JPS6166915A - 非接触形の自動寸法測定方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、非接触で物体の表面形状寸法を精度良く、か
つ、高°速で計測することができる非接触形の自動寸法
測定方法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来被測定物の表面形状寸法の測定は第４図に示すよう
な構成に基づいてなされていた。同図において、（１）
、　（２１、（３）はそれぞれＸ方向、Ｙ方向、２方向
に移動する移動機構金偏え、その時の座標を計測するリ
ンアスケールで、（４）は測定しようとする物体の表面
に接触させるグローブ、そして（５）は寸法を計測しよ
うとする被測定物である。

従来の寸法測定の方法は、上記のような構成に基づいて
おり、被測定物（５）の寸法を測定する場合は、被測定
物（５）ノ表ｒｌｌｉ］Ｋｆローフ（４１ｆｔｌｉｉ触
１セ、この時のｘ−”１．ｚの座標を各リニアスケール
（１）。

（２１、（３）からそれぞれ読み取る。その際、プロー
ブ（４）の角度を一定に保ちつつ、プローブ（４）を手
或いはマニュアル操作で被測定物（５）の表面に接触さ
せながら移動し、リニアスケール（１１、（２）、　（
３）の座標値を読み取ってい（。そして、その座標値に
基づいて被測定物（５）の形状寸法を求めていた〇〔発
明が解決しようとする問題点〕 従来の寸法測定方法は、以上のように、被測定物（５）
の表面にグローブ（４）合手或いはマニュアル操作で接
触−せながら計測するので計測に多大な時間がかかる。

１だ、プローブ（４）の角度を変える場合には、再度ｙ
ｊ、点出しを行なう必要があり、そのため操作が極めて
繁雑となる。

更に、通常グローブ（４）の先端は球となっており、計
測点は球の中心点であるため、プローブ（４）が被測定
物（５）と接触する表面では誤差が生じるという問題点
があった。

この発明け、かかる問題点を解決するためになされたも
ので、被測定物表面の寸法計測を高精度に、しかも高速
で行なうことかできる非接触形の自動寸法測定方法を得
ることを目的とする〇〔問題点を解決するための手段〕 本発明に係る寸法は、上記の目的を達成するために以下
に述べるステップからなる方法をとっている。

（１）被測定物の形状を非接触変位計（例えば光変位計
）を用いて計測する計測経路を制御装置に予め記憶させ
ておく。ここで、制御装置とは非接触変位計の３次元位
置（ｘ　、ｙ、　ｚ　）、及び方向又は姿勢（θ）を制
御するためのもので、後述する実施例のＮＣＩＩＩＩＩ
御装置、ロボットコントローラ等が該当する。

（２）一方、座標演算プロセッサにも上記の計測経路を
予め記憶させておくと陶時に、計測経路における計測定
点の３次元位置情報（ｘ、ｙ、ｚ）及び方向又は姿勢情
報（θ）の全て、又は必要な任意の前記各情報を予め記
憶させておく。ここで、座標演算プロセッサは、非接触
変位計の３次元位置情報（ｘ、ｙ、ｚ）、方向又は姿勢
情報（θ）及び非接触変位計の出力に基づいて、被測定
物の表面形状の座標を演算するものであり、ＣＰＵ、メ
モリ等から構成される。

（３１以上の準備が完了した後、制御装置により記憶き
れた計測経路に基づいて、非接触変位計を移動制御する
。

（４）非接触変位計は移動制御され、被測定物の表面形
状に対応した出力を送出するが、非接触変位計の位置情
報等が上記の予め記憶された計測点の情報のうち少なく
とも１つの情報と一致したとき、そのときの変位計の３
次元情報（Ｘ　＃　’！　＋　Ｚ　）、゛及び方向又は
姿勢情報（θ）を収録し、そして、これらの情報と変位
計の出力に基づいて被測定物の表面の形状の座標を座標
演算プロセッサによシ演算して求める。

〔作　用〕

上記の（１）及び（２）のステップにより予め計測経路
を制御装置及び座標演算プロセッサに記憶させるので、
（３）のステップで制御装置は座標演算プロセッサの動
作とは関係なく、非接触変位計を移動制御することがで
きる。なお、被測定物の形状の概略は予め判っているの
で、計測経路を予め決めることは容易にできる。また、
座標演算プロセッサには計測経路の他に計測点での各情
報が記憶ばれており、ステップ（４）でその測定点での
記憶情報と非接触変位計の位置情報とが一致したとき、
そのときの位置情報等及び非接触変位計の出力に基づい
て被測定物の座標を演算している。

従って、非接触変位計の移動制御及び被測定物の座標演
算が制御装置及び座標演算プロセッサによシ独自にそれ
ぞれなされ、また、座標演算の際には予め決められた計
測点での位置情報等を用いるようにしており、予め演算
データの大半が判っているので演算処理は極めて早いも
のとなっている。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第１
図は本考案の一実施例に係る方法を実施する装置のブロ
ック図である。同図において、叫ケ座標演算グロセツサ
であり、インターフェース０１１、（イ）、０３．←◆
、外部装置用インターフェース０５、高速演算プロセッ
サａＱ、αη、ブロック図￥６（１８、プログラムメモ
リ０５１１データメモリ翰、グラフィックＣＲＴＱＩ）
及び操作キー翰を含んでいる。（１）はＮＣ？！ＩＱ御
装置であり、プログラムファイルメモリ０］）及び増幅
器０→を含んでおり、さらにＣＲＴｏｌが取付けられて
いる。θｔｉｔ−ｉ位置検出部であり、リニアスケール
＠Ｄ角度エンコーダ（６）及び非接触変位計としてのオ
プトセンサを含んでいる。リニアスケールＯＯけＸ軸、
Ｙ軸及びＺ軸にそれぞれ装置−れ、オプトセンサ（イ）
の３次元位置情報を検出する。角度エンコーダ０→けオ
プトセンサθ１の方向（θ、）及び姿勢（θ、）を検出
する。オプトセンサーは被測定物との距離（△Ｈ）を非
接触に？　１１１１１定する。これらのリニアスケール
＠優、角度エンコーダ（６）及びオプトセンサ０：）の
各出力は、座標演算プロセッサＱＯ内のインターフェー
スｏｖ　、　ｃｔｚ　、　Ｃ１″３を介して該プロセッ
サの内部に取り込まれる。Ｃ４は測定機本体の駆動機構
部で、モータによりＸ軸、Ｙ軸及び２軸並びにθ、軸（
方向〕及びθ、軸（姿勢）の各軸を駆動する。この駆動
機構部員けＮＣ制御装置（イ）の増幅器（，１２ｅ介し
て駆動される。（至）は展伸演算プロセッサ００に接続
これた外部装置、例えはパソコンであり、外部装置用イ
ンターフェース０５を介［、て情報が与えられる。

第２図は本発明の他の実施例に係る方法を笑施するだめ
の装置のブロック図で、測定機本体として通常のロボッ
トを利用したものである。（３０Ａ、）はロボットコン
トローラで、第１図のＮＣ１１ＩＩＩ＃装置ｌ）と同様
にプログラムファイルメモリ（３１）　及ヒｊｌ１幅器
０２を含んでいる。（５０Ａ）はロボット本体からなる
駆ｖＪＪＪ機構部であり、第１図の測定機本体−と同様
に、各軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、θ１軸、θ、軸〕を駆動
制御するものである。囚は１０グラム装置であり、ＣＲ
Ｔ（／Ｉ）及び操作キー（ハ）を含んでいる。

このプログラム装置ＱＯによりロボットコントローラ（
）のプログラムファイルメモＩＪ　（３１）にＤｒ望の
プログラム全格納する。

従って、第１図の実施例と第２図の実施例との相違−１
第１図のものけ外部で予め入力したメモリをプログラム
ファイルメモＩＪ　０１）としてセットするものである
のに対し、第２図のものは、プログラム装置（ハ）をロ
ボットコントローラ（３０Ａ）に接続しておいて、それ
によりプログラムを入力する点にあり、両者に本質的な
差異はない。このため、以後第１図の装置の説明を中心
に進めていく。

第３図は駆動機構部員、　（５０Ａ）の原理図であり、
直交するｘ、ｙ、ｚの３軸及び関節０１．θ、の２軸の
計５軸からなり、リニアスケールＯυ及び角度エンコー
ダに）が取付けられている。そして、駆動機構部Ｈ、（
５０Ａ）の関節の先端部にはオプトセンサ（至）が取付
けられている。■は被測定物で、（４３ａ）はオプトセ
ンサーからの照射光であり、（４３ｂ）は被測定動員の
表面から乱反射してオプトセンサーに戻ってくる反射光
である。（８０ａ）は被測定物■の表面の仮想測定線で
、この線に沿ってオプトセンサ（至）が移動するように
駆動制御部（社）け各軸を駆動制御する。なお、仮想測
定線（８０ａ）上の点ｉｐ＋は測定点である。

次に、以上の構成からなる装置の動作を説明する。

（イ）　まず、測定経路及び測定点を教示する。測定経
路に応じたオプトセンサ０３の運動軌跡ＩＮｃ制御装置
（１）Ｋプログラム化して教示する。このトキ、プログ
ラムはプログラムファイルメモリ０めに格納される。一
方、座標演算プロセッサＱＱにも上記運動軌跡を教示す
ると共に、測定卓の位置に関する情報（Ｘ・ｙ＋ｚ・θ
１・θりを記憶させる。これらの情報はデータメモリ翰
に記憶される。

教示する方法としては、図面情報からそれぞれのプログ
ラム語を用いる方法、実物を用いて教示する方法など槽
々ある。いずれにしても、被測定物■の形状の概要寸法
は予め判っているから、この形状に関する情報すなわち
オプトセンサ（６）の運動軌跡及び測定点に関する情報
を予め教示しておく。この場合、被測定物は１個に　　
。

限るものではなく複数個でもよく、その場合は被測定物
に応じたプログラム番号を設定しておく。

（ｏｌ　　次に、被測定物■を所定の位置に設置する。

この（ｏｌの投首は勿論前記（イ）の前にしておいても
よい。

（ハ）次に、起動及び測定をする。まず、被測定物に応
じたプログラム番号を呼び出して座標演算ブ（」セッサ
００及びＮＣ制御装ｆｉ（１）を起動情せる。

プログラム査号の呼び出しに際しては、例えば座標演算
プロセッサ叫の操作キー■を操作することにより、座標
演算プロセッサＣ１（ｌが実行するプログラム番号を特
定すると共に、インターフェース０４を介してＮＣ制御
装置（ト）に指示する。

また、その逆でもよい。その場合は、第１図の装置では
ＮＣ制御装置（７）に設けられたキー（図示せず）の操
作により、筐だ、第２図の装置ではプログラム装置（ハ
）の操作キー（７心の操作により行なう。起動のタイミ
ングも、同様に一方から他方へそのタイミングを指示で
きるものとするＯＮＣ制御装置（７）がプログラムこれ
た内容に基−）いて駆動機構部−を作動させていくと、
位置検出部−からの出力信号′がインターフェース０υ
９ｏ′４．ｏ３を介して座標演算プロセッサ０〔車内に
をり込まれる。このとき、高速演算プロセッサＯＱ。

ａηは、データメモリ（１）Ｋ記憶された測定点の位置
情報（Ｘｏ＋）１０．Ｚｏ、θ１゜、θ！Ｏ）と計測デ
ータ（ｘ、ｙ、ｚ、　　θ９．θ２）とを比較してその
一部又は全てが一致したとき、七のときの６１−測デー
タをデータメモリ（ホ）に格納する。ぞ［、て、これら
の計測データ（ｘ、ｙ、ｚ、　　θ１．θ２）とオプト
センサ０３の出力（△Ｈ）ＶＣ基づいて、被測定物■の
衣而形状の座標を演算すＸ）っこのときの演算は、プロ
グラムノモリ０９に格納されたプログラムの内容に従っ
て高速演算プロセッサＨ。

０ηによりなされる。

に）演算結果を衣示する。演算結果はグラフィックＣＲ
ＴＱ１）に衣示する。また、データメモリ似１に格納す
ると共に外部装置用イノターフエース０→を介して外部
装置−にデータとして伝送する。

なお、上述の説明は第１図の装置が中心でめったが、第
２図の装置においても全く同様である。

また、本発明に係る方法は三次元の座標測定を主目的と
しているが、被測定物の異面の傷やパターンの検査にも
利用できることはいうまでもない。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明に係る方法によ
れば、非接触変位計の移動制御と、非接触変位計の出力
及び位置情報等に基づく座標演算とをそれぞれ独立して
行なうようにしたので、いわゆるトラッキング方式に比
べて極めて早い速度で測定が可能になっている。また、
予め決められた測定点を基準としてその変位を測定して
座標を演算するようにしているので、演算処理も早くな
るという利点かめる。更に、測定点での位置情報等を人
力して測定点の座標を演算し、かつ、非接触で変位を測
定しているため、実際の被測定物が教示した寸法と相違
する場合、或いは駆動機構部等の測定機自体の移動に誤
差が生じた場合であっても、非接触変位計の測定範囲内
の誤差であれば、測定ＶＣは何ら支障はないし、測定精
度にも影響を与えない。測定が被測定物に対して非接触
になされるので、接触式のものに比べて高速ｆｆｆｌｌ
　Ｓｉ“が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は発明の一実施例に係る方法を実施するだめの装
置のブロック図、第２図は本発明の他の実施例に係る方
法を実施するだめの装置のブロック図、第６図は第１図
及び第２図の装置の駆動機構部の原理図、第４図は従来
の測定方法の説明図でるる。 ０１・・・座標演算ブロセソヤ、ｅｌｌ・・・ＮＣ制御
装置、（３０Ａ）・・・ロボットコントローラ、０（ト
・・位置検出部、輪、（５０Ａ）・・・駆動機構部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定物の形状を非接触変位形を用いて計測する
   計測経路を、該非接触変位計を移動制御するための制御
   装置に予め記憶させておき、 一方、入力情報に基づいて座標演算する座標演算プロセ
   ッサにも前記計測経路を記憶させておくと共に、計測経
   路における各計測点の非接触変位計の位置情報及び方向
   又は姿勢情報の全て又は任意の情報を記憶させておき、 前記制御装置に基づいて非接触変位計を移動制御し、非
   接触変位計の位置情報及び方向又は姿勢情報が前記計測
   点における情報と一致したとき、その情報を収録し、こ
   の情報とそのときの非接触変位計の出力に基づいて被測
   定物の座標を演算することを特徴とする非接触形の自動
   寸法測定方法。
2. （２）複数の計測経路を制御装置及び座標演算プロセッ
   サに記憶させ、いずれか一方から他方へ実行すべき計測
   経路を指示すると共に、制御装置と座標演算とを同期起
   動するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載の非接触形の自動寸法測定方法。