(57)【要約】  【課題】直交３軸方向に移動可能な移動機構に設けられたローリング及びピッチング回転可能な回転ヘッドに、接触位置センサに代えて、非接触式位置センサが取付け可能な三次元形状計測機において、ローリング及びピッチング回転角に対する非接触式のセンサ原点位置のキャリブレーションデータを簡単に作成する。  【解決手段】接触式用キャリブレーションデータにより較正した基準ローリング回転角及び基準ピッチング回転について、回転ヘッド中心位置Ｏoを固定した状態で、非接触位置センサ２０により、座標値が既知の基準点を計測することによりセンサ原点位置Ｏｓの基準座標値を算出し、その回転ヘッド中心位置Ｏoに対するＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の基準オフセット量Ｈ，Ｌ，Ｗを算出し、較正したローリング及びピッチング回転角θr，θpについてＨ，Ｌ，Ｗに対するオフセット量を算出して基準座標値を補正することにより、センサ原点位置Ｏｓの座標値（Ｘso,Ｙso,Ｚso）のキャリブレーションデータを作成する。  【選択図】図１
2006162537.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測対象物に対面する水平方向のＹ軸、垂直方向のＺ軸及びこれらの軸に直交するＸ軸に沿って移動するヘッド基部に、Ｙ軸を中心にしたローリング回転及びＸ軸を中心にしたピッチング回転を可能にするように、球状の回転ヘッドが支持され、この回転ヘッドのセンサ取付け基部に取付けられた接触式位置センサが計測対象物に当接した時点の回転ヘッドの中心位置、ローリング回転角及びピッチング回転角を基に計測対象物の三次元位置を計測する三次元形状計測機において、センサ取付け基部に、接触式位置センサに代えて、非接触式位置センサを取付けた際に、接触式位置センサについて指令角に対して実際のローリング及びピッチング回転角に較正するための回転ヘッド用キャリブレーションデータを用いて、ローリング及びピッチング回転角の変化に応じて変動する非接触式位置センサのセンサ原点位置を較正するキャリブレーションデータを作成するための三次元形状計測機のセンサ原点のキャリブレーション方法において、
回転ヘッド用キャリブレーションデータにより較正した基準ローリング回転角及び基準ピッチング回転について、回転ヘッド中心位置を固定した状態で、非接触位置センサにより、三次元形状計測機のグローバル座標系の座標値が既知の基準点を計測することにより、この基準点の計測座標値及びその検知距離を基にセンサ原点位置の基準座標値を算出し、
この基準座標値の前記回転ヘッド中心位置の座標値に対するＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の基準オフセット量を算出し、
較正したローリング及びピッチング回転角について基準オフセット量に対するＸ，Ｙ，Ｚ軸方向のオフセット量を算出し、
これらのオフセット量に応じて前記基準座標値を補正することにより、前記センサ原点位置の座標値のキャリブレーションデータを作成することを特徴とする三次元形状計測機のセンサ原点のキャリブレーション方法。
【請求項２】
回転ヘッド中心位置の座標値をＸo, Ｙo, Ｚoとすると共に、+Ｚ軸方向をローリング回転角θr
の０°として計測対象物から見て時計方向へ+１８０°、反時計方向へ-１８０°の範囲にわたり可変でき、計測対象物に向かう+Ｙ軸方向をピッチング回転角θpを０°として上方へ少なくとも９０°の範囲で可変でき、+Ｘ軸を前記計測対象物から見て左方向として、較正した基準θrを１８０°及び基準θpを９０°に設定したときのセンサ原点位置の基準座標値の回転ヘッド中心位置の座標値に対するＸ軸のオフセット量をＨ、Ｙ軸の+方向のオフセット量をＬ、Ｚ軸のオフセット量をＷとして、
Ｘso＝Ｘo−Ｌsinθp・sinθr＋Ｈcosθr−Ｗcosθp・sinθr
Ｙso＝Ｙo＋Ｌcosθp-Ｗsinθp
Ｚso＝Ｚo＋Ｌsinθp・cosθr＋Ｈsinθr＋Ｗcosθp・cosθr  
により、任意の較正したローリング回転角θr０及びピッチング回転角θpに対する前記センサ原点位置の三次元座標値Ｘso,
Ｙso, Ｚsoのキャリブレーションデータを算出することを特徴とする請求項１記載の三次元形状計測機のセンサ原点のキャリブレーション方法。
【請求項３】
回転ヘッド中心位置並びに較正したローリング及びピッチング回転角を固定した状態で、非接触式位置センサにより三角形の底面を規定する座標値が既知の３個所の基準点を計測し、
それぞれの計測座標値及び対応の検知距離により規定される三角錐の頂点座標値を求め、
この頂点座標値について既知の前記基準点の座標値及びその計測座標値間のずれ分を補正してセンサ原点位置の基準座標値を求めることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の三次元形状計測機のセンサ原点のキャリブレーション方法。
【請求項４】
非接触式位置センサが、レーザ光の扇形照射によりライン上の位置を検知する扇形照射式であり、三角形の底面を規定する基準点を、球径が既知の３個の球状基準器の座標値が既知の球中心位置とし、
回転ヘッド中心位置並びに較正したローリング及びピッチング回転角を固定した状態で、前記非接触式位置センサにより、前記扇形走査照射内の３個の前記球状基準器の表面の円弧部分を計測してそれぞれの球中心位置の座標値を求め、
これらの計測座標値及び対応の検知距離に規定される三角錐の頂点座標値を求め、この頂点座標値について既知の前記基準点の座標値及びその計測座標値間のずれ分を補正して、センサ原点位置の基準座標値を求めることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の三次元形状計測機のセンサ原点のキャリブレーション方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測対象物に対して離接する水平方向のＹ軸、垂直方向のＺ軸及びこれらの軸に直交するＸ軸に沿って移動するヘッド基部に、Ｙ軸を中心にしたローリング回転及びＸ軸を中心にしたピッチング回転を可能にするように球状の回転ヘッドが支持され、この回転ヘッドのセンサ取付け基部に取付けられた接触式位置センサが計測対象物に当接した時点の回転ヘッドの中心位置、ローリング回転角及びピッチング回転角を基に計測対象物の三次元位置を計測する三次元形状計測機において、センサ取付け基部に、接触式位置センサに代えて、非接触式位置センサを取付けた場合に、ローリング及びピッチング回転角の変化に応じて、そのセンサ原点位置を較正するための三次元形状計測機のセンサ原点のキャリブレーション方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１により多関節型のロボットアームの先端部に圧電素子回転型エンコーダを取付けた三次元形状計測機が周知であり、また特許文献２により互いに直交する３軸方向に移動可能な移動機構に非接触式変位センサを設けた三次元形状計測機が周知である。その外、多関節型のロボットアームの先端部に非接触式変位センサを取付けたり、３軸の移動機構ヘッド基部に支持させたローリング及びピッチング回転可能な回転ヘッドに接触式位置センサを取付ける等、接触式或は非接触式三次元形状計測機は種々の方式が周知である。さらに、特許文献３によれば、ロボットアームに取付けられた非接触式三次元位置センサのローカル座標系をロボット側のグローバル座標系に一致させるための三次元形状計測機の座標系のキャリブレーション方法が提案されている。
【特許文献１】特開２０００−５５６６４号公報
【特許文献２】特開平８−４３０４１号公報
【特許文献３】特開２００２−３１０６４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前述の３軸方向に移動可能な移動機構のヘッド基部に回転自在に支持させた回転ヘッドに接触式位置センサを設けた三次元形状計測機の場合、そのローリング及びピッチング回転により、自在に計測対象物の三次元形状を計測できるが、これらの回転角は指令角度に対して僅かに誤差を伴う可能性があり、したがって高精度の計測のためには回転ヘッドの指令角度に対して実際のローリング及びピッチング回転角に較正するためのキャリブレーションデータを用意している。因みに、構造が嵩張ることを甘受して、回転ヘッドに、実際のローリング及びピッチング回転角を検知する回転角センサを付属させると、そのフィードバック制御により、このようなキャリブレーションデータは不要になる。
【０００４】
一方、このような回転ヘッドに、複雑な面形状を計測対象とする場合、接触式に代えて、非接触式位置センサを取付けて計測するのが好ましい。このような場合、その非接触式位置センサの取付け状態でのセンサ原点位置を予め確認しておかないと、所定の検知方向の検知距離を基に三次元位置を高精度に計測することができず、またこのセンサ原点位置がローリング及びピッチング回転角に応じて変動し、しかもキャリブレーションデータの作成に際して、前述の指令角に対する回転誤差も考慮する必要がある。
【０００５】
本発明は、このような点に鑑みて、直交３軸方向に移動可能な移動機構に設けられたローリング及びピッチング回転可能な回転ヘッドに、接触位置センサに代えて、非接触式位置センサが取付け可能な三次元形状計測機において、ローリング及びピッチング回転角に対する非接触式位置センサのセンサ原点位置のキャリブレーションデータを簡単に作成できる三次元形状計測機のセンサ原点のキャリブレーション方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、この目的を達成するために、請求項１により、計測対象物に対面する水平方向のＹ軸、垂直方向のＺ軸及びこれらの軸に直交するＸ軸に沿って移動するヘッド基部に、Ｙ軸を中心にしたローリング回転及びＸ軸を中心にしたピッチング回転を可能にするように、球状の回転ヘッドが支持され、この回転ヘッドのセンサ取付け基部に取付けられた接触式位置センサが計測対象物に当接した時点の回転ヘッドの中心位置、ローリング回転角及びピッチング回転角を基に計測対象物の三次元位置を計測する三次元形状計測機において、センサ取付け基部に、接触式位置センサに代えて、非接触式位置センサを取付けた際に、接触式位置センサについて指令角に対して実際のローリング及びピッチング回転角に較正するための回転ヘッド用キャリブレーションデータを用いて、ローリング及びピッチング回転角の変化に応じて変動する非接触式位置センサのセンサ原点位置を較正するキャリブレーションデータを作成するための三次元形状計測機のセンサ原点のキャリブレーション方法において、回転ヘッド用キャリブレーションデータにより較正した基準ローリング回転角及び基準ピッチング回転について、回転ヘッド中心位置を固定した状態で、非接触位置センサにより、三次元形状計測機のグローバル座標系の座標値が既知の基準点を計測することにより、この基準点の計測座標値及びその検知距離を基にセンサ原点位置の基準座標値を算出し、この基準座標値の回転ヘッド中心位置の座標値に対するＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の基準オフセット量を算出し、較正したローリング及びピッチング回転角について基準オフセット量に対するＸ，Ｙ，Ｚ軸方向のオフセット量を算出し、これらのオフセット量に応じて基準座標値を補正することにより、センサ原点位置の座標値のキャリブレーションデータを作成することを特徴とする。
【０００７】
基準座標値を全ローリング及びピッチング回転角について三角関数を基に補正してキャリブレーションデータを作成するには、請求項２により、  回転ヘッド中心位置の座標値をＸo, Ｙo, Ｚoとすると共に、＋Ｚ軸方向をローリング回転角θr の０°として計測対象物から見て時計方向へ＋１８０°、反時計方向へ−１８０°の範囲にわたり可変でき、計測対象物に向かう＋Ｙ軸方向をピッチング回転角θpを０°として上方へ少なくとも９０°の範囲で可変でき、＋Ｘ軸を計測対象物から見て左方向として、較正した基準θrを１８０°及び基準θpを９０°に設定したときのセンサ原点位置の基準座標値の回転ヘッド中心位置の座標値に対するＸ軸のオフセット量をＨ、Ｙ軸の＋方向のオフセット量をＬ、Ｚ軸のオフセット量をＷとして、
Ｘso＝Ｘo−Ｌsinθp・sinθr＋Ｈcosθr−Ｗcosθp・sinθr
Ｙso＝Ｙo＋Ｌcosθp−Ｗsinθp
Ｚso＝Ｚo＋Ｌsinθp・cosθr＋Ｈsinθr＋Ｗcosθp・cosθr  
により、任意の較正したローリング回転角θr０及びピッチング回転角θpに対するセンサ原点位置の三次元座標値Ｘso,
Ｙso, Ｚsoのキャリブレーションデータを算出する。
【０００８】
非接触式位置センサの検知方向の誤差も考慮してセンサ原点位置を求めるには、請求項３により、回転ヘッド中心位置並びに較正したローリング及びピッチング回転角を固定した状態で、非接触式位置センサにより三角形の底面を規定する座標値が既知の３個所の基準点を計測し、それぞれの計測座標値及び対応の検知距離により規定される三角錐の頂点座標値を求め、この頂点座標値について既知の基準点の座標値及びその計測座標値間のずれ分を補正してセンサ原点位置の基準座標値を求める。その際、扇形照射式の非接触式位置センサについて簡単にセンサ原点位置を求めるには、請求項４により、非接触式位置センサが、レーザ光の扇形照射によりライン上の位置を検知する扇形照射式であり、三角形の底面を規定する基準点を、球径が既知の３個の球状基準器の座標値が既知の球中心位置とし、回転ヘッド中心位置並びに較正したローリング及びピッチング回転角を固定した状態で、非接触式位置センサにより、扇形照射範囲内の３個の球状基準器の表面の円弧部分を計測してそれぞれの球中心位置の座標値を求め、これらの計測座標値及び対応の検知距離に規定される三角錐の頂点座標値を求め、この頂点座標値について既知の基準点の座標値及びその計測座標値間のずれ分を補正して、センサ原点位置の基準座標値を求める。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の発明によれば、非接触式位置センサについてのローリング及びピッチング回転角により変動するセンサ原点位置のキャリブレーションデータが、基準のローリング及びピッチング回転角について基準点の計測を基に算出した基準座標値に対する数式計算により作成される。その際、回転ヘッド用キャリブレーションデータにより較正したローリング及びピッチング回転角を適用することにより、高精度にセンサ原点位置が算出される。請求項２の発明によれば、ローリング回転角を最大の１８０°及びピッチング回転角を最大の９０°に設定した状態のセンサ原点位置を基準にして、三角関数によりキャリブレーションデータが作成される。請求項３の発明によれば、レーザ光の照射方向等の非接触式位置センサの検知距離だけでなく、検知方向を確認してセンサ原点位置を高精度に決定することができ、その際、請求項４の発明によれば扇形照射式の非接触式位置センサの場合、その範囲内の３個の基準器に対する１回の計測により、基準になるセンサ原点位置が算出される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１乃至図９を基に本発明の実施の形態の一例による三次元形状計測機のセンサ原点のキャリブレーション方法を説明する。この三次元形状計測機８は直交３軸式であり、図６に示すように、計測対象物９、例えば車両ボデーを載置させる基台１の両側に配置されたＸ軸方向のガイドレール２に、計測対象物９に離接する水平方向のＹ軸に沿って可動のロッド状のセンサ支持キャリッジ４を垂直のＺ軸に沿って昇降可能にガイドするスライダ式キャリッジ３がガイドされると共に、図７Ａに示すように、センサ支持キャリッジ４の先端部の軸受として機能するヘッド基部１１に球状の回転ヘッド１０が支持されることにより、この回転ヘッドの中心をＸ軸を中心にピッチング回転自在で、かつＹ軸を中心にローリング回転自在になっている。
【００１１】
回転ヘッド１０には、ピン状のツール１４の先端部に例えば感圧素子である接触センサ１５ａが取付けられた接触式位置センサ１５が着脱自在に突設されている。この回転ヘッド１０には、例えばレーザビームの扇形走査もしくは面照射の扇形照射による三角測量の原理で距離を計測する非接触式位置センサ２０（図１）が、代わりに取付け可能になっている。回転ヘッド１０は、図７Ｂに示すように、ローリング回転角θr を+Ｚ軸方向を０°として計測対象物９から見て時計方向へ＋１８０°、反時計方向へ−１８０°の範囲にわたり可変でき、ピッチング回転角θpを+Ｙ軸方向を０°として上方へ９０°より僅かに大きく回転可能になっている。但し、θrの９０°以上の回転により、ピッチング回転角は実際上−９０°に回転可能である。また、Ｘ軸については、計測機側から見たグローバル座標系を基準とし、図で見て右方は−軸になる。
【００１２】
三次元形状計測機８には、指令角度に対する実際のピッチング及びローリング回転角を較正するための回転ヘッド１０用のキャリブレーションデータが用意されている。このデータは、ローリング回転角を１５°づつ３６０°にわたりずらすと共に、ピッチング回転角を１５°づつ９０°回転させてその組合わせの１４４通りの計測を行い、その間を補間して作成されている。
【００１３】
即ち、図８に示すように、ピッチング及びローリング回転角を指令し、その固定した姿勢で、グローバル座標系の三次元座標値が既知の球面状の基準器１９に接触センサ１５ａを当接させることにより、その既知の基準点Ｐsが三次元座標値（Ｘp,Ｙp,Ｚp）として計測されたとすると、指令された回転ヘッド１０の中心位置Ｏoの座標値（Ｘo,Ｙo,Ｚo）及びこの回転ヘッド中心位置及び接触センサ１５ａ間の離間距離に相当する既知のオフセット量Ａを前提に、実際のピッチング回転角θp、ローリング回転角θrは、下記の数式（１）及び式（２）に従い算出される。
【００１４】
θp＝cos-1（Ｙp−Ｙo）／Ａ・・・・・・・・（１）
θr＝sin-1（Ｘp−Ｘo）／Ａsinθp・・・・・（２）
【００１５】
即ち、図９Ａに示すように、θpは、ＡのＹ軸成分ＡcosθpがＹp−Ｙoに相当することにより、数式（１）により算出される。図９Ｂに示すように、ピッチング回転により、θpは、ＡのＺ軸成分がＡsinであり（図９Ａ参照）、そのさらにローリング回転によるＸ軸成分Ａsinθp・sinθrがＸo−Ｘpに相当することにより、数式（２）により算出する。同様に、前述の組合わせ数だけ指令したピッチング及びローリング回転角に対して実際のθp、θrを計測し、その角度誤差を確認することにより、実測角度間の誤差を補間してキャリブレーションデータが作成されている。
【００１６】
既知の基準点Ｐsを高精度に計測させるためには、図８に二点鎖線で示すように、球中心位置のグローバル座標系の座標値及び形状が既知の球状の基準器１９ａを用いることができる。即ち、任意のピッチング及びローリング回転角を指令し、その固定した姿勢で、回転ヘッド中心位置Ｏoの三次元位置の制御により少なくとも表面３個所で接触センサ１５ａを当接させることにより、それぞれの三次元位置を計測して、これらの座標値から基準器１９ａの球中心位置の座標値を算出し、その既知の座標値との共通の３軸方向のずれ量を算出して、表面３個所のうちのいずれかを基準点Ｐsとしてずれ量だけ較正した三次元座標値（Ｘp,Ｙp,Ｚp）、指令した回転ヘッド中心位置Ｏo（Ｘo,Ｙo,Ｚo）及びオフセット量Ａを前提に、実際のθp、θrを前述の数式（１）及び式（２）を基に算出する。  
【００１７】
接触式位置センサ１５による計測に際しては、接触センサ１５ａを計測対象物９に当接させるように、センサ支持ロッド４を直交３軸方向に移動させて回転ヘッド中心位置Ｏoを設定すると共に、ピッチング及びローリング回転角を設定して、回転ヘッド中心位置Ｏoの指令座標値及び指令角に対してキャリブレーションデータを基に補正したピッチング回転角θp及びローリング回転角θrにより、計測対象物９の三次元位置を計測し、逐次計測点を移動させることにより三次元形状が計測される。
【００１８】
次に、図１示すように、回転ヘッド１０に、扇形照射によるライン上の位置を検知するレーザ光による非接触式位置センサ２０を取付けた場合のセンサ原点位置Ｏsについての任意のピッチング及びローリング回転角に対するキャリブレーションデータの作成方法を説明する。このために、図２Ａに示すように、三角形の底面を規定し得るように、少なくとも１個の高さ位置が異なる球中心位置Ｃ１〜Ｃ３の座標値（Ｘc１,Ｙc１,Ｚc１）、（Ｘc２,Ｙc２,Ｚc２）、（Ｘc３,Ｙc３,Ｚc３）及び球径が既知の３個の球状の基準器３１〜３３を予め製作しておく。
【００１９】
先ず、前述のキャリブレーションデータを基に較正して基準ピッチング回転角θpを最大の９０°、基準ローリング回転角θrを最大の１８０°に設定する。即ち、図１に示す非接触式位置センサ２０の姿勢は、図２Ｂに示すように、図７Ｂに示す角度関係により先ず点線で示す位置に１８０°ローリング回転させ、さらに二点鎖線で示す位置に９０°ピッチング回転させた状態である。次いで、回転ヘッド中心位置Ｏoを固定した状態で非接触式位置センサ２０のレーザビームにより、基準器３１〜３３の表面を扇形照射し、図２Ｃに示すように、それぞれの円弧部分の反射光による形状データからそれぞれの球中心位置の座標値（Ｘ１,Ｙ１,Ｚ１）、（Ｘ２,Ｙ２,Ｚ３）、（Ｘ３,Ｙ３,Ｚ３）を基準点として求める。
【００２０】
センサ原点Ｏｓの暫定的な位置は、これらの計測された３個所の基準点を規定する検知距離（球中心位置を向いた表面までの距離に球径を加算した距離）Ｒ１〜Ｒ３に対応する三角錐の頂点位置（Ｘs１,Ｙs１,Ｚs１）に一致するはずである。また、それぞれの実際の球中心位置の座標値は既知であり、この位置に対して球中心座標値（Ｘ１,Ｙ１,Ｚ１）、（Ｘ２,Ｙ２,Ｚ３）、（Ｘ３,Ｙ３,Ｚ３）は三軸方向にそれぞれ同量のずれを伴う可能性がある。換言すれば、頂点位置（Ｘs１,
Ｙs１, Ｚs１）も三軸方向に同量のずれを含んである。したがって、Ｘs１, Ｙs１, Ｚs１について、そのずれ分を補正して正規のセンサ原点Ｏｓの基準座標値をＸso,
Ｙso, Ｚsoを求める。
【００２１】
この基準姿勢を前提に、センサ原点位置Ｏｓ（Ｘso,Ｙso,Ｚso）のＯo（Ｘo,Ｙo,Ｚo）に対するＸ軸のオフセット量を−方向のＨ、Ｙ軸のオフセット量を＋方向のＬ、Ｚ軸のオフセット量を-方向のＷとして、任意の較正済みのローリング回転角θr及びピッチング回転角θpに対するセンサ原点位置Ｏｓのキャリブレーションデータが下記の数式（３）〜（５）を基に算出される。
Ｘso＝Ｘo−Ｌsinθp・sinθr−Ｈcosθr＋Ｗcosθp・sinθr・・（３）
Ｙso＝Ｙo＋Ｌcosθp＋Ｗsinθp・・・・・（４）
Ｚso＝Ｚo＋Ｌsinθp・cosθr−Ｈsinθr−Ｗcosθp・cosθr・・・（５）  
【００２２】
即ち、数式（４）について説明すると、図３Ａに示すように、オフセット量ＬのＹ軸成分はＺＹ軸面で見てθpに対応してそのままＬcosθpになり、図３Ｂに示すように、オフセット量Ｗもθpに対応してそのままＷsinθpになる。θp＝９０°、θr＝１８０°でＹso＝Ｙo＋Ｗになる。
【００２３】
式（３）について説明すると、図４Ａに示すように、オフセット量ＬのＺＹ軸面で見たθpに対応のＺ軸成分はＬsinθpであり、これがＺＸ軸面でローリング回転することにより、Ｘ軸成分は図４Ｂに示すように−Ｌsinθp・sinθrになる。オフセット量Ｈのローリング回転によるＸ軸成分は、図４Ｃに示すように、−Ｈcosθrになる。オフセット量Ｗについては、図４Ｄに示すように、θpに対応したＺ軸成分がＷcosθpであり、さらにθrに対応してＸ軸成分は、図４Ｅに示すように、Ｗcosθp・sinθrになる。θp＝９０°、θr＝１８０°でＸso＝Ｘo−Ｈになる。
【００２４】
数式（５）について説明すると、オフセット量Ｌのθpに対応のＺ軸成分はＬsinθpであり（図４Ａ参照）、そのローリング回転により、Ｚ軸成分は、図５Ａに示すように、Ｌsinθp・cosθrになる。オフセット量ＨのＺ軸成分は、図５Ｂに示すように−Ｈsinθrである。オフセット量Ｗについては、図５Ｃに示すように、θpに対応したＺ軸成分がＷcosθp（図４Ｄ参照）であり、そのさらにローリング回転に対応してＺ軸成分は、図５Ｃに示すように、−Ｗcosθp・cosθrになる。θp＝９０°、θr＝１８０°で  Ｚso＝Ｚo＋Ｌになる。
【００２５】
以下、接触式位置センサ１５のキャリブレーションデータを基に較正したローリング回転角及びピッチング回転角について数式（３）乃至（５）を基にセンサ原点位置Ｏｓの座標値Ｘso, Ｙso, Ｚsoのキャリブレーションデータが算出され、そのセンサ原点位置Ｏｓから扇形照射範囲の検知信号、回転ヘッド中心位置Ｏoの座標値、ピッチング回転角θp及びローリング回転角θrとにより、レーザ光の所定の焦点距離範囲で三次元形状計測が行われる。
【００２６】
数式（３）乃至（５）は、較正済みのθp＝９０°、θr＝１８０°に設定したときのセンサ原点位置Ｏs（Ｘso,Ｙso,Ｚso）の基準座標値を基礎にしたものであり、ローリング回転の反時計方向の回転に対してはθrはマイナス値になる。ローリング回転角最大１８０°及びピッチング回転角最大９０°を前提に、ローリング及びピッチング回転角を０°に設定した状態のセンサ原点位置を基準にして、同様に三角関数によりキャリブレーションデータが作成される。
【００２７】
同様に、その他の方式の位置センサについても前述の数式（３）乃至（５）に従ってキャリブレーションデータが作成される。例えば、直進レーザビームによる測距を行う非接触式位置センサの場合、回転ヘッド中心位置を固定した状態で、基準ローリング回転角及び基準ピッチング回転角に対して、検知方向の誤差も勘案して座標値が既知の３点の基準器の基準点を計測させて、前述のように三角錐の頂点位置を求め、基準点の計測座標値と既知の座標値間のずれ分を補正してセンサ原点位置の座標値を求める。これにより、センサ原点位置を較正して所定のレーザビームの焦点範囲内での検知距離により形状計測が行われる。尚、検知方向の誤差を考慮しない場合、１点の基準点のみの計測で、その検知方向の検知距離によりセンサ原点位置の基準座標値が算出され、同様な数式によりキャリブレーションデータが作成される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態による三次元形状計測機のセンサ原点のキャリブレーション方法を説明する斜視図である。
【図２】同キャリブレーション方法の実施に際して基準器を用いてキャリブレーションデータを作成する方法を説明する図である。
【図３】同キャリブレーションデータを作成するＹ軸方向の計算式の原理を説明する図である。
【図４】同キャリブレーションデータを作成するＸ軸方向の計算式の原理を説明する図である。
【図５】同キャリブレーションデータを作成するＺ軸方向の計算式の原理を説明する図である。
【図６】同三次元形状計測機の斜視図である。
【図７】同三次元形状計測機の回転ヘッドを説明するもので、同図Ａはその斜視図、同図Ｂはその動作を説明する図である。
【図８】同三次元形状計測機の接触式センサのキャリブレーション方法を説明する図である。
【図９】図８によるキャリブレーション方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０  回転ヘッド
１５ａ  接触センサ
１４  ツール
１５  接触式位置センサ
２０  非接触式位置センサ
１９、１９ａ、３１〜３３  基準器
【図１】
2006162537.tif 000003
【図２】
2006162537.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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