JP3029572B2 - Method for measuring cross-sectional contour shape of object to be measured and method for measuring three-dimensional shape - Google Patents
Method for measuring cross-sectional contour shape of object to be measured and method for measuring three-dimensional shapeInfo
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】回転装置に取り付けられた被
測定体の表面にレーザービームを照射することにより、
被測定体の形状を計測する測定方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION By irradiating a laser beam to the surface of a measurement object attached to a rotating device,
The present invention relates to a measurement method for measuring a shape of a measured object.
【０００２】[0002]
【従来の技術】指向性の高いレーザービームを使用した
被測定体の形状測定は、高い測定精度が確保されるの
で、例えば球体や円筒構造物の真円度測定等の高精度が
要求される測定に従来から利用されている。投光器と受
光器が一体化されたレーザーセンサから照射されたレー
ザービームにより被測定体の表面形状を測定する場合に
は、レーザーセンサと被測定体の両方かあるいは何方か
一方を移動させることによりレーザーセンサと被測定体
とを相対移動させ、これにより被測定体の測定部位、例
えば任意の断面の輪郭や表面全体の走査を行わせてい
る。2. Description of the Related Art The shape measurement of an object to be measured using a laser beam having a high directivity ensures a high measurement accuracy, and therefore requires a high accuracy such as a roundness measurement of a sphere or a cylindrical structure. It is conventionally used for measurement. When measuring the surface shape of an object to be measured with a laser beam emitted from a laser sensor with an integrated emitter and receiver, the laser is moved by moving either the laser sensor and / or the object. The sensor and the object to be measured are relatively moved, thereby scanning a measurement site of the object to be measured, for example, an outline of an arbitrary cross section or the entire surface.
【０００３】投光器と受光器が一体化されたレーザーセ
ンサを使用したものとして、例えば特開昭６２−５５５
０２号では、レーザーセンサ（レーザ計測器）をＸ，
Ｙ，Ｚの各直交軸に移動可能にするとともにＸ−Ｙ平面
上（水平面上）にも旋回可能にしており、これにより被
測定体の表面に沿ってレーザービームを照射できるよう
にしている。[0003] Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 62-555 discloses an apparatus using a laser sensor in which a light emitter and a light receiver are integrated.
In No. 02, the laser sensor (laser measuring instrument)
The laser beam can be moved in each of the orthogonal axes of Y and Z and can also be turned on the XY plane (on the horizontal plane), so that the laser beam can be irradiated along the surface of the measured object.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】一般にレーザーセンサ
は、被測定体に対してレーザービームを照射し、その反
射光を受光し、三角法等の原理を用いて被測定体の位置
の測定を行うようにしている。このような反射を利用し
た測定では、反射光を得られやすくするために、被測定
体表面の被測定点に対して垂直にレーザービームを照射
することが望ましいとされている。これは垂直からはず
れた角度でレーザービームが照射された場合、反射光に
ついて正確な測定を行うために必要な十分な光量が得ら
れず、測定精度が低下することによるためである。した
がって、正確な反射光のデータを得るためには、レーザ
ービームは被測定体表面に対して垂直に入射させる必要
がある。Generally, a laser sensor irradiates a laser beam to an object to be measured, receives reflected light of the laser beam, and measures the position of the object to be measured using a principle such as trigonometry. Like that. In measurement using such reflection, it is desirable to irradiate a laser beam perpendicularly to a point to be measured on the surface of the measured object in order to easily obtain reflected light. This is because when the laser beam is irradiated at an angle deviating from the vertical, a sufficient amount of light necessary for performing accurate measurement of the reflected light cannot be obtained, and the measurement accuracy is reduced. Therefore, in order to obtain accurate reflected light data, the laser beam needs to be perpendicularly incident on the surface of the measured object.
【０００５】しかし、特開昭６２−５５５０２号の装置
では、被測定体の被測定面は入射光に対して垂直かある
いは略垂直となるものに限定されるので、被測定体の表
面形状が不定形であるもの、例えば複雑な凹凸が存在す
る表面形状についてまでは正確に測定できないという問
題がある。また、この装置では被測定体は定盤上に載置
されることになるので、被測定体の表面の一部が平坦で
なければならない。さらに、被測定体の表面のうち少な
くとも定盤に当接する面の測定については、被測定体の
当接面を替えて定盤上に載置し直す必要が生ずる。However, in the apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 62-55502, the surface of the object to be measured is limited to a surface that is perpendicular or substantially perpendicular to the incident light. There is a problem that it is not possible to accurately measure an irregular shape, for example, a surface shape having complicated irregularities. Further, in this apparatus, since the object to be measured is placed on the surface plate, a part of the surface of the object to be measured must be flat. Further, in the measurement of at least the surface of the object to be measured which comes into contact with the surface plate, it is necessary to replace the contact surface of the object to be measured and to mount the object on the surface plate again.
【０００６】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたものであり、複雑な表面形状を有する被測定体の表
面形状を測定可能にするとともに、被測定体を載置し直
すことなく被測定体の任意の断面の輪郭あるいは被測定
体の表面全面すなわち３次元形状を測定可能とする、被
測定体の断面輪郭形状測定方法及び３次元形状測定方法
を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and enables measurement of the surface shape of a measurement object having a complicated surface shape, and allows measurement of the measurement object without remounting the measurement object. It is an object of the present invention to provide a cross-sectional contour shape measuring method and a three-dimensional shape measuring method of an object to be measured, which can measure an arbitrary cross-sectional contour of the object to be measured or the entire surface of the object to be measured, that is, a three-dimensional shape.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明における被測定体の断面輪郭形状測定方法
では、回転装置に取り付けられた被測定体の表面にレー
ザービームを照射することにより被測定体の断面輪郭形
状を計測する測定方法において、一定方向にレーザービ
ームを照射可能にされた投光・受光一体型のレーザーセ
ンサより被測定体に対してレーザービームを照射するこ
とにより第１の仮点としての被測定体表面の任意の１点
の座標値を測定し（ステップ１）、次いでレーザーセン
サを予め設定された計測ピッチ分だけ第１の仮点の測定
位置から移動させレーザービームを照射することにより
第２の仮点としての被測定体表面の座標値を測定し（ス
テップ２）、前記第１、第２の仮点の座標値及び計測ピ
ッチより第３の仮点の座標値を設定するとともに第３の
仮点における法線ベクトルを算出し（ステップ３）、こ
の法線ベクトルがレーザービームの照射方向と平行にな
るように前記回転装置を動作させることにより被測定体
を回転させ（ステップ４）、次いでレーザービームがレ
ーザーセンサの精度が最も高い測定距離すなわち焦点距
離において第３の仮点に対して照射するようにレーザー
センサを移動させ（ステップ５）、以上の操作によりレ
ーザービームが照射された被測定体表面の第１の計測点
の座標値を測定し（ステップ６）、以降、仮点及び測定
された計測点の座標値を基にステップ３〜ステップ６の
処理を繰り返すことにより第２以降の計測点の座標値を
逐次測定し、これにより被測定体の断面輪郭形状を測定
するようにした（請求項１）。In order to solve the above-mentioned problems, in the method for measuring the cross-sectional profile of an object to be measured according to the present invention, the surface of the object to be measured attached to a rotating device is irradiated with a laser beam. In the measurement method for measuring the cross-sectional contour shape of the object to be measured by irradiating the laser beam to the object to be measured from the integrated light emitting and receiving laser sensor enabled to irradiate the laser beam in a certain direction The coordinate value of an arbitrary point on the surface of the measured object as one temporary point is measured (step 1), and then the laser sensor is moved from the measurement position of the first temporary point by a predetermined measurement pitch, and the laser is moved. By irradiating the beam, a coordinate value of the surface of the measured object as a second temporary point is measured (step 2), and a third temporary point is obtained from the coordinate values and the measurement pitch of the first and second temporary points. Are set and the normal vector at the third temporary point is calculated (step 3), and the rotation device is operated so that the normal vector is parallel to the irradiation direction of the laser beam. The body is rotated (step 4), and then the laser sensor is moved so that the laser beam irradiates the third temporary point at the measurement distance or focal length where the laser sensor has the highest accuracy (step 5). The coordinates of the first measurement point on the surface of the measurement object irradiated with the laser beam by the operation are measured (step 6), and thereafter, steps 3 to 6 are performed based on the coordinates of the temporary point and the measured measurement points. By repeating the above processing, the coordinate values of the second and subsequent measurement points are sequentially measured, and thereby the cross-sectional contour shape of the measured object is measured (claim 1).
【０００８】上記の構成とすることにより、被測定体の
表面上に仮に設定した任意の２点すなわち第１及び第２
の仮点の座標値を測定し、この２点を結ぶ直線に垂直な
法線ベクトルを算出し、一定方向にレーザービームを照
射可能にされた投光・受光一体型のレーザーセンサが照
射するレーザービームが、この法線ベクトルと平行にな
るように回転装置を動作させることにより被測定体を回
転させ、これにより第１及び第２の仮点の近傍に存在す
る被測定体表面の第１の計測点において、レーザービー
ムがほぼ垂直に入射されるようになる。ここで、第１及
び第２の仮点の座標値の測定においてはレーザービーム
はこれらの仮点に対して垂直には入射されないので、測
定された第１及び第２の仮点の座標値には測定誤差が含
まれることになる。しかし、第１及び第２の仮点は互い
に近接して存在している（計測ピッチ分だけ離れて存在
している）ので測定誤差も互いにほぼ等しくなり、よっ
て算出される法線ベクトルは測定誤差の影響をほとんど
受けないものになる。第２以降の計測点の設定及びその
座標値の測定においては、仮点及び測定された計測点の
座標値を基にステップ３〜ステップ６の処理を繰り返せ
ば逐次測定することができ、最終的に被測定体の任意の
断面の輪郭形状が測定されることになる。With the above configuration, any two points temporarily set on the surface of the measured object, that is, the first and second points are set.
Measure the coordinate value of the temporary point, calculate the normal vector perpendicular to the straight line connecting the two points, and irradiate the laser beam with the integrated laser sensor that can emit a laser beam in a fixed direction. The object to be measured is rotated by operating the rotating device so that the beam is parallel to the normal vector, whereby the first surface of the object to be measured existing near the first and second temporary points can be rotated. At the measurement point, the laser beam is incident almost perpendicularly. Here, in the measurement of the coordinate values of the first and second temporary points, since the laser beam is not incident perpendicularly to these temporary points, the measured coordinate values of the first and second temporary points are Implies a measurement error. However, since the first and second provisional points are close to each other (are separated by the measurement pitch), the measurement errors are also substantially equal to each other, and thus the normal vector calculated is the measurement error. Will be almost unaffected. In the setting of the second and subsequent measurement points and the measurement of the coordinate values, the measurement can be sequentially performed by repeating the processing of steps 3 to 6 based on the temporary point and the coordinate values of the measured measurement points. Then, the profile of an arbitrary cross section of the object to be measured is measured.
【０００９】また、前記レーザーセンサを回転装置に取
り付けられた被測定体の回転軸に対して平行に移動可能
にして、前記断面形状測定方法を用いて被測定体の複数
の断面の輪郭形状を測定するようにすれば、被測定体の
表面全体の形状を測定することができる（請求項２）。Further, the laser sensor can be moved in parallel with the rotation axis of the object to be measured attached to a rotating device, and the contour shape of a plurality of cross sections of the object to be measured can be determined by using the cross-sectional shape measuring method. If the measurement is performed, the shape of the entire surface of the measured object can be measured (claim 2).
【００１０】[0010]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。図２は、回転軸Ｃの回りに図
示しない回転装置により回転可能にされた複雑な表面形
状を有する３次元物体としての被測定体１２の表面形状
を、少なくとも回転軸Ｃに対して平行に移動可能にされ
たレーザーセンサ１１により測定する様子を示す概念図
である。レーザーセンサ１１には、被測定体１２に対し
てレーザービームを照射する投光器と、被測定体１２か
らの反射光を受光する受光器が内蔵されている。また、
レーザーセンサ１１は、それ自体及びその外部に旋回機
構を有しないものとしているので、レーザーセンサ１１
が発するレーザービームの方向は常に一定となる。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 2 shows the movement of the surface shape of the measured object 12 as a three-dimensional object having a complicated surface shape rotatable around a rotation axis C by a rotation device (not shown) at least in parallel to the rotation axis C. FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating a state where measurement is performed by a laser sensor 11 enabled. The laser sensor 11 has a built-in light emitter for irradiating the measured object 12 with a laser beam and a light receiver for receiving the reflected light from the measured object 12. Also,
Since the laser sensor 11 does not have a turning mechanism itself and the outside thereof, the laser sensor 11
The direction of the laser beam emitted by the laser beam is always constant.
【００１１】図３に被測定体１２の任意の断面の輪郭形
状を測定する際の、レーザーセンサ１１、被測定体１
２、及び直交座標軸の関係を示す。直交座標軸はそのＸ
−Ｙ平面が測定する被測定体１２の断面と平行になるよ
うに設定されている。このとき回転可能にされた被測定
体１２の回転軸ＣはＺ軸（紙面と垂直）に対して平行に
なるが、本実施形態では便宜上回転軸ＣはＺ軸と同一と
する。レーザーセンサ１１は図示しないコントローラを
介してこれに接続された図示しない２つのアクチュエー
タによりＸ軸及びＹ軸のそれぞれと平行に移動可能にさ
れている。アクチュエータとしてはサーボモータの使用
が一般的であるが、位置決めが容易であれば油圧式や空
圧式のシリンダ装置でもよい。また、レーザーセンサ１
１が発するレーザービームの方向は常にＸ軸と平行にな
る。図示しないコントローラは、レーザーセンサー１１
の出力データの処理を行い、また、レーザーセンサー１
１を駆動するアクチュエータ及び被測定体１２を回転駆
動する図示しない回転装置に対して位置指令を出力す
る。FIG. 3 shows the laser sensor 11 and the object 1 to be measured when measuring the contour of an arbitrary section of the object 12.
2 and the relationship between orthogonal coordinate axes. The rectangular coordinate axis is X
The −Y plane is set so as to be parallel to the cross section of the measured object 12. At this time, the rotation axis C of the object to be measured 12 which is made rotatable is parallel to the Z axis (perpendicular to the paper), but in this embodiment, the rotation axis C is assumed to be the same as the Z axis for convenience. The laser sensor 11 can be moved in parallel with each of the X-axis and the Y-axis by two actuators (not shown) connected thereto via a controller (not shown). A servomotor is generally used as the actuator, but a hydraulic or pneumatic cylinder device may be used as long as positioning is easy. In addition, laser sensor 1
The direction of the laser beam emitted by 1 is always parallel to the X axis. The controller not shown is a laser sensor 11
Process the output data of the laser sensor 1
A position command is output to an actuator for driving the device 1 and a rotating device (not shown) for rotating the measured object 12.
【００１２】ここで、レーザーセンサ１１による被測定
体１２の任意の測定点における座標値の算出方法につい
て説明する。レーザーセンサ１１に内蔵された投光器か
ら被測定体１２の測定点に対してレーザービームを照射
し、その反射光をレーザーセンサ１１に内蔵された受光
器により受光することにより、レーザーセンサ１１と測
定点との間の距離をレーザーセンサ１１に接続された図
示しない演算装置により算出する。レーザーセンサ１１
を移動させるＸ軸及びＹ軸のアクチュエータには図示し
ないエンコーダが接続されているので、レーザーセンサ
１１の位置を正確に検出することができ、この検出され
たレーザーセンサ１１の位置の座標値と、前記のレーザ
ーセンサ１１と測定点との間の距離とにより、測定点の
座標値を算出することができる。Here, a method of calculating a coordinate value at an arbitrary measurement point of the measured object 12 by the laser sensor 11 will be described. A laser beam is emitted from a projector built in the laser sensor 11 to a measurement point of the object to be measured 12, and the reflected light is received by a photo detector built in the laser sensor 11, so that the laser sensor 11 and the measurement point are measured. Is calculated by an arithmetic unit (not shown) connected to the laser sensor 11. Laser sensor 11
Since the encoders (not shown) are connected to the X-axis and Y-axis actuators for moving the position, the position of the laser sensor 11 can be accurately detected. The coordinate value of the measurement point can be calculated from the distance between the laser sensor 11 and the measurement point.
【００１３】次に、図１に示す被測定体の断面輪郭形状
測定方法の処理フローを示すフローチャートにしたがっ
て、図３に示す被測定体１２の断面輪郭形状の測定手順
について説明する。Next, the procedure for measuring the sectional contour shape of the measured object 12 shown in FIG. 3 will be described with reference to the flowchart showing the processing flow of the method for measuring the sectional contour shape of the measured object shown in FIG.
【００１４】ステップ１では、回転軸Ｃに関する被測定
体１２の回転角を初期値（例えば０°）になるように被
測定体１２を回転させる。そしてレーザーセンサ１１を
任意の位置に移動させ、この位置から被測定体１２に対
してレーザービームを照射することにより、レーザービ
ームが照射された被測定体１２の断面輪郭上の１点を第
１の仮点ａとして設定し、この第１の仮点ａの座標値
（ｘ0 ，ｙ0 ）を測定す。In step 1, the device 12 is rotated so that the rotation angle of the device 12 with respect to the rotation axis C becomes an initial value (for example, 0 °). Then, the laser sensor 11 is moved to an arbitrary position, and a laser beam is irradiated on the measured object 12 from this position, so that one point on the cross-sectional contour of the measured object 12 irradiated with the laser beam is set to the first position. And the coordinate value (x 0 , y 0 ) of the first temporary point a is measured.
【００１５】ステップ２では、レーザーセンサ１１を予
め設定された計測ピッチＬの分だけ第１の仮点の測定位
置から移動させ、移動後の位置においてレーザービーム
を照射することにより、レーザービームが照射された被
測定体１２の断面輪郭上の１点を第２の仮点ｂとして設
定し、この第２の仮点ｂの座標値（ｘ1 ，ｙ1 ）を測す
る。ここで、計測ピッチＬは各計測点の間隔を決定する
パラメータであり、計測ピッチＬが小さいほど各計測点
の間隔は小さくなり、最終的に測定された断面輪郭形状
は真値に近いものになるが、計測時間は長くなる。In step 2, the laser beam is irradiated by moving the laser sensor 11 from the measurement position of the first provisional point by the preset measurement pitch L and irradiating the laser beam at the position after the movement. One point on the cross-sectional contour of the measured object 12 is set as a second temporary point b, and the coordinate value (x 1 , y 1 ) of the second temporary point b is measured. Here, the measurement pitch L is a parameter that determines the interval between the measurement points. The smaller the measurement pitch L, the smaller the interval between the measurement points, and the finally measured cross-sectional contour shape becomes closer to the true value. However, the measurement time becomes longer.
【００１６】ステップ３では、ステップ１において測定
された第１の仮点ａの座標値（ｘ0，ｙ0 ）及びステッ
プ２において測定された第２の仮点ｂの座標値（ｘ1 ，
ｙ1）から、第３の仮点ｃの座標値（ｘ2 ，ｙ2 ）を設
定するとともに、第３の仮点ｃにおける法線ベクトルを
算出する。ここで、第３の仮点ｃの座標値（ｘ2 ，
ｙ 2 ）は、式（１）及び式（２）により設定する。In step 3, the measurement in step 1 is performed.
The coordinate value (x0, Y0) And step
(X) of the second temporary point b measured in step 21,
y1), The coordinate value (xTwo, YTwo)
And the normal vector at the third temporary point c is
calculate. Here, the coordinate value (xTwo,
y Two) Is set by Expressions (1) and (2).
【００１７】[0017]
【数１】 (Equation 1)
【００１８】すなわち、第３の仮点ｃは、第１の仮点ａ
と第２の仮点ｂを結ぶ線分の延長線上にあり、かつ第２
の仮点ｂから計測ピッチＬだけ離れた点として設定す
る。また、法線ベクトルは第１の仮点ａと第２の仮点ｂ
とを結ぶ直線に垂直なベクトルとなる。That is, the third temporary point c is the first temporary point a
And the second temporary point b is on an extension of a line connecting the
Is set as a point separated from the temporary point b by the measurement pitch L. Also, the normal vector is composed of a first temporary point a and a second temporary point b.
Is a vector perpendicular to the straight line connecting.
【００１９】ステップ４では、ステップ１において算出
された法線ベクトルがレーザービームの照射方向と平行
になるように、回転装置により被測定体１２を回転させ
る。図３に示すように、第１の仮点ａと第２の仮点ｂと
を結ぶ直線とＹ軸とのなす角をθとすると、法線ベクト
ルがレーザービームの照射方向と平行になるようにする
には、２つの仮点を結ぶ直線をＹ軸に平行となるように
すればよいから、被測定体１２を回転角θだけ回転させ
る。ここで回転角θは第１の仮点ａ及び第２の仮点ｂの
座標値から式（３）により与えられる。In step 4, the object to be measured 12 is rotated by the rotating device so that the normal vector calculated in step 1 is parallel to the irradiation direction of the laser beam. As shown in FIG. 3, when the angle between the straight line connecting the first temporary point a and the second temporary point b and the Y axis is θ, the normal vector is parallel to the laser beam irradiation direction. Since the straight line connecting the two temporary points may be made parallel to the Y axis, the measured object 12 is rotated by the rotation angle θ. Here, the rotation angle θ is given by Expression (3) from the coordinate values of the first temporary point a and the second temporary point b.
【００２０】[0020]
【数２】 (Equation 2)
【００２１】図４は、図３に示す被測定体１２が初期値
の状態から回転角θだけ回転されたときの状態を示して
いる。なお、（ｘ0 ′，ｙ0 ′）、（ｘ1 ′，
ｙ1 ′）、（ｘ2 ′，ｙ2 ′）はそれぞれ、回転角θだ
け回転後の、第１〜第３の各仮点の座標値である。ここ
で、回転角θだけ回転された後の第３の仮点ｃの座標値
（ｘ2′，ｙ2 ′）は、回転前の第３の仮点ｃの座標値
（ｘ2 ，ｙ2 ）を基に、式（４）及び式（５）により与
えられる。（ｘ0 ′，ｙ0 ′）及び（ｘ1 ′，ｙ1 ′）
についても同様にして求められる。FIG. 4 shows a state in which the measured object 12 shown in FIG. 3 has been rotated by a rotation angle θ from the state of the initial value. Note that (x 0 ′, y 0 ′), (x 1 ′,
y 1 ′) and (x 2 ′, y 2 ′) are the coordinate values of the first to third temporary points after rotation by the rotation angle θ, respectively. Here, the coordinate value of the third tentative point c after being rotated by the rotation angle θ (x 2 ', y 2 ') , the third coordinate values of the provisional point c before the rotation (x 2, y 2 ) Is given by equations (4) and (5). (X 0 ′, y 0 ′) and (x 1 ′, y 1 ′)
Is similarly obtained.
【００２２】[0022]
【数３】 (Equation 3)
【００２３】ステップ５では、レーザービームがレーザ
ーセンサの精度が最も高い測定距離すなわち焦点距離に
おいて図４に示す第３の仮点ｃに対して照射するように
レーザーセンサを移動させる。具体的に言うと、レーザ
ービームはＸ軸に対して平行に照射されるから、レーザ
ーセンサのレーザービーム照射位置のＹ座標は図４に示
す第３の仮点ｃのＹ座標ｙ2 ′となる。また、一般にレ
ーザーセンサには測定精度が最も高くなる測定距離すな
わち焦点距離があるから、レーザーセンサから第３の仮
点ｃまでの距離が焦点距離と等しくなるようにレーザー
センサを移動させる必要がある。すなわちレーザーセン
サのレーザービーム照射位置のＸ座標は、図４に示す第
３の仮点ｃのＸ座標ｘ2 ′に焦点距離を加算した値とな
る。In step 5, the laser sensor is moved so that the laser beam irradiates the third temporary point c shown in FIG. 4 at the measurement distance, ie, the focal length, at which the laser sensor has the highest accuracy. More specifically, since the laser beam is irradiated in parallel to the X axis, the Y coordinate of the laser beam irradiation position of the laser sensor is the Y coordinate y 2 ′ of the third temporary point c shown in FIG. . Further, since a laser sensor generally has a measurement distance, ie, a focal length, at which the measurement accuracy is highest, it is necessary to move the laser sensor so that the distance from the laser sensor to the third temporary point c is equal to the focal length. . That is, the X coordinate of the laser beam irradiation position of the laser sensor is a value obtained by adding the focal length to the X coordinate x 2 ′ of the third temporary point c shown in FIG.
【００２４】ステップ６では、第３の仮点ｃに向けて照
射されたレーザービームが到達した被測定体１２の断面
輪郭表面上の点を第１の計測点とし、この第１の計測点
Ｐ1の座標値（ｐ1 ′，ｑ1 ′）を測定する。第３の仮
点ｃに向けて照射されたレーザービームは、第１の計測
点Ｐ1 に対して必ずしも完全な垂直入射とはならず、垂
直入射に対して僅かながらズレて入射されるが、第１の
計測点Ｐ1 は第３の仮点ｃの近傍に存在することから、
このズレはレーザーセンサの測定精度に影響を与えない
程度に小さいものであり、また、計測ピッチＬを小さく
設定すればするほどズレは小さくなる。ところで、測定
された第１の計測点Ｐ1 の座標値（ｐ1′，ｑ1 ′）は
被測定体１２が回転角θ分だけ初期位置より回転された
位置での値であるから、これを図３に示す被測定体１２
の初期位置における座標値（ｐ1，ｑ1 ）に変換し、こ
の座標値を第１の計測点Ｐ1 の座標値として記憶する。In step 6, a point on the cross-sectional contour surface of the measured object 12 at which the laser beam irradiated toward the third temporary point c arrives is set as a first measurement point, and the first measurement point P 1 coordinate values (p 1 ', q 1' ) is measured. Laser beam irradiated toward the third tentative point c is not necessarily complete normal incidence to the first measurement point P 1, but is incident displaced slightly relative to normal incidence, Since the first measurement point P 1 exists near the third temporary point c,
This deviation is small enough not to affect the measurement accuracy of the laser sensor, and the smaller the measurement pitch L is set, the smaller the deviation. By the way, the measured coordinate value (p 1 ′, q 1 ′) of the first measurement point P 1 is a value at a position where the measured object 12 has been rotated from the initial position by the rotation angle θ. To be measured 12 shown in FIG.
Is converted to the coordinate value (p 1 , q 1 ) at the initial position of the first measurement point, and this coordinate value is stored as the coordinate value of the first measurement point P 1 .
【００２５】ステップ７では、測定対象としている被測
定体１２の断面の輪郭上の全てにおいて測定が行われた
かどうかについて判断する。測定はほぼ計測ピッチＬの
間隔で行われるから、断面の輪郭の長さを計測ピッチＬ
で除したときの商の値が測定データの個数とほぼ一致す
ることになる。測定対象としている被測定体１２の断面
の輪郭上の全てにおいて測定が行われた場合は測定を終
了し、一方、未測定領域が存在する場合はステップ８へ
進む。In step 7, it is determined whether or not the measurement has been performed on all the contours of the cross section of the measured object 12 to be measured. Since the measurement is performed at intervals of the measurement pitch L, the length of the profile of the cross section is determined by the measurement pitch L.
The value of the quotient when divided by the above is almost equal to the number of the measurement data. If the measurement has been performed on all the contours of the cross section of the measured object 12 to be measured, the measurement is terminated. On the other hand, if an unmeasured region exists, the process proceeds to step S8.
【００２６】ステップ８では、仮点及びこれまでに測定
された計測点の座標値から、次の計測点を測定する際に
必要な第１及び第２の仮点を設定する。例えば、第２の
計測点Ｐ2 の測定に際しては、第１の計測点Ｐ1 の測定
に際して使用した第２の仮点の座標値（ｘ1 ，ｙ1 ）を
第２の計測点Ｐ2 の測定における第１の仮点の座標値
（ｘ0 ，ｙ0 ）とするとともに、測定された第１の計測
点Ｐ1 の座標値（ｐ1 ，ｑ1 ）を第２の計測点の測定に
おける第２の仮点の座標値（ｘ1 ，ｙ1 ）とする。さら
に、第３の計測点Ｐ3 の測定に際しては、測定された第
１の計測点Ｐ1 の座標値（ｐ1 ，ｑ1 ）を第３の計測点
Ｐ3 の測定における第１の仮点の座標値（ｘ0 ，ｙ0 ）
とするとともに、測定された第２の計測点Ｐ2 の座標値
（ｐ2 ，ｑ2 ）を第３の計測点Ｐ3 の測定における第２
の仮点の座標値（ｘ1 ，ｙ1 ）とする。以降、第ｎの計
測点Ｐn の測定に際しては、測定された第（ｎ−２）の
計測点Ｐ(n-2) の座標値（ｐ(n-2) ，ｑ(n-2) ）を第ｎ
の計測点Ｐn の測定における第１の仮点の座標値
（ｘ0 ，ｙ0 ）とするとともに、測定された第（ｎ−
１）の計測点Ｐ(n-1) の座標値（ｐ(n-1) ，ｑ(n-1) ）
を第ｎの計測点Ｐn の測定における第２の仮点の座標値
（ｘ1 ，ｙ1 ）とする。In step 8, first and second temporary points necessary for measuring the next measurement point are set from the coordinate values of the temporary point and the measurement points measured so far. For example, when measuring the second measurement point P 2 , the coordinate value (x 1 , y 1 ) of the second provisional point used for measuring the first measurement point P 1 is used as the second measurement point P 2 . The coordinate value (x 0 , y 0 ) of the first temporary point in the measurement and the coordinate value (p 1 , q 1 ) of the measured first measurement point P 1 are used in the measurement of the second measurement point. The coordinates of the second temporary point are (x 1 , y 1 ). Further, when measuring the third measurement point P 3 , the coordinate values (p 1 , q 1 ) of the measured first measurement point P 1 are converted to the first temporary point in the measurement of the third measurement point P 3. Coordinate value (x 0 , y 0 )
And the measured coordinate value (p 2 , q 2 ) of the second measurement point P 2 is used as the second coordinate value in the measurement of the third measurement point P 3 .
Is the coordinate value (x 1 , y 1 ) of the temporary point. Thereafter, when measuring the n-th measurement point Pn , the coordinate values (p (n-2) , q (n-2) ) of the measured (n-2) th measurement point P (n-2 ) Is the nth
The coordinate value (x 0 , y 0 ) of the first temporary point in the measurement of the measurement point P n of
Coordinate values (p (n-1) , q (n-1) ) of the measurement point P (n-1) in 1 )
Is the coordinate value (x 1 , y 1 ) of the second temporary point in the measurement of the n- th measurement point P n .
【００２７】ステップ８において新たな仮点が設定され
た後は、再びステップ３以降の処理を行わせる。このよ
うにして第２以降の計測点の座標値を逐次測定し、これ
により被測定体断面の輪郭形状を測定する。After a new provisional point is set in step 8, the processing after step 3 is performed again. In this way, the coordinate values of the second and subsequent measurement points are sequentially measured, and thereby the contour shape of the section of the measured object is measured.
【００２８】上記の実施形態は、図２に示す３次元物体
としての被測定体１２の任意の断面の輪郭形状を測定す
るものであったが、レーザーセンサ１１を被測定体１２
の回転軸Ｃに沿って移動可能にすれば、被測定体１２の
複数の断面の輪郭形状が測定可能になり、これにより被
測定体の表面全体の形状を測定することができるように
なる。そこで、２つのアクチュエータによりＸ軸及びＹ
軸のそれぞれと平行に移動可能にされた上記実施形態の
レーザーセンサ１１に対し、この２つのアクチュエータ
に加えＺ軸用のアクチュエータを設置する。すなわち、
レーザーセンサ１１は、３つのアクチュエータによりＸ
軸、Ｙ軸、及びＺ軸のそれぞれと平行に移動可能にす
る。これによりレーザーセンサ１１は、被測定体１２の
回転軸Ｃに対しても平行に移動可能になる。In the above embodiment, the contour of an arbitrary cross section of the object 12 as a three-dimensional object shown in FIG. 2 is measured.
Is movable along the rotation axis C, the contour shapes of a plurality of cross sections of the measured object 12 can be measured, and thereby the shape of the entire surface of the measured object can be measured. Therefore, the X axis and Y
For the laser sensor 11 of the above embodiment, which is movable in parallel with each of the axes, an actuator for the Z axis is installed in addition to the two actuators. That is,
The laser sensor 11 is X by three actuators.
It is possible to move in parallel with each of the axis, the Y axis, and the Z axis. Thus, the laser sensor 11 can move in parallel with the rotation axis C of the measured object 12.
【００２９】この３軸に移動可能にされたレーザーセン
サ１１による被測定体１２の表面全体の形状の測定手順
としては、まずレーザーセンサ１１をＺ軸方向（すなわ
ちＣ軸方向）に移動させ、レーザービームが被測定体１
２の一方の端部を照射するよう位置決めする。次に、被
測定体１２の他方の端部に向けてレーザーセンサ１１を
Ｚ軸方向に計測ピッチＬZ 分だけ移動させ、このＺ座標
位置における被測定体１２の断面の輪郭形状を図１に示
す前述の測定手順にしたがい測定する。このＺ座標位置
における測定の終了後、再度レーザーセンサ１１をＺ軸
方向に計測ピッチＬZ 分だけ移動させ、このＺ座標位置
における被測定体１２の断面の輪郭形状を同様にして測
定する。これらの処理をレーザービームが被測定体１２
の他方の端部を照射する位置まで繰り返すことにより、
被測定体の表面全体の形状データを得る。図５は、この
測定手順にしたがい測定された被測定体の測定データ
（座標データ）に基づき、被測定体の形状を立体的にグ
ラフィック表示した図である。As a procedure for measuring the shape of the entire surface of the measured object 12 by the laser sensor 11 movable in three axes, first, the laser sensor 11 is moved in the Z-axis direction (that is, the C-axis direction). Beam to be measured 1
Position one to irradiate one end. Then, the laser sensor 11 toward the other end portion of the object to be measured 12 is moved in the Z-axis direction by the measurement pitch L Z component, the cross-sectional contour of the object to be measured 12 in the Z-coordinate position in FIG. 1 The measurement is performed according to the above-described measurement procedure shown below. After completion of the measurement in the Z-coordinate position, moving the laser sensor 11 again Z-axis direction by the measurement pitch L Z min, measured in the same manner as the cross-sectional contour of the object to be measured 12 in the Z-coordinate position. These processes are performed by the laser beam
By repeating to the position to irradiate the other end of
Obtain shape data of the entire surface of the measured object. FIG. 5 is a diagram in which the shape of the measured object is three-dimensionally graphically displayed based on the measurement data (coordinate data) of the measured object measured according to the measurement procedure.
【００３０】[0030]
【発明の効果】本発明によれば、回転装置に取り付けら
れた被測定体の表面にレーザービームを照射することに
より被測定体の断面輪郭形状を計測する測定方法におい
て、被測定体の表面上に仮に設定した任意の２点の仮点
の座標値を測定し、この２点の仮点を結ぶ直線に垂直な
法線ベクトルを算出し、一定方向にレーザービームを照
射可能にされた投光・受光一体型のレーザーセンサが照
射するレーザービームが、この法線ベクトルと平行にな
るように回転装置を動作させることにより被測定体を回
転させ、これにより２点の仮点の近傍に存在する被測定
体表面の計測点においてレーザービームがほぼ垂直に入
射されるようにしたので、被測定体の表面形状が不定形
であるもの、例えば複雑な凹凸が存在する表面形状につ
いても、各計測点においてレーザービームがほぼ垂直に
入射されるようになり、これにより投光・受光一体型の
レーザーセンサにより被測定体の断面輪郭形状を高精度
に測定できるようになッた。According to the present invention, there is provided a measuring method for measuring a cross-sectional profile of a measured object by irradiating a laser beam onto a surface of the measured object attached to a rotating device. Measures the coordinate values of any two temporary points temporarily set, calculates a normal vector perpendicular to a straight line connecting these two temporary points, and emits a laser beam in a fixed direction.・ The object to be measured is rotated by operating the rotating device so that the laser beam emitted by the laser sensor integrated with the light receiving unit is parallel to the normal vector, whereby the laser beam is present near two temporary points. Since the laser beam is made to be incident almost perpendicularly at the measurement points on the surface of the object to be measured, even if the surface shape of the object to be measured is irregular, for example, a surface shape with complicated irregularities, each measurement point Now Oite laser beam is incident almost perpendicularly, thereby was Tsu such so as to measure the cross-sectional contour of the object to be measured with high precision by the light projecting and receiving integrated laser sensor.
【００３１】また、レーザーセンサを被測定体の回転軸
に沿って移動可能にすれば、被測定体の複数の断面の輪
郭形状が測定可能になり、これにより被測定体の表面全
体の形状を測定することができるようになった。Further, if the laser sensor can be moved along the rotation axis of the measured object, the contour shape of a plurality of cross sections of the measured object can be measured, whereby the shape of the entire surface of the measured object can be measured. Now you can measure.
【図１】本発明の一実施形態における、被測定体１２の
断面輪郭形状測定方法の処理フローを示すフローチャー
トである。FIG. 1 is a flowchart illustrating a processing flow of a method for measuring a cross-sectional profile of a measured object 12 according to an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の一実施形態における、回転軸Ｃの回り
に回転可能にされた複雑な表面形状を有する被測定体１
２の表面形状を、移動可能にされたレーザーセンサ１１
により測定する様子を示す概念図である。FIG. 2 shows a measured object 1 having a complex surface shape rotatable around a rotation axis C in one embodiment of the present invention.
Laser sensor 11 whose surface shape can be moved
FIG. 3 is a conceptual diagram showing a state of measurement by the method.
【図３】本発明の一実施形態における、被測定体１２の
任意の断面の輪郭形状を測定する際の、レーザーセンサ
１１、被測定体１２、及び座標軸の関係を示す図であ
る。FIG. 3 is a diagram illustrating a relationship between a laser sensor 11, a measured object 12, and a coordinate axis when measuring a contour shape of an arbitrary cross section of the measured object 12 according to an embodiment of the present invention.
【図４】本発明の一実施形態における、図３に示す被測
定体１２が初期値の状態から回転角θだけ回転されたと
きの状態を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a state when the measured object 12 shown in FIG. 3 is rotated from a state of an initial value by a rotation angle θ in one embodiment of the present invention.
【図５】本発明の一実施形態における、測定された被測
定体１２の測定データ（座標データ）に基づき、被測定
体１２の形状を立体的にグラフィック表示した図であ
る。FIG. 5 is a diagram showing a three-dimensional graphic display of the shape of the measured object 12 based on measured data (coordinate data) of the measured object 12 according to the embodiment of the present invention.
１１ レーザーセンサ １２ 被測定体 ａ 第１の仮点 ｂ 第２の仮点 ｃ 第３の仮点 Ｐ1 第１の計測点11 laser sensor 12 measured object a first temporary point b second temporary point c third temporary point P1 first measurement point
Claims (2)
にレーザービームを照射することにより被測定体の断面
輪郭形状を計測する測定方法において、一定方向にレー
ザービームを照射可能にされた投光・受光一体型のレー
ザーセンサより被測定体に対してレーザービームを照射
することにより第１の仮点としての被測定体表面の任意
の１点の座標値を測定し（ステップ１）、次いでレーザ
ーセンサを予め設定された計測ピッチ分だけ第１の仮点
の測定位置から移動させレーザービームを照射すること
により第２の仮点としての被測定体表面の座標値を測定
し（ステップ２）、前記第１、第２の仮点の座標値及び
計測ピッチより第３の仮点の座標値を設定するとともに
該第３の仮点における法線ベクトルを算出し（ステップ
３）、該法線ベクトルがレーザービームの照射方向と平
行になるように前記回転装置を動作させることにより被
測定体を回転させ（ステップ４）、次いでレーザービー
ムがレーザーセンサの精度が最も高い測定距離すなわち
焦点距離において前記第３の仮点に対して照射するよう
に前記レーザーセンサを移動させ（ステップ５）、以上
の操作によりレーザービームが照射された被測定体表面
の第１の計測点の座標値を測定し（ステップ６）、以
降、仮点及び測定された計測点の座標値を基に前記ステ
ップ３〜ステップ６の処理を繰り返すことにより第２以
降の計測点の座標値を逐次測定し、これにより被測定体
断面の輪郭形状を測定するようにしたことを特徴とする
被測定体の断面輪郭形状測定方法。In a measuring method for measuring a cross-sectional profile of a measurement object by irradiating a laser beam onto a surface of the measurement object attached to a rotating device, the laser beam can be irradiated in a predetermined direction. By irradiating a laser beam to the object to be measured from the laser sensor integrated with light and light, an arbitrary point on the surface of the object to be measured is measured as a first temporary point (step 1). The laser sensor is moved from the measurement position of the first provisional point by a preset measurement pitch to irradiate a laser beam to measure the coordinate value of the surface of the measured object as the second provisional point (step 2). Setting a coordinate value of a third temporary point from the coordinate values of the first and second temporary points and the measurement pitch, and calculating a normal vector at the third temporary point (step 3); Baek The object to be measured is rotated by operating the rotating device so that the laser beam is parallel to the irradiation direction of the laser beam (step 4), and then the laser beam is moved at the measurement distance or focal length where the laser sensor has the highest accuracy. The laser sensor is moved so as to irradiate the third temporary point (step 5), and the coordinate value of the first measurement point on the surface of the measurement object irradiated with the laser beam by the above operation is measured ( Step 6) After that, the coordinate values of the second and subsequent measurement points are sequentially measured by repeating the processing of Steps 3 to 6 based on the coordinate values of the provisional point and the measured measurement points, whereby the measurement target is measured. A method for measuring a cross-sectional contour of a body to be measured, wherein the contour of a body cross-section is measured.
られた被測定体の回転軸に対して平行に移動可能にする
ことにより、請求項１記載の断面形状測定方法を用いて
被測定体の複数の断面の輪郭形状を測定可能にし、これ
により被測定体の表面全体の形状を測定するようにした
ことを特徴とする被測定体の３次元形状測定方法。2. The method according to claim 1, wherein the laser sensor is movable in parallel to a rotation axis of the object to be measured attached to a rotating device. 3. A three-dimensional shape measuring method for an object to be measured, wherein a contour shape of a cross section of the object can be measured, whereby the shape of the entire surface of the object to be measured is measured.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8185350A JP3029572B2 (en) | 1996-06-27 | 1996-06-27 | Method for measuring cross-sectional contour shape of object to be measured and method for measuring three-dimensional shape |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP8185350A JP3029572B2 (en) | 1996-06-27 | 1996-06-27 | Method for measuring cross-sectional contour shape of object to be measured and method for measuring three-dimensional shape |
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| JPH1019526A JPH1019526A (en) | 1998-01-23 |
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