JPH1019526A - 被測定体の断面輪郭形状測定方法及び３次元形状測定方法 - Google Patents
被測定体の断面輪郭形状測定方法及び３次元形状測定方法Info
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- JPH1019526A JPH1019526A JP8185350A JP18535096A JPH1019526A JP H1019526 A JPH1019526 A JP H1019526A JP 8185350 A JP8185350 A JP 8185350A JP 18535096 A JP18535096 A JP 18535096A JP H1019526 A JPH1019526 A JP H1019526A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 複雑な表面形状を有する被測定体の任意の断
面の輪郭あるいは表面全面の測定を可能とする。 【解決手段】 第１の仮点としての被測定体12表面の任
意の１点の座標値を測定し、レーザーセンサ11を計測ピ
ッチ分だけ移動させ第２の仮点としての被測定体12表面
の座標値を測定し、第１、第２の仮点の座標値及び計測
ピッチより第３の仮点の座標値を設定するとともに第３
の仮点における法線ベクトルを算出し、この法線ベクト
ルがレーザービームの照射方向と平行になるように被測
定体12を回転させ、レーザービームがレーザーセンサ11
の精度が最も高い測定距離において第３の仮点を照射す
るようにレーザーセンサ11を移動させ、以上の操作によ
りレーザービームが照射された被測定体12表面の第１の
計測点の座標値を測定し、以降、仮点及び測定された計
測点の座標値を基に上記の処理を繰り返すことにより第
２以降の計測点の座標値を逐次測定し、これにより被測
定体12の断面輪郭形状を測定するようにした。
面の輪郭あるいは表面全面の測定を可能とする。 【解決手段】 第１の仮点としての被測定体12表面の任
意の１点の座標値を測定し、レーザーセンサ11を計測ピ
ッチ分だけ移動させ第２の仮点としての被測定体12表面
の座標値を測定し、第１、第２の仮点の座標値及び計測
ピッチより第３の仮点の座標値を設定するとともに第３
の仮点における法線ベクトルを算出し、この法線ベクト
ルがレーザービームの照射方向と平行になるように被測
定体12を回転させ、レーザービームがレーザーセンサ11
の精度が最も高い測定距離において第３の仮点を照射す
るようにレーザーセンサ11を移動させ、以上の操作によ
りレーザービームが照射された被測定体12表面の第１の
計測点の座標値を測定し、以降、仮点及び測定された計
測点の座標値を基に上記の処理を繰り返すことにより第
２以降の計測点の座標値を逐次測定し、これにより被測
定体12の断面輪郭形状を測定するようにした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】回転装置に取り付けられた被
測定体の表面にレーザービームを照射することにより、
被測定体の形状を計測する測定方法に関する。
測定体の表面にレーザービームを照射することにより、
被測定体の形状を計測する測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】指向性の高いレーザービームを使用した
被測定体の形状測定は、高い測定精度が確保されるの
で、例えば球体や円筒構造物の真円度測定等の高精度が
要求される測定に従来から利用されている。投光器と受
光器が一体化されたレーザーセンサから照射されたレー
ザービームにより被測定体の表面形状を測定する場合に
は、レーザーセンサと被測定体の両方かあるいは何方か
一方を移動させることによりレーザーセンサと被測定体
とを相対移動させ、これにより被測定体の測定部位、例
えば任意の断面の輪郭や表面全体の走査を行わせてい
る。
被測定体の形状測定は、高い測定精度が確保されるの
で、例えば球体や円筒構造物の真円度測定等の高精度が
要求される測定に従来から利用されている。投光器と受
光器が一体化されたレーザーセンサから照射されたレー
ザービームにより被測定体の表面形状を測定する場合に
は、レーザーセンサと被測定体の両方かあるいは何方か
一方を移動させることによりレーザーセンサと被測定体
とを相対移動させ、これにより被測定体の測定部位、例
えば任意の断面の輪郭や表面全体の走査を行わせてい
る。
【０００３】投光器と受光器が一体化されたレーザーセ
ンサを使用したものとして、例えば特開昭６２−５５５
０２号では、レーザーセンサ（レーザ計測器）をＸ，
Ｙ，Ｚの各直交軸に移動可能にするとともにＸ−Ｙ平面
上（水平面上）にも旋回可能にしており、これにより被
測定体の表面に沿ってレーザービームを照射できるよう
にしている。
ンサを使用したものとして、例えば特開昭６２−５５５
０２号では、レーザーセンサ（レーザ計測器）をＸ，
Ｙ，Ｚの各直交軸に移動可能にするとともにＸ−Ｙ平面
上（水平面上）にも旋回可能にしており、これにより被
測定体の表面に沿ってレーザービームを照射できるよう
にしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】一般にレーザーセンサ
は、被測定体に対してレーザービームを照射し、その反
射光を受光し、三角法等の原理を用いて被測定体の位置
の測定を行うようにしている。このような反射を利用し
た測定では、反射光を得られやすくするために、被測定
体表面の被測定点に対して垂直にレーザービームを照射
することが望ましいとされている。これは垂直からはず
れた角度でレーザービームが照射された場合、反射光に
ついて正確な測定を行うために必要な十分な光量が得ら
れず、測定精度が低下することによるためである。した
がって、正確な反射光のデータを得るためには、レーザ
ービームは被測定体表面に対して垂直に入射させる必要
がある。
は、被測定体に対してレーザービームを照射し、その反
射光を受光し、三角法等の原理を用いて被測定体の位置
の測定を行うようにしている。このような反射を利用し
た測定では、反射光を得られやすくするために、被測定
体表面の被測定点に対して垂直にレーザービームを照射
することが望ましいとされている。これは垂直からはず
れた角度でレーザービームが照射された場合、反射光に
ついて正確な測定を行うために必要な十分な光量が得ら
れず、測定精度が低下することによるためである。した
がって、正確な反射光のデータを得るためには、レーザ
ービームは被測定体表面に対して垂直に入射させる必要
がある。
【０００５】しかし、特開昭６２−５５５０２号の装置
では、被測定体の被測定面は入射光に対して垂直かある
いは略垂直となるものに限定されるので、被測定体の表
面形状が不定形であるもの、例えば複雑な凹凸が存在す
る表面形状についてまでは正確に測定できないという問
題がある。また、この装置では被測定体は定盤上に載置
されることになるので、被測定体の表面の一部が平坦で
なければならない。さらに、被測定体の表面のうち少な
くとも定盤に当接する面の測定については、被測定体の
当接面を替えて定盤上に載置し直す必要が生ずる。
では、被測定体の被測定面は入射光に対して垂直かある
いは略垂直となるものに限定されるので、被測定体の表
面形状が不定形であるもの、例えば複雑な凹凸が存在す
る表面形状についてまでは正確に測定できないという問
題がある。また、この装置では被測定体は定盤上に載置
されることになるので、被測定体の表面の一部が平坦で
なければならない。さらに、被測定体の表面のうち少な
くとも定盤に当接する面の測定については、被測定体の
当接面を替えて定盤上に載置し直す必要が生ずる。
【０００６】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたものであり、複雑な表面形状を有する被測定体の表
面形状を測定可能にするとともに、被測定体を載置し直
すことなく被測定体の任意の断面の輪郭あるいは被測定
体の表面全面すなわち３次元形状を測定可能とする、被
測定体の断面輪郭形状測定方法及び３次元形状測定方法
を提供することを目的とする。
れたものであり、複雑な表面形状を有する被測定体の表
面形状を測定可能にするとともに、被測定体を載置し直
すことなく被測定体の任意の断面の輪郭あるいは被測定
体の表面全面すなわち３次元形状を測定可能とする、被
測定体の断面輪郭形状測定方法及び３次元形状測定方法
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】上記の課題を解決するた
めに、本発明における被測定体の断面輪郭形状測定方法
では、回転装置に取り付けられた被測定体の表面にレー
ザービームを照射することにより被測定体の断面輪郭形
状を計測する測定方法において、一定方向にレーザービ
ームを照射可能にされた投光・受光一体型のレーザーセ
ンサより被測定体に対してレーザービームを照射するこ
とにより第１の仮点としての被測定体表面の任意の１点
の座標値を測定し（ステップ１）、次いでレーザーセン
サを予め設定された計測ピッチ分だけ第１の仮点の測定
位置から移動させレーザービームを照射することにより
第２の仮点としての被測定体表面の座標値を測定し（ス
テップ２）、前記第１、第２の仮点の座標値及び計測ピ
ッチより第３の仮点の座標値を設定するとともに第３の
仮点における法線ベクトルを算出し（ステップ３）、こ
の法線ベクトルがレーザービームの照射方向と平行にな
るように前記回転装置を動作させることにより被測定体
を回転させ（ステップ４）、次いでレーザービームがレ
ーザーセンサの精度が最も高い測定距離すなわち焦点距
離において第３の仮点に対して照射するようにレーザー
センサを移動させ（ステップ５）、以上の操作によりレ
ーザービームが照射された被測定体表面の第１の計測点
の座標値を測定し（ステップ６）、以降、仮点及び測定
された計測点の座標値を基にステップ３〜ステップ６の
処理を繰り返すことにより第２以降の計測点の座標値を
逐次測定し、これにより被測定体の断面輪郭形状を測定
するようにした（請求項１）。
めに、本発明における被測定体の断面輪郭形状測定方法
では、回転装置に取り付けられた被測定体の表面にレー
ザービームを照射することにより被測定体の断面輪郭形
状を計測する測定方法において、一定方向にレーザービ
ームを照射可能にされた投光・受光一体型のレーザーセ
ンサより被測定体に対してレーザービームを照射するこ
とにより第１の仮点としての被測定体表面の任意の１点
の座標値を測定し（ステップ１）、次いでレーザーセン
サを予め設定された計測ピッチ分だけ第１の仮点の測定
位置から移動させレーザービームを照射することにより
第２の仮点としての被測定体表面の座標値を測定し（ス
テップ２）、前記第１、第２の仮点の座標値及び計測ピ
ッチより第３の仮点の座標値を設定するとともに第３の
仮点における法線ベクトルを算出し（ステップ３）、こ
の法線ベクトルがレーザービームの照射方向と平行にな
るように前記回転装置を動作させることにより被測定体
を回転させ（ステップ４）、次いでレーザービームがレ
ーザーセンサの精度が最も高い測定距離すなわち焦点距
離において第３の仮点に対して照射するようにレーザー
センサを移動させ（ステップ５）、以上の操作によりレ
ーザービームが照射された被測定体表面の第１の計測点
の座標値を測定し（ステップ６）、以降、仮点及び測定
された計測点の座標値を基にステップ３〜ステップ６の
処理を繰り返すことにより第２以降の計測点の座標値を
逐次測定し、これにより被測定体の断面輪郭形状を測定
するようにした（請求項１）。
【０００８】上記の構成とすることにより、被測定体の
表面上に仮に設定した任意の２点すなわち第１及び第２
の仮点の座標値を測定し、この２点を結ぶ直線に垂直な
法線ベクトルを算出し、一定方向にレーザービームを照
射可能にされた投光・受光一体型のレーザーセンサが照
射するレーザービームが、この法線ベクトルと平行にな
るように回転装置を動作させることにより被測定体を回
転させ、これにより第１及び第２の仮点の近傍に存在す
る被測定体表面の第１の計測点において、レーザービー
ムがほぼ垂直に入射されるようになる。ここで、第１及
び第２の仮点の座標値の測定においてはレーザービーム
はこれらの仮点に対して垂直には入射されないので、測
定された第１及び第２の仮点の座標値には測定誤差が含
まれることになる。しかし、第１及び第２の仮点は互い
に近接して存在している（計測ピッチ分だけ離れて存在
している）ので測定誤差も互いにほぼ等しくなり、よっ
て算出される法線ベクトルは測定誤差の影響をほとんど
受けないものになる。第２以降の計測点の設定及びその
座標値の測定においては、仮点及び測定された計測点の
座標値を基にステップ３〜ステップ６の処理を繰り返せ
ば逐次測定することができ、最終的に被測定体の任意の
断面の輪郭形状が測定されることになる。
表面上に仮に設定した任意の２点すなわち第１及び第２
の仮点の座標値を測定し、この２点を結ぶ直線に垂直な
法線ベクトルを算出し、一定方向にレーザービームを照
射可能にされた投光・受光一体型のレーザーセンサが照
射するレーザービームが、この法線ベクトルと平行にな
るように回転装置を動作させることにより被測定体を回
転させ、これにより第１及び第２の仮点の近傍に存在す
る被測定体表面の第１の計測点において、レーザービー
ムがほぼ垂直に入射されるようになる。ここで、第１及
び第２の仮点の座標値の測定においてはレーザービーム
はこれらの仮点に対して垂直には入射されないので、測
定された第１及び第２の仮点の座標値には測定誤差が含
まれることになる。しかし、第１及び第２の仮点は互い
に近接して存在している（計測ピッチ分だけ離れて存在
している）ので測定誤差も互いにほぼ等しくなり、よっ
て算出される法線ベクトルは測定誤差の影響をほとんど
受けないものになる。第２以降の計測点の設定及びその
座標値の測定においては、仮点及び測定された計測点の
座標値を基にステップ３〜ステップ６の処理を繰り返せ
ば逐次測定することができ、最終的に被測定体の任意の
断面の輪郭形状が測定されることになる。
【０００９】また、前記レーザーセンサを回転装置に取
り付けられた被測定体の回転軸に対して平行に移動可能
にして、前記断面形状測定方法を用いて被測定体の複数
の断面の輪郭形状を測定するようにすれば、被測定体の
表面全体の形状を測定することができる（請求項２）。
り付けられた被測定体の回転軸に対して平行に移動可能
にして、前記断面形状測定方法を用いて被測定体の複数
の断面の輪郭形状を測定するようにすれば、被測定体の
表面全体の形状を測定することができる（請求項２）。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。図２は、回転軸Ｃの回りに図
示しない回転装置により回転可能にされた複雑な表面形
状を有する３次元物体としての被測定体１２の表面形状
を、少なくとも回転軸Ｃに対して平行に移動可能にされ
たレーザーセンサ１１により測定する様子を示す概念図
である。レーザーセンサ１１には、被測定体１２に対し
てレーザービームを照射する投光器と、被測定体１２か
らの反射光を受光する受光器が内蔵されている。また、
レーザーセンサ１１は、それ自体及びその外部に旋回機
構を有しないものとしているので、レーザーセンサ１１
が発するレーザービームの方向は常に一定となる。
図面を参照して説明する。図２は、回転軸Ｃの回りに図
示しない回転装置により回転可能にされた複雑な表面形
状を有する３次元物体としての被測定体１２の表面形状
を、少なくとも回転軸Ｃに対して平行に移動可能にされ
たレーザーセンサ１１により測定する様子を示す概念図
である。レーザーセンサ１１には、被測定体１２に対し
てレーザービームを照射する投光器と、被測定体１２か
らの反射光を受光する受光器が内蔵されている。また、
レーザーセンサ１１は、それ自体及びその外部に旋回機
構を有しないものとしているので、レーザーセンサ１１
が発するレーザービームの方向は常に一定となる。
【００１１】図３に被測定体１２の任意の断面の輪郭形
状を測定する際の、レーザーセンサ１１、被測定体１
２、及び直交座標軸の関係を示す。直交座標軸はそのＸ
−Ｙ平面が測定する被測定体１２の断面と平行になるよ
うに設定されている。このとき回転可能にされた被測定
体１２の回転軸ＣはＺ軸（紙面と垂直）に対して平行に
なるが、本実施形態では便宜上回転軸ＣはＺ軸と同一と
する。レーザーセンサ１１は図示しないコントローラを
介してこれに接続された図示しない２つのアクチュエー
タによりＸ軸及びＹ軸のそれぞれと平行に移動可能にさ
れている。アクチュエータとしてはサーボモータの使用
が一般的であるが、位置決めが容易であれば油圧式や空
圧式のシリンダ装置でもよい。また、レーザーセンサ１
１が発するレーザービームの方向は常にＸ軸と平行にな
る。図示しないコントローラは、レーザーセンサー１１
の出力データの処理を行い、また、レーザーセンサー１
１を駆動するアクチュエータ及び被測定体１２を回転駆
動する図示しない回転装置に対して位置指令を出力す
る。
状を測定する際の、レーザーセンサ１１、被測定体１
２、及び直交座標軸の関係を示す。直交座標軸はそのＸ
−Ｙ平面が測定する被測定体１２の断面と平行になるよ
うに設定されている。このとき回転可能にされた被測定
体１２の回転軸ＣはＺ軸（紙面と垂直）に対して平行に
なるが、本実施形態では便宜上回転軸ＣはＺ軸と同一と
する。レーザーセンサ１１は図示しないコントローラを
介してこれに接続された図示しない２つのアクチュエー
タによりＸ軸及びＹ軸のそれぞれと平行に移動可能にさ
れている。アクチュエータとしてはサーボモータの使用
が一般的であるが、位置決めが容易であれば油圧式や空
圧式のシリンダ装置でもよい。また、レーザーセンサ１
１が発するレーザービームの方向は常にＸ軸と平行にな
る。図示しないコントローラは、レーザーセンサー１１
の出力データの処理を行い、また、レーザーセンサー１
１を駆動するアクチュエータ及び被測定体１２を回転駆
動する図示しない回転装置に対して位置指令を出力す
る。
【００１２】ここで、レーザーセンサ１１による被測定
体１２の任意の測定点における座標値の算出方法につい
て説明する。レーザーセンサ１１に内蔵された投光器か
ら被測定体１２の測定点に対してレーザービームを照射
し、その反射光をレーザーセンサ１１に内蔵された受光
器により受光することにより、レーザーセンサ１１と測
定点との間の距離をレーザーセンサ１１に接続された図
示しない演算装置により算出する。レーザーセンサ１１
を移動させるＸ軸及びＹ軸のアクチュエータには図示し
ないエンコーダが接続されているので、レーザーセンサ
１１の位置を正確に検出することができ、この検出され
たレーザーセンサ１１の位置の座標値と、前記のレーザ
ーセンサ１１と測定点との間の距離とにより、測定点の
座標値を算出することができる。
体１２の任意の測定点における座標値の算出方法につい
て説明する。レーザーセンサ１１に内蔵された投光器か
ら被測定体１２の測定点に対してレーザービームを照射
し、その反射光をレーザーセンサ１１に内蔵された受光
器により受光することにより、レーザーセンサ１１と測
定点との間の距離をレーザーセンサ１１に接続された図
示しない演算装置により算出する。レーザーセンサ１１
を移動させるＸ軸及びＹ軸のアクチュエータには図示し
ないエンコーダが接続されているので、レーザーセンサ
１１の位置を正確に検出することができ、この検出され
たレーザーセンサ１１の位置の座標値と、前記のレーザ
ーセンサ１１と測定点との間の距離とにより、測定点の
座標値を算出することができる。
【００１３】次に、図１に示す被測定体の断面輪郭形状
測定方法の処理フローを示すフローチャートにしたがっ
て、図３に示す被測定体１２の断面輪郭形状の測定手順
について説明する。
測定方法の処理フローを示すフローチャートにしたがっ
て、図３に示す被測定体１２の断面輪郭形状の測定手順
について説明する。
【００１４】ステップ１では、回転軸Ｃに関する被測定
体１２の回転角を初期値（例えば０°）になるように被
測定体１２を回転させる。そしてレーザーセンサ１１を
任意の位置に移動させ、この位置から被測定体１２に対
してレーザービームを照射することにより、レーザービ
ームが照射された被測定体１２の断面輪郭上の１点を第
１の仮点ａとして設定し、この第１の仮点ａの座標値
（ｘ0 ，ｙ0 ）を測定す。
体１２の回転角を初期値（例えば０°）になるように被
測定体１２を回転させる。そしてレーザーセンサ１１を
任意の位置に移動させ、この位置から被測定体１２に対
してレーザービームを照射することにより、レーザービ
ームが照射された被測定体１２の断面輪郭上の１点を第
１の仮点ａとして設定し、この第１の仮点ａの座標値
（ｘ0 ，ｙ0 ）を測定す。
【００１５】ステップ２では、レーザーセンサ１１を予
め設定された計測ピッチＬの分だけ第１の仮点の測定位
置から移動させ、移動後の位置においてレーザービーム
を照射することにより、レーザービームが照射された被
測定体１２の断面輪郭上の１点を第２の仮点ｂとして設
定し、この第２の仮点ｂの座標値（ｘ1 ，ｙ1 ）を測す
る。ここで、計測ピッチＬは各計測点の間隔を決定する
パラメータであり、計測ピッチＬが小さいほど各計測点
の間隔は小さくなり、最終的に測定された断面輪郭形状
は真値に近いものになるが、計測時間は長くなる。
め設定された計測ピッチＬの分だけ第１の仮点の測定位
置から移動させ、移動後の位置においてレーザービーム
を照射することにより、レーザービームが照射された被
測定体１２の断面輪郭上の１点を第２の仮点ｂとして設
定し、この第２の仮点ｂの座標値（ｘ1 ，ｙ1 ）を測す
る。ここで、計測ピッチＬは各計測点の間隔を決定する
パラメータであり、計測ピッチＬが小さいほど各計測点
の間隔は小さくなり、最終的に測定された断面輪郭形状
は真値に近いものになるが、計測時間は長くなる。
【００１６】ステップ３では、ステップ１において測定
された第１の仮点ａの座標値（ｘ0，ｙ0 ）及びステッ
プ２において測定された第２の仮点ｂの座標値（ｘ1 ，
ｙ1）から、第３の仮点ｃの座標値（ｘ2 ，ｙ2 ）を設
定するとともに、第３の仮点ｃにおける法線ベクトルを
算出する。ここで、第３の仮点ｃの座標値（ｘ2 ，
ｙ 2 ）は、式（１）及び式（２）により設定する。
された第１の仮点ａの座標値（ｘ0，ｙ0 ）及びステッ
プ２において測定された第２の仮点ｂの座標値（ｘ1 ，
ｙ1）から、第３の仮点ｃの座標値（ｘ2 ，ｙ2 ）を設
定するとともに、第３の仮点ｃにおける法線ベクトルを
算出する。ここで、第３の仮点ｃの座標値（ｘ2 ，
ｙ 2 ）は、式（１）及び式（２）により設定する。
【００１７】
【数１】
【００１８】すなわち、第３の仮点ｃは、第１の仮点ａ
と第２の仮点ｂを結ぶ線分の延長線上にあり、かつ第２
の仮点ｂから計測ピッチＬだけ離れた点として設定す
る。また、法線ベクトルは第１の仮点ａと第２の仮点ｂ
とを結ぶ直線に垂直なベクトルとなる。
と第２の仮点ｂを結ぶ線分の延長線上にあり、かつ第２
の仮点ｂから計測ピッチＬだけ離れた点として設定す
る。また、法線ベクトルは第１の仮点ａと第２の仮点ｂ
とを結ぶ直線に垂直なベクトルとなる。
【００１９】ステップ４では、ステップ１において算出
された法線ベクトルがレーザービームの照射方向と平行
になるように、回転装置により被測定体１２を回転させ
る。図３に示すように、第１の仮点ａと第２の仮点ｂと
を結ぶ直線とＹ軸とのなす角をθとすると、法線ベクト
ルがレーザービームの照射方向と平行になるようにする
には、２つの仮点を結ぶ直線をＹ軸に平行となるように
すればよいから、被測定体１２を回転角θだけ回転させ
る。ここで回転角θは第１の仮点ａ及び第２の仮点ｂの
座標値から式（３）により与えられる。
された法線ベクトルがレーザービームの照射方向と平行
になるように、回転装置により被測定体１２を回転させ
る。図３に示すように、第１の仮点ａと第２の仮点ｂと
を結ぶ直線とＹ軸とのなす角をθとすると、法線ベクト
ルがレーザービームの照射方向と平行になるようにする
には、２つの仮点を結ぶ直線をＹ軸に平行となるように
すればよいから、被測定体１２を回転角θだけ回転させ
る。ここで回転角θは第１の仮点ａ及び第２の仮点ｂの
座標値から式（３）により与えられる。
【００２０】
【数２】
【００２１】図４は、図３に示す被測定体１２が初期値
の状態から回転角θだけ回転されたときの状態を示して
いる。なお、（ｘ0 ′，ｙ0 ′）、（ｘ1 ′，
ｙ1 ′）、（ｘ2 ′，ｙ2 ′）はそれぞれ、回転角θだ
け回転後の、第１〜第３の各仮点の座標値である。ここ
で、回転角θだけ回転された後の第３の仮点ｃの座標値
（ｘ2′，ｙ2 ′）は、回転前の第３の仮点ｃの座標値
（ｘ2 ，ｙ2 ）を基に、式（４）及び式（５）により与
えられる。（ｘ0 ′，ｙ0 ′）及び（ｘ1 ′，ｙ1 ′）
についても同様にして求められる。
の状態から回転角θだけ回転されたときの状態を示して
いる。なお、（ｘ0 ′，ｙ0 ′）、（ｘ1 ′，
ｙ1 ′）、（ｘ2 ′，ｙ2 ′）はそれぞれ、回転角θだ
け回転後の、第１〜第３の各仮点の座標値である。ここ
で、回転角θだけ回転された後の第３の仮点ｃの座標値
（ｘ2′，ｙ2 ′）は、回転前の第３の仮点ｃの座標値
（ｘ2 ，ｙ2 ）を基に、式（４）及び式（５）により与
えられる。（ｘ0 ′，ｙ0 ′）及び（ｘ1 ′，ｙ1 ′）
についても同様にして求められる。
【００２２】
【数３】
【００２３】ステップ５では、レーザービームがレーザ
ーセンサの精度が最も高い測定距離すなわち焦点距離に
おいて図４に示す第３の仮点ｃに対して照射するように
レーザーセンサを移動させる。具体的に言うと、レーザ
ービームはＸ軸に対して平行に照射されるから、レーザ
ーセンサのレーザービーム照射位置のＹ座標は図４に示
す第３の仮点ｃのＹ座標ｙ2 ′となる。また、一般にレ
ーザーセンサには測定精度が最も高くなる測定距離すな
わち焦点距離があるから、レーザーセンサから第３の仮
点ｃまでの距離が焦点距離と等しくなるようにレーザー
センサを移動させる必要がある。すなわちレーザーセン
サのレーザービーム照射位置のＸ座標は、図４に示す第
３の仮点ｃのＸ座標ｘ2 ′に焦点距離を加算した値とな
る。
ーセンサの精度が最も高い測定距離すなわち焦点距離に
おいて図４に示す第３の仮点ｃに対して照射するように
レーザーセンサを移動させる。具体的に言うと、レーザ
ービームはＸ軸に対して平行に照射されるから、レーザ
ーセンサのレーザービーム照射位置のＹ座標は図４に示
す第３の仮点ｃのＹ座標ｙ2 ′となる。また、一般にレ
ーザーセンサには測定精度が最も高くなる測定距離すな
わち焦点距離があるから、レーザーセンサから第３の仮
点ｃまでの距離が焦点距離と等しくなるようにレーザー
センサを移動させる必要がある。すなわちレーザーセン
サのレーザービーム照射位置のＸ座標は、図４に示す第
３の仮点ｃのＸ座標ｘ2 ′に焦点距離を加算した値とな
る。
【００２４】ステップ６では、第３の仮点ｃに向けて照
射されたレーザービームが到達した被測定体１２の断面
輪郭表面上の点を第１の計測点とし、この第１の計測点
Ｐ1の座標値（ｐ1 ′，ｑ1 ′）を測定する。第３の仮
点ｃに向けて照射されたレーザービームは、第１の計測
点Ｐ1 に対して必ずしも完全な垂直入射とはならず、垂
直入射に対して僅かながらズレて入射されるが、第１の
計測点Ｐ1 は第３の仮点ｃの近傍に存在することから、
このズレはレーザーセンサの測定精度に影響を与えない
程度に小さいものであり、また、計測ピッチＬを小さく
設定すればするほどズレは小さくなる。ところで、測定
された第１の計測点Ｐ1 の座標値（ｐ1′，ｑ1 ′）は
被測定体１２が回転角θ分だけ初期位置より回転された
位置での値であるから、これを図３に示す被測定体１２
の初期位置における座標値（ｐ1，ｑ1 ）に変換し、こ
の座標値を第１の計測点Ｐ1 の座標値として記憶する。
射されたレーザービームが到達した被測定体１２の断面
輪郭表面上の点を第１の計測点とし、この第１の計測点
Ｐ1の座標値（ｐ1 ′，ｑ1 ′）を測定する。第３の仮
点ｃに向けて照射されたレーザービームは、第１の計測
点Ｐ1 に対して必ずしも完全な垂直入射とはならず、垂
直入射に対して僅かながらズレて入射されるが、第１の
計測点Ｐ1 は第３の仮点ｃの近傍に存在することから、
このズレはレーザーセンサの測定精度に影響を与えない
程度に小さいものであり、また、計測ピッチＬを小さく
設定すればするほどズレは小さくなる。ところで、測定
された第１の計測点Ｐ1 の座標値（ｐ1′，ｑ1 ′）は
被測定体１２が回転角θ分だけ初期位置より回転された
位置での値であるから、これを図３に示す被測定体１２
の初期位置における座標値（ｐ1，ｑ1 ）に変換し、こ
の座標値を第１の計測点Ｐ1 の座標値として記憶する。
【００２５】ステップ７では、測定対象としている被測
定体１２の断面の輪郭上の全てにおいて測定が行われた
かどうかについて判断する。測定はほぼ計測ピッチＬの
間隔で行われるから、断面の輪郭の長さを計測ピッチＬ
で除したときの商の値が測定データの個数とほぼ一致す
ることになる。測定対象としている被測定体１２の断面
の輪郭上の全てにおいて測定が行われた場合は測定を終
了し、一方、未測定領域が存在する場合はステップ８へ
進む。
定体１２の断面の輪郭上の全てにおいて測定が行われた
かどうかについて判断する。測定はほぼ計測ピッチＬの
間隔で行われるから、断面の輪郭の長さを計測ピッチＬ
で除したときの商の値が測定データの個数とほぼ一致す
ることになる。測定対象としている被測定体１２の断面
の輪郭上の全てにおいて測定が行われた場合は測定を終
了し、一方、未測定領域が存在する場合はステップ８へ
進む。
【００２６】ステップ８では、仮点及びこれまでに測定
された計測点の座標値から、次の計測点を測定する際に
必要な第１及び第２の仮点を設定する。例えば、第２の
計測点Ｐ2 の測定に際しては、第１の計測点Ｐ1 の測定
に際して使用した第２の仮点の座標値（ｘ1 ，ｙ1 ）を
第２の計測点Ｐ2 の測定における第１の仮点の座標値
（ｘ0 ，ｙ0 ）とするとともに、測定された第１の計測
点Ｐ1 の座標値（ｐ1 ，ｑ1 ）を第２の計測点の測定に
おける第２の仮点の座標値（ｘ1 ，ｙ1 ）とする。さら
に、第３の計測点Ｐ3 の測定に際しては、測定された第
１の計測点Ｐ1 の座標値（ｐ1 ，ｑ1 ）を第３の計測点
Ｐ3 の測定における第１の仮点の座標値（ｘ0 ，ｙ0 ）
とするとともに、測定された第２の計測点Ｐ2 の座標値
（ｐ2 ，ｑ2 ）を第３の計測点Ｐ3 の測定における第２
の仮点の座標値（ｘ1 ，ｙ1 ）とする。以降、第ｎの計
測点Ｐn の測定に際しては、測定された第（ｎ−２）の
計測点Ｐ(n-2) の座標値（ｐ(n-2) ，ｑ(n-2) ）を第ｎ
の計測点Ｐn の測定における第１の仮点の座標値
（ｘ0 ，ｙ0 ）とするとともに、測定された第（ｎ−
１）の計測点Ｐ(n-1) の座標値（ｐ(n-1) ，ｑ(n-1) ）
を第ｎの計測点Ｐn の測定における第２の仮点の座標値
（ｘ1 ，ｙ1 ）とする。
された計測点の座標値から、次の計測点を測定する際に
必要な第１及び第２の仮点を設定する。例えば、第２の
計測点Ｐ2 の測定に際しては、第１の計測点Ｐ1 の測定
に際して使用した第２の仮点の座標値（ｘ1 ，ｙ1 ）を
第２の計測点Ｐ2 の測定における第１の仮点の座標値
（ｘ0 ，ｙ0 ）とするとともに、測定された第１の計測
点Ｐ1 の座標値（ｐ1 ，ｑ1 ）を第２の計測点の測定に
おける第２の仮点の座標値（ｘ1 ，ｙ1 ）とする。さら
に、第３の計測点Ｐ3 の測定に際しては、測定された第
１の計測点Ｐ1 の座標値（ｐ1 ，ｑ1 ）を第３の計測点
Ｐ3 の測定における第１の仮点の座標値（ｘ0 ，ｙ0 ）
とするとともに、測定された第２の計測点Ｐ2 の座標値
（ｐ2 ，ｑ2 ）を第３の計測点Ｐ3 の測定における第２
の仮点の座標値（ｘ1 ，ｙ1 ）とする。以降、第ｎの計
測点Ｐn の測定に際しては、測定された第（ｎ−２）の
計測点Ｐ(n-2) の座標値（ｐ(n-2) ，ｑ(n-2) ）を第ｎ
の計測点Ｐn の測定における第１の仮点の座標値
（ｘ0 ，ｙ0 ）とするとともに、測定された第（ｎ−
１）の計測点Ｐ(n-1) の座標値（ｐ(n-1) ，ｑ(n-1) ）
を第ｎの計測点Ｐn の測定における第２の仮点の座標値
（ｘ1 ，ｙ1 ）とする。
【００２７】ステップ８において新たな仮点が設定され
た後は、再びステップ３以降の処理を行わせる。このよ
うにして第２以降の計測点の座標値を逐次測定し、これ
により被測定体断面の輪郭形状を測定する。
た後は、再びステップ３以降の処理を行わせる。このよ
うにして第２以降の計測点の座標値を逐次測定し、これ
により被測定体断面の輪郭形状を測定する。
【００２８】上記の実施形態は、図２に示す３次元物体
としての被測定体１２の任意の断面の輪郭形状を測定す
るものであったが、レーザーセンサ１１を被測定体１２
の回転軸Ｃに沿って移動可能にすれば、被測定体１２の
複数の断面の輪郭形状が測定可能になり、これにより被
測定体の表面全体の形状を測定することができるように
なる。そこで、２つのアクチュエータによりＸ軸及びＹ
軸のそれぞれと平行に移動可能にされた上記実施形態の
レーザーセンサ１１に対し、この２つのアクチュエータ
に加えＺ軸用のアクチュエータを設置する。すなわち、
レーザーセンサ１１は、３つのアクチュエータによりＸ
軸、Ｙ軸、及びＺ軸のそれぞれと平行に移動可能にす
る。これによりレーザーセンサ１１は、被測定体１２の
回転軸Ｃに対しても平行に移動可能になる。
としての被測定体１２の任意の断面の輪郭形状を測定す
るものであったが、レーザーセンサ１１を被測定体１２
の回転軸Ｃに沿って移動可能にすれば、被測定体１２の
複数の断面の輪郭形状が測定可能になり、これにより被
測定体の表面全体の形状を測定することができるように
なる。そこで、２つのアクチュエータによりＸ軸及びＹ
軸のそれぞれと平行に移動可能にされた上記実施形態の
レーザーセンサ１１に対し、この２つのアクチュエータ
に加えＺ軸用のアクチュエータを設置する。すなわち、
レーザーセンサ１１は、３つのアクチュエータによりＸ
軸、Ｙ軸、及びＺ軸のそれぞれと平行に移動可能にす
る。これによりレーザーセンサ１１は、被測定体１２の
回転軸Ｃに対しても平行に移動可能になる。
【００２９】この３軸に移動可能にされたレーザーセン
サ１１による被測定体１２の表面全体の形状の測定手順
としては、まずレーザーセンサ１１をＺ軸方向（すなわ
ちＣ軸方向）に移動させ、レーザービームが被測定体１
２の一方の端部を照射するよう位置決めする。次に、被
測定体１２の他方の端部に向けてレーザーセンサ１１を
Ｚ軸方向に計測ピッチＬZ 分だけ移動させ、このＺ座標
位置における被測定体１２の断面の輪郭形状を図１に示
す前述の測定手順にしたがい測定する。このＺ座標位置
における測定の終了後、再度レーザーセンサ１１をＺ軸
方向に計測ピッチＬZ 分だけ移動させ、このＺ座標位置
における被測定体１２の断面の輪郭形状を同様にして測
定する。これらの処理をレーザービームが被測定体１２
の他方の端部を照射する位置まで繰り返すことにより、
被測定体の表面全体の形状データを得る。図５は、この
測定手順にしたがい測定された被測定体の測定データ
（座標データ）に基づき、被測定体の形状を立体的にグ
ラフィック表示した図である。
サ１１による被測定体１２の表面全体の形状の測定手順
としては、まずレーザーセンサ１１をＺ軸方向（すなわ
ちＣ軸方向）に移動させ、レーザービームが被測定体１
２の一方の端部を照射するよう位置決めする。次に、被
測定体１２の他方の端部に向けてレーザーセンサ１１を
Ｚ軸方向に計測ピッチＬZ 分だけ移動させ、このＺ座標
位置における被測定体１２の断面の輪郭形状を図１に示
す前述の測定手順にしたがい測定する。このＺ座標位置
における測定の終了後、再度レーザーセンサ１１をＺ軸
方向に計測ピッチＬZ 分だけ移動させ、このＺ座標位置
における被測定体１２の断面の輪郭形状を同様にして測
定する。これらの処理をレーザービームが被測定体１２
の他方の端部を照射する位置まで繰り返すことにより、
被測定体の表面全体の形状データを得る。図５は、この
測定手順にしたがい測定された被測定体の測定データ
（座標データ）に基づき、被測定体の形状を立体的にグ
ラフィック表示した図である。
【００３０】
【発明の効果】本発明によれば、回転装置に取り付けら
れた被測定体の表面にレーザービームを照射することに
より被測定体の断面輪郭形状を計測する測定方法におい
て、被測定体の表面上に仮に設定した任意の２点の仮点
の座標値を測定し、この２点の仮点を結ぶ直線に垂直な
法線ベクトルを算出し、一定方向にレーザービームを照
射可能にされた投光・受光一体型のレーザーセンサが照
射するレーザービームが、この法線ベクトルと平行にな
るように回転装置を動作させることにより被測定体を回
転させ、これにより２点の仮点の近傍に存在する被測定
体表面の計測点においてレーザービームがほぼ垂直に入
射されるようにしたので、被測定体の表面形状が不定形
であるもの、例えば複雑な凹凸が存在する表面形状につ
いても、各計測点においてレーザービームがほぼ垂直に
入射されるようになり、これにより投光・受光一体型の
レーザーセンサにより被測定体の断面輪郭形状を高精度
に測定できるようになッた。
れた被測定体の表面にレーザービームを照射することに
より被測定体の断面輪郭形状を計測する測定方法におい
て、被測定体の表面上に仮に設定した任意の２点の仮点
の座標値を測定し、この２点の仮点を結ぶ直線に垂直な
法線ベクトルを算出し、一定方向にレーザービームを照
射可能にされた投光・受光一体型のレーザーセンサが照
射するレーザービームが、この法線ベクトルと平行にな
るように回転装置を動作させることにより被測定体を回
転させ、これにより２点の仮点の近傍に存在する被測定
体表面の計測点においてレーザービームがほぼ垂直に入
射されるようにしたので、被測定体の表面形状が不定形
であるもの、例えば複雑な凹凸が存在する表面形状につ
いても、各計測点においてレーザービームがほぼ垂直に
入射されるようになり、これにより投光・受光一体型の
レーザーセンサにより被測定体の断面輪郭形状を高精度
に測定できるようになッた。
【００３１】また、レーザーセンサを被測定体の回転軸
に沿って移動可能にすれば、被測定体の複数の断面の輪
郭形状が測定可能になり、これにより被測定体の表面全
体の形状を測定することができるようになった。
に沿って移動可能にすれば、被測定体の複数の断面の輪
郭形状が測定可能になり、これにより被測定体の表面全
体の形状を測定することができるようになった。
【図１】本発明の一実施形態における、被測定体１２の
断面輪郭形状測定方法の処理フローを示すフローチャー
トである。
断面輪郭形状測定方法の処理フローを示すフローチャー
トである。
【図２】本発明の一実施形態における、回転軸Ｃの回り
に回転可能にされた複雑な表面形状を有する被測定体１
２の表面形状を、移動可能にされたレーザーセンサ１１
により測定する様子を示す概念図である。
に回転可能にされた複雑な表面形状を有する被測定体１
２の表面形状を、移動可能にされたレーザーセンサ１１
により測定する様子を示す概念図である。
【図３】本発明の一実施形態における、被測定体１２の
任意の断面の輪郭形状を測定する際の、レーザーセンサ
１１、被測定体１２、及び座標軸の関係を示す図であ
る。
任意の断面の輪郭形状を測定する際の、レーザーセンサ
１１、被測定体１２、及び座標軸の関係を示す図であ
る。
【図４】本発明の一実施形態における、図３に示す被測
定体１２が初期値の状態から回転角θだけ回転されたと
きの状態を示す図である。
定体１２が初期値の状態から回転角θだけ回転されたと
きの状態を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態における、測定された被測
定体１２の測定データ（座標データ）に基づき、被測定
体１２の形状を立体的にグラフィック表示した図であ
る。
定体１２の測定データ（座標データ）に基づき、被測定
体１２の形状を立体的にグラフィック表示した図であ
る。
１１ レーザーセンサ １２ 被測定体 ａ 第１の仮点 ｂ 第２の仮点 ｃ 第３の仮点 Ｐ1 第１の計測点
Claims (2)
- 【請求項１】回転装置に取り付けられた被測定体の表面
にレーザービームを照射することにより被測定体の断面
輪郭形状を計測する測定方法において、一定方向にレー
ザービームを照射可能にされた投光・受光一体型のレー
ザーセンサより被測定体に対してレーザービームを照射
することにより第１の仮点としての被測定体表面の任意
の１点の座標値を測定し（ステップ１）、次いでレーザ
ーセンサを予め設定された計測ピッチ分だけ第１の仮点
の測定位置から移動させレーザービームを照射すること
により第２の仮点としての被測定体表面の座標値を測定
し（ステップ２）、前記第１、第２の仮点の座標値及び
計測ピッチより第３の仮点の座標値を設定するとともに
該第３の仮点における法線ベクトルを算出し（ステップ
３）、該法線ベクトルがレーザービームの照射方向と平
行になるように前記回転装置を動作させることにより被
測定体を回転させ（ステップ４）、次いでレーザービー
ムがレーザーセンサの精度が最も高い測定距離すなわち
焦点距離において前記第３の仮点に対して照射するよう
に前記レーザーセンサを移動させ（ステップ５）、以上
の操作によりレーザービームが照射された被測定体表面
の第１の計測点の座標値を測定し（ステップ６）、以
降、仮点及び測定された計測点の座標値を基に前記ステ
ップ３〜ステップ６の処理を繰り返すことにより第２以
降の計測点の座標値を逐次測定し、これにより被測定体
断面の輪郭形状を測定するようにしたことを特徴とする
被測定体の断面輪郭形状測定方法。 - 【請求項２】前記レーザーセンサを回転装置に取り付け
られた被測定体の回転軸に対して平行に移動可能にする
ことにより、請求項１記載の断面形状測定方法を用いて
被測定体の複数の断面の輪郭形状を測定可能にし、これ
により被測定体の表面全体の形状を測定するようにした
ことを特徴とする被測定体の３次元形状測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8185350A JP3029572B2 (ja) | 1996-06-27 | 1996-06-27 | 被測定体の断面輪郭形状測定方法及び３次元形状測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8185350A JP3029572B2 (ja) | 1996-06-27 | 1996-06-27 | 被測定体の断面輪郭形状測定方法及び３次元形状測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1019526A true JPH1019526A (ja) | 1998-01-23 |
| JP3029572B2 JP3029572B2 (ja) | 2000-04-04 |
Family
ID=16169259
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8185350A Expired - Fee Related JP3029572B2 (ja) | 1996-06-27 | 1996-06-27 | 被測定体の断面輪郭形状測定方法及び３次元形状測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3029572B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101881602A (zh) * | 2010-07-06 | 2010-11-10 | 西安交通大学 | 大型复杂叶片类零件的装配精度检测方法 |
| CN116222439A (zh) * | 2021-12-03 | 2023-06-06 | 广州广重企业集团有限公司 | 一种基于5g的回转件加工的粗糙度检测方法以及检测系统 |
-
1996
- 1996-06-27 JP JP8185350A patent/JP3029572B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101881602A (zh) * | 2010-07-06 | 2010-11-10 | 西安交通大学 | 大型复杂叶片类零件的装配精度检测方法 |
| CN116222439A (zh) * | 2021-12-03 | 2023-06-06 | 广州广重企业集团有限公司 | 一种基于5g的回转件加工的粗糙度检测方法以及检测系统 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3029572B2 (ja) | 2000-04-04 |
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