JPH0777408A - 物体の端部位置計測方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 物体の端部位置を正確に測定する。 【構成】 被測定物の表面に向けて光ビームを照射して
反射光を受領する。この受領した光から２種類の測定値
を得る。その一は被計測物からの反射光量１ａであり、
他の一はセンサーから物体表面までの距離である。反射
光量の物体の平面形状の変化に対する特性は鋭敏であ
り、被計測物の端部がシャープに計測される。よって、
得られた反射光量の変化点を端部Ｘ２とする。しかし、
物体表面が荒い場合には反射光量は大きく乱れ変化し、
誤測定を生じる恐れがある。これを防止するために鈍感
で小量の誤差を含み易い距離の変化点から求める端部Ｘ
１の計測との併用とする。つまり、計測した２つの端部
の位置Ｘ１と位置Ｘ２とが、｜Ｘ１−Ｘ２｜＜０．５ｍ
ｍの関係を有する場合にはＸ２を、また、｜Ｘ１−Ｘ２
｜≧０．５ｍｍの関係を有する場合にはＸ１を、最終的
な測定位置とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、物体の端部位置測定方
法に係わり、特に、光学センサーを用いて物体の端部の
位置を計測する物体の端部位置計測方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、溶接のための端部の位置の計測
は、特開平３−２０７５７７号公報の様にＣＣＤカメラ
等を用いた複雑な測定方法がある。また、簡単な光学セ
ンサーを用いた物体の端部位置の計測は、例えば、被計
測物に対し所定の距離を設定しレーザを照射して距離を
測定し、測定した距離の変化によって被計測物の端部を
推察していた。

【０００３】図４は被計測物１０および距離測定器とし
ての光学センサー１１の配置関係（配置の関係は新旧同
一）を示した図であり、図９が光学センサー１１と被計
測物１０との位置関係を示している。被計測物１０の端
部のＸが求める測定位置である。この位置を光学センサ
ー１１を用いて計測する場合、図１０に示すセンシング
形状から、端部Ｘ１の位置を計算する。図１０のグラフ
は縦軸Ｚに対し物体の平面部６ａによる平坦部と無反射
部による平坦部６ｂとがあり、物体の平面部による平面
部６ａの平均計測位置Ｚ１と所定の距離ｐ変化した位置
（Ｚ１＋ｐ）の線と計測形状線とが交差した点Ｘ１を端
部の位置としている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１０
が示すように、距離測定器の被計測物の端部の計測は鈍
感であり、被計測物端部の形状が丸みをおびていなくて
も、計測されたグラフの形状は端部が少しだれた状態と
なる。この計測の鈍化によって、端部の測定位置に±
０．２ｍｍ程度の誤差が生じることが経験的に知られて
いる。

【０００５】本発明は、測定精度の高い端部の位置計測
を行える物体の端部位置計測方法を提供することを目的
とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、本発明の物体の端部の位置を計測する物体の端部位
置計測方法は、物体へ略直角に光ビームを照射し物体に
より反射された光を受光する受光工程と、受光工程によ
り受光された光により光ビームの照射位置と物体間の距
離を測定する距離測定工程と、受光工程により受光され
た光の光量を測定する反射光量測定工程と、光ビームを
照射する位置を物体に対し略並行に移動する移動工程
と、距離測定工程により測定された距離が移動工程の位
置により変化する変化量から物体の端部の位置Ｘ１を計
測する第１の端部計測工程と、反射光量測定工程により
測定された光量が移動工程の位置により変化する変化量
から物体の端部の位置Ｘ２を計測する第２の端部計測工
程とを有し、計測した２つの端部の位置Ｘ１と位置Ｘ２
とから最終的な測定位置を求めることを特徴としてい
る。

【０００７】また、上記の最終的な計測位置は、計測し
た２つの端部の位置Ｘ１と位置Ｘ２とが、｜Ｘ１−Ｘ２
｜＜０．５ｍｍの関係を有する場合にはＸ２を、また、
｜Ｘ１−Ｘ２｜≧０．５ｍｍの関係を有する場合にはＸ
１を、最終的な測定位置とするとよい。

【０００８】更に、第２の端部計測工程は、物体の端部
の位置Ｘ２の計測において、３種類の所定の光量値Ａ，
Ｂ，Ｃ（但し、光量の大きさの関係をＡ＞Ｂ＞Ｃとす
る）に対応する位置の値ＸＡ，ＸＢ，ＸＣを計測し、こ
れらの３つの位置と所定の距離ｋとの関係が、ＸＣ−Ｘ
Ａ＞ｋの関係を満たす場合にはＸＣをＸ２とし、ＸＣ−
ＸＡ＞ｋの関係を満たさない場合にはＸＢをＸ２とする
とよい。

【０００９】尚、反射光量測定工程において測定した光
量が所定の光量値Ａまたは光量値Ｂに達しない場合、光
量値Ｃに対応する位置ＸＣと所定の距離ｑとにより、Ｘ
２を、Ｘ２＝ＸＣ＋ｑ、の関係において求め、所定の光
量値Ａは、物体の平面部による反射光量の近似値とする
とよい。

【００１０】

【作用】本発明の物体の端部位置計測方法によれば、物
体へ略直角にレーザを照射し反射光を受光して、レーザ
の照射位置と物体間の距離および光量を被計測物に対し
平行に移動してなめるように測定する。この計測データ
の所定の変化量点を求め端部位置としている。従って、
同一のレーザの照射に基づいた２つの異なる手法による
端部の計測位置Ｘ１と位置Ｘ２が得られ、この２個の測
定結果から最終的な計測位置を定めることができる。

【００１１】

【実施例】次に添付図面を参照して本発明による物体の
端部位置計測方法の実施例を詳細に説明する。図１およ
び図２を参照すると本発明の物体の端部位置計測方法が
適用される端部位置計測の実施例が示されている。以
下、本発明の構成を図面に示す実施例に基づいて詳細に
説明する。

【００１２】本計測方法の実施は、例えば、図４の光学
センサー１１を用いて行う。光学センサー１１は、一般
に、レーザ光を変調し変調したレーザ１１１を被計測物
１０へ照射し、被計測物１０から反射されたレーザと発
射したレーザとの位相差によって被計測物１０との距離
を計測する。本方法の計測においては更に被計測物１０
から反射される受光量も測定する。

【００１３】図４の測定関係における被計測物１０から
の反射光量の測定結果（図１）および被計測物１０との
距離の測定結果（図２）の各例が示されている。

【００１４】図１の光学センサー１１の被計測物１０か
らの反射光量の測定結果では、被計測物１０の端部がシ
ャープに検出されている。図１は被計測物１０からの反
射光量であり、この反射光量は、照射したレーザ１１１
が比計測物１０により反射され光学センサー１１へ戻っ
て来た光量である。被計測物１０の端部の位置をレーザ
１１１で計測する場合、距離によって測定するより、反
射光量の変化の方が鋭敏に端部の形状を捕らえることが
できる。このため、受光量の変化から位置を計測した方
が正確である。

【００１５】ただし、問題点もある。例えば、被計測物
１０の表面が荒れている場合、乱反射によって受光量が
不安定となることである。よって、単純に反射光量のみ
により端部を検出すると誤測定を生じる恐れがある。こ
の関係を以下に説明する。

【００１６】図４の光学センサー１１と被計測物１０の
関係において、光学センサー１１と被計測物１０との間
の距離と被計測物１０により反射された光の量の２つの
計測を、被計測物１０の表面に対し、略並行方向へ連続
して計測する。この計測によって得られた結果は、横軸
Ｘに光学センサー１１の位置、縦軸Ｚを反射光量として
図１のグラフとなる。図１の反射光量が大きい方の平坦
部１ａは被計測物１０の平面部に相当し、反射光量の小
さい方の平坦部１ｂは被計測物１０が無く反射光量が無
い状態を表している。また、図２のグラフは、横軸Ｘを
光学センサー１１の位置，縦軸Ｚを光学センサー１１お
よび被計測物１０間の距離としている。図２の距離Ｚの
「−」側の平坦部２ａが被計測物１０の平面部に相当
し、距離Ｚの「＋」側の平坦部２ｂが被計測部の無い部
分に相当する。

【００１７】図１の物体による反射光量のグラフは、被
計測物１０の表面が光学的に平坦である場合を示してい
る。被計測物１０の表面が荒れている等の物理的には平
面であっても光学的には平面でない場合には、照射され
たレーザ１１１が乱反射され光学センサー１１が受光す
る反射光量は大きく乱れる。図３はこのような状態を示
しており、被計測物１０の表面が荒れている場合の反射
光量の測定値の一例を表したグラフである。図３のグラ
フは、被計測物１０の平面部からの反射光量３ａが大き
く乱れ、この反射光量のグラフの平坦部の端部から被計
測物１０の端部を計測した場合、検出端Ｘ２′の地点は
真の端部Ｘ０の地点と大きくかけ離れた位置となる。

【００１８】本発明の物体の端部位置計測方法では、上
記の原因による誤測定を防止するために距離測定から求
めた計測位置Ｘ１と、反射光量から求めた計測位置Ｘ２
とを並行して取得し、両者の比較によって測定位置を決
めることとしている。一方の測定位置Ｘ１と他方の測定
位置Ｘ２とにより、最終的な測定位置は下記の手順に基
づいて決める。

【００１９】｜Ｘ１−Ｘ２｜＜０．５ｍｍの条件を満た
す場合、Ｘ２の位置を採用する。

【００２０】｜Ｘ１−Ｘ２｜≧０．５ｍｍの条件を満た
す場合、Ｘ１の位置を採用する。

【００２１】この選択手順は、端部の検出に鈍感でり、
大きな誤測定は生じないが小量の測定誤差を含み易い一
方の測定値Ｘ１と、端部の検出に敏感であり通常の測定
は正確ではあるが、表面形状が特殊の場合に大きな誤差
を含む可能性のある他方の測定値Ｘ２とを用い、相互の
欠点を補い長所を活かす為のものである。

【００２２】上記の測定方法によれば、従来用いられて
いる光学センサー１１と単純な測定手順で精度の高い被
計測物１０の端部の測定を可能とする。 （変化例１）被計測物１０の表面が荒れている場合、被
計測物１０の平面部からの反射光量が大きく乱れること
は、図３のグラフに基づいて既述した。この反射光量の
乱れにおいても、安定な測定結果を得る手順例を以下に
説明する。

【００２３】図５は、図４の被計測物１０からの反射光
量の測定例を示している。このグラフでは、特に、被測
定物１０の端部において受光量が不安定に測定された場
合を例示している。

【００２４】図５は、横軸Ｘを被測定物１０の表面に対
して平行方向の位置、縦軸を受光量として表している。
被測定物１０の表面から反射される光量が大きく光学セ
ンサー１１の受光量が正常である場合には、被測定物の
端部における受光量は一点鎖線４ｂで示す様なシャープ
な鋭角を示す。この形態は図１のグラフに相当する。し
かし、反射光量が不十分で安定しない場合は、図５に示
す実線４ａの様な形態となる。

【００２５】図５に基づいた反射光量測定において、３
種類の受光量レベルＡ，Ｂ，Ｃを設ける。受光量レベル
Ａは、被測定物１０の表面部による平坦部４ａの反射光
量である。受光量レベルＢは、受光量レベルＡからの所
定量低いレベルである。受光量レベルＣは、受光量レベ
ルＢより更に所定量低いレベルである。上記の３種類の
受光量レベルにおけるＸ軸における位置を、それぞれＸ
Ａ，ＸＢ，ＸＣとする。この位置ＸＢは、図２の位置Ｘ
１に相当している。上記の実施例では、位置Ｘ１に相当
する位置ＸＢを被測定物１０の端部として測定したが、
平面部による受光量の乱れによって誤測定が生じ易いた
め、本変化例では下記の測定手順により端部の測定を行
う。

【００２６】上記３種類の測定位置ＸＡ，ＸＢ，ＸＣの
関係において、下記の関係の有無をチェックする。

【００２７】ＸＣ−ＸＡ＞ｋ、 但し、記号ｋは所定の距離を表す定数であり、本変化例
では０．５ｍｍを採用する。この条件を満たす場合は被
測定物１０の端部の位置をＸＣとし、また、条件を満た
さない場合は同位置をＸＢとして測定する。

【００２８】上記の手順によれば、平面部の受光量の乱
れによる多くの誤測定を解消し、より精度の高い被測定
物の端部の測定が可能となる。 （変化例２）変化例２は、変化例１と同様に十分な受光
量が得られない場合の測定手順に関するものであり、特
に、被測定物の端部に曲面部を有している場合に適用さ
れる。

【００２９】図８は、端部に曲面部を有している被測定
物１２の端部の位置を測定する状態であり、被測定部１
２の端部にレーザ１１１が照射されている状態を概念的
に表している。図８に示した状態において被測定物１２
の端部を測定し、得られた受光量のデータ例をグラフ化
し図６および図７に示している。

【００３０】図６における横軸が被測定物１２の表面に
対し略平行方向の位置Ｘであり、図６（Ａ）の縦軸がＺ
軸方向の光学センサー１１からの距離、図６（Ｂ）の縦
軸が受光量を表す。図６および図７の相違点は、図６が
被測定物１２の表面部が正常であり十分な反射光量が得
られた場合であり、図７が被測定物１２の表面部が異常
であり十分な反射光量が得られ無かった場合である。

【００３１】本変化例では、上記の十分な反射光量の場
合の測定手順例イと、不十分な反射光量の場合の測定手
順例ロとの２種類において以下に説明する。

【００３２】変化例の測定手順イは、図６（Ｂ）におけ
る受光量が所定の値ＤとなるＸ軸方向の位置をＸＤと
し、位置ＸＤから予め定めた所定の距離ｑ１離れた位置
をＸ６とする。よって、２つの位置関係は、Ｘ６＝ＸＤ
＋ｑ１、となる。この手順により求めた位置Ｘ６を被測
定物１２の端部とする。所定の距離ｑ１は被測定物１２
の端部の曲面部の形態、光学センサー１１の測定特性等
に基づき経験的に定める。

【００３３】変化例の測定手順ロを以下に説明する。図
７において、２つの図、（Ａ）および（Ｂ）は、図６の
関係と同様である。図７（Ｂ）の受光量が上記の所定量
Ｄより低い所定の値ＥとなるＸ軸方向の位置をＸＥと
し、位置ＸＥから予め定めた所定の距離ｑ２離れた位置
をＸ７とする。よって、２つの位置関係は、Ｘ７＝ＸＥ
＋ｑ２、となる。この手順により求めた位置Ｘ７を被測
定物１２の端部とする。

【００３４】上記の２つの測定手順イおよびロは、受光
量の異なる２点における測定であり、大きな受光量が得
られ所定量Ｄに達する場合は、２つの測定手順イおよび
ロの実行が可能である。これら２つの測定結果の、位置
Ｘ６と位置Ｘ７、位置Ｚ１と位置Ｚ２、は理論的にはＸ
６＝Ｘ７およびＺ１＝Ｚ２とすることが可能である。実
際の測定においては、測定手順イおよび測定手順ロを選
択または併用して測定すると良い。

【００３５】また、変化例２の測定手順例イ，ロを端部
に曲面部を有する被測定物において説明したが、これは
正確な端部の位置の測定が比較的困難な事例を示したも
のである。よって、図４に示すような鋭角な端部の測定
においても同様な測定手順を用いることに支障は無い。

【００３６】尚、上述の実施例は本発明の好適な実施の
一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の
要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能であ
る。例えば、上記の実施例では一つのセンサーで距離お
よび反射光量の測定を行ったが二つのセンサーを用いて
も良い。

【００３７】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
の物体の端部位置計測方法は、被計測物へ照射したレー
ザの反射光を受光して、被計測物の距離変化と反射光量
の変化量より端部の位置を検出する事としている。この
異なった２つの計測手法は異なった特性を有しており、
得られた結果の計測位置Ｘ１と位置Ｘ２を分別して選択
的に採用することにより、端部位置の測定精度を向上さ
せることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の物体の端部位置測定方法の１の計測要
素である光学センサーと物体間の距離Ｚと横位置Ｘとの
関係を表した一例図である。

【図２】本発明の物体のへ端部位置測定方法の他の１の
計測要素である物体の表面で反射された光の光量を横位
置Ｘとの関係で表した一例図である。

【図３】図２と同様の関係の他の一例図である。

【図４】本発明の物体の端部位置測定方法の手順を説明
するための光学センサーと被測定物体との位置関係を表
した概念図である。

【図５】実施例の変化例１を説明するための受光量の測
定グラフ例である。

【図６】実施例の変化例２のイを説明するための図であ
り、（Ａ）が測定位置Ｘに対する距離Ｚ、（Ｂ）が測定
位置Ｚに対する受光量の測定グラフ例１である。

【図７】実施例の変化例２のロを説明するための図であ
り、（Ａ）が測定位置Ｘに対する距離Ｚ、（Ｂ）が測定
位置Ｚに対する受光量の測定グラフ例２である。

【図８】変化例２の測定手順を説明するための被測定物
とレーザとの関係を示した概念図である。

【図９】従来技術の物体の端部位置の計測原理を説明す
るための被測定物体と光ビームセンサーとの位置関係を
表した概念図である。

【図１０】従来技術の物体の端部位置の計測原理を説明
するための被測定物体と光ビームセンサーとの距離Ｚと
横位置Ｘの関係を表した図である。

【符号の説明】

１ａ 被測定物体の表面により反射された測定光量と横
位置の関係グラフ、 １ｂ 被測定物体の無い部分の測定光量と横位置の関係
グラフ、 １０、１２ 被計測物、 １１ 光学センサー、 １１１ レーザ、 Ｘ 被測定物体の表面に対する横方向の位置、 Ｚ ビーム方向の距離。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体の端部の位置を計測する物体の端部
   位置計測方法において、該計測方法は、 前記物体へ略直角に光ビームを照射し前記物体により反
   射された光を受光する受光工程と、 前記受光工程により受光された光により前記光ビームの
   照射位置と前記物体間の距離を測定する距離測定工程
   と、 前記受光工程により受光された光の光量を測定する反射
   光量測定工程と、 前記光ビームを照射する位置を前記物体に対し略並行に
   移動する移動工程と、 前記距離測定工程により測定された距離が前記移動工程
   の位置により変化する変化量から前記物体の端部の位置
   Ｘ１を計測する第１の端部計測工程と、 前記反射光量測定工程により測定された光量が前記移動
   工程の位置により変化する変化量から前記物体の端部の
   位置Ｘ２を計測する第２の端部計測工程とを有し、 計測した前記２つの端部の位置Ｘ１と位置Ｘ２とから最
   終的な測定位置を求めることを特徴とする物体の端部位
   置計測方法。
2. 【請求項２】 上記の最終的な計測位置は、計測した前
   記２つの端部の位置Ｘ１と位置Ｘ２とが、｜Ｘ１−Ｘ２
   ｜＜０．５ｍｍの関係を有する場合にはＸ２を、また、
   ｜Ｘ１−Ｘ２｜≧０．５ｍｍの関係を有する場合にはＸ
   １を、最終的な測定位置とすることを特徴とする請求項
   １記載の物体の端部位置計測方法。
3. 【請求項３】 上記の第２の端部計測工程は、前記物体
   の端部の位置Ｘ２の計測において、３種類の所定の光量
   値Ａ，Ｂ，Ｃ（但し、光量の大きさの関係をＡ＞Ｂ＞Ｃ
   とする）に対応する前記位置の値ＸＡ，ＸＢ，ＸＣを計
   測し、これらの３つの位置と所定の距離ｋとの関係が、
   ＸＣ−ＸＡ＞ｋの関係を満たす場合には前記ＸＣを前記
   Ｘ２とし、前記ＸＣ−ＸＡ＞ｋの関係を満たさない場合
   には前記ＸＢを前記Ｘ２とすることを特徴とする請求項
   １または２記載の物体の端部位置計測方法。
4. 【請求項４】 前記反射光量測定工程において測定した
   光量が前記所定の光量値Ａまたは光量値Ｂに達しない場
   合、前記光量値Ｃに対応する前記位置ＸＣと所定の距離
   ｑとにより、前記Ｘ２を、Ｘ２＝ＸＣ＋ｑ、の関係にお
   いて求めることを特徴とする請求項３記載の物体の端部
   位置計測方法。
5. 【請求項５】 前記所定の光量値Ａは、前記物体の平面
   部による反射光量の近似値とすることを特徴とする請求
   項３または４記載の物体の端部位置計測方法。