JPS62174605A - 非接触形状測定装置の指定断面上の寸法，形状の測定方法 - 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、レーザ光等を利用した非接触距離計により物
体形状を測定する方法に係り、特に、指定断面上の測定
物体の寸法、形状を測定するに好適な測定法に関する。

〔従来の技術〕

近年、物体形状の測定にレーザ光等を利用した光点検出
センサを用いた非接触測定装置が開発されている。例え
ば、センサ技術１９８３年２月号吉沢徹著による「光点
検出センサによる物体形状の測定」にも、その−例が論
じられている。

この種の測定装置では、予め指定された断面、例えば、
平面としては水平ないし垂直面、もしくはこれらと任意
の傾きをなす断面、また、曲面には円筒断面等の物体の
形状全測定するために用いられることが多い。しかしこ
の指定断面に対して、センサの位置及び照射光軸の向き
を適切に設定しない場合には、測定点が所期の指定断面
から外れてしまうという問題があった。

ここで、照射光軸を指定断面内に拘束できる場合は、光
点検出センサの位置及び照射光軸の向きを、常に、一定
の関係式が成シ立つように駆動制御し、照射光軸を指定
断面内に拘束して、断面内の寸法、形状を測定する方法
を採用することができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

第２図に示すような測定物体１の孔部２の計測の場合、
従来例では、光点検出センサ３の照射光軸４を、指定さ
れた水平断面５に拘束することができないことがある。

これは、光点検出センサ３が孔よりも大きいため、孔内
部に入り込み、指定断面５内に照射光軸４を拘束した測
定（θ、＝０）を行なうことができないためである。従
って、この場合には、第３図に示すように、Ｙ軸に対し
である傾き角θ、を付けて指定断面上の点を測定する必
要がある。ここで、測定物体１が当初設計された形状６
のとおりに加工されている場合は、測定された点Ｐｂは
指定断面５上の点Ｐａと一致するが、設計形状６どおり
に加工されていない場合には、図に示すように、両者は
一致せず、指定断面５上の点を求めることができない。

一般に、測定物体形状は設計データ６どおりに加工され
ていないので、実際の測定値は指定断面５上とはならな
い。

この問題は上述の孔測定の場合に限らず、測定物体１の
外形形状を測定する際、物体の外形形状と光点検出セン
サ３とが干渉を起こすような場合にも起こり得る。

本発明の目的は、このように指定断面内に非接触センサ
の照射光軸を拘束できない場合に対しても、指定断面上
の座標値を求めることができる測定法を提供することに
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、指定断面近傍の複数点の座標を測定し、これ
ら測定点の座標を用いて演算、ないし、実際の測定によ
シ、断面上の座標を求めるようにしたものである。

〔作用〕

本発明によれば、測定物体の設計データの有無にかかわ
らず、測定された複数点の座標値を用いて、指定断面に
おける点の座椋値を内挿、もしくは、外挿により求める
か、ないしは、この点を実際の測定により求めるので、
照射光軸を指定断面に拘束できない場合でも、測定物体
の指定断面上の寸法、形状を測定することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を引用しながら説明する
。

第４図は本発明による装置の全体構成を示したものであ
る。ここで、レーザ光等を利用した光点検出センサ３は
、角度変化機構７を介して、三次元駆動機構８の取ｐ付
は部９に結合されている。

角度変化機構７は、Ａ軸及びＣ軸の二自由度をもつてお
シ、Ａ軸、ｃ軸の軸芯と光点検出センサ３の照射光軸４
は交点Ｎをもつように構成されている。この場合、光点
検出センサ３は、三次元的（図中、ｘ、ｙ、ｚ軸方向）
に移動可能であり、角度変化機構７により測定物体１の
形状に応じて照射光軸４を変化させることができる。

第５図は光点検出センサ３の概略構造を示す。

レーザ光は、光源１０より射出され、照射レンズ１１を
通って照射光軸４上を進み、測定物体１の表面上のＰ点
に光点を結ぶ。Ｐ点からの反射光は、照射光軸４と一定
の角度をなす受光光軸１２上に配置された集光レンズ１
３により集光され、受光器１４により検出される。距離
測定の原理は、測定物体１と光点検出センサ３の位置が
変化すると受光器１４上の受光位置が変化するので、こ
の変化を電気的に検出することによっている。

次に、第６図によね、物体の寸法、形状の一般的な測定
方法について説明する。このように構成された場合、図
に示すように、物体上の測定点Ｐの座標（Ｘｐ　、　Ｙ
ｐ　、　Ｚｐ　）は、光点検出センサ３の位置を示す前
述のＮ点の座標（ＸＮ、ＹＮ、　ＺＮ）、角度変化機構
７のＡ軸の回転角度θａ、ｃ軸の回転角度θ。及び光点
検出センサ３による距離測定値ｆＬとすると、 従って、これら測定点の座ｌｌ１Ｉヲ組み合わせること
により、物体の寸法、形状を求めることができる。

次に、本発明による指定断面内の寸法、形状の測定法に
ついて説明する。

この方法を、第２図に示す台形形状をした測定物体１の
孔寸法の測定を例として説明するが、指定断面５は、物
体１の上端面Ｚ　”　Ｚ　ｔから距離Ｓだけ下側の水平
断面２＝２．とする。

この場合、物体１の孔の設計形状を二点鎖線で示す。ま
た、測定する座標は、Ｘ＝Ｘ−の垂直断面内であるとす
る。まず、第１図に示すように、測定物体１が設計形状
６どおｌ）Ｋ加工されていると仮定し、指定水平断面５
内の点Ｐａ（Ｘｄ、Ｙａ。

Ｚｄ）を照射するように、三次元駆動機構８、及び、角
度変化機構７ｔ−駆動する。この場合の光点検出センサ
３の位置（ＸＮ、　ＹＮ、　ＺＮ）　　は、式（１）を
変形した次式により設定すればよい。

この状態で得られる実際の測定点の座標値Ｐａ（Ｘｐ、
Ｙｐ、Ｚｐ）を演算制御機構により（１）式を用いて算
出する。この操作により求められた座標値Ｐｏと指定断
面５上の座標値Ｐ７は、実際に加工された測定物体１の
形状が設計形状６と一致している場合に限り等しくなる
。しかし、第１図に示すように通常は、機械加工誤差等
によシ設計データ６と測定物体１の形状は異なっている
。この場座には、次に、角度変化機構７のＡ軸のみを駆
動し、測定点Ｐ。近傍のＺ座標値の異なる複数の点Ｐｏ
′及びＰ　ｏ”を測定し、その座標値Ｐｏ’　（Ｘｐ’
。

Ｙｐ’　、　Ｚｐ’　）及びＰ。”　（Ｘｐ”＋　Ｙｐ
”　＋　Ｚｐ“）を算出する。

次いで、これら測定点の座標値を用いて、第７図に示す
ように、測定物体の指定断面５、すなわち、Ｚ＝Ｚ、に
対するＹ座標Ｙ＝Ｙ、を内挿もしくは外挿によシ求める
。具体的には、三点の測定点を結ぶ多項式近似式Ｚ＝ｆ
　（Ｙ）を求め、これと２＝２．の交点のＸ座標値Ｙ＝
Ｙ、を求めればよい。この結果、指定断面２＝２ｆｉに
おける測定点Ｐ！ｌの座標（Ｘ、、Ｙ、、Ｚ、）’に求
めることができる。

さて、上述の例では測定点の近傍の点の測定に際し、照
射光軸をＸ＝Ｘ、の垂直断面内に拘束しているが、照射
光軸を指定断面とは異なる特定の断面に拘束することに
より、統一のとれた結果を得ることができる。この特定
の断面としては、指定断面と垂直な平面が望ましい。

なお、この方法では測定点Ｐ、の座標値を内挿もしくは
外挿により求めているが、この座標を実際に測定するこ
とによシ求めることもできる。すなわち、第８図に示す
ように、既に測定した三点Ｐ　Ｏ’　＋　Ｐ　ｏ　＋　
Ｐａ’のＡ軸の回転角度θ、を横軸にとり、縦軸にこれ
ら測定点のＺ座標をとる。こうして得られた曲線Ｚ＝ｇ
　（θ、）と２＝２．との交点の回転角度θ１をθ、＝
θ、。とし、Ａ＠’ｔ−実際に０口に回転駆動して、新
たに測定点Ｐ６“の座標を求める。この操作を、測定点
ｐ　ｏ（１）の２座標Ｚ＝ｚ、（１）が、所定の精度で
２＝２．に一致するまで繰シ返せばよい。

また、本実施例において、最初の測定点Ｐ、近傍のＺ座
標値の異なる複数点を測定する方法として、角度変化機
構７のＡ軸のみを駆動する方式をとったが、Ｚ軸を駆動
することによっても実現できることは明らかである。具
体的には、第９図に示すように、前述の実施例と同様に
まず指定水平断面上の点Ｐｄ（Ｘａ、Ｙａ、Ｚｄ）を照
射するように、三次元駆動機構８及び角度変化機構７を
駆動し、その測定点座標Ｐｏ　（Ｘｐ、　Ｙｐ＋　Ｚｐ
　）　ｔ−算出する。次いで、Ｚ軸のみを駆動し、測定
点Ｐｏ近傍のＺ座標値の異なる複数の点Ｐ　ｏ’　ｅ　
ＰａＩを測定し、その座標値Ｐｏ’　（Ｘｐ’　＋　Ｙ
ｐ’　＋　Ｚｐ’　）　＋　””（Ｘｐ’　、　Ｙｐ’
、　Ｚｐ’）を算出し、以下、前述の実施例と同様の操
作を行なうことにより、指定断面Ｚ＝Ｚ、ｌにおける点
ｐ、ｏ座標（Ｘ、、Ｙ、、Ｚ、　）を求めることができ
る。

また、測定点Ｐｏの近傍の点を複数点測定した結果から
指定断面上の測定点を内挿もしくは外挿する場合、測定
点数を二点とした場合は直線近似式、測定点数を三点と
した場合は放物線ないし円弧近似式等、測定点数及び物
体形状に応じた近似式管用いればよい。

以上の例では、設計形状が存在する場合を例にとり説明
してきたが、自動車のクレイモデルのように設計形状を
もたない測定物体の場合でも、これまでの実施例とほぼ
同様の方法を適用できる。

すなわち、この場合には、手動操作等によシ指定断面近
傍に第−魚目の測定点Ｐｏを設定し、以下の操作は設計
形状がある場合と同様に行なえばよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、孔内の指定断面の座標計測のように、
照射光軸を指定断面内に拘束できない場合でも、指定断
面の座標値を求めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の指定断面内の寸法。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光を照射して測定物体との距離を測定する光点検出
   センサと、前記光点検出センサの照射光軸を変化させる
   角度変化機構と、前記角度変化機構を取り付けて前記光
   点検出センサを三次元的に駆動する三次元駆動機構と、
   前記光点検出センサによる距離の測定値とセンサの照射
   角度及び前記三次元駆動機構の駆動量により照射された
   点の座標を演算すると共に、これらの動作を制御する演
   算制御機構とで構成された計測装置により、指定された
   断面内の寸法、形状を測定する方法において、 まず、指定断面上の特定位置に測定点が存在すると仮定
   して、この点を測定するように前記三次元駆動機構と前
   記角度変化機構を駆動して測定を行ない、実際の測定点
   の座標を求め、得られた測定点が指定断面から一定の制
   限値を越えて外れた場合は、前記測定点近傍の座標を測
   定し、これら前記測定点の座標値をもとに、前記演算制
   御機構を用いて指定断面上の測定物体の点の座標を演算
   により求めることを特徴とする非接触形状測定装置の指
   定断面上の寸法・形状の測定方法。 ２、特許請求の範囲第１項記載の寸法・形状の測定方法
   において、 まず指定断面上の特定位置に前記測定点が存在すると仮
   定して、この点を測定するように前記三次元駆動機構と
   前記角度変化機構を駆動して測定を行ない、実際の測定
   点の座標を求め、得られた測定点が指定断面から一定の
   制限値を越えて外れていた場合は、前記測定点の近傍の
   座標を測定し、これら前記測定点の座標値をもとに、前
   記演算制御機構を用いて指定断面上の測定物体の点の座
   標を演算により求め、さらにこの演算により求まつた点
   に前記測定点が存在すると仮定して、この点を測定する
   ように前記三次元駆動機構と前記角度変化機構を駆動し
   て測定を行ない、実際の測定点の座標を求め、得られた
   測定値が指定断面から一定の制限値を越えて外れた場合
   は、さらに上述と同様の操作を繰り返すことを特徴とす
   る非接触形状測定装置の指定断面上の寸法・形状の測定
   方法。