JPH0835815A - 光学式測定装置の検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ロボット等の移動機構に搭載される測定ヘッ
ドに投光器と撮像器とを取付けて成る光学式測定装置の
異常の有無を測定ヘッドを移動機構から取外すことなく
簡単に検査できるようにする。 【構成】 計測対象となるチェッカー本体５１を有する
精度チェッカー５を測定ヘッド２に取付け、該ヘッド２
に設けたスリット光源２１からチェッカー本体５１にス
リット光を照射した状態で該ヘッド２に設けた撮像器２
３₁，２３₂によりチェッカー本体５１を撮像する。そし
て、撮像器の画像データからチェッカー本体の位置を計
測し、この位置と基準位置とを比較する。スリット光源
２１や撮像器２３₁，２３₂の取付位置に狂いが有ると、
計測されたチェッカー本体の位置が基準位置からずれ、
これにより異常を判別できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ワークの断面計測等を
行う光学式測定装置の検査方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の測定装置として、ロボッ
ト等の移動機構に搭載される測定ヘッドに、スリット光
源から成る投光器と、スリット光の光面に光軸が斜交す
るように配置した撮像器とを設け、ワークの所定の計測
部位に投光器が正対するような所定位置に測定ヘッドを
移動した後、投光器からスリットを照射した状態で撮像
器によりワークを撮像し、撮像器の画面に現われるスリ
ット光像から光切断の原理に従って空間座標系における
計測部位の断面形状や位置を計測するものが知られてい
る。

【０００３】また、ワークに形成した孔部の中心位置を
計測する光学式測定装置として、測定ヘッドに、スポッ
ト光源から成る投光器と、光軸が互に斜交するように配
置した２個の撮像器とを設け、ワークにスポット光を照
射した状態で両撮像器によりワークを撮像し、各撮像器
の画面に現われる孔部の像の中心座標から三角測量の原
理で空間座標における孔部の中心位置を計測するものも
知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】光切断の原理は、撮像
器を基準にして定めた空間座標系におけるスリット光面
上の点の空間座標と撮像器の画面上の対応点の座標との
間に成立する相関関係に基いて、画面上のスリット光像
から空間座標系におけるワークの断面形状や位置を計測
するものであり、測定ヘッドの変形等で投光器と撮像器
との相対位置関係に狂いを生ずると、スリット光面上の
点の空間座標と画面上の対応点の座標との間の相関関係
も狂い、計測誤差を生ずる。また、上記した孔計測用の
測定装置でも、各撮像器の位置が狂うと計測誤差を生ず
る。本発明は、以上の点に鑑み、投光器や撮像器の取付
位置の狂いといった光学式測定装置の異常の有無を検査
して、計測誤差の発生を未然に防止し得るようにした検
査方法を提供することをその目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
本発明は、ロボット等の移動機構に搭載される測定ヘッ
ドに投光器と撮像器とを設け、ワークに投光器から光線
を照射した状態で撮像器によりワークを撮像し、該撮像
器の画像データに基いてワークの位置を計測する光学式
測定装置の異常を検査する方法であって、計測対象とな
るチェッカー本体を有する精度チェッカーをチェッカー
本体が撮像器に対し所定位置に配置されるように測定ヘ
ッドに取付け、投光器から光線を照射した状態で撮像器
によりチェッカー本体を撮像し、該撮像器の画像データ
に基いてチェッカー本体の位置を計測し、計測されたチ
ェッカー本体の位置と基準位置とを比較して異常の有無
を検査することを特徴とする。

【０００６】

【作用】測定ヘッドに精度チェッカーを取付けてチェッ
カー本体を上記の如く撮像すると、投光器や撮像器の取
付位置に狂いが無い限り、画像データから計測されるチ
ェッカー本体の位置は基準位置に一致する。従って、計
測されたチェッカー本体の位置が基準位置からずれてい
るときは、投光器や撮像器の取付位置に狂いを生じたも
のと判断し、取付位置の修正や測定ヘッドの交換といっ
た適切な対策を講じて計測誤差の発生を未然に防止す
る。

【０００７】投光器がスリット光源であって、撮像器を
その光軸がスリット光の光面に斜交するように配置して
成る断面計測用の測定ヘッドの検査に際しては、精度チ
ェッカーを測定ヘッドに取付けたときに、チェッカー本
体に形成した１つの角部がスリット光の光面と撮像器の
光軸との交点に合致するようにしておくことが望まし
い。これによれば、撮像器の画面に現われるスリット光
像の前記角部に対応する点が前記交点に対応する画面上
の中心点に一致しているか否かで投光器や撮像器の取付
位置に狂いが無いか否かを簡単に判別できる。

【０００８】

【実施例】図１は自動車の車体組立ラインの途中に設け
られる計測ステーションを示し、該ステーションの左右
両側に夫々移動機構たるロボット１を配置し、該ロボッ
ト１に計測ヘッド２を搭載して、ワークたる車体Ａに形
成した孔部の位置計測と、車体Ａのルーフサイドレール
部やピラー部といった所定部位の断面計測とを行い、車
体Ａの組立精度を計測するようにした。

【０００９】前記ロボット１は、前後方向に長手のベー
ス１０上に設けた前後動自在なロボット本体１１と、該
ロボット本体１１に上下動自在に支持させた昇降枠１２
と、該昇降枠１２に左右動自在に支持させた左右方向に
長手のロボットアーム１３とを備える直交座標型ロボッ
トで構成されており、ロボットアーム１３の先端に、図
２に示す如く、３軸構造の手首１４を介して測定ヘッド
２を取付けた。

【００１０】測定ヘッド２のヘッド枠２０には、図３乃
至図５に明示する如く、投光器としてスリット光を照射
するスリットレーザから成るスリット光源２１と、スポ
ット光を照射するスポットレーザから成るスポット光源
２２とが取付けられており、更に、ＣＣＤカメラから成
る第１と第２の２個の撮像器２３₁，２３₂が取付けられ
ている。図中２３ａは各撮像器２３₁，２３₂のレンズで
ある。

【００１１】両撮像器２３₁，２３₂は、該両撮像器２３
₁，２３₂の光軸が互に斜交するような位置関係で配置さ
れている。ここで、両撮像器２３₁，２３₂の光軸の交点
を原点０、第１撮像器２３₁の光軸をＺ軸、両撮像器２
３₁，２３₂の光軸を含む平面上のＺ軸に直交する座標軸
をＸ軸、Ｚ軸とＸ軸に直交する座標軸をＹ軸とする空間
座標系を考えると、スリット光源２１は、スリット光の
光面ＳＰ（以下スリット光面と記す）がＺ軸に原点０で
斜交する、ＸＺ平面に直角な面に合致するように、ヘッ
ド枠２０内にスリーブ２１ａを介して取付けられてお
り、また、スポット光源２２は、両撮像器２３₁，２３₂
の光軸の中間のＸＺ平面に直角な面上でスポット光の光
軸がＸＺ平面に対し原点０で斜交するように、ヘッド枠
２０にブラケット２２ａを介して取付けられている。

【００１２】スリット光源２１の前方には、ヘッド枠２
０に取付けた筒状の支持体２１ｂを介してスリット光の
照射範囲を規制する遮光体２１ｃが設けられている。支
持体２１ｂにはスリット光面ＳＰに合致する該支持体２
１ｂの母線に沿ったスリット状の透孔２１ｄが形成され
ており、支持体２１ｂの先端に透光２１ｄから径方向外
方に突出するように遮光体２１ｃが取付けられている。
かくて、余分なスリット光は支持体２１ｂの内面で反射
されることなく透光２１ｄを通して遮光体２１ｃに入射
されて遮光され、スリット光の照射範囲は遮光体２１ｃ
により規定される所定範囲に確実に規制される。

【００１３】車体Ａに形成した孔部Ｂの計測に際して
は、孔部Ｂに対向する所定位置に測定ヘッド２を移動し
て位置決めし、図６に示す如く第１と第２の両撮像器２
３₁，２３₂の視野に孔部Ｂを収める。次に、スポット光
源２２から車体Ａにスポット光を照射して両撮像器２３
₁，２３₂により車体Ａを撮像し、両撮像器２３₁，２３₂
の画像データを画像処理回路４に送信して、各撮像器２
３₁，２３₂の画面に現われる孔部の像の中心座標を計測
し、これら中心座標から三角測量の原理で空間座標系に
おける孔部Ｂの中心位置を求める。

【００１４】これを詳述するに、上記した空間座標系の
ＸＹ平面への投影像が第１撮像器２３₁で撮像され、ま
た、第２撮像器２３₂の光軸に原点０で直交するＸＺ平
面上の座標軸をＸ′軸として、Ｘ′Ｙ平面への投影像が
第２撮像器２３₂で撮像されるとすると、各撮像器２
３₁，２３₂の画面に原点０に対応する中心点を原点にし
て図７（ａ）（ｂ）に示す如くＸ，Ｘ′軸に対応する水
平のｘ軸とＹ軸に対応する垂直のｙ軸をとった場合、第
１撮像器２３₁の画面のｘ座標とｙ座標はＸＹ平面上で
の原点０からの水平距離と垂直距離を表わすことにな
り、第２撮像器２３₂の画面のｘ座標とｙ座標はＸ′Ｙ
平面上での原点０からの水平距離と垂直距離とを表わす
ことになる。ここで、孔部Ｂの中心点Ｍを考えると、第
１撮像器２３₁を基準にした点ＭのＸＹ平面への投影点
ｍ₁が第１撮像器２３₁の画面上の孔部の像の中心点とな
って、点ｍ₁の原点０からの水平距離と垂直距離は第１
撮像器２３₁の画面上の点ｍ₁のｘ座標ｍ₁ｘとｙ座標ｍ₁
ｙになり、同様に第２撮像器２３₂を基準にした点Ｍの
Ｘ′Ｙ平面への投影点ｍ₂が第２撮像器２３₂の画面上の
孔部の像の中心点となって、点ｍ₂の原点０からの水平
距離と垂直距離は第２撮像器２３₂の画面上の点ｍ₂のｘ
座標ｍ₂ｘとｙ座標ｍ₂ｙになる。そして、点Ｍに対する
第１撮像器２３₁の視線のＸＺ平面への投影線ｅ₁の方程
式をｍ₁ｘから求めると共に、点Ｍに対する第２撮像器
２３₂の視線ＸＺ平面への投影線ｅ₂の方程式をｍ₂ｘに
基いて座標変換して求め、両投影線ｅ₁，ｅ₂の交点とし
て空間座標系における点ＭのＸ座標ＭＸとＺ座標ＭＺと
を算定する。また、ｍ₁ｙと点ＭのＹ座標ＭＹとの比
は、原点０と第１撮像器２３₁の間の距離Ｌと、前記交
点を含むＸ軸に平行な線と第１撮像器２３₁の間の距離
との比に等しく、この距離はＬ−ＭＺで表わされるか
ら、ＭＹは次式、 ＭＹ＝ｍ₁ｙ・（Ｌ−ＭＺ）／Ｌ で算出できる。

【００１５】車体Ａのルーフサイドレール部等の所定の
計測部位の断面計測に際しては、測定ヘッド２を、図８
に示す如く、スリット光源２１が車体Ａの計測部位に正
対するような所定の計測位置に移動して位置決めし、ス
リット光源２１から車体Ａにスリット光を照射した状態
で第１撮像器２３₁により車体Ａを撮像してその画像デ
ータを画像処理回路４に送信する。

【００１６】第１撮像器２３₁は車体Ａの表面上のスリ
ット光の照射線Ｓを斜め方向から撮像するため、第１撮
像器２３₁の画面には、図９に示す如く、スリット光面
ＳＰで車体Ａの計測部位を切断したときの該部位の断面
形状に対応する形状のスリット光像ｓが現われる。図示
例でスリット光像ｓは計測部位の角部Ａ₁に対応するｘ
軸方向の極大部ｓ₁を有するく字形になっており、この
場合、極大部ｓ₁が角付けされて極大点を明瞭に識別で
きれば、この極大点を基準にして計測部位の形状や位置
を計測できる。然し、計測部位の角部Ａ₁にアールが付
いていると極大部ｓ₁にもアールが付いて極大点を一義
的に特定できなくなる。

【００１７】そこで、この場合は、極大部ｓ₁に対しｙ
軸方向一側と他側に位置する画像部分に夫々複数のウイ
ンドウＷを設定して、これらウインドウＷの夫々におけ
る画像重心の位置を計測し、これら画像重心を通る直線
又は曲線をｙ軸方向各側のスリット光像ｓを表わす画像
線としてその方程式を算定し、ｙ軸方向一側の画像線と
ｙ軸方向他側の画像線との交点Ｑの座標を上記方程式か
ら求め、この交点Ｑを極大点に代わるものとして計測部
位の断面計測を行う。ここで、上記したＸＹＺの空間座
標系におけるスリット光面ＳＰの方程式は既知であり、
また、ＸＹ平面上の交点Ｑに対応する点に対する第１撮
像器２３₁の視線の方程式は交点Ｑの画面上のｘ，ｙ座
標から求めることができ、この視線のスリット光面ＳＰ
に対する交点の空間座標を算出することにより空間座標
系における計測部位の位置を求めることができる。

【００１８】尚、計測部位が角部Ａ₁に連続する面Ａ₂に
対して谷折りされた面Ａ₃を有する断面Ｓ字状である場
合、スリット光の照射範囲が図８に仮想線で示す如く面
Ａ₃にまで及ぶと、面Ａ₂に写る面Ａ₃上のスリット光の
照射線の反射像Ｒによる反射画像ｒが画面に現われ、上
記したウインドウＷに反射画像ｒが入り込んでスリット
光像ｓを表わす画像線の方程式を正しく算定できなくな
り、計測誤差を生ずる。そのため、本実施例では、上記
の如く遮光体２１ｃを設けてスリット光の照射範囲を規
制し、図４に示す如く計測部位の谷折り側の面Ａ₃にス
リット光が照射されないようにし、反射画像ｒによる計
測誤差の発生を防止している。

【００１９】また、上記と同様の断面計測により車体Ａ
の段差部の段差寸法も計測できる。尚、上記実施例では
断面計測に際し第１撮像器２３₁を用いたが、スリット
光面ＳＰは第２撮像器２３₂の光軸に対しても斜交して
いるため、第２撮像器２３₂を用いて断面計測を行って
も良い。

【００２０】ところで、上記した孔計測や断面計測は、
測定ヘッドを基準にして空間座標系における孔部Ｂの中
心位置や断面の基準点の位置を計測しており、測定ヘッ
ド２が正しく位置決めされないと計測精度を確保できな
くなる。

【００２１】そこで、計測ステーションの側部にロボッ
ト１に対し所定の位置関係で測定基準部材３を定置し、
車体Ａの計測を開始する前に測定ヘッド２を測定基準部
材３に対向する所定の計測位置に移動して位置決めし、
スポット光を照射した状態で第１と第２の両撮像器２３
₁，２３₂により測定基準部材３を撮像して、上記した孔
計測と同様の処理で該基準部材３に形成した基準孔３ａ
の空間座標系における中心位置を計測し、この中心位置
と基準位置とを比較して測定ヘッド２の位置決め精度を
検査するようにした。

【００２２】この場合、各撮像器２３₁，２３₂の測定ヘ
ッド２に対する取付位置が狂っていると、測定ヘッド２
が測定基準部材３に対し正確に位置決めされていても基
準孔３ａの中心点の計測位置が基準位置からずれること
がある。

【００２３】そこで、基準孔３ａの中心点の計測位置が
基準位置に一致しないときは、その原因が測定ヘッド２
の位置決め誤差と、撮像器２３₁，２３₂の取付位置の狂
いとの何れであるかを判別するため、測定ヘッド２をロ
ボット１に搭載したまま該ヘッド２に、図１０及び図１
１に示す如く、精度チェッカー５を取付けて、撮像器２
３₁，２３₂の取付位置に狂いが有るか否かを検査するよ
うにした。

【００２４】精度チェッカー５は、測定ヘッド２のヘッ
ド枠２０に着脱自在な支持体５０と、支持体５０に固定
した角柱状のチェッカー本体５１とで構成されており、
ヘッド枠２０に支持体５０をボルト止めしたとき、チェ
ッカー本体５１の軸線がスリット光面ＳＰに直交すると
共にその１つの角部が上記した空間座標系の原点０に合
致するようになっている。かくて、スリット光源２１か
らスリット光を照射して各撮像器２３₁，２３₂によりチ
ェッカー本体５１を撮像すれば、各撮像器２３₁，２３₂
の画面にはｘ軸方向の極大部を有するく字形のスリット
光像が現われ、上記した断面計測と同様にｙ軸方向一側
のスリット光像の画像線とｙ軸方向他側の他側の画像線
との交点の座標を求めれば、この交点はスリット光源２
１と各撮像器２３₁，２３₂の取付位置に狂いが無い限り
原点０に対応する画面上の中心点に合致する。従って、
両画像線の交点が画面上の中心点からずれているとき
は、スリット光源２１又は撮像器２３₁，２３₂の取付位
置に狂いが有ると判断でき、この場合は取付位置を修正
するか測定ヘッド２を交換する。そして、再度精度チェ
ッカー５を取付けて検査を行い、スリット光源２１と撮
像器２３₁，２３の取付位置に狂いが無いと確認された
とき、測定基準部材３を用いて測定ヘッド２の位置決め
精度を再度検査し、この検査が合格のときに車体Ａの計
測を再開する。

【００２５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、測定ヘッドに設けた投光器や撮像器の取付位
置が狂っているか否かを検査して、取付位置の狂いによ
る計測誤差の発生を未然に防止でき、而も、測定ヘッド
を移動機構に搭載したまま該ヘッドに精度チェッカーを
取付けるだけで検査を簡単に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明方法を適用する光学式測定装置を具備
する車体計測ステーションの斜視図

【図２】 測定ヘッド部分の斜視図

【図３】 測定ヘッドの平面図

【図４】 図３のIV-IV線截断面図

【図５】 図３のV-V線截断面図

【図６】 車体の孔位置の計測原理を示す図

【図７】 （ａ）（ｂ）第１と第２の各撮像器の画面を
示す図

【図８】 車体の断面計測に際してのスリット光像と第
１撮像器の車体に対する位置関係を示す図

【図９】 第１撮像器の画像を示す図

【図１０】 精度チェッカーを取付けた状態の測定ヘッ
ドの平面図

【図１１】 図１０のXI-XI線截断面図

【符号の説明】

１ ロボット ２ 測定ヘッド ２１ スリット光源 ２２ スポット光源 ２３₁，２３₂ 撮像器 ５ 精度チェッカ
ー ５１ チェッカー本体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロボット等の移動機構に搭載される測定
   ヘッドに投光器と撮像器とを設け、ワークに投光器から
   光線を照射した状態で撮像器によりワークを撮像し、該
   撮像器の画像データに基いてワークの位置を計測する光
   学式測定装置の異常を検査する方法であって、計測対象
   となるチェッカー本体を有する精度チェッカーをチェッ
   カー本体が撮像器に対し所定位置に配置されるように測
   定ヘッドに取付け、投光器から光線を照射した状態で撮
   像器によりチェッカー本体を撮像し、該撮像器の画像デ
   ータに基いてチェッカー本体の位置を計測し、計測され
   たチェッカー本体の位置と基準位置とを比較して異常の
   有無を検査することを特徴とする光学式測定装置の検査
   方法。
2. 【請求項２】 前記投光器がスリット光を照射するスリ
   ット光源であって、スリット光の光面が前記撮像器の光
   軸に斜交するように配置されており、前記精度チェッカ
   ーを前記測定ヘッドに取付けたとき、前記チェッカー本
   体に形成した角度がスリット光の光面と撮像器の光軸と
   の交点に合致するようにしたことを特徴とする請求項１
   に記載の光学式測定装置の検査方法。