JP7324497B2 - ３次元測定器を用いた被測定体の測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、プレス部品表面の３次元点データ群を取得する非接触式の３次元測定器を用いた部品の測定方法に関する。

従来より、例えば、繰り返し生産するプレス部品の品質を保証するために、プレス部品を定期的に抜き取るとともに抜き取ったプレス部品表面の３次元点データ群を非接触式の３次元測定器を用いて測定してプレス部品の精度を確認することが行われている。例えば、特許文献１に開示されている３次元測定器は、測定者が把持して操作する棒状のハンドル部を備え、該ハンドル部の一端には、カメラと照明部とが設けられる一方、ハンドル部の他端には、プレス部品の表面にパターン光を投影可能なパターン投影部が設けられている。測定の際、測定者は、プレス部品表面に多数の再帰反射ターゲットを無作為に貼り付けた後、プレス部品に対して照明部による照明光の投光とパターン投影部によるパターン光との投影とをそれぞれ行うとともにカメラの姿勢を複数回変更しながら複数枚の画像を取得し、その後、制御部にて各画像におけるパターン光の投影部分から得られる点データ群の位置を各再帰反射ターゲットの撮影部分から得られるデータを基に座標変換することによりプレス部品表面に対応する３次元点データ群を得るようになっている。

ところで、特許文献１の如き３次元測定器の場合、測定の際にプレス部品表面に多数の再帰反射ターゲットを貼り付ける必要があるため、測定後に再帰反射ターゲットを剥がし忘れて後工程に流出させてしまうと、そのプレス部品が後工程において不良品として扱われてしまうおそれがある。

これを回避するために、測定の際にプレス部品を載置する測定用台座の台座面に多数の再帰反射ターゲットを無作為に貼り付けるとともにプレス部品を台座面に載置し、パターン投影部によりパターン光が投影されたプレス部品表面と台座面に貼り付けられた再帰反射ターゲットとをカメラで同時に撮影して画像処理を行うことが考えられる。

特許第６４２９７７２号

しかし、再帰反射ターゲットが水平方向に延びる台座面にしか貼り付けられていないと、撮影画像に高さ方向に変化して位置する再帰反射ターゲットが写り込まなくなってしまい、得られた点データ群の位置を正確に座標変換できなくなってしまうおそれがある。

また、プレス部品を台座面に無造作においてもプレス部品表面の全ての領域について手間をかけることなく測定したいという要望もある。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、後工程に不良品の流出を防ぐことができ、しかも、被測定体表面の全領域について手間をかけることなく測定できる３次元測定器を用いた測定方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、台座面の上側に互いに直交して延びる第１及び第２壁部を設け、第２壁部に対して第１壁部を移動可能にするとともに、第１及び第２壁部に多数の再帰反射ターゲットを貼り付け、被測定体を測定する際、当該被測定体と第１及び第２壁部の少なくとも一方とを同時にカメラで撮影するようにしたことを特徴とする。

具体的には、照明光を投光可能な照明部と、測定用台座の水平方向に延びる台座面に載置された被測定体の表面にパターン光を投影可能なパターン投影部と、上記照明部の照明光により照明されるとともに上記パターン投影部によりパターン光が投影された上記被測定体の表面及び上記測定用台座を撮影する少なくとも１つのカメラと、該カメラの姿勢を複数回変更しながら撮影された複数枚の、上記測定用台座に無作為に貼り付けられた多数の再帰反射ターゲット及び上記被測定体の画像から上記被測定体表面の３次元点データ群を取得する制御部と、を有する３次元測定器を用いた被測定体の測定方法を対象とし、次のような解決手段を講じた。

すなわち、第１の発明では、上記測定用台座は、上記台座面から上方に延び、当該台座面に載置された被測定体に対向する第１測定面を有する第１壁部と、上記台座面から上方に延び、且つ、上記第１壁部に対して直交方向に延び、上記台座面に載置された被測定体に対向する第２測定面を有する第２壁部とを備え、上記第１壁部は、上記第２壁部の上記第２測定面に沿って移動可能に構成され、上記台座面、上記第１測定面及び上記第２測定面には、多数の再帰反射ターゲットが無作為に貼り付けられ、測定者は、上記再帰反射ターゲットが貼り付けられていない上記被測定体を上記第２測定面に接近するように上記台座面に載置した後、上記第１壁部を上記第１測定面が上記被測定体に接近するように移動させ、上記被測定体の外周部の一部を測定する際、上記３次元測定器のカメラを上記被測定体及び上記台座面とともに上記第１測定面及び上記第２測定面の少なくとも一方が同時に写るような姿勢で撮影し、これら撮影にて取得した複数枚の画像から上記制御部の演算により３次元点データ群を取得するようになっていることを特徴とする。

第２の発明では、第１の発明において、上記再帰反射ターゲットが少なくとも一方の面に多数貼り付けられた第３壁部と、該第３壁部の一端から当該第３壁部と直交する方向に延び、且つ、上記再帰反射ターゲットが少なくとも一方の面に多数貼り付けられた第４壁部とからなるＬ字状プレートを１つ以上用意し、測定者は、上記被測定体の周縁部の一部を測定する際、上記台座面における上記被測定体に接近する位置に上記Ｌ字状プレートを載置し、上記３次元測定器のカメラを上記被測定体及び上記台座面とともに上記Ｌ字状プレートの上記各再帰反射ターゲットが貼り付けられた面が同時に写るような姿勢で撮影することを特徴とする。

第１の発明では、被測定体表面の測定をする際、各再帰反射ターゲットを被測定体表面に直接貼り付けないので、被測定体を後工程に引き渡す際に被測定体表面に再帰反射ターゲットが貼り付けたままになることがない。したがって、後工程に引き渡した被測定体が不良品として扱われるのを確実に防ぐことができる。また、３次元測定器を用いて被測定体表面をカメラで撮影する際、被測定体の外周部の一部を撮影するときにおいて被測定体及び台座面の各再帰反射ターゲットを撮影するのと同時に上方に延びる第１壁部及び第２壁部の少なくとも一方に上下に変化した位置となるように貼り付けた各再帰反射ターゲットを撮影するので、パターン光の投影部分から得られた情報に基づく点データ群の位置の座標変換が正確になされるようになる。したがって、被測定体表面に再帰反射ターゲットを貼らずとも被測定体表面の全領域を簡単に、且つ、正確に測定することができる。さらに、第１壁部を移動させることにより被測定体に対して第１壁部の位置を撮影に最適な位置にできるので、被測定体を台座面に無造作においても、被測定体表面の全領域を簡単に、且つ、精度良く測定することができる。

第２の発明では、被測定体の測定を行う際、被測定体を台座面に無造作に載置するとともに、第３壁部及び第４壁部に貼り付けられた各再帰反射ターゲットが被測定体の表面をカメラで撮影する際に同時に映り込むような最適な位置となるようにＬ字状プレートを置くことができるので、被測定体が様々な形状であったとしても被測定体表面の全領域を簡単に、且つ、精度良く測定することができる。

本発明の実施形態１に係る測定方法が適用される生産ラインのブロック図である。 本発明の実施形態１に係る測定方法を実施するための各装置を示す概略正面図である。 本発明の実施形態２における図２相当図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎない。

《発明の実施形態１》
図１は、本発明の実施形態１に係る生産ライン１０を示す。該生産ライン１０は、車両用のプレス部品１（被測定体）を製造する部品製造工程１０ａと、該部品製造工程１０ａで製造されたプレス部品１を検査する部品検査工程１０ｂと、該部品検査工程１０ｂを通過したプレス部品１と他の部品とを組み立てて完成品を得る部品組立工程１０ｃとが順に配置されている。

部品検査工程１０ｂには、図２に示すように、非接触式の３次元測定器２と、上記プレス部品１を測定する際に当該プレス部品１を載置する測定用台座３とが配置されている。尚、３次元測定器２の具体的な商品として、ＣＲＥＡＦＯＲＭ社製の「ＨＡＮＤＹＳＣＡＮ ３Ｄ」が挙げられる。

３次元測定器２は、測定者が把持して操作する棒状のハンドル部４と、プレス部品１を撮影する一対の撮影部５とを備え、各撮影部５は、ハンドル部４の各端部に設けられている。

撮影部５は、カメラ５ａと、照明光Ｌ１を投光可能な照明部５ｂとを備え、該照明部５ｂは、カメラ５ａのレンズ周縁を環状に延びる形状になっている。

そして、各撮影部５は、ハンドル部４と交差する方向で、且つ、同方向に向いた姿勢になっている。

ハンドル部４の中途部には、カメラ５ａの撮影方向と略同方向にパターン光Ｌ２を照射可能なパターン投影部６が設けられている。

該パターン投影部６は、プレス部品１の表面にパターン光Ｌ２を投影可能になっていて、投影されたパターン光Ｌ２は、カメラ５ａで撮影されるようになっている。

ハンドル部４には、ケーブル２０ａにより情報処理端末２０が接続され、該情報処理端末２０には、３次元測定器２を制御する制御部２０ｂが内蔵されている。

測定用台座３は、長方形板状をなし、水平方向延びる台座面７ａを有する台座プレート７と、該台座プレート７下面の各隅部から下方に延びる４つの脚部１１とを備え、台座面７ａには、プレス部品１が載置されている。

また、測定用台座３は、台座面７ａから上方に延び、且つ、台座プレート７の短辺に沿って延びる第１壁部８と、台座面７ａから上方に延び、且つ、台座プレート７の長辺に沿って延びる第２壁部９とを備え、該第２壁部９は、台座面７ａの外周縁部上に位置している。

第１壁部８は、第２壁部９に対して直交する方向に延びていて、第２測定面に沿って移動可能に構成されている。例えば、図示しないが、第１壁部８の下部に着脱部が設けられ、当該着脱部により第１壁部８を台座面７ａから一度切り離して移動させた後、再度取り付けたり、或いは、台座面７ａにスライドレールを設ける一方、第１壁部８の下面にスライドレールにスライド可能に嵌合するスライダを設けるようにしてもよい。

第１壁部８における台座面７ａに載置されたプレス部品１に対向する側には、第１測定面８ａが形成される一方、第２壁部９における台座面７ａに載置されたプレス部品１に対向する側には、第２測定面９ａが形成されている。

台座面７ａ、第１測定面８ａ及び第２測定面９ａには、多数の再帰反射ターゲット１２が無作為に貼り付けられていて、照明光Ｌ１が各再帰反射ターゲット１２にて反射する光は、カメラ５ａで撮影されるようになっている。

各カメラ５ａにより撮影された複数の画像は、ケーブル２０ａを介して制御部２０ｂに取り込まれ、該制御部２０ｂは、各画像を処理してプレス部品１表面に対応する３次元点データ群を取得するようになっている。

次に、３次元測定器２を用いたプレス部品１の測定方法について詳述する。

まず、測定者は、繰り返し生産するプレス部品１から１つ抜き取り、測定用台座３の台座面７ａに載置する。このとき、プレス部品１は、第２壁部９に適度に接近した位置に載置する。

次いで、測定者は、第１壁部８を移動させ、当該第１壁部８がプレス部品１に適度に接近した位置となるように固定する。

しかる後、測定者は、３次元測定器２の電源を入れ、ハンドル部４を把持して撮影開始ボタンを押す。そして、パターン投影部６によりプレス部品１の表面にパターン光Ｌ２を投影するとともに各撮影部５の照明部５ｂによりプレス部品１の表面とその周辺を照明光Ｌ１で照明し、プレス部品１表面とその周辺の台座面７ａとを中心に各カメラ５ａで複数回撮影する。カメラ５ａによりプレス部品１の外周部の一部を撮影する際、照明部５ｂにより台座面７ａ、第１測定面８ａ及び第２測定面９ａの各再帰反射ターゲット１２を照明光Ｌ１で照明し、且つ、プレス部品１の表面だけでなく第１壁部８及び第２壁部９の少なくとも一方と台座面７ａとにできるだけ跨るような姿勢において各カメラ５ａでプレス部品１を複数回撮影する。

その後、測定者は、情報処理端末２０の画面において、制御部２０ｂの処理により取得した画像からプレス部品１の全領域に対応する３次元点データ群が得られたことを確認すると、測定を終了する。

以上より、本発明の実施形態１によると、プレス部品１表面の測定をする際、各再帰反射ターゲット１２をプレス部品１表面に直接貼り付けないので、プレス部品１を部品組立工程１０ｃに引き渡す際にプレス部品１表面に再帰反射ターゲット１２が貼り付けたままになることがない。したがって、部品組立工程１０ｃに引き渡したプレス部品１が不良品として扱われるのを確実に防ぐことができる。

また、３次元測定器２を用いてプレス部品１表面をカメラ５ａで撮影する際、プレス部品１の外周部の一部を撮影するときにおいてプレス部品１及び台座面７ａの各再帰反射ターゲット１２を撮影するのと同時に上方に延びる第１壁部８及び第２壁部９の少なくとも一方に上下に変化した位置となるように貼り付けた各再帰反射ターゲット１２を撮影するので、パターン光Ｌ２の投影部分から得られた情報に基づく点データ群の位置の座標変換が正確になされるようになる。したがって、プレス部品１表面に再帰反射ターゲット１２を貼らずともプレス部品１表面の全領域を簡単に、且つ、正確に測定することができる。

さらに、第１壁部８を移動させることによりプレス部品１に対して第１壁部８の位置を撮影に最適な位置にできるので、プレス部品１を台座面７ａに無造作においても、プレス部品１表面の全領域を簡単に、且つ、精度良く測定することができる。

《発明の実施形態２》
図３は、本発明の実施形態２に係る３次元測定器２及び測定用台座３を示す。この実施形態２では、プレス部品１を撮影する際にＬ字状プレート１３を用いる点が実施形態１と異なるだけでその他は実施形態１と同じであるため、以下、実施形態１と異なる部分のみを説明する。

Ｌ字状プレート１３は、一枚の金属プレートを折り曲げて形成したものであり、長方形板状をなす第３壁部１３ａと、該第３壁部１３ａの一端から当該第３壁部１３ａと直交する方向に延びる第４壁部１３ｂとを備えている。

第３壁部１３ａの第４壁部１３ｂとは反対側の面には、多数の再帰反射ターゲット１２が無作為に貼られている。

また、第４壁部１３ｂの第３壁部１３ａとは反対側の面には、多数の再帰反射ターゲット１２が無作為に貼られている。

次に、３次元測定器２を用いたプレス部品１の測定について詳述する。

まず、測定者は、繰り返し生産するプレス部品１から１つ抜き取り、測定用台座３の台座面７ａに載置する。

次いで、測定者は、Ｌ字状プレート１３を用意し、台座面７ａにおけるプレス部品１に適度に接近した位置にＬ字状プレート１３を載置する。図３の場合、Ｌ字状プレート１３を２つ用意し、１つ目のＬ字状プレート１３を第３壁部１３ａの長手方向が上方に延びるように台座面７ａに載置し、２つ目のＬ字状プレート１３を第３壁部１３ａの長手方向が水平方向に延びるように台座面７ａに載置している。このとき、１つ目のＬ字状プレート１３の第３壁部１３ａにおける各再帰反射ターゲット１２が貼り付けられた面をプレス部品１側にし、２つ目のＬ字状プレート１３の第３壁部１３ａ及び第４壁部１３ｂにおける各再帰反射ターゲット１２が貼り付けられた面をプレス部品１側にしている。

しかる後、測定者は、３次元測定器２の電源を入れ、ハンドル部４を把持して撮影開始ボタンを押す。そして、パターン投影部６によりプレス部品１の表面にパターン光Ｌ２を投影するとともに各撮影部５の照明部５ｂによりプレス部品１の表面とその周辺を照明光Ｌ１で照明し、プレス部品１表面とその周辺の台座面７ａとを中心に各カメラ５ａで複数回撮影する。カメラ５ａによる撮影の際、照明部５ｂにより第３壁部１３ａ及び第４壁部１３ｂの各再帰反射ターゲット１２を照明光Ｌ１で照明し、且つ、プレス部品１の表面だけでなく第３壁部１３ａ及び第４壁部１３ｂの少なくとも一方も映り込むような姿勢において各カメラ５ａでプレス部品１を複数回撮影する。

その後、測定者は、情報処理端末２０の画面において、制御部２０ｂの処理により各画像からプレス部品１の全領域に対応する３次元点データ群が得られたことを確認すると、測定を終了する。

以上より、本発明の実施形態２によると、プレス部品１の測定を行う際、プレス部品１を台座面７ａに無造作に載置するとともに、第３壁部１３ａ及び第４壁部１３ｂに貼り付けられた各再帰反射ターゲット１２がプレス部品１の表面をカメラ５ａで撮影する際に同時に映り込むような最適な位置となるようにＬ字状プレート１３を置くことができるので、プレス部品１が様々な形状であったとしてもプレス部品１表面の全領域を簡単に、且つ、精度良く測定することができる。

尚、本発明の実施形態１，２では、ハンドル部４の両端に撮影部５が設けられた３次元測定器２を用いて２か所を同時に撮影しているが、これに限らず、例えば、ハンドル部４の一端に撮影部５が設けられる一方、他端にパターン投影部６が設けられた特許文献１に開示されているような３次元測定器２を用いて撮影をしてもよい。

また、本発明の実施形態２では、Ｌ字状プレート１３の一方の面に各再帰反射ターゲット１２を貼り付けた状態になっているが、これに限らず、例えば、Ｌ字状プレート１３の他方の面に各再帰反射ターゲット１２を貼り付けた状態になっていてもよいし、Ｌ字状プレート１３の両方の面に各再帰反射ターゲット１２を貼り付てもよい。

本発明は、例えば、プレス部品表面の３次元点データ群を取得する非接触式の３次元測定器を用いた部品の測定方法に適している。

１ プレス部品（被測定体）
２ ３次元測定器
３ 測定用台座
５ａ カメラ
５ｂ 照明部
６ パターン投影部
７ａ 台座面
８ 第１壁部
８ａ 第１測定面
９ 第２壁部
９ａ 第２測定面
１２ 再帰反射ターゲット
１３ Ｌ字状プレート
１３ａ 第３壁部
１３ｂ 第４壁部
２０ｂ 制御部
Ｌ１ 照明光
Ｌ２ パターン光

Claims (2)

1. 照明光を投光可能な照明部と、測定用台座の水平方向に延びる台座面に載置された被測定体の表面にパターン光を投影可能なパターン投影部と、上記照明部の照明光により照明されるとともに上記パターン投影部によりパターン光が投影された上記被測定体の表面及び上記測定用台座を撮影する少なくとも１つのカメラと、該カメラの姿勢を複数回変更しながら撮影された複数枚の、上記測定用台座に無作為に貼り付けられた多数の再帰反射ターゲット及び上記被測定体の画像から上記被測定体表面の３次元点データ群を取得する制御部と、を有する３次元測定器を用いた被測定体の測定方法であって、
   上記測定用台座は、上記台座面から上方に延び、当該台座面に載置された被測定体に対向する第１測定面を有する第１壁部と、上記台座面から上方に延び、且つ、上記第１壁部に対して直交方向に延び、上記台座面に載置された被測定体に対向する第２測定面を有する第２壁部とを備え、上記第１壁部は、上記第２壁部の上記第２測定面に沿って移動可能に構成され、
   上記台座面、上記第１測定面及び上記第２測定面には、多数の再帰反射ターゲットが無作為に貼り付けられ、
   測定者は、上記再帰反射ターゲットが貼り付けられていない上記被測定体を上記第２測定面に接近するように上記台座面に載置した後、上記第１壁部を上記第１測定面が上記被測定体に接近するように移動させ、
   上記被測定体の外周部の一部を測定する際、上記３次元測定器のカメラを上記被測定体及び上記台座面とともに上記第１測定面及び上記第２測定面の少なくとも一方が同時に写るような姿勢で撮影し、これら撮影にて取得した複数枚の画像から上記制御部の演算により３次元点データ群を取得するようになっていることを特徴とする３次元測定器を用いた被測定体の測定方法。
2. 請求項１に記載の３次元測定器を用いた被測定体の測定方法において、
   上記再帰反射ターゲットが少なくとも一方の面に多数貼り付けられた第３壁部と、該第３壁部の一端から当該第３壁部と直交する方向に延び、且つ、上記再帰反射ターゲットが少なくとも一方の面に多数貼り付けられた第４壁部とからなるＬ字状プレートを１つ以上用意し、
   測定者は、上記被測定体の周縁部の一部を測定する際、上記台座面における上記被測定体に接近する位置に上記Ｌ字状プレートを載置し、上記３次元測定器のカメラを上記被測定体及び上記台座面とともに上記Ｌ字状プレートの上記各再帰反射ターゲットが貼り付けられた面が同時に写るような姿勢で撮影することを特徴とする３次元測定器を用いた被測定体の測定方法。