JPH0926316A - Noncontact three-dimensional displacement detection apparatus - Google Patents

Noncontact three-dimensional displacement detection apparatus

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Publication number
JPH0926316A
JPH0926316A JP19806195A JP19806195A JPH0926316A JP H0926316 A JPH0926316 A JP H0926316A JP 19806195 A JP19806195 A JP 19806195A JP 19806195 A JP19806195 A JP 19806195A JP H0926316 A JPH0926316 A JP H0926316A
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JP
Japan
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image
stylus
dimensional
detecting means
intersection
Prior art date
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Pending
Application number
JP19806195A
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Japanese (ja)
Inventor
Mikiya Teraguchi
幹也 寺口
Kunitoshi Nishimura
国俊 西村
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Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Original Assignee
Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a noncontact three-dimensional displacement detection apparatus by which the accuracy of the return position of a stylus of a touch probe is evaluated by a noncontact measurement without performing a mechanical driving operation. SOLUTION: A measuring member 5 is attached to the tip of a stylus 4 of a fixed touch trigger probe 3. One plane of the member 5 is imaged by imaging systems 7a, 8a from the X-axis direction. The other plane is imaged by imaging systems 7b, 8b from the Y-axis direction. Obtained images are sent to an image processor 9, straight lines which correspond to two edges on the respective images are found. The image coordinate value of the point of intersection of the two straight lines is found. In addition on the basis of the image coordinate value of the point of intersection obtained on every image, the three-dimensional coordinate value of the point of intersection of three edges of the measuring member 5 is found. Then, the stylus 4 is displaced, and the return dislocation of the tip of the stylus 4 is detected on the basis of three-dimensional space coordinate values before and after a relief operation and a return operation.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、三次元座標測定機用
のタッチプローブの復帰精度を非接触で測定評価するた
めの非接触三次元変位検出装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a non-contact three-dimensional displacement detection device for non-contact measurement and evaluation of the return accuracy of a touch probe for a three-dimensional coordinate measuring machine.

【0002】[0002]

【従来の技術】三次元座標測定機用のタッチプローブに
取り付けられたスタイラスは、ワークに接触すると逃げ
動作を行い、外部からの力がなくなると元の位置に復帰
するようになっている。このスタイラスの逃げ動作と復
帰動作を行うメカニズムは着座機構と呼ばれる。通常タ
ッチプローブは、スタイラスがワークに接触したことを
検出する接触センサがついており、これがトリガ信号を
出すように構成されている(例えば、特公昭58−17
402号公報参照)。このようなプローブは、タッチト
リガプローブと呼ばれる。
2. Description of the Related Art A stylus attached to a touch probe for a three-dimensional coordinate measuring machine performs an escape operation when it comes into contact with a work, and returns to its original position when the external force disappears. A mechanism for performing the escape movement and the return movement of the stylus is called a seating mechanism. Usually, the touch probe is equipped with a contact sensor that detects that the stylus has contacted the work, and is configured to generate a trigger signal (for example, Japanese Patent Publication No. 58-17).
No. 402). Such a probe is called a touch trigger probe.

【0003】高精度タッチトリガプローブの復帰誤差
は、接触センサのばらつき(接触方向、接触時のスピ
ード等に依存)と、着座機構の復帰位置誤差(方向、
バネの押し付け力、復帰時のスピード等に依存)に大別
される。一般に接触センサは十分高感度であり、の誤
差はの誤差に比べて小さく、タッチトリガプローブの
精度は、殆ど着座機構により支配され、これが測定誤差
発生の原因となる。従来このタッチトリガプローブの検
出精度を測定評価するには、高精度の三次元座標測定機
あるいは専用の高精度移動機構が用いられていた。例え
ば、三次元座標測定機にタッチトリガプローブを取り付
けて、スタイラスをワークに接触させ、トリガ信号によ
って三次元座標測定機のX,Y,Zの座標値を取り込む
動作を繰り返し行い、取り込んだ座標値のばらつきから
スタイラスの復帰精度を測定評価する。
The return error of the high precision touch trigger probe is caused by the variation of the contact sensor (depending on the contact direction, contact speed, etc.) and the return position error of the seating mechanism (direction,
It depends on the pressing force of the spring and the speed of return). Generally, the contact sensor has sufficiently high sensitivity, the error of is smaller than the error of, and the accuracy of the touch trigger probe is mostly controlled by the seating mechanism, which causes the measurement error. Conventionally, in order to measure and evaluate the detection accuracy of this touch trigger probe, a high-precision three-dimensional coordinate measuring machine or a dedicated high-precision moving mechanism has been used. For example, a touch trigger probe is attached to the coordinate measuring machine, the stylus is brought into contact with the work, and the operation of capturing the X, Y, Z coordinate values of the coordinate measuring machine by the trigger signal is repeated, and the captured coordinate values The stylus return accuracy is measured and evaluated based on the variation of.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし従来の方法で
は、高精度のタッチトリガプローブを評価しようとする
と、前述の,の誤差に加えて、三次元座標測定機
あるいは高精度移動機構が移動することにより発生する
振動や揺れによる誤差が含まれてしまい、しかもこれを
分離できない。したがってタッチプローブ単体の誤差
,のみを測定評価することができないという問題が
あった。
However, in the conventional method, when an attempt is made to evaluate a high-precision touch trigger probe, in addition to the above-mentioned error, the three-dimensional coordinate measuring machine or the high-precision moving mechanism moves. The error caused by the vibration and the shaking caused by the error is included and cannot be separated. Therefore, there is a problem that it is not possible to measure and evaluate only the error of the touch probe itself.

【0005】この発明は、上記事情を考慮してなされた
もので、機械的駆動を行うことなく、非接触測定により
タッチプローブの復帰位置精度を評価することを可能と
した非接触三次元変位検出装置を提供することを目的と
している。
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and non-contact three-dimensional displacement detection that enables evaluation of return position accuracy of a touch probe by non-contact measurement without performing mechanical driving. The purpose is to provide a device.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】この発明は、タッチプロ
ーブのスタイラス先端の復帰位置ずれを非接触で検出す
るための三次元変位検出装置であって、X,Y,Zの三
次元空間のZ軸に沿って固定されたタッチプローブのス
タイラス先端に取り付けられて、互いに直交する二つの
平面を有し、これらの二つの平面にはそれぞれ二つの平
面で決まる稜線の他にその稜線と一点で交わるもう一つ
の稜線を有する測定部材と、X軸方向から前記測定部材
の二つの平面のうち一方の平面にある二つの稜線を含む
画像を撮像する第1の撮像手段と、Y軸方向から前記測
定部材の二つの平面のうち他方の平面にある二つの稜線
を含む画像を撮像する第2の撮像手段と、前記第1の撮
像手段により得られた画像データを処理して、二つの稜
線にそれぞれに対応する直線を、それぞれ少なくとも二
つ以上の点の画像座標値から求める第1の直線検出手段
と、この第1の直線検出手段により求められた二つの直
線の交点の画像座標値を求める第1の交点検出手段と、
前記第2の撮像手段により得られた画像データを処理し
て、二つの稜線にそれぞれに対応する直線を、それぞれ
少なくとも二つ以上の点の画像座標値から求める第2の
直線検出手段と、この第2の直線検出手段により求めら
れた二つの直線の交点の画像座標値を求める第2の交点
検出手段と、前記第1および第2の交点検出手段により
求められた各交点の画像座標値に基づいて、前記測定部
材の3つの稜線の交点の三次元空間座標値を求める三次
元位置検出手段と、前記スタイラスを変位させて逃げ動
作および復帰動作を行わせる前後における前記三次元位
置検出手段により求まる三次元空間座標値に基づいて前
記スタイラス先端の復帰位置ずれを検出する位置ずれ検
出手段とを備えたことを特徴としている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is a three-dimensional displacement detecting device for detecting a return position displacement of a stylus tip of a touch probe in a non-contact manner, and a Z in a three-dimensional space of X, Y, Z. Attached to the stylus tip of the touch probe fixed along the axis, it has two planes orthogonal to each other, and these two planes intersect with the ridge line in addition to the ridge line determined by the two planes. A measuring member having another ridge line, a first image capturing means for capturing an image including two ridge lines on one of the two planes of the measuring member in the X-axis direction, and the measurement in the Y-axis direction. Second image pickup means for picking up an image including two ridgelines on the other of the two planes of the member, and image data obtained by the first image pickup means are processed to form two ridgelines, respectively. Against A first straight line detecting means for obtaining a straight line from image coordinate values of at least two or more points, and a first straight line detecting means for obtaining an image coordinate value of an intersection of the two straight lines obtained by the first straight line detecting means. Intersection detection means,
Second straight line detecting means for processing the image data obtained by the second image pickup means to obtain straight lines respectively corresponding to the two ridge lines from image coordinate values of at least two or more points; A second intersection detecting means for obtaining the image coordinate value of the intersection of the two straight lines obtained by the second straight line detecting means, and an image coordinate value of each intersection obtained by the first and second intersection detecting means. Based on the three-dimensional position detecting means for obtaining the three-dimensional spatial coordinate value of the intersection of the three ridges of the measuring member and the three-dimensional position detecting means before and after the stylus is displaced to perform the escape operation and the return operation. A positional deviation detecting means for detecting the positional deviation of the stylus tip on the basis of the obtained three-dimensional space coordinate value is provided.

【0007】この発明において好ましくは、前記スタイ
ラス先端に取り付ける測定部材は立方体とする。あるい
は測定部材として直方体、四角錐等を用いることもでき
る。
In the present invention, preferably, the measuring member attached to the tip of the stylus is a cube. Alternatively, a rectangular parallelepiped, a quadrangular pyramid or the like can be used as the measuring member.

【0008】[0008]

【作用】この発明によると、スタイラス先端に所定形状
の測定部材を取り付けたタッチプローブを適当なフレー
ム等を用いて三次元空間のZ軸方向に固定した状態で、
X,Y軸方向から測定部材の二つの平面を撮像し、画像
処理によって測定部材の一点の空間座標を非接触で検出
することができる。そしてこの空間座標検出動作を、ス
タイラスに所定の変位を与えて逃げ動作および復帰動作
を行わせる前後において行うことで、スタイラス先端の
復帰位置ずれを検出することができる。
According to the present invention, the touch probe having the measuring member of a predetermined shape attached to the tip of the stylus is fixed in the Z-axis direction of the three-dimensional space by using an appropriate frame or the like,
It is possible to pick up two planes of the measurement member from the X and Y axis directions and perform image processing to detect the spatial coordinates of one point of the measurement member without contact. By performing this spatial coordinate detection operation before and after the stylus is given a predetermined displacement to perform the escape operation and the return operation, it is possible to detect the return position shift of the stylus tip.

【0009】したがってこの発明によると、タッチプロ
ーブは固定状態で、従来の三次元座標測定機を用いた場
合のような機械駆動を行わないから、振動や揺れ等の影
響がなくなり、タッチプローブ自体の正確な復帰精度の
測定評価が可能になる。また、高価な高精度三次元座標
測定機や高精度移動機構を必要としない。
Therefore, according to the present invention, since the touch probe is in a fixed state and is not mechanically driven as in the case of using a conventional three-dimensional coordinate measuring machine, the influence of vibration and shaking is eliminated, and the touch probe itself is not affected. It enables accurate measurement and evaluation of restoration accuracy. Moreover, an expensive high-precision three-dimensional coordinate measuring machine and a high-precision moving mechanism are not required.

【0010】[0010]

【実施例】以下、図面を参照して、この発明の実施例を
説明する。図1は、この発明の一実施例に係る変位検出
装置の構成を示す。ベース1に一体形成されたフレーム
2に、図示のように測定しようとするタッチトリガプロ
ーブ3が、X,Y,Zの三次元空間座標のZ軸に沿って
吊り下げられた状態に取り付け固定される。プローブ3
には、外力により逃げ動作および復帰動作を行うスタイ
ラス4が取り付けられ、スタイラス4の先端には、スタ
イラス4の先端位置測定に供される測定部材5が取り付
けられている。測定部材5はこの実施例では立方体であ
る。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows the configuration of a displacement detecting device according to an embodiment of the present invention. A touch trigger probe 3 to be measured as shown in the figure is attached and fixed to a frame 2 formed integrally with the base 1 in a suspended state along the Z axis of the three-dimensional spatial coordinates of X, Y, and Z. It Probe 3
The stylus 4 is attached to the stylus 4 to perform an escape operation and a return operation by an external force, and a measuring member 5 used for measuring the tip position of the stylus 4 is attached to the tip of the stylus 4. The measuring member 5 is a cube in this embodiment.

【0011】フレーム2に固定されたテーブル6aに
は、スタイラス先端の測定部材5をX軸方向から撮像す
るために、照明系を含む拡大光学系7aが載置され、こ
の光学系7aにはその拡大像を撮像するCCDカメラ8
aが取り付けられている。フレーム2に固定されたもう
一つのテーブル6bには同様に、測定部材5をY軸方向
から撮像するための拡大光学系7bとCCDカメラ8b
が備えられている。光学系7a,7bはそれぞれ、測定
部材5の直交する二つの平面の所定箇所にフォーカス調
整される。
A magnifying optical system 7a including an illumination system is mounted on the table 6a fixed to the frame 2 in order to image the measuring member 5 at the tip of the stylus from the X-axis direction. CCD camera 8 for taking a magnified image
a is attached. Similarly, another table 6b fixed to the frame 2 has a magnifying optical system 7b and a CCD camera 8b for imaging the measuring member 5 from the Y-axis direction.
Is provided. The optical systems 7a and 7b are respectively focus-adjusted to predetermined positions on two orthogonal planes of the measuring member 5.

【0012】CCDカメラ8a,8bにより得られた画
像信号は、画像処理装置9に送られ、後述するようにホ
ストコンピュータ10との協動で画像処理がなされ、測
定部材5の特定の位置の検出、即ちスタイラス4の先端
位置の検出と、復帰動作の精度評価が行われるようにな
っている。またこの実施例では、スタイラス4の逃げ動
作および復帰動作を自動的に行うため、直動のアクチュ
エータ11が備えられている。このアクチュエータ11
は、コンピュータ10により制御されて、図1に破線で
示すようにスタイラス4をはじくようになっている。但
し、アクチュエータ11を備えることなく、マニュアル
でスタイラス先端をはじいて、逃げ動作を行わせるよう
にしてもよい。
The image signals obtained by the CCD cameras 8a and 8b are sent to the image processing device 9 and subjected to image processing in cooperation with the host computer 10 as described later to detect a specific position of the measuring member 5. That is, the tip position of the stylus 4 is detected and the accuracy of the returning operation is evaluated. Further, in this embodiment, a linear actuator 11 is provided in order to automatically perform the escape operation and the return operation of the stylus 4. This actuator 11
Is controlled by the computer 10 to repel the stylus 4 as shown by the broken line in FIG. However, the escape operation may be performed by manually repelling the stylus tip without providing the actuator 11.

【0013】次にこの実施例での具体的な位置測定の動
作を説明する。図2は、スタイラス4の先端に取り付け
た測定部材5の拡大図である。X軸方向からの撮像を行
う光学系7aおよびCCDカメラ8aと、Y軸方向から
の撮像を行う光学系7bおよびCCDカメラ8bは、測
定部材5の一つの頂点53を撮像できるように配置され
ている。即ち、X軸側から撮像する平面51とY軸側か
ら撮像する平面52とは互いに直交する関係にあり、X
軸方向からは、二つの平面51,52により決まる稜線
Bとこれとは別の平面51上のもう一つの稜線Aを同時
に含む画像を撮像する。Y軸方向からは、やはり稜線B
と平面52上のもう一つ別の稜線Cを同時に含む画像を
撮像する。そして3つの稜線A,B,Cが一点で交わる
頂点53の空間座標を求めるのである。
Next, a specific position measuring operation in this embodiment will be described. FIG. 2 is an enlarged view of the measuring member 5 attached to the tip of the stylus 4. The optical system 7a and the CCD camera 8a for taking an image in the X-axis direction, and the optical system 7b and the CCD camera 8b for taking an image in the Y-axis direction are arranged so as to take an image of one vertex 53 of the measuring member 5. There is. That is, the plane 51 that captures images from the X-axis side and the plane 52 that captures images from the Y-axis side are in a relationship orthogonal to each other.
From the axial direction, an image including a ridge line B determined by the two planes 51 and 52 and another ridge line A on another plane 51 is captured at the same time. From the Y-axis direction, the ridge line B
And an image including another ridgeline C on the plane 52 at the same time is captured. Then, the spatial coordinates of the apex 53 where the three ridgelines A, B and C intersect at one point are obtained.

【0014】なお、測定部材5の配置については、それ
らの二つの平面51,52を、ベース1およびフレーム
2により決まる三次元空間座標のX軸、Y軸とそれぞれ
直交させることは必ずしも必要ではない。上述のよう
に、X,Y軸方向からそれぞれ二つずつの稜線A,Bお
よびB,Cを含む画像が撮像できればよい。
Regarding the arrangement of the measuring member 5, it is not always necessary to make these two planes 51 and 52 orthogonal to the X axis and the Y axis of the three-dimensional space coordinates determined by the base 1 and the frame 2. . As described above, it suffices if an image including two ridgelines A, B and B, C can be picked up in each of the X and Y axis directions.

【0015】上述した撮像系の配置により、CCDカメ
ラ8a,8bにより得られる画像はそれぞれ、図3
(a),(b)のようになる。即ち、CCDカメラ8a
からは、図3(a)に示すように、二つの稜線A,Bが
交わる画像、CCDカメラ8bからは、図3(b)に示
すように、二つの稜線B,Cが交わる画像が得られる。
図3(a)の画像は、横軸がY軸、縦軸がZ軸であり、
図3(b)の画像は、横軸がX軸、縦軸がZ軸である。
なお、稜線A,B,Cは図示のように画像上ではいわゆ
るエッジとして現れるから、以下画像上ではエッジと呼
ぶことにする。
With the arrangement of the image pickup system described above, the images obtained by the CCD cameras 8a and 8b are respectively as shown in FIG.
(A) and (b) are obtained. That is, the CCD camera 8a
From FIG. 3, an image where two ridgelines A and B intersect, as shown in FIG. 3A, and from the CCD camera 8b, an image where two ridgelines B and C intersect, as shown in FIG. To be
In the image of FIG. 3A, the horizontal axis is the Y axis, the vertical axis is the Z axis,
In the image of FIG. 3B, the horizontal axis is the X axis and the vertical axis is the Z axis.
Since the ridgelines A, B, and C appear as so-called edges on the image as shown in the figure, they will be referred to as edges on the image below.

【0016】X軸方向から撮像した図3(a)の画像を
画像処理装置9で処理することにより、頂点53のY,
Z座標を求めることができ、Y軸方向から撮像した図3
(b)の画像を画像処理装置9で処理することにより、
頂点53のX,Z座標を求めることができる。したがっ
て、アクチュエータ11によりスタイラス4の逃げ動作
と復帰動作を繰り返すことにより、頂点53の復帰位置
のばらつき、即ちスタイラス4の復帰位置のばらつきを
検出できることになる。
By processing the image of FIG. 3A taken from the X-axis direction by the image processing device 9, the Y of the apex 53,
The Z coordinate can be obtained, and the image is taken from the Y axis direction.
By processing the image of (b) by the image processing device 9,
The X and Z coordinates of the apex 53 can be obtained. Therefore, by repeating the escape operation and the returning operation of the stylus 4 by the actuator 11, it is possible to detect the variation in the returning position of the apex 53, that is, the variation in the returning position of the stylus 4.

【0017】具体的に、X軸方向から撮像した図3
(a)の画像を例にとって、二つの稜線の交点である頂
点53の検出法を次に説明する。図4(a)に示すよう
に、図3(a)に示す画像に対して4個のエッジ検出用
ツール21〜24を設定する。これらのツール21〜2
4は、画像処理装置9内の画像メモリのアドレスに対応
して、エッジ検出のための画像メモリのグレーレベル
(明るさレベル)の変化点を読み出す場所を特定するシ
ンボルであって、撮像する画像が変わっても常に同じ位
置に設定される。
Specifically, FIG. 3 taken from the X-axis direction.
Taking the image of (a) as an example, a method of detecting the apex 53, which is the intersection of two ridges, will be described below. As shown in FIG. 4A, four edge detection tools 21 to 24 are set for the image shown in FIG. These tools 21-2
Reference numeral 4 is a symbol that specifies a location from which a change point of a gray level (brightness level) of the image memory for edge detection is read out, corresponding to an address of the image memory in the image processing apparatus 9. It will always be set to the same position even if changes.

【0018】いまの場合、ツール21によりエッジA上
の一つの点31の画像座標値を検出し、ツール22によ
り同じくエッジA上の別の点32の画像座標値を検出す
る。同様に、ツール23によりエッジB上の一点33の
座標値を検出し、ツール24によりエッジB上のもう一
つの点34の座標値を検出する。そして以上の検出結果
から、点31と32を結ぶ直線を算出し、同様に点33
と34を結ぶ直線を算出する。これらの直線はそれぞれ
エッジA,Bに相当するから、これらの直線の交点位置
として、頂点53のY,Z座標が求められる。
In this case, the tool 21 detects the image coordinate value of one point 31 on the edge A, and the tool 22 detects the image coordinate value of another point 32 on the edge A. Similarly, the tool 23 detects the coordinate value of one point 33 on the edge B, and the tool 24 detects the coordinate value of another point 34 on the edge B. Then, from the above detection result, a straight line connecting the points 31 and 32 is calculated, and the point 33 is similarly calculated.
Calculate a straight line connecting between and. Since these straight lines correspond to the edges A and B, respectively, the Y and Z coordinates of the apex 53 are obtained as the intersection points of these straight lines.

【0019】一方、図4(b)は、アクチュエータ11
によりスタイラス4を押し込み、逃げ動作を行い復帰し
たときに、復帰位置に誤差があった場合の検出例を示
す。エッジ検出用ツール21〜24は前述のように固定
であり、これにより位置ずれしたエッジA上の点3
1′,32′、エッジB上の点33′,34′が検出さ
れ、前述の処理と同様の処理により、頂点53′の画像
座標値が求められる。
On the other hand, FIG. 4B shows the actuator 11
An example of detection in the case where there is an error in the return position when the stylus 4 is pushed in to perform an escape operation and then returns is shown. The edge detecting tools 21 to 24 are fixed as described above, so that the point 3 on the edge A which is displaced is displaced.
1 ', 32' and points 33 ', 34' on the edge B are detected, and the image coordinate value of the apex 53 'is obtained by the same processing as that described above.

【0020】なお、検出できる画像座標値は、各画像上
の原点からの座標差であるが、1画素に相当する寸法が
分かれば実寸法に換算できる。通常、既知の寸法をもつ
ワークの幅を検出し、その間に何画素あるかにより、1
画素に相当する寸法を算出することができる。
The detectable image coordinate value is the coordinate difference from the origin on each image, but can be converted to the actual dimension if the dimension corresponding to one pixel is known. Normally, the width of a work having a known size is detected, and depending on how many pixels there are, 1
A dimension corresponding to a pixel can be calculated.

【0021】図4で説明したのは、X軸方向の撮像系で
得られた画像の処理であり、これにより求められるの
は、逃げおよび復帰動作の前後におけるY−Z面での頂
点53,53′の座標差である。図では示さないが、Y
軸方向からの撮像画像に対しても同様の処理を行うこと
により、X−Z面での頂点53の変位を検出できる。そ
してこれらの検出結果から、頂点53のX,Y,Zの三
次元空間座標での復帰位置ずれが検出できることにな
る。
What has been described with reference to FIG. 4 is the processing of an image obtained by the image pickup system in the X-axis direction. What is required for this is the apex 53 on the YZ plane before and after the escape and return operations. The coordinate difference is 53 '. Although not shown in the figure, Y
The displacement of the apex 53 on the XZ plane can be detected by performing the same processing on the captured image from the axial direction. Then, from these detection results, it is possible to detect the return position shift of the vertex 53 in the X, Y, Z three-dimensional space coordinates.

【0022】以上の画像処理の一連のシーケンスはホス
トコンピュータ10により制御される。その制御フロー
の概略を示せば、図5の通りである。前述のように、X
軸方向およびY軸方向からの撮像画像に基づいて、測定
部材5の頂点53のX,Y,Z座標を算出する(S
1)。また、アクチュエータ11を駆動してスタイラス
4の逃げ動作および復帰動作を行い(S2)、その後の
X軸方向およびY軸方向からの撮像画像に基づいて、測
定部材5の頂点53′のX,Y,Z座標を算出する(S
3)。そして、頂点53の座標と頂点53′の座標の差
により、復帰位置ずれを算出する(S4)。以下、繰り
返し回数を判定しながら(S5)、同様の処理を必要回
数繰り返す。
The above sequence of image processing is controlled by the host computer 10. The outline of the control flow is shown in FIG. As mentioned above, X
The X, Y, and Z coordinates of the apex 53 of the measuring member 5 are calculated based on the captured images from the axial direction and the Y-axis direction (S
1). Further, the actuator 11 is driven to perform the escape operation and the return operation of the stylus 4 (S2), and the X, Y of the apex 53 'of the measuring member 5 is based on the captured images from the subsequent X-axis direction and Y-axis direction. , Z coordinate is calculated (S
3). Then, the return position shift is calculated from the difference between the coordinates of the vertex 53 and the coordinates of the vertex 53 '(S4). Hereinafter, the same processing is repeated a necessary number of times while determining the number of repetitions (S5).

【0023】また、以上の画像処理を機能ブロックで示
せば、図6のようになる。第1の直線検出手段61a
は、X軸方向からの撮像を行うCCDカメラ8aにより
得られる画像データを処理して、二つの稜線A,Bにそ
れぞれに対応する直線を、それぞれ二つの点の画像座標
値から求める。第1の交点検出手段62aはこの第1の
直線検出手段61aにより求められた二つの直線の交点
の画像座標値を求める。第2の直線検出手段61bは、
Y軸方向からの撮像を行うCCDカメラ8bにより得ら
れる画像データを処理して、やはり二つの稜線にそれぞ
れに対応する直線をそれぞれ二つの点の画像座標値から
求め、第2の交点検出手段62bはこの第2の直線検出
手段61bにより求められた二つの直線の交点の画像座
標値を求める。
If the above image processing is represented by functional blocks, it becomes as shown in FIG. First straight line detecting means 61a
Is processing image data obtained by the CCD camera 8a that captures an image in the X-axis direction, and obtains straight lines respectively corresponding to the two ridgelines A and B from image coordinate values of two points. The first intersection detecting means 62a obtains the image coordinate value of the intersection of the two straight lines obtained by the first straight line detecting means 61a. The second straight line detecting means 61b is
The image data obtained by the CCD camera 8b that captures an image in the Y-axis direction is processed to obtain straight lines corresponding to the two ridge lines from the image coordinate values of the two points, respectively, and the second intersection point detecting means 62b is obtained. Calculates the image coordinate value of the intersection of the two straight lines obtained by the second straight line detecting means 61b.

【0024】三次元位置検出手段63は、上述の第1お
よび第2の交点検出手段62a,62bにより求められ
た各交点の画像座標値に基づいて、測定部材5の3つの
稜線の交点53のX,Y,Zの三次元空間座標値を求め
る。そして、位置ずれ検出手段64は、スタイラス4を
変位させて逃げ動作および復帰動作を行わせる前後にお
ける三次元位置検出手段63により求まる三次元空間座
標値に基づいて、スタイラス先端の復帰位置ずれを検出
する。
The three-dimensional position detecting means 63 detects the intersection 53 of the three ridges of the measuring member 5 based on the image coordinate values of the respective intersections obtained by the above-mentioned first and second intersection detecting means 62a and 62b. The three-dimensional spatial coordinate values of X, Y, Z are obtained. Then, the positional deviation detecting means 64 detects the returning positional deviation of the stylus tip based on the three-dimensional spatial coordinate values obtained by the three-dimensional position detecting means 63 before and after the stylus 4 is displaced to perform the escape operation and the return operation. To do.

【0025】以上の実施例では、スタイラス4の先端に
取り付ける測定部材5を立方体としたが、図7(a)に
示すような直方体でもよい。この場合も、図2に対応さ
せて符号を示したように、互いに直交する二つの平面5
1,52を有し、一方の平面51上に二つの稜線A,B
を有し、他方の平面52に稜線Bを共有して二つの稜線
B,Cを有し、これら3つの稜線A,B,Cの一点に交
わる頂点53を有するから、同様の撮像と画像処理によ
り、スタイラス4の復帰位置精度の検出ができる。縦長
の直方体でなく、横長の直方体であっても全く同様であ
る。
In the above embodiment, the measuring member 5 attached to the tip of the stylus 4 is a cube, but it may be a rectangular parallelepiped as shown in FIG. 7 (a). Also in this case, as indicated by reference numerals corresponding to FIG. 2, two planes 5 orthogonal to each other are provided.
1, 52 with two ridges A and B on one plane 51
And has two ridgelines B and C sharing the ridgeline B on the other plane 52 and having a vertex 53 intersecting with one of these three ridgelines A, B and C. Thus, the accuracy of the return position of the stylus 4 can be detected. The same applies to a horizontally long rectangular parallelepiped instead of a vertically long rectangular parallelepiped.

【0026】更に、測定部材5は、図7(b)に示すよ
うな四角錐でもよい。この場合も、図2との対応符号を
付してある。二つの平面51,52はやはり直交し、そ
れぞれの平面51,52に二つずつの稜線A,Bおよび
B,Cが現れ、これらの交点としての頂点53があるか
ら、同様の処理によって、スタイラス4の復帰位置検出
が可能である。
Further, the measuring member 5 may be a quadrangular pyramid as shown in FIG. 7 (b). Also in this case, the reference numerals corresponding to those in FIG. 2 are attached. The two planes 51 and 52 are also orthogonal to each other, and two ridge lines A, B and B, C appear on each plane 51, 52, and a vertex 53 as an intersection of them appears. 4 return position detection is possible.

【0027】なお実施例では、測定部材の稜線の撮像画
像上での直線式を求めるのに、2点検出を利用したが、
2点以上の多点検出を行って直線を求めてもよく、これ
により、より高精度の位置検出が可能になる。また実施
例では、評価しようとするタッチトリガプローブをフレ
ームに取り付けて非接触測定を行ったが、例えば三次元
座標測定機等に取り付けた状態で、測定機を駆動するこ
となく同様の非接触測定を行って、スタイラスの復帰位
置精度を検出評価することが可能である。
In the embodiment, the two-point detection is used to obtain the linear equation on the captured image of the ridgeline of the measuring member.
A straight line may be obtained by performing multi-point detection of two or more points, which enables more accurate position detection. In the example, the touch-trigger probe to be evaluated was attached to the frame to perform non-contact measurement, but the same non-contact measurement was performed without driving the measurement instrument in a state where the touch-trigger probe was attached to, for example, a three-dimensional coordinate measuring instrument. It is possible to detect and evaluate the return position accuracy of the stylus by performing.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、ス
タイラス先端に所定形状の測定部材を取り付けたタッチ
プローブを三次元空間のZ軸方向に固定した状態で、
X,Y軸方向から測定部材の二つの平面を撮像し、画像
処理によって測定部材の一点の空間座標を非接触で検出
し、この空間座標検出動作を、スタイラスに所定の変位
を与えて逃げ動作および復帰動作を行わせる前後におい
て行うことで、スタイラス先端の復帰位置ずれを検出す
ることができる。この発明によると、タッチプローブを
三次元座標測定機により機械駆動する場合と異なり、振
動や揺れ等の影響がなくなり、タッチプローブ自体の正
確な復帰精度の測定評価が可能になる。
As described above, according to the present invention, the touch probe having the measuring member of a predetermined shape attached to the tip of the stylus is fixed in the Z-axis direction of the three-dimensional space,
Two planes of the measuring member are imaged from the X and Y axis directions, the spatial coordinates of one point of the measuring member are detected by image processing in a non-contact manner, and this spatial coordinate detecting operation is performed by giving a predetermined displacement to the stylus and escaping. By performing before and after performing the return operation, the return position shift of the stylus tip can be detected. According to the present invention, unlike the case where the touch probe is mechanically driven by the three-dimensional coordinate measuring machine, the influence of vibration, shaking, etc. is eliminated, and the accurate return accuracy of the touch probe itself can be measured and evaluated.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 この発明の一実施例による変位検出装置の構
成を示す。
FIG. 1 shows a configuration of a displacement detection device according to an embodiment of the present invention.

【図2】 同実施例に用いる測定部材を拡大して示す。FIG. 2 is an enlarged view of a measuring member used in the same example.

【図3】 同実施例の二つの撮像画像例を示す。FIG. 3 shows two captured image examples of the same embodiment.

【図4】 同実施例の画像処理の動作を説明するための
図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining an image processing operation of the embodiment.

【図5】 同実施例の画像処理の制御フローを示す。FIG. 5 shows a control flow of image processing of the embodiment.

【図6】 同実施例の画像処理の機能ブロックを示す。FIG. 6 shows functional blocks of image processing of the embodiment.

【図7】 他の実施例に用いる測定部材を示す。FIG. 7 shows a measuring member used in another embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…ベース、2…フレーム、3…タッチトリガプロー
ブ、4…スタイラス、5…測定部材、6a,6b…テー
ブル、7a,7b…拡大光学系、8a,8b…CCDカ
メラ、9…画像処理装置、10…ホストコンピュータ。
51,52…平面、A,B,C…稜線、53…頂点。
1 ... Base, 2 ... Frame, 3 ... Touch trigger probe, 4 ... Stylus, 5 ... Measuring member, 6a, 6b ... Table, 7a, 7b ... Enlarging optical system, 8a, 8b ... CCD camera, 9 ... Image processing device, 10 ... Host computer.
51, 52 ... Plane, A, B, C ... Ridge line, 53 ... Vertex.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 タッチプローブのスタイラス先端の復帰
位置ずれを非接触で検出するための三次元変位検出装置
であって、 X,Y,Zの三次元空間のZ軸に沿って固定されたタッ
チプローブのスタイラス先端に取り付けられて、互いに
直交する二つの平面を有し、これらの二つの平面にはそ
れぞれ二つの平面で決まる稜線の他にその稜線と一点で
交わるもう一つの稜線を有する測定部材と、 X軸方向から前記測定部材の二つの平面のうち一方の平
面にある二つの稜線を含む画像を撮像する第1の撮像手
段と、 Y軸方向から前記測定部材の二つの平面のうち他方の平
面にある二つの稜線を含む画像を撮像する第2の撮像手
段と、 前記第1の撮像手段により得られた画像データを処理し
て、二つの稜線にそれぞれに対応する直線を、それぞれ
少なくとも二つ以上の点の画像座標値から求める第1の
直線検出手段と、 この第1の直線検出手段により求められた二つの直線の
交点の画像座標値を求める第1の交点検出手段と、 前記第2の撮像手段により得られた画像データを処理し
て、二つの稜線にそれぞれに対応する直線を、それぞれ
少なくとも二つ以上の点の画像座標値から求める第2の
直線検出手段と、 この第2の直線検出手段により求められた二つの直線の
交点の画像座標値を求める第2の交点検出手段と、 前記第1および第2の交点検出手段により求められた各
交点の画像座標値に基づいて、前記測定部材の3つの稜
線の交点の三次元空間座標値を求める三次元位置検出手
段と、 前記スタイラスを変位させて逃げ動作および復帰動作を
行わせる前後における前記三次元位置検出手段により求
まる三次元空間座標値に基づいて前記スタイラス先端の
復帰位置ずれを検出する位置ずれ検出手段とを備えたこ
とを特徴とする非接触三次元変位検出装置。
1. A three-dimensional displacement detection device for detecting a return position displacement of a stylus tip of a touch probe in a non-contact manner, the touch being fixed along a Z-axis of a three-dimensional space of X, Y, Z. A measuring member attached to the tip of the stylus of the probe and having two planes orthogonal to each other, and each of these two planes having a ridge line defined by the two planes and another ridge line intersecting with the ridge line at one point. And a first imaging unit that captures an image including two ridges on one of the two planes of the measurement member in the X-axis direction, and the other of the two planes of the measurement member in the Y-axis direction Second image pickup means for picking up an image including two ridgelines on the plane, and the image data obtained by the first image pickup means are processed to reduce straight lines respectively corresponding to the two ridgelines. First straight line detecting means for obtaining from image coordinate values of at least two points, and first intersection point detecting means for obtaining image coordinate values of intersection points of two straight lines obtained by the first straight line detecting means. Second line detection means for processing the image data obtained by the second image pickup means to obtain straight lines respectively corresponding to the two ridge lines from image coordinate values of at least two or more points, Second intersection point detecting means for obtaining the image coordinate value of the intersection point of the two straight lines obtained by the second straight line detecting means, and image coordinate value of each intersection point obtained by the first and second intersection point detecting means And a three-dimensional position detecting means for obtaining a three-dimensional spatial coordinate value of an intersection of three ridge lines of the measuring member, and the three-dimensional position detection before and after the stylus is displaced to perform an escape operation and a return operation. Non-contact 3D displacement detecting apparatus characterized by comprising a displacement detection means for detecting a return position displacement of the stylus tip on the basis of the three-dimensional space coordinate values obtained by means.
【請求項2】 前記測定部材は立方体であることを特徴
とする請求項1記載の非接触三次元変位検出装置。
2. The non-contact three-dimensional displacement detection device according to claim 1, wherein the measuring member is a cube.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002503339A (en) * 1997-06-12 2002-01-29 ベルス・メステヒニーク・ゲーエムベーハー Coordinate measuring device provided with feeler member and optical sensor for measuring position of feeler member
CN107843221A (en) * 2017-10-31 2018-03-27 苏州赛维新机电检测技术服务有限公司 A kind of coordinate measuring machine
CN113310403A (en) * 2021-04-02 2021-08-27 深圳市世宗自动化设备有限公司 Camera aiming method, device and system

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