JP2001264030A

JP2001264030A - 形状測定装置

Info

Publication number: JP2001264030A
Application number: JP2000069996A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Katayama; 淳片山; Joji Nakayama; 丈二中山
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2000-03-14
Filing date: 2000-03-14
Publication date: 2001-09-26

Abstract

(57)【要約】【課題】形状測定装置において、形状認識が成功する
前の測定対象物を探す要求と、形状認識が成功した後の
測定対象物の形状を精密に測定する要求の両方を満た
す。【解決手段】光源、光ビームを第１軸方向に走査する
光走査手段、受光した光エネルギを光の位置と強さに応
じた電気信号に変換する光電変換手段、光源から照射さ
れたレーザの測定対象物の表面で反射された反射光を光
電変換手段上に光点として結像させる結像手段、前記光
電変換手段から出力された電気信号から光点が光電変換
手段上のどの位置に結像したかを算出する結像位置算出
手段、及び結像位置算出手段の出力から測定対象物まで
の距離を算出する距離算出手段を備えた形状測定装置で
あって、距離算出手段の距離出力を一定期間収集し、収
集した距離出力から測定対象物の形状を認識する形状認
識手段と、前記形状認識手段の認識が成功したときに、
生成する波形を変える波形発生手段と、波形発生手段の
出力に基づいて前記光走査手段を駆動する駆動手段を備
えたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、形状測定装置に関
し、特に、光ビーム（レーザ）走査を用いた非接触型の
形状測定装置に適用して有効な技術に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、各種の製造加工装置、測定検査装
置等に組み込まれる形状測定装置として、非接触型のレ
ーザ走査型レンジセンサが使用されている。図１５は、
従来の形状測定装置の基本原理を説明するための図であ
り、１はレーザ光源、２はレーザ光源１から照射された
レーザ、３は測定対象物、７は測定対象物３の表面で反
射した反射光、８は受光レンズ、９は受光素子、１０は
受光素子９の受光面である。前記図１５に示すように、
従来の形状測定装置では、レーザ光源１から照射された
レーザ２により、測定対象物３の表面に光点を生じさ
せ、この光点からの光ビーム（反射光７）を受光レンズ
８によって受光素子９の受光面１０に光点として結像さ
せる。このとき、図１６に示すように、測定対象物３が
近いか遠いかによって、受光面１０上の結像位置が変化
する。前記図１６において、測定対象物３（３ａ，３
ｂ）までの距離と結像位置の対応関係を、距離が分かっ
ている測定対象物３で予め調べておけば、未知の距離に
対して、結像位置からその距離を知ることができる。こ
こで、図１７に示すように、レーザ光源１１と前記測定
対象物３との間にスキャナミラー１２を置き、レーザを
測定対象物３上で走査し、走査した複数の点についての
距離がわかれば、測定対象物３の走査した部位の形状を
知ることができる。このような形状測定装置について
は、例えば、特願平８−２６２９０４号（「距離測定方
法および距離測定装置」）等に詳細に記載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記形
状測定装置では、レーザを走査して測定対象物の形状を
測定しているが、この走査波形は１パターンに固定で変
えられないか、あるいは予め用意された複数パターンか
ら測定前に一つを選択し、測定中は選択したパターンに
固定されるかのどちらかである。この場合、効率的な測
定のために、測定中に走査波形を変えることができな
い。例えば、溶接倣い作業ロボットの形状測定装置とし
て使用した場合、溶接箇所を見つけるまでは、レーザ走
査を広くし、分解能は劣るが計測範囲を広くして溶接箇
所を見つけ易くしておき、溶接箇所を見つけた後は、レ
ーザ走査を狭くし、溶接箇所近傍を分解能を上げて精密
に計測することが要求される。溶接箇所がいつ見付かる
かは、測定対象物の個体差により毎回異なるため、プロ
グラムして走査波形を変える方法では、前記の要求に答
えられないという問題があった。本発明の目的は、前記
形状認識が成功する前の測定対象物を探すことが要求さ
れる場合と、形状認識が成功した後の測定対象物の形状
を精密に測定することが要求される場合との両方の場合
の要求を満たすことが可能な技術を提供することにあ
る。本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴
は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにす
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本願によって開示される
発明の概要を簡単に説明すれば、以下の通りである。（１）光源と、前記光源から照射される光を第１の軸方
向に走査する第１の光走査手段（以下、スキャナミラー
という）と、受光した光エネルギを光の位置と強さに応
じた電気信号に変換する光電変換手段（以下、光電変換
素子という）と、前記光源から照射された光の測定対象
物の表面で反射された反射光を、前記光電変換素子上に
光点として結像させる結像手段（レンズ）と、前記光電
変換素子から出力された電気信号から、前記光点が光電
変換素子上のどの位置に結像したかを算出する結像位置
算出手段と、前記結像位置算出手段の出力から、測定対
象物までの距離を算出する距離算出手段とを備えた形状
測定装置であって、前記距離算出手段の距離出力を一定
期間収集し、収集した距離出力から測定対象物の形状を
認識する形状認識手段と、前記形状認識手段の認識が成
功したときに、生成する波形を変える波形発生手段と、
前記波形発生手段の出力に基づいて前記第１のスキャナ
ミラーを駆動する第１の駆動手段を備えたものである。

【０００５】（２）前記（１）の形状測定装置におい
て、前記波形発生手段として、アナログ波形発生手段を
用いる。

【０００６】（３）前記（１）の形状測定装置におい
て、前記波形発生手段として、波形をデジタル信号で出
力するデジタル波形発生手段と、前記デジタル波形発生
手段から出力された走査波形をアナログ量に変換するデ
ジタル・アナログ変換手段（以下、Ｄ／Ａコンバータと
称する）とを用いる。

【０００７】（４）前記（１）の形状測定装置におい
て、前記波形発生手段として、前記スキャナミラーの走
査波形を複数組保持する波形記憶手段（以下、波形メモ
リと称する）と、前記波形メモリに記憶される一つの走
査波形のみを有効として出力する走査波形選択手段と、
前記走査波形選択手段から出力された走査波形をアナロ
グ量に変換するＤ／Ａコンバータとを用いる。

【０００８】（５）光源と、前記光源から照射される光
を第１の軸方向に走査する第１のスキャナミラー（光走
査手段）と、前記光源から照射される光を第２の軸方向
に走査する第２のスキャナミラー（光走査手段）と、受
光した光エネルギを光の位置と強さに応じた電気信号に
変換する光電変換素子と、前記光源から照射された光の
測定対象物の表面で反射された反射光を、前記光電変換
素子上に光点として結像させる結像手段と、前記光電変
換素子から出力された電気信号から、前記光点が光電変
換素子上のどの位置に結像したかを算出する結像位置算
出手段と、前記結像位置算出手段の出力から、測定対象
物までの距離を算出する距離算出手段とを備えた形状測
定装置であって、前記距離算出手段の距離出力を一定期
間収集し、収集した距離出力から測定対象物の形状を認
識する形状認識手段と、前記形状認識手段の認識が成功
したときに、生成する波形を変える波形発生手段と、前
記波形発生手段の出力に基づいて前記第１のスキャナミ
ラーを駆動する第１の駆動手段と、第１のスキャナミラ
ーにより走査された光を第２軸方向に走査する第２のス
キャナミラーと、前記第２のスキャナミラーを駆動する
第２の駆動手段と、前記第２の駆動手段の入力波形を生
成する第２の波形発生手段とを備えたものである。

【０００９】（６）前記（５）の形状測定装置におい
て、前記第２の波形発生手段として、第２の駆動手段用
波形をデジタル信号で出力する第２のデジタル波形発生
手段と、前記第２のデジタル波形発生手段から出力され
た走査波形をアナログ量に変換する第２のＤ／Ａコンバ
ータとを用いる。

【００１０】（７）前記（５）の形状測定装置におい
て、前記第２の波形発生手段として、前記第２のスキャ
ナミラーの走査波形を複数組保持する第２の波形記憶手
段と、前記第２の波形記憶手段に記憶される一つの走査
波形のみを有効として出力する第２の走査波形選択手段
と、前記第２の走査波形選択手段から出力された走査波
形をアナログ量に変換する第２のＤ／Ａコンバータとを
用いる。

【００１１】（８）前記（５）の形状測定装置におい
て、前記第１の波形発生手段及び第２の波形発生手段と
して、前記第１のスキャナミラーの走査波形と第２のス
キャナミラーの走査波形とが同期して組み合わされた２
次元の波形データを複数組保持する２次元波形記憶手段
と、前記２次元波形記憶手段に記憶される一組の走査波
形のみを有効として第１のスキャナミラー用出力と第２
のスキャナミラー用出力とに分れて出力する第３の走査
波形選択手段と、前記第３の走査波形選択手段から出力
された走査波形を前記第１のスキャナミラー用アナログ
量に変換するＤ／Ａコンバータと、前記第３の走査波形
選択手段から出力された走査波形を前記第２のスキャナ
ミラー用アナログ量に変換するＤ／Ａコンバータとを用
いる。

【００１２】（９）光源から照射された光の測定対象物
の表面で反射された反射光を、光電変換素子上に光点と
して結像させ、前記光点が光電変換素子上のどの位置に
結像したかを算出し、前記算出された結像位置から測定
対象物までの距離を算出し、前記算出された距離を一定
期間収集し、収集した距離出力から測定対象物の形状を
認識する形状認識プログラムを記録したコンピュータ読
み取り可能な記録媒体において、前記距離出力である距
離データを一定期間収集して形状として再構成するステ
ップと、前記再構成された形状が予め登録した形状ひな
型と整合するか否かを判定するステップと、前記判定結
果が「整合している（成功）」の場合には、「走査幅が
狭い」なる出力を波形生成手段へ出力するステップと、
前記判定結果が「整合していない（失敗）」の場合に
は、「走査幅が広い」なる出力を波形生成手段へ出力し
て処理を終了するステップからなる形状認識処理手順
を、コンピュータに実行させるプログラムを記録したコ
ンピュータ読み取り可能な記録媒体である。

【００１３】（１０）前記（９）のコンピュータ読み取
り可能な記録媒体において、前記再構成された形状が予
め登録した形状ひな型と整合するか否かの判定の結果が
「整合している（成功）」の場合には、「走査幅が広
く、その走査幅の中心部のみ密」なる出力をデジタル波
形生成手段へ出力し、「整合していない（失敗）」の場
合には、「走査幅が広い」なる出力をデジタル波形生成
手段へ出力する形状認識処理手順を、コンピュータに実
行させるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可
能な記録媒体である。

【００１４】（１１）前記（９）のコンピュータ読み取
り可能な記録媒体において、前記再構成された形状が予
め登録した形状ひな型と整合するか否かの判定の結果が
「整合している（成功）」の場合には、「走査幅が広
い」なる出力と詳細測定希望箇所とをデジタル波形生成
手段へ出力し、「整合していない（失敗）」の場合に
は、「走査幅が広い」なる出力をデジタル波形生成手段
へ出力する形状認識処理手順を、コンピュータに実行さ
せるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な
記録媒体である。

【００１５】（１２）前記（９）のコンピュータ読み取
り可能な記録媒体において、前記形状認識手段より走査
波形条件を受け取り、前記走査波形条件の走査幅がどの
ようなものかを検出し、その検出結果が「走査幅が広
い」の場合には、角度変化の大きい走査波形出力をスキ
ャナミラーへ出力し、その検出結果が「走査幅が狭い」
の場合には、角度変化の小さい走査波形を出力として処
理を終了する波形生成処理手順を、コンピュータに実行
させるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能
な記録媒体である。

【００１６】（１３）前記（９）のコンピュータ読み取
り可能な記録媒体において、前記形状認識手段より走査
波形条件を受け取り、前記走査波形条件の走査幅がどの
ようなものかを検出し、その検出結果が「走査幅を広
く、その走査幅の中心部のみ密な走査」の場合には、角
度変化が大きく、その走査幅の中心部のみ密な走査波形
出力とし、その検出結果が「走査幅が広い」の場合に
は、角度変化の大きい走査波形出力を光走査手段へ出力
として処理を終了する波形生成処理手順を、コンピュー
タに実行させるプログラムを記録したコンピュータ読み
取り可能な記録媒体である。

【００１７】（１４）前記（９）のコンピュータ読み取
り可能な記録媒体において、前記形状認識手段より走査
波形条件を受け取り、前記走査波形条件の走査幅がどの
ようなものかを検出し、その検出結果が「走査幅が広
い」の場合、角度変化が大きい走査波形出力をデジタル
・アナログ変換手段へ出力し、その検出結果が「走査幅
が広い」＋「詳細測定箇所」の場合には、角度変化が大
きく、かつ詳細測定箇所が密な走査波形を出力として処
理を終了する波形生成処理手順を、コンピュータに実行
させるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能
な記録媒体である。

【００１８】（１５）前記（９）のコンピュータ読み取
り可能な記録媒体において、前記形状認識手段より走査
幅に対する結果を受け取り、予め波形選択手段に内蔵さ
れた入出力対応表により波形のインデックスを取得し、
波形記憶装置より波形インデックスで指定された波形を
取り出し、Ｄ／Ａコンバータへ出力する波形選択処理手
順を、コンピュータに実行させるプログラムを記録した
コンピュータ読み取り可能な記録媒体である。

【００１９】（１６）前記（１）乃至（１５）におい
て、前記光源としてレーザ光源を用い、光ビームとして
レーザを用いる。

【００２０】前述のように、本発明では、測定対象物
が、形状認識できるかどうかにより、光走査の幅を変え
るので、形状認識が成功する前の測定対象物を探すこと
が要求される場合と、形状認識が成功した後の測定対象
物の形状を精密に測定することが要求される場合との両
方の場合の要求を満たすことができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明につ
いて、その実施の形態（実施例）とともに詳細に説明す
る。なお、実施の形態を説明するための全図において、
同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返し
の説明は省略する。

【００２２】（実施形態１）図１は、本発明による実施
形態１の形状測定装置の概略構成を示すブロック図であ
る。本実施形態１の形状測定装置は、図１に示すよう
に、レーザ光源１１と、前記レーザ光源１１から照射さ
れるレーザを第１の軸方向に走査する第１のスキャナミ
ラー（光走査手段）１２と、前記レーザ光源１１から照
射されたレーザの測定対象物１３の表面で反射された反
射光を光電変換素子（光電変換手段）上に光点として結
像させる結像手段（レンズ）１４と、受光した光エネル
ギを光の位置と強さに応じた電気信号に変換する光電変
換素子１５と、前記光電変換素子１５から出力された電
気信号から、光点が光電変換素子１５上のどの位置に結
像したかを算出する結像位置算出手段１６と、前記結像
位置算出手段１６の出力から、測定対象物までの距離を
算出する距離算出手段１７と、前記距離算出手段１７の
距離出力を一定期間収集し、収集した距離出力から測定
対象物の形状を認識する形状認識手段１８と、前記形状
認識手段１８の認識が成功したときに、生成する波形を
変えるアナログ波形ジェネレータ（アナログ波形発生手
段）１９と、前記アナログ波形ジェネレータ１９の出力
に基づいて、前記スキャナミラー１２を駆動するスキャ
ナドライバ（スキャナ駆動手段）２０とを備えている。

【００２３】本実施形態１の形状測定装置では、前記レ
ーザ光源１１、第１のスキャナミラー１２、結像手段１
４、光電変換素子１５、結像位置算出手段１６、及び距
離算出手段１７で距離測定を行う。なお、距離測定の原
理については、特願平８−２６２９０４号（「距離測定
方法及び距離測定装置」）に詳細に記載されている。

【００２４】本実施形態１の形状測定装置において、前
記レーザ光源１１から照射されたレーザは、第１のスキ
ャナミラー１２により、測定対象物１３の表面を走査す
る。前記走査の間に、繰り返し距離測定を行い、走査軌
跡上の各々の点の距離データを得る。すなわち、走査軌
跡上の形状を求めることができる。

【００２５】前記求めた形状は、形状認識手段１８によ
り認識される。この認識が失敗する場合は、本実施形態
１の形状測定装置の前に測定対象物１３がないか、ある
いは、あったとしても形状認識手段１８が認識できる形
状ではないときである。失敗する場合は、第１のスキャ
ナミラー１２の走査幅が広くなるように、アナログ波形
ジェネレータ１９が走査波形を出力する。すなわち、広
範囲の形状を観測できるようにし、認識できる測定対象
物１３を探し易くできる。

【００２６】一方、認識が成功する集合は、第１のスキ
ャナミラー１２の走査幅が狭くなるように、アナログ波
形ジェネレータ１９が走査波形を出力する。このとき、
走査周期を変えずに、走査幅を狭くすると、形状測定の
測定分解能が向上する。走査周期を走査幅に比例して小
さくすると、測定分解能は変わらないが、測定にかかる
時間が小さくなる。これは、繰り返し行う距離測定の各
点の間隔（測定分解能）と、走査幅と、１回の走査の期
間（走査周期）と、１点の距離測定に必要な時間には以
下の関係があるからである。走査幅／各点の間隔（測定分解能）＝走査周期／１点の
距離測定時間前記１点の距離測定に必要な時間は、装置の構成で決ま
る値であり、一定値である。

【００２７】（実施形態２）図２は、本発明による実施
形態２の形状測定装置の概略構成を示すブロック図であ
り、２１はデジタル波形ジェネレータ（デジタル波形発
生手段）、２２はＤ／Ａコンバータである。本実施形態
２の形状測定装置は、図２に示すように、第１のスキャ
ナミラー１２の走査波形をデジタル波形ジェネレータ２
１により生成するようにした点で、前記実施形態１の形
状測定装置と相違する。前記本実施形態２の形状測定装
置によれば、走査波形を任意の形にする上での自由度を
大きくすることができる。

【００２８】（実施形態３）図３は、本発明による実施
形態３の形状測定装置の概略構成を示すブロック図であ
り、２３は波形メモリ、２４は走査波形選択手段であ
る。本実施形態３の形状測定装置は、第１のスキャナミ
ラー１２の走査波形をテーブルとして複数組を波形メモ
リ２３に保存し、その保存されている走査波形テーブル
の内から走査波形選択手段２４によりどの走査波形テー
ブルを使うかを選択し、選択された走査波形テーブルに
基づいて走査波形を指定するようにした点で、前記実施
形態１の形状測定装置と相違する。本実施形態３の形状
測定装置によれば、走査波形を任意の形にする上での自
由度を、前記実施形態２よりもさらに大きくすることが
できる。

【００２９】（実施形態４）図４は、本発明による実施
形態４の形状測定装置の概略構成を示すブロック図であ
り、２５は第２のスキャナミラー、２６は第２のアナロ
グ波形ジェネレータ（アナログ波発生手段）、２７は第
２のスキャナドライバである。本実施形態４の形状測定
装置は、図４に示すように、第１のレーザ走査手段を構
成する第１のスキャナミラー１２と、第２のレーザ走査
手段を構成する第２のスキャナミラー２５とを配置し、
各々のスキャナミラー１２，２５の走査波形を生成する
アナログ波形ジェネレータ及び第２のアナログ波形ジェ
ネレータ１９，２６を備えるようにした点で、前記実施
形態１の形状測定装置と相違する。本実施形態３の形状
測定装置では、第１のレーザ走査手段を構成する第１の
スキャナミラー１２と、第２のレーザ走査手段を構成す
る第２のスキャナミラー２５を制御して、レーザ光源１
１から照射されたレーザをＸ軸方向、及びＹ軸方向に走
査することにより、測定対象物３の２次元の領域の形状
を測定することが可能になる。

【００３０】（実施形態５）図５は、本発明による実施
形態５の形状測定装置の概略構成を示すブロック図であ
り、２８は第２のデジタル波形ジェネレータ（第２のデ
ジタル波形発生手段）、２９は第２のＤ／Ａコンバータ
である。本実施形態５の形状測定装置は、図５に示すよ
うに、第１のスキャナミラー１２の走査波形をデジタル
波形ジェネレーター２１により、第２のスキャナミラー
２５の走査波形を第２のデジタル波形ジェネレータ２８
により生成するようにした点で、前記実本実施形態２の
形状測定装置と相違する。前記本実施形態５の形状測定
装置によれば、前記本実施形態４の形状測定装置と同様
に、測定対象物３の２次元の領域の形状を測定すること
が可能になる。また、走査波形を任意の形にする上での
自由度を大きくすることができる。

【００３１】（実施形態６）図６は、本発明による実施
形態６の形状測定装置の概略構成を示すブロック図であ
り、３０は第２の波形メモリ、３１は第２の走査波形選
択手段である。本実施形態６の形状測定装置は、第１の
スキャナミラー１２の走査波形をテーブルとして複数組
を波形メモリ（波形記憶手段）２３に保存し、第２のス
キャナミラー２５の走査波形をテーブルとして複数組を
第２の波形メモリ３０に保存する。前記保存されている
走査波形テーブルの内から走査波形選択手段２４，３１
によりどの走査波形テーブルを使うかを選択し、選択さ
れた走査波形テーブルに基づいて走査波形を指定するよ
うにした点で、前記実施形態４の形状測定装置と相違す
る。本実施形態６の形状測定装置によれば、前記本実施
形態４の形状測定装置と同様に、測定対象物３の２次元
の領域の形状を測定することが可能になる。また、走査
波形を任意の形にする上での自由度を前記実施形態５の
形状測定装置よりもさらに大きくすることができる。

【００３２】（実施形態７）図７は、本発明による実施
形態７の形状測定装置の概略構成を示すブロック図であ
り、３２は２次元波形メモリ、３３はそれに対応する走
査波形選択手段である。本実施形態７の形状測定装置
は、前記第１のスキャナミラー１２の走査波形と第２の
スキャナミラー２５の走査波形とを同期して組み合せた
２次元波形を、テーブルとして２次元波形メモリ３２に
保存する。前記保存されている走査波形テーブルの内か
ら走査波形選択手段３３によりどの走査波形テーブルを
使うかを選択し、選択された走査波形テーブルに基づい
て走査波形を指定するようにした点で、前記実施形態４
の形状測定装置と相違する。本実施形態７の形状測定装
置によれば、測定対象物３の２次元の領域の形状を測定
することが可能になる。また、走査波形を渦巻き型など
の自由な波形にすることができる。

【００３３】（形状認識手段における形状認識処理）前
記実施形態１及び２における形状認識手段の形状認識手
順を図８に示す。前記形状認識手段の形状認識処理は、
図８に示すように、前記距離算出手段１７からの距離デ
ータを一定期間収集して形状として再構成する（ステッ
プ１０１）。前記再構成された形状は、形状認識手段１
８に予め登録した形状ひな型と整合するか否かを判定し
（ステップ１０２）、その判定の結果が「整合している
（成功）」の場合には、「走査幅が狭い」なる出力をア
ナログ波形ジェネレータ１９もしくはデジタル波形ジェ
ネレータ２１へ出力する（ステップ１０３）。その判定
の結果が「整合していない（失敗）」の場合は、「走査
幅が広い」なる出力をアナログ波形ジェネレータ１９も
しくはデジタル波形ジェネレータ２１へ出力して処理を
終了する（ステップ１０４）。

【００３４】また、認識成功時に中心部のみ分解能を上
げる場合には、図９に示すように、前記図８に示すステ
ップ１０３において、その判定の結果が「整合している
（成功）」の場合には、「走査幅が広く、その走査幅の
中心部のみ密」なる出力（ステップ１０３Ａ）をデジタ
ル波形ジェネレータ２１へ出力する。その判定の結果が
「整合していない（失敗）」の場合は、「走査幅が広
い」なる出力をデジタル波形ジェネレータ２１へ出力し
て処理を終了する（ステップ１０４）。

【００３５】また、図１０に示すように、前記図８に示
すステップ１０３において、その判定の結果が「整合し
ている（成功）」の場合には、「走査幅を広い」なる出
力と詳細測査希望箇所とを（ステップ１０３Ｂ）をデジ
タル波形ジェネレータ２１へ出力する。その判定の結果
が「整合していない（失敗）」の場合は、「走査幅が広
い」なる出力をデジタル波形ジェネレータ２１へ出力し
て処理を終了する（ステップ１０４）。

【００３６】（波形ジェネレータにおける波形生成処
理）アナログ波形ジェネレータ１９あるいはデジタル波
形ジェネレータ２１において、前記認識成功時に分解能
を上げる場合の波形生成処理手順を図１１に示す。アナ
ログ波形ジェネレータ１９あるいはデジタル波形ジェネ
レータ２１において、その波形生成処理手順は、図１１
に示すように、形状認識手段１８より走査波形条件を受
け取る（ステップ２０１）。次に、前記走査波形条件の
走査幅がどのようなものかを検出し（ステップ２０
２）、その検出結果が「走査幅が広い」の場合には、角
度変化の大きい走査波形出力に処理し、その出力をスキ
ャナドライバ２０あるいはＤ／Ａコンバータへ出力する
（ステップ２０３）。その検出結果が「走査幅が狭い」
の場合には、角度変化の小さい走査波形出力として処理
を終了する（ステップ２０４）。

【００３７】また、前記デジタル波形ジェネレータ２１
において、前記認識成功時に走査中心部のみ分解能を上
げる場合の波形生成処理手順を図１２に示す。前記認識
成功時に分解能を上げる場合において、図１２に示すよ
うに、前記図１１に示すステップ２０２において、その
検出結果が「走査幅を広く、その走査幅の中心部のみ密
な走査」の場合には、角度変化の大きい走査波形であっ
て、その走査幅の中心部のみ密な走査波形出力に処理
し、「走査幅が広い」の場合には、角度変化が大きい走
査波形出力に処理して終了する（ステップ２０４Ａ）。

【００３８】また、前記デジタル波形ジェネレータ２１
において、前記認識成功時に分解能を上げる場合の別の
波形生成処理手順を図１３に示す。前記認識成功時に分
解能を上げる場合において、図１３に示すように、前記
図１１に示すステップ２０２において、その検出結果が
「走査幅が広い」の場合には、角度変化の大きい走査波
形出力をＤ／Ａコンバータへ出力する（ステップ２０３
Ｂ）。その検出結果が「走査幅が広い」＋「詳細測定箇
所」の場合には、角度変化が大きい走査波形であって、
詳細測定箇所が密な走査波形出力として処理は終了する
（ステップ２０４Ｂ）。

【００３９】（波形選択手段における波形選択処理）図
３の走査波形選択手段２４において、前記認識成功時に
分解能を上げる場合の波形選択処理手順を図１４に示
す。走査波形選択手段２４において、その波形選択処理
手順は、図１４（ａ）に示すように、形状認識手段１８
より走査幅に対する結果を受け取り（ステップ３０
１）、予め波形選択手段に内蔵された入出力対応表によ
り波形のインデックスを得る（ステップ３０２）。ここ
で、前記入出力対応表において、例えば、入力は「走査
幅狭」及び「走査幅広」であり、出力は「波形１のイン
デックス」及び「波形２のインデックス」である。「波
形１（角度変化の小さい走査波形）」及び「波形２（角
度変化の大きい走査波形）」は、図１４（ｂ）に示すよ
うに、波形メモリ２３に格納されている。次に、波形メ
モリ２３より波形インデックスで指定された波形を取り
出し、Ｄ／Ａコンバータ２２へ出力する。

【００４０】なお、前記実施形態において、図８乃至図
１４に示す形状認識手段における形状認識処理及び波形
選択手段における波形選択処理を実現するためのプログ
ラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録し、
コンピュータシステムにおいて、この記録媒体に記録さ
れたプログラムを読み込み、実行することにより、前記
実施形態の形状認識処理及び波形選択処理を実行するよ
うにしてもよい。なお、ここでいう「コンピュータシス
テム」とは、ＯＳや周辺機器などのハードウェアを含む
ものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録
媒体」とは、フロッピーディスク、光磁気ディスク、Ｒ
ＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭなどの可搬媒体、コンピュータシス
テムに内蔵されるハードディスク等の記録装置をいう。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施の形
態（実施例）に基づき具体的に説明したが、本発明は、
前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を
逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論
である。

【００４１】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。本発明によれば、測定対象物が、形
状認識できるかどうかにより、レーザ走査の幅を変える
ので、形状認識が成功する前の測定対象物を探すことが
要求される場合と、形状認識が成功した後の測定対象物
の形状を精密に測定することが要求される場合との両方
の場合の要求を満たすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による実施形態１の形状測定装置の概略
構成を示すブロック図である。

【図２】本発明による実施形態２の形状測定装置の概略
構成を示すブロック図である。

【図３】本発明による実施形態３の形状測定装置の概略
構成を示すブロック図である。

【図４】本発明による実施形態４の形状測定装置の概略
構成を示すブロック図である。

【図５】本発明による実施形態５の形状測定装置の概略
構成を示すブロック図である。

【図６】本発明による実施形態６の形状測定装置の概略
構成を示すブロック図である。

【図７】本発明による実施形態７の形状測定装置の概略
構成を示すブロック図である。

【図８】本実施形態の形状認識手段において、前記認識
成功時に分解能を上げる場合の波形生成処理手順を示す
流れ図である。

【図９】本実施形態の形状認識手段において、前記認識
成功時に分解能を上げる場合の別の波形生成処理手順を
示す流れ図である。

【図１０】本実施形態の形状認識手段において、前記認
識成功時に分解能を上げる場合の別の波形生成処理手順
を示す流れ図である。

【図１１】本実施形態の波形ジェネレータにおいて、前
記認識成功時に分解能を上げる場合の波形生成処理手順
を示す流れ図である。

【図１２】本実施形態のデジタル波形ジェネレータにお
いて、前記認識成功時に分解能を上げる場合の波形生成
処理手順を示す流れ図である。

【図１３】本実施形態のデジタル波形ジェネレータにお
いて、前記認識成功時に分解能を上げる場合の別の波形
生成処理手順を示す流れ図である。

【図１４】本実施形態の走査波形選択手段において、前
記認識成功時に分解能を上げる場合の走査波形選択処理
手順を示す流れ図である。

【図１５】従来のレーザレンジセンサの基本原理を説明
するための図である。

【図１６】従来のレーザレンジセンサの距離測定の原理
を説明するための図である。

【図１７】レーザレンジセンサにスキャナミラーを付加
することにより形状計測ができることを説明するための
図である。

【符号の説明】

１，１１…レーザ光源、２…レーザ、７…反射光、８…
受光レンズ、９…受光素子、１０…受光面、１２…第１
のスキャナミラー、３，１３…測定対象物、１４…結像
手段、１５…光電変換素子、１６…結像位置算出手段、
１７…距離算出手段、１８…形状認識手段、１９…アナ
ログ波形ジェネレータ（アナログ波発生手段）、２０…
スキャナドライバ（スキャナ駆動手段）、２１…デジタ
ル波形ジェネレータ（デジタル波形発生手段）、２２…
Ｄ／Ａコンバータ、２３…波形メモリ、２４…走査波形
選択手段、２５…第２のスキャナミラー、２６…第２の
アナログ波形ジェネレータ（第２のアナログ波発生手
段）、２７…第２のスキャナドライバ（第２のスキャナ
駆動手段）、２８は第２のデジタル波形ジェネレータ
（第２のデジタル波形発生手段）、２９…第２のＤ／Ａ
コンバータ、３０…第２の波形メモリ、３１…第２の走
査波形選択手段、３２…２次元波形メモリ。

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、前記光源から照射される光ビー
ムを第１の軸方向に走査する第１の光走査手段と、受光
した光エネルギを光ビームの位置と強さに応じた電気信
号に変換する光電変換手段と、前記光源から照射された
光ビームの測定対象物の表面で反射された反射光を、前
記光電変換手段上に光点として結像させる結像手段と、
前記光電変換手段から出力された電気信号から、前記光
点が光電変換手段上のどの位置に結像したかを算出する
結像位置算出手段と、前記結像位置算出手段の出力か
ら、測定対象物までの距離を算出する距離算出手段とを
備えた形状測定装置であって、前記距離算出手段の距離出力を一定期間収集し、収集し
た距離出力から測定対象物の形状を認識する形状認識手
段と、前記形状認識手段の認識が成功したときに、生成
する波形を変える波形発生手段と、前記波形発生手段の
出力に基づいて前記第１の光走査手段を駆動する第１の
駆動手段を備えたことを特徴とする形状測定装置。
【請求項２】前記波形発生手段として、アナログ波形
発生手段を用いることを特徴とする請求項１に記載の形
状測定装置。
【請求項３】前記波形発生手段として、波形をデジタ
ル信号で出力するデジタル波形発生手段と、前記デジタ
ル波形発生手段から出力された走査波形をアナログ量に
変換するデジタル・アナログ変換手段とを用いることを
特徴とする請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項４】前記波形発生手段として、前記第１の光
走査手段の走査波形を複数組保持する波形記憶手段と、
前記波形記憶手段に記憶される一つの走査波形のみを有
効として出力する走査波形選択手段と、前記走査波形選
択手段から出力された走査波形をアナログ量に変換する
デジタル・アナログ変換手段とを用いることを特徴とす
る請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項５】光源と、前記光源から照射される光ビー
ムを第１の軸方向に走査する第１の光走査手段と、前記
光源から照射される光を第２の軸方向に走査する第２の
光走査手段と、受光した光エネルギを光の位置と強さに
応じた電気信号に変換する光電変換手段と、前記光源か
ら照射された光の測定対象物の表面で反射された反射光
を、前記光電変換手段上に光点として結像させる結像手
段と、前記光電変換手段から出力された電気信号から、
前記光点が光電変換手段上のどの位置に結像したかを算
出する結像位置算出手段と、前記結像位置算出手段の出
力から、測定対象物までの距離を算出する距離算出手段
とを備えた形状測定装置であって、前記距離算出手段の距離出力を一定期間収集し、収集し
た距離出力から測定対象物の形状を認識する形状認識手
段と、前記形状認識手段の認識が成功したときに、生成
する波形を変える波形発生手段と、前記波形発生手段の
出力に基づいて前記第１の光走査手段を駆動する第１の
駆動手段と、第１の光走査手段により走査された光を第
２軸方向に走査する第２の光走査手段と、前記第２の光
走査手段を駆動する第２の駆動手段と、前記第２の駆動
手段の入力波形を生成する第２の波形発生手段とを備え
ることを特徴とする形状測定装置。
【請求項６】前記第２の波形発生手段として、第２の
アナログ駆動手段用波形をデジタル信号で出力する第２
のデジタル波形発生手段と、前記第２のデジタル波形発
生手段から出力された走査波形をアナログ量に変換する
第２のデジタル・アナログ変換手段とを用いることを特
徴とする請求項５に記載の形状測定装置。
【請求項７】前記第２の波形発生手段として、前記第
２の光走査手段の走査波形を複数組保持する第２の波形
記憶手段と、前記第２の波形記憶手段に記憶される一つ
の走査波形のみを有効として出力する第２の走査波形選
択手段と、前記第２の走査波形選択手段から出力された
走査波形をアナログ量に変換する第２のデジタル・アナ
ログ変換手段とを用いることを特徴とする請求項５に記
載の形状測定装置。
【請求項８】前記第１の波形発生手段及び第２の波形
発生手段として、前記第１の光走査手段の走査波形と第
２の光走査手段の走査波形とが同期して組み合わされた
２次元の波形データを複数組保持する２次元波形記憶手
段と、前記２次元波形記憶手段に記憶される一組の走査
波形のみを有効として第１の光走査手段用出力と第２の
光走査手段用出力とに分れて出力する第３の走査波形選
択手段と、前記第３の走査波形選択手段から出力された
走査波形を前記第１の光走査手段用アナログ量に変換す
るデジタル・アナログ変換手段と、前記第３の走査波形
選択手段から出力された走査波形を前記第２の光走査手
段用アナログ量に変換するデジタル・アナログ変換手段
とを用いることを特徴とする請求項５に記載の形状測定
装置。
【請求項９】光源から照射された光ビームの測定対象
物の表面で反射された反射光を、光電変換手段上に光点
として結像させ、前記光点が光電変換手段上のどの位置
に結像したかを算出し、前記算出された結像位置から測
定対象物までの距離を算出し、前記算出された距離を一
定期間収集し、収集した距離出力から測定対象物の形状
を認識する形状認識プログラムを記録したコンピュータ
読み取り可能な記録媒体において、前記距離出力である距離データを一定期間収集して形状
として再構成するステップと、前記再構成された形状が
予め登録した形状ひな型と整合するか否かを判定するス
テップと、前記判定結果が「整合している（成功）」の
場合には、「走査幅が狭い」なる出力を波形生成手段へ
出力するステップと、前記判定結果が「整合していない
（失敗）」の場合には、「走査幅が広い」なる出力を波
形生成手段へ出力して処理を終了するステップからなる
形状認識処理手順を、コンピュータに実行させるプログ
ラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項１０】請求項９に記載の前記コンピュータ読
み取り可能な記録媒体において、前記再構成された形状
が予め登録した形状ひな型と整合するか否かを判定し、
その結果が「整合している（成功）」の場合には、「走
査幅が広く、その走査幅の中心部のみ密」なる出力をデ
ジタル波形生成手段へ出力し、「整合していない（失
敗）」の場合には、「走査幅が広い」なる出力をデジタ
ル波形生成手段へ出力する形状認識処理手順を、コンピ
ュータ上で実行させるプログラムを記録したコンピュー
タ読み取り可能な記録媒体。
【請求項１１】請求項９に記載の前記コンピュータ読
み取り可能な記録媒体において、前記再構成された形状
が予め登録した形状ひな型と整合するか否かを判定し、
その結果が「整合している（成功）」の場合には、「走
査幅が広い」なる出力と詳細測定希望箇所とをデジタル
波形生成手段へ出力し、「整合していない（失敗）」の
場合には、「走査幅が広い」なる出力をデジタル波形生
成手段へ出力する形状認識処理手順を、コンピュータ上
で実行させるプログラムを記録したコンピュータ読み取
り可能な記録媒体。
【請求項１２】請求項９に記載の前記コンピュータ読
み取り可能な記録媒体において、前記形状認識手段より
走査波形条件を受け取り、前記走査波形条件の走査幅が
どのようなものかを検出し、その検出結果が「走査幅が
広い」の場合には、角度変化の大きい走査波形出力を光
走査手段へ出力し、その検出結果が「走査幅が狭い」の
場合には、角度変化の小さい走査波形を出力として、処
理を終了する波形生成処理手順を、コンピュータに実行
させるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能
な記録媒体。
【請求項１３】請求項９に記載の前記コンピュータ読
み取り可能な記録媒体において、前記形状認識手段より
走査波形条件を受け取り、前記走査波形条件の走査幅が
どのようなものかを検出し、その検出結果が「走査幅が
広く、その走査幅の中心部のみ密な走査」の場合には、
角度変化が大きく、その走査幅の中心部のみ密な走査波
形出力とし、その検出結果が「走査幅が広い」の場合に
は、角度変化の大きい走査波形出力を光走査手段へ出力
として処理を終了する波形生成処理手順を、コンピュー
タに実行させるプログラムを記録したコンピュータ読み
取り可能な記録媒体。
【請求項１４】請求項９に記載の前記コンピュータ読
み取り可能な記録媒体において、前記形状認識手段より
走査波形条件を受け取り、前記走査波形条件の走査幅が
どのようなものかを検出し、その検出結果が「走査幅が
広い」の場合には、角度変化が大きい走査波形出力をデ
ジタル・アナログ変換手段へ出力し、その検出結果が
「走査幅が広い」＋「詳細測定箇所」の場合には、角度
変化が大きく、かつ詳細測定箇所が密な走査波形を出力
として処理を終了する波形生成処理手順を、コンピュー
タに実行させるプログラムを記録したコンピュータ読み
取り可能な記録媒体。
【請求項１５】請求項９に記載の前記コンピュータ読
み取り可能な記録媒体において、前記形状認識手段より
走査幅に対する結果を受け取り、予め波形選択手段に内
蔵された入出力対応表により波形のインデックスを取得
し、波形記憶装置より波形インデックスで指定された波
形を取り出し、デジタル・アナログ変換手段へ出力する
波形選択処理手順を、コンピュータに実行させるプログ
ラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。