JPS63243802A - 貫通孔の位置測定装置 - 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】 （イ）産業上の利用分野 この発明は、空間上に位置する測定箇所、例えば被測定
物である鋼板に穿設する測定箇所である貫通孔の測定位
置からの三次元位置を測定する測定装置に係る。更に詳
細には、組立ライン中に測定位置を予め設定するととも
に、予め測定位置と測定装置との三次元的位置関係を求
め、組立ライン等を移動中の鋼板、自動車ボデー等被測
定物に穿設した孔等測定箇所の測定装置に対する三次元
的位置を被測定物から離れた場所から測定することで被
測定物における測定箇所の適否の判断をする三次元位置
装置に係る。

（ロ）従来の技術 従来、鋼板等の被測定物に設けた被測定箇所の適否を判
断するための三次元位置を測定する三次元位置装置とし
ては、第６図に図示する測定装置が知られている。

この従来例では、鋼板（１０１）に穿設された貫通孔（
ｔｏ　２　）の、三次元位置をＸ軸方向を計測するＸ軸
ピン（１０３）ａ、　Ｙ軸方向を計測するＹ軸ピン（１
０３）ｂ、　Ｚ軸方向を計測するＸ軸ピン（１０３）ｃ
と、貫通孔（１０２）に挿入する可動ピン（１０４）と
からなる。

即ち、予め可動ビン（１０４）を、所望の基準貫通孔像
置に設置し、Ｘ軸ピン（１０３）ａ、　Ｙ軸ピン（１０
３）ｂＳＺ軸ピン（１０３）Ｃのピン先端を、可動ビン
（１０４）表面に接触さける。この状態を各軸ピンにお
ける０位置とする。ついで可動ビン（１０４）を貫通孔
（１０２）に挿入する。すると、貫通孔（１０２）の設
置位置によって可動ビン（１０４）は移動されるが、各
軸ピンからなる接触センサー（１０５）ａ、　（１０５
）ｂ、　（１０５）ｃでプラス方向またはマイナス方向
の移動方向、および移動量とて感知され、感知された情
報を信号として伝達する。移動方向、移動量の信号を受
けた各判断部（１０６）ａ、　（１０６）ｂ、　（１０
６）ｃでは、各軸方向に関する所望の関係基準貫通孔位
置の情報信号を伝達する基準信号発生部（１０７）ａ、
　（１０７）ｂ、　（１０７）Ｃからの基準信号をも受
ける。

判断部（１０６）ａ、　（１０６）ｂ、　（１０６）ｃ
では各々両信号を比較し移動量が基準貫通孔の誤差の範
囲内か否かを判断し、表示部（１０８）にその適否を表
示する。このとき、測定装置と被測定物の測定位置との
三次元的関係は予め求められているため、表示される適
否は、被測定物に形成する貫通孔（１０２）の位置の適
否を表示することとなる。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 しかし従来の測定装置では、４本のピンによる接触式で
あったため孔形状、ピン摩耗等の現象により精度の低下
を生ずる問題点を有した。更に、接触式のため、ライン
上を移動する被測定物の計測にあたっては、被測定物の
移動を停止させ接触するため停止時間が長くなる問題点
を有した。

又、摺動部を有することにより摩耗による動作精度の低
下や、粉塵等の侵入による動作不良といった問題点を有
した。

に）問題点を解決するための手段 この発明は被測定物表面に投光する照明手段と、貫通孔
を形成された被測定物をｉ則定位置に設置したとき照明
手段に対し被測定物を挟んだ反対側に位置するとともに
被測定物表面で照明手段からの照明を反射する反射光に
比し相対的に暗い背景と、貫通孔面に向けて設置され被
加工物表面が反射する反射光を感知し感知する明暗に応
じて信号を発生する受光手段と、反射光を発生せず貫通
孔を通した背景の暗部として受光部で感知される貫通孔
像と所望の基準貫通孔像を比較する二次元判別手段と、
貫通孔穿設面に向けて設置され貫通孔穿設面およびセン
サー間との距離を感知し、距離を信号として伝達する一
次元センサーと、一次元センサーで得られた距離と、所
望の基準貫通孔穿設面および一次元センサー間の距離と
を比較する一次元判別手段とからなることを特徴とする
貫通孔の三次元位置測定装置を提供することでピン使用
の測定装置の有する被測定物停止時間を短くし、また、
測定精度向上を図る。

（ホ）　　作　　　用 被測定物表面に、照明手段から投光する。

すると、被測定物表面における貫通孔形成部分以外では
反射光を生じ、貫通孔部分は背景の暗部として表され、
受光手段では貫通孔と貫通孔周囲は明暗として感知され
る。

受光部で感知された明暗は信号として二次元判別手段に
伝送されるが、受光部で感知された暗部は貫通孔像を表
わすことになり、二次元判別手段では、貫通孔像を表わ
す信号を受けることとなる。二次元判別手段では、所望
の基準貫通孔からの情報を受光部で感知した場合の基準
貫通孔像情報を記憶する基準信号発生手段からの基準信
号ら受ける。実際に計測されている二次元上の貫通孔像
を表わす信号と、二次元の基準貫通孔情報を表わす堪亭
信号とを二次元判別手段で比較する。一次元位置は一次
元センサーで得られる貫通孔穿設面の距離と、所望の基
準貫通孔穿設面における距離とを比較しておこなう。従
って、貫通孔の受光手段、面位置測定装置との三次元位
置と、所望の基準貫通孔の三次元位置とを比較すること
になる。

（へ）　　実　　施　　例 この発明の実施例を表わす第１図、同使用状態を表わす
第２図に従って説明する。

（１１）は被測定物である。被測定物（１１）は、この
実施例では自動車組立ライン（１２）上の未塗装の鋼板
を加工してなる自動車モノコックボデーからなる。被測
定物（１１）には、貫通孔測定の前工程で他部品取付け
のため穿設し貫通孔（Ｌ３）を設ける。

（１４）は自動車組立ライン（１２）を内部に設ける工
場施設、（１５）は工場施設に設ける採光窓である。（
１６）は遮光板であり、被測定物（１１）の背景（１７
）へ直接照射する自然光を遮光する。

背景（１７）は、この実施例では自動車ポデーの反対側
側面内側からなる。

（１８）は照明手段である。照明手段としてはこの実施
例では、集光度の高いスポ＝１　）照明を使用し７５Ｗ
、被測定面で１０００（２ｘとなるハロゲン燈、タング
ステン燈等を使用する。照明手段（１８）は光子が安定
していることが望ましい。

（１９）は受光手段である。受光手段（１９）は被測定
物（１１）に対して測定用光源と同一側に設置し、入力
してきた光情報を電気信号に変換する。受光手段（１９
）は、この実施例ではＣＣＤカメラかろなる。受光手段
（１９）の被測定物（１１）側には、所望の焦点距離と
視野範囲を得られる３００ｍｍｆ４程変の望遠レレグ（
１９）ａを固定する。望遠レンズ（１９）ａを付設する
ことで、受光手段（１９）は被写界深度が浅くなり焦点
の合っていない部分では受光量は極端に低下する。この
実施例では、被測定物（１１）表面と、背景（１７）と
は１０００ｍｍ程度の距離を設けてなるが、被写界深度
の０．７５ｍｍ以上はなれていればよい。即ち、外来光
が背景にて反対し、反射光が被測定面にないことを前提
として、通常の採光による周囲明度が背景に存在する環
境においては、被写界深度０．７５ｍｍ以上背景が離れ
た位置にあればよい。受光手段（１９）は、貫通孔（１
３）に向けて設置する。

（２３）ａ、は画像処理部であり、受光部（１９）から
入力する信号を受けて画像処理し、ＣＲＴ画面からなる
表示部（２４）上に貫通孔像（Ａ）を表示する。（２１
）は、二次元判別手段であり、受光手段（１９）、画像
処理手段（２３）ａからの信号を受ける。（２２）は、
基準信号発生手段であり、所望の基準貫通孔を受光部（
１９）位置で感知した場合得られる基準貫通孔像の形状
、面積、位置、重心等の基準貫通孔情報を記憶し、二次
元判別手段（２１）に伝達する。形状、面積に関する情
報を記憶する場合は、各画素毎の情報を記憶する必要が
あるため、記憶素子の容重を大きくする必要があるか、
重心位置等、点の情報を記憶する場合は、記憶素子の容
量は小さくともよい。（３１）は一次元センサーであり
、この実施例ではレーザセンサーからなる。一次元セン
サー（３１）は、受光部（１９）と同様に貫通孔穿設面
（１１）に向けて設置する。設置は面直の必要がある。

レーザは発振部（３２）から貫通孔穿設面（１１）で反
射され、受光部（３３）で感知することで、演算し距離
が求められる。

（２６）は一次元判別手段であり、一次元センサーに接
続する。（３４）は、基準貫通孔穿設面間距離信号発生
手段である。基準貫通孔穿設面間距離信号発生手段（３
４）は所望の基準貫通孔を穿設した被測定物（１１）を
測定位置に設置したときの一次元センサー（３１）との
距離を、信号として一次元判別手段（２６）に伝送する
。

この発明の実施例の作用について説明する。

まず、被測定物（１１）の貫通孔（１３）形成箇所およ
びその周囲に照明手段（１８）から投光する。

光量は被測定面でも１０００Ｃｘ程度と従来の反射形二
次元測定装置として一般に用いられる被測定面で３００
０Ｃｘ１５．００ｗの高集光度のハロゲン燈使用に比し
低いため、被加工物が鋼板等高輝度の物質からなる場合
であっても、又反射光は表面の傷、へこみ、変形、面傾
斜が存在しても、それ等に起因する輝度の過敏な変化は
少なくなる。

測定用光源（１８）の光量は従来例に比し下げられ、他
方被測定物（１１）の背景側は特別暗室とすることなく
自然光のうち背景（１７）に入光する直接光のみを遮光
板（１６）によって遮光したにすぎない。そのため、受
光手段（１９）位置からは照明手段（１８）を反射する
貫通孔周囲と、背景がそのまま現れるため、暗部として
表れる貫通孔（１３）部分との明暗差は従来例に比し小
さくなる。

しかし、受光手段（１９）には、被写界深度が浅く、焦
点の合っていない部分では受光量が極端に低下する望遠
レンズ（１９）ａを有しており、かつ、背景（１７）と
被測定物（１１）表面間は被測定物（１１）表面に焦点
が合った場合、背景（１７）部分からの受光量が極端に
低下する程度の距離を置いてあり、望遠レンズのピント
は、被測定物（１１）の貫通孔（１３）表面に合ってい
る。

そのため、被測定物（１１）の貫通孔（１３）周囲と貫
通孔（１３）を通した背景（１７）との明度差は標準レ
ンズを使用した場合に比して、強調して受光部（１９）
で感知する。

そのため貫通孔（１３）の輪郭はくっきりした形で即ち
、貫通孔（１３）の画像の輪郭が明瞭な形で受光される
。

受光手段（１９）のＣＣＤカメラで受領された光情報は
電気信号に変換され、画像処理部（２３）ａに送られる
。画像処理部（２３）ａで受けた信号は画像処理して画
像信号として表示部（２４）に伝送され、貫通孔像（Ａ
）として表示する。

画像処理部（２３）ａからの信号は、同時に二次元判別
手段（２１）でも受ける。

受領された貫通孔像情報を、基準信号発生手段（２２）
から伝送される所望の基準貫通孔情報信号と形状、面積
重心位置を比較し、二次元上の許容範囲内か否かを判断
し、貫通孔の適否を表示部に適否表示（Ｃ）として表示
する。

この実施例では、基準貫通孔像と測定された貫通孔像の
重心位置の差異を比較して適否の判断をする。この実施
例のように貫通孔像の重心位置の比較によって、形成さ
れた貫通孔の適否を判断する場合は、第３図に示すよう
に、所望の基準貫通孔像（Ａ）′の重心０′と、測定さ
れた貫通孔像（Ａ）の重心０との位置のずれが、誤差範
囲内か否かを判断しておこなう。受光手段（１９）を貫
通孔（１３）に対して面直に設置してもよいが、而直に
設置しなくともよい。また基準となる所望貫通孔を形成
した被測定物（１１）を測定位置で測定し、その貫通孔
情報に基づき所望貫通孔情報を設定し基準信号発生手段
（２２）に入力する。

次に一次元上の位置を求める。レーザは発振部（３２）
から貫通孔穿設面（１１）で反射され、受光部（３３）
で感知することで、演算し距離が求められる。距離は、
一次元判別手段（２６）で、基準貫通孔穿設面情報を記
憶する基準貫通孔穿設面間距離信号発生手段（３４）か
ら受ける所望の基準貫通孔形成時の距離と比較する。表
示部（２４）に適否を（Ｄ）として表示する。

参　　考　　例　　■ ２５ｍｍｆ１．８広角レンズ、５０ｍｍｆ１．４標準レ
ンズ、３００ｍｍｆ４望遠レンズを各々ＣＣＤカメラ先
端に固定し、モニタ（表示部）上首法、倍率、分解能（
δ）、被写界深度（Ｄ）を比較した。

■　倍率、分解能を幾何学的撮像寸法算出方法により求
める。

第４図において Ｘ　：　実寸法 Ｘ　　：　　ＣＣＤカメラで感知する撮像寸法Ｌ　；　
被写体距離 Ｆ　：　焦点距離 このとき Ｘ＝ＦＸ／Ｌ の関係が成立する。

機器による補正をおこなっｂ上でモニタ（表示部）上に
表示される物体の大きさくＸ′）とその倍率は、以下の
ように求められろ。

χ′−（撮像寸法：ｘ）Ｘ（補正値）／（有効画寸法）
　（ｍｍ） 倍率−ｘ’／Ｘ 分解能（δ）は以下のように求められる。

δ＝Ｉ／（（倍率）Ｘ（モニタ画素数）／（モニタ寸法
））（ｍｍ／画素） ■　被写界深度の算出 第５図において ｄ、−後方被写界深度 ｄ２：前方被写界深度 ｄ３：焦点深度 Ｌ　、被写体距離 δ　；許容錯乱円 である。

Ｆ　：焦点距離 ｒ　：絞り値 とすると、ｌ〕　・被写界深度は以下の式で求められる
。

Ｄ＝ｄ、−ｄ２ −Ｆ’Ｌ／（Ｆ２−（Ｌ−Ｆ）δｆｉＦ’Ｌ／（Ｆ２＋
（Ｌ−Ｆ）δＩ’）（ｍｍ） 被写体間距離Ｌ　＝　７００ｍｍ 被写体実寸法Ｘ＝６５φ とすると、 ３００ｍｍＮの望遠レンズ（δ＝０．０３）では、被写
界深度：Ｄは以下の用に求められる。

Ｄ　＝　３００’Ｘ　７００／（３００２−（７００−
３００）Ｘ　０．０３Ｘ　４１−３００”　ｘ　７００
／　（３００２＋　（７００−３００）　ｘ　Ｏ，０３
ｘ４） ＝０．７５ｍｍ ■　広角レンズ標準レンズについても同様に計算してま
とめて以下に示す。

要求精度、被写界深度上、３００＋ｎ＋＋＋　Ｆ４の望
遠レンズガ望ましい。

（ト）発明の効果 従って、この発明では被測定物と離れた位置で、被測定
物に形成する貫通孔の三次元上の適否を判断できるので
、被測定物がライン上を移動する場合移動を停止する時
間が短くとも測定することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例の構成図であり、第２図、第
３図、第４図、第５図はこの発明の実施例の使用状態図
であり、第６図は従来例の構成図である。 （１１）・・・・・・被測定物、（Ｉ３）・・・・・・
貫通孔穿設面、（Ｉ７）・・・・・・背景、（Ｉ８）・
・・・・・照明手段、（１９）・・・・・・受光手段、
（２１）・・・・・・二次元判別手段、（２６）一次元
判別手段、（３１）・・・・・・一次元センサー特許出
願人　セントラル自動車株式会社第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被測定物表面に投光する照明手段と、貫通孔を形成され
   た被測定物を測定位置に設置したとき照明手段に対し被
   測定物を挟んだ反対側に位置するとともに被測定物表面
   で照明手段からの照明を反射する反射光に比し相対的に
   暗い背景と、貫通孔面に向けて設置され被加工物表面が
   反射する反射光を感知し感知する明暗に応じて信号を発
   生する受光手段と、反射光を発生せず貫通孔を通した背
   景の暗部として受光部で感知される貫通孔像と所望の基
   準貫通孔像を比較する二次元判別手段と、貫通孔穿設面
   に向けて設置され貫通孔穿設面およびセンサー間との距
   離を感知し、距離を信号として伝達する一次元センサー
   と、一次元センサーで得られた距離と、所望の基準貫通
   孔穿設面および一次元センサー間の距離とを比較する一
   次元判別手段とからなることを特徴とする貫通孔の三次
   元位置測定装置。