(57)【要約】【課題】  非接触形状測定装置において、製造現場等の任意の場所へ持ち運んで精密な測定をすることができ、従来の測定装置よりもずっと低価格にできること。【解決手段】  非接触形状測定装置１においては、移動式測定器３を底部１２に取付けられた３個のマグネットで鋼鉄製の定盤２に固定し、２個の画像センサ１１Ａ，１１Ｂで定盤２の表面に付された微小な不均一な模様を撮像して、２つの撮像画面をパソコンのメモリーに記憶された不均一な模様の全てのデータと瞬時のうちに比較照合して、登録データの中の一致するパターンをサーチして撮像中心点Ａ，点Ｂの座標を極めて高精度で算出できるので、計測部（変位センサ）７から細いビームに集光した可視レーザ光を製品Ｗに照射して計測される製品形状のデータも高精度で得られ、製造現場等の任意の場所へ持ち運んで精密な測定をすることができ、従来の測定装置よりもずっと低価格にできる。【選択図】        図１
2006003083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象となる製品を固定可能で、表面に位置を特定するための模様を付けられた磁性体からなる定盤と、
前記定盤に底部を固定するための１以上の磁力固定手段と、前記定盤の表面を照明する照明手段と、前記定盤の表面の模様を撮像する２個以上の画像センサとを有する位置認識部と、
前記位置認識部に一体に取付けられ、水平方向及び／または垂直方向に移動可能に取付けられた可視レーザ光を前記測定対象の製品に照射し、その反射した可視レーザ光を受光可能な計測部と、
前記定盤の表面に付けられた模様のデータを記憶する定盤模様データ記憶手段と、
前記２個以上の画像センサで撮像された前記模様を前記定盤模様データ記憶手段に記憶された模様のデータと比較することによって前記計測部が固定されている前記定盤上の位置と方向とを演算し、特定する測定位置演算手段と
を具備することを特徴とする非接触形状測定装置。
【請求項２】
前記計測部の代わりに、前記位置認識部に一体に取付けられ、水平方向及び／または垂直方向に移動可能に取付けられた可視レーザ光を前記測定対象の製品の縁に照射し、透過した可視レーザ光を受光可能な透過計測部を具備することを特徴とする請求項１に記載の非接触形状測定装置。
【請求項３】
前記位置認識部には、前記定盤の表面に付けられた模様の汚れを除去するクリーニング部を具備することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の非接触形状測定装置。
【請求項４】
前記測定対象となる製品は、前記定盤に支柱を介して固定可能としたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の非接触形状測定装置。
【請求項５】
前記位置を特定するための模様は、全体を１つの模様としたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載の非接触形状測定装置。
【請求項６】
前記位置を特定するための模様は、前記各画像センサが同時に３個以上測定可能に複数単位の模様としたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載の非接触形状測定装置。
【請求項７】
測定対象となる製品を固定可能で、表面にタフトライド処理を施した不等辺多角柱を中央に垂直に立設した磁性体からなる定盤と、
前記定盤に底部を固定するための１以上の磁力固定手段と、前記底部に対して水平面内で回転する位置決め回転テーブルと、該位置決め回転テーブル上に一体に回転可能に取付けられ可視レーザ光を前記不等辺多角柱に照射し反射した可視レーザ光を受光する変位センサとを有する位置認識部と、
前記位置認識部に一体に取付けられ、水平方向及び／または垂直方向に移動可能に取付けられた可視レーザ光を前記測定対象の製品に照射し、その反射した可視レーザ光を受光可能な計測部と、
前記不等辺多角柱の表面形状を記憶する多角柱表面形状記憶手段と、
前記位置決め回転テーブルを微小角度ずつ回転させながら前記変位センサで測定された前記不等辺多角柱の形状の一部を前記多角柱表面形状記憶手段に記憶された前記不等辺多角柱の表面形状と比較することによって前記計測部が固定されている前記定盤上の位置と方向とを演算し、特定する測定位置演算手段と
を具備することを特徴とする非接触形状測定装置。
【請求項８】
前記計測部の代わりに、前記位置認識部に一体に取付けられ、水平方向及び／または垂直方向に移動可能に取付けられた可視レーザ光を前記測定対象の製品の縁に照射し、透過した可視レーザ光を受光可能な透過計測部を具備することを特徴とする請求項７に記載の非接触形状測定装置。
【請求項９】
前記測定対象となる製品は、前記不等辺多角柱に固定可能としたことを特徴とする請求項７または請求項８に記載の非接触形状測定装置。
【請求項１０】
前記測定対象となる製品の３次元設計データを記憶する設計データ記憶手段と、
前記計測部で計測される前記製品の計測線を含む切断面を算出する切断面算出手段と、
前記設計データ記憶手段に記憶されている前記製品の３次元設計データを前記切断面で切断した場合の前記切断面上の座標データを算出して記憶する設計データ切断面座標記憶手段と、
前記計測部による測定結果から前記製品の測定点の前記切断面上の座標を算出して記憶する測定点座標記憶手段と、
前記設計データ切断面座標記憶手段に記憶された前記切断面上の座標データと前記測定点座標記憶手段に記憶された前記製品の測定点の前記切断面上の座標とを対応させて線図として表示するディスプレイ装置とを具備することを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１つに記載の非接触形状測定装置。
【請求項１１】
前記ディスプレイ装置に前記線図を表示するのに加えて、前記測定点座標記憶手段に記憶された複数の測定点の座標と前記設計データ切断面座標記憶手段に記憶された複数の設計データの座標とを対応させて両座標が一致しない部分のずれ位置及びずれ量を前記ディスプレイ装置に数値として表示することを特徴とする請求項１０に記載の非接触形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を用いて製品の表面形状を非接触で測定する非接触形状測定装置に関するもので、特に、持ち運びができて製造現場での精密な測定が可能でかつ安価な非接触形状測定装置に関するものである。なお、本明細書、特許請求の範囲、要約書においては、測定対象が部品（例えば自動車部品）である場合でも、それ自体が１つの独立した完成品であるから、一律に「製品」というものとする。
【背景技術】
【０００２】
製造工程で製造された製品が設計通りの形状に出来上がっているか検査する等の目的で、接触式または非接触式の３次元形状測定装置が用いられる。例えば、特許文献１に記載の倣い測定装置においては、倣いプローブと被測定物とを相対移動させる移動機構を有し、この移動機構によって倣いプローブを被測定物の表面に所定の測定圧で押圧しながら倣いプローブと被測定物とを相対移動させ、この相対移動軌跡から被測定物の表面輪郭形状を測定するものである。
【０００３】
また、特許文献２に記載の三次元測定機による物体形状の測定方法においては、三次元測定機の三次元ヘッドに、そのレーザ光の光軸を各被測定面に直交させることが可能なようにレーザ計測器を取付け、そのレーザ計測器に内蔵された半導体レーザのレーザ光を被測定面に沿って連続的に照射し、その照射と同時に被測定面から反射されるレーザ光の反射光により、連続的に物体形状を測定する。これによって、物体形状を非接触でかつ高精度で測定することができる。
【特許文献１】特開２０００−３９３０２号公報
【特許文献２】特開昭６２−５５５０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、これらの３次元形状測定装置は、自動車のボディの形状を測定できるような大型のものは勿論、小型の測定装置であっても振動等の影響を排除して測定精度を確保するために、専用の測定室内に重量で剛性を持たせた土台に固定されている。そのため、測定したい物がある場所へ移動させて測定することができず、測定したい物を一々専用の測定室内に運び込まなければならず、また操作に熟練を要し、非常に高価なものになってしまうという問題点があった。
【０００５】
そこで、本発明は、従来の測定装置より遥かに軽量にすることによって製造現場等の任意の場所へ持ち運んで精密な測定をすることができ、操作も容易で、従来の測定装置よりもずっと低価格にすることができる非接触形状測定装置を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明にかかる非接触形状測定装置は、測定対象となる製品を固定可能で、表面に位置を特定するための模様を付けられた磁性体からなる定盤と、前記定盤に底部を固定するための１以上の磁力固定手段と、前記定盤の表面を照明する照明手段と、前記定盤の表面の模様を撮像する２個以上の画像センサとを有する位置認識部と、前記位置認識部に一体に取付けられ、水平方向及び／または垂直方向に移動可能に取付けられた可視レーザ光を前記測定対象の製品に照射し、その反射した可視レーザ光を受光可能な計測部と、前記定盤の表面に付けられた模様のデータを記憶する定盤模様データ記憶手段と、前記２個以上の画像センサで撮像された前記模様を前記定盤模様データ記憶手段に記憶された模様のデータと比較することによって前記計測部が固定されている前記定盤上の位置と方向とを演算し、特定する測定位置演算手段とを具備するものである。
【０００７】
請求項２の発明にかかる非接触形状測定装置は、請求項１の構成において、前記計測部の代わりに、前記位置認識部に一体に取付けられ、水平方向及び／または垂直方向に移動可能に取付けられた可視レーザ光を前記測定対象の製品の縁に照射し、透過した可視レーザ光を受光可能な透過計測部を具備するものである。
【０００８】
請求項３の発明にかかる非接触形状測定装置は、請求項１または請求項２の構成において、前記位置認識部には、前記定盤の表面に付けられた模様の汚れを除去するクリーニング部を具備するものである。
【０００９】
請求項４の発明にかかる非接触形状測定装置は、請求項１乃至請求項３のいずれか１つの構成において、前記測定対象となる製品は、前記定盤に支柱を介して固定可能としたものである。
【００１０】
請求項５の発明にかかる非接触形状測定装置は、請求項１乃至請求項４のいずれか１つの構成において、前記位置を特定するための模様は、全体を１つの模様としたものである。
【００１１】
請求項６の発明にかかる非接触形状測定装置は、請求項１乃至請求項４のいずれか１つの構成において、前記位置を特定するための模様は、前記各画像センサが同時に３個以上測定可能に複数単位の模様としたものである。
【００１２】
請求項７の発明にかかる非接触形状測定装置は、測定対象となる製品を固定可能で、表面にタフトライド処理を施した不等辺多角柱を中央に垂直に立設した磁性体からなる定盤と、前記定盤に底部を固定するための１以上の磁力固定手段と、前記底部に対して水平面内で回転する位置決め回転テーブルと、該位置決め回転テーブル上に一体に回転可能に取付けられ可視レーザ光を前記不等辺多角柱に照射し反射した可視レーザ光を受光する変位センサとを有する位置認識部と、前記位置認識部に一体に取付けられ、水平方向及び／または垂直方向に移動可能に取付けられた可視レーザ光を前記測定対象の製品に照射し、その反射した可視レーザ光を受光可能な計測部と、前記不等辺多角柱の表面形状を記憶する多角柱表面形状記憶手段と、前記位置決め回転テーブルを微小角度ずつ回転させながら前記変位センサで測定された前記不等辺多角柱の形状の一部を前記多角柱表面形状記憶手段に記憶された前記不等辺多角柱の表面形状と比較することによって前記計測部が固定されている前記定盤上の位置と方向とを演算し、特定する測定位置演算手段とを具備するものである。
【００１３】
ここで、「不等辺多角柱」とは、多角柱の水平断面の多角形を構成する各辺の長さが全て異なる多角柱をいう。
【００１４】
請求項８の発明にかかる非接触形状測定装置は、請求項７の構成において、前記計測部の代わりに、前記位置認識部に一体に取付けられ、水平方向及び／または垂直方向に移動可能に取付けられた可視レーザ光を前記測定対象の製品の縁に照射し、透過した可視レーザ光を受光可能な透過計測部を具備するものである。
【００１５】
請求項９の発明にかかる非接触形状測定装置は、請求項７または請求項８の構成において、前記測定対象となる製品は、前記不等辺多角柱に固定可能としたものである。
【００１６】
請求項１０の発明にかかる非接触形状測定装置は、請求項１乃至請求項９のいずれか１つの構成において、前記測定対象となる製品の３次元設計データを記憶する設計データ記憶手段と、前記計測部で計測される前記製品の計測線を含む切断面を算出する切断面算出手段と、前記設計データ記憶手段に記憶されている前記製品の３次元設計データを前記切断面で切断した場合の前記切断面上の座標データを算出して記憶する設計データ切断面座標記憶手段と、前記計測部による測定結果から前記製品の測定点の前記切断面上の座標を算出して記憶する測定点座標記憶手段と、前記設計データ切断面座標記憶手段に記憶された前記切断面上の座標データと前記測定点座標記憶手段に記憶された前記製品の測定点の前記切断面上の座標とを対応させて線図として表示するディスプレイ装置とを具備するものである。
【００１７】
請求項１１の発明にかかる非接触形状測定装置は、請求項１０の構成において、前記ディスプレイ装置に前記線図を表示するのに加えて、前記測定点座標記憶手段に記憶された複数の測定点の座標と前記設計データ切断面座標記憶手段に記憶された複数の設計データの座標とを対応させて両座標が一致しない部分のずれ位置及びずれ量を前記ディスプレイ装置に数値として表示するものである。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１の発明にかかる非接触形状測定装置は、測定対象となる製品を固定可能で、表面に位置を特定するための模様を付けられた磁性体からなる定盤と、定盤に底部を固定するための１以上の磁力固定手段と、定盤の表面を照明する照明手段と、定盤の表面の模様を撮像する２個以上の画像センサとを有する位置認識部と、位置認識部に一体に取付けられ、水平方向及び／または垂直方向に移動可能に取付けられた可視レーザ光を測定対象の製品に照射し、その反射した可視レーザ光を受光可能な計測部と、定盤の表面に付けられた模様のデータを記憶する定盤模様データ記憶手段と、２個以上の画像センサで撮像された模様を定盤模様データ記憶手段に記憶された模様のデータと比較することによって計測部が固定されている定盤上の位置と方向とを演算し、特定する測定位置演算手段とを具備している。
【００１９】
かかる構成によって、鋼鉄等の磁性体からなる定盤と、位置認識部及び位置認識部に一体に取付けられた計測部（以下、これらを合わせて「移動式測定器」ともいう。）と、パソコンとを製品の製造現場等の任意の場所に持ち運んで、定盤を平らな作業台等に置いて、移動式測定器を測定対象である製品の近傍に置いて底部を磁力固定手段で固定し、パソコンとケーブルで接続して、電源を取り、照明手段を点灯して２個以上の画像センサで定盤の表面の模様を撮像する。撮像された模様を定盤模様データ記憶手段に記憶された模様のデータと比較することによって、測定位置演算手段により移動式測定器が固定されている定盤上の位置と方向とを演算する。
【００２０】
本発明者が実験した結果、こうして算出された移動式測定器の位置と方向、即ち２個の画像センサによる撮像中心の位置精度は、±１μｍという高精度であった。これによって、水平方向及び／または垂直方向に移動可能に取付けられた計測部の測定基準となる原点が±１μｍという高精度で定められるので、計測部から可視レーザ光を製品に照射して計測される製品形状のデータも高精度で得られることになる。
【００２１】
そして、画像センサによる撮像を行わせるボタンや計測部から可視レーザ光を製品に照射して計測を行わせるボタンをワンタッチボタンとして備えることにより、熟練を要さず、誰でも容易かつ確実に測定を行うことができる。
【００２２】
このようにして、従来の測定装置より遥かに軽量にすることによって製造現場等の任意の場所へ持ち運んで精密な測定をすることができ、操作も容易で、従来の測定装置よりもずっと低価格にすることができる非接触形状測定装置となる。
【００２３】
請求項２の発明にかかる非接触形状測定装置は、計測部の代わりに、位置認識部に一体に取付けられ、水平方向及び／または垂直方向に移動可能に取付けられた可視レーザ光を測定対象の製品の縁に照射し、透過した可視レーザ光を受光可能な透過計測部を具備するものである。即ち、請求項１の反射式計測部の代わりに透過式の計測部を備えたものであり、透過計測部の位置の測定基準となる原点は請求項１の非接触形状測定装置と同様に±１μｍという高精度で定められるので、透過計測部によって可視レーザ光を製品に照射して透過させて計測される製品形状のデータも高精度で得られることになる。
【００２４】
このようにして、従来の測定装置より遥かに軽量にすることによって製造現場等の任意の場所へ持ち運んで精密な測定をすることができ、操作も容易で、従来の測定装置よりもずっと低価格にすることができる非接触形状測定装置となる。
【００２５】
請求項３の発明にかかる非接触形状測定装置は、位置認識部には、定盤の表面に付けられた模様の汚れを除去するクリーニング部を具備している。クリーニング部の構成としては、例えば清浄なエアを定盤の表面に吹きつけるものや、移動式測定器を移動させるときに定盤の表面に接触して回転するブラシ等がある。これによって、定盤の表面に付けられた模様を常に清浄に保って、移動式測定器の高精度の位置認識を行うことができる。
【００２６】
請求項４の発明にかかる非接触形状測定装置は、測定対象となる製品は、定盤に支柱を介して固定可能としたものである。これによって、平板状の製品も定盤表面から浮かせることができ、位置認識部と抵触せずに測定を行うことができる。
【００２７】
請求項５の発明にかかる非接触形状測定装置においては、位置を特定するための模様は、全体を１つの模様としている。したがって、２個以上の画像センサで位置を特定するための模様のどの部分を撮像しても同じ撮像画面は１つとしてなく、撮像された模様を定盤模様データ記憶手段に記憶された模様のデータと比較することによって、直ちに測定位置演算手段により移動式測定器が固定されている定盤上の位置と方向とを演算することができる。
【００２８】
請求項６の発明にかかる非接触形状測定装置においては、位置を特定するための模様は、各画像センサが同時に３個以上測定可能に複数単位の模様としている。即ち、例えば単位を正方形にしてその正方形の中に模様を付し、これを縦横に並べて各画像センサが同時に３個以上の正方形を必ず撮像できる大きさにしておく。すると、３個以上の正方形のうち真中の正方形は完全に撮像できるので、これを２個以上の画像センサについて撮像して真中の正方形の模様を定盤模様データ記憶手段に記憶された模様のデータと比較することによって、直ちに測定位置演算手段により移動式測定器が固定されている定盤上の位置と方向とを演算することができる。この場合には、同じ正方形の模様が２個以上あっても配列さえ異なっていれば識別することができる。
【００２９】
請求項７の発明にかかる非接触形状測定装置は、測定対象となる製品を固定可能で、表面にタフトライド処理を施した不等辺多角柱を中央に垂直に立設した磁性体からなる定盤と、定盤に底部を固定するための１以上の磁力固定手段と、底部に対して水平面内で回転する位置決め回転テーブルと、位置決め回転テーブル上に一体に回転可能に取付けられ可視レーザ光を不等辺多角柱に照射し反射した可視レーザ光を受光する変位センサとを有する位置認識部と、位置認識部に一体に取付けられ、水平方向及び／または垂直方向に移動可能に取付けられた可視レーザ光を測定対象の製品に照射し、その反射した可視レーザ光を受光可能な計測部と、不等辺多角柱の表面形状を記憶する多角柱表面形状記憶手段と、位置決め回転テーブルを微小角度ずつ回転させながら変位センサで測定された不等辺多角柱の形状の一部を多角柱表面形状記憶手段に記憶された不等辺多角柱の表面形状と比較することによって計測部が固定されている定盤上の位置と方向とを演算し、特定する測定位置演算手段とを具備している。
【００３０】
かかる構成によって、鋼鉄等の磁性体からなる定盤と、位置認識部及び位置認識部に一体に取付けられた計測部と、パソコンとを製品の製造現場等の任意の場所に持ち運んで、定盤を平らな作業台等に置いて、移動式測定器を測定対象である製品の近傍に置いて底部を磁力固定手段で固定し、パソコンとケーブルで接続して、電源を取り、変位センサから不等辺多角柱にレーザ光を照射する。
【００３１】
タフトライド処理（表面窒化処理）を施した不等辺多角柱の表面には細かい凹凸が形成されるため、変位センサから照射されたレーザ光は不等辺多角柱の表面で散乱し、レーザ光がどのような角度で不等辺多角柱の表面に入射しても、散乱光の一部を変位センサで受光することができる。位置決め回転テーブルを微小角度ずつ回転させながら変位センサで測定された不等辺多角柱の形状の一部を多角柱表面形状記憶手段に記憶された不等辺多角柱の表面形状と比較することによって、前述の如く不等辺多角柱は水平断面の多角形を構成する各辺の長さが全て異なるため、不等辺多角柱のどの位置にレーザ光が当ったかが特定され、位置決め回転ステージの回転角度、不等辺多角柱までの距離等の情報によって、固定されている移動式測定器の位置及び方向を高精度で特定することができるので、計測部から可視レーザ光を製品に照射して計測される製品形状のデータも高精度で得られることになる。
【００３２】
そして、変位センサによる位置認識を行わせるボタンや計測部から可視レーザ光を製品に照射して計測を行わせるボタンをワンタッチボタンとして備えることにより、熟練を要さず、誰でも容易かつ確実に測定を行うことができる。
【００３３】
このようにして、従来の測定装置より遥かに軽量にすることによって製造現場等の任意の場所へ持ち運んで精密な測定をすることができ、操作も容易で、従来の測定装置よりもずっと低価格にすることができる非接触形状測定装置となる。
【００３４】
請求項８の発明にかかる非接触形状測定装置は、計測部の代わりに、位置認識部に一体に取付けられ、水平方向及び／または垂直方向に移動可能に取付けられた可視レーザ光を測定対象の製品の縁に照射し、透過した可視レーザ光を受光可能な透過計測部を具備するものである。即ち、請求項７の反射式計測部の代わりに透過式の計測部を備えたものであり、透過計測部の位置の測定基準となる原点は請求項７の非接触形状測定装置と同様に高精度で定められるので、透過計測部によって可視レーザ光を製品に照射して透過させて計測される製品形状のデータも高精度で得られることになる。
【００３５】
請求項９の発明にかかる非接触形状測定装置は、測定対象となる製品は、不等辺多角柱に固定可能としたものである。これによって、平板状の製品も定盤表面から浮かせることができ、位置認識部と抵触せずに測定を行うことができる。
【００３６】
請求項１０の発明にかかる非接触形状測定装置は、測定対象となる製品の３次元設計データを記憶する設計データ記憶手段と、計測部で計測される製品の計測線を含む切断面を算出する切断面算出手段と、設計データ記憶手段に記憶されている製品の３次元設計データを切断面で切断した場合の切断面上の座標データを算出して記憶する設計データ切断面座標記憶手段と、計測部による測定結果から製品の測定点の切断面上の座標を算出して記憶する測定点座標記憶手段と、設計データ切断面座標記憶手段に記憶された切断面上の座標データと測定点座標記憶手段に記憶された製品の測定点の切断面上の座標とを対応させて線図として表示するディスプレイ装置とを具備するものである。
【００３７】
これによって、人間の頭脳では直感的に理解することが困難な製品の３次元設計データも、切断面上の座標データとして２次元の線図として表示すれば、容易に理解することができ、同じく切断面上の測定データとして表示される線図との比較も容易になる。そして、水平方向及び／または垂直方向に移動可能な計測部の測定基準となる原点が高精度で定められるので、計測部から細いビームに集光した可視レーザ光を製品に照射して計測される製品形状のデータも高精度で得られる。
【００３８】
このようにして、製造現場等の任意の場所へ持ち運んで精密な測定をすることができ、設計データとの比較も容易になり、従来の測定装置よりもずっと低価格にすることができる非接触形状測定装置となる。
【００３９】
請求項１１の発明にかかる非接触形状測定装置は、ディスプレイ装置に線図を表示するのに加えて、測定点座標記憶手段に記憶された複数の測定点の座標と設計データ切断面座標記憶手段に記憶された複数の設計データの座標とを対応させて両座標が一致しない部分のずれ位置及びずれ量をディスプレイ装置に数値として表示するものである。
【００４０】
測定点の座標と設計データの座標が一致しない部分については、製品の金型等の修正を行わなければならないが、ずれ位置及びずれ量がディスプレイ装置に数値として表示されれば、修正すべき箇所と修正すべき量が直ちに分かって製造現場へのフィードバックをより容易に行うことができる。
【００４１】
このようにして、製造現場等の任意の場所へ持ち運んで精密な測定をすることができ、設計データとの比較も容易になり、従来の測定装置よりもずっと低価格にすることができる非接触形状測定装置となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
実施の形態１
【００４３】
まず、本発明の実施の形態１にかかる非接触形状測定装置について、図１乃至図７を参照して説明する。
【００４４】
図１（ａ）は本発明の実施の形態１にかかる非接触形状測定装置による製品の形状測定の様子を示す正面図、（ｂ）は計測部（変位センサ）が製品に対して垂直に向くように回転した状態を示す部分側面図である。図２は本発明の実施の形態１にかかる非接触形状測定装置の移動式測定器の全体構造を一部透視して示す斜視図である。図３は本発明の実施の形態１にかかる非接触形状測定装置の移動式測定器における画像センサによる位置認識方法を示す説明図である。図４は本発明の実施の形態１にかかる非接触形状測定装置における定盤表面の位置認識模様の設定値を確認する手順を示すフローチャートである。図５は本発明の実施の形態１にかかる非接触形状測定装置における円柱上端の製品受台の設定値を確認する手順を示すフローチャートである。図６は本発明の実施の形態１にかかる非接触形状測定装置における製品の形状測定の手順を示すフローチャートである。図７は本発明の実施の形態１にかかる非接触形状測定装置による製品の表面形状の測定結果と設計データから算出した製品の表面形状を比較してディスプレイに表示したところを示す図である。
【００４５】
図１（ａ）に示されるように、本実施の形態１にかかる非接触形状測定装置１は、鋼鉄製の定盤２と、この定盤２の表面に３個のマグネットで固定される位置認識部及び計測部としての移動式測定器３と、この移動式測定器３とケーブルで接続される図示しないパーソナルコンピュータシステムによって構成されている。定盤２の表面は研磨加工された上にバフ研磨されており、さらにレーザマーキング工法で独自の微小な２次元コードデータ（全体で１つの模様）が黒色エッチングされている（深さ約５μｍ）。定盤２の中央には鋼鉄製の支柱としての円柱４が定盤２の表面に垂直に立設固定されており、円柱４の上端には測定対象となる製品Ｗを固定するための製品受台５が取付けられている。この製品受台５の中央には、製品受台５が設定通りに取付けられているか否か測定するための基準となる受台基準５ａが設けられている。
【００４６】
なお、円柱４の表面には、錆び止めのためと見栄えを良くするためにタフトライド処理（表面窒化処理）が施されている。後述する実施の形態２においては、多角柱までの距離をレーザ光の反射を用いた変位センサで測定することによって移動式測定器の座標を算出するため、多角柱にタフトライド処理を施す必要があるが、本実施の形態１においては必ずしも支柱としての円柱４にタフトライド処理を施さなくとも良く、鏡面仕上げをして錆び止め用のメッキを施す等しても良い。また、支柱の形状は円柱でなくても、三角柱、四角柱、多角柱等でも構わない。
【００４７】
定盤２の表面に移動式測定器３が固定されて、初期測定及び製品形状測定が行われる。移動式測定器３の底部１２には前方に１個、後方に２個の磁力固定手段としてのマグネット１３が設けられており、これら３個のマグネット１３はリンクしているため、移動式測定器３を定盤２の表面に置いて３個のマグネット１３のうち１個のロックノブを回すことによって、強力な磁力で移動式測定器３が定盤２に固定される。移動式測定器３の内部下方には、２個の画像センサ１１Ａ，１１Ｂが撮像レンズを真下に向けて取付けられており、図２に示されるように、画像センサ１１Ａ，１１Ｂの周囲には複数個のＬＥＤ（発光ダイオード）を下向きに円形に取付けた照明手段としての照明リング１４がそれぞれ設けられていて、定盤２の表面を照明して画像センサ１１Ａ，１１Ｂによる撮像を可能としている。
【００４８】
なお、本実施の形態１にかかる非接触形状測定装置１においては設けていないが、移動式測定器３の底部１２（位置認識部）には、定盤２の表面に付けられた模様２ａの汚れを除去するクリーニング部を具備することもできる。クリーニング部の構成としては、例えば清浄なエアを定盤２の表面に吹きつけるものや、移動式測定器３を移動させるときに定盤２の表面に接触して回転するブラシ等がある。
【００４９】
次に、画像センサ１１Ａ，１１Ｂで定盤２の表面を撮像して精密な位置決めを行う手順について、図３を参照して説明する。図３に示されるように、定盤２の中心に立設された支柱としての円柱４の定盤２表面の中心が、本実施の形態１にかかる非接触形状測定装置１の座標原点（ｘ０，ｙ０，ｚ０）となっている。上述の如く、定盤２の表面は研磨加工されて、レーザマーキング工法で独自の微小な２次元コードデータ（不均一な模様）２ａが全面に黒色エッチングされているが、円柱４の周囲は円柱４の上端に固定される製品によって移動式測定器３が近づけないので不均一な模様２ａを付す必要はない。
【００５０】
画像センサ１１Ａ，１１Ｂの仕様は、撮像範囲：５ｍｍ角、画素数：５１２×４８０≒２４．５万画素、ＷＤ：９０ｍｍ、焦点距離：５０ｍｍ、繰返し精度：±０．０５画素、である。移動式測定器３の底部１２が３個のマグネット１３によって定盤２に固定されたら、２個の画像センサ１１Ａ，１１Ｂが定盤２表面をそれぞれ５ｍｍ角の範囲で撮像し、それぞれの撮像画像１１ａ，１１ｂをパソコンのメモリーに登録された２次元コードデータ（不均一な模様）と照合して、±１μｍの精度で撮像中心の点Ａ，点Ｂの座標を認識する。この照合に要するサーチ時間は、僅か０．０８秒である。このように、±１μｍという高精度で撮像位置（移動式測定器３の固定位置）を認識できるからこそ、特別の測定室に据え付けなくとも、製造現場等に持ち運んで精密な非接触の形状測定が可能になるのである。
【００５１】
図１（ａ）に戻って、移動式測定器３の上部の構造について説明する。移動式測定器３の内部には上下方向に垂直にスライドする垂直スライドステージ１０が取付けられており、この垂直スライドステージ１０の移動側の上端には水平方向にスライドする水平スライドステージ８が取付けられている。そして、水平スライドステージ８の移動側の先端には、レーザ光Ｌを製品Ｗの表面に照射してその反射光を受光することによって、製品Ｗの表面までの距離を精密に計測する計測部としての変位センサ７が取付けられている。この変位センサ７には、図２に示されるように、先端に垂直反射鏡ユニット７ａが設けられており、内蔵された半導体レーザから水平方向に出射されたレーザ光を垂直反射鏡ユニット７ａで垂直下方に反射させて製品Ｗに照射し、上方に反射したレーザ光を垂直反射鏡ユニット７ａで水平方向に反射させて内部の受光センサで受光することによって、反射面までの距離を測定する。
【００５２】
さらに、図２に示されるように、水平スライドステージ８は垂直スライドステージ１０の移動側の上端に取付けられた回転ステージ６を介して取付けられており、この回転ステージ６を回転させることによって、水平スライドステージ８・水平スライド用モータ９・変位センサ７が一体に回転する。これによって、変位センサ７からのレーザ光を製品表面に照射しながら回転ステージ６を回転させることによって、最も反射光の入光の多い角度（面直の位置）で製品Ｗの計測を行うことができる。
【００５３】
次に、測定作業の具体的な手順について、図４乃至図６のフローチャートにしたがって図１乃至図３を適宜参照しながら説明する。本実施の形態１にかかる非接触形状測定装置１は、図１（ａ）に示される定盤２とその付属品、図２に示される移動式測定器（以下、単に「測定器」ともいう。）３、及びパソコンから構成されるので、これらを製造現場等の測定場所に搬入してガタのない作業台に定盤２を載置し、光学水準器を定盤２に乗せてレベル出しをする。そして、図４のステップＳ１０で定盤２の表面模様のリファレンス処理作業を開始する。
【００５４】
まず、定盤２の表面のゴミ・埃を取り除き、クロス（きれいな布）で清浄してから、移動式測定器３を定盤２上の任意の場所にセットし、底部１２の３個のマグネット１３でロック（磁力固定）する（ステップＳ１１）。次に、測定器３とパソコンの電源を入れて、２個の照明リング１４を点灯させ（ステップＳ１２）、測定器３の２個の画像センサ１１Ａ，１１Ｂを撮像モードにして、定盤２の表面の不均一な模様２ａを撮像する（ステップＳ１３，Ｓ１４）。続いて、図３の撮像画面１１ａ，１１ｂのような撮像画面をパソコンのメモリーに記憶された不均一な模様２ａの全てのデータと瞬時のうちに比較照合して、登録データの中に一致するパターンがあるかサーチする（ステップＳ１５）。そして、撮像された５ｍｍ角の画像データと一致するパターンがメモリーに記憶された登録データの中にあるか否か判定する（ステップＳ１６）。
【００５５】
この判定がＹＥＳの場合は、即ち２個の画像センサ１１Ａ，１１Ｂによる撮像画面に一致するパターンがいずれもメモリーに記憶された登録データの中にある場合は、ステップＳ１７へ進んで４つの場所について測定したか否か判定されるが、ここでは未だ１回目であるからこの判定はＮＯとなってステップＳ１８へ進み、測定器３のマグネットロックを解除して定盤２の他の場所に測定器３を移動させて、３個のマグネット１３でロックし（ステップＳ１１）、ステップＳ１２以下の処理が繰り返される。
【００５６】
一方、ステップＳ１６における判定がＮＯの場合は、即ち２個の画像センサ１１Ａ，１１Ｂによる撮像画面のうちいずれか一方でも一致するパターンがメモリーに記憶された登録データの中にない場合は、ステップＳ１９へ進んでステップＳ１６におけるＮＯの判定が２回目（再度）のものか否かが判定される。まだ１回目の場合はステップＳ１１へ戻って、測定器３のマグネットロックを一旦解除して定盤２のその場所を清浄し直し、また同じ場所に測定器３をマグネットロックしてステップＳ１２以下の処理が繰り返される。
【００５７】
ステップＳ１６におけるＮＯの判定が２回目（再度）のものである場合は、定盤２のその場所に簡単に除去できる埃等が付着したためではないと判定され、ステップＳ１９における判定がＹＥＳとなってステップＳ２０へ進み、登録データを画像センサ１１Ａ，１１Ｂによる撮像画面のパターンに補正する。そして、作業者にその旨を知らせるため、「登録データを変更しました。」とパソコンのディスプレイに表示する（ステップＳ２１）。そして、ステップＳ１７へ進んで４つの場所について測定したか否か判定される。このようにして、測定器３による定盤２の表面模様のチェックが４つの場所について行われると、ステップＳ１７における判定がＹＥＳとなって、定盤２の表面模様のリファレンス処理が終了する（ステップＳ２２）。
【００５８】
次に、図５のフローチャートで示される計測部のキャリブレーション処理が行われる。定盤２の中央に立設された円柱４の上端に測定する製品Ｗに適合した製品受台５が取付けられ、ステップＳ２５で処理が開始される。まず、定盤２の表面と製品受台５の受台基準５ａをクロスで清浄し、測定器３を円柱４にできるだけ近い位置にセットするが、製品受台５の不要な部分は抉り取られているので、このような部分にセットすれば良い（ステップＳ２６）。続いて、測定器３とパソコンの電源を入れて（ステップＳ２７）、測定器３の計測部である変位センサ７を計測モードにして（ステップＳ２８）、変位センサ７の半導体レーザをＯＮにしてＹ軸スライドステージ（水平スライドステージ）８を前進させ、製品受台５の受台基準５ａに変位センサ７のレーザ光Ｌが当るようにする（ステップＳ２９）。
【００５９】
そして、測定器３の２個の画像センサ１１Ａ，１１Ｂによる撮像画面に一致するパターンをメモリーに記憶された登録データの中からサーチすることによって測定器３の定盤２上の位置を決定し、さらにＺ軸スライドステージ（垂直スライドステージ）１０とＹ軸スライドステージ（水平スライドステージ）８の移動量と、変位センサ７によって測定された受台基準５ａまでの距離を加算することによって、変位センサ７のレーザ光Ｌが当っている受台基準５ａの点の３次元座標を算出する。これを受台基準５ａ上の３点について行うことによって、受台基準５ａを含む平面を示す式が算出される（ステップＳ３０）。
【００６０】
この式（計測値）がパソコンのメモリーに記憶された設定値と同じか否かが判定され（ステップＳ３１，Ｓ３２）、判定結果がＹＥＳであれば設定値を変えることなしに計測部のキャリブレーション処理を終了する（ステップＳ３６）。一方、ステップＳ３２の判定結果がＮＯであれば、即ち受台基準５ａを含む平面が温度等の影響による円柱４の反り等によって、パソコンのメモリーに登録データとして記憶された平面と一致しない場合は、ステップＳ３３に進んで判定結果がＮＯになったのが２度目か否か判定する。この判定結果がＮＯであれば、即ち判定結果がＮＯになったのが未だ１度目であれば、ステップＳ２６に戻って定盤２及び受台基準５ａの清浄からやり直す。
【００６１】
一方、ステップＳ３３の判定結果がＹＥＳであれば、パソコンのメモリーに記憶された設定値を計測値に補正する（ステップＳ３４）。そして、作業者にその旨を知らせるため、「設定値を変更しました。」とパソコンのディスプレイに表示して（ステップＳ３５）、計測部のキャリブレーション処理を終了する（ステップＳ３６）。
【００６２】
次に、図６に示されるフローチャートにしたがって、製品をセットして測定が行われる。ステップＳ４０で作業が開始されると、まず定盤２をクロスで清浄し、製品の測定したい位置の近傍に移動式測定器３をセットして３個のマグネット１３でロックし（ステップＳ４１）、製品Ｗを製品受台５にクリップ、ねじ等を用いて固定する（ステップＳ４２）。次に、測定器３とパソコンの電源を入れて、２個の照明リング１４を点灯させ（ステップＳ４３）、測定器３の２個の画像センサ１１Ａ，１１Ｂを撮像モードにして、定盤２の表面の不均一な模様２ａを撮像して、図３に示される撮像画面１１ａ，１１ｂのような撮像画面Ａ，Ｂをディスプレイに表示する（ステップＳ４４，Ｓ４５）。
【００６３】
続いて、撮像画面Ａ，Ｂをパソコンのメモリーに記憶された不均一な模様２ａの全てのデータと瞬時のうちに比較照合して、登録データの中の一致するパターンをサーチして（ステップＳ４６）、撮像中心点Ａ，点Ｂの座標を算出してディスプレイに表示する（ステップＳ４７）。図３で説明したように、この点Ａ，点Ｂの座標は±１μｍの高精度で算出される。この点Ａ，点Ｂの座標にＺ軸スライドステージ（垂直スライドステージ）１０の上端（回転テーブル６の回転中心）までの高さの値を加算し、さらに上述した図５のフローチャートによる計測部のキャリブレーションから得られた補正値を加味して（即ち温度等による機器の微小な歪みをも考慮して）、点Ａ１，点Ｂ１の３次元座標を計算する（ステップＳ４８）。
【００６４】
次に、計測部（変位センサ）７のレーザ光Ｌを製品Ｗの表面に当てながら回転テーブル６をゆっくり回転させて、変位センサ７による反射光の受光量が最大になる回転角を求める。その位置を、計測部（変位センサ）７が製品Ｗの表面に対して面直になる位置とする（ステップＳ４９）。図２（ｂ）に示されるように、このときの回転角をδ°とし、回転中心から距離ｈだけ離れたレーザ光照射線Ｌａ上の点を点Ｃ１とする。本実施の形態１においては、ｈ＝２０ｍｍとする（ステップＳ５０）。そして、点Ａ１，点Ｂ１，点Ｃ１の３点を含む平面として切断面Ｓの式を計算し（ステップＳ５１）、パソコンのメモリーに記憶されている製品設計データを切断面Ｓで切断した製品断面データを求める（ステップＳ５２）。
【００６５】
一方、測定器３においては計測モードにして（ステップＳ５３）、計測部（変位センサ）７をδ°傾けたままＹ軸スライドステージ（水平スライドステージ）８で移動させて、製品Ｗの表面形状を計測して行く（ステップＳ５４）。そして、所定範囲まで計測し終わったら、計測データとステップＳ５２で求めた製品断面データをディスプレイに画像（線図）として表示して比較する。さらに、両データが一致していない場合には、ずれ位置とずれ量を算出して表示し（ステップＳ５５）、製造ラインの金型修正等にフィードバックする。以上で、製品Ｗの１箇所についての表面形状の測定が終了する（ステップＳ５６）。
【００６６】
さらに、測定器３のロックを解除して移動させ、製品Ｗの任意の位置について、同様にして表面形状の測定を続けることができる。図７にパソコンのディスプレイに表示される画像の一例を示す。この例では、製品断面データＷ０と計測データＷ１は一致しておらず、ずれ位置とずれ量が算出して表示される。なお、パソコンで求められた製品断面データＷ０を先にディスプレイに表示しておいて、計測データＷ１は測定結果が出るごとにリアルタイムで表示するようにしても良いし、計測し終わった時点で計測データＷ１のみを一度に表示しても構わない。
【００６７】
このようにして、本実施の形態１にかかる非接触形状測定装置１においては、移動式測定器３の２個の画像センサ１１Ａ，１１Ｂで定盤２の表面の不均一な模様２ａを撮像して、撮像画面Ａ，Ｂをパソコンのメモリーに記憶された不均一な模様２ａの全てのデータと瞬時のうちに比較照合して、登録データの中の一致するパターンをサーチして撮像中心点Ａ，点Ｂの座標を極めて高精度で算出できるので、計測部（変位センサ）７から細いビームに集光した可視レーザ光を製品Ｗに照射して計測される製品形状のデータも高精度で得られ、製造現場等の任意の場所へ持ち運んで精密な測定をすることができ、従来の測定装置よりもずっと低価格にすることができる。
実施の形態２
【００６８】
次に、本発明の実施の形態２にかかる非接触形状測定装置について、図８乃至図１３を参照して説明する。
【００６９】
図８（ａ）は本発明の実施の形態２にかかる非接触形状測定装置による製品の形状測定の様子を示す正面図、（ｂ）は計測部（変位センサ）が製品に対して垂直に向くように回転した状態を示す部分側面図である。図９は本発明の実施の形態２にかかる非接触形状測定装置の移動式測定器の全体構造を一部透視して示す斜視図である。図１０は本発明の実施の形態２にかかる非接触形状測定装置の移動式測定器における変位センサと不等辺六角柱による位置認識方法を示す説明図である。図１１は本発明の実施の形態２にかかる非接触形状測定装置における定盤に立設された不等辺六角柱の設定値を確認する手順を示すフローチャートである。図１２は本発明の実施の形態２にかかる非接触形状測定装置における不等辺六角柱上端の製品受台の設定値を確認する手順を示すフローチャートである。図１３は本発明の実施の形態２にかかる非接触形状測定装置における製品の形状測定の手順を示すフローチャートである。
【００７０】
図８（ａ）に示されるように、本実施の形態２にかかる非接触形状測定装置２１も、鋼鉄製の定盤２２と、この定盤２２の表面に３個のマグネットで固定される移動式測定器２３と、この移動式測定器２３とケーブルで接続される図示しないパソコンによって構成されている。定盤２の表面は研磨加工された上にバフ研磨されており、定盤２の中央には鋼鉄製の不等辺多角柱としての不等辺六角柱２４が定盤２２の表面に垂直に立設固定されており、不等辺六角柱２４の表面にはタフトライド処理（表面窒化処理）が施されている。不等辺六角柱２４の上端には測定対象となる製品Ｗを固定するための製品受台２５が取付けられている。この製品受台２５の上部には、製品受台２５が設定通りに取付けられているか否か測定するための基準となる受台基準２５ａが設けられている。
【００７１】
なお、本実施の形態２においては、不等辺六角柱２４までの距離をレーザ光の反射を用いた変位センサ２６で測定することによって移動式測定器２３の位置を算出するため、不等辺六角柱２４にレーザ光を散乱させるタフトライド処理を施す必要があり、タフトライド処理することによって防錆の効果も得られる。また、不等辺多角柱は不等辺六角柱２４に限られず、不等辺五角柱、不等辺七角柱、不等辺八角柱等でも構わない。
【００７２】
定盤２２の表面に移動式測定器２３が固定されて、初期測定及び製品形状測定が行われる。移動式測定器２３の底部１２には前方に１個、後方に２個の磁力固定手段としてのマグネット１３が設けられており、これら３個のマグネット１３はリンクしているため、移動式測定器２３を定盤２２の表面に置いて３個のマグネット１３のうち１個のロックノブを回すことによって、強力な磁力で移動式測定器２３が定盤２２に固定される。移動式測定器２３の内部下方には、位置決め回転テーブル２７が移動式測定器２３の底部１２に対して水平面内で回転可能に設けられており、位置決め回転テーブル２７の上には変位センサ２６が一体回転可能に固定されている。位置決め回転テーブル２７を少しずつ回転させながら変位センサ２６から細いビームに絞ったレーザ光Ｌ２を不等辺六角柱２４に照射し、反射光を変位センサ２６で受光することによって、移動式測定器２３の位置及び向きが決定される。
【００７３】
移動式測定器２３の上部の構造は、上記実施の形態１にかかる移動式測定器３と同様であり、内部には上下方向に垂直にスライドする垂直スライドステージ１０が取付けられており、この垂直スライドステージ１０の移動側の上端には水平方向にスライドする水平スライドステージ８が取付けられている。そして、水平スライドステージ８の移動側の先端には、レーザ光Ｌを製品Ｗの表面に照射してその反射光を受光することによって、製品Ｗの表面までの距離を精密に計測する計測部としての変位センサ７が取付けられている。この変位センサ７には、図９に示されるように、先端に垂直反射鏡ユニット７ａが設けられており、内蔵された半導体レーザから水平方向に出射されたレーザ光を垂直反射鏡ユニット７ａで垂直下方に反射させて製品Ｗに照射し、上方に反射したレーザ光を垂直反射鏡ユニット７ａで水平方向に反射させて内部の受光センサで受光することによって、反射面までの距離を測定する。
【００７４】
さらに、図９に示されるように、水平スライドステージ８は垂直スライドステージ１０の移動側の上端に取付けられた回転ステージ６を介して取付けられており、この回転ステージ６を回転させることによって、水平スライドステージ８・水平スライド用モータ９・変位センサ７が一体に回転する。これによって、変位センサ７からのレーザ光を製品表面に照射しながら回転ステージ６を回転させることによって、最も反射光の入光の多い角度（面直の位置）で製品Ｗの計測を行うことができる。
【００７５】
次に、位置決め回転ステージ２７を回転させて変位センサ２６で不等辺六角柱２４の各点までの距離を測定することによって、移動式測定器２３の精密な位置決めを行う手順について、図１０を参照して説明する。図１０に示されるように、定盤２の中心に立設された不等辺多角柱としての不等辺六角柱２４の定盤２２表面の中心が、本実施の形態２にかかる非接触形状測定装置２１の座標原点（ｘ０，ｙ０，ｚ０）となっている。
【００７６】
まず、移動式測定器２３を不等辺六角柱２４の上に固定される製品の計測したい部分に合わせて定盤２２の上に置き、底部１２の３個のマグネット１３でロックする。それから、変位センサ２６の半導体レーザをＯＮにしてレーザ光Ｌ２を照射し、不等辺六角柱２４で反射されて戻ってくる角度から不等辺六角柱２４の表面までの距離を算出する。図１０の場合は、位置決め回転ステージ２７を回転させず変位センサ２６が移動式測定器２３の中心線と平行になっている最初の位置においては、変位センサ２６から照射されるレーザ光Ｌ２は不等辺六角柱２４に当らず、測定不能と判定される。次に、位置決め回転ステージ２７を反時計回りに１°だけ回転させると、レーザ光Ｌ２は不等辺六角柱２４の縁に当って表面窒化処理が施されているために散乱し、一部が変位センサ２６に戻って受光されて、距離が測定される。測定された不等辺六角柱２４上の点を点ｐ１とする。
【００７７】
以下、同様にして位置決め回転ステージ２７を反時計回りに１°ずつ回転させて距離を測定し、測定された不等辺六角柱２４上の点を点ｐ２，ｐ３，ｐ４，…とする。そして、最初の位置から位置決め回転ステージ２７を反時計回りに２１°回転させたときに測定された不等辺六角柱２４上の点を点ｐ２１とし、これらの点群ｐ１，ｐ２，ｐ３，…，ｐ２１から最小二乗法によって、レーザ光Ｌ２の当った不等辺六角柱２４の形状を表す線分を決定する。求められた線分の形状をパソコンのメモリーに記憶された不等辺六角柱２４の形状の登録データと比較して、不等辺六角柱２４のどの位置にレーザ光Ｌ２が当ったかが特定され、位置決め回転ステージ２７の回転角度、不等辺六角柱２４までの距離等の情報によって、座標原点（ｘ０，ｙ０，ｚ０）から移動式測定器２３までの距離及び角度を特定することができる。
【００７８】
次に、測定作業の具体的な手順について、図１１乃至図１３のフローチャートにしたがって図８乃至図１０を適宜参照しながら説明する。本実施の形態２にかかる非接触形状測定装置２１は、図８（ａ）に示される定盤２２とその付属品、図９に示される移動式測定器（以下、単に「測定器」ともいう。）２３、及びパソコンから構成されるので、これらを製造現場等の測定場所に搬入してガタのない作業台に定盤２２を載置し、光学水準器を定盤２２に乗せてレベル出しをする。そして、図１１のステップＳ６０で定盤２２上の六角柱２４のリファレンス処理作業を開始する。
【００７９】
まず、定盤２２と不等辺六角柱２４の表面のゴミ・埃を取り除き、クロスで清浄してから、移動式測定器２３を定盤２２上の任意の場所にセットし、底部１２の３個のマグネット１３でロック（磁力固定）する（ステップＳ６１）。次に、測定器２３とパソコンの電源を入れて、変位センサ２６内部の半導体レーザをＯＮさせ（ステップＳ６２）、計測モードにして図３について説明した手順で不等辺六角柱２４を計測する（ステップＳ６３，Ｓ６４）。そして、レーザ光Ｌ２の当った不等辺六角柱２４の形状を表す線分をパソコンのメモリーに記憶された不等辺六角柱２４の形状の登録データと比較して（ステップＳ６５）、計測データと一致する登録データがあるか否かの判定を行う（ステップＳ６６）。
【００８０】
この判定がＹＥＳの場合は、ステップＳ６７へ進んで４つの場所について測定したか否か判定されるが、ここでは未だ１回目であるからこの判定はＮＯとなってステップＳ６８へ進み、測定器２３のマグネットロックを解除して定盤２２の他の場所に測定器２３を移動させて、３個のマグネット１３でロックし（ステップＳ６１）、ステップＳ６２以下の処理が繰り返される。
【００８１】
一方、ステップＳ６６における判定がＮＯの場合は、即ちレーザ光Ｌ２の当った不等辺六角柱２４の形状を表す線分が、パソコンのメモリーに記憶された不等辺六角柱２４の形状の登録データと比較してどの部分とも一致しない場合は、ステップＳ６９へ進んでステップＳ６６におけるＮＯの判定が２回目（再度）のものか否かが判定される。まだ１回目の場合はステップＳ６１へ戻って、測定器３のマグネットロックを一旦解除して定盤２２のその場所と不等辺六角柱２４を清浄し直し、また同じ場所に測定器２３をマグネットロックしてステップＳ６２以下の処理が繰り返される。
【００８２】
ステップＳ６６におけるＮＯの判定が２回目（再度）のものである場合は、定盤２２または不等辺六角柱２４に簡単に除去できる埃等が付着したためではないと判定され、ステップＳ６９における判定がＹＥＳとなってステップＳ７０へ進み、登録データを計測データに補正する。そして、作業者にその旨を知らせるため、「登録データを変更しました。」とパソコンのディスプレイに表示する（ステップＳ７１）。そして、ステップＳ６７へ進んで４つの場所について測定したか否か判定される。このようにして、測定器２３による不等辺六角柱２４の形状のチェックが４つの場所について行われると、ステップＳ６７における判定がＹＥＳとなって、不等辺六角柱２４のリファレンス処理が終了する（ステップＳ７２）。
【００８３】
次に、図１２のフローチャートで示される計測部のキャリブレーション処理が行われる。定盤２２の中央に立設された不等辺六角柱２４の上端に測定する製品Ｗに適合した製品受台２５が取付けられ、ステップＳ７５で処理が開始される。まず、定盤２２の表面と製品受台２５の受台基準２５ａをクロスで清浄し、測定器２３を不等辺六角柱２４にできるだけ近い位置にセットするが、製品受台２５の不要な部分は抉り取られているので、このような部分にセットすれば良い（ステップＳ７６）。続いて、測定器２３とパソコンの電源を入れて（ステップＳ７７）、測定器２３の計測部である変位センサ７を計測モードにして（ステップＳ７８）、変位センサ７の半導体レーザをＯＮにしてＹ軸スライドステージ（水平スライドステージ）８を前進させ、製品受台２５の受台基準２５ａに変位センサ７のレーザ光Ｌが当るようにする（ステップＳ７９）。
【００８４】
そして、図１０について説明した手順で測定器２３の定盤２２上の位置を決定し、さらにＺ軸スライドステージ（垂直スライドステージ）１０とＹ軸スライドステージ（水平スライドステージ）８の移動量と、変位センサ７によって測定された受台基準２５ａまでの距離を加算することによって、変位センサ７のレーザ光Ｌが当っている受台基準２５ａの点の３次元座標を算出する。これを受台基準２５ａ上の３点について行うことによって、受台基準２５ａを含む平面を示す式が算出される（ステップＳ８０）。
【００８５】
この式（計測値）がパソコンのメモリーに記憶された設定値と同じか否かが判定され（ステップＳ８１，Ｓ８２）、判定結果がＹＥＳであれば設定値を変えることなしに計測部のキャリブレーション処理を終了する（ステップＳ８６）。一方、ステップＳ８２の判定結果がＮＯであれば、即ち受台基準２５ａを含む平面が温度等の影響による不等辺六角柱２４の反り等によって、パソコンのメモリーに登録データとして記憶された平面と一致しない場合は、ステップＳ８３に進んで判定結果がＮＯになったのが２度目か否か判定する。この判定結果がＮＯであれば、即ち判定結果がＮＯになったのが未だ１度目であれば、ステップＳ７６に戻って定盤２２及び受台基準２５ａの清浄からやり直す。
【００８６】
一方、ステップＳ８３の判定結果がＹＥＳであれば、パソコンのメモリーに記憶された設定値を計測値に補正する（ステップＳ８４）。そして、作業者にその旨を知らせるため、「設定値を変更しました。」とパソコンのディスプレイに表示して（ステップＳ８５）、計測部のキャリブレーション処理を終了する（ステップＳ８６）。
【００８７】
次に、図１３に示されるフローチャートにしたがって、製品をセットして測定が行われる。ステップＳ９０で作業が開始されると、まず定盤２２をクロスで清浄し、製品の測定したい位置の近傍に移動式測定器２３をセットして３個のマグネット１３でロックし（ステップＳ９１）、製品Ｗを製品受台２５にクリップ、ねじ等を用いて固定する（ステップＳ９２）。次に、測定器２３とパソコンの電源を入れて測定器２３を位置計測モードにして（ステップＳ９３，Ｓ９４）、変位センサ２６内部の半導体レーザをＯＮさせ、位置決め回転テーブル２７を反時計回りに１°ずつ回転させながら（ステップＳ９５）、図１０について説明したように不等辺六角柱２４を計測して、測定器２３の位置を算出する（ステップＳ９６）。
【００８８】
そして、測定器２３の底面の中心線上に２個の点Ｄ，点Ｅを定義して、その３次元座標をディスプレイに表示する（ステップＳ９７）。この点Ｄ，点Ｅの３次元座標にＺ軸スライドステージ（垂直スライドステージ）１０の上端（回転テーブル６の回転中心）までの高さの値を加算し、さらに上述した図１２のフローチャートによる計測部のキャリブレーションから得られた補正値を加味して（即ち温度等による機器の微小な歪みをも考慮して）、点Ｄ１，点Ｅ１の３次元座標を計算する（ステップＳ９８）。
【００８９】
次に、計測部（変位センサ）７のレーザ光Ｌを製品Ｗの表面に当てながら回転テーブル６をゆっくり回転させて、変位センサ７による反射光の受光量が最大になる回転角を求める。その位置を、計測部（変位センサ）７が製品Ｗの表面に対して面直になる位置とする（ステップＳ９９）。図８（ｂ）に示されるように、このときの回転角をδ°とし、回転中心から距離ｈだけ離れたレーザ光照射線Ｌａ上の点を点Ｃ１とする。本実施の形態２においては、ｈ＝２０ｍｍとする（ステップＳ１００）。そして、点Ｄ１，点Ｅ１，点Ｃ１の３点を含む平面として切断面Ｓ２の式を計算し（ステップＳ１０１）、パソコンのメモリーに記憶されている製品設計データを切断面Ｓ２で切断した製品断面データを求める（ステップＳ１０２）。
【００９０】
一方、測定器２３においては計測モードにして（ステップＳ１０３）、計測部（変位センサ）７をδ°傾けたままＹ軸スライドステージ（水平スライドステージ）８で移動させて、製品Ｗの表面形状を計測して行く（ステップＳ１０４）。そして、所定範囲まで計測し終わったら、計測データとステップＳ１０２で求めた製品断面データをディスプレイに画像（線図）として表示して比較する。さらに、両データが一致していない場合には、ずれ位置とずれ量を算出して表示し（ステップＳ１０５）、製造ラインの金型修正等にフィードバックする。以上で、製品Ｗの１箇所についての表面形状の測定が終了する（ステップＳ１０６）。さらに、測定器２３のロックを解除して移動させ、製品Ｗの任意の位置について、同様にして表面形状の測定を続けることができる。
【００９１】
このようにして、本実施の形態２にかかる非接触形状測定装置２１においては、定盤の表面に微小な不均一な模様を付す代わりに、定盤２２の中央に不等辺多角柱としての不等辺六角柱２４を立設して、その形状をパソコンのメモリーに記憶させておき、移動式測定器２３に位置決め回転テーブル２７と変位センサ２６を取付けて、不等辺六角柱２４を計測することによって移動式測定器２３の位置を極めて高精度で算出できるので、計測部（変位センサ）７から細いビームに集光した可視レーザ光を製品Ｗに照射して計測される製品形状のデータも高精度で得られ、製造現場等の任意の場所へ持ち運んで精密な測定をすることができ、従来の測定装置よりもずっと低価格にすることができる。
【００９２】
上記各実施の形態においては、磁力固定手段として永久磁石を用いたマグネット１３を採用しているが、電磁石を用いても良い。
【００９３】
非接触形状測定装置のその他の部分の構成、形状、数量、材質、大きさ、接続関係等についても、上記各実施の形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】図１（ａ）は本発明の実施の形態１にかかる非接触形状測定装置による製品の形状測定の様子を示す正面図、（ｂ）は計測部（変位センサ）が製品に対して垂直に向くように回転した状態を示す部分側面図である。
【図２】図２は本発明の実施の形態１にかかる非接触形状測定装置の移動式測定器の全体構造を一部透視して示す斜視図である。
【図３】図３は本発明の実施の形態１にかかる非接触形状測定装置の移動式測定器における画像センサによる位置認識方法を示す説明図である。
【図４】図４は本発明の実施の形態１にかかる非接触形状測定装置における定盤表面の位置認識模様の設定値を確認する手順を示すフローチャートである。
【図５】図５は本発明の実施の形態１にかかる非接触形状測定装置における円柱上端の製品受台の設定値を確認する手順を示すフローチャートである。
【図６】図６は本発明の実施の形態１にかかる非接触形状測定装置における製品の形状測定の手順を示すフローチャートである。
【図７】図７は本発明の実施の形態１にかかる非接触形状測定装置による製品の表面形状の測定結果と設計データから算出した製品の表面形状を比較してディスプレイに表示したところを示す図である。
【図８】図８（ａ）は本発明の実施の形態２にかかる非接触形状測定装置による製品の形状測定の様子を示す正面図、（ｂ）は計測部（変位センサ）が製品に対して垂直に向くように回転した状態を示す部分側面図である。
【図９】図９は本発明の実施の形態２にかかる非接触形状測定装置の移動式測定器の全体構造を一部透視して示す斜視図である。
【図１０】図１０は本発明の実施の形態２にかかる非接触形状測定装置の移動式測定器における変位センサと不等辺六角柱による位置認識方法を示す説明図である。
【図１１】図１１は本発明の実施の形態２にかかる非接触形状測定装置における定盤に立設された不等辺六角柱の設定値を確認する手順を示すフローチャートである。
【図１２】図１２は本発明の実施の形態２にかかる非接触形状測定装置における不等辺六角柱上端の製品受台の設定値を確認する手順を示すフローチャートである。
【図１３】図１３は本発明の実施の形態２にかかる非接触形状測定装置における製品の形状測定の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００９５】
１，２１  非接触形状測定装置
２，２２  定盤
２ａ  模様
３，２３  移動式測定器
４  支柱
５，２５  製品受台
５ａ，２５ａ  受台基準
６  回転テーブル
７  計測部
８  水平スライドステージ
１０  垂直スライドステージ
１１Ａ，１１Ｂ  画像センサ
１３  磁力固定手段
１４  照明手段
２４  不等辺多角柱
２６  変位センサ
２７  位置決め回転テーブル
Ｗ  製品
【図１】
2006003083.tif 000003
【図２】
2006003083.tif 000004
【図３】
2006003083.tif 000005
【図４】
2006003083.tif 000006
【図５】
2006003083.tif 000007
【図６】
2006003083.tif 000008
【図７】
2006003083.tif 000009
【図８】
2006003083.tif 000010
【図９】
2006003083.tif 000011
【図１０】
2006003083.tif 000012
【図１１】
2006003083.tif 000013
【図１２】
2006003083.tif 000014
【図１３】
2006003083.tif 000015