JPH04301708A - 非接触容積測定装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この出願の発明は、部品等の凹部
又は凸部の容積（例えばピストン燃焼室容積計測等）や
容器の内容積等を非接触で測定することができる非接触
容積測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より容器の内容積を正確に測定する
方法として、例えば液体（特に水）を容器に入れ、容器
が満たされるまでに入れた水の量をもってその容積の内
容量とする測定が行われていた。しかし生産工程で容器
を次々と測定し、測定後に水を捨て、容器を乾燥させる
必要がある場合、上記のような方法では使用した水の排
水設備或いは、回収設備を必要とし、更に測定後の容器
の乾燥設備も必要とされる。このように水を使って容積
測定を行なう方法は設備が大きくなるし、乾燥のための
設備と時間も余計に必要とされる欠点がある。

【０００３】また水の代わりに気体を使って同様の方法
で容積測定を行なう方法（エアーボリュームテスター）
もある（特願昭６３−２２３５２９号公報参照）。しか
し気体は圧縮性であるので、気体を利用した容積測定は
その気体の圧力の影響を受け易く、かつ温度に対する影
響も大きい上に、水と比べて気体は粘性が小さいことか
ら、容器自体及び容器と測定装置の接続部等における気
体の洩れが大きく影響し、精度の高い測定は困難であっ
た。また上記のようなエアーボリュームテスターはボイ
ルの法則ＰＶ＝ｃｏｎｓｔを用い圧力から容積を算出す
るものであるが、これは温度が一定の場合にのみ成立す
る。従って、基準容器内の空気温度と被測定容器内の空
気温度が等しくなければならず、被測定容器の温度がそ
れぞれ一定でなければ当然被測定容器内の空気温度もそ
れぞれ変化し、基準容器内空気温度と温度差が発生し誤
差が生じる。更に温度差が例えば夏、冬或いは昼、夜で
も変化するため実際のラインでは基準容器と被測定容器
の温度とを一定に管理するのは不可能である。またエア
ーボリュームテスターはエアーが圧縮性流体のため、容
器内に注入する際において時間がかかり、またシールが
難しくインライン計測には不向きである等々の問題があ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来の
水や気体を使って容積測定を行なう容積測定装置の有す
る問題点を解決するために、部品等の凹凸部の容積をレ
ンジファインダを用いて３次元画像処理を行なうことに
より、非接触で凹凸部の容積を正確に測定できる非接触
容積測定装置を提供せんとするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このため、本発明が上記
問題点を解決するために採用した第１の技術手段は、被
測定物を微小角移動する回転テーブルと、前記被測定物
にスリット光を照射するスリット光源と、このスリット
光源から出力されたスリット光が非測定物に当っている
時のスリット画像を撮影するカメラと、前記カメラから
得られるスリット画像から３次元データを画像処理し被
測定物が微小角移動した時のおおぎ型の１スリット画像
毎の容積を演算し、これらを積分して容積全体を求める
機能を有する画像処理手段とから非接触容積測定装置を
構成したことにある。また本発明が採用した第２の技術
手段は、スリット光源より被測定物の回転中心から半径
方向にスリット光を投射し、測定物表面上のスリット光
をテレビカメラによりスリット画像として取込み、取り
込んだスリット画像をもとに所定座標からの３次元座標
データ演算を行い、このデータにより被測定物が微小角
移動した時のおおぎ型の１スリット画像毎の容積を演算
し、次いで被測定物を移動させながら順次上記と同一手
順によりおおぎ型の各１スリット毎の容積を算出し、そ
の後全ての１スリット容積を積分することにより非接触
で測定すべき容積を求めるようにしたことにある。

【０００６】

【作用】先ずレンジファインダのレーザースリット光源
より被測定物に対し、被測定物の回転中心から半径方向
に延在するレーザースリット光を投射する。投射された
スリット光は被測定物上で、その表面形状に合致した凹
凸表面を浮き出す。被測定物物表面上のレーザースリッ
ト光をレンジファインダ内のＣＣＤテレビカメラにより
スリット画像として取込み、画像処理装置内の画像メモ
リにストアする。画像処理装置内でスリット画像上の各
点に対し、所定座標からの３次元座標データ演算を行い
、このデータをパソコンに転送する。パソコン内で得ら
れたスリット上の３次元座標データから被測定物を微小
回転角Δθだけ回転させた時のおうぎ形容積Ｖθを算出
する。パソコン制御によりパルスモータドライバ５を介
して回転テーブル４を微小回転角Δθづつ微動し、１）
〜４）と同一手順を行ない頂面部全てについて、おうぎ
形容積（θ＝０〜ｍ）が算出されれば計測を終了し、全
てのおうぎ形容積の積分により凹部容積Ｖを求める。

【０００７】

【実施例】以下に図面を参照して本発明に係る実施例を
説明すると、図１は本発明に係る容積測定装置の構成図
であり、図２はレンジファインダの概略構成図、図３は
レンジファインダによる被測定部の形状を写し出した図
である。

【０００８】図１において、１はレンジファインダ、２
はレーザースリット光、３は被測定物（対象物）、４は
所定の軸心を中心として対象部を回転させる回転テーブ
ル、４１は前記回転テーブルを回転させるためのモータ
、５は前記回転テーブルを微小角づつ回転移動させるた
めに前記モータ４１を駆動するパルスモータドライバ、
６はパソコン、７は画像処理装置、８は白黒モニタであ
り、これらによって本実施例の非接触容積測定装置が構
成されている。

【０００９】続いて各構成部の説明をすると、レンジフ
ァインダ１は図２、図３に示すように、レーザースリッ
ト光源９と、ＣＣＤテレビカメラ１０から構成されてお
り、レーザースリット光源から出力されたスリット光が
被測定物（以下対象物という）にあたっている時のスリ
ット画像をカメラでとらえ、カメラから得られるスリッ
ト画像のスリット上の３次元データを画像処理装置に抽
出するものである。なお、この時のスリット光は、後述
の対象物の微小おおぎ型容積を求めるために、対象物の
回転中心から半径方向に延在しており、かつ対象物の最
大半径長さよりも大きな幅を有するスリット光としてあ
る。また回転テーブル４は対象物をスキャンするための
ものであり、パルスモータドライバ５によって所定角度
づつ対象物を回転軸を中心に微小角づつ移動させる機能
を有している。またパソコン６及び画像処理装置７は前
述の３次元画像データをもとに後述する方法により容積
を演算するもので、１スリット画像毎の容積を演算し、
これらを積分して容積全体を求める機能を有している。

【００１０】続いて以上のように構成された非接触容積
測定装置を使用して、図５に示すような対象物を例にし
て具体的な容積測定方法を図４のフローチャートに基づ
いて説明する。 １）プログラムがスタートすると、先ずレンジファイン
ダのレーザースリット光源より対象物にレーザースリッ
ト光を投射する。投射されたスリット光は図５に示すよ
うに対象物上で、その表面形状に合致した凹凸表面を浮
き出す（ステップ１００）。 ２）対象物表面上のレーザースリット光をレンジファイ
ンダ内のＣＣＤテレビカメラにより図３に示す如くスリ
ット画像として取込み、画像処理装置内の画像メモリに
ストアする（ステップ１０１）。 ３）画像処理装置内でスリット画像上の各点に対し、所
定座標からの３次元座標データ演算を行い、このデータ
をパソコンに転送する。具体的にスリット画像上の点は
約４８０点あり、これらの各点が基準高さからどれだけ
の距離離れているかを演算し、このデータがパソコンに
転送される（ステップ１０２）。 ４）パソコン内で得られたスリット上の３次元座標デー
タより対象物を微小回転角Δθだけ回転させた時のおう
ぎ形容積Ｖθを算出する（ステップ１０３）。 ５）パソコン制御によりパルスモータドライバ５を介し
て回転テーブル４を微小回転角Δθづつ微動し、１）〜
４）と同一手順を行なう（ステップ１０４）。 ６）頂面部すべてについて、おうぎ形容積（θ＝０〜ｍ
）が算出されれば計測を終了し（ステップ１０５）、全
てのおうぎ形容積の積分により凹部容積Ｖを求める（ス
テップ１０６）。

【００１１】

【数１】

【００１２】以上のようにして、対象物の凹部又は凸部
の容積を求めることができるが、ここでステップ容積算
出に使用する基準高さ及び１スリット容積に算出につい
て更に詳細に説明する。

【００１３】先ず扇形容積算出方法について説明すると
、図５のように対象物の回転中心から半径方向に延びて
いるレーザスリット光が対象物に投射された場合、ワー
ク断面図は図６のようになる。（ここでｉ番目のスリッ
ト画像に対しｊ＝０〜ｎまでのＹ−Ｚ座標データが得ら
れる。）図６に基づいて以下の手法により基準高さＺａ
ｖ及び１スリット容積を算出する。 １）図６における基準高さＺａｖの算出ｊ＝ｎよりｊマ
イナス方向ｄＺ（−ｊ）〔Ｚｊ−ｐ　−Ｚｊ　〕を順次
算出し、初めてｄＺ（−ｊ）＞ｑなる点をｊ１　とする
。ただしｐ、ｑはワーク形状により任意に設定する。以
上のデータに基づいて下記式から基準高さＺａｖを算出
する。

【数２】 ２）おうぎ形容積Ｖθの算出 図６において求めた基準高さＺａｖを基準として、図７
から得られるｊ＝０〜ｎまでの計測ポイントに対しそれ
ぞれ図８に示すようなＶｊ　なる容積を求める。図８か
ら

【数３】 以上のように算出されたＶｊ　を基におうぎ形容積Ｖθ
を算出し、これらを積分して全体の容積を求める。

【００１４】上記実施例は凹部の容積の測定であるが、
凸部も全く同様な方法で求めることができる。またスリ
ット光は対象物によっては死角となり、データが得られ
ない場合もあるが図９に示す如く前後のデータにより補
正を行なえばデータの生成は可能である。また本発明で
は以上のようにして非接触により容積が計測可能なため
、砂型等の圧力による変形が起こるものについては有効
と考えられる。

【００１５】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、以下のような優れた効果を奏することができる。 １．非接触により計測可能なため対象物がくずれやすい
材質・形状でも計測できる。 ２．対象物が傾いている場合も計測可能である（エア、
水は不可能である）。 ３．生産工程において液体による方法では排水、ワーク
の乾燥等に設備が必要であり、気泡が残りやすく自動化
が困難であるが、本発明は構成がシンプルで自動化も可
能である。 ４．エアボリュームテスタでは生産ラインでワーク温度
変化に影響を受けるが、本発明は影響を受けず計測でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る実施例としての容積測定装置の構
成図である。

【図２】レンジファインダの構成図である。

【図３】レンジファインダによる非測定部の形状を写し
出した図である。

【図４】容積測定フローチャート図である。

【図５】対象物にレーザスリットを投射する位置を示す
図である。

【図６】ワーク断面図である。

【図７】容積測定の説明図である。

【図８】容積測定の説明図である。

【図９】死角に対するデータ補正の説明図である。

【符号の説明】

１　　レンジファインダ ２、１１、１３、１７　　レーザスリット光３、１２、
１５、１６　　対象物 ４　　回転テーブル ４１　　モータ ５　　パルスモータドライバ ６　　パソコン ７　　画像処理装置 ８　　白黒モニタ ９　　スリット光源 １０、１８　　テレビカメラ １４　　計測ポイント １９　　スリット画像

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被測定物を微小角移動する回転テーブルと
   、前記被測定物にスリット光を照射するスリット光源と
   、このスリット光源から出力されたスリット光が非測定
   物に当っている時のスリット画像を撮影するカメラと、
   前記カメラから得られるスリット画像から３次元データ
   を画像処理し被測定物が微小角移動した時のおおぎ型の
   １スリット画像毎の容積を演算し、これらを積分して容
   積全体を求める機能を有する画像処理手段とから構成さ
   れたことを特徴とする非接触容積測定装置。
2. 【請求項２】スリット光源より被測定物の回転中心から
   半径方向にスリット光を投射し、測定物表面上のスリッ
   ト光をテレビカメラによりスリット画像として取込み、
   取り込んだスリット画像をもとに所定座標からの３次元
   座標データ演算を行い、このデータにより被測定物が微
   小角移動した時のおおぎ型の１スリット画像毎の容積を
   演算し、次いで被測定物を移動させながら順次上記と同
   一手順によりおおぎ型の各１スリット毎の容積を算出し
   、その後全ての１スリット容積を積分することにより測
   定すべき容積を求めることを特徴とする非接触容積測定
   方法。