JP2001304816A - レーザ反射光による粒状斑点模様を利用した移動量測定方式とその装置 - Google Patents

レーザ反射光による粒状斑点模様を利用した移動量測定方式とその装置

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Abstract

(57)【要約】 特別なマークや標識を必要とせずに、非接触で被計測物
の移動量を精密に計測する。 【課題】熱あるいは引っ張りや圧縮力などにより、被計
測物の移動量を特別な標識やマークを必要とせず非接触
で計測する方法および装置を提供する。被計測物にレー
ザ光を照射し、反射光である粒状斑点模様を暗視筒を装
着したラインセンサーで直接撮影し、該粒状斑点模様の
変化から移動量を求めるものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、被計測物の様
態、即ち、温度、色彩、材質などによる影響を比較的に
受けずに、かつ、特別な標識やマークを必要とせずに、
非接触で平面および前後移動量を高速動的計測を可能と
する方法およびその装置に関する。
【０００２】
【発明の技術的背景】この発明は、指向性、高輝度、直
進性および単色光であるレーザ光を被計測物に照射する
と、反射光として粒状斑点模様が発生する。この粒状斑
点模様は被計測物の表面の粗面に基づくものであり、レ
ーザ照射位置の固有のものである。被計測物に熱あるい
は外部から応力が加わると、膨張あるいは伸びが生ずる
と粒状斑点模様も比例して並行移動し、被計測物が計測
装置に対して前後移動すると粒状斑点が比例して縮小拡
大する性質がある。この粒状斑点を標識として光学的に
直接撮像し、かつ、演算処理し、更にこれを移動量とし
て表示出力するものである。
【０００３】
【従来の技術】従来より非接触による計測方法として
は、レーザ光を被計測物に垂直に照射し、法線に対して
４５度の方向に二つの１次元センサーを設置する。レー
ザ光を被計測物に照射することにより、散乱した光が互
いに干渉し合い粒状斑点模様が発生する。この時の各１
次元センサー出力を基準信号とし、被計測物表面の移動
や歪に伴い粒状斑点模様が変化しながら移動する。この
移動を二点で光電的に検出して差をとることにより剛体
移動成分が自動的に打ち消されて歪を求める相互相関法
と呼ばれる方法がある。また、計測環境を暗室とし、レ
ーザ反射光を磨りガラスを利用したスクリーンに粒状斑
点模様を投影し、その投影模様をディジタルカメラなど
で撮像し、コンピュータで任意の粒状斑点を抽出し、そ
の重心点の移動量から、被計測物の移動に伴う平面移動
量を求める方法がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前記した干渉縞から歪
や移動量を算出する方法は、光学部品および光学系機構
に高い精度が要求され、かつ、相互相関法に基づく相関
ピーク値の検出および基準信号値が閾値より低くなった
場合の演算処理が複雑化、煩雑化する。また、磨りガラ
スによるスクリーン投影は計測環境を暗室にする制約が
ある。
【０００５】本発明は、従来技術における、構成技術、
計測環境などの諸条件による制約等、数多くの要求事項
を解消し、かつこれに対応すべく、計測方法ならびにそ
の装置における各手段の簡素化、被計測物の類にあたっ
ては、制約範囲の拡大可能な開発を目的とするものであ
る。また、従来技術よりも画像処理が非常に簡便である
ために高速移動する被計測物に対しても計測することが
できる。
【０００６】
【問題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するための方法と手段にあって、被計測物にレー
ザ光を照射することにより反射光として粒状斑点模様が
発生する。この粒状斑点模様を一般事務所程度の環境下
で容易な方法で映像として直接撮像し、被計測物とレー
ザ反射光が描く粒状斑点模様の定量的な相対関係から課
題を解決するものである。方法の発明は非接触で特別な
標識やマークを必要とせずに移動量を測定する方法にあ
って、被計測物の表面にレーザ光を照射すると粒状斑点
模様が現れ、この模様のなかの任意の粒状斑点を標識と
して光学的に認識し、かつ、被計測物の移動に伴う粒状
斑点の変化をラインセンサーの該認識画素に対応させて
演算処理し、被計測物の実質移動量を求めて表示出力す
るものである。
【０００７】また、手段である装置の発明として、非接
触で平面移動量を測定する装置にあって、被計測物に粒
状斑点模様を描かせるレーザ投光機と、粒状斑点模様を
標識として、容易に直接撮像できる暗視筒を装備したラ
インセンサーと、ラインセンサーからのアナログ信号を
ディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換機と、Ａ／Ｄ変換
機からのディジタル信号化した粒状斑点映像から実質移
動量を算出する演算処理装置と、演算処理装置による被
計測物の移動量である演算数値を表示出力する表示出力
装置と、からなるものである。
【０００８】
【作用】この発明は、大別すると４要素がある。
【０００９】その第１は、被計測物に対してレーザ光を
照射する要素。
【００１０】その第２は、被計測物に照射したレーザ反
射光である粒状斑点模様を撮像する要素。
【００１１】第３は、被計測物と撮像した粒状斑点との
移動量を定量化し、これを具体的な機器、装置に応用す
る要素。
【００１２】その第４は、撮像した粒状斑点模様をライ
ンセンサーの画素に対応せさて移動量を演算処理し、更
に、これを実質移動量として表示出力する要素である。
【００１３】上記した各要素を集約し、かつ、これらを
総合的に要約すると、レーザ光を被計測物に照射し、該
被計測物の粗面に対応した粒状斑点模様を描かせ、被計
測物の移動に並行して前記粒状斑点模様のうちラインセ
ンサーで１列分のランダムな明暗映像を連続して撮像
し、コンピュータにより明暗映像の任意の粒状斑点を基
点として時経列に追跡し、ラインセンサーの画素間隔の
距離を基準とし、リアル・タイムで演算処理し移動数値
を表示出力するものである。また、移動量が非常に大き
い場合、基点とした任意の粒状斑点がラインセンサーの
撮像範囲から逸脱する直前に、当該撮像範囲内の適宜な
位置にある粒状斑点を新たな基点とすることを繰り返す
ことにより、連続計測が可能となる。
【００１４】本発明の目的を達成させるために、その計
測装置として、半導体レーザ投光機、外光を遮り反射光
である粒状斑点模様を通過させる暗視筒を装備したライ
ンセンサー、ラインセンサーで撮像した映像信号を２分
岐する映像信号分岐装置、ラインセンサーで撮像した映
像信号を表示するモニタ装置、Ａ／Ｄ（ＡＮＡＬＯＧ／
ＤＩＧＩＴＡＬ）変換器、コンピュータによる演算処理
装置、移動量を表示出力する表示出力装置より構成する
ものである。
【００１５】被計測物の表面に、直進性、高輝度、指向
性、単色光で非常に干渉性が高いレーザ光を照射する
と、被計測物のレーザ照射面の粗面状態に対応して、レ
ーザ光が干渉し合う為に粒状斑点模様が発生する。
【００１６】ここで、被計測物に伸縮が生ずると、それ
に伴い粒状斑点模様も平行移動し、被計測物が計測装置
に対して前後移動すると粒状斑点模様が比例して縮小拡
大する性質がある。また、粒状斑点模様は、レーザ照射
面の粗面によるものであり、固有の模様を描き、従っ
て、被計測物の同一位置にレーザ発光波長、ビーム径お
よび同一撮像素子を使用することにより同一の粒状斑点
模様が再現する性質がある。
【００１７】この粒状斑点を標識として、ラインセンサ
ーで連続して撮像し、Ａ／Ｄ変換機によりアナログ信号
をディジタル信号に変換して演算処理装置の入力とし、
粒状斑点の平面移動量あるいは粒状斑点の縮小拡大率か
ら前後移動量を演算し、演算結果を被計測物の移動量し
て表示出力する。
【００１８】
【実施】次に、この発明の実施例を図１と共に説明する
前段として、本発明の方式を達成するための被計測物な
らびに計測装置として各部位の仕様および機能を説明す
る。
【００１９】１は被計測物。２はレーザ照射面。３はス
クリーンとして使用した磨りガラス。４は粒状斑点模様
のなかの白く撮像するひとつの粒状斑点。５は粒状斑点
模様。６は被計測物に照射するレーザビーム光。７は粒
状斑点模様を発生させるレーザ投光機、８は粒状斑点模
様以外の外光を遮断する暗視筒。９は粒状斑点模様の一
列を撮像するラインセンサー。１０はラインセンサーで
粒状斑点模様を撮像した映像信号を分岐する映像信号分
岐装置。１１はラインセンサーで撮像した映像信号を順
次表示出力するモニタ装置。１２はラインセンサーで撮
像した粒状斑点模様の映像信号を演算処理装置の入力す
る為のＡ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ）変換
器。１３は目的用途に応じて、粒状斑点を標識として平
面移動量の演算、粒状斑点の縮小拡大率を演算し前後移
動量の演算、あるいは粒状斑点の照合を行うことにより
被計測物の特定などを行う演算処理装置。１４は平面移
動量、前後移動量あるいは被計測物の特定などの結果を
リアルタイムで表示する表示出力装置、１５は本方式の
機能性能を実証した計測装置である。
【００２０】１は、被計測物。レーザビーム光６を被計
測物１に照射し、照射面にレーザ光をわずかでも視認す
ることができれば、ラインセンサー９で粒状斑点模様５
を撮像できる。ここで、粒状斑点模様５は被計測物１の
粗面に基づいて生ずるものであり、粗面の少ない鏡面仕
上げされたＩＣウエハ、ハードディスク面においても粒
状斑点模様５を撮像できる。その他、木、各種金属、
紙、布、ガラス、プラスチックなどでも撮像できるが、
流動性のある水や水銀では撮像できない。また、その形
態を維持できない乾燥中や硬化中の塗装や接着剤では粒
状斑点模様５が激しく動き、経過時間に従って粒状斑点
模様５の動きが緩やかとなりやがて乾燥、硬化により静
止する。
【００２１】２はレーザ照射面。
【００２２】３は磨りガラスによるスクリーンであり、
従来の撮像方法を示すものである。計測環境を暗室に
し、レーザ反射光軸に磨りガラス３を設置すると粒状斑
点模様５が映し出され、この映像をＣＣＤカメラなどで
撮像していた。
【００２３】４は粒状斑点であり、粒状斑点模様５の一
つの縞を現している。
【００２４】５は粒状斑点模様。この粒状斑点模様５は
一般事務所程度の環境下で目視することも、直接撮像す
ることがこれまで困難であった。粒状斑点模様５を直接
撮像するために一般的なＣＣＤカメラを使用すると、レ
ーザビーム光６が被計測物１の粗面に応じて広がった粒
状斑点模様５をＣＣＤカメラの結像用レンズにより一点
に集められてしまい結果的に被計測物１にレーザビーム
光６が照射された映像が撮像され、粒状斑点模様５を撮
像することができない。このため、カメラの結像用レン
ズを取り外すことにより、直接ＣＣＤ素子あるいはライ
ンセンサー素子に反射光を導入することにより粒状斑点
模様５を撮像することができる。粒状斑点模様５は、被
計測物１の表面の粗面に基づくレーザ反射光であり、こ
れまで鏡面仕上げされた表面上には発生しないとされて
いた。しかし、鏡面仕上げの代表格であるＩＣウエハで
も粒状斑点模様５を一般事務所程度の環境下において、
計測装置１５（レーザ発光波長６７０ｎｍ、０．６ｍ
Ｗ、被計測物から３０ｃｍ）で撮像できた。ただし、鏡
面仕上げに近づくに従って明暗模様のコントラストが不
明瞭になる。
【００２５】また、一般的に粒状斑点模様５の平均的大
きさは、レーザビーム光６の径を絞ることにより大きく
なり、広げることにより小さくなる性質があるとされて
いたが、鏡面仕上げされたＩＣウエハでは変化しない。
これは、ＩＣウエハの表面が限りなく平坦であることに
基づいている。また、透明な被計測物１に対しても粒状
斑点模様５は現れないとされているが、視認性の高いレ
ーザ光をガラスやフィルムなどに照射した場合、その表
面にレーザ光を視認することができれば粒状斑点模様５
を確実に撮像することができる。
【００２６】６はレーザビーム光であり、レーザ投光機
７の先端から遠ざかるに従って、照射範囲が広がる。こ
のビーム光により被計測物１が計測装置１５から遠ざか
るに従って、粒状斑点模様５の平均的面積が大きくな
り、近づくに従って、平均的面積が小さくなる性質があ
る。
【００２７】７はレーザ投光機であり、計測装置１５で
は６７０ｎｍ、０．６ｍＷを使用し、集光用レンズの位
置を動かすことによりビーム径を変えることができ、画
像処理に適した粒状斑点模様５の平均的面積を任意に得
ることができる。計測装置１５では赤色レーザを使用し
たが、緑や青色レーザ光を使用することにより粒状斑点
模様５の平均的な大きさも変化する。
【００２８】８は暗視筒である。これはラインセンサー
素子に入射する粒状斑点模様５のレーザ反射光以外の外
来光を遮断する機能があり、直径１０ｍｍ長さ５ｃｍ程
度の筒をラインセンサー９の前方に取り付けるだけで、
室内照明などの外来光をほとんど遮断でき、計測環境を
暗室にすることなく、一般事務所程度の環境下で粒状斑
点模様５を直接撮像することができた。この効果は、レ
ーザ投光機７の発光波長のみを通過させる光学バンド・
パス・フィルターよりも効果がみられた。なお、結像用
レンズを取り外したＣＣＤ素子の前方に暗視筒を装着す
るだけで、一般事務所程度の環境下で粒状斑点模様５を
直接撮影できる。
【００２９】９はラインセンサーである。ラインセンサ
ー９は被計測物１の移動方向に並行して画素が並ぶよう
に設置し、粒状斑点模様５の移動を暗視筒８を通して直
接撮像する。
【００３０】１０は映像信号分岐装置である。ラインセ
ンサー９で撮像した一列の粒状斑点模様５の映像信号を
２分岐し、一方をモニタ装置１１の入力とし、他方をＡ
／Ｄ変換機１２の入力とする。
【００３１】１１はモニタ装置である。ラインセンサー
９から入力した粒状斑点模様５の映像信号を時経列に表
示出力する。計測装置１５ならびに被計測物１が平常状
態である場合は、縦列のバーコード状の映像が映し出さ
れる。被計測物１が移動すると階段状のバーコードとな
り、移動速度が増すに従って、階段状のバーコードが緩
やかとなる性質がある。また、被計測物１が計測装置１
５に対して前後移動すると、粒状斑点模様５が比例して
縮小あるいは拡大する。
【００３２】１２はＡ／Ｄ変換機である。映像信号分岐
装置１０を介して、ラインセンサー９で撮像した一列の
粒状斑点模様５の映像信号はアナログ信号であり、この
アナログ信号を演算処理装置１３の入力とする為にディ
ジタル信号に変換する。
【００３３】１３は演算処理装置である。マイクロコン
ピュータで構成している。ラインセンサー９で撮像した
一列の粒状斑点模様５の映像信号を目的に応じて画像処
理する。被計測物１の移動量を演算する時の基準は、ラ
インセンサー９の画素間隔である。計測装置１５のライ
ンセンサー９は総数１０２４ドット、画素間隔が１５ミ
クロンである為、計測精度は概ね２０ミクロン程度であ
る。被計測物１が熱膨張や引っ張りなどにより歪や移動
が発生すると、それまでバーコード状に表示していた粒
状斑点模様５が階段状になる。このとき、歪や移動が発
生する直前の任意の位置の白または黒を認識し、次にラ
インセンサー９から送られてくる粒状斑点模様５と前記
認識した白または黒を位置的に照合すると歪や移動方向
にシフトしている。このシフトした量をラインセンサー
９の画素単位に演算し、画素間隔１５ミクロンとシフト
数を乗算し、計測距離やレーザビーム径に伴う補正係数
を乗算することにより歪量や移動量を求めることができ
る。ラインセンサー９から順次送られてくる粒状斑点模
様５に対して同様の処理を行うことによりリアルタイム
で歪量や移動量を求めることができる。
【００３４】前後移動量の演算は、被計測物１が計測装
置１５に対して前後移動する直前のラインセンサー９の
粒状斑点模様５の任意の白または黒を認識し、ラインセ
ンサー９の画素数を基準として演算し記憶する。次に被
計測物１が前後移動するとラインセンサー９から送られ
てくる粒状斑点模様５の白または黒の構成画素数を演算
し、前記記憶した画素数と比較照合する。比較照合の結
果、画素数が多ければ被計測物１は計測装置１５に対し
て後退し、少なければ前進し、等しければ移動していな
いことになる。実移動量と演算結果値との補正係数を予
め求めておき、増減した構成画素数に補正係数を乗算す
ることにより前後移動量を求めることができ、順次受信
する粒状斑点模様５も同様の処理を行うことによりリア
ルタイムで前後移動量を求めることができる。構成画素
数の増減から求める方法を示したが、白または黒の構成
画素の中心部と他の白または黒の構成画素数の中心部を
結ぶ画素数の差からも同様に移動量を求めることができ
る。
【００３５】１４は表示出力装置である。計測装置１５
では、移動量の数値表示とコンピュータが認識した一列
の粒状斑点模様５を連続して移動、縮小、拡大、再現を
視認できることを目的として使用した。
【００３６】図２は、ＣＣＤカメラで撮像したときの粒
状斑点模様５を示す。同図は、撮像した粒状斑点模様５
を２値化し、中間色を排除している。
【００３７】図３は、前記図２の粒状斑点模様５をライ
ンセンサー９で撮像した映像を示したものである。
【００３８】図４は、被計測物１が静止状態の時の、ラ
インセンサー９から順次送られてくる粒状斑点模様５を
時系列に示したものであり、バーコード状になる。
【００３９】図５は、被計測物１が最初の映像信号２１
を基準とし、次の映像信号２２が右に移動していてお
り、これは被計測物１が計測装置１５に対して右側に移
動した状態を示すものである。次の映像信号２３も同様
に右に移動しており移動速度が加速度的に速くなったこ
とを示している。さらに、次の映像信号２４は移動速度
が遅くなった状態を示し、映像信号２４はそれまで右に
移動していた被計測物１が左に移動したことを示すもの
である。
【００４０】図６は、被計測物１が計測装置１５に対し
て、前後移動した状態を示すものである。映像信号２６
を基準とし、次の映像信号２７および２８は粒状斑点模
様５が広がっているために計測装置１５に対して遠ざか
っている。次の映像信号２９は粒状斑点模様５が映像信
号２６と同様であることから当初の位置に戻ったことを
示している。また、映像信号３０は当初の位置の粒状斑
点模様５より狭まっており、計測装置１５に対して当初
の位置よりも近づいたことを示している。この粒状斑点
模様５の縮小拡大の比率から、被計測物１と計測装置１
５までの距離を求めることができる。
【００４１】図７は、図６と同様に被計測物１が計測装
置１５に対して、前後移動した状態を示すものである。
図の例では、隣り合う粒状斑点模様５の中心を結ぶ直線
距離の比率から前後移動量を求めることができる。映像
信号３１を基準とし、映像信号３２および３３から被計
測物１は遠ざかり、映像信号３４は映像信号３１と同一
の距離であるため当初の位置に戻ったことを示してい
る。また、映像信号３５は当初の位置の粒状斑点模様５
よりも距離が狭まっており近づいたことを示している。
この直線距離の比率から被計測物１と計測装置１５まで
の距離を求めることができる。
【００４２】
【発明の効果】本発明は、一般事務所程度の環境下で、
非接触、かつ、特別な標識やマークを必要とせずに被計
測物１の移動量を高精度計測できる。また、これまで粒
状斑点模様５を撮像する為に計測環境を暗室にしたり、
磨りガラス３に投影した間接撮影、および高分解能レン
ズや複雑な光学系を必要としたが、本発明によりライン
センサー９の素子前方に外光を遮断する暗視筒８を装着
するだけで画像として直接撮像できる効果がある。な
お、ＣＣＤ（ＣＨＡＲＧＥ−ＣＯＵＰＬＥＤ ＤＥＶＩ
ＣＥ）素子の前方に外光を遮断する暗視筒８を装着して
撮像すると、暗室における磨りガラスに投影した粒状斑
点模様５のうち、ＣＣＤの有効面積に映し出される範囲
が撮像されたことも確認した。
【００４３】なお、本方式を応用することにより、粒状
斑点模様５の並行移動から平面移動量計測、粒状斑点模
様５の縮小拡大から前後移動量計測、粒状斑点模様５の
平面移動量を単位時間で除算することにより単位あたり
の平均速度計測、粒状斑点模様５の動きから被計測物１
の移動開始や停止の検出、ビーム径を可変するに従って
粒状斑点４の平均的面積の変化あるいは無変化により鏡
面仕上げ研磨の終点検出、粒状斑点模様５の動きから塗
装や接着剤の乾燥や硬化状態の判断にも応用できる効果
がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による実施例
【図２】粒状斑点模様
【図３】演算処理装置が認識したラインセンサーが撮ら
えた粒状斑点模様
【図４】被計測物が静止状態時、ラインセンサーが撮ら
えた粒状斑点模様
【図５】被計測物が平行移動したときのラインセンサー
が撮らえた粒状斑点模様の動き
【図６】被計測物が前後した時のラインセンサーが撮ら
えた粒状斑点模様の動き
【図７】二つの粒状斑点の中心線間距離から前後移動量
を求める方法
【符号の説明】
【１】被計測物
【２】レーザ照射面
【３】磨りガラス
【４】粒状斑点
【５】粒状斑点模様
【６】レーザビーム光
【７】レーザ投光機
【８】暗視筒
【９】ラインセンサー
【１０】映像信号分岐装置
【１１】モニタ装置
【１２】Ａ／Ｄ変換機
【１３】演算処理装置
【１４】表示出力装置
【１５】計測装置
【１６】〜
【３５】順次受信する粒状斑点模様
【３６】〜
【４０】隣り合う粒状斑点間の距離
フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA04 BB01 CC03 CC19 DD06 FF04 FF56 GG06 GG12 GG22 HH12 JJ25 MM03 PP22 QQ03 QQ21 QQ31 UU05 UU09

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】非接触で移動量を測定する方法にあって、
    被計測物にレーザ光を照射し、その反射光である粒状斑
    点模様を標識として光学的に直接撮像し、かつ、該認識
    画素に対応させて粒状斑点模様の移動から移動量を演算
    し、演算結果を移動量測定数値として表示出力させてな
    ることを特徴とするレーザ反射光による粒状斑点模様を
    利用した平面および前後移動量の測定方法。
  2. 【請求項２】非接触で移動量を測定する方法にあって、
    被計測物表面の粗面に対応する粒状斑点模様を描かせる
    レーザ投光機と、前記粒状斑点模様を標識として直接撮
    像するラインセンサーと、ラインセンサーからのアナロ
    グ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換機と、Ａ
    ／Ｄ変換したディジタル信号からラインセンセーの画素
    間隔に対応させて粒状斑点の移動から移動量を算出する
    演算処理装置と、演算処理装置による移動量を表示出力
    する表示出力装置と、からなることを特徴とするレーザ
    光を利用した粒状斑点模様による平面および前後移動量
    の測定装置。
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DE60135602T DE60135602D1 (de) 2000-04-26 2001-04-19 Verfahren und Vorrichtung zur Bewegungsmessung unter Verwendung eines von einem reflektierten Laserstrahl stammenden körnigen Fleckenmusters
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008304190A (ja) * 2007-06-05 2008-12-18 Toyo Seiki Seisakusho:Kk レーザ反射光による被計測物の高精度変位計測方法とその装置
CN111854623A (zh) * 2020-07-29 2020-10-30 南京工程学院 一种物体微小形变的快速检测方法及检测系统

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001304816A (ja) 2000-04-26 2001-10-31 Kenichiro Kobayashi レーザ反射光による粒状斑点模様を利用した移動量測定方式とその装置
JP2002162355A (ja) * 2000-11-27 2002-06-07 Hiroyuki Konno レーザ反射光による粒状斑点模様の直接撮像方法とその装置
KR20030080162A (ko) * 2002-04-06 2003-10-11 김희식 촬상소자 센서를 이용한 실시간 구조물 변위 계측기
US7364081B2 (en) * 2003-12-02 2008-04-29 Hand Held Products, Inc. Method and apparatus for reading under sampled bar code symbols
US7825972B2 (en) * 2004-10-08 2010-11-02 Cooper Allan J Processing method device and system to produce a focused image signal from an unfocused image
CN1300548C (zh) * 2005-03-23 2007-02-14 天津大学 基于共面标定参照物的线结构光传感器快速标定方法
JP4914039B2 (ja) * 2005-07-27 2012-04-11 キヤノン株式会社 情報処理方法および装置
JP2007064864A (ja) * 2005-09-01 2007-03-15 Toyo Seiki Seisakusho:Kk 歪み計測方法、歪み計測装置
JP2007170955A (ja) 2005-12-21 2007-07-05 Nagasaki Univ 変位／ひずみ計測方法及び変位／ひずみ計測装置
FI20065063A0 (fi) * 2006-01-30 2006-01-30 Visicamet Oy Menetelmä ja mittalaite mitata pinnan siirtymä
US9344736B2 (en) 2010-09-30 2016-05-17 Alcatel Lucent Systems and methods for compressive sense imaging
US20130201297A1 (en) * 2012-02-07 2013-08-08 Alcatel-Lucent Usa Inc. Lensless compressive image acquisition
KR102107345B1 (ko) 2019-12-11 2020-05-06 조성민 코킹 및 궤적연습용 골프 스윙 연습기
CN111856480B (zh) * 2020-07-29 2023-11-10 南京工程学院 一种设备位移快速检测方法及检测系统
KR20240028826A (ko) 2022-08-25 2024-03-05 (주)디엠비에이치 2개의 imu센서를 이용한 스윙연습기

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5219557Y2 (ja) * 1971-03-31 1977-05-06
US4591996A (en) * 1981-05-18 1986-05-27 Vachon Reginald I Apparatus and method for determining stress and strain in pipes, pressure vessels, structural members and other deformable bodies
US4621063A (en) 1982-10-12 1986-11-04 The Center For Immunological Studies Methods for the detection and quantitation of immunological substances
US4794384A (en) 1984-09-27 1988-12-27 Xerox Corporation Optical translator device
US4798469A (en) * 1985-10-02 1989-01-17 Burke Victor B Noncontact gage system utilizing reflected light
US4824250A (en) * 1986-11-17 1989-04-25 Newman John W Non-destructive testing by laser scanning
JPH0421255A (ja) * 1990-05-16 1992-01-24 Canon Inc カラー画像読取装置
JPH05288516A (ja) * 1992-04-07 1993-11-02 Honda Motor Co Ltd 非接触式位置検出装置
JP2519375B2 (ja) * 1992-08-18 1996-07-31 新日本製鐵株式会社 レ―ザ距離計を用いた厚さ測定装置
FR2701762B1 (fr) 1993-02-19 1995-05-24 Centre Nat Etd Spatiales Dispositif de restitution d'orbite de corps célestes, notamment de satellites artificiels, par écartométrie.
US5343287A (en) 1993-04-05 1994-08-30 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Integrated atmospheric transverse coherence length/laser radiation angle-of-arrival measurement system
JP2681745B2 (ja) * 1993-10-08 1997-11-26 岸本産業株式会社 レーザ光を利用したスペックルパターンによる被計測物の上下および横移動量の測定方法。
US6097477A (en) * 1994-05-27 2000-08-01 American Research Corporation Of Virginia Laser speckle strain and deformation sensor using linear array image cross-correlation method for specifically arranged triple-beam triple-camera configuration
US5633714A (en) * 1994-12-19 1997-05-27 International Business Machines Corporation Preprocessing of image amplitude and phase data for CD and OL measurement
JP3029238B2 (ja) * 1995-08-08 2000-04-04 岸本産業株式会社 レーザ光を用いた被計測物の遠近方向の移動量測定方法
US5694480A (en) * 1995-08-30 1997-12-02 Tsukishima Kikai Co., Ltd. Molten slag flow rate measuring device and furnace facilities using the same
SG52900A1 (en) * 1996-01-08 1998-09-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd Mounting apparatus of electronic components and mounting methods of the same
DE19620419A1 (de) * 1996-05-21 1997-11-27 Ettemeyer Gmbh & Co Mes Und Pr Verfahren zur berührungslosen und markierungsfreien Messung von Verschiebungen
DE19739679A1 (de) 1996-09-18 1998-10-01 Univ Ilmenau Tech Streulichtsensor
EP1249705A3 (en) * 1996-12-31 2003-11-05 Genometrix Genomics Incorporated Multiplexed molecular analysis apparatus and its fabrication method
DE69806952T2 (de) * 1997-05-16 2002-11-21 Forskningsct Riso Roskilde Speckle verfahren und apparatur zur bestimmung von winkelverschiebung, oberflächenverschiebung und torsion
JP3867389B2 (ja) 1998-03-05 2007-01-10 フジノン株式会社 カメラのエクステンダー装置
US6424407B1 (en) * 1998-03-09 2002-07-23 Otm Technologies Ltd. Optical translation measurement
JP2961413B1 (ja) * 1998-04-16 1999-10-12 岸本産業株式会社 レーザ投影法による計測器から被計測物までの非接触による前後移動距離計測方法
DE19817664A1 (de) 1998-04-21 1999-11-04 Peter Lehmann Verfahren und Vorrichtung zur Rauheitsmessung an technischen Oberflächen bei Beleuchtung mit einem Specklemuster
KR100296668B1 (ko) * 1998-06-01 2001-10-26 윤종용 웨이퍼검사장비및이를이용한웨이퍼검사방법
US6262818B1 (en) * 1998-10-07 2001-07-17 Institute Of Applied Optics, Swiss Federal Institute Of Technology Method for simultaneous amplitude and quantitative phase contrast imaging by numerical reconstruction of digital holograms
JP2001304816A (ja) * 2000-04-26 2001-10-31 Kenichiro Kobayashi レーザ反射光による粒状斑点模様を利用した移動量測定方式とその装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008304190A (ja) * 2007-06-05 2008-12-18 Toyo Seiki Seisakusho:Kk レーザ反射光による被計測物の高精度変位計測方法とその装置
CN111854623A (zh) * 2020-07-29 2020-10-30 南京工程学院 一种物体微小形变的快速检测方法及检测系统
CN111854623B (zh) * 2020-07-29 2022-02-11 南京工程学院 一种物体微小形变的快速检测方法及检测系统

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