JP6157953B2

JP6157953B2 - 三次元形状測定システム及びその制御用ソフトウェア

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Publication number: JP6157953B2
Application number: JP2013135571A
Authority: JP
Inventors: 信策阿部
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2013-06-27
Filing date: 2013-06-27
Publication date: 2017-07-05
Anticipated expiration: 2033-06-27
Also published as: JP2015010901A; US9267780B2; DE102014009456A1; US20150000148A1

Description

本発明は、三次元形状測定システム及びその制御用ソフトウェアに係り、特に、１台の三次元形状測定機の測定範囲を超える大型のワークの測定を低コスト且つ迅速に実現可能な三次元形状測定システム及びその制御用ソフトウェアに関する。

従来、１台の（汎用的な）三次元形状測定機の測定範囲を超える大型のワークを測定する際には、特許文献１に示す如く、三次元形状測定機の据付け位置を大型のワークの周りに複数用意する。そして、その据付け位置に順次三次元形状測定機を移動させ、ワーク全体を測定することが提案されていた。相応の大型のワークの測定を実現する上では、この手法が最も低コスト化を実現可能である。この手法によれば、仮に据付け位置を４カ所とするならば、それぞれの据付け位置における三次元形状測定機によるその区分の空間座標データを測定してから４区分の空間座標データを同一の座標系に合成することとなる。なお、この三次元形状測定機は、手動操作でワークを測定するためのプローブが移動され、プローブの空間座標データを出力するようにされている。

特表２００９−５２９１３２号公報

しかし、特許文献１に記載されたような手法では、次のような問題が存在する。１つには、三次元形状測定機を複数回移動させ、その度に設置と測定準備・調整を行い、順番に測定を行うので、測定時間が長くかかるという問題である。もう１つには、複数の据付け位置に対して１台の三次元形状測定機を兼用で用いることで、三次元形状測定機の据付け位置の再現性誤差が多少なりとも生じるので、測定の再現性が厳しく、再測定が困難になるという問題である。

本発明は、前記の問題点を解決するべくなされたもので、１台の三次元形状測定機の測定範囲を超える大型のワークの測定を低コスト且つ迅速に実現可能な三次元形状測定システム及びその制御用ソフトウェアを提供することを課題とする。

本願の請求項１に係る発明は、ワークを測定するためのプローブの空間座標データを出力する三次元形状測定機と該空間座標データを処理する処理部とを備える三次元形状測定システムであって、前記三次元形状測定機が、多関節アーム型で複数台とされ且つ前記ワークの一部又は全体を測定可能となるように前記プローブによる互いの測定範囲の一部が重複するように配置され、それぞれが前記空間座標データを出力可能とされ、前記処理部が、該空間座標データを前記三次元形状測定機毎に識別可能に保持する保持手段と、該保持手段で保持された該空間座標データを合成する合成手段と、該合成手段の前段に、前記空間座標データに前記ワークを測定した際には測定フラグを付加するデータ受入手段と、を備え、前記合成手段が、該測定フラグが付加された該空間座標データのみを合成したことにより、前記課題を解決したものである。

本願の請求項２に係る発明は、前記処理部に、更に、前記空間座標データに基づいて、前記プローブ同士の接近状態を確認する干渉確認手段と、該干渉確認手段で判定された確認情報を出力する出力手段と、を備えるようにしたものである。

本願の請求項３に係る発明は、前記合成手段で、前記測定範囲の重複した領域において、前記三次元形状測定機毎の互いに対応する前記空間座標データに基づいて補正空間座標データを求め、該補正空間座標データを合成するようにしたものである。

本願の請求項４に係る発明は、ワークを測定するためのプローブの空間座標データを出力する三次元形状測定機と該空間座標データを処理する処理部とを備える三次元形状測定システムの制御用ソフトウェアであって、前記三次元形状測定機が、多関節アーム型で複数台とされ且つ前記ワークの一部又は全体を測定可能となるように前記プローブによる互いの測定範囲の一部が重複するように配置され、それぞれが前記空間座標データを出力可能とされている形態において、該空間座標データに前記ワークを測定した際には測定フラグを付加する処理と、該空間座標データを前記三次元形状測定機毎に識別可能に保持する処理と、保持された該空間座標データのうち、該測定フラグが付加された該空間座標データのみを合成する処理と、を前記処理部に行わせるようにしたものである。

本発明によれば、１台の三次元形状測定機の測定範囲を超える大型のワークの測定を低コスト且つ迅速に実現することが可能となる。

本発明の第１実施形態に係る三次元形状測定システムの一例を示す模式図図１の三次元形状測定機の一例を示す模式図図１の全体ブロック図の一例を示す模式図図１の制御コンピュータにおける空間座標データの主処理の手順を示すフロー図図４に示す主処理の前段階の処理の手順を主に示すフロー図図５に示す前段階の更に前段階の処理の手順を主に示すフロー図本発明の第２実施形態に係る三次元形状測定システムの一例を示す模式図図７の全体ブロック図の一例を示す模式図図４に対応する図であって、図７の制御コンピュータにおける空間座標データの主処理の手順を示すフロー図図６に対応する図であって、図９に示す主処理の更に前段階の処理の手順を主に示すフロー図

以下、図面を参照して、本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。

本発明に係る第１実施形態について、図１から図６を用いて説明する。

最初に、本実施形態に係る三次元形状測定システム１００の構成を説明する。

三次元形状測定システム１００は、図１に示す如く、複数台の三次元形状測定機１０２（１０２Ａ〜１０２Ｄ）と、制御コンピュータ（処理部）（制御ＰＣ）１３０（１３０Ａ〜１３０Ｄ）と、を備える。なお、本実施形態では、ワークＷが１台の三次元形状測定機の測定範囲を超える大型のワークであり、図１に示すような自動車の車体（クレイモデル、溶接上がりの試作品、修正品、初期ロット品など）とされているが、更に大きな構造体でもよい（例えば、船舶や航空機などのフレーム部品）。

前記三次元形状測定機１０２Ａ〜１０２Ｄは、図１に示す如く、汎用的（簡易的）な多関節アーム型の座標測定機であって、複数台（図１では４台）で構成されている。４台の三次元形状測定機１０２Ａ〜１０２Ｄは、プローブ１０４Ａ〜１０４Ｄ（後述）による互いの測定範囲（区分）の一部が重複するように図示せぬベース上に配置され、ワークＷの全体が測定可能とされている（なお、これに限らず、ワークＷの一部だけが測定可能とされていてもよい）。三次元形状測定機１０２Ａ〜１０２Ｄをそのように配置するのは、大きなワークＷを測定する時には、同一の座標系の設定精度を高めるためにもワークＷ上の広い範囲で点や線要素を測定するからである。４台の三次元形状測定機１０２Ａ〜１０２Ｄは全て同一なので、そのうちの１台の三次元形状測定機１０２Ａについて、図２を参照して、以下に説明する。なお、必ずしも三次元形状測定機は４台で全て同一である必要はなく、２台以上であればよいし、互いに異なる機種であってもよい。

三次元形状測定機１０２Ａは、図示しないベースに垂直に立設する支柱１２０Ａを備えている。この支柱１２０Ａと第２アーム１１４Ａの一端とは、２軸方向に対して回動自由で且つそれぞれの回転角度を検出可能なロータリーエンコーダ（図示省略）を内蔵した第３関節１１６Ａを介して接続されている。第２アーム１１４Ａの他端と第１アーム１１０Ａの一端とは、第３関節１１６Ａと同様の第２関節１１２Ａを介して接続されている。更に、第１アーム１１０Ａの他端とプローブヘッド１０６Ａとは、第２関節１１２Ａと同様の第１関節１０８Ａを介して接続されている。このプローブヘッド１０６Ａの先端に、プローブ１０４Ａが備えられている。プローブ１０４Ａは、その先端がボールとされた接触式のボールプローブである。なお、図示していないが、第３関節１１６Ａには電磁式ブレーキ（電磁式でなくてもよい）が内蔵されている。例えば、プローブヘッド１０６Ａに設けられたグリップ１０５Ａを作業者が握っている間は電磁式ブレーキが解除されプローブヘッド１０６Ａが自在に移動できるようにされ、グリップ１０５Ａを作業者が離している間は電磁式ブレーキが効き、プローブヘッド１０６Ａの移動が規制される構成となっている。更に、電磁式ブレーキは、制御ＰＣ１３０Ａの指示によりその制御がなされてもよい。そして、電磁式ブレーキはすべての関節に配置されていてもよい。

ここで、プローブ１０４Ａ、プローブヘッド１０６Ａ、第１、第２アーム１１０Ａ、１１４Ａ、並びに支柱１２０Ａの長さ及び位置関係は予め明確にされている。そして、プローブ１０４Ａのボールの中心座標値を測定しておくことで、このボールの中心座標値に対してボールの半径分のオフセット処理を行うことができ、ボールとワークＷとの接触位置を正確に測定することが可能である。このため、第１〜第３関節１０８Ａ、１１２Ａ、１１６Ａに内蔵されたロータリーエンコーダの出力に基づいて、ベースを基準とする座標系でワークＷを測定するためのプローブ１０４Ａの先端の位置を正確に求めることができる。即ち、三次元形状測定機１０２Ａは、当該ロータリーエンコーダの出力で、プローブ１０４Ａの(先端の)空間座標データを正確に出力することが可能である。なお、三次元形状測定機１０２ＡでワークＷの三次元形状を測定する際には、作業者がプローブヘッド１０６Ａのグリップ１０５Ａを掴んで操作する。即ち、作業者は、ワークＷに対してプローブ１０４Ａを自由な方向から近づけることができ、自由な角度で接触させることが可能である。４台の三次元形状測定機１０２Ａ〜１０２Ｄは、作業者がそれぞれ操作することで、それぞれが同時に空間座標データを出力可能とされている（なお、これに限らず、各三次元形状測定機がそれぞれ、同時に空間座標データを出力しなくてもよい）。

前記制御コンピュータ（制御ＰＣ）１３０Ａ〜１３０Ｄは４台であり、図１に示す如く、三次元形状測定機１０２Ａ〜１０２Ｄに対応してそれぞれ接続されている。そして、制御ＰＣ１３０Ａ〜１３０Ｄは、三次元形状測定機１０２Ａ〜１０２Ｄから出力される空間座標データを処理する。４台の制御ＰＣ１３０Ａ〜１３０Ｄは全て同一なので、そのうちの１台の制御ＰＣ１３０Ａについて、以下に説明する。

制御ＰＣ１３０Ａは、図３に示す如く、データ受入部（データ受入手段）１３２Ａと、通信部１３４Ａと、座標データプール（保持手段）１３６Ａ（すべての座標データプールを符号１３６で示す）と、合成部（合成手段）１３８Ａ（すべての合成部を符号１３８で示す）と、干渉確認部（干渉確認手段）１４０Ａと、表示部（出力手段）１４２Ａとを備えている。

データ受入部１３２Ａは、三次元形状測定機１０２Ａに接続され、三次元形状測定機１０２Ａから出力される空間座標データを直接受入れることが可能とされている。データ受入部１３２Ａにおいて、受入れられた空間座標データには、プローブ１０４ＡでワークＷを測定した際には測定フラグが付加され、プローブ１０４Ａが単に移動しただけの場合には移動フラグが付加される。そして、その受入れられた空間座標データは、データ受入部１３２Ａ内の専用の座標データプールに保存される。制御ＰＣ１３０Ａの起動時に三次元形状測定機１０２Ａの情報（測定機情報）が認識されることで、データ受入部１３２Ａでは、三次元形状測定機１０２Ａから出力される空間座標データを三次元形状測定機１０２Ａによる空間座標データとして識別する。なお、空間座標データの受入れは、図示せぬ入力部からの中止命令若しくは他の制御ＰＣ１３０Ｂ〜１３０Ｄからの（通信部１３４Ａを介した）中止命令で、中止がなされる。なお、「中止命令」は故障や不具合や作業者の判断による一時停止により測定が継続できない状態となった場合に発せられる。その場合には、例えば、全ての制御ＰＣ１３０Ａ〜１３０Ｄの表示部１４２Ａ〜１４２Ｄに中止となったことが表示され、測定を自動的に待機状態とすることができる。

通信部１３４Ａは、制御ＰＣ１３０Ａの通信装置を介して他の制御ＰＣ１３０Ｂ〜１３０Ｄへの未送信の空間座標データの送信、及び、他の制御ＰＣ１３０Ｂ〜１３０Ｄからの空間座標データの受信をマルチスレッド処理でおこなっている。即ち、通信部１３４Ａは、データ受入部１３２Ａから出力された移動フラグ又は測定フラグが付加された空間座標データに三次元形状測定機１０２Ａの測定機情報（識別番号）を付加して他の制御ＰＣ１３０Ｂ〜１３０Ｄに送信することができる。また、通信部１３４Ａは、他の制御ＰＣ１３０Ｂ〜１３０Ｄから送信された三次元形状測定機１０２Ｂ〜１０２Ｄの測定機情報を認識可能とする識別番号と移動フラグ又は測定フラグが付加された空間座標データを受信することができる。また、通信部１３４Ａは、入力部から入力される中止命令を他の制御ＰＣ１３０Ｂ〜１３０Ｄへ送信し、且つ他の制御ＰＣ１３０Ｂ〜１３０Ｄから送信された中止命令を受信することができる。通信部１３４Ａには座標データプール１３６Ａが接続されている。

座標データプール１３６Ａは、通信部１３４Ａからの三次元形状測定機１０２Ｂ〜１０２Ｄの移動フラグ又は測定フラグが付加された空間座標データを三次元形状測定機１０２Ｂ〜１０２Ｄ毎に（測定機情報により）識別可能な状態で保持することができる。なお、座標データプール１３６Ａは、データ受入部１３２Ａにも接続されていてもよく、データ受入部１３２Ａを経た（三次元形状測定機１０２Ａの測定機情報が認識可能とされ移動フラグ又は測定フラグが付加された）空間座標データを保持してもよい。

合成部１３８Ａは、データ受入部１３２Ａと座標データプール１３６Ａの後段に接続され、座標データプール１３６Ａで保持された空間座標データとデータ受入部１３２Ａから出力される空間座標データとを同一の座標系に合成する。合成部１３８Ａは、メモリ領域を備えて、そこで座標データプール１３６Ａで保持された測定機情報の異なる移動フラグ又は測定フラグが付加された空間座標データ及びデータ受入部１３２Ａの空間座標データを同一座標系に展開している。

また、合成部１３８Ａは、異なる測定機情報に基づき、プローブ１０４Ａ〜１０４Ｄによる互いの測定範囲の重複した領域において、三次元形状測定機１０２Ａ〜１０２Ｄ毎の互いに対応する空間座標データに基づいて補正空間座標データを求める（ステッチング機能）。そして、求められた補正空間座標データを逐次合成するようにしている。このステッチング機能としては、例えば、まず２つの測定範囲が互いに一部で重複している重複領域内の複数位置で、互いに対応する２つの空間座標データの誤差を求める。そして、その誤差が最小となるように、互いの空間座標データをＸＹＺ方向に一定に移動させる。その移動させた量でその重複領域内の空間座標データを補正して、互いの空間座標データを一致させるようにすることで、２つの空間座標データに基づく補正空間座標データを求めることができる。これに限らず、ステッチング機能として、単に互いに対応する２つの空間座標データの平均を取って補正空間座標データを求めてもよいし、互いに対応する２つの空間座標データのいずれかだけを補正空間座標データとして採用するようにしてもよい。

干渉確認部１４０Ａは、合成部１３８Ａに接続され、同時に全ての三次元形状測定機１０２Ａ〜１０２Ｄの位置関係を逐次確認して衝突の危険性をチェックする。このときに対象となる空間座標データは、測定機情報の異なるもの同士であって、測定フラグと移動フラグのどちらに対しても重複又は接近状況を確認する。即ち、干渉確認部１４０Ａは、プローブ１０４Ａ〜１０４Ｄでの測定有無に関わらず、空間座標データに基づいて、プローブ１０４Ａ〜１０４Ｄ同士の接近状態を確認するようにしている。具体的には、プローブ１０４Ａ〜１０４Ｄ（の先端）同士が衝突する可能性が出てくる最大の距離（設定距離）を定めておき、その設定距離よりも、測定機情報が異なる空間座標データ同士の差が近くなったか否かで、三次元形状測定機１０２Ａ〜１０２Ｄ同士の干渉状態を判断する。なお、図３では、干渉確認部１４０Ａは、合成部１３８Ａの後段に接続されているが、合成部１３８Ａと同様にデータ受入部１３２Ａ及び座標データプール１３６Ａに接続されていてもよい。

表示部１４２Ａは、合成部１３８Ａ及び干渉確認部１４０Ａに接続されている。即ち、表示部１４２Ａは、逐次合成部１３８Ａで合成された空間座標データを２次元又は３次元の形状として表示することもできる。そして、表示部１４２Ａは、干渉確認部１４０Ａで判定された確認情報を出力することもできる。即ち、プローブ１０４Ａ〜１０４Ｄ同士が互いに衝突する危険性がある場合には、表示部１４２Ａに警告を表示する。本実施形態では、この制御ＰＣ１３０Ａに接続されたプローブ１０４Ａと他のプローブ１０４Ｂ〜１０４Ｄのいずれかと衝突する危険性がある際に、表示部１４２Ａに警告を表示する（プローブ１０４Ｂ〜１０４Ｄが接続された制御ＰＣ１３０Ｂ〜１３０Ｄの表示部１４２Ａ〜１４２Ｄにも警告が表示される）。例えば、表示部１４２Ａには、全ての空間座標データと全ての三次元形状測定機１０２Ａ〜１０２Ｄのイメージ又は全てのプローブ１０４Ａ〜１０４Ｄのイメージ（後述）が逐次更新されて表示される（他の制御ＰＣ１３０Ｂ〜１３０Ｄも同様）。警告は、全ての制御ＰＣ１３０Ａ〜１３０Ｄでなされ、警告対象である三次元形状測定機のイメージをフラッシング表示したり、警告対象の三次元形状測定機同士のプローブ間の距離を示したりする。全ての制御ＰＣで警告表示することにより、警告対象外の制御ＰＣを操作している作業者が警告を認識して対象となる作業者に対して注意を喚起することが可能となる。もちろん、これに限らず、警告表示は対象となる制御ＰＣのみになされてもよいし、対象となる制御ＰＣと対象とならない制御ＰＣとで警告レベルを分けてもよい。なお、制御ＰＣ１３０Ａはスピーカを備え、同時に警告音（音声メッセージを含む）を出力してもよい。制御ＰＣ１３０Ａは、図示しない入力部を備え、各種測定条件や表示条件や測定の中止命令等を入力することができる。

このように、すべての制御ＰＣ１３０Ａ〜１３０Ｄは、互いに制御ＰＣ１３０Ａ〜１３０Ｄの通信装置を介して接続され、相互に通信先とされている。そして、それぞれの三次元形状測定機１０２Ａ〜１０２Ｄで測定された空間座標データは、接続された各制御ＰＣ１３０Ａ〜１３０Ｄ上で互いに処理される。同時に、その空間座標データは他の制御ＰＣ１３０Ａ〜１３０Ｄに送信される。それぞれの制御ＰＣ１３０Ａ〜１３０Ｄ上の測定された空間座標データ及び受信された空間座標データは、同時に合成され、表示部１４２Ａ〜１４２Ｄにそれぞれ表示される。つまり、通信接続されたすべての制御ＰＣ１３０Ａ〜１３０Ｄ上の合成結果は、同じ表示状態で表示部１４２Ａ〜１４２Ｄに保持される。このため、その中の１台の三次元形状測定機１０２Ａ（１０２Ｂ〜１０２Ｄ）で再測定が必要な場合も、特別な設定なしにその１台の三次元形状測定機１０２Ａ（１０２Ｂ〜１０２Ｄ）での再測定を行うだけで、その空間座標データがすべての制御ＰＣ１３０Ａ〜１３０Ｄに共有され、全ての表示部１４２Ａ〜１４２Ｄに同じ合成結果を更新して表示することが可能である。

なお、制御ＰＣ１３０Ａ〜１３０Ｄはそれぞれ、全ての機能が並列処理可能（マルチタスク処理）とされている。このため、一定の時間間隔で、プローブ１０４Ａ〜１０４Ｄの空間座標データが処理され、表示部１４２Ａ〜１４２Ｄの表示状態を更新させることができる。なお、この表示部１４２Ａ〜１４２Ｄの表示は、合成結果の表示が確認しづらくならない程度で、例えば三次元形状測定機１０２Ａ〜１０２Ｄの形状（プローブ１０４Ａ〜１０４Ｄだけでなく、アーム１１０Ａ〜１１０Ｄ、１１４Ａ〜１１４Ｄ等の形状を含むイメージ）を半透明にして、その形状までを同時に更新するようにしてもよい。

次に、本実施形態の三次元形状測定システム１００における制御ＰＣ１３０Ａで行う処理手順の一例を、図４〜図６を用いて以下に説明する。図４は図３の主に座標データプール１３６Ａ、合成部１３８Ａ、干渉確認部１４０Ａ、そして表示部１４２Ａで行われる処理を示し、図５は主に通信部１３４Ａと座標データプール１３６Ａで行われる処理を示し、図６は主にデータ受入部１３２Ａで行われる処理手順を示す。なお、これらにおいては同時に並列処理（マルチタスク処理）がなされている。なお、制御ＰＣ１３０Ｂ〜１３０Ｄの処理手順は、制御ＰＣ１３０Ａと同一なのでそれらの説明は省略する。

まず、図６の処理について説明する。この処理は、データ受入部１３２Ａへの空間座標データの受入要求がなされた際に行われる。

最初に、制御ＰＣ１３０Ａの図示せぬ入力部から中止命令が入力されたかどうかを確認する。中止命令が入力されていれば（ステップＳ４０でＹｅｓ）、通信部１３４Ａへ中止命令を転送し、他の制御ＰＣ１３０Ｂ〜１３０Ｄに送信するとともに、制御ＰＣ１３０Ａの実行状態を中止状態に移行する処理を行う（ステップＳ４２）。

中止命令が入力されていなければ（ステップＳ４０でＮｏ）、データ受入部１３２Ａへ入力される空間座標データがワークＷの測定データであるかどうかを判定する。

空間座標データがワークＷの測定データである場合には（ステップＳ４４でＹｅｓ）、データ受入部１３２Ａへ空間座標データを受入れ、その空間座標データに測定フラグを付加する（ステップＳ４６）。空間座標データがワークＷの測定データでなく、単にプローブ１０４Ａが移動されているときの出力データである場合には（ステップＳ４４でＮｏ）、データ受入部１３２Ａへ空間座標データを受入れ、その空間座標データに移動フラグを付加する（ステップＳ４８）。なお、いずれの場合でも、空間座標データには三次元形状測定機１０２Ａの測定機情報が認識可能とされている。

次に、図５の処理について説明する。この処理は、図４で示す処理手順と同時に行われるが、三次元形状測定機１０２Ａから出力される空間座標データの出力間隔よりも高速に行われる。

最初に、通信部１３４Ａにおいて、制御ＰＣ１３０Ｂ〜１３０Ｄからの中止命令が受信されたかどうかを確認する。中止命令が受信されていれば（ステップＳ２０でＹｅｓ）、中止命令を受信した制御ＰＣ１３０Ａで中止処理を行う（ステップＳ２１）。なお、中止処理は、中止命令を発信した制御ＰＣとの共同した測定に対する無効処理などである。そして、その中止命令を発信した制御ＰＣの復帰を待つ。なお、中止命令を発信しない制御ＰＣからの空間座標データの受信は継続して行われる。また、制御ＰＣ１３０Ａの空間座標データの送信は、中止命令を発信した制御ＰＣにも継続して行われる。なお、三次元形状測定機１０２Ａ〜１０２Ｄ同士の干渉状態を確認するためには、中止命令のレベル（一時的な測定停止の状態、三次元形状測定機全体の停止状態、制御ソフトウェアの終了など）に応じて、中止命令を発信した制御ＰＣから移動フラグ付きの空間座標データを継続して受信する場合もある。

受信したデータが中止命令でなければ（ステップＳ２０でＮｏ）、次に、通信部１３４Ａにおいて、プローブ１０４Ｂ〜１０４Ｄによる空間座標データが受信されたかどうかを確認する。空間座標データが受信されていれば（ステップＳ２２でＹｅｓ）、その空間座標データを座標データプール１３６Ａに保持（保存）する（ステップＳ２４）。なお、このとき、この空間座標データには、制御ＰＣ１３０Ａで受信する以前に測定フラグ又は移動フラグのいずれかと測定機情報とが付加されている（図６参照）。

空間座標データが受信されていなければ（ステップＳ２２でＮｏ）、次に、プローブ１０４Ａによる空間座標データがデータ受入部１３２Ａにあるか否かを確認する。空間座標データがあれば（ステップＳ２６でＹｅｓ）、通信部１３４Ａでその空間座標データに三次元形状測定機１０２Ａの測定機情報（識別番号）が付加されて他の制御ＰＣ１３０Ｂ〜１３０Ｄに送信される（ステップＳ２８）。なお、このとき、この空間座標データには、測定フラグ又は移動フラグのいずれかが付加されている（ステップＳ４６、４８参照）。

空間座標データがなければ（ステップＳ２６でＮｏ）、次に、入力部から中止命令が入力されたか否かを確認する。入力部から中止命令が入力されていなければ（ステップＳ３０でＮｏ）、終了する。入力部から中止命令が入力されていれば（ステップＳ３０でＹｅｓ）、通信部１３４Ａから中止命令を他の制御ＰＣ１３０Ｂ〜１３０Ｄに送信する（ステップＳ３２）。

次に、図４の処理について説明する。この処理も、三次元形状測定機１０２Ａから出力される空間座標データの出力間隔よりも高速に行われる。

最初に、データ受入部１３２Ａにプローブ１０４Ａによる座標空間データがあるか否かを確認する。プローブ１０４Ａによる座標空間データがあれば（ステップＳ２でＹｅｓ）、座標空間データを取得して合成部１３８Ａのメモリに展開する（ステップＳ４）。

次に、座標データプール１３６Ａにプローブ１０４Ｂ〜１０４Ｄによる座標空間データがあるか否かを確認する（プローブ１０４Ａによる座標空間データがない場合（ステップＳ２でＮｏ）も同一ステップに進む）。プローブ１０４Ｂ〜１０４Ｄによる座標空間データがあれば（ステップＳ６でＹｅｓ）、座標空間データを取得して合成部１３８Ａのメモリに展開する（ステップＳ８）。

次に、合成部１３８Ａのメモリに展開された全ての空間座標データを同時解析して、測定フラグが付加された空間座標データのみの合成を行う（ステップＳ１０）。その際には、前述したステッチング機能により、測定範囲の重複した領域において、三次元形状測定機１０２Ａ〜１０２Ｄ毎の互いに対応する空間座標データに基づいて補正空間座標データを求め、その補正空間座標データを同一の座標系に合成する。なお、各区分の測定範囲の重複していない領域においても、測定範囲の重複領域と同様の補正空間座標データを求め同一の座標系に合成する。

次に、表示部１４２Ａで、合成された空間座標データを表示する（ステップＳ１２）。このとき、移動フラグが付加された空間座標データは、合成された空間座標データとは区別して表示される（又は表示されなくてもよい）。例えば、移動フラグが付加された空間座標データは、プローブ１０４Ａ〜１０４Ｄの移動軌跡として表示することができる。なお、合成された測定フラグが付加された空間座標データは、異なる測定機情報に従い表示形態（表示色など）を変えてもよい。

次に、干渉確認部１４０Ａで、各プローブ１０４Ａ〜１０４Ｄ間の距離を算出する（ステップＳ１４）。次に、干渉確認部１４０Ａで、その算出された距離が設定距離よりも近いか否かを判定する。算出された距離が設定距離よりも近い場合には（ステップＳ１６でＹｅｓ）、表示部１４２Ａに警告表示させる（ステップＳ１８）。たとえば、表示部１４２Ａ〜１４２Ｄに全ての空間座標データとともに全ての三次元形状測定機１０２Ａ〜１０２Ｄのイメージまたは全てのプローブ１０４Ａ〜１０４Ｄのイメージを表示させ、２台の三次元形状測定機のプローブが設定距離よりも近づいた場合は、その２台の３次元形状測定機のイメージまたはその２台のプローブのイメージをフラッシングするなどして、警告表示をしてもよい。あるいは、警告表示として、干渉するおそれのある領域部分のみの表示形態を変化させる（点滅や反転表示など）ようにしてもよい。もちろん、警告表示ともに、警告音などを鳴らしてもよい。更には、この警告表示と共に、三次元形状測定機１０２Ａの電磁式ブレーキを制御して三次元形状測定機１０２Ａの動きを規制してもよい。なお、算出された距離が設定距離よりも遠い場合には（ステップＳ１６でＮｏ）、警告表示をしないで終了する。

このように、本実施形態においては、制御ＰＣ１３０Ａ〜１３０Ｄが３次元形状測定機１０２Ａ〜１０２Ｄに対応して接続され、且つ表示部１４２Ａ〜１４２Ｄには測定状況に対しては同一の表示を行うことができる。このため、各作業者はそれぞれ、各作業者近傍に制御ＰＣ１３０Ａ〜１３０Ｄを適切に配置でき、全体の測定状況（合成された結果やその解析結果を含む）を適宜同時に確認でき、効率的な測定を行うことができる。

また、従来の技術では、ワークＷ全体の測定自体の時間も長く、測定完了後でなければ合成・解析することができなかった。これに対して本実施形態においては、４台の三次元形状測定機１０２Ａ〜１０２Ｄで測定した空間座標データを逐次共有することができる。即ち、三次元形状測定機１０２Ａ〜１０２Ｄの測定結果をあたかも１台の三次元形状測定機で得たように処理することができる。このため、従来の技術では測定中に行うことが不可能だったことが可能になる。例えば、測定結果をすぐさま利用して、ワークＷ全体に亘る大きな同一の座標系やデータム（基準）を即座に評価・作成し測定することができる。このため、データのコピーや作成した同一の座標系をすべての三次元形状測定機１０２Ａ〜１０２Ｄに設定するといった測定準備の手間が大幅に削減され、使い勝手の向上が可能となる。なお、例えばワークＷが車体などであって、車体のフロントからテールへの傾きを検査する場合には、車体のベース等を測定して基準（平面）を作成し、フロントとテールの測定結果から得られる平面との傾きを、設計値と比較することで、当該傾きを検査することができる。

そして、本実施形態においては、三次元形状測定機１０２Ａ〜１０２Ｄで測定された空間座標データは通信部１３４Ａ〜１３４Ｄで互いに自動的に通信される。このため、三次元形状測定機１０２Ａ〜１０２Ｄで測定された空間座標データを作業者が空間座標データをコピーし、統合する必要がない。即ち、測定から間を置かずに自動的に空間座標データの合成がなされる。このため、例えば、作業者の熟練度の違いや測定対象の形状に応じて任意の三次元形状測定機１０２Ａ（１０２Ｂ〜１０２Ｄ）の測定結果が悪く、その測定結果を廃棄して再測定が必要となった場合でも、対象の三次元形状測定機１０２Ａ（１０２Ｂ〜１０２Ｄ）で再測定するだけで空間座標データの合成まで完了するため、ワークＷの全体的な測定結果の評価時間の短縮が可能となる。その際には、三次元形状測定機１０２Ａ（１０２Ｂ〜１０２Ｄ）を複数回移動させて使うわけではないので、再測定した場合でも、高い位置再現性を達成できる。そして、その再測定される場合の区分ごとの空間座標データは測定機情報（識別番号）により明確であり、すべての空間座標データを対象として再度合成することを不要としている。

また、本実施形態においては、大型のワークＷを測定するために、汎用的（簡易的）な三次元形状測定機１０２Ａ〜１０２Ｄを４台据付けし、複数の作業者で同時に測定することを可能としている。即ち、大型のワークＷ全体の測定時間を従来に比べて大幅に短縮することができる。ここで、大型のワークＷを測定するために例えば産業用ロボットを応用した高額且つ高精度の大型自動測定システムを用いた場合には、ワークＷが変更されるとその大型自動測定システムに用いられる測定プログラムをすべて組み替えなければならず、またその測定プログラムのテストや試験などに膨大な時間とコストが必要となる。即ち、本実施形態は、このような大型自動測定システムに比べて、相応な精度を保ちながら結果的に迅速な測定が可能であり、大幅に低コスト化（例えば１／１０〜１／２）することができる。

また、本実施形態においては、複数台の三次元形状測定機１０２Ａ〜１０２Ｄは互いの測定範囲が重なるように配置され、それぞれ別個の作業者が同時に操作するが、プローブ１０４Ａ〜１０４Ｄ同士の接近状態を確認する干渉確認部１４０Ａ〜１４０Ｄと、干渉確認部１４０Ａ〜１４０Ｄで判定された確認情報を出力する表示部１４２Ａ〜１４２Ｄと、を備える。このため、衝突の危険性を確認して作業者それぞれに制御ＰＣ１３０Ａ〜１３０Ｄを介して個別、同時に警告をすることが可能となり、三次元形状測定機１０２Ａ〜１０２Ｄ同士の衝突の危険性を回避でき測定の安全性を向上することができる。つまり、隣り合った三次元形状測定機１０２Ａ〜１０２Ｄが近づきすぎることによる衝突の危険性を回避するのに、作業者の注意力頼りとならず、安心して作業者が測定に集中することができる。加えて、例えば一方のプローブ１０４ＡがワークＷの内側（車体骨組みの中）から測定し、もう一方のプローブ１０４ＢがワークＷの外側から測定する場合には、ワークＷ自体が壁となって互いに視認しづらくなる。そのような場合であっても、お互いの警告表示により、一方の作業者が仮に警告表示に気づかなくても他の作業者からの声掛けも可能となり、衝突の危険性を回避することができる。なお、これに限らず、制御ＰＣが、プローブ同士の接近状態を確認する干渉確認部と、干渉確認部で判定された確認情報を出力する表示部（又は単なる音声出力部）と、を備えていなくてもよい。例えば、制御ＰＣを介さずに、各三次元形状測定機のプローブヘッドに接近センサを設けて、互いに近づくと音や光や振動で警告を発するようにしてもよい。

また、本実施形態においては、合成部１３８Ａ〜１３８Ｄが、測定範囲の重複した領域において、三次元形状測定機１０２Ａ〜１０２Ｄ毎の互いに対応する空間座標データに基づいてステッチング機能で補正空間座標データを求め、該補正空間座標データを合成している。このように、ステッチング機能を用いることで、本実施形態においては、得られた空間座標データを矛盾なく、評価することができる。なお、これに限らず、合成部が、ステッチング機能を備えていなくてもよい。例えば、合成部が、ステッチングを行わずに、単に空間座標データをそのまま同一座標系に展開するだけでよい。その場合には、例えば全空間座標データの表示部１４２Ａへの表示後に作業者の判断などに基づき、ステッチングを含むサンプリング、削除、スムージング、ノイズ除去等の誤差低減等の解析を自動・手動で行うようにしてもよい。

また、本実施形態においては、制御ＰＣ１３０Ａ〜１３０Ｄが、合成部１３８Ａ〜１３８Ｄの前段に、空間座標データにワークＷを測定した際には測定フラグを付加するデータ受入部１３２Ａ〜１３２Ｄを備え、合成部１３８Ａ〜１３８Ｄが、測定フラグが付加された空間座標データのみを合成している。即ち、測定フラグが付加されていることで合成対象となる空間座標データが明確であり、合成自体を効率的に行うことが可能である。なお、これに限らず、データ受入部で測定フラグを付加するという手段に限定されず、合成する段階で測定データか否かが判別されていればよい。

即ち、本実施形態においては、１台の三次元形状測定機１０２Ａ（１０２Ｂ〜１０２Ｄ）の測定範囲を超える大型のワークＷの測定を低コスト且つ迅速に実現することが可能である。

なお、本実施形態においては、制御ＰＣ１３０Ａが座標データプール１３６Ａと合成部１３８Ａとをハードウェア的に備えていることを想定したが、これらを制御用ソフトウェアで実現してもよい。即ち、制御用ソフトウェアは、三次元形状測定機１０２Ａ〜１０２Ｄが、多関節アーム型で複数台とされ且つワークＷの一部又は全体を測定可能となるようにプローブ１０４Ａ〜１０４Ｄによる互いの測定範囲の一部が重複するように配置され、それぞれが空間座標データを出力可能とされている形態において、空間座標データを三次元形状測定機１０４Ａ〜１０４Ｄ毎に識別可能に保持する処理と、保持された空間座標データを合成する処理と、を制御ＰＣ１３０Ａ〜１３０Ｄそれぞれに行わせるようにしてもよい。

本発明について第１実施形態を挙げて説明したが、本発明は第１実施形態に限定されるものではない。即ち本発明の要旨を逸脱しない範囲においての改良並びに設計の変更が可能なことは言うまでもない。

例えば、第１実施形態においては、４台の三次元形状測定機１０２Ａ〜１０２Ｄのそれぞれに制御ＰＣ１３０Ａ〜１３０Ｄが接続されていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、制御ＰＣ２３０は、図７〜図１０に示す第２実施形態の如く複数台の三次元形状測定機２０２Ａ〜２０２Ｄに対して１台とされていてもよい。なお、第２実施形態では、制御ＰＣ２３０のみが第１実施形態とは異なるので、主に制御ＰＣ２３０について説明し、他の要素については説明を省略する。

第２実施形態における三次元形状測定システム２００では、図７に示す如く、４台の三次元形状測定機２０２Ａ〜２０２Ｄが全て１台の制御ＰＣ２３０に接続されている。即ち、制御ＰＣ２３０が、４台の三次元形状測定機２０２Ａ〜２０２Ｄから出力される空間座標データを逐次合成する。

制御ＰＣ２３０は、図８に示す如く、データ受入部２３２と、座標データプール２３６と、合成部２３８と、干渉確認部２４０と、表示部２４２とを備えている。なお、図８では、三次元形状測定機２０２Ｄについては記載を省略している。本実施形態では、第１実施形態とは異なり、通信部がなく、全ての三次元形状測定機２０２Ａ〜２０２Ｄからの空間座標データがデータ受入部２３２に入力される。データ受入部２３２と、座標データプール２３６と、合成部２３８と、干渉確認部２４０と、表示部２４２の機能は、第１実施形態と同様なので説明を省略する。

次に、本実施形態の三次元形状測定システム２００における制御ＰＣ２３０で行う処理手順の一例を、図９、図１０を用いて以下に説明する。図９は図８の主に座標データプール２３６、合成部２３８、干渉確認部２４０、そして表示部２４２で行われる処理を示し、図１０は主にデータ受入部２３２で行われる処理を示す。なお、これらにおいては同時に並列処理（マルチタスク処理）がなされている。

まず、図１０の処理について説明する。この処理は、データ受入部２３２への空間座標データの受入要求がなされた際に行われる。

最初に、データ受入部２３２へ入力される空間座標データがワークＷの測定データであるかどうかを判定する。

空間座標データがワークＷの測定データである場合には（ステップＳ７０でＹｅｓ）、データ受入部２３２へ空間座標データを受入れ、その空間座標データに測定フラグを付加する（ステップＳ７２）。空間座標データがワークＷの測定データでなく、単にプローブ２０４Ａ〜２０４Ｄが移動されているときの出力データである場合には（ステップＳ７０でＮｏ）、データ受入部２３２へ空間座標データを受入れ、その空間座標データに移動フラグを付加する（ステップＳ７４）。なお、いずれの場合でも、空間座標データには三次元形状測定機２０２Ａ〜２０２Ｄの測定機情報が認識可能とされている。

次に、図９の処理について説明する。この処理は、三次元形状測定機２０２Ａ〜２０２Ｄから出力される空間座標データの出力間隔よりも高速に行われる。

最初に、座標データプール２３６にプローブ２０４Ａ〜２０４Ｄによる座標空間データがあるか否かを確認する。プローブ２０４Ａ〜２０４Ｄによる座標空間データがあれば（ステップＳ５０でＹｅｓ）、座標空間データを取得して合成部２３８のメモリに展開する（ステップＳ５２）。

次に、合成部２３８のメモリに展開された全ての空間座標データを同時解析して、測定フラグが付加された空間座標データのみの合成を行う（ステップＳ５４）（プローブ２０４Ａ〜２０４Ｄによる座標空間データがない場合も同一ステップに進む）。その際には、ステッチング機能により、測定範囲の重複した領域において、三次元形状測定機２０２Ａ〜２０２Ｄ毎の互いに対応する空間座標データに基づいて補正空間座標データを求め、その補正空間座標データを同一の座標系に合成する。なお、各区分の測定範囲の重複していない領域においては、そのままの空間座標データを同一の座標系に合成する。

次に、表示部２４２で、合成された空間座標データを表示する（ステップＳ５６）。このとき、移動フラグが付加された空間座標データは、合成された空間座標データとは区別して表示される（又は表示されなくてもよい）。例えば、移動フラグが付加された空間座標データは、プローブ２０４Ａ〜２０４Ｄの移動軌跡として表示することができる。なお、合成された（測定フラグが付加された）空間座標データは、異なる測定機情報に従い、表示形態（表示色など）を変えてもよい。

次に、干渉確認部２４０で、各プローブ２０４Ａ〜２０４Ｄ間の距離を算出する（ステップＳ５８）。次に、干渉確認部２４０で、その算出された距離が設定距離よりも近いか否かを判定する。算出された距離が設定距離よりも近い場合には（ステップＳ６０でＹｅｓ）、表示部２４２に警告表示させる（ステップＳ６２）。この警告表示は、たとえば、干渉するおそれのある領域部分のみの表示形態を変化させる（点滅や反転表示など）ことで実現できる。もちろん、警告表示とともに、警告音などを鳴らしてもよい。更には、この警告表示と共に、三次元形状測定機２０２Ａ〜２０２Ｄの電磁式ブレーキを制御して三次元形状測定機２０２Ａ〜２０２Ｄの動きを規制してもよい。なお、算出された距離が設定距離よりも遠い場合には（ステップＳ６０でＮｏ）、警告表示をしないで終了する。

このように、本実施形態においては、全ての三次元形状測定機２０２Ａ〜２０２Ｄが１台の制御ＰＣ２３０に接続されている。このため、上述した第１実施形態に比べて、より大型のワークＷの測定を、より低コスト且つ、より迅速に実現することが可能である。

また、上記実施形態においては、プローブがボールプローブであったが、本発明はこれに限定されず、タッチ信号プローブなどの接触式プローブであってもよい。又は、プローブがラインレーザ等を用いた非接触式プローブなどであってもよい。

また、上記実施形態においては、三次元形状測定装置に入力部が備えられていたが、入力部は必須ではなく、処理部の記憶部に記憶されたデータを読み出すことですべての処理が行われるようにしてもよい。その際には、中止命令は各制御ＰＣで自動的に発生するようにされていてもよい。

また、上記実施形態においては、ステッチング機能としては、単純に互いの高さを合わせるだけでもよいし、互いに仮想的な面を構成して、最小二乗法などを用いてそれを一致させることで実現してもよい。

本発明は、ワークを測定するためのプローブの空間座標データを出力する多関節アーム型で複数台とされた三次元形状測定機と該空間座標データを処理する処理部とを備える三次元形状測定システムに広く適用することができる。

１００、２００…三次元形状測定システム
１０２、１０２Ａ〜１０２Ｄ、２０２Ａ〜２０２Ｄ…三次元形状測定機
１０４Ａ〜１０４Ｄ、２０４Ａ〜２０４Ｄ…プローブ
１０６Ａ…プローブヘッド
１０８Ａ、１１２Ａ、１１６Ａ…関節
１１０Ａ、１１４Ａ…アーム
１２０Ａ…支柱
１３０、１３０Ａ〜１３０Ｄ、２３０…制御コンピュータ（制御ＰＣ）
１３２Ａ、２３２…データ受入部
１３４Ａ…通信部
１３６、１３６Ａ、２３６…座標データプール
１３８、１３８Ａ、２３８…合成部
１４０Ａ、２４０…干渉確認部
１４２Ａ、２４２…表示部
Ｗ…ワーク

Claims

ワークを測定するためのプローブの空間座標データを出力する三次元形状測定機と該空間座標データを処理する処理部とを備える三次元形状測定システムであって、
前記三次元形状測定機は、多関節アーム型で複数台とされ且つ前記ワークの一部又は全体を測定可能となるように前記プローブによる互いの測定範囲の一部が重複するように配置され、それぞれが前記空間座標データを出力可能とされ、
前記処理部は、該空間座標データを前記三次元形状測定機毎に識別可能に保持する保持手段と、該保持手段で保持された該空間座標データを合成する合成手段と、該合成手段の前段に、前記空間座標データに前記ワークを測定した際には測定フラグを付加するデータ受入手段と、を備え、
前記合成手段は、該測定フラグが付加された該空間座標データのみを合成することを特徴とする三次元形状測定システム。
前記処理部は、更に、前記空間座標データに基づいて、前記プローブ同士の接近状態を確認する干渉確認手段と、該干渉確認手段で判定された確認情報を出力する出力手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の三次元形状測定システム。
前記合成手段は、前記測定範囲の重複した領域において、前記三次元形状測定機毎の互いに対応する前記空間座標データに基づいて補正空間座標データを求め、該補正空間座標データを合成することを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の三次元形状測定システム。
ワークを測定するためのプローブの空間座標データを出力する三次元形状測定機と該空間座標データを処理する処理部とを備える三次元形状測定システムの制御用ソフトウェアであって、
前記三次元形状測定機は、多関節アーム型で複数台とされ且つ前記ワークの一部又は全体を測定可能となるように前記プローブによる互いの測定範囲の一部が重複するように配置され、それぞれが前記空間座標データを出力可能とされている形態において、
該空間座標データに前記ワークを測定した際には測定フラグを付加する処理と、該空間座標データを前記三次元形状測定機毎に識別可能に保持する処理と、保持された該空間座標データのうち、該測定フラグが付加された該空間座標データのみを合成する処理と、
を前記処理部に行わせることを特徴とする三次元形状測定システムの制御用ソフトウェア。