JPH0625655B2 - Measuring method and device for three-dimensional curved surface shape - Google Patents
Measuring method and device for three-dimensional curved surface shapeInfo
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- JPH0625655B2 JPH0625655B2 JP63076391A JP7639188A JPH0625655B2 JP H0625655 B2 JPH0625655 B2 JP H0625655B2 JP 63076391 A JP63076391 A JP 63076391A JP 7639188 A JP7639188 A JP 7639188A JP H0625655 B2 JPH0625655 B2 JP H0625655B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、３次元曲面の形状を非接触で測定する方法
及び装置に関するものである。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method and an apparatus for measuring the shape of a three-dimensional curved surface in a non-contact manner.
［従来の技術］ ３次元曲面形状の計測は、３次元ＣＡＤ入力、ロボット
ビジョン、或いは医用乃至服飾デザイン用人体形状計測
等、広い分野への応用が考えられることから、従来より
様々な手法が提案されてきている。[Prior Art] Various methods have been proposed for the measurement of three-dimensional curved surface shapes because they can be applied to a wide range of fields such as three-dimensional CAD input, robot vision, or human body shape measurement for medical or clothing design. Has been done.
中でも光切断法として一般に知られる方法は、例えば
「画像処理ハンドブック（株式会社昭晃堂）」の第398,
399頁にも記載されているが、第２図に示すように被測
定物(51)に対して、スリット光源(52)からのスリット光
(53)を照射した時に物体表面に形成される光ビームパタ
ンが、これを照射方向と異なる方向から観察した時、被
測定物体(51)のスリット光照射位置での断面形状に対応
するという現象に着目した方式であり、その簡便性、非
接触性及び定量性故に従来より広く用いられている方法
である。Among them, a method generally known as a light-section method is described in, for example, “Image Processing Handbook” (Shokoido Co., Ltd.), No. 398,
As described on page 399, as shown in FIG. 2, the slit light from the slit light source (52) with respect to the DUT (51) is measured.
The phenomenon that the light beam pattern formed on the object surface when irradiating (53) corresponds to the cross-sectional shape of the measured object (51) at the slit light irradiation position when observed from a direction different from the irradiation direction. Is a method that has been widely used from the past because of its simplicity, non-contact property, and quantitative property.
この光切断法を用いて３次元自由曲面の形状を測定する
にあたっては、第２図においてスリット光(53)を回転ミ
ラー(58)等を用いて矢印(54)の方向に移動させながら、
光ビームパタンをテレビカメラ(55)で観察し、得られた
ビデオ信号を処理することによって、時々刻々画面内の
光切断線（光ビームパタンの形）を抽出し(56)、これを
再構成することにより曲面形状を構築する(57)。In measuring the shape of the three-dimensional free-form surface using this optical cutting method, while moving the slit light (53) in the direction of arrow (54) using the rotating mirror (58) in FIG.
By observing the light beam pattern with the TV camera (55) and processing the obtained video signal, the light cutting line (the shape of the light beam pattern) in the screen is extracted every moment (56) and reconstructed. By doing so, a curved surface shape is constructed (57).
光学系の構成としては、光源としてスリット光源(52)の
替りに光スポットスキャナを用い、撮像系として、テレ
ビカメラ(55)の代わりに例えばＰＳＤ（Position Sensi
tive Detector）センサとして知られているような高速
の光スポット位置検出装置を用いる方法もあるが、基本
原理としては、第２図のものと同一である。As a configuration of the optical system, an optical spot scanner is used as a light source instead of the slit light source (52), and as an imaging system, for example, a PSD (Position Sensi) is used instead of the television camera (55).
There is also a method of using a high-speed optical spot position detecting device known as a tive detector sensor, but the basic principle is the same as that of FIG.
［発明が解決しようとする課題］ 前述の光切断法は種々の利点をもった方法ではあるが、
被測定物上の各点を検出し特定するためには、各画面毎
に画面内の光切断線を抽出するプロセスが不可欠であ
り、これに起因して以下に示すように測定精度の上で、
或いは信頼性の上での問題が生じている。[Problems to be Solved by the Invention] Although the above-mentioned optical cutting method has various advantages,
In order to detect and identify each point on the DUT, the process of extracting the optical cutting line in each screen is indispensable, and due to this, in the measurement accuracy as shown below. ,
Or there is a reliability problem.
(1) 被測定対象の形状による測定精度及び空間分解能の
劣化； 光切断法においては第３図（ａ）に示すようにスリット
光(53)の光軸に対して、被測定物(51)の面が直角に近い
角度の斜面である場合には、物体表面での光ビームパタ
ンの幅ｗが狭いため、精度の高い測定が可能である。し
かしながら、第３図（ｂ）に示すように被測定物の面が
スリット光(53)の光軸に平行に近い角度の斜面になる
と、物体表面での光ビームパタンの幅ｗが拡がり、光切
断線抽出時の位置の不確定性が増し、精度が劣化すると
共に、スリット光源(53)を移動した時の物体表面上での
光ビームパタンの移動量が大きくなり、これによって空
間的な測定の分解能も同時に劣化する。(1) Deterioration of measurement accuracy and spatial resolution due to the shape of the object to be measured; in the optical cutting method, the object to be measured (51) with respect to the optical axis of the slit light (53) as shown in FIG. When the surface is a slope having an angle close to a right angle, the width w of the light beam pattern on the surface of the object is narrow, so that highly accurate measurement is possible. However, as shown in FIG. 3 (b), when the surface of the object to be measured becomes a slope having an angle close to parallel to the optical axis of the slit light (53), the width w of the light beam pattern on the surface of the object widens, and The uncertainty of the position when extracting the cutting line increases, the accuracy deteriorates, and the amount of movement of the light beam pattern on the object surface when moving the slit light source (53) increases, which results in spatial measurement. Resolution also deteriorates at the same time.
(2) 被測定対象の表面反射率による測定信頼性の低下； 光切断法においては、画面内の光切断線を抽出するプロ
セスにおいて、光ビームパタンが周囲よりも十分明るい
ことが前提となっているために、例えば物体表面に、反
射率の大きなムラがあったり、また、物体表面の斜面角
度がスリット光の光軸に近く、反射光強度が低い場合に
は、光切断線抽出時に往々にして断点を生じたり、或い
は、全く別の点を光切断線と誤検出するケースが起き
る。このような現象は測定時に、スリット光以外の背景
光が存在する場合にも生じ、いずれも測定の信頼性の低
下や適用対象測定環境に対する制約となっている。(2) Decrease in measurement reliability due to the surface reflectance of the object to be measured; in the optical cutting method, the light beam pattern is sufficiently brighter than the surroundings in the process of extracting the optical cutting line in the screen. Therefore, for example, if there is a large unevenness in the reflectance on the object surface, or if the slope angle of the object surface is close to the optical axis of the slit light and the reflected light intensity is low, the light cutting line is often extracted. As a result, a break point may occur, or a completely different point may be erroneously detected as an optical cutting line. Such a phenomenon also occurs when background light other than the slit light is present at the time of measurement, and both of them cause a reduction in the reliability of the measurement and a restriction on the measurement environment to which it is applied.
このように光切断法には、光切断線抽出プロセスに起因
して生じる測定上のいくつかの問題のために、被測定対
象の形状、表面性状或いは測定環境など適用上の制約が
多く、その簡便性、非接触性、定量性等の優位性の割に
は、その用途が限定されており、これまで汎用の３次元
曲面形状計測装置としてアセンブルされて広く実用化さ
れる迄には至っていなかった。As described above, the light-section method has many application restrictions such as the shape of the object to be measured, the surface texture, or the measurement environment because of some measurement problems caused by the light-section line extraction process. Its applications are limited in spite of its advantages such as simplicity, non-contact, and quantitativeness, and it has been assembled as a general-purpose three-dimensional curved surface shape measuring device and put to practical use. There wasn't.
この発明は、光切断法の有する前述の問題点を解消する
ためになされたものであり、光切断法と同様の光学系を
用いながらも、スリット光を媒体として被測定対象表面
をスリット光投光角度でコーティングするという新しい
方式を導入することにより、光切断線抽出プロセスを全
く必要としない新たな測定原理に基づいた３次元曲面形
状の測定方法及び装置を得ることを目的とする。The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems of the light cutting method. Even though an optical system similar to that of the light cutting method is used, the slit light is projected onto the surface to be measured using slit light as a medium. It is an object of the present invention to obtain a method and apparatus for measuring a three-dimensional curved surface shape based on a new measurement principle that does not require a light cutting line extraction process by introducing a new method of coating at a light angle.
［課題を解決するための手段］ この発明に係る３次元曲面形状の測定方法（請求項１）
は、線状のスリット光を被測定対象の全面に亘って回転
走査する工程と、スリット光の投光角度を測定する工程
と、スリット光とは異なった角度からテレビカメラによ
って被測定対象表面を撮像してビデオ信号を生成する工
程と、ビデオ信号の画面内の各画素の信号を順次取り込
んで記憶し、同一画素について後から入力される信号の
レベルと既に記憶されている信号のレベルとを比較し、
後から入力される信号のレベルの方が高いときにそのレ
ベルによってその画素の記憶内容を更新する工程と、ビ
デオ信号の画面内の各画素について、前記工程において
画素の記憶内容が更新されたとき、その時のスリット光
の投光角度に関する情報を取り込んで記憶することによ
り、ビデオ信号の画面内の各画素に対応する被測定対象
表面の各位置毎に、その位置をスリット光が通過した瞬
間のスリット光の投光角度に関する情報をその画素の値
とする合成画像を生成する工程と、合成画像に基づいて
被測定対象の３次元曲面形状を求める工程とを有する。[Means for Solving the Problem] A method for measuring a three-dimensional curved surface shape according to the present invention (claim 1)
Is a step of rotationally scanning the linear slit light over the entire surface of the object to be measured, a step of measuring the projection angle of the slit light, and the surface of the object to be measured by a TV camera from a different angle from the slit light. The step of capturing and generating a video signal and the signal of each pixel in the screen of the video signal are sequentially captured and stored, and the level of the signal input later for the same pixel and the level of the signal already stored are displayed. Compare
A step of updating the stored content of the pixel according to the level of the signal input later when the level is higher, and a step of updating the stored content of the pixel in the step for each pixel in the screen of the video signal , By capturing and storing the information about the projection angle of the slit light at that time, for each position of the surface to be measured corresponding to each pixel in the screen of the video signal, the moment when the slit light passes through that position. The method includes a step of generating a combined image in which information on the projection angle of the slit light is used as the value of the pixel, and a step of obtaining a three-dimensional curved surface shape of the measurement target based on the combined image.
この発明に係る３次元曲面形状の測定装置（請求項２）
は、被測定対象表面に線状のスリット光を投光するスリ
ット光投光手段と、スリット光線の面内で、かつ基準面
に平行な直線を回転軸としてスリット光投光手段を回転
させ、被測定対象表面の全面に亘ってスリット光を走査
させるスリット光回転走査手段と、スリット光の投光角
度を測定するスリット光角度測定手段と、被測定対象表
面をスリット光投光手段とは異なる方向から撮像してビ
デオ信号を生成するテレビカメラと、ビデオ信号の画面
内の各画素の信号を順次取り込んで記憶し、同一画素に
ついて後から入力された信号のレベルと既に記憶されて
いる信号のレベルとを比較し、後から入力される信号の
レベルの方が高いときにそのレベルによってその画素の
記憶内容を更新して、各画素についての最大レベルを求
める最大輝度画像演算手段と、ビデオ信号の画面内の各
画素について、最大輝度画像演算手段が画素の記憶内容
を更新したとき、そのときのスリット光の投光角度に関
する情報をその画素の値として求めることにより、ビデ
オ信号の画面内の各画素に対応する被測定対象表面の各
位置毎に、その位置をスリット光が通過した瞬間のスリ
ット光の投光角度に関する情報をその画素の値とする合
成画像を生成する合成画像演算手段と、合成画像に基づ
いて被測定対象の３次元曲面形状を求める画像演算手段
とを有する。Three-dimensional curved surface shape measuring device according to the present invention (claim 2)
Is a slit light projecting means for projecting a linear slit light on the surface to be measured, and in the plane of the slit light beam, and rotating the slit light projecting means with a straight line parallel to the reference plane as a rotation axis, The slit light rotation scanning means for scanning the slit light over the entire surface of the object to be measured, the slit light angle measuring means for measuring the projection angle of the slit light, and the surface of the object to be measured are different from the slit light projecting means. A TV camera that captures a video signal from a direction to generate a video signal, and the signal of each pixel in the screen of the video signal is sequentially captured and stored, and the level of the signal input later for the same pixel and the already stored signal are stored. Maximum brightness image that compares with the level, and when the level of the signal input later is higher, updates the stored content of that pixel according to that level and obtains the maximum level for each pixel For each pixel in the screen of the video signal and the calculation means, when the maximum luminance image calculation means updates the storage content of the pixel, by obtaining the information regarding the projection angle of the slit light at that time as the value of the pixel, For each position on the surface to be measured corresponding to each pixel in the screen of the video signal, generate a composite image with the value of that pixel as information about the projection angle of the slit light at the moment when the slit light passes through that position And the image calculation means for obtaining the three-dimensional curved surface shape of the object to be measured based on the combined image.
また、この発明に係る３次元曲面形状の測定装置におい
て、テレビカメラは、基準面に対して垂直な方向から被
測定対象を撮像する（請求項３）。Further, in the three-dimensional curved surface shape measuring apparatus according to the present invention, the television camera images the object to be measured from a direction perpendicular to the reference plane (claim 3).
また、この発明に係る３次元曲面形状の測定装置におい
て、画像演算手段は、被測定対象表面に対してスリット
光を走査した時に合成画像演算手段によって得られる合
成画像θ(x,y) （(x,y) は基準面の座標）をもとに、被
測定対象表面の３次元形状ｆ(x,y) を、基準面の原点に
対するスリット光回転中心軸の水平変位ｘ０及び垂直変
位ｚ０を用いて、 ｆ(x,y)＝ｚ０−（ｘ−ｘ０）tan θ(x,y) なる式に基
づいて求める（請求項４）。Further, in the three-dimensional curved surface shape measuring apparatus according to the present invention, the image calculation means obtains the combined image θ (x, y) (( x, y) is the coordinate of the reference plane), and the three-dimensional shape f (x, y) of the surface to be measured is defined by the horizontal displacement x 0 and the vertical displacement z of the slit light rotation center axis with respect to the origin of the reference plane. Using 0 , it is obtained based on the formula f (x, y) = z 0 − (x−x 0 ) tan θ (x, y) (claim 4).
また、この発明に係る３次元曲面形状の測定装置におい
て、画像演算手段は、被測定対象表面に対してスリット
光を走査した時に合成画像演算手段によって得られる合
成画像θ(x,y) と、基準面に対してスリット光を走査し
た時に画像合成手段によって得られる合成画像θ０(x,
y) とをもとにして、被測定対象表面の３次元形状(x,y)
を、基準面の原点に対するスリット光回転中心軸の水
平変位ｘ０を用いて、 ｆ(x,y) ＝ ｛tan θ０(x,y) −tan θ(x,y) ｝（ｘ０
−ｘ） なる式に基づいて求める（請求項５）。Further, in the three-dimensional curved surface shape measuring device according to the present invention, the image calculation means includes a combined image θ (x, y) obtained by the combined image calculation means when the slit light is scanned on the surface to be measured, A composite image θ 0 (x, obtained by the image composition means when the slit light is scanned with respect to the reference plane
y) and the three-dimensional shape (x, y) of the surface to be measured
Using the horizontal displacement x 0 of the slit light rotation center axis with respect to the origin of the reference plane, f (x, y) = {tan θ 0 (x, y) −tan θ (x, y)} (x 0
-X) is obtained based on the following formula (claim 5).
また、この発明に係る３次元曲面形状の測定装置におい
て、画像演算手段は、被測定対象表面に対してスリット
光を走査した時に合成画像演算手段によって得られるス
リット合成画像θ(x,y) と、基準面に対してスリット光
を走査した時に合成画像演算手段によって得られる合成
画像θ０(x,y) とをもとにして、被測定対象表面の３次
元形状ｆ(x,y) を、基準面の原点に対するスリット光回
転中心軸の垂直変位ｚ０を用いて、 なる式に基づいて求める（請求項６）。Further, in the three-dimensional curved surface shape measuring apparatus according to the present invention, the image calculation means has a slit combined image θ (x, y) obtained by the combined image calculation means when the surface to be measured is scanned with slit light. , The three-dimensional shape f (x, y) of the surface to be measured is calculated based on the combined image θ 0 (x, y) obtained by the combined image calculation means when scanning the slit light with respect to the reference surface. , Using the vertical displacement z 0 of the slit light rotation center axis with respect to the origin of the reference plane, It is obtained based on the following formula (claim 6).
また、この発明に係る３次元曲面形状の測定装置におい
て、画像演算手段は、被測定対象表面に対してスリット
光を走査した時に合成画像演算手段によって得られる合
成画像θ(x,y) と、基準面に対してスリット光を走査し
た時に合成画像演算手段によって得られる合成画像θ０
(x,y) と、更に、基準面と平行でかつ距離ｄ（テレビカ
メラに近づく側を＋、遠ざかる側を−とする）離れた第
２基準面に対してスリット光を走査した時に画像合成手
段によって得られる合成画像θ１(x,y) とを用いて、被
測定対象面の３次元形状ｆ(x,y) を なる式に基づいて求める（請求項７）。Further, in the three-dimensional curved surface shape measuring device according to the present invention, the image calculation means includes a combined image θ (x, y) obtained by the combined image calculation means when the slit light is scanned on the surface to be measured, Synthetic image θ 0 obtained by the synthetic image calculation means when scanning the slit light with respect to the reference plane
(x, y), and further, when the slit light is scanned on the second reference plane parallel to the reference plane and at a distance d (+ on the side closer to the television camera and − on the side away), image combination is performed. Using the combined image θ 1 (x, y) obtained by the means, the three-dimensional shape f (x, y) of the surface to be measured is determined. It is calculated based on the following equation (claim 7).
［作用］ この発明においては、スリット光の線状の反射パタンが
被測定対象物表面上を移動していく状態をテレビカメラ
で撮像し、画面内の各画素毎にその画素に対応する被測
定対象物表面の位置をスリット光が通過した瞬間のスリ
ット光投光角度をその画素の値とするスリット光投光角
度合成画像を作成する。そして、その合成画像に基づい
て被測定対象の３次元形状が測定される。[Operation] In the present invention, the state in which the linear reflection pattern of the slit light is moving on the surface of the object to be measured is imaged by the television camera, and the measured object corresponding to each pixel in the screen is measured. A slit light projection angle composite image in which the slit light projection angle at the moment when the slit light passes through the position of the object surface is set as the value of the pixel is created. Then, the three-dimensional shape of the measurement target is measured based on the combined image.
また、基準面又は第２基準面についても同様にして合成
画像を作成して、これらの合成画像も利用して被測定対
象の３次元形状が測定される。この場合には計測定数の
一部又は全部が省略される。Further, a synthetic image is similarly created for the reference plane or the second reference plane, and the three-dimensional shape of the measurement target is measured using these synthetic images. In this case, some or all of the measurement constants are omitted.
［実施例］ この発明の実施例の説明に先立って、以下この発明の測
定原理を第１図に基づいて先ず概念的に説明する。[Embodiment] Prior to the description of an embodiment of the present invention, the measurement principle of the present invention will be first conceptually described with reference to FIG.
第１図に示すように、基準面(1) 上に置かれた被測定対
象物(2) の表面に斜め上方から紙面に垂直方向に拡がっ
たスリット光(3a)を投光し、このスリット光(3a)を例え
ば回転ミラー(4) を用いて紙面横方向に移動させなが
ら、例えば被測定対象(2) 直上よりテレビカメラ(8) で
撮像する。この時、テレビカメラ(8) に接続されたモニ
タテレビ(8a)上では、物体表面でのスリット光の線状の
反射パタンが画面横方向に移動していく様子が観察され
る。As shown in Fig. 1, the slit light (3a) that spreads vertically from the diagonal direction is projected onto the surface of the object to be measured (2) placed on the reference surface (1), and this slit is projected. While the light (3a) is moved in the lateral direction of the drawing using, for example, the rotating mirror (4), an image is taken by the television camera (8) from directly above the object to be measured (2), for example. At this time, it is observed on the monitor television (8a) connected to the television camera (8) that the linear reflection pattern of the slit light on the object surface moves in the horizontal direction of the screen.
前述のように、スリット光(3a)の反射パタンの線形状
は、物体表面の凹凸情報を反映しており、従来の光切断
法においては、反射パタンの線形状を時々刻々抽出し、
これを再構成することにより、被測定対象の３次元形状
を測定していた。As described above, the line shape of the reflection pattern of the slit light (3a) reflects the unevenness information of the object surface, and in the conventional light cutting method, the line shape of the reflection pattern is extracted moment by moment,
By reconstructing this, the three-dimensional shape of the object to be measured was measured.
この発明においては、スリット光(3a)の線状の反射パタ
ンが物体表面上を移動していく様子を写すテレビカメラ
(8) から出力されるビデオ信号をもとにして、画面内の
各画素毎に、その画素に対応する物体表面の位置をスリ
ット光が通過した瞬間のスリット光投光角度をその画素
の値とする画像を合成する。In the present invention, a television camera showing a state in which a linear reflection pattern of slit light (3a) moves on the surface of an object.
Based on the video signal output from (8), for each pixel in the screen, the slit light projection angle at the moment when the slit light passes through the position of the object surface corresponding to that pixel is the value of that pixel. And combine the images.
このようにして合成された画像は、その各画像における
値が、その画素に対応する物体表面の位置から回転ミラ
ー(4) のスリット光回転中心を見上げた時の仰角に対応
した画像となっている。従って、合成画像を、それに対
応する物体表面の座標系(x,y) を用いてθ(x,y) で表現
すると、物体表面のプロフィルｆ(x,y) は、第１図を基
にした簡単な幾何計算により、次式により求めることが
できる。In the images combined in this way, the value in each image corresponds to the elevation angle when looking up the slit light rotation center of the rotating mirror (4) from the position of the object surface corresponding to that pixel. There is. Therefore, if the composite image is represented by θ (x, y) using the coordinate system (x, y) of the corresponding object surface, the object surface profile f (x, y) is based on FIG. It is possible to obtain by the following equation by the simple geometric calculation.
ｆ(x,y) ＝ｚ０−（ｘ０−ｘ）tan θ(x,y) …(1) なお、この測定原理の応用例として、以下の測定方法も
容易に考えられる。まず、第１の応用例としては、基準
面(1) について上記測定を行ない、得られる合成画像を
用いることにより、パラメータｘ０乃至ｚ０を省略する
方法である。即ち、基準面(1) における合成画像θ
０(x,y) は、(1) 式においてｆ(x,y) ＝０におくことに
より、 従って(1) 式からｚ０或いはｘ０を消去することによ
り、物体面プロフィルｆ(x,y) は次式の関係で求まる。f (x, y) = z 0 − (x 0 −x) tan θ (x, y) (1) As an application example of this measurement principle, the following measurement method can be easily considered. First, as a first application example, there is a method in which the above-mentioned measurement is performed on the reference plane (1) and the obtained synthetic image is used to omit the parameters x 0 to z 0 . That is, the composite image θ on the reference plane (1)
0 (x, y) can be obtained by setting f (x, y) = 0 in equation (1), Therefore, by eliminating z 0 or x 0 from the equation (1), the object plane profile f (x, y) can be obtained by the following equation.
更に、第２の応用例としては、２つの基準面ｆ(x,y) ＝
０及びｆ(x,y) ＝ｄについて上記測定を行ない、得られ
る合成画像を用いることにより、パラメータｘ０及びｚ
０の両方を省略する方法である。即ち、第２の基準面に
おける合成画像θ１(x,y) は、(1) 式においてｆ(x,y)
＝ｄとおくことにより次式が得られる。 Further, as a second application example, two reference planes f (x, y) =
By performing the above measurement for 0 and f (x, y) = d and using the resulting composite image, the parameters x 0 and z
This is a method of omitting both 0s . That is, the combined image θ 1 (x, y) on the second reference plane is f (x, y) in the equation (1).
By setting = d, the following equation is obtained.
従って、(2) 式及び(5) 式の関係を(1) 式に代入するこ
とによりｘ０及びｚ０を消去してｆ(x,y)は次式の形に
求まる。 Therefore, by substituting the relationship between the expressions (2) and (5) into the expression (1), x 0 and z 0 are eliminated and f (x, y) is obtained in the following expression.
なお、この発明において、被測定対象表面をスリット光
投光角度でコーティングするが、その手段としては、必
ずしも直接スリット光投光角度を測定する必要はなく、
それと等価な例えば回転ミラーの回転角度、あるいは回
転ミラーの回転角速度が等速であるという前提のもとに
回転ミラーの走査開始後の時間等で被測定対象表面を一
旦コーディングした後、これを演算処理してスリット光
投光角度に変換してもよい。 In the present invention, the surface to be measured is coated with the slit light projection angle, but as a means thereof, it is not always necessary to directly measure the slit light projection angle,
Equivalent to that, for example, the rotation angle of the rotating mirror or the rotating angular velocity of the rotating mirror is assumed to be constant. You may process and may be converted into a slit light projection angle.
更に、(1) 式〜(6) 式からも分かるように、スリット光
投光角度でコーディングした合成画像θ(x,y) は、以後
の形状演算では全てその正接であるtan θ(x,y)の形で
用いられるので、当初の画像合成時に、スリット光投光
角度の代わりに、いきなりスリット光投光角度の正接で
コーディングしておいてもよい。Furthermore, as can be seen from Eqs. (1) to (6), the composite image θ (x, y) coded with the slit light projection angle is the tangent tan θ (x, y Since it is used in the form of y), it may be possible to suddenly code with the tangent of the slit light projection angle instead of the slit light projection angle at the time of the initial image combination.
次に、この発明の一実施例を第４図〜第６図に基づいて
説明する。Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
第４図は前記実施例に係る３次元形状計測装置の構成図
である。測定の基準となる基準面(1) 上に被測定対象
(2) が載置される。スリット光源(3) からでたスリット
光は、回転ミラー(4) で反射されて被測定対象(2) に斜
め上方より投光される。回転ミラー(4) はモータコント
ローラ(5) によって制御されるモータ(6) によって駆動
され、スリット光(3a)が基準面(1) 上の被測定対象(2)
を全面に亘って走査するように駆動される。FIG. 4 is a block diagram of the three-dimensional shape measuring apparatus according to the above embodiment. Target to be measured on the reference plane (1) which is the reference for measurement
(2) is placed. The slit light emitted from the slit light source (3) is reflected by the rotating mirror (4) and projected onto the object to be measured (2) obliquely from above. The rotating mirror (4) is driven by the motor (6) controlled by the motor controller (5), and the slit light (3a) is measured on the reference plane (1) (2).
Is driven so as to scan over the entire surface.
この時、回転ミラー(4) の回転中心軸の基準面(1) に対
する位置（ｘ０，ｚ０）は正確に測定されるものとす
る。また、回転ミラー(4) の基準面(1) に対する角度
は、モータ(6) のシャフトに連動して取り付けられた回
転角度センサ(7) により検出されるように構成されてお
り、モータコントローラ(5) を介して形状計測装置(9)
に入力されて、被測定対象(2) に対する時々刻々のスリ
ット光投光角度θが演算できるようになっている。At this time, the position (x 0 , z 0 ) of the central axis of rotation of the rotating mirror (4) with respect to the reference plane (1) is accurately measured. Further, the angle of the rotating mirror (4) with respect to the reference plane (1) is configured to be detected by a rotation angle sensor (7) attached to the shaft of the motor (6). 5) Via shape measuring device (9)
The slit light projection angle θ with respect to the object to be measured (2) can be calculated by inputting to the measured object (2).
一方、被測定対象物(2) の表面は、光軸が基準面(1) と
直交するようにに配設されたテレビカメラ(8) によって
撮影され、得られるビデオ信号は形状計測装置(9) に入
力される。On the other hand, the surface of the object to be measured (2) is photographed by the television camera (8) arranged so that the optical axis is orthogonal to the reference plane (1), and the obtained video signal is the shape measuring device (9). ).
形状計測装置(9) は、大別して画像合成による形状演算
を行なう画像演算手段としての形状演算回路(10)と、回
転角度センサ(7) の出力からスリット光投光角度θを演
算して形状演算回路(10)に入力する投光角度演算回路(1
1)と、モータコントローラ(5) に対する指令や形状演算
回路(10)に対する演算タイミング制御を行なうシーケン
スコントローラ(11)からなっている。The shape measurement device (9) roughly divides the shape by calculating the slit light projection angle θ from the output of the rotation angle sensor (7) and the shape calculation circuit (10) as the image calculation means that performs shape calculation by image combination. Emitting angle calculation circuit (1
1) and a sequence controller (11) that controls commands to the motor controller (5) and controls the operation timing of the shape operation circuit (10).
形状測定に際しては、形状計測装置(9) は外部から与え
られるスタート信号に基づいて、シーケンスコントロー
ラ(11)を介してモータ(6) を駆動し、回転ミラー(4) を
初期位置にセットする。しかる後、回転ミラー(4) の回
転を開始し、スリット光(3a)による走査を開始する。At the time of shape measurement, the shape measuring device (9) drives the motor (6) via the sequence controller (11) based on a start signal given from the outside to set the rotating mirror (4) to the initial position. Then, the rotation of the rotating mirror (4) is started, and the scanning by the slit light (3a) is started.
形状演算回路(10)はその入力部に、後述する画像合成回
路(13)を有しており、スリット光源(3) の走査開始と同
時に、テレビカメラ(8) より入力されるビデオ信号を時
々刻々処理して、画面内の各画素毎に、その画素をスリ
ット光が通過した瞬間の投光角度を、投光角度演算回路
(11)より読み込んでその画素の値とする画像合成演算を
スリット光(3a)の１走査期間中行なう。The shape calculation circuit (10) has an image compositing circuit (13), which will be described later, in its input section, and at the same time when the slit light source (3) starts scanning, the video signal input from the television camera (8) is sometimes used. For each pixel in the screen, the projection angle at which the slit light passes through the pixel is processed, and the projection angle calculation circuit
The image combining operation which is read from (11) and used as the value of the pixel is performed during one scanning period of the slit light (3a).
合成画像θ(x,y) 演算完了後、形状演算回路(10)はシー
ケンスコントローラ(12)の指示に基づいて、高さ演算回
路(14)を用いて(1) 式に従って高さプロフィルｆ(x,y)
を演算し、このデータを３次元形状メモリ(15)に格納
し、蓄積する。After the composite image θ (x, y) calculation is completed, the shape calculation circuit (10) uses the height calculation circuit (14) based on the instruction of the sequence controller (12) to calculate the height profile f ( x, y)
Is calculated, and this data is stored and accumulated in the three-dimensional shape memory (15).
３次元形状メモリ(15)に蓄えられた高さプロフィルデー
タは、上位の計算機乃至ＣＡＤシステムからの指令に基
づいて適宜計算機乃至ＣＡＤシステムに転送される。The height profile data stored in the three-dimensional shape memory (15) is appropriately transferred to a computer or CAD system based on a command from a host computer or CAD system.
この実施例においては、例えば第５図に示すようにスリ
ット光の投光角度に近い角度の斜面をもった被測定対象
(2) について測定すると、斜面の傾きがスリット光の投
光角度に非常に近いので、スリット光が図中“１”で示
す位置に来た時、斜面全体が一様に明るくなる。しか
し、この角度コーデイングされた合成画像を(1) 式に基
づいて演算すれば、図示のような測定結果が得られる。
このことから、スリット光の角度に近い面をもった形状
に対しても十分高い分解能が得られていることが分か
る。In this embodiment, for example, an object to be measured having a slope having an angle close to the projection angle of the slit light as shown in FIG.
When measuring (2), the slope of the slope is very close to the projection angle of the slit light, so that when the slit light reaches the position indicated by "1" in the figure, the entire slope becomes uniformly bright. However, if the angle-coded composite image is calculated based on the equation (1), the measurement result as shown in the figure can be obtained.
From this, it is understood that a sufficiently high resolution is obtained even for a shape having a surface close to the angle of the slit light.
従来このような画像から光切断線を抽出することは先に
も説明したように困難であり、このような斜面に対して
光切断法を適用しようとすると、測定精度、空間分解能
共に期待できなかったが、この実施例では、このような
斜面に対しても、スリット光のビーム幅乃至サンプリン
グピッチ程度の測定精度及び空間分解能での測定が可能
であり、 一般に、被測定対象の形状に依らない形状測定が実現で
きる。Conventionally, it is difficult to extract the optical cutting line from such an image as described above, and when the optical cutting method is applied to such a slope, neither measurement accuracy nor spatial resolution can be expected. However, in this embodiment, even with respect to such a slope, it is possible to perform measurement with the measurement accuracy and spatial resolution such as the beam width of the slit light or the sampling pitch, and in general, it does not depend on the shape of the object to be measured. Shape measurement can be realized.
第６図は形状計測装置(9) の一構成要素である画像合成
回路(13)の一例を示す構成図である。FIG. 6 is a block diagram showing an example of an image synthesizing circuit (13) which is a component of the shape measuring apparatus (9).
画像合成回路(13)は、テレビカメラ(8) より入力される
ビデオ信号を処理して各画素毎に、最も明るくなった瞬
間の輝度を演算する最大輝度画像演算部(18)と、各画素
が時間的に最大の輝度をとる瞬間のスリット光投光角度
θをその画素の値とする画像合成演算を行なう画像合成
演算部(19)とから構成されており、これらの制御用とし
て同期回路(20)、メモリアドレス発生回路(21)及び出力
制御回路(22)を備えている。The image composition circuit (13) processes the video signal input from the TV camera (8) and calculates the brightness at the moment when it becomes brightest for each pixel, and the maximum brightness image calculation unit (18) and each pixel. Is composed of a slit light projection angle θ at the moment when the maximum luminance is taken as the value of the pixel, and an image synthesis calculation section (19) for performing an image synthesis calculation. (20), a memory address generation circuit (21) and an output control circuit (22).
最大輝度演算部(18)は、最大輝度画像演算のバッファメ
モリである最大輝度画像メモリ(23)を中心として同期回
路(20)より出力されるタイミング信号に基づいてビデオ
信号をＡ／Ｄ変換しディジタル化するＡ／Ｄ変換回路(2
4)、メモリアドレス発生回路(21)より指定される最大輝
度画像メモリのアドレスのデータの読出し、書込みを制
御する最大輝度画像メモリ(25)、更に、テレビカメラか
ら入力される画像と最大輝度メモリの画像の対応する画
素の値を比較し、大きい方の値を選択出力する比較回路
(26)及びスイッチ回路(27)より構成されている。The maximum brightness calculation unit (18) A / D-converts the video signal based on the timing signal output from the synchronization circuit (20) centering on the maximum brightness image memory (23) which is a buffer memory for maximum brightness image calculation. A / D conversion circuit for digitization (2
4), maximum brightness image memory (25) that controls the reading and writing of data at the maximum brightness image memory address specified by the memory address generation circuit (21), and the image and maximum brightness memory input from the TV camera Circuit that compares the values of the corresponding pixels in the image
(26) and a switch circuit (27).
一方、合成画像演算部(19)は、合成画像演算結果を格納
する合成画像メモリ(28)を中心として構成されており、
最大輝度画像演算部(18)の中の比較回路(26)の出力信号
に基づいて、テレビカメラから入力される信号レベルが
それに対応する最大輝度画像メモリ(23)のアドレスの画
素の値よりも大きかった時にそのスリット光投光角度θ
を合成画像メモリ(28)に書込む機能を有する合成画像メ
モリ制御回路(29)を備えている。On the other hand, the composite image calculation unit (19) is mainly composed of a composite image memory (28) for storing the composite image calculation result,
Based on the output signal of the comparison circuit (26) in the maximum luminance image calculation unit (18), the signal level input from the television camera is higher than the pixel value at the address of the corresponding maximum luminance image memory (23). When it was large, the slit light projection angle θ
And a composite image memory control circuit (29) having a function of writing the data into the composite image memory (28).
この回路は、演算の開始のタイミングで、最大輝度画像
メモリ(13)及び合成画像メモリ(28)が零にクリアされた
状態からスタートし、テレビカメラから入力されるビデ
オ信号をＡ／Ｄ変換回路(24)を用いてディジタル化しな
がら、ビデオ信号の値と、その画素の位置に対応する最
大輝度画像メモリ(13)の画素の値とを比較してビデオ信
号の値のほうが大きい時にのみ最大輝度画像メモリ(13)
のその画素の値をビデオ信号の値で更新すると同時に、
合成画像の対応する画素にその時のスリット光投光角度
θを書込む機能を有している。This circuit starts from the state in which the maximum luminance image memory (13) and the composite image memory (28) are cleared to zero at the timing of the start of calculation, and the video signal input from the television camera is A / D conversion circuit. While digitizing using (24), compare the value of the video signal with the value of the pixel of the maximum brightness image memory (13) corresponding to the position of that pixel, and only when the value of the video signal is larger, the maximum brightness Image memory (13)
At the same time that the value of that pixel of is updated with the value of the video signal,
It has a function of writing the slit light projection angle θ at that time into the corresponding pixel of the composite image.
このようにして外部からの演算制御信号によって指示さ
れている間、上記の演算が行なわれる結果、演算終了時
に、合成画像メモリ(28)に、先に説明した所定の画像が
生成されている。このようにして演算された合成画像
は、出力制御回路(22)を介して、次の演算回路へと転送
される。As described above, while the operation control signal from the outside is instructed, the above-described operation is performed, and as a result, the predetermined image described above is generated in the composite image memory (28) at the end of the operation. The composite image calculated in this way is transferred to the next arithmetic circuit via the output control circuit (22).
ところで、上記の実施例においては高さ演算回路(14)に
おいて(1) 式を演算しているが、上述したように演算精
度を高めるために、この(1) 式のｚ０又はｘ０を省略す
る事ができる。By the way, in the above embodiment, the formula (1) is calculated in the height calculation circuit (14). However, in order to improve the calculation accuracy as described above, z 0 or x 0 of this formula (1) is changed. It can be omitted.
この場合は、基準面(1) についても被測定対象と同様に
して合成画像を求め、その合成画像をθ０(x,y) とし、
第７図に示すように被測定対象の合成画像θ(x,y) と基
準面の合成画像θ０(x,y) とをそれぞれ一旦物体面合成
メモリ(30)及び基準面合成メモリ(31)にそれぞれ格納し
た後、高さ演算回路(14a) で(3) 式又は(4) 式を演算す
ることにより３次元形状を得る。In this case, a synthetic image is obtained for the reference plane (1) in the same manner as the measurement target, and the synthetic image is set to θ 0 (x, y),
As shown in FIG. 7, the synthesized image θ (x, y) of the object to be measured and the synthesized image θ 0 (x, y) of the reference plane are once respectively set to the object plane synthesis memory (30) and the reference plane synthesis memory (31 3) or (4) by the height calculation circuit (14a) to obtain a three-dimensional shape.
更に、この(1) 式のｚ０及びｘ０の双方を省略すること
もできる。この場合は、基準面(1) の他に、第２の基準
面を設け（基準面(1) に対して平行で、距離ｄだけ離れ
ている）、被測定対象(2) の合成画像θ(x,y) 、基準面
(1) の合成画像θ０(x,y) 及び第２の基準面の合成画像
θ１(x,y) をそれぞれ同様にして求め、第７図に示すよ
うにそれぞれ一旦物体面合成メモリ(30)、基準面合成メ
モリ(31)及び第２基準面合成メモリ(32)に格納した後、
高さ演算回路(14a) で(6) 式を演算することにより３次
元形状を得る。Further, both z 0 and x 0 in the equation (1) can be omitted. In this case, in addition to the reference plane (1), a second reference plane is provided (parallel to the reference plane (1) and separated by a distance d), and the combined image θ of the measurement target (2) is set. (x, y), reference plane
(1) of the composite image theta 0 (x, y) and the second composite image theta 1 (x, y) of the reference plane determined by the similarly respectively, each as shown in FIG. 7 once the object plane synthesis memory ( 30), after storing in the reference plane synthesis memory (31) and the second reference plane synthesis memory (32),
A three-dimensional shape is obtained by calculating the equation (6) with the height calculation circuit (14a).
なお、基準面(1) 及び第２の基準面の合成画像は一度作
成すればよいから、２回目以降の測定時には最初に作成
した合成画像をそのまま使用すればよい。また、この基
準面(1) 及び第２の基準面の合成画像は単純な構成であ
るから、形状演算回路(10)に演算機能を付加し、仮想の
基準面を(2) 式及び(5) 式により計算で求めてその合成
画像を作成し、それぞれメモリ(31)(32)に格納するよう
にしてもよい。Since the composite image of the reference plane (1) and the second reference plane only needs to be created once, the composite image created first may be used as it is for the second and subsequent measurements. Further, since the composite image of the reference plane (1) and the second reference plane has a simple configuration, a calculation function is added to the shape calculation circuit (10), and the virtual reference plane is expressed by the equations (2) and (5). ), The composite image may be created by calculation and stored in the memories (31) and (32), respectively.
［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、光切断法と同様の光学
系を用いながらも、スリット光投光角度をコーデイング
した被測定対象の合成画像により３次元形状を得るよう
にしたので、例えば被測定対象がスリット光の投光角度
に近い角度の斜面の形状をもっている場合であっても、
そのような斜面に対してもスリット光のビーム幅乃至サ
ンプリングピッチ程度の測定精度及び空間分解能での測
定が可能であり、被測定対象の形状に依らない形状測定
ができる。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, a three-dimensional shape can be obtained from a composite image of an object to be measured with a slit light projection angle coded, while using an optical system similar to the light cutting method. Therefore, for example, even when the measured object has a shape of a slope having an angle close to the projection angle of the slit light,
Even on such an inclined surface, it is possible to perform measurement with a measurement accuracy and a spatial resolution such as the beam width of the slit light or the sampling pitch, and it is possible to perform shape measurement that does not depend on the shape of the object to be measured.
また、この発明によれば、スリット光の線状の反射パタ
ンが被測定対象面上を移動していく様子をテレビカメラ
で撮像し、画面内の各画素毎にその画素に対応する物体
表面の位置をスリット光が通過した瞬間のスリット光投
光角度をその画素の値とする画像合成演算を行うが、こ
の画像合成演算が成立し、形状情報が正しく求まるため
の必要条件は、各画素に対応する物体表面の各位置の明
るさが、スリット光がその位置を通過した瞬間に最大に
なるという条件のみである。Further, according to the present invention, the state in which the linear reflection pattern of the slit light is moving on the surface to be measured is imaged by the television camera, and for each pixel in the screen, the object surface corresponding to the pixel is displayed. Image compositing calculation is performed with the slit light projection angle at the moment when the slit light passes through the position as the value of that pixel.The necessary condition for this image compositing calculation to be established and the shape information to be obtained correctly is for each pixel. The only condition is that the brightness of each position on the corresponding object surface becomes maximum at the moment when the slit light passes through that position.
従って、被測定対象の空間的な表面反射率のむらは測定
に影響を及ぼさないばかりでなく、背景光があったとし
ても、その光量が時間的に一定でかつテレビカメラの信
号が飽和しない程度の明るさでありさえすれば、物体表
面上の各点の明るさはやはりスリット光が通過した瞬間
に最大になることから、測定対象の表面反射率や背景光
の影響を受けない測定が可能である。Therefore, not only the unevenness of the spatial surface reflectance of the object to be measured does not affect the measurement, but even if there is background light, the amount of light is constant over time and the signal of the TV camera is not saturated. As long as it is brightness, the brightness of each point on the surface of the object also becomes maximum at the moment when the slit light passes, so it is possible to perform measurement without being affected by the surface reflectance or background light of the measurement target. is there.
更に、この発明によれば基準面の合成画像、或いは第２
の合成画像も被測定対象の場合と同様にして作成してこ
れらの合成画像を用いて被測定対象の３次元形状を求め
るので、高さプロフイルを演算する際の計測定数の一部
を省略することができ、このため測定精度が高められて
いる。Further, according to the present invention, the composite image of the reference plane, or the second image
The synthetic image of is also created in the same manner as in the case of the measured object, and the three-dimensional shape of the measured object is obtained using these synthetic images, so some of the measurement constants when calculating the height profile are omitted. Therefore, the measurement accuracy is improved.
第１図はこの発明の測定原理を示す説明図、第２図は従
来の光切断法の概念図、第３図（ａ）（ｂ）は従来の光
切断法の斜面角度による測定精度の変化を示す説明図で
ある。 第４図はこの発明の一実施例に係る３次元形状計測装置
の構成図、第５図は斜面形状の測定例を示す説明図、第
６図は第４図の画像合成回路の詳細を示したブロック
図、第７図は形状演算回路の他の例を示すブロック図で
ある。 (1) ：基準面、(2) ：被測定対象、(3) ：スリット光
源、(4) ：回転ミラー、(5) ：モータコントローラ、
(6) ：モータ、(7) ：回転角度センサ、(8) ：テレビカ
メラ、(9) ：形状計測装置、(10)：形状演算回路、(1
1)：投光角度演算回路、(12)：シーケンスコントロー
ラ、(13)：画像合成演算回路、(14)：高さ演算回路、(1
5)：３次元形状メモリ、(18)：最大輝度画像演算部、(1
9)：合成画像演算部、(20)：同期回路、(21)：メモリア
ドレス発生回路、(22)：出力制御回路、(23)：最大輝度
画像メモリ、(24)：Ａ／Ｄ変換回路、(25)：最大輝度画
像メモリ制御回路、(26)：比較回路、(27)：スイッチ回
路、(28)：合成画像メモリ。FIG. 1 is an explanatory view showing the measurement principle of the present invention, FIG. 2 is a conceptual diagram of a conventional optical cutting method, and FIGS. 3 (a) and 3 (b) are changes in measurement accuracy depending on the slope angle of the conventional optical cutting method. FIG. FIG. 4 is a block diagram of a three-dimensional shape measuring apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 5 is an explanatory view showing an example of measuring a slope shape, and FIG. 6 shows details of the image synthesizing circuit of FIG. FIG. 7 is a block diagram showing another example of the shape calculation circuit. (1): Reference plane, (2): Object to be measured, (3): Slit light source, (4): Rotating mirror, (5): Motor controller,
(6): Motor, (7): Rotation angle sensor, (8): TV camera, (9): Shape measuring device, (10): Shape calculation circuit, (1
1): Projection angle calculation circuit, (12): Sequence controller, (13): Image composition calculation circuit, (14): Height calculation circuit, (1
5): Three-dimensional shape memory, (18): Maximum brightness image calculation unit, (1
9): Composite image calculation unit, (20): Synchronous circuit, (21): Memory address generation circuit, (22): Output control circuit, (23): Maximum brightness image memory, (24): A / D conversion circuit , (25): maximum brightness image memory control circuit, (26): comparison circuit, (27): switch circuit, (28): composite image memory.
Claims (7)
って回転走査する工程と、 前記スリット光の投光角度を測定する工程と、 前記スリット光とは異なった角度からテレビカメラによ
って被測定対象表面を撮像してビデオ信号を生成する工
程と、 前記ビデオ信号の画面内の各画素の信号を順次取り込ん
で記憶し、同一画素について後から入力される信号のレ
ベルと既に記憶されている信号のレベルとを比較し、後
から入力される信号のレベルの方が高いときにそのレベ
ルによってその画素の記憶内容を更新する工程と、 前記ビデオ信号の画面内の各画素について、前記工程に
おいて画素の記憶内容が更新されたとき、その時のスリ
ット光の投光角度に関する情報を取り込んで記憶するこ
とにより、前記ビデオ信号の画面内の各画素に対応する
被測定対象表面の各位置毎に、その位置をスリット光が
通過した瞬間のスリット光の投光角度に関する情報をそ
の画素の値とする合成画像を生成する工程と、 前記合成画像に基づいて被測定対象の３次元曲面形状を
求める工程と を有する３次元曲面形状の測定方法。1. A step of rotationally scanning linear slit light over the entire surface of an object to be measured, a step of measuring a projection angle of the slit light, and a television camera from an angle different from the slit light. Generating a video signal by imaging the surface to be measured, and sequentially capturing and storing the signal of each pixel in the screen of the video signal, and the level of the signal input later for the same pixel already stored The level of the signal being input, and updating the stored content of the pixel by the level when the level of the signal input later is higher; and for each pixel in the screen of the video signal, the step When the memory content of the pixel is updated in, the information about the projection angle of the slit light at that time is fetched and stored to correspond to each pixel in the screen of the video signal. For each position of the surface to be measured, a step of generating a composite image having the value of the pixel as information on the projection angle of the slit light at the moment when the slit light passes through the position, and based on the composite image And a step of obtaining a three-dimensional curved surface shape of an object to be measured.
するスリット光投光手段と、 スリット光線の面内で、かつ基準面に平行な直線を回転
軸としてスリット光投光手段を回転させ、被測定対象表
面の全面に亘ってスリット光を走査させるスリット光回
転走査手段と、 スリット光の投光角度を測定するスリット光角度測定手
段と、 被測定対象表面を前記スリット光投光手段とは異なる方
向から撮像してビデオ信号を生成するテレビカメラと、 前記ビデオ信号の画面内の各画素の信号を順次取り込ん
で記憶し、同一画素について後から入力された信号のレ
ベルと既に記憶されている信号のレベルとを比較し、後
から入力される信号のレベルの方が高いときにそのレベ
ルによってその画素の記憶内容を更新して、各画素につ
いての最大レベルを求める最大輝度画像演算手段と、 前記ビデオ信号の画面内の各画素について、前記最大輝
度画像演算手段が画素の記憶内容を更新したとき、その
ときのスリット光の投光角度に関する情報をその画素の
値として求めることにより、ビデオ信号の画面内の各画
素に対応する被測定対象表面の各位置毎に、その位置を
スリット光が通過した瞬間のスリット光の投光角度に関
する情報をその画素の値とする合成画像を生成する合成
画像演算手段と、 前記合成画像に基づいて被測定対象の３次元曲面形状を
求める画像演算手段と を有する３次元曲面形状の測定装置。2. A slit light projecting means for projecting a linear slit light onto the surface to be measured, and a slit light projecting means with a straight line in the plane of the slit light ray and parallel to the reference plane as a rotation axis. Slit light rotation scanning means for rotating and scanning the slit light over the entire surface to be measured, slit light angle measuring means for measuring the projection angle of the slit light, and the slit light projection to the surface to be measured. A television camera that captures a video signal by imaging from a direction different from that of the means, and sequentially captures and stores the signal of each pixel in the screen of the video signal, and already stores the level of the signal input later for the same pixel. The level of the signal being input is compared, and when the level of the signal input later is higher, the stored content of that pixel is updated by that level, and the maximum level for each pixel is set. When the maximum brightness image calculation means determines the maximum brightness image calculation means to be obtained and each pixel in the screen of the video signal, and the maximum brightness image calculation means updates the stored content of the pixel, information about the projection angle of the slit light at that time is displayed for that pixel. By calculating as a value, for each position on the surface to be measured that corresponds to each pixel in the screen of the video signal, information about the projection angle of the slit light at the moment when the slit light passes through that position is displayed as the value of that pixel. A three-dimensional curved surface shape measuring device comprising: a composite image calculation means for generating a composite image; and an image calculation means for obtaining a three-dimensional curved surface shape of an object to be measured based on the composite image.
向から被測定対象を撮像する請求項２記載の３次元曲面
形状の測定装置。3. The three-dimensional curved surface shape measuring apparatus according to claim 2, wherein the television camera images the object to be measured from a direction perpendicular to the reference plane.
スリット光を走査した時に合成画像演算手段によって得
られる合成画像θ(x,y) （(x,y) は基準面の座標）をも
とに、被測定対象表面の３次元形状ｆ(x,y) を、基準面
の原点に対するスリット光回転中心軸の水平変位ｘ０及
び垂直変位ｚ０を用いて、 ｆ(x,y) ＝ｚ０−（ｘ−ｘ０）tan θ(x,y) なる式に基づいて求める請求項２記載の３次元曲面形状
の測定装置。4. The image calculation means is a combined image θ (x, y) ((x, y) is the coordinate of the reference plane) obtained by the combined image calculation means when the surface to be measured is scanned with slit light. Based on, the three-dimensional shape f (x, y) of the surface to be measured is defined as f (x, y) using the horizontal displacement x 0 and the vertical displacement z 0 of the slit beam rotation center axis with respect to the origin of the reference plane. ) = z 0 - (x- x 0) tan θ (x, y) becomes the measurement device of the three-dimensional curved surface shape as claimed in claim 2, wherein determining, based on the equation.
スリット光を走査した時に合成画像演算手段によって得
られる合成画像θ（ｘ，ｙ）と、基準面に対してスリッ
ト光を走査した時に合成画像演算手段によって得られる
合成画像θ０(x,y) とをもとにして、被測定対象表面の
３次元形状ｆ(x,y) を、基準面の原点に対するスリット
光回転中心軸の水平変位ｘ０を用いて、 ｆ(x,y) ＝ ｛tan θ０(x,y) −tan θ(x,y) ｝（ｘ０
−ｘ） なる式に基づいて求める請求項２記載の３次元曲面形状
の測定装置。5. The image calculation means scans the combined image θ (x, y) obtained by the combined image calculation means when the surface to be measured is scanned with the slit light, and the reference surface with the slit light. The three-dimensional shape f (x, y) of the surface to be measured is determined based on the composite image θ 0 (x, y) obtained by the composite image calculation means at the time of the slit light rotation center axis with respect to the origin of the reference plane. using the horizontal displacement x 0 of, f (x, y) = {tan θ 0 (x, y) -tan θ (x, y)} (x 0
-X) The apparatus for measuring a three-dimensional curved surface shape according to claim 2, which is obtained based on the formula
スリット光を走査した時に合成画像演算手段によって得
られる合成画像θ(x,y) と、基準面に対してスリット光
を走査した時に合成画像演算手段によって得られる合成
画像θ０(x,y)とをもとにして、被測定対象表面の３次
元形状ｆ(x,y) を、基準面の原点に対するスリット光回
転中心軸の垂直変位ｚ０を用いて、 なる式に基づいて求める請求項２記載の３次元曲面形状
の測定装置。6. The image calculation means scans the combined image θ (x, y) obtained by the combined image calculation means when the surface to be measured is scanned with the slit light, and the reference surface with the slit light. The three-dimensional shape f (x, y) of the surface to be measured is determined based on the composite image θ 0 (x, y) obtained by the composite image calculation means at the time of the slit light rotation center axis with respect to the origin of the reference plane. Using the vertical displacement z 0 of The three-dimensional curved surface shape measuring device according to claim 2, which is obtained based on the following equation.
スリット光を走査した時に合成画像演算手段によって得
られる合成画像θ(x,y) と、基準面に対してスリット光
を走査した時に合成画像演算手段によって得られる合成
画像θ０(x,y) と、更に、基準面と平行でかつ距離ｄ
（テレビカメラに近づく側を＋、遠ざかる側を−とす
る）離れた第２基準面に対してスリット光を走査した時
に合成画像演算手段によって得られる合成画像θ１(x,
y) とを用いて、被測定対象面の３次元形状ｆ(x,y) を なる式に基づいて求める請求項２記載の３次元曲面形状
の測定装置。7. The image calculation means scans the combined image θ (x, y) obtained by the combined image calculation means when the surface to be measured is scanned with the slit light, and the reference surface with the slit light. Sometimes a composite image θ 0 (x, y) obtained by the composite image calculation means, and further, parallel to the reference plane and at a distance d
The composite image θ 1 (x, obtained by the composite image calculation means when scanning the slit light with respect to the second reference plane that is distant (the side closer to the television camera is +, and the side away from the television camera is −)
y) and the three-dimensional shape f (x, y) of the surface to be measured is The three-dimensional curved surface shape measuring device according to claim 2, which is obtained based on the following equation.
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|---|---|---|---|---|
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- 1988-03-31 JP JP63076391A patent/JPH0625655B2/en not_active Expired - Lifetime
- 1988-09-30 KR KR1019880012737A patent/KR920010549B1/en not_active IP Right Cessation
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|---|---|---|---|---|
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