JPS60200109A - 三次元形状の自動測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、自動車の外板等三次元曲面の形状を自動的に
Ａｌ１定する三次元形状の自動測定方法に関するもので
ある。

従来、三次元形状を測定する場合水平及び垂直面で移動
可能な触針を手で逐次測定点にセットして、その時のＸ
、Ｙ及びＺ軸の座標値を位置検出器で読取っていた。し
たがって、測定対象物を触針で損傷する恐れがあるだけ
でなく、自動測定は不可能であった。

よって、本発明は非接触でしかも三次元形状を自動測定
する方法を提供することを目的とする６本発明はロボッ
ト先端に非接触測距用の光学系を取イ１け、そしてロボ
ットに面走査させることにより、面走査用の２軸の座標
データと各動作位置での直交軸方向の測距データとを測
定データとすることにより前記目的を達成した。また、
非接触測距用光学系は、第１図に示すように測定対象物
１へ光ビームを照射する光源２と、結像レンズ３を通っ
て反射してきたスポット像の受光軸４に対する一致及び
ずれを検出する受光位置検出器５とから構成する。そし
てこの検出器の出力信号が一致によりゼロとなるように
ロボットを直交軸方向に移動させ、その移動量を基に測
距を行なう。

次に本発明をこれを実施するだめの装置を基に説明する
。

第２図において、１１はロボット１０の本体の伸縮及び
回転可能な胴、１２はスライド可能なアーム。

１３はアーム１２に数句けられたハンドである。このハ
ンドには、第１図に示したような測定対象物１を光ビー
ムで照射する光源、例えばレーザ発振器２と、測定対象
物１からの反射スポット光の結像レンズ３及びそのスポ
ｙ）像を受光する受光位置検出器５を含むカメラとから
成る光学系がド方に向けられて数句けられている。受光
位置検出器５は、例えば光スポットの位置検出用センサ
として周知のシリコンフォトダイオードを応用したＰＳ
Ｄ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ　５ｅｎｓｉｔｉｖｅＤｅｖｉｃ
ｅ）を利用し、ＰＳＤの出力電流を演算回路により電圧
変換を行ない、スポ・ント像が受光軸と一致したときは
ゼロ信号、そして上又は下へずれると正又は負の対応し
たレベルの位置信号を発生させる。１５はロポッ）１０
の動作位置を制御するロボット制御装置であり、胴１１
の伸縮によりＺ軸上の移動、胴１１の回転及びアームＩ
２のスライドによりＸ軸及びＹ軸により規定される面の
走査を行わせる。

第３図は、ロボット制御装置１５のうち胴１１の伸縮駆
動を行うサーボモータ７を制御するＺ軸制御部２０と、
本発明による付加回路部３ｏとを示す。Ｚ軸制御部２０
のうち、２１はサーボモータ７に連動して胴１１のＺ軸
位置に相当する信号を発生する位置検出器例えばロータ
リエンコーダ８の指示値とＹ軸の各座標データＡｎとを
比較する比較器、２２はＤ／Ａコンバータ、２３はトラ
イ八である。付加回路部３０のうち、　３１は受光位置
検出器５の出力信号とセロレベルとを比較する比較器、
３２は増幅器、３３はアナログスイッチ、３４は増幅器
３２のゼロ出力を検出するゼロ検出回路、３５はこのゼ
ロ出力の発生時点で位置検出器８の指示値を記録するレ
ジスタである。アナログスイッチ３３は、ロボットｌＯ
が各動作位置に移動するごとにロボット制御装置１５で
発生する選択信号により増幅器３２の出力を選択する。

また、この選択信号はゼロ検出回路３４にも供給され、
この人力ごとにゼロ検出動作を行う。

動作は次の通りである。

測定に先立って、ロポーｙト１０の動作位置を規定する
Ｘ軸及びＹ軸の座標データ並びに光学系２〜５を測定対
象物７の表面より手前であってその動作可能範囲に位置
伺けするＹ軸の座標データを例えばＣＡＤシステムより
数値データとしてロボット制御装置１５へ入力する。測
定に際しては、先ず座標データＸｉ、Ｙｌによりロボッ
ト１０はＸ及びＹ軸位置を規定され、また座標データＺ
ｌが比較器２１へ与えられることによりＺ軸方向の位置
を規定さ、ル。

したかって光学系２〜５は測定点ａに位置決めされる。

続いて前記の選択信号が供給されると、アナログスイッ
チ３３が切換わる。この状態でグ光位置検出器５へは測
定点ａの真下の測定対象物ｌから反射スポットが受光軸
４に対してずれて入射しており、比較器３１は対応する
極性及び及び振幅の誤差信号を発生している。したがっ
てサーボモータ７は光学系２〜５を距離Ｚｌ’だけ下降
させる。

そしてゼロ検出回路３４はロボット１０のこの測距動作
終了を意味する増幅器３２のゼロ出力を検出してその時
点の受光位置検出器８の指示値Ｚｌ＋ＺＩ′をレジスタ
３５に記録させる。ただし、測定点ａの座標値が図示の
場合と異り測定対象物ｌの内側に設定されている場合、
サーボモータ７は比較器３１の逆極性の誤差信号に応答
して光学系２〜５を上ｙさせ、指示値はＺｌ−Ｚｌ’と
なる。

次に測定点すの座標データＸ２　、　Ｙ２　、２２に対
応するロボット動作が行われ１次の選択信号により伺加
回路３０は同様にＹ軸の測距動作を行ない、レジスタ３
５に測定点すの指示値Ｚ２＋２２′が記録される。以下
ロボット１０が測定点ｃ、ｄ・・・・・・と移動するご
とに、Ｚ軸の指示値Ｚ３＋２３　′、　Ｚ４＋　２４　
’・・・・・・が得られる。さらにロポント１０は測定
対象物ｌのこのような横方向の走査を縦方向に繰り返す
ことにより、その都度のＹ軸及びＹ軸の座標値と併せて
測定対象物ｌの全表面の三次元形状の測定データＸｌ、
　Ｙｌ、Ｚｌ＋Ｚｌ′；　Ｘ２．Ｙ２．Ｚ２＋Ｚ２’　
；　・−・−＝−；Ｘｎ、　Ｙｎ、　Ｚｎ＋Ｚｎ′が得
られる。

尚、前述の実施例においては、Ｚ軸方向のロボット測距
動作を胴１１の伸縮のみで行わせたが、伸縮しない回転
・旋回式のロポントを用いても同様に面走査しつつ、そ
の直交方向に測距を行うことは可能である。また測距方
向は垂直方向に限らず、例えば水平方向にすることもで
きる。第３図において、比較器３１は受光位置検出器５
の出力信号の電圧増幅器と置換することも考えられる。

以北、本発明により三角測量法の原理を利用した光学系
をロポ７）先端４こ取付け、ロポ、ントに面走査をさせ
つつ直交軸方向の測距を行うことにより、非接触の三次
元形状の測定が可能となる。また、光学系のスポット像
を受光する検出器が、受光軸と一致するとゼロに信号を
出力し、ずれに対応した位置信号を出力するために簡単
、かつ高精度にサーボ制御による測定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による三角測量法を利用した測距方法の
説明図、第２図は本発明を実施する装置の概略構成図、
第３図はその主要部のブロック回路図並びに第４図はそ
の動作説明図である。 ■・・・測定対象物、２・・・光源、５・・・受光位置
検出器 代理人　福　留　正　治 第１　同 第２図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 測定対象物へ光ビームを照射する光源とその反射光ヒー
   ムのスポット像が受光軸に一致するとゼロ信号をそして
   ずれると対応したレベル及び極性の位置信号を出力する
   受光位置検出器とを備えた光学系をロボットの先端に取
   付け、 前記ロボットを前記受光位置検出器の出力信号がゼロに
   なるようにサーボ制御によりＸ、Ｙ及びＺ軸の３軸のう
   ち１つの軸上を移動し得条ようにし、 測定に際して前記ロボットを、残りの２軸により規定さ
   れる平面を走査する座標データ並びにこの各座標データ
   位置で前記受光位置検出器が動作し得る範囲の前記１つ
   の軸の座標データを動作位置データとして作動させ、 前記ロボットが前記平面走査のために各動作位置へ移動
   するごとに、前記受光位置検出器を作動させて、前記ロ
   ボットを前記１つの軸上で移動させることにより、前記
   ゼロ信号が発生した時点の前記１つの軸の座標値を検出
   し、 しかして、各動作位置の前記残りの２つの軸の座標デー
   タ並びに前記１つの軸の検出した座標値を測定データと
   することを特徴とする三次元形状の自動測定方法。