JPH0843041A - 三次元形状測定方法及び装置 - Google Patents
三次元形状測定方法及び装置Info
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- JPH0843041A JPH0843041A JP18325094A JP18325094A JPH0843041A JP H0843041 A JPH0843041 A JP H0843041A JP 18325094 A JP18325094 A JP 18325094A JP 18325094 A JP18325094 A JP 18325094A JP H0843041 A JPH0843041 A JP H0843041A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 非接触式変位センサを用いた被測定物の三次
元形状の測定において、Ｚ軸の制御系の安定を図るとと
もに高速かつ高精度の測定を可能にする。 【構成】 少なくとも２個の変位センサ４，５を３軸移
動機構１０のＺ軸３に取り付け、被測定物２０上のＸ−
Ｙ平面内で連続的に走査しながら、予め設定された計測
点ごとにＺ方向の距離を測定し、その変位センサの出力
をデータ処理装置１６に取り込み、被測定物の傾斜を求
め、求めた傾斜と走査速度からＺ軸の最適な制御条件を
決定し、その最適制御条件でＺ軸の高さを一定に制御す
る。この時のＺ座標と計測点のＸ，Ｙ座標を同期して記
憶装置１８に記憶し、被測定物の三次元形状を算出す
る。
元形状の測定において、Ｚ軸の制御系の安定を図るとと
もに高速かつ高精度の測定を可能にする。 【構成】 少なくとも２個の変位センサ４，５を３軸移
動機構１０のＺ軸３に取り付け、被測定物２０上のＸ−
Ｙ平面内で連続的に走査しながら、予め設定された計測
点ごとにＺ方向の距離を測定し、その変位センサの出力
をデータ処理装置１６に取り込み、被測定物の傾斜を求
め、求めた傾斜と走査速度からＺ軸の最適な制御条件を
決定し、その最適制御条件でＺ軸の高さを一定に制御す
る。この時のＺ座標と計測点のＸ，Ｙ座標を同期して記
憶装置１８に記憶し、被測定物の三次元形状を算出す
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、Ｘ−Ｙ平面を構成する
定盤上に置かれた被測定物の三次元形状を非接触で連続
的に走査しながら測定する走査式の三次元形状測定方法
及び装置に関する。
定盤上に置かれた被測定物の三次元形状を非接触で連続
的に走査しながら測定する走査式の三次元形状測定方法
及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の三次元形状測定方法には次のよう
なものがある。
なものがある。
【０００３】第１の方法は、接触式の変位センサと３軸
移動機構を組み合わせたもので、タッチセンサをＸ−Ｙ
平面内で走査しながら、タッチセンサのＸ，Ｙ座標が所
定の位置にきたときに一旦Ｘ，Ｙの移動を停止し、その
後タッチセンサをＺ方向下方に降下させ、タッチセンサ
先端が被測定物表面に接触したときの３軸移動機構の座
標値を読み取り、１計測点のＸ，Ｙ，Ｚの三次元座標を
求める方法である。しかしこの方法は、所定の計測点で
のＸ，Ｙの移動の停止とＺ方向の降下を繰り返さなけれ
ばならず、連続的な測定ができないことから測定時間が
かかる欠点がある。
移動機構を組み合わせたもので、タッチセンサをＸ−Ｙ
平面内で走査しながら、タッチセンサのＸ，Ｙ座標が所
定の位置にきたときに一旦Ｘ，Ｙの移動を停止し、その
後タッチセンサをＺ方向下方に降下させ、タッチセンサ
先端が被測定物表面に接触したときの３軸移動機構の座
標値を読み取り、１計測点のＸ，Ｙ，Ｚの三次元座標を
求める方法である。しかしこの方法は、所定の計測点で
のＸ，Ｙの移動の停止とＺ方向の降下を繰り返さなけれ
ばならず、連続的な測定ができないことから測定時間が
かかる欠点がある。
【０００４】第２の方法は、非接触式の変位センサと
Ｘ，Ｙ２軸の移動機構を組み合わせたもので、変位セン
サをＸ−Ｙ平面内で連続的に走査しながら、所定のＸ，
Ｙ座標での変位センサの出力を読み取り、被測定物の
Ｘ，Ｙ，Ｚ座標を求める方法である。この方法は非接触
かつ連続的な測定のため、測定時間の短縮を図ることは
できるものの、変位センサの測定範囲を越える高低差を
もつ被測定物への適用はできない問題がある。
Ｘ，Ｙ２軸の移動機構を組み合わせたもので、変位セン
サをＸ−Ｙ平面内で連続的に走査しながら、所定のＸ，
Ｙ座標での変位センサの出力を読み取り、被測定物の
Ｘ，Ｙ，Ｚ座標を求める方法である。この方法は非接触
かつ連続的な測定のため、測定時間の短縮を図ることは
できるものの、変位センサの測定範囲を越える高低差を
もつ被測定物への適用はできない問題がある。
【０００５】第３の方法は、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸移動機構
のＺ軸に非接触式変位センサを取り付け、この変位セン
サの出力が一定となるようにＺ軸を制御し、このＺ軸の
位置をエンコーダ等により検出することによって、所定
のＸ，Ｙ座標でのＺ座標を求め、被測定物のＸ，Ｙ，Ｚ
座標を求めるものである。しかしこの方法は、Ｘ，Ｙ軸
の移動速度が速い場合や、被測定物の形状が複雑で、凹
凸の激しいような場合にはいわゆるサーボ遅れが生じ、
Ｚ軸の制御がうまく追従せず、変位センサの出力を一定
にすることが困難となり、正確なＺ座標を得ることがで
きない問題がある。
のＺ軸に非接触式変位センサを取り付け、この変位セン
サの出力が一定となるようにＺ軸を制御し、このＺ軸の
位置をエンコーダ等により検出することによって、所定
のＸ，Ｙ座標でのＺ座標を求め、被測定物のＸ，Ｙ，Ｚ
座標を求めるものである。しかしこの方法は、Ｘ，Ｙ軸
の移動速度が速い場合や、被測定物の形状が複雑で、凹
凸の激しいような場合にはいわゆるサーボ遅れが生じ、
Ｚ軸の制御がうまく追従せず、変位センサの出力を一定
にすることが困難となり、正確なＺ座標を得ることがで
きない問題がある。
【０００６】第４の方法は、特開平２−３１１７０５号
公報に示すように、第２の方法と第３の方法を組み合わ
せたもので、非接触式変位センサの出力を一定に保つよ
うにＺ軸を制御し、この時のＺ軸の位置をエンコーダ等
で検出し、かつ変位センサの出力も同時に検出して、両
者の値を加算することによって、サーボ遅れによる誤差
を解消しようとするものである。しかしこの方法によっ
ても、被測定物の形状がＺ軸の正方向あるいは負方向
に、同一の向きに変化する場合にはサーボ遅れが累積
し、やがて変位センサの測定範囲を越えてしまう。また
これを避けるために、Ｚ軸の軸方向の移動速度を上げる
と制御が過敏になり、Ｚ軸制御系の振動や発振が発生す
る不具合が起こる。
公報に示すように、第２の方法と第３の方法を組み合わ
せたもので、非接触式変位センサの出力を一定に保つよ
うにＺ軸を制御し、この時のＺ軸の位置をエンコーダ等
で検出し、かつ変位センサの出力も同時に検出して、両
者の値を加算することによって、サーボ遅れによる誤差
を解消しようとするものである。しかしこの方法によっ
ても、被測定物の形状がＺ軸の正方向あるいは負方向
に、同一の向きに変化する場合にはサーボ遅れが累積
し、やがて変位センサの測定範囲を越えてしまう。また
これを避けるために、Ｚ軸の軸方向の移動速度を上げる
と制御が過敏になり、Ｚ軸制御系の振動や発振が発生す
る不具合が起こる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した諸
問題を解決するためになされたもので、非接触式変位セ
ンサをＸ−Ｙ平面内で連続的に走査しながら、かつ、Ｚ
軸の制御遅れやＺ軸制御系の振動、発振などを引き起こ
すことなく、被測定物の三次元形状を高速かつ高精度に
測定することができる三次元形状測定方法及び装置を提
供することを目的としている。
問題を解決するためになされたもので、非接触式変位セ
ンサをＸ−Ｙ平面内で連続的に走査しながら、かつ、Ｚ
軸の制御遅れやＺ軸制御系の振動、発振などを引き起こ
すことなく、被測定物の三次元形状を高速かつ高精度に
測定することができる三次元形状測定方法及び装置を提
供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明に係る三次元形状
測定方法は、以下の（１）〜（５）の工程を有すること
を特徴とするものである。 （１）３軸移動機構のＺ軸に取り付けられた少なくとも
２個の非接触式の変位センサをＸ−Ｙ平面内で連続的に
走査しながら、予め設定された計測点に１つの前記変位
センサが一致するたびごとに、前記変位センサにより被
測定物までのＺ方向の距離をそれぞれ測定する工程、
（２）前記工程において測定した２つのＺ方向の距離か
ら被測定物の傾斜を求める工程、（３）予め設定された
走査速度と前記工程において求めた被測定物の傾斜から
前記Ｚ軸の最適な制御条件を決定する工程、（４）前記
工程において決定した最適制御条件により前記Ｚ軸を被
測定物からの高さが一定となるよう制御する工程、
（５）前記工程において前記Ｚ軸の高さを一定に制御し
たときのＺ座標と前記計測点のＸ，Ｙ座標から被測定物
の三次元形状を算出する工程。
測定方法は、以下の（１）〜（５）の工程を有すること
を特徴とするものである。 （１）３軸移動機構のＺ軸に取り付けられた少なくとも
２個の非接触式の変位センサをＸ−Ｙ平面内で連続的に
走査しながら、予め設定された計測点に１つの前記変位
センサが一致するたびごとに、前記変位センサにより被
測定物までのＺ方向の距離をそれぞれ測定する工程、
（２）前記工程において測定した２つのＺ方向の距離か
ら被測定物の傾斜を求める工程、（３）予め設定された
走査速度と前記工程において求めた被測定物の傾斜から
前記Ｚ軸の最適な制御条件を決定する工程、（４）前記
工程において決定した最適制御条件により前記Ｚ軸を被
測定物からの高さが一定となるよう制御する工程、
（５）前記工程において前記Ｚ軸の高さを一定に制御し
たときのＺ座標と前記計測点のＸ，Ｙ座標から被測定物
の三次元形状を算出する工程。
【０００９】また、本発明の測定方法に使用する三次元
形状測定装置は、３軸移動機構のＺ軸に取り付けられ、
被測定物までのＺ方向の距離を測定する少なくとも２個
の非接触式の変位センサと、前記３軸移動機構の位置決
め制御装置と、前記変位センサの出力から被測定物の傾
斜を求める傾斜演算手段、求めた被測定物の傾斜と予め
設定された走査速度から前記Ｚ軸の最適な制御条件を決
定する制御条件決定手段、及び決定した最適制御条件に
より前記Ｚ軸を被測定物からの高さが一定となるよう制
御する制御手段を有するデータ処理装置と、前記Ｚ軸の
高さを一定に制御したときの前記変位センサ及び前記位
置決め制御装置のＸ，Ｙ，Ｚ座標を記憶する記憶装置と
を備えたことを特徴とする。
形状測定装置は、３軸移動機構のＺ軸に取り付けられ、
被測定物までのＺ方向の距離を測定する少なくとも２個
の非接触式の変位センサと、前記３軸移動機構の位置決
め制御装置と、前記変位センサの出力から被測定物の傾
斜を求める傾斜演算手段、求めた被測定物の傾斜と予め
設定された走査速度から前記Ｚ軸の最適な制御条件を決
定する制御条件決定手段、及び決定した最適制御条件に
より前記Ｚ軸を被測定物からの高さが一定となるよう制
御する制御手段を有するデータ処理装置と、前記Ｚ軸の
高さを一定に制御したときの前記変位センサ及び前記位
置決め制御装置のＸ，Ｙ，Ｚ座標を記憶する記憶装置と
を備えたことを特徴とする。
【００１０】
【作用】本発明においては、少なくとも２個の非接触式
の変位センサが走査進行方向に一定に距離だけ離してＺ
軸に取り付けられているので、これらの変位センサをＸ
−Ｙ平面内で連続的に走査しながら、その一方の変位セ
ンサが予め設定された計測点に一致したときに、これら
の変位センサにより被測定物までのＺ方向の距離を測定
することによって、被測定物の傾斜の大きさと向きが分
かる。この被測定物の傾斜状態（傾斜の大きさと向き）
を計測点ごとに検知し予測することによって、Ｚ軸の被
測定物からの高さを一定に保つことが可能となる。すな
わち、被測定物の傾斜と予め設定された走査速度からＺ
軸の最適な制御条件を決定し、その最適な制御条件でＺ
軸の高さを一定に制御する。被測定物の傾斜状態は、例
えば制御パラメータで表わすことができ、この制御パラ
メータの最適条件を求めることによって被測定物の傾斜
状態に応じてＺ軸の軸方向の加速度または速度を制御
し、Ｚ軸の高さを一定に保つ。このため、Ｚ軸の制御系
が安定し、制御遅れや振動、発振などは生じない。した
がって、Ｚ軸を被測定物の表面状態に的確に追従させる
ことができ、変位センサの出力を一定に保つことができ
る。被測定物の三次元形状は、Ｚ軸の高さを一定に制御
したときのＺ座標と、計測点のＸ，Ｙ座標を求めること
により、算出することができる。
の変位センサが走査進行方向に一定に距離だけ離してＺ
軸に取り付けられているので、これらの変位センサをＸ
−Ｙ平面内で連続的に走査しながら、その一方の変位セ
ンサが予め設定された計測点に一致したときに、これら
の変位センサにより被測定物までのＺ方向の距離を測定
することによって、被測定物の傾斜の大きさと向きが分
かる。この被測定物の傾斜状態（傾斜の大きさと向き）
を計測点ごとに検知し予測することによって、Ｚ軸の被
測定物からの高さを一定に保つことが可能となる。すな
わち、被測定物の傾斜と予め設定された走査速度からＺ
軸の最適な制御条件を決定し、その最適な制御条件でＺ
軸の高さを一定に制御する。被測定物の傾斜状態は、例
えば制御パラメータで表わすことができ、この制御パラ
メータの最適条件を求めることによって被測定物の傾斜
状態に応じてＺ軸の軸方向の加速度または速度を制御
し、Ｚ軸の高さを一定に保つ。このため、Ｚ軸の制御系
が安定し、制御遅れや振動、発振などは生じない。した
がって、Ｚ軸を被測定物の表面状態に的確に追従させる
ことができ、変位センサの出力を一定に保つことができ
る。被測定物の三次元形状は、Ｚ軸の高さを一定に制御
したときのＺ座標と、計測点のＸ，Ｙ座標を求めること
により、算出することができる。
【００１１】
【実施例】図１は本発明の測定方法に使用する三次元形
状測定装置の概要図である。本実施例は、Ｘ軸レール１
に沿ってＸ方向に移動する門型の移動体２にＹ方向及び
Ｚ方向に移動可能なＺ軸３を設けることによって、３軸
移動機構１０を構成するとともに、このＺ軸３の下端部
に、被測定物２０までのＺ方向の距離を測定する２個の
非接触式変位センサ４，５を互いに接近させて取り付け
たものである。３軸移動機構１０は、常用の手段で構成
されたＸ，Ｙ，Ｚ軸の移動機構からなるものである。被
測定物２０は２本のＸ軸レール１間に設置された定盤
（図示せず）の上に載置される。この定盤は非接触式変
位センサ４，５を走査するためのＸ−Ｙ平面を構成す
る。
状測定装置の概要図である。本実施例は、Ｘ軸レール１
に沿ってＸ方向に移動する門型の移動体２にＹ方向及び
Ｚ方向に移動可能なＺ軸３を設けることによって、３軸
移動機構１０を構成するとともに、このＺ軸３の下端部
に、被測定物２０までのＺ方向の距離を測定する２個の
非接触式変位センサ４，５を互いに接近させて取り付け
たものである。３軸移動機構１０は、常用の手段で構成
されたＸ，Ｙ，Ｚ軸の移動機構からなるものである。被
測定物２０は２本のＸ軸レール１間に設置された定盤
（図示せず）の上に載置される。この定盤は非接触式変
位センサ４，５を走査するためのＸ−Ｙ平面を構成す
る。
【００１２】本実施例では、３軸移動機構１０の最大移
動量はＸ方向に10,000mm、Ｙ方向に4,000mm 、Ｚ方向に
2,000mm としており、各軸の最大移動速度は500mm/秒、
位置決め精度は0.1mm としている。
動量はＸ方向に10,000mm、Ｙ方向に4,000mm 、Ｚ方向に
2,000mm としており、各軸の最大移動速度は500mm/秒、
位置決め精度は0.1mm としている。
【００１３】また、非接触式変位センサの種類としては
いくつかあるが、ヘリウム・ネオンガスレーザとＣＣＤ
素子を用いたものや、半導体レーザとＣＣＤ素子を用い
たもの、あるいは超音波を用いたものなどが代表的であ
る。
いくつかあるが、ヘリウム・ネオンガスレーザとＣＣＤ
素子を用いたものや、半導体レーザとＣＣＤ素子を用い
たもの、あるいは超音波を用いたものなどが代表的であ
る。
【００１４】図２は上記測定装置を用いた測定システム
の構成を示すブロック図である。上記２個の非接触式変
位センサ４，５を装着したＺ軸３を含むＺ軸移動機構１
２は、さらにその変位センサ４，５をＺ軸３と共にＸ−
Ｙ平面内で連続的に移動させるＸ，Ｙ軸移動機構による
Ｘ，Ｙ走査移動機構１１に搭載されている。変位センサ
４，５の出力はそれぞれアンプ１３，１４によって増幅
され、アンプ１３，１４の出力はインターフェース１５
を通じてデータ処理装置１６に取り込まれる。データ処
理装置１６は、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸移動機構の位置決め装置１
７に接続されており、３軸移動機構１０の運転を制御す
るとともに、図示しない傾斜演算部、比較演算部、制御
条件決定部、速度制御部及び被測定物２０の三次元形状
演算部を有するＣＰＵとしての機能を有するものであ
る。各軸の移動機構にはエンコーダ等の位置検出器（図
示せず）が設けられており、これらの位置検出器の出力
をフィードバックすることにより、位置決め装置１７に
より各軸の位置決めを行う。また、データ処理装置１６
には、後述するように、３軸移動機構１０の制御条件、
特にＺ軸の走査速度、制御パラメータと加速度または移
動速度の関係や、変位センサ４，５の出力とＸ，Ｙ走査
移動機構１１の位置情報とを同期して記憶するための記
憶装置１８が接続されている。
の構成を示すブロック図である。上記２個の非接触式変
位センサ４，５を装着したＺ軸３を含むＺ軸移動機構１
２は、さらにその変位センサ４，５をＺ軸３と共にＸ−
Ｙ平面内で連続的に移動させるＸ，Ｙ軸移動機構による
Ｘ，Ｙ走査移動機構１１に搭載されている。変位センサ
４，５の出力はそれぞれアンプ１３，１４によって増幅
され、アンプ１３，１４の出力はインターフェース１５
を通じてデータ処理装置１６に取り込まれる。データ処
理装置１６は、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸移動機構の位置決め装置１
７に接続されており、３軸移動機構１０の運転を制御す
るとともに、図示しない傾斜演算部、比較演算部、制御
条件決定部、速度制御部及び被測定物２０の三次元形状
演算部を有するＣＰＵとしての機能を有するものであ
る。各軸の移動機構にはエンコーダ等の位置検出器（図
示せず）が設けられており、これらの位置検出器の出力
をフィードバックすることにより、位置決め装置１７に
より各軸の位置決めを行う。また、データ処理装置１６
には、後述するように、３軸移動機構１０の制御条件、
特にＺ軸の走査速度、制御パラメータと加速度または移
動速度の関係や、変位センサ４，５の出力とＸ，Ｙ走査
移動機構１１の位置情報とを同期して記憶するための記
憶装置１８が接続されている。
【００１５】データ処理装置１６は以下のような処理を
行う。まず、図３に、２個の変位センサ４，５の出力か
ら、被測定物２０の傾斜を求める方法を示す。２個の変
位センサ４，５の間の距離をΔＬとし、センサＡ
（４）、センサＢ（５）と被測定物２０との距離をそれ
ぞれＺ1 ，Ｚ2 とする。このとき、被測定物２０の高低
差Ｈは Ｈ＝Ｚ1 −Ｚ2 …（１） また、被測定物２０の絶対平面（定盤表面）３０に対す
る傾斜角θは θ＝tan -1｛（Ｚ1 −Ｚ2 ）／ΔＬ｝ …（２） によって求められる。すなわち、（１）式、（２）式よ
り、その計測点における被測定物２０の傾斜の大きさと
向きが分かる。
行う。まず、図３に、２個の変位センサ４，５の出力か
ら、被測定物２０の傾斜を求める方法を示す。２個の変
位センサ４，５の間の距離をΔＬとし、センサＡ
（４）、センサＢ（５）と被測定物２０との距離をそれ
ぞれＺ1 ，Ｚ2 とする。このとき、被測定物２０の高低
差Ｈは Ｈ＝Ｚ1 −Ｚ2 …（１） また、被測定物２０の絶対平面（定盤表面）３０に対す
る傾斜角θは θ＝tan -1｛（Ｚ1 −Ｚ2 ）／ΔＬ｝ …（２） によって求められる。すなわち、（１）式、（２）式よ
り、その計測点における被測定物２０の傾斜の大きさと
向きが分かる。
【００１６】さらに、Ｚ軸３のＸ−Ｙ平面における走査
速度をＶとすると、 Ｃ1 ＝Ｖ／Ｈ （θ≠０） …（３） Ｃ2 ＝Ｖ／θ （θ≠０） …（４） で与えられるパラメータＣ1 ，Ｃ2 は、走査速度Ｖに対
する被測定物の傾斜の程度を表わすパラメータと定義で
きる。
速度をＶとすると、 Ｃ1 ＝Ｖ／Ｈ （θ≠０） …（３） Ｃ2 ＝Ｖ／θ （θ≠０） …（４） で与えられるパラメータＣ1 ，Ｃ2 は、走査速度Ｖに対
する被測定物の傾斜の程度を表わすパラメータと定義で
きる。
【００１７】データ処理装置１６において、上記（１）
式から（４）式の計算を行い、位置決め制御装置１７に
より計測点ごとにＺ軸３の被測定物２０からの高さを一
定に制御する。図４は上記パラメータＣ1 またはＣ2 に
よってＺ軸３の高さを一定に制御するアルゴリズムを示
したもので、２個の変位センサ４，５の出力を常時参照
し、最適な制御条件でＺ軸３の高さを一定に制御するこ
とにしている。まず、ステップＳ1 において、予め設定
された１計測点に一方の変位センサ、例えばセンサＡが
一致したときに、センサＡ，Ｂの出力を取り込む。計測
点のＸ，Ｙ座標は予め一定ピッチごとに設定されてお
り、例えば格子状の点として設定されている。次に、デ
ータ処理装置１６の傾斜演算部により、上記（１）式、
（２）式より、その時の被測定物２０の傾斜を計算する
（ステップＳ2 ）。さらに、比較演算部により、上記
（３）式、（４）式より、パラメータＣ1 ，Ｃ2 を計算
し、それらの計算値でもって走査速度Ｖと被測定物２０
の傾斜の程度を比較する（ステップＳ3 ）。そして、制
御条件決定部により、Ｚ軸３の制御パラメータＣ1 また
はＣ2 の最適条件を決定し（ステップＳ4 ）、決定され
た最適条件の制御パラメータＣ1 またはＣ2 を制御部が
Ｚ軸３の位置決め制御装置１７に送り、Ｚ軸３の高さを
制御する（ステップＳ5 ）。これによって、Ｚ軸３は被
測定物２０の表面状態に追従して常に一定の高さに保持
される。この時のセンサＡの出力であるＺ座標と、計測
点ごとのＸ，Ｙ座標を同期して記憶装置１８に格納して
おき、後にこれらのＸ，Ｙ，Ｚ座標を取り出して、デー
タ処理装置１６の三次元形状演算部または別に設けた演
算装置（図示せず）により被測定物２０の三次元形状を
算出する。
式から（４）式の計算を行い、位置決め制御装置１７に
より計測点ごとにＺ軸３の被測定物２０からの高さを一
定に制御する。図４は上記パラメータＣ1 またはＣ2 に
よってＺ軸３の高さを一定に制御するアルゴリズムを示
したもので、２個の変位センサ４，５の出力を常時参照
し、最適な制御条件でＺ軸３の高さを一定に制御するこ
とにしている。まず、ステップＳ1 において、予め設定
された１計測点に一方の変位センサ、例えばセンサＡが
一致したときに、センサＡ，Ｂの出力を取り込む。計測
点のＸ，Ｙ座標は予め一定ピッチごとに設定されてお
り、例えば格子状の点として設定されている。次に、デ
ータ処理装置１６の傾斜演算部により、上記（１）式、
（２）式より、その時の被測定物２０の傾斜を計算する
（ステップＳ2 ）。さらに、比較演算部により、上記
（３）式、（４）式より、パラメータＣ1 ，Ｃ2 を計算
し、それらの計算値でもって走査速度Ｖと被測定物２０
の傾斜の程度を比較する（ステップＳ3 ）。そして、制
御条件決定部により、Ｚ軸３の制御パラメータＣ1 また
はＣ2 の最適条件を決定し（ステップＳ4 ）、決定され
た最適条件の制御パラメータＣ1 またはＣ2 を制御部が
Ｚ軸３の位置決め制御装置１７に送り、Ｚ軸３の高さを
制御する（ステップＳ5 ）。これによって、Ｚ軸３は被
測定物２０の表面状態に追従して常に一定の高さに保持
される。この時のセンサＡの出力であるＺ座標と、計測
点ごとのＸ，Ｙ座標を同期して記憶装置１８に格納して
おき、後にこれらのＸ，Ｙ，Ｚ座標を取り出して、デー
タ処理装置１６の三次元形状演算部または別に設けた演
算装置（図示せず）により被測定物２０の三次元形状を
算出する。
【００１８】上記の制御パラメータＣ1 またはＣ2 の最
適条件の決定方法は、例えば次のようにする。図５は制
御条件を最適化するための制御パラメータの与え方の一
例を示すもので、同図の（ａ），（ｂ）に示すように、
Ｚ軸３の軸方向の加速度αz 及び移動速度Ｖz をＣ1 ま
たはＣ2 の関数として、 αz ＝Ｆ1(Ｃ1)、または、αz ＝Ｆ2(Ｃ2) …（５） Ｖz ＝Ｇ1(Ｃ1)、または、Ｖz ＝Ｇ2(Ｃ2) …（６） のように定義するものである。（５）式、（６）式に従
って、例えば制御パラメータＣ1 またはＣ2 が大きいと
きはＺ軸３の加速度αz または移動速度Ｖz を小さく
し、逆にＣ1 またはＣ2が小さいときはαz ，Ｖz を大
きくして、被測定物２０の傾斜の程度に応じてＺ軸３の
移動速度を制御する。このため、センサＡ，Ｂの出力を
一定に保つことができるとともに、Ｚ軸３の制御遅れや
制御系の振動、発振などを生じることなく制御系を安定
させることができる。したがって、高速かつ高精度に被
測定物２０の三次元形状を測定することができる。
適条件の決定方法は、例えば次のようにする。図５は制
御条件を最適化するための制御パラメータの与え方の一
例を示すもので、同図の（ａ），（ｂ）に示すように、
Ｚ軸３の軸方向の加速度αz 及び移動速度Ｖz をＣ1 ま
たはＣ2 の関数として、 αz ＝Ｆ1(Ｃ1)、または、αz ＝Ｆ2(Ｃ2) …（５） Ｖz ＝Ｇ1(Ｃ1)、または、Ｖz ＝Ｇ2(Ｃ2) …（６） のように定義するものである。（５）式、（６）式に従
って、例えば制御パラメータＣ1 またはＣ2 が大きいと
きはＺ軸３の加速度αz または移動速度Ｖz を小さく
し、逆にＣ1 またはＣ2が小さいときはαz ，Ｖz を大
きくして、被測定物２０の傾斜の程度に応じてＺ軸３の
移動速度を制御する。このため、センサＡ，Ｂの出力を
一定に保つことができるとともに、Ｚ軸３の制御遅れや
制御系の振動、発振などを生じることなく制御系を安定
させることができる。したがって、高速かつ高精度に被
測定物２０の三次元形状を測定することができる。
【００１９】上記の実施例では、非接触式の変位センサ
が２個の場合について説明したが、３個以上でもよく、
この場合、変位センサを一直線上に配置するよりも三角
形の頂点に配置するほうが平面的に走査でき、都合がよ
い。
が２個の場合について説明したが、３個以上でもよく、
この場合、変位センサを一直線上に配置するよりも三角
形の頂点に配置するほうが平面的に走査でき、都合がよ
い。
【００２０】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、少なくと
も２個の非接触式の変位センサの出力から被測定物の傾
斜の大きさと向きを検知することができ、その傾斜の程
度に応じてＺ軸の高さを一定に保つように制御するの
で、いかなる走査速度においても被測定物の形状に応じ
た最適なＺ軸の制御を行うことができ、変位センサの出
力を一定に保つことができる。しかも、低速度から高速
度までのあらゆる走査速度においても、Ｚ軸の制御遅れ
や制御系の振動、発振などを起こすことがなく、制御系
が安定するため、高速かつ高精度に被測定物の三次元形
状を測定することができる。
も２個の非接触式の変位センサの出力から被測定物の傾
斜の大きさと向きを検知することができ、その傾斜の程
度に応じてＺ軸の高さを一定に保つように制御するの
で、いかなる走査速度においても被測定物の形状に応じ
た最適なＺ軸の制御を行うことができ、変位センサの出
力を一定に保つことができる。しかも、低速度から高速
度までのあらゆる走査速度においても、Ｚ軸の制御遅れ
や制御系の振動、発振などを起こすことがなく、制御系
が安定するため、高速かつ高精度に被測定物の三次元形
状を測定することができる。
【図１】本発明の一実施例に係る三次元形状測定装置の
概要図である。
概要図である。
【図２】本発明の測定システム全体を示すブロック図で
ある。
ある。
【図３】本発明において２個の変位センサの出力から被
測定物の傾斜を求める方法を示す説明図である。
測定物の傾斜を求める方法を示す説明図である。
【図４】本発明におけるＺ軸の制御のアルゴリズムを示
すフローチャートである。
すフローチャートである。
【図５】本発明における制御パラメータとＺ軸の加速度
または移動速度の関係を示すグラフである。
または移動速度の関係を示すグラフである。
１ Ｘ軸レール ２ 移動体 ３ Ｚ軸 ４，５ 変位センサ １０ ３軸移動機構 １１ Ｘ，Ｙ走査移動機構 １２ Ｚ軸移動機構 １３，１４ アンプ １５ インターフェース １６ データ処理装置 １７ 位置決め制御装置 １８ 記憶装置 ２０ 被測定物
Claims (2)
- 【請求項１】 ３軸移動機構のＺ軸に取り付けられた少
なくとも２個の非接触式の変位センサをＸ−Ｙ平面内で
連続的に走査しながら、予め設定された計測点に１つの
前記変位センサが一致するたびごとに、前記変位センサ
により被測定物までのＺ方向の距離をそれぞれ測定する
工程と、 前記工程において測定した２つのＺ方向の距離から被測
定物の傾斜を求める工程と、 予め設定された走査速度と前記工程において求めた被測
定物の傾斜から前記Ｚ軸の最適な制御条件を決定する工
程と、 前記工程において決定した最適制御条件により前記Ｚ軸
を被測定物からの高さが一定となるよう制御する工程
と、 前記工程において前記Ｚ軸の高さを一定に制御したとき
のＺ座標と前記計測点のＸ，Ｙ座標から被測定物の三次
元形状を算出する工程と、からなる三次元形状測定方
法。 - 【請求項２】 ３軸移動機構のＺ軸に取り付けられ、被
測定物までのＺ方向の距離を測定する少なくとも２個の
非接触式の変位センサと、 前記３軸移動機構の位置決め制御装置と、 前記変位センサの出力から被測定物の傾斜を求める傾斜
演算手段、求めた被測定物の傾斜と予め設定された走査
速度から前記Ｚ軸の最適な制御条件を決定する制御条件
決定手段、及び決定した最適制御条件により前記Ｚ軸を
被測定物からの高さが一定となるよう制御する制御手段
を有するデータ処理装置と、 前記Ｚ軸の高さを一定に制御したときの前記変位センサ
及び前記位置決め制御装置のＸ，Ｙ，Ｚ座標を記憶する
記憶装置と、を備えた三次元形状測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18325094A JPH0843041A (ja) | 1994-08-04 | 1994-08-04 | 三次元形状測定方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18325094A JPH0843041A (ja) | 1994-08-04 | 1994-08-04 | 三次元形状測定方法及び装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0843041A true JPH0843041A (ja) | 1996-02-16 |
Family
ID=16132399
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18325094A Pending JPH0843041A (ja) | 1994-08-04 | 1994-08-04 | 三次元形状測定方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0843041A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1582839A3 (en) * | 2004-03-31 | 2006-01-18 | Nitto Denko Corporation | Apparatus and Method for Measuring the Shape of a Surface |
| CN105157657A (zh) * | 2015-05-19 | 2015-12-16 | 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 | 一种反射镜面型检测系统及方法 |
| CN111504238A (zh) * | 2020-04-29 | 2020-08-07 | 河南柴油机重工有限责任公司 | 一种柴油机运行状态下隔振装置微幅位移测试方法及装置 |
-
1994
- 1994-08-04 JP JP18325094A patent/JPH0843041A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1582839A3 (en) * | 2004-03-31 | 2006-01-18 | Nitto Denko Corporation | Apparatus and Method for Measuring the Shape of a Surface |
| US7336373B2 (en) | 2004-03-31 | 2008-02-26 | Nitto Denko Corporation | Surface shape measuring apparatus and surface shape measuring method |
| CN105157657A (zh) * | 2015-05-19 | 2015-12-16 | 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 | 一种反射镜面型检测系统及方法 |
| CN111504238A (zh) * | 2020-04-29 | 2020-08-07 | 河南柴油机重工有限责任公司 | 一种柴油机运行状态下隔振装置微幅位移测试方法及装置 |
| CN111504238B (zh) * | 2020-04-29 | 2021-12-03 | 河南柴油机重工有限责任公司 | 一种柴油机运行状态下隔振装置微幅位移测试方法及装置 |
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