JP2007187634A - 三次元形状計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の三次元形状計測装置において対象物の内面を計測しようとすると、装置が大きいため対象物の径が制限されたり、計測範囲が制限されるというような課題があった。
【解決手段】本発明では、このような課題を解決するために、スリット光源６と、このスリット光源のスリット光の照射方向に配置したスリット光反射用ミラー１１と、このスリット光反射用ミラーによって反射したスリット光が照射される対象物２を撮像するように配置したカメラ７とから構成した三次元形状計測装置を提案している。
【選択図】図１

Description

本発明は三次元形状計測装置、特に光切断法を用いた三次元形状計測装置に関するものである。

スリット光源から扇状に拡がるスリット光を対象物に照射すると共に，カメラで対象物を撮像し，スリット光が対象物に生じる輝線により対象物の三次元形状を計測する光切断法を用いた三次元形状計測装置は，従来から各種の構成が提案されている。

このような三次元形状計測装置を用いて、筒状部品等の対象物の内面の３次元形状の計測を行う場合、従来は、例えば図７に示すようにスリット光源ａとカメラｂの両方を対象物ｃ内に入れて計測を行う方法と、図８又は図９に示すようにスリット光源ａとカメラｂは対象物ｃの外側に配置し、代わりに反射ミラーｄを対象物ｃ内に入れて計測を行う方法がある。例えば特許文献１には、前者の方法が記載されている。
特許第２９４７６７０号公報

スリット光源とカメラの両方を対象物の内部に入れて計測する前者の方法は、入れる装置の小型化が困難であるため、内径の大きな対象物でないと計測ができず、またスリット光源とカメラを対象物の外側に配置し、反射ミラーを対象物の内部に入れて計測を行う後者の方法では、反射ミラーは、カメラの撮像範囲に合わせる必要があるため比較的大きくならざるを得ず、反射ミラーが大きくなるために対象物の内径の大きさに制限が生じ、また対象物の内部に突出部ｅ等が有ると反射ミラーと干渉を生じるため計測範囲が制限される等の課題があった。
本発明は、以上の課題を解決することを目的とするものである。

本発明では、上述した課題を解決するために、スリット光源と、このスリット光源のスリット光の照射方向に配置したスリット光反射用ミラーと、このスリット光反射用ミラーによって反射したスリット光が照射される対象物を撮像するように配置したカメラとから構成した三次元形状計測装置を提案する。

また本発明では、上記の構成において、スリット光源とカメラを設置した器体に支持棒体を突設し、支持棒体の先端にスリット光反射用ミラーを支持した構成を提案する。そして本発明では、この構成において、支持棒体は左右一対とし、それらの間の空間部を通してカメラにより対象物の撮像を行う構成とすることを提案する。

また本発明では、上記の構成において、対象物を支持する回転支持台の上方に案内部材に沿って移動可能な支持部材を設置すると共に、器体を支持部材の下方に伸縮支持棒体により支持した構成を提案する。

本発明では、筒状部品等の対象物の内面の３次元形状の計測を行う場合、スリット光源とカメラを設置した器体は対象物の内部に入れず、反射用ミラーのみを対象物の内部に入れて光切断法による内面の三次元形状の計測を行うので、内径が小さい対象物についても計測を行うことができる。特に、本発明では、対象物の内部に入れる反射用ミラーはスリット光を反射させるものであって、カメラの撮像用のミラーは全く用いないか、あるいは外側に配置する。このため、対象物の内部に入れる反射用ミラーは、スリット光のみを反射させれば良いので、非常に小さく構成することができ、従って対象物の内径の大きさに制限が生じたり、対象物の内部の突出部等により計測範囲が制限されることもない。

本発明では、このように筒状部品等の対象物の内面の３次元形状の計測を良好に行うことができるのであるが、計測対象は、内面のみならず、外面の計測も行えることは勿論である。

対象物を支持する回転支持台の上方に案内部材に沿って移動可能な支持部材を設置すると共に、器体を支持部材の下方に伸縮支持棒体により支持した構成では、対象物を支持する回転支持台により対象物を回転させ、また伸縮棒体により器体を上下させることにより、対象物の内部全体を計測することができる。

次に本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る三次元形状計測装置の構成と動作を模式的に示す説明図である。
符号１は対象物２を回転可能に支持する回転支持台であり、この回転支持台１の上方に案内部材３が設置されており、この案内部材３には、それに沿って移動可能な支持部材４が設置されている。符号５は器体であり、この器体５にはスリット光源６とカメラ７を設置しており、器体５は、支持部材４の下方に伸縮支持棒体８を介して上下動可能に支持されている。

スリット光源６は図中破線で示すスリット光９を鉛直方向に照射するように配置されている。器体５の下側には、図３に示すように左右一対の支持棒体１０を鉛直下方に突設しており、支持棒体１０の下側に反射用ミラー１１を設けており、その反射面１２は水平面に対して４５°傾けている。一方、カメラ７は、スリット光源６に対して、スリット光源６からのスリット光９が反射用ミラー１１の反射面１２によって反射して向かう側とは逆の側に配置されており、その光軸１３は、スリット光源６からのスリット光９が反射用ミラー１１の反射面１２によって反射して照射される方向に向いている。従って、この実施の形態では、カメラ７は、左右一対の支持棒体１０の間の空間部１４を通してカメラ７により対象物２の撮像を行う構成としている。

以上の構成において、スリット光源６から鉛直下方に照射されたスリット光９は反射用ミラー１１の反射面１２によって図中左方に反射して対象物２の内面１５に照射される。このようにスリット光９が照射されている対象物２の内面１５をカメラ７により撮像することにより、図４に示されるような画像１６が得られ、画像１６中のスリット光９の像９’を用いて光切断法により対象物の２の内面１５の三次元形状を得ることができる。尚、図中１０’は、左右一対の支持棒体１０の像を示すものである。

以上の光切断法による計測動作を、回転支持台１により対象物２を回転させつつ行うことにより、ある高さにおける対象物２の内周面全体の三次元形状を計測することができる。そして、図２に示すように、伸縮支持棒体８を動作させて、器体５を上昇（又は下降）させつつ上記計測を行うことにより、対象物２の全内周面の三次元形状を計測することができる。

このように本発明では、対象物２の内面１５の３次元形状の計測を行う場合、スリット光源６とカメラ７を設置した器体５は対象物２の内部に入れず、支持棒体１０によって支持した反射用ミラー１１のみを対象物２の内部に入れて光切断法による内面１５の三次元形状の計測を行うので、内径が小さい対象物２についても計測を行うことができる。

特に、本発明では、対象物２の内部に入れる反射用ミラー１１はスリット光９を反射させるものであって、カメラ７の撮像用のミラーは全く用いていないので、対象物２の内部に入れる反射用ミラー１１は、スリット光９のみを反射させれば良く、従って非常に小さく構成することができ、対象物２の内径の大きさに制限が生じたり、対象物２の内部に突出部１７等が在っても計測範囲が制限されることがない。

一方、この実施の形態の三次元形状計測装置では、図５に示すように、支持部材４を案内部材３に沿って移動させることにより器体５を図中右方向に移動し、反射用ミラー１１を対象物２の外面１８よりも外側に至らせ、この状態で、上述したように光切断法を用いて対象物２の外面１８の三次元形状の計測を行うことができる。

また図６に示すように、案内部材３に２つの支持部材４を独立して移動可能に支持し、これらの支持部材４の夫々に上記器体５を支持して、夫々計測可能に構成すれば、対象物２の内面１５の計測と、外面１８の計測を同時に行うようにすることもできる。

本発明の三次元形状計測装置は、以上のとおり、筒状部品等の対象物の内面の３次元形状の計測を行う場合、スリット光源とカメラを設置した器体は対象物の内部に入れず、反射用ミラーのみを対象物の内部に入れて光切断法による内面の三次元形状の計測を行うので、内径が小さい対象物についても計測を行うことができる。特に、本発明では、対象物の内部に入れる反射用ミラーはスリット光を反射させるものであって、カメラの撮像用のミラーは全く用いないか、あるいは外側に配置する。このため、対象物の内部に入れる反射用ミラーは、スリット光のみを反射させれば良いので、非常に小さく構成することができ、従って対象物の内径の大きさに制限が生じたり、対象物の内部の突出部等により計測範囲が制限されることもないという効果があり、産業上の利用可能性が大である。

本発明に係る三次元形状計測装置の構成と動作を模式的に示す説明図である。 本発明に係る三次元形状計測装置の構成と他の動作を模式的に示す説明図である。 反射用ミラーの構成を示す斜視図である。 カメラの撮像画像の一例を示すものである。 本発明に係る三次元形状計測装置の構成と他の動作を模式的に示す説明図である。 本発明に係る三次元形状計測装置の他の構成と動作を模式的に示す説明図である。 従来の３次元形状計測装置における対象物の内面の計測方法を模式的に示す説明図である。 従来の３次元形状計測装置における対象物の内面の計測方法を模式的に示す説明図である。 従来の３次元形状計測装置における対象物の内面の計測方法を模式的に示す説明図である。

符号の説明

１ 回転支持台
２ 対象物
３ 案内部材
４ 支持部材
５ 器体
６ スリット光源
７ カメラ
８ 伸縮支持棒体
９ スリット光
１０ 支持棒体
１１ 反射用ミラー
１２ 反射面
１３ 光軸
１４ 空間部
１５ 内面
１６ 画像
１７ 突出物
１８ 外面

Claims (4)

1. スリット光源と、このスリット光源のスリット光の照射方向に配置したスリット光反射用ミラーと、このスリット光反射用ミラーによって反射したスリット光が照射される対象物を撮像するように配置したカメラとから構成したことを特徴とする三次元形状計測装置。
2. スリット光源とカメラを設置した器体に支持棒体を突設し、支持棒体の先端にスリット光反射用ミラーを支持したことを特徴とする請求項１に記載の三次元形状計測装置。
3. 支持棒体は左右一対とし、それらの間の空間部を通してカメラにより対象物の撮像を行う構成としたことを特徴とする請求項２に記載の三次元形状計測装置。
4. 対象物を支持する回転支持台の上方に案内部材に沿って移動可能な支持部材を設置すると共に、器体を支持部材の下方に伸縮支持棒体により支持したことを特徴とする請求項２に記載の三次元形状計測装置。
   

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