JPS6080705A - Measuring method of three-dimensional object - Google Patents
Measuring method of three-dimensional objectInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、立体物を非接触で測定する測定方法に関する
。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a measurement method for measuring three-dimensional objects in a non-contact manner.
一般に、被測定物の寸法や形状を測定するものとして、
タッチ信号プローブを二次元または三次元方向へ移動可
能に構成し、そのプローブが棺測定物に当接した時点の
プローブの移動変位量から被測定物の寸法や形状を測定
する、いわゆる立体物測定装置が知られている。In general, for measuring the dimensions and shape of objects to be measured,
So-called three-dimensional object measurement, in which a touch signal probe is configured to be movable in two or three dimensions, and the dimensions and shape of the object to be measured are measured from the amount of displacement of the probe when it comes into contact with the object to be measured. The device is known.
従来、この種の装置では、被測定物にプローブを当接さ
せる形式のため、その当接力や当接姿勢等によって誤差
が生じ易いばかりか、プローブに原点復帰性、全方向性
、オーバーストローク許容性等の機能がめられる結果、
高価にならざるを得ない。しかも、被測定物がプラスッ
チク部材等の比較的弾性がある材料の場合には、測定不
可能な場合もある。Conventionally, in this type of device, the probe is brought into contact with the object to be measured, which not only tends to cause errors due to the contact force and contact posture, but also requires the probe to have return-to-origin, omnidirectionality, and overstroke tolerance. As a result of sexual and other functions being considered,
It has to be expensive. Furthermore, if the object to be measured is a relatively elastic material such as a plastic member, measurement may not be possible.
ここに、非接触型の測定機が要請される。これには、光
学式、電磁式等が考えられるが、今だ実用価値あるもの
の出現を見ない。この理由は、方向性やストロークに対
する特性が不安定であることに起因する結果と思われる
。This requires a non-contact measuring device. Optical and electromagnetic methods are conceivable, but we have yet to see anything of practical value emerge. The reason for this is thought to be the result of unstable characteristics with respect to directionality and strokes.
ここにおいて、本発明の目的は、このような従来の測定
方法の欠点を解消し、高能率で、かつ高精度な測定が可
能な立体物の測定方法を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for measuring three-dimensional objects that eliminates the drawbacks of the conventional measuring methods and enables highly efficient and highly accurate measurement.
そのため、本発明では、被測定物を回動させるとともに
、被測定物の回動軸線と交差する方向へ移動可能な非接
触型の距離検出器から光ビームを被測定物表面へ照射す
る一方、被測定物表面からの反射光を利用して前記距離
検出器から被測定物表面までの距離が一定となるように
距離検出器を移動させ、被測定物が停止したとき距離検
出器の初期位置に対する移動量から被測定物の測定箇所
の座標をめることにより、上記目的を達成しようとする
ものである。Therefore, in the present invention, while the object to be measured is rotated, a light beam is irradiated onto the surface of the object to be measured from a non-contact distance detector that can be moved in a direction intersecting the axis of rotation of the object to be measured. The distance detector is moved using the reflected light from the surface of the object to be measured so that the distance from the distance detector to the surface of the object to be measured is constant, and when the object to be measured stops, the initial position of the distance detector is The above object is achieved by determining the coordinates of the measurement point of the object from the amount of movement relative to the object.
そこで、はじめに、本発明の測定原理を説明する。まず
、第1図に示す如く、被測定物Wを回転円板E上におき
、その回転円板Eの回動中心Oより距離Aだけ離れた位
置Bにレーザビーム投受光器Gをおく、ここで、距離A
はレーザビーム投受光器Gのレーザビームの焦点距離で
ある。Therefore, first, the measurement principle of the present invention will be explained. First, as shown in FIG. 1, the object to be measured W is placed on a rotating disk E, and the laser beam projector/receiver G is placed at a position B that is a distance A away from the center of rotation O of the rotating disk E. Here, distance A
is the focal length of the laser beam of the laser beam emitter/receiver G.
この状態において、レーザビーム投受光器Gからレーザ
ビームを被測定物Wの測定点P+へ照射する一方、レー
ザビームの焦点が測定点P1に結ばれるようにレーザビ
ーム投受光器Gを回動中心0と交差する方向へ移動させ
ると、レーザビーム投受光器Gは前記位置Bに対して回
動中心0から被測定物Wの測定点PIまでの距離OPI
だけ左側にある位置Cへ移動される。In this state, while irradiating the laser beam from the laser beam emitter/receiver G to the measurement point P+ of the object W, the laser beam emitter/receiver G is rotated around the center so that the focus of the laser beam is on the measurement point P1. When the laser beam emitter/receiver G is moved in the direction intersecting 0, the distance OPI from the rotation center 0 to the measurement point PI of the object W is moved relative to the position B.
is moved to position C, which is located to the left.
次に、回転円板Eを図中矢示方向へ角度θ1だけ回転さ
せると、測定点P1の位置に測定点P2が位置する。こ
こで、レーザビーム投受光器Gかものレーザビームの焦
点が測定点P2に結ばれるようにレーザビーム投受光器
Gを移動させると。Next, when the rotating disk E is rotated by an angle θ1 in the direction indicated by the arrow in the figure, a measurement point P2 is located at the position of the measurement point P1. Here, if the laser beam emitter/receiver G is moved so that the focal point of the laser beam from the laser beam emitter/receiver G is focused on the measurement point P2.
レーザビーム投受光器Gは前記位IBに対して回動中心
0から測定点P2までの距離1下2だけ移動される。The laser beam projector/receiver G is moved by a distance 1 down 2 from the rotation center 0 to the measurement point P2 with respect to the above position IB.
このようにして、回転円板Eを所定角度づつ回転させ、
その各回動停止位置において被測定物Wの各測定点P+
、p2.Pg 、P4にレーザビームの焦点が順に結
ばれるようにレーザビーム投受光器Gを移動させると、
回動中心0からレーザビーム投受光器Gまでの距離は、
(A+OF+)。In this way, the rotating disk E is rotated by a predetermined angle,
Each measurement point P+ of the object to be measured W at each rotation stop position
, p2. When the laser beam emitter/receiver G is moved so that the laser beam focuses on Pg and P4 in order,
The distance from the rotation center 0 to the laser beam emitter/receiver G is:
(A+OF+).
(A+が72)、(A+OP9)、(A+♂〒4)・・
・と変化する。つまり、レーザビーム投受光器Gの位置
Bからの移動距離は、回動中心0から被測定物Wの各測
定点P+ 、P2 、Pg 、P4・・・なる。(A+ is 72), (A+OP9), (A+♂〒4)...
・Changes. In other words, the moving distance of the laser beam projector/receiver G from the position B is from the rotation center 0 to each measurement point P+, P2, Pg, P4, . . . on the object W to be measured.
このことから、回転円板Eを所定角度づつ回転させ、被
測定物Wの表面上にレーザビームの焦点が順次結ばれる
ようにレーザビーム投受光器Gを移動させ、そのときの
回転円板Eの角度およびレーザビーム投受光器Gの移動
量をめれば、被測定物Wの各測定点P+ 、P2 、P
a 、P4・・・を回動中心Oを原点とする極座標で表
わすことができる。From this, the rotating disk E is rotated by a predetermined angle and the laser beam emitter/receiver G is moved so that the laser beam is sequentially focused on the surface of the object W to be measured, and the rotating disk E is then moved. By calculating the angle of
a, P4, . . . can be expressed in polar coordinates with the rotation center O as the origin.
ここで、各測定点P+ 、P2.Pa 、P4・・・の
極座標は直交座標に変換することができる0例えば、測
定点P2の直交座標X2.y2は、第2図に示す如く、
OP 2 = rとすると、X2−0xa −rcos
θ+ ・・・(1)y2≠03’*+rBlnθ−・
・・(2)となる、このようにして、各測定点P+、P
2゜Pa、P<・・・を直交座標として表わすこともで
きる。Here, each measurement point P+, P2. The polar coordinates of Pa, P4, . . . can be converted to orthogonal coordinates. For example, the orthogonal coordinates y2 is as shown in Figure 2,
If OP 2 = r, then X2-0xa -rcos
θ+ ... (1) y2≠03'*+rBlnθ-・
...(2) In this way, each measurement point P+, P
2°Pa, P<... can also be expressed as orthogonal coordinates.
従って、第1図の回動中心Oを通り紙面に垂直な軸をZ
軸とし、そのZ軸方向にレーザビーム投受光器Gを一定
量づつ移動させ、そのZ軸方向の各位置において前述し
た被測定物Wの二次元形状を極座標または直交座標とし
てめれば、被測定物Wの三次元的形状を簡単にめること
ができる。Therefore, the axis passing through the center of rotation O in Figure 1 and perpendicular to the plane of the paper is Z
If the laser beam emitter/receiver G is moved by a fixed amount in the Z-axis direction, and the two-dimensional shape of the object W to be measured is expressed as polar coordinates or orthogonal coordinates at each position in the Z-axis direction, The three-dimensional shape of the object W to be measured can be easily determined.
次に、本発明の測定方法を実施した立体物測定機の一実
施例を第3図から第9図に基づいて説明する。Next, an embodiment of a three-dimensional object measuring device implementing the measuring method of the present invention will be described based on FIGS. 3 to 9.
第3図は本実施例の立体物測定機の外観を示している。FIG. 3 shows the external appearance of the three-dimensional object measuring device of this embodiment.
同図において、基台llには、その上面−側寄りにポー
ルネジ受け12を介して垂直なZ軸13が上下方向へ昇
降自在に設けられているとともに、上面他側寄りに前記
Z@h13のΦ心軸線と平行な回転軸14の下部が回動
自在に支持されている。回転軸14の上端には、被測定
物Wを載置固定する回転テーブル16が一体的にかつ水
平に設けられているとともに、その回転テーブル16の
下方に真円リング17が装着されている。前記回転テー
ブル16の下面側には、モの回転テーブル16の上下方
向の振れを検出する上下振れ検出器18が対向されてい
るとともに、前記真円リング17の外周には、前記回転
テーブル16の芯振れを検出する芯振れ検出器!9が対
向されれている。In the same figure, a vertical Z-axis 13 is provided on the upper side of the base 11 via a pole screw receiver 12 so as to be vertically movable up and down, and the Z@h13 is provided on the other side of the upper surface. The lower part of the rotating shaft 14 parallel to the Φ-center axis is rotatably supported. A rotary table 16 for mounting and fixing the object W to be measured is integrally and horizontally provided at the upper end of the rotary shaft 14, and a perfect circular ring 17 is mounted below the rotary table 16. A vertical deflection detector 18 for detecting vertical deflection of the rotary table 16 is opposed to the lower surface side of the rotary table 16, and a vertical deflection detector 18 for detecting vertical deflection of the rotary table 16 is disposed on the outer periphery of the perfect circular ring 17. A core runout detector that detects core runout! 9 is facing.
前記上下振れ検出器18は、第4図に示す如く、レーザ
光源21から出射されたレーザービームがコリメータレ
ンズ22よりビームスプリッタ23にて直角に曲げられ
、対物レンズ24を経て回転テーブル16の下面に照射
されるようになっている6回転テーブル16の下面から
の反射光は、前記対物レンズ24およびビームスプリッ
タ23を経て集光レンズ25で集光された後、フォトダ
イオード26で受光される。ここで、レーザービームの
焦点が回転テーブル16の下面に一致せず1例えば回転
テーブル16の下面に対して遠退たり遅過たりすると、
信号処理回路27からフォーカシング信号FC5Iが出
力される。このフォーカシング信号FC3+は増幅器2
8を介して増幅されf−後、光学系全体を上下方向へ移
動させるサーボ機構29へ入力される。これにより、レ
ーザビームの焦点が回転テーブル16の下面に正しく位
置するまで光学系全体が上下方向へ移動される。従って
、回転テーブル16が回転時に上下方向へ振れると、そ
の上下方向の振れ量が光学系全体の移動量として検出さ
れる。As shown in FIG. 4, the vertical vibration detector 18 is configured such that a laser beam emitted from a laser light source 21 is bent at a right angle by a beam splitter 23 from a collimator lens 22, passes through an objective lens 24, and is directed to the lower surface of a rotary table 16. The reflected light from the lower surface of the six-turn table 16, which is to be irradiated, passes through the objective lens 24 and beam splitter 23, is condensed by a condenser lens 25, and is then received by a photodiode 26. Here, if the focus of the laser beam does not match the lower surface of the rotary table 16 and moves away from or lags behind the lower surface of the rotary table 16, for example,
A focusing signal FC5I is output from the signal processing circuit 27. This focusing signal FC3+ is sent to amplifier 2.
After being amplified via f-8, the signal is input to a servo mechanism 29 that moves the entire optical system in the vertical direction. As a result, the entire optical system is moved in the vertical direction until the focus of the laser beam is properly positioned on the lower surface of the rotary table 16. Therefore, when the rotary table 16 swings vertically during rotation, the amount of vertical swing is detected as the amount of movement of the entire optical system.
また、前記芯振れ検出器19は、第5図に示す如く、レ
ーザ光源31から出射されたレーザービームがコリメー
タレンズ32よりビームスプリー。Further, as shown in FIG. 5, the center runout detector 19 causes the laser beam emitted from the laser light source 31 to be beam-splitting from the collimator lens 32.
り33にて直角に曲げられ、対物レンズ34を経て真円
リング17の外周面に照射されるようになっている。真
円リング17の外周面からの反射光は、前記対物レンズ
34およびビームスプリッタ33を経て集光レンズ35
で集光された後、フォトダイオード36で受光される。The beam is bent at a right angle at a bend 33, and is irradiated onto the outer circumferential surface of the perfect circular ring 17 through an objective lens 34. The reflected light from the outer peripheral surface of the perfect circular ring 17 passes through the objective lens 34 and the beam splitter 33, and then enters the condenser lens 35.
After the light is collected by the photodiode 36, the light is received by the photodiode 36.
ここで、レーザービームの焦点が真円リング17の外周
面に一致せず1例えば真円リング17の外周面に対して
遠退たり遅過たりすると、信号処理回路37からフォー
カシング信号F CS 2が出力される。Here, if the focus of the laser beam does not coincide with the outer circumferential surface of the perfect circular ring 17 and moves away or lags behind the outer circumferential surface of the perfect circular ring 17, the focusing signal F CS2 is output from the signal processing circuit 37. Output.
フォーカシング信号F CS 2は増幅器38を介して
増幅された後、光学系全体を水平方向へ移動させるサー
ボ機構39へ入力される。これにより、レーザビームの
焦点が真円リング17の外周面に正しく位置するまで光
学系全体が水平方向へ移動される。従って1回転テーブ
ル16が回転時に芯振れを起すと、モの芯振れ量が光学
系全体の移動量として検出される。The focusing signal F CS 2 is amplified via an amplifier 38 and then input to a servo mechanism 39 that moves the entire optical system in the horizontal direction. As a result, the entire optical system is moved in the horizontal direction until the focus of the laser beam is correctly positioned on the outer peripheral surface of the perfect circular ring 17. Therefore, when the one-turn table 16 causes center runout during rotation, the amount of center runout is detected as the amount of movement of the entire optical system.
また、前記回転軸14の下端には、歯車機構41を介し
て回転軸14を回転させる回転駆動装置としてのモータ
42が連結されているとともに。Further, a motor 42 serving as a rotational drive device for rotating the rotating shaft 14 is connected to the lower end of the rotating shaft 14 via a gear mechanism 41 .
歯車機構43を介して回転テーブル16の回転角位置を
検出する角度検出器49が連結されている。いま、被測
定物Wの大きさを回転テーブル16の回動軸線Oを中心
として半径500mm、つまり直径1mの被測定物Wの
外周形状をIILmの精度で測定する場合に′ついて考
えると1回転テーブル1Bの1回転について、(1mX
w)71gm輪3141600点数を知らなければなら
ない、つまある。このため1本実施例では、1回転で1
0000パルスを発生するインクリメンタルロータリエ
ンコーダ44を用い、それが回転テーブル16の1回転
で400回転、つまり4000000個のパルスが発生
するように前記歯車機構43を構成している。An angle detector 49 that detects the rotational angular position of the rotary table 16 is connected via a gear mechanism 43. Now, if we consider the size of the object W to be measured with a radius of 500 mm centered on the rotation axis O of the rotary table 16, that is, when measuring the outer circumferential shape of the object W with a diameter of 1 m with an accuracy of IILm, one rotation is For one rotation of table 1B, (1mX
w) I have to know the number of 3141600 points for 71gm wheels. For this reason, in this embodiment, 1 revolution per revolution
An incremental rotary encoder 44 that generates 0,000 pulses is used, and the gear mechanism 43 is configured so that one rotation of the rotary table 16 generates 400 rotations, that is, 4,000,000 pulses.
また、回転テーブル16の回転方向の原点検出および読
取り誤差を防ぐために、インクリメンタルロータリエン
コーダ44が1回転つまりlOθ00パルス発生する毎
に1個のパルスを発生させ、そのパルスが400個発生
したときに回転テーブル16が1回転したことを判別す
るようにしている0例えば、第6図に示す如く、インク
リメンタルロータリエンコーダ44で発生したパルスを
変調器45へ、インクリメンタルロータリエンコーダ4
4が1回転する毎に1個発生するパルスを変調器46へ
それぞれ入力させる。変調器45は周波数1区をインク
リメンタルロータリエンコーダ44で発生するパルスで
変調し、一方変調器46は周波数F2をインクリメンタ
ルロータリエンコーダ44がIrff1lIi;ナス何
171個塁外ナスパII/スで亦ボし、この変調器45
および変調器46の出力をカウンタ47へ入力し、その
カウンタ47のカウント数から回転テーブル16の回転
角位置をめるようにしている。従って、例えば変調器4
5の出力が誤動作によって8Il199のとき、変調器
46の出力があった場合は、誤ったカウントをしている
ので、回転テーブル16に回転力を与えるモータ42を
停止させ、測定を再度行なわせる。なお、ロータリーエ
ンコーダのパルスで周波数F+、F2を変調する理由は
、外部からの妨害となるパルスを除き1周波数Fl、F
2の同調回路で誤動作を防ぐためである。In addition, in order to detect the origin in the rotational direction of the rotary table 16 and to prevent reading errors, one pulse is generated every time the incremental rotary encoder 44 makes one revolution, that is, every time lOθ00 pulses are generated, and when 400 pulses are generated, the rotation starts. For example, as shown in FIG.
The pulses generated once each time 4 rotates are input to the modulator 46, respectively. The modulator 45 modulates the frequency 1 with pulses generated by the incremental rotary encoder 44, while the modulator 46 modulates the frequency F2 with the incremental rotary encoder 44 Irff1lIi; This modulator 45
The output of the modulator 46 is inputted to a counter 47, and the rotation angle position of the rotary table 16 is determined from the count number of the counter 47. Therefore, for example modulator 4
If the output of the modulator 46 is 8I1199 due to a malfunction, the count is incorrect, so the motor 42 that applies rotational force to the rotary table 16 is stopped and the measurement is performed again. The reason for modulating the frequencies F+ and F2 with the pulses of the rotary encoder is that one frequency Fl, F2 is modulated by the pulses of the rotary encoder.
This is to prevent malfunctions in the second tuning circuit.
一方、前記Z軸13には、その下端にZ軸13を上下方
向(Z軸方向)へ昇降させる昇降装置51が設けられて
いるとともに、Z軸13に沿ってZ軸13の上下方向の
位置を検出するリニアエンコーダ等の高さ検出器52が
設けられている。また、Z軸13の上下方向の略中夫に
は、水平テーブル53が水平に取付けられている。水平
テーブル53には、被測定物W表面にレーザビームな照
射し、その被測定物W表面からの反射光を利用して被測
定物Wまでの距離を非接触で検知する距離検出器54、
この距離検出器54からの出力信号に応じて前記被測定
物W表面までの距離が一定となるように距離検出器54
を回転テーブル16の回動軸線Oに対して直角に交差す
る方向(例えばZ軸方向)へ進退させる位置決め装置5
6および距離検出器54の移動位置を検出するリニアエ
ンコーダ等の位置検出器55がそれぞれ設けられている
。On the other hand, the Z-axis 13 is provided with a lifting device 51 at its lower end that raises and lowers the Z-axis 13 in the vertical direction (Z-axis direction), and also moves the vertical position of the Z-axis 13 along the Z-axis 13. A height detector 52 such as a linear encoder is provided to detect the height. Furthermore, a horizontal table 53 is horizontally attached to approximately the vertical center of the Z-axis 13 . The horizontal table 53 includes a distance detector 54 that irradiates the surface of the object W with a laser beam and detects the distance to the object W in a non-contact manner using reflected light from the surface of the object W.
The distance detector 54 adjusts the distance to the surface of the object to be measured W to be constant according to the output signal from the distance detector 54.
A positioning device 5 that moves the rotary table 16 forward and backward in a direction perpendicular to the rotation axis O of the rotary table 16 (for example, in the Z-axis direction).
A position detector 55 such as a linear encoder for detecting the moving position of the distance detector 6 and the distance detector 54 is provided, respectively.
前記距離検出器54は、第7図に示す如く、レーザ光源
61からのレーザービームがビームスプリッタ62を直
進して対物レンズ63を経て被測定物Wに照射されるよ
うになっている。被測定物Wからの反射光は対物レンズ
63を経てビームスプリッタ62で直角に曲げられ円筒
レンズ64を経てフォトダイオード受光面65で受光さ
れる。As shown in FIG. 7, the distance detector 54 is configured such that a laser beam from a laser light source 61 passes straight through a beam splitter 62, passes through an objective lens 63, and is irradiated onto the object W to be measured. The reflected light from the object W to be measured passes through an objective lens 63, is bent at a right angle by a beam splitter 62, passes through a cylindrical lens 64, and is received by a photodiode light receiving surface 65.
いま、対物レンズ63と被測定物Wとの距離が第1図の
焦点距離Aに合致した場合は、レーザビームの焦点が被
測定物W上に位置するので、反射光は第8図(A)のフ
ォトダイオード受光面65を構成する受光素子A+ 、
A2.B+ 、B2に円形に表われ、増幅器67かもの
出力は零となる。もし、対物レンズ63と被測定物Wと
の距離が焦点距離Aより大きい場合、つまり被測定物W
と対物レンズ63との距離が遠い場合は、第8図(B)
に示す如く、受光素子Bl、B2のみに像が結ばれるの
で、増幅器67の出力は−Vlとなる。この出力−v■
がサーボ機構等により構成された位置決め装置56に入
力されると、位置決め装M56により出力−Vlが零に
なるまで距離検出器54が回転テーブル16の回動軸線
0に対して直角に交差するX軸方向へ移動され、そのX
軸方向の位置が位置検出器55によって検出される。Now, if the distance between the objective lens 63 and the object W to be measured matches the focal length A shown in FIG. ), a light-receiving element A+ that constitutes the photodiode light-receiving surface 65;
A2. B+ and B2 appear circularly, and the outputs of all amplifiers 67 become zero. If the distance between the objective lens 63 and the object to be measured W is larger than the focal length A, that is, the object to be measured W
When the distance between the objective lens 63 and the objective lens 63 is long, the distance shown in FIG.
As shown in FIG. 2, since the image is focused only on the light receiving elements Bl and B2, the output of the amplifier 67 becomes -Vl. This output -v■
is input to the positioning device 56 configured by a servo mechanism or the like, the positioning device M56 causes the distance detector 54 to cross the rotation axis 0 of the rotary table 16 at right angles until the output -Vl becomes zero. is moved in the axial direction, and its
The axial position is detected by a position detector 55.
前記位置検出器55からの出力は、第9図に示す如く、
演算処理装置71の加減算器72の一方の入力端へ入力
されている。加減算器72は、前記位置検出器55から
の出力を前記芯振れ検出器19からの出力で補正し、前
記距離検出器54の(X)は、合成回路73に入力され
、前記角度検出器49で検出された回転テーブル16の
回転角データ(θ)と合成される。合成回路73からの
合成出力(x、θ)は、次の合成回路74に入力され、
加減算器75からの出力データと合成される。加減算器
75は、前記高さ検出器52からの出力を前記上下振れ
検出器18からの出力で補正し、前記Z軸13の高さつ
まり距離検出器54の高さデータ(0)を算出する。従
って、距離検出器54の高さデータ(θ)と合成回路7
3からの合成出力(x、θ)つまり距離検出器54の位
置データ(X)および回転テーブル16の回転角データ
(θ)とが合成回路74で合成された後、コンピュータ
75へ入力される。コンピュータ75は、制御器76を
介して操作盤77から与えられる指令に従って所定の演
算を行ない、その結果をフロッピー78へ記憶させると
ともに、出力装置79へ出力する。出力装置79は、例
えばプロッター、レコーダ、CRT等で、前記コンピュ
ータ74から占えられるデータを2.3次元画像、直交
座標、極座標、等として表示させる。The output from the position detector 55 is as shown in FIG.
It is input to one input terminal of an adder/subtractor 72 of an arithmetic processing device 71. The adder/subtractor 72 corrects the output from the position detector 55 with the output from the center runout detector 19, and (X) of the distance detector 54 is input to a synthesis circuit 73, which corrects the output from the angle detector 49. This is combined with the rotation angle data (θ) of the rotary table 16 detected at . The composite output (x, θ) from the composite circuit 73 is input to the next composite circuit 74,
It is combined with the output data from the adder/subtractor 75. The adder/subtractor 75 corrects the output from the height detector 52 with the output from the vertical shake detector 18 to calculate the height of the Z-axis 13, that is, the height data (0) of the distance detector 54. . Therefore, the height data (θ) of the distance detector 54 and the synthesis circuit 7
The synthesized output (x, θ) from 3, that is, the position data (X) of the distance detector 54 and the rotation angle data (θ) of the rotary table 16 are synthesized by a synthesis circuit 74 and then input to a computer 75. The computer 75 performs predetermined calculations according to commands given from the operation panel 77 via the controller 76, stores the results in the floppy disk 78, and outputs them to the output device 79. The output device 79 is, for example, a plotter, recorder, CRT, etc., and displays the data obtained from the computer 74 as a 2.3-dimensional image, orthogonal coordinates, polar coordinates, etc.
次に、本実施例の作用を説明する。まず、回転テーブル
16の上面に被測定物Wをセットした後、モータ42を
駆動させると、回転軸14を介して回転テーブル16が
回転される。すると、その回転テーブル16の回転角デ
ータ(θ)が角度検出器49で検出された後、演算処理
装置71へ与えられる。Next, the operation of this embodiment will be explained. First, the object W to be measured is set on the upper surface of the rotary table 16, and then the motor 42 is driven to rotate the rotary table 16 via the rotary shaft 14. Then, the rotation angle data (θ) of the rotary table 16 is detected by the angle detector 49 and then provided to the arithmetic processing unit 71.
一方、回転テーブル16が回転すると、その回転テーブ
ル16の回動軸線Oから被測定物Wの各測定点までの距
離に応じて、距離検出器54からのレーザビームの焦点
が被測定物Wの各測定点上に位置するように距離検出器
54がX軸方向へ移動され、その各移動量が位置検出器
55で検出された後、演算処理装W71の加減算器72
へ入力される。同時に、芯振れ検出器19で検出された
回転軸14の芯振れ量が加減算器72へ入力される。こ
れにより、加減算器72において、前記位置検出器55
から与えられる位置データ(Z)は、前記芯振れ検出器
19からのデータによって補正された後、合成回路73
において、角度検出器49で検出された回転テーブル1
6の回転角データ(θ)と合成される。On the other hand, when the rotary table 16 rotates, the focus of the laser beam from the distance detector 54 changes from the rotation axis O of the rotary table 16 to each measurement point on the target object W. The distance detector 54 is moved in the X-axis direction so as to be located on each measurement point, and after each movement amount is detected by the position detector 55, the adder/subtractor 72 of the arithmetic processing unit W71
is input to. At the same time, the amount of center runout of the rotating shaft 14 detected by the center runout detector 19 is input to the adder/subtractor 72 . As a result, in the adder/subtractor 72, the position detector 55
The position data (Z) given from
, the rotary table 1 detected by the angle detector 49
It is combined with the rotation angle data (θ) of No. 6.
合成回路73からの合成出力(x、θ)は、次の合成回
路74へ入力され、加減算器75からの出力と合成され
る。加減算器75には、高さ検出器52および上下振れ
検出器18からのデータがそれぞれ入力されているので
、その加減算器75からの出力つまりX軸方向の高さデ
ータ(Z)と合成(Xlθ、Z)されコンピュータ75
へ入力される。これにより、コンピュータ75は、与え
られる位置データ(X、)から被測定物W表面の前記回
動軸線0からの寸法を、高さデータ(Z)から被測定物
W表面の回転テーブル16からの高さを、回転角データ
(θ)から被測定物W表面の周方向位置をそれぞれめ、
その結果をフロッピー77へ記憶させる一方、出力装置
79に表示させる。The combined output (x, θ) from the combining circuit 73 is input to the next combining circuit 74, where it is combined with the output from the adder/subtractor 75. Since the data from the height detector 52 and the vertical vibration detector 18 are respectively input to the adder/subtracter 75, the output from the adder/subtracter 75, that is, the height data (Z) in the X-axis direction and the composite (Xlθ , Z) and computer 75
is input to. Thereby, the computer 75 calculates the dimensions of the surface of the object W from the rotation axis 0 from the given position data (X,) and the dimensions of the surface of the object W from the rotary table 16 from the height data (Z). Determine the height and the circumferential position of the surface of the object W from the rotation angle data (θ), respectively.
The results are stored in the floppy disk 77 and displayed on the output device 79.
このようにして、被測定物Wの水平断面形状の測定を、
X軸方向へ繰返えせば、被測定物Wの三次元的形状を測
定することができる。例えば、二次元、三次元形状のほ
か、必要な部分の寸法、平面積、立方体積、中心位置、
或いは被測定物の表面の穴位置、穴の深さ、穴の直径、
突起物の形状、更に表面粗さ等を測定し、それらを測定
値とともに二次元、三次元画像として表示することがで
きる。In this way, the horizontal cross-sectional shape of the object to be measured W is measured.
By repeating this in the X-axis direction, the three-dimensional shape of the object W can be measured. For example, in addition to two-dimensional and three-dimensional shapes, dimensions of necessary parts, plane area, cubic volume, center position,
Or the hole position, hole depth, hole diameter on the surface of the object to be measured,
It is possible to measure the shape of a protrusion, surface roughness, etc., and display them together with the measured values as a two-dimensional or three-dimensional image.
従って、本実施例によれば、接触子を使用することなく
、即ち被測定物Wに物理的外力をかけることなく測定が
できるので、非常に高速にかつ高精度に測定することが
できる。ちなみに、回転テーブル16の回転速度を1回
転15秒とすると。Therefore, according to this embodiment, measurement can be performed without using a contactor, that is, without applying any physical external force to the object to be measured W, so that measurement can be performed at extremely high speed and with high accuracy. By the way, assuming that the rotation speed of the rotary table 16 is 15 seconds per rotation.
XY平面を15秒で測定でき、X軸方向に100層の測
定を行うと、三次元の全測定が1500−25分の速度
で、かつ測定値をlILm以下の精度で測定することが
できる。The XY plane can be measured in 15 seconds, and if 100 layers are measured in the X-axis direction, the total three-dimensional measurement can be performed at a speed of 1500-25 minutes, and the measured values can be measured with an accuracy of less than lILm.
また、距離検出器54の位置データ(X)を芯振れ検出
器19の芯振れ量で補正する一方、距離検出器54の高
さデータ(Z)を上下振れ検出器18の上下振れ量によ
って補正するようにしたので、機械加工上或いは組立上
の誤差が測定値に影響を与えることがなく、従って高精
度の測定が期待できる。Further, the position data (X) of the distance detector 54 is corrected by the amount of center runout of the center runout detector 19, while the height data (Z) of the distance detector 54 is corrected by the amount of vertical runout of the vertical runout detector 18. Therefore, errors in machining or assembly will not affect the measured values, and therefore highly accurate measurements can be expected.
また、距離検出器54の位置データ(X)、回転テーブ
ル16の回転角データ(θ)および距離検出器54の高
さデータ(Z)をコンピータ75で演算処理するように
したので、そのコンピュータ75により二次元、三次元
画形状のほか、必要な部分の寸法、平面積、立方体積、
中心位置、或いは被測定物の表面の穴位置、穴の深さ、
穴の直径、突起物の形状、更に表面粗さ等をも簡単に測
定でき、かつそれらの測定結果を二次元画像、三次元画
像として表示させることもできる。Further, since the position data (X) of the distance detector 54, the rotation angle data (θ) of the rotary table 16, and the height data (Z) of the distance detector 54 are processed by the computer 75, the computer 75 In addition to the 2D and 3D image shapes, the necessary dimensions, flat area, cubic volume,
Center position or hole position on the surface of the object to be measured, hole depth,
The diameter of holes, the shape of protrusions, and even surface roughness can be easily measured, and the measurement results can also be displayed as two-dimensional or three-dimensional images.
なお、上記実施では、距離検出器54を、レーザビーム
を被測定物W表面に照射し、その被測定物W表面からの
反射光がフォトダイオード受光面65で結像する形状に
よって被測定物W表面までの距離を検知する結像式光学
型検出器としたが、距離検出器54としては、被測定物
W表面に一定形状のレーザビームを照射し、その被測定
物W表面からの反射光の反射角度によって被測定物W表
面までの距離を検知する三角測量式光学型検出器でもよ
い。In the above implementation, the distance detector 54 irradiates the surface of the object W with a laser beam, and the reflected light from the surface of the object W forms an image on the photodiode light receiving surface 65. Although the image-forming optical detector is used to detect the distance to the surface, the distance detector 54 irradiates the surface of the object W with a laser beam of a certain shape, and detects the reflected light from the surface of the object W. A triangulation type optical detector that detects the distance to the surface of the object to be measured W based on the reflection angle of the object W may be used.
また、上記実施例では、初期状態において、距離検出器
54を回転テーブル16の回動軸線0から焦点距離Aだ
け離れた位置に配置し、距離検出器54からのレーザビ
ームの焦点が回転テーブル16の回動軸線0に一致する
ように設定したが、距離検出器54からのレーザビーム
の焦点を回転テーブル16の回動軸線0に必らずしも一
致させなくてもよい、この場合、被測定物W表面の測定
点をめるには、任意に設定された焦点位置に距離検出器
54の初期位置からの移動量を加算すればよい。Further, in the above embodiment, in the initial state, the distance detector 54 is arranged at a position away from the rotation axis 0 of the rotary table 16 by the focal length A, so that the focus of the laser beam from the distance detector 54 is on the rotary table 16. Although the focal point of the laser beam from the distance detector 54 does not necessarily have to coincide with the rotation axis 0 of the rotary table 16, in this case, To determine the measurement point on the surface of the object W, the amount of movement of the distance detector 54 from the initial position may be added to an arbitrarily set focal position.
また、上記実施例では、回転テーブル16を所定角度づ
つ回転させ、その各回転停止位置において距離検出器5
4から被測定物W表面までの距離が一定となるように距
離検出器54を移動させて測定するようにしたが、回転
テーブル16を連続して回転させながら測定するように
してもよい。Further, in the above embodiment, the rotary table 16 is rotated by a predetermined angle, and the distance detector 5 is detected at each rotation stop position.
4 to the surface of the object to be measured W is measured by moving the distance detector 54 so that the distance from the surface of the object W to be measured is constant, but the measurement may be performed while continuously rotating the rotary table 16.
このようにすると、より高速な測定が期待できる。In this way, faster measurement can be expected.
更に、上記実施例では、回転テーブル16の回動軸線0
に対し直角に交差する方向へ進退可能な距離検出器54
をZ軸方向へ昇降自在としたが、この距離検出器54に
加えて前記回動軸線0と平行な方向へ昇降自在な距離検
出器を回動軸線0に対して直角に交差する方向へ移動自
在に設ければ、あらゆる形状の三次元形状を測定するこ
とができる。Furthermore, in the above embodiment, the rotation axis of the rotary table 16 is 0.
A distance detector 54 that can advance and retreat in a direction perpendicular to the
In addition to this distance detector 54, a distance detector that can be raised and lowered in a direction parallel to the rotation axis 0 is moved in a direction perpendicular to the rotation axis 0. By arranging them freely, any three-dimensional shape can be measured.
以上の通り、本発明によれば、従来の測定方法の欠点を
解消し、能率的で、かつ高精度な測定が可能な立体物の
測定方法を提供することができる。As described above, according to the present invention, it is possible to provide a method for measuring a three-dimensional object that eliminates the drawbacks of conventional measuring methods and enables efficient and highly accurate measurement.
第1図は本発明の測定原理を示す平面図、t52図は極
座標を直交座標に変換するための説明図、第3図は本発
明の測定方法を実施した立体物測定機の一実施例を示す
正面図、第4図は上下振れ検出器を示す説明図、第5図
は芯振れ検出器を示す説明図、第6図は角度検出器を示
す説明図、第7図は距離′検出器を示す説明図、第8図
(A)(B)はフォトダイオード受光面を示す説明図、
第77図は演算処理装置を示すブロック図である。
W・・・被測定物、54・・・距離検出器。
代理人 弁理士 木下 実三 (ほか1名)第1図
第2図
OX2 XOX
第3図
第4図
第5図
第6図
第7図
第8図
(A) (8)Fig. 1 is a plan view showing the measurement principle of the present invention, Fig. 52 is an explanatory diagram for converting polar coordinates to rectangular coordinates, and Fig. 3 is an example of a three-dimensional object measuring machine implementing the measuring method of the present invention. FIG. 4 is an explanatory diagram showing the vertical runout detector, FIG. 5 is an explanatory diagram showing the center runout detector, FIG. 6 is an explanatory diagram showing the angle detector, and FIG. 7 is an explanatory diagram showing the distance detector. FIGS. 8(A) and 8(B) are explanatory diagrams showing the photodiode light receiving surface,
FIG. 77 is a block diagram showing the arithmetic processing device. W...Object to be measured, 54...Distance detector. Agent Patent attorney Minoru Kinoshita (and 1 other person) Figure 1 Figure 2 OX2 XOX Figure 3 Figure 4 Figure 5 Figure 6 Figure 7 Figure 8 (A) (8)
Claims (1)
軸線と交差する方向へ移動可能な非接触型の距離検出器
から光ビームを被測定物表面へ照射する一方、被測定物
表面からの反射光を利用して前記距離検出器から被測定
物表面までの距離が一定となるように距離検出器を移動
させ、この距離検出器の初期位置に対する移動量から被
測定物の測定箇所の座標をめることを特徴とする立体物
の測定方法。(1) While rotating the object to be measured, a non-contact distance detector that can move in a direction intersecting the rotational axis of the object irradiates a light beam onto the surface of the object. The distance detector is moved using reflected light from the surface so that the distance from the distance detector to the surface of the object to be measured is constant, and the object to be measured is measured from the amount of movement of the distance detector from the initial position. A method for measuring three-dimensional objects characterized by determining the coordinates of a location.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18968583A JPS6080705A (en) | 1983-10-11 | 1983-10-11 | Measuring method of three-dimensional object |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18968583A JPS6080705A (en) | 1983-10-11 | 1983-10-11 | Measuring method of three-dimensional object |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6080705A true JPS6080705A (en) | 1985-05-08 |
Family
ID=16245462
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18968583A Pending JPS6080705A (en) | 1983-10-11 | 1983-10-11 | Measuring method of three-dimensional object |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6080705A (en) |
-
1983
- 1983-10-11 JP JP18968583A patent/JPS6080705A/en active Pending
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