標準ゲージ、測定器の測定精度保証方法、標準ゲージの製造方法、及び、測定器の性能評価方法
【課題】非接触三次元測定器による測定対象物の表面における光沢が異なる場合においても測定精度を保証することが可能な、標準ゲージ、測定器の測定精度保証方法、標準ゲージの製造方法、及び、測定器の性能評価方法を提供する。
【解決手段】標準ゲージＧ１は、所定の強さで入射光を対象物に照射した場合に、入射光の強さに対する正反射光と拡散反射光との両方の強さの割合を計測した積分反射率ＳＣＩと、入射光の強さに対する拡散反射光の強さのみの割合を計測した拡散反射率ＳＣＥと、がそれぞれ異なる１２枚の平板ａから平板ｊを組合せて構成したものである。
【解決手段】標準ゲージＧ１は、所定の強さで入射光を対象物に照射した場合に、入射光の強さに対する正反射光と拡散反射光との両方の強さの割合を計測した積分反射率ＳＣＩと、入射光の強さに対する拡散反射光の強さのみの割合を計測した拡散反射率ＳＣＥと、がそれぞれ異なる１２枚の平板ａから平板ｊを組合せて構成したものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、標準ゲージ、測定器の測定精度保証方法、標準ゲージの製造方法、及び、測定器の性能評価方法に関し、詳しくは、非接触三次元測定器で測定対象物の形状を測定する場合における測定精度を保証する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、測定対象物に接触せずにその三次元形状を測定する、非接触三次元測定器に関する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
前記特許文献１に記載の技術によれば、非接触三次元測定器からラインや縞等のスリット光を測定対象物に照射し、このスリット光が測定対象物の表面で拡散反射した画像をカメラで撮影するのである。これにより、三角測量の原理で測定対象物の三次元形状のデータ（三次元座標データ）を取得するのである（図３（ａ）を参照）。
【０００３】
前記従来技術においては、非接触三次元測定器の測定精度を保証するために標準ゲージが用いられる。例えば、前記特許文献１に記載の如く、厚さや角度等の形状や色彩等の異なる面が配置された標準ゲージを準備する。そして、非接触三次元測定器によって前記標準ゲージの形状を測定し、測定結果が所定の測定誤差内にあるかどうかを判定するのである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２２１４１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記の如く構成された非接触三次元測定器においては、測定対象物の表面の光沢（艶）が低い場合、図４（ａ）に示す如く、測定対象物に照射した入射光が反射するときに拡散反射光の割合が高くなり、正反射光の割合が低くなる。つまり、測定対象物の表面で拡散反射した画像をカメラで撮影することが可能となり、容易に測定対象物の三次元形状のデータを取得して測定することが可能となる。
【０００６】
一方、測定対象物の表面の光沢が高い場合、図４（ｂ）に示す如く、測定対象物に照射した入射光が反射するときに拡散反射光の割合が低くなり、正反射光の割合が高くなる。つまり、測定対象物の表面で拡散反射した画像をカメラで撮影することが難しくなり、測定対象物の三次元形状のデータを取得して測定することが困難となる。換言すれば、測定対象物の表面の光沢が高い場合は、光沢が低い場合と比較して、非接触三次元測定器による測定精度が相対的に悪くなるのである。
【０００７】
上記の如く、非接触三次元測定器においては、測定対象物の表面における光沢の高低によって測定精度に影響を受けることになる。しかし、前記従来技術においては、測定対象物の形状や色彩が異なる場合において非接触三次元測定器の測定精度を保証する技術はあったものの、測定対象物の表面における光沢が異なる場合についての技術は存在しなかった。つまり、測定対象物の表面における光沢が異なる場合において、非接触三次元測定器の測定精度を保証することができなかったのである。
【０００８】
そこで本発明は、上記現状に鑑み、非接触三次元測定器による測定対象物の表面における光沢が異なる場合においても測定精度を保証することが可能な、標準ゲージ、測定器の測定精度保証方法、標準ゲージの製造方法、及び、測定器の性能評価方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１０】
即ち、請求項１においては、所定の強さで入射光を照射した場合に、前記入射光の強さに対する正反射光と拡散反射光との両方の強さの割合を計測した積分反射率と、前記入射光の強さに対する拡散反射光の強さのみの割合を計測した拡散反射率と、がそれぞれ異なる複数の平板を組合せて構成したものである。
【００１１】
請求項２においては、請求項１に記載の標準ゲージを用いて、前記非接触三次元測定器の測定対象物に対する測定精度を保証する、測定精度保証方法であって、前記標準ゲージが備える平板のうち、非接触三次元測定器で測定可能な、積分反射率及び拡散反射率の範囲を判定する、測定範囲判定工程と、測定対象物の積分反射率及び拡散反射率を測定する、対象物測定工程と、前記対象物測定工程で測定した測定対象物の積分反射率及び拡散反射率が、前記測定範囲判定工程で判定した、非接触三次元測定器で測定可能な積分反射率及び拡散反射率の範囲の中にあるか否かを判定することにより、前記非接触三次元測定器による前記測定対象物の形状測定の可否を判断する、判定工程と、を備えるものである。
【００１２】
請求項３においては、所定の強さで入射光を照射した場合に、前記入射光の強さに対する正反射光と拡散反射光との両方の強さの割合を計測した積分反射率と、前記入射光の強さに対する拡散反射光の強さのみの割合を計測した拡散反射率と、の分布である反射率分布を、非接触三次元測定器の測定対象物である複数の素材について測定する、反射率分布測定工程と、ぞれぞれの積分反射率及び拡散反射率が、前記反射率分布測定工程で測定した反射率分布の範囲の全域に亘るように、複数の水準を決定する、水準決定工程と、複数の平板の表面を加工することにより、前記複数の平板の表面における積分反射率及び拡散反射率を、前記水準決定工程で決定したそれぞれの水準の積分反射率及び拡散反射率とする、加工工程と、前記複数の平板を組合せて標準ゲージを形成する、ゲージ形成工程と、を備えるものである。
【００１３】
請求項４においては、寸法が既知である標準ゲージの寸法データを、測定ごとに前記標準ゲージに対する相対角度及び相対位置の条件を変えて、非接触三次元測定器で測定する、測定工程と、前記測定工程で測定した、前記標準ゲージの寸法データが生成された面積率を、前記条件ごとに算出することにより、前記非接触三次元測定器による前記標準ゲージの寸法データの生成度を評価する、生成度評価工程と、前記測定工程で測定した前記標準ゲージの寸法データと、前記標準ゲージの既知の寸法とを、データ処理装置で誤差解析することにより、前記非接触三次元測定器による前記標準ゲージの寸法データの寸法誤差を評価する、寸法誤差評価工程と、を備えるものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１５】
本発明により、非接触三次元測定器による測定対象物の表面における光沢が異なる場合においても測定精度を保証することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】（ａ）は第一実施形態に係る標準ゲージにおける反射率分布を示した図、（ｂ）は同じく第一実施形態に係る標準ゲージを示した平面図。
【図２】（ａ）は第二実施形態に係る標準ゲージにおける反射率分布を示した図、（ｂ）は同じく第二実施形態に係る標準ゲージを示した平面図。
【図３】（ａ）は測定器の性能評価をしている状態を示した概略図、（ｂ）は測定器の視野範囲を示した図、（ｃ１）は測定器による寸法データ生成度が高い場合の視野範囲を示した図、（ｃ２）は測定器による寸法データ生成度が低い場合の視野範囲を示した図、（ｄ）は測定結果の一例を示した図。
【図４】（ａ）は入射光が反射するときに拡散反射光の割合が高い場合を示した図、（ｂ）は同じく拡散反射光の割合が低い場合を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、発明の実施の形態を説明する。
なお、本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されるものではなく、本明細書及び図面に記載した事項から明らかになる本発明が真に意図する技術的思想の範囲全体に、広く及ぶものである。
【００１８】
［標準ゲージの第一実施形態］
まず始めに、本発明の第一実施形態に係る標準ゲージＧ１の構成について、図１（ａ）及び（ｂ）を用いて説明する。本実施形態においては、あらゆる物質を測定対象物とする場合について、つまり、後述する積分反射率ＳＣＩ及び拡散反射率ＳＣＥについては、あらゆる物質を対象とする場合について説明する。
【００１９】
一般的に、光源から照射された入射光が対象物の表面に当たった場合、入射角と同じ角度で反射する光を正反射光、いろいろな角度で反射する光を拡散反射光という（図４を参照）。この際、所定の強さで入射光を対象物に照射した場合に、前記入射光の強さに対する正反射光と拡散反射光との両方の強さの割合を計測した反射率（単位％）を積分反射率ＳＣＩ（Ｓｐｅｃｕｌａｒ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｉｎｃｌｕｄｅｄ）といい、前記入射光の強さに対する拡散反射光の強さのみの割合を計測した反射率（単位％）を拡散反射率ＳＣＥ（Ｓｐｅｃｕｌａｒ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｅｘｃｌｕｄｅｄ）という。
この積分反射率ＳＣＩ及び拡散反射率ＳＣＥは、対象物の表面で、光の波長ごとの強さを測定する分光測色計を用いることにより測定することができる。
【００２０】
図１（ａ）に示す如く、積分反射率ＳＣＩは、対象物における正反射光と拡散反射光との両方の強さの割合であり、対象物の明るさ（色）を反映している。つまり、対象物が明るく白色に近い色であれば、積分反射率ＳＣＩが大きくなり、対象物が暗く黒色に近い色であれば、積分反射率ＳＣＩが小さくなるのである。
一方、拡散反射率ＳＣＥは、対象物における拡散反射光の強さのみの割合であり、対象物の光沢（艶）の弱さを反映している。つまり、対象物の光沢が弱ければ拡散反射率ＳＣＥが大きくなり、対象物の光沢が強ければ拡散反射率ＳＣＥが小さくなるのである。
【００２１】
図１（ａ）は本実施形態に係る標準ゲージＧ１における反射率分布を示した図である。図１（ａ）に示す各点は、それぞれの物質の表面で計測される積分反射率ＳＣＩ及び拡散反射率ＳＣＥを表している。つまり、例えば図１（ａ）中の点ａについては、ＳＣＩ＝２３程度、ＳＣＥ＝４程度の物質について示している。
【００２２】
また、例えば入射光に対して全く反射しない漆黒の物質があったと仮定すると、ＳＣＩ＝０、ＳＣＥ＝０となり、図１（ａ）中の原点に位置することとなる。
他に、鏡のように入射光に対して全て正反射のみをして拡散反射をしない場合は、ＳＣＩ＝１００、ＳＣＥ＝０となり、図１（ａ）中の点ｊに位置することとなる。また、例えば硫酸バリウムのように入射光に対して正反射をせずに全て拡散反射のみをする場合は、ＳＣＩ＝１００、ＳＣＥ＝１００となり、図１（ａ）中の点ｌに位置することとなる。
【００２３】
前記の如く、積分反射率ＳＣＩは、入射光の強さに対する正反射光と拡散反射光との両方の強さの割合を計測したものであるのに対し、拡散反射率ＳＣＥは入射光の強さに対する拡散反射光の強さのみの割合を計測したものである。このため、拡散反射率ＳＣＥが積分反射率ＳＣＩよりも大きくなることはない。即ち、全ての物質は、図１（ａ）における右下の三角形の範囲（原点から傾き４５度の直線より下の部分、以下「反射率分布範囲」という）に積分反射率ＳＣＩ及び拡散反射率ＳＣＥが分布することになる。つまり、図１（ａ）で網掛けをした左上の三角形の範囲（原点から傾き４５度の直線より上の部分）を考慮する必要はないのである。
【００２４】
本実施形態に係る標準ゲージＧ１については、図１（ｂ）に示す如く、積分反射率ＳＣＩと拡散反射率ＳＣＥとがそれぞれ異なる複数の平板を組合せて構成したものである。具体的には、図１（ａ）中の反射率分布範囲で略均等に分布する、点ａから点ｌまでの１２点で示される物質に対応する平板ａから平板ｌを組合せるのである。より詳細には、形状や大きさが均等な金属板等の平板の表面に対して、塗装や、メッキ・バレル研磨等の加工を施すことにより、それぞれの積分反射率ＳＣＩと拡散反射率ＳＣＥとを再現したものを組合せるのである。なお、本実施形態においては、反射率分布範囲から１２点の反射率を選び、１２枚の平板ａから平板ｌを選択したが、平板の数及びその反射率は限定されるものではなく、その数や反射率は適宜変更することが可能である。
【００２５】
本実施形態に係る標準ゲージＧ１によれば、上記の如く構成することにより、測定対象物の表面における光沢が異なる場合において、非接触三次元測定器の測定精度を保証することができる。
具体的には、上記の如く積分反射率ＳＣＩ（色）と拡散反射率ＳＣＥ（光沢）とがそれぞれ異なる複数の平板を組合せて標準ゲージＧ１を構成し、非接触三次元測定器によって標準ゲージＧ１の形状を測定する。そして、測定結果が所定の測定誤差内にあるかどうかを判定することにより、色の違いだけではなく、光沢の高低によって非接触三次元測定器の測定精度に影響が出るかどうかを判断することができるのである。
なお、本実施形態においては、光沢の高低を測定する手段として分光測色計を用いたが、光沢の高低を測定する手段として、他に光沢度計等の測定器を使用する構成とすることも可能である。
また、積分反射率ＳＣＩまたは拡散反射率ＳＣＥを分光測色計等における光の波長ごとの強さ結果から求める場合、特定の光の波長を選択して、その波長における強さ計測結果を積分反射率ＳＣＩまたは拡散反射率ＳＣＥとしてもよい。さらに、複数の波長の強さ計測結果における平均値を用いることも可能である。
【００２６】
［測定器の測定精度保証方法］
本実施形態に係る標準ゲージＧ１を用いて、非接触三次元測定器の測定対象物に対する測定精度を保証する方法について、図１（ａ）及び（ｂ）を用いてより具体的に説明する。以下に示す測定器の測定精度保証方法は、第一の工程である測定範囲判定工程と、第二の工程である対象物測定工程と、第三の工程である判定工程と、を備える。以下、順に説明する。
【００２７】
まず、第一の工程である測定範囲判定工程では、標準ゲージＧ１が備える平板ａから平板ｌのうち、非接触三次元測定器で測定可能な、積分反射率ＳＣＩ及び拡散反射率ＳＣＥの範囲を判定する。具体的には、非接触三次元測定器によって標準ゲージＧ１の形状を測定し、それぞれの平板ａから平板ｌにおける測定結果が所定の測定誤差内にあるかどうかを判定する。つまり、各平板における測定結果が所定の測定誤差内にあれば、当該平板における積分反射率ＳＣＩ及び拡散反射率ＳＣＥは非接触三次元測定器で測定可能であると判定し、各平板における測定結果が所定の測定誤差を超えた場合は、当該平板における積分反射率ＳＣＩ及び拡散反射率ＳＣＥは非接触三次元測定器では測定困難であると判定するのである。
【００２８】
本実施形態においては、図１（ｂ）に示す如く、平板ａ、ｃ、ｆ、ｈ、及びｊについては、光沢が強い（拡散反射率ＳＣＥが小さい）ことにより、非接触三次元測定器で測定することが困難であり、その他の平板については光沢が弱い（拡散反射率ＳＣＥが大きい）ことにより、測定可能であったとして説明する。この場合、図１（ａ）に示す如く、平板ａ、ｃ、ｆ、ｈ、及びｊに対応する点ａ、ｃ、ｆ、ｈ、及びｊにおいて測定が困難であるとして、図１（ａ）に示す二点鎖線より下の範囲を測定困難領域とし、二点鎖線よりも上の範囲を測定可能領域とするのである。
【００２９】
次に、第二の工程である対象物測定工程では、測定対象物の積分反射率ＳＣＩ及び拡散反射率ＳＣＥを測定する。具体的には、測定対象物の表面で、光の波長ごとの強さを測定する分光測色計を用いることにより測定するのである。この対象物測定工程において、測定対象物の積分反射率ＳＣＩ及び拡散反射率ＳＣＥが判明すると、測定対象物が図１（ａ）に示す反射率分布のうち、どこに位置するかがわかる。
【００３０】
次に、第三の工程である判定工程では、対象物測定工程で測定した測定対象物の積分反射率ＳＣＩ及び拡散反射率ＳＣＥが、測定範囲判定工程で判定した、非接触三次元測定器で測定可能な積分反射率ＳＣＩ及び拡散反射率ＳＣＥの範囲の中にあるか否かを判定する。つまり、対象物測定工程で測定した測定対象物の積分反射率ＳＣＩ及び拡散反射率ＳＣＥが、図１（ａ）に示す二点鎖線よりも上の範囲である測定可能領域にあるか否かを判定するのである。換言すれば、測定対象物の光沢の高低（拡散反射率ＳＣＥの大小）によって非接触三次元測定器で測定精度に影響が出るか否かを判定することにより、非接触三次元測定器による測定対象物の形状測定の可否を判断するのである。
【００３１】
本実施形態に係る測定器の測定精度保証方法によれば、所定の非接触三次元測定器における測定対象物の積分反射率ＳＣＩ及び拡散反射率ＳＣＥ、換言すれば測定対象物の光沢の高低に基づいて、測定対象物が測定可能か否かを判断することが可能となる。これにより、様々な非接触三次元測定器について、測定精度を横並びで評価することができるようになる。つまり、測定対象物の光沢の高低に対する、非接触三次元測定器の測定精度の特色を把握することにより、複数の非接触三次元測定器から測定条件（光沢の高低）に適切なものを選択して測定することができるため、測定精度をより向上させることが可能となるのである。
【００３２】
また、測定範囲判定工程によって、非接触三次元測定器の測定可能領域についてデータベース化することが可能となる。これにより、対象物測定工程で測定対象物の積分反射率ＳＣＩ及び拡散反射率ＳＣＥを測定するだけで、つまり非接触三次元測定器による非接触三次元測定をしなくても、測定対象物について測定可能か否かを判断することができるのである。即ち、無駄な非接触三次元測定を減らすことができるため、作業工程を減少させることが可能となるのである。
【００３３】
［標準ゲージの第二実施形態及び標準ゲージの製造方法］
次に、本発明の第二実施形態に係る標準ゲージＧ２の製造方法について、図２（ａ）及び（ｂ）を用いて説明する。本実施形態においては、使用目的が限定される物質を測定対象物とする場合に用いる標準ゲージＧ２の製造方法について説明する。例えば、測定対象物として自動車部品（ワーク）のみを想定する場合、つまり、積分反射率ＳＣＩ及び拡散反射率ＳＣＥについては、自動車部品（ワーク）である物質を対象とする場合について説明する。なお、本実施形態においては測定対象物として自動車部品（ワーク）を想定する場合における標準ゲージＧ２の製造方法について記載するが、第一実施形態に係る標準ゲージＧ１のようにあらゆる物質を測定対象物とする場合についても同様の手法を用いて製造することは可能である。
以下に示す標準ゲージＧ２の製造方法は、第一の工程である反射率分布測定工程と、第二の工程である水準決定工程と、第三の工程である加工工程と、第四の工程であるゲージ形成工程と、を備える。以下、順に説明する。
【００３４】
まず、第一の工程である反射率分布測定工程では、積分反射率ＳＣＩと拡散反射率ＳＣＥとの分布である反射率分布を、非接触三次元測定器の測定対象物である複数の素材、つまり、自動車部品（ワーク）に用いられる素材について測定する。具体的には、それぞれの素材の表面で、光の波長ごとの強さを測定する分光測色計を用いることにより測定するのである。ここで測定対象物となる素材の一例としては、コンソールボックス蓋（ＳＣＩ＝５、ＳＣＥ＝５）、プレス鋼板（ＳＣＩ＝３０、ＳＣＥ＝２０）、シフトパネル（ＳＣＩ＝５、ＳＣＥ＝１）、アルミ鍛造機械加工面（ＳＣＩ＝６０、ＳＣＥ＝２０）等がある。
【００３５】
上記の如く、様々な素材について積分反射率ＳＣＩと拡散反射率ＳＣＥとを測定することにより、図２（ａ）中の四角形に示す如く、積分反射率ＳＣＩと拡散反射率ＳＣＥとの分布であるワークの反射率分布が一定の範囲において形成される。
【００３６】
次に、第二の工程である水準決定工程では、ぞれぞれの積分反射率ＳＣＩ及び拡散反射率ＳＣＥが、反射率分布測定工程で測定したワークの反射率分布における範囲の全域に亘るように、複数の水準として物質を決定する。具体的には、図２（ａ）中のワークの反射率分布範囲で略均等に分布する、点Ａから点Ｉまでの９点で示される複数の物質を決定するのである。ここで複数の水準として決定される物質の一例としては、ブラックニッケル（ＳＣＩ＝２８、ＳＣＥ＝４）、光沢ニッケル（ＳＣＩ＝６０、ＳＣＥ＝１０）、アルマイト原色（ＳＣＩ＝７７、ＳＣＥ＝１８）等がある。
【００３７】
次に、第三の工程である加工工程では、複数の平板の表面を加工することにより、複数の平板の表面における積分反射率ＳＣＩ及び拡散反射率ＳＣＥを、水準決定工程で決定したそれぞれの水準の積分反射率ＳＣＩ及び拡散反射率ＳＣＥとする。より詳細には、形状や大きさが均等な金属板等の平板の表面に対して、塗装や、メッキ・バレル研磨等の加工を施すのである。これにより、点Ａから点Ｉまでの９点におけるそれぞれの積分反射率ＳＣＩと拡散反射率ＳＣＥとを再現し、図２（ｂ）に示す如く平板Ａから平板Ｉを形成するのである。なお、本実施形態においては、反射率分布範囲から９点の反射率を選び、９枚の平板Ａから平板Ｉを形成したが、平板の数及びその反射率は限定されるものではなく、その数や反射率は適宜変更することが可能である。
そして、第四の工程である加工工程では、図２（ｂ）に示す如く、平板Ａから平板Ｉの９枚の平板を組合せて標準ゲージＧ２を形成するのである。
【００３８】
上記の如く、本実施形態に係る標準ゲージＧ２の製造方法によれば、使用目的が限定される物質を測定対象物とする場合において、標準ゲージＧ２を構成する平板の積分反射率ＳＣＩ及び拡散反射率ＳＣＥの種類を、あらゆる物質を測定対象物とする場合と比べて少なくすることができる。例えば、本実施形態の如く測定対象物として自動車部品（ワーク）のみを想定する場合においては、自動車部品（ワーク）として用いられる素材のみ反射率分布の範囲を測定し、その範囲内の積分反射率ＳＣＩ及び拡散反射率ＳＣＥとなる平板で標準ゲージＧ２を構成するため、自動車部品（ワーク）の測定に不要な平板を標準ゲージＧ２に組み込むことがないのである。これにより、標準ゲージＧ２の製造コストを下げることが可能となる。
【００３９】
［測定器の性能評価方法］
次に、非接触三次元測定器の性能を評価する方法について、図３を用いて説明する。
従来、非接触三次元測定器の性能を評価する際には、接触式三次元測定器によって寸法が既知となった標準ゲージを非接触三次元測定器で測定していた。そして、非接触三次元測定器で測定した標準ゲージの寸法データと、標準ゲージの既知の寸法とを、データ処理装置で誤差解析することにより、非接触三次元測定器による標準ゲージの寸法データの寸法誤差を評価していたのである。
【００４０】
一方、非接触三次元測定器と測定対象物との相対角度又は相対位置が変化すると、スリット光が測定対象物の表面で拡散反射することで得られる画像が変化（膨張又は収縮）するため、三角測量の原理で三次元座標を算出（スリット光の重心や境界を特定）する際に計測誤差を生じていた。
また、上記の場合には測定対象物におけるスリット光の反射状態が一様ではなくなるため、測定で得られる三次元座標データに欠落やノイズが発生する場合があった。この場合は、繰り返し測定した後にデータを重ね合わせることで対応する必要があったのである。
つまり、非接触三次元測定器は、測定対象物との相対角度又は相対位置が変化することによる影響を受けるため、上記に記載した従来の方法では正確にその性能を評価することができなかったのである。
【００４１】
以下に示す測定器の性能評価方法は、第一の工程である測定工程と、第二の工程である生成度評価工程と、第三の工程である寸法誤差評価工程と、を備える。以下、順に説明する。
まず、第一の工程である測定工程では、接触式三次元測定器によって寸法が既知である標準ゲージの寸法データを、測定ごとに標準ゲージに対する相対角度及び相対位置の条件を変えて、非接触三次元測定器で測定する。つまり、図３（ａ）に示す如く、非接触三次元測定器を左右方向や前後方向に移動させつつ、標準ゲージの寸法データを測定するのである。
なお、本工程で使用する標準ゲージについては、前記第一実施形態及び第二実施形態に記載の標準ゲージＧ１・Ｇ２でも、従来技術に係る形状や色彩が異なる標準ゲージでも、適用することが可能である。
【００４２】
次に、第二の工程である生成度評価工程では、測定工程で測定した、標準ゲージの寸法データが生成された面積率を、条件（非接触三次元測定器の標準ゲージに対する相対角度及び相対位置、及び、標準ゲージの左右配置）ごとに算出する。
例えば、非接触三次元測定器で図３（ｂ）に示す視野範囲について測定した場合を考える。非接触三次元測定器による測定が正常な、即ち寸法データ生成度が高い場合は、図３（ｃ１）に示す如く、標準ゲージの寸法データは視野範囲の全域に亘って生成されている（データ生成領域）。この時、寸法データの生成された面積率は略１００％となる。一方、非接触三次元測定器による測定が異常な、即ち寸法データ生成度が低い場合は、図３（ｃ２）に示す如く、標準ゲージの寸法データは視野範囲の一部において生成されていない（データ未生成領域）。この時、寸法データの生成された面積率は１００％よりも小さくなる。この面積率の大きさに基づいて、非接触三次元測定器による標準ゲージの寸法データの生成度を評価するのである。
【００４３】
次に、第三の工程である寸法誤差評価工程では、従来技術と同様に、測定工程で測定した標準ゲージの寸法データと、標準ゲージの既知の寸法とを、データ処理装置で誤差解析することにより、非接触三次元測定器による標準ゲージの寸法データの寸法誤差を評価するのである。具体的には、三次元座標データに対して最小二乗法にて幾何形状をベストフィットさせ、誤差を評価するのである。
【００４４】
本実施形態に係る測定器の性能評価方法によれば、非接触三次元測定器と測定対象物との相対角度又は相対位置の変化による、寸法データの生成度の評価と、非接触三次元測定器による標準ゲージにおける寸法データの寸法誤差の評価と、の２つの評価を組合せることにより、非接触三次元測定器の性能を総合的に評価することが可能になる。
【００４５】
非接触三次元測定器の性能評価について、図３（ｄ）を用いて具体的に説明する。図３（ｄ）においては、生成度評価工程及び寸法誤差評価工程で得られた評価が、所定の基準に対して良かったものを○、所定の基準と同程度のものを△、所定の基準に対して悪かったものを×と表現して記載している。
【００４６】
図３（ｄ）に示す如く、標準ゲージ１については、様々な条件Ａ・Ｂ・Ｃ・・（非接触三次元測定器の標準ゲージに対する相対角度及び相対位置、及び、標準ゲージの左右配置）においてデータ生成度が良好で、寸法誤差も小さかったことを示している。
一方、同じく標準ゲージ２については、条件Ａ・Ｂ・Ｃ・・によってはデータ生成度が悪くなる場合があるが、寸法誤差は小さかったことを示している。
また、標準ゲージ３については、様々な条件Ａ・Ｂ・Ｃ・・においてデータ生成度が良好であるが、寸法誤差が大きかったことを示している。
【００４７】
この場合、総合的に標準ゲージ１における測定が総合的に高精度であったことが判断できる。つまり、従来であれば評価の対象となっていなかった条件の違いによるデータ生成度を評価の対象とすることにより、寸法誤差のみで評価していた従来技術に対してより総合的な評価ができるようになったのである。
【００４８】
このように、本実施形態に係る測定器の性能評価方法によれば、測定対象物との相対角度又は相対位置が変化することによる影響を考慮し、評価の対象とすることにより、非接触三次元測定器の性能をより正確かつ総合的に評価することが可能となるのである。
【００４９】
なお、種類の異なる非接触三次元測定器では、測定用の光源の波長が相違する場合がある。また、実際の測定対象物は色彩が異なる場合もある。例えば、測定対象物が赤色の場合、赤色領域の波長を測定用光源とする非接触三次元測定器では計測可能だが、青色領域の波長を測定用光源とする非接触三次元測定器では計測し難くなる。
このような非接触三次元測定器の測定用光源の違いを鑑みれば、本実施形態における標準ゲージＧ１、Ｇ２は、白色やグレー、黒色等、波長によって反射強度の変化の少ない無彩色、例えばステンレスやアルミ等の金属や無彩色塗装で構成することが望ましい。
【００５０】
そして、本実施形態における測定対象物の積分反射率及び拡散反射率を測定する対象物測定工程においては、光の波長ごとの強さを計測する分光測色計等を用い、測定対象物の積分反射率ＳＣＩと拡散反射率ＳＣＥを求める際に、評価したい非接触三次元測定器の光源の波長を選択することができる。これにより、波長の異なる計測器に対しても横並び評価が可能になる。また、標準ゲージとは異なる色彩の測定対象物に対しても、分光測色計での計測結果のみから非接触三次元測定器で計測可能か否かの判定が可能となる。
【符号の説明】
【００５１】
Ｇ１ 標準ゲージ
ＳＣＩ 積分反射率
ＳＣＥ 拡散反射率
【技術分野】
【０００１】
本発明は、標準ゲージ、測定器の測定精度保証方法、標準ゲージの製造方法、及び、測定器の性能評価方法に関し、詳しくは、非接触三次元測定器で測定対象物の形状を測定する場合における測定精度を保証する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、測定対象物に接触せずにその三次元形状を測定する、非接触三次元測定器に関する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
前記特許文献１に記載の技術によれば、非接触三次元測定器からラインや縞等のスリット光を測定対象物に照射し、このスリット光が測定対象物の表面で拡散反射した画像をカメラで撮影するのである。これにより、三角測量の原理で測定対象物の三次元形状のデータ（三次元座標データ）を取得するのである（図３（ａ）を参照）。
【０００３】
前記従来技術においては、非接触三次元測定器の測定精度を保証するために標準ゲージが用いられる。例えば、前記特許文献１に記載の如く、厚さや角度等の形状や色彩等の異なる面が配置された標準ゲージを準備する。そして、非接触三次元測定器によって前記標準ゲージの形状を測定し、測定結果が所定の測定誤差内にあるかどうかを判定するのである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２２１４１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記の如く構成された非接触三次元測定器においては、測定対象物の表面の光沢（艶）が低い場合、図４（ａ）に示す如く、測定対象物に照射した入射光が反射するときに拡散反射光の割合が高くなり、正反射光の割合が低くなる。つまり、測定対象物の表面で拡散反射した画像をカメラで撮影することが可能となり、容易に測定対象物の三次元形状のデータを取得して測定することが可能となる。
【０００６】
一方、測定対象物の表面の光沢が高い場合、図４（ｂ）に示す如く、測定対象物に照射した入射光が反射するときに拡散反射光の割合が低くなり、正反射光の割合が高くなる。つまり、測定対象物の表面で拡散反射した画像をカメラで撮影することが難しくなり、測定対象物の三次元形状のデータを取得して測定することが困難となる。換言すれば、測定対象物の表面の光沢が高い場合は、光沢が低い場合と比較して、非接触三次元測定器による測定精度が相対的に悪くなるのである。
【０００７】
上記の如く、非接触三次元測定器においては、測定対象物の表面における光沢の高低によって測定精度に影響を受けることになる。しかし、前記従来技術においては、測定対象物の形状や色彩が異なる場合において非接触三次元測定器の測定精度を保証する技術はあったものの、測定対象物の表面における光沢が異なる場合についての技術は存在しなかった。つまり、測定対象物の表面における光沢が異なる場合において、非接触三次元測定器の測定精度を保証することができなかったのである。
【０００８】
そこで本発明は、上記現状に鑑み、非接触三次元測定器による測定対象物の表面における光沢が異なる場合においても測定精度を保証することが可能な、標準ゲージ、測定器の測定精度保証方法、標準ゲージの製造方法、及び、測定器の性能評価方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１０】
即ち、請求項１においては、所定の強さで入射光を照射した場合に、前記入射光の強さに対する正反射光と拡散反射光との両方の強さの割合を計測した積分反射率と、前記入射光の強さに対する拡散反射光の強さのみの割合を計測した拡散反射率と、がそれぞれ異なる複数の平板を組合せて構成したものである。
【００１１】
請求項２においては、請求項１に記載の標準ゲージを用いて、前記非接触三次元測定器の測定対象物に対する測定精度を保証する、測定精度保証方法であって、前記標準ゲージが備える平板のうち、非接触三次元測定器で測定可能な、積分反射率及び拡散反射率の範囲を判定する、測定範囲判定工程と、測定対象物の積分反射率及び拡散反射率を測定する、対象物測定工程と、前記対象物測定工程で測定した測定対象物の積分反射率及び拡散反射率が、前記測定範囲判定工程で判定した、非接触三次元測定器で測定可能な積分反射率及び拡散反射率の範囲の中にあるか否かを判定することにより、前記非接触三次元測定器による前記測定対象物の形状測定の可否を判断する、判定工程と、を備えるものである。
【００１２】
請求項３においては、所定の強さで入射光を照射した場合に、前記入射光の強さに対する正反射光と拡散反射光との両方の強さの割合を計測した積分反射率と、前記入射光の強さに対する拡散反射光の強さのみの割合を計測した拡散反射率と、の分布である反射率分布を、非接触三次元測定器の測定対象物である複数の素材について測定する、反射率分布測定工程と、ぞれぞれの積分反射率及び拡散反射率が、前記反射率分布測定工程で測定した反射率分布の範囲の全域に亘るように、複数の水準を決定する、水準決定工程と、複数の平板の表面を加工することにより、前記複数の平板の表面における積分反射率及び拡散反射率を、前記水準決定工程で決定したそれぞれの水準の積分反射率及び拡散反射率とする、加工工程と、前記複数の平板を組合せて標準ゲージを形成する、ゲージ形成工程と、を備えるものである。
【００１３】
請求項４においては、寸法が既知である標準ゲージの寸法データを、測定ごとに前記標準ゲージに対する相対角度及び相対位置の条件を変えて、非接触三次元測定器で測定する、測定工程と、前記測定工程で測定した、前記標準ゲージの寸法データが生成された面積率を、前記条件ごとに算出することにより、前記非接触三次元測定器による前記標準ゲージの寸法データの生成度を評価する、生成度評価工程と、前記測定工程で測定した前記標準ゲージの寸法データと、前記標準ゲージの既知の寸法とを、データ処理装置で誤差解析することにより、前記非接触三次元測定器による前記標準ゲージの寸法データの寸法誤差を評価する、寸法誤差評価工程と、を備えるものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１５】
本発明により、非接触三次元測定器による測定対象物の表面における光沢が異なる場合においても測定精度を保証することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】（ａ）は第一実施形態に係る標準ゲージにおける反射率分布を示した図、（ｂ）は同じく第一実施形態に係る標準ゲージを示した平面図。
【図２】（ａ）は第二実施形態に係る標準ゲージにおける反射率分布を示した図、（ｂ）は同じく第二実施形態に係る標準ゲージを示した平面図。
【図３】（ａ）は測定器の性能評価をしている状態を示した概略図、（ｂ）は測定器の視野範囲を示した図、（ｃ１）は測定器による寸法データ生成度が高い場合の視野範囲を示した図、（ｃ２）は測定器による寸法データ生成度が低い場合の視野範囲を示した図、（ｄ）は測定結果の一例を示した図。
【図４】（ａ）は入射光が反射するときに拡散反射光の割合が高い場合を示した図、（ｂ）は同じく拡散反射光の割合が低い場合を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、発明の実施の形態を説明する。
なお、本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されるものではなく、本明細書及び図面に記載した事項から明らかになる本発明が真に意図する技術的思想の範囲全体に、広く及ぶものである。
【００１８】
［標準ゲージの第一実施形態］
まず始めに、本発明の第一実施形態に係る標準ゲージＧ１の構成について、図１（ａ）及び（ｂ）を用いて説明する。本実施形態においては、あらゆる物質を測定対象物とする場合について、つまり、後述する積分反射率ＳＣＩ及び拡散反射率ＳＣＥについては、あらゆる物質を対象とする場合について説明する。
【００１９】
一般的に、光源から照射された入射光が対象物の表面に当たった場合、入射角と同じ角度で反射する光を正反射光、いろいろな角度で反射する光を拡散反射光という（図４を参照）。この際、所定の強さで入射光を対象物に照射した場合に、前記入射光の強さに対する正反射光と拡散反射光との両方の強さの割合を計測した反射率（単位％）を積分反射率ＳＣＩ（Ｓｐｅｃｕｌａｒ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｉｎｃｌｕｄｅｄ）といい、前記入射光の強さに対する拡散反射光の強さのみの割合を計測した反射率（単位％）を拡散反射率ＳＣＥ（Ｓｐｅｃｕｌａｒ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｅｘｃｌｕｄｅｄ）という。
この積分反射率ＳＣＩ及び拡散反射率ＳＣＥは、対象物の表面で、光の波長ごとの強さを測定する分光測色計を用いることにより測定することができる。
【００２０】
図１（ａ）に示す如く、積分反射率ＳＣＩは、対象物における正反射光と拡散反射光との両方の強さの割合であり、対象物の明るさ（色）を反映している。つまり、対象物が明るく白色に近い色であれば、積分反射率ＳＣＩが大きくなり、対象物が暗く黒色に近い色であれば、積分反射率ＳＣＩが小さくなるのである。
一方、拡散反射率ＳＣＥは、対象物における拡散反射光の強さのみの割合であり、対象物の光沢（艶）の弱さを反映している。つまり、対象物の光沢が弱ければ拡散反射率ＳＣＥが大きくなり、対象物の光沢が強ければ拡散反射率ＳＣＥが小さくなるのである。
【００２１】
図１（ａ）は本実施形態に係る標準ゲージＧ１における反射率分布を示した図である。図１（ａ）に示す各点は、それぞれの物質の表面で計測される積分反射率ＳＣＩ及び拡散反射率ＳＣＥを表している。つまり、例えば図１（ａ）中の点ａについては、ＳＣＩ＝２３程度、ＳＣＥ＝４程度の物質について示している。
【００２２】
また、例えば入射光に対して全く反射しない漆黒の物質があったと仮定すると、ＳＣＩ＝０、ＳＣＥ＝０となり、図１（ａ）中の原点に位置することとなる。
他に、鏡のように入射光に対して全て正反射のみをして拡散反射をしない場合は、ＳＣＩ＝１００、ＳＣＥ＝０となり、図１（ａ）中の点ｊに位置することとなる。また、例えば硫酸バリウムのように入射光に対して正反射をせずに全て拡散反射のみをする場合は、ＳＣＩ＝１００、ＳＣＥ＝１００となり、図１（ａ）中の点ｌに位置することとなる。
【００２３】
前記の如く、積分反射率ＳＣＩは、入射光の強さに対する正反射光と拡散反射光との両方の強さの割合を計測したものであるのに対し、拡散反射率ＳＣＥは入射光の強さに対する拡散反射光の強さのみの割合を計測したものである。このため、拡散反射率ＳＣＥが積分反射率ＳＣＩよりも大きくなることはない。即ち、全ての物質は、図１（ａ）における右下の三角形の範囲（原点から傾き４５度の直線より下の部分、以下「反射率分布範囲」という）に積分反射率ＳＣＩ及び拡散反射率ＳＣＥが分布することになる。つまり、図１（ａ）で網掛けをした左上の三角形の範囲（原点から傾き４５度の直線より上の部分）を考慮する必要はないのである。
【００２４】
本実施形態に係る標準ゲージＧ１については、図１（ｂ）に示す如く、積分反射率ＳＣＩと拡散反射率ＳＣＥとがそれぞれ異なる複数の平板を組合せて構成したものである。具体的には、図１（ａ）中の反射率分布範囲で略均等に分布する、点ａから点ｌまでの１２点で示される物質に対応する平板ａから平板ｌを組合せるのである。より詳細には、形状や大きさが均等な金属板等の平板の表面に対して、塗装や、メッキ・バレル研磨等の加工を施すことにより、それぞれの積分反射率ＳＣＩと拡散反射率ＳＣＥとを再現したものを組合せるのである。なお、本実施形態においては、反射率分布範囲から１２点の反射率を選び、１２枚の平板ａから平板ｌを選択したが、平板の数及びその反射率は限定されるものではなく、その数や反射率は適宜変更することが可能である。
【００２５】
本実施形態に係る標準ゲージＧ１によれば、上記の如く構成することにより、測定対象物の表面における光沢が異なる場合において、非接触三次元測定器の測定精度を保証することができる。
具体的には、上記の如く積分反射率ＳＣＩ（色）と拡散反射率ＳＣＥ（光沢）とがそれぞれ異なる複数の平板を組合せて標準ゲージＧ１を構成し、非接触三次元測定器によって標準ゲージＧ１の形状を測定する。そして、測定結果が所定の測定誤差内にあるかどうかを判定することにより、色の違いだけではなく、光沢の高低によって非接触三次元測定器の測定精度に影響が出るかどうかを判断することができるのである。
なお、本実施形態においては、光沢の高低を測定する手段として分光測色計を用いたが、光沢の高低を測定する手段として、他に光沢度計等の測定器を使用する構成とすることも可能である。
また、積分反射率ＳＣＩまたは拡散反射率ＳＣＥを分光測色計等における光の波長ごとの強さ結果から求める場合、特定の光の波長を選択して、その波長における強さ計測結果を積分反射率ＳＣＩまたは拡散反射率ＳＣＥとしてもよい。さらに、複数の波長の強さ計測結果における平均値を用いることも可能である。
【００２６】
［測定器の測定精度保証方法］
本実施形態に係る標準ゲージＧ１を用いて、非接触三次元測定器の測定対象物に対する測定精度を保証する方法について、図１（ａ）及び（ｂ）を用いてより具体的に説明する。以下に示す測定器の測定精度保証方法は、第一の工程である測定範囲判定工程と、第二の工程である対象物測定工程と、第三の工程である判定工程と、を備える。以下、順に説明する。
【００２７】
まず、第一の工程である測定範囲判定工程では、標準ゲージＧ１が備える平板ａから平板ｌのうち、非接触三次元測定器で測定可能な、積分反射率ＳＣＩ及び拡散反射率ＳＣＥの範囲を判定する。具体的には、非接触三次元測定器によって標準ゲージＧ１の形状を測定し、それぞれの平板ａから平板ｌにおける測定結果が所定の測定誤差内にあるかどうかを判定する。つまり、各平板における測定結果が所定の測定誤差内にあれば、当該平板における積分反射率ＳＣＩ及び拡散反射率ＳＣＥは非接触三次元測定器で測定可能であると判定し、各平板における測定結果が所定の測定誤差を超えた場合は、当該平板における積分反射率ＳＣＩ及び拡散反射率ＳＣＥは非接触三次元測定器では測定困難であると判定するのである。
【００２８】
本実施形態においては、図１（ｂ）に示す如く、平板ａ、ｃ、ｆ、ｈ、及びｊについては、光沢が強い（拡散反射率ＳＣＥが小さい）ことにより、非接触三次元測定器で測定することが困難であり、その他の平板については光沢が弱い（拡散反射率ＳＣＥが大きい）ことにより、測定可能であったとして説明する。この場合、図１（ａ）に示す如く、平板ａ、ｃ、ｆ、ｈ、及びｊに対応する点ａ、ｃ、ｆ、ｈ、及びｊにおいて測定が困難であるとして、図１（ａ）に示す二点鎖線より下の範囲を測定困難領域とし、二点鎖線よりも上の範囲を測定可能領域とするのである。
【００２９】
次に、第二の工程である対象物測定工程では、測定対象物の積分反射率ＳＣＩ及び拡散反射率ＳＣＥを測定する。具体的には、測定対象物の表面で、光の波長ごとの強さを測定する分光測色計を用いることにより測定するのである。この対象物測定工程において、測定対象物の積分反射率ＳＣＩ及び拡散反射率ＳＣＥが判明すると、測定対象物が図１（ａ）に示す反射率分布のうち、どこに位置するかがわかる。
【００３０】
次に、第三の工程である判定工程では、対象物測定工程で測定した測定対象物の積分反射率ＳＣＩ及び拡散反射率ＳＣＥが、測定範囲判定工程で判定した、非接触三次元測定器で測定可能な積分反射率ＳＣＩ及び拡散反射率ＳＣＥの範囲の中にあるか否かを判定する。つまり、対象物測定工程で測定した測定対象物の積分反射率ＳＣＩ及び拡散反射率ＳＣＥが、図１（ａ）に示す二点鎖線よりも上の範囲である測定可能領域にあるか否かを判定するのである。換言すれば、測定対象物の光沢の高低（拡散反射率ＳＣＥの大小）によって非接触三次元測定器で測定精度に影響が出るか否かを判定することにより、非接触三次元測定器による測定対象物の形状測定の可否を判断するのである。
【００３１】
本実施形態に係る測定器の測定精度保証方法によれば、所定の非接触三次元測定器における測定対象物の積分反射率ＳＣＩ及び拡散反射率ＳＣＥ、換言すれば測定対象物の光沢の高低に基づいて、測定対象物が測定可能か否かを判断することが可能となる。これにより、様々な非接触三次元測定器について、測定精度を横並びで評価することができるようになる。つまり、測定対象物の光沢の高低に対する、非接触三次元測定器の測定精度の特色を把握することにより、複数の非接触三次元測定器から測定条件（光沢の高低）に適切なものを選択して測定することができるため、測定精度をより向上させることが可能となるのである。
【００３２】
また、測定範囲判定工程によって、非接触三次元測定器の測定可能領域についてデータベース化することが可能となる。これにより、対象物測定工程で測定対象物の積分反射率ＳＣＩ及び拡散反射率ＳＣＥを測定するだけで、つまり非接触三次元測定器による非接触三次元測定をしなくても、測定対象物について測定可能か否かを判断することができるのである。即ち、無駄な非接触三次元測定を減らすことができるため、作業工程を減少させることが可能となるのである。
【００３３】
［標準ゲージの第二実施形態及び標準ゲージの製造方法］
次に、本発明の第二実施形態に係る標準ゲージＧ２の製造方法について、図２（ａ）及び（ｂ）を用いて説明する。本実施形態においては、使用目的が限定される物質を測定対象物とする場合に用いる標準ゲージＧ２の製造方法について説明する。例えば、測定対象物として自動車部品（ワーク）のみを想定する場合、つまり、積分反射率ＳＣＩ及び拡散反射率ＳＣＥについては、自動車部品（ワーク）である物質を対象とする場合について説明する。なお、本実施形態においては測定対象物として自動車部品（ワーク）を想定する場合における標準ゲージＧ２の製造方法について記載するが、第一実施形態に係る標準ゲージＧ１のようにあらゆる物質を測定対象物とする場合についても同様の手法を用いて製造することは可能である。
以下に示す標準ゲージＧ２の製造方法は、第一の工程である反射率分布測定工程と、第二の工程である水準決定工程と、第三の工程である加工工程と、第四の工程であるゲージ形成工程と、を備える。以下、順に説明する。
【００３４】
まず、第一の工程である反射率分布測定工程では、積分反射率ＳＣＩと拡散反射率ＳＣＥとの分布である反射率分布を、非接触三次元測定器の測定対象物である複数の素材、つまり、自動車部品（ワーク）に用いられる素材について測定する。具体的には、それぞれの素材の表面で、光の波長ごとの強さを測定する分光測色計を用いることにより測定するのである。ここで測定対象物となる素材の一例としては、コンソールボックス蓋（ＳＣＩ＝５、ＳＣＥ＝５）、プレス鋼板（ＳＣＩ＝３０、ＳＣＥ＝２０）、シフトパネル（ＳＣＩ＝５、ＳＣＥ＝１）、アルミ鍛造機械加工面（ＳＣＩ＝６０、ＳＣＥ＝２０）等がある。
【００３５】
上記の如く、様々な素材について積分反射率ＳＣＩと拡散反射率ＳＣＥとを測定することにより、図２（ａ）中の四角形に示す如く、積分反射率ＳＣＩと拡散反射率ＳＣＥとの分布であるワークの反射率分布が一定の範囲において形成される。
【００３６】
次に、第二の工程である水準決定工程では、ぞれぞれの積分反射率ＳＣＩ及び拡散反射率ＳＣＥが、反射率分布測定工程で測定したワークの反射率分布における範囲の全域に亘るように、複数の水準として物質を決定する。具体的には、図２（ａ）中のワークの反射率分布範囲で略均等に分布する、点Ａから点Ｉまでの９点で示される複数の物質を決定するのである。ここで複数の水準として決定される物質の一例としては、ブラックニッケル（ＳＣＩ＝２８、ＳＣＥ＝４）、光沢ニッケル（ＳＣＩ＝６０、ＳＣＥ＝１０）、アルマイト原色（ＳＣＩ＝７７、ＳＣＥ＝１８）等がある。
【００３７】
次に、第三の工程である加工工程では、複数の平板の表面を加工することにより、複数の平板の表面における積分反射率ＳＣＩ及び拡散反射率ＳＣＥを、水準決定工程で決定したそれぞれの水準の積分反射率ＳＣＩ及び拡散反射率ＳＣＥとする。より詳細には、形状や大きさが均等な金属板等の平板の表面に対して、塗装や、メッキ・バレル研磨等の加工を施すのである。これにより、点Ａから点Ｉまでの９点におけるそれぞれの積分反射率ＳＣＩと拡散反射率ＳＣＥとを再現し、図２（ｂ）に示す如く平板Ａから平板Ｉを形成するのである。なお、本実施形態においては、反射率分布範囲から９点の反射率を選び、９枚の平板Ａから平板Ｉを形成したが、平板の数及びその反射率は限定されるものではなく、その数や反射率は適宜変更することが可能である。
そして、第四の工程である加工工程では、図２（ｂ）に示す如く、平板Ａから平板Ｉの９枚の平板を組合せて標準ゲージＧ２を形成するのである。
【００３８】
上記の如く、本実施形態に係る標準ゲージＧ２の製造方法によれば、使用目的が限定される物質を測定対象物とする場合において、標準ゲージＧ２を構成する平板の積分反射率ＳＣＩ及び拡散反射率ＳＣＥの種類を、あらゆる物質を測定対象物とする場合と比べて少なくすることができる。例えば、本実施形態の如く測定対象物として自動車部品（ワーク）のみを想定する場合においては、自動車部品（ワーク）として用いられる素材のみ反射率分布の範囲を測定し、その範囲内の積分反射率ＳＣＩ及び拡散反射率ＳＣＥとなる平板で標準ゲージＧ２を構成するため、自動車部品（ワーク）の測定に不要な平板を標準ゲージＧ２に組み込むことがないのである。これにより、標準ゲージＧ２の製造コストを下げることが可能となる。
【００３９】
［測定器の性能評価方法］
次に、非接触三次元測定器の性能を評価する方法について、図３を用いて説明する。
従来、非接触三次元測定器の性能を評価する際には、接触式三次元測定器によって寸法が既知となった標準ゲージを非接触三次元測定器で測定していた。そして、非接触三次元測定器で測定した標準ゲージの寸法データと、標準ゲージの既知の寸法とを、データ処理装置で誤差解析することにより、非接触三次元測定器による標準ゲージの寸法データの寸法誤差を評価していたのである。
【００４０】
一方、非接触三次元測定器と測定対象物との相対角度又は相対位置が変化すると、スリット光が測定対象物の表面で拡散反射することで得られる画像が変化（膨張又は収縮）するため、三角測量の原理で三次元座標を算出（スリット光の重心や境界を特定）する際に計測誤差を生じていた。
また、上記の場合には測定対象物におけるスリット光の反射状態が一様ではなくなるため、測定で得られる三次元座標データに欠落やノイズが発生する場合があった。この場合は、繰り返し測定した後にデータを重ね合わせることで対応する必要があったのである。
つまり、非接触三次元測定器は、測定対象物との相対角度又は相対位置が変化することによる影響を受けるため、上記に記載した従来の方法では正確にその性能を評価することができなかったのである。
【００４１】
以下に示す測定器の性能評価方法は、第一の工程である測定工程と、第二の工程である生成度評価工程と、第三の工程である寸法誤差評価工程と、を備える。以下、順に説明する。
まず、第一の工程である測定工程では、接触式三次元測定器によって寸法が既知である標準ゲージの寸法データを、測定ごとに標準ゲージに対する相対角度及び相対位置の条件を変えて、非接触三次元測定器で測定する。つまり、図３（ａ）に示す如く、非接触三次元測定器を左右方向や前後方向に移動させつつ、標準ゲージの寸法データを測定するのである。
なお、本工程で使用する標準ゲージについては、前記第一実施形態及び第二実施形態に記載の標準ゲージＧ１・Ｇ２でも、従来技術に係る形状や色彩が異なる標準ゲージでも、適用することが可能である。
【００４２】
次に、第二の工程である生成度評価工程では、測定工程で測定した、標準ゲージの寸法データが生成された面積率を、条件（非接触三次元測定器の標準ゲージに対する相対角度及び相対位置、及び、標準ゲージの左右配置）ごとに算出する。
例えば、非接触三次元測定器で図３（ｂ）に示す視野範囲について測定した場合を考える。非接触三次元測定器による測定が正常な、即ち寸法データ生成度が高い場合は、図３（ｃ１）に示す如く、標準ゲージの寸法データは視野範囲の全域に亘って生成されている（データ生成領域）。この時、寸法データの生成された面積率は略１００％となる。一方、非接触三次元測定器による測定が異常な、即ち寸法データ生成度が低い場合は、図３（ｃ２）に示す如く、標準ゲージの寸法データは視野範囲の一部において生成されていない（データ未生成領域）。この時、寸法データの生成された面積率は１００％よりも小さくなる。この面積率の大きさに基づいて、非接触三次元測定器による標準ゲージの寸法データの生成度を評価するのである。
【００４３】
次に、第三の工程である寸法誤差評価工程では、従来技術と同様に、測定工程で測定した標準ゲージの寸法データと、標準ゲージの既知の寸法とを、データ処理装置で誤差解析することにより、非接触三次元測定器による標準ゲージの寸法データの寸法誤差を評価するのである。具体的には、三次元座標データに対して最小二乗法にて幾何形状をベストフィットさせ、誤差を評価するのである。
【００４４】
本実施形態に係る測定器の性能評価方法によれば、非接触三次元測定器と測定対象物との相対角度又は相対位置の変化による、寸法データの生成度の評価と、非接触三次元測定器による標準ゲージにおける寸法データの寸法誤差の評価と、の２つの評価を組合せることにより、非接触三次元測定器の性能を総合的に評価することが可能になる。
【００４５】
非接触三次元測定器の性能評価について、図３（ｄ）を用いて具体的に説明する。図３（ｄ）においては、生成度評価工程及び寸法誤差評価工程で得られた評価が、所定の基準に対して良かったものを○、所定の基準と同程度のものを△、所定の基準に対して悪かったものを×と表現して記載している。
【００４６】
図３（ｄ）に示す如く、標準ゲージ１については、様々な条件Ａ・Ｂ・Ｃ・・（非接触三次元測定器の標準ゲージに対する相対角度及び相対位置、及び、標準ゲージの左右配置）においてデータ生成度が良好で、寸法誤差も小さかったことを示している。
一方、同じく標準ゲージ２については、条件Ａ・Ｂ・Ｃ・・によってはデータ生成度が悪くなる場合があるが、寸法誤差は小さかったことを示している。
また、標準ゲージ３については、様々な条件Ａ・Ｂ・Ｃ・・においてデータ生成度が良好であるが、寸法誤差が大きかったことを示している。
【００４７】
この場合、総合的に標準ゲージ１における測定が総合的に高精度であったことが判断できる。つまり、従来であれば評価の対象となっていなかった条件の違いによるデータ生成度を評価の対象とすることにより、寸法誤差のみで評価していた従来技術に対してより総合的な評価ができるようになったのである。
【００４８】
このように、本実施形態に係る測定器の性能評価方法によれば、測定対象物との相対角度又は相対位置が変化することによる影響を考慮し、評価の対象とすることにより、非接触三次元測定器の性能をより正確かつ総合的に評価することが可能となるのである。
【００４９】
なお、種類の異なる非接触三次元測定器では、測定用の光源の波長が相違する場合がある。また、実際の測定対象物は色彩が異なる場合もある。例えば、測定対象物が赤色の場合、赤色領域の波長を測定用光源とする非接触三次元測定器では計測可能だが、青色領域の波長を測定用光源とする非接触三次元測定器では計測し難くなる。
このような非接触三次元測定器の測定用光源の違いを鑑みれば、本実施形態における標準ゲージＧ１、Ｇ２は、白色やグレー、黒色等、波長によって反射強度の変化の少ない無彩色、例えばステンレスやアルミ等の金属や無彩色塗装で構成することが望ましい。
【００５０】
そして、本実施形態における測定対象物の積分反射率及び拡散反射率を測定する対象物測定工程においては、光の波長ごとの強さを計測する分光測色計等を用い、測定対象物の積分反射率ＳＣＩと拡散反射率ＳＣＥを求める際に、評価したい非接触三次元測定器の光源の波長を選択することができる。これにより、波長の異なる計測器に対しても横並び評価が可能になる。また、標準ゲージとは異なる色彩の測定対象物に対しても、分光測色計での計測結果のみから非接触三次元測定器で計測可能か否かの判定が可能となる。
【符号の説明】
【００５１】
Ｇ１ 標準ゲージ
ＳＣＩ 積分反射率
ＳＣＥ 拡散反射率
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の強さで入射光を照射した場合に、前記入射光の強さに対する正反射光と拡散反射光との両方の強さの割合を計測した積分反射率と、前記入射光の強さに対する拡散反射光の強さのみの割合を計測した拡散反射率と、がそれぞれ異なる複数の平板を組合せて構成した、
ことを特徴とする、標準ゲージ。
【請求項２】
請求項１に記載の標準ゲージを用いて、前記非接触三次元測定器の測定対象物に対する測定精度を保証する、測定精度保証方法であって、
前記標準ゲージが備える平板のうち、非接触三次元測定器で測定可能な、積分反射率及び拡散反射率の範囲を判定する、測定範囲判定工程と、
測定対象物の積分反射率及び拡散反射率を測定する、対象物測定工程と、
前記対象物測定工程で測定した測定対象物の積分反射率及び拡散反射率が、前記測定範囲判定工程で判定した、非接触三次元測定器で測定可能な積分反射率及び拡散反射率の範囲の中にあるか否かを判定することにより、前記非接触三次元測定器による前記測定対象物の形状測定の可否を判断する、判定工程と、を備える、
ことを特徴とする、測定器の測定精度保証方法。
【請求項３】
所定の強さで入射光を照射した場合に、前記入射光の強さに対する正反射光と拡散反射光との両方の強さの割合を計測した積分反射率と、前記入射光の強さに対する拡散反射光の強さのみの割合を計測した拡散反射率と、の分布である反射率分布を、非接触三次元測定器の測定対象物である複数の素材について測定する、反射率分布測定工程と、
ぞれぞれの積分反射率及び拡散反射率が、前記反射率分布測定工程で測定した反射率分布の範囲の全域に亘るように、複数の水準を決定する、水準決定工程と、
複数の平板の表面を加工することにより、前記複数の平板の表面における積分反射率及び拡散反射率を、前記水準決定工程で決定したそれぞれの水準の積分反射率及び拡散反射率とする、加工工程と、
前記複数の平板を組合せて標準ゲージを形成する、ゲージ形成工程と、を備える、
ことを特徴とする、標準ゲージの製造方法。
【請求項４】
寸法が既知である標準ゲージの寸法データを、測定ごとに前記標準ゲージに対する相対角度及び相対位置の条件を変えて、非接触三次元測定器で測定する、測定工程と、
前記測定工程で測定した、前記標準ゲージの寸法データが生成された面積率を、前記条件ごとに算出することにより、前記非接触三次元測定器による前記標準ゲージの寸法データの生成度を評価する、生成度評価工程と、
前記測定工程で測定した前記標準ゲージの寸法データと、前記標準ゲージの既知の寸法とを、データ処理装置で誤差解析することにより、前記非接触三次元測定器による前記標準ゲージの寸法データの寸法誤差を評価する、寸法誤差評価工程と、を備える、
ことを特徴とする、測定器の性能評価方法。
【請求項１】
所定の強さで入射光を照射した場合に、前記入射光の強さに対する正反射光と拡散反射光との両方の強さの割合を計測した積分反射率と、前記入射光の強さに対する拡散反射光の強さのみの割合を計測した拡散反射率と、がそれぞれ異なる複数の平板を組合せて構成した、
ことを特徴とする、標準ゲージ。
【請求項２】
請求項１に記載の標準ゲージを用いて、前記非接触三次元測定器の測定対象物に対する測定精度を保証する、測定精度保証方法であって、
前記標準ゲージが備える平板のうち、非接触三次元測定器で測定可能な、積分反射率及び拡散反射率の範囲を判定する、測定範囲判定工程と、
測定対象物の積分反射率及び拡散反射率を測定する、対象物測定工程と、
前記対象物測定工程で測定した測定対象物の積分反射率及び拡散反射率が、前記測定範囲判定工程で判定した、非接触三次元測定器で測定可能な積分反射率及び拡散反射率の範囲の中にあるか否かを判定することにより、前記非接触三次元測定器による前記測定対象物の形状測定の可否を判断する、判定工程と、を備える、
ことを特徴とする、測定器の測定精度保証方法。
【請求項３】
所定の強さで入射光を照射した場合に、前記入射光の強さに対する正反射光と拡散反射光との両方の強さの割合を計測した積分反射率と、前記入射光の強さに対する拡散反射光の強さのみの割合を計測した拡散反射率と、の分布である反射率分布を、非接触三次元測定器の測定対象物である複数の素材について測定する、反射率分布測定工程と、
ぞれぞれの積分反射率及び拡散反射率が、前記反射率分布測定工程で測定した反射率分布の範囲の全域に亘るように、複数の水準を決定する、水準決定工程と、
複数の平板の表面を加工することにより、前記複数の平板の表面における積分反射率及び拡散反射率を、前記水準決定工程で決定したそれぞれの水準の積分反射率及び拡散反射率とする、加工工程と、
前記複数の平板を組合せて標準ゲージを形成する、ゲージ形成工程と、を備える、
ことを特徴とする、標準ゲージの製造方法。
【請求項４】
寸法が既知である標準ゲージの寸法データを、測定ごとに前記標準ゲージに対する相対角度及び相対位置の条件を変えて、非接触三次元測定器で測定する、測定工程と、
前記測定工程で測定した、前記標準ゲージの寸法データが生成された面積率を、前記条件ごとに算出することにより、前記非接触三次元測定器による前記標準ゲージの寸法データの生成度を評価する、生成度評価工程と、
前記測定工程で測定した前記標準ゲージの寸法データと、前記標準ゲージの既知の寸法とを、データ処理装置で誤差解析することにより、前記非接触三次元測定器による前記標準ゲージの寸法データの寸法誤差を評価する、寸法誤差評価工程と、を備える、
ことを特徴とする、測定器の性能評価方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１２７８２４（Ｐ２０１２−１２７８２４Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７９９４１（Ｐ２０１０−２７９９４１）
【出願日】平成２２年１２月１５日（２０１０．１２．１５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（３０３０５０１６０）コニカミノルタオプティクス株式会社 (175)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１５日（２０１０．１２．１５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（３０３０５０１６０）コニカミノルタオプティクス株式会社 (175)
【Ｆターム（参考）】
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