JP2612794B2 - Method for following a measuring head in an article surface shape measuring apparatus - Google Patents
Method for following a measuring head in an article surface shape measuring apparatusInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、物品の表面に測定ヘッ
ドに設けたレーザー発振器からレーザー光線を照射し、
その反射光を測定ヘッドに設けたカメラで捕らえること
により物品の表面形状を測定する物品の表面形状測定装
置において、前記測定ヘッドを物品の表面形状に倣って
追従させる測定ヘッドの追従方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for irradiating a surface of an article with a laser beam from a laser oscillator provided in a measuring head.
The present invention relates to a method for measuring a surface of an article by measuring the surface shape of the article by capturing the reflected light with a camera provided on the measurement head.
【０００２】[0002]
【従来の技術】対をなすレーザー光線の送光器及び受光
器を直線上に多数対配列してなる測定ヘッドを三次元的
な形状を有する物品の表面に対向させ、各送光器から照
射したレーザー光線の反射光を対応する受光器で捕らえ
て測定ヘッドから物品の各点までの距離を測定するとと
もに、その測定ヘッドを物品に沿って所定距離ずつイン
デックスさせながら前記測定を繰り返すことにより、非
接触で三次元物品の表面形状を測定する方法が知られて
いる（例えば、特開昭６０−１９０８０６号公報参
照）。2. Description of the Related Art A measuring head having a large number of pairs of laser beam transmitters and receivers arranged in a straight line is opposed to the surface of an article having a three-dimensional shape and irradiated from each transmitter. By measuring the distance from the measuring head to each point of the article by capturing the reflected light of the laser beam with the corresponding light receiver, and repeating the measurement while indexing the measuring head by a predetermined distance along the article, non-contact A method for measuring the surface shape of a three-dimensional article is known (see, for example, JP-A-60-190806).
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
物品の表面形状測定方法は、レーザー光線の送光器及び
受光器を多数対必要とするため、その設備の構造が複雑
化してコストが嵩む問題がある。かかる問題を解決する
ために、Ｘ−Ｙ平面上に載置した被測定物に対して、Ｘ
軸方向にインデックスされ、Ｙ軸方向にスキャンされ、
且つＺ軸方向に進退駆動される測定ヘッドと、この測定
ヘッドに設けられ、レーザー光線をＹ−Ｚ平面内に拡散
させて被測定物に照射するレーザー発振器と、前記測定
ヘッドに設けられ、被測定物からの反射光をＹ−Ｚ平面
から偏倚した位置において捕らえるカメラとを備えた物
品の表面形状測定装置を用いることが考えられる。However, the above-mentioned conventional method for measuring the surface shape of articles requires a large number of laser beam transmitters and receivers, which complicates the structure of the equipment and increases the cost. There is. In order to solve such a problem, an object to be measured placed on an XY plane is
Indexed in the axial direction, scanned in the Y-axis direction,
A measuring head that is driven forward and backward in the Z-axis direction, a laser oscillator that is provided on the measuring head, and that irradiates the object to be measured by diffusing a laser beam in the YZ plane; It is conceivable to use an article surface shape measuring device including a camera that captures reflected light from an object at a position deviated from the YZ plane.
【０００４】本発明は上記物品の表面形状測定装置にお
いて、測定ヘッドを被測定物の表面形状に倣って精密に
追従させることが可能な測定ヘッドの追従方法を提供す
ることを目的とする。[0004] It is an object of the present invention to provide a method for following a measuring head in a device for measuring the surface shape of an article, wherein the measuring head can precisely follow the surface shape of an object to be measured.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、カメラの画面に捕らえた前記反射光の画
像線が該画面上の基準点に接近するように前記測定ヘッ
ドをＺ軸方向に進退させることにより、その測定ヘッド
を被測定物の表面形状に倣って追従させる測定ヘッドの
追従方法であって、前記画像線を構成する複数の画素の
前記基準点からの距離を重み付け平均して重み付け平均
距離を求め、この重み付け平均距離だけ画像線を基準点
に向けて移動させることを特徴とする。In order to achieve the above object, the present invention provides a measuring head having a Z position such that an image line of the reflected light captured on a screen of a camera approaches a reference point on the screen. A method for following a measurement head that causes the measurement head to follow the surface shape of an object to be measured by moving the measurement head in an axial direction, wherein a distance from a plurality of pixels constituting the image line to the reference point is weighted. The weighted average distance is obtained by averaging, and the image line is moved toward the reference point by the weighted average distance.
【０００６】[0006]
【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【０００７】図１〜図８は本発明の一実施例を示すもの
で、図１は表面形状測定装置の全体斜視図、図２は図１
の２方向拡大矢視図、図３は表面形状測定装置の制御系
を示す図、図４は測定原理を示す図、図５は測定ヘッド
の高さとカメラで捕らえた画像の関係を示す図、図６は
ドアパネル用プレス金型の測定結果を示す図、図７はカ
メラの画像に基づいて測定ヘッドを昇降させる手法の説
明図、図８は測定の手順を示すフローチャートである。1 to 8 show an embodiment of the present invention. FIG. 1 is an overall perspective view of a surface shape measuring apparatus, and FIG.
3 is a diagram showing a control system of the surface shape measuring device, FIG. 4 is a diagram showing the principle of measurement, FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the height of the measuring head and an image captured by a camera, FIG. 6 is a diagram showing a measurement result of a press mold for a door panel, FIG. 7 is an explanatory diagram of a method of moving a measurement head up and down based on an image of a camera, and FIG. 8 is a flowchart showing a measurement procedure.
【０００８】図１に示すように、表面形状測定装置は、
被測定物Ｗが載置される水平な上面を有するテーブル１
を備える。テーブル１の一側に立設した２本の支柱２，
２の上端間にはＹ軸ガイドレール３が水平に架設され、
このＹ軸ガイドレール３に沿って図示せぬ駆動源で走行
するＹ軸走行体４にはＸ軸ガイドレール５が水平に支持
される。Ｘ軸ガイドレール５に沿って図示せぬ駆動源で
走行するＸ軸走行体６には、図示せぬ駆動源によって鉛
直方向に昇降するＺ軸ガイドロッド７が支持され、その
Ｚ軸ガイドロッド７の下端に測定ヘッド８が設けられ
る。従って、測定ヘッド８は水平面内でＸ軸方向及びＹ
軸方向に移動自在であるとともに、Ｚ軸方向に鉛直に昇
降自在であり、その測定ヘッド８の座標及び移動量はエ
ンコーダ等の手段によって測定される。As shown in FIG. 1, the surface shape measuring device comprises:
Table 1 having a horizontal upper surface on which DUT W is placed
Is provided. Two columns 2 standing on one side of the table 1
A Y-axis guide rail 3 is horizontally installed between the upper ends of the two,
An X-axis guide rail 5 is horizontally supported by a Y-axis traveling body 4 that travels along a drive source (not shown) along the Y-axis guide rail 3. An X-axis traveling body 6 that travels along a X-axis guide rail 5 with a drive source (not shown) supports a Z-axis guide rod 7 that vertically moves up and down by a drive source (not shown). A measuring head 8 is provided at a lower end of the measuring head. Therefore, the measuring head 8 moves in the X-axis direction and Y-axis in the horizontal plane.
It is movable in the axial direction and vertically movable in the Z-axis direction. The coordinates and the amount of movement of the measuring head 8 are measured by means such as an encoder.
【０００９】図２を併せて参照すると明らかなように、
測定ヘッド８にはレーザー光線を被測定物Ｗに向けて照
射するレーザー発振器９と、被測定物Ｗから反射された
レーザー光線を捕らえるカメラ１０とが設けられる。レ
ーザー発振器９及びカメラ１０はＺ軸方向に延びる回転
軸１１回りに一体に回転自在であり、図示した回転位置
ではレーザー発振器９から照射されるレーザー光線はＸ
軸に直交する拡散面Ｉに沿って平面状に拡散する。一
方、カメラ１０の光軸ＡはＺ軸に対して角度θだけ傾斜
しており、従ってカメラ１０の光軸Ａはレーザー発振器
９からＺ軸方向下向きに所定距離Ｈだけ離れたＰ点でレ
ーザー光線の拡散面Ｉに交差する。As is apparent from FIG. 2 together,
The measuring head 8 is provided with a laser oscillator 9 for irradiating a laser beam toward the object W and a camera 10 for capturing the laser beam reflected from the object W. The laser oscillator 9 and the camera 10 are integrally rotatable about a rotation axis 11 extending in the Z-axis direction. In the illustrated rotation position, the laser beam emitted from the laser oscillator 9 is X
It diffuses in a plane along a diffusion plane I perpendicular to the axis. On the other hand, the optical axis A of the camera 10 is inclined at an angle θ with respect to the Z axis, so that the optical axis A of the camera 10 is separated from the laser oscillator 9 by a predetermined distance H downward at a point H in the Z axis direction. Intersects the diffusion plane I.
【００１０】前記測定ヘッド８をＺ軸回りに９０°回転
させればレーザー光線の拡散面ＩをＸ軸に沿わせること
ができ、これによりＸ軸とＹ軸の関係を任意に入れ換え
ることができる。If the measuring head 8 is rotated by 90 ° about the Z axis, the diffusion plane I of the laser beam can be made to follow the X axis, whereby the relationship between the X axis and the Y axis can be changed arbitrarily.
【００１１】図３に示すように、表面形状測定装置はマ
イクロコンピュータ１２に接続されており、このマイク
ロコンピュータ１２は測定ヘッド８から位置情報を受け
取って測定ヘッド８の位置を制御する。またマイクロコ
ンピュータ１２は測定ヘッド８から測定データを受け取
り、その測定データを集積した測定データファイルをＣ
ＡＤ１３に供給するとともに、ＣＡＤ１３から表面形状
測定装置の作動を制御するためのティーチングデータを
受け取る。As shown in FIG. 3, the surface shape measuring device is connected to a microcomputer 12, which receives position information from the measuring head 8 and controls the position of the measuring head 8. The microcomputer 12 receives the measurement data from the measurement head 8 and stores a measurement data file in which the measurement data is
The teaching data for controlling the operation of the surface shape measuring device is received from the CAD 13 while being supplied to the AD 13.
【００１２】次に、被測定物Ｗの表面形状測定方法の概
略を図４に基づいて説明する。Next, an outline of a method for measuring the surface shape of the workpiece W will be described with reference to FIG.
【００１３】図４は、テーブル１上に載置した被測定物
Ｗにレーザー発振器９からレーザー光線を照射した状態
を示すもので、測定ヘッド８のＹ軸方向のスキャンによ
ってレーザー光線の拡散面Ｉとテーブル１及び被測定物
Ｗとの交線は曲線よりなる測定線Ｌｉを構成し、この測
定線Ｌｉからの反射光が測定ヘッド８に設けたカメラ１
０によって捕らえられる。FIG. 4 shows a state in which an object to be measured W placed on the table 1 is irradiated with a laser beam from a laser oscillator 9. The line of intersection with the object 1 and the object W constitutes a measurement line Li composed of a curve, and the reflected light from the measurement line Li
Captured by 0.
【００１４】先ず、ＣＡＤ１３からマイクロコンピュー
タ１２に入力されるティーチングデータに基づいて、測
定ヘッド８が被測定物Ｗの第１の測定線Ｌ1 上に予め設
定された測定点上に位置決めされ、そこから予め設定さ
れたピッチΔＹでＹ軸方向にスキャンされる。Ｙ軸方向
にスキャンされる測定ヘッド８は、第１の測定線Ｌ1に
沿って設定された複数の測定点おいて被測定物Ｗの高さ
を順次測定する。第１の測定線Ｌ1 のスキャンが完了す
ると、測定ヘッド８はＸ軸方向に予め設定されたピッチ
ΔＸだけインデックスされた後、今度は第２の測定線Ｌ
2 に沿ってＹ軸方向にスキャンされ、その間に第２の測
定線Ｌ2 に沿って所定ピッチΔＹで設定された複数の測
定点において被測定物Ｗの高さを順次測定する。このよ
うにして、測定ヘッド８をＸ軸方向に測定線Ｌ1 →Ｌ2
→Ｌ3 …の順にインデックスしながら、各測定線Ｌｉ上
をＹ軸方向にスキャンし、被測定物Ｗの表面の全域を覆
う多数の測定点において測定線Ｌｉの高さを検出するこ
とにより被測定物Ｗの表面形状を測定する。[0014] First, based on the teaching data inputted from CAD13 to the microcomputer 12, the measuring head 8 is positioned in a first measurement line L 1 on preset on the measuring point of the object W, there Is scanned in the Y-axis direction at a preset pitch ΔY. Measuring head 8 to be scanned in the Y-axis direction, sequentially measures the height of the workpiece W at a plurality of measurement points set along a first measuring line L 1. When the first scan of the measurement line L 1 is completed, after the measuring head 8 is indexed by a predetermined pitch ΔX in the X-axis direction, this time the second measurement line L
It is scanned in the Y-axis direction along the two sequentially measure the height of the workpiece W at a plurality of measurement points set at a predetermined pitch ΔY along the second measuring line L 2 therebetween. Thus, the measuring head 8 is moved in the X-axis direction by the measuring line L 1 → L 2
Scanning in the Y-axis direction on each measurement line Li while indexing in the order of L 3, and detecting the height of the measurement line Li at a number of measurement points covering the entire surface of the object W to be measured. The surface shape of the measurement object W is measured.
【００１５】各測定点における被測定物Ｗの高さの測定
は以下のようにして行われる。図４において、例えばレ
ーザー発振器９が第３の測定線Ｌ3 上の図示した測定点
にあり、レーザー発振器９の拡散面Ｉが前記第３の測定
線Ｌ3 の一部を照射している状態において、カメラ１０
の光軸Ａが前記測定線Ｌ3 と交差する場合、カメラ１０
が測定線Ｌ3 からの反射光を捕らえることにより形成さ
れる前記測定線Ｌ3 の画像は、図５に示すようにカメラ
１０の画面の中心を通ることになる。しかしながら、カ
メラ１０の位置が高すぎて光軸Ａが測定線Ｌ3 の上側を
通る場合、測定線Ｌ3 の画像はカメラ１０の画面の中心
の下側を通ることになり、逆にカメラ１０の位置が低す
ぎて光軸Ａが測定線Ｌ3 の下側を通る場合、測定線Ｌ3
の画像はカメラ１０の画面の中心の上側を通ることにな
る。従って、測定線Ｌ3 の画像が常にカメラ１０の画面
の中心を通るように測定ヘッド８をＺ軸に沿って昇降さ
せてやれば、測定ヘッド８は常に前記測定線Ｌ3 上のＰ
点からＺ軸方向に高さＨだけ上方に位置することにな
る。従って、各測定点において測定線Ｌｉがカメラ１０
の画像の中心から所定範囲に収まるように測定ヘッド８
をＺ軸方向に昇降させた後、その測定ヘッド８のＺ座標
を読み取れば、被測定物Ｗの表面の高さを各測定点にお
いて測定することができる。The measurement of the height of the workpiece W at each measurement point is performed as follows. In FIG. 4, for example, a state in which the laser oscillator 9 is at the illustrated measurement point on the third measurement line L3 and the diffusion surface I of the laser oscillator 9 irradiates a part of the third measurement line L3 In the camera 10
If the optical axis A intersects the measurement line L 3, the camera 10
There the measurement line L 3 image formed by capturing reflected light from the measurement line L 3 will pass through the center of the screen of the camera 10 as shown in FIG. However, if the position of the camera 10 is too high, the optical axis A passes over the measurement line L 3, the image of the measurement line L 3 will be passing through the lower center of the screen of the camera 10, the camera 10 in the opposite If the position is too low the optical axis a passes under side of the measurement line L 3, the measurement line L 3
Will pass above the center of the screen of the camera 10. Therefore, do it the measuring head 8 so that an image of the measurement line L 3 always passes through the center of the screen of the camera 10 by lifting along the Z-axis, on constantly measuring head 8 is the measurement line L 3 of the P
It will be located above the point by the height H in the Z-axis direction. Therefore, at each measurement point, the measurement line Li is
Measuring head 8 so that it falls within a predetermined range from the center of the image of
Is raised and lowered in the Z-axis direction, and by reading the Z coordinate of the measuring head 8, the height of the surface of the workpiece W can be measured at each measurement point.
【００１６】図６は被測定物Ｗとして自動車のドアパネ
ル用プレス金型を用いた場合の測定結果を示すもので、
図中のＰ1 〜Ｐ7 …は測定ヘッド８がＹ軸に沿ってスキ
ャンされる各測定点に対応しており、四角枠は各測定点
Ｐ1 〜Ｐ7 …におけるカメラ１０の画像を表している。
４つの測定点Ｐ1 〜Ｐ4 のピッチは比較的小さく（例え
ば１５mm）設定されているのに対し、測定点Ｐ4 以降の
ピッチは比較的大きく（例えば３０mm）設定されてお
り、これにより形状が急変する被測定物Ｗの周縁部の形
状を精密に測定している。FIG. 6 shows a measurement result when a press die for a door panel of an automobile is used as the object W to be measured.
In the drawing, P 1 to P 7 correspond to the measurement points scanned by the measuring head 8 along the Y axis, and the square frame represents the image of the camera 10 at each of the measurement points P 1 to P 7 . ing.
Four pitch measurement points P 1 to P 4 whereas is relatively small (e.g., 15 mm) set, the pitch of the measuring points P 4 and later is relatively large (e.g., 30 mm) set, thereby the shape Is precisely measured for the shape of the peripheral portion of the object to be measured W in which abrupt changes occur.
【００１７】測定線Ｌ1 における第１の測定点Ｐ1 にお
ける測定ヘッド８の座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、ＣＡＤ１３
から送られて来る予め設定されたティーチングデータに
よって決定される。上記測定ヘッド８のスキャンの過程
において該測定ヘッド８のＸ座標は一定であり、Ｙ座標
は測定ヘッド８がスキャンされるピッチΔＹだけ順次変
化する。また測定ヘッド８のＺ座標はカメラ１０の画像
に基づく測定ヘッド８の昇降距離ΔＺだけ順次変化す
る。従って、第２の測定点Ｐ2 における測定ヘッド８の
座標は（Ｘ，Ｙ＋ΔＹ，Ｚ＋ΔＺ）で表される。このよ
うにして、第３の測定点Ｐ3 以降の測定ヘッド８の座標
も順次測定され、マイクロコンピュータ１２のメモリー
に記憶される。The coordinates (X, Y, Z) of the measuring head 8 at the first measuring point P 1 on the measuring line L 1 are represented by CAD 13
Is determined by the preset teaching data sent from the PC. In the process of scanning the measuring head 8, the X coordinate of the measuring head 8 is constant, and the Y coordinate sequentially changes by the pitch ΔY at which the measuring head 8 is scanned. Further, the Z coordinate of the measuring head 8 sequentially changes by the vertical distance ΔZ of the measuring head 8 based on the image of the camera 10. Therefore, the coordinates of the measuring head 8 at the second measuring point P2 are represented by (X, Y + ΔY, Z + ΔZ). In this way, the coordinates of the measuring head 8 after the third measuring point P3 are also measured sequentially and stored in the memory of the microcomputer 12.
【００１８】このようにして測定線Ｌ1 に沿う測定が完
了すると、前記ティーチングデータに基づいて測定ヘッ
ド８が次の測定線Ｌ2 の第１の測定点に移動し、その時
のＸ座標はＸ軸方向のインデックスのピッチΔＸが加算
されたＸ＋ΔＸとなる。When the measurement along the measurement line L 1 is completed in this way, the measurement head 8 moves to the first measurement point on the next measurement line L 2 based on the teaching data, and the X coordinate at that time is X It is X + ΔX to which the pitch ΔX of the axial index is added.
【００１９】次に、カメラ１０の画像に基づいて測定ヘ
ッド８が所定の高さになるようにＺ軸方向に昇降させる
手法を、図７に基づいて説明する。Next, a method of raising and lowering the measuring head 8 in the Z-axis direction so that the measuring head 8 has a predetermined height based on the image of the camera 10 will be described with reference to FIG.
【００２０】この手法は所謂「重み付け平均」を用いた
もので、そのデータとしてカメラ１０の画像をマイクロ
コンピュータ１２の処理メモリに移したものが使用され
る。カメラ１０の画像は横軸（ｘ軸）と縦軸（ｙ軸）よ
りなるｘ−ｙ平面に表され、その原点０はカメラ１０の
光軸Ａの位置に対応する。図中の線ａ0 はレーザー光線
が被測定物Ｗを照射した測定線Ｌｉの画像である画像線
を示すものであって、その位置は原点０の下方にずれて
いる。従って、この場合には測定ヘッド８がＺ軸の上方
にずれている場合に対応しており、測定ヘッド８をＺ軸
に沿って所定距離だけ下降させて前記画像線ａ0 を原点
０に所定距離まで近付ける操作が行われる。This method uses so-called "weighted averaging", and the data obtained by transferring the image of the camera 10 to the processing memory of the microcomputer 12 is used as the data. The image of the camera 10 is represented on an xy plane including a horizontal axis (x axis) and a vertical axis (y axis), and the origin 0 thereof corresponds to the position of the optical axis A of the camera 10. A line a 0 in the figure indicates an image line which is an image of the measurement line Li where the laser beam irradiates the workpiece W, and its position is shifted below the origin 0. Accordingly, this case corresponds to the case where the measuring head 8 is displaced above the Z-axis, and the measuring head 8 is lowered by a predetermined distance along the Z-axis to set the image line a 0 at the origin 0. An operation of approaching the distance is performed.
【００２１】ｘ−ｙ平面は格子状に分割された多数の微
細な画素Ｓから構成されており、画像線ａ0 が通過する
各画素Ｓは、それぞれｘ軸から距離Δｙ0 だけ離れた位
置にあるとする。そして、ｘ−ｙ平面上の画像線ａ0 に
含まれる各画素Ｓのｘ軸から距離Δｙ0 の平均を、前述
の「重み付け平均」によって決定する。The xy plane is composed of a large number of fine pixels S divided in a grid, and each pixel S through which the image line a 0 passes is located at a position away from the x axis by a distance Δy 0. Suppose there is. Then, the average of the distance Δy 0 from the x axis of each pixel S included in the image line a 0 on the xy plane is determined by the above “weighted average”.
【００２２】即ち、ｘ−ｙ平面を、ｘ軸に近い側からＲ
1 ，Ｒ2 ，Ｒ3 ，Ｒ4 の４つの領域に分割するととも
に、領域Ｒ1 では、そこを通過する画像線ａ0 に含まれ
る各画素Ｓの距離Δｙ0 を１倍にして足し合わせ、領域
Ｒ2 では、そこを通過する画像線ａ0 に含まれる各画素
Ｓの距離Δｙ0 を２倍にして足し合わせ、領域Ｒ3 で
は、そこを通過する画像線ａ0 に含まれる各画素Ｓの距
離Δｙ0 を３倍にして足し合わせ、領域Ｒ4 では、そこ
を通過する画像線ａ0 に含まれる各画素Ｓの距離Δｙ0
を４倍にして足し合わせる。このように各領域Ｒ1 〜Ｒ
4 毎に１倍乃至４倍に重み付けされた距離Δｙ0 の総和
を、画像線ａ0 に含まれる全ての画素Ｓの総数で割る
と、画像線ａ0 における各画素Ｓの重み付けされた平均
距離Δｙ1 が求められる。尚、図示例では画像線ａ0 が
領域Ｒ2 〜Ｒ4 のみを通過しているため、上記操作は実
質的に３つの領域Ｒ2 〜Ｒ4 における実効範囲において
のみ行われる。That is, the xy plane is defined as R from the side close to the x-axis.
1 , R 2 , R 3 , and R 4 , and in the region R 1 , the distance Δy 0 of each pixel S included in the image line a 0 passing through the region R 1 is added and added. In the region R 2 , the distance Δy 0 of each pixel S included in the image line a 0 passing therethrough is doubled and added. In the region R 3 , each pixel S included in the image line a 0 passing therethrough is added. summed by a distance [Delta] y 0 in the 3-fold, in the region R 4, the distance [Delta] y 0 for each pixel S contained in the image lines a 0 therethrough
4 times and add. Thus, each of the regions R 1 to R
The sum of the weighted distance [Delta] y 0 for each 4 to 1 to 4 times, divided by the total number of all the pixels S contained in the image lines a 0, a weighted average distance of each pixel S in the image lines a 0 Δy 1 is determined. Incidentally, the image lines a 0 in the illustrated embodiment for passing through only a region R 2 to R 4, the operation is carried out only in substantially three regions R 2 to R effective range in 4.
【００２３】上述のようにして画像線ａ0 における各画
素Ｓの重み付けされた平均距離Δｙ 1 が求められると、
測定ヘッド８をＺ軸に沿って下降させることにより、前
記求められた平均距離Δｙ1 だけ画像線ａ0 を上方に移
動させる。その結果、移動後の画像線ａ1 を原点０に極
めて近い位置に接近させることができる。ここで、若し
も前述の「重み付け平均」を用いずに「単純平均」によ
って各画素Ｓの平均距離Δｙ1 ′を求めたとすると、そ
の平均距離Δｙ1 ′は重み付けされた平均距離Δｙ1 よ
りもｘ軸に近づいたものとなる。従って、単純な平均距
離Δｙ1 ′に基づいて修正された画像線ａ1 ′は原点０
に充分に接近せず、結果として測定ヘッド８のＺ軸に沿
う昇降制御を精密に行えないことになる。As described above, image line a0Each painting in
Weighted average distance Δy of element S 1Is required,
By lowering the measuring head 8 along the Z axis,
Average distance Δy found1Only image line a0Move up
Move. As a result, the moved image line a1To the origin 0
Can be brought closer to the nearest location. Where you are
Does not use the above-mentioned "weighted average"
Is the average distance Δy of each pixel S1′,
Average distance Δy1'Is the weighted average distance Δy1Yo
Is closer to the x-axis. Therefore, a simple average distance
Separation Δy1'Corrected image line a1'Is origin 0
To the measurement head 8 along the Z axis.
This means that the elevation control cannot be performed precisely.
【００２４】尚、「重み付け平均」による画像線ａ0 の
移動操作を、前述と同様にしてｘ軸方向についても行え
ば、画像線ａ1 を図７の矢印方向に移動させて原点０に
一層接近させることができる。If the moving operation of the image line a 0 by “weighted averaging” is also performed in the x-axis direction in the same manner as described above, the image line a 1 is moved in the direction of the arrow in FIG. Can be approached.
【００２５】上述のようにして、被測定物Ｗの各測定線
Ｌ1 ，Ｌ2 …の測定点Ｐ1 ，Ｐ2 …に対応するデータが
マイクロコンピュータ１２に採取されると、そのデータ
は測定データファイルとしてＣＡＤ１３に送られて処理
され、被測定物Ｗの形状を各測定線Ｌ1 ，Ｌ2 …に対応
する断面形状の集合として縞模様（三次元ワイヤーフレ
ーム）でグラフィック表示することができる。このと
き、各測定点Ｐ1 ，Ｐ2…に対応する離散的なデータ
は、周知の最小二乗法を用いて滑らかな曲線に変換され
る。また前記測定データファイルをＣＡＤ１３で処理す
ることにより基準データと比較し、そのプラス方向のズ
レとマイナス方向のズレを異なる色でグラフィック表示
することができる。その他、ＣＡＤ１３において、被測
定物Ｗの形状を視覚的に表現するゼブラ評価、被測定物
Ｗの凹凸を等高線で表示するマスター比較、被測定物Ｗ
の面の歪み状態を表示する曲率評価等を行うことができ
る。As described above, when the data corresponding to the measurement points P 1 , P 2, ... Of the measurement lines L 1 , L 2 ,. The data is sent to the CAD 13 as a data file, processed, and the shape of the DUT W can be graphically displayed as a set of cross-sectional shapes corresponding to the respective measurement lines L 1 , L 2 . . At this time, the discrete data corresponding to each of the measurement points P 1 , P 2, ... Is converted into a smooth curve by using a known least square method. Further, by processing the measurement data file by the CAD 13, it can be compared with the reference data, and the displacement in the plus direction and the displacement in the minus direction can be graphically displayed in different colors. In addition, in the CAD 13, zebra evaluation for visually expressing the shape of the object W, master comparison for displaying the unevenness of the object W with contour lines, and the object W
The curvature evaluation for displaying the distortion state of the surface can be performed.
【００２６】而して、実際の金型の形状と金型データと
のズレを正確に把握し、金型のどの部分をどれだけ切削
或いは肉盛りべきかの修正データを容易に得ることが可
能となる。Thus, it is possible to accurately grasp the deviation between the actual mold shape and the mold data, and easily obtain correction data on which part of the mold should be cut or filled. Becomes
【００２７】図８は上記作用をフローチャートで示した
もので、ステップ１で測定ヘッド８を所定の測定点に移
動させた後、ステップ２でレーザー発振器９から被測定
物Ｗに照射したレーザー光線の反射光をカメラ１０で捕
らえることにより画像データを取り込む。ステップ３で
前記画像データをＡ／Ｄ変換した後、ステップ４で各画
素に対応する画像データを白から黒までの２５６段階に
分類する。続くステップ５で各画素の画像データを白又
は黒に２値化してレーザー光線の画像を抽出し、更にス
テップ６で前記レーザー光線の画像に基づいて測定ヘッ
ド８の上下位置を判別する。ステップ６で測定ヘッド８
の上下位置が所定の許容範囲にあればステップ７に移行
し、ステップ６で測定ヘッド８の上下位置が所定の許容
範囲になければステップ８に移行して測定ヘッド８の上
下位置のズレを修正すべく測定ヘッド８をＺ軸方向に昇
降駆動する。そして、ステップ８で測定ヘッド８のＺ軸
方向の移動量ΔＺと、測定ヘッド８のインデックスによ
るＸ軸方向の移動量ΔＸとスキャンによるＹ軸方向の移
動量ΔＹとを取り込む。FIG. 8 is a flowchart showing the above operation. In step 1, after the measuring head 8 is moved to a predetermined measuring point, in step 2, the reflection of the laser beam radiated from the laser oscillator 9 onto the object W is measured. Image data is captured by capturing light with the camera 10. After A / D conversion of the image data in step 3, the image data corresponding to each pixel is classified into 256 levels from white to black in step 4. In the following step 5, the image data of each pixel is binarized to white or black to extract a laser beam image. In step 6, the vertical position of the measuring head 8 is determined based on the laser beam image. Measurement head 8 in step 6
If the vertical position of the measuring head 8 is within the predetermined allowable range, the process proceeds to step 7, and if the vertical position of the measuring head 8 is not within the predetermined allowable range at step 6, the process proceeds to step 8 to correct the deviation of the vertical position of the measuring head 8. The measuring head 8 is driven to move up and down in the Z-axis direction in order to perform the operation. Then, in step 8, the moving amount ΔZ of the measuring head 8 in the Z-axis direction, the moving amount ΔX in the X-axis direction by the index of the measuring head 8 and the moving amount ΔY in the Y-axis direction by scanning are fetched.
【００２８】１つの測定点における測定が終了すると、
測定ヘッド８を次の測定点に移動させて上記ステップ１
〜ステップ８を繰り返し、ステップ９で全ての測定点に
おける測定が終了すると、ステップ１０に移行する。ス
テップ１０で測定ヘッド８の移動量（ΔＸ，ΔＹ，Δ
Ｚ）を基準点の座標に（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に加算し、測定ヘ
ッド８の絶対座標（Ｘ＋ΔＸ，Ｙ＋ΔＹ，Ｚ＋ΔＺ）を
算出して被測定物Ｗの各測定ポイントＰ1 ，Ｐ2 …に対
応する離散的なデータを求める。When the measurement at one measurement point is completed,
Move the measuring head 8 to the next measuring point,
Steps 8 to 10 are repeated, and when the measurement at all the measurement points is completed in step 9, the process proceeds to step 10. In step 10, the movement amount (ΔX, ΔY, Δ
Z) is added to the coordinates of the reference point to (X, Y, Z), and the absolute coordinates (X + ΔX, Y + ΔY, Z + ΔZ) of the measurement head 8 are calculated, and the measurement points P 1 , P 2 ,. Find discrete data corresponding to.
【００２９】続いて、ステップ１１以降で前記離散的な
データのスムージングが行われる。即ち、ステップ１１
で各測定ポイントＰ1 ，Ｐ2 …に対応する離散的なデー
タを最小二乗処理して三次元曲線を求め、ステップ１２
で前記三次元曲線に対してＺ値が所定範囲を越えて逸脱
するデータを除外した後、ステップ１３で更に２回目の
最小二乗処理を行ってスムージングされた三次元曲線を
得る。そしてステップ１４で前記三次元曲線から等間隔
で複数のポイントを選択し、それらのポイントを直線で
接続して最終的な三次元曲線を求めることができる。Subsequently, the smoothing of the discrete data is performed in step 11 and subsequent steps. That is, step 11
, The discrete data corresponding to each of the measurement points P 1 , P 2 ,.
After excluding data in which the Z value deviates beyond the predetermined range from the three-dimensional curve, a second least-squares process is further performed in step 13 to obtain a smoothed three-dimensional curve. Then, at step 14, a plurality of points are selected at equal intervals from the three-dimensional curve, and these points are connected by a straight line to obtain a final three-dimensional curve.
【００３０】以上、本発明の実施例を詳述したが、本発
明は前記実施例に限定されるものでなく、種々の小設計
変更を行うことが可能である。Although the embodiments of the present invention have been described in detail, the present invention is not limited to the above embodiments, and various small design changes can be made.
【００３１】[0031]
【発明の効果】以上のように本発明によれば、カメラの
画面に捕らえたレーザー光線の反射光の画像線を構成す
る複数の画素の前記基準点からの距離を重み付け平均し
て重み付け平均距離を求め、この重み付け平均距離だけ
画像線を基準点に向けて移動させているので、画像線を
カメラの画面の基準点に自動的に接近させて測定ヘッド
を被測定物の表面形状に倣って追従させ、その表面形状
を精密に測定することができる。As described above, according to the present invention, the distances from the reference point of a plurality of pixels constituting the image line of the reflected light of the laser beam captured on the screen of the camera are weighted and averaged to obtain a weighted average distance. Since the image line is moved toward the reference point by this weighted average distance, the image line is automatically brought close to the reference point on the camera screen, and the measurement head follows the surface shape of the DUT. Then, the surface shape can be precisely measured.
【図１】表面形状測定装置の全体斜視図FIG. 1 is an overall perspective view of a surface profile measuring apparatus.
【図２】図１の２方向拡大矢視図FIG. 2 is an enlarged view taken in two directions in FIG. 1;
【図３】表面形状測定装置の制御系を示す図FIG. 3 is a diagram showing a control system of the surface shape measuring device.
【図４】測定原理を示す図FIG. 4 is a diagram showing a measurement principle.
【図５】測定ヘッドの高さとカメラで捕らえた画像の関
係を示す図FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a height of a measuring head and an image captured by a camera.
【図６】ドアパネル用プレス金型の測定結果を示す図FIG. 6 is a diagram showing a measurement result of a door panel press die.
【図７】カメラの画像に基づいて測定ヘッドを昇降させ
る手法の説明図FIG. 7 is an explanatory diagram of a method of moving a measuring head up and down based on an image of a camera.
【図８】測定の手順を示すフローチャートFIG. 8 is a flowchart showing a measurement procedure.
８ 測定ヘッド ９ レーザー発振器 １０ カメラ Ｓ 画素 Ｗ 被測定物 ａ0 画像線 Δｙ0 平均距離 Δｙ1 重み付け平均距離8 Measurement Head 9 Laser Oscillator 10 Camera S Pixel W DUT a 0 Image Line Δy 0 Average Distance Δy 1 Weighted Average Distance
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 海津 義和 埼玉県狭山市新狭山１丁目10番地１ ホ ンダエンジニアリング株式会社内 (72)発明者 児玉 彰 埼玉県狭山市新狭山１丁目10番地１ ホ ンダエンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−300610（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−259704（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−298807（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−225109（ＪＰ，Ａ) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Yoshikazu Kaizu 1-10-1 Shin-Sayama, Sayama-shi, Saitama Honda Engineering Co., Ltd. (72) Inventor Akira Kodama 1-10-1 Shin-Sayama, Sayama-shi, Saitama (56) References JP-A-2-300610 (JP, A) JP-A-3-259704 (JP, A) JP-A-2-298807 (JP, A) JP-A-63-225109 (JP) JP, A)
Claims (1)
に対して、Ｘ軸方向にインデックスされ、Ｙ軸方向にス
キャンされ、且つＺ軸方向に進退駆動される測定ヘッド
（８）と、この測定ヘッド（８）に設けられ、レーザー
光線をＹ−Ｚ平面内に拡散させて被測定物（Ｗ）に照射
するレーザー発振器（９）と、前記測定ヘッド（８）に
設けられ、被測定物（Ｗ）からの反射光をＹ−Ｚ平面か
ら偏倚した位置において捕らえるカメラ（１０）とを備
えた物品の表面形状測定装置において、カメラ（１０）
の画面に捕らえた前記反射光の画像線（ａ0 ）が該画面
上の基準点に接近するように前記測定ヘッド（８）をＺ
軸方向に進退させることにより、その測定ヘッド（８）
を被測定物（Ｗ）の表面形状に倣って追従させる測定ヘ
ッドの追従方法であって、 前記画像線（ａ0 ）を構成する複数の画素（Ｓ）の前記
基準点からの距離（Δｙ0 ）を重み付け平均して重み付
け平均距離（Δｙ1 ）を求め、この重み付け平均距離
（Δｙ1 ）だけ画像線（ａ0 ）を基準点に向けて移動さ
せることを特徴とする、物品の表面形状測定装置におけ
る測定ヘッドの追従方法。1. An object to be measured (W) placed on an XY plane
, A measurement head that is indexed in the X-axis direction, is scanned in the Y-axis direction, and is driven forward and backward in the Z-axis direction, and a laser beam provided on the measurement head (8). A laser oscillator (9) for irradiating the object to be measured (W) by diffusing the light into the inside thereof; and a position provided on the measuring head (8), wherein the reflected light from the object to be measured (W) is deviated from the YZ plane. In a device for measuring the surface shape of an article comprising a camera (10) captured at
The measuring head (8) is moved so that the image line (a 0 ) of the reflected light captured on the screen approaches the reference point on the screen.
By moving it back and forth in the axial direction, its measuring head (8)
In accordance with the surface shape of the object (W) to be measured, wherein the distance (Δy 0 ) of the plurality of pixels (S) constituting the image line (a 0 ) from the reference point. ) weighted average of the calculated weighted average distance ([Delta] y 1), characterized in that moving towards the reference point the weighted average distance ([Delta] y 1) only the image line (a 0), the surface shape measurement of an article A method for following a measuring head in an apparatus.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13283792A JP2612794B2 (en) | 1992-05-25 | 1992-05-25 | Method for following a measuring head in an article surface shape measuring apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13283792A JP2612794B2 (en) | 1992-05-25 | 1992-05-25 | Method for following a measuring head in an article surface shape measuring apparatus |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05322535A JPH05322535A (en) | 1993-12-07 |
| JP2612794B2 true JP2612794B2 (en) | 1997-05-21 |
Family
ID=15090684
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13283792A Expired - Lifetime JP2612794B2 (en) | 1992-05-25 | 1992-05-25 | Method for following a measuring head in an article surface shape measuring apparatus |
Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JP2612794B2 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5844801A (en) * | 1994-12-08 | 1998-12-01 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Method of inspecting and manufacturing vehicle body |
| JP4794160B2 (en) * | 2004-03-31 | 2011-10-19 | 日東電工株式会社 | Surface shape measuring apparatus and surface shape measuring method |
| JP2012073094A (en) * | 2010-09-28 | 2012-04-12 | Toyota Motor Corp | Film thickness measurement device |
-
1992
- 1992-05-25 JP JP13283792A patent/JP2612794B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05322535A (en) | 1993-12-07 |
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