JPS5880510A - 稜線座標自動測定用の稜頂点検出装置および稜線座標測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は３次元形状物体の稜線を自動的に、非接触で探
り出し、追尾し、稜線の座標を、非接触で測定できるよ
うにした稜線座標測定装置に関する。

ある種の構築物２機械部品や型（プレス型、鋳型）、モ
デル等の製作段階で検査、製作の規準として、それらの
物体の複数の面が交差するエッノ部、すなわち稜線の３
次元座標値が形状をあられすデータとして利用されるこ
とが多い。例えば自動的等のボディ廻りのモデル、型の
製作段階の場合には、面の形状は一般に自由曲面であり
面の製作規準、検査規準として稜線の３次元座標値を用
いることがほとんどである。また特にボディ等の外面の
モデル、型の場合には稜線の大部分が完成後の特徴線と
して外観を左右するために稜線座標値は特に重要なデー
タとして測定、検査を行なう必要がある。これら３次元
形状物体の一般面、自由曲面の測定には既に３次元座標
測定機等にょシ自動化が行なわれているが、稜線の座標
値の測定は目視により計測針を積項点に合わせる作業に
よっているものが大部分で、加工や面測定が自動化され
ている工程の中でこの稜線測定に費やされる工数は著し
く大きく、また測定精度のばらつきの面からも自動測定
法の開発が望まれている。

従来、稜線位置の測定法として、溶接線等の追跡を目的
とした〈、−ザ光偏向走査を利用した測定法が知られて
いる。この従来の方法では光偏向器に音叉等の振動素子
に取りつけた鏡を利用し、投光レンズを使用していない
。このため稜等の位置を検出する範囲は振動素子の振幅
により制約を受け、かつ扇形に拡散してゆく光偏向のた
め目的物までの距離により投射光軸と稜線とのずれを検
出する感度が変化し高精度の測定と急峻な稜線の段差の
自動追尾が困難となる欠点があった。またこの従来の方
法は目的物までの距離を測定し自動補償する機能を有さ
す、このため有効に稜線位置の追跡を行なえる距離は検
出スリットの幅と受光軸と投光軸の角度で決められる。

一定の距離近傍の、極くせまい範囲に限られた。この範
囲を拡大するため、この従来の方法では投光軸と受光軸
の角度を小さくしているが、この結果稜線の位置ずれ全
測定する精度が低下し、大きな積項角をもつ対象には適
用が困難となる欠点があった。

また、この従来の方法は前述のように距離を設定する機
能を具備しないためオフラインの人為的な距離設定を必
要とし、この測定法単独では任意の複雑な３次元形状物
体上の稜線を自動追尾しかつ稜線の３次元座標値を精度
よく測定することは不可能であった。

また別の方法として、３次元物体の位置や形状を非接触
で測定するため一方法として、物体表面にスリット状の
光束を投影し、その稜線部で折曲した光軌跡の像を別の
角度からテレビカ、メラ（蓄積型撮像装置）で観測し三
角測量を行ない稜線を求める方式がある。

このような方式の場合、必然的に距離変化にともなう像
の「ぼけ」の対策が必要となる。すなわち像がぼけて幾
つかの画素にまたがる場合、精度よく像位置を求めるた
めに細め処理等の幾つかの画像処理を必要とし処理時間
のため低速となるきらいがある。

また、このような蓄積型撮像装置を用いる場合は、残像
が問題となる。すなわち、高速に計測を行なおうとして
も、前の画像の残像のため精度があがらず、結局速度を
ある程度犠牲にしなくてはならない点がある。さらに、
被測定対象の全面の形状を計測するために、対象か計測
装置かのどちらかを移動させねばならないが、構築物や
、プレス型、フレイモチル等、移動が困難な場′合が多
く、いきおい計測装置を動かさねばならないことにな′
・る。しかし撮像管を用いた場合、その計測装置の形状
寸法は大型で重く、かつ耐久性、耐振動性、安定性が問
題となシ、前述の低速であることも加えて３次元測定機
等の計測ゾローノとして、オンラインの計測に使用する
ことは困難である欠点があった。

本発明は如上のごとき従来技術における欠点を解決する
とともに、変化に富んだ複雑な３次元形状物体の稜線の
３次元座標値を連続的にかつ容易に測定することの出来
る自動追尾測定装置を提供することを目的とするもので
ある。

本発明の構成の概略は次のとおりである。

即ち、本発明による稜線座標自動測定装置は、■　一定
幅に偏向させた細光線を被測定対象物の稜線を含む領域
に投射する偏向細光線投射手段−と、前記細光線の偏向
方向に垂直方向である定められた角度で、前記被測定対
象物からの反射光を内方向に所定の長さを有し、垂直方
向に微小幅を有した領域内に前記受光手段の結像光があ
るか否かを検出する光点位置検出手段とを有する検出系
ヘッドと、 ■　前記光点位置検出手段よシの信号を同期信号として
前記偏向細光線投射手段の偏向信号と前記結像光振動手
段の振動信号をサンプリングすることにより綾部断面線
の２次元座標値を求め、その２次元座標値の各々の２階
差分等を演算し積項点座標を算出する稜線座標算出手段
とを備えたことを特徴としている。

さらにまた、 前記検出系ヘッドを稜線の伸びる方向に移動させる３次
元駆動機構と、 前記３次１元駆動機構による検出系ヘッドの移動量を測
定する距離測定手段と、 前記稜線座標算出手段の出力と前記距離測定手段の出力
とから絶対座標系における稜線座標を算出する絶対座標
系稜線座標算出手段と、その絶対座標系における稜線座
標を記録する記録手段と、 全備えたことを特徴としている。

そして、本発明の一実施例によれば、前記センサ座標系
稜線座標算出手段は、前記光点位置検出手段の同期信号
により前記偏向細光線投射手段の偏向信号と前記結像位
置振動手段の振動信号をサンプリングし蓄積する２つの
サンプリング回路ｌおよびサンプリング回路２と、前記
サンプリング回路２の出力信号の変曲点を検出する微分
回路と、前記微分回路の出力同期信号により前記サンプ
リング回路１および前記サンプリング回路２の出力信号
をサンプリングし蓄積する２つのサンプリング回路３お
よびサンプリング回路４とを備えている。

また、前記３次元駆動機構は、前記サンプリング回路３
の出力信号が一定の範囲内になるように、前記検出光学
系ヘッドを前記細光線の偏向方向に移動するＸ軸す−？
手段と、前記サンシリング回路４の出力信号が一定の範
囲内になるように、前記検出光学系ヘッドと前記被測定
対象物との間隔を変化させるＹ軸す−が手段と、前記検
出光学系ヘッドを前記細光線の偏向方向と直角方向に所
定の速度で移動させる２軸サ一ボ手段とを備−えている
。

また、前記絶対座標系稜線座標算出手段は、前記Ｘ軸サ
ーボ手段による前記検出光学系ヘッドの移動量に前記サ
ンプリング回路３の出力信号値分の補正を加えてＸ軸座
標とし、前記Ｙ軸す−が手段による前記検出光学系の移
動量に、前記サンプリング回路４の出力信号値分の補正
を加えてＹ軸座標とし、前記２軸サーが手段による前記
検出光学系ヘッドの移動量Ｉｚ軸座標として、絶対座標
系の稜線座標を算出する。

以下図面により詳細に実施例を説明する。

第１図は本発明め実施例を示したもので、ｌはレーザ等
の指向性のよい細光線源である。２ａの光偏向部および
２ｂの発振部によって、光ｆｘ軸方向に偏向走査する（
以下単にＸ走査という）Ｘ細光偏向器２を構成している
。、３はＸ軸光偏向器２の偏向中心に焦点を一致させて
配置される投光、レンズ、４は稜をもった被測定対象、
５は投光レンズ３の光軸（以下投射光軸、即ちｙ軸）と
θ〜９０°内の一定角を有し、Ｘ走査方向と直交する光
軸（以下受光軸）を持ち、被測定対象４からの反射光を
集束し、結像せしめる受光レンズである。

６ａおよび６ｂの光偏向部および６Ｃの発”振部とによ
りｙ細光偏向器６が構成され、このｙ軸先偏向器は被測
定対象４と受光レンズ５による結像面との間の受光軸上
の所定の位置に配置され、被測定対象４からの反射光を
Ｘ走査方向と直交する方向に偏向走査する（以下単にｙ
走査という）。

７ａのＸ走査方向と平行に微小間隔７ｄｉ有する光学ス
リット、７ｂの光検出器および７Ｃの微分処理回路によ
り光点位置検出器７が構成され、この光点位置検出器は
微小領域７ｄを光点が通過した瞬間に所定のトリガ信号
ヲ′廃生ずるものである。

８Ｉｒｉ光点位置検出器７０トリガ信号が発生した瞬間
の、Ｘ細光偏向器２のＸ走査信号をサンシリングし蓄積
記憶するＸ軸すンプリング回路、９は光点位置検出器７
のトリガ信号が発生した瞬間の、ｙ細光偏向器６のｙ走
査信号をサンプリングし蓄積記憶するｙ軸すンノリング
回路、１０はｙ軸すンプリング回路９の出力信号の変曲
点を検出し、その瞬間に所定のトリガ信号を発生する変
曲点検出回路である。

１１はＸ軸すンシリング回路８の信号を、変曲点検出回
路１０のトリガ信号が発生した瞬間にサンプリングし蓄
積するＸ座標サンプリング回路、１２はｙ軸すンプリン
グ回路９の信号を、変曲点検出回路１０のトリガ信号が
発生した瞬間にサンシリングし蓄積するｙ座標サンプリ
ング回路、・１３はＸ座標サンプリング回路１１の出力
信号値が一定範囲からはずれると信号を発生するＸ軸比
較器、１４はＸ座標サンプリング回路１２の出力信号値
が一定範囲からはずれると信号を発生するｙ軸比較器で
ある。

１５はＸ軸比較器１３の信号により動作ｊ７、前記光源
１％　ｘ細光偏向器２、投光レンズ３、受光レンズ５、
ｙ細光偏向器６、光点位置検出器７をのせた検出光学系
ヘッド２３ｔ−Ｘ　、Ｙ　、ＺＯ３次５元に移動させる
機能を有する３次元駆動機構２４の３軸のうちＸ走査方
向、すなわち第１図の例ではＸ軸方向を駆動するＸ軸移
動機構、１６は３次元駆動機＃Ｉ２４の３軸のうち、投
射光軸方向、すなわち第１図の例ではｙ軸方向を駆動す
るＹ軸移動機構、１７は主制御装置１８の指令を受は動
作する２軸移動機構である。

１９はＸ軸移動機ｌ１１１５に取りつけられ、検出光学
系ヘッド２３のに軸方向の移動量を測定するＸ軸距離測
定器、２０はＹ軸移動機９９１１６に取りつけられ、検
出光学系ヘッド２３のｙ軸方向の移動量を測定するＹ軸
距離測定器、２１は２軸サ一デ機構ｌγに取りつけられ
、検出光学系ヘッド２３の２軸方向の移動量を測定する
２軸距離測定器である。

１８は本発明による測定装置の主制御装置、２２は表示
記録装置、２５は被測定対象４上のＸ走査光の軌跡であ
る。

次に本実施例の動作原理を説明する。

まず、検出光学系ヘッドのもつ断面形状測定機能の動作
原理を説明する。

細光線源１は指向性のよいぜ°がりの少ない平行光を輻
射する光源で、点光源とレンズの組合せでもよいが、代
表的にはガスレーザ半導体レーザ等をもちいるもので、
この光源１よシ出た光はＸ細光偏向器２に入り、投射光
軸と直交する１軸方向、即ち投射光軸をｙ軸とするとＸ
軸の方向に所定の角度分、くり返し周波数ｆｌで偏向走
査される。

Ｘ細光偏向器２としては、周知の電気光学効果を用いた
もの、音叉振動鏡、回転多面鏡などが使用可能だが、第
１図ではガルバノミラ−２ａを外部Ｘ偏向発振器２ｂで
駆動する例を示しである。

偏向走査された光はＸ細光偏向器２の偏向中心と焦点σ
が一致している投光レンズ３を通り、被測定対象４の稜
線部でこの稜線を直角に切断して稜線近傍を走査するよ
うに投射される。このように構成することによりこの投
光レンズ３は偏向中心より扇形に拡散する偏向光を投射
光軸に平行な帯状の偏向走査を行なう光線列とし、Ｘ軸
力向の光点位置を距離に無関係にＸ細光偏向器２の偏向
角から一義的に知ることが出来、かつ平行光Ａｎ集束し
て被測定対象４上の光点径を微小なものとし、検出分解
能を高めることができる。例として光偏向器２の偏向角
とＱ、１ｒａｄ、投光レンズ３の焦点距離ｆ　１００　
ｍとすると偏向走査幅は距離に無関係に１０ｍとなシ、
投光レンズ３の光偏向器２と反対側の焦点０近傍の対象
上で光麿径は０１■程度となる。

被測定対象４からの反射光は第１図のｙｚ一平面上にあ
り、ｙ軸である投射光軸とある角度θをなし、投光レン
ズ３の対象側焦点Ｏ（以下これを原点０とする）を通る
光軸を有する受光レンズ５により集束される。θの値は
典形的には百〜−１−ｒａｄ程度である＠ 受光レンズ３を通過した光は、ｙ細光偏向器６の偏向ミ
ラー６ａで反射され、原点０の受光レンズ３により結像
点σ′近傍に結像する。

ｙ細光偏向器６としては前記Ｘ細光偏向器２と同様に数
種が使用可能であるが、第１図の例ではガルバノミラ−
（コイル部６ｂ、反射鏡６ａ）ｉ外部ｙ偏向発振器６Ｃ
で駆動する例を示している。

ｙ細光偏向器６は、その偏向中心が原点０、結像点σ′
を結ぶ直線上にあシ、偏向軸がＸ走査方向に平行に配置
される。その位置は原点０と結像点σ′の間で、受光レ
ンズの前（物体空間側偏向）後（像空間側偏向）を問わ
ないが、第１図の例では受光レンズ３と結像点σ′の中
間の所定の位置に配置しである。

このような構成により、ｙ細光偏向器６を、Ｘ細光偏向
器２の駆動周波数ｆ１より、充分に高いくり返し周波数
ｆ２で駆動すると、被測定対象４で反射され、受光レン
ズ５で集束される結像光はｙ＠に平行な方向に受光軸を
中心として偏向されるＣ以下ｙ走査という）。

ｙ細光偏向器６で偏向された光は、原点０の受光レンズ
３による結像σ′を含み、受光軸に直角な検出面を持つ
、光点位置検出器７の検出面７ａ上に光点として結像す
る。

光点位置検出器７は、Ｘ軸に平行で結像σ′を含も受光
軸に直交する一つの軸を有しく以下ｘ１軸）、この軸で
わけられる２つの領域、第１図の例では十ｙ−領域、−
ｙ−領域をもち、Ｘ、軸上に光点、あ１　　　　　　　
　　　　　　　　１　　　　　　　　　　　　　　　　
　　、するいは拡がシをもった光点の場合は、その光量
重心が存在するとき所定の信号を発生するもので、第２
図に示すような、差動スリット、差動フォトダイオード
、差動プリズム等のものでもよく、第１図の例では、簡
単にＸ、軸に一致した開口を有する光学スリン）ｌ、光
検出器７ｂ１微分回路７ｃで構成しである。これらの光
点位置検出手段は、残像は全くなく、また、光点像のぼ
けがありても正確に光量重心を検出しうるものである。

この実施例の場合における光点位置検出の機能を第３図
によシ説明する。第３図（ａ）は微小間隙７ｄを一有し
た光学スリット７ａ上を大きさをもつた光点がｔｏ→１
．→・・・→ｔ６の順に移動してゆく様子を示す。それ
に対応して、第３図（ｂ）に示すように光点の中心が微
小間隙７ｄに一致した時刻ｔ３において微小間隙７ｄを
通過する光量が最大となり、光検出器７ｂの出力も最大
となる。第３図（ｃ）は光検出器７ｂの出力を時間微分
した信号波形を示し、前記時刻ｔ３においてＯＶＯＬＴ
を横切る。

微分処理回路７ｃは第３図（Ｃ）の微分および零クロス
検出をおこない、第３図（ｄ）に−例を示す信号を出力
するものであり、第３図の例では信号の立ち上りエツジ
が、光点中心が微小間隙７ｄの中心と一致したことを示
している。

光点位置検出装置から発生した信号はＸ軸すンプリング
回路８とｙ軸すンプリング回路９を同時に起動し、入力
のサンプリングを行なわせるＯＸＸ軸ンプリング回路８
にはＸ細光偏向器２のＸ偏向′発振器２ｂ出力が入力さ
れており、またｙ軸すンプリング１１路９にはｙ細光偏
向器６の発振器６Ｃの出力が入力されている。

この構成により、光点位置検出装置７の信号によりＸ走
査の１周期の間でＸ軸すンプリング回路８とｙ軸すング
リングロ路９の出力には、被測定対象４のＸ軸走査光が
照射されている部分の断面形状が出力される。例えばｘ
−ｙオシロスコープのＸ入力にＸ軸すンプリング回路８
、ｙ−人力に音軸サンプリング回路９の各々の出力を接
続すｈば、原点０を原点とした被測定対象４のｘ−ｙ断
面が表示される。

ここまでの機能（断面測定機能）をさらに詳細に説明す
る。

第４図は光学スリッ）７ａ上の結像光めの軌跡を示すも
のである。第４図中、Ｘ１＋±ｙｉは第１図と同様に取
っである。Ｘ走査とそれより充分Ｇで速いＸ走査により
結像光点は第４図中に示した黒点から始まりＸ走査の半
周期後、白点の位置にｉ東し、再び逆をたどシ墨点にも
どる。以下順次上記の移動をくり返しているが、Ｘ走査
の周期はＸ走査の周期より充分に短かくＸ走査の１周期
程度にかぎれば結像光点は光学ヌ’）　ツ）　７　ａ上
のｘ、１ｉ１１方向にはほとんど動いていない。

以下この状態で行なわれる測距機能について第５図によ
り説明する。

説明を簡単にするため、Ｘ細光偏向器２力；停止トし、
光源１を出た光は投射光軸すなわちｙ軸と一致した径路
で、被測定対象４に投射されているとする。第５図（ａ
ｌは被測定対、象４のｙｍとの交点Ｐが原点Ｏと一致し
た状態を示す。当然投射光点もＰと同位置である（以下
簡単に投射光点Ｐという）。

第５図（ｂ）および（ｃ）は第５図（ａ）の状態から被
測定対象４が各々、検出光学系の方向におよび反対方向
に変位した状態を示している。第５図（ａ５　、　（狛
、（めは光学ヌリッ）？ａ上に結像した投射光点９の位
置を、夫々第５図（ａ）　、　（ｂ）’　、　（ｃｌに
対応してあられしである。

第５図（−のように投射光点Ｐと原点Ｏが一致している
櫂５合、各々の像Ｑ、σ′も一致しておシ、光学ス’）
　ｙ　ドア　ａの微小間隙７ｄ上にある。ここでｙｉＩ
１１光偏向器６は受光軸を中心に光偏向走査を行なって
いるため実隙には結像ＱはＱ′からＱ／／″！、での間
をくり返し周波＆　ｆ　２で運動している。図中に示す
Ｑは偏向され涜結像光点の軌跡の中心を示し　　　）て
いる。第５図（ａ’ｌは、上段にｙ細光偏向器６の偏向
角の時間経過を、中段に光学ヌリッ）７ａＴｈ通過し、
光検出器７ｂで光学変換され、微分処理器７ｃ’を通過
した信号の時間経過を、下段にこの１ｄ上号で起動され
る、ｙ軸すンシリンダ回路９の出力を時間軸原点をそろ
えて描いたものである。図よシ明らかなように、第５図
（ａ）　、　（ａ’）に示す如く原点０と投射光点Ｐが
一致している場合、第５図（唖の上段に示す偏向角がφ
の時刻に、Ｐの結像Ｑは光学スリット７ａを通過して、
光点位置検出装置７の信号として有効な出力金主じる。

光点位置検出装置７の信号によシ起動されるｙ輸すンプ
リング回路９は入力に接続されているｙ偏向発振器６Ｃ
の出力をサンプリングし蓄積する。とのｙ偏向発振器６
ｃの出力はｙ軸元偏向器の偏向角と１対１の対応関係が
あるのでこの場合、ｙ軸すンプリング回路９の出力は零
である。

この状態に対して、第５図（ｂｌおよび（ｂ′）のよう
に被測定対象４がｙ軸の正方向に、あるいは第５図（ｃ
）および（Ｃすのように被測定対象４がｙ軸の負方向に
変位した場合、図から明らかなように結像Ｑが原点Ｏの
像点σ′と一致しない分だけ、ｙ細光偏向器６を偏向さ
せないと結像Ｑは光学スリッ）７ａの微小間隙７ｄを通
過し力い。このため第５図問および第５図（どつに示し
たようにｙｆｑｌｉ光偏向器６の偏向角の零よりずれた
時刻に結像Ｑが光学スリット７ａの微小間隙７ｄを通過
して光点位置検出装置７の出力・Ｐルスを生じ、この信
号で起動されるｙ　＠ｌサンプリング回路９も、ｙｌｌ
’光偏向器６の偏向角と１対１の対応関係のあるｙ偏向
発振器６Ｃの零でない出力値ｔサンプリングし出力する
。す々わち、第５図（ｂ）（…（ビづのようにｙ軸の正
方向に被測定対象４が変位し、た場合は、ｙ偏向発振器
６Ｃの正電圧部で光点位置検出装置７からサンプリング
信号が発生し、ｙ−サンプリング回路は正電圧をサンプ
リングし蓄積する。第５図（Ｃ）（め（ｃ’ｌのように
ｙ軸の負方向の変位の場合にはその逆が発生するだけな
ので説明を略する。このｙ軸すンプリングＰ回路の出力
電圧は、結像Ｑを光学スリット７ａの縮小間隙７ｄに一
致させるための、ｙ細光偏向器６の偏向角に容易に換算
でき、ひいては被測定対象４表面上のｙｍ・との交Ａ　
ｐと原点０とのｙ軸力向の距離おるいは、ｙ座標に換算
できるものであることは明らかである。また、原点Ｏと
検出光学系へラド２３との距離たとえば投光レンズ３の
中心Ｈとの距離ＯＨなどは物理的に定まっており、上記
ｙ軸すンプリング回路９の出力電圧は、被測定対象４上
の点Ｐと検出光学系へラド２３との距離にも容易に換算
できることは明らかである。

以上のようにして、最低Ｘ走査の半周期において、検出
光学系ヘッド２３と被測定対象４との距離は求まる。こ
の状態から、第４図のようにＸ軸元偏向器２ｅｙ軸光偏
向器６より充分に遅いくり返し周波数ｆｌで駆動してゆ
くとｘｉ＠方向に投射光点Ｐの結像Ｑがわずかに動く間
にＸ走査の１周期が完了し、結像Ｑが間隙７ｄを通過し
た時刻りに光点位置検出装置７よりサンプリングｉｅル
スカ発生し、ｙ軸すンプリング回路９にその時刻ｔにお
ける検出光学系ヘッド２３と被測定対象４との距離・に
関する電圧が保持され石。

また光点検出装置７のサンプリング、ｅルスはＸ軸すン
プリング回路８も起動し、その時刻ｔにおけるＸ細光偏
向器２のＸ偏向発振器２’ｂの出力電圧をサンプリング
し、蓄積する。このＸ軸すンｆリング回路２の出力電圧
もまた、ｙ＠サンプリング回路６の場合と同様に、Ｘ細
光偏向器２の偏向角に容易に換算でき、ひいては被測定
対象４上の投射光点Ｐが投躬光仰１であるｙ　１ｉＩＩ
Ｉからの距離、すなわちＸ座標に換算できることは明ら
かである。

以−ヒのようにして、第４図のようにＸ走査の１周期の
間に時系列で被測定対象４上を移動する投射光点Ｐの軌
跡の、０を原点とじＸ走査方向をＸ帥・、投射光愉力向
をｙ軸としたＸ座標、Ｘ座標がＸ走査の１周期毎に出力
される。すなわちＸ走査でできる面で被測定対象４を切
断した断面形状が出力される。以上が断面測定機能の詳
細である。

なお以上の実施例における説明のため、ｘｙ軸の発振器
、サンプリング回路等を使用したが、クロレフ発振器と
カウンタ、ラッチ回路あるいは、φ変換器とラッチ回路
等のように、光点位置検出装置７のサンプリング・ぐル
スで起動し、ｘ細光偏向器２、ｙ軸元偏向器６の各々の
偏向角に相当する情報をサンプリングし蓄積するもので
あれば良いことは当然である。この場合、Ｘ座標、Ｘ座
標はディジタルデータとして、順次、記蒐装置に格納さ
れ、以降の処理はディジタル計算機によるものになる。

つきにり上Ｊノ断面胎状出力を１丈用して稜頂点の坐標
を測定する機能について、第６図により説明する。

第６図（ａ）ｆｔ、ｉ：ｘ細光偏向器２の偏向角の時間
経過をボした図で聞便には三角波波形による駆動の場合
を示しである。この場合、Ｘ細光偏向器２の偏死角は時
間に比例するのでＸについての微分操作は時間微分にお
きかえることができ都合がよいＯＴはその半周期の期間
をあられす。第６図（ｂ）　、　（ｃ）は各々、Ｘ軸す
ンｆ　＋）ング回路８、ｙ軸すンプリング回路９の出力
の時間経過を第６図（、）と時間原点をそろえて描いて
あり、以下の（ｄ）〜（ｇ）図も同様にそろえである。

第６図（ｂ）　、　（ｅ）の対応する各時間における出
力埴は、被測定対象４の断面形状におけるＸ座標、ｙ挫
ｌｉｔあられしていることは前述のとお９である。−４
１図の配置において稜頂点の立直は検出光学系へラド２
３と被測定対象４との距離の変化率が急しゅんな変化を
示す点としてとらえられ、貼６図より明らかなようにｙ
軸すンプリング回路９０２階倣分値が有意の値を越えた
時点が積項点の位置を示すことは容易にわかる。変曲点
検出回路１０は２階微分回路、ゼロクロス検出回路、ケ
３−ト回路を含んでおり、各々の出力を第６図（ａ）　
＊　（ｅ）　、　（ｒ）に示す。第６図（ｄ）は第６図
（ｃ）のｙ軸すンプリング回路９の出力の時間微分波形
をあられし、第６図（、）はそのゼロクロス点を検出し
たパルス波形である。このままではＸ細光偏向の上死点
、下死点で無意味な・ぞレスを生じるので、Ｘ軸元偏向
器２の偏向角の上死点、下死点に同期した第６図（ｆ）
で示されるブランク・七ルスを発生するｒ−ト回路を通
過させて変曲点検出回路ｌＯの出力として取シ出される
。

第６図（ｇ）は変曲点検出回路１０の出力をあられした
ものである。変曲点検出回路１０の出力・ｅ　／レスは
Ｘ座標サンプリング回路ｔｔ、Ｘ座標サンプリング回路
１２を起動し、各々の入力に接続されたｏＸ細軸サンプ
ング回路８、ｙ軸すンシリング回路９の出力の変曲点検
出回路１０の出力・ｅ）レスが生じた瞬間の値をサンプ
リングし蓄積する。Ｘ座標サンプリング回路１１、Ｘ座
標サンプリング回路１２の谷々ナンゾリングされる稙が
被測定対象４の疲頂点のＸ座標、Ｘ座標に関する情報で
あることは、第６図の時間対応から明らかである。

以上のようにしてＸ走査の半周期ごとに、光が投射され
た部分の被測定対象４の積項点の座標が測定される。

以上に述べた説明は凸稜、凹稜ともに成立することは明
らかである。また、以上の積項点の検出方法については
、実施例の説明のため微分処理回路、サンプリング回路
等を使用したが、一般にはｙｆｉ標に関する情報をＸ座
標に関する情報に対して微分処理を行ない、微分出力の
有意な変化を示す位置のＸ座標に関する情報、Ｘ座標に
関する情報を抽出、出力するものであれば良いことは当
然である。

他の実施例として、第７図にディノタルデータがメモリ
装置に保持されたＸ座標、Ｘ座標から稜＄ 頂点を検出する例を示す。第７図（ａ）はＸ軸すンプリ
ング回路８、ｙ軸すンプリング回路９に対応するｙ軸お
よびｙ軸のディジタルメモリ装置に保持記憶された内容
をｘｙＸ座標丸印でプロットした断５面形状測定の１例
をあられす、。第７図（ｂ）はその微分、２階微分値の
演算例を示すものである。変曲点検出回路１０、Ｘ座標
サンプリング回路１１、Ｘ座標サンプリング回路１２に
対応する機能はμノ下のようにして実現される。

ディジタルメモリに記憶された、１点１点の２次元座標
データが（ｘｉ、ｙｉ）（１＝１．・・・１ｍ）とする
。

いまこの配列に対して次のようなｍＸを行なう。

ｆ“”　（ｙｉ＋１　”　ｙｉ　−１”ｉ）／（Ｘｉ＋
１−ｘｉ）２この２階微分値がある所定の閾値を越えた
点から全データを領域Ｉと領域■に分け、各々に含−ま
れるデータ点を通過する近似直線ｇ＋　および近似直線
１２を最小２乗法等で求め、その２直線ｉ　ｒ。

１２の交点Ｃ１の座標を積項点として出力すること、に
よって前記の機能は実現される。

また別の場合として、現実の俊が頂点部で丸みをもって
いる場合がある。このような場合、次のような演算を付
加する。前記の領域１、領域■の他に、前記２階微分１
ｉｉ　ｆ’が所定の閾値を越えている領域を面側領域１
１として設定し、その領域に含まれるデータ点を通過す
る近似双曲線（あるいは近似放物＋’ａ　）　’４＋　
１３を最小２乗法等で求める。この近似曲線１３と、前
記の２直線１１ｒ１２の交点Ｃ１を通り、直線ｅｌ　、
１２のなす角を２等分する直ｍ　ｌ　４との交点Ｃ２の
座標を積項点として出力することにより、積項点部の丸
与を補正した前記の機能が実現される。

次に第１図および第８図を用いて稜線測定動作を説明す
る。

まず、被測定対象４上の測定する稜線を選択し、横出光
学系ヘッド２３を３次元に移動させる３次元駆動機構２
４の主制御装置１８に測定開始点の概略座標と測定方向
を記憶させる。主制御装置１８は第８図に示すように、
３次元駆動機構２４を制御し、検出光学系ヘッド２３を
測定点に移動させ、測定を開始する。検出光学系ヘッド
２３は前述の断面線測定、佼頂点算出を行ない検出光学
系ヘッド２３に固定された座標系（以下センサ座種糸）
における積項点座標（ｘｏ　　＝ｙｏ　　）’に出力す
る。主制御装置１８は、３次元駆動機構２４に取りつけ
られたＸ軸距離測定器１９、Ｙ軸距離測定器２０．２軸
距離測定器２１の各々の値を人力し検出光学系ヘッド２
３の位置、たとえば第１図投光レンズ主点Ｈの座標を算
出し、さらに検出光学系ヘッド２３から出力されたセン
サ座標系における積項点座標（Ｘｏ　　ｅｙ６　　）を
入力し、最終的に３次元駆動機構に固定された座標系（
以下、絶対座標系）における位置に座標変換し絶対座標
系における積項点座標（Ｘｏ　　ｐ　Ｙｏ　　＋　Ｚｏ
　　）として表示記録装置２２に出力、表示記録される
。この座標変換は任意の座標系、たとえば、被測定対象
４に固定された座標系（以下ワーク座標系）でもよいこ
とはいうまでもない。次に主制御装置１８は指示された
測定方向、”すなわち稜線ののびる方向に定ピツチ、等
速度あるい、はプログラムされた間隔で検出光学系ヘッ
ド′２３を移動させ、再び稜頂点座標の測定をくり返す
。ここで積項点Ｐがセンサ座標系の原点Ｏと大きくずれ
ている場合、たとえばＸ＠正または負の方向に太きくず
れている場合、Ｘ座標サンプリング回路１１の出力は正
または負の大きな値となる。Ｃの出力はＸ軸比紋型に人
力する。Ｘ軸比紋型はウィンドコン／ｌレータの機能を
もち、φを中心に正負の所定の閾値を有し、人力がこの
範囲内にあるとき出力はφ、負の閾イ１１を越えた場合
（ｒよ正の所定値、正の閾値を越えた場合は負の所定の
値を一定時間の間、出力する。

Ｘ軸比紋型１３の出力はＸ軸駆動機構１５に入力され、
それにしたがいＸ軸駆動機構１５は一定時間、等速度で
動作し検出光学系へ、ｒ２３をＸ軸方向に一定の距離だ
け移動させ再び積項点Ｐはセンサ座標系原点Ｏの近傍に
位置するようになる。

ｙ軸方向でずれ′ている場合も、ｙ座標サンプリング回
路１２、ｙ軸比紋型］４、Ｙ軸駆動機構１６が同様に動
作し、検出光学系ヘッド２３を移動し積項点Ｐをセンサ
座標系原点Ｏの近傍に位置させる。

以上の説明で明らかなように不発明による装置は、高度
のサーボ動作を必要とせず、検、出光学系ヘッド２３の
位置を段階的に調整することによっ（稜を追尾すること
ができ、一般に行なわれる親す−が、子サーボの２重す
−ゴルーデを用いなくとも充分な高速化をはかる点に特
徴を有するものである。以上の説明において実施例の説
明のため、Ｘ軸比紋型１３、ｙ軸比紋型１４は独立した
もののごとく扱かったが、主制御装置１８が直接に積項
点座標に関する情報を入力し、内部の判断−理に主り、
上記比較機能を実現し、Ｘ軸駆動機構１５、Ｙ軸駆動機
構１６を直接制御するものであっても良いことは当然で
ある。以上の動作をくり返すことにより検出光学系ヘッ
ド２３は稜線に１良従し、稜線ののびる方向に移動して
ゆくことになる。主制御装置１８は適時、Ｘ軸距離測定
器１９、Ｙ軸距離測定器２０．２軸距離測定器２］、か
ら各々の値を入力し、検出光学系ヘッド２３からはセン
サ座標系における積項点座標（ｘｏ　　＋ｙｏ　　）を
入力し、絶対座標系における積項点座標（Ｘｕ　。

ｙｏ　　ｅ　ｚＯ）を算出し、記憶してゆき、適当な表
示または記録装置２２にプログラム等ヤ人為的に指示さ
れたＺ軸測定間隔ごとにデータを転送し、稜線３次元座
標値として、記録される。

同時に、主制御装置１８は現実に稜線ののびる方向が前
述の説明のように３次元駆動機構２４の２軸と一致せず
、例えば、３次元駆動機構２４のＸ軸およびＹ軸との合
成方向で表現される場合は適切゛な方向の駆動軸機構と
同時に制御し、稜線ののびる方向に慎出光学系ヘッド２
３を移動させｔば良い。

また主制御装置１８はＸ走査が稜線を直角に切断される
ごとく投射されない場合、あるいは投射光軸と稜線部の
法線が大きく傾むいて投射光が稜の片側を照射しなくな
った場合等を以前に測定した積項点座標の変化の傾向か
ら状態を判断し、検出ヘッド２３をつけた２軸回転機構
２６を駆動し再び前記の機能をくり返してゆけばよい。

このように本発明は、任意の３次元形状物体の稜國を非
接触で探り出し、自動的に追従しながら稜線の３次元座
標値の非接触自動測定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

゛第１図は本発明の実施例を示す図、第２図は光点位置
検出器７の例を示すもので、同図（、）は差動スリット
、（ｂ）は差動フォトダイオード、（Ｃ）は差動プリズ
ムである。第３図は光点位置検出の機能を説明するため
の図で、同図（、）は光学スリット７ａ上の光点の移動
を示す図、同図（ｂ）は光検出器７ｂの出力を示す図、
同図（ｃ）は光検出器７ｂの出力を時間微分した波形を
示す図、同図（ｄ）は微分処理回路７ｃの出力を示す図
である。 第４図は光学スリッ）７ａ上の結像光点の軌跡を示すも
のである。 第５図（ａ）　ｅ　（ｂ）　ｅ　（ｃ）　、（ａＹ　、
（ｂ）’、（ｃ）’は被測定対象の位置による投射光点
Ｑの位置の変化を示す図、同図（ａＦ　、　（ｂ）“、
　（ｃ）’Ｈ１それぞれ上記（ａ）　、　（ｂ）　、　
（Ｃ）に対応するｙ細光偏向器の偏向角、光点位置検出
装置の出力、ｙ軸すンプリング回路の出力等をそれぞれ
示すものである。 第６図（、）はＸ軸偏向器２の偏向角、（ｂ）はＸ軸す
ンプリング回路８の出力、（Ｃ）はｙ軸すンプリングク
ロス回路の出力、（ｆ）はケ９−ト回路の出力、（ｇ）
は変曲点検出回路ＩＯの出力をそれぞれ示すものである
。 第７図（ａ）はＸ軸２よびｙ軸のディジタルメモリに保
持記憶された内容をｘｙ座標にプロットした形状データ
、同図（ｂ）は同図（ａ）のデータの微分および２階微
分値をそれぞれ示すものである。 第８図は検出系ヘッドを稜線の伸びる方向に移動させる
３次元駆動機構を示すものである。 １・・・細光線源、２・・・Ｘ細光偏向器、３・・・投
光レンズ、４・・・被測定対象、５・・・受光レンズ、
６・・・ｙ細光偏向器、７・・・光点位置検出器、７ａ
・・・光学スリット、７ｂ・・・光検出器、７ｃ・・・
微分処理回路、８・・・Ｘ軸すンプリング回路、９・・
・ｙ軸すンプリング回路、１０・・・変曲点検出回路、
１１・・・Ｘ座標サンプリング回路、１２・・・Ｘ座標
サンプリング回路、１３・・・Ｘ軸比収益、１４・・・
ｙ軸比紋型、１５・・・Ｘ軸移動機構、１６・・・Ｙ軸
移動機構、１７・・・２軸移動機構、１８・・・主制御
装置、１９・・・Ｘ軸距離測定器、２０・・・Ｘ軸距離
測定器、２１・・・２軸距離測定慕、２２・・・表示記
録装置、２３・・・検出光学系ヘッド、２４・・・３次
元駆動機構、２５・・・走査光の軌跡、２６・・・２軸
回転機構。 特許出願人　株式会社豊田中央研究所 代　理　人　　星　　野　　恒　　司゛゛。 − 岩　　上　　昇　　フ、’−；、・そ。 （、え・、）、パ ５７シ′ 第６図 Ｘ軸を鳩を泰２の鳩飼真 Ｘ軸回７デリンデ０魚８０飢つ ｙ軸性フプリ７り＠４９の＄力 （９） 手続補正書（）試） 昭和５７年４月１ｅ日 特１′１庁長官　島　１１１　　春　樹　殿１　°ｌ＞
（’ｌ）表示　　特ｈ１Ｍ＋　５６−１□９ｏ２４％Ｌ
゛′　発　明の８稍； 稜線座標自動測定装置 、−Ｉ　補止をする考 １１件との関係　　出願人 ｆｌ　　”’１　　　　　愛知県愛知和ｓ長久手町大字
長漱字横道４１番地の１ｉ”＋　　’；’ｌ、　　　　
（３６（＋）株式会社　豊田中央研究所＋１．　、’、
、　？ｓ　　　　　　　　小　　松　　　　　　登１　
代理人 、：５話０３　（４３１）　８　］　１１１４’＋　（
代表）５　丁続袖市指令書の１−１付 ０　抽１１モにより増加する発明の数 ７　補正の対象　　　　明細書の発明の詳細な説明およ
び図面の簡単な説明の各欄、および図面 （１）　　明細書第２０頁第７行ｒ’　（１）、　Ｃｂ
′）、　（ｔ’＞　、１をｒ　（ｄ）、　（ｄ）、　（
ｆ）　Ｊと訂ＩＩ−する。 （２）　　同第２０頁第１１行、第２１貞第１１１のｌ
”Ｉｚｌ′ＩＪをｒ（ｄ）Ｊと訂正する。 （３）　　同第２０頁第１８行、第２１ｊＪ第５行の［
（ｒ〕″月を［（ｙ）　Ｊと訂正する。 （４）　　同第２１頁第１５行「（ｌ／）」を１−（１
月と０１正４る。 （５）　　同第２１頁第１７行ｒ　（（’）　Ｊを１−
（１）ＪとＭｌ正する。 （６）　　同第２２頁第１行ｒ（ｂ”）Ｊをｒ　（Ａ　
）　Ｊとぎ１正する。 （７）　　同第２２頁第２行ｒ（Ｃ”）Ｊを「（ｔ）」
と側止する。 （８）　　同第２２頁第９行ｒ（ｂ）、（が）、（が′
）」を「（／Ｉ）。 （ｇ）、　（Ａ）　Ｊと訂正する。 （９）　　同第２２頁第１３行ｒ（Ｃ）、　（（’）、
　（ｒ”）」を１−（ｃ）。 ＄ （ｆ）、（ｔ）」と訂正する。 （］０）同第３５頁第１３行ｒ　（ａ、）’、　ＣｂＹ
、　（’：’ｌ’　、１をｌ−（ｄｉ。 （ｅ）、、　（，７）Ｊと訂正する。 （１１）同第３５頁第１５行ｒ　（１２）”　、　（ｂ
）、　ＣＣ）”　Ｊをｒ　（３）、　（Ａ）、　（ｉ）
Ｊと訂正する。 （１２）図面の第５図を別紙のとおり訂正する。 以　　１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （リ　一定幅に偏゛向させた細光線を被測定対象物の稜
   線を含む領域に投射する偏向細光線投射手段と、前記細
   光線の偏向方向に垂直方向である定められた角度で、前
   記被測定対象物からの反射光を動せしめる結像位置振動
   手段と、前記細光線の偏向方向に所定の長さを有し、垂
   直方向に微小幅を有した領蛾内に前記受光手段の結像光
   があるか否かを検出する光点位置検出手段とを有する検
   出光学系ヘッドと、 前記光点位置検出手段よりの伊丹を同期信号として前記
   偏向細光線投射手段の偏向信号と前記結像光振動手段の
   振動信号をサンプリングすることにより稜部断面線の２
   次元座標値を求め、その２次元座標値の各々の２階差分
   等を演算し積項点座標を算出する稜線座標算出手段と、 全備えたことを特徴とする稜線座標自動測定装置。 （２）−一定幅に偏向させた細光線を被測定対象物の稜
   線を含む領域に投射する偏向細光線投射手段と、前記細
   光線の偏向方向に垂直方向である定められた角度で、前
   記被測定対象物からの反射光を動せしめる結像位置振動
   手段と、前記細光線の偏向方向に所定の長さを有し、垂
   直方向に微小幅を有した領域内に前記受光手段の結像光
   があるか否かを検出する光点位置検出手段とを有する検
   出光学系ヘッドと、 前記光点位置検出手段よりの信号を同期信号として前記
   偏向細光線投射手段の偏向信号と前記結像光振動手段の
   振動信号をサンプリングすることによシ稜部断面線の２
   次元座標値を求め、その２次元座標値の各々の２階差分
   等を演算し積項点座標を算出するセンサ座標系稜線座標
   算出手段と、前記検出系ヘッドを稜線の伸びる方向に移
   動させる３次元駆動機構と、 前記３次元駆動機構による検出光学系ヘッドの移動量を
   測定する距離測定手段と、 前記センサ座標系稜線座標算出手段の算出結果と前記距
   離測定手段の出力とから絶対座標系における稜線座標を
   算出する絶対座標系稜線座標算出手段と、 その絶対座標系における稜線座標を記録する記録手段と
   、 全備えたことを特徴とする稜線座標自動測定装置。