(57)【要約】【課題】小型化可能で高精度な形状測定が可能な光学式測定装置を提供する。【解決手段】レーザ光源２０１が出力したビーム状の測定用光２１６は第２円錐ミラー２０７によって放射状の測定用光に変換され、ケース１０１の第２開口部１０２を通って出力された後、測定対象物２２０で反射され、第１開口部１０３を通ってケース１０１内へ入り、第１円錐ミラー２０９によって反射された後、受光レンズ２１３を介して光検出素子２１４で検出される。処理部２４０は、光検出素子２１４で検出された測定用光に基づいて測定対象物の形状を算出する。【選択図】図２
2013036947.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定用光によって測定対象物を線状に照射する照射手段と、
測定用光を検出する光検出手段と、
少なくとも円錐台形の光反射領域を含み、前記測定対象物で反射した前記測定用光を前記光検出手段側に反射する光反射手段と、
前記照射手段からの前記測定用光を前記測定対象物側へ通すと共に前記測定対象物で反射した前記測定用光を前記光反射手段側へ通すように、少なくとも前記照射手段、光検出手段及び光反射手段を収容するケースと、
前記光検出手段が検出した測定用光に基づいて前記測定対象物の形状を算出する処理手段とを備えて成ることを特徴とする光学式測定装置。
【請求項２】
前記照射手段は、ビーム状の測定用光を発生するレーザ光源と、前記レーザ光源からの測定用光を反射する平面ミラーと、前記レーザ光源の光軸を回転中心として前記平面ミラーを回転する回転駆動手段とを備え、前記平面ミラーで反射した前記測定用光を出力することにより、前記測定用光で前記測定対象物を線状に照射することを特徴とする請求項１記載の光学式測定装置。
【請求項３】
前記光反射手段は、前記照射手段と前記光検出手段の間に配設されて成ることを特徴とする請求項１又は２記載の光学式測定装置。
【請求項４】
前記照射手段は、前記光反射手段と前記光検出手段の間に配設されて成ることを特徴とする請求項１又は２記載の光学式測定装置。
【請求項５】
前記光照射手段と前記光反射手段の少なくとも一方は他方に対して、相互間の距離が可変なように相対的に移動可能であることを特徴とする請求項４記載の光学式測定装置。
【請求項６】
前記反射手段は少なくとも円錐台形の光反射領域を含む形状を有し、
前記光検出手段が受光した測定用光を、前記光検出手段の座標系から実座標系に変換して前記反射手段による像の歪みを解消する座標系変換手段を備えて成ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一に記載の光学式測定装置。
【請求項７】
前記照射手段は、円錐ミラーと、前記円錐ミラーの頂点に対向して配設されると共に前記円錐ミラーの円錐軸がその光軸に一致するように配設され、測定用光を出力するレーザ光源とを備え、前記円錐ミラーで放射状に反射した前記測定用光を測定対象物に照射することにより、前記測定用光で前記測定対象物を線状に照射することを特徴とする請求項１記載の光学式測定装置。
【請求項８】
被加工物をダイとパンチで挟んで負荷をかけることにより、前記被加工物を曲げ加工するプレス機において、
請求項１乃至７のいずれか一に記載の光学式測定装置を前記パンチに配設して、前記被加工物の形状を測定することを特徴とするプレス機。
【請求項９】
相互に組み合わせて使用する第１、第２の部品間に、請求項１乃至７のいずれか一に記載の、少なくとも前記照射手段、光検出手段、光反射手段及びこれらを収容するケースから成る光学式測定装置本体を配置する配置工程と、前記光学式測定装置本体によって前記第１、第２部品の位置を測定しながら前記第１、第２部品の相対的位置を合わせる位置合わせ工程と、前記光学式測定装置本体を前記第１、第２の部品間から取り除く除去工程と、前記第１、第２の部品を組み合わせる組み合わせ工程とを備えて成ることを特徴とする部品組み合わせ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒状の測定対象物や湾曲した測定対象物の壁面形状を光学的に測定するのに好適な光学式測定装置、前記光学式測定装置を用いたプレス機、前記光学式測定装置を用いて部品の組合せを行う部品組合せ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、測定対象の形状等を光学的に測定する光学式測定装置が開発されている。筒状体の内壁面形状やＵ字形に湾曲した部材の内壁面形状を測定する機能を持った光学的測定装置として、前記内壁面に放射状の測定用光を照射することによって前記内壁面を線状に照射して測定する光学式測定装置（いわゆる光切断法を用いた光学式測定装置）が開発されている（例えば特許文献１、２参照）。
光切断法を用いた従来の光学式測定装置は、レーザ光源の光軸を頂角９０度の円錐ミラーの頂点に位置合わせして配設すると共に、前記円錐ミラーの円錐軸が前記光軸に一致するように配設した構成を有している。
【０００３】
このように構成された光学式測定装置によって測定を行う場合、レーザ光源からビーム状の測定用光を円錐ミラーの頂点に照射することにより、前記円錐ミラーの頂点近傍おいて円錐軸に直交する面内で放射状の測定用光を生成する。筒状体の内壁面に前記放射状の測定用光を照射し（即ち、線状の測定用光によって筒状体内壁面の接断面を得るように光学的に照射し）、筒状体の内壁面上で散乱する反射光のうち光検出部に入射する光を集光して、筒状体の内壁面形状を測定するように構成している。
【０００４】
前述した光学式測定装置を用いることにより、筒状体やハーフパイプ等の測定対象物の内面形状等を短時間で正確に測定することが可能である。
しかしながら、前記従来の光学式測定装置では、測定対象で反射した測定用光が急角度で光検出部に入射すると、光検出部に設けられている受光レンズが、入射した測定用光を十分には集光できず測定が困難になるという問題がある。
【０００５】
この問題を解決する方法として、光源と光検出部間の距離を、光源と測定対象物間の距離に略等しくするように構成する方法が考えられる。これにより、測定対象で反射した測定用光を緩やかな角度で光検出部に入射させることができるため、測定対象で反射した測定用光を光検出部で検出することが可能になり、高精度な形状測定が可能になる。
【０００６】
しかしながら、測定対象物が径の大きい筒状体やハーフパイプ等の場合、光源と測定対象物間の距離が大きくなり、その結果として光源と光検出部間の距離も大きくせざるを得ないため、光学式測定装置が大きくなり、小型化ができないという問題がある。
また、小型化を図りつつ前記問題を解決する方法として、受光レンズに、魚眼レンズのような高屈折角のレンズを使用する方法も考えられるが、正確な集光が困難であるため、高精度な測定は困難という問題がある。
【０００７】
一方、クレーンのブーム（Boom）等の加工方法として、成形金型によらないで供給材料の送り量とパンチ押込み量で所定の曲げ成形を行う金属プレス加工（ラウンド曲げ加工と称す。）が採用されている。
クレーンのブームには高張力鋼が使用されている。高張力鋼は、軽量で強度が大きいという特性を有しているが、スプリングバックの量等の材料特性のばらつきが大きく、一定の力または変位を与えて曲げ加工を行ったとしても、曲げられた部材の形状が一定でないため、精度の高い加工が難しいという問題がある。
【０００８】
従来、高張力鋼を用いてブーム用にラウンド曲げ加工を行う場合、長さ数ｍ〜十数ｍ程の細長い平板状高張力鋼を長さ方向にダイ上に載置し、前記高張力鋼と同程度の長さを有する大型プレス機のパンチによって数千トン程の負荷を加えて少しずつ曲げを行う。前記加工処理を繰り返すことによって、徐々に断面Ｕ字型の長尺部材にラウンド曲げ加工を行うようにしている。
【０００９】
この加工の際、人的な作業により、物差しや測定用ジグ等を用いて形状を測定しながら、所望の形状や曲げ量に加工している。
しかしながら、高張力鋼はパンチで負荷を掛けられている間は曲がった状態になるものの、除荷するとスプリングバックによって形状が相当量戻るため、物差しや測定用ジグ等を用いて形状を測定しながらの加工では、測定が煩雑であるという問題がある。また、手作業による測定では高精度な測定が困難という問題がある。
【００１０】
このように、曲げ加工工程中における曲げ半径、曲げ対称度、ハーフパイプ形状のねじれ、平行度などの加工形状の傾向を把握する有効な手段がなく、適切な加工作業が行えないために曲げ加工終了後に、多大な労力をかけて形状の修正作業を行うことが必要となる。曲げ角度の測定を行うには、曲げ加工の工程中に頻繁に角度計の設置換えが必要で、一貫した寸法管理が行えない。また型ゲージと被加工部材の隙間を確認することによって、加工の程度を確認しているものの、精度の良い定量的な測定ができないという問題がある。
【００１１】
また、組立ロボットを用いて、砂型をはじめとして複数の大型部品を組み合わせる場合、組み合わせる部品の相対的な位置関係を人手によって測定する方法では非効率的であり、測定精度が悪い等の問題があり、部品の相互干渉回避のために組合せは人の勘に依存しているため生産性が高められないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平５−１０７０３７号公報
【特許文献２】特開２００９−１９２４８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、小型化可能で高精度な形状測定が可能な光学式測定装置を提供することを課題としている。
また、本発明は、前記光学式測定装置を用いて、被測定対象を加工しながら、前記被測定対象の形状を高精度に測定できるようにすることを課題としている。
また、本発明は、前記光学式測定装置を用いて、複数の部品を高精度に組み合わせ可能にすることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第１の視点によれば、測定用光によって測定対象を線状に照射する照射手段と、光検出手段と、少なくとも円錐台領域を含み、前記測定対象で反射した前記測定用光を前記光検出手段側に反射する光反射手段と、前記照射手段からの前記測定用光を前記測定対象側へ通すと共に前記測定対象で反射した前記測定用光を前記光反射手段側へ通すように、前記照射手段、光検出手段及び光反射手段を収容するケースとを備えて成ることを特徴とする光学式測定装置が提供される。
【００１５】
また、本発明の第２の視点によれば、被加工部材をダイとパンチで挟んで圧力をかけることにより、前記加工部材を曲げ加工するプレス機において、前記光学式測定装置を前記パンチに配設して成ることを特徴とするプレス機が提供される。
【００１６】
また、本発明の第３の視点によれば、相互に組み合わせて使用する第１、第２の部品間に、少なくとも前記照射手段、光検出手段、光反射手段及びこれらを収容するケースから成る光学式測定装置本体を配置する配置工程と、前記光学式測定装置本体によって前記第１、第２部品の位置を測定しながら前記第１、第２部品の相対的位置を合わせる位置合わせ工程と、前記光学式測定装置本体を前記第１、第２の部品間から取り除く除去工程と、前記第１、第２の部品を組み合わせる組み合わせ工程とを備えて成ることを特徴とする部品組み合わせ方法が提供される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る光学式測定装置によれば、小型化可能で高精度な形状測定が可能である。
また、本発明に係るプレス機よれば、前記光学式測定装置を用いて、被測定対象を加工しながら、前記被測定対象の形状を高精度に測定することが可能であり、したがって、高精度な曲げ加工が可能になる。
また、本発明に係る部品組合せ方法によれば、前記光学式測定装置を用いて複数部品の位置を合わせることが可能になるため、簡単な構成で複数の部品を高精度に組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の各実施の形態に係る光学式測定装置本体の外観斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る光学式測定装置本体の正断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る光学式測定装置の使用態様の概要を示す正面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る光学式測定装置の使用態様の概要を示す側面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る光学式測定装置の動作原理を説明する説明図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る光学式測定装置の動作を説明する説明図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る光学式測定装置の動作を説明する説明図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る光学式測定装置本体の正断面図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係る光学式測定装置本体の正断面図である。
【図１０】本発明の各実施の形態に係る光学式測定装置の特性を示す特性図である。
【図１１】本発明の実施の形態に係る光学式測定装置の他の使用態様の概要を示す正面図である。
【図１２】本発明の実施の形態に係る光学式測定装置の更に他の使用態様の概要を示す斜視図である。
【図１３】本発明の実施の形態に係る光学式測定装置の更に他の使用態様の概要を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態に係る光学式測定装置、プレス機、部品組み合わせ方法について説明する。尚、各実施の形態において、同一機能を有する部分には同一符号を付している。
図１（ａ）は、本発明の第１、第２の実施の形態に共通する光学式測定装置本体１００の斜視図であり、細部を省略した概観を示す図である。同図（ｂ）は本発明の第３の実施の形態に係る光学式測定装置本体９００の斜視図であり、細部を省略した概観を示す図である。
【００２０】
同図（ａ）において、光学式測定装置本体１００の光源や検出部等の各構成要素は後述するように、概略円筒状のケース１０１内に収容されている。ケース１０１は金属等の不透光性部材によって構成されている。ケース１０１は、測定対象物（図示せず）の測定に用いる測定用光をケース１０１外へ通す第２開口部１０２、測定対象物で反射した測定用光をケース内部へ通す第１開口部１０３を備えている。
尚、同図（ｂ）の光学式測定装置本体９００については後述する。
【００２１】
図２は、本発明の第１の実施の形態に係る光学式測定装置本体１００の正断面図であり、ケース１０１の中心軸に相当する光軸２１２に沿って切断した断面図である。
図２において、本第１の実施の形態に係る光学式測定装置は、光学式測定装置本体１００と処理装置２４０を備えている。
円板状の基板２０６には第１反射ミラーとしての第１円錐ミラー２０９が固定されている。第１円錐ミラー２０９は、頂点２１０の角度（頂角）が所定角度（本第１の実施の形態では９０度）の円錐形状を有しており、その外面（円錐面）全体が光を反射するように構成されている。第１円錐ミラー２０９の円錐軸２１１は頂点２１０を通り底面に垂直な軸である。
【００２２】
第１円錐ミラー２０９の頂点２１０は使用しないため、第１円錐ミラー２０９は必ずしも円錐形である必要はなく、円錐台形でもよい。即ち、第１反射ミラー２０９は、少なくとも円錐台形の光反射領域を有する部材であればよい。第１反射ミラー２０９が円錐台形状の場合、第１反射ミラー２０９の円錐軸２１１は、上側の円形面と下側の円形面の両中心を通る軸になる。
【００２３】
第２反射ミラーとしての第２円錐ミラー２０７が、第１円錐ミラー２０９の背面側に第１円錐ミラー２０９とは逆向きになるように基板２０６に固定されている。第２円錐ミラー２０７は頂角が９０度で、第１円錐ミラー２０９の円錐軸２１１と同じ円錐軸を有している。第２円錐ミラー２０７は、頂点２０８近傍の領域を使用するため、円錐台形ではなく円錐形に構成される。
【００２４】
図２の例では第１円錐ミラー２０９と第２円錐ミラー２０７は、化学的接合あるいは機械的接合によって基板２０６に取り付けて一体化した構成としているが、第１円錐ミラー２０９と第２円錐ミラー２０７は基板２０６を介さずに一体構造または化学的接合あるいは機械的接合によって一体構造化するようにしてもよい。ケース１０１の内側に、ケース１０１の中心軸に相当する光軸２１２と円錐軸２１１を一致させるための調整具２０４が基板２０６とケース１０１の間に配置されている。例えば調整具２０４をネジで構成し、前記ネジによって基板２０６をケース１０１側から光軸２１２方向へ押し出す量を調整することによって、光軸２１２と円錐軸２１１を一致させるように構成することができる。
【００２５】
レーザ光源２０１の光軸２０５の角度が光軸２１２と平行になるように調整するための角度調整機構２０３が設けられている。角度調整機構２０３は、光軸２１２に垂直な平面内で相互に直交する２方向（ＸＹ方向）に対する光軸２０５の角度を調整する機構である。角度調整機構２０３により、レーザ光源２０１から出力された測定用光２１６を第２円錐ミラー２０７の頂点２０８に投光させるようにレーザ光源２０１の角度を調整する。
【００２６】
角度調整機構２０３は取り付け具２１８によってレーザ光源２０１と連結されており、角度調整機構２０３を操作することにより、取付け具２１８を介してレーザ光源２０１の光軸２０５を光軸２１２と平行になるように調整し、レーザ光源２０１から出力された測定用光２１６を第２円錐ミラー２０７の頂点に照射させる。角度調整機構２０３によって、レーザ光源２０１の光軸２０５が光軸２１２と平行になるように初期設定される。尚、角度調整機構２０３は公知のものを用いて構成することができる。
【００２７】
角度調整機構２０３は支持部材２１７に固定されている。支持部材２１７は２次元変位調整機構２０２を介してケース１０１に一体に取り付けられており、ケース１０１とともに光学式測定装置本体１００のケースを構成している。
支持部材２１７とケース１０１の間には、光軸２１２と直交する平面内で互いに直交する方向（ＸＹ方向）にレーザ光源２０１を移動させて、レーザ光源２０１の光軸２０５の位置を調整する２次元変位調整機構２０２が配置されている。角度調整機構２０３及び２次元変位調整機構２０２によってレーザ光源２０１の光軸２０５と光軸２１２が一致するように調整される。尚、２次元変位調整機構２０２は公知のものを用いて構成することができる。
【００２８】
ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラまたはＣＭＯＳ（Complementary MOS）アレイ等によって構成された光検出素子２１４は第１円錐ミラー２０９の反射光を受光できるように、受光レンズ２１３を介して第１ミラー２０９に対面して配設されている。第１円錐ミラー２０９の円錐軸２１１と光検出素子２１４の受光面が直交するよう、また光検出素子２１４の座標原点が円錐軸２１１に一致するように配設されている。受光レンズ２１３と光検出素子２１４は光検出部２１５を構成している。
【００２９】
レーザ光源２０１から出力された測定用光２１６は、第２円錐ミラー２０７の頂点２０８を含む領域で９０度向きを変えて放射状（換言すれば円板状）に反射される。第２円錐ミラー２０７によって放射状に９０度向きを変えて反射された測定用光２１６は、第２開口部１０２を介してケース１０１外へ出力される。第２開口部１０２のケース１０１の円周方向に沿った長さを変えることにより、測定用光２１６の出力領域を変えることができる。
【００３０】
ケース１０１外部へ出力された放射状の測定用光２１６は、測定対象物２２０を線状に照射（光切断）する。これにより、測定対象物２２０は放射状の測定用光２１６によって線状に同時に照射される。測定対象物２２０で反射した測定用光２１６は第１開口部１０３を介してケース１０１内へ入る。ケース１０１に入射した測定用光は、第１円錐ミラー２０９の円錐台領域の表面で反射され、受光レンズ２１３を通って光検出素子２１４によって検出される。
【００３１】
光検出素子２１４には、電気ケーブル２３０を介して、コンピュータによって構成された処理装置２４０が接続されている。光検出素子２１４によって検出した測定対象物２２０の像のデータは処理装置２４０に入力される。処理装置２４０では、光検出素子２１４からの像データに座標変換処理を施して測定対象物２２０の形状を算出する等の処理が行われる。
【００３２】
ここで、レーザ光源２０１及び第２円錐ミラー２０７は、測定用光２１６によって測定対象物２２０を線状に照射する照射手段を構成している。光検出部２１５は光検出手段を構成している。第１円錐ミラー２０９は、少なくとも円錐台領域を含み、測定対象物２２０で反射した測定用光２１６を前記光検出手段側に反射する光反射手段を構成している。ケース１０１は、前記照射手段からの測定用光２１６を測定対象物２２０側へ通すと共に測定対象物２２０で反射した測定用光２１６を前記光反射手段側へ通すように、前記照射手段、光検出手段及び光反射手段を収容するケースを構成している。また、処理装置２４０は、光検出手段が検出した測定用光に基づいて測定対象の形状を算出する処理手段を構成している。
尚、処理装置２４０の少なくとも一部の処理機能をケース１０１内に設けるように構成することも可能である。光学式測定装置本体１００は、少なくとも前記照射手段、光検出手段、光反射手段およびこれらを収容するケース１０１を有している。
【００３３】
図３は、本発明の第１の実施の形態に係る光学式測定装置の使用態様を示す正面図で、プレス機に組み込んで使用する例を示している。
図３において、プレス機３０１には、ダイ（図示せず）の上方に上下動可能なようにパンチ３０２が設けられている。パンチ３０２には、ダイと対面する側に、複数の凸部３０３と凹部３０４が交互に設けられている。パンチ３０２によって、ダイ上に載置した被加工物（例えばクレーンのブームを作成するための高張力鋼の平板）２２０に負荷を加えてラウンド曲げ加工を行う。尚、被加工物２２０は、光学式測定装置の測定対象物でもあるため、以下では測定対象物２２０とも表記している。
【００３４】
パンチ３０２には光学式測定装置本体１００を収容するための穴が形成されており、光学式測定装置本体１００は、パンチ３０２の前記穴内に、測定用光２１６を測定対象物２２０に照射すると共に測定対象物２２０で反射した測定用光２１６を受光可能なように収容されている。レーザ光源２０１で発生した放射状の測定用光２１６は、パンチ３０２の凹部３０４を通って測定対象物２２０に照射される。測定対象物２２０で反射した測定用光２１６は、パンチ３０２の凹部３０４を通って、第１円錐ミラー２０９によって反射された後、受光レンズ２１３を介して光検出部２１５の光検出素子２１４によって検出され、処理装置２４０によって形状の算出処理等が行われる。
【００３５】
図４は、本発明の第１の実施の形態に係る光学式測定装置の使用態様を示す側面図で、プレス機に組み込んで使用する例を示している。
図４において、光学式測定装置本体１００が図３と同様に、プレス機３０１のパンチ３０２内に収容されている。パンチ３０２を下降させてダイ４０１上に載置した測定対象物２２０に負荷を加えてラウンド曲げ加工を行う。
【００３６】
パンチ３０２を上方に移動させて除荷した位置で、測定対象物２２０の形状測定を行うことにより、測定対象物２２０の曲げ形状を測定する。これにより、加工後の測定対象物２２０の形状が測定される。また、パンチ３０２によって測定対象物２２０に負荷を与えている状態と除荷した状態の両状態で測定対象物２２０の形状を測定すれば、測定対象物２２０のスプリングバックの量を測定することができる。
【００３７】
図５は、本発明の第１の実施の形態に係る光学式測定装置の動作を説明する原理図である。
図５において、レーザ光源（図示せず）からビーム状の測定用光２１６が光軸２０５に沿って、第２円錐ミラー２０７の頂点２０８に照射されると、第２円錐ミラー２０７の頂角が９０度に形成されているため、第２円錐ミラー２０７の頂点２０８の近傍領域で反射され、放射状の測定用光２１６が光軸２０５と直交する方向に出力される。
【００３８】
前記放射状の測定用光２１６は、測定対象物２２０の内壁面を線状に照射する（光切断）。図５には、測定対象物２２０としてＵ字型に曲げられた高張力鋼の一部を示しており、前記放射状の測定用光２１６は測定対象物２２０の内壁面を線状に照射して反射する。５０２は放射状の測定用光２１６による光切断ラインである。
【００３９】
測定対象物２２０の内壁面で反射した測定用光２１６は、第１円錐ミラー２０９で反射され、受光レンズ２１３で集光された後、光検出素子２１４によって検出される。
光検出素子２１４は第１円錐ミラー２０９を介して測定対象物２２０を検出するため、光検出素子２１４上に結ばれる測定対象物２２０の像５０１は、測定対象物２２０の形状と相似の形状ではなく、第１円錐ミラー２０９による歪みを含んだ形状となる。
【００４０】
図６は、光検出素子２１４の検出する像が第１円錐ミラー２１４によって歪められる様子及び歪みを無くして元の像を得る処理を説明する説明図である。図６において、「受光器空間」は光検出素子２１４における空間の座標を表し、「実空間」は測定対象物２２０が存在する空間の座標を表している。
【００４１】
図６（ａ）には、図３、図４に示したように１つの光学式測定装置本体１００をパンチ３０２に取り付けた状態で、測定対象物２２０を測定する例を示している。ここでは、測定対象物２２０の例として、マスターゲージと、一端側をラウンド曲げした板状の高張力鋼の例を示している。
【００４２】
また、図６（ｂ）には、後述するように２つの光学式測定装置本体１００をパンチ３０２に取り付けた状態で、測定対象物２２０を測定する例を示している。測定対象物２２０の例は、図６（ａ）と同じである。
第１円錐ミラー２０９を介して測定対象物２２０を測定するため、光検出素子２１４で検出される像は、受光器空間の像として示すように歪んだ像となる。本発明の各実施の形態では、光検出素子２１４が検出した像に所定の座標変換処理を施すことにより、実空間における像を得るようにしている。
【００４３】
図７は、受光器空間の像を実空間の像に変換する際の変換処理を説明する説明図である。
図７（ａ）は、測定対象物２２０と光学式測定装置本体の光学系（構成要素）の配置関係を示す図である。
図７（ａ）において、Ｒは第１円錐ミラー２０９の頂点２１０から測定対象物２２０までの距離、ｇは第１円錐ミラー２０９の高さ（底面から頂点２１０までの距離）、φは第１円錐ミラー２０９の頂角、ｂは頂点２１０と受光レンズ２１３の中心との距離、ｆは受光レンズ２１３の中心と光検出素子２１４との距離である。
【００４４】
Ｚ０は第１円錐ミラー２０９の頂点２１０と第２円錐ミラー２０７の頂点２０８との間の光軸２１２に沿った距離、ρは検出素子２１４が検出した像（Ｒに対応する像）、βは検出素子２１４に入射する測定用光２１６と検出素子２１４の検出面との間の角度である。また、Ｏは実空間座標の座標原点である第１円錐ミラー２０９の頂点２１０の座標、ＯAは受光器空間座標の原点である検出素子２１４の中央の座標、Ｃは第２円錐ミラーの頂点２０８の座標（Ｚｃ，Ｙｃ）である。ここで、ｇ、φ、ｂ、ｆ、Ｚ０、Ｚｃ、Ｙｃは所定の設定値であり、既知の値である。
【００４５】
本第１の実施の形態の場合、第１円錐ミラー２０９と第２円錐ミラー２０７は図２に示すように逆向きに配設されているため、Ｚ０の符号はマイナスとなる。第２円錐ミラー２０７は光軸２１２上にある。第１円錐ミラー２０９は、｜−Ｚ０｜＞｜−ｇ｜となる円錐台形の光反射領域を含む反射ミラーを使用する。即ち、Ｃ点は円錐ミラー２０９の底面の左側に位置する。
【００４６】
また、図７（ｂ）に示す受光器空間座標は角度ψと原点ＯAからの距離ρによって表される極座標表示であり、図７（ｃ）に示す実空間座標は角度θと原点Ｏからの距離Ｒによって表される極座標表示である。受光器空間座標と実空間座標は相互にZ軸に沿って平行移動した関係にある。受光器空間座標の原点ＯAと実空間座標の原点ＯのZ座標は、（ｂ＋ｆ）だけ距離が離れている。実空間座標のY軸と受光器空間座標のη軸は平行であり又、実空間座標のX軸と受光器空間座標のξ軸も平行である。
【００４７】
図７（ｂ）の受光器空間座標から図７（ｃ）の実空間座標への変換は、下記２つの式（１）によって行うことができる。尚、第１円錐ミラー２０９を円錐台形の反射ミラーで構成した場合も下記式によって座標変換を行うことができる。
θ＝ψ−π
Ｒ＝Ｚｃ／ｔａｎ{β−(π−φ)}＋ｂ・[(ｔａｎ{(π−φ)／２}／ｔａｎ{β−(π−φ)})＋１］／(ｔａｎβ−ｔａｎ{(π−φ)／２})                    ・・・（１）
但し、ｔａｎβ＝ｆ／ρである。
【００４８】
以上のように構成された本発明の第１の実施の形態に係る光学式測定装置の動作を説明する。
図３、図４に示すように、光学式測定装置本体１００をプレス機３０１のパンチ３０２内に収容し、ダイ４０１上に載置した測定対象物２２０にパンチ３０２によって負荷をかけ、測定対象物２２０のラウンド曲げ加工を行う。パンチ３０２が所定高さに位置するときに、光学式測定装置本体１００によって測定対象物２０の形状を測定する。
【００４９】
例えば、パンチ３０２が最下位置にきて測定対象物２２０に最大負荷を加えている状態のときと、パンチ３０２が最上位置にきて除荷した状態のときに、測定対象物２２０の形状を測定する。これにより、除荷した状態での測定対象物２２０の曲がり具合や、スプリングバックの大きさを測定することができる。
【００５０】
測定対象物２２０の形状を測定する場合、レーザ光源２０１からビーム状の測定用光２１６を出力させる。前記ビーム状の測定用光２１６は第２円錐ミラー２０７によって９０度偏向するように放射状に反射される。第２円錐ミラー２０７によって反射された測定用光２１６は、第２円錐ミラー２０７の頂点２０８を中心として、光軸２１２に直交する面内で放射状に出力される。
【００５１】
第２円錐ミラー２０７によって反射された放射状の測定用光２１６は、第２開口部１０２及びパンチ３０２の凹部３０４を通って測定対象物２２０を照射する。これにより、測定対象物２２０は測定用光２１６によって線状に照射される、即ち、光切断される。
測定対象物２２０で反射した測定用光は第１開口部１０３を通ってケース１０１内に入り、第１円錐ミラー２０９によって反射された後、受光レンズ２１３を通って光検出素子２１４によって検出される。光検出素子２１４は、検出した像のデータを電気ケーブル２３０を介して光学式測定装置本体１００外部の処理装置２４０に出力する。
【００５２】
光検出素子２１４によって検出された像は、前記受光器空間座標であるため、図６に示すように歪んだ像となっている。処理装置２４０は、光検出素子２１４が検出した像のデータを用いて、前記式（１）によって演算処理を行い、受光器空間座標を実空間座標に変換し、測定対象物２２０の実空間における正しい像を得る。
光学式測定装置の特性は図１０に示すようである。図１０は、本発明の各実施の形態に係る光学式測定装置の測定範囲と測定精度との関係を示す特性図で、×印の特性Ａが本第１の実施の形態に係る光学式測定装置の特性を表している。
【００５３】
図１０に示すように、本第１の実施の形態に係る光学式測定装置は、後述する第３の実施の形態に比べて、測定範囲が所定値を超える範囲では測定精度が大きく低下していくが、測定範囲は広いという特性を有している。したがって、本第１の実施の形態に係る光学式測定装置は、径の大きい測定対象物２２０を測定する場合等に用いて特に効果的である。
【００５４】
また、第１円錐ミラー２０９を用いているため、次のような効果が得られる。
即ち、測定対象物２２０表面の散乱光を三角測量の原理を維持して、第１円錐面ミラー２０９で反射した測位用光２１６を光検出部２１５に導光することが可能である。
測定用光を光検出部に直接導光する場合、受光レンズ２１３は魚眼レンズ等を使わない限り遠方に配置することになり、測定対象物からの戻り光が通る開口部を大きくする必要性があると共に光学式測定装置全体が大きくなるという欠点がある。
【００５５】
また、魚眼レンズは均一かつ精密な集光が得られ難く、測定に不向きである。円錐ミラー２０９を用いることにより魚眼レンズが不要になり又、標準的な受光レンズによって高精度な導光が可能になる。円錐ミラー２０９で適切な位置で反射させると、測定用光２１６が測定対象物２２０で反射した位置から受光レンズ２１３までの距離を短くでき、従って光路長が短くでき、光学式測定装置の寸法も円錐ミラー２０９を使用しない場合に比べて（例えば１／５程度）小さくすることが可能になる。また測定対象物２２０からの戻り光のための開口部１０３も小さくできる。従って、汎用組込センサとして有効なカートリッジ化が可能になる。
【００５６】
また、光反射面が円錐（円錐台も可）の稜線は曲線ではなく直線であり、入射光と反射光の評価と管理を高精度で行えることから、反射で生じる歪み誤差を低減することが容易であり、高精度な測定が可能になる。また、稜線が直線であるため、座標変換を簡単な式で行うことが可能になり又、正確に行うことが可能になる。これに対して、光反射面が球面や双曲面の場合には、反射で生じる歪み誤差を低減することが困難であり、測定精度が低いという欠点がある。
【００５７】
また、光源２０１の光軸２０５と円錐ミラー２０９の光軸２１２が平行であるため、これらを直角に配置する場合に比べて、光学式測定装置本体１００を小型化することができ、したがって、小型な光学式測定装置を構成することが可能になる。
また、第１円錐ミラー２０９の底面と平行面をなして放射状に投光される測定用光２１６は投光距離に反比例して強度密度が減衰する。測定対象物２２０に生じた散乱光は入射光方向にもっとも強く反射し、直角方向には反射しない。第１円錐ミラー２０９には垂直に近い角度の散乱光が入射するのに対して、第１円錐ミラー２０９を使用しない場合には弱い散乱光しか入射しない。第１円錐ミラー２０９を用いることにより、光エネルギを合理的に利用することができる。
【００５８】
また、第１円錐ミラー２０９の円錐軸２１１と直角方向にある散乱光を第１円錐ミラー２０９を介して円錐軸２１１の頂点２１０方向にある光検出素子２１４に集光するために、測定対象物２２０までの工程で弱まった光密度は集光工程で逆放射、つまり受光レンズ２１３に向かって集光することで光強度密度を高める作用を有する。したがって、エネルギ効率がよく、レーザ光源２０１の出力を大きくする必要がない等の効果を奏する。
【００５９】
図８は、本発明の第２の実施の形態に係る光学式測定装置本体８００の正断面図であり、ケース１０１の中心軸に相当する光軸２１２に沿って切断した断面図である。
図８において、本第２の実施の形態に係る光学式測定装置は、光学式測定装置本体８００と処理装置２４０を備えている。
光学式測定装置本体８００の外観形状は、図１（ａ）に示すように光学式測定装置本体１００と同じである。
本第２の実施の形態に係る光学式測定装置と前記第１の実施の形態に係る光学式測定装置は、測定用光２１６を発生する光源部の構成が相違しているが、その他の構成は同一であるため、相違点についてのみ説明する。
【００６０】
測定対象物２２０を測定用光２１６で線状に照射するために、光学式測定装置本体１００では円錐ミラー２０７を用いて放射状の測定用光２１６を生成したが、光学式測定装置本体８００ではビーム状の測定用光２１６で測定対象物２２０を走査するように構成している。
即ち、図８において、円板状の基板２０６には第１反射ミラーとしての第１円錐ミラー２０９が固定されている。前述したとおり第１円錐ミラー２０９の頂点２１０は使用しないため、第１円錐ミラー２０９は必ずしも円錐形である必要はなく、少なくとも円錐台形状の領域を含むミラーであれば良く、円錐台形でもよい。
【００６１】
第１円錐ミラー２０９とレーザ光源２０１間には、ミラー支持部材８０２がボールベアリング等の回転支持部材８０３によって回転自在にケース１０１に保持されている。ミラー支持部材８０２の周囲には歯車が形成されており、ミラー支持部材８０２はモータ８０１によって、光軸２１２を回転中心として所定速度で回転するように駆動される。
【００６２】
ミラー支持部材８０２の中心、即ち光軸２１２上には、平面ミラー８０４が取り付けられている。平面ミラー８０４の光反射面は、レーザ光源２０１からの測定用光２１６を９０度方向に偏向して反射するように、光軸２０５と４５度の角度をなしてレーザ光源２０１に対面するように取り付けられている。平面ミラー８０４は、モータ８０１によって光軸２０５（換言すれば光軸２１２）を回転中心として、ミラー支持部材８０２とともに回転する。光学式測定装置本体８００の他の構成は光学式測定装置本体１００と同一である。
尚、レーザ光源２０１、モータ８０１、ミラー持部材８０２、回転支持部材８０３、平面ミラー８０４は照射手段を構成している。また、モータ８０１、ミラー持部材８０２、回転支持部材８０３は回転駆動手段を構成している。
【００６３】
以上のように構成された本第２の実施の形態に係る光学式測定装置では、モータ８０１を所定速度で一方向に回転することにより、ミラー支持部材８０２を所定速度で回転させる。これにより、平面ミラー８０４が光軸２１２を中心として所定速度で回転する。
レーザ光源２０１から出力されたビーム状の測定用光２１６は、回転する平面ミラー８０４によって９０度偏向して反射される。平面ミラー８０４によって反射されたビーム状の測定用光２１６は、第２開口部１０２を通って測定対象物２２０を照射する。第２開口部１０２のケース１０１の円周方向に沿った長さを変えることにより、測定用光２１６の出力領域を変えることができる。
【００６４】
このとき、測定用光２１６は細いビーム状の光であるが、所定速度で回転する平面ミラー８０４によって反射されて測定対象物２２０を照射することになる。したがって、測定対象物２２０は、測定用光２１６によって所定速度で走査され、その結果、測定用光２１６によって所定速度で線状に照射されることになる。このように、測定対象物２２０は、測定用光２１６によって、時間経過とともに線状に照射される。
【００６５】
測定対象物２２０で反射した測定用光２１６は第１開口部１０３を通り第１円錐ミラー２０９で反射された後、受光レンズ２１３を介して検出素子２１４によって検出される。第１円錐ミラー２０９を使用しているため、検出素子２１４によって検出された像は、前記第１の実施の形態と同様に歪んだ像である。処理装置２４０によって、検出素子２１４で得られた像に実空間座標への変換処理を施すことにより、測定対象物２２０の実際の形状のデータが得られることになる。
本第２の実施の形態では、第２円錐ミラー２０７を使用しないため、高精度な形状の円錐ミラー２０７が製造困難な場合でも、高精度な測定が可能になる。尚、図１０に示した特性は、前記第１の実施の形態と同じ特性が得られる。
【００６６】
図１（ｂ）は、本発明の第３の実施の形態に係る光学式測定装置本体９００の斜視図であり、細部を省略した外観を示す図である。光学式測定装置本体９００は第１ケース９０１と第２ケース９０２から成るケースを備えている。
第１ケース９０１には測定対象物で反射した光が入射する第１開口部１０３が設けられている。第２ケース９０２には、第２ケース内に収容されているレーザ光源（図１（ｂ）には示していない。）が出力した放射状の測定用光を第２ケース９０２外部へ通す第２開口部１０２が設けられている。
【００６７】
第２開口部１０２のケース９０２の円周方向に沿った長さを変えることにより、測定用光の出力領域を変えることができる。
第２ケース９０２は、第1ケース９０１に固定されたスライダ機構９０３によって、第1ケース９０１に対して第１ケース９０１の長さ方向（即ち、後述する光軸方向）に手動操作によって移動可能に構成されている。
スライダ機構９０３は、第２ケース９０２を第１ケース９０１に対して任意の位置又は所定の複数の位置で固定できるように構成されている。ここで、スライダ機構９０３は移動手段を構成している。
【００６８】
図９は、本発明の第３の実施の形態に係る光学式測定装置本体９００の正断面図であり、ケース９０１の中心軸に相当する光軸２１２に沿って切断した断面図である。
図９において、本第３の実施の形態に係る光学式測定装置は、光学式測定装置本体９００と処理装置２４０を備えている。
円板状の基板２０６には第１反射ミラーとしての第１円錐ミラー２０９が固定されている。円板状の基板２０６は角度調整機構２０４によって光軸２１２に対する円錐軸２１１の角度が一致するよう調整できるように、第１ケース９０１内に保持されている。
これによって第１円錐ミラー２０９は、その円錐軸２１１が第１ケース９０１の中心軸に相当する光軸２１２に一致するように第１ケース９０１内に保持されている。
【００６９】
第１円錐ミラー２０９は、頂点２１０の頂角が所定角度（本第３の実施の形態では１２０度）の円錐形状を有しており、その外面（円錐面）全体が光を反射するように構成されている。尚、第１円錐ミラー２０９の円錐軸２１１は頂点２１０を通り底面に垂直な軸である。
第１円錐ミラー２０９の頂点２１０は使用しないため、第１円錐ミラー２０９は必ずしも円錐形である必要はなく、円錐台形でもよい。即ち、第１反射ミラーは、少なくとも円錐台形の光反射領域を有するミラーであればよい。第１反射ミラーが円錐台形状の場合、第１反射ミラーの軸は、上側の円形面と下側の円形面の両中心を通る軸になる。
【００７０】
ＣＣＤカメラまたはＣＭＯＳアレイ等によって構成された光検出素子２１４は第１円錐ミラー２０９の反射光を受光できるように、受光レンズ２１３を介して第１ミラー２０９に対面して配設されている。第１円錐ミラー２０９の円錐軸２１１と光検出素子２１４の受光面が直交するよう、また光検出素子２１４の座標原点が円錐軸２１１（換言すれば光軸２１２）に一致するように配設されている。受光レンズ２１３と光検出素子２１４は光検出手段としての光検出部２１５を構成している。
【００７１】
スライダ機構９０３によって第１ケース９０１に取り付けられた第２ケース９０２内には、レーザ光源２０１及び第２反射ミラーとしての第２円錐ミラー２０７が収容されている。スライダ機構９０３により、レーザ光源２０１及び第２円錐ミラー２０７によって構成される照射手段の中の少なくとも第２円錐ミラー２０７と第１円錐ミラー２０９の少なくとも一方は他方に対して、相互の距離が可変なように相対的に移動可能に構成されている。
【００７２】
第２円錐ミラー２０７は、光を反射する面（円錐面）がレーザ光源２０１と対面するように配設されている。また、第２ケース９０２がスライダ機構９０３によって移動させられた場合でも、第２円錐ミラー２０７の水平方向の位置が第１円錐ミラー２０９とレーザ光源２０１の間に位置するように、第２円錐ミラー２０７は配設されている。
【００７３】
第２円錐ミラー２０７は頂角が９０度で、その光軸はレーザ光源２０１の光軸２０５と一致するように配設されている。また、光軸２１２と光軸２０５とが平行になるように構成されている。
第２ケース９０２内において、レーザ光源２０１から出力されたビーム状の測定用光２１６は、第２円錐ミラー２０７の頂点２０８周辺の領域で９０度偏向して放射状（換言すれば薄い円板状）に反射される。第２円錐ミラー２０７によって９０度偏向して放射状に反射された測定用光２１６は、第２ケース９０２に設けられた第２開口部１０２を介して第２ケース９０２外へ出力される。
【００７４】
第２ケース９０２外部へ放射状に出力された測定用光２１６は、測定対象物２２０を線状に照射（光切断）する。測定対象物２２０で反射した測定用光２１６は、第１ケース９０１に設けられた第１開口部１０３を介して第１ケース９０１内へ入り、第１円錐ミラー１０３の円錐台領域の表面で反射され、受光レンズ２１３を通って光検出素子２１４によって検出される。
【００７５】
本第３の実施の形態に係る光学式測定装置は、スライダ機構９０３によって第２ケース９０２をスライドさせて、レーザ光源２０１及び第２円錐ミラー２０７によって構成される光源部と第１開口部１０３の相対的な位置を変えることにより、図１０に示すように、測定精度や測定範囲を変えることができる。
即ち、図１０において、正方形印の特性Ｂ（Ｉ）、菱形印の特性Ｂ（ＩＩ）、円形印の特性Ｂ（ＩＩＩ）が本第３の実施の形態に係る光学式測定装置の特性を表している。特性Ｂ（Ｉ）、Ｂ（ＩＩ）、Ｂ（ＩＩＩ）は各々、図９における光源位置（Ｉ）、（ＩＩ）、（ＩＩＩ）における特性を表している。
【００７６】
光源位置（Ｉ）は、第２ケース９０２を移動していない初期位置であり、第２円錐ミラー２０７が第１円錐ミラー２０９から最も離れた位置である。光源位置（ＩＩ）は、第２円錐ミラー２０７を光源位置（Ｉ）から第１円錐ミラー２０９方向に光軸２０５に沿って所定距離（例えば４０ｍｍ）移動させた位置である。また、光源位置（ＩＩＩ）は、第２円錐ミラー２０７を光源位置（ＩＩ）から第１円錐ミラー２０９方向に光軸２０５に沿って所定距離（例えば４０ｍｍ）移動させた位置である。
【００７７】
本第３の実施の形態では、スライダ機構９０３を利用して手動操作により第２ケース９０２を光軸２０５方向に移動させ、その位置で固定可能に構成している。これにより、前記３カ所の位置（Ｉ）〜（ＩＩＩ）に移動して固定することができるが、固定する位置や箇所数は適宜選定でき、任意の箇所や複数の箇所に固定するように構成することができる。スライダ機構は手動のほかアクチュエータを用いて遠隔操作や自動制御によってその位置を測定の目的に応じて制御することもできる。
【００７８】
また、前記スライダ機構を使用せず、レーザ光源２０１及び第２反射ミラーとしての第２円錐ミラー２０７が収容されている複数の第２ケース９０２を、第２ケースから放出された測定用光２１６が同一平面上に存在しない位置（たとえば、前記３カ所の位置（Ｉ）〜（ＩＩＩ））で第１ケース９０１に固定してもよい。このとき、複数の第２ケース９０２は図９に示すように光軸２０５方向に一直線上に配設してもよいが、必ずしも一直線上に配設しなくともよい。
【００７９】
図１０に示すように、本第３の実施の形態に係る光学式測定装置は、前記第１、第２の実施の形態に比べて、測定範囲は狭いが測定精度が高いという特性を有している。また、第２円錐ミラー２０７を移動させることにより、測定範囲を変えることができるという特性を有している。
【００８０】
したがって、本第３の実施の形態に係る光学式測定装置は、径が異なる複数種類の測定対象物２２０を切り替えて測定する場合に特に効果的である。即ち、図９に示すように、径が大きい測定対象物２２０を測定する場合には、第２ケース９０２を光源位置（ＩＩＩ）に固定して測定を行う。径が中程度の測定対象物２２０を測定する場合には光源位置（ＩＩ）に固定して測定を行う。また、径が小さい測定対象物２２０を測定する場合には光源位置（Ｉ）に固定して測定を行う。
【００８１】
このように、測定対象物２２０までの距離に応じて、測定対象物２２０で反射されて第２開口部１０３を通って第１円錐ミラー２０９に到達する測定用光２２０が変化する。光源部を移動させて測定範囲を変えることにより、異なる径の測定対象物２２０を高精度で測定することが可能になる。
【００８２】
以上のように構成された本第３の実施の形態に係る光学式測定装置は、前記第１、第２の実施の形態と同様に、図３や図４に示し通り、プレス機のパンチ３０２に収容して使用される。
即ち、光学式測定装置本体９００をプレス機のパンチ３０２に装着し、ダイ４０１上に載置した測定対象物２２０にパンチ３０２によって負荷をかけ、測定対象物２２０のラウンド曲げ加工を行う。パンチ３０２が所定高さに位置するときに、光学式測定装置によって測定対象物２２０の形状を測定する。
【００８３】
例えば、パンチ３０２が最下位置にきて測定対象物２２０に最大負荷を加えている状態のときと、パンチ３０２が最上位置にきて除荷した状態のときに、測定対象物２２０の形状を測定する。これにより、除荷した状態での測定対象物２２０の曲がり具合や、スプリングバックの量を測定することができる。
【００８４】
被加工物２２０の形状を測定する場合、レーザ光源２０１からビーム状の測定用光２１６を出力させる。前記ビーム状の測定用光２１６は第２円錐ミラー２０７によって９０度偏向するように反射される。第２円錐ミラー２０７によって反射された測定用光２１６は、第２円錐ミラー２０７の頂点２０８を中心として、光軸２０５（換言すれば光軸２１２）に直交する方向に放射状に出力される。
【００８５】
第２円錐ミラー２０７によって反射された放射状の測定用光２１６は、第２開口部１０２及びパンチ３０２の凹部３０４を通って測定対象物２２０を照射する。これにより、測定対象物２２０は測定用光２１６によって線状に照射される、即ち、光切断される。
測定対象物２２０で反射した測定用光２１６は、第１開口部１０３を通って第１円錐ミラー２０９に入射し、第１円錐ミラー２０９によって反射された後、受光レンズ２１３を通って光検出素子２１４によって検出される。光検出素子２１４が検出した像のデータは光学式測定装置本体９００外部の処理装置２４０に出力される。
【００８６】
光検出素子２１４によって検出された像は、前記第１、第２の実施の形態と同様に前記受光器空間の座標であるため、図６に示すように歪んだ像となっている。処理装置２４０は、前記式（１）によって演算処理を行い、受光器空間座標を実空間座標に変換し、測定対象物２２０の実際の形状を算出する。
尚、本第３の実施の形態の場合、式（１）では、第１円錐ミラー２０９と第２円錐ミラー２０７が図７に示した配置関係になるため、Ｚ０の符号は正となる。
【００８７】
以上のように本第３の実施の形態では、前記第1の実施の形態と同様に高精度な測定や小型化が可能になる。また、第２円錐ミラー２０７を光軸２０５（光軸２１２）と平行な方向に移動可能に構成したため、測定範囲を変更することが可能になる。したがって、簡単な構成で、径の異なる複数種類の測定対象物２２０等を測定することが可能になる。
また、光源２０１の光軸２０５と円錐ミラー２０９の光軸２１２が平行であるため、これらを直角に配置する場合に比べて、光学式測定装置本体１００を小型化することができ、したがって、小型な光学式測定装置を構成することが可能になる。
【００８８】
図１１は、本発明の実施の形態に係る光学式測定装置の使用態様の概要を示す側面図で、プレス機のパンチ３０２に複数の光学式測定装置１００組み込んで使用する例を示している。
図４では、パンチ３０２に１つの光学式測定装置本体１００を収容するように構成したが、図１１の例では、パンチ３０２の軸１１０１を挟んで対称な位置に２つの光学式測定装置本体１００、１００を収容して測定するように構成している。
【００８９】
測定対象物２２０が大きなＵ字形状になる場合、１つの光学式測定装置本体１００では測定対象物２２０全体を測定することが困難な場合がある。しかしながら、複数の光学式測定装置本体１００、１００を用いて、各光学式測定装置本体１００、１００が測定した測定対象物２２０の像を合成することにより、測定対象物２２０全体の形状測定を行うことが可能になる。
【００９０】
パンチ３０２を下降させることにより、ダイ４０１上に載置した測定対象物２２０に負荷を与えてラウンド曲げ加工を行う。このときの測定対象物２２０の形状を光学式測定装置本体１００、１００によって測定する。パンチ３０２を上方に上げて除荷した位置で、測定対象物２２０の形状測定を行うことにより、測定対象物２２０の曲げ形状を測定することができる。
【００９１】
また、除荷した状態と負荷を与えている状態の両方の形状を測定することにより、測定対象物２２０のスプリングバックの大きさを測定することができる。図１１では、パンチ３０２によって負荷をかけた状態の測定対象物２２０を実線で表し、除荷した状態の測定対象物２２０を２点差線で示している。除荷した状態では、測定対象物２２０はスプリングバックによって曲げが戻っている。
【００９２】
２つの光学式測定装置本体１００、１００を用いて得られた測定対象物２２０の測定データを、処理装置２４０が行う処理を図６（ｂ）に示している。処理装置２４０は、各光学式測定装置本体１００、１００の受光器空間座標を実空間座標に変換し、各光学式測定装置本体１００、１００の共通する所定の測定点を基準点にして各光学式測定装置本体１００、１００が検出した像を合成することにより、測定対象物２２０の形状が得られる。これにより、１つの光学式測定装置では測定できないような測定対象物の全体的な形状を測定することができる。
【００９３】
図１２は、本発明の実施の形態に係る光学式測定装置の更に他の使用態様を示す概略斜視図である。
図１２において、１対のＵ字部材１２０１、１２０２を溶接部１２０３、１２０３で溶接することにより、クレーンのブーム１２００が構成されている。光学式測定装置本体１００には、ブーム１２００内をブーム１２００の長さ方向に沿って移動するための移動機構が装着されている。移動機構は、光学式測定装置本体１００がブーム１２００の中央に位置するように支持する複数の支持部材１２０４と、各支持部材１２０４に取り付けられ光学式測定装置本体１００をブーム１２００の長さ方向（矢印方向）に沿って移動させる複数の車１２０５を備えている。  
【００９４】
手動あるいは、図示しない動力機構によって車１２０５を回転させて光学式測定装置本体１００を矢印方向に移動させながら、ブーム１２００の全周囲内壁面の形状を測定し、また、Ｕ字部材１２０１、１２０２を仮組みした溶接施工前には内壁面の溶接ライン近傍の形状測定を行うことにより、溶接部１２０３が適正に仮組みされているか否かの検査が可能になる。また溶接部１２０３の溶接施工後の溶接不良検査や溶接熱変形の計測を行う。
【００９５】
図１３は、本発明の実施の形態に係る光学式測定装置の更に他の使用態様を示す概略正面図である。
自動車部品の鋳物工程等に使われる砂型中子１個は、１０数個の砂型要素を組立てることによって構成されている。従来、砂型要素を組み立てる場合、各砂型要素に設けられた合わせ形状をよりどころに人手によって組み合わされている。
【００９６】
合わせ形状は、対面に位置するため人の目では同時に認識することができず、感覚に基づいて組み合わされるため、砂型相互の位置が微妙にずれ、局部的接触で砂型要素が壊れることがある。また、１０数個の砂型要素の組立てに時間を要すると、鋳物砂の結合材の収縮差が表れて、不均一な肉厚の鋳物製品に至ることもある。したがって、砂型要素の組立には、短時間で正確な位置合わせが必要とされる。
【００９７】
図１３の例は、砂型要素のような上・下（または左・右）に配置された組み合わされる部品（組合せ部品）の間において、放射状の測定用光を対向する両方の要素の面に垂直に照射して形状測定を行うことにより、非接触で組合せ環境を測定できるようにするものである。
図１３において、本実施の形態に係る光学式測定装置は、光学式測定装置本体１００とコンピュータによって構成された処理装置１３０５を備えている。処理装置１３０５が前述した処理装置２４０の処理機能を有している。
【００９８】
図１３において、第１砂型要素１３０１と第２砂型要素１３０２は組合せ部品である。第１砂型要素１３０１は組み合わせ用の凹部１３０３を有し又、第２砂型要素１３０２は凹部１３０３に嵌合する組み合わせ用の凸部１３０４を有している。凹部１３０３と凸部１３０４は、被製造物（鋳物）の形状を決めるための凹凸である。凹部１３０３と凸部１３０４を組み合わせることによって決まる形状の被製造物が製造される。
【００９９】
第１砂型要素１３０１と第２砂型要素１３０２の間に光学式測定装置本体１００が配置される（配置工程）。光学式測定装置本体１００は、前述したとおり、少なくとも前記照射手段、光検出手段、光反射手段及びこれらを収容するケース１０１を有している。
図示しない動力機構によって光学式測定装置本体１００を所定方向に移動させながら第１砂型要素１３０１の凹部１３０３の位置と、第２砂型要素１３０２の凸部１３０４の位置を同時に測定する。処理装置１３０５は、光学式測定装置本体１００が検出した測定用光に基づいて、凹部１３０３と凸部１３０４の相対的な位置を算出する。
【０１００】
処理装置１３０５は、測定結果に基づいて、動力機構（図示せず）を制御することによって、凹部１３０３と凸部１３０４が対面するように第２砂型要素１３０２位置を制御して、第１、第２砂型要素１３０１、１３０２の位置合わせを行う（位置合わせ工程）。これにより、第１砂型要素１３０１と第２砂型要素１３０２の対応する部位が対向して位置することになる。
【０１０１】
次に、処理装置１３０５は、動力機構（図示せず）を制御することによって光学式測定装置本体１００を凹部１３０３と凸部１３０４の間から取り除く（除去工程）。次に、処理装置１３０５は、動力機構（図示せず）を制御することによって第１砂型要素１３０１を第２砂型要素１３０２側へ下降させて、凹部１３０３と凸部１３０４が嵌合するように第１砂型要素１３０１と第２砂型要素１３０２を組み合わせる（組み合わせ工程）。
【０１０２】
２つの光学式測定装置本体１００を直交するように配置し、２つの直交する放射状の測定用光２１６を使用して位置測定を行うように構成すれば、ＸＹ平面で正確な位置測定が可能になり、組合せ部品の正確な位置測定及び組合せ制御が可能になる。
ここでは、被製造物の形状を決めるための凹部１３０３、凸部１３０４を用いて第１砂型要素１３０１と第２砂型要素１３０２の位置合わせを行うようにしたが、第１砂型要素１３０１と第２砂型要素１３０２に各々、位置合わせ専用の凹部や凸部等の位置合わせ専用の印を設けておき、これらの位置合わせ専用の印を用いて位置合わせを行うように構成してもよい。また、砂型要素以外の部品、例えば機械部品等の位置合わせを行う場合にも適用可能である。
尚、図４、図１１〜図１３では、第１の実施の形態に係る光学式測定装置を用いて測定する例を説明したが、第２、第３の実施の形態に係る光学式測定装置についても同様に用いることができる。
【０１０３】
以上述べたように本発明の実施の形態に係る光学式測定装置は、測定用光によって測定対象物を線状に照射する照射手段と、測定用光を検出する光検出手段と、少なくとも円錐台形の光反射領域を含み、前記測定対象物で反射した前記測定用光を前記光検出手段側に反射する光反射手段と、前記照射手段からの前記測定用光を前記測定対象物側へ通すと共に前記測定対象物で反射した前記測定用光を前記光反射手段側へ通すように、少なくとも前記照射手段、光検出手段及び光反射手段を収容するケースと、前記光検出手段が検出した測定用光に基づいて前記測定対象物の形状を算出する処理手段とを備えて成ることを特徴としている。
【０１０４】
ここで、前記照射手段は、ビーム状の測定用光を発生するレーザ光源と、前記レーザ光源からの測定用光を反射する平面ミラーと、前記レーザ光源の光軸を回転中心として前記平面ミラーを回転する回転駆動手段とを備え、前記平面ミラーで反射した前記測定用光を出力することにより、前記測定用光で前記測定対象物を線状に照射するように構成することができる。
【０１０５】
また、前記光反射手段は、前記照射手段と前記光検出手段の間に配設されて成るように構成することができる。
また、前記照射手段は、前記光反射手段と前記光検出手段の間に配設されて成るように構成することができる。
また、前記光照射手段と前記光反射手段の少なくとも一方は他方に対して、相互間の距離が可変なように相対的に移動可能であるように構成することができる。
【０１０６】
また、前記反射手段は少なくとも円錐台形の光反射領域を含む形状を有し、前記光検出手段が受光した測定用光を、前記光検出手段の座標系から実座標系に変換して前記反射手段による像の歪みを解消する座標系変換手段を備えて成るように構成することができる。
また、前記照射手段は、円錐ミラーと、前記円錐ミラーの頂点に対向して配設されると共に前記円錐ミラーの円錐軸がその光軸に一致するように配設され、測定用光を出力するレーザ光源とを備え、前記円錐ミラーで放射状に反射した前記測定用光を測定対象物に照射することにより、前記測定用光で前記測定対象物を線状に照射するように構成することができる。
【０１０７】
したがって、小型化可能で高精度な形状測定が可能である。
また、適切な第１円錐ミラー２０９とその配置及び三角測量法により測定用光の光路の構築が容易になり又、第１円錐ミラー２０９による受光部における座標のゆがみを円錐変換によって正規化することで、小型化が可能になり、組込センサとして装置組込が可能になる。
【０１０８】
また、適切な頂角をもち、適切な位置に配設された第１円錐ミラー２０９を構築することで測定対象物２２０の内壁面への投光と戻り光のなす角度を小さくできるため凹凸のある内壁面の測定が可能となる。
また、前記第３の実施の形態のように第２円錐ミラー２０７を光軸２０５方向に変位させることで測定精度を維持した状態で測定範囲を拡大することができる。また第１円錐ミラー２０９の外形を小さくできる。
【０１０９】
また、光切断面を複数設置またはブーム等の管部材の軸方向に移動するように構成することにより、管部材断面の立体形状のみならず、管部材のねじれ、平行度、円筒度、真直度、真円度や対称性などを測定して知ることが可能になる。
また、光切断面のため、閉じた管部材のほかハーフパイプ、Ｖ溝や異形溝についても同様の効果が得られる。
また、加工工具（プレス機のパンチなど）に組込型三次元レーザーセンサとして加工中の形状や加工部品の位置ずれ（移動）や重心の変化による姿勢の測定・評価が可能となる。
【０１１０】
また、多量の加工データが自動獲得でき、材料の物性的バラツキや形状的バラツキ等によって時々刻々と変化する、加工操作量に対する加工後の形状の関係を把握でき、加工条件の是正量の迅速な決定に有効であるとともに自動運転のセンサとして適用が可能である。
また、軽量小型で可動部を持たない又は単純な可動部を有するに過ぎず、設置が単純であることからロボット搭載が可能である等の効果を奏する。
【０１１１】
また、本発明の実施の形態に係るプレス機は、被加工物をダイとパンチで挟んで負荷をかけることにより、前記被加工物を曲げ加工するプレス機において、前記いずれか一に記載の光学式測定装置を前記パンチに配設して、前記被加工物の形状を測定することを特徴としている。
したがって、前記光学式測定装置を用いて、被加工物を加工しながら、前記被加工物の形状を高精度に測定することが可能であり、よって、高精度な曲げ加工が可能になる。また、ラウンド曲げを行うプレス機の場合、パンチに大きな負荷がかかるものの、大きな振動は生じないため、パンチに光学式測定装置を配設しても、光学式測定装置に大きな振動が加えられず、良好な測定が可能になる。
【０１１２】
尚、前記各実施の形態で用いたケース１０１、９０１、９０２は透光性部材によって構成してもよい。この場合、ケース１０１、９０１、９０２の屈折の影響を無視できるときは、開口部１０２、１０３を省略するようにしてもよい。
また、光学式測定装置本体１００、８００、９００のパンチ３０２における取り付け構造としては、パンチ３０２内に穴を形成しておき、前記穴内に光学式測定装置本体１００、８００、９００を収容するように構成してもよい。この場合、開口部１０２、１０３がパンチ３０２の凹部３０４を介して露出するように構成する。パンチ３０２の長さ方向に沿って複数の（少なくとも両端に）光学式測定装置本体１００、８００、９００を配設するように構成することにより、測定対象物２２０のねじれ等を測定することができる。
【０１１３】
また、光学式測定装置本体１００、８００、９００のパンチ３０２における他の取り付け構造として、パンチ３０２の外側に取り付けるように構成することができる。この場合、測定用光２１６の出射及び受光が可能なように、開口部１０２、１０３が測定対象物２２０の方向を向くように取り付ける。
【０１１４】
本発明の実施の形態に係る部品組み合わせ方法は、相互に組み合わせて使用する第１、第２の部品間に、少なくとも前記照射手段、光検出手段、光反射手段及びこれらを収容するケースから成る光学式測定装置本体を配置する配置工程と、前記光学式測定装置本体によって前記第１、第２部品の位置を測定しながら前記第１、第２部品の相対的位置を合わせる位置合わせ工程と、前記光学式測定装置本体を前記第１、第２の部品間から取り除く除去工程と、前記第１、第２の部品を組み合わせる組み合わせ工程とを備えて成ることを特徴としている。
したがって、前記光学式測定装置を用いた簡単な構成により、複数の部品を高精度に組み合わせることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
測定対象物を測定用光で線状に照射して形状等を測定する光学式測定装置に利用可能である。また、測定対象物（被加工物）を加工しながら測定を行うプレス機に適用可能である。また、組み合わせ部品の組み立て等に利用可能である。また、管路（例えば下水管、水道管、通風ダクト等）の測定、トンネル等の建築物の測定、機械部品のねじ穴の測定等に利用可能である。
【符号の説明】
【０１１６】
１００、８００、９００・・・光学式測定装置本体
１０１、９０１、９０２・・・ケース
１０２、１０３・・・開口部
２０１・・・レーザ光源
２０２・・・２次元変位調整機構
２０３・・・角度調整機構
２０４・・・調整具
２０６・・・基板
２０５、２１２・・・光軸
２０７、２０９・・・円錐ミラー
２０８、２１０・・・頂点
２１１・・・円錐軸
２１３・・・受光レンズ
２１４・・・光検出素子
２１５・・・光検出部
２１６・・・測定用光
２１７・・・支持部材
２１８・・・取付け具
２２０・・・測定対象物（被加工部材）
２３０・・・電気ケーブル
２４０、１３０５・・・処理装置
３０１・・・プレス機
３０２・・・パンチ
３０３・・・パンチ凸部
３０４・・・パンチ凹部
４０１・・・ダイ
５０１・・・像
５０２・・・光切断ライン
８０１・・・モータ
８０２・・・ミラー支持部材
８０３・・・回転支持部材
８０４・・・平面ミラー
９０３・・・スライダ機構
１１０１・・・プレス加圧軸
１２００・・・ブーム
１２０１、１２０２・・・Ｕ字部材
１２０３・・・溶接部
１２０４・・・支持部材
１２０５・・・車
１３０１、１３０２・・・砂型要素
１３０３・・・凹部
１３０４・・・凸部
【図１】
2013036947.tif 000003
【図２】
2013036947.tif 000004
【図３】
2013036947.tif 000005
【図４】
2013036947.tif 000006
【図５】
2013036947.tif 000007
【図６】
2013036947.tif 000008
【図７】
2013036947.tif 000009
【図８】
2013036947.tif 000010
【図９】
2013036947.tif 000011
【図１０】
2013036947.tif 000012
【図１１】
2013036947.tif 000013
【図１２】
2013036947.tif 000014
【図１３】
2013036947.tif 000015