JPH07128011A - 三次元測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 三次元測定における測定精度を高めるととも
に、測定検査の作業能率の向上を図る。 【構成】 ワークＷの表面に投射した光の反射光をセン
サで受光した際の受光状態に基づいて上記ワークの三次
元データを得るようにした三次元測定装置であって、測
定ヘッド１０のワーク表面に対する距離や角度の変化状
態に応じた出力信号の複数の代表的な波形パターンを基
本パターンとして記憶する記憶部と、実際の測定時に得
られた出力信号波形と各基本パターンとを比較し、これ
ら各基本パターンのうち上記実際測定時の出力信号波形
と合致度が最も高い波形パターンを選択する比較選択部
とを備え、この選択された基本パターンに基づいて当該
測定ポイントにおける受光センサ上での受光位置の基準
位置に対する偏差を演算して上記ワークの形状誤差を測
定することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、三次元測定装置、特
に、被測定物の表面に投射された光の反射光を受光し、
その受光状態から被測定物の三次元データを得るように
した三次元測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、物品の三次元形状を測定する三次
元測定装置として、物品(被測定物)の表面に例えばレー
ザビーム等の光を投射する投光手段とその反射光を受光
する受光手段とでなるレーザ変位計を有する測定ヘッド
と、該測定ヘッドを被測定物の表面に略沿って移動させ
るとともに、測定ヘッドの被測定物表面に対する距離や
角度を変更するロボット等の駆動装置と、該駆動装置を
制御し上記測定ヘッドを移動させて測定ポイントを順次
変える制御装置とを備え、各測定ポイントでの上記受光
手段の受光状態に基づいて被測定物の三次元データを得
るようにしたものが知られている(例えば特開平２−２
１２７０４号公報参照)。かかる三次元測定装置を用い
ることにより、かなり複雑な三次元形状の物品について
も、その形状・寸法等の測定を、正確にかつ自動的に行
うことが可能になる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のような装置で三
次元形状測定を行う場合、測定ヘッドを被測定物の表面
に略沿うように移動させて測定ポイントを順次変え、こ
の各測定ポイントにおいてそれぞれデータ採取が行なわ
れるが、従来では、各測定ポイントで採取データのチェ
ックを行うのではなく、全測定ポイントでの測定を終え
た後にまとめてデータチェックを行い、このチェックで
データ的に不自然な測定ポイントが見付かった場合に
は、その測定ポイントについて測定をやり直すのが一般
的である。しかしながら、この方法では、全測定を終了
した後に、測定ヘッドを不自然なデータが発見された測
定ポイントに再度セットする必要があるなど、手間がか
かり、全体として測定・検査の作業能率が低くなるとい
う検査効率上の問題があった。

【０００４】また、上記タイプの三次元測定装置は、レ
ーザ変位計における反射光の受光位置について、当該測
定ポイントでの被測定物の形状・寸法が基準通りであれ
ば、上記反射光が受光手段上の基準位置で受光されるよ
うに設定しておき、この基準位置からの受光位置の偏り
(ずれ)を検出して、その測定ポイントでの被測定物の形
状誤差を検知するものであるが、かかる装置では、例え
ば受光素子(受光手段)の特性等により、一定以上の検出
精度が確保できる正規の測定範囲が比較的狭く制限され
ており、測定ヘッドの被測定物表面に対する距離や角度
が、予め設定された基準の距離や角度からある程度以上
大きくずれると、測定誤差がかなり大きくなるという検
査精度上の問題があった。

【０００５】すなわち、測定ヘッドの被測定物表面に対
する距離や角度がある一定の範囲内(測定許容範囲内)に
ある場合には、レーザ変位計からの出力データ信号の信
号波形(出力波形)は、後述するように、線対称の波形と
なることが知られており、このような波形が得られた場
合には、そのピークが明瞭であり、受光位置の基準位置
からの偏りも容易に読み取ることができる。しかしなが
ら、測定ヘッドの被測定物表面に対する距離や角度が測
定許容範囲を越えて外れた場合には、測定誤差が大きく
なり、レーザ変位計からの出力波形についても、何等か
の波形は得られるものの、上記のような線対称で明瞭な
ピークを有する出力波形にはならない。

【０００６】この発明は、上記諸問題に鑑みてなされた
もので、三次元測定における精度を高め、しかも測定・
検査の作業能率の向上を図ることができる三次元測定装
置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このため、本願の第１の
発明は、被測定物の表面に光を投射する投光手段とその
反射光を受光する受光手段とを有する測定部と、該測定
部を上記被測定物表面に略沿って移動させるとともに、
上記測定部の被測定物表面に対する距離や角度を変更す
る駆動手段と、該駆動手段を制御し上記測定部を移動さ
せて測定ポイントを順次変える制御手段とを備え、各測
定ポイントにおける上記受光手段の受光状態に基づいて
上記被測定物の三次元データを得るようにした三次元測
定装置であって、上記測定部の被測定物表面に対する距
離および角度の少なくともいずれか一方の変化状態に応
じた上記測定部からの出力信号の複数の代表的な波形パ
ターンを基本パターンとしてそれぞれ記憶する記憶手段
と、実際の測定時に得られた上記測定部からの出力信号
波形と上記各基本パターンとを比較し、これら各基本パ
ターンのうち上記実際測定時の出力信号波形と合致度が
最も高い波形パターンを選択する比較選択手段と、この
合致度が最も高い波形パターンに基づいて当該測定ポイ
ントにおける上記受光手段上での受光位置の基準位置に
対する偏差を演算する演算手段とを備えたことを特徴と
するものである。

【０００８】また、本願の第２の発明は、上記第１の発
明において、上記記憶手段には上記各基本パターンの波
形を特徴づける所定の特徴量が記憶されており、上記比
較選択手段は、上記各基本パターンの特徴量と上記実際
測定時の出力信号波形の特徴量とを比較して上記合致度
が最も高い波形パターンを選択することを特徴としたも
のである。

【０００９】更に、本願の第３の発明は、被測定物の表
面に光を投射する投光手段とその反射光を受光する受光
手段とを有する測定部と、該測定部を上記被測定物表面
に略沿って移動させるとともに、上記測定部の被測定物
表面に対する距離や角度を変更する駆動手段と、該駆動
手段を制御し上記測定部を移動させて測定ポイントを順
次変える制御手段とを備え、各測定ポイントにおける上
記受光手段の受光状態に基づいて上記被測定物の三次元
データを得るようにした三次元測定装置であって、上記
測定部の被測定物表面に対する距離および角度の少なく
ともいずれか一方を順次変化させた場合の各変化状態に
応じた上記測定部からの出力信号の波形パターンおよび
上記受光手段上での受光位置を波形パターンデータとし
てそれぞれ記憶する記憶手段と、実際の測定時に得られ
た上記測定部からの出力信号波形および受光位置と上記
波形パターンデータとを比較し、上記波形パターンデー
タのうち上記実際測定時の出力信号波形および受光位置
と合致度が最も高いものを選択する比較選択手段とを備
えたことを特徴とするものである。

【００１０】また、更に、本願の第４の発明は、上記第
３の発明において、上記記憶手段には上記各波形パター
ンデータを特徴づける所定の特徴量が記憶されており、
上記比較選択手段は、上記各波形パターンデータの特徴
量と上記実際測定時の出力信号波形の特徴量とを比較し
て上記合致度が最も高い波形パターンデータを選択する
ことを特徴としたものである。

【００１１】また、更に、本願の第５の発明は、被測定
物の表面に光を投射する投光手段とその反射光を受光す
る受光手段とを有する測定部と、該測定部を上記被測定
物表面に略沿って移動させるとともに、上記測定部の被
測定物表面に対する距離や角度を変更する駆動手段と、
該駆動手段を制御し上記測定部を移動させて測定ポイン
トを順次変える制御手段とを備え、各測定ポイントにお
ける上記受光手段の受光状態に基づいて上記被測定物の
三次元データを得るようにした三次元測定装置であっ
て、上記測定部の被測定物表面に対する距離および角度
が測定許容範囲内にある場合における上記測定部からの
出力信号の波形パターンを基準パターンとして記憶する
記憶手段と、実際の測定時に得られた上記測定部からの
出力信号波形と上記基準パターンとを比較し、上記実際
測定時の出力信号波形と上記基準パターンとの合致度が
低い場合には、上記出力信号波形に基づいて当該測定ポ
イントにおける上記測定部の被測定物表面に対する距離
および角度の少なくともいずれか一方についての補正値
を演算する比較演算手段と、この補正値に基づいて上記
測定部のセット状態を補正する補正手段とを備え、上記
出力信号波形と上記基準パターンとの合致度が低い場合
には、上記補正手段で上記測定部のセット状態を補正し
た後に、当該測定ポイントにおける測定を再度行うよう
にしたことを特徴とするものである。

【００１２】また、更に、本願の第６の発明は、上記第
５の発明において、上記記憶手段には上記基準パターン
の波形を特徴づける所定の特徴量が記憶されており、上
記比較演算手段は、上記基準パターンの特徴量と上記実
際測定時の出力信号波形の特徴量とを比較して両者の合
致度を判定することを特徴としたものである。

【００１３】

【発明の効果】本願の第１の発明によれば、上記比較選
択手段と演算手段とを備えたので、上記記憶手段に記憶
された各基本パターンのうち上記実際測定時の出力信号
波形と合致度が最も高い波形パターンを選択し、この合
致度が最も高い波形パターンに基づいて当該測定ポイン
トにおける上記受光手段上での受光位置の基準位置に対
する偏差を演算することができる。そして、この偏差か
ら当該測定ポイントにおける被測定物の形状誤差を検出
することができる。すなわち、各基本パターン出現時に
おける上記受光位置の基準位置に対する偏差の演算精度
を予め十分に検定しておくことにより、実際の測定時に
上記各基本パターンもしくはこれら基本パターンとの合
致度が高い出力信号波形が得られた場合における上記偏
差、換言すれば被測定物の形状誤差を精度良く検出する
ことができる。従って、各測定ポイントでの実際の測定
時に得られた出力波形と合致度が最も高い波形パターン
を選択して上記偏差を演算することにより、各測定ポイ
ントでの測定を精度良く行うことができる。この場合に
おいて、上記記憶手段は、測定部からの出力信号の種々
の波形パターンのうち代表的な波形パターンのみを複数
選んで基本パターンとして記憶するだけであるので、あ
まり大きいメモリ容量が必要とされることはない。ま
た、上記受光位置の基準位置に対する偏差の演算は、各
測定ポイントでの測定時に行うことができるので、従
来、全測定ポイントでの測定を終えた後にまとめてデー
タチェックを行い、このチェックでデータ的に不自然な
測定ポイントが見付かった場合に、その測定ポイントに
ついて測定をやり直すようにしていた場合に比べて、測
定・検査の作業能率を大幅に向上させることができる。

【００１４】また、本願の第２の発明によれば、基本的
には、上記第１の発明と同様の効果を奏することができ
る。しかも、その上、上記記憶手段には上記各基本パタ
ーンの波形を特徴づける所定の特徴量が記憶されてお
り、上記比較選択手段は、上記各基本パターンの特徴量
と上記実際測定時の出力信号波形の特徴量とを比較して
上記合致度が最も高い波形パターンを選択するようにし
たので、波形自体をアナログ的に比較する場合に比べ
て、合致度が最も高い波形パターンの選択をより簡単か
つ正確に行うことができる。

【００１５】更に、本願の第３の発明によれば、上記記
憶手段に上記波形パターンデータを記憶させるとともに
上記比較選択手段を備えたので、記憶手段に記憶された
上記波形パターンデータのうち上記実際測定時の出力信
号波形および受光位置と合致度が最も高いものを選択す
ることができる。そして、この選択を行うことによって
直ちに受光手段上での受光位置を(従って、この受光位
置の基準位置からの偏差を)知ることができる。すなわ
ち、各測定ポイントにおいて実際測定時に得られた出力
信号波形および受光位置と合致度が最も高い波形パター
ンデータを上記比較選択手段で選択することにより、当
該測定ポイントでの形状測定を精度良く行うことができ
る。しかも、この場合、上記比較選択手段で比較・選択
することにより、特に演算処理を行う必要無しに、被測
定物の形状誤差を検出することができる。また、上記合
致度が最も高い波形パターンデータの選択は、各測定ポ
イントでの測定時に行うことができるので、従来、全測
定ポイントでの測定を終えた後にまとめてデータチェッ
クを行い、このチェックでデータ的に不自然な測定ポイ
ントが見付かった場合に、その測定ポイントについて測
定をやり直すようにしていた場合に比べて、測定・検査
の作業能率を大幅に向上させることができる。

【００１６】また、更に、本願の第４の発明によれば、
基本的には、上記第３の発明と同様の効果を奏すること
ができる。しかも、その上、上記記憶手段には上記各波
形パターンデータを特徴づける所定の特徴量が記憶され
ており、上記比較選択手段は、上記各波形パターンデー
タの特徴量と上記実際測定時の出力信号波形の特徴量と
を比較して上記合致度が最も高い波形パターンデータを
選択するようにしたので、波形自体をアナログ的に比較
する場合に比べて、合致度が最も高い波形パターンデー
タの選択をより簡単かつ正確に行うことができる。

【００１７】また、更に、本願の第５の発明によれば、
上記比較演算手段と補正手段とを備えたので、実際測定
時の出力信号波形と上記基準パターンとを比較し、上記
実際測定時の出力信号波形と上記基準パターンとの合致
度が低い場合には、上記出力信号波形に基づいて当該測
定ポイントにおける上記測定部の被測定物表面に対する
距離および角度の少なくともいずれか一方を補正する補
正値を演算するとともに、この補正値に基づいて上記測
定部のセット状態を補正することができる。つまり、測
定部を測定許容範囲内にセットすることができる。そし
て、上記補正手段で測定部のセット状態を補正した後
に、当該測定ポイントにおける測定を再度行うようにし
たので、測定部の被測定物表面に対する距離および角度
が測定許容範囲内にある状態で再測定を行うことがで
き、当該測定ポイントにおいて精度の高い形状測定を行
うことができる。この場合、上記の再測定は、各測定ポ
イントにおいて初回の測定を行った後、測定ポイントを
変更することなく行うことができるので、従来、全測定
ポイントでの測定を終えた後にまとめてデータチェック
を行い、このチェックでデータ的に不自然な測定ポイン
トが見付かった場合に、その測定ポイントについて測定
をやり直すようにしていた場合に比べて、測定・検査の
作業能率を大幅に向上させることができる。

【００１８】また、更に、本願の第６の発明によれば、
基本的には、上記第５の発明と同様の効果を奏すること
ができる。しかも、その上、上記記憶手段には上記基準
パターンの波形を特徴づける所定の特徴量が記憶されて
おり、上記比較演算手段は、上記基準パターンの特徴量
と上記実際測定時の出力信号波形の特徴量とを比較して
両者の合致度を判定するようにしたので、波形自体をア
ナログ的に比較する場合に比べて、上記両者の合致度の
判定をより簡単かつ正確に行うことができる。

【００１９】

【実施例】以下、この発明の実施例を、添付図面に基づ
いて詳細に説明する。図１は、本実施例に係る三次元測
定装置１の全体構成を概略的に示す説明図であるが、こ
の図に示すように、上記三次元測定装置１は、例えば板
金プレス成形品とされたワークＷを略水平状態に支持す
るための定盤２と、該定盤２上に設けられてワークＷの
下部を定盤２に固定する部品固定治具３,…,３と、定盤
２上のワークＷを囲むように配設された門型ののロボッ
ト装置４とを備えている。

【００２０】該ロボット装置４は、左右一対の支柱４a
と、両支柱４aの上端部どうしを連結して設けられた天
井ビーム４bと、該天井ビーム４bから下方へ向かって延
びる昇降アーム４cとを備えており、該アーム４cの下端
部には、定盤２上のワークＷに対向するように傾動可能
に支持された測定ヘッド１０が取り付けられている。上
記ロボット装置４は、所謂、直交３軸ロボットで、上記
支柱４a,４aが図１における紙面方向に走行し、上記ア
ーム４cが、天井ビーム４bに沿って図１における左右方
向に移動するとともに、図１における上下方向に昇降す
ることにより、上記測定ヘッド１０をx,y,zの３方向へ
自在に移動させることができるようになっている。尚、
上記ロボット装置４の駆動機構、すなわち、支柱４a,４
aの走行機構,アーム４cの移動機構および昇降機構並び
に測定ヘッド１０の傾動機構は、いずれも従来から良く
知られているものと同じものであるので、その詳細な説
明および図示は省略する。

【００２１】上記ロボット装置４は、装置側方に配置さ
れたコントローラ５に信号授受可能に接続されており、
ロボット装置４の作動、すなわち、測定ヘッド１０の位
置（測定ポイント）及びワークＷの表面に対する距離や
角度は、上記コントローラ５からの制御信号によって制
御される。該コントローラ５は、例えばマイクロコンピ
ュータを主要部として構成され、ワークＷの形状,寸法
に関する基本データが予め入力されており、このデータ
に基づいてロボット装置４に対して制御信号を出力し、
測定ヘッド１０が、ワークＷの表面形状に略沿って、測
定ポイントを順次変えながら移動するように制御する。

【００２２】上記測定ヘッド１０は、図２に示すよう
に、三次元測定のための投光手段１１として、レーザビ
ームの駆動回路１２と発振素子１３と投光レンズ１４と
を備えるとともに、受光手段１６として、受光レンズ１
７と受光センサ１８とを備えており、上記発振素子１３
からのレーザビームは、投光レンズ１４で集光された上
でワークＷの表面の所定位置に投射される。その反射光
が、受光レンズ１７で集光された後、上記受光センサ１
８上に結像してデータ信号が出力され、この出力データ
信号が信号増幅回路１９で増幅された上で、ロボット装
置４の側方に配置された波形処理装置６(図１参照)に入
力されるようになっている。尚、測定ヘッド１０は、上
記したように、ロボット装置４のアーム４cによって傾
動可能に支持されており、投光手段１１からの投射光が
ワークＷの測定ポイントに正確に投光されるように調節
することができる。

【００２３】上記波形処理装置６は、例えばマイクロコ
ンピュータを主要部として構成されており、上記信号増
幅回路１９で増幅された上記受光センサ１８からの出力
データ信号をこの波形処理装置６に入力することによ
り、ワークＷの表面と測定ヘッド１０との距離および受
光センサ１８上における受光位置を表す出力波形を得る
波形処理が行なわれる。尚、上記投光手段１１及びその
各構成要素１２,１３,１４、並びに上記受光手段１６及
びその構成要素１７,１８は、いずれも従来から良く知
られているものと同じものであるので、その詳細な説明
および図示は省略する。

【００２４】上記測定ヘッド１０では、受光センサ１８
上における反射光の受光位置について、当該測定ポイン
トでのワークＷの形状・寸法が基準値通りであれば、上
記反射光が受光センサ１８上の基準位置(本実施例で
は、該受光センサ１８の長手方向における中心位置)で
受光されるように設定されており、この基準位置からの
受光位置の偏り(ずれ)を検出して、その測定ポイントで
のワークＷの形状誤差を検知することができる。尚、本
実施例では、上記受光センサ１８として、例えば所謂Ｃ
ＣＤ形のものを用いた。しかしながら、この場合、受光
センサ１８の特性等により、一定以上の精度が確保でき
る正規の測定範囲が比較的狭く制限されており、測定ヘ
ッド１０のワークＷの表面に対する距離や角度(測定ヘ
ッド１０のセット状態)が、予め設定された基準の距離
や角度からある程度以上大きくずれると、測定誤差がか
なり大きくなる。

【００２５】すなわち、測定ヘッド１０のワークＷ表面
に対する距離や角度が、設定基準に対してある一定の範
囲内(つまり測定許容範囲内)にある場合には、受光セン
サ１８からの出力データ信号の信号波形(出力信号波形)
は、例えば図３に示すように、線対称の波形となること
が知られており、このような波形が得られた場合には、
そのピークが明瞭であり、受光位置の基準位置からの偏
差(ずれ)も容易に読み取ることができる。一方、測定ヘ
ッド１０のワークＷ表面に対する距離や角度が上記測定
許容範囲を越えて外れた場合には、測定誤差が大きくな
り、受光センサ１８からの出力信号波形についても、何
等かの波形は得られるものの、上記のような線対称で明
瞭なピークを有する波形にはならない。

【００２６】例えば、測定ヘッド１０のワークＷの表面
に対する角度が上記測定許容範囲を越えて傾き過ぎてい
る場合には、得られる出力信号波形は、例えば図４に示
すように、ピークは認められるものの波形は線対称とは
ならず、受光位置の特定が困難になる。また、例えば、
測定ヘッド１０のワークＷの表面に対する距離が上記測
定許容範囲を越えて外れるなどして焦点がずれた場合に
は、得られる出力信号波形は、例えば図５に示すよう
に、ピークが明瞭でない山形の波形となり、受光位置の
特定が更に難しくなる。

【００２７】本実施例では、具体的には図示しなかった
が、上記波形処理装置６に、測定ヘッド１０のワークＷ
表面に対する距離および角度の少なくともいずれか一方
の変化状態に応じて得られる上記測定ヘッド１０からの
出力データ信号の波形パターンのうち、予め選定された
複数種類の代表的な波形パターンを基本パターンとして
それぞれ記憶する記憶部と、各測定ポイントでの実際の
測定時に得られた測定ヘッド１０からの出力信号波形と
上記各基本パターンとを比較し、これら各基本パターン
のうち上記実際測定時の出力信号波形と合致度が最も高
い波形パターンを選択する比較選択部と、この合致度が
最も高い波形パターンに基づいて当該測定ポイントにお
ける上記受光手段上での受光位置の基準位置に対する偏
差を演算する演算部とを備えている。

【００２８】また、本実施例では、上記記憶部に、上記
各基本パターンの波形を特徴付ける所定の特徴量が記憶
されている。すなわち、上記各基本パターンは、測定ヘ
ッド１０のワークＷ表面に対する距離や角度を変化させ
た場合に、この変化状態に応じて得られる上記測定ヘッ
ド１０からの出力データ信号の波形パターンの中から、
代表的な波形パターン(例えば図３〜図５に示される波
形パターン)を複数種類選んだものであるが、上記記憶
部には、これら各基本パターンについて、その波形をそ
れぞれ特徴づける特徴量として、例えば以下に示すa〜e
の特徴量がそれぞれ記憶されている。 ・ a : 受光センサ１８の反応開始から反応終了までの
幅(図３参照) ・ b : 受光センサ１８の反応ピーク高さ(図３参照) ・ c : 受光センサ１８のピーク中間点の幅(図３参照) ・ d : 受光センサ１８の反応中間点と波形ピークとの
ずれ(図４参照) ・ e : 受光センサ１８の反応総出力(図５参照）

【００２９】次に、上記三次元測定装置１による各測定
ポイントでの測定手順および出力信号波形の判定等につ
いて、図６のフローチャートを参照しながら説明する。
上記測定ヘッド１０が当該測定ポイントに移動させられ
た後、位置決めされ、更に、測定ヘッド１０のワークＷ
表面に対する距離や角度のセットが完了すると、当該測
定ポイントでの三次元測定が開始される。すなわち、ま
ず、投光手段１１の駆動回路１２がＯＮされて（ステッ
プ＃１)レーザビームがワークＷの表面に投射され(ステ
ップ＃２)、その反射光が受光手段１６によって受光さ
れる(ステップ＃３)。そして、受光センサ１８からのセ
ンサ出力(出力データ信号)が、信号増幅回路１９で増幅
(ステップ＃４)された上で波形処理装置６に入力され、
この波形処理装置６で出力波形の判定が行なわれる(ス
テップ＃５)。

【００３０】この出力波形の判定は、上記波形処理装置
６の比較選択部によって行なわれ、実際の測定で得られ
た出力信号波形が、測定ヘッド１０のワークＷ表面に対
する距離や角度が測定許容範囲内にある場合に得られる
線対称の波形(図３参照)であるか否かが判定される。こ
の場合、上記実際測定時の出力信号波形を特徴づけるの
特徴量a〜eが抽出され、より好ましくは、この出力信号
波形の特徴量と基本パターンの一つである線対称の波形
の特徴量とが比較される。そして、両者が合致するか否
か、つまり両者の合致度が所定値以上であるか否かによ
って判定が行なわれる。

【００３１】上記ステップ＃５での判定結果がＯＫであ
る場合、つまり、出力信号波形が線対称波形である場合
には、図３から良く分かるように、受光センサ１８の反
応中間点と波形ピークＰとがセンサ１８の画素位置を示
す座標上で一致しているので、容易かつ正確に受光位置
を特定することができ、この受光位置の基準位置Ｏから
の変位量(偏差)Ｘpが算出される(ステップ＃９)。そし
て、この算出データが、波形処理装置６に付設されたメ
モリ装置(不図示)に格納される(ステップ＃１０)。これ
により、当該測定ポイントでの測定が完了したので、次
に、ロボット装置４が駆動され(ステップ＃１１)、測定
ポイントが次のポイントに変更される(ステップ＃１２)
ようになっている。

【００３２】一方、上記ステップ＃５での判定結果がＮ
Ｇの場合、つまり、出力信号波形が線対称波形でない場
合には、ステップ＃６で、上記波形処理装置６により波
形パターンのマッチングが行なわれ、基本パターンのう
ちで実際測定時の出力信号波形と合致度が最も高い波形
パターンが選択される。このマッチングは、各基本パタ
ーンの特徴量を上記出力信号波形の特徴量と比較し、両
者の合致度が最も高いものが選択される。そして、ステ
ップ＃７で、選択された基本パターンに応じて、受光セ
ンサ１８上における受光位置の基準位置Ｏからの変位量
(偏差)が算出される。

【００３３】すなわち、例えば図４に示されるように、
波形ピークは明確に認められるが、受光センサ１８の反
応中間点Ｑと波形ピーク位置とがずれている波形パター
ンの場合には、反応中間点Ｑを受光位置とし、この受光
位置の基準位置Ｏからの変位量(偏差)Ｘqが算出され
る。また、例えば、図５に示されるように、明瞭なピー
クが認められない山形の波形パターンの場合には、受光
センサ１８の反応総出力の重心位置、つまり山形波形の
面積上の重心Ｇを受光位置とし、この受光位置の基準位
置Ｏからの変位量(偏差)Ｘgが算出される。尚、この場
合、上記のような波形パターン(図４および図５参照)が
得られた場合に、受光位置の基準位置に対する偏差の演
算として、上記のような演算方法を適用することによ
り、十分に高い演算精度を確保できることは予め検定さ
れている。そして、このようにして算出されたデータ
が、波形処理装置６に付設された上記メモリ装置(不図
示)に格納され(ステップ＃８)、これにより、当該測定
ポイントでの測定が完了する。そして、上記ステップ＃
１１以降のステップが実行され、測定ポイントが次のポ
イントに変更されるようになっている。

【００３４】以上、説明したように、本実施例によれ
ば、上記波形処理装置６に設けた上記比較選択部によ
り、記憶部に記憶された各基本パターンのうち、測定ヘ
ッド１０のワークＷ表面に対する距離や角度が測定許容
範囲内にある場合に得られる線対称の波形パターンのも
のも含めて、上記実際測定時の出力信号波形と合致度が
最も高い波形パターンを選択し、この合致度が最も高い
波形パターンに基づいて当該測定ポイントにおける上記
受光センサ１８上での受光位置の基準位置Ｏに対する偏
差Ｘp,Ｘq,Ｘgを演算することができる。そして、この
偏差Ｘp,Ｘq,Ｘgから当該測定ポイントにおけるワーク
Ｗの形状誤差を検出することができる。すなわち、各基
本パターン出現時における上記受光位置の基準位置Ｏに
対する偏差Ｘp,Ｘq,Ｘgの演算精度を予め十分に検定し
ておくことにより、実際の測定時に上記各基本パターン
もしくはこれら基本パターンとの合致度が高い出力信号
波形が得られた場合における上記偏差Ｘp,Ｘq,Ｘg、換
言すればワークＷの形状誤差を精度良く検出することが
できる。従って、各測定ポイントでの実際の測定時に得
られた出力波形と合致度が最も高い波形パターンを選択
して上記偏差Ｘp,Ｘq,Ｘgを演算することにより、各測
定ポイントでの測定を精度良く行うことができるのであ
る。

【００３５】この場合において、上記記憶部は、測定ヘ
ッド１０からの出力データ信号の種々の波形パターンの
うち代表的な波形パターンのみを複数選んで基本パター
ンとして記憶するだけであるので、あまり大きいメモリ
容量が必要とされることはない。また、上記受光位置の
基準位置Ｏに対する偏差Ｘp,Ｘq,Ｘgの演算は、各測定
ポイントでの測定時に行うことができるので、従来、全
測定ポイントでの測定を終えた後にまとめてデータチェ
ックを行い、このチェックでデータ的に不自然な測定ポ
イントが見付かった場合に、その測定ポイントについて
測定をやり直すようにしていた場合に比べて、測定・検
査の作業能率を大幅に向上させることができる。

【００３６】更に、上記記憶部には上記各基本パターン
の波形を特徴づける所定の特徴量が記憶されており、上
記比較選択部は、上記各基本パターンの特徴量と上記実
際測定時の出力信号波形の特徴量とを比較して上記合致
度が最も高い波形パターンを選択するようにしたので、
波形自体をアナログ的に比較する場合に比べて、合致度
が最も高い波形パターンの選択をより簡単かつ正確に行
うことができるのである。

【００３７】尚、上記実施例は、上記記憶部に、測定ヘ
ッド１０からの出力データ信号の種々の波形パターンの
うち代表的な波形パターンのみを複数選んで基本パター
ンとして記憶させておき、これら基本パターンの中から
実際測定時に得られた出力信号波形と最も合致度が高い
ものを選択し、この選択された基本パターンの波形に応
じて、当該測定ポイントにおける上記受光センサ１８上
での受光位置の基準位置Ｏに対する偏差Ｘp,Ｘq,Ｘgを
演算するようにしたものであったが、かかる演算を行う
ことなく、上記受光位置の基準位置に対する偏差を検知
することができる。

【００３８】この場合には、波形処理装置の記憶部に、
測定ヘッド１０のワークＷ表面に対する距離および角度
の少なくともいずれか一方を順次変化させた場合の各変
化状態に応じた上記測定ヘッド１０からの出力信号の波
形パターンおよび上記受光手段１６上での受光位置を波
形パターンデータとしてそれぞれ記憶させておき、実際
の測定時に得られた上記測定ヘッド１０からの出力信号
波形および受光位置と上記波形パターンデータとを比較
し、上記波形パターンデータのうち上記実際測定時の出
力信号波形および受光位置と合致度が最も高いものを選
択する比較選択部を設ける。

【００３９】かかる構成を採用した場合、上記記憶部に
は、各測定ポイント毎に、測定ヘッド１０のワークＷ表
面に対する距離や角度を順次変化させた場合の各変化状
態に応じた上記測定ヘッド１０からの出力信号の波形パ
ターンおよび上記受光手段１６上での受光位置が、極め
て多数の波形パターンデータとして記憶されているの
で、上記比較選択部によってこれら波形パターンデータ
のうち上記実際測定時の出力信号波形および受光位置と
合致度が最も高いものを選択することにより、直ちに受
光センサ１８上での受光位置を(従って、この受光位置
の基準位置からの偏差を)知ることができる。すなわ
ち、各測定ポイントにおいて実際測定時に得られた出力
信号波形および受光位置と合致度が最も高い波形パター
ンデータを上記比較選択部で選択することにより、特に
演算処理を行う必要無しに、当該測定ポイントでの形状
測定を精度良く行うことができるのである。

【００４０】また、この場合についても、上記合致度が
最も高い波形パターンデータの選択は、各測定ポイント
での測定時に行うことができるので、従来、全測定ポイ
ントでの測定を終えた後にまとめてデータチェックを行
い、このチェックでデータ的に不自然な測定ポイントが
見付かった場合に、その測定ポイントについて測定をや
り直すようにしていた場合に比べて、測定・検査の作業
能率を大幅に向上させることができる。

【００４１】更に、上記記憶部に、上述の実施例の場合
と同様に、上記各波形パターンデータを特徴づける所定
の特徴量を記憶させておき、上記比較選択部で、上記各
波形パターンデータの特徴量と上記実際測定時の出力信
号波形の特徴量とを比較して上記合致度が最も高い波形
パターンデータを選択するようにすることにより、波形
自体をアナログ的に比較する場合に比べて、合致度が最
も高い波形パターンデータの選択をより簡単かつ正確に
行うことができるのである。

【００４２】次に、本発明の今一つの実施例について説
明する。尚、本実施例の説明において、図１〜図６を用
いて説明した上述の実施例の場合と同じものには同一の
符号を付し、それ以上の説明は省略する。本実施例で
は、波形処理装置の記憶部には、測定ヘッド１０のワー
クＷ表面に対する距離および角度が測定許容範囲内にあ
る場合における測定ヘッド１０からの出力信号の波形パ
ターン(図３参照)が基準パターンとして記憶されてい
る。この場合、上記記憶部には上記基準パターンの波形
を特徴づける所定の特徴量(a〜c)が記憶されている。ま
た、実際の測定時に得られた上記測定ヘッド１０からの
出力信号波形と上記基準パターンとを比較し、上記実際
測定時の出力信号波形と上記基準パターンとが合致しな
い場合、つまり合致度が低い場合には、上記出力信号波
形に基づいて当該測定ポイントにおける上記測定ヘッド
１０のワークＷ表面に対する距離および角度の少なくと
もいずれか一方についての補正値を演算する比較演算部
が設けられている。尚、この場合、上記比較演算部は、
上記基準パターンの波形の特徴量と上記実際測定時の出
力信号波形の特徴量とを比較して両者の合致度を判定す
る。

【００４３】次に、本実施例に係る三次元測定装置によ
る各測定ポイントでの測定手順について、図７のフロー
チャートを参照しながら説明する。ここに、図７のフロ
ーチャートにおけるステップ＃２１〜ステップ＃２５及
びステップ＃２９〜ステップ＃３２の各ステップでの実
行内容は、前述の図６に示したフローチャートにおける
ステップ＃１〜ステップ＃５及びステップ＃９〜ステッ
プ＃１２の各ステップでの実行内容と同一であるので、
これらのステップについては説明を省略する。ステップ
＃２５での判定結果がＮＧの場合、つまり、出力信号波
形が線対称波形でなく、上記基準パターンと合致しない
もしくは合致度が所定値よりも低い場合には、ステップ
＃６で、受光センサ１８上における受光位置の基準位置
Ｏからの変位量(偏差)の概算値が算出される。この概算
値は、例えば図５に示されたような焦点ずれの波形の場
合を例にとって説明すれば、山形の波形のピーク位置を
概略的に読み取り、この読み取ったピーク位置を受光位
置と仮定して、基準位置Ｏからの変位量を算出すること
によって得られる。

【００４４】次に、当該測定ポイントにおける上記測定
ヘッド１０のワークＷ表面に対する距離や角度(測定ヘ
ッド１０のセット状態)が測定許容範囲内にあるように
すべく、ロボット装置４を駆動し(ステップ＃２７)、測
定ヘッド１０のワークＷ表面に対する距離や角度(焦点
ずれの場合には距離のみ)を調整する(ステップ＃２
８)。この調整の際の補正値には上記ステップ＃２６で
算出された変位量の概算値が用いられる。そして、この
調整、つまり測定ヘッド１０のセット状態の補正を終え
た後、ステップ＃２１にリターンして、当該測定ポイン
トにおける測定を再度行うようになっている。

【００４５】以上、説明したように、本実施例によれ
ば、上記比較演算部と補正部とを設けたので、実際測定
時の出力信号波形と上記基準パターンとを比較し、上記
実際測定時の出力信号波形と上記基準パターンとの合致
度が低い場合には、上記出力信号波形に基づいて当該測
定ポイントにおける上記測定ヘッド１０のワークＷ表面
に対する距離および角度の少なくともいずれか一方を補
正する補正値を演算するとともに、この補正値に基づい
て上記測定ヘッド１０のセット状態を補正することがで
きる。つまり、測定ヘッド１０を測定許容範囲内にセッ
トすることができる。そして、上記ロボット装置４を駆
動して測定ヘッド１０のセット状態を補正した後に、当
該測定ポイントにおける測定を再度行うようにしたの
で、測定ヘッド１０のワークＷ表面に対する距離および
角度が測定許容範囲内にある状態で再測定を行うことが
でき、当該測定ポイントにおいて精度の高い形状測定を
行うことができるのである。この場合、上記の再測定
は、各測定ポイントにおいて初回の測定を行った後、測
定ポイントを変更することなく行うことができるので、
従来、全測定ポイントでの測定を終えた後にまとめてデ
ータチェックを行い、このチェックでデータ的に不自然
な測定ポイントが見付かった場合に、その測定ポイント
について測定をやり直すようにしていた場合に比べて、
測定・検査の作業能率を大幅に向上させることができ
る。

【００４６】また、上記記憶部には上記基準パターンの
波形を特徴付ける所定の特徴量(a〜c)が記憶されてお
り、上記比較演算部は、この基準パターンの特徴量と上
記実際測定時の出力信号波形の特徴量とを比較して両者
の合致度を判定するようにしたので、波形自体をアナロ
グ的に比較する場合に比べて、上記両者の合致度の判定
をより簡単かつ正確に行うことができるのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係る三次元測定装置の全
体構成を概略的に示す説明図である。

【図２】 上記三次元測定装置の測定ヘッドの説明図で
ある。

【図３】 測定ヘッドが測定許容範囲内にある場合にお
ける出力波形の一例を示す図である。

【図４】 測定ヘッドのワーク表面に対する傾斜角が大
き過ぎる場合における出力波形の一例を示す図である。

【図５】 焦点がずれた場合における出力波形の一例を
示す図である。

【図６】 上記三次元測定装置の作動を説明するフロー
チャートである。

【図７】 本発明の今一つの実施例に係る三次元測定装
置の作動を説明するフローチャートである。

【符号の説明】

１…三次元測定装置 ４…ロボット装置 ５…コントローラ ６…波形処理装置 １０…測定ヘッド １１…投光手段 １６…受光手段 １８…受光センサ a,b,c,d,e…波形の特徴量 Ｗ…ワーク Ｘg,Ｘp,Ｘq…偏差

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定物の表面に光を投射する投光手段
   とその反射光を受光する受光手段とを有する測定部と、
   該測定部を上記被測定物表面に略沿って移動させるとと
   もに、上記測定部の被測定物表面に対する距離や角度を
   変更する駆動手段と、該駆動手段を制御し上記測定部を
   移動させて測定ポイントを順次変える制御手段とを備
   え、各測定ポイントにおける上記受光手段の受光状態に
   基づいて上記被測定物の三次元データを得るようにした
   三次元測定装置であって、 上記測定部の被測定物表面に対する距離および角度の少
   なくともいずれか一方の変化状態に応じた上記測定部か
   らの出力信号の複数の代表的な波形パターンを基本パタ
   ーンとしてそれぞれ記憶する記憶手段と、実際の測定時
   に得られた上記測定部からの出力信号波形と上記各基本
   パターンとを比較し、これら各基本パターンのうち上記
   実際測定時の出力信号波形と合致度が最も高い波形パタ
   ーンを選択する比較選択手段と、この合致度が最も高い
   波形パターンに基づいて当該測定ポイントにおける上記
   受光手段上での受光位置の基準位置に対する偏差を演算
   する演算手段とを備えたことを特徴とする三次元測定装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載された三次元測定装置に
   おいて、上記記憶手段には上記各基本パターンの波形を
   特徴づける所定の特徴量が記憶されており、上記比較選
   択手段は、上記各基本パターンの特徴量と上記実際測定
   時の出力信号波形の特徴量とを比較して上記合致度が最
   も高い波形パターンを選択することを特徴とする三次元
   測定装置。
3. 【請求項３】 被測定物の表面に光を投射する投光手段
   とその反射光を受光する受光手段とを有する測定部と、
   該測定部を上記被測定物表面に略沿って移動させるとと
   もに、上記測定部の被測定物表面に対する距離や角度を
   変更する駆動手段と、該駆動手段を制御し上記測定部を
   移動させて測定ポイントを順次変える制御手段とを備
   え、各測定ポイントにおける上記受光手段の受光状態に
   基づいて上記被測定物の三次元データを得るようにした
   三次元測定装置であって、 上記測定部の被測定物表面に対する距離および角度の少
   なくともいずれか一方を順次変化させた場合の各変化状
   態に応じた上記測定部からの出力信号の波形パターンお
   よび上記受光手段上での受光位置を波形パターンデータ
   としてそれぞれ記憶する記憶手段と、実際の測定時に得
   られた上記測定部からの出力信号波形および受光位置と
   上記波形パターンデータとを比較し、上記波形パターン
   データのうち上記実際測定時の出力信号波形および受光
   位置と合致度が最も高いものを選択する比較選択手段と
   を備えたことを特徴とする三次元測定装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載された三次元測定装置に
   おいて、上記記憶手段には上記各波形パターンデータを
   特徴づける所定の特徴量が記憶されており、上記比較選
   択手段は、上記各波形パターンデータの特徴量と上記実
   際測定時の出力信号波形の特徴量とを比較して上記合致
   度が最も高い波形パターンデータを選択することを特徴
   とする三次元測定装置。
5. 【請求項５】 被測定物の表面に光を投射する投光手段
   とその反射光を受光する受光手段とを有する測定部と、
   該測定部を上記被測定物表面に略沿って移動させるとと
   もに、上記測定部の被測定物表面に対する距離や角度を
   変更する駆動手段と、該駆動手段を制御し上記測定部を
   移動させて測定ポイントを順次変える制御手段とを備
   え、各測定ポイントにおける上記受光手段の受光状態に
   基づいて上記被測定物の三次元データを得るようにした
   三次元測定装置であって、 上記測定部の被測定物表面に対する距離および角度が測
   定許容範囲内にある場合における上記測定部からの出力
   信号の波形パターンを基準パターンとして記憶する記憶
   手段と、実際の測定時に得られた上記測定部からの出力
   信号波形と上記基準パターンとを比較し、上記実際測定
   時の出力信号波形と上記基準パターンとの合致度が低い
   場合には、上記出力信号波形に基づいて当該測定ポイン
   トにおける上記測定部の被測定物表面に対する距離およ
   び角度の少なくともいずれか一方についての補正値を演
   算する比較演算手段と、この補正値に基づいて上記測定
   部のセット状態を補正する補正手段とを備え、上記出力
   信号波形と上記基準パターンとの合致度が低い場合に
   は、上記補正手段で上記測定部のセット状態を補正した
   後に、当該測定ポイントにおける測定を再度行うように
   したことを特徴とする三次元測定装置。
6. 【請求項６】 請求項５に記載された三次元測定装置に
   おいて、上記記憶手段には上記基準パターンの波形を特
   徴づける所定の特徴量が記憶されており、上記比較演算
   手段は、上記基準パターンの特徴量と上記実際測定時の
   出力信号波形の特徴量とを比較して両者の合致度を判定
   することを特徴とする三次元測定装置。