JPH0755439A - Three-dimensional shape measuring equipment - Google Patents

Three-dimensional shape measuring equipment

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JPH0755439A
JPH0755439A JP5199312A JP19931293A JPH0755439A JP H0755439 A JPH0755439 A JP H0755439A JP 5199312 A JP5199312 A JP 5199312A JP 19931293 A JP19931293 A JP 19931293A JP H0755439 A JPH0755439 A JP H0755439A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
spot
image
light source
measured
spot light
Prior art date
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Pending
Application number
JP5199312A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akashi Yamaguchi
証 山口
Yasuharu Jin
康晴 神
Satoshi Yamazaki
敏 山崎
Taizo Yoshida
泰三 吉田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SHINKO PLANT KENSETSU KK
Kobe Steel Ltd
Original Assignee
SHINKO PLANT KENSETSU KK
Kobe Steel Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SHINKO PLANT KENSETSU KK, Kobe Steel Ltd filed Critical SHINKO PLANT KENSETSU KK
Priority to JP5199312A priority Critical patent/JPH0755439A/en
Publication of JPH0755439A publication Critical patent/JPH0755439A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Measurement Of Optical Distance (AREA)
  • Image Processing (AREA)
  • Image Analysis (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide a three-dimensional shape measuring equipment in which automatic tracking operation is enabled even when the tracking distance of a spot image is long. CONSTITUTION:Rough distance between a laser pointer 1 and a spot image 5 can be operated based on the moving amount of focus lens 6 in the laser pointer 1 when a spot light therefrom is focused, as a spot image 5, at a required position of an object 4. Rough three-dimensional coordinate position of the spot image 5 is then operated based on the rough distance and the spot light projecting angle of the laser pointer 1. A laser tracker 2 is controlled based on the data of rough three-dimensional coordinate position to track the spot image 5 thus allowing automatic tracking of the spot image 5 even when the moving distance of the spot image 5 is long to cause deviation thereof from the image of the laser tracker 2.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は,スポット光投影法を用
いた三次元形状計測装置に係り,詳しくは,被測定物上
に投射されたスポット光の追尾を容易に行い得るように
改良された三次元形状計測装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a three-dimensional shape measuring apparatus using a spot light projection method, and more particularly, it has been improved so that the spot light projected on an object to be measured can be easily tracked. And a three-dimensional shape measuring device.

【0002】[0002]

【従来の技術】被測定物の三次元形状を非接触で計測す
る装置として,スポット光投影法を用いた三次元形状計
測装置が知られている。この三次元形状計測装置は,ス
ポット光を被測定物の所望位置に投射して,該スポット
光が投射された三次元位置を三角測量の原理で測定する
ことにより,被測定物の三次元形状を計測することがで
きる。以下に該三次元形状計測装置の従来構成につい
て,図3に基づいて説明する。図3において,従来構成
になる三次元形状計測装置51は,被測定物52にレー
ザー光によるスポット光53を投光するレーザーポイン
タ54と,前記被測定物52上に投射されたスポット像
55を撮像するレーザートラッカ56と,レーザーポイ
ンタ54及びレーザートラッカ56を制御して得たデー
タから物体の三次元位置を演算する制御装置58とを具
備して構成されている。前記レーザーポインタ54は電
子セオドライトにスポット光投光器が組み込まれ,レー
ザートラッカ56は同じく電子セオドライトにTVカメ
ラが組み込まれたもので,スポット光の投光光軸あるい
はスポット像の撮像光軸が可変に構成されている。ま
た,制御装置58はレーザーポインタ54及びレーザー
トラッカ56の電子セオドライトを制御して各光軸を操
作するモーターコントローラ60,61とレーザートラ
ッカ56から得たスポット像を検出する画像処理装置5
7と,これらを統括し計測演算を行うコンピュータ59
とを具備して構成されている。上記構成において,レー
ザーポインタ54がスポット光53を投光して被測定物
52上に結んだスポット像55は,レーザートラッカ5
6のTVカメラで撮像され,この画像から制御装置58
の画像処理装置57によりスポット像55の画面上の位
置が検出される。コンピュータ59は画像処理装置57
の検出結果からレーザートラッカ56から見たスポット
像55の方向角を演算し,レーザーポインタ54がスポ
ット光53を投光している方向角と,予め計測されてい
るレーザーポインタ54とレーザートラッカ56との位
置関係から,三角測量の原理によって被測定物52上の
スポット像55の三次元位置が求められる。そこで,レ
ーザーポインタ54がスポット光53を投光する方向角
度のデータや,レーザートラッカ56がスポット像55
を自動的に追尾する手順をコンピュータに与えておくこ
とにより,被測定物52の一定エリア内の三次元座標を
くまなく自動的に計測することができ,被測定物52の
形状が計測される。
2. Description of the Related Art A three-dimensional shape measuring apparatus using a spot light projection method is known as a non-contact apparatus for measuring a three-dimensional shape of an object to be measured. This three-dimensional shape measuring device projects a spot light onto a desired position of an object to be measured and measures the three-dimensional position onto which the spot light is projected according to the principle of triangulation to obtain the three-dimensional shape of the object to be measured. Can be measured. The conventional configuration of the three-dimensional shape measuring apparatus will be described below with reference to FIG. In FIG. 3, a three-dimensional shape measuring apparatus 51 having a conventional configuration includes a laser pointer 54 that projects a spot light 53 of a laser beam onto an object to be measured 52 and a spot image 55 projected on the object to be measured 52. A laser tracker 56 for imaging and a control device 58 for calculating the three-dimensional position of the object from the data obtained by controlling the laser pointer 54 and the laser tracker 56 are provided. The laser pointer 54 is an electronic theodolite equipped with a spot light projector, and the laser tracker 56 is also an electronic theodolite equipped with a TV camera. Has been done. Further, the control device 58 controls the laser pointer 54 and the electronic theodolite of the laser tracker 56 to operate each optical axis, and the image processing device 5 which detects the spot image obtained from the laser tracker 56.
7 and a computer 59 that controls these and performs measurement calculation
And is configured. In the above configuration, the laser pointer 54 projects the spot light 53 to form a spot image 55 on the object to be measured 52.
The image is taken with the TV camera of No. 6, and the control device 58 is taken from this image.
The image processing device 57 detects the position of the spot image 55 on the screen. The computer 59 is the image processing device 57.
The directional angle of the spot image 55 seen from the laser tracker 56 is calculated from the detection result of ## EQU1 ## The three-dimensional position of the spot image 55 on the object to be measured 52 can be obtained from the positional relationship of 1 by the principle of triangulation. Therefore, the data of the direction angle at which the laser pointer 54 projects the spot light 53, and the laser tracker 56 displays the spot image 55.
By providing a computer with a procedure for automatically tracking, the three-dimensional coordinates within a fixed area of the object to be measured 52 can be automatically measured throughout, and the shape of the object to be measured 52 is measured. .

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記従来構成におい
て,レーザートラッカがスポット像を自動的に追尾する
手順は,図4のフローチャートに示すように実行され
る。このスポット像追尾の手順において,レーザートラ
ッカがスポット像を検出できなかったとき(図4に示す
手順のステップ3),レーザートラッカの移動方向をT
V画像から知ることができなくなる。このときには,レ
ーザートラッカの移動は(図4に示す手順のステップ
4),その移動方向をオペレータが指定することにな
る。ところが,スポット像の追尾方向の指定はオペレー
タにとって,その判断が困難であるため,指定方向を間
違えやすく,その結果,追尾に失敗したり,方向の修正
に時間がかかる問題点があった。本発明は上記問題点に
鑑みて創案されたもので,スポット像の追尾距離が大き
く離れているときにも自動追尾の動作を可能にした三次
元形状計測装置を提供することを目的とする。
In the above conventional configuration, the procedure for the laser tracker to automatically track the spot image is executed as shown in the flowchart of FIG. In this spot image tracking procedure, when the laser tracker cannot detect the spot image (step 3 in the procedure shown in FIG. 4), the moving direction of the laser tracker is set to T.
It becomes impossible to know from the V image. At this time, the movement of the laser tracker (step 4 of the procedure shown in FIG. 4) is designated by the operator. However, since it is difficult for the operator to specify the tracking direction of the spot image, it is easy to make a mistake in the specified direction, and as a result, there is a problem that tracking fails and it takes time to correct the direction. The present invention was devised in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a three-dimensional shape measuring apparatus capable of automatic tracking operation even when the tracking distance of a spot image is large.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明が採用する手段は,被測定物にスポット光を投
光するスポット光源と,該スポット光源の投光角度を変
化させる光源駆動機構と,上記スポット光源から所定距
離離れて配置され上記被測定物上にスポット光により形
成されたスポット像を撮像する撮像装置と,該撮像装置
の撮像角度を変化させる撮像装置駆動機構とを具備し,
上記スポット光源の投光角度と,上記撮像装置の撮像角
度と,スポット光源と撮像装置との距離とから三角測量
の原理により被測定物上に投光された上記スポット像の
位置座標を演算し,上記スポット光の投光位置を順次移
動させることにより被測定物の三次元形状を測定する三
次元形状計測装置において,上記スポット光源に設けら
れたフォーカシン機構の制御量を検出する検出手段と,
上記検出手段による検出値と上記光源駆動機構によるス
ポット光の投光角度とから上記被測定物上のスポット像
の概略三次元座標位置を演算する演算手段と,上記撮像
装置に設けられたフォーカシング機構を制御するフォー
カシング機構駆動手段と,上記演算手段からの出力に基
づいて上記撮像装置駆動機構と上記フォーカシング機構
駆動手段とを上記撮像装置が被測定物上のスポット像を
追尾するように制御する制御手段とを具備してなること
を特徴とする三次元位置形状計測装置として構成され
る。
In order to achieve the above object, the means adopted by the present invention are a spot light source for projecting spot light on an object to be measured, and a light source drive for changing the projection angle of the spot light source. A mechanism, an image pickup device arranged at a predetermined distance from the spot light source for picking up a spot image formed by the spotlight on the object to be measured, and an image pickup device drive mechanism for changing an image pickup angle of the image pickup device. Then
The position coordinates of the spot image projected on the object to be measured are calculated from the projection angle of the spot light source, the imaging angle of the imaging device, and the distance between the spot light source and the imaging device by the principle of triangulation. A detecting means for detecting a controlled variable of a focusing mechanism provided in the spot light source, in a three-dimensional shape measuring device for measuring a three-dimensional shape of an object to be measured by sequentially moving the projection position of the spot light; ,
Calculation means for calculating the approximate three-dimensional coordinate position of the spot image on the object to be measured from the detection value by the detection means and the projection angle of the spot light by the light source drive mechanism, and the focusing mechanism provided in the imaging device. Focusing mechanism drive means for controlling the image pickup device, and control for controlling the image pickup device drive mechanism and the focusing mechanism drive means based on the output from the calculation means so that the image pickup device tracks a spot image on the object to be measured. It is configured as a three-dimensional position shape measuring apparatus characterized by comprising:

【0005】[0005]

【作用】本発明によれば,スポット光源から投射される
スポット光を被測定物の所要位置にスポット像として結
像させたときの該スポット光源のフォーカシング機構の
制御量から,スポット光源と被測定物上のスポット像と
の間の概略距離が演算できる。そこで,光源駆動機構に
よるスポット光源のスポット光投光角度と,上記演算さ
れたスポット光源と被測定物上のスポット像との間の概
略距離とから,スポット像の概略三次元座標位置が演算
される。この演算されたスポット像の概略三次元座標位
置のデータにより,フォーカシング機構駆動手段と撮像
装置駆動機構とを制御すれば,撮像装置は撮像装置駆動
機構によりスポット像を追尾する方向に移動されると共
に,フォーカシング機構駆動手段によりほぼフォーカシ
ングのなされたスポット像が画像上に捕らえられる。従
って,スポット光源によるスポット像の移動距離が大き
く,撮像装置の画像上からスポット像が外れた場合に
も,オペレータの追尾操作に委ねることなく自動的にス
ポット像の追尾がなされる。
According to the present invention, when the spot light projected from the spot light source is imaged as a spot image at a desired position on the object to be measured, the spot light source and the object to be measured can be determined from the control amount of the focusing mechanism of the spot light source. The approximate distance to the spot image on the object can be calculated. Therefore, the approximate three-dimensional coordinate position of the spot image is calculated from the spot light projection angle of the spot light source by the light source driving mechanism and the approximate distance between the calculated spot light source and the spot image on the object to be measured. It If the focusing mechanism driving means and the imaging device driving mechanism are controlled by the calculated data of the approximate three-dimensional coordinate position of the spot image, the imaging device is moved in the direction for tracking the spot image by the imaging device driving mechanism. The spot image that is almost focused by the focusing mechanism driving means is captured on the image. Therefore, even if the spot image is moved a long distance by the spot light source and the spot image deviates from the image of the image pickup device, the spot image is automatically tracked without relying on the tracking operation by the operator.

【0006】[0006]

【実施例】以下,添付図面を参照して本発明を具体化し
た実施例につき説明し,本発明の理解に供する。尚,以
下の実施例は本発明を具体化した一例であって,本発明
の技術的範囲を限定するものではない。ここに,図1は
本発明の第1実施例に係る三次元形状計測装置の構成を
示す模式図,図2は本発明の第2実施例に係る三次元形
状計測装置の構成を示す模式図である。図1において,
第1実施例に係る三次元形状計測装置20は,レーザー
ポインタ1と,レーザートラッカ2と,制御装置3とを
具備して構成されている。上記レーザーポインタ1は,
レーザービームによるスポット光を投射するスポット光
源7と該スポット光源7を駆動してスポット光の投射方
向を任意方向に移動させる光源駆動機構8とを備え,上
記スポット光源7には,投射するレーザービームの焦点
距離を調節する光源フォーカシングレンズ6の駆動機構
(図示せず)と,該駆動機構によるフォーカシングレン
ズ6の移動量を検出する光源レンズ移動量検出器(光源
レンズ移動量検出手段−図示せず)とが具備されてい
る。又,上記レーザートラッカ2は,TVカメラ(撮像
装置)9と,該TVカメラ9の撮像方向を任意方向に移
動させるカメラ駆動機構(撮像装置駆動機構)15とを
備え,上記TVカメラ9には,撮像画像の焦点距離を調
節するカメラフォーカシングレンズ16の駆動機構(フ
ォーカシング機構駆動手段−図示せず)が具備されてい
る。更に,上記制御装置(制御手段)3には,上記光源
駆動機構8を駆動制御する投光角度制御部10と,上記
光源フォーカシングレンズの駆動機構を駆動制御する光
源レンズ制御部18と,上記カメラ駆動機構15を駆動
制御する撮像角度制御部17と,撮像フォーカシングレ
ンズの駆動機構を駆動制御するカメラレンズ制御部19
と,上記TVカメラ9で撮像された画像を画像処理する
画像処理ユニット11と,各入力データを用いて三次元
位置形状の演算を行うと共に,その演算に伴う制御デー
タあるいはオペレータ13が操作部から入力する入力デ
ータに基づいて各制御部10,17,18,19に駆動
データを出力するコンピュータ12とが設けられてい
る。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings for the understanding of the present invention. The following embodiments are examples of embodying the present invention and do not limit the technical scope of the present invention. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a three-dimensional shape measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of a three-dimensional shape measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention. Is. In Figure 1,
The three-dimensional shape measuring apparatus 20 according to the first embodiment is configured to include a laser pointer 1, a laser tracker 2, and a control device 3. The laser pointer 1 is
A spot light source 7 for projecting spot light by a laser beam and a light source driving mechanism 8 for driving the spot light source 7 to move the projection direction of the spot light in an arbitrary direction are provided. Driving mechanism (not shown) of the light source focusing lens 6 for adjusting the focal length of the light source lens, and a light source lens moving amount detector (light source lens moving amount detecting means-not shown) for detecting a moving amount of the focusing lens 6 by the driving mechanism. ) And are provided. The laser tracker 2 includes a TV camera (imaging device) 9 and a camera driving mechanism (imaging device driving mechanism) 15 that moves the imaging direction of the TV camera 9 in an arbitrary direction. A driving mechanism (focusing mechanism driving means-not shown) for the camera focusing lens 16 for adjusting the focal length of the captured image is provided. Further, the control device (control means) 3 includes a projection angle control unit 10 for driving and controlling the light source driving mechanism 8, a light source lens control unit 18 for driving and controlling the driving mechanism of the light source focusing lens, and the camera. An imaging angle control unit 17 that drives and controls the drive mechanism 15, and a camera lens control unit 19 that drives and controls the drive mechanism of the imaging focusing lens.
And an image processing unit 11 that processes the image captured by the TV camera 9 and a three-dimensional position shape calculation using each input data, and the control data or operator 13 associated with the calculation is operated from the operation unit. A computer 12 that outputs drive data to each of the control units 10, 17, 18, and 19 based on input input data is provided.

【0007】上記構成になる三次元形状計測装置20を
用いた三次元形状の計測手順について以下に順を追って
説明する。 (1)オペレータ13が操作部から計測点指定データを
入力することによって,コンピュータ12から駆動デー
タが投光角度制御部10に入力され,該投光角度制御部
10は光源駆動機構8に駆動量を出力する。この駆動量
に基づいて光源駆動機構8はスポット光源7の投光角度
を変化させるので,スポット光源7からのレーザービー
ムが被測定物4の所望の測定点に投光される。このと
き,オペレータ13は所望測定点に投光されたスポット
像5のフォーカシング操作を行う。この操作は,光源レ
ンズ制御部18から出力される制御量により,光源フォ
ーカシングレンズ6を駆動させることによって行われ
る。 (2)上記スポット光が所望の測定点に投光されたとき
のスポット光源7の方向データ及びフォーカシングレン
ズ6の位置データを,それぞれ投光角度制御部10及び
光源レンズ制御部18を介してコンピュータ12に取り
込む。 (3)コンピュータ12は,取り込んだスポット光源7
の方向データ及びフォーカシングレンズ6の位置データ
から,スポット像5の概略三次元座標位置を計算する。
この計算は,既知の光源フォーカシングレンズ6の焦点
距離データを用いた関係式をコンピュータ12内に用意
しておくことによってなされる。 (4)上記コンピュータ12による計算値は,撮像角度
制御部17とカメラレンズ制御部19とに出力される。
撮像角度制御部17はカメラ駆動機構15の駆動量を出
力してTVカメラ9をスポット像5方向に移動させる。
又,カメラレンズ制御部19はカメラレンズ駆動機構の
駆動量を出力して画像のフォーカシングを行う。 (5)上記の動作により,スポット像5はTVカメラ9
の視野内に十分収まっており,又,画像のフォーカスは
概略合った状態となっている。このスポット像5を捕ら
えた画像は,画像処理ユニット11に取り込まれる。 (6)画像処理ユニット11では,取り込んだ画像上の
スポット像5の画像座標を求める。 (7)コンピュータ12は,上記画像座標値と撮像方向
の値とからスポット像5の方向を計算する。 (8)予め設定されているレーザーポインタ1とレーザ
ートラッカ2との間の距離と,上記(7)による計算値
とによりスポット像5の座標位置が計算される。
A procedure for measuring a three-dimensional shape using the three-dimensional shape measuring apparatus 20 having the above structure will be described below in order. (1) When the operator 13 inputs measurement point designation data from the operation unit, drive data is input from the computer 12 to the light projection angle control unit 10, and the light projection angle control unit 10 drives the light source drive mechanism 8 by a driving amount. Is output. The light source drive mechanism 8 changes the light projection angle of the spot light source 7 based on this driving amount, so that the laser beam from the spot light source 7 is projected to a desired measurement point on the DUT 4. At this time, the operator 13 performs a focusing operation of the spot image 5 projected on the desired measurement point. This operation is performed by driving the light source focusing lens 6 according to the control amount output from the light source lens control unit 18. (2) The direction data of the spot light source 7 and the position data of the focusing lens 6 when the spot light is projected to a desired measurement point are transmitted to a computer via a projection angle control unit 10 and a light source lens control unit 18, respectively. Take in 12. (3) The computer 12 uses the captured spot light source 7
The approximate three-dimensional coordinate position of the spot image 5 is calculated from the direction data of 1 and the position data of the focusing lens 6.
This calculation is performed by preparing a relational expression using known focal length data of the light source focusing lens 6 in the computer 12. (4) The value calculated by the computer 12 is output to the imaging angle control unit 17 and the camera lens control unit 19.
The imaging angle control unit 17 outputs the drive amount of the camera drive mechanism 15 to move the TV camera 9 in the spot image 5 direction.
Further, the camera lens controller 19 outputs the driving amount of the camera lens driving mechanism to focus an image. (5) With the above operation, the spot image 5 is displayed on the TV camera 9
Is well within the field of view, and the image is in focus. The image of the spot image 5 is captured by the image processing unit 11. (6) The image processing unit 11 obtains the image coordinates of the spot image 5 on the captured image. (7) The computer 12 calculates the direction of the spot image 5 from the image coordinate value and the value of the imaging direction. (8) The coordinate position of the spot image 5 is calculated based on the preset distance between the laser pointer 1 and the laser tracker 2 and the calculated value according to (7).

【0008】以上の一連の手順において,オペレータ1
3の操作が必要となるのは(1)項の測定点の指定だけ
である。後は自動的にレーザートラッカ2がスポット像
5を追跡し,その都度スポット像5位置の三次元座標が
計算される。従って,スポット像5の位置がレーザート
ラッカ2の視野角から大きく離れていても,自動追尾が
なされるので,オペレータ13はレーザートラッカ2の
姿勢を気にすることなくスポット光の投光位置を決める
ことができる。次いで,本発明の第2実施例について説
明する。本実施例は,上記第1実施例におけるレーザー
ポインタ1とレーザートラッカ2とが同軸上に一体的に
形成された三次元形状計測装置を用いた構成である。図
2において,三次元形状計測装置37は,スポット光を
投光するスポット光源21と,該スポット光源21から
のスポット光の光軸上に設けられ,スポット光の光軸と
直交する軸心を中心として回転自在に取り付けられ,上
記スポット光源21から投光されたスポット光を反射し
て被測定物35上に投光する投光ミラー25と,上記ス
ポット光源21を挟んで上記投光ミラー25とは反対方
向に設けられ,投光ミラー25の軸心と平行且つ一体的
に構成された軸心を中心として回転自在に取り付けられ
た受光ミラー28と,上記スポット光源21と一体的に
設けられ,上記受光ミラー29により反射された被測定
物35上のスポット像36を撮像し,該撮像されたスポ
ット像36の位置を検出する撮像素子26を備えた撮像
ユニット22と,上記投光ミラー25を回転させて被測
定物35上にスポット光を投射し,被測定物35上に投
影されたスポット像36を受光ミラー28を回転させて
上記撮像素子26上に結像させ,該結像点が所定位置と
なったとき上記投光ミラー25の回転角度,受光ミラー
28の回転角度及び上記投光ミラー25の軸心と受光ミ
ラー28の軸心との間の距離から上記被測定物35上の
スポット像の位置座標を演算する演算CPU部32とを
具備して構成されている。上記構成において,上記スポ
ット光源21には光源フォーカシングレンズ24及び上
記撮像ユニット22には撮像フォーカシングレンズ27
が具備されており,それぞれ図示しないレンズ駆動機構
が設けられている。又,上記投光ミラー25及び上記受
光ミラー28には図示しないミラー駆動機構が設けられ
ている。更に,上記投光ミラー25及び受光ミラー28
には,それぞれの回転角度を検出する図示しないエンコ
ーダ,上記光源フォーカシングレンズ24及び上記撮像
フォーカシングレンズ27には,それぞれのレンズ位置
を検出する図示しないエンコーダ,上記回転駆動機構2
9には,該回転駆動機構29の回転角度を検出する図示
しないエンコーダが設けられている。
In the above series of procedures, the operator 1
It is only necessary to specify the measurement point in item (1), which requires the operation in step 3. After that, the laser tracker 2 automatically tracks the spot image 5, and the three-dimensional coordinates of the position of the spot image 5 are calculated each time. Therefore, even if the position of the spot image 5 is largely apart from the viewing angle of the laser tracker 2, automatic tracking is performed, so that the operator 13 determines the projection position of the spot light without paying attention to the posture of the laser tracker 2. be able to. Next, a second embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, the laser pointer 1 and the laser tracker 2 in the first embodiment are coaxially and integrally formed, and a three-dimensional shape measuring apparatus is used. In FIG. 2, the three-dimensional shape measuring apparatus 37 is provided with a spot light source 21 that projects a spot light and an optical axis of the spot light from the spot light source 21 that is orthogonal to the optical axis of the spot light. A projecting mirror 25, which is rotatably mounted as a center, reflects the spot light projected from the spot light source 21 and projects the spot light onto an object 35 to be measured, and the projecting mirror 25 with the spot light source 21 interposed therebetween. And the spot light source 21 are provided integrally with the light receiving mirror 28, which is provided in the opposite direction to the light receiving mirror 28 and is rotatably mounted about an axis parallel to and integrally formed with the axis of the light projecting mirror 25. An image pickup unit 22 having an image pickup element 26 for picking up a spot image 36 on the object 35 to be measured reflected by the light receiving mirror 29 and detecting the position of the spot image 36 picked up. The light projecting mirror 25 is rotated to project spot light on the object 35 to be measured, and the spot image 36 projected on the object 35 to be measured is rotated on the light receiving mirror 28 to be imaged on the image pickup device 26. From the rotation angle of the light projecting mirror 25, the rotation angle of the light receiving mirror 28 and the distance between the axis of the light projecting mirror 25 and the axis of the light receiving mirror 28 when the image forming point reaches a predetermined position, The calculation CPU 32 for calculating the position coordinates of the spot image on the DUT 35 is provided. In the above configuration, the spot light source 21 has a light source focusing lens 24, and the imaging unit 22 has an imaging focusing lens 27.
And a lens drive mechanism (not shown) are provided. Further, the light projecting mirror 25 and the light receiving mirror 28 are provided with a mirror driving mechanism (not shown). Further, the projecting mirror 25 and the receiving mirror 28
An encoder (not shown) for detecting each rotation angle, an unillustrated encoder for detecting each lens position of the light source focusing lens 24 and the imaging focusing lens 27, and the rotation drive mechanism 2
The encoder 9 is provided with an encoder (not shown) that detects the rotation angle of the rotation drive mechanism 29.

【0009】上記構成になる投光・受光の装置は上部構
造30内に配設され,該上部構造30は支持構造31上
に回転駆動機構29により回転自在に支持されている。
又,上記各駆動機構は上記演算CPU部32からの制御
信号に基づく駆動信号を出力する駆動制御部33により
制御されるよう構成されている。上記構成になる三次元
形状計測装置37を用いた三次元形状の計測手順につい
て以下に順を追って説明する。 (1)オペレータが演算CPU部32に付設された操作
部23から計測点指定データを入力することによって,
演算CPU部32から駆動データが駆動制御部33に入
力され,該駆動制御部33は回転駆動機構29,投光ミ
ラー25の駆動機構及びスポット光源21のフォーカシ
ングレンズ駆動機構に駆動量を出力する。この駆動量に
基づいて投光ミラー25はスポット光源21からのスポ
ット光を被測定物35方向に反射させるので,スポット
光が被測定物35の所望の測定点に投光される。又,同
時にオペレータは所望測定点に投光されたスポット像3
6のフォーカシング操作を行う。この操作は,駆動制御
部33から出力される制御量により,光源フォーカシン
グレンズ24を駆動させることによって行われる。 (2)上記スポット光が所望の測定点に投光されたと
き,演算CPU部32により投光ミラー25のエンコー
ダ出力からスポット光の投光角度が演算される。 (3)同じく,演算CPU部32により光源フォーカシ
ングレンズ24のエンコーダ出力から投光ミラー25か
らスポット像36までの距離を演算する。この計算は,
既知の光源フォーカシングレンズ6の焦点距離データを
用いた関係式をコンピュータ12内に用意しておくこと
によってなされる。 (4)演算されたスポット光の投光角度と,投光ミラー
25からスポット像36までの距離とから,スポット像
36の概略三次元位置座標が演算される。 (5)上記スポット像36の概略三次元位置座標が演算
値から,予め演算CPU部32内に用意された関係式に
より,受光ミラー28の回転角度及び撮像フォーカシン
グレンズ27の位置が演算される。 (6)上記演算値は駆動制御部33に出力され,受光ミ
ラー28の駆動機構及び撮像フォーカシングレンズ27
の駆動機構により,受光ミラー28及び撮像フォーカシ
ングレンズ27が駆動される。 (7)撮像素子26からの画像信号が演算CPU部32
に入力されるので,撮像されたスポット像36が撮像素
子26上の所定位置に結像するように受光ミラー28の
角度が微調整される。 (8)受光ミラー28のエンコーダ出力からスポット像
36の撮像角度が演算される。 (9)回転駆動機構29のエンコーダ出力から上部構造
30の回転角度が演算される。 (10)上記スポット像36の撮像角度と,上記上部構
造30の回転角度と,上記投光ミラー25と受光ミラー
28との回転中心距離とから,スポット像36の三次元
位置座標が算出される。 以上の一連の手順において,オペレータの操作が必要と
なるのは(1)項の測定点の指定だけである。後は自動
的にスポット像36の追尾がなされ,三次元位置座標の
算出までが自動的に実行される。上記第1実施例及び第
2実施例に示したように,スポット光を投射して被測定
物上の所望位置に形成させたスポット像の三次元位置座
標が自動的に演算されるので,順次被測定物上の複数位
置にスポット像を形成し,それぞれ位置座標を求めるこ
とによって被測定物の三次元位置を計測することができ
る。
The light projecting / receiving device having the above-mentioned structure is disposed in the upper structure 30, and the upper structure 30 is rotatably supported by the rotation drive mechanism 29 on the support structure 31.
Further, each drive mechanism is configured to be controlled by a drive control unit 33 which outputs a drive signal based on a control signal from the arithmetic CPU unit 32. A procedure for measuring a three-dimensional shape using the three-dimensional shape measuring device 37 having the above configuration will be described below in order. (1) By the operator inputting measurement point designation data from the operation unit 23 attached to the arithmetic CPU unit 32,
Drive data is input to the drive control unit 33 from the arithmetic CPU unit 32, and the drive control unit 33 outputs the drive amount to the rotation drive mechanism 29, the drive mechanism of the projection mirror 25, and the focusing lens drive mechanism of the spot light source 21. Based on this driving amount, the light projecting mirror 25 reflects the spot light from the spot light source 21 toward the object 35 to be measured, so that the spot light is projected to a desired measurement point on the object 35 to be measured. Further, at the same time, the operator can see the spot image 3 projected on the desired measurement point.
6. Focusing operation 6 is performed. This operation is performed by driving the light source focusing lens 24 by the control amount output from the drive control unit 33. (2) When the spot light is projected to a desired measurement point, the calculation CPU unit 32 calculates the projection angle of the spot light from the encoder output of the projection mirror 25. (3) Similarly, the calculation CPU section 32 calculates the distance from the projection mirror 25 to the spot image 36 from the encoder output of the light source focusing lens 24. This calculation is
This is done by preparing in the computer 12 a relational expression using the known focal length data of the light source focusing lens 6. (4) The approximate three-dimensional position coordinates of the spot image 36 are calculated from the calculated projection angle of the spot light and the distance from the projection mirror 25 to the spot image 36. (5) From the calculated values of the approximate three-dimensional position coordinates of the spot image 36, the rotation angle of the light receiving mirror 28 and the position of the imaging focusing lens 27 are calculated by a relational expression prepared in advance in the calculation CPU section 32. (6) The calculated value is output to the drive control unit 33, and the drive mechanism of the light receiving mirror 28 and the imaging focusing lens 27 are output.
The light receiving mirror 28 and the imaging focusing lens 27 are driven by the driving mechanism of the above. (7) The image signal from the image sensor 26 is calculated by the arithmetic CPU unit 32.
Is input to, the angle of the light receiving mirror 28 is finely adjusted so that the imaged spot image 36 is formed at a predetermined position on the image pickup element 26. (8) The imaging angle of the spot image 36 is calculated from the encoder output of the light receiving mirror 28. (9) The rotation angle of the upper structure 30 is calculated from the encoder output of the rotary drive mechanism 29. (10) Three-dimensional position coordinates of the spot image 36 are calculated from the imaging angle of the spot image 36, the rotation angle of the upper structure 30, and the rotation center distance between the light projecting mirror 25 and the light receiving mirror 28. . In the above series of procedures, the operator only needs to specify the measurement points in (1). After that, the spot image 36 is automatically tracked, and calculation of three-dimensional position coordinates is automatically executed. As shown in the first and second embodiments, the three-dimensional position coordinates of the spot image formed by projecting the spot light at a desired position on the object to be measured are automatically calculated. The three-dimensional position of the object to be measured can be measured by forming spot images at a plurality of positions on the object to be measured and determining the position coordinates for each.

【0010】[0010]

【発明の効果】以上の説明の通り本発明によれば,被測
定物の所望位置に形成されたスポット像の追尾が自動的
に行われるので,従来装置において撮像側の画像上から
外れるような大きなスポット像の移動があった場合に
も,その追尾が簡単になされる。従って,従来の三次元
位置計測におけるスポット像の追尾の操作に熟練を要し
ていた作業が自動化された三次元形状計測装置を提供す
ることができる。
As described above, according to the present invention, the spot image formed at the desired position on the object to be measured is automatically tracked, so that the conventional apparatus does not appear on the image on the imaging side. Even if a large spot image moves, it can be easily tracked. Therefore, it is possible to provide the three-dimensional shape measuring apparatus in which the work that requires skill in the operation of tracking the spot image in the conventional three-dimensional position measurement is automated.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の第1実施例に係る三次元形状計測装
置の構成を示す模式図。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a three-dimensional shape measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の第2実施例に係る三次元形状計測装
置の構成を示す模式図。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration of a three-dimensional shape measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention.

【図3】 従来例に係る三次元形状計測装置の構成を示
す模式図。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration of a three-dimensional shape measuring apparatus according to a conventional example.

【図4】 従来例に係る三次元形状計測装置による計測
手順を示すフローチャート。
FIG. 4 is a flowchart showing a measurement procedure by a three-dimensional shape measuring apparatus according to a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…レーザーポインタ 2…レーザートラッカ 3…制御装置(制御手段) 4,35…被測定物 5,36…スポット像 6,24…光源フォーカシングレンズ 7,21…スポット光源 8…光源駆動機構 9…TVカメラ 10…光源角度制御部(制御手段) 15…カメラ駆動機構 16…カメラフォーカシングレンズ 17…撮像角度制御部(制御手段) 18…光源レンズ制御部(制御手段) 19…カメラレンズ制御部(制御手段) 20,37…三次元形状計測装置 22…撮像ユニット(カメラ) 25…投光ミラー(光源駆動機構) 27…撮像フォーカシングレンズ 28…受光ミラー(カメラ駆動機構) 29…回転駆動機構(光源及びカメラ駆動機構) 32…演算CPU部(制御手段) 33…駆動制御部(制御手段) 1 ... Laser pointer 2 ... Laser tracker 3 ... Control device (control means) 4, 35 ... Object to be measured 5, 36 ... Spot image 6, 24 ... Light source focusing lens 7, 21 ... Spot light source 8 ... Light source drive mechanism 9 ... TV Camera 10 ... Light source angle control section (control means) 15 ... Camera drive mechanism 16 ... Camera focusing lens 17 ... Imaging angle control section (control means) 18 ... Light source lens control section (control means) 19 ... Camera lens control section (control means) ) 20, 37 ... Three-dimensional shape measuring device 22 ... Imaging unit (camera) 25 ... Projection mirror (light source drive mechanism) 27 ... Imaging focusing lens 28 ... Receiving mirror (camera drive mechanism) 29 ... Rotation drive mechanism (light source and camera) Drive mechanism) 32 ... Arithmetic CPU section (control means) 33 ... Drive control section (control means)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G06T 7/00 (72)発明者 山崎 敏 兵庫県神戸市西区高塚台1丁目5番5号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 吉田 泰三 兵庫県神戸市灘区岩屋北町4丁目5番22号 神鋼プラント建設株式会社内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Internal reference number FI Technical display location G06T 7/00 (72) Inventor Satoshi Yamazaki 1-5-5 Takatsukadai, Nishi-ku, Kobe-shi, Hyogo Stock Company Kobe Steel Works, Kobe Research Institute (72) Inventor Taizo Yoshida 4-5-22 Iwayakitamachi, Nada-ku, Kobe-shi, Hyogo Inside Shinko Plant Construction Co., Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被測定物にスポット光を投光するスポッ
ト光源と,該スポット光源の投光角度を変化させる光源
駆動機構と,上記スポット光源から所定距離離れて配置
され上記被測定物上にスポット光により形成されたスポ
ット像を撮像する撮像装置と,該撮像装置の撮像角度を
変化させる撮像装置駆動機構とを具備し,上記スポット
光源の投光角度と,上記撮像装置の撮像角度と,スポッ
ト光源と撮像装置との距離とから三角測量の原理により
被測定物上に投光された上記スポット像の位置座標を演
算し,上記スポット光の投光位置を順次移動させること
により被測定物の三次元形状を測定する三次元形状計測
装置において,上記スポット光源に設けられたフォーカ
シン機構の制御量を検出する検出手段と,上記検出手段
による検出値と上記光源駆動機構によるスポット光の投
光角度とから上記被測定物上のスポット像の概略三次元
座標位置を演算する演算手段と,上記撮像装置に設けら
れたフォーカシング機構を制御するフォーカシング機構
駆動手段と,上記演算手段からの出力に基づいて上記撮
像装置駆動機構と上記フォーカシング機構駆動手段とを
上記撮像装置が被測定物上のスポット像を追尾するよう
に制御する制御手段とを具備してなることを特徴とする
三次元形状計測装置。
1. A spot light source for projecting a spot light onto an object to be measured, a light source driving mechanism for changing a projection angle of the spot light source, and a spot light source arranged on the object to be measured at a predetermined distance. An image pickup device for picking up a spot image formed by spotlight, and an image pickup device drive mechanism for changing an image pickup angle of the image pickup device, wherein a projection angle of the spot light source, an image pickup angle of the image pickup device, The position coordinates of the spot image projected on the object to be measured are calculated from the distance between the spot light source and the image pickup device by the principle of triangulation, and the object to be measured is moved by sequentially moving the projected position of the spot light. In the three-dimensional shape measuring device for measuring the three-dimensional shape, the detection means for detecting the control amount of the focusing mechanism provided in the spot light source, the detection value by the detection means, and Computing means for computing the approximate three-dimensional coordinate position of the spot image on the object to be measured from the projection angle of the spot light by the light source driving mechanism, and focusing mechanism driving means for controlling the focusing mechanism provided in the imaging device. A control means for controlling the image pickup device drive mechanism and the focusing mechanism drive means based on the output from the calculation means so that the image pickup device tracks a spot image on an object to be measured. A three-dimensional shape measuring device.
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