JPH116728A

JPH116728A - 形状測定装置

Info

Publication number: JPH116728A
Application number: JP17327597A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Yamamoto; 知弘山本
Original assignee: I T T KK; MATSUO BRIDGE; MATSUO KYORYO KK
Current assignee: I T T KK; MATSUO BRIDGE; MATSUO KYORYO KK
Priority date: 1997-06-13
Filing date: 1997-06-13
Publication date: 1999-01-12

Abstract

(57)【要約】【課題】鋼構造部材のような大型の被測定物を、測定
機を順次移動させて測定する場合に、精度良く測定する
ことができる形状測定装置を提供する。【解決手段】少なくとも３個の基準点９ａ、９ｂ、９
ｃから成る基準点群８ａ〜８ｇが設定されている測定用
治具３を準備する。基準点群間の位置関係は予め精密に
測定しておく。特定の測定位置で被測定物５を測定した
ときは、例えば基準点群８ｂの座標も測定し、第１の座
標データ群を得る。他の特定の測定位置で測定したとき
は、例えば基準点群８ｄの座標も測定して第２の座標デ
ータ群を得る。その後、基準点群８ｂ、８ｄの位置関係
に基づいて、第１及び第２の座標データ群を合成して、
被測定物５の全体の形状を把握する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、鋼構造部材のよ
うな比較的大形の被測定物を、測定機を複数の測定位置
に移動させて部分的に測定し、各測定位置での測定結果
を合成して被測定物全体の形状を把握する際に好適に用
いられる形状測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、橋梁部材などの鋼構造部材の工場
製作後の品質管理の手段として、仮組立及びその検査
が、最も確実な形状照査・確認の方法として採用されて
きた。しかし、仮組立及びその検査は、多大な経費がか
かり、また天候や高所作業など厳しい作業条件が要求さ
れるなど、多くの問題点を有していた。これらの問題点
を解消するものとして、鋼構造部材３次元計測システム
と仮組立シミュレーションシステムとが開発されてい
る。鋼構造部材３次元計測システムは、製作した鋼構造
部材の形状を計測するためのシステムであり、仮組立シ
ミュレーションシステムは、上記計測システムの計測結
果に基づいて仮想的に鋼構造部材を組立てて組立て精度
等を確認・検査するためのシステムである。これらの２
つのシステムを併用することによって、仮組立工程を省
略し、低コストで容易かつ確実な品質管理を行うことが
できる。

【０００３】ところで、上記鋼構造部材３次元計測シス
テムでは、鋼構造部材の形状を測定する計測機が用いら
れている。計測機の種類としては、大別して接触式と非
接触式とがある。接触式の典型的なものとしては、ロボ
ットアームの先端にプローブを取り付け、このプローブ
を被測定物の表面に接触させて接触点の３次元座標を測
定するものがある。非接触式のものとしては、ロボット
アームの先端に３次元視覚センサを取り付け、このセン
サを被測定物に近接させて３次元座標を測定するもの
や、測角測距機を用いて作業者が直接被測定物を観測し
て測定するものがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】被測定物である橋梁部
材などの鋼構造部材は、一般に数ｍ〜十数ｍの大きさを
有している。従って、測角測距機を用いる場合は、当該
測角測距機から鋼構造部材までの距離が長いため、その
分だけ測定誤差が大きくなり、また作業者の熟練度やく
せが測定結果に影響を及ぼすことになり、好ましいもの
ではない。

【０００５】一方、プローブや３次元視覚センサを用い
る場合は、被測定物に接触又は近接して測定するため、
測定誤差を小さくすることができるが、その反面、測定
範囲がロボットアームの可動範囲によって制約されてし
まうという欠点がある。上述したように鋼構造部材はか
なり大きなものであるため、測定機を１ヶ所に据え付け
て測定しようとすると、ロボットアームの可動範囲を鋼
構造部材に即して大きくする必要があり、測定機の大型
化及びコストアップを招来する。そこで、高い測定精度
を得られる比較的測定範囲の狭い測定機を、複数の測定
位置に移動させて被測定物を部分的に測定し、測定結果
を合成して、被測定物全体の形状を得る方式が採用され
ている。この方式では、測定結果を合成するために、複
数の測定位置の位置関係を知る必要があるが、一般的に
測定機の移動量は測距機を用いて測定している。従っ
て、測距機の測定精度によって測定結果の合成精度が左
右されてしまうため、測定機の測定精度をいくら高くし
ても、全く意味がないことになる。

【０００６】この発明は上記従来の欠点を解決するため
になされたものであって、その目的は、鋼構造部材のよ
うな大型の被測定物を、測定機を順次移動させて測定す
る場合に、容易に精度良く測定することができる形状測
定装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで請求項１の形状測
定装置は、プローブ６の先端を被測定物５の表面に接触
させて形状を測定する測定機２と、少なくとも３個の基
準点９ａ、９ｂ、９ｃから成る基準点群８ａ〜８ｈが、
予め定める相対的な位置関係を有して複数個設定されて
いる測定用治具３と、複数の異なる測定位置で測定した
被測定物５の形状を、それぞれ異なる基準点群８ａ〜８
ｈと関連付けて把握し、基準点群間の相対的な位置関係
に基づいて、被測定物５の形状を合成する制御手段４と
を備えることを特徴としている。

【０００８】上記請求項１の形状測定装置では、測定機
２を複数の異なる測定位置に順番に移動させながら、被
測定物５を測定して得た形状を、測定用治具３に予め設
定された基準点群８ａ〜８ｈ間の相対的な位置関係に基
づいて合成して被測定物５の全体の形状を得るようにし
ている。基準点群８ａ〜８ｈ間の位置関係は予め精密に
測定しておくことができるので、例えば測距機を用いて
作業者が測定して得た測定機２の移動量に基づいて、各
測定位置で測定した被測定物５の形状を合成する場合に
比べて、精度良く合成処理をすることができる。このよ
うに比較的簡単な構造である測定用治具３を準備するだ
けで、比較的大きな被測定物５を容易にかつ精度良く測
定することができる。

【０００９】また請求項２の形状測定装置は、測定すべ
き位置座標が円形の透孔１５である場合、上記測定機２
は、上記透孔１５の直径Ｄ２よりも大きい直径Ｄ１の球
体１２が先端に取り付けられた球状プローブ１１を用い
て、上記球体１２を上記透孔１５に嵌め込んで球体１２
の中心１４の位置座標を測定し、上記制御手段４は、測
定した位置座標に基づいて上記透孔１５の位置座標を把
握することを特徴としている。

【００１０】上記請求項２の形状測定装置では、測定す
べき位置座標が例えばボルト孔のような円形の透孔１５
の中心であり、各透孔１５が同一平面上に形成されてい
る場合、球状プローブ１１の先端に取り付けられた球体
１２を上記透孔１５に嵌め込んで球体１２の中心１４の
位置座標をそれぞれ測定する。測定後、得られた位置座
標に基づいて所定の演算を行い、上記透孔１５の位置座
標を把握する。このように透孔１５の位置座標を測定す
る場合は、球状プローブ１１を押し当てるだけでよく、
また球状プローブ１１を押し当てる方向もそれほど気に
することなく簡単に行うことができる。従って、先端が
細く形成されたいわゆるポイントプローブを用いて測定
する場合に比べて格段に作業が容易であり、作業効率も
向上する。

【００１１】さらに請求項３の形状測定装置は、上記基
準点群８ａ〜８ｈを構成する各基準点９ａ、９ｂ、９ｃ
は、同一平面上に形成されると共に、上記球体１２が嵌
合できるように横断面形状が円形に形成された嵌合部１
０によって指標されており、上記測定機２は、上記嵌合
部１０に上記球体１２を嵌め込んで球体１２の中心１４
の座標を測定し、上記制御手段４は、測定した座標に基
づいて基準点９ａ、９ｂ、９ｃの座標を把握することを
特徴としている。

【００１２】上記請求項３の形状測定装置では、測定用
治具３に設定されている基準点９ａ、９ｂ、９ｃを上記
球体１２が嵌合できるような嵌合部１０によって指標し
たので、上記球状プローブ１１を利用して基準点９ａ、
９ｂ、９ｃも測定することができる。また、基準点９
ａ、９ｂ、９ｃは同一平面上に形成された既知点である
ため、透孔１５のように両側から測定する必要はない。
従って、基準点９ａ、９ｂ、９ｃの測定も容易に行うこ
とができる。

【００１３】請求項４の形状測定装置は、上記測定用治
具３は、平板であり、上記嵌合部は、上記平板の一方表
面から形成された円形又は円錐形の貫通孔１０、１６あ
るいは円形又は円錐形の凹部であることを特徴としてい
る。

【００１４】上記請求項４の形状測定装置では、測定用
治具３を容易に製造することができると共に、その取扱
いも容易になる。

【００１５】

【発明の実施の形態】次にこの発明の形状測定装置の具
体的な実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説
明する。図１は、本発明の一実施の形態である形状測定
装置１の概略を示す斜視図であり、図２は測定用治具３
の一部拡大平面図であり、図３は透孔１５の座標検出方
法を説明するための断面図である。

【００１６】形状測定装置１は、図１に示すように、測
定機２と、測定用治具３と、制御手段４とを備えて構成
される。測定機２は、鋼構造部材などの被測定物５の３
次元形状を測定するためのものであり、測定用プローブ
６が先端に取付けられた多関節型マニピュレータ７を備
える。形状の測定にあたって、先ず、適当な点を原点と
して互いに直交する３つの座標軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）
を設定する。次に、被測定物５の輪郭などを測定すると
きは、測定用プローブ６の先端を被測定物５の表面に接
触させてその接触点の座標を読取るという動作を、接触
点を移動させながら繰返して行う。尚、測定機２は、プ
ローブ６の先端の座標を、マニピュレータ７の動きに基
づいて検出して出力するように予め設定されているもの
とする。また、測定しようとする点とプローブ６の先端
とのずれを最小限とするために、プローブ６の先端をで
きる限り細く形成したいわゆるポイントプローブを用い
て、プローブ６を表面に接触させるようにする。一方、
ボルト孔のような透孔１５の位置座標を測定するとき
は、後述する球状プローブ１１を用いる。

【００１７】出力された座標データは、制御手段４に与
えられて後述する合成処理が行われる。また、測定機２
は、図示しない移動機構によって移動可能に設置されて
おり、複数の測定位置で被測定物５の形状を測定するこ
とができる。これは、マニピュレータ７の可動範囲より
も被測定物５の方が大きい場合でも形状を測定できるよ
うにするためである。

【００１８】測定用治具３は、上記複数の測定位置での
各測定データ間の関係を知るために用いられるものであ
り、平板状に形成されると共に、複数個の基準点群８ａ
〜８ｈ（総称するときは参照符「８」を用いる）が設定
されている。これらの基準点群８どうしの相対的な位置
関係は予め精密に測定されている。従って、複数の異な
る測定位置で測定した被測定物５の測定データ（部分的
な形状）を、それぞれ異なる基準点群と関連付けて記憶
させておけば、基準点群８どうしの相対的な位置関係に
基づいて測定データを合成して被測定物５の全体の形状
を把握することができる。例えば、図１において、参照
符２の位置で被測定物５を測定すると共に、基準点群８
ｂも測定しておく。続いて参照符２ａの位置で被測定物
５を測定すると共に、基準点群８ｄも測定しておく。こ
れによって、２つの測定データ群を得る。ここで、基準
点群８ｂ、８ｄの間の位置関係は分かっているので、２
つの測定データ群が共通の座標軸となるような座標変換
処理を施すことによって、２つの測定データ群が合成さ
れたことになる。

【００１９】基準点群８の構成を基準点群８ａを例にと
り説明するが、他の基準点群８ｂ〜８ｈについても同様
である。基準点群８ａは、３個の基準点９ａ、９ｂ、９
ｃ（総称するときは参照符「９」を用いる）から成る。
基準点９は、図２に示すように、測定用治具３の一方表
面から他方表面まで貫通された円形の貫通孔１０によっ
て指標されている。

【００２０】制御手段４は、いわゆるコンピュータシス
テム等によって実現され、測定機２からの測定データを
記憶し、座標変換処理や測定データ合成処理などの所定
の処理を行う。また、制御手段４によって上記移動機構
を制御させるようにしてもよい。

【００２１】次に、図３を参照して、被測定物５に形成
されている透孔１５の位置座標の測定方法を説明する。
透孔１５を測定するときは、球状プローブ１１を用い
る。この球状プローブ１１は、その先端に球体１２を有
しており、球体１２の直径Ｄ１は、透孔１５の直径Ｄ２
よりも大きく選ばれている。測定機２は、球状プローブ
１１を取り付けたときは、球体１２の中心１４の座標を
検出するように設定する。従って、球体１２を透孔１５
に嵌め込んだとき、球状プローブ１１がいかなる向きで
あっても、球体１２の中心１４は透孔１５の中心線１３
上の所定の位置に常に存在することになる。

【００２２】透孔１５の位置座標を測定するときは、先
ず、図３に実線で示すように一方表面５ａ側から球体１
２を透孔１５に嵌め込んで中心１４の位置座標を測定す
る。次に、図３に２点鎖線で示すように他方表面５ｂ側
から球体１２ａを透孔１５に嵌め込んで中心１４ａの位
置座標を測定する。これによって、透孔１５の中心線１
３上の２つの位置座標が測定されたことになる。測定
後、得られた２つの位置座標に基づいて所定の演算を行
い、透孔１５の位置座標を把握する。例えば２つの座標
値の平均値をとれば、２つの座標を結ぶ線分（図３では
中心１４と１４ａとを結ぶ線分）の中点Ｐが求まり、こ
の中点Ｐは透孔１５の板厚方向の中心点を示している。
このように、球状プローブ１１を透孔１５に２回押し当
てるだけでよく、また球状プローブ１１を押し当てる方
向もそれほど気にすることなく、簡単な操作で透孔１５
の位置座標を測定することができる。

【００２３】また、測定用治具３の基準点の位置座標を
測定する場合も、透孔１５の測定の場合と同様に、球状
プローブ１１を用いることができる。この場合は、特定
の基準点群を構成する３つの各基準点については、予め
同一平面上に貫通孔１０を形成しているため、貫通孔１
０の一方側のみに球状プローブ１１を嵌め込んで座標を
測定すればよい。尚、基準点として、貫通孔１０が形成
された表面と貫通孔１０の中心線との交点を選んだ場
合、球状プローブ１１で測定した座標は基準点から上記
中心線に沿って所定の距離だけずれた点を示すことにな
るが、上記所定の距離は予め計算で求めておくことがで
きるので、測定後に補正すればよい。なおこの点は上記
透孔１５の位置座標を測定する場合も同様であって、各
透孔１５が同一平面上に形成されている場合、あるいは
各透孔１５の投影面が予め設定されている場合には、上
記のように両側から測定しなくても、片側だけの測定で
位置座標の測定が可能である。

【００２４】上記の実施形態では、球状プローブ１１の
球体１２が嵌め込まれる嵌合部として円形の貫通孔１０
を用いたが、円錐形の貫通孔を用いてもよい。すなわち
図４（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、各基準点として
は、円形の貫通孔１０に代えて、円錐形の貫通孔１６を
用いてもよい。この場合も上記同様の手順によって基準
点を把握することができる。なお図２においては基準点
群８ａ〜８ｈをフランジ面に設けているが、図４のよう
に各基準点群８ａ〜８ｃをウエブ面に設置してもよい。
さらに上記嵌合部として円形又は円錐形の貫通孔１０、
１６に代えて、円形又は円錐形の凹部を用いてもよい。
また図５には形状測定装置の他の適用例を示している
が、これは上記同様の手法によって複数の被測定物５の
形状を測定しようとするものである。なお図１と同一機
能部分は同一の記号で示し、その説明を省略する。

【００２５】以上のように本実施の形態によれば、簡単
な構造の測定用治具３を用いるだけで、橋梁部材のよう
な大きな被測定物５を容易にかつ精度良く測定すること
ができる。また、球状プローブ１１を用いることで、ボ
ルト孔などの透孔１５の位置座標を簡単な操作で精度良
く測定することができる。さらに、基準点９の測定も、
球状プローブ１１の球体１２が嵌まり込む嵌合部（円形
又は円錐形の貫通孔１０、１６あるいは円形又は円錐形
の凹部）を用いることで透孔１５と同様に、簡単な操作
で精度良く測定することができる。また、測定用治具３
として平板を用いることで、その取扱いが容易になり、
上記嵌合部を円形又は円錐形の貫通孔１０、１６あるい
は円形又は円錐形の凹部で実施することで、その製造が
容易になる。

【００２６】

【発明の効果】以上のように請求項１の形状測定装置に
よれば、比較的簡単な構造である測定用治具を準備する
だけで、比較的大きな被測定物を容易にかつ精度良く測
定することができる。

【００２７】また請求項２の形状測定装置によれば、先
端に球体が取り付けられた球状プローブを用いること
で、ボルト孔のような円形の透孔の位置座標を簡単な操
作で精度良く測定できる。

【００２８】さらに請求項３の形状測定装置によれば、
基準点も簡単な操作で精度良く測定できる。

【００２９】請求項４の形状測定装置によれば、測定用
治具を容易に製造することができると共に、その取扱い
も容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態である形状測定装置の概
略を示す斜視図である。

【図２】上記形状測定装置を構成する測定用治具の一部
拡大平面図である。

【図３】上記形状測定装置による透孔の座標測定方法を
説明するための断面図である。

【図４】上記測定用治具の変更例を示す図で、（ａ）は
平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は使用状態の説明図で
ある。

【図５】本発明の他の実施の形態である形状測定装置の
概略を示す斜視図である。

【符号の説明】

１形状測定装置２測定機３測定用治具４制御手段５被測定物６測定用プローブ８基準点群９基準点１０貫通孔１１球状プローブ１２球体１４中心１５透孔１６貫通孔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プローブ（６）の先端を被測定物（５）
の表面に接触させて形状を測定する測定機（２）と、少
なくとも３個の基準点（９ａ）（９ｂ）（９ｃ）から成
る基準点群（８ａ〜８ｈ）が、予め定める相対的な位置
関係を有して複数個設定されている測定用治具（３）
と、複数の異なる測定位置で測定した被測定物（５）の
形状を、それぞれ異なる基準点群（８ａ〜８ｈ）と関連
付けて把握し、基準点群間の相対的な位置関係に基づい
て、被測定物（５）の形状を合成する制御手段（４）と
を備えることを特徴とする形状測定装置。
【請求項２】測定すべき位置座標が円形の透孔（１
５）である場合、上記測定機（２）は、上記透孔（１
５）の直径（Ｄ２）よりも大きい直径（Ｄ１）の球体
（１２）が先端に取り付けられた球状プローブ（１１）
を用いて、上記球体（１２）を上記透孔（１５）に嵌め
込んで球体（１２）の中心（１４）の位置座標を測定
し、上記制御手段（４）は、測定した位置座標に基づい
て上記透孔（１５）の位置座標を把握することを特徴と
する請求項１の形状測定装置。
【請求項３】上記基準点群（８ａ〜８ｈ）を構成する
各基準点（９ａ）（９ｂ）（９ｃ）は、同一平面上に形
成されると共に、上記球体（１２）が嵌合できるように
横断面形状が円形に形成された嵌合部（１０）によって
指標されており、上記測定機（２）は、上記嵌合部（１
０）に上記球体（１２）を嵌め込んで球体（１２）の中
心（１４）の座標を測定し、上記制御手段（４）は、測
定した座標に基づいて基準点（９ａ）（９ｂ）（９ｃ）
の座標を把握することを特徴とする請求項２の形状測定
装置。
【請求項４】上記測定用治具（３）は、平板であり、
上記嵌合部は、上記平板の一方表面から形成された円形
又は円錐形の貫通孔（１０）（１６）あるいは円形又は
円錐形の凹部であることを特徴とする請求項３の形状測
定装置。