JPH06249626A - 三次元形状測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 長大な立体物であっても容易に測定すること
ができ、しかも高密度及び高精度な測定結果を得ること
のできる三次元形状測定装置を提供する。 【構成】 測定ヘッド１を駆動機構１０によって機械的
に移動させ、測定対象物Ａの三次元形状を所定の範囲ず
つ測定することにより、一回の測定範囲が小さい非接触
式の測定ヘッド１であっても、測定ヘッド１によって採
取された各測定範囲ごとのデータを合成することによ
り、長大な立体物の全体形状でも容易に測定される。従
って、測定対象物Ａの三次元形状は測定ヘッド１から照
射されるレーザー光線によって測定されるので、測定ピ
ッチが細かく、高密度な測定結果が得られる。また、測
定作業が自動化されるので、測定対象物Ａの同一範囲を
複数回測定することにより、非接触式の測定ヘッド１の
欠点であった精度の低さが解消される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば自動車、船舶、
航空機等の各種工業製品の設計において、外観モデルを
用いた外形寸法の測定等に有効な三次元形状測定装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば自動車の車体等を設計する
場合には、縮小された外観モデルを作成してデザインを
決定し、この外観モデルの三次元形状を測定することに
より、実物の外形寸法を算定している。また、外観モデ
ルの三次元形状を測定する装置としては、検出用の針等
を測定対象物の表面に接触させながら一定の方向に移動
させ、これを所定ピッチごとに繰り返し行う接触式のも
のが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、最近の外観
デザインには複雑な三次元形状を有するものが多いこと
から、測定密度をできるだけ高め、より正確なデータを
得る必要がある。そこで、前記接触式の測定装置におい
て測定密度を高めるためには測定ピッチを小さくすれば
よいが、ピッチを小さくすればその分だけ測定に要する
時間が長くなるし、測定ピッチの最小も１０ｍｍ程度と
粗く、複雑な三次元形状に対応できる高密度な測定は不
可能であった。また、最近ではレーザー光線を照射する
ことにより測定対象物に接触せずに三次元形状を検出す
る非接触式の測定装置も知られているが、この装置では
最小０．５ｍｍ程度の高密度な測定ピッチが得られる反
面、測定対象物に接触しないため接触式に比べて測定精
度が低く、しかも一回の測定範囲も極めて小さいため測
定範囲を越える長大な立体物の測定ができず、工業デザ
イン分野においては未だ実用化に至っていない。

【０００４】本発明は前記問題点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、長大な立体物であっ
ても容易に測定することができ、しかも高密度及び高精
度な測定結果を得ることのできる三次元形状測定装置を
提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項１の三次元形状測定装置は、レーザー光線を
照射することにより測定対象物の三次元形状を所定の範
囲ごとに測定する測定ヘッドと、測定ヘッドを測定対象
物の外周に沿って所定の測定範囲ずつ移動させる駆動機
構とを備えている。

【０００６】また、請求項２では、前記駆動機構の移動
進路を回避するよう形成された支持脚を備え、該支持脚
には装置本体の中央側に配置された測定対象物載置用の
測定テーブルを取付けている。

【０００７】

【作用】請求項１の三次元形状測定装置によれば、測定
ヘッドが駆動機構により測定対象物の外周に沿って所定
の測定範囲ずつ移動し、測定対象物の所定範囲ごとの三
次元形状が測定される。その際、測定対象物の三次元形
状は測定ヘッドから照射されるレーザー光線によって測
定されることから、測定ピッチが細かく、高密度な測定
結果が得られる。また、測定対象物の全体形状が測定す
るためには、測定ヘッドによって採取された各測定範囲
ごとのデータを合成すればよいので、測定ヘッドの一回
の測定範囲が小さくとも長大な立体物の測定が可能とな
る。更に、測定作業が自動化されるため、測定対象物の
同一範囲を複数回測定することにより、高精度な測定結
果が得られる。

【０００８】また、請求項２の三次元形状測定装置によ
れば、請求項１の作用を有するとともに、駆動機構の移
動進路を回避するよう形成された支持脚により、支持脚
に取付けられた測定対象物載置用の測定テーブルが装置
本体の中央側に配置されることから、装置全体の小型化
が図られる。

【０００９】

【実施例】図１乃至図３は本発明の一実施例を示すもの
で、図１は三次元形状測定装置の全体斜視図である。こ
の三次元形状測定装置は、レーザー光線を照射すること
により測定対象物Ａの三次元形状を測定する測定ヘッド
１と、測定対象物Ａの周囲に測定ヘッド１を移動させる
駆動機構１０と、測定対象物Ａを載置する測定テーブル
２０とから構成され、測定対象物Ａは自動車の外観モデ
ルである。

【００１０】測定ヘッド１は、レーザー光線を高速回転
鏡等を用いて一様な速度で平行に走査することにより、
走査線が物体で遮られている間の時間と走査速度から物
体の三次元寸法を求める原理を用いた周知の構成からな
り、図示しないデータ処理装置（電子計算機等）に接続
されている。また、走査線の間隔は最小で０．５ｍｍ程
度の密度を有し、一回の測定範囲は現在開発されている
もので幅２５０ｍｍ、高さ２３０ｍｍ、奥行き１６０ｍ
ｍ程度である。

【００１１】駆動機構１０は、図１に示すように測定ヘ
ッド１を前後方向（Ｘ軸方向）に移動する第１アクチュ
エータ１１と、測定ヘッド１を左右方向（Ｙ軸方向）に
移動する第２アクチュエータ１２と、測定ヘッド１を上
下方向（Ｚ軸方向）に移動する第３アクチュエータ１３
と、測定ヘッド１をθ方向に回動する第４アクチュエー
タ１４との組合わせによって構成され、これらアクチュ
エータは基板１５上に取付けられている。第１アクチュ
エータ１１は前後方向に平行に延びる二本のガイドレー
ル１１ａ，１１ｂを有し、一方のガイドレール１１ａは
内部機構をモータ１１ｃによって駆動されるようになっ
ている。第２アクチュエータ１２は左右方向に延びるガ
イドレール１２ａを有し、ガイドレール１１ａは内部機
構をモータ１２ｂによって駆動されるようになってい
る。また、第２アクチュエータ１２は第１アクチュエー
タ１１の各ガイドレール１１ａ，１１ｂに取付けられて
おり、第１アクチュエータ１１によって前後方向に移動
するようになっている。第３アクチュエータ１３は上下
方向に延びる支柱１３ａを有し、支柱１３ａは可動軸１
３ｂをモータ１３ｃによって上下動されるようになって
いる。また、第３アクチュエータ１２は第２アクチュエ
ータ１２のガイドレール１２ａに取付けられており、第
２アクチュエータ１２によって左右方向に移動するよう
になっている。第４アクチュエータ１４は第３アクチュ
エータ１３の可動軸１３ｂに取付けられており、第３ア
クチュエータ１３によって上下方向に移動するようにな
っている。これら各アクチュエータには位置検出器が取
付けられ、測定ヘッド１の位置や向きがＸ，Ｙ，Ｚ，θ
の座標としてデータ処理装置に入力されるようになって
いる。また、基板１５の下面には装置本体を移動するた
めの複数のキャスタ１６が取付けられ、各キャスタ１６
には水平度調節機構１７が設けられている。

【００１２】測定テーブル２０は装置本体の中央側に配
置され、屈曲形状の支持脚２１によって基板１５の所定
高さ上方に支持されている。支持脚２１は下端側を基板
１５に固定されるとともに、図２に示すように上端側が
前記第２アクチュエータ１２の移動進路を回避するよう
装置本体の内側に向かって延び、その上端には測定テー
ブル２０が取付けられている。また、測定テーブル２０
と支持脚２１との間には水平度調節機構２２が設けられ
ている。測定テーブル２０には軽量化及び錆防止に有利
なステンレス製のハニカム板を用いたり、測定テーブル
２０に磁性体を用いることより、測定テーブル２０に吸
着する位置決めブロック等で測定中における測定対象物
Ａの位置ずれを防止するようにしてもよい。

【００１３】次に、本実施例の測定装置による三次元形
状の測定方法を説明する。まず、図３に示すように測定
ヘッド１を所定の起点（例えば、測定対象物Ａの後方）
に位置させ、駆動機構１０により測定対象物Ａの一側方
及び前方へと移動させる。その際、測定ヘッド１の一回
の測定範囲には限界があるため、測定ヘッド１は所定の
測定範囲ずつ移動され、各範囲ごとの測定データはデー
タ処理装置に入力される。測定ヘッド１の移動について
細かく言えば、測定ヘッド１は第１及び第２アクチュエ
ータ１１，１２によってＸ軸及びＹ軸方向に移動される
とともに、測定対象物Ａのコーナー部分では第４アクチ
ュエータ１４により測定ヘッド１をθ方向に回動して適
正な向きに首振り動作させ、測定対象物Ａの高さ寸法が
一回の測定範囲Ｂ（図２参照）を越える場合には前記動
作に第３アクチュエータ１３の上下動を加えてＺ軸方向
にずらした測定が行われる。また、各測定範囲の三次元
的な位置は測定ヘッド１の位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ，θ軸座
標）からそれぞれ判別され、位置データとしてデータ処
理装置に入力される。そして、各測定範囲ごとの測定デ
ータをデータ処理装置において合成し、各測定範囲の位
置データに基づいて測定対象物Ａの部分形状を連続的に
繋ぎ合わせることにより、測定対象物Ａの全体形状が得
られる。この場合、測定対象物Ａの片方の面は一方の面
の測定結果から対称形状として算定される。

【００１４】このように、本実施例の三次元形状測定装
置によれば、測定ヘッド１を駆動機構１０によって機械
的に移動させ、測定対象物Ａの三次元形状を所定の範囲
ずつ測定するようにしたので、一回の測定範囲が小さい
非接触式の測定ヘッド１であっても、測定ヘッド１によ
って採取された各測定範囲ごとのデータを合成すること
により、長大な立体物の全体形状でも容易に測定するこ
とができる。従って、測定対象物Ａの三次元形状は測定
ヘッド１から照射されるレーザー光線によって測定され
るので、測定ピッチが細かく、高密度な測定結果を得る
ことができる。また、測定作業を自動化することができ
るので、測定対象物Ａの同一範囲を複数回測定すること
により、非接触式の測定ヘッド１の欠点であった精度の
低さを解消することができる。更に、駆動機構１０の移
動進路を回避するよう形成された支持脚２１により、支
持脚２１に取付けられた測定テーブル２０を装置本体の
中央側に配置したので、装置全体の小型化を図ることが
でき、設置スペースの少ないデザインオフィス等に有利
である。

【００１５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の三次元
形状測定装置によれば、長大な立体物の全体形状であっ
てもレーザー光線による非接触式の測定ヘッドを用いた
測定が可能となるので、非接触式の測定ヘッドの長所で
ある高密度な測定結果を有効に活用することができる。
また、測定作業を自動化することができるので、測定対
象物の同一範囲を複数回測定することにより、非接触式
の測定ヘッドの欠点であった精度の低さを解消すること
ができ、実用化に際して極めて有利である。

【００１６】また、請求項２の三次元形状測定装置によ
れば、請求項１の効果を達成し得るとともに、装置全体
の小型化を図ることができるので、設置スペースの少な
いデザインオフィス等に有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す三次元形状測定装置の
全体斜視図

【図２】三次元形状測定装置の正面図

【図３】三次元形状測定装置の動作説明図

【符号の説明】

１…測定ヘッド、１０…駆動機構、２０…測定テーブ
ル、２１…支持脚、Ａ…測定対象物。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザー光線を照射することにより測定
   対象物の三次元形状を所定の範囲ごとに測定する測定ヘ
   ッドと、 測定ヘッドを測定対象物の外周に沿って所定の測定範囲
   ずつ移動させる駆動機構とを備えたことを特徴とする三
   次元形状測定装置。
2. 【請求項２】 前記駆動機構の移動進路を回避するよう
   形成された支持脚を備え、該支持脚には装置本体の中央
   側に配置された測定対象物載置用の測定テーブルを取付
   けたことを特徴とする請求項１記載の三次元形状測定装
   置。