。敢えてこれを実行しようとすると、上記
触子あるいは非接触センサを加工に支障のない位置まで
待機移動させて加工を行い、次に加工を一旦停止してか
ら上記触子あるいは非接触センサを測定位置にもたらす
といったことをせねばならず、きわめて非能率的である
。

本発明は、上記のごとくの従来装置の有していた問題を
解決し、単純な構成で安価に製造でき、しかも加工中で
も加工に支障をきたすことなく、さらには加工の制御に
も使用可能な曲面形状測定装置を提供することを目的と
する。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によれば、上記目的は、 被測定物を一定の測定位置に配置する基準面を有する基
台と、一本の線状に高集束されたビーム光を発する光源
と、連続して一直線上に配列された多数の受光素子をも
つ受光部と、演算回路とを有し、 光源は、ビーム光が基台の基準面を含む面に対して一定
の照射角を保ちつつビーム光を平行移動するようにして
、所定範囲で往復可能に設けられ、 受光部は、上記所定範囲で往復する光源から、測定位置
に配される被測定物の表面に照射されたビーム光の反射
光を上記多数の受光素子のいずれかで受光可能に固定位
置に設置され、演算回路は記憶回路と形状算出回路とを
有し、 記憶回路は光源が移動する際の各位置に対応して、測定
位置における基準形状表面からの反射光を受光する受光
素子の位置を記憶する回路を有し、 形状算出回路は、測定位置に配された被測定物が上記各
位置における光源から受けるビーム光の反射光を受光す
る受光素子の位置と、同一光源位置に対応して記憶され
ている受光素子の位置との距離を受光部の視野で比例計
算して受光素子配列方向と平行で基準形状表面位置にお
ける距離に換算し、この換算された距離とかつ照射角度
から上記距離に直角な方向の距離を算出する回路を有し
、上記基準形状表面からの立体的位置のずれを計算する
ようになっている、 ことにより遠戚される。

〔作用］ 上述のごとくの本発明にあっては、先ず、製品としての
被測定物と基本的に同一形状・同一寸法の基準形状表面
をもつものを測定位置に配し、該表面にビーム光を照射
しながら光源を移動する。

測定範囲を視野とする受光部は、上記光源の移動する各
位置に対応して、受光素子で反射光を受ける。記憶回路
では、上記光源の各位置とこれに対応して受光した受光
素子の位置を記憶する。

次に、測定位置に被測定物を配置し、これに光源を移動
させながらビーム光を照射する。すると、被測定物の曲
面形状が基準形状表面に対して誤差を伴っている場合に
は、光源位置が同じであっても反射位置がずれるのでこ
れを受光する受光素子も異なってくる。形状算出回路で
は、同一光源位置に対する、上記基準形状表面の場合の
受光素子と被測定物の場合の受光素子との距離を、受光
部の視野を用いて該距離と平行で基準形状表面位置にお
ける値に換算し、さらに照射角度を用いてこれに直角な
方向の距離をも算出する。かくして、寸法が正確に判っ
ている基準形状表面からの立体的位置のずれを各位置で
求めることにより、被測定物の曲面形状を得る。

なお、基準形状表面の寸法が正確に判っていなくとも、
少なくとも該基準形状表面に対して一定公差内に被測定
物があるかどうかも、上記換算及び算出された距離から
測定できる。

さらに、加工中に本発明装置を使用する場合は次のよう
になされる。

先ず、加工前の素材の表面を基準形状表面として、これ
に光源からビームを照射し、各位置に対応して反射光を
受ける受光素子の位置を記憶回路に記憶せしめる。次に
、加工を開始し常時もしくは適宜時期に被測定物として
の被加工物にビームを照射し、受光素子によってこれを
受ける。そして既述の要領によって被加工物の加工前の
素材に対する寸法差を求め、その時点での加工量を知る
。さらに、この加工寸法を基準形状表面としてデータを
更新して次の加工量を知ることができる。かくして、加
工中の実際の最新の寸法を計測できる。

また、加工中の寸法を、製品としての目標寸法と常時比
較するようにフィードバックさせて加工制御を行うこと
も可能である。

〔実施例］ 以下、添付図面を参照しつつ本発明の詳細な説明する。

第１図（Ａ）は平らな円板を打ち出し加工をしなから略
球面の一部をなす所定曲面とする製造工程における曲面
形状測定を例に示している。

第１図（八）において１は基準面（取付面）ＬＡを有す
る環状の基台で、中心軸線２のまわりにゆっくりと回転
する。該基準面ＩＡには、未加工の平らな円板３がその
周縁で取りつけられる。

上記中心軸線２上で、上方位置には、円板３の直径（加
工）範囲Ａ−Ｂをカバーできる角度θ１の視野をもつテ
レビカメラもしくはラインセンサ等の受光部４が配設さ
れている。該受光部４は第１図（Ｂ）に拡大して示され
るように、多数の受光素子４Ａが一直線上に配列されて
おり、例えばＣＣＤリニアイメージセンサの場合には５
０００ビツトもの受光素子を有している。したがって、
その場合、第１図（Ａ）における視野（加工範囲Ａ−Ｂ
）を仮りに３００１とすれば、■ビット当り６０μｍの
視野となりその精度で計測がなされる。

次に、基台１の斜め上方位置には光源５が設けられてい
る。該光源５は、高集束された一本の線状のビーム光を
発するようになっており、上記基準面ＩＡを含む面すな
わち、円板３の初期の平らな面に対し一定の照射角θ２
を維持しながら、上記加工範囲Ａ−Ｂをカバーするよう
に範囲りの間を移動する。初期の平らな面をもつ円板３
の点Ｐ１で反射された光は上記受光部４の受光素子ＩＰ
＋で受光される。上記光源５が加工範囲Ａ−Ｂを照射す
るように移動すると、上記受光する受光素子も第１図（
Ｂ）のＡ°〜Ｂ′のように移動する。第２図に示される
演算回路の記憶回路７Ａには、初期条件として上記子ら
な円板３に対して、変化する光源の位置ｌとこれに対応
する受光素子の番地が記憶される。

かかる状態で、半径方向に移動しながら上下動する打出
し工具（図示せず）によって上記円板３を曲面成形して
ゆく。例えば、加工中所定時間後に、第１図（Ａ）の３
′のごとく弯曲（理解しゃすく弯曲を大きく示しである
）した状態で、同図の２の位置に光源５があるときには
反射点はＰ、からＰ２に変っている。したがって、受光
素子もＩＰ、からＩｈに移っている。受光部４から信号
を受は記憶回路７Ａを協働する演算回路７の形状算出回
路７Ｂでは、上記受光素子ＩＰ、とＩｐｚとの距離δを
計算し、これを円板３上の距離Ｘに換算する。これは単
に角度θ１にもとづいて比例的に算出される。

形状算出回路７Ｂでは次に上記Ｘと照射角度θ２とによ
り、Ｘに垂直な方向の変位Ｚが算出される。

かくしてＸ、Ｚが求められる。この計算を光源の移動に
伴いＡ〜Ｂの範囲について行い、さらに、円板が軸線２
まわりに微少角だけ回転した状態でも次々と同様に行う
。かくして、円板の全面についての曲面形状が求められ
る。デイスプレィ８では視角で把えられるようにこれを
表示し、プリンタ９ではこれを記録するようになってい
る。

このように、加工中に形状が測定されるが、上記デイス
プレィ８やプリンタ９の出力を見ながら所定の加工終了
寸法と比較しつつ逐次上記初期条件を更新して加工を続
行し、所定寸法に達したときに加工が終了される。なお
、デイスプレィやプリンタによらず、加工中の測定デー
タを逐次フィードバックして自動制御を行って加工する
こともできる。

さらに、本実施例のごとく加工中に測定に用いずに加工
が終了した製品についての寸法検査にも使用可能である
。この場合には、基準となる製品の寸法を一度記憶回路
に記憶させ、次に被測定物たる製品をセットして測定し
、その寸法差が公差内であるかどうか確認する。なお、
検査の結果、一部加工不良が見つかればその部分につい
て追加加工が可能である。

本実施例では一つの光源にて走査を行ったが、被測定物
の大きさ、形状等に応じてその範囲を分割して複数の光
源で走査することもできる。

また、本実施例では、被測定物を回転しながら光源の走
査位置を変えたが、勿論平行移動してもよい。

本発明はパターン認識との組合せによる三次元測定をも
可能とする。例えば、基準となる製品の寸法を受光部と
してのテレビ画面でＸＹ平面でマトリックス状に縦横に
細割し、本発明にしたがい各ＸＹ座標位置に対するＺの
値を測定しこれを基準値として記憶させ、次に被測定物
たる他の製品の寸法を同様にしてＺの値を測定し、各Ｘ
Ｙ座標位置にて上記基準値と比較し、−足袋差内にある
か否かを測定することができる。また加工中の寸法測定
にあっては、加工開始時の値を基準値として記憶せしめ
、次に瞬間の寸法を上記要領で測定し、これを基準値に
逐次加算してそのときの寸法を求めることができる。

〔発明の効果〕

本発明は以上のごとく、ビーム光を被測定物に照射しつ
つ光源を直線上で移動し、その反射を多数の受光素子を
もつ受光部で受光し、受光素子の配列方向での基準位置
に対する距離、そしてこれに直角な方向の距離をも算出
し、基準形状からの差を求めることにより、容易に寸法
を求めることあるいは公差内にあるかどうかの判断を行
うこととしたので、三次元測定のための装置をきわめて
簡単化かつ安価なものとすることができるという効果を
もたらす。しかも、測定は加工中の形状に対して行うこ
とができるので、加工精度の向上、加工制御の簡単化を
図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は本発明の一実施例の原理を示す構成図、
第１図（Ｂ）は第１図（Ａ）装置の受光部の拡大図、第
２図は第１図（Ａ）、装置のブロック図である。 １・・・・・・・・・基台 １Ａ・・・・・・・・・基準面 ４・・・・・・・・・受光部 ４Ａ・・・・・・・・・受光素子 ５・・・・・・・・・光源 ７・・・・・・・・・演算回路 ７Ａ・・・・・・・−・記憶回路 ７Ｂ・・・・・・・・・形状算出回路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 被測定物を一定の測定位置に配置する基準面を有する基
   台と、一本の線状に高集束されたビーム光を発する光源
   と、連続して一直線上に配列された多数の受光素子をも
   つ受光部と、演算回路とを有し、 光源は、ビーム光が基台の基準面を含む面に対して一定
   の照射角を保ちつつビーム光を平行移動するようにして
   、所定範囲で往復可能に設けられ、 受光部は、上記所定範囲で往復する光源から、測定位置
   に配される被測定物の表面に照射されたビーム光の反射
   光を上記多数の受光素子のいずれかで受光可能に固定位
   置に設置され、演算回路は記憶回路と形状算出回路とを
   有し、 記憶回路は光源が移動する際の各位置に対応して、測定
   位置における基準形状表面からの反射光を受光する受光
   素子の位置を記憶する回路を有し、 形状算出回路は、測定位置に配された被測定物が上記各
   位置における光源から受けるビーム光の反射光を受光す
   る受光素子の位置と、同一光源位置に対応して記憶され
   ている受光素子の位置との距離を受光部の視野で比例計
   算して受光素子配列方向と平行で基準形状表面位置にお
   ける距離に換算し、この換算された距離とかつ照射角度
   から上記距離に直角な方向の距離を算出する回路を有し
   、上記基準形状表面からの立体的位置のずれを計算する
   ようになっている、 ことを特徴とする曲面形状測定装置。