(57)【要約】【課題】形状測定装置において、他の測定機器を使用せずに、凹部の位置を容易に測定できる形状測定装置を提供することを目的とする。【解決手段】加工ワーク２８の凹部の位置を測定する凹部位置手段を有する形状測定装置１０において、球面を含む形状の測定治具１８を凹部に載置した状態で、測定治具１８の表面に付された測定マーク１８ｂを複数方向から撮像するカメラ２０と、撮像された画像データに基づいて測定マーク１８ｂの座標値を算出する画像処理装置２４と、測定マーク１８ｂの座標値に基づいて球中心点を算出し、凹部の周縁を含む平面に対して垂直方向に球中心点を投影した点を算出し、凹部の位置を算出する解析装置２６とを有することを特徴とする形状測定装置を提供する。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工ワークの凹部の位置を測定する凹部位置手段を有する形状測定装置において、
凹部位置測定手段は、
球面を含む形状の測定治具であって、球面の球中心点と所定の関係を有する位置に測定マークを付された測定治具と、
測定治具の球面部分を凹部に載置した状態で測定マークを複数方向から撮像する撮像手段と、
撮像された複数の画像データに基づいて全ての測定マークの３次元座標値を算出する座標値算出手段と、
測定マークの座標値に基づいて球面の球中心点座標値を算出する球中心点算出手段と、
凹部の周縁を含む平面に対して垂直方向に球中心点を投影した点である投影点を算出する手段と、
投影点の座標値から凹部の位置情報を求める凹部位置取得手段と、
を有することを特徴とする形状測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の形状測定装置であって、
測定治具は、球体であって、
測定マークは、球面上に少なくとも４以上付されていることを特徴とする形状測定装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の形状測定装置であって、
凹部が長穴の場合は、
長穴の長軸方向に２以上の投影点を算出する手段と、
２以上の投影点を通る直線である中心線を求める手段と、
を有することを特徴とする形状測定装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１に記載の形状測定装置であって、
測定治具は、加工ワークへ付着する付着手段を有していることを特徴とする形状測定装置。
【請求項５】
請求項４に記載の形状測定装置であって、
測定治具は、磁気を有し、
付着手段は、磁気吸引による付着手段であることを特徴とする形状測定装置。
【請求項６】
請求項４に記載の形状測定装置であって、
付着手段は、接着剤による付着手段であることを特徴とする形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、形状測定装置に係り、特に加工ワークの凹部の位置を測定する形状測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、加工ワークの形状を測定する方法として、画像処理を用いた非接触測定装置が用いられている。これは、測定対象の加工ワークをデジタルカメラ等で複数の方向から撮像し、撮像した複数の画像データを比較、演算することにより、加工ワークの各部位の位置を測定するものである。この場合、位置を知りたい部位に測定マークを付け、その測定マークを複数の方向から撮像する。そして、得られた複数の画像データを画像処理することにより、各測定マークの座標値を得る。得られた座標値を基に、ワークの各部位の位置を求める。
【０００３】
位置を知りたい部位が穴などの凹部の場合は、凹部の側面に測定マークを付し、その測定マークの座標値を求める。得られた凹部側面の座標値から、凹部の位置を特定する。通常、測定マークは測定前に人手、又は、機械的手段により付される。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−２８０８２６号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、凹部の形状によっては、その側面に測定マークを付すことが困難な場合がある。例えば、凹部の幅が狭い場合などである。また、測定マークを付した場合でも、凹部の側壁により視野が阻害され、測定マークの撮像が困難な場合が多い。そのような場合は、凹部のみ、他の測定機器、例えば、接触式３次元計測器等で測定する必要がある。凹部のみを異なる機器で測定することは、手間であり、また、時間的、コスト的に無駄である。
【０００６】
そこで、本発明では、他の測定機器を使用せずに、凹部の位置を容易に測定できる形状測定装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る形状測定装置は、加工ワークの凹部の位置を測定する凹部位置手段を有する形状測定装置において、凹部位置測定手段は、球面を含む形状の測定治具であって、球面の球中心点と所定の関係を有する位置に測定マークを付された測定治具と、測定治具の球面部分を凹部に載置した状態で測定マークを複数方向から撮像する撮像手段と、撮像された複数の画像データに基づいて全ての測定マークの３次元座標値を算出する座標値算出手段と、測定マークの座標値に基づいて球面の球中心点座標値を算出する球中心点算出手段と、凹部の周縁を含む平面に対して鉛直方向に球中心点を投影した点である投影点を算出する手段と、  投影点の座標値から凹部の位置情報を求める凹部位置取得手段と、を有することを特徴とする。これにより、他の測定機器を使用せずに、凹部の位置を容易に測定できる形状測定装置を実現できる。
【０００８】
また、測定治具は、球体であって、測定マークは、球面上に少なくとも４以上付されていることとが望ましい。これにより、測定マークと球中心の位置関係を容易に取得することができる。
【０００９】
また、凹部が長穴の場合は、長穴の長手方向に２以上の投影点を算出する手段と、２以上の投影点を通る直線である中心線を求める手段と、を有することが好ましい。また、測定治具は、加工ワークへ付着する付着手段を有していることが好ましい。付着手段は、測定治具に磁気を帯びさせ、磁気吸引による付着手段とすることが望ましい。または、付着手段は、接着剤による付着手段であることが好ましい。これにより、側面にある凹部の位置測定も可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明に係る実施の形態を詳細に説明する。
【００１１】
図１に、本発明に係る凹部測定手段を有した形状測定装置１０の実施の形態を示す。形状測定装置１０は、測定対象の加工ワーク２８をカメラ２０で撮像し、画像処理装置２４、解析装置２６により各部位の位置を算出するものである。測定を行なう場合は、事前に、測定ポイントシール１２、基準ターゲット１４、基準バー１６、測定治具１８を加工ワーク２８に載置する。
【００１２】
カメラ２０は、例えばデジタルカメラ等を採用できる。また、カメラ２０は、ストロボ２２を有しており、撮像の際には、フラッシュを発生する。また、カメラ２０の位置、すなわち、撮像位置は、自由に変更でき、複数の方向からの撮像が可能である。撮像された複数の画像データは、ＰＣカード等のモバイル式記憶媒体に保存し、これを画像処理装置２４に読み取らせる。また、カメラ２０と画像処理装置２４を、信号ケーブルで接続し、画像データを画像処理装置２４に転送しても良い。
【００１３】
画像処理装置２４は、撮像された複数の画像データに基づいて、測定ポイントシール１２等の３元座標値を算出する座標算出手段としての機能を有する。算出された座標値データは、フレキシブル・ディスク等の移動情報媒体に記録され、解析装置２６に入力される。また、解析装置２６と画像処理装置２４とを信号線で結び、データを転送しても良い。解析装置２６では、座標値データを基に凹部の位置を算出する。この算出方法については、後述する。また、座標値データを、取り扱いやすい座標系、例えば、加工ワークを設計した際に使用したＣＡＤ座標系に変換しても良い。
【００１４】
加工ワーク２８には、測定を行なう前に、位置を知りたい部分に測定ポイントシール１２を、位置を測定したい凹部には測定治具１８を載置しておく。また、測定ポイントシール１２や測定治具１８とともに撮像されるように、基準ターゲット１４、基準バー１６も加工ワーク上に載置しておく。
【００１５】
測定ポイントシール１２は、図２に示すように黒色の背景１２ａと白色の円である測定マーク１２ｂからなる。測定ポイントシール１２は、加工ワーク２８に対して十分に小さく、薄いものであって、加工ワーク２８の表面に簡単に付すことができるものが適している。例えば、シールの他に磁石シートなどを用いても良い。画像処理装置２４では、この測定マーク１２ｂの中心の座標値が算出される。
【００１６】
基準ターゲット１４は図３（ａ）、（ｂ）に示すように黒色の背景１４ａ、白色円の測定マーク１４ｂ、及び、測定マーク１４ｂを囲んだ輪の一部が欠けている部分円環１４ｃからなる。部分円環１４ｃの輪の欠け方は、各基準ターゲットで異なっており、一つの加工ワークに付される基準ターゲット１４の部分円環１４ｃの形状は全て違うものとなる。基準ターゲット１４も、測定ポイントシール１２と同様に、加工ワーク２８に付し易く、薄く、更に十分に小さいものが適している。例えば、シール、磁石シートなどである。
【００１７】
基準バー１６は、加工ワーク２８の大きさを判断するために載置される。すなわち、撮像された画像データの１画素辺りの距離を判断するために配置される。基準バー１６は、図４に示すように黒色の背景１６ａを有しており、その両端には、白色円１６ｂが描かれている。この両端の白色円１６ｂの中心間距離は、公的機関により保証されている。従って、画像処理装置２４は、白色円１４ｂの中心から中心までが、何画素に相当するかを算出することにより、１画素辺りの距離を算出することができる。
【００１８】
測定治具１８は、図５に示すように、ほぼ真球の球体であり、黒色の背景１８ａと白色円の測定マーク１８ｂを有する。背景１８ａ、測定マーク１８ｂは、測定治具１８の表面に直接、彩色されている。また、測定ポイントシール１２のような模様が描かれたシール等を測定前に貼り付けても良い。測定マーク１８ｂは、測定治具の表面上に少なくとも４以上付されており、ランダムな位置に付されていることが望ましい。この測定治具１８は、位置を測定したい穴部や、開口部などの凹部に載置される。
【００１９】
上記構成の形状測定装置１０による作用、動作について図６のフローチャートを用いて詳説する。
【００２０】
測定準備Ｓ１においては、加工ワーク２８に測定ポイントシール１２、基準ターゲット１４、基準バー１６、測定治具１８を載置する。このとき、１回の撮影で複数の基準ターゲット１４を撮像できるように、カメラ視野と基準ターゲット１４の載置間隔を調整する。また、測定ポイントシール１２は、座標値を得たい部位に載置する。そして、測定ポイントシール１２が載置できない穴部や開口部などの凹部には、測定治具１８を載置する。このとき、測定マーク１８ｂが撮像されやすいように、測定マーク１８ｂが上側になるように載置する。
【００２１】
次にＳ２においては、測定準備を終えた加工ワーク２８を撮像する。撮像は、カメラ２０の方向、位置を変えて、複数方向から行なわれる。これは、例えば人によりカメラ２０の位置を移動させてもよいし、アクチュエータ等を用いて移動させても良い。撮像する際には、ストロボ２２によりフラッシュが発せられる。フラッシュは、測定ポイントシール１２等の白色部分に反射する。カメラ２０により、この反射像が撮像される。１回の撮像を終えれば、カメラ２０の位置を移動させ、撮像の方向、位置を変化させる。１つの測定ポイントシール１２、又は、測定治具１８について、少なくとも３方向から撮像したデータが得られるように複数方向から撮像する。
【００２２】
画像処理装置２４では、撮像手段から入力された画像データに基づき測定マーク１２ｂ、１８ｂの座標値を算出する。なお、ここで算出される座標値は、各測定マークの相対的位置関係を表すための任意の座標系における座標値である。同じ基準ターゲット１４であっても、撮像方向及び位置により、撮影された画像データにおける基準ターゲットの形状が異なる。そのため、多方向から撮像された画像データを比較、演算することにより基準ターゲット１４の白円１４ｂの相対的３次元座標値を算出することができる。続いて、得られた基準ターゲット１４の３次元座標値より、各画像データについて、その画像を撮像した際のカメラの位置、すなわち撮像位置を算出する。次に、算出されたカメラ位置より、基準ターゲット１４と計測ポイント１２の相対的位置を認識し、３次元座標値を算出する。また、測定治具１８上の測定マーク１８ｂの位置に関しても、計測ポイント１２と同様の手法で３次元座標値を算出する。このように、各測定ポイントシール１２、測定治具１８の測定マーク１２ｂ、１８ｂの３次元座標値が算出される。
【００２３】
次に得られた３次元座標値のデータを解析装置２６に入力する。解析装置２６は、測定治具の球中心点算出手段と、投影点算出手段の機能を有し、凹部位置の算出を行なう。また、画像処理装置２４により算出された座標値データを扱いやすい座標系、例えば、加工ワークを設計したときの座標系などに変換しても良い。設計時と同じ座標系とすることで、求まった各部位が設計図どおりに加工されているかなどが容易に判断できる。
【００２４】
次に得られた座標データから凹部の位置を算出する流れを説明する。初めに、横断面形状が円である穴部３０である場合を、図７、図８を用いて説明する。図７に、穴部３０に測定治具１８を載置した状態の斜視図を示す。また、その断面模式図を図８に示す。測定マーク１８ｂは、測定治具１８の表面に付されている。そのため、この４点を通る球を求めることにより、測定治具１８の球中心点３２が分かる。従って、画像処理装置２４により測定マーク１８ｂの座標位置が算出されることにより、測定治具１８を穴部３０に載置した状態における球中心点３２の座標値を得ることができる。次に、図７、図８からわかるように、測定治具１８は穴部３０に載置した場合、測定治具１８と穴部周縁３０ａとは接している状態となる。ここで穴部周縁３０ａとは、穴部３０により平面部４６に形成されたエッジをいう。次に、穴部周縁３０ａを含む平面である周縁平面３４を算出する。これは、例えば、平面部４６の表面に３以上の測定ポイントシール１２を付し、これらの測定ポイントシールの座標値を求め、これらを通る平面を求めることにより得ることができる。また、加工ワークの設計図等から周縁平面３４を推定しても良い。そして、周縁平面３４に対して垂直な方向に球中心点３２を投影した投影点３６を求める。この投影点３６は、穴部３０の中心点であり、投影点３６の座標値を算出することにより、穴部３０の中心点座標値が求まることになる。このように穴部の測定に測定治具を用いることにより、容易に穴部の中心位置を算出することができる。
【００２５】
次に凹部が長穴部３８である場合を図９に示す。また、図９を上から見た概略図を図１０に示す。長穴部３８のような凹部である場合には、長穴部３８の長手方向に二個以上の測定治具１８を載置することが望ましい。そして、上述した穴部の場合と同様に各測定治具１８について球中心点３２と、その投影点３６を求める。その投影点３６は図１０に示すように、長穴部３８の短軸方向の中心位置となる。さらに、それぞれの投影点３６を通る直線、すなわち、長穴部３８の長手中心軸４０を算出する。これにより、例えば長穴部３８の方向や傾きなどを検出することができる。
【００２６】
このように測定治具を用いて凹部の位置測定を行なうことにより、凹部の側壁に測定ポイントシール等を付す必要がない。そのため形状によっては測定ポイントシールを付すことができない、測定ポイントシールを撮像できないといった問題が発生せず、凹部の形状に関わらず位置を測定することができる。また、凹部の位置測定を行なう場合にのみ、他の測定機器を使用する必要も無いため、形状測定の時間的、コスト的無駄を削減できる。
【００２７】
また、測定治具に何らかの付着手段を持たせることにより、加工ワークの側壁に設けられた凹部の位置を測定することもできる。例えば、加工ワークが鋼よりなる場合は、測定治具に磁気を持たせても良い。磁気を持たせることにより、測定治具は磁気吸引力により加工ワークに付着される。そのため、測定治具を側壁の凹部に載置した場合であっても、測定治具が落下することなく、凹部の位置測定を行なうことができる。また、加工ワークがアルミ等の非磁性体からなる場合は、接着剤等を用いて、側壁の凹部の位置を測定しても良い。これにより、加工ワークが磁性体以外の場合であっても、側壁の凹部の位置を測定することができる。
【００２８】
また、本実施例においては、測定治具４２は、球体としたが、一部に球面を有する不完全球体であっても良い。例えば、図１１に示すような半球体の測定治具４２であっても良い。これは、半球体であって、その球中心に測定マーク４４が付されている。この測定治具４２の球面部分を凹部に載置し、測定マーク４４の座標位置を画像処理により算出する。そして、測定マークの座標値を球中心点座標として用いて、凹部の位置測定を行なうことができる。また、半球体を更に分割した分割球を測定治具として用いても良い。この場合も球中心点に測定マークを付すことにより、球中心点を求めることができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明に係る形状測定装置によれば、他の測定機器を使用せずに凹部の位置測定ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における形状測定装置の概略図である。
【図２】測定ポイントシールの上面図である。
【図３】基準ターゲットの上面図である。
【図４】基準バーの上面図である。
【図５】本発明の実施の形態における測定治具の斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態における形状測定のフロー図である。
【図７】断面形状円の穴部の位置測定を示す図である。
【図８】図７の断面概略図である。
【図９】長穴の穴部の位置計測を示す図である。
【図１０】図１０の上面概略図である。
【図１１】本発明の他の実施形態における測定治具の斜視図である。
【符号の説明】
１２  測定ポイントシール、１４  基準ターゲット、１６  基準バー、１８  測定治具、２０  カメラ、２２  ストロボ、２４  画像処理装置、２６  解析装置、２８  加工ワーク、３０  穴部、３２  球中心点、３４  周縁平面、３６  投影点、３８  長穴部、４０  中心軸、４２  測定治具、４４  測定マーク、４６  平面部。
【図１】
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【図２】
2004191335.tif 000004
【図３】
2004191335.tif 000005
【図４】
2004191335.tif 000006
【図５】
2004191335.tif 000007
【図６】
2004191335.tif 000008
【図７】
2004191335.tif 000009
【図８】
2004191335.tif 000010
【図９】
2004191335.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2004191335.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成14年12月20日(2002.12.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2004191335.tif 000019
【図７】
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【図８】
2004191335.tif 000021
【図９】
2004191335.tif 000022
【図１０】
2004191335.tif 000023
【図１１】
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