JPH03269207A - 非接触デジタイジング方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、金型加工等のために被測定物の自由曲面を非
接触でＮＣ送りさせて被測定物の形状データを求める非
接触デジタイジング方法に関するものである。

〔従来の技術〕

近年、小型高精度のレーザ式変位センサが開発され、非
接触デジタイジングに利用されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来のレーザー式変位センサは、レーザー発生器か
ら照射したレーザー光が被測定物に当って反射してきた
反射光を、受光素子で直接受光して計測する方式である
ため、レーザー式変位センサを被測定物に近づけ、かつ
、被測定面に対して、常に一定の角度を保つ必要があっ
た。

そのため、レーザー式変位センサが、被測定物（２） の形状急変点等で被測定物と干渉する恐れがあり、特に
、被１１Ｊ定面の傾斜角が変化する毎に、上記センサの
取付角度を自動的に修正させるための角度割出機構等が
必要となっている。

本発明は、従来の非接触デジタイジング技術の上記問題
点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは
、角度割出機構等を不用にし、測定手段を測定ヘッド等
に固定したままで形状データの測定を可能とした非接触
デジタイジング方法を提供しようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明は、テーブルの平面と
平行にＸＹ軸をとり、この面に直交する方向にＺ軸をと
り、テーブル上に固着された被測定物の形状データを、
ＸＹ方向はテーブルと測定ヘッドとの相対的な移動量か
ら求め、Ｚ方向は測定ヘッドに取付けた測定手段により
求めるようになした非接触デジタイジング方法において
、測定ヘッドに固設したレーザー発生器からのレーザー
光をＺ軸と平行に照射させ、Ｚ軸と一定の角度間（３） 係で測定ヘッドに定置した撮影手段で被測定物からの反
射光を撮影し、画像処理して反射光のみを抽出し、この
反射光の画面上の座標よりＺ軸上の反射光の座標を求め
るようになしたものである。

また、本発明は、上記撮影手段の撮影角度を、画像処理
画面の画素をｎ等分する角度毎に変化させ、各撮影角度
毎の画面を合成して反射光のＺ軸上の座標を求めるよう
になしたものである。

尚、本発明において、測定ヘッドとは、３次元形状測定
装置の測定ヘッド及びＮＣ工作機械の主軸ヘッドの両方
を云う。

〔作用〕

被測定物のＹ軸方向の形状変化は、レーザー光の反射位
置のＹ軸方向の変化となり、これが、撮影手段で撮影し
画像処理した画面上での反射光の位置の基準位置からの
変化と等価となることを利用してこの画面上での反射光
の位置座標（画素数）から、被測定物の被測定位置にお
けるＹ軸方向の座標値を求めるのである。

画像処理画面上での反射光の位置座標の分解能（４） は、撮影手段の画素数により決定されるが、撮影手段の
撮影角度を、上記画素の１／ｎずつ変化させて撮影し、
それらを合成することにより、ｎ倍の分解能が得られる
。

〔実施例〕

第１図は本発明方法を実施するための装置の概略説明図
であって、（１）は測定ヘッド、（２）はテーブル、（
３）は被測定物を示している。

測定ヘッド（１）は、マシンニングセンタなどの工作機
械の主軸ヘッド又は、３次元形状測定装置の測定ヘッド
を指すものである。この測定ヘッド（１）には、レーザ
ー発生器（４）とＣＯＤカメラ等の撮影手段（５）とを
固設するものである。

一方、テーブル（２）上には、被測定物（３）を固着す
るものである。

測定ヘッド（１）とテーブル（２）とは、ＸＹＺ方向に
相対的に移動可能とされ、夫々の移動量は検出器（図示
省略）により検出可能とされるが、デジタイジング動作
中においては、原則としてＹ軸方向には相対移動させな
いものとし、被測定（５） 物（３）が撮影手段（５）の撮影範囲から外れるときの
み、Ｙ軸方向に相対移動させるものである。尚、Ｙ軸方
向は、第１図の紙面と直交する方向である。

レーザー発生器（４）は、レーザー光（６）がＺ軸に平
行に照射するように測定ヘッド（１）に固設する。

撮影手段（５）は、Ｚ軸と一定の角度θＯで測定ヘッド
（１）に固設するもので、その撮影範囲は、レーザー光
（６）の光軸上でＬｏの幅をもち、かつ、その撮影範囲
の下限が、テーブル（２）の上面より若干下方になるよ
うに測定ヘッド（１）に取付けるものである。

この撮影手段（５）の撮影範囲の下限を、テーブル（２
）の上面より若干下方に設定しているのは、被測定物（
３）の高さ（Ｙ軸方向の寸法）がゼロ又はゼロ付近での
画像を画面の端部から中心方向にずらせて測定を正確に
するためである。

第１図の実施例は、説明の便宜上、テーブル（２）の上
面にＺ軸原点をもつ工作機械において（６） 、Ｚ軸線上の上方よりＺ軸原点へレーザー光（６）のよ
うなスポット径か小さな平行光線を被測定物（３）に照
射し、被測定物（３）からの反射光（７）を、予め、Ｚ
軸上の撮影範囲がＬｏで撮影範囲下限よりテーブル（２
）の上面までの高さがＬ２となるように調整して測定ヘ
ッド（１）に取付けた撮影手段（５）で撮影し、反射光
（７）のみを画像処理用コンピュータ（８）で画像処理
を行ない、反射光（７）の高さＬｌを求めるようにして
いる。

撮影手段（５）で撮影した画像は、画像処理前において
は、第２ａ図のようであり、画像処理用コンピュータ（
８）で画像処理を行い（例えば、反射光のない画面との
ＸＯＲ処理など）反射光（７）を抽出すると第２ｂ図の
ような画面が得られる。

今、撮影された画像の画素数が第２ｂ図のようにＰｏＸ
Ｐｏで構成されており、画面下端より反射光（７）の中
心までの画素数はＰｌとする。被測定物（３）の高さが
変化した場合、反射光（７）（７） の映像は、画面内の同一軸線上のみ上下する。従って、
この軸線上のみ画像処理を行ない得られたＰｌから反射
光（７）の高さＬｌを求めることができる。

以下、その演算方法を第１図を参照して説明する。

但し、第１図において、各部の寸法と角度は以下の通り
とする。

ＺＣ：撮影手段の取付高さ、 ＸＣ：撮影手段のＸ軸方向取付位置、 θ１　：撮影手段の視野角度、 θ０：撮影手段のＺ軸に対する取付角度、Ｌｌ　：反射
光高さ、 Ｌ２　：撮影範囲下限よりテーブル上面までの高さ、ｐ
Ｄ’：ｚ軸上撮影範囲Ｌｏを撮影手段で撮影した場合の
画面幅、 Ｐ、゛：反射光高さＬｌの時に撮影手段で撮影した場合
の画面内の位置、 ＰＯ：撮影手段の一軸方向の画素数、 Ｐｌ　：反射光の画面内での画素数、 （８） 今、第１図の撮影手段（５）で撮影した場合の画面幅Ｐ
Ｏ゛　　と反射光（７）の画面内の位Ｗ　Ｐ　ｓとの関
係は画像処理画面上での画素数ＰＯ及びＰｌの関係に等
しい。

即ち、ＰＯｏ　：　Ｐｌ　＝Ｐ　ｏ　：　ＰＨである。

故に、Ｐ１’＝Ｐｏ”　Ｘｐ１／Ｐｏ　　・・・（１）
一方、Ｐｏ’　は、ビタゴラスの定理から、第１図にお
いて、 Ｐ　ｏ’　＝２　（ｆｉ万ワＸｃ”Ｘ５ｉｎ　（θＩ／
２）、）であり、これを（１１式に代入すると、Ｐ１’
　＝２　（、ｆｉ下＋　Ｘｃ”Ｘ５ｉｎ　（θ１／　２
　）／Ｘ　ｐ　１　／　ｐ　Ｏ・・・（２） また、反射光（７）と撮影手段（５）の取付位置を通る
直線は、 （Ｘ、Ｙ）　−（−Ｐｌ　’　ＣＯ３θｏ、ＰＩ　’　
ｓｉｎ　θｏＬ２）、（Ｘｃ、Ｚｃ）の２点を通る。

よって、その直線の方程式は、 となる。よって、 （Ｘ、　　ｙ）＝　（Ｘｃ、Ｚｃ）とすると、上記（３
）式は、と表ねことができる。この式に（２）式を代入
すると、となり、変数Ｐ１を与えることにより、他はす
べて既知の値であることから、Ｌｌを求めることができ
る。

変数Ｐ１を求めるための画像処理画面上での座標の分解
能は、撮影手段（５）の画素数により決定されるが、見
かけ上、分解能を上げるには、第３図の（ａｌ　（ｂｌ
　（Ｃ）に示す様に、撮影手段（５）の測定ヘッド（１
）への取付角度を１／２画素分変更した画面（ｂ）と変
更前の画面（ａｌとを合成することにより、第３図ｆｃ
）に示すように見かけ上、２倍の画素をもつ撮影手段と
同じ画面が得られ、分解能が向上する。

上記撮影手段（５）の測定ヘッド（１）への取（９） （１０） 付角度を、画素の任意数ｎ等分した角度ずつ変更させ、
それらの各画面を合成することにより、分解能はさらに
向上する。

そこで、撮影手段（５）は、測定へ、ド（１）に対して
、取付角度を変更可能に取付けるものである。

さて、被測定物（３）の全体の形状データをとるには、
測定点をｘｙ平面内で基盤目状に細分し、各点について
、測定ヘッド（１）をＸＹ力方向移動させ、その都度、
本発明の方法でＺ方向の座標を検出すればよく、ＸＹ座
標については、測定ヘッド（１）を移動させる手段から
取り出せばよい。このようにして、被測定物（３）の全
体の形状データを、非接触でデジタイジングすることが
できる。

本発明は、以上の通りであるが、Ｌｌの演算式は、原理
のみを例示したものであって、座標変換等の成度形をし
て実施してもよい。

〔発明の効果〕

請求項１の発明によれば、反射光を画像処理に（１１） より抽出するため、被測定物からの反射光を直接受光す
る必要がな（、ある程度離隔させ得るため、被測定物へ
の干渉の恐れを減少させることができる。

また、座標軸に平行にレーザー光を照射するので、反射
光の移動と、座標軸上の測定点の移動とが等しくなる。

従って、撮影手段で撮影された画像について画面の奥ゆ
きなど３次元的な考慮の必要はない。

さらに、画面内の一次元的な反射光の動きが座標軸上の
測定点の動きと等価なため、画像処理及び座標演算が一
次元方向のみでよく、高速に処理することができる。

請求項２の発明によれば、撮影手段の撮影角度を変える
ことにより、見かけ上、分解能を向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施するための装置の概略説明図
、第２ａ図は撮影手段による画像処理前の画面例を示し
、第２ｂはその画像処理後の画面例を（１２） 示す。第３図（ａ）　（ｂ）　ｆｃ）は、撮影手段の画
素の分解能を２倍に上げる例の説明図で、（ａｌは最初
の画面、（ｂｌは撮影手段を１／２画素分角度変位させ
た画面、（Ｃ）はこれらを合成した画面を示している。 ＜　１　＞−一＝測定−・ソド、 （２）−テーブル、 （３”）　−被測定物、 （４）−レーザー発生器、 （５）−撮影手段。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）テーブルの平面と平行にＸＹ軸をとり、この面に
   直交する方向にＺ軸をとり、テーブル上に固着された被
   測定物の形状データを、ＸＹ方向はテーブルと測定ヘッ
   ドとの相対的な移動量から求め、Ｚ方向は測定ヘッドに
   取付けた測定手段により求めるようになした非接触デジ
   タイジング方法において、 測定ヘッドに固設したレーザー発生器からのレーザー光
   をＺ軸と平行に照射させ、Ｚ軸と一定の角度関係で測定
   ヘッドに定置した撮影手段で被測定物からの反射光を撮
   影し、画像処理して反射光のみを抽出し、この反射光の
   画面上の座標よりＺ軸上の反射光の座標を求めるように
   なしたことを特徴とする非接触デジタイジング方法。
2. （２）撮影手段の撮影角度を、画像処理画面の画素をｎ
   等分する角度毎に変化させ、各撮影角度毎の画面を合成
   して反射光のＺ軸上の座標を求めるようになしたことを
   特徴とする請求項１に記載の非接触デジタイジング方法
   。