JPH07167617A - 三次元座標測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構造で被測定物の測定時間を短縮す
る。 【構成】 光源部４０は、３個の半導体レーザ４２、４
４、４６が縦方向に並列配置され、コリメートレンズ４
８、５０、５２、ロッドレンズ５４を通過することによ
って扇状のスリット光を形成し、被測定物１４へ照射す
る。３本のスリット光を同時又は順次照射することによ
り、測定装置ユニット１８の同一の高さ位置で被測定物
１４の異なる高さ位置を照射することができ、副走査移
動を従来の移動回数の１／３に減らすことができる。受
光部５６では、受光レンズ５８が反射光を集光し、ＣＣ
Ｄエリアセンサ６０上に結像させ、主走査する。ＣＣＤ
エリアセンサ６０では、受光した光量に応じて電気信号
を出力し、演算処理部６２へ供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被測定物の表面に対し
て主走査方向に扇状に拡がるスリット光を照射する光源
部と、前記スリット光の照射による前記被測定物の表面
からの反射光を受光し被測定物の明暗に応じた電気信号
を出力する光電変換素子と、をを備えた測定ユニットを
副走査方向へ順次移動させることによって、光電変換素
子からの電気信号に基づいて前記被測定物の表面形状の
座標を演算する三次元座標測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の被測定物の形状を測定する場合、
機械的にプローブを接触させて、このプローブの変位量
に基づいて被測定物の曲率を求めることがなされる。し
かし、この方法では、被測定物にプローブを接触させる
ことが前提となっているため、被測定物に傷や陥没等を
生じさせる危険性があり、被測定物の品質を低下させる
ことになる。

【０００３】そこで、被測定物の表面を光学的に非接触
で測定する三次元座標測定装置が提案されている。この
装置は、扇状に拡がるスリット光を非測定物に対して照
射する光源部と、被測定物からの反射光を扇状のスリッ
ト光に沿って受光して（主走査）電気信号に変換する光
電変換素子と、がユニット化されている。ここで、光電
変換素子による主走査毎に該ユニットを副走査方向へ移
動することによって、被測定物の表面を測定することが
できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ユニッ
トの副走査は機械的な動作であるため、時間を要し、こ
の副走査移動が完了するまでの間は、完全な待ち時間で
あるため、無駄な時間が多く、測定時間の高速化が阻ま
れていた。

【０００５】本発明は上記事実を考慮し、簡単な構造で
被測定物の測定時間を短縮することができる三次元座標
測定装置を得ることが目的である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、被測定物の表面に対して主走査方向に扇状に拡がる
スリット光を照射する光源部と、前記スリット光の照射
による前記被測定物の表面からの反射光を受光し被測定
物の明暗に応じた電気信号を出力する光電変換素子と、
をを備えた測定ユニットを副走査方向へ順次移動させる
ことによって、光電変換素子からの電気信号に基づいて
前記被測定物の表面形状の座標を演算する三次元座標測
定装置であって、前記光源部が前記スリット光を副走査
方向に複数本出力する機能を有し、順次又は同時に照射
することによって、前記測定ユニットの１回の副走査方
向への移動時に前記スリット光の出力本数に応じた主走
査を行うことを特徴としている。

【０００７】請求項２に記載の発明は、前記複数のスリ
ット光はそれぞれ独立した光源から出力されることを特
徴としている。

【０００８】請求項３に記載の発明は、前記複数のスリ
ット光は、単一の光源から出力される光を分離して形成
することを特徴としている。

【０００９】請求項４に記載の発明は、前記複数のスリ
ット光は、単一の光源からの出力される光を偏向して形
成することを特徴としている。

【００１０】

【作用】請求項１に記載の発明によれば、光源部から複
数本のスリット光を出力する。この場合、例えば、第１
のスリット光を出力した状態で光電変換素子によって被
測定物からの反射光を受光し、次いで第２のスリット光
を出力した状態で光電変換素子によって被測定物からの
反射光を受光し、被測定物の表面の形状に応じた電気信
号を出力することにより、この電気信号に基づいて被測
定物の表面形状の座標を演算する。これをスリット光の
本数分実行し、終了した時点で、副走査を行い、上記工
程を繰り返す。これにより、副走査回数は、１本のスリ
ット光によって被測定物の前面を網羅するのに比べ、１
本のスリット光による副走査回数／スリット光の本数と
なり、副走査回数を減少させることができる。この副走
査は機械的な動作であり、光電変換素子による受光時間
に比べて極めて遅いため、これを減少させることによ
り、測定時間の短縮化を図ることができる。

【００１１】請求項２に記載の発明によれば、複数のス
リット光を、それぞれ独立した光源から出力するように
したので、複数のスリット光を同時に出力することが可
能であり、１主走査中に異なる位置（副走査方向）のデ
ータを複数個取り込むことができる。

【００１２】請求項３に記載の発明によれば、複数のス
リット光を単一の光源から出力される光を分離して形成
しているため、光源部の構成が簡単であり、かつ同時照
射も可能となる。

【００１３】請求項４に記載の発明によれば、複数のス
リット光を単一の光源から出力される光を偏向して形成
しているため、光を分離するときに生じる光量低下（変
動）を無くすことができる。

【００１４】

【実施例】図１及び図２には、本実施例に係る三次元座
標測定装置１０が示されている。

【００１５】ベース１２には段差が設けられており、高
位部が被測定物１４を載置する定盤１６とされ、低位部
が測定装置ユニット１８が配設される載置部２０とされ
ている。

【００１６】測定装置ユニット１８のケーシング２２は
箱型で、両側面にそれぞれ矩形状のブロック２４が取付
けられている。このブロック２４には、上下面を貫通す
る貫通孔２６、２６が設けられ、その一方（図１の手前
側）の貫通孔の内周面には雌ねじが形成されている（以
下、雌ねじ孔２６という）。これに対して、載置部２０
には、一対のシャフト３０、３２が互いに平行に立設さ
れている。このシャフト３０、３２の一方には雄ねじが
形成されている（以下、雄ねじシャフト３０という）。

【００１７】ここで、雄ねじシャフト３０は前記矩形ブ
ロック２４に雌ねじ孔２６と対応され、互いに螺合して
いる。また、他方のシャフト３２は他方の貫通孔３２に
挿通されている。

【００１８】雄ねじシャフト３０は、図示しないモータ
の回転軸と連結されており、モータの駆動力により軸回
転するようになっている。この雄ねじシャフト３０は、
軸方向移動が阻止されているため、雄ねじシャフト３０
が回転することによって、雌ねじ孔２６との螺合位置が
変位する。一方、貫通孔２８はシャフト３２に挿通され
ているため、測定装置ユニット１８は、雄ねじシャフト
３０の回転に応じて上下方向に移動されることになる。

【００１９】図３に示される如く、測定装置ユニット１
８の被測定物１４と対向する面には、上下方向に沿って
２個の円孔３４、３６が設けられており、それぞれに透
明ガラス板３８が嵌め込まれている。

【００２０】下方に位置する円孔３４に対応して、測定
装置ユニット１８内には光源部４０が配設されている。

【００２１】光源部４０は、３個の半導体レーザ４２、
４４、４６が縦方向に並列配置されている。各半導体レ
ーザ４２、４４、４６のレーザ光の出力側にはコリメー
トレンズ４８、５０、５２が配設され、レーザ光を集光
する役目を有している。

【００２２】また、これらコリメートレンズ４８、５
０、５２の下流側にはロッドレンズ５４が配設され、各
コリメートレンズ４８、５０、５２から出力される光を
扇状のスリット光に変換するようになっている。

【００２３】このスリット光は前記透明ガラスを通過し
て定盤１６上の被測定物１４へ照射されるようになって
いる。

【００２４】すなわち、３本のスリット光を同時又は順
次照射することにより、測定装置ユニット１８の同一の
高さ位置で被測定物１４の異なる高さ位置を照射するこ
とができるようになっている。

【００２５】被測定物によって反射されたスリット光は
前記上側に位置する円孔３６（透明ガラス板３８）を通
過して再度測定装置ユニット１８内へ案内されるように
なっている。

【００２６】この上側の円孔３６に対応して、測定装置
ユニット１８内には、受光部５６が配設されている。

【００２７】受光部５６は、受光レンズ５８及びＣＣＤ
エリアセンサ６０で構成されている。受光レンズ５８で
は、前記透明ガラス板３８を透過してくる反射光を集光
し、ＣＣＤエリアセンサ６０上に結像させる役目を有し
ている。ここで、ＣＣＤエリアセンサ６０によって主走
査することにより、被測定物の横方向に亘る形状に応じ
た光を受光することができる。ＣＣＤエリアセンサ６０
では、受光した光量に応じて電気信号を出力し、演算処
理部６２へ供給するようになっている。演算処理部６２
では、この電気信号に基づいて、記憶されたルックアッ
プテーブルから被測定物の座標を演算している。

【００２８】ところで、３本のスリット光が同時に出力
された場合は、１主走査内に３つの測定信号が存在する
ことになる（図４（Ａ）参照）。この場合、演算処理部
６２では、各スリット光の隙間に基づいて補正を行い、
被測定物１４の高さ位置に合う座標を演算する。

【００２９】一方、３本のスリット光の順次に出力され
た場合は、この順次照射に同期させて、３回の主走査を
行うようになっている（図４（Ｂ）参照）。この場合に
おいても、演算処理部６２では、各スリット光の隙間に
基づいて補正を行い、被測定物１４の高さ位置に合う座
標を演算する。

【００３０】いずれにしても、測定装置ユニット１８を
固定した状態で、被測定物１４の３か所の測定が行える
ことになる。

【００３１】上記測定が終了する毎に、前記雄ねじシャ
フト３０が所定量回転することによって、測定装置ユニ
ット１８をシャフト３２に案内して移動させ（副走
査）、再度主走査を行うことにより、被測定物１４の表
面の全域に亘って主走査を行うようになっている。

【００３２】以下に本実施例の作用を説明する。被測定
物１４を定盤１６の所定位置に載置し固定する。次に、
モータを駆動して、雄ねじシャフト３０を回転させ、測
定装置ユニット１８を最下部へ移動させる。この状態で
は、下側の円孔３４が定盤１６の面上と一致され、初期
設定が完了する。

【００３３】初期設定が完了すると、半導体レーザ４
２、４４、４６が同時に照射を開始する。半導体レーザ
４２、４４、４６から出力される光はコリメートレンズ
４８、５０、５２によって集光され、ロッドレンズ５４
によって扇状のスリット光となって、透明ガラス板３８
を透過し、被測定物１４へ照射される。

【００３４】各スリット光の被測定物１４への照射位置
はその高さ方向にずれており、３箇所同時に照射されて
いることになる。

【００３５】このスリット光は、被測定物１４で反射さ
れ、上側の円孔３６に取付けられた透明ガラス板３８を
透過し、受光レンズ５８へ入射する。

【００３６】この受光レンズ５８によって、反射光はＣ
ＣＤエリアセンサ６０上に結像される。ここで、ＣＣＤ
エリアセンサ６０では、主走査を実行する。

【００３７】この主走査によって、同時に被測定物１４
の横方向に亘る３箇所の形状を光量の変化によって得る
ことができる。ＣＣＤエリアセンサ６０では、この光量
を電気信号に変換し、演算処理部６２へ供給する。

【００３８】演算処理部６２では、各スリット光間の隙
間に基づいて、１主走査の中に含まれる３か所のデータ
を補正し、被測定物１４の高さ位置に合った座標を演算
する。

【００３９】なお、半導体レーザ４２、４４、４６を順
次に照射した場合には、ＣＣＤエリアセンサ６０によっ
て３回の主走査を行うことにより、各高さ位置毎の主走
査を行うことができる。

【００４０】この処理が終了すると、モータが駆動さ
れ、雄ねじシャフト３０が所定量回転する。この回転に
よって測定装置ユニット１８は所定量上昇し、停止す
る。

【００４１】測定装置ユニット１８が停止した時点で、
半導体レーザ４２、４４、４６の照射を再開し、上記工
程を繰り返す。

【００４２】このように、主走査及び副走査を繰り返し
行うことによって、被測定物１４の高さ方向全域に亘る
横方向の形状読取りが終了する。

【００４３】ここで、本実施例では、３本のスリット光
を用いたため、測定装置ユニット１８の移動回数（副走
査回数）が１本スリット光によって処理していた場合に
比べ１／３回で済む。この副走査移動は、機械的な移動
であり、主走査や演算処理等に比べて、膨大な時間を要
する。この膨大な時間を要する機械的移動を１／３に短
縮することができるため、全体としての測定時間を大幅
に短縮することができる。 （変形例１）なお、本実施例では、３個の半導体レーザ
４２、４４、４６を用いて３本のスリット光を形成した
が、図５に示される如く、１個の半導体レーザ６４の下
流側にコリメートレンズ６６を配設し、さらにその下流
側に２個のハーフミラー（ビームスプリッタ）６８、７
０を配設し、第１のハーフミーラ６８で反射された光を
ミラー７２によって反射させ、第２のハーフミラー７０
で反射された光をミラー７４によって反射させることに
より、互いに平行な光を形成し、ロッドレンズ７６を通
過させることによって３本のスリット光を形成すること
ができる。 （変形例２）図６に示される如く、１個の半導体レーザ
７８の下流側にコリメートレンズ８０及びロッドレンズ
８２を配設し、これらを通過した光（スリット光）を、
図６の実線状態から点線状態又はその反対方向に回転可
能なプリズムミラー８４に入光させることにより、この
プリズムミラー８４の回転に応じて、順次ではあるが、
互いに高さ方向の異なり、かつ平行な３本のスリット光
を形成することができる。プリズムミラー８４の回転角
度は、図示しない角度検出器によって制御すればよい。 （変形例３）図７に示される如く、１個の半導体レーザ
８６の下流側にコリメートレンズ８８及びロッドレンズ
９０を配設し、これらを通過した光（スリット光）を、
図７の矢印に示される如く回転可能なミラー９２に入光
させることにより、ミラー９２の回転に応じて３方向に
偏向されたスリット光を被測定物１４へ照射させること
ができる。なお、ミラー９２の回転角度は、図示しない
角度検出器によって制御すればよい。

【００４４】

【発明の効果】以上説明した如く本発明に係る三次元座
標測定装置は、簡単な構造で被測定物の測定時間を短縮
することができるという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例に係る三次元座標測定装置の斜視図で
ある。

【図２】本実施例に係る三次元座標測定装置の側面図で
ある。

【図３】測定装置ユニット内の構造を示す概略図であ
る。

【図４】（Ａ）は３本のスリット光を同時照射したとき
に１主走査によって得られる特性図、（Ｂ）は３本のス
リット光を順次照射したときの各主走査によって得られ
る特性図である。

【図５】ハーフミラーを用いた場合の光源部の変形例で
ある。

【図６】プリズムミラーを用いた場合の光源部の変形例
である。

【図７】回転ミラーを用いた場合の光源部の変形例であ
る。

【符号の説明】

１０ 三次元座標測定装置 １４ 被測定物 １８ 測定装置ユニット ２６ 雌ねじ孔 ３０ 雄ねじシャフト ４０ 光源部 ４２、４４、４６ 半導体レーザ ５６ 受光部 ６０ ＣＣＤエリアセンサ（光電変換素子）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定物の表面に対して主走査方向に扇
   状に拡がるスリット光を照射する光源部と、前記スリッ
   ト光の照射による前記被測定物の表面からの反射光を受
   光し被測定物の明暗に応じた電気信号を出力する光電変
   換素子と、をを備えた測定ユニットを副走査方向へ順次
   移動させることによって、光電変換素子からの電気信号
   に基づいて前記被測定物の表面形状の座標を演算する三
   次元座標測定装置であって、 前記光源部が前記スリット光を副走査方向に複数本出力
   する機能を有し、順次又は同時に照射することによっ
   て、前記測定ユニットの１回の副走査方向への移動時に
   前記スリット光の出力本数に応じた主走査を行うことを
   特徴とする三次元座標測定装置。
2. 【請求項２】 前記複数のスリット光はそれぞれ独立し
   た光源から出力されることを特徴とする請求項１記載の
   三次元座標測定装置。
3. 【請求項３】 前記複数のスリット光は、単一の光源か
   ら出力される光を分離して形成することを特徴とする請
   求項１記載の三次元座標測定装置。
4. 【請求項４】 前記複数のスリット光は、単一の光源か
   らの出力される光を偏向して形成することを特徴とする
   請求項１記載の三次元座標測定装置。