JPH05322535A - 物品の表面形状測定装置における測定ヘッドの追従方法 - Google Patents
物品の表面形状測定装置における測定ヘッドの追従方法Info
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- JPH05322535A JPH05322535A JP13283792A JP13283792A JPH05322535A JP H05322535 A JPH05322535 A JP H05322535A JP 13283792 A JP13283792 A JP 13283792A JP 13283792 A JP13283792 A JP 13283792A JP H05322535 A JPH05322535 A JP H05322535A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 測定ヘッド設けたレーザー発振器から照射し
たレーザー光線の反射光を測定ヘッドに設けたカメラで
捕らえるようにした物品の表面形状測定装置において、
反射光の画像線をカメラの画面の基準点で捕らえるよう
に測定ヘッドの位置を調整する。 【構成】 カメラ１０の画面を基準点０からの距離に応
じて４個の領域Ｒ1 〜Ｒ 4 に分割し、反射光の画像線ａ
0 を構成する各画素Ｓのｘ軸からの距離Δｙ0 を、ｘ軸
から離れた領域が重く且つｘ軸に近い領域が軽くなるよ
うに重み付けして重み付け平均距離Δｙ1 を求める。そ
して画像線ａ0 が前記重み付け平均距離Δｙ1 だけｘ軸
に近付くように測定ヘッドを移動させ、前記画像線ａ0
を基準点０に近いａ1 の位置に移動させる。
たレーザー光線の反射光を測定ヘッドに設けたカメラで
捕らえるようにした物品の表面形状測定装置において、
反射光の画像線をカメラの画面の基準点で捕らえるよう
に測定ヘッドの位置を調整する。 【構成】 カメラ１０の画面を基準点０からの距離に応
じて４個の領域Ｒ1 〜Ｒ 4 に分割し、反射光の画像線ａ
0 を構成する各画素Ｓのｘ軸からの距離Δｙ0 を、ｘ軸
から離れた領域が重く且つｘ軸に近い領域が軽くなるよ
うに重み付けして重み付け平均距離Δｙ1 を求める。そ
して画像線ａ0 が前記重み付け平均距離Δｙ1 だけｘ軸
に近付くように測定ヘッドを移動させ、前記画像線ａ0
を基準点０に近いａ1 の位置に移動させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、物品の表面に測定ヘッ
ドに設けたレーザー発振器からレーザー光線を照射し、
その反射光を測定ヘッドに設けたカメラで捕らえること
により物品の表面形状を測定する物品の表面形状測定装
置において、前記測定ヘッドを物品の表面形状に倣って
追従させる測定ヘッドの追従方法に関する。
ドに設けたレーザー発振器からレーザー光線を照射し、
その反射光を測定ヘッドに設けたカメラで捕らえること
により物品の表面形状を測定する物品の表面形状測定装
置において、前記測定ヘッドを物品の表面形状に倣って
追従させる測定ヘッドの追従方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】対をなすレーザー光線の送光器及び受光
器を直線上に多数対配列してなる測定ヘッドを三次元的
な形状を有する物品の表面に対向させ、各送光器から照
射したレーザー光線の反射光を対応する受光器で捕らえ
て測定ヘッドから物品の各点までの距離を測定するとと
もに、その測定ヘッドを物品に沿って所定距離ずつイン
デックスさせながら前記測定を繰り返すことにより、非
接触で三次元物品の表面形状を測定する方法が知られて
いる（例えば、特開昭６０−１９０８０６号公報参
照）。
器を直線上に多数対配列してなる測定ヘッドを三次元的
な形状を有する物品の表面に対向させ、各送光器から照
射したレーザー光線の反射光を対応する受光器で捕らえ
て測定ヘッドから物品の各点までの距離を測定するとと
もに、その測定ヘッドを物品に沿って所定距離ずつイン
デックスさせながら前記測定を繰り返すことにより、非
接触で三次元物品の表面形状を測定する方法が知られて
いる（例えば、特開昭６０−１９０８０６号公報参
照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
物品の表面形状測定方法は、レーザー光線の送光器及び
受光器を多数対必要とするため、その設備の構造が複雑
化してコストが嵩む問題がある。かかる問題を解決する
ために、Ｘ−Ｙ平面上に載置した被測定物に対して、Ｘ
軸方向にインデックスされ、Ｙ軸方向にスキャンされ、
且つＺ軸方向に進退駆動される測定ヘッドと、この測定
ヘッドに設けられ、レーザー光線をＹ−Ｚ平面内に拡散
させて被測定物に照射するレーザー発振器と、前記測定
ヘッドに設けられ、被測定物からの反射光をＹ−Ｚ平面
から偏倚した位置において捕らえるカメラとを備えた物
品の表面形状測定装置を用いることが考えられる。
物品の表面形状測定方法は、レーザー光線の送光器及び
受光器を多数対必要とするため、その設備の構造が複雑
化してコストが嵩む問題がある。かかる問題を解決する
ために、Ｘ−Ｙ平面上に載置した被測定物に対して、Ｘ
軸方向にインデックスされ、Ｙ軸方向にスキャンされ、
且つＺ軸方向に進退駆動される測定ヘッドと、この測定
ヘッドに設けられ、レーザー光線をＹ−Ｚ平面内に拡散
させて被測定物に照射するレーザー発振器と、前記測定
ヘッドに設けられ、被測定物からの反射光をＹ−Ｚ平面
から偏倚した位置において捕らえるカメラとを備えた物
品の表面形状測定装置を用いることが考えられる。
【０００４】本発明は上記物品の表面形状測定装置にお
いて、測定ヘッドを被測定物の表面形状に倣って精密に
追従させることが可能な測定ヘッドの追従方法を提供す
ることを目的とする。
いて、測定ヘッドを被測定物の表面形状に倣って精密に
追従させることが可能な測定ヘッドの追従方法を提供す
ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、カメラの画面に捕らえた前記反射光の画
像線が該画面上の基準点に接近するように前記測定ヘッ
ドをＺ軸方向に進退させることにより、その測定ヘッド
を被測定物の表面形状に倣って追従させる測定ヘッドの
追従方法であって、前記画像線を構成する複数の画素の
前記基準点からの距離を重み付け平均して重み付け平均
距離を求め、この重み付け平均距離だけ画像線を基準点
に向けて移動させることを特徴とする。
に、本発明は、カメラの画面に捕らえた前記反射光の画
像線が該画面上の基準点に接近するように前記測定ヘッ
ドをＺ軸方向に進退させることにより、その測定ヘッド
を被測定物の表面形状に倣って追従させる測定ヘッドの
追従方法であって、前記画像線を構成する複数の画素の
前記基準点からの距離を重み付け平均して重み付け平均
距離を求め、この重み付け平均距離だけ画像線を基準点
に向けて移動させることを特徴とする。
【０００６】
【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。
する。
【０００７】図１〜図８は本発明の一実施例を示すもの
で、図１は表面形状測定装置の全体斜視図、図２は図１
の２方向拡大矢視図、図３は表面形状測定装置の制御系
を示す図、図４は測定原理を示す図、図５は測定ヘッド
の高さとカメラで捕らえた画像の関係を示す図、図６は
ドアパネル用プレス金型の測定結果を示す図、図７はカ
メラの画像に基づいて測定ヘッドを昇降させる手法の説
明図、図８は測定の手順を示すフローチャートである。
で、図１は表面形状測定装置の全体斜視図、図２は図１
の２方向拡大矢視図、図３は表面形状測定装置の制御系
を示す図、図４は測定原理を示す図、図５は測定ヘッド
の高さとカメラで捕らえた画像の関係を示す図、図６は
ドアパネル用プレス金型の測定結果を示す図、図７はカ
メラの画像に基づいて測定ヘッドを昇降させる手法の説
明図、図８は測定の手順を示すフローチャートである。
【０００８】図１に示すように、表面形状測定装置は、
被測定物Ｗが載置される水平な上面を有するテーブル１
を備える。テーブル１の一側に立設した２本の支柱２，
２の上端間にはＹ軸ガイドレール３が水平に架設され、
このＹ軸ガイドレール３に沿って図示せぬ駆動源で走行
するＹ軸走行体４にはＸ軸ガイドレール５が水平に支持
される。Ｘ軸ガイドレール５に沿って図示せぬ駆動源で
走行するＸ軸走行体６には、図示せぬ駆動源によって鉛
直方向に昇降するＺ軸ガイドロッド７が支持され、その
Ｚ軸ガイドロッド７の下端に測定ヘッド８が設けられ
る。従って、測定ヘッド８は水平面内でＸ軸方向及びＹ
軸方向に移動自在であるとともに、Ｚ軸方向に鉛直に昇
降自在であり、その測定ヘッド８の座標及び移動量はエ
ンコーダ等の手段によって測定される。
被測定物Ｗが載置される水平な上面を有するテーブル１
を備える。テーブル１の一側に立設した２本の支柱２，
２の上端間にはＹ軸ガイドレール３が水平に架設され、
このＹ軸ガイドレール３に沿って図示せぬ駆動源で走行
するＹ軸走行体４にはＸ軸ガイドレール５が水平に支持
される。Ｘ軸ガイドレール５に沿って図示せぬ駆動源で
走行するＸ軸走行体６には、図示せぬ駆動源によって鉛
直方向に昇降するＺ軸ガイドロッド７が支持され、その
Ｚ軸ガイドロッド７の下端に測定ヘッド８が設けられ
る。従って、測定ヘッド８は水平面内でＸ軸方向及びＹ
軸方向に移動自在であるとともに、Ｚ軸方向に鉛直に昇
降自在であり、その測定ヘッド８の座標及び移動量はエ
ンコーダ等の手段によって測定される。
【０００９】図２を併せて参照すると明らかなように、
測定ヘッド８にはレーザー光線を被測定物Ｗに向けて照
射するレーザー発振器９と、被測定物Ｗから反射された
レーザー光線を捕らえるカメラ１０とが設けられる。レ
ーザー発振器９及びカメラ１０はＺ軸方向に延びる回転
軸１１回りに一体に回転自在であり、図示した回転位置
ではレーザー発振器９から照射されるレーザー光線はＸ
軸に直交する拡散面Ｉに沿って平面状に拡散する。一
方、カメラ１０の光軸ＡはＺ軸に対して角度θだけ傾斜
しており、従ってカメラ１０の光軸Ａはレーザー発振器
９からＺ軸方向下向きに所定距離Ｈだけ離れたＰ点でレ
ーザー光線の拡散面Ｉに交差する。
測定ヘッド８にはレーザー光線を被測定物Ｗに向けて照
射するレーザー発振器９と、被測定物Ｗから反射された
レーザー光線を捕らえるカメラ１０とが設けられる。レ
ーザー発振器９及びカメラ１０はＺ軸方向に延びる回転
軸１１回りに一体に回転自在であり、図示した回転位置
ではレーザー発振器９から照射されるレーザー光線はＸ
軸に直交する拡散面Ｉに沿って平面状に拡散する。一
方、カメラ１０の光軸ＡはＺ軸に対して角度θだけ傾斜
しており、従ってカメラ１０の光軸Ａはレーザー発振器
９からＺ軸方向下向きに所定距離Ｈだけ離れたＰ点でレ
ーザー光線の拡散面Ｉに交差する。
【００１０】前記測定ヘッド８をＺ軸回りに９０°回転
させればレーザー光線の拡散面ＩをＸ軸に沿わせること
ができ、これによりＸ軸とＹ軸の関係を任意に入れ換え
ることができる。
させればレーザー光線の拡散面ＩをＸ軸に沿わせること
ができ、これによりＸ軸とＹ軸の関係を任意に入れ換え
ることができる。
【００１１】図３に示すように、表面形状測定装置はマ
イクロコンピュータ１２に接続されており、このマイク
ロコンピュータ１２は測定ヘッド８から位置情報を受け
取って測定ヘッド８の位置を制御する。またマイクロコ
ンピュータ１２は測定ヘッド８から測定データを受け取
り、その測定データを集積した測定データファイルをＣ
ＡＤ１３に供給するとともに、ＣＡＤ１３から表面形状
測定装置の作動を制御するためのティーチングデータを
受け取る。
イクロコンピュータ１２に接続されており、このマイク
ロコンピュータ１２は測定ヘッド８から位置情報を受け
取って測定ヘッド８の位置を制御する。またマイクロコ
ンピュータ１２は測定ヘッド８から測定データを受け取
り、その測定データを集積した測定データファイルをＣ
ＡＤ１３に供給するとともに、ＣＡＤ１３から表面形状
測定装置の作動を制御するためのティーチングデータを
受け取る。
【００１２】次に、被測定物Ｗの表面形状測定方法の概
略を図４に基づいて説明する。
略を図４に基づいて説明する。
【００１３】図４は、テーブル１上に載置した被測定物
Ｗにレーザー発振器９からレーザー光線を照射した状態
を示すもので、測定ヘッド８のＹ軸方向のスキャンによ
ってレーザー光線の拡散面Ｉとテーブル１及び被測定物
Ｗとの交線は曲線よりなる測定線Ｌｉを構成し、この測
定線Ｌｉからの反射光が測定ヘッド８に設けたカメラ１
０によって捕らえられる。
Ｗにレーザー発振器９からレーザー光線を照射した状態
を示すもので、測定ヘッド８のＹ軸方向のスキャンによ
ってレーザー光線の拡散面Ｉとテーブル１及び被測定物
Ｗとの交線は曲線よりなる測定線Ｌｉを構成し、この測
定線Ｌｉからの反射光が測定ヘッド８に設けたカメラ１
０によって捕らえられる。
【００１４】先ず、ＣＡＤ１３からマイクロコンピュー
タ１２に入力されるティーチングデータに基づいて、測
定ヘッド８が被測定物Ｗの第１の測定線Ｌ1 上に予め設
定された測定点上に位置決めされ、そこから予め設定さ
れたピッチΔＹでＹ軸方向にスキャンされる。Ｙ軸方向
にスキャンされる測定ヘッド８は、第１の測定線Ｌ1に
沿って設定された複数の測定点おいて被測定物Ｗの高さ
を順次測定する。第１の測定線Ｌ1 のスキャンが完了す
ると、測定ヘッド８はＸ軸方向に予め設定されたピッチ
ΔＸだけインデックスされた後、今度は第２の測定線Ｌ
2 に沿ってＹ軸方向にスキャンされ、その間に第２の測
定線Ｌ2 に沿って所定ピッチΔＹで設定された複数の測
定点において被測定物Ｗの高さを順次測定する。このよ
うにして、測定ヘッド８をＸ軸方向に測定線Ｌ1 →Ｌ2
→Ｌ3 …の順にインデックスしながら、各測定線Ｌｉ上
をＹ軸方向にスキャンし、被測定物Ｗの表面の全域を覆
う多数の測定点において測定線Ｌｉの高さを検出するこ
とにより被測定物Ｗの表面形状を測定する。
タ１２に入力されるティーチングデータに基づいて、測
定ヘッド８が被測定物Ｗの第１の測定線Ｌ1 上に予め設
定された測定点上に位置決めされ、そこから予め設定さ
れたピッチΔＹでＹ軸方向にスキャンされる。Ｙ軸方向
にスキャンされる測定ヘッド８は、第１の測定線Ｌ1に
沿って設定された複数の測定点おいて被測定物Ｗの高さ
を順次測定する。第１の測定線Ｌ1 のスキャンが完了す
ると、測定ヘッド８はＸ軸方向に予め設定されたピッチ
ΔＸだけインデックスされた後、今度は第２の測定線Ｌ
2 に沿ってＹ軸方向にスキャンされ、その間に第２の測
定線Ｌ2 に沿って所定ピッチΔＹで設定された複数の測
定点において被測定物Ｗの高さを順次測定する。このよ
うにして、測定ヘッド８をＸ軸方向に測定線Ｌ1 →Ｌ2
→Ｌ3 …の順にインデックスしながら、各測定線Ｌｉ上
をＹ軸方向にスキャンし、被測定物Ｗの表面の全域を覆
う多数の測定点において測定線Ｌｉの高さを検出するこ
とにより被測定物Ｗの表面形状を測定する。
【００１５】各測定点における被測定物Ｗの高さの測定
は以下のようにして行われる。図４において、例えばレ
ーザー発振器９が第３の測定線Ｌ3 上の図示した測定点
にあり、レーザー発振器９の拡散面Ｉが前記第３の測定
線Ｌ3 の一部を照射している状態において、カメラ１０
の光軸Ａが前記測定線Ｌ3 と交差する場合、カメラ１０
が測定線Ｌ3 からの反射光を捕らえることにより形成さ
れる前記測定線Ｌ3 の画像は、図５に示すようにカメラ
１０の画面の中心を通ることになる。しかしながら、カ
メラ１０の位置が高すぎて光軸Ａが測定線Ｌ3 の上側を
通る場合、測定線Ｌ3 の画像はカメラ１０の画面の中心
の下側を通ることになり、逆にカメラ１０の位置が低す
ぎて光軸Ａが測定線Ｌ3 の下側を通る場合、測定線Ｌ3
の画像はカメラ１０の画面の中心の上側を通ることにな
る。従って、測定線Ｌ3 の画像が常にカメラ１０の画面
の中心を通るように測定ヘッド８をＺ軸に沿って昇降さ
せてやれば、測定ヘッド８は常に前記測定線Ｌ3 上のＰ
点からＺ軸方向に高さＨだけ上方に位置することにな
る。従って、各測定点において測定線Ｌｉがカメラ１０
の画像の中心から所定範囲に収まるように測定ヘッド８
をＺ軸方向に昇降させた後、その測定ヘッド８のＺ座標
を読み取れば、被測定物Ｗの表面の高さを各測定点にお
いて測定することができる。
は以下のようにして行われる。図４において、例えばレ
ーザー発振器９が第３の測定線Ｌ3 上の図示した測定点
にあり、レーザー発振器９の拡散面Ｉが前記第３の測定
線Ｌ3 の一部を照射している状態において、カメラ１０
の光軸Ａが前記測定線Ｌ3 と交差する場合、カメラ１０
が測定線Ｌ3 からの反射光を捕らえることにより形成さ
れる前記測定線Ｌ3 の画像は、図５に示すようにカメラ
１０の画面の中心を通ることになる。しかしながら、カ
メラ１０の位置が高すぎて光軸Ａが測定線Ｌ3 の上側を
通る場合、測定線Ｌ3 の画像はカメラ１０の画面の中心
の下側を通ることになり、逆にカメラ１０の位置が低す
ぎて光軸Ａが測定線Ｌ3 の下側を通る場合、測定線Ｌ3
の画像はカメラ１０の画面の中心の上側を通ることにな
る。従って、測定線Ｌ3 の画像が常にカメラ１０の画面
の中心を通るように測定ヘッド８をＺ軸に沿って昇降さ
せてやれば、測定ヘッド８は常に前記測定線Ｌ3 上のＰ
点からＺ軸方向に高さＨだけ上方に位置することにな
る。従って、各測定点において測定線Ｌｉがカメラ１０
の画像の中心から所定範囲に収まるように測定ヘッド８
をＺ軸方向に昇降させた後、その測定ヘッド８のＺ座標
を読み取れば、被測定物Ｗの表面の高さを各測定点にお
いて測定することができる。
【００１６】図６は被測定物Ｗとして自動車のドアパネ
ル用プレス金型を用いた場合の測定結果を示すもので、
図中のＰ1 〜Ｐ7 …は測定ヘッド８がＹ軸に沿ってスキ
ャンされる各測定点に対応しており、四角枠は各測定点
Ｐ1 〜Ｐ7 …におけるカメラ１０の画像を表している。
４つの測定点Ｐ1 〜Ｐ4 のピッチは比較的小さく（例え
ば１５mm）設定されているのに対し、測定点Ｐ4 以降の
ピッチは比較的大きく（例えば３０mm）設定されてお
り、これにより形状が急変する被測定物Ｗの周縁部の形
状を精密に測定している。
ル用プレス金型を用いた場合の測定結果を示すもので、
図中のＰ1 〜Ｐ7 …は測定ヘッド８がＹ軸に沿ってスキ
ャンされる各測定点に対応しており、四角枠は各測定点
Ｐ1 〜Ｐ7 …におけるカメラ１０の画像を表している。
４つの測定点Ｐ1 〜Ｐ4 のピッチは比較的小さく（例え
ば１５mm）設定されているのに対し、測定点Ｐ4 以降の
ピッチは比較的大きく（例えば３０mm）設定されてお
り、これにより形状が急変する被測定物Ｗの周縁部の形
状を精密に測定している。
【００１７】測定線Ｌ1 における第１の測定点Ｐ1 にお
ける測定ヘッド８の座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、ＣＡＤ１３
から送られて来る予め設定されたティーチングデータに
よって決定される。上記測定ヘッド８のスキャンの過程
において該測定ヘッド８のＸ座標は一定であり、Ｙ座標
は測定ヘッド８がスキャンされるピッチΔＹだけ順次変
化する。また測定ヘッド８のＺ座標はカメラ１０の画像
に基づく測定ヘッド８の昇降距離ΔＺだけ順次変化す
る。従って、第２の測定点Ｐ2 における測定ヘッド８の
座標は（Ｘ，Ｙ＋ΔＹ，Ｚ＋ΔＺ）で表される。このよ
うにして、第３の測定点Ｐ3 以降の測定ヘッド８の座標
も順次測定され、マイクロコンピュータ１２のメモリー
に記憶される。
ける測定ヘッド８の座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、ＣＡＤ１３
から送られて来る予め設定されたティーチングデータに
よって決定される。上記測定ヘッド８のスキャンの過程
において該測定ヘッド８のＸ座標は一定であり、Ｙ座標
は測定ヘッド８がスキャンされるピッチΔＹだけ順次変
化する。また測定ヘッド８のＺ座標はカメラ１０の画像
に基づく測定ヘッド８の昇降距離ΔＺだけ順次変化す
る。従って、第２の測定点Ｐ2 における測定ヘッド８の
座標は（Ｘ，Ｙ＋ΔＹ，Ｚ＋ΔＺ）で表される。このよ
うにして、第３の測定点Ｐ3 以降の測定ヘッド８の座標
も順次測定され、マイクロコンピュータ１２のメモリー
に記憶される。
【００１８】このようにして測定線Ｌ1 に沿う測定が完
了すると、前記ティーチングデータに基づいて測定ヘッ
ド８が次の測定線Ｌ2 の第１の測定点に移動し、その時
のＸ座標はＸ軸方向のインデックスのピッチΔＸが加算
されたＸ＋ΔＸとなる。
了すると、前記ティーチングデータに基づいて測定ヘッ
ド８が次の測定線Ｌ2 の第１の測定点に移動し、その時
のＸ座標はＸ軸方向のインデックスのピッチΔＸが加算
されたＸ＋ΔＸとなる。
【００１９】次に、カメラ１０の画像に基づいて測定ヘ
ッド８が所定の高さになるようにＺ軸方向に昇降させる
手法を、図７に基づいて説明する。
ッド８が所定の高さになるようにＺ軸方向に昇降させる
手法を、図７に基づいて説明する。
【００２０】この手法は所謂「重み付け平均」を用いた
もので、そのデータとしてカメラ１０の画像をマイクロ
コンピュータ１２の処理メモリに移したものが使用され
る。カメラ１０の画像は横軸（ｘ軸）と縦軸（ｙ軸）よ
りなるｘ−ｙ平面に表され、その原点０はカメラ１０の
光軸Ａの位置に対応する。図中の線ａ0 はレーザー光線
が被測定物Ｗを照射した測定線Ｌｉの画像である画像線
を示すものであって、その位置は原点０の下方にずれて
いる。従って、この場合には測定ヘッド８がＺ軸の上方
にずれている場合に対応しており、測定ヘッド８をＺ軸
に沿って所定距離だけ下降させて前記画像線ａ0 を原点
０に所定距離まで近付ける操作が行われる。
もので、そのデータとしてカメラ１０の画像をマイクロ
コンピュータ１２の処理メモリに移したものが使用され
る。カメラ１０の画像は横軸（ｘ軸）と縦軸（ｙ軸）よ
りなるｘ−ｙ平面に表され、その原点０はカメラ１０の
光軸Ａの位置に対応する。図中の線ａ0 はレーザー光線
が被測定物Ｗを照射した測定線Ｌｉの画像である画像線
を示すものであって、その位置は原点０の下方にずれて
いる。従って、この場合には測定ヘッド８がＺ軸の上方
にずれている場合に対応しており、測定ヘッド８をＺ軸
に沿って所定距離だけ下降させて前記画像線ａ0 を原点
０に所定距離まで近付ける操作が行われる。
【００２１】ｘ−ｙ平面は格子状に分割された多数の微
細な画素Ｓから構成されており、画像線ａ0 が通過する
各画素Ｓは、それぞれｘ軸から距離Δｙ0 だけ離れた位
置にあるとする。そして、ｘ−ｙ平面上の画像線ａ0 に
含まれる各画素Ｓのｘ軸から距離Δｙ0 の平均を、前述
の「重み付け平均」によって決定する。
細な画素Ｓから構成されており、画像線ａ0 が通過する
各画素Ｓは、それぞれｘ軸から距離Δｙ0 だけ離れた位
置にあるとする。そして、ｘ−ｙ平面上の画像線ａ0 に
含まれる各画素Ｓのｘ軸から距離Δｙ0 の平均を、前述
の「重み付け平均」によって決定する。
【００２２】即ち、ｘ−ｙ平面を、ｘ軸に近い側からＲ
1 ，Ｒ2 ，Ｒ3 ，Ｒ4 の４つの領域に分割するととも
に、領域Ｒ1 では、そこを通過する画像線ａ0 に含まれ
る各画素Ｓの距離Δｙ0 を１倍にして足し合わせ、領域
Ｒ2 では、そこを通過する画像線ａ0 に含まれる各画素
Ｓの距離Δｙ0 を２倍にして足し合わせ、領域Ｒ3 で
は、そこを通過する画像線ａ0 に含まれる各画素Ｓの距
離Δｙ0 を３倍にして足し合わせ、領域Ｒ4 では、そこ
を通過する画像線ａ0 に含まれる各画素Ｓの距離Δｙ0
を４倍にして足し合わせる。このように各領域Ｒ1 〜Ｒ
4 毎に１倍乃至４倍に重み付けされた距離Δｙ0 の総和
を、画像線ａ0 に含まれる全ての画素Ｓの総数で割る
と、画像線ａ0 における各画素Ｓの重み付けされた平均
距離Δｙ1 が求められる。尚、図示例では画像線ａ0 が
領域Ｒ2 〜Ｒ4 のみを通過しているため、上記操作は実
質的に３つの領域Ｒ2 〜Ｒ4 における実効範囲において
のみ行われる。
1 ，Ｒ2 ，Ｒ3 ，Ｒ4 の４つの領域に分割するととも
に、領域Ｒ1 では、そこを通過する画像線ａ0 に含まれ
る各画素Ｓの距離Δｙ0 を１倍にして足し合わせ、領域
Ｒ2 では、そこを通過する画像線ａ0 に含まれる各画素
Ｓの距離Δｙ0 を２倍にして足し合わせ、領域Ｒ3 で
は、そこを通過する画像線ａ0 に含まれる各画素Ｓの距
離Δｙ0 を３倍にして足し合わせ、領域Ｒ4 では、そこ
を通過する画像線ａ0 に含まれる各画素Ｓの距離Δｙ0
を４倍にして足し合わせる。このように各領域Ｒ1 〜Ｒ
4 毎に１倍乃至４倍に重み付けされた距離Δｙ0 の総和
を、画像線ａ0 に含まれる全ての画素Ｓの総数で割る
と、画像線ａ0 における各画素Ｓの重み付けされた平均
距離Δｙ1 が求められる。尚、図示例では画像線ａ0 が
領域Ｒ2 〜Ｒ4 のみを通過しているため、上記操作は実
質的に３つの領域Ｒ2 〜Ｒ4 における実効範囲において
のみ行われる。
【００２３】上述のようにして画像線ａ0 における各画
素Ｓの重み付けされた平均距離Δｙ 1 が求められると、
測定ヘッド８をＺ軸に沿って下降させることにより、前
記求められた平均距離Δｙ1 だけ画像線ａ0 を上方に移
動させる。その結果、移動後の画像線ａ1 を原点０に極
めて近い位置に接近させることができる。ここで、若し
も前述の「重み付け平均」を用いずに「単純平均」によ
って各画素Ｓの平均距離Δｙ1 ′を求めたとすると、そ
の平均距離Δｙ1 ′は重み付けされた平均距離Δｙ1 よ
りもｘ軸に近づいたものとなる。従って、単純な平均距
離Δｙ1 ′に基づいて修正された画像線ａ1 ′は原点０
に充分に接近せず、結果として測定ヘッド８のＺ軸に沿
う昇降制御を精密に行えないことになる。
素Ｓの重み付けされた平均距離Δｙ 1 が求められると、
測定ヘッド８をＺ軸に沿って下降させることにより、前
記求められた平均距離Δｙ1 だけ画像線ａ0 を上方に移
動させる。その結果、移動後の画像線ａ1 を原点０に極
めて近い位置に接近させることができる。ここで、若し
も前述の「重み付け平均」を用いずに「単純平均」によ
って各画素Ｓの平均距離Δｙ1 ′を求めたとすると、そ
の平均距離Δｙ1 ′は重み付けされた平均距離Δｙ1 よ
りもｘ軸に近づいたものとなる。従って、単純な平均距
離Δｙ1 ′に基づいて修正された画像線ａ1 ′は原点０
に充分に接近せず、結果として測定ヘッド８のＺ軸に沿
う昇降制御を精密に行えないことになる。
【００２４】尚、「重み付け平均」による画像線ａ0 の
移動操作を、前述と同様にしてｘ軸方向についても行え
ば、画像線ａ1 を図７の矢印方向に移動させて原点０に
一層接近させることができる。
移動操作を、前述と同様にしてｘ軸方向についても行え
ば、画像線ａ1 を図７の矢印方向に移動させて原点０に
一層接近させることができる。
【００２５】上述のようにして、被測定物Ｗの各測定線
Ｌ1 ，Ｌ2 …の測定点Ｐ1 ，Ｐ2 …に対応するデータが
マイクロコンピュータ１２に採取されると、そのデータ
は測定データファイルとしてＣＡＤ１３に送られて処理
され、被測定物Ｗの形状を各測定線Ｌ1 ，Ｌ2 …に対応
する断面形状の集合として縞模様（三次元ワイヤーフレ
ーム）でグラフィック表示することができる。このと
き、各測定点Ｐ1 ，Ｐ2…に対応する離散的なデータ
は、周知の最小二乗法を用いて滑らかな曲線に変換され
る。また前記測定データファイルをＣＡＤ１３で処理す
ることにより基準データと比較し、そのプラス方向のズ
レとマイナス方向のズレを異なる色でグラフィック表示
することができる。その他、ＣＡＤ１３において、被測
定物Ｗの形状を視覚的に表現するゼブラ評価、被測定物
Ｗの凹凸を等高線で表示するマスター比較、被測定物Ｗ
の面の歪み状態を表示する曲率評価等を行うことができ
る。
Ｌ1 ，Ｌ2 …の測定点Ｐ1 ，Ｐ2 …に対応するデータが
マイクロコンピュータ１２に採取されると、そのデータ
は測定データファイルとしてＣＡＤ１３に送られて処理
され、被測定物Ｗの形状を各測定線Ｌ1 ，Ｌ2 …に対応
する断面形状の集合として縞模様（三次元ワイヤーフレ
ーム）でグラフィック表示することができる。このと
き、各測定点Ｐ1 ，Ｐ2…に対応する離散的なデータ
は、周知の最小二乗法を用いて滑らかな曲線に変換され
る。また前記測定データファイルをＣＡＤ１３で処理す
ることにより基準データと比較し、そのプラス方向のズ
レとマイナス方向のズレを異なる色でグラフィック表示
することができる。その他、ＣＡＤ１３において、被測
定物Ｗの形状を視覚的に表現するゼブラ評価、被測定物
Ｗの凹凸を等高線で表示するマスター比較、被測定物Ｗ
の面の歪み状態を表示する曲率評価等を行うことができ
る。
【００２６】而して、実際の金型の形状と金型データと
のズレを正確に把握し、金型のどの部分をどれだけ切削
或いは肉盛りべきかの修正データを容易に得ることが可
能となる。
のズレを正確に把握し、金型のどの部分をどれだけ切削
或いは肉盛りべきかの修正データを容易に得ることが可
能となる。
【００２７】図８は上記作用をフローチャートで示した
もので、ステップ１で測定ヘッド８を所定の測定点に移
動させた後、ステップ２でレーザー発振器９から被測定
物Ｗに照射したレーザー光線の反射光をカメラ１０で捕
らえることにより画像データを取り込む。ステップ３で
前記画像データをＡ／Ｄ変換した後、ステップ４で各画
素に対応する画像データを白から黒までの２５６段階に
分類する。続くステップ５で各画素の画像データを白又
は黒に２値化してレーザー光線の画像を抽出し、更にス
テップ６で前記レーザー光線の画像に基づいて測定ヘッ
ド８の上下位置を判別する。ステップ６で測定ヘッド８
の上下位置が所定の許容範囲にあればステップ７に移行
し、ステップ６で測定ヘッド８の上下位置が所定の許容
範囲になければステップ８に移行して測定ヘッド８の上
下位置のズレを修正すべく測定ヘッド８をＺ軸方向に昇
降駆動する。そして、ステップ８で測定ヘッド８のＺ軸
方向の移動量ΔＺと、測定ヘッド８のインデックスによ
るＸ軸方向の移動量ΔＸとスキャンによるＹ軸方向の移
動量ΔＹとを取り込む。
もので、ステップ１で測定ヘッド８を所定の測定点に移
動させた後、ステップ２でレーザー発振器９から被測定
物Ｗに照射したレーザー光線の反射光をカメラ１０で捕
らえることにより画像データを取り込む。ステップ３で
前記画像データをＡ／Ｄ変換した後、ステップ４で各画
素に対応する画像データを白から黒までの２５６段階に
分類する。続くステップ５で各画素の画像データを白又
は黒に２値化してレーザー光線の画像を抽出し、更にス
テップ６で前記レーザー光線の画像に基づいて測定ヘッ
ド８の上下位置を判別する。ステップ６で測定ヘッド８
の上下位置が所定の許容範囲にあればステップ７に移行
し、ステップ６で測定ヘッド８の上下位置が所定の許容
範囲になければステップ８に移行して測定ヘッド８の上
下位置のズレを修正すべく測定ヘッド８をＺ軸方向に昇
降駆動する。そして、ステップ８で測定ヘッド８のＺ軸
方向の移動量ΔＺと、測定ヘッド８のインデックスによ
るＸ軸方向の移動量ΔＸとスキャンによるＹ軸方向の移
動量ΔＹとを取り込む。
【００２８】１つの測定点における測定が終了すると、
測定ヘッド８を次の測定点に移動させて上記ステップ１
〜ステップ８を繰り返し、ステップ９で全ての測定点に
おける測定が終了すると、ステップ１０に移行する。ス
テップ１０で測定ヘッド８の移動量（ΔＸ，ΔＹ，Δ
Ｚ）を基準点の座標に（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に加算し、測定ヘ
ッド８の絶対座標（Ｘ＋ΔＸ，Ｙ＋ΔＹ，Ｚ＋ΔＺ）を
算出して被測定物Ｗの各測定ポイントＰ1 ，Ｐ2 …に対
応する離散的なデータを求める。
測定ヘッド８を次の測定点に移動させて上記ステップ１
〜ステップ８を繰り返し、ステップ９で全ての測定点に
おける測定が終了すると、ステップ１０に移行する。ス
テップ１０で測定ヘッド８の移動量（ΔＸ，ΔＹ，Δ
Ｚ）を基準点の座標に（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に加算し、測定ヘ
ッド８の絶対座標（Ｘ＋ΔＸ，Ｙ＋ΔＹ，Ｚ＋ΔＺ）を
算出して被測定物Ｗの各測定ポイントＰ1 ，Ｐ2 …に対
応する離散的なデータを求める。
【００２９】続いて、ステップ１１以降で前記離散的な
データのスムージングが行われる。即ち、ステップ１１
で各測定ポイントＰ1 ，Ｐ2 …に対応する離散的なデー
タを最小二乗処理して三次元曲線を求め、ステップ１２
で前記三次元曲線に対してＺ値が所定範囲を越えて逸脱
するデータを除外した後、ステップ１３で更に２回目の
最小二乗処理を行ってスムージングされた三次元曲線を
得る。そしてステップ１４で前記三次元曲線から等間隔
で複数のポイントを選択し、それらのポイントを直線で
接続して最終的な三次元曲線を求めることができる。
データのスムージングが行われる。即ち、ステップ１１
で各測定ポイントＰ1 ，Ｐ2 …に対応する離散的なデー
タを最小二乗処理して三次元曲線を求め、ステップ１２
で前記三次元曲線に対してＺ値が所定範囲を越えて逸脱
するデータを除外した後、ステップ１３で更に２回目の
最小二乗処理を行ってスムージングされた三次元曲線を
得る。そしてステップ１４で前記三次元曲線から等間隔
で複数のポイントを選択し、それらのポイントを直線で
接続して最終的な三次元曲線を求めることができる。
【００３０】以上、本発明の実施例を詳述したが、本発
明は前記実施例に限定されるものでなく、種々の小設計
変更を行うことが可能である。
明は前記実施例に限定されるものでなく、種々の小設計
変更を行うことが可能である。
【００３１】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、カメラの
画面に捕らえたレーザー光線の反射光の画像線を構成す
る複数の画素の前記基準点からの距離を重み付け平均し
て重み付け平均距離を求め、この重み付け平均距離だけ
画像線を基準点に向けて移動させているので、画像線を
カメラの画面の基準点に自動的に接近させて測定ヘッド
を被測定物の表面形状に倣って追従させ、その表面形状
を精密に測定することができる。
画面に捕らえたレーザー光線の反射光の画像線を構成す
る複数の画素の前記基準点からの距離を重み付け平均し
て重み付け平均距離を求め、この重み付け平均距離だけ
画像線を基準点に向けて移動させているので、画像線を
カメラの画面の基準点に自動的に接近させて測定ヘッド
を被測定物の表面形状に倣って追従させ、その表面形状
を精密に測定することができる。
【図１】表面形状測定装置の全体斜視図
【図２】図１の２方向拡大矢視図
【図３】表面形状測定装置の制御系を示す図
【図４】測定原理を示す図
【図５】測定ヘッドの高さとカメラで捕らえた画像の関
係を示す図
係を示す図
【図６】ドアパネル用プレス金型の測定結果を示す図
【図７】カメラの画像に基づいて測定ヘッドを昇降させ
る手法の説明図
る手法の説明図
【図８】測定の手順を示すフローチャート
８ 測定ヘッド ９ レーザー発振器 １０ カメラ Ｓ 画素 Ｗ 被測定物 ａ0 画像線 Δｙ0 平均距離 Δｙ1 重み付け平均距離
フロントページの続き (72)発明者 海津 義和 埼玉県狭山市新狭山１丁目10番地１ ホン ダエンジニアリング株式会社内 (72)発明者 児玉 彰 埼玉県狭山市新狭山１丁目10番地１ ホン ダエンジニアリング株式会社内
Claims (1)
- 【請求項１】 Ｘ−Ｙ平面上に載置した被測定物（Ｗ）
に対して、Ｘ軸方向にインデックスされ、Ｙ軸方向にス
キャンされ、且つＺ軸方向に進退駆動される測定ヘッド
（８）と、この測定ヘッド（８）に設けられ、レーザー
光線をＹ−Ｚ平面内に拡散させて被測定物（Ｗ）に照射
するレーザー発振器（９）と、前記測定ヘッド（８）に
設けられ、被測定物（Ｗ）からの反射光をＹ−Ｚ平面か
ら偏倚した位置において捕らえるカメラ（１０）とを備
えた物品の表面形状測定装置において、カメラ（１０）
の画面に捕らえた前記反射光の画像線（ａ0 ）が該画面
上の基準点に接近するように前記測定ヘッド（８）をＺ
軸方向に進退させることにより、その測定ヘッド（８）
を被測定物（Ｗ）の表面形状に倣って追従させる測定ヘ
ッドの追従方法であって、 前記画像線（ａ0 ）を構成する複数の画素（Ｓ）の前記
基準点からの距離（Δｙ0 ）を重み付け平均して重み付
け平均距離（Δｙ1 ）を求め、この重み付け平均距離
（Δｙ1 ）だけ画像線（ａ0 ）を基準点に向けて移動さ
せることを特徴とする、物品の表面形状測定装置におけ
る測定ヘッドの追従方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13283792A JP2612794B2 (ja) | 1992-05-25 | 1992-05-25 | 物品の表面形状測定装置における測定ヘッドの追従方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13283792A JP2612794B2 (ja) | 1992-05-25 | 1992-05-25 | 物品の表面形状測定装置における測定ヘッドの追従方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05322535A true JPH05322535A (ja) | 1993-12-07 |
| JP2612794B2 JP2612794B2 (ja) | 1997-05-21 |
Family
ID=15090684
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13283792A Expired - Lifetime JP2612794B2 (ja) | 1992-05-25 | 1992-05-25 | 物品の表面形状測定装置における測定ヘッドの追従方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2612794B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5844801A (en) * | 1994-12-08 | 1998-12-01 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Method of inspecting and manufacturing vehicle body |
| JP2005315838A (ja) * | 2004-03-31 | 2005-11-10 | Nitto Denko Corp | 表面形状測定装置および表面形状測定方法 |
| JP2012073094A (ja) * | 2010-09-28 | 2012-04-12 | Toyota Motor Corp | 膜厚測定装置 |
-
1992
- 1992-05-25 JP JP13283792A patent/JP2612794B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5844801A (en) * | 1994-12-08 | 1998-12-01 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Method of inspecting and manufacturing vehicle body |
| JP2005315838A (ja) * | 2004-03-31 | 2005-11-10 | Nitto Denko Corp | 表面形状測定装置および表面形状測定方法 |
| JP2012073094A (ja) * | 2010-09-28 | 2012-04-12 | Toyota Motor Corp | 膜厚測定装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2612794B2 (ja) | 1997-05-21 |
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