JPS63279105A - 貫通孔の三次元位置測定装置 - 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】 （イ）産業上の利用分野 この発明は、空間上に位置する測定箇所、例えば被測定
物である鋼板に穿設する測定箇所である貫通孔の測定位
置からの三次元位置を測定する測定装置に係る。更に詳
細には、組立ライン中に測定位置を予め設定するととも
に、予め測定位置と測定装置との三次元的位置関係を求
め、組立ライン等を移動中の鋼板、自動車ボデー等被測
定物に穿設した孔等測定箇所の測定装置に対する三次元
的位置を被測定物から離れた場所から測定することで被
測定物における測定箇所の適否の判断をする三次元位置
装置に係る。

（ロ）従来の技術 従来、鋼板等の被測定物に設けた被測定箇所の適否を判
断するための三次元位置を測定する三次元位置測定装置
としては、第７図に図示する測定装置が知られている。

この従来例では、鋼板（１０１）に穿設された貫通孔（
１０２）の、三次元位置をＸ軸方向を計測するＸ軸ピン
（１０３）ａ、　Ｙ軸方向を計測するＹ軸ピン（１０３
）ｂ、　Ｘ軸方向を計測するＸ軸ピン（１０３）ｃと、
貫通孔（１０２）に挿入する可動ピン（１０４）とから
なる。

即ち、予め可動ビン（１０４）を、所望の基準貫通孔像
置に設置し、Ｘ軸ピン（１０３）ａ、　Ｙ軸ピン（１０
３）ｂ、　Ｘ軸ピン（１０３）ｃのピン先端を、可動ビ
ン（１０４）表面に接触させる。この状態を各軸ビンに
おけるＯ位置とする。ついで可動ビン（１０４）を貫通
孔（１０２）に挿入する。すると、貫通孔（１０２）の
設置位置によって可動ビン（１０４）は移動されるが、
各軸ピンからなる接触センサー（１０５）ａｌ（１０５
）ｂ、　（１０５）ｃでプラス方向またはマイナス方向
の移動方向、および移動量とて感知され、感知された情
報を信号として伝達する。移動方向、移動量の信号を受
けた各判断部（１０６）ａ、　（１０６）ｂ、　（１０
６）ｃでは、各軸方向に関する所望の関係基準貫通孔位
置の情報信号を伝達する基準信号発生部（１０７）ａ、
　（１０７）ｂ、　（１０７）ｃからの基準信号をも受
ける。

判断部（１０６）ａ、　（１０６）ｂ、　（１０６）ｃ
では各々両信号を比較し移動量が基準貫通孔の誤差の範
囲内か否かを判断し、表示部（＋０８）にその適否を表
示する。このとき、測定装置と被測定物の測定位置との
三次元的関係は予め求められているため、表示される適
否は、被測定物に形成する貫通孔（１０２）の位置の適
否を表示することとなる。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 しかし従来の測定装置では、４本のピンによる接触式で
あったため孔形状、ピン摩耗等の現象により精度の低下
を生ずる問題点を有した。更に、接触式のため、ライン
上を移動する被測定物の計測にあたっては、被測定物の
移動を停止させ接触するため停止時間が長くなる問題点
を有した。

に）問題点を解決するための手段 この発明は、被測定物表面に投光する照明手段と、貫通
孔を形成された被測定物を測定位置に設置したとき照明
手段に対し被測定物を挟んだ反対側に位置するとともに
被測定物表面で照明手段からの照明を反射する反射光に
比し相対的に暗い背景と、貫通孔面に向けて設置され被
加工物表面が反射する反射光を感知し感知する明暗に応
じて信号を発生する受光手段と、受光手段とは貫通孔に
対し角度をもたせて設置され被加工物表面で反射する反
射光を感知するとともに感知する明暗に応じて信号を発
生する補助受光手段と、反射光を発生せず貫通孔を通し
た背景の暗部として受光手段で感知される貫通孔像とあ
らかじめ測定された所望の被測定物の受光手段で感知さ
れる所望の基準貫通孔像を比較する判別手段と、反射光
を発生せず貫通孔を通した背景の暗部として補助受光手
段で感知される貫通孔像とあらかじめ測定された所望の
被測定物の補助受光手段で感知される所望の基準貫通孔
像を比較する補助判別手段とからなることを特徴とする
貫通孔の三次元位置測定装置、を提供することで、ピン
使用の測定装置の要する被測定物停止時間を短くし、ま
た、測定精度向上を図る （ホ）　　作　　　用 被測定物表面に、照明手段から投光する。

すると、被測定物表面における貫通孔形成部分以外では
反射光を生じ、貫通孔部分は背景の暗部として表され、
受光手段および補助受光手段では各々貫通孔と貫通孔周
囲は明暗差として感知される。

受光手段および補助受光手段で各々感知された明暗差は
信号として判別手段および補助判別手段に各々伝送され
るが、受光手段お上び補助受光手段で各々感知された暗
部は各受光部で感知された貫通孔像を表わすことになり
、判別手段および補助判別手段では、貫通孔像を表わす
信号を受けることとなる。判別手段および補助判別手段
では、あらかじめ測定した所望の被測定物の基準貫通孔
からの情報を受光手段および補助受光手段で各々感知し
た基準貫通孔像情報を記憶する基準信号発生手段からの
基準信号も受領する。実際に計測されている貫通孔像を
表わす信号と、基準貫通孔情報を表わす基準信号とを判
断手段および補助判別手段で各々比較する。

受光手段と補助受光手段とは、貫通孔に対して角度をも
って設置されている。そのため、各受光手段で感知され
る貫通孔の暗部即ち貫通孔像は、各受光手段と貫通孔間
のなす角度分だけ貫通孔像の重心位置あるいは面積等の
入力される情報が異なったものとして感知される。

受光手段と補助受光手段との距離が一定していれば、受
光手段、補助受光手段、貫通孔、の位置関係に変化が無
ければ受光手段、補助受光手段で受像される貫通孔像は
、一定である。しかし受光手段、補助受光手段と貫通孔
の位置が変化すると、受光手段と貫通孔と補助受光手段
のなす角度は変化する。この角度が変化すれば、各受光
手段で感知される貫通孔像の重心位置の違い、あるいは
面積にも変化を生ずる。そこで、受光手段および補助受
光手段で暗部として感知される各貫通孔像を受け、所望
の基準貫通孔を形成した場合の両受光手段で感知される
貫通孔像の面積、あるいは重心位置とを比較する。

従って、測定する貫通孔の受光手段、測定装置との三次
元位置と、所望の基準貫通孔の三次元位置とを比較する
ことｊこなる。

（へ）　　実　　施　　例 この発明の実施例を表わす第１図、同使用状態を表わす
第２図に従って説明する。　（１１）は被測定物である
。被測定物（１■）は、この実施例では自動車組立ライ
ン（１２）上の未塗装の鋼板を加工してなる自動車モノ
コックボデーからなる。

被測定物（１１）には、貫通孔測定の前工程で他部品取
付けのため穿設し貫通孔（１３）を設ける。

（１４）は自動車組立ライン（１２）を内部に設ける工
場施設、（１５）は工場施設に設ける採光窓である。（
１６）は遮光板であり、被測定物（１１）の背景（１７
）へ直接照射する自然光を遮光する。

背景（１７）は、この実施例では自動車ボデーの反対側
側面内側からなる。

（１８）は照明手段である。照明手段としてはこの実施
例では、集光度の高いスポット照明を使用し７５Ｗ１披
測定面で１０００（ｘとなるハロゲン燈、タングステン
燈等を使用する。照明手段（１８）は光量が安定してい
ることが望ましい。

（１９）は受光手段である。受光手段（１９）は被測定
物（１１）に対して測定用光源と同一側に設置し、入力
してきた光情報を電気信号に変換する。受光手段（１９
）は、この実施例ではＣＯＤカメラからなる。受光手段
（１９）の被測定物（ＩＩ）側には、所望の焦点距離と
視野範囲を得られる３０ｈ＋ｌ１ｆ４程度の望遠レンズ
（１９）ａを固定する。望遠レンズ（１９）ａを付設す
ることで、受光手段（１９）は被写界深度が浅くなり焦
点の合っていない部分では受光量は極端に低下する。こ
の実施例では、被測定物（１１）表面と、背景（１７）
とは１０１００Ｏ＋程度の距離を設けてなるが被写界深
度の０．７５ｍｍ以上離れていればよい。

受光手段（１９）は、貫通孔（１３）に向けて設置する
。

（２０）は、補助受光手段であり、受光手段（１９）と
同様にＣＯＤカメラからなる。（２０）ａは同様の望遠
レンズである。受光手段（１９）と貫通孔（１３）を結
んだ直線と、補助受光手段（２０）と貫通孔（１３）を
結んだ直線が第３図に示すように角度θをとるように、
補助受光手段（２０）を設置する°。この実施例では、
測定位置に所望の三次元形状、面積を有する基準貫通孔
を有する被測定物（１１）を設置したときその基準貫通
孔に対してθ＝４５°となるように設置する。

（２３）ａ、　（２３）ｂは画像処理部であり、受光手
段（１９）、補助受光手段（２０）から入力する信号を
受けて画像処理し、ＣＲＴ画面からなる表示部（２４）
上に貫通孔像（Ａ）を表示する。（２１）は、判別手段
であり、受光手段（１９）、画像処理手段（２３）ａか
らの信号を受ける。（２２）は、基準信号発生手段であ
り、所望の基準貫通孔をあらかじめ測定したとき受光手
段（１９）位置で感知した場合得られる基準貫通孔像の
形状、面積、位置、重心位置等の基準貫通孔情報を記憶
し、判別手段（２１）に伝達する。

ところで形状、面積に関する情報を記憶する場合は、各
画素毎の情報を記憶する必要があるため、記憶素子の容
量を大きくする必要が有るが、重心位置等、点の情報を
記憶する場合は、記憶素子の容量は小さくともよい。

そこでこの実施例では、入力してきた形状、面積に関す
る情報を、重心位置という点の情報に演算して記憶する
。

（２５）は、補助判別手段であり、補助受光手段（１９
）、画像処理手段（２３）ｂからの信号を受ける。（２
６）は、補助基準信号発生手段であり、所望の基準貫通
孔をあらかじめ測定したとき補助受光手段（２０）位置
で感知した場合得られる基準貫通孔像の形状、面積、位
置、重心位置等の基準貫通孔情報を記憶し、補助判別手
段（２５）に伝達する。

次にこの発明の実施例の作用につ、いて説明する。まず
、被測定物（１１）の貫通孔（１３）形成箇所およびそ
の周囲に照明手段（１８）から投光する。光量は被測定
面でもＩＱＱＱ（２Ｘ程度と従来の反射形二次元測定装
置として一般に用いられる被測定面で３０００ｈ、　５
００ｗの高集光度のハロゲン燈使用に比し低いため、被
加工物が鋼板等高輝度の物質からなる場合であっても、
又反射光は表面の傷、へこみ、変形、面傾斜が存在して
も、それ等に起因する輝度の過敏な変化は少なくなる。

測定用光源（１８）の光量は従来例に比し下げられ、他
方被測定物（１１）の背景側は特別暗室とすることなく
自然光のうち背景（１７）に入光する直接光のみを遮光
板（１６）によって遮光したにすぎない。そのため、受
光手段（１９）位置からは照明手段（１８）を反射する
貫通孔周囲と、背景がそのまま現れるため、暗部として
表れる貫通孔（１３）部分との明暗差は従来例に比し小
さくなる。

しかし、受光手段（１９）には、被写界深度が浅く、焦
点の合っていない部分では受光量が極端に低下する望遠
レンズ（１９）ａを有しており、かつ、背景（１７）と
被測定物（１１）表面間は被測定物（１１）表面に焦点
が合った場合、背景（１７）部分から受光量が極端に低
下する程度の距離を置いてあり、望遠レンズのピントは
、被測定物（１１）の貫通孔（１３）表面に合っている
。

そのため、被測定物（１１）の貫通孔（１３）周囲と貫
通孔（１３）を通した背景（１７）との明度差は標準レ
ンズを使用した場合に比して、強調して受光手段（１９
）で感知する。

そのため貫通孔（１３）の輪郭はくっきりした形で即ち
、貫通孔（１３）の画像の輪郭が明瞭な形で受光される
。また被写界深度が浅いため背景（１７）と被測定物（
１１）との間で受光手段（１９）に直射光が入る場合を
除き自然光が若干入ったとしても、とらえる画像に影響
は少ない。

受光手段（１９）のＣＯＤカメラで受領された光情報は
電気信号に変換され、画像処理部（２３）ａに送られる
。画像処理部（２３）ａで受けた信号は画像処理して画
像信号として表示部（２４）に伝送され、貫通孔（１（
Ａ）として表示する。

画像処理部（２３）ａからの信号は、同時に判別手段（
２１）でも受領する。

受領された貫通孔像情報を、基準信号発生手段（２２）
から伝送される、あらかじめティーチングされて測定さ
れた所望の基準貫通孔情報信号と形状、重心位置、面積
を比較し、許容範囲内か否かを判断し、貫通孔の適否を
表示部に適否表示（Ｃ）として表示する。

この実施例では、基準貫通孔像と測定された貫通孔像の
重心位置の差異を比較して適否の判断をする。この実施
例のように貫通孔像の重心位置の比較によって、形成さ
れた貫通孔の適否を判断する場合は、第４図に示すよう
に、所望の基準貫通孔像（Ａ）′の重心Ｏ′と、測定さ
れた貫通孔像（Ａ）の重心０との位置のずれが、誤差範
囲内か否かを演算し判断しておこなう。

同様に、補助受光手段（２０）でも受光する。補助受光
手段（２０）には、同様に被写界深度が浅く、焦点の合
っていない部分では受光量が極端に低下する望遠レンズ
（２０）ａを有しており、かつ、背景（１７）と被測定
物（１１）表面間は被測定物（１１）表面に焦点が合っ
た場合、背景（１７）部分から受光量が極端に低下する
程度の距離を置いてあり、望遠レンズのピントは、被測
定物（ＩＩ）の貫通孔（Ｉ３）表面ｊ二合っている。そ
のため、被測定物（１１）の貫通孔（１３）周囲と貫通
孔（１３）を通した背景（１７）との明度差は標窄レン
ズを使用した場合に比して、強調して受光手段（２０）
で感知する。

そのため貫通孔（１３）の輪郭はくっきりした形で即ち
、貫通孔（１３）の画像の輪郭が明瞭な形で受光される
。また被写界深度が浅いため背景（１７）と被測定物（
１１）との間で補助受光手段（２０）に直射光が入る場
合を除き自然光が若干入ったとしても、とらえる画像に
影響は少ない。補助受光手段（２０）のＣＯＤカメラで
受領された光情報は電気信号に変換され、画像処理部（
２３）ｂに送られる。画像処理部（２３）ｂで受けた信
号は画像処理して画像信号として表示部（２４）に伝送
され、貫通孔像（Ｂ）として表示する。画像処理部（２
３）ａからの信号は、同時に判別手段（２１）でも受領
する。

受領された貫通孔像情報を、基準信号発生手段（２６）
から伝送されるあらかじめティーチングされて計測され
た所望の基準貫通孔情報信号と形状、重心位置、面積を
比較し、許容範囲内か否かを判断し、貫通孔の適否を表
示部に適否表示（Ｄ）として表示する。

この実施例では、基準貫通孔像と測定された貫通孔像の
重心位置の差異を比較して適否の判断をする。この実施
例のように貫通孔像の重心位置の比較によって、形成さ
れた貫通孔の適否を判断する場合は、所望の基準貫通孔
像（Ｂ）′の重心Ｏ′　と、測定された貫通孔像（Ｂ）
の重心Ｏとの位置のずれが、誤差範囲内か否かを演算し
判断しておこなう。

補助受光手段（２０）は第３図に示すように受光手段（
１９）に対して角度をもたせて、設置しであるため、受
光手段（１９）で感知される貫通孔像と補助受光手段（
２０）で感知される貫通孔像とは異なったものとなる。

貫通孔（１３）と受光手段（１９）とを而直としたとき
は、角度θだけ傾いて設置する補助受光手段（２０）で
感知するよりも、大きな貫通孔像（Ａ）が得られる。貫
通孔（１３）と受光手段（１３）との距離が変化し、例
えば第３図に二点鎖線で示すように距離が長くなると、
受光手段（１９）、貫通孔（１３）’　、補助受光手段
（２０）のなす角θ′は小さくなる。従って補助受光手
段（２０）で感知される貫通孔像と、受光手段（１９）
で感知される貫通孔像との重心位置差は少なくなる。受
光手段（１９）を貫通孔（１３）に対して而直に設置し
なくとも良い。

貫通孔の適否は以下のようにして行う。受光手段（１９
）と補助受光手段（２０）との距離が一定していれば、
受光手段（１９）、補助受光手段（２０）、貫通孔（１
３）、の位置関係に変化が無ければ受光手段（１９）、
補助受光手段（２０）で受像される貫通孔像は、一定で
ある。しかし受光手段（１９）、補助受光手段（２０）
と貫通孔（１３）の位置が変化すると、受光手段（１９
）と貫通孔（１３）と補助受光手段（２０）のなす角度
は変化する。

この角度が変化すれば、各受光手段で感知される貫通孔
像の重心位置の違い、あるいは面積にも変化を生ずる。

そこで、受光手段（１９）および補助受光手段（２０）
で暗部として感知される各貫通孔像を受け、所望の基準
貫通孔を形成した場合の両受光手段で感知される貫通孔
像の面積、あるいは重心位置とを各々の受光装置からの
情報を受領した判別手段（２１）、補助判別手段（２５
）で比較する。受光手段（１９）、及び補助受光手段（
２０）で各々受領された貫通孔像が共に基準貫通孔像の
誤差範囲内のとき貫通孔は正規なものと判断する。

実　　施　　例　　１ 実施例の演算手段を第７図に従って説明する。

貫通孔の面変位量と表示手段（モニタ）上の画素変化を
比較する。

即ち、第７図において、 Ｘ　　：ＣＣＤカメラ上の垂直方向の撮像寸法Ｗ　：貫
通孔面の面変位とすると Ｘ＝ＦＷ／／ＺＬ が成立する。そして、 Ｘ＝（変位画素数）Ｘ（有効画サイズ）／（有効画素数
） ＝　ＹＮｃｃｄＸ　（６，６１５）／（４９０）　　（
ｍｍ）となる。従って面変位量とＣＣＤ上の変位画素量
の関係は、 １’＝　（６，６１５Ｊ’Ｚ　Ｌ−ＹＮｃｃｄ）／　（
２４２Ｆ−１１９）（ｍｍ）となる。又このときのモニ
ター上の変位画素量（ＹＮｍｏｎ）との関係は Ｗ＝　（１０７，１／ｌ’　ＬＸ　６．６１５ＹＮｍｏ
ｎ）／　（２４２ＦＸ　１１９）　　（ｍｍ） となる。従って分解能δは、ＹＮｍｏｎ＝　１のときの
Ｗと等しくなる。

δ−（６，６１５ｘ　ｌＱ７．１／ｌ’　Ｌ）／（１１
９ｘ　２４２Ｆ）　（ｍｍ／画素）例）　３００（ｍｎ
＋）望遠レンズをｌ＝　７００（ｍＩｌｌ）の位置に設
置し、孔（楕円）の重心位置変位を撮った場合の分解能
は ６　＝　（６，６１５Ｘ　１０７．１／Ｚ　Ｘ　７００
）／（１１９Ｘ　２４２Ｘ　３００） ＝　０．０８　　（ｍｍ／画素） 従って、基準位置に対し、下方へ１画素変化すると遠方
へ０．０８（ｍｎ＋）孔の而が変化した事を表す。

広角レンズ（２５ｎ＋＋ｎ、　ｆｌ、８）、標準レンズ
（５０ｍｍ、ｆｌ、４）についてもモニタ上で１画素変
化したときの貫通孔面の変化量を求めると以下のように
なる。

１画素あたりの面変化量の少なさからは３００ｍｍ、　
ｒ４の望遠レンズが望ましい。

参　　考　　例　　Ｉ ２５ｍｍＮ、８広角レンズ、５０ｍｍＮ、４標準レンズ
、３００ｎ＋ｍｆ４望遠レンズを各々ＣＯＤカメラ先端
に固定し、モニタ（表示部）出寸法、倍率、分解能（δ
）、被写界深度（Ｄ）を比較した。

■　倍率、分解能を幾何学的撮像寸法算出方法により求
める。

第５図において Ｘ　：　実寸法 ｘ　　：　　ＣＣＤカメラで感知する撮像寸法Ｌ　：　
被写体距離 Ｆ　：　焦点距離 このとき ｘ＝ＦＸ／Ｌ の関係が成立する。

機器による補正をおこなった上でモニタ（表示部）上に
表示される物体の大きさくＸ′）とその倍率は、以下の
ように求められる。

Ｘ′＝（撮像寸法：Ｘ）Ｘ（補正値）／（有効画寸法）
　（ｍｍ） 倍率＝Ｘ’／Ｘ 分解能（δ）は以下のように求められる。

δ−１／（（倍率）×（モニタ画素枚）／（モニタ寸法
））（ｍｍ／画素） ■　被写界深度の算出 第６図において ｄｌ：後方被写界深度 ｄｔ：前方被写界深度 ｄ３：焦点深度 ｌ７　　二被写体距離 δ　：許容錯乱円 である。

Ｆ　：焦点距離 ｒ　：絞り値 とすると、Ｄ；被写界深度は以下の式で求められる。

Ｄ＝ｄ、−ｄｔ ＝　Ｆ’Ｌ／　（Ｆ２−　（Ｌ−Ｆ）δｆ）　−Ｆ２Ｌ
／　（Ｆ’　＋　（Ｌ−Ｆ）δｒ）（ｍｍ） 被写体間距離Ｌ＝　７００ｍｍ 被写体実寸法Ｘ＝６．５φ とすると、 ３００ｍｍｆ４の望遠レンズ（δ＝　０．０３）では、
被写界深度＝Ｄは以下の用に求められる。

Ｄ＝　３００″ｘ　７ｏｏ／１３ｏｏ２−（７ｏｏ−ａ
ｏｏ：＋ｘ　０．０３Ｘ　４）−３００”Ｘ　７００／
（３００″＋（７００−３００）Ｘ　Ｏ，０３＝×４） ０．７５ｍｍ ■　広角レンズ標準レンズについてら同様に計算してま
とめて以下に示す。

要求精度、被写界深度上、３００ｍｍ　Ｎの望遠レンズ
が望ましい。

（ト）発明の効果 従って、この発明では被測定物と離れた位置で、被測定
物に形成する貫通孔の三次元上の適否を判断できるので
、被測定物がライン上を移動する場合移動を停止する時
間が短くとも測定することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第３図はこの発明の実施例の構成図であり、第
２図、第４図、第５図、第６図、第７図は使用状態図、
第８図は従来例の構成図である。 （１１）・・・・・・補助測定物１．　（１３）・・・
・・・貫通孔、（１７）°・°゛゛゛背景Ｉ８）・・・
・・・照明手段、（１９）・・・・・・受光手段、（２
０）・・・・・・補助受光手段、（２１）・・・・・・
判別手段、（２５）・・・・・・補助判別手段、 特許出願人　セントラル自動車株式会社代理人弁理士　
安　　原　　　正　　２同　　　　　　　　　　安　　
　原　　　　　正　　　義第２図 第３図 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定物表面に投光する照明手段と、貫通孔を形
   成された被測定物を測定位置に設置したとき照明手段に
   対し被測定物を挟んだ反対側に位置するとともに被測定
   物表面で照明手段からの照明を反射する反射光に比し相
   対的に暗い背景と、貫通孔面に向けて設置され被加工物
   表面が反射する反射光を感知し感知する明暗に応じて信
   号を発生する受光手段と、受光手段とは貫通孔に対し角
   度をもたせて設置され被加工物表面で反射する反射光を
   感知するとともに感知する明暗に応じて信号を発生する
   補助受光手段と、反射光を発生せず貫通孔を通した背景
   の暗部として受光手段で感知される貫通孔像とあらかじ
   め測定された所望の被測定物の受光手段で感知される所
   望の基準貫通孔像を比較する判別手段と、反射光を発生
   せず貫通孔を通した背景の暗部として補助受光手段で感
   知される貫通孔像とあらかじめ測定された所望の被測定
   物の補助受光手段で感知される所望の基準貫通孔像を比
   較する補助判別手段とからなることを特徴とする貫通孔
   の三次元位置測定装置。