JP4972281B2 - 非接触画像測定機の測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、非接触画像測定機の測定方法に係り、特に、非接触３次元デジタイザに使用される、レーザビームによる光切断方式等の非接触プローブ（センサ）の広範囲測定に用いるのに好適な、非接触画像測定機の測定方法に関する。

特許文献１に記載されている如く、３次元入力装置として、図１に示すような非接触３次元画像測定機（以下、単に非接触測定機と称する）が知られている。この非接触測定機１０は、投光窓１１ａと走査光学系１１ｂを有する投光部１１と、受光窓１２ａと受光光学系１２ｂを有する受光部１２とを備えている。

前記走査光学系１１ｂは、レーザ光線源からのレーザ光を光束断面がスリット状（直線状）となるレーザ光（以下レーザスリット光と称する）Ｌ１に変換し、ガルバノミラー等の走査手段を用いてレーザスリット光Ｌ１を所定の走査方向ＳＣに走査させるように構成されている。

又、前記受光光学系１２ｂには、受光素子としてＣＣＤ撮像素子が配置され、投光部１１における走査光学系１１ｂと同期して受光光学系１２ｂが制御されることにより、レーザスリット光Ｌ１の走査位置に対応した測定データが得られる。

前記投光部１１と受光部１２とは、互いに所定の基線長を隔てて配置され、基線長方向はレーザスリット光Ｌ１の走査方向ＳＣに一致するように構成されているので、レーザスリット光Ｌ１の走査位置（照射位置）とＣＣＤ撮像素子で受光される反射光の位置とから、三角測量の原理によって測定対象物（図示省略）の表面形状に関する測定データが得られる。

又、非接触測定機１０の測定範囲よりも広い範囲を測定する方法として、特許文献２には、図２に示す如く、測定対象３０上に多数のターゲットマーク３２を配置し、コンピュータ３４によりターゲットマーク３２の２次元画像における位置を特定し、３次元データにおけるターゲットマーク３２の位置と、非接触測定機１０とは異なる視点である非接触測定機１０’から取得された３次元データにおけるターゲットマークの位置とを合わせることによって、複数の視点から取得された複数の３次元データを合成することが記載されている。

又、特許文献３には、回転枠上にマーカーを配置し、回転枠内に固定配置した測定対象と共に回転枠を回転させながら複数の３次元データを得て、これらの複数の３次元データをマーカーの位置を目安に合わせ込んで統合することにより、測定対象の裏側も含む全周の立体的な形状を得ることが記載されている。

特開２０００−３０４５１４号公報 特開２００４−２２０５１０号公報（図１〜図７） 特開２００３−８３７３９号公報

しかしながら、特許文献２のように、測定対象３０上にターゲットマーク３２を配置する方法では、測定対象３０を配置する前に、予め値付けをすることができず、測定対象配置毎に一々ターゲットマーク３２を値付けする必要があるだけでなく、ターゲットマーク３２の位置が３次元となるため、処理が煩雑である。又、持ち運びが可能な測定機が必要で、高精度な値付けが困難であり、ターゲットマーク３２の面の傾きによる検出ミスや、位置検出誤差を生じ、つないでいくと、端では実物(実際の測定対象)との形状の差が数ｍｍにもなる場合があるという問題点がある。

又、特許文献３に記載の方法は、測定対象を回転枠内に配置する必要があるため、その大きさに制限があるだけでなく、回転枠上にマーカーを配置するものであるため、マーカーの配設位置にも制限がある等の問題点を有していた。

本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、非接触画像測定機の測定範囲よりも広い範囲を、非接触画像測定機を移動しながら、簡単且つ高精度に測定可能とすることを課題とする。

本発明は、非接触画像測定機の測定範囲よりも広い範囲を測定する際に、３つ以上の立体マーカーを、平面板又はシート上に立体的に分散配置して、座標値を値付けし、該平面板又はシート上に配置した測定対象立体を、３点以上の値付けマーカーを含むよう、前記立体マーカーの一部も測定範囲に含めて、非接触画像測定機により測定し、前記立体マーカーの測定座標と該立体マーカーの基準座標系における座標とを用いて、測定座標系と基準座標系との変換式を求め、測定座標を基準座標に変換する工程を、全ての測定データにおいて行った後、測定データを合成するに際して、測定対象立体上に座標値を予め値付けしないマーカーを追加配置し、該追加配置したマーカーを、予め値付けされたマーカーを基準に値付けして用いるようにして、前記課題を解決したものである。
本発明は、又、非接触画像測定機の測定範囲よりも広い範囲を測定する際に、複数の立体マーカーを、平面板又はシート上に立体的に分散配置して、座標値を値付けし、該平面板又はシート上に配置した測定対象立体を、該測定対象立体の一部と前記立体マーカーの一部を測定範囲に含めて、非接触画像測定機により測定し、複数の測定データ間に共通する測定点が同一の座標値を取るように、一方の測定データの座標系を他方の測定データの座標系に変換することにより、測定データを合成するに際して、測定対象立体上に座標値を予め値付けしないマーカーを追加配置し、該追加配置したマーカーを、予め値付けされたマーカーを基準に値付けして用いるようにして、前記課題を解決したものである。

本発明においては、測定対象配置前に、予め平面板又はシート上で配設位置を決めることによって値付けされた複数の立体マーカーを用いているので、測定対象毎のマーカーの値付けの手間が不要であり、測定時間を短縮することができる。又、平面板又はシートを測定機に持ち込むこともできる。更に、ＣＮＣ測定機で値付けの自動化や高精度化も可能である。又、マーカー配置面の傾きによる検出ミスや位置検出誤差を低減することができ、マーカー検出を安定的に行なうことができる。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

本発明の第１参考例は、図３（Ａ）に示すような複数の平面マーカー（以下、単にマーカーとも称する）４２を、測定対象であるワークを設置するためのプレート４０上に分散配置して値付けし、図３（Ｂ）に示す如く、該ワーク設置用プレート４０上に配置した測定対象（ワークとも称する）３０を、値付け後のマーカー（値付けマーカーと称する）４２’の一部も測定範囲に含めて、非接触測定機１０により測定し、前記値付けマーカー４２’の位置とワーク３０の関係により、各測定点の測定値を合成して、ワーク３０の形状を測定するようにしたものである。

前記平面マーカー４２としては、例えばシールを用いることができる。

又、前記プレート４０の代わりにシートを用いることもできる。

具体的な測定手順を図４に示す。

まずステップ１００でワーク設置用プレート４０を作成し、その上にマーカー４２を配置する。次いでステップ１１０で、図５に示す如く、マーカー４２の位置を高精度の測定機を用いて正確に測定し、プレート４０を基準として値付けを行なう。

次いでステップ１２０に進み、プレート４０上へワーク３０を配置する。次いでステップ１３０で、図６に示す如く、測定ワーク３０と値付けマーカー４２’の一部（３点以上）が１回の測定範囲１４に入るよう非接触測定機１０を配置する。ここで、値付けマーカー４２’の３点以上を１回の測定範囲１４に入れるのは、測定範囲を正確に規定するためである。

次いでステップ１４０で、非接触測定機１０によりワーク３０の形状を測定する。次いでステップ１５０で、プレート４０上の値付けマーカー４２’を基準として、自動で位置合わせする。次いでステップ１６０で、必要な位置・方向での測定が終了したか判定し、測定が残っている場合には、ステップ１３０に戻り、ステップ１４０と１５０を繰り返す。

一方、ステップ１６０の判定結果が正となり、必要な位置・方向での測定が全て終了したと判断されるときには、ステップ１７０に進み、値付けマーカー４２’を用いて測定データを合成する。

次いでステップ１８０に進み、別のワークの測定を行なうか否か判定し、判定結果が正であればステップ１３０に戻る。一方、ステップ１８０の判定結果が否である場合には、測定を終了する。

本参考例においては、各測定範囲が３点以上の値付けマーカー４２’を含むようにして、全画像を値付けマーカー４２’を用いて合成するようにしているので、高精度の合成が可能である。

なお、測定範囲の設定及びデータの合成方法はこれに限定されず、図７に示す第２参考例のように、一部の測定範囲は３点未満の値付けマーカー４２’を含むように設定し、不足分はワーク３０の重複部分の立体形状特性を用いて位置合わせを行なって、データを合成することも可能である。

あるいは、図８に示す第３参考例の如く、特許文献２と同様にワーク３０上に値付けをしていないマーカー４４を配置し、値付けマーカー４２’と値付け無しマーカー４４の組合せにより位置合わせを行なって、データを合成することも可能である。

あるいは、図９に示す第４参考例の如く、ワーク３０上に追加配置したマーカー４４を、値付けマーカー４２’基準で値付けして値付けマーカー４４’とした後に、位置合わせを行なって、測定データを合成することも可能である。

又、より立体的なワーク３０’に対しては、図１０に示す本発明の実施形態の如く、立体的に配置され、値付けされたマーカー（立体マーカーとも称する）４６を用いることも可能である。

なお、前記参考例及び実施形態においては、いずれも非接触測定機１０の測定範囲１４よりも大きな１つのワーク３０、３０’を測定するようにされていたが、本発明は、図１１に例示する如く、複数(図では３つ）の測定対象３０ａ、３０ｂ、３０ｃが分散して非接触測定機１０の１回の測定範囲１４に入り切らない場合にも、同様に適用できる。又、単一の非接触測定機１０を移動するのでは無く、複数の固定された非接触測定機で得られた測定データを合成する際にも、同様に適用できる。

特許文献１に記載された従来の非接触測定機の測定原理を示す斜視図 特許文献２に記載された３次元形状測定方法の原理を示す斜視図 第１参考例の測定原理を説明するための斜視図 同じく測定手順を示す流れ図 同じくマーカーの配置例を示す平面図 同じく測定状態を示す平面図 第２参考例の測定原理を示す平面図 第３参考例の測定原理を示す平面図 第４参考例の測定原理を示す平面図 本発明の実施形態の測定原理を示す斜視図 本発明の他の測定対象の例を示す平面図

符号の説明

１０…非接触（３次元画像）測定機
３０、３０’、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ…測定対象（ワーク）
４０…ワーク設置用プレート
４２、４４…（平面）マーカー
４２’、４４’…値付けマーカー
４６…立体マーカー

Claims (2)

1. 非接触画像測定機の測定範囲よりも広い範囲を測定する際に、
   ３つ以上の立体マーカーを、平面板又はシート上に立体的に分散配置して、座標値を値付けし、
   該平面板又はシート上に配置した測定対象立体を、３点以上の値付けマーカーを含むよう、前記立体マーカーの一部も測定範囲に含めて、非接触画像測定機により測定し、
   前記立体マーカーの測定座標と該立体マーカーの基準座標系における座標とを用いて、測定座標系と基準座標系との変換式を求め、測定座標を基準座標に変換する工程を、全ての測定データにおいて行った後、測定データを合成するに際して、
   測定対象立体上に座標値を予め値付けしないマーカーを追加配置し、
   該追加配置したマーカーを、予め値付けされたマーカーを基準に値付けして用いることを特徴とする非接触画像測定機の測定方法。
2. 非接触画像測定機の測定範囲よりも広い範囲を測定する際に、
   複数の立体マーカーを、平面板又はシート上に立体的に分散配置して、座標値を値付けし、
   該平面板又はシート上に配置した測定対象立体を、該測定対象立体の一部と前記立体マーカーの一部を測定範囲に含めて、非接触画像測定機により測定し、
   複数の測定データ間に共通する測定点が同一の座標値を取るように、一方の測定データの座標系を他方の測定データの座標系に変換することにより、測定データを合成するに際して、
   測定対象立体上に座標値を予め値付けしないマーカーを追加配置し、
   該追加配置したマーカーを、予め値付けされたマーカーを基準に値付けして用いることを特徴とする非接触画像測定機の測定方法。

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