JPH11304421A

JPH11304421A - 三次元形状計測装置

Info

Publication number: JPH11304421A
Application number: JP10617198A
Authority: JP
Inventors: Toshio Yamaguchi; 利男山口; Katsuji Kuwasawa; 勝治桑澤; Hirotaka Uehara; 裕隆上原; Yoshihiko Marui; 良彦丸井
Original assignee: RIKA SEIKI KOGYO KK; Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: RIKA SEIKI KOGYO KK; Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 1998-04-16
Filing date: 1998-04-16
Publication date: 1999-11-05
Anticipated expiration: 2018-04-16
Also published as: JP2883077B1

Abstract

(57)【要約】【課題】計測対象２が大型の機械構造物であっても、
その三次元形状を高精度で計測することができる三次元
形状計測装置２０を提供することである。【解決手段】三次元位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の計測点Ｓを
含む被計測面２に正対する基準平面（ＸＹ平面）２２を
有するＸＹ位置決めテーブル２１と、基準平面２２から
計測点ＳまでのＺ軸方向の距離を求めるＺ軸位置計測手
段４１とを備える三次元形状計測装置２０において、基
準平面２２に生じたずれ（ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ、θ_X、
θ_Y、θ_Z）を、レーザ干渉計８０と基準レーザー光源６
１、６６と位置検出センサ３１、３２、３５、３６と五
角プリズム２３、２４とによって求め得る構成とする。
そして、基準平面２２に生じたずれを微調ステージ２６
により補正し、基準平面２２を高精度に位置決めするこ
とにより、高精度に計測点Ｓを計測できる構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、風洞のノズル等の
大型の機械構造物の表面形状を高精度で計測できる三次
元形状計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、機械構造物の表面形状を計測する
ための三次元形状計測装置として、例えば図６に示され
るような三次元形状計測装置が用いられている。

【０００３】図６に示される三次元形状計測装置にあっ
ては、Ｘ軸方向に沿って配設される一組のガイドレール
１０１、１０２を有するガイドレール機構１００が上記
機械構造物に支持されている。そして、この三次元形状
計測装置には、ガイドレール１０１、１０２に沿ってＸ
軸方向に駆動され得るＸＹ位置決めテーブル１０３が備
わっている。

【０００４】このＸＹ位置決めテーブル１０３は、Ｚ軸
方向の所定の高さの位置に設定可能な基準平面（ＸＹ平
面）１０４を備えている。

【０００５】また、ＸＹ位置決めテーブル１０３には、
基準平面１０４に対して垂直にＺ軸方向の距離を計測す
ることができる距離計（例えば、レーザー距離計）１０
５のごときＺ軸位置計測手段が備わっている。この距離
計１０５は、ＸＹ位置決めテーブル１０３において、基
準平面１０４自体がＹ軸方向に駆動されることにより、
または、基準平面１０４に対してＹ軸方向に駆動され得
るようになっており、Ｙ軸方向に位置決めされ得るよう
になっている。

【０００６】この三次元形状計測装置により計測対象で
ある機械構造物の被計測面１１０の各計測点１１１の三
次元位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）は、以下のようにして計測され
る。

【０００７】即ち、被計測面１１０における所望の計測
点１１１のＸ軸方向およびＹ軸方向の位置を指定位置
（Ｘ、Ｙ）としてＸＹ位置決めテーブルを駆動すること
により、距離計１０５のＸ軸方向およびＹ軸方向の位置
が指定位置（Ｘ、Ｙ）となるように基準平面１０４の位
置決めを行う。

【０００８】そして、基準平面１０４が設定されるＺ軸
方向の位置を例えばＺ＝０として、基準平面１０４から
計測点１１１までの距離（Ｚ）が距離計１０５により求
められる。

【０００９】このようにして、三次元形状計測装置によ
り計測点１１１の三次元位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）が求められ
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ここで、計測しようと
する機械構造物が大型になると、前記ガイドレール機構
１００も長大になり、ＸＹ位置決めテーブル１０３がガ
イドレール機構１００に沿って駆動される距離も長くな
る。

【００１１】そして、ガイドレール機構１００が長大に
なると、計測しようとする機械構造物１１０に対してガ
イドレール機構１００を設置する際の位置決めは必ずし
も容易でなく、ガイドレール機構１００の全長にわたる
Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向における位置決めを必ずしも正確
に行えなくなる。また、ガイドレール機構１００が長大
になると、ガイドレール機構１００を機械構造物に支持
するためのＸ軸方向のピッチが長くなり、ガイドレール
機構１００に撓みを生じ易くなる。

【００１２】従って、ＸＹ位置決めテーブル１０３とと
もにガイドレール機構１００に沿って駆動される基準平
面１０４は、上記指定位置（Ｘ、Ｙ）からのずれおよび
Ｚ軸方向のずれを生じ、基準平面１０４の位置決め誤差
を生ずる。

【００１３】そして、基準平面１０４に位置決め誤差を
生ずると、基準平面１０４を基準として行われる三次元
位置の計測にも誤差が含まれることになる。

【００１４】さらに、計測対象である機械構造物が大型
であると、基準平面から計測点までの距離が大きくなる
ことに伴い、上記の基準平面の位置決め誤差が目標とす
る計測点とＺ軸位置計測手段により実際に計測される計
測点とのずれを大きくするという問題を生じ、計測上の
誤差が大きくなるという問題がある。

【００１５】一方、上記ガイドレール機構１００等の三
次元形状計測装置を構成する部材の機械的剛性を高める
と、前記基準平面１０４の位置決めの精度を高めること
はできる。

【００１６】しかし、かかる機械的剛性を高めることに
よる前記基準平面の位置決め精度を高めることには限界
がある。

【００１７】そこで、本発明は、計測対象である機械構
造物が大型である場合でも、前記機械構造物の形状を高
精度で計測することができる三次元形状計測装置を提供
することを目的としている。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の三次元形状計測装置は、三次元位置（Ｘ、
Ｙ、Ｚ）の計測点を含む被計測面に正対する基準平面
（ＸＹ平面）を有するＸＹ位置決めテーブルと、基準平
面から前記計測点までのＺ軸方向の距離（Ｚ）を求める
Ｚ軸位置計測手段とを備え、前記ＸＹ位置決めテーブル
が、前記Ｚ軸位置計測手段を前記基準平面に基づいてＸ
軸方向およびＹ軸方向の指定位置（Ｘ、Ｙ）に位置決め
することにより、前記計測点の三次元位置（Ｘ、Ｙ、
Ｚ）を求める三次元形状計測装置であって、基準平面の
Ｘ軸方向の位置（Ｘ）を少なくとも一点について求める
Ｘ軸位置計測手段と、Ｙ軸方向およびＺ軸方向における
基準位置（Ｙ、Ｚ）をＸ軸方向に沿って基準レーザー光
により照射し、該基準位置を少なくとも一点設定する基
準レーザー光源と、基準平面に対するＹ軸方向およびＺ
軸方向の所定位置に、前記基準レーザー光を受光するよ
うに設置される位置検出センサと、前記基準平面をＸ軸
方向に沿って微調整移動させる第一調整機構と、前記基
準平面をＹ軸方向に沿って微調整移動させる第二調整機
構と、前記基準平面をＺ軸方向に沿って微調整移動させ
る第三調整機構とを備え、前記Ｘ軸位置計測手段によ
り、前記基準平面の前記指定位置のＸ軸方向の位置から
のずれ（ΔＸ）を求め、前記位置検出センサにより、前
記基準平面のＹ軸方向およびＺ軸方向における前記基準
位置からのずれ（ΔＹ、ΔＺ）を求めるように構成さ
れ、前記基準平面のずれ（ΔＸ）が前記第一調整機構に
より補正され、前記基準平面のずれ（ΔＹ）が前記第二
調整機構により補正され、前記基準平面のずれ（ΔＺ）
が前記第三調整機構により補正されるように構成される
（請求項１）。

【００１９】本発明の三次元形状計測装置によると、基
準平面のＸ軸方向の位置（Ｘ）をＸ軸位置計測手段によ
り少なくとも一点について求めることができるので、基
準平面の上記指定位置に対してＸ軸方向に並進的に生じ
たずれ（ΔＸ）を求めることができる。

【００２０】さらに、上記基準位置が少なくとも一点設
定されるので、該基準位置に対する基準平面のずれを位
置検出センサにより少なくとも一点求めることができ、
Ｙ軸方向およびＺ軸方向に並進的に生じた基準平面のず
れ（ΔＹ、ΔＺ）を求めることができる。

【００２１】そして、上記（ΔＸ）については第一調整
機構により補正され、上記（ΔＹ）については第二調整
機構により補正され、上記（ΔＺ）については第三調整
機構により補正される。

【００２２】これにより、基準平面について、Ｘ軸、Ｙ
軸、Ｚ軸方向に沿って並進的に生じた位置決め誤差を解
消することができ、被計測面に対する三次元位置の計測
精度を向上させることができる。

【００２３】また、前記Ｘ軸位置計測手段が、基準平面
の位置（Ｘ）をＺ軸方向の位置が同じでＹ軸方向の位置
が異なる二点について求めるように構成され、前記基準
位置が、Ｚ軸方向の位置が同じでＹ軸方向の位置が異な
る二点について設定されるように構成され、かかる基準
位置の二点に対応して設置される二つの前記位置検出セ
ンサと、前記基準平面をＸ軸の回りに微調整回転させる
第四調整機構と、前記基準平面をＺ軸の回りに微調整回
転させる第五調整機構とを備えてなり、Ｘ軸位置計測手
段により基準平面のずれ（ΔＸ）を異なる二点について
求めることにより、基準平面のＺ軸回りの回転（θ_Z）
を求め、二つの位置検出センサにより二つの基準位置に
対する基準平面のずれ（ΔＹ、ΔＺ）を異なる二点につ
いて求めることにより、前記基準平面のＸ軸回りの回転
（θ_X）を求めるように構成し、基準平面の回転（θ_X）
が第四調整機構により補正され、基準平面の回転
（θ_Z）が第五調整機構により補正されるように構成さ
れると（請求項２）、基準平面に生じた位置決め誤差が
さらに以下のように解消される。

【００２４】即ち、Ｘ軸位置計測手段により基準平面の
ずれ（ΔＸ）が二点について求められるので、かかる二
つの（ΔＸ）の差異に基づいて、基準平面のＺ軸の回り
に生じた回転（θ_Z）を求めることができる。

【００２５】また、基準位置が二点設定され、二つの位
置検出センサにより二つの基準位置に対する基準平面の
ずれ（ΔＹ、ΔＺ）が異なる二点について求めるられる
ので、二つの（ΔＹ、ΔＺ）の差異に基づいて、基準平
面のＸ軸の回りに生じた回転（θ_X）を求めることがで
きる。

【００２６】そして、上記（θ_X）については第四調整
機構により補正され、上記（θ_Z）については第五調整
機構により補正される。

【００２７】これにより、基準平面について、さらに、
Ｘ軸回りの回転とＺ軸回りの回転に伴う位置決め誤差を
解消することもでき、被計測面に対する三次元位置の計
測精度をより向上させることができる。

【００２８】また、前記基準平面上に設置された五角プ
リズムを備え、該五角プリズムによりＸ軸方向に沿って
照射されたレーザー光をＺ軸方向に沿って導くように構
成され、前記五角プリズムにより導かれたレーザー光を
受光するように、基準平面に対するＸ軸方向の所定の位
置に設置される位置検出センサと、基準平面をＹ軸の回
りに微調整回転させる第六調整機構とを備え、位置検出
センサにより、前記五角プリズムにより導かれたレーザ
ー光のＸ軸方向の位置に基づいて基準平面のＹ軸回りの
回転（θ_Y）を求めるように構成され、基準平面の回転
（θ_Y）が第六調整機構により補正されるように構成さ
れると（請求項３）、基準平面に生じた位置決め誤差が
さらに以下のように解消される。

【００２９】即ち、Ｘ軸方向に沿って五角プリズムに照
射されたレーザー光は、上記五角プリズムが設置される
基準平面の傾き等に影響されることなく、常にＺ軸方向
に沿って導かれる。

【００３０】そして、五角プリズムにより導かれたレー
ザー光は上記位置検出センサにより受光されるが、該位
置検出センサは基準平面に対するＸ軸方向の所定の位置
に設置されているので、位置検出センサにおけるレーザ
ー光の受光位置に基づいて基準平面の回転（θ_Y）を求
めることができる。

【００３１】そして、上記（θ_Y）については第六調整
機構により補正される。

【００３２】これにより、基準平面について、さらに、
Ｙ軸回りの回転に伴う位置決め誤差を解消することもで
き、被計測面に対する三次元位置の計測精度をより向上
させることができる。

【００３３】ここで、五角プリズムとは、光線束を反射
させて進行方向を一様に９０゜変える五角形のプリズム
であり、該プリズムの面に光線が入射する角度にかかわ
らず、入射した光線の進行方向を一様に９０゜変えるプ
リズムである。

【００３４】

【発明の実施の形態】本発明の三次元形状計測装置の実
施の形態について、図１乃至図６に基づいて説明する。

【００３５】図１は、本発明の三次元形状計測装置によ
る計測対象の例である風洞の可変ノズル１の内側に形成
される空洞部分の形状を示す斜視図である。

【００３６】三次元形状計測装置により三次元形状を計
測するにあたり、図１に示されるように、ノズル１の出
口７の中心７ａと入口６の中心６ａとを通るようにノズ
ル１の長手方向に沿ってＸ軸を設定し、ノズル１の空洞
の高さ方向に沿ってＸ軸に直交するようにＺ軸を設定
し、Ｘ軸とＺ軸とに直交するように水平方向に沿ってＹ
軸を設定する（このノズル１に対して設定されるＸ軸、
Ｙ軸、Ｚ軸からなる座標系を「ノズル座標系」とい
う）。

【００３７】ノズル１の空洞部分は、上面２と下面３と
第一壁面４と第二壁面５とにより囲まれてなる形状に形
成されている。

【００３８】第一壁面４、第二壁面５は、ノズル１の空
洞部分のＹ軸方向における端部にあたりＹ軸に垂直をな
している。

【００３９】上面２、下面３は、ここに含まれる各点
が、Ｙ軸の方向についてはＺ軸方向の位置は変化せず、
Ｘ軸の方向についてはＺ軸方向の位置が変化する曲面形
状に形成されている。

【００４０】この上面２と下面３とが、三次元形状計測
装置により計測される対象である被計測面であり、各計
測点Ｓの三次元位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）が計測される。

【００４１】また、図１に示されるノズル１の空洞部分
は、その大きさがＸ軸方向に沿った長さが数十ｍ程度で
あり、Ｙ軸方向に沿った横幅が数ｍ程度であり、Ｚ軸方
向に沿った高さが数ｍ程度に形成されるものである。

【００４２】そして、ノズル１の空洞部分には、Ｘ軸方
向に沿って入口６側から出口７側へと向かうように、所
定の圧縮空気が流入される。これにより、ノズル１の内
部にマッハ数にして最大４程度の気流が形成される。そ
して、かかる気流を所定の精度の要請を満たすべくコン
トロールするためには、ノズル１の上面２や下面３の各
計測点Ｓの三次元位置は、計測誤差が０．１mm程度とな
るように計測されることが必要である。

【００４３】次に、図２、図３に基づいて、三次元形状
計測装置について説明する。

【００４４】図２は、三次元形状計測装置２０の斜視図
であり、上面２の形状を計測するべく構成される例を示
している。図３は、図２に示される三次元形状計測装置
２０のIII−III線矢視図である。

【００４５】三次元形状計測装置２０は、ガイドレール
機構５０とＸＹ位置決めテーブル２１と基準レーザ光源
６１、６６とレーザ干渉計８０と微調ステージ２６と支
援用台車９とを備えて構成されている。

【００４６】支援用台車９は、三次元形状計測装置２０
の各部材の駆動に必要な電力の供給等を行う。

【００４７】ガイドレール機構５０は、第一壁面４に沿
うようにＸ軸方向に沿って設置される第一取り付けフレ
ーム５１と、第二壁面５に沿うようにＸ軸方向に沿って
設置される第二取り付けフレーム５３と、第一取り付け
フレーム５１に沿うように配設される第一ガイドレール
５２と、第二取り付けフレーム５３に沿うように配設さ
れる第二ガイドレール５４とを備えて構成される。

【００４８】ＸＹ位置決めテーブル２１は、前記ガイド
レール５２に係合する取り付け架台５６と、前記ガイド
レール５４に係合する取り付け架台５７と、取り付け架
台５６と取り付け架台５７とに挟持されるように設けら
れる主ステージ５５と、主ステージ５５に設けられる微
調ステージ２６と、微調ステージ２６に設けられる基準
平面２２とを備えている。

【００４９】ＸＹ位置決めテーブル２１は、取り付け架
台５６がガイドレール５２に導かれるようにして、ま
た、取り付け架台５７がガイドレール５４に導かれるよ
うにしてＸ軸方向へ駆動されるようになっている。

【００５０】基準平面２２は、上面２に正体しており、
各計測点ＳのＺ軸方向の距離を計測する基準（ＸＹ平
面、Ｚ＝０）となる。この基準平面２２はＺ軸方向にお
ける所定の高さの位置に設定できるようになっており、
基準平面２２をＺ＝０の位置に設定できる。

【００５１】なお、後に説明するＰＳＤ３１等の基準平
面２２に対して相対的に位置決めされる各部材は、基準
平面２２がノズル座標系に対してずれを生じていない状
態で、後に説明する衝立板２５との境界をなすＸ軸方向
の位置であってＹ＝０に一致する基準平面２２上の位置
を基準に設置される。

【００５２】また、ＸＹ位置決めテーブル２１には、基
準平面２２に垂直をなす衝立板２５が付設されている。

【００５３】衝立板２５について、図２のIV−IV線矢視
図を示す図４も参照しつつ説明する。

【００５４】この衝立板２５には、第一位置検出センサ
（以後、位置検出センサを「ＰＳＤ」と略す）３１と第
二位置検出センサ（第二ＰＳＤ）３２とが設置され、ま
た、第一コーナーキューブ３３と第二コーナーキューブ
３４とが設置されている。

【００５５】第一ＰＳＤ３１は、第一基準レーザ光源６
１によるレーザー光ｒ１によって照射される第一基準位
置（Ｙ₀、Ｚ₀）に対する基準平面２２のずれを求めるた
めのものである。また、第二ＰＳＤ３２は、第二基準レ
ーザ光源６６によるレーザー光ｒ２によって照射される
第二基準位置（−Ｙ₀、Ｚ₀）に対する基準平面２２のず
れを求めるためのものである。

【００５６】これらＰＳＤは、その中心に対する光線が
入射した位置の二次元的な位置に応じた信号を出力する
ので、光線が入射した位置とＰＳＤの中心との相対的な
位置を求めることができる。

【００５７】また、ＰＳＤは、レーザ光を正確に検出で
きるように、その表面にフィルタが設けられる等されて
いる。

【００５８】第一ＰＳＤ３１は、その中心Ｐ１のＹ軸方
向およびＺ軸方向の位置が基準平面２２に対して相対的
に（Ｙ_0G、Ｚ_0G）となるように設置されている。また、
第二ＰＳＤ３２は、その中心Ｐ２のＹ軸方向およびＺ軸
方向の位置が基準平面２２に対して相対的に（−Ｙ_0G、
Ｚ_0G）となるように設置されている。

【００５９】そして、Ｐ１、Ｐ２の位置が、基準レーザ
光源６１、６６により設定される第一基準位置（Ｙ₀、
Ｚ₀）、第二基準位置（−Ｙ₀、Ｚ₀）に対応するように
第一ＰＳＤ３１、第二ＰＳＤ３２が設置されており、Ｙ
_0GをＹ₀に一致させ、Ｚ_0GをＺ₀に一致させている。

【００６０】そして、ノズル座標系に対する基準平面２
２のずれは、上記Ｐ１、Ｐ２のノズル座標系に対するず
れとして反映されるので、Ｐ１の第一基準位置からのず
れ、Ｐ２の第二基準位置からのずれにより求めることが
できる。

【００６１】第一コーナーキューブ３３と第二コーナー
キューブ３４は、Ｘ軸位置計測手段にあたるレーザー干
渉計８０からのレーザー光ｂ１、ｂ２を各々に反射する
ためのものである。

【００６２】そして、第一コーナーキューブ３３は、レ
ーザー光ｂ１を反射できるようにその中心が基準平面２
２に対して相対的に（Ｙ_CG、Ｚ_0G）となるように設置さ
れている。また、第二コーナーキューブ３４は、レーザ
ー光ｂ２を反射できるように、その中心が基準平面２２
に対して相対的に（−Ｙ_CG、Ｚ_0G）となるように設置さ
れている。

【００６３】このコーナーキューブのＸ軸方向の位置
は、基準平面２２の衝立板２５が設けられる位置におけ
るＸ軸方向の位置に相当するので、レーザー干渉計８０
によりコーナーキューブまでの距離を求めることにより
基準平面２２のＸ軸方向の位置を求めることができる。
そして、レーザー干渉計８０より出力される信号に基づ
いて、ノズル座標系に対する基準平面２２のずれを求め
ることができる。

【００６４】また、基準平面２２上には、図２に示され
るように、第一五角プリズム２３と第二五角プリズム２
４とが設置されている。

【００６５】第一五角プリズム２３は、レーザー光ｒ１
を受光できるように、その中心のＸ軸方向およびＹ軸方
向の位置が基準平面２２に対して相対的に（−Ｘ_0G、Ｙ
_0G）となるように設置されている。また、第二五角プリ
ズム２４は、レーザー光ｒ２を受光できるように、その
中心のＸ軸方向およびＹ軸方向の位置が基準平面２２に
対して相対的に（−Ｘ_0G、−Ｙ_0G）となるように設置さ
れている。

【００６６】この第一五角プリズム２３、第二五角プリ
ズム２４は、入射した光線ｒ１、ｒ２の一部をそのまま
第一ＰＳＤ３１、第二ＰＳＤ３２へと透過させるととも
に、光線ｒ１、ｒ２の一部をｒ１、ｒ２に対して９０゜
をなす方向に導くことができる。即ち、この五角プリズ
ムは、五角プリズムへの入射角度にかかわりなく、入射
した光線の一部をその進行してきた方向に対して一様に
９０゜をなす方向に導くことができるのである。これに
より、前記光線ｒ１、ｒ２の一部を、基準平面２２に影
響されることなく、Ｚ軸方向に沿って確実に垂直上方に
導くことができる。

【００６７】また、ＸＹ位置決めテーブル２１には、図
２、図３に示されるように、電子マイクロ搭載ステージ
４０が付設されている。

【００６８】電子マイクロ搭載ステージ４０について、
図３の部分拡大図を示す図５も参照しつつ説明する。

【００６９】電子マイクロ搭載ステージ４０には、基準
平面２２から計測点ＳまでのＺ軸方向に沿った距離を計
測するＺ軸位置計測手段にあたる電子マイクロ４１が備
わっている。

【００７０】電子マイクロ搭載ステージ４０を記号Ｕに
示されるようにＺ軸方向に沿って駆動し、電子マイクロ
４１を基準平面２２より計測点Ｓまで移動させる。これ
により、電子マイクロ４１の測定端子４１ａが指す計測
点Ｓの基準平面２２に対する距離を求めることができ
る。

【００７１】電子マイクロ搭載ステージ４０は、上記Ｚ
軸方向に駆動できるほか、基準平面２２に対してＹ軸回
りに回転できるようにもなっている。

【００７２】また、この例では、図２に示されるよう
に、基準平面２２に対してＸ軸方向の同じ位置でＹ軸方
向の異なる位置に付設される三つの電子マイクロ４１を
備えている。従って、ＸＹ位置決めテーブル２１がＸ軸
方向に駆動されることにより位置決められるＸ軸方向の
一つの位置について、Ｙ軸方向の三つの異なる位置にお
いてＺ軸方向の距離が計測されることになる。この電子
マイクロ４１により距離が計測されるＸ軸方向およびＹ
軸方向の位置（Ｘ、Ｙ）が指定位置にあたる。

【００７３】また、電子マイクロ搭載ステージ４０の下
面には、図２、図３に示されるように、第三ＰＳＤ３５
と第四ＰＳＤ３６とが設置されている。

【００７４】この第三ＰＳＤ３５、第四ＰＳＤ３６は、
前記五角プリズムにより導かれるレーザー光に対する、
基準平面２２のずれに伴う電子マイクロ搭載ステージ４
０のずれを求めるためのものである。

【００７５】第三ＰＳＤ３５は、その中心Ｐ３のＸ軸方
向およびＹ軸方向の位置が基準平面２２に対して相対的
に（−Ｘ_0G、Ｙ_0G）となるように設置されており、第一
五角プリズム２３により導かれるレーザー光を受光でき
るように設置されている。

【００７６】また、第四ＰＳＤ３６は、その中心Ｐ４の
Ｘ軸方向およびＹ軸方向の位置が基準平面２２に対して
相対的に（−Ｘ_0G、−Ｙ_0G）となるように設置されてお
り、第二五角プリズム２４により導かれるレーザー光を
受光できるように設置されている。

【００７７】なお、上記ＰＳＤ３１、ＰＳＤ３２、ＰＳ
Ｄ３５、ＰＳＤ３６の各々およびレーザ干渉計８０より
出力された信号は図示されない信号処理ボードに入力さ
れるようになっており、各ＰＳＤの中心に対する入射レ
ーザー光の位置等に基づいて、該信号処理ボードによっ
て基準平面２２および電子マイクロ４０の各種のずれが
検出される。そして、検出された当該ずれに基づいて、
微調ステージ２６の駆動がコントロールされ、かかる基
準平面２２および電子マイクロ４０のずれが補正され
る。

【００７８】微調ステージ２６は、基準平面２２を微調
整移動させ、または、微調整回転させるためのものであ
る。

【００７９】即ち、この微調ステージ２６は、基準平面
２２をＸ軸方向に沿って微小に移動させ得る第一調整機
構と、基準平面２２をＹ軸方向に沿って微小に移動させ
得る第二調整機構と、基準平面２２をＺ軸方向に沿って
微小に移動させ得る第三調整機構とを備えている。ま
た、微調ステージ２６は、基準平面２２をＸ軸の回りに
微小に回転させ得る第四調整機構と、基準平面２２をＺ
軸の回りに微小に回転させ得る第五調整機構と、基準平
面２２をＹ軸の回りに微小に回転させ得る第六調整機構
とを備えている。この微調ステージ２６にあっては、第
六調整機構は、電子マイクロ搭載ステージ４０をＹ軸の
回りに微小に回転させ得るようにもなっている。そし
て、基準平面２２に生じたＹ軸回りの回転に伴う電子マ
イクロ搭載ステージ４０のずれについて、電子マイクロ
搭載ステージ４０をＹ軸回りに回転させて補正できるよ
うにもなっている。

【００８０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明は、基準平面のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に沿って並進的
に生じた位置決め誤差を解消することができ、三次元形
状計測装置の計測精度を向上させることができるという
効果を奏する。

【００８１】請求項２記載の発明は、基準平面のＸ軸回
りの回転とＺ軸回りの回転に伴う位置決め誤差を解消す
ることができ、三次元形状計測装置の計測精度をより向
上させることができるという効果を奏する。

【００８２】請求項３記載の発明は、基準平面のＹ軸回
りの回転に伴う位置決め誤差を解消することができ、三
次元形状計測装置の計測精度をさらに向上させることが
できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】ノズルの斜視図である。

【図２】三次元形状計測装置の斜視図である。

【図３】図２のIII−III線矢視図である。

【図４】図２のIV−IV線矢視図である。

【図５】図３の部分拡大図である。

【図６】（従来の）三次元形状計測装置の斜視図であ
る。

【符号の説明】

１ノズル２上面３下面４第一壁面５第二壁面６入口７出口９支援台車２０三次元形状計測装置２１ＸＹ位置決めテーブル２２基準平面２３第一五角プリズム２４第二五角プリズム２５衝立板２６微調ステージ２８支持アーム３１第一ＰＳＤ３２第二ＰＳＤ３３第一コーナーキューブ３４第二コーナーキューブ３５第三ＰＳＤ３６第四ＰＳＤ４０電子マイクロ搭載ステージ４１電子マイクロ４１ａ測定端子５０ガイドレール機構５１、５３取り付けフレーム５２、５４ガイドレール５５主ステージ５６、５７取り付け架台６１第一基準レーザー６２、６７ビームスプリッター６３、６８モニター用ＰＳＤ６６第二基準レーザー８０レーザー干渉計８１５０％ビームスプリッ
ター８２、８４リモートレシーバ８３、８５プレーンミラーインターフェロメーター１００ガイドレール機構１０１、１０２ガイドレール１０３ＸＹ位置決めテーブル１０４基準平面１０５距離計１１０被計測面１１１計測点

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者桑澤勝治兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番１号川崎重工業株式会社神戸工場内 (72)発明者上原裕隆千葉県野田市二ツ塚118番地川崎重工業株式会社野田工場内 (72)発明者丸井良彦東京都千代田区内神田３丁目４番３号理化精機工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】三次元位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の計測点を含
む被計測面に正対する基準平面（ＸＹ平面）を有するＸ
Ｙ位置決めテーブルと、基準平面から前記計測点までのＺ軸方向の距離（Ｚ）を
求めるＺ軸位置計測手段とを備え、前記ＸＹ位置決めテーブルが、前記Ｚ軸位置計測手段を
前記基準平面に基づいてＸ軸方向およびＹ軸方向の指定
位置（Ｘ、Ｙ）に位置決めすることにより、前記計測点
の三次元位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を求める三次元形状計測装
置であって、基準平面のＸ軸方向の位置（Ｘ）を少なくとも一点につ
いて求めるＸ軸位置計測手段と、Ｙ軸方向およびＺ軸方向における基準位置（Ｙ、Ｚ）を
Ｘ軸方向に沿って基準レーザー光により照射し、該基準
位置を少なくとも一点設定する基準レーザー光源と、基準平面に対するＹ軸方向およびＺ軸方向の所定位置
に、前記基準レーザー光を受光するように設置される位
置検出センサと、前記基準平面をＸ軸方向に沿って微調整移動させる第一
調整機構と、前記基準平面をＹ軸方向に沿って微調整移
動させる第二調整機構と、前記基準平面をＺ軸方向に沿
って微調整移動させる第三調整機構とを備え、前記Ｘ軸位置計測手段により、前記基準平面の前記指定
位置のＸ軸方向の位置からのずれ（ΔＸ）を求め、前記位置検出センサにより、前記基準平面のＹ軸方向お
よびＺ軸方向における前記基準位置からのずれ（ΔＹ、
ΔＺ）を求めるように構成され、前記基準平面のずれ（ΔＸ）が前記第一調整機構により
補正され、前記基準平面のずれ（ΔＹ）が前記第二調整機構により
補正され、前記基準平面のずれ（ΔＺ）が前記第三調整機構により
補正されるように構成されてなる三次元形状計測装置。
【請求項２】前記Ｘ軸位置計測手段は、基準平面の位
置（Ｘ）をＺ軸方向の位置が同じでＹ軸方向の位置が異
なる二点について求めるように構成され、前記基準位置が、Ｚ軸方向の位置が同じでＹ軸方向の位
置が異なる二点について設定されるように構成され、かかる基準位置の二点に対応して設置される二つの前記
位置検出センサと、前記基準平面をＸ軸の回りに微調整回転させる第四調整
機構と、前記基準平面をＺ軸の回りに微調整回転させる
第五調整機構とを備えており、Ｘ軸位置計測手段により基準平面のずれ（ΔＸ）を異な
る二点について求めることにより、基準平面のＺ軸回り
の回転（θ_Z）を求め、二つの位置検出センサにより二つの基準位置に対する基
準平面のずれ（ΔＹ、ΔＺ）を異なる二点について求め
ることにより、前記基準平面のＸ軸回りの回転（θ_X）
を求めるように構成され、基準平面の回転（θ_X）が第四調整機構により補正さ
れ、基準平面の回転（θ_Z）が第五調整機構により補正され
るように構成される請求項１記載の三次元形状計測装
置。
【請求項３】前記基準平面上に設置された五角プリズ
ムを備え、該五角プリズムによりＸ軸方向に沿って照射
されたレーザー光をＺ軸方向に沿って導くように構成さ
れ、前記五角プリズムにより導かれたレーザー光を受光する
ように、基準平面に対するＸ軸方向の所定の位置に設置
される位置検出センサと、基準平面をＹ軸の回りに微調整回転させる第六調整機構
とを備え、位置検出センサにより、前記五角プリズムにより導かれ
たレーザー光のＸ軸方向の位置に基づいて基準平面のＹ
軸回りの回転（θ_Y）を求めるように構成され、基準平面の回転（θ_Y）が第六調整機構により補正され
るように構成される請求項１または請求項２記載の三次
元形状計測装置。