JP2003269935A - Measurement method of three-dimensional surface shape, measurement device for three-dimensional surface shape, computer program and computer program recording medium - Google Patents

Measurement method of three-dimensional surface shape, measurement device for three-dimensional surface shape, computer program and computer program recording medium

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JP2003269935A
JP2003269935A JP2002073858A JP2002073858A JP2003269935A JP 2003269935 A JP2003269935 A JP 2003269935A JP 2002073858 A JP2002073858 A JP 2002073858A JP 2002073858 A JP2002073858 A JP 2002073858A JP 2003269935 A JP2003269935 A JP 2003269935A
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JP
Japan
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slit light
value
image
intensity
parameter
Prior art date
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JP2002073858A
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Japanese (ja)
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Harumi Hamano
治海 浜野
Hirotaka Yamamoto
浩隆 山本
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HAMANO ENGINEERING KK
Original Assignee
HAMANO ENGINEERING KK
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a measurement method of a three-dimensional surface shape capable of rapid and accurate measurement. <P>SOLUTION: A measurement object surface 2 is scanned with a linear slit beam 3a, and a parameter indicating a projecting position is measured. The image of the slit beam 3a on the surface of the measurement object 2 is photographed at an angle different from the projecting direction of the slit beam, the values of the parameter when the intensity of the sequentially memorized images of the slit beam 3a is maximized are determined with respect to the respective pixels, and set as the values of the respective pixels by an image compositing means 12. Based on the values of the respective pixels, the three-dimensional surface shape of the measurement object surface is obtained. At that time, the value of the parameter when the intensity of the sequentially memorized images of the slit beam 3a is maximized is found by an interpolation method on the basis of the intensity of the sequentially memorized images of the slit beam 3a and the value of the parameter at that time. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は3次元の面形状を光
切断法を利用して非接触で測定する3次元面形状の測定
方法、3次元面形状の測定装置、これらをコンピュータ
に実行させるためのコンピュータプログラム、及びこの
コンピュータプログラムを記録したコンピュータプログ
ラム記録媒体に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a three-dimensional surface shape measuring method for non-contact measurement of a three-dimensional surface shape using an optical cutting method, a three-dimensional surface shape measuring device, and a computer for executing these. And a computer program recording medium having the computer program recorded therein.

【0002】[0002]

【従来の技術】3次元面形状の計測手段として、古くか
ら画像処理を使用した光切断法が知られている。これ
は、「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、被測定物に対して、
スリット光源からのスリット光を照射した時に物体表面
に形成される光ビームパターンが、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。
2. Description of the Related Art As a means for measuring a three-dimensional surface shape, an optical cutting method using image processing has long been known. This is the first in the "Image Processing Handbook" (Shokodou Co., Ltd.)
As described on pages 398 and 399, for the DUT,
A phenomenon in which the light beam pattern formed on the object surface when the slit light from the slit light source is irradiated corresponds to the cross-sectional shape of the measured object 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.

【0003】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、例えば、スリット光を回転
ミラー等を用いて移動させながら、光ビームパターンを
テレビカメラで観察し、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
ターンの形)を抽出し、これを再構成することにより曲
面形状を構築する。光学系の構成としては、光源として
スリット光源の代わりに光スポットスキャナを用い、撮
像系として、テレビカメラの代わりに例えばPSD(Po
sition Sensitive 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。
In measuring the shape of a three-dimensional free-form surface using this optical cutting method, the light beam pattern was obtained by observing the light beam pattern with a television camera while moving the slit light using a rotating mirror or the like. By processing the video signal, the light cutting line (the shape of the light beam pattern) in the screen is extracted every moment, and the curved shape is constructed by reconstructing it. As an optical system configuration, an optical spot scanner is used as a light source instead of the slit light source, and a PSD (Po
sition Sensitive Detector) There is also a method of using a high-speed optical spot position detector known as a sensor.

【0004】このような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
た。 (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; (2) 被測定対象の表面反射率による測定信頼性の低下; このような問題点を解決する方法として、特公平6−2
5654号公報、特公平6−25655号公報に記載さ
れるような新しい考え方に基づく方法が発明され、その
結果、精度の良い3次元面形状計測が可能になった。
Although such a light cutting method has various advantages, in order to detect and identify each point on the object to be measured, a light cutting line within the screen is extracted for each screen. The process is indispensable, and as a result, there arises a problem in measurement accuracy or reliability as described below. (1) Deterioration of measurement accuracy and spatial resolution due to the shape of the object to be measured; (2) Degradation of measurement reliability due to the surface reflectance of the object to be measured;
A method based on a new idea as described in Japanese Patent No. 5654 and Japanese Patent Publication No. 6-25655 is invented, and as a result, accurate three-dimensional surface shape measurement has become possible.

【0005】これらの方法は、線状のスリット光を被測
定対象物表面に走査して、前記スリット光の投光位置を
示すパラメータ(例えば投光器を回転させて走査を行う
ときは投光器の回転角度、投光器を平行移動させて走査
を行うときは投光器の位置)を測定する共に、被測定対
象物表面上の前記スリット光の像を、前記スリット光の
投光方向とは異なった角度から撮像して、前記スリット
光の像強度と前記パラメータの値を逐次画素メモリに記
憶し、各画素について、逐次記憶される前記スリット光
の像の強度が最大となるときの、前記パラメータの値を
判定し、各画素の値とする工程と、これら各画素の値に
基づいて、被測定対象物表面の3次元面形状を求めるも
のである。その測定原理は、前記特許公報に詳しく説明
されて公知となっているので、本発明の実施の形態の欄
で一部ふれるにとどめ、詳しい説明を省略する。
These methods scan a surface of an object to be measured with a linear slit light, and show a parameter indicating a projection position of the slit light (for example, when the light projector is rotated to perform scanning, a rotation angle of the light projector). , The position of the light projector is measured when the light projector is moved in parallel for scanning, and the image of the slit light on the surface of the object to be measured is imaged from an angle different from the light projection direction of the slit light. Then, the image intensity of the slit light and the value of the parameter are sequentially stored in the pixel memory, and the value of the parameter is determined for each pixel when the intensity of the image of the slit light sequentially stored becomes maximum. , The step of setting the value of each pixel, and the three-dimensional surface shape of the surface of the measured object is obtained based on the value of each pixel. Since the measurement principle is described in detail in the above-mentioned patent publication and is well known, only a part of it will be described in the section of the embodiment of the present invention, and the detailed description will be omitted.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】前述のように、特公平
6−25654号公報、特公平6−25655号公報に
記載される方法(以下、「基本発明」と称する。)は、
従来の光切断法が持つ問題点を一挙に解決する画期的な
方法であり、これにより、3次元面形状を精度良く、非
接触で測定することが可能となった。
As described above, the methods described in JP-B-6-25654 and JP-B-6-25655 (hereinafter referred to as "basic invention") are as follows.
This is an epoch-making method that solves the problems of the conventional light-section method all at once. This makes it possible to measure a three-dimensional surface shape with high accuracy and without contact.

【0007】しかしながら、最近では、3次元面形状の
測定にさらに高い精度が要求されたり、高速での測定が
要求されるようになってきている。例えば、高速での測
定を行うためには、スリット光を高速で被測定対象物面
上に走査させる必要がある。しかしながら、一方、CC
D等に代表される撮像素子には、一定の蓄積時間が必要
であり、1枚の画像を撮像するのに所定の時間を有す
る。よって、画素に読み込まれる反射光の強度、及び前
記パラメータの値がサンプリングされた離散的なものと
なる。
However, recently, higher precision is required for measuring the three-dimensional surface shape, and high-speed measurement is required. For example, in order to perform measurement at high speed, it is necessary to scan the surface of the object to be measured with slit light at high speed. However, on the other hand, CC
An image pickup device typified by D requires a certain accumulation time, and has a predetermined time for picking up one image. Therefore, the intensity of the reflected light read into the pixel and the value of the parameter are sampled and discrete.

【0008】ところが、前記基本発明においては、各画
素毎に最高強度の受光強度が得られるときの前記パラメ
ータの値を画素の値とし、この値に基づいて3次元面形
状を測定している。従って、画素に読み込まれる反射光
の強度、及び前記パラメータの値が離散的なものとなる
と、真に最高強度を示すときの前記パラメータの値が、
サンプリングの中間であらわれ、測定データとして得ら
れないことがある。このことは、スリット光の走査速度
を速くすれば速くするほど顕著となる。
However, in the basic invention, the value of the parameter when the maximum received light intensity is obtained for each pixel is the value of the pixel, and the three-dimensional surface shape is measured based on this value. Therefore, when the intensity of the reflected light read into the pixel and the value of the parameter are discrete, the value of the parameter when the maximum intensity is truly shown,
It may appear in the middle of sampling and may not be obtained as measurement data. This becomes more remarkable as the scanning speed of the slit light is increased.

【0009】また、撮像装置において、一つ一つの画素
は所定の大きさを有しているので、測定の分解能がこれ
で制限されるという問題点がある。すなわち、受光され
た反射光の強度が最高値を示すときの前記パラメータの
値が、画素中のどの部分に対応するものであるかは、知
ることができない。
In addition, in the image pickup apparatus, each pixel has a predetermined size, so that there is a problem that the measurement resolution is limited by this. That is, it cannot be known to which part of the pixel the value of the parameter when the intensity of the received reflected light shows the maximum value corresponds.

【0010】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、前記基本発明を改良し、さらに高速で精度の良
い測定が可能な3次元面形状の測定方法、3次元面形状
の測定装置、これらをコンピュータに実行させるための
コンピュータプログラム、及びこのコンピュータプログ
ラムを記録したコンピュータプログラム記録媒体を提供
することを課題とする。
The present invention has been made in view of such circumstances, and is a method for measuring a three-dimensional surface shape, which is an improvement of the basic invention, and which enables high-speed and accurate measurement. An object of the present invention is to provide a computer program for causing a computer to execute these, and a computer program recording medium recording the computer program.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の第1の手段は、線状のスリット光を被測定対象物表面
に走査する工程と、前記スリット光の投光位置を示すパ
ラメータを測定する工程と、被測定対象物表面上の前記
スリット光の像を、前記スリット光の投光方向とは異な
った角度から撮像して、前記スリット光の像強度と前記
パラメータの値を逐次画素メモリに記憶する工程と、各
画素について、逐次記憶される前記スリット光の像の強
度が最大となるときの、前記パラメータの値を判定し、
各画素の値とする工程と、これら各画素の値に基づい
て、被測定対象物表面の3次元面形状を求める工程とを
有する3次元面形状の測定方法であって、逐次記憶され
る前記スリット光の像の強度が最大となるときの、前記
パラメータの値を判定する方法が、逐次記憶される前記
スリット光の像の強度とそのときのパラメータの値に基
づいて、補間法により求める方法であることを特徴とす
る3次元面形状の測定方法(請求項1)である。
A first means for solving the above-mentioned problems is to perform a step of scanning the surface of the object to be measured with a linear slit light, and a parameter indicating the projection position of the slit light. The step of measuring, the image of the slit light on the surface of the object to be measured is imaged from an angle different from the projection direction of the slit light, the image intensity of the slit light and the value of the parameter are sequentially pixelized. A step of storing in a memory, for each pixel, when the intensity of the image of the slit light sequentially stored is maximum, to determine the value of the parameter,
A method for measuring a three-dimensional surface shape, comprising: a step of setting a value of each pixel; and a step of obtaining a three-dimensional surface shape of a surface of an object to be measured based on the value of each pixel, the method being sequentially stored. A method for determining the value of the parameter when the intensity of the image of the slit light becomes maximum is a method for obtaining by an interpolation method based on the intensity of the image of the slit light and the value of the parameter at that time which are sequentially stored. Is a three-dimensional surface shape measuring method (claim 1).

【0012】本手段は、基本的には前記基本発明の原理
を応用したものであるが、前記スリット光の像の強度が
最大となるときの前記パラメータの値を、逐次記憶され
る前記スリット光の像の強度とそのときのパラメータの
値に基づいて、補間法により求めていることに特徴を有
する。
This means is basically an application of the principle of the basic invention, but the value of the parameter when the intensity of the image of the slit light becomes maximum is sequentially stored in the slit light. The feature is that it is obtained by the interpolation method based on the intensity of the image and the value of the parameter at that time.

【0013】すなわち、前記基本発明では、逐次各画素
に入力される光強度を、記憶されているものと比較し、
新しく入力された光強度が記憶されているものより大き
ければ記憶値を更新する方法で、前記スリット光の像の
強度が最大となるときの、前記パラメータの値を決定し
ていたが、本手段においては、前記スリット光の像の強
度とそのときのパラメータの値を逐次記憶し、これらの
値を用いて、補間法により前記スリット光の像の強度が
最大となるときの前記パラメータの値を求めている。
That is, in the basic invention, the light intensity sequentially input to each pixel is compared with the stored one,
If the newly input light intensity is larger than the stored one, the stored value is updated to determine the value of the parameter when the intensity of the image of the slit light becomes maximum. In, the intensity of the image of the slit light and the value of the parameter at that time are sequentially stored, and using these values, the value of the parameter when the intensity of the image of the slit light is maximized by the interpolation method. Looking for.

【0014】よって、前記スリット光の像の強度とその
ときのパラメータの値が離散的にしか得られなくても、
前記スリット光の像の強度が最大となるときの前記パラ
メータの値を正確に求めることができる。よって、求め
られた前記スリット光の像の強度が最大となるときの前
記パラメータの値を使用して3次元面形状の測定を行え
ば、走査を速く行っても精度良く測定を行うことがで
き、また、画素の分解能に制約を受けずに正確な測定が
できる。
Therefore, even if the intensity of the slit light image and the parameter values at that time are obtained only discretely,
It is possible to accurately obtain the value of the parameter when the intensity of the image of the slit light becomes maximum. Therefore, if the three-dimensional surface shape is measured using the value of the parameter when the obtained intensity of the slit light image is maximum, the measurement can be performed accurately even if the scanning is performed quickly. In addition, accurate measurement can be performed without being restricted by the resolution of pixels.

【0015】なお、「パラメータ」の値とは、前述のよ
うに、例えば投光器を回転させて走査を行うときは投光
器の回転角度、投光器を平行移動させて走査を行うとき
は投光器の位置のように、スリット光の位置を決定する
数値データを言い、このことは、本手段を初め、全ての
手段、全ての請求項について共通である。
As described above, the value of the "parameter" is, for example, the rotation angle of the projector when the projector is rotated to perform scanning, or the position of the projector when the projector is moved in parallel to perform scanning. The numerical data that determines the position of the slit light is common to all means and all means including this means.

【0016】また、「逐次記憶する」とは、必ずしも、
全測定データを記憶することを意味せず、例えば、必要
に応じて、光強度が最大のものから順に所定数のものに
ついてのデータのみを記憶するようなものを含み、この
ことは、本手段を初め、全ての手段、全ての請求項につ
いて共通である。
Further, "sequentially storing" does not necessarily mean that
It does not mean to store all the measurement data, and includes, for example, only storing data for a predetermined number of light intensities from the highest light intensity, if necessary. , Common to all means and all claims.

【0017】前記課題を解決するための第2の手段は、
前記第1の手段であって、前記補間法が、測定された前
記スリット光の強度のうち最大のn個(n≧3の整数)
のものの強度をそれぞれI(j=1〜n)とし、それ
ぞれに対応する前記パラメータの値をxとするとき、
以下のxを前記スリット光の像の強度が最大となるとき
の、前記パラメータの値とするものであることを特徴と
するもの(請求項2)である。
The second means for solving the above-mentioned problems is as follows.
In the first means, the interpolation method is the maximum n of the measured intensities of the slit light (n ≧ 3 is an integer).
Let I j (j = 1 to n) be the intensities of the respective objects and x j be the value of the parameter corresponding to each of them.
The following x is a value of the parameter when the intensity of the image of the slit light is maximum (claim 2).

【0018】[0018]

【数2】 [Equation 2]

【0019】本手段は、前記スリット光の強度のうち最
大のn個の測定データの重心を、前記スリット光の像の
強度が最大となるときの、前記パラメータの値とするも
のであり、本発明者等の知見によると、n=3、n=5
程度で、十分良い精度が得られることが判明した。本手
段は、簡単な方法と少ないデータで前記スリット光の像
の強度が最大となるときの、前記パラメータの値を得る
ことができるという特徴を有する。
The present means sets the centroid of the maximum n pieces of measurement data of the intensity of the slit light as the value of the parameter when the intensity of the image of the slit light is maximum. According to the findings of the inventors, n = 3, n = 5
It turned out that a sufficiently good accuracy can be obtained. This means is characterized in that it is possible to obtain the value of the parameter when the intensity of the image of the slit light becomes maximum with a simple method and a small amount of data.

【0020】前記課題を解決するための第3の手段は、
前記第1の手段であって、前記補間法が、測定された前
記スリット光の強度のうち最大のm個のものの強度をそ
れぞれI(j=1〜m)とし、それぞれに対応する前
記パラメータの値をxとするとき、これらの値から前
記スリット光の強度Iと前記パラメータxの関係を示す
n次多項式(n<m)であるf(x) I=f(x) を方程式を解くこと、又は回帰計算により求めIを最大
にするxの値を前記スリット光の像の強度が最大となる
ときの、前記パラメータの値とするものであることを特
徴とするもの(請求項3)である。
A third means for solving the above problems is
In the first means, the interpolation method sets the maximum m intensities of the measured intensity of the slit light as I j (j = 1 to m), and the corresponding parameters Where x j is the value of the above, an equation of f (x) I = f (x), which is an n-th order polynomial (n <m) showing the relationship between the intensity I of the slit light and the parameter x, is calculated from these values. The value of x which is obtained by solving or regression calculation and which maximizes I is used as the value of the parameter when the intensity of the image of the slit light becomes maximum (claim 3). ).

【0021】本手段は、測定されたスリット光の強度I
をパラメータのn次多項式で近似して前記スリット光の
像の強度が最大となるときの前記パラメータの値とする
もので、前記第2の手段よりは複雑になるが、より精度
の良いデータが得られる。発明者等の知見によれば、2
次の多項式により十分精度の良い近似が得られる。この
場合は、採用するデータは最小3組あれば良く、反射強
度が最大のもの3組を選ぶことが好ましい。3組以上の
データを使用するときは回帰計算により求める。
This means measures the intensity I of the slit light measured.
Is a value of the parameter when the intensity of the image of the slit light is maximized by approximating with an n-th degree polynomial of the parameter, and it is more complicated than the second means, but more accurate data can be obtained. can get. According to the knowledge of the inventors, 2
The following polynomial gives a sufficiently accurate approximation. In this case, a minimum of three data sets should be adopted, and it is preferable to select three data sets having the highest reflection intensity. When using 3 or more sets of data, it is calculated by regression calculation.

【0022】前記課題を解決するための第4の手段は、
前記第1の手段であって、測定される前記スリット光の
強度Iと前記パラメータxの関係が、a、b、cを定数
として、関数gにより I=a*g(b*x+c) なる関係式で近似可能なことが分かっているとき、実測
されたデータに基づいてa、b、cの値を定め、その
後、これらの値を使用した場合に、Iを最大にするxの
値を、前記スリット光の像の強度が最大となるときの、
前記パラメータの値とするものであることを特徴とする
もの(請求項4)である。
A fourth means for solving the above problems is
In the first means, the relationship between the intensity I of the slit light to be measured and the parameter x is I = a * g (b * x + c) by a function g with a, b, and c as constants. When it is known that the relationship can be approximated by the following equation, the values of a, b, and c are determined based on the actually measured data, and then, when these values are used, the value of x that maximizes I When the intensity of the slit light image is maximum,
It is a feature that it is a value of the parameter (claim 4).

【0023】スリット光の形状によっては、被測定対象
物に照射したときの被測定面上での光の強度分布の形状
が決まり、その強さや広がり方のみが、被測定対称物の
面形状で決定される場合がある。このようなときは、本
手段によれば、最小3組(最大の光強度を与える3組を
取ることが好ましい)の測定データで前記スリット光の
像の強度が最大となるときの前記パラメータの値を決定
することができる。3組以上のデータを使用するときは
回帰計算により求める。
Depending on the shape of the slit light, the shape of the intensity distribution of the light on the surface to be measured when the object to be measured is irradiated is determined, and only the intensity or the way of spreading is the surface shape of the symmetrical object to be measured. May be determined. In such a case, according to this means, the minimum of three sets of measurement data (preferably three sets that give the maximum light intensity) are used to measure the parameters of the above-mentioned parameters when the intensity of the slit light image is maximum. The value can be determined. When using 3 or more sets of data, it is calculated by regression calculation.

【0024】前記課題を解決するための第5の手段は、
被測定対象物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、前記スリット光の投光位置を示すパラ
メータを測定する手段と、被測定対象物表面上の前記ス
リット光の像を、前記スリット光の投光方向とは異なっ
た角度から撮像して、そのときの前記スリット光の像強
度と前記パラメータの値を逐次記憶する画素メモリと、
各画素について、逐次記憶される前記スリット光の像の
強度が最大となるときの、前記パラメータの値を判定
し、各画素の値とする画素値決定手段と、これら各画素
値に基づいて、被測定対象物表面の3次元面形状を求め
る形状演算手段を有してなり、前記画素値決定手段は、
逐次記憶された前記スリット光の像の強度とそのときの
パラメータの値に基づいて、前記スリット光の像の強度
が最大となるときの、前記パラメータの値を、補間法に
より決定する機能を有することを特徴とする3次元面形
状の測定装置(請求項5)である。
The fifth means for solving the above-mentioned problems is as follows.
Slit light projecting means for projecting linear slit light on the surface of the object to be measured, means for measuring a parameter indicating the projected position of the slit light, and an image of the slit light on the surface of the object to be measured. The image is captured from an angle different from the projection direction of the slit light, and a pixel memory for sequentially storing the image intensity of the slit light and the value of the parameter at that time,
For each pixel, when the intensity of the image of the slit light sequentially stored is maximum, the value of the parameter is determined, and the pixel value determining means as the value of each pixel, based on each of these pixel values, The pixel value determining means includes shape calculating means for obtaining a three-dimensional surface shape of the surface of the object to be measured.
Based on the sequentially stored image intensity of the slit light and the value of the parameter at that time, when the intensity of the image of the slit light is maximized, the value of the parameter has a function of determining by an interpolation method. A three-dimensional surface shape measuring device (claim 5).

【0025】本手段によれば、前記第1の手段を実現す
ることができる。
According to this means, the first means can be realized.

【0026】前記課題を解決するための第6の手段は、
線状のスリット光を投光するスリット光投光手段により
被測定対象物表面に投光されたスリット光の位置を示す
パラメータの値と、そのときに撮像された測定対象物表
面上の前記スリット光の像の強度を、画素メモリに記憶
する手順と、画素メモリに記憶されたこれらスリット光
の像の強度とパラメータの値より、前記スリット光の像
の強度が最大となるときの、前記パラメータの値を、補
間法により各画素毎に決定して各画素の値とする手順
と、これら各画素の値に基づいて被測定対象物表面の3
次元面形状を求める手順とを有することを特徴とするコ
ンピュータプログラム(請求項6)である。
A sixth means for solving the above-mentioned problems is as follows.
The value of the parameter indicating the position of the slit light projected onto the surface of the object to be measured by the slit light projecting means for projecting the linear slit light, and the slit on the surface of the object to be measured imaged at that time The intensity of the image of the light, the procedure of storing in the pixel memory, the intensity of the image of the slit light stored in the pixel memory and the value of the parameter, when the intensity of the image of the slit light is maximum, the parameter The value of is determined for each pixel by the interpolation method and is set as the value of each pixel, and based on the value of each pixel, the 3
A computer program (claim 6) having a procedure for obtaining a dimensional surface shape.

【0027】前記課題を解決するための第7の手段は、
前記第6の手段であるコンピュータプログラムを記録し
たコンピュータプログラム記録媒体(請求項7)であ
る。
The seventh means for solving the above-mentioned problems is as follows.
A computer program recording medium (Claim 7) in which the computer program as the sixth means is recorded.

【0028】これら第6の手段、第7の手段によれば、
前記第1の手段を、コンピュータにより実現することが
でき、かつ、前記第5の手段の主要部をコンピュータに
より形成することができる。
According to the sixth means and the seventh means,
The first means can be realized by a computer, and the main part of the fifth means can be formed by a computer.

【0029】[0029]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の例
を、図を用いて説明するが、それに先だって、本発明の
基礎となる3次元面形状の測定の原理を説明する。図1
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ーンが画面横
方向に移動していく様子が観察される。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Prior to that, the principle of measurement of a three-dimensional surface shape which is the basis of the present invention will be described. Figure 1
As shown in FIG. 2, the slit light 3a spread in the direction perpendicular to the paper surface is obliquely projected onto the surface of the object to be measured 2 placed on the reference surface 1, and the slit light 3a is used, for example, by the rotating mirror 4. The image is taken by the television camera 8 from directly above the object 2 to be measured, for example, while moving in the lateral direction of the drawing. At this time,
On the monitor TV 8a connected to the TV camera 8,
It is observed that the linear reflection pattern of the slit light on the surface of the object moves in the horizontal direction of the screen.

【0030】スリット光3aの反射パターンの線形状
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、反射パター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。
The line shape of the reflection pattern of the slit light 3a reflects the unevenness information on the surface of the object. In the conventional light cutting method, the line shape of the reflection pattern is extracted every moment and reconstructed. The three-dimensional shape of the object to be measured is measured by.

【0031】この実施の形態においては、スリット光3
aの線状の反射パター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。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、図1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。 f(x,y)=z-(x-x)tanθ(x,y) …(1)
In this embodiment, the slit light 3
On the basis of a video signal output from the television camera 8 showing that the linear reflection pattern of a is moving on the object surface, for each pixel in the screen, the object surface corresponding to the pixel is displayed. An image is synthesized with the slit light projection angle at the moment when the slit light passes through the position as the value of the pixel. In the image synthesized in this way, the value in each image is
The 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 the pixel. 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 can be obtained by the following equation by a simple geometric calculation. f (x, y) = z 0- (x 0 -x) tan θ (x, y) (1)

【0032】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x乃至z
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(x,y) は、(1)式においてf(x,y)=0におく
ことにより、 tanθ(x,y)=z/(x-x) …(2) 従って(1) 式からz或いはx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)={tanθ(x,y)-tanθ(x,y)}×(x-x) …(3)
As an application example of this measuring principle, the following measuring method can be easily considered. First, as a first application example, by performing the above measurement on the reference plane (1) and using the obtained composite image, the parameters x 0 to z
This is a method of omitting 0 . That is, the combined image θ 0 (x, y) on the reference plane (1) is set to f (x, y) = 0 in the equation (1), and tan θ 0 (x, y) = z 0 / (x 0 −x) (2) Therefore, by eliminating z 0 or x 0 from the equation (1), the object plane profile f (x, y) is obtained by the following equation. f (x, y) = {tan θ 0 (x, y) -tan θ (x, y)} × (x 0 -x)… (3)

【0033】[0033]

【数3】 [Equation 3]

【0034】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
及びz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θ (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。 tanθ(x,y)=(z-d)/(x-x) …(5) 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x及びzを消去してf(x,y)は次式の形に
求まる。
Further, as a second application example, two criteria
Perform the above measurement for the planes f (x, y) = 0 and f (x, y) = d.
Parameters by using the obtained composite image
x0And z0Both are omitted. That is, the second
Image θ on the reference plane of 1(x, y) is the odor of equation (1)
By setting f (x, y) = d, the following equation is obtained. tan θ1(x, y) = (z0-d) / (x0-x)… (5) Therefore, the relationship between Eqs. (2) and (5) should be substituted into Eq. (1).
And by x0And z0To eliminate f (x, y) into the form
I want it.

【0035】[0035]

【数4】 [Equation 4]

【0036】なお、この実施の形態において、被測定対
象表面をスリット光投光角度でコーディングするが、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 this embodiment, the surface to be measured is coded with the slit light projection angle. However, the means is not necessarily required to directly measure the slit light projection angle, and an equivalent rotation, for example, rotation. Under the assumption that the rotation angle of the mirror or the rotation angular velocity of the rotation mirror is constant, the surface to be measured is coded once after the start of scanning of the rotation mirror, etc., and then processed to calculate slit light. It may be converted into a projection angle.

【0037】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tanθ(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。
Further, as can be seen from the equations (1) to (6),
Composite image θ (x,
y) is the tangent of all tan θ (x,
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.

【0038】以下、本発明の実施の形態の例を、図を用
いて説明する。図2は、本発明の実施の形態の1例であ
る3次元面形状計測装置の概略構成図である。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から出たスリット光は、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。
An example of an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a three-dimensional surface shape measuring apparatus which is an example of the embodiment of the present invention. An object 2 to be measured is placed on a reference plane 1 which is a reference for measurement. The slit light emitted from the slit light source 3 is reflected by the rotating mirror 4 and projected onto the measured object 2 obliquely from above. The rotating mirror 4 is driven by a motor 6 controlled by a motor controller 5, and is driven so that the slit light 3a scans the measured object 2 on the reference surface 1 over the entire surface.

【0039】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(x,z)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を介して面形状計測装置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 to be measured accurately. 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 mounted in association with the shaft of the motor 6.
It is input to the surface shape measuring device 9 via the motor controller 5 so that the slit light projection angle θ with respect to the measured object 2 can be calculated every moment.

【0040】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面形状計測装置9
に入力される。
On the other hand, the surface of the object 2 to be measured is photographed by the television camera 8 arranged so that its optical axis is orthogonal to the reference plane 1, and the obtained video signal is the surface shape measuring device 9
Entered in.

【0041】面形状計測装置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11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うシー
ケンスコントローラ12からなっている。
The surface shape measuring device 9 is roughly classified into a shape calculation circuit 10 as an image calculation means for performing shape calculation by image combination, and a slit light projection angle θ from the output of the rotation angle sensor 7 to calculate the shape calculation circuit. It comprises a light projection angle calculation circuit 11 to be inputted to 10, and a sequence controller 12 for controlling a command to the motor controller 5 and a calculation timing control to the shape calculation circuit 10.

【0042】形状測定に際しては、面形状計測装置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12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。
In measuring the shape, the surface shape measuring device 9 drives the motor 6 via the sequence controller 12 based on a start signal given from the outside to set the rotating mirror 4 to the initial position. Then, the rotation of the rotary mirror 4 is started, and the scanning with the slit light 3a is started.

【0043】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走査期間中行う。
The shape calculation circuit 10 has an image synthesizing circuit 13 to be described later in its input section, and at the same time when the scanning of the slit light source 3 is started, the video signal input from the television camera 8 is processed moment by moment, For each pixel in the screen, an image combining operation is performed in which the projection angle at the moment when the slit light passes through the pixel is read from the projection angle calculation circuit 11 and used as the value of the pixel during one scanning period of the slit light 3a. To do.

【0044】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 calculation of the composite image θ (x, y) 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) according to the equation (1). ) Is calculated, and this data is stored and accumulated in the three-dimensional shape memory 15.

【0045】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 the computer or CAD system based on a command from the host computer or CAD system.

【0046】図3は形状計測装置9の一構成要素である
画像合成回路13の一例を示す概略構成図である。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、所定数の最大の輝度(たと
えば、所定数が3の場合、最大の輝度、その次に大きな
輝度、更に次に大きな輝度の3つ)を演算して記憶する
機能を有する最大輝度画像演算部18と、これら所定数
の最大の輝度が得られた瞬間のスリット光投光角度θを
記憶する機能を有する合成画像演算部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。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing an example of the image synthesizing circuit 13 which is a component of the shape measuring apparatus 9. The image synthesizing circuit 13 processes a video signal input from the television camera 8 and, for each pixel, a predetermined number of maximum luminances (for example, when the predetermined number is 3, the maximum luminance, the next largest luminance, Further, a maximum brightness image calculation unit 18 having a function of calculating and storing the next largest brightness (3) and a function of storing the slit light projection angle θ at the moment when the predetermined number of maximum brightnesses are obtained. And a synchronization circuit 20, a memory address generation circuit 21, and an output control circuit 22 for controlling these.

【0047】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24、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 calculating section 18 A / D-converts and digitizes the video signal based on the timing signal output from the synchronizing circuit 20 centering on the maximum brightness image memory 23 which is a buffer memory for the maximum brightness image calculation. A /
The D conversion circuit 24, the maximum brightness image memory 25 for controlling the reading and writing of the data of the address of the maximum brightness image memory designated by the memory address generation circuit 21,
It is composed of a comparison circuit 26 and a switch circuit 27 which compare the value of the corresponding pixel of the image input from the television camera with the image of the maximum brightness memory and selectively output the larger value.

【0048】比較回路26は、以下のように働く。今、
最大輝度画像メモリ23に各画素ごとにn個の最大輝度
が格納されているとすると、新しくA/D変換回路24
より入力されたその画素に対応する輝度と、これらn個
の最大輝度を比較し、これら(n+1)個の輝度のう
ち、大きいものからn個を、スイッチ回路27を介して
再び最大輝度画像メモリ23に格納する。
The comparison circuit 26 works as follows. now,
If the maximum brightness image memory 23 stores n maximum brightness values for each pixel, a new A / D conversion circuit 24
The brightness corresponding to the pixel input more is compared with the maximum brightness of these n pieces, and the n pieces from the largest of these (n + 1) pieces of brightness are returned to the maximum brightness image memory via the switch circuit 27. 23.

【0049】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
されている。合成画像メモリは、最大輝度画像メモリ2
3に各画素ごとに格納されているn個の最大輝度を与え
たスリット光投光角度θのデータを格納する領域と、後
に説明する最大輝度を与えるスリット光投光角度θを合
成して合成画像として記憶する2つの領域からなってい
る。
On the other hand, the composite image arithmetic unit 19 is mainly composed of a composite image memory 28 for storing the composite image arithmetic result. The composite image memory is the maximum brightness image memory 2
The area for storing the data of the slit light projection angle θ giving the maximum brightness of n pieces stored in 3 in FIG. 3 and the slit light projection angle θ giving the maximum brightness described later are combined and combined. It consists of two areas that are stored as images.

【0050】前者の領域には、比較回路26からの指令
により、新しく最大輝度画像メモリ23にn個の最大輝
度が書き込まれると同時に、そのn個の最大輝度を与え
る新しいスリット光投光角度θのデータが格納される。
すなわち、n個の最大輝度のデータの更新が行われなか
ったときは、データはそのまま維持され、データの更新
が行われたときは、最大輝度画像メモリ23から除外さ
れた輝度に対応するスリット光投光角度θが消され、代
わりに新しい投光角度θの値が読み込まれる。
In the former area, n maximum luminances are newly written in the maximum luminance image memory 23 by a command from the comparison circuit 26, and at the same time, a new slit light projection angle θ giving the n maximum luminances. The data of is stored.
That is, when the data of n pieces of maximum brightness is not updated, the data is maintained as it is, and when the data is updated, the slit light corresponding to the brightness excluded from the maximum brightness image memory 23. The projection angle θ is erased, and a new value of the projection angle θ is read instead.

【0051】このようにすると、1走査が終了したと
き、最大輝度画像メモリ23と、合成画像メモリ28の
前述の領域には、その走査中でのn番目までの最大輝度
と、これらの最大輝度を与えたスリット光投光角度θ
が、各画素ごとに記憶されていることになる。これらを
時系列的に並べ、輝度に相当するデータIとそれに対
応するスリット光投光角度θの組(I,θ)(j
=1〜n)が、各画素ごと作成される。
In this way, when one scan is completed, the maximum brightness image memory 23 and the above-mentioned areas of the composite image memory 28 have the maximum brightness up to the nth position in the scan and the maximum brightness thereof. Slit light projection angle θ
Will be stored for each pixel. These are arranged in time series, and a set (I j , θ j ) (j of the data I j corresponding to the luminance and the slit light projection angle θ j corresponding to the data I j
= 1 to n) are created for each pixel.

【0052】画像合成メモリ制御回路29は、これらの
データから、真の最大輝度IMAXを与えるスリット光
投光角度θIMAXを、各画素毎に以下のようにして計
算する。
The image synthesizing memory control circuit 29 calculates the slit light projection angle θ IMAX giving the true maximum brightness I MAX for each pixel from these data as follows.

【0053】第1の方法は、(I,θ)より、輝度
Iをスリット光投光角度θの(n−1)次の多項式で表
し、この多項式を最大にするスリット光投光角度θをθ
IM AXとする方法である。
The first method is to express the brightness I from (I j , θ j ) by a (n-1) th order polynomial of the slit light projection angle θ, and maximize the polynomial of the slit light projection angle θ. θ to θ
The method is IM AX .

【0054】第2の方法は、nを3以上の整数とし、In the second method, n is an integer of 3 or more,

【0055】[0055]

【数5】 [Equation 5]

【0056】とする方法である。The method is as follows.

【0057】第三の方法は、測定される前記スリット光
の輝度Iとスリット光投光角度θの関係が、a、b、c
を定数として、関数gにより I=a*g(b*θ+c) なる関係式で近似可能なことが分かっているとき、実測
されたデータに基づいてa、b、cの値を定め、その
後、これらの値を使用した場合に、Iを最大にするθの
値を求める方法である。
In the third method, the relationship between the measured brightness I of the slit light and the slit light projection angle θ is a, b, c.
When it is known that the function g can be approximated by a relational expression of I = a * g (b * θ + c), the values of a, b, and c are determined based on the measured data. After that, when these values are used, the value of θ that maximizes I is obtained.

【0058】このようにすると、スリット光投光角度θ
スリット光の輝度Iが図4のようになっているとき、基
本発明では、θが最大輝度を与えるスリット光投光角
度出あるとされていたのに対し、本実施の形態では、サ
ンプリング間隔の中間にある点であるθIMAXを、最
大輝度を与えるスリット光投光角度として認識すること
ができ、その分、分解能と精度を上げることができる。
With this arrangement, the slit light projection angle θ
When the brightness I of the slit light is as shown in FIG. 4, in the basic invention, θ 4 is the slit light projection angle giving the maximum brightness, whereas in the present embodiment, the sampling interval is Θ IMAX , which is a point in the middle of, can be recognized as the slit light projection angle that gives the maximum brightness, and the resolution and accuracy can be increased accordingly.

【0059】画像合成メモリ制御回路29は、このよう
にして最大輝度を与えるスリット光投光角度θIMAX
を各画素毎に求めた後、これら画素毎のθIMAXを基
に、合成画像を作成し、合成画像メモリ28に記憶す
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。
The image synthesizing memory control circuit 29 controls the slit light projection angle θ IMAX which gives the maximum brightness in this way.
Is calculated for each pixel, a composite image is created based on θ IMAX for each pixel, and stored in the composite image memory 28. The composite image calculated in this way is transferred to the next arithmetic circuit via the output control circuit 22.

【0060】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z又は
を省略することができる。
In the above embodiment, the height calculation circuit 14 calculates the equation (1), but in order to improve the calculation accuracy as described above, z 0 or x 0 of the equation (1) is calculated. Can be omitted.

【0061】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θ
(x,y)とし、第5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θ(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 object to be measured, and the synthetic image is set to θ.
0 (x, y), 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 respectively temporarily stored in the object plane synthesis memory 30 and After storing each in the reference plane synthesis memory 31, the height calculation circuit 14a
A three-dimensional shape is obtained by calculating the equation (4).

【0062】更に、この(1) 式のz及びx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θ(x,y)及び第2の基準面の合成
画像θ(x,y)をそれぞれ同様にして求め、第5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,
Provide a second reference plane (parallel to the reference plane 1 and distance d
Distance), a composite image θ (x, y) of the object 2 to be measured,
Composite image theta 0 of the reference surface 1 (x, y) and the second composite image θ 1 (x, y) of the reference plane determined by the similarly respectively, each once the object plane synthesis memory 30 as shown in Figure 5 After being stored in the reference plane synthesis memory 31 and the second reference plane synthesis memory 32, the three-dimensional shape is obtained by computing the equation (6) in the height computing circuit 14a.

【0063】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 first created composite image can 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 structure, a calculation function is added to the shape calculation circuit 10 to calculate the virtual reference plane by the equations (2) and (5). It is also possible to obtain the composite image obtained in step 3 and store it in the memories 31 and 32, respectively.

【0064】以上説明した、3次元面形状測定装置の演
算を司る主要部は、マイクロコンピュータ等のコンピュ
ータで構成することができる。その場合には、以上説明
したような演算処理を行うプログラムを作成し、これを
記憶媒体に記憶させて実行させることにより、3次元面
形状測定装置としての機能を持たせることができる。
The main part which controls the operation of the three-dimensional surface shape measuring apparatus described above can be constituted by a computer such as a microcomputer. In that case, a function as a three-dimensional surface shape measuring apparatus can be provided by creating a program for performing the above-described arithmetic processing, storing the program in a storage medium, and executing the program.

【0065】[0065]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
前記基本発明を改良し、さらに高速で精度の良い測定が
可能な3次元面形状の測定方法、3次元面形状の測定装
置、これらをコンピュータに実行させるためのコンピュ
ータプログラム、及びこのコンピュータプログラムを記
録したコンピュータプログラム記録媒体を提供すること
ができる。
As described above, according to the present invention,
A method for measuring a three-dimensional surface shape, which improves the basic invention and enables high-speed and accurate measurement, a three-dimensional surface shape measuring device, a computer program for causing a computer to execute these, and a computer program recorded therein It is possible to provide the computer program recording medium.

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

【図1】本発明の基礎となる3次元面形状の測定の原理
を説明する図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of measurement of a three-dimensional surface shape, which is the basis of the present invention.

【図2】本発明の実施の形態の1例である3次元面形状
計測装置の概略構成図である。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a three-dimensional surface shape measuring apparatus that is an example of an embodiment of the present invention.

【図3】図2に示す画像合成回路の一例を示す概略構成
図である。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing an example of the image composition circuit shown in FIG.

【図4】真の最大輝度を与えるスリット光投光角度を求
める手法を説明する図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a method of obtaining a slit light projection angle that gives a true maximum brightness.

【図5】面形状演算回路の他の例を示すブロック図であ
る。
FIG. 5 is a block diagram showing another example of a surface shape calculation circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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:面形状計
測装置、10:形状演算回路、11: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、15:3次元形状メモ
リ、18:最大輝度画像演算部、19: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、2
4: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。
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: Surface shape measuring device, 10: Shape calculation circuit, 11: Projection angle calculation circuit, 12: Sequence controller, 13: Image combination calculation circuit, 14: Height calculation circuit , 15: three-dimensional shape memory, 18: maximum luminance image calculation unit, 19: composite image calculation unit, 20: synchronization circuit, 21: memory address generation circuit,
22: output control circuit, 23: maximum brightness image memory, 2
4: A / D conversion circuit, 25: maximum brightness image memory control circuit, 26: comparison circuit, 27: switch circuit, 28: composite image memory.

フロントページの続き (72)発明者 山本 浩隆 神奈川県川崎市高津区坂戸3−2−1 K SP R&D D棟339 株式会社浜野エ ンジニアリング内 Fターム(参考) 2F065 AA53 BB05 FF04 HH05 HH12 JJ03 JJ09 LL13 LL62 MM16 QQ29 QQ31 UU05 5B057 AA01 BA02 BA17 CA02 CA08 CA11 CA16 CB02 CB08 CB13 CB16 CD14 CE08 DA07 DB03 DB05 DB09 DC22 DC36 Continued front page    (72) Inventor Hirotaka Yamamoto             3-2-1 Sakado, Takatsu-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture             SP R & D D Building 339 Hamano E Co., Ltd.             Inside engineering F term (reference) 2F065 AA53 BB05 FF04 HH05 HH12                       JJ03 JJ09 LL13 LL62 MM16                       QQ29 QQ31 UU05                 5B057 AA01 BA02 BA17 CA02 CA08                       CA11 CA16 CB02 CB08 CB13                       CB16 CD14 CE08 DA07 DB03                       DB05 DB09 DC22 DC36

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 線状のスリット光を被測定対象物表面に
走査する工程と、前記スリット光の投光位置を示すパラ
メータを測定する工程と、被測定対象物表面上の前記ス
リット光の像を、前記スリット光の投光方向とは異なっ
た角度から撮像して、前記スリット光の像強度と前記パ
ラメータの値を逐次画素メモリに記憶する工程と、各画
素について、逐次記憶される前記スリット光の像の強度
が最大となるときの、前記パラメータの値を判定し、各
画素の値とする工程と、これら各画素の値に基づいて、
被測定対象物表面の3次元面形状を求める工程とを有す
る3次元面形状の測定方法であって、逐次記憶される前
記スリット光の像の強度が最大となるときの、前記パラ
メータの値を判定する方法が、逐次記憶される前記スリ
ット光の像の強度とそのときのパラメータの値に基づい
て、補間法により求める方法であることを特徴とする3
次元面形状の測定方法。
1. A step of scanning a linear slit light on a surface of an object to be measured, a step of measuring a parameter indicating a projection position of the slit light, and an image of the slit light on the surface of the object to be measured. A step of sequentially capturing the image intensity of the slit light and the value of the parameter in the pixel memory by capturing an image from an angle different from the projection direction of the slit light, and the slit sequentially stored for each pixel. When the intensity of the light image is maximized, the value of the parameter is determined, and the value of each pixel is determined, and based on the value of each pixel,
A method for measuring a three-dimensional surface shape of a surface of an object to be measured, the method comprising: The determination method is a method of obtaining by an interpolation method based on the intensity of the image of the slit light and the parameter values at that time which are sequentially stored.
Dimensional surface shape measurement method.
【請求項2】 請求項1に記載の3次元面形状の測定方
法であって、前記補間法が、測定された前記スリット光
の強度のうち最大のn個(n≧3の整数)のものの強度
をそれぞれI(j=1〜n)とし、それぞれに対応す
る前記パラメータの値をxとするとき、以下のxを前
記スリット光の像の強度が最大となるときの、前記パラ
メータの値とするものであることを特徴とする3次元面
形状の測定方法。 【数1】
2. The method for measuring a three-dimensional surface shape according to claim 1, wherein the interpolation method uses a maximum of n (integer of n ≧ 3) of the measured intensities of the slit light. When the intensities are I j (j = 1 to n) and the values of the corresponding parameters are x j , the following x of the parameters when the intensity of the image of the slit light becomes maximum is given. A method for measuring a three-dimensional surface shape, which is a value. [Equation 1]
【請求項3】 請求項1に記載の3次元面形状の測定方
法であって、前記補間法が、測定された前記スリット光
の強度のうち最大のm個のものの強度をそれぞれI
(j=1〜m)とし、それぞれに対応する前記パラメ
ータの値をxとするとき、これらの値から前記スリッ
ト光の強度Iと前記パラメータxの関係を示すn次多項
式(n<m)であるf(x) I=f(x) を方程式を解くこと、又は回帰計算により求めIを最大
にするxの値を前記スリット光の像の強度が最大となる
ときの、前記パラメータの値とするものであることを特
徴とする3次元面形状の測定方法。
3. The method for measuring a three-dimensional surface shape according to claim 1, wherein the interpolation method calculates the maximum m intensities of the measured slit light intensities by I respectively.
j (j = 1 to m), where x j is the value of the corresponding parameter, an n-th order polynomial (n <m that indicates the relationship between the intensity I of the slit light and the parameter x from these values ) F (x) I = f (x) is solved by an equation, or a regression calculation is performed to obtain a value of x that maximizes I. When the intensity of the image of the slit light is maximized, A method for measuring a three-dimensional surface shape, which is a value.
【請求項4】 請求項1に記載の3次元面形状の測定方
法であって、測定される前記スリット光の強度Iと前記
パラメータxの関係が、a、b、cを定数として、関数
gにより I=a*g(b*x+c) なる関係式で近似可能なことが分かっているとき、実測
されたデータに基づいてa、b、cの値を定め、その
後、これらの値を使用した場合に、Iを最大にするxの
値を、前記スリット光の像の強度が最大となるときの、
前記パラメータの値とするものであることを特徴とする
3次元面形状の測定方法。
4. The method for measuring a three-dimensional surface shape according to claim 1, wherein the relationship between the intensity I of the slit light to be measured and the parameter x is a function g with a, b, and c as constants. When it is known that I can be approximated by the relational expression I = a * g (b * x + c), the values of a, b, and c are determined based on the measured data, and then these values are calculated. When used, the value of x that maximizes I is set to the maximum intensity of the image of the slit light,
A method for measuring a three-dimensional surface shape, which is a value of the parameter.
【請求項5】 被測定対象物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、前記スリット光の投光
位置を示すパラメータを測定する手段と、被測定対象物
表面上の前記スリット光の像を、前記スリット光の投光
方向とは異なった角度から撮像して、そのときの前記ス
リット光の像強度と前記パラメータの値を逐次記憶する
画素メモリと、各画素について、逐次記憶される前記ス
リット光の像の強度が最大となるときの、前記パラメー
タの値を判定し、各画素の値とする画素値決定手段と、
これら各画素値に基づいて、被測定対象物表面の3次元
面形状を求める形状演算手段を有してなり、前記画素値
決定手段は、逐次記憶された前記スリット光の像の強度
とそのときのパラメータの値に基づいて、前記スリット
光の像の強度が最大となるときの、前記パラメータの値
を、補間法により決定する機能を有することを特徴とす
る3次元面形状の測定装置。
5. A slit light projecting means for projecting a linear slit light onto the surface of the object to be measured, a means for measuring a parameter indicating a projected position of the slit light, and a surface of the object to be measured. An image of the slit light is imaged from an angle different from the projection direction of the slit light, a pixel memory for sequentially storing the image intensity of the slit light and the value of the parameter at that time, and for each pixel, When the intensity of the image of the slit light sequentially stored becomes maximum, the value of the parameter is determined, and a pixel value determining unit that sets the value of each pixel,
It has a shape calculation means for obtaining a three-dimensional surface shape of the surface of the object to be measured based on each of these pixel values, and the pixel value determination means has the intensity of the image of the slit light sequentially stored and the corresponding time. A three-dimensional surface shape measuring apparatus having a function of determining the value of the parameter by an interpolation method when the intensity of the slit light image is maximum based on the value of the parameter.
【請求項6】 線状のスリット光を投光するスリット光
投光手段により被測定対象物表面に投光されたスリット
光の位置を示すパラメータの値と、そのときに撮像され
た測定対象物表面上の前記スリット光の像の強度を、画
素メモリに記憶する手順と、画素メモリに記憶されたこ
れらスリット光の像の強度とパラメータの値より、前記
スリット光の像の強度が最大となるときの、前記パラメ
ータの値を、補間法により各画素毎に決定して各画素の
値とする手順と、これら各画素の値に基づいて被測定対
象物表面の3次元面形状を求める手順とを有することを
特徴とするコンピュータプログラム。
6. A value of a parameter indicating the position of the slit light projected onto the surface of the object to be measured by the slit light projecting means for projecting linear slit light, and the object to be measured imaged at that time. The intensity of the slit light image is maximized based on the procedure of storing the intensity of the slit light image on the surface in the pixel memory and the intensity of these slit light images and the parameter values stored in the pixel memory. At this time, the procedure of determining the value of the parameter for each pixel by the interpolation method to obtain the value of each pixel, and the procedure of obtaining the three-dimensional surface shape of the surface of the measured object based on the value of each pixel A computer program having:
【請求項7】 請求項6に記載のコンピュータプログラ
ムを記録したコンピュータプログラム記録媒体。
7. A computer program recording medium on which the computer program according to claim 6 is recorded.
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