JPS62165105A

JPS62165105A - 形状測定装置

Info

Publication number: JPS62165105A
Application number: JP864386A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Kimura; 木邑　信夫; Haruki Azuma; 東　はるき; Satoshi Hirota; 敏広田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1986-01-17
Filing date: 1986-01-17
Publication date: 1987-07-21

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）この発明は、例えば熱間自由鍛造プレスなどにより加工
中の加工物の側面形状をＶｔｔ　＆装置を用いて非接触
で測定Ｊる形状測定装置に関する。

（従来の技術とその問題点）第９図は、Ｒｌ１ｉｌ　１ｌｉ７５３　１４３２５４月
公報に開示された、従来の形状、１１１１定装青の一例
を示１゛ブロック図である。同図に示すように、この形
状測定装置では、熱間自由鍛造プレス１内にスケール２
および最終仕上り形状を有するひな型３、製作図面４を
設置ｉ’ｆ　Ｌ／てこれらをテレビカメラ５により別々
に層像し、その画像を画像記憶装置６の記憶領ｔｆｆ１
６ａ、６ｂ、６ｃにそれぞれ予め記憶しておく。そして
、熱間自由鍛造プレス１内で実際に加工を行なうときに
は、加工中の材料（加工物）７をテレビカメラ５で光像
すると同時に、画像記憶装置６に記憶されたいずれかの
画（象を切換器８により選択して読出し、これら２つの
画像をテレビ受像は９のブラウン管上に川ね合せて表示
するようにしている。この小ね合せ表示により、鍛造中
の１）１１工物の７の寸法、形状等の変化が時々刻々に
測定（目測）可能となり、加工時間の短縮、歩留りの向
上等の効果が（！１られる。

ところで、このような形状測定装置において、熱間自由
鍛造プレス１により加工される加工物７は７００　’Ｃ
以上の１高温であるため、テレビカメラ５は加工物７か
ら少なくとし５〜１０７１１１程度離して設置りる必要
がある。このため、必然的に、画像の精度および分解能
は低下する。また加工物７は、一般的に１辺２〜５ｍ程
度の比較的大型のものが多く、したがってテレビカメラ
５は加工物７から十分に離れているにもかかわらず、結
構大きな視野角を持つことになる。鍛造される加工物７
の端部は、そのアール（Ｒ）の大小に違いはあれ、第１
０図に示すように丸みを帯びているのが普通であり、こ
れをテレビカメラ５で斜め（角度θ）からとらえた場合
には、図中Ｘで示す量だ（プの測定ｌ）差が生じること
になる。このように第９図の形状測定装置では、画像の
精度２分解能の低下および測定誤差の発生が避は難いた
め、ｏ、１％以上の高精度で加工物７を測定することは
実際上困難である。加えて、加工物７の被測定面（テレ
ビカメラ５により画像する而）に奥行きがある場合には
、テレビ受□□□ＩＸ３！９のブラウン管上では近い部
分は大きく遠い部分は小さく映るため、映像と製作図面
４の刈払との間で不一致が生じ、これが測定精度をざら
に低下させる原因となる。また別の問題として、実物大
のひな型３や製作図面４を作製することの面倒ざや困難
さが指摘される。

（発明の目的）この発明の目的は、上記従来技術の問題点を所間して、
加工物の形状に影響を受〔）ずに高精度な測定が可能で
あり、加えて取吸いし容易な形状測定装置をＣ？供する
ことである。

（目的を達成するための手段）上記目的を達成づるため、この発明による形状測定装置
は、加工物の被測定面から一定距離ｆｆｄだけ離れた測
定平面内のうち所定領域外においては個別に平行移動可
能に、また所定領域端部においては個別に水平旋回可能
に設置され、前記所定領域外では前記被測定面と垂直な
方向から、前記所定額Ｎ、端部では該垂直方向に対し所
要角度旋回した方向から前記被測定面の別々の部分をそ
れぞれ撮像する複数台の撮像装置と、前記各光像装置に
よりｌＩｔ像された映像を表示するモニタ装置と、前記
各光像装置の前記測定平面内における所定のＬ１準位首
からの移１１１ＩＪＩ（Ｘ、Ｙ）を検出する移動Ｂ′ｉ
検出手段と、前記各光像装置の所定の基準方向からの旋
回角θを検出する旋回角検出手段と、１１１ｉ記モニタ
装置の画面上に前記加工物の被測定面の基準形状を当該
加工物の映像に小督して表示する表示制御２Ｆ＋装置と
を具備して構成されており、該表示制御ｌＩＩ菰置装、
予め記憶した前記加工物の３次元図面寸法と前記（」、
θおよび（Ｘ、Ｙ）の値と前記各Ｉｌｄ像装置の眼像倍
率とに基づいて、当該加工物の被測定面の奥行きを７１
８慮した基準形状を演のにより求め、これを当該ｉｌｌ
像装買の撮像エリアに対応−させて前記モニタ装置の画
面上に表示する。

すなわち、この形状測定装置では、複数台の撮像装置を
用いることにより高倍率銀像を可能として画像の分解能
を上げ、また個々の撮像装置の視野角を狭めることによ
り、加工物をできるだけ直角方向からとらえるようにし
て、高精度な形状測定を実現しようとするものである。

またこのとき、測定平面の所定領域内へはＨυ像装置が
入り込まないよ゛うにして操作員の視野を確保し、上記
高精度な形状測定に加えて加工作業ならびに装置取扱の
容易性をも同時に達成しようとしている。さらに加工物
の被測定面の奥行きを考慮した基準形状を演算で求める
ことにより、測定精度を一層向上させることをも意図し
ている。

（実施例〉第１図および第２図は、この発明による形状測定装置を
熱間自由鍛造プレスに適用した一実施例を示１′構造説
明図である。第１図は測定対象となる加工物１１の自由
鍛造プレス１２内の設置状況を示し、第２図は形状測定
装置１３のｔｌ！！観を示している。

第１図において、加工物１１は通常７００″Ｃ以上に加
熱され、上金敷１４と下金ｆｆ１５との間で圧縮加工さ
れる。上金敷１５は移動台１６上に設置されており、加
工物１１は上金敷１５上に載置される。自由鍛造ブレス
１２の操作員は、移動台１６を横方向（矢符ａ方向）に
移動させながら上金敷１４を上下させて、加工物１１を
目標の形状（一般的に最終仕上り形状よりもひと回り大
きな形状）に成形していく。移動量検出器１７は、基準
位置（例えばＡ点）からの移動台１６の横方向の移動量
を検出するものである。

鍛造加工中において、加工物１１の斜線を施した被測定
面１８の形状は、第２図に示すようにして、形状測定装
置１３ににり時々刻々に非接触で測定される。形状ａｌ
ｌｌ装定１３は加工物１１の被測定面１８から一定距離
ｄだけ離れた測定平面内に設置された４台のテレビカメ
ラ１９．２０，２１．２２を具備して構成されており、
各テレビカメラ１９〜２２は水平移動機構２３．２４ｊ
３よび垂直移動ｍ構２５．２６．２７．２８により駆動
されて、当該測定平面内を自在に平行移動することがで
きる。

測定平面内にはテレビカメラ１９〜２２の進入禁止領域
が設定してあり、リミッタ６７．６８はこの進入禁止領
域の端部に各テレビカメラ１９〜２２が到達したことを
検知する。水平旋回機構６９．７０は、リミッタ６７．
６８が作動してテレビカメラ１９〜２２の水平移動が禁
止されたときに、当該テレビカメラ１９〜２２を水平旋
回させてその視野を移動させるｌこめのちのである。水
平移動機構２３が右へ移動してリミッタ６７が動作した
場合、右への移動は停止し、水平旋回機構６９により右
旋回が行われる。逆に、水平旋回機構６９が左旋回して
ａｌ１１定平面と垂直になった場合、水平移動機構２３
が左へ移動可能となる。同様に、水平移動機構２４が左
へ移動してリミッタ６８が動作した場合、左への移動は
停止し、水平旋回機構７０により左旋回が行われる。逆
に、水平旋回機構７０が右旋回して測定平面と垂直にな
った場合、水平移動機構２４が右へ移動可能となる。こ
のような構成をとることによって、自由鍛造プレス１２
の操作員と加工物１１との間に形状測定装置１３が存在
する配置の場合にテレビカメラ１９〜２２が操作員の視
野を妨げることがなく、自由鍛造ブレス１２および形状
測定装置１３の操作が容易となる。

水平移ｅ機４ｉ１２３．２４および垂直移動機構２５〜
２８は、測定平面内の基準位置（例えばＢ点）からの移
動Ｍ（Ｘ、Ｙ）を検出するための移動量検出器をそれぞ
れ内蔵している。また水平旋回機８４６９．７０は、基
準方向く例えば測定平面に垂直な方向）からの旋回角θ
を検出するための旋回角検出器を内蔵している。テレビ
カメラ１９〜２２の光軸２９，３０，３１．３２は上ｊ
ホの如く、上記進入禁止領域外′では測定平面と垂直に
なるように設定しである。第２図においては、テレビカ
メラ２１．２２は進入禁止領域外にあり、測定平面に垂
直な方向から加工物１１を画像している。

一方、テレビカメラ１９．２０は進入禁止領域に到達し
ており、水平旋回機構６９が働いて測定平面に垂直＜＞
方向から角度θだけ旋回した方向から加工物１１を銀像
している。このようにして、光軸２９〜３２と加工物１
１の被測定面１８との交点３３．３４，３５．３６を中
心とする映像を得る。

第３図は、上述した形状測定装置の全体構成を示すブロ
ック図である。移動制御装置３７は、操作器３ε３から
の操作負の操作入力に従って水平移動穐構２３．２４、
垂直移動）浅溝２５，２６，２７．２８および水平旋回
機構６９．７０を駆動し、各テレビカメラ１９，２０，
２１．２２の視野をそれぞれ指示された位置にセラ］・
する。一方、各移動機構２３〜２８からは内蔵の移動量
検出器を通じて、また水平旋回は構６９．７０からは内
蔵の旋回角検出器を通じて、基準位置Ｂからの各テレビ
カメラ１９〜２２の移動１１Ｍ（Ｘ、Ｙ）およびＪ１１
方向からの各テレビカメラ１９〜２２の旋回角０を表わ
す信号がそれぞれ移動制御装置３７に与えられ、移動制
御装置３７はこれらの信号を、表示制御装置３つに転送
する。

表示制御装置３９には操作５ＩｌＩ４０が接続されてＪ
３す、操作Ｕはこの操作１４０を通じて、加工物１１の
３次元図面寸法を予め入力しておくとともに、各テレビ
カメラ１９〜２２の＠像倍率Ｍ１〜Ｍ４を指示する。表
示制御装置３９は、指示された倍率で加工物１１をｌｌ
ａ像すべくテレビカメラ１９〜２２を制御して、その結
果得られた映像信号Ｖ　〜Ｖ４を取り込む。また入りさ
れた３次元図面寸法は、表示制御２Ｉｌ装置３９に内蔵
のメモリに一旦記憶される。さらに表示制御装置３９に
は、移動量検出器１７（第１図＞、ｎよび、加工物１１
の被測定面１８と測定平面との間の距離ｄを設定するた
めの距離設定器４１が接続されており、表示制ｔｌｔｌ
装置３つはこれら両者から、移動台１６の基準位置Ａか
らの移動量を表わ１−信号および上記ｄを表わす信号を
それぞれ受取る。モニタ４２，４３．４４．４５は、各
テレビカメラ１９〜２２により暗像された映像をそれぞ
れ表示覆るためのものである。

表示制御装置３９は、主として次の４つの働きを行なう
。すなわち、その第１は、加工物１１の３次元図面寸法
と上記ｄ、θおよび（Ｘ、Ｙ）の値と上記撮像倍率Ｍ１
〜Ｍ４とに基づいて、加工物１１の被測定面１８の奥行
きを考慮した基準形状を演算づることである。これにつ
いては後に詳）ポリ“る。第２は、求めた基準形状を各
テレビカメラ１９〜２２の撮像エリアに対応させて、モ
ニタ４２〜４５上で加工物１１の映像に重ね合せて表示
することである。第４図はそのような表示の一例を承り
説明図であり、第２図と同じ状況下で加工物１］をｌｌ
ａ　ｌ象したときのものである。斜線部分が加工物１１
の映像であり、その中の破線４６゜４７．４．８．４９
は２３　ｇｉ形状を示している。水平旋回機構６９．７
０によりテレビカメラ１９，２０．２１．２２が斜めか
ら加工物１１をｌｌ！Ｄする場合、第４図に示すパース
ペクティブＰ、Ｐ２が生じるので、旋回角度に応じて１
ｊ準形状にちパースペクティブを持たけるように、表示
制御装置３９で処理を行う。

第５図は、表示制御２Ｉｌ装置３つが行なう基準形状を
求める方法の一例を模式化して示したものである。ｈａ
像対象となっている加工物の最終仕上り３次元モデル５
０は、操作員が操作盤４０から入力した３次元図面寸法
に基づいて仮想的に構築されて、所定位置（例えば自由
鍛造ブレス１２の中心位置）に置かれているものとして
、表示制御２１１装置３９の内蔵のメモリに記憶されて
いる。自由鍛造ブレス１２側の基準位置△と形状測定装
置１３側の基準位置Ｂとは予め関連づけてあり、両省間
の位置関係は１つの空間座標を用いて規定される。

いま、移動１ｍ（Ｘ、Ｙ）および距離ｄにより決定され
るテレビカメラ（例えば１つ）の空間位置がＰであり、
その光軸２９が３次元モデル５０上の点Ｑを垂直より５
水平旋回角θだけ隔った方向からとらえているものとす
る。このテレビカメラ１９の位置Ｐから一定距離だけ離
れた位置に、光軸２９に垂直な投影平面５１を設定する
。そして、３次元モデル５０を構成する点５２〜５つ（
図においては代表的なものを８周だけ示しているが、実
際には多数の点から構成されている）のうちテレビカメ
ラ１９の方向から可視できる点５２〜５５とテレビカメ
ラ１９の位置Ｐとを結ぶ直線を想定し、この直線と投影
平面５１との交点６０〜６３を求めて、これらの交点に
より投影平面５１上で基準形状６０・６１・６２・６３
を構成する。

この基準形状は実際には、上記３次元モデル５０と同様
、多数の点から構成されているものである。

次に、テレビカメラ１９の位置Ｐから投影平面５１まで
の距離と、テレビカメラ１９の撮像倍率Ｍ１とから、テ
レビカメラ１９により組機可能なエリア６４を求め、こ
のＲ１＆エリア６４内の基準形状（図示太線の部分）を
もって、点Ｐに位置するテレビカメラ１９の映像に重畳
すべき基準形状とＪる。

上述のように、投影平面５１を用いて基準形状を求める
ことにより、次のような利点が得られる。

すなわち第２図の加工物１１のように、その被測定面１
８に奥行きがある場合、第７図および第８図に示ずよう
に、モニタ４２〜４５上に表示される加工物１１の映像
は当該加工物１１の側面図寸法（１点鎖線６５）よりも
実際は小さくなり、また破線６６で示すテレビカメラ１
９〜２２の視野を移動させると、１１０方向が変わるこ
とにより奥行きのある部分の形状は大きく変化する。さ
らに被測定面を斜めから撮像する場合には、上述したよ
うにパースペクティブが生じる。ところが上述の方法に
よれば、投影手法を取り入れることににり被測定面の奥
行きに応じて基準形状も小さくなり、また実際のテレビ
カメラの位置から加工物１１を見た状態を投影している
ので、テレビカメラの視野の移動に応じて基準形状も変
化するとともに、テレビカメラの旋回角度に応じて基準
形状にもパースペクティブが生じることになる。したが
って、ｆｉ３ｍされる加工物１１の実際の映像と適切に
対応した基準形状を得ることができる。なお加工物１１
を垂直方向から撮像する場合には、第６図に示すように
ＭＱ形状にもパースペクティブは生じない。基準形状４
６〜４９は例えば、各々約１ｏＯ個の点から構成される
が、表示制御装置３９が基準形状を演算する時間はマイ
クロコンピュータを使用すると５秒以下であり、実用上
問題とならない程度の時間となる。

表示制御装置３９の働きの第３は、上述のようにして求
めた基準形状をモニタ４２〜４５上で移動させることで
ある。表示ｆｌｉｌ　ｍ装置３９は、第４図に示すよう
に、テレビカメラ１９〜２２の各々について基準形状４
６〜４９を求めて、これを加工物１１の実際の映像に重
ね合せてモニタ４２〜４５上にそれぞれ表示するが、こ
の基準形状４６〜４つは、操作員の操作１４０からの入
力に応じて、モニタ４２〜４５の画面上で同時に平行移
動Ｊ３よび回転移動が可能なようにされている。これは
、例えば次のＪ：うなアルゴリズムに従って実行される
。第５図および第６図の３次元モデル５０は当初、例え
ば自由鍛造ブレス１２の中心位ｎに置かれているものと
して空間座標内で位置決定されているが、表示制御装置
３９は、操作１４０からの平行移ｆｉｒ指令吊および回
転移動指令間に応じた量だ番ノ３次元モデル５０を空間
座標内で平行移動ないし回転移動さける。そして、上述
と同様にして、各テレビカメラ１９〜２２に対する基準
形状４６〜４９を求めて、これをモニタ４２〜４５上に
表示する。これにより、加工物１１を移動させずに、加
工物１１の映像と基準形状４６〜４９とを最適な状態に
小ね合すことが容易に行なえる。

表示制御装置３９の第４の働きは、第１図の移動台１６
の横方向の移動に応じて、モニタ４２〜４５上の基準形
状を自動的に同方向に平行移動させることである。この
ため、移動量検出器１７が移動台１６に添設してあり、
表示制御′！Ａ置３９は検出された移動量に応じた量だ
け第５図および第６図の３次元モデル５０を平行移動さ
せて、上述と同様にして各テレビカメラ１９〜２２に対
する１ｉＥ形状４６〜４９を求め、これをモニタ４２〜
４５上に表示する。これにより、加工中に加工物１１を
順次移動させた場合、モニタ４２〜４５上の加工＊１１
の映像の移動に追従して基準形状も移動し、最初に設定
された最適な重畳状態を常に維持することができる。

なＪ３上述の説明においては、撮像装置として４台のテ
レビカメラを用い、得られた映像を４台のモニタ装置に
表示する例について述べたが、テレビカメラやモニタ装
置の台数は任意であり、例えば１台のモニタ装置の画面
を分割して映像表示することも可能である。また、テレ
ビカメラ以外の［装置を用いることもできる。さらに、
熱間自由鍛造プレス以外にこの発明を適用することも可
能である。。

（発明の効果）以上説明したように、この発明によれば、複数台の撮像
装置を用いかつ３次元図面寸法から基準形状を形成ザる
ようにしているので、加工物の形状に影響を受けずに高
精度の測定が可能であり、加えて取扱いも容易な形状測
定装置を実現することができる。さらにｌＩｔ像装置の
進入禁止領域を設けているので、操作口と加工物との間
に形状測定装置が存在する配置をとる場合に、加工作業
ならびに装置取扱の容易性が確保される。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はこの発明による形状測定装置を熱
間自由鍛造プレスに適用した一実施例を示す構造説明図
、第３図は形状測定装置の全体構成を示ずブロック図、
第４図はモニタ表示の一例を示す説明図、第５図Ｊ３よ
び第６図は基準形状を求める方法の一例を示す模式図、
第７図および第８図は央行きのある′＃１測定測定比像
した場合の説明図、第９図は従来の形状測定装置を示リ
ブロック図、第１０図は加工物の丸Ｊメのあるエツジを
斜めから撮像する場合の説明図である。１１・・・加工物、１２・・・熱間自由鍛造プレス、１
８・・・被測定面、１９〜２２・・・テレビカメラ、２
３〜２８・・・移＠機構、３７・・・移動制御装置、３
つ・・・表示制御装置、４１・・・距離設定器、４２〜
４５・・・［ニタ、４６〜４つ・・・基ｔＸも形状、５
０・・・３次元モデル、６９．７０・・・水平旋回機構

Claims

【特許請求の範囲】

（１）加工物の被測定面から一定距離ｄだけ離れた測定
平面のうち所定領域外においては個別に平行移動可能に
、また所定領域端部においては個別に水平旋回可能に設
置され、前記所定領域外では前記被測定面と垂直な方向
から、前記所定領域端部では該垂直方向に対し所要角度
旋回した方向から前記被測定面の別々の部分をそれぞれ
撮像する複数台の撮像装置と、前記各撮像装置により撮像された映像を表示するモニタ
装置と、前記各撮像装置の前記測定平面内における所定の基準位
置からの移動量（Ｘ、Ｙ）を検出する移動量検出手段と
、前記各撮像装置の所定の基準方向からの旋回角θを検出
する旋回角検出手段と、前記モニタ装置の画面上に前記加工物の被測定面の基準
形状を当該加工物の映像に重畳して表示する表示制御装
置とを備え、該表示制御装置は、予め記憶した前記加工物の３次元図
面寸法と前記ｄ、θおよび（Ｘ、Ｙ）の値と前記各撮像
装置の撮像倍率とに基づいて、当該加工物の被測定面の
奥行きを考慮した基準形状を演算により求め、これを当
該撮像装置の撮像エリアに対応させて前記モニタ装置の
画面上に表示する形状測定装置。
（２）前記表示制御装置は、外部からの指令に基づいて
前記基準形状を前記モニタ装置の画面上で平行移動およ
び回転移動させる手段を含む、特許請求の範囲第１項記
載の形状測定装置。
（３）前記加工物は移動台上に載置されて前記測定平面
と平行に移動可能とされ、当該移動台の所定の基準位置
からの移動量を検出するための検出手段をさらに備え、
前記表示制御装置は当該移動台の移動間に基づいて前記
基準形状を前記モニタ装置の画面上で該移動量に相当す
る量だけ平行移動させて、前記加工物の映像と前記基準
形状との重畳位置関係を維持する、特許請求の範囲第２
項記載の形状測定装置。