JPH11142138A - ３次元自動計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 計測対象のワークの回りに広いスペースが要
らず、計測の自動化が可能で、計測精度を確保でき、計
測方向の制約が無く、計測ツール選択の自由度が高く、
識別ターゲットや反射ターゲットを貼る必要の無い３次
元自動計測装置を提供すること。 【解決手段】 ３次元自動計測装置１の門型の可動架構
３はワークＷの長手方向に自走可能で、この可動架構３
のビーム部材１３に沿ってキャリッジ１４が移動駆動さ
れ、キャリッジ１４に装備したロボット支持体１５が昇
降駆動され、そのロボット支持体１５の下端に６軸多関
節ロボット４が倒立状に取付けられ、ロボット４のハン
ド４ａに計測ツール５が設けられ、可動架構３を介して
数値制御方式にてロボット４をＸ，Ｙ，Ｚ方向へ独立に
移動駆動し、計測ツール５でワークＷのボルト穴や板材
の頂点を計測し、ワークＷの複数の計測対象点の３次元
位置を計測する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】 本発明は、３次元自動計測
装置に関し、特に立体的な大型のワークにおける複数の
計測対象点の３次元位置を測定するのに適した計測装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】 比較的大型の橋梁を構築するには、通
常、多数の橋梁分割体（橋梁ブロック）を工場において
製作し、それら橋梁分割体を工場内において一体的に組
立てる「仮組立」を行い、各接合部のボルト取り合いや
寸法精度の確認を行って仕様精度を確保し、分解後現地
に搬送して架設し橋梁として完成する。前記橋梁分割体
のような立体的な大型構造物（ワーク）では各ブロック
における形状を表す多数の対象点（部材端コーナー位
置、孔芯位置等）の３次元位置を精密に計測できれば、
コンピュータによる数値仮組立（シミュレーション）を
行うことにより、工場内での仮組立を省略することが可
能となり、大幅なコストダウンを図ることができる。

【０００３】そこで、従来より橋梁分割体のような立体
的な大型のワークを計測する計測装置として、ＣＣＤカ
メラ方式計測装置と、自走台車方式計測装置と、光波測
距方式計測装置とが実用化されている。図１６に示すよ
うに、ＣＣＤカメラ方式計測装置１００においては、計
測ステーションに１対のレール１０１を設け、そのレー
ル１０１上を走行可能な走行台車１０２にワークＷを載
置して搬入し、計測ステーションのワークＷの両側に各
２台のＣＣＤカメラ１０３を固定的に配設し、ワークＷ
の複数の計測対象点に識別ターゲットを夫々取付け、ワ
ークＷを静止させた状態で片側各２台のＣＣＤカメラ１
０３により各識別ターゲットを順々に視準し、ＣＣＤカ
メラ１０３の水平回転角と仰角とを検出し、その水平回
転角と仰角の情報とＣＣＤカメラ１０３の位置情報等に
基づいて各識別ターゲットの３次元位置を計測するよう
になっている。

【０００４】図１７に示すように、自走台車方式計測装
置１０４においては、計測ステーションにワークＷを配
置し且つ光波測距機１０５を固定的に配置し、自走台車
１０６に多関節ロボット１０７を装備し、多関節ロボッ
ト１０７のハンドに反射ターゲットが貼られた３次元視
覚センサーを装備し、自走台車１０６により多関節ロボ
ット１０７を移動させながら、多関節ロボット１０７の
ハンドを移動させ、３次元視覚センサーによりワークＷ
の各計測対象点を検出すると共に、３次元視覚センサー
に貼られた反射ターゲットを光波測距機１０５で自動視
準し、その両計測値から各計測対象点の３次元位置を計
測するようになっている。

【０００５】また、図１８に示すように、光波測距方式
計測装置においては、計測テーションにワークＷを配置
し且つ光波測距機（ＮＣ駆動式）１０９を４台固定的に
配置し、ワークＷの複数の計測対象点に反射ターゲット
を夫々取付け、４台の光波測距機１０９により夫々割り
当てられた計測対象点の反射ターゲットを順々に自動視
準し、各計測対象点の３次元位置を計測する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】 前記ＣＣＤカメラ方
式計測装置では、その計測精度が約±2.0 ｍｍで計測精
度が低いこと、ＣＣＤカメラの操作専任者が必要である
こと、多数の計測対象点に夫々識別ターゲットを取付け
る必要があるのでワークによっては足場が必要となる等
ターゲットの取付けに多大の労力を要すること、計測の
完全自動化を図ることができないこと、ワークの両側か
ら且つワークから離れた位置から計測する関係上、広い
計測ステーションが必要で、複数のワークを並列配置で
きずワークの搬出入の頻度が高く段取り替えが多くなる
こと等の問題がある。

【０００７】前記自走台車方式計測装置では、１群の計
測点の計測ごとに自走台車を介して多関節ロボットを移
動させる必要があるので計測能率を高めにくいこと、光
波測距機を適用する関係上計測方向が一方向に制約され
全面計測する為にはワークの周囲にかなり広いスペース
が必要で、且つ複数のワークを並列に配置できずワーク
の搬出入の頻度が高く段取り替えが多くなること、台車
が停止した位置においてロボットが昇降動作のみで動作
するため多関節ロボットハンドの姿勢が制約されるため
計測動作の自由度が低くなり狭隘部への適用が難しくな
ること、ロボットのハンドに装備して使用できる計測ツ
ールの選択の自由度が低くなること等の問題がある。

【０００８】光波測距方式計測装置では、計測時間が長
い場合温度変化により内蔵の傾斜計に狂いが生じ計測精
度が低下すること、多数の計測対象点に夫々反射ターゲ
ットを取付ける必要があるためワークによっては足場が
必要となる等ターゲットの取付けに多大の労力を必要と
すること、計測の完全自動化を図ることができないこ
と、ワークの両側から計測する関係上、複数のワークを
並列配置できずワークの搬出入の頻度が高く段取り替え
が多くなること等の問題がある。

【０００９】本発明の目的は、前記課題を解決するた
め、計測の完全自動化が可能で、十分な計測精度を確保
でき、計測対象点に反射ターゲットを取付ける必要がな
く、計測方向の制約とロボットのハンドの姿勢の制約が
なく、複数のワークを並列配置でき、計測ツールの選択
の自由度を高め得る３次元自動計測装置を提供すること
である。

【００１０】

【課題を解決するための手段】 請求項１の３次元自動
計測装置は、立体的な大型のワークにおける複数の計測
対象点の３次元位置を計測するのに適した３次元自動計
測装置であって、レール上をワークの長手方向である水
平なＸ方向に自走可能な可動架構と、この可動架構を介
してＸ方向、Ｘ方向と直交する水平なＹ方向、Ｘ，Ｙ方
向と直交するＺ方向へ夫々独立に移動可能に可動架構に
装備された多関節ロボットと、この多関節ロボットのハ
ンドに装備された計測ツールとを備えたものである。

【００１１】前記可動架構としては例えば門型架構や門
型架構の半分に近い片持ち架構が適用され、ワークの長
手方向がＸ方向となるように計測対象のワークが配置さ
れ、可動架構と多関節ロボットとによりワークに対する
計測が行われる。多関節ロボットは、可動架構を介して
Ｘ方向、Ｘ方向と直交する水平なＹ方向、Ｘ，Ｙ方向と
直交するＺ方向へ夫々独立に移動可能に可動架構に装備
されているので、多関節ロボットのハンドに装備した計
測ツールをワークの外面の所望の計測対象点やワークの
内部の所望の計測対象点へ移動させ、多関節ロボットの
Ｘ，Ｙ，Ｚ方向への移動量と、多関節ロボットのバンド
の移動量（例えば、６軸多関節ロボットの場合はその６
軸の移動量）とから、複数の計測対象点の３次元位置を
計測することができる。尚、前記計測対象点は例えばワ
ークに形成されたボルト穴であり、前記計測ツールはボ
ルト穴に係合させるスタイラスプローブ（タッチセンサ
部材）を含み、スタイラスをボルト穴に係合させ、タッ
チセンサがオンした時の位置を計測することになる。

【００１２】請求項２の３次元自動計測装置は、請求項
１の発明において、前記可動架構は、Ｙ方向に離隔した
１対のレール上を自走可能な１対の脚部と、これら脚部
に立設された１対の柱部材と、これら柱部材の上端に架
着されＹ方向に延びるビーム部材とを有する門型架構で
あることを特徴とするものである。可動架構が前記のよ
うな門型架構であるので、ワークの両側及び上面の複数
の計測対象点を確実に計測することができ、ビーム部材
の長さを大きくすることもでき、複数の並列配置したワ
ークについて計測可能になる。

【００１３】請求項３の３次元自動計測装置は、請求項
１の発明において、前記可動架構は、レール上を自走可
能な１つの脚部と、この脚部に立設された１つの柱部材
と、この柱部材の上部に固着されＹ方向に片持ち状に延
びるビーム部材とを有する片持ち架構であることを特徴
とするものである。可動架構が前記のような片持ち架構
であるので、可動架構の構成が簡単化する。

【００１４】請求項４の３次元自動計測装置は、請求項
２又は３の発明において、前記ビーム部材にＹ方向に移
動可能に装備されたキャリッジと、このキャリッジに昇
降可能に装備されたロボット支持体とを備え、前記多関
節ロボットはロボット支持体に倒立状に取付けられたこ
とを特徴とするものである。それ故、可動架構を自走さ
せることで多関節ロボットをＸ方向へ移動でき、キャリ
ッジをビーム部材に沿って移動させることで多関節ロボ
ットをＹ方向へ移動でき、キャリッジに対してロボット
支持体を昇降させることで多関節ロボットをＺ方向へ移
動させることができる。また、多関節ロボットをロボッ
ト支持体に倒立状に取付けるため、ワークの両側や上面
は元よりワークの内部や下面側をも計測可能になる。

【００１５】請求項５の３次元自動計測装置は、請求項
４の発明において、前記可動架構をＸ方向へ移動駆動す
る走行駆動手段と、キャリッジをＹ方向へ移動駆動する
横行駆動手段と、ロボット支持体をＺ方向へ昇降駆動す
る昇降駆動手段と、走行駆動手段と横行駆動手段と昇降
駆動手段を数値制御方式で夫々制御する制御手段と、多
関節ロボットを制御するロボット制御手段とを備えたこ
とを特徴とするものである。走行駆動手段により可動架
構がＸ方向へ移動駆動され、横行駆動手段によりキャリ
ッジがＹ方向へ移動駆動され、昇降駆動手段によりロボ
ット支持体がＺ方向へ昇降駆動される。制御手段は走行
駆動手段と横行駆動手段と昇降駆動手段を数値制御方式
で夫々制御し、ロボット制御手段は多関節ロボットを制
御する。それ故、多関節ロボットをＸ，Ｙ，Ｚ方向へ独
立に自動的に数値制御方式で移動駆動することができ、
制御手段におけるＸ，Ｙ，Ｚ方向の制御量とロボット制
御手段における複数の制御量とから計測対象点の３次元
位置を知ることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。本発明は、橋梁の橋梁分割
体（橋梁ブロック）等の立体的な大型のワークを工場に
おいて組立後に、ワークの形状を表す複数の計測対象点
の３次元位置を高精度に計測する３次元自動計測装置に
関するものであり、本実施形態におけるワークは種々の
形状の橋梁分割体である。

【００１７】図１は本実施形態に係る３次元自動計測装
置１の概略斜視図であり、図２は本実施形態に係る３次
元自動計測装置１の斜視図、図３は図２の３次元自動計
測装置１の背面図である。図１〜図３に示すように、３
次元自動計測装置１は、ワークＷの長手方向である水平
なＸ方向に延びる左右１対のレール２上をＸ方向に自走
可能な可動架構３と、この可動架構３に装備された６軸
多関節ロボット４（図４参照）と、この多関節ロボット
４のハンド４ａに装備された計測ツール５（図５参照）
と、制御系（図６参照）とを備えている。

【００１８】前記左右１対のレール２は、最大幅のワー
クＷの幅よりも十分大きな間隔を空けて平行に配設さ
れ、可動架構３は、それらレール２上を自走可能な１対
の脚部１１と、それら脚部１１上に立設された１対の柱
部材１２と、これら柱部材１２の上端に架着されＸ方向
と直交する水平なＹ方向へ延びるビーム部材１３とを有
する門型架構であり、ビーム部材１３にはそれに沿って
Ｙ方向へ移動可能なキャリッジ１４が設けられ、このキ
ャリッジ１４に昇降可能にロボット支持体１５及び支持
筒部材１６が設けられ、多関節ロボット４はロボット支
持体１５の下端部に倒立状に取付けられている。尚、左
右１対のレール２の間には左右１対のレール６に沿って
移動可能な２つのベース台７が設けられ、ワークＷはこ
れらベース台７上に水平姿勢に載置される。

【００１９】各レール２にはその全長に亙ってラック部
材が固着され、各脚部１１にはレール２上を転動する１
対の従動輪と１つの走行用サーボモータ４５（図６参
照）が設けられ、走行用サーボモータ４５の出力軸に固
着されたピニオンがラック部材に噛合され、可動架構３
は左右１対の走行用サーボモータ４５により１対のラッ
ク・ピニオン機構を介してＸ方向へ移動駆動される。左
側の脚部材１１にはコントロール室８が設けられ、その
コントロール室８に電源用機器や制御系の機器が設けら
れている。

【００２０】前記ビーム部材１３の前面には上下１対の
ガイドレール１３ａが設けられ、これらガイドレール１
３ａの間にはラック部材１３ｂが設けられ、キャリッジ
１４に設けた複数のガイドローラが、１対のガイドレー
ル１３ａに係合してキャリッジ１４がＹ方向へ移動自在
に支持され、キャリッジ１４に装備された横行用サーボ
モータ４６（図６参照）の出力軸にはピニオンが固着さ
れ、そのピニオンがラック部材１３ｂに噛合され、キャ
リッジ１４は横行用サーボモータ４６によりラック・ピ
ニオン機構を介してＹ方向へ移動駆動される。尚、可撓
式のケーブルラック１３ｃも設けられている。

【００２１】前記キャリッジ１４の前面には支持筒部材
１６が固定的に設けられ、ロボット持体１５は、この支
持筒部材１６に挿通されて昇降可能に案内され、ロボッ
ト支持体１５の下端部に多関節ロボット４が倒立状に取
付けられている。支持筒部材１６には鉛直のボールネジ
部材及び昇降用サーボモータ４７（図６参照）が装備さ
れ、その昇降用サーボモータ４７の出力軸に固着された
ボールネジシャフトとキャリッジ１４に固着されたボー
ルネジナット機構を介して昇降駆動される。尚、可撓式
のケーブルラック１７も設けられている。

【００２２】６軸多関節ロボット４について説明する。
図４に示すように、多関節ロボット４は、ロボット支持
体１５の下端部にボルト結合されるベース２０と、この
ベース２０に鉛直な第１軸軸心２１ａ回りに旋回可能に
連結された旋回台２１と、この旋回台２１に一端部にお
いて水平な第２軸軸心２２ａ回りに回転可能に連結され
た第１アーム２２と、この第１アーム２２の他端部に水
平な第３軸軸心２３ａ回りに回転可能に連結されたアー
ム支持部２３と、このアーム支持部２３に第４軸軸心２
４ａ回りに回転可能に連結された第２アーム２４と、こ
の第２アーム２４の先端部に第５軸軸心２５ａ回りに回
転可能に連結されたハンド支持部２５と、このハンド支
持部２５に第６軸軸心２６ａ回りに回転可能に連結され
たハンド４ａとを有する。

【００２３】図示省略したが、多関節ロボット４は、旋
回台２１を旋回駆動する第１サーボモータと、第１アー
ム２２を回転駆動する第２サーボモータと、アーム支持
部２３を回転駆動する第３サーボモータと、第２アーム
２４を回転駆動する第４サーボモータと、ハンド支持部
２５を回転駆動する第５サーボモヒータと、ハンド２６
を回転駆動する第６サーボモータとを有する。

【００２４】多関節ロボット４のハンド４ａに装備され
た計測ツール５について説明する。図５に示すように、
計測ツール５は、数値制御式工作機械に設けられるタッ
チセンサと同様のもので、計測ツール５は多関節ロボッ
ト４のハンド４ａに固定される本体部３０と、筒状部３
１と、筒状部３１の内部にネジ込み式に組み込まれたプ
ローブ３２（センサ部）と、先端部のスタイラス３３
（接触子）とを備え、スタイラス３３が計測対象物に接
触するとプローブ３２のセンサが働き、そのタッチ信号
がハーネス３４を介して後述の外部信号入出力制御ユニ
ット４１ｃへ供給される。但し、タッチ信号を赤外線の
無線信号やその他の無線信号にて同制御ユニット４１ｃ
（図６参照）へ供給する構成のものを適用してもよい。

【００２５】次に、この３次元自動計測装置１の制御系
について説明する。図６に示すように、パーソナルコン
ピュータからなるホスト制御ユニット４０と、ロボット
制御ユニット４１ａ、外部３軸制御ユニット４１ｂ、外
部信号入出力制御ユニット４１ｃとが一体に収められた
ロボット・装置制御ユニット４１とが図示のように設け
られている。ホスト制御ユニット４０には、操作盤４２
とＦＤドライブ装置とＣＲＴディスプレイ４４とが接続
されており、ワークＷのサイズと形状・構造と複数の計
測対象点の３次元座標情報等を含むワーク情報がＦＤ４
３（フロッピーディスク）により入力される。ホスト制
御ユニット４０はワーク情報と後述の初期計測により得
られたワーク位置情報と予め入力格納された制御プログ
ラムに基づいて、外部３軸のサーボモータ（走行用サー
ボモータ４５、横行用サーボモータ４６、昇降用サーボ
モータ４７）を数値制御方式で夫々駆動制御する制御情
報と、多関節ロボット４を数値制御方式で駆動制御する
制御情報とを作成する。

【００２６】外部３軸制御ユニット４１ｂ及びロボット
制御ユニット４１ａはホスト制御ユニット４０から供給
される制御情報に基づいて、夫々外部３軸のサーボモー
タ４５〜４７及び多関節ロボット４を数値制御方式で駆
動制御し、計測ツール５のスタイラス３３を計測対象点
に接触させる。尚、本サーボモータはアブソリュート型
エンコーダ使用により原点位置決めは設備設置時に１回
行うのみで通常設定は不要である。

【００２７】次に、以上の３次元自動計測装置１の作用
について説明する。橋梁の仮組立の際、仮組立ヤードに
ワークＷを搬送後、所期の位置に搭載して隣接のワーク
Ｗとボルト連結することになるが、ワークＷの全体的な
寸法情報と、隣接のワークＷと連結する連結個所の寸法
情報が重要である。計測ツール５により計測する際、ボ
ルト連結個所については、図７に示すように基準となる
ボルト穴４８にスタイラス３３を挿入して１２０度間隔
の３点ａ〜ｃの位置を計測してボルト穴４８の中心位置
を求める。ワークＷの主要な板材の頂点については図８
に示すように頂点を形成する３つの面４９ａ〜４９ｃの
３点ｄ〜ｆをスタイラス３３で計測して頂点の位置を求
めることもある。

【００２８】各ワークＷにおける多数の計測対象点の３
次元座標情報は、ワーク情報に含まれているが、ワーク
Ｗをベース台７上に配置した状態において、ワークＷ全
体の位置を正確に把握しておく必要があるので、後述の
ようにして初期計測が実行され、その初期計測の結果に
基づいて多数の計測対象点の３次元座標情報を、３次元
自動計測装置１におけるＸＹＺ座標系に座標変換し、そ
の座標変換後の多数の計測対象点の３次元座標情報に基
づいて、前記ホスト制御ユニット４０が制御情報を作成
し、その制御情報に基づいて外部３軸のサーボモータ４
５〜４７と多関節ロボット４とを駆動制御しながら、多
数の計測対象点の３次元位置を精密に計測する。

【００２９】前記初期計測について説明すると、初期計
測は、ワークＷの一端側の２つの計測対象点と他端側の
１つの計測対象点とについて実行され、それら３点の３
次元位置情報からワークＷの前記ＸＹＺ座標系における
位置が確定される。例えば図９に示すワークＷの場合、
３次元自動計測装置１によって、一端の計測対象点Ａ〜
Ｄのうちの所定の２点と、他端側の計測対象点Ｅ〜Ｈ
（但し、点Ｈは図示外）のうちの所定の１点の３次元位
置を計測し、これら３点の３次元位置情報からワークＷ
の前記ＸＹＺ座標系における位置を確定する。尚、前記
３点はボルト穴である場合もあるし、板材の頂点である
場合もある。

【００３０】但し、初期計測において、ワークＷの一端
側の計測対象点Ａ〜Ｄ、ワークＷの他端側の計測対象点
Ｅ〜Ｈについて計測し、これら計測対象点の３次元位置
情報に基づいてワークＷの前記ＸＹＺ座標系における位
置を確定するようにしてもよい。

【００３１】以上の初期計測後、ワークＷの多数の計測
対象点の３次元座標情報を、３次元自動計測装置１にお
けるＸＹＺ座標系に座標変換してから、それら多数の計
測対象点を計測する為の制御情報を作成し、サーボモー
タ４５〜４７及び多関節ロボット４を数値制御にて駆動
制御しつつ、計測ツール５のスタイラス３３を計測対象
点またはその近傍位置に順々に移動させて計測を行う。
図９のワークＷの場合、図中黒点で示す計測対象点のよ
うに、上下の主板５０の４隅の計測対象点Ａ〜Ｈ、左右
両側の各連結ブラケット５１ａ〜５１ｃの上下のフラン
ジ材とウェブ材の複数の計測対象点等について計測が実
行される。

【００３２】ワークＷが橋梁ブロックである場合、通常
ボルト穴４８の直径は２４ｍｍであるので、ワークＷが
高精度で組立てられ、初期計測が適切に実行されていれ
ば、計測ツール５のスタイラス３３を各計測対象点の近
傍位置やボルト穴内へ確実に移動させて計測を行うこと
ができる。

【００３３】しかし、ワークＷの長さや高さが大きく組
立て誤差の影響が大きくなりやすい場合やワークＷの組
立て精度が低いような場合には、一部の複数の計測対象
点については計測ツール５のスタイラス３３を各計測対
象点の近傍位置へ移動させることが難しくなることがあ
る。そのような場合には、それ以前の計測により得られ
た複数の計測対象点の３次元位置情報を用いて、ワーク
Ｗの前記ＸＹＺ座標系における位置を修正してから計測
対象点に対する計測を続行したり、初期計測とその後の
本計測とをやり直すものとする。尚、図１０〜図１４に
は種々の橋梁ブロック（ワークＷ）が例示され、図中黒
点が計測対象点の例を示す。

【００３４】この３次元自動計測装置１によれば、ワー
クＷの長手方向であるＸ方向へ自走可能な可動架構３を
設け、その可動架構３を介してＸ，Ｙ，Ｚ方向へ移動可
能に可動架構３に多関節ロボット４を装備し、その多関
節ロボット４のハンド４ａに計測ツール５を装備したの
で、立体的な大型のワークＷであっても、ワークＷの外
面側の所望の複数の計測対象点や内部側の所望の複数の
計測対象点へ計測ツール５を移動させて計測対象点の３
次元位置を計測することができる。

【００３５】門型の可動架構３と多関節ロボット４を介
して計測ツール５を移動させるので、ワークＷの周囲に
僅かのスペースがあれば計測可能であり、複数のワーク
Ｗを並列状に配置した状態でも計測できるから、計測ス
テーションのスペースが小さくてもよく、ワークＷの搬
出入の頻度も低くなる。また、各計測対象点に識別ター
ゲットや反射ターゲット等を取付ける必要もない。ま
た、計測の方向が所定の方向に制約されることもないの
で、計測の自由度が高く、ワークＷの内部側の計測対象
点をも計測可能である。可動架構３と多関節ロボット４
を自動制御することで自動計測も可能になり、計測精度
も十分に高めることができ、計測ツール５として種々の
ツールを適用でき計測ツール選択の自由度も高くなる。

【００３６】可動架構３は、Ｙ方向に離隔した１対のレ
ール２上を自走可能な１対の脚部１１と、これら脚部１
１に立設された１対の柱部材１２と、これら柱部材１２
の上端に架着されＹ方向に延びるビーム部材１３とを有
する門型架構であるので、ワークＷの両側及び上面や下
面の複数の計測対象点を確実に計測することができ、ビ
ーム部材１３の長さを大きくすることもでき、複数の並
列配置したワークＷについて計測可能になる。

【００３７】前記ビーム部材１３にＹ方向に移動可能に
装備されたキャリッジ１４と、このキャリッジ１４に昇
降可能に装備されたロボット支持体１５とを備え、多関
節ロボット４はロボット支持体１５に倒立状に取付けら
れたので、可動架構３を自走させることで多関節ロボッ
ト４をＸ方向へ移動でき、キャリッジ１４をビーム部材
１３に沿って移動させることで多関節ロボット４をＹ方
向へ移動でき、キャリッジ１４に対してロボット支持体
１５を昇降させることで多関節ロボット４をＺ方向へ移
動させることができる。多関節ロボット４をロボット支
持体１５に倒立状に取付けるため、ワークＷの両側や上
面側は元よりワークの内部側や下面側をも計測可能にな
る。

【００３８】走行用サーボモータ４５と、横行用サーボ
モータ４６と、昇降用サーボモータ４７と、これらを数
値制御方式で夫々制御する外部３軸制御ユニット４１ｂ
と、多関節ロボット４を制御するロボット制御ユニット
４１ａと、ホスト制御ユニット４０とを設け、多関節ロ
ボット４をＸ，Ｙ，Ｚ方向へ独立に自動的に数値制御方
式で移動駆動することができ、外部３軸制御ユニット４
１ｂにおけるＸ，Ｙ，Ｚ方向の制御量と、ロボット制御
ユニット４１ａにおける６軸分の制御量とから計測対象
点の３次元位置を高精度に検知することができる。

【００３９】次に、前記実施形態を部分的に変更した変
更形態について説明する。 １〕前記キャリッジ１４を横行させるのにラック・ピニ
オン機構の代わりに、ボールネジシャフトとボールネジ
ナットを適用したり、チェーン機構を適用したり、タイ
ミングベルト機構を適用することもできる。同様に、ロ
ボット支持体１５と多関節ロボット４を昇降させるのに
ボールネジシャフトとボールネジナット機構の代わりに
ラック・ピニオン機構を適用したり、チェーン機構を適
用したり、タイミングベルト機構を適用することもでき
る。

【００４０】２〕前記計測ツール５に加えて、多関節ロ
ボット４のハンド４ａに例えばＣＣＤカメラのような２
次元撮像素子を含むイメージセンサを装備し、このイメ
ージセンサで得た画像データを解析することでボルト穴
や板材の頂点を検出してから、そのボルト穴や板材の頂
点に対する計測ツール５による計測を行うようにしても
よい。また、前記計測ツール５の代わりに前記のような
イメージセンサを適用することもできるし、その他の種
々の接触式または非接触式の計測ツールを適用すること
もできる。

【００４１】３〕図１５に示す３次元自動計測装置１Ａ
においては、可動架構３Ａとして片持ち架構が適用され
ている。この片持ち架構は、例えば１対の相接近状のレ
ール６０ａ，６０ｂ上をＸ方向（ワークＷの長手方向）
に自走可能な脚部６１と、この脚部６１に立設された柱
部材６２と、この柱部材６２の上部に固着されてＸ方向
と直交する水平なＹ方向に延びるビーム部材６３とから
なり、ビーム部材６３には前記実施形態と同様に、キャ
リッジ１４、支持筒部材１６、ロボット支持体１５、６
軸多関節ロボット４、計測ツール５等が装備されてい
る。

【００４２】この片持ち架構は、脚部６１と柱部材６２
が夫々１つであるという点で前記可動架構３と異なるの
みで、基本的に前記可動架構３と同様の構成である。こ
の３次元自動計測装置１Ａは、比較的小幅のワークＷを
計測するのに適したものである。但し、外側のレール６
０ｂを小型のＨ型鋼等で構成し、その外側のレール６０
ｂに係合して可動架構３Ａが転倒しないように案内する
ガイド輪等を設けることも可能で、その場合にはビーム
部材６３の長さを大きくし、広幅のワークＷを計測でき
るようになる。前記片持ち架構を適用すると、計測ステ
ーションのスペース面と設備費の面で有利である。

【００４３】４〕前記実施形態は、橋梁ブロックである
立体的な大型のワークＷの複数の計測対象点の３次元位
置を計測する場合を例として説明したが、計測対象のワ
ークＷは橋梁ブロックに限定される訳ではなく、大型の
ワークＷや立体的なワークＷに限定される訳でもない。
計測対象としてのワークＷは、前記橋梁ブロック以外
に、道路橋分割体である道路橋ブロック、ビル等の建築
物の分割体である建築物ブロック、船体の分割体である
船体ブロック、航空機の機体分割体である機体ブロッ
ク、種々のタンク類の分割体であるタンクブロック、各
種の機械装置の本体フレーム又はその分割体である本体
フレームブロック、その他種々の物品や種々の分割ブロ
ック等が挙げられる。

【００４４】５〕前記実施形態における座標軸方向は１
例を示すもので、この座標軸方向と異なる方向に自由に
決めることができる。

【００４５】

【発明の効果】 請求項１の発明によれば、ワークの長
手方向であるＸ方向へ自走可能な可動架構を設け、その
可動架構を介してＸ，Ｙ，Ｚ方向へ移動可能に可動架構
に多関節ロボットを装備し、その多関節ロボットのハン
ドに計測ツールを装備したので、立体的な大型のワーク
であっても、ワークの外面の所望の複数の計測対象点や
内部の所望の複数の計測対象点へ計測ツールを移動させ
て計測対象点の３次元位置を計測することができる。

【００４６】前記可動架構とこの可動架構に装備した多
関節ロボットを介して計測を行うので、ワークの周囲に
僅かのスペースがあれば計測可能であり、複数のワーク
を並列状に配置した状態でも計測できるから、計測の為
のスペースが小さくてもよく、ワークの搬出入の頻度も
低くなる。また、各計測対象点に反射ターゲット等を取
付ける必要もないので計測能率も高くなる。また、計測
の方向が所定の方向に制約されることもないので、計測
の自由度が高く、ワークの内部の計測対象点をも計測可
能である。可動架構と多関節ロボットを自動制御するこ
とで自動計測も可能になり、計測精度も十分に高めるこ
とができ、計測ツールとして種々のツールを適用でき計
測ツール選択の自由度も高くなる。

【００４７】請求項２の発明によれば、可動架構は、Ｙ
方向に離隔した１対のレール上を自走可能な１対の脚部
と、これら脚部に立設された１対の柱部材と、これら柱
部材の上端に架着されＹ方向に延びるビーム部材とを有
する門型架構であるので、ワークの両側及び上面の複数
の計測対象点を確実に計測することができ、ビーム部材
の長さを大きくすることもでき、複数の並列配置したワ
ークについて計測可能になる。その他、請求項１と同様
の効果を奏する。

【００４８】請求項３の発明によれば、可動架構は、レ
ール上を自走可能な１つの脚部と、この脚部に立設され
た１つの柱部材と、この柱部材の上部に固着されＹ方向
に片持ち状に延びるビーム部材とを有する片持ち架構で
あるので可動架構の構成が簡単化し、設備コスト的に有
利である。その他、請求項１と同様の効果を奏する。

【００４９】請求項４の発明によれば、前記ビーム部材
にＹ方向に移動可能に装備されたキャリッジと、このキ
ャリッジに昇降可能に装備されたロボット支持体とを備
え、前記多関節ロボットはロボット支持体に倒立状に取
付けられたので、可動架構を自走させることで多関節ロ
ボットをＸ方向へ移動でき、キャリッジをビーム部材に
沿って移動させることで多関節ロボットをＹ方向へ移動
でき、キャリッジに対してロボット支持体を昇降させる
ことで多関節ロボットをＺ方向へ移動させることができ
る。また、多関節ロボットをロボット支持体に倒立状に
取付けるため、ワークの両側や上面は元よりワークの内
部や下面側をも計測可能になる。その他、請求項２又は
３と同様の効果を奏する。

【００５０】請求項５の発明によれば、走行駆動手段
と、横行駆動手段と、昇降駆動手段と、これらの手段を
数値制御方式で夫々制御する制御手段と、多関節ロボッ
トを制御するロボット制御手段とを設けるので、多関節
ロボットをＸ，Ｙ，Ｚ方向へ独立に自動的に数値制御方
式で移動駆動することができ、制御手段におけるＸ，
Ｙ，Ｚ方向の制御量と、ロボット制御手段における複数
の制御量とから計測対象点の３次元位置を高精度に知る
ことができる。その他、請求項４と同様の効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る３次元自動計測装置の
概略斜視図である。

【図２】本発明の実施形態に係る３次元自動計測装置と
ワークの斜視図である。

【図３】図２の３次元自動計測装置とワークの背面図で
ある。

【図４】多関節ロボットの正面図である。

【図５】計測ツールの正面図である。

【図６】３次元自動計測装置の制御系のブロック図であ
る。

【図７】ワークのボルト穴の計測を説明する説明図であ
る。

【図８】ワークの板材の頂点の計測を説明する説明図で
ある。

【図９】第１例のワークの斜視図である。

【図１０】第２例のワークの斜視図である。

【図１１】第３例のワークの斜視図である。

【図１２】第４例のワークの斜視図である。

【図１３】第５例のワークの斜視図である。

【図１４】第６例のワークの斜視図である。

【図１５】変更形態に係る３次元自動計測装置の概略斜
視図である。

【図１６】従来技術に係るＣＣＤカメラ方式計測装置の
斜視図である。

【図１７】従来技術に係る自走台車方式計測装置の斜視
図である。

【図１８】従来技術に係る光波測距方式計測装置の斜視
図である。

【符号の説明】

Ｗ ワーク １，１Ａ ３次元自動計測装置 ２ レール ３，３Ａ 可動架構 ４ 多関節ロボット ４ａ ハンド ５ 計測ツール １１ 脚部 １２ 柱部材 １３ ビーム部材 １４ キャリッジ １５ ロボット支持体 １６ 支持筒部材 ４０ ホスト制御ユニット ４１ ロボット・装置制御ユニット ４１ａ ロボット制御ユニット ４１ｂ 外部３軸制御ユニット ４１ｃ 外部信号入出力制御ユニット ４５ 走行用サーボモータ ４６ 横行用サーボモータ ４７ 昇降用サーボモータ ６０ａ，６０ｂ レール ６１ 脚部 ６２ 柱部材 ６３ ビーム部材

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 立体的な大型のワークにおける複数の計
   測対象点の３次元位置を計測するのに適した３次元自動
   計測装置であって、 レール上をワークの長手方向である水平なＸ方向に自走
   可能な可動架構と、 この可動架構を介してＸ方向、Ｘ方向と直交する水平な
   Ｙ方向、Ｘ，Ｙ方向と直交するＺ方向へ夫々独立に移動
   可能に可動架構に装備された多関節ロボットと、この多
   関節ロボットのハンドに設けられた計測ツールと、 を備えたことを特徴とする３次元自動計測装置。
2. 【請求項２】 前記可動架構は、Ｙ方向に離隔した１対
   のレール上を自走可能な１対の脚部と、これら脚部に立
   設された１対の柱部材と、これら柱部材の上端に架着さ
   れＹ方向に延びるビーム部材とを有する門型架構である
   ことを特徴とする請求項１に記載の３次元自動計測装
   置。
3. 【請求項３】 前記可動架構は、レール上を自走可能な
   １つの脚部と、この脚部に立設された１つの柱部材と、
   この柱部材の上部に固着されＹ方向に片持ち状に延びる
   ビーム部材とを有する片持ち架構であることを特徴とす
   る請求項１に記載の３次元自動計測装置。
4. 【請求項４】 前記ビーム部材にＹ方向に移動可能に装
   備されたキャリッジと、このキャリッジに昇降可能に装
   備されたロボット支持体とを備え、 前記多関節ロボットはロボット支持体に倒立状に取付け
   られたことを特徴とする請求項２または３に記載の３次
   元自動計測装置。
5. 【請求項５】 前記可動架構をＸ方向へ移動駆動する走
   行駆動手段と、キャリッジをＹ方向へ移動駆動する横行
   駆動手段と、ロボット支持体をＺ方向へ昇降駆動する昇
   降駆動手段と、走行駆動手段と横行駆動手段と昇降駆動
   手段を数値制御方式で夫々制御する制御手段と、多関節
   ロボットを制御するロボット制御手段とを備えたことを
   特徴とする請求項４に記載の３次元自動計測装置。