JP6607228B2 - Calibration piece, calibration method, shape measurement system, and shape measurement method - Google Patents

Calibration piece, calibration method, shape measurement system, and shape measurement method Download PDF

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Description

本発明は、校正片、校正方法、形状測定装置および形状測定方法に関し、特に、油井管ねじ継手などのテーパ形状を有する被測定対象物の形状を３次元的に精密測定する技術に関するものである。   The present invention relates to a calibration piece, a calibration method, a shape measuring apparatus, and a shape measuring method, and more particularly, to a technique for three-dimensionally measuring the shape of an object to be measured having a tapered shape such as an oil well threaded joint. .

従来の油井管等のねじの形状測定としては、２次元座標データから演算して行う測定方法がある。例えば、特許文献１には、光源ランプから光をねじ溝に平行に照射してねじ面を通過する光を検出してねじ形状を測定する光学式センサを用いてねじ要素を測定する方法であって、前記光学式センサで測定されたねじ形状の線図に接触式センサのゲージに用いられるコンタクトチップのイメージを仮想的に内接するように重ね合わせてその接点の２次元座標データを所定の間隔ごとに求め、それらの２次元座標データからねじ要素を演算することを特徴とするねじ要素の測定方法が開示されている。   As a conventional measurement of the shape of a screw such as an oil well pipe, there is a measurement method performed by calculating from two-dimensional coordinate data. For example, Patent Document 1 discloses a method of measuring a screw element using an optical sensor that irradiates light from a light source lamp in parallel with a screw groove and detects light passing through a screw surface to measure a screw shape. Then, the image of the contact tip used for the gauge of the contact sensor is superimposed on the screw-shaped diagram measured by the optical sensor so as to be virtually inscribed, and the two-dimensional coordinate data of the contact is set at a predetermined interval. A screw element measuring method is disclosed in which the screw element is calculated for each and calculated from the two-dimensional coordinate data.

このような従来技術に対し、近年、３次元でねじ等のテーパ状被測定対象物の形状を測定する技術開発も行われるようになっている。この３次元の形状測定技術の確立のためには、形状測定に用いるレーザ距離計に対する高精度な校正が求められる。   In contrast to such conventional techniques, in recent years, technical development has been carried out to measure the shape of a tapered object to be measured such as a screw in three dimensions. In order to establish this three-dimensional shape measurement technique, high-precision calibration is required for the laser distance meter used for shape measurement.

特開平９−２６４７１９号公報JP-A-9-264719

そこで、本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、ねじ等のテーパ状被測定対象物の高精度な形状の測定を可能にする校正片、校正方法、この校正片を有する形状測定システムおよび形状測定方法を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and a calibration piece, a calibration method, and a shape having this calibration piece that enable measurement of a highly accurate shape of a tapered object to be measured such as a screw. An object is to provide a measurement system and a shape measurement method.

本発明の要旨は以下の通りである。
［１］レーザ光を用いて表面に凹凸部が形成されたテーパ状被測定側面部および軸方向の先端に形成された被測定先端部を備えるテーパ状被測定対象物の３次元形状を光学的に測定する形状測定装置が有する、
レーザ照射することで前記テーパ状被測定側面部の形状を計測する走査型の第１のレーザ距離計と、
該第１のレーザ距離計とは異なる前記軸方向に対するレーザ照射角度でレーザ照射することで前記テーパ状被測定側面部の形状を計測する走査型の第２のレーザ距離計と、
レーザ照射することで前記被測定先端部の位置を計測する走査型の第３のレーザ距離計と、
の夫々のレーザ照射方向を校正するための円錐台形状を有する校正片であって、
前記第１のレーザ距離計および前記第２のレーザ距離計からのレーザが照射される校正用テーパ状側面部と、
該校正用テーパ状側面部の先端部に形成され、前記第３のレーザ距離計からのレーザが照射される校正用先端平面部と、
を備え、
前記校正用テーパ状側面部には、校正用切欠部および／または校正用突出部が形成されており、
前記校正用先端平面部は、軸方向に陥没形成された校正用凹部および／または軸方向に突出形成された校正用凸部を有する、校正片。
［２］レーザ光を用いて表面に凹凸部が形成されたテーパ状被測定側面部および軸方向の先端に形成された被測定先端部を備えるテーパ状被測定対象物の３次元形状を光学的に測定する形状測定装置が有する、
レーザ照射することで前記テーパ状被測定側面部の形状を計測する走査型の第１のレーザ距離計と、
該第１のレーザ距離計とは異なる前記軸方向に対するレーザ照射角度でレーザ照射することで前記テーパ状被測定側面部の形状を計測する走査型の第２のレーザ距離計と、
レーザ照射することで前記被測定先端部の位置を計測する走査型の第３のレーザ距離計と、
の夫々のレーザ照射方向を校正する方法であり、
円錐台形状を有し、
前記第１のレーザ距離計および前記第２のレーザ距離計からのレーザが照射される校正用テーパ状側面部と、
該校正用テーパ状側面部の先端部に形成され、前記第３のレーザ距離計からのレーザが照射される校正用先端平面部と、
を備え、
前記校正用テーパ状側面部には、校正用切欠部および／または校正用突出部が形成されており、
前記校正用先端平面部は、軸方向に陥没形成された校正用凹部および／または軸方向に突出形成された校正用凸部を有する、校正片を前記形状測定装置の前記テーパ状被測定対象物の設置位置に配置して、
前記第１のレーザ距離計、前記第２のレーザ距離計および前記第３のレーザ距離計の夫々のレーザ照射方向を校正する、校正方法。
［３］レーザ照射することで、表面に凹凸部が形成されたテーパ状被測定側面部および軸方向の先端に形成された被測定先端部を備えるテーパ状被測定対象物の前記テーパ状被測定側面部の形状を計測する走査型の第１のレーザ距離計、
該第１のレーザ距離計とは異なる前記軸方向に対するレーザ照射角度でレーザ照射することで前記テーパ状被測定側面部の形状を計測する走査型の第２のレーザ距離計、
およびレーザ照射することで前記被測定先端部の位置を計測する走査型の第３のレーザ距離計、
を有し、レーザ光を用いて前記テーパ状被測定対象物の３次元形状を光学的に測定する形状測定装置と、
円錐台形状を有し、
前記第１のレーザ距離計および前記第２のレーザ距離計からのレーザが照射される校正用テーパ状側面部、
および該校正用テーパ状側面部の先端部に形成され、前記第３のレーザ距離計からのレーザが照射される校正用先端平面部、
を有し、
前記校正用テーパ状側面部には、校正用切欠部および／または校正用突出部が形成されており、
前記校正用先端平面部は、軸方向に陥没形成された校正用凹部および／または軸方向に突出形成された校正用凸部を有し、前記テーパ状被測定対象物の設置位置に配置可能な校正片と、
を備える、形状測定システム。
［４］前記［２］に記載の校正方法で校正した形状測定装置を用いてテーパ状被測定対象物の形状を測定する形状測定方法。 The gist of the present invention is as follows.
[1] Optically forming a three-dimensional shape of a tape-shaped object to be measured having a tapered surface-to-be-measured portion having a concavo-convex portion formed on the surface and a tip end to be measured formed at an axial tip. The shape measuring device to measure
A scanning-type first laser distance meter that measures the shape of the tapered side surface to be measured by laser irradiation;
A scanning type second laser distance meter that measures the shape of the tapered side surface to be measured by laser irradiation at a laser irradiation angle with respect to the axial direction different from the first laser distance meter;
A scanning type third laser distance meter that measures the position of the measured tip by laser irradiation;
A calibration piece having a truncated cone shape for calibrating each laser irradiation direction of
A calibration tapered side surface irradiated with laser from the first laser distance meter and the second laser distance meter;
A tip end flat portion for calibration formed at the tip end portion of the tapered side surface portion for calibration and irradiated with the laser from the third laser distance meter;
With
A calibration notch and / or a calibration protrusion is formed on the calibration tapered side surface,
The calibration tip plane portion is a calibration piece having a calibration concave portion that is recessed in the axial direction and / or a calibration convex portion that protrudes in the axial direction.
[2] A three-dimensional shape of a tape-shaped object to be measured having a tapered side surface part having a concavo-convex part formed on the surface and a measured tip part formed at an axial tip using a laser beam is optically determined. The shape measuring device to measure
A scanning-type first laser distance meter that measures the shape of the tapered side surface to be measured by laser irradiation;
A scanning type second laser distance meter that measures the shape of the tapered side surface to be measured by laser irradiation at a laser irradiation angle with respect to the axial direction different from the first laser distance meter;
A scanning type third laser distance meter that measures the position of the measured tip by laser irradiation;
It is a method of calibrating each laser irradiation direction of
Having a truncated cone shape,
A calibration tapered side surface irradiated with laser from the first laser distance meter and the second laser distance meter;
A tip end flat portion for calibration formed at the tip end portion of the tapered side surface portion for calibration and irradiated with the laser from the third laser distance meter;
With
A calibration notch and / or a calibration protrusion is formed on the calibration tapered side surface,
The calibration front end flat portion has a calibration concave portion formed in a recess in the axial direction and / or a calibration convex portion formed in a projection in the axial direction. Placed at the installation position of
A calibration method for calibrating the respective laser irradiation directions of the first laser distance meter, the second laser distance meter, and the third laser distance meter.
[3] The tapered measurement object of the tapered object to be measured provided with the tapered measurement side surface part having the uneven part formed on the surface and the measurement tip part formed at the axial tip by laser irradiation. A scanning type first laser distance meter for measuring the shape of the side surface,
A scanning-type second laser distance meter that measures the shape of the tapered side surface to be measured by laser irradiation at a laser irradiation angle with respect to the axial direction different from the first laser distance meter;
And a scanning-type third laser distance meter that measures the position of the measured tip by laser irradiation,
A shape measuring device that optically measures the three-dimensional shape of the tapered object to be measured using a laser beam;
Having a truncated cone shape,
A calibration tapered side surface irradiated with laser from the first laser distance meter and the second laser distance meter;
And a calibration front end flat part formed at the front end of the calibration tapered side part and irradiated with the laser from the third laser distance meter,
Have
A calibration notch and / or a calibration protrusion is formed on the calibration tapered side surface,
The calibration front end flat portion has a calibration concave portion formed in a recess in the axial direction and / or a calibration convex portion formed in a projection in the axial direction, and can be disposed at an installation position of the tapered object to be measured. A calibration piece,
A shape measurement system comprising:
[4] A shape measuring method for measuring the shape of the tapered object to be measured using the shape measuring apparatus calibrated by the calibration method according to [2].

本発明によれば、ねじ等のテーパ状被測定対象物の高精度な形状の測定を可能にする校正片、校正方法、この校正片を有する形状測定システムおよび形状測定方法が提供される。より具体的には、本発明によれば、形状測定装置の各レーザ距離計の基準点を調整し、かつ軸（ねじ軸、スキャン軸）と校正片中心軸の取付誤差による傾斜角を補正し、機構変動により発生する誤差を補正することを同時に行うことができる。   According to the present invention, there are provided a calibration piece, a calibration method, a shape measurement system having the calibration piece, and a shape measurement method that enable measurement of a highly accurate shape of a tapered object to be measured such as a screw. More specifically, according to the present invention, the reference point of each laser distance meter of the shape measuring apparatus is adjusted, and the inclination angle due to the mounting error between the axis (screw axis, scan axis) and the calibration piece center axis is corrected. Thus, it is possible to simultaneously correct the error caused by the mechanism fluctuation.

ねじ形状および形状測定装置の構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of a screw shape and a shape measuring apparatus. 本発明の校正片の構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the calibration piece of this invention. 関連技術の校正片の構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the calibration piece of related technology. 第１のレーザ距離計と第２のレーザ距離計との基準点調整を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the reference point adjustment of a 1st laser rangefinder and a 2nd laser rangefinder. 本発明の校正片の校正用テーパ状側面部に形成された校正用切欠部を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the notch part for a calibration formed in the taper-shaped side part for a calibration of the calibration piece of this invention. 第１のレーザ距離計と第３のレーザ距離計との基準点調整を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the reference point adjustment of a 1st laser distance meter and a 3rd laser distance meter. 本発明の校正片の校正用先端平面部に形成された校正用凹部を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the recessed part for a calibration formed in the front-end | tip flat part for a calibration of the calibration piece of this invention. 本発明の校正片による傾斜角補正機能を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the inclination angle correction | amendment function by the calibration piece of this invention. 本発明の校正片による傾斜角補正機能を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the inclination angle correction | amendment function by the calibration piece of this invention. 本発明の校正片による機構変動補正機能を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the mechanism fluctuation correction function by the calibration piece of this invention.

以下、添付図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

［形状測定装置］
まず、本発明の校正片１で校正を行う形状測定装置１００について、図１を参照しながら説明する。図１は、ねじ形状および形状測定装置１００の構成を説明するための図である。図１（Ａ）では測定対象となるねじの形状の一例を示し、図１（Ｂ）では、形状測定装置１００を構成する第１のレーザ距離計１０１、第２のレーザ距離計１０２、第３のレーザ距離計１０３を上面から見た図を示す。 [Shape measuring device]
First, a shape measuring apparatus 100 that performs calibration with the calibration piece 1 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram for explaining a configuration of a screw shape and shape measuring apparatus 100. FIG. 1A shows an example of the shape of a screw to be measured, and FIG. 1B shows a first laser distance meter 101, a second laser distance meter 102, and a third that constitute the shape measuring apparatus 100. The figure which looked at the laser distance meter 103 of this from the upper surface is shown.

以下、形状の測定対象とするテーパ状被測定対象物の例として、ねじ１１０を挙げて説明するが、本発明では、表面に凹凸部が形成されたテーパ状被測定側面部および軸方向の先端に形成された被測定先端部を有していれば、テーパ状被測定対象物は、ねじ１１０には限定されない。以下の説明において、ねじテーパ状側面部はテーパ状被測定対象物のテーパ状被測定側面部の一例であり、ねじ先端部は被測定先端部の一例である。   Hereinafter, the screw 110 will be described as an example of the tapered object to be measured as a shape measurement object. In the present invention, the tapered side surface part having an uneven part formed on the surface and the tip in the axial direction are described. The tapered object to be measured is not limited to the screw 110 as long as the object to be measured is formed at the tip. In the following description, the screw tapered side surface portion is an example of a tapered measured side surface portion of a tapered object to be measured, and the screw tip portion is an example of a measured tip portion.

形状測定装置１００は、油井管ねじ等のねじ１１０の形状を測定するために用いられ、ねじ形状が複雑な形状であるために、レーザ距離計（スポットタイプ、ラインタイプ）を用いて形状測定を行う。その形状が、例えば、台形ねじではなく、フックねじの形状である場合（図１（Ａ）参照）、１つのスポットタイプの走査型のレーザ距離計（以下、第１のレーザ距離計１０１とする）だけでは、ねじ１１０のねじテーパ状側面部のフック部分とその他の部分の形状を把握するための制御が煩雑になる。そのため、本発明で対象とする形状測定装置１００では、図１（Ｂ）に示すように、第１のレーザ距離計１０１の他に、スポットタイプの走査型のレーザ距離計（以下、第２のレーザ距離計１０２とする）をもう一つ配置させる。そして、軸方向（ねじ軸方向、管軸方向のことである。）、ねじテーパ状側面部の略錐台形状の母線方向、または上記のねじ軸と母線との間に形成される任意の方向に第１のレーザ距離計１０１および第２のレーザ距離計１０２を移動させながらレーザ照射することで、ねじ形状情報を取得するセンサ配置設計とする。   The shape measuring device 100 is used to measure the shape of a screw 110 such as an oil well pipe screw. Since the screw shape is a complicated shape, the shape measuring device 100 performs shape measurement using a laser distance meter (spot type, line type). Do. For example, when the shape is not a trapezoidal screw but a hook screw (see FIG. 1A), one spot type scanning laser rangefinder (hereinafter referred to as a first laser rangefinder 101). ) Alone, the control for grasping the shapes of the hook portion and other portions of the screw taper side surface portion of the screw 110 becomes complicated. Therefore, in the shape measuring apparatus 100 targeted by the present invention, as shown in FIG. 1B, in addition to the first laser distance meter 101, a spot-type scanning laser distance meter (hereinafter referred to as a second laser distance meter). Another laser distance meter 102) is arranged. Then, the axial direction (the screw axis direction and the pipe axis direction), the substantially frustum-shaped busbar direction of the screw taper side surface portion, or any direction formed between the screw shaft and the busbar. The sensor arrangement design is such that the screw shape information is acquired by performing laser irradiation while moving the first laser distance meter 101 and the second laser distance meter 102.

第１のレーザ距離計１０１、第２のレーザ距離計１０２は、ねじ１１０の多様な凹凸形状の測定に最適な角度に調整される。スキャン軸方向（ねじ軸方向、校正片中心軸方向）の移動距離の計測にはリニアスケール１０４を用いる。   The first laser distance meter 101 and the second laser distance meter 102 are adjusted to an optimum angle for measuring various uneven shapes of the screw 110. A linear scale 104 is used to measure the movement distance in the scan axis direction (screw axis direction, calibration piece center axis direction).

第１のレーザ距離計１０１、第２のレーザ距離計１０２を上述したように移動させることで、第１のレーザ距離計１０１、第２のレーザ距離計１０２の測定精度を調整することができる。本発明で対象とするレーザ距離計では、レーザの照射面からの反射光を受光素子に投影し、その受光分布を算出することによって距離を演算している。レーザの照射面の面積が大きいほど、位置演算の測定誤差は大きくなることから、基準位置（測定基準位置）においてレーザ照射面積が最小となるために、基準位置（測定基準位置）を変化させないようにねじテーパ状側面部の母線方向に沿った走査（テーパ倣いスキャン）を行うことが好ましい。測定精度が比較的低くても良い場合には、ねじ軸方向に走査（スキャン）していく構成を取ってもよい。   By moving the first laser rangefinder 101 and the second laser rangefinder 102 as described above, the measurement accuracy of the first laser rangefinder 101 and the second laser rangefinder 102 can be adjusted. In the laser rangefinder targeted by the present invention, the distance is calculated by projecting the reflected light from the laser irradiation surface onto the light receiving element and calculating the received light distribution. Since the measurement error of position calculation increases as the area of the laser irradiation surface increases, the laser irradiation area is minimized at the reference position (measurement reference position), so that the reference position (measurement reference position) is not changed. It is preferable to perform scanning (taper scanning scan) along the generatrix direction of the screw taper side surface portion. When the measurement accuracy may be relatively low, it may be configured to scan in the screw axis direction.

ここで、基準位置は、レーザ照射スポット径が最小となる位置のことを指す。レーザ光は１点に集光させることが望ましいが、集光限界があるため、ある一定の径（スポット径）となる。その集光位置のことを基準位置とし、集光位置からずれるとスポット径も大きくなる。レーザ距離計は反射光が受光素子のどこに当たるかによりその位置情報を得ているため、スポット径が大きくなると測定範囲が大きくなり（測定範囲の平均値が測定位置として検出され）、測定点を絞った位置測定ができない。そのため、被測定対象物の位置をこの基準位置、または大きく外れない範囲（市販の距離計は測定可能範囲が基準距離±〜ｍｍというように定められている）にすることが好ましい。   Here, the reference position refers to a position where the laser irradiation spot diameter is minimum. Although it is desirable to condense the laser light at one point, there is a condensing limit, so that the laser light has a certain diameter (spot diameter). The light collection position is used as a reference position, and the spot diameter increases as the position deviates from the light collection position. Since the laser distance meter obtains its position information based on where the reflected light hits the light receiving element, the measurement range increases as the spot diameter increases (the average value of the measurement range is detected as the measurement position), and the measurement point is Cannot measure the position of the aperture. Therefore, it is preferable to set the position of the object to be measured to this reference position or a range that does not greatly deviate (a commercially available distance meter has a measurable range defined as a reference distance ± to mm).

なお、上記のスポットタイプのレーザ距離計とは、三角測距法に基づいたレーザ光の照射、受光、位置情報の算出を行うレーザ距離計のことを指し、ラインタイプのレーザ距離計とは、スポットタイプの三角測距法をライン上に配置した光学系に適用することによって、ライン上に照射されたレーザの反射光により位置情報を取得するレーザ距離計のことを指す。   The above-mentioned spot type laser rangefinder refers to a laser rangefinder that performs laser light irradiation, light reception, and position information calculation based on the triangulation method. By applying a spot type triangulation method to an optical system arranged on a line, it refers to a laser rangefinder that acquires position information from reflected light of a laser irradiated on the line.

また、本発明で対象とする形状測定装置１００では、ねじ先端部位置（管端位置）を正確に計測するために、ねじ先端部にレーザを照射可能なラインタイプの走査型のレーザ距離計（以下、第３のレーザ距離計１０３とする）を配置する。   Further, in the shape measuring apparatus 100 targeted by the present invention, in order to accurately measure the screw tip position (tube end position), a line-type scanning laser distance meter capable of irradiating the screw tip portion with a laser ( Hereinafter, the third laser distance meter 103 is disposed.

これらの第１のレーザ距離計１０１、第２のレーザ距離計１０２、第３のレーザ距離計１０３は、ねじ１１０の３次元形状を取得するために、ねじ軸を中心軸として回転しながら、ねじ１１０にレーザ照射することができる。   The first laser distance meter 101, the second laser distance meter 102, and the third laser distance meter 103 rotate while using the screw shaft as a central axis in order to obtain the three-dimensional shape of the screw 110. 110 can be irradiated with a laser.

上述したような本発明で対象とする形状測定装置１００で、ねじ１１０の３次元形状の測定を行うには、第１、第２、第３のレーザ距離計１０１、１０２、１０３夫々から得られる距離情報を３次元座標上に投影する必要がある。そして、各レーザ距離計１０１、１０２、１０３の距離情報を複合させ、統一した座標上にプロフィールを投影するためには、各距離計の基準点（共通座標位置）を設定しておく必要がある。   In order to measure the three-dimensional shape of the screw 110 with the shape measuring apparatus 100 as the object of the present invention as described above, it is obtained from the first, second, and third laser distance meters 101, 102, and 103, respectively. It is necessary to project distance information onto three-dimensional coordinates. In order to combine the distance information of the laser distance meters 101, 102, and 103 and project the profile onto the unified coordinates, it is necessary to set a reference point (common coordinate position) for each distance meter. .

［校正片］
図２は、本発明の校正片１の構成を説明するための図であり、校正片１を上面から見た図を示す。校正片１は、図２に示す例では、上面図を軸（校正片中心軸）を中心に回転した円錐台形状を有する。本発明の校正片１は、上述したような、形状測定装置１００の校正のために用いられ、ねじ１１０（テーパ状被測定対象物）の設置位置に配置可能であり、高精度なねじ形状の測定を可能にする。より具体的には、本発明の校正片１は、以下の（１）〜（３）の３点の機能を有することで、高精度なねじ形状の測定が可能になる。
（１）基準点調整機能：各レーザ距離計のレーザ照射方向の影響を受けずに、各レーザ距離計の基準点を高精度に調整すること。なお、基準点とは、各レーザ距離計の統一した座標上に、各レーザ距離計の測定結果情報を投影するために必要となる各レーザ距離計の基準点（共通座標位置）である。
（２）傾斜角補正機能：スキャン軸（ねじ軸）と校正片中心軸の取付誤差による傾斜角を補正すること。
（３）機構変動補正機能：形状測定装置のレーザ距離計のスキャンによる剛性撓み等に基づく機構変動により発生する誤差を補正すること。 [Proofreading piece]
FIG. 2 is a view for explaining the configuration of the calibration piece 1 of the present invention, and shows a view of the calibration piece 1 as viewed from above. In the example shown in FIG. 2, the calibration piece 1 has a truncated cone shape that is rotated about an axis (calibration piece central axis) in the top view. The calibration piece 1 of the present invention is used for calibration of the shape measuring apparatus 100 as described above, and can be disposed at the installation position of the screw 110 (tapered object to be measured), and has a highly accurate screw shape. Enable measurement. More specifically, the calibration piece 1 of the present invention has the following three functions (1) to (3), thereby enabling highly accurate screw shape measurement.
(1) Reference point adjustment function: The reference point of each laser distance meter is adjusted with high accuracy without being affected by the laser irradiation direction of each laser distance meter. The reference point is a reference point (common coordinate position) of each laser distance meter required to project the measurement result information of each laser distance meter on the unified coordinates of each laser distance meter.
(2) Inclination angle correction function: Correction of the inclination angle due to the mounting error between the scan axis (screw axis) and the calibration piece center axis.
(3) Mechanism fluctuation correction function: Correction of errors caused by mechanism fluctuations based on rigid deflection caused by scanning of a laser distance meter of the shape measuring apparatus.

すなわち、本発明の校正片１は、レーザ光を用いて表面に凹凸部が形成されたテーパ状被測定側面部（ねじテーパ状側面部）および軸方向の先端に形成された被測定先端部（ねじ先端部）を備えるテーパ状被測定対象物（ねじ１１０）の３次元形状を光学的に測定する形状測定装置１００が有する、レーザ照射することでテーパ状被測定側面部（ねじテーパ状側面部）の形状を計測する走査型の第１のレーザ距離計１０１と、該第１のレーザ距離計１０１とは異なる軸方向（ねじ軸方向）に対するレーザ照射角度でレーザ照射することでテーパ状被測定側面部（ねじテーパ状側面部）の形状を計測する走査型の第２のレーザ距離計１０２と、レーザ照射することで被測定先端部（ねじ先端部）の位置を計測する走査型の第３のレーザ距離計１０３と、の夫々のレーザ照射方向を校正するための円錐台形状を有する校正片であって、第１のレーザ距離計１０１および第２のレーザ距離計１０２からのレーザが照射される校正用テーパ状側面部２と、該校正用テーパ状側面部２の先端部に形成され、第３のレーザ距離計１０３からのレーザが照射される校正用先端平面部３と、を備え、校正用テーパ状側面部２には、校正用切欠部２１および／または校正用突出部が形成されており、校正用先端平面部３は、軸方向に陥没形成された校正用凹部２１および／または軸方向に突出形成された校正用凸部を有する。なお、図２中、Ｃ１〜Ｃ１０の寸法に関しては適宜調整できる。   That is, the calibration piece 1 of the present invention includes a tapered measured side surface portion (screw tapered side surface portion) having a concavo-convex portion formed on the surface by using laser light and a measured distal end portion formed at the axial tip ( The shape measuring apparatus 100 that optically measures the three-dimensional shape of the tapered object to be measured (screw 110) provided with the screw tip part has a taper-measured side part (screw tapered side part by laser irradiation). The first laser distance meter 101 of the scanning type that measures the shape of), and taper measurement by laser irradiation at a laser irradiation angle with respect to an axial direction (screw axis direction) different from the first laser distance meter 101 A scanning second laser distance meter 102 that measures the shape of the side surface (screw tapered side surface), and a third scanning type that measures the position of the measured tip (screw tip) by laser irradiation. Laser rangefinder 1 3, a calibration piece having a truncated cone shape for calibrating the respective laser irradiation directions, and a calibration taper to which the laser beams from the first laser distance meter 101 and the second laser distance meter 102 are irradiated. A calibration side surface portion 2 and a calibration front end flat surface portion 3 which is formed at the front end portion of the calibration taper side surface portion 2 and is irradiated with the laser from the third laser distance meter 103. The side surface portion 2 is formed with a calibration notch 21 and / or a calibration protrusion, and the calibration tip flat surface portion 3 projects in the axial direction in the calibration recess 21 and / or in the axial direction. It has the convex part for calibration formed. In FIG. 2, the dimensions C1 to C10 can be adjusted as appropriate.

また、以下では、校正用切欠部２１、校正用突出部のうち、校正用切欠部２１を例に挙げて説明する。また、校正用凹部２１、校正用凸部のうち、校正用凹部２１を例に挙げて説明する。   In the following, the calibration notch 21 and the calibration notch 21 will be described as an example of the calibration notch 21 and the calibration protrusion. Further, the calibration concave portion 21 among the calibration concave portion 21 and the calibration convex portion will be described as an example.

本発明の校正片１では、特に、錐台形状を有しつつ、切欠部２１、凹部３１を有し、上記の（１）〜（３）の機能を備えることを特徴とする。以下、本発明の校正片１による基準点調整機能、傾斜角補正機能および機構変動補正機能を説明する。   In particular, the calibration piece 1 of the present invention has a truncated cone shape, a notch 21 and a recess 31, and has the functions (1) to (3) described above. Hereinafter, the reference point adjustment function, the tilt angle correction function, and the mechanism fluctuation correction function by the calibration piece 1 of the present invention will be described.

＜基準点調整機能＞
まず、図３、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂを主に参照しながら、本発明の校正片１による基準点調整機能を説明する。図３は、関連技術の校正片１１の構成を説明するための図である。図４Ａは、第１のレーザ距離計１０１と第２のレーザ距離計１０２との基準点調整を説明するための図である。図４Ｂは、本発明の校正片１の校正用テーパ状側面部２に形成された切欠部２１を説明するための図である。図５Ａは、第１のレーザ距離計１０１と第３のレーザ距離計１０３との基準点調整を説明するための図である。図５Ｂは、本発明の校正片１の校正用先端平面部３に形成された凹部３１を説明するための図である。 <Reference point adjustment function>
First, the reference point adjustment function by the calibration piece 1 of the present invention will be described with reference mainly to FIGS. 3, 4A, 4B, 5A, and 5B. FIG. 3 is a diagram for explaining the configuration of the calibration piece 11 of the related art. FIG. 4A is a diagram for explaining reference point adjustment between the first laser distance meter 101 and the second laser distance meter 102. FIG. 4B is a view for explaining the notch 21 formed in the calibration tapered side surface portion 2 of the calibration piece 1 of the present invention. FIG. 5A is a diagram for explaining reference point adjustment between the first laser distance meter 101 and the third laser distance meter 103. FIG. 5B is a view for explaining the recess 31 formed in the calibration front end flat portion 3 of the calibration piece 1 of the present invention.

図３に示すように、ねじ１１０のテーパ形状に対応させた円錐から円錐頂部をカットした形状、すなわち先端部に平面部が形成された円錐台形状を有する関連技術の校正片１１によれば、後述する機構変動により発生する誤差を検出することができる。
なお、対向する距離計間の補正は対向する一対の第１のレーザ距離計１０１同士の基準点位置を用いればよい。具体的には、対向する第１のレーザ距離計１０１の基準点調整を寸法既知の校正片１１の先端部（角部）の平面部の直径と比較して行うことにより対向する距離計間の補正を行う。 As shown in FIG. 3, according to the related art calibration piece 11 having a truncated cone shape from a cone corresponding to the taper shape of the screw 110, that is, a truncated cone shape in which a flat portion is formed at the distal end portion. It is possible to detect an error caused by a mechanism variation described later.
In addition, what is necessary is just to use the reference point position of a pair of 1st laser rangefinder 101 which opposes for the correction between the distance meters which oppose. Specifically, by adjusting the reference point of the first laser rangefinder 101 that is opposed to the diameter of the flat portion of the tip (corner) of the calibration piece 11 whose dimensions are known, the distance between the opposed rangefinders is adjusted. Make corrections.

この関連技術の校正片１１を用いた場合の基準点調整における問題点２つを以下で説明する。   Two problems in the reference point adjustment when the calibration piece 11 of the related technique is used will be described below.

（問題点１：第１のレーザ距離計１０１と第２のレーザ距離計１０２との基準点調整）
図４Ａに示すように、ねじ１１０の多様な凹凸形状（例えば、フック形状（図１再参照））を精度良く計測できるように、第１のレーザ距離計１０１と第２のレーザ距離計とは傾斜して配置され、夫々のレーザ距離計１０１、１０２はねじ１１０に対して異なる向きに（第１のレーザ距離計１０１と第２のレーザ距離計１０２とのねじ軸方向に対するレーザ照射角度が異なるように）レーザ照射する。すなわち、ねじテーパ状側面部の凹凸に対して、一方のレーザ距離計（図４Ａでは第１のレーザ距離計１０１）がねじ先端部側からねじテーパ状側面部に対してレーザ照射し、他方のレーザ距離計（図４Ａでは第２のレーザ距離計１０２）がねじ後端部側からねじテーパ状側面部に対してレーザ照射できるように、夫々のレーザ距離計１０１、１０２は傾斜して配置される。 (Problem 1: Reference point adjustment between the first laser distance meter 101 and the second laser distance meter 102)
As shown in FIG. 4A, the first laser rangefinder 101 and the second laser rangefinder are capable of accurately measuring various uneven shapes of the screw 110 (for example, hook shape (see FIG. 1 again)). The laser distance meters 101 and 102 are inclined and have different directions with respect to the screw 110 (the laser irradiation angles of the first laser distance meter 101 and the second laser distance meter 102 with respect to the screw axis direction are different). ) Laser irradiation. That is, one laser distance meter (first laser distance meter 101 in FIG. 4A) irradiates the screw tapered side surface with laser from the screw tip side to the unevenness of the screw tapered side surface portion. The laser distance meters 101 and 102 are inclined so that the laser distance meter (the second laser distance meter 102 in FIG. 4A) can irradiate the screw tapered side surface from the screw rear end side. The

このように配置された第１のレーザ距離計１０１と第２のレーザ距離計１０２とを校正片１１により校正するとき、校正片１１の校正用テーパ状側面部２から校正用先端平面部３、後端平面部（先端平面部および後端平面部は校正片の軸直交断面である。）に移行する先端側エッジ部４、後端側エッジ部５の測定値が安定しない。   When the first laser distance meter 101 and the second laser distance meter 102 arranged in this way are calibrated by the calibration piece 11, the calibration tip side surface portion 3 from the calibration tapered side surface portion 2 of the calibration piece 11, The measured values of the leading edge portion 4 and the trailing edge portion 5 that move to the trailing flat portion (the leading flat portion and the trailing flat portion are axially orthogonal sections of the calibration piece) are not stable.

この点について、より詳細に説明すると、まず、図４Ａに示すように、各レーザ距離計１０１、１０２の基準点としては、校正片１１の上記の先端側エッジ部４、または後端側エッジ部５にレーザ距離計１０１、１０２がレーザ照射しているときの位置とする。このエッジ部４、５を基準点とするのは、スキャン位置を変化させながら、距離を測定していくと、エッジ部４、５で距離の測定値は大きく変化し、基準点としての検出を精度良く行えるためである。   This point will be described in more detail. First, as shown in FIG. 4A, as the reference point of each laser distance meter 101, 102, the above-described front end side edge portion 4 or rear end side edge portion of the calibration piece 11 is used. 5 is a position when the laser distance meters 101 and 102 are irradiating laser. The edge portions 4 and 5 are used as reference points. When the distance is measured while changing the scan position, the measured values of the distance greatly change at the edge portions 4 and 5, and the detection as the reference point is performed. This is because it can be performed with high accuracy.

しかしながら、図４Ａ（ａ）に示すように、先端側エッジ部４では、第１のレーザ距離計１０１の基準点としては用いることができるものの、第２のレーザ距離計１０２の基準点としては、レーザ照射方向の影響で、校正用先端平面部３にレーザ照射できないことから、エッジ部４での安定した測定値を得られない。また、図４Ａ（ｂ）に示すように、後端側エッジ部５では、第２のレーザ距離計１０２の基準点としては用いることができるものの、第１のレーザ距離計１０１の基準点としては、レーザ照射方向の影響で、後端平面部にレーザ照射できないことから、エッジ部５での安定した測定値を得られない。   However, as shown in FIG. 4A (a), the tip side edge portion 4 can be used as a reference point of the first laser distance meter 101, but as a reference point of the second laser distance meter 102, Due to the influence of the laser irradiation direction, it is impossible to irradiate the calibration tip flat surface portion 3 with the laser beam, so that a stable measurement value at the edge portion 4 cannot be obtained. Further, as shown in FIG. 4A (b), the rear edge 5 can be used as a reference point for the second laser rangefinder 102, but as a reference point for the first laser rangefinder 101, Because of the influence of the laser irradiation direction, the rear end plane portion cannot be irradiated with the laser, so that stable measurement values at the edge portion 5 cannot be obtained.

すなわち、関連技術の校正片１１を用いると、前述したように、傾斜して配置した第１のレーザ距離計１０１と第２のレーザ距離計１０２との校正のうち、第１のレーザ距離計１０１の校正については、校正片１１の校正用テーパ状側面部２の先端側エッジ部４を基準点とする。一方、第２のレーザ距離計１０２の校正については、校正片１１の校正用テーパ状側面部２の後端側エッジ部５を基準点とする。   That is, when the calibration piece 11 of the related art is used, as described above, the first laser distance meter 101 in the calibration of the first laser distance meter 101 and the second laser distance meter 102 arranged in an inclined manner. In the calibration, the tip side edge portion 4 of the calibration tapered side surface portion 2 of the calibration piece 11 is used as a reference point. On the other hand, for the calibration of the second laser distance meter 102, the rear end side edge portion 5 of the calibration tapered side surface portion 2 of the calibration piece 11 is used as a reference point.

しかしながら、この場合、夫々の基準点の間隔が広くなり、リニアスケール１０４に起因する誤差影響が大きくなるため、高精度な基準点調整を行うという観点から、夫々の基準点を近くすることが求められる。   However, in this case, the interval between the respective reference points is widened, and the influence of errors due to the linear scale 104 is increased. Therefore, from the viewpoint of performing high-precision reference point adjustment, it is required to make the respective reference points close to each other. It is done.

（問題点１の解決策：校正用切欠部を設ける）
本発明では、上記問題点１を解決するために、図４Ｂに示すように、校正片１の校正用テーパ状側面部２に校正用切欠部２１を設ける（図２も再参照）。好ましくは、校正片１の校正用テーパ状側面部２の周方向に校正用切欠部２１を設ける。 (Solution for Problem 1: Provide a calibration notch)
In the present invention, in order to solve the above problem 1, as shown in FIG. 4B, a calibration notch 21 is provided in the calibration tapered side surface 2 of the calibration piece 1 (see FIG. 2 again). Preferably, a calibration notch 21 is provided in the circumferential direction of the calibration tapered side surface 2 of the calibration piece 1.

これにより、
（ア）校正用切欠部２１のみを用いての第１のレーザ距離計１０１および第２のレーザ距離計１０２の基準点調整、
（イ）校正用切欠部２１による第１のレーザ距離計１０１の基準点調整、かつ校正片１の校正用テーパ状側面部２の後端側エッジ部５により第２のレーザ距離計１０２の基準点調整、
（ウ）校正用切欠部２１による第２のレーザ距離計１０２の基準点調整、かつ校正片１の校正用テーパ状側面部２の先端側エッジ部４により第１のレーザ距離計１０１の基準点調整、
のいずれかによって、第１のレーザ距離計１０１と第２のレーザ距離計１０２との基準点調整を高精度に行うことができる。 This
(A) Adjustment of reference points of the first laser distance meter 101 and the second laser distance meter 102 using only the calibration notch 21;
(A) Adjustment of the reference point of the first laser rangefinder 101 by the calibration notch 21 and the reference of the second laser rangefinder 102 by the rear end side edge portion 5 of the calibration tapered side surface portion 2 of the calibration piece 1 Point adjustment,
(C) Adjustment of the reference point of the second laser distance meter 102 by the calibration notch 21 and the reference point of the first laser distance meter 101 by the tip side edge portion 4 of the calibration tapered side surface portion 2 of the calibration piece 1 Adjustment,
By either of these, the reference point adjustment of the first laser distance meter 101 and the second laser distance meter 102 can be performed with high accuracy.

ここで、上記の（イ）の場合について、図４Ｂを参照すると、第１のレーザ距離計１０１の基準点調整は校正用切欠部２１（特にその端部）を用いて行い、第２のレーザ距離計１０２の基準点調整は校正片１の校正用テーパ状側面部２の後端側エッジ部５を用いて行う。そして、校正用切欠部２１の端部および校正用テーパ状側面部２の後端側エッジ部５周辺の既知の寸法に基づいて、高精度な第１のレーザ距離計１０１と第２のレーザ距離計１０２との基準点調整を行うことができる。   Here, referring to FIG. 4B in the case of (A) above, the reference point adjustment of the first laser rangefinder 101 is performed using the calibration notch 21 (particularly the end thereof), and the second laser The reference point adjustment of the distance meter 102 is performed using the rear end side edge portion 5 of the calibration tapered side surface portion 2 of the calibration piece 1. Then, based on the known dimensions around the end of the calibration notch 21 and the rear end side edge 5 of the calibration tapered side surface 2, the first laser distance meter 101 and the second laser distance with high accuracy are obtained. Reference point adjustment with the total 102 can be performed.

上記の（イ）の場合においては、この校正用切欠部２１は、より高精度な基準点調整を行うという観点から、校正片１の後端側エッジ部５付近に設けることが好ましい。このとき、より好ましくは、この校正用切欠部２１は、校正片１の校正用テーパ状側面部２の母線の長さに対し、後端側エッジ部５から５〜３０％の位置に設ける。   In the case of the above (A), it is preferable that the calibration notch 21 is provided in the vicinity of the rear end side edge 5 of the calibration piece 1 from the viewpoint of performing the reference point adjustment with higher accuracy. More preferably, the calibration notch 21 is provided at a position 5 to 30% from the rear edge 5 with respect to the length of the bus bar of the calibration tapered side surface 2 of the calibration piece 1.

また、上記の（ウ）の場合においては、この校正用切欠部２１は、より高精度な基準点調整を行うという観点から、校正片１の先端側エッジ部４付近に設けることが好ましい。
このとき、より好ましくは、この校正用切欠部２１は、校正片１の校正用テーパ状側面部２の母線の長さに対し、先端側エッジ部４から５〜３０％の位置に設ける。 In the case of the above (c), the calibration notch 21 is preferably provided in the vicinity of the edge portion 4 of the calibration piece 1 from the viewpoint of adjusting the reference point with higher accuracy.
At this time, more preferably, the calibration notch 21 is provided at a position 5 to 30% from the front edge 4 with respect to the length of the bus bar of the calibration tapered side surface 2 of the calibration piece 1.

なお、第１のレーザ距離計１０１と第２のレーザ距離計１０２は、連結して移動させ、図４Ｂ中、エッジ部４（または５）と、校正用切欠部２１の端部に到達するタイミングは同時でなくてもよい。   The first laser distance meter 101 and the second laser distance meter 102 are connected and moved to reach the edge 4 (or 5) and the end of the calibration notch 21 in FIG. 4B. May not be simultaneous.

（問題点２：第１のレーザ距離計１０１と第３のレーザ距離計１０３との基準点調整）
図５Ａに示すように、第１のレーザ距離計１０１は、ねじテーパ状側面部に対してレーザ照射し、第３のレーザ距離計１０３は、ねじ先端部に対してレーザ照射することを目的としていることから、夫々のレーザ距離計１０１、１０３は傾斜して配置される。 (Problem 2: Reference point adjustment between the first laser distance meter 101 and the third laser distance meter 103)
As shown in FIG. 5A, the first laser rangefinder 101 is used to irradiate the screw taper side surface portion with laser, and the third laser rangefinder 103 is used to irradiate the screw tip portion with laser. Therefore, the respective laser distance meters 101 and 103 are arranged at an inclination.

このように配置された第１のレーザ距離計１０１と第３のレーザ距離計１０３とを校正片１１により校正するとき、校正片１１の校正用テーパ状側面部２から校正用先端平面部３に移行する先端側エッジ部４の測定値は安定しない。   When the first laser distance meter 101 and the third laser distance meter 103 arranged in this way are calibrated by the calibration piece 11, the calibration taper side surface portion 2 of the calibration piece 11 is changed to the calibration tip plane portion 3. The measured value of the leading edge portion 4 that moves is not stable.

この点について、より詳細に説明すると、まず、図５Ａに示すように、各レーザ距離計１０１、１０３の基準点としては、校正片１１の上記のエッジ部４にレーザ距離計がレーザ照射しているときの位置とする。このエッジ部４を基準点とするのは、スキャン位置を変化させながら、距離を測定していくと、エッジ部４で距離の測定値は大きく変化し、基準点としての検出を精度良く行えるためである。   This point will be described in more detail. First, as shown in FIG. 5A, as a reference point of each of the laser distance meters 101 and 103, the laser distance meter irradiates the edge portion 4 of the calibration piece 11 with laser. The position when you are. The reason why the edge portion 4 is used as a reference point is that if the distance is measured while changing the scan position, the measured value of the distance greatly changes at the edge portion 4 and the detection as the reference point can be performed with high accuracy. It is.

しかしながら、図５Ａに示すように、先端側エッジ部４では、第１のレーザ距離計１０１の基準点としては用いることができるものの、第３のレーザ距離計１０３は、レーザ照射方向の影響で、校正用先端平面部３以外の領域にはレーザ照射による距離測定ができないことから、第３のレーザ距離計１０３では、エッジ部４での安定した測定値を得られない。そのため、第３のレーザ距離計１０３の基準点を精度良く調整する方法の確立が求められる。   However, as shown in FIG. 5A, the tip edge portion 4 can be used as a reference point for the first laser distance meter 101, but the third laser distance meter 103 is affected by the laser irradiation direction. Since the distance measurement by laser irradiation cannot be performed in a region other than the calibration front end flat portion 3, the third laser distance meter 103 cannot obtain a stable measurement value at the edge portion 4. Therefore, establishment of a method for accurately adjusting the reference point of the third laser distance meter 103 is required.

（問題点２の解決策：校正用凹部を設ける）
本発明では、上記問題点２を解決するために、図５Ｂに示すように、校正片１の校正用先端平面部３（先端エッジ部管軸直交面）に校正用凹部３１を設ける。（図２も再参照）。これにより、第１のレーザ距離計１０１と第３のレーザ距離計１０３との基準点調整を高精度に行うことができる。 (Solution for Problem 2: Provide a calibration recess)
In the present invention, in order to solve the above-described problem 2, as shown in FIG. 5B, a calibration recess 31 is provided in the calibration tip flat surface portion 3 (tip edge portion tube axis orthogonal surface) of the calibration piece 1. (Refer also to FIG. 2). Thereby, the reference point adjustment of the first laser distance meter 101 and the third laser distance meter 103 can be performed with high accuracy.

図５Ｂを参照しながら、より具体的に説明すると、まず、第１のレーザ距離計１０１の基準点調整は、校正片１の校正用テーパ状側面部２の先端側エッジ部４を用いて行う。また、第３のレーザ距離計１０３の基準点調整は、校正用凹部３１（特にその端部）を用いて行う。そして、校正用凹部３１の端部および校正用テーパ状側面部２の先端側エッジ部４周辺の既知の寸法に基づいて、高精度な第１のレーザ距離計１０１と第３のレーザ距離計１０３との基準点調整を行うことができる。   More specifically, referring to FIG. 5B, first, the reference point adjustment of the first laser distance meter 101 is performed using the tip side edge portion 4 of the calibration tapered side surface portion 2 of the calibration piece 1. . The reference point of the third laser distance meter 103 is adjusted using the calibration recess 31 (particularly, the end thereof). Then, based on the known dimensions around the end of the calibration recess 31 and the tip side edge 4 of the calibration tapered side surface 2, the first laser distance meter 101 and the third laser distance meter 103 with high accuracy are used. And the reference point can be adjusted.

また、好ましくは、この校正用凹部３１は、より高精度な基準点調整を行うという観点から、校正用先端平面部３中、端部がライン型レーザ距離計の視野範囲に入り、半径が校正用先端平面部３の半径の９０〜９８％であり、校正用先端平面部３と同心円の円形状であり、かつ、陥没した深さはライン型レーザ距離計の視野範囲に入る。   Preferably, the calibration recess 31 has an end in the field-of-view range of the line-type laser distance meter and a radius calibrated from the viewpoint of performing the reference point adjustment with higher accuracy. It is 90 to 98% of the radius of the front end flat part 3, is concentric with the calibration front end flat part 3, and the depressed depth falls within the visual field range of the line type laser rangefinder.

なお、本実施形態では、第１のレーザ距離計１０１と第２のレーザ距離計１０２との基準点調整、第１のレーザ距離計１０１と第３のレーザ距離計１０３との基準点調整により、第１、第２、第３のレーザ距離計１０１、１０２、１０３の全ての基準点調整を行う例を説明したが、第１のレーザ距離計１０１と第２のレーザ距離計１０２との基準点調整、第２のレーザ距離計１０２と第３のレーザ距離計１０３との基準点調整により、第１、第２、第３のレーザ距離計１０１、１０２、１０３の全ての基準点調整を同様に行ってもよい。   In the present embodiment, the reference point adjustment between the first laser distance meter 101 and the second laser distance meter 102, and the reference point adjustment between the first laser distance meter 101 and the third laser distance meter 103, Although an example in which all the reference points of the first, second, and third laser distance meters 101, 102, and 103 are adjusted has been described, the reference points of the first laser distance meter 101 and the second laser distance meter 102 By adjusting and adjusting the reference points of the second laser distance meter 102 and the third laser distance meter 103, all the reference point adjustments of the first, second and third laser distance meters 101, 102, 103 are similarly performed. You may go.

＜傾斜角補正機能＞
次に、図６Ａ、図６Ｂを主に参照しながら、本発明の校正片１による傾斜角補正機能を説明する。図６Ａ、図６Ｂは、本発明の校正片１による傾斜角補正機能を説明するための図である。 <Inclination correction function>
Next, an inclination angle correction function by the calibration piece 1 of the present invention will be described mainly with reference to FIGS. 6A and 6B. 6A and 6B are diagrams for explaining the tilt angle correction function by the calibration piece 1 of the present invention.

校正片１を形状測定装置１００のねじ設置位置に配置するときに、スキャン軸と校正片中心軸の取付誤差が発生する場合がある。その場合、その取付誤差による傾斜角θ（図６Ａ参照）を補正する必要がある。   When the calibration piece 1 is arranged at the screw installation position of the shape measuring apparatus 100, an attachment error between the scan axis and the calibration piece central axis may occur. In that case, it is necessary to correct the inclination angle θ (see FIG. 6A) due to the mounting error.

校正片中心軸と測定装置回転中心軸は一致していることが望ましい。すなわち、校正片１の校正用テーパ状側面部２の母線に対して、第１のレーザ距離計１０１と第２のレーザ距離計１０２とのスキャン方向は平行であることが望ましい。しかし、ユーザが校正片１を形状測定装置１００に取付けて、その後機械的な移動等により、正確な芯出しを行わない場合等において、校正片中心軸と測定装置回転中心軸との間にわずかばかりの角度（傾斜角θ（図６Ａ参照））が発生する。   It is desirable that the calibration piece center axis and the measurement apparatus rotation center axis coincide. That is, it is desirable that the scanning directions of the first laser distance meter 101 and the second laser distance meter 102 are parallel to the bus of the calibration tapered side surface portion 2 of the calibration piece 1. However, when the user attaches the calibration piece 1 to the shape measuring apparatus 100 and does not perform accurate centering by mechanical movement or the like thereafter, the calibration piece 1 is slightly between the calibration piece central axis and the measurement apparatus rotation central axis. Just an angle (inclination angle θ (see FIG. 6A)) is generated.

この点、本発明の校正片１によれば、図６Ｂに示すように、校正片１の傾斜角度θが容易に分かるため、プロフィールをθ回転させることで傾斜角補正を容易に行うことができる。なお、ここでいうプロフィールとは、ねじ形状の測定点をつなぎ合わせた点群(座標点群)のことを指す。   In this regard, according to the calibration piece 1 of the present invention, as shown in FIG. 6B, the inclination angle θ of the calibration piece 1 can be easily understood. Therefore, the inclination angle can be easily corrected by rotating the profile by θ. . Note that the profile here refers to a point group (coordinate point group) in which screw-shaped measurement points are connected.

θの検出方法は、校正片１の校正用テーパ状側面部２のプロフィールの直線回帰（テーパ部分をレーザ距離計で測定した点群(座標点群)を抽出し、その点群を最小二乗法を用いて回帰した直線）から求めた角度θ１、θ２（図６Ｂ参照）を用いて、さらに以下の式（１）〜（３）を用いて求める。θ１、θ２は対向する第１のレーザ距離計１０１、第２のレーザ距離計１０２（もしくは１８０度回転させた距離計の情報でも可）から求めた角度である。また、回転の中心点は、２つの直線回帰式の交点である。
θ１＝テーパ角度＋θ ・・・（１）
θ２＝テーパ角度−θ ・・・（２）
θ＝（θ１−θ２）／２ ・・・（３）
＜機構変動補正機能＞
図７は、本発明の校正片１による機構変動補正機能を説明するための図である。 The method of detecting θ is linear regression of the profile of the calibration tapered side surface 2 of the calibration piece 1 (the point group (coordinate point group) obtained by measuring the taper portion with a laser distance meter is extracted, and the point group is obtained by the least square method. Using the angles θ1 and θ2 (see FIG. 6B) obtained from the straight line regressed by using the following equations (1) to (3). θ1 and θ2 are angles obtained from the first laser distance meter 101 and the second laser distance meter 102 (or information of a distance meter rotated by 180 degrees) facing each other. The center point of rotation is the intersection of two linear regression equations.
θ1 = taper angle + θ (1)
θ2 = taper angle−θ (2)
θ = (θ1-θ2) / 2 (3)
<Mechanism fluctuation correction function>
FIG. 7 is a diagram for explaining a mechanism variation correction function by the calibration piece 1 of the present invention.

高精度な校正を行うためには、装置１００のスキャンによる剛性撓みなどの機構変動により発生する誤差を補正する必要がある。基準点調整、校正片１の傾斜角補正を行った後、機構変動補正を行う。校正片検定値と距離計の実測定値の差分を補正値として格納し、測定時に補正値加算する。   In order to perform high-precision calibration, it is necessary to correct errors generated due to mechanism fluctuations such as rigid deflection due to scanning of the apparatus 100. After adjusting the reference point and correcting the tilt angle of the calibration piece 1, the mechanism variation is corrected. The difference between the calibration strip test value and the actual measurement value of the distance meter is stored as a correction value, and the correction value is added during measurement.

以上説明したように、本発明では、ねじ等のテーパ形状を有する被測定対象物である形状測定装置の各レーザ距離計の基準点を調整し、かつねじ軸（スキャン軸）と校正片中心軸の取付誤差による傾斜角を補正し、機構変動により発生する誤差を補正することを同時に行うことができる。このような校正技術により、ねじ等のテーパ状被測定対象物の高精度な形状の測定が可能になる。   As described above, in the present invention, the reference point of each laser distance meter of the shape measuring apparatus, which is an object to be measured having a taper shape such as a screw, is adjusted, and the screw axis (scan axis) and the calibration piece central axis It is possible to simultaneously correct the tilt angle caused by the mounting error and the error caused by the mechanism fluctuation. Such a calibration technique makes it possible to measure a highly accurate shape of a tapered object to be measured such as a screw.

また、本発明では、前述した校正片を用いて形状測定装置を校正する校正方法も提供する。また、本発明では、前述した校正片と、前述した形状測定装置とを有する形状測定システムを提供する。また、本発明では、前述した校正片を用いた校正方法で校正した形状測定装置を用いてテーパ状被測定対象物の形状を測定するねじ形状測定方法も提供する。   The present invention also provides a calibration method for calibrating the shape measuring apparatus using the calibration piece described above. The present invention also provides a shape measurement system having the calibration piece described above and the shape measurement apparatus described above. The present invention also provides a screw shape measuring method for measuring the shape of the tapered object to be measured using the shape measuring apparatus calibrated by the calibration method using the calibration piece described above.

また、本発明は、ねじ等のテーパ形状を有する被測定対象物の３次元測定技術への利用可能性を持つ。   Further, the present invention has applicability to a three-dimensional measurement technique for an object to be measured having a tapered shape such as a screw.

１、１１ 校正片
２ 校正用テーパ状側面部
２１ 校正用切欠部
３ 校正用先端平面部
３１ 校正用凹部
４ 先端側エッジ部
５ 後端側エッジ部
１００ 形状測定装置
１０１ 第１のレーザ距離計
１０２ 第２のレーザ距離計
１０３ 第３のレーザ距離計
１０４ リニアスケール
１１０ ねじ（テーパ状被測定対象物） DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,11 Calibration piece 2 Calibration taper side part 21 Calibration notch part 3 Calibration front end flat part 31 Calibration concave part 4 Front end side edge part 5 Rear end side edge part 100 Shape measuring apparatus 101 First laser rangefinder 102 Second laser rangefinder 103 Third laser rangefinder 104 Linear scale 110 Screw (tapered object to be measured)

Claims (4)

レーザ光を用いて表面に凹凸部が形成されたテーパ状被測定側面部および軸方向の先端に形成された被測定先端部を備えるテーパ状被測定対象物の３次元形状を光学的に測定する形状測定装置が有する、
レーザ照射することで前記テーパ状被測定側面部の形状を計測する走査型の第１のレーザ距離計と、
該第１のレーザ距離計とは異なる前記軸方向に対するレーザ照射角度でレーザ照射することで前記テーパ状被測定側面部の形状を計測する走査型の第２のレーザ距離計と、
レーザ照射することで前記被測定先端部の位置を計測する走査型の第３のレーザ距離計と、
の夫々のレーザ照射方向を校正するための円錐台形状を有する校正片であって、
前記第１のレーザ距離計および前記第２のレーザ距離計からのレーザが照射される校正用テーパ状側面部と、
該校正用テーパ状側面部の先端部に形成され、前記第３のレーザ距離計からのレーザが照射される校正用先端平面部と、
を備え、
前記校正用テーパ状側面部には、校正用切欠部および／または校正用突出部が形成されており、
前記校正用先端平面部は、軸方向に陥没形成された校正用凹部および／または軸方向に突出形成された校正用凸部を有する、校正片。 A laser beam is used to optically measure a three-dimensional shape of a tapered object to be measured, which includes a tapered side surface part having a concavo-convex part formed on the surface and a measured tip part formed at the tip in the axial direction. The shape measuring device has,
A scanning-type first laser distance meter that measures the shape of the tapered side surface to be measured by laser irradiation;
A scanning type second laser distance meter that measures the shape of the tapered side surface to be measured by laser irradiation at a laser irradiation angle with respect to the axial direction different from the first laser distance meter;
A scanning type third laser distance meter that measures the position of the measured tip by laser irradiation;
A calibration piece having a truncated cone shape for calibrating each laser irradiation direction of
A calibration tapered side surface irradiated with laser from the first laser distance meter and the second laser distance meter;
A tip end flat portion for calibration formed at the tip end portion of the tapered side surface portion for calibration and irradiated with the laser from the third laser distance meter;
With
A calibration notch and / or a calibration protrusion is formed on the calibration tapered side surface,
The calibration tip plane portion is a calibration piece having a calibration concave portion that is recessed in the axial direction and / or a calibration convex portion that protrudes in the axial direction. レーザ光を用いて表面に凹凸部が形成されたテーパ状被測定側面部および軸方向の先端に形成された被測定先端部を備えるテーパ状被測定対象物の３次元形状を光学的に測定する形状測定装置が有する、
レーザ照射することで前記テーパ状被測定側面部の形状を計測する走査型の第１のレーザ距離計と、
該第１のレーザ距離計とは異なる前記軸方向に対するレーザ照射角度でレーザ照射することで前記テーパ状被測定側面部の形状を計測する走査型の第２のレーザ距離計と、
レーザ照射することで前記被測定先端部の位置を計測する走査型の第３のレーザ距離計と、
の夫々のレーザ照射方向を校正する方法であり、
円錐台形状を有し、
前記第１のレーザ距離計および前記第２のレーザ距離計からのレーザが照射される校正用テーパ状側面部と、
該校正用テーパ状側面部の先端部に形成され、前記第３のレーザ距離計からのレーザが照射される校正用先端平面部と、
を備え、
前記校正用テーパ状側面部には、校正用切欠部および／または校正用突出部が形成されており、
前記校正用先端平面部は、軸方向に陥没形成された校正用凹部および／または軸方向に突出形成された校正用凸部を有する、校正片を前記形状測定装置の前記テーパ状被測定対象物の設置位置に配置して、
前記第１のレーザ距離計、前記第２のレーザ距離計および前記第３のレーザ距離計の夫々のレーザ照射方向を校正する、校正方法。 A laser beam is used to optically measure a three-dimensional shape of a tapered object to be measured, which includes a tapered side surface part having a concavo-convex part formed on the surface and a measured tip part formed at the tip in the axial direction. The shape measuring device has,
A scanning-type first laser distance meter that measures the shape of the tapered side surface to be measured by laser irradiation;
A scanning type second laser distance meter that measures the shape of the tapered side surface to be measured by laser irradiation at a laser irradiation angle with respect to the axial direction different from the first laser distance meter;
A scanning type third laser distance meter that measures the position of the measured tip by laser irradiation;
It is a method of calibrating each laser irradiation direction of
Having a truncated cone shape,
A calibration tapered side surface irradiated with laser from the first laser distance meter and the second laser distance meter;
A tip end flat portion for calibration formed at the tip end portion of the tapered side surface portion for calibration and irradiated with the laser from the third laser distance meter;
With
A calibration notch and / or a calibration protrusion is formed on the calibration tapered side surface,
The calibration front end flat portion has a calibration concave portion formed in a recess in the axial direction and / or a calibration convex portion formed in a projection in the axial direction. Placed at the installation position of
A calibration method for calibrating the respective laser irradiation directions of the first laser distance meter, the second laser distance meter, and the third laser distance meter. レーザ照射することで、表面に凹凸部が形成されたテーパ状被測定側面部および軸方向の先端に形成された被測定先端部を備えるテーパ状被測定対象物の前記テーパ状被測定側面部の形状を計測する走査型の第１のレーザ距離計、
該第１のレーザ距離計とは異なる前記軸方向に対するレーザ照射角度でレーザ照射することで前記テーパ状被測定側面部の形状を計測する走査型の第２のレーザ距離計、
およびレーザ照射することで前記被測定先端部の位置を計測する走査型の第３のレーザ距離計、
を有し、レーザ光を用いて前記テーパ状被測定対象物の３次元形状を光学的に測定する形状測定装置と、
円錐台形状を有し、
前記第１のレーザ距離計および前記第２のレーザ距離計からのレーザが照射される校正用テーパ状側面部、
および該校正用テーパ状側面部の先端部に形成され、前記第３のレーザ距離計からのレーザが照射される校正用先端平面部、
を有し、
前記校正用テーパ状側面部には、校正用切欠部および／または校正用突出部が形成されており、
前記校正用先端平面部は、軸方向に陥没形成された校正用凹部および／または軸方向に突出形成された校正用凸部を有し、前記テーパ状被測定対象物の設置位置に配置可能な校正片と、
を備える、形状測定システム。 By irradiating the laser, the tapered measurement side surface portion of the tapered measurement target object including the tapered measurement side surface portion having a concavo-convex portion formed on the surface and the measurement distal end portion formed at the axial tip is provided. A scanning type first laser distance meter for measuring a shape;
A scanning-type second laser distance meter that measures the shape of the tapered side surface to be measured by laser irradiation at a laser irradiation angle with respect to the axial direction different from the first laser distance meter;
And a scanning-type third laser distance meter that measures the position of the measured tip by laser irradiation,
A shape measuring device that optically measures the three-dimensional shape of the tapered object to be measured using a laser beam;
Having a truncated cone shape,
A calibration tapered side surface irradiated with laser from the first laser distance meter and the second laser distance meter;
And a calibration front end flat part formed at the front end of the calibration tapered side part and irradiated with the laser from the third laser distance meter,
Have
A calibration notch and / or a calibration protrusion is formed on the calibration tapered side surface,
The calibration front end flat portion has a calibration concave portion formed in a recess in the axial direction and / or a calibration convex portion formed in a projection in the axial direction, and can be disposed at an installation position of the tapered object to be measured. A calibration piece,
A shape measurement system comprising: 請求項２に記載の校正方法で校正した形状測定装置を用いてテーパ状被測定対象物の形状を測定する形状測定方法。   A shape measuring method for measuring the shape of a tapered object to be measured using the shape measuring apparatus calibrated by the calibration method according to claim 2.
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