JP2008180646A - Shape measuring device and shape measuring technique - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザー光を測定対象に照射し、測定対象からの反射光を受光センサにより検出して三角測量の原理により測定対象の形状を測定する形状測定装置および形状測定方法に関し、より詳しくは、測定対象上で発生する2次反射による影響を効果的に除外し得る形状測定装置および形状測定方法に関する。 The present invention relates to a shape measuring apparatus and a shape measuring method for irradiating a measurement target with laser light, detecting reflected light from the measurement target with a light receiving sensor, and measuring the shape of the measurement target based on the principle of triangulation. The present invention relates to a shape measuring apparatus and a shape measuring method capable of effectively excluding the influence of secondary reflection occurring on a measurement object.
レーザー光を測定対象に照射し、測定対象からの反射光を受光センサにより検出して三角測量の原理により測定対象物の外形形状や測定対象物表面に形成されている形状(例えば刻印文字などの形状)を測定する形状測定装置が知られている。この形状測定装置においては、測定対象に照射されたレーザー光の反射光(散乱光の一部)が受光センサに受光される位置(受光位置)に基づいてレーザー光源から測定対象のレーザー光照射部位までの距離を算出し、これと共にレーザー光の照射方向である位置ベクトルを検出して、レーザー光照射部位の3次元座標を計算するしくみであるが、鏡面など反射率が高い測定対象にレーザー光が照射された場合、その照射部位での反射光が別の位置でも反射して(以下、これを2次反射という)、2次反射光が受光センサに受光されることがある。このように正規の反射光のみならず2次反射光も受光センサに受光されると、2次反射光の影響により測定誤差が生じる。
Laser light is irradiated to the measurement object, reflected light from the measurement object is detected by the light receiving sensor, and the external shape of the measurement object and the shape formed on the measurement object surface (for example, engraved characters, etc.) according to the principle of
このため、2次反射による反射光の影響を除外する形状測定装置が考案されている。例えば、特許文献1においては、歯牙模型などの複雑形状の測定対象物の形状測定を行う場合に、2つの受光センサを2次反射の影響が相反するように(一方の受光センサにおける2次反射の影響が大きい場合は他方の受光センサの2次反射の影響が小さくなるように)配置し、2次反射の影響を受ける領域(特許文献1ではこの領域を多重反射領域と称している)にレーザー光を照射した場合には、2つの受光センサにおいて受光した反射光の受光位置から計算したレーザー光の照射位置が測定対象物の内部に設定した座標軸原点に近い側の照射位置を正規の照射位置として選択し、また多重反射領域外にレーザー光を照射した場合には、2つの受光センサにより受光する受光信号出力が大きい方の受光センサにより受光されたレーザー光の照射位置を正規の照射点位置として選択する手段が記載されている。
特許文献1に記載の方法によれば、当該公報に示されている歯牙模型などは2次反射による影響を除外することが可能と思われるが、発明者が様々な形状や材質の物体の形状を測定してみたところ、2次反射の影響を受ける領域においては、形状や材質により正規の反射位置が座標軸原点に近い側であるケースと座標軸原点から遠い側であるケースの2つがあり、特許文献1に記載の方法は特定の形状や材質の形状測定には適用できても、様々な形状や材質の形状測定には使用できないといえる。また、金属に刻印されている文字、記号、デザイン形状を測定する場合においては、同じ測定対象において正規の反射位置が座標軸原点に近い側であるケースと座標軸原点から遠い側であるケースの2つが生じるため、特許文献1に記載の方法は適用できない。
According to the method described in
本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、様々な形状や材質の物体の3次元形状測定において、2次反射による反射光の影響をより効果的に除外することが可能な形状測定装置および形状測定方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to more effectively eliminate the influence of reflected light due to secondary reflection in the measurement of three-dimensional shapes of objects of various shapes and materials. And a shape measuring method are provided.
上記目的を達成するため、本発明の特徴は、測定対象にレーザー光を走査しながら照射するレーザー光照射装置と、受光領域を持ち、前記レーザー光照射装置から測定対象に照射されたレーザー光の反射光を前記受光領域内で受光し、前記受光領域内における受光量を表わす受光信号を出力する複数の受光センサと、前記複数の受光センサが出力する受光信号に基づいて測定対象の形状を表す形状データを算出するデータ処理手段と、を備え、前記データ処理手段は、前記複数の受光センサから受光信号が入力されるとともに、入力された受光信号に基づいて、前記受光領域内の位置であって受光量がピークとなる受光位置を前記受光センサごとに検出する受光位置検出手段と、前記受光位置検出手段が前記受光センサごとに検出した受光位置に相当する前記レーザー光照射装置と測定対象上のレーザー光の照射部位との間の距離である照射間距離の推定値を受光位置ごとに算出する距離算出手段と、前記距離算出手段が受光位置ごとに算出した照射間距離の推定値をそれぞれ比較し、所定の許容範囲内で一致する照射間距離の推定値を正規の照射間距離として選択する正規距離選択手段と、を備える形状測定装置とすることにある。 In order to achieve the above object, the present invention is characterized by a laser beam irradiation device that irradiates a measurement target while scanning the laser beam, and a light receiving region, and a laser beam irradiated to the measurement target from the laser beam irradiation device. A plurality of light receiving sensors for receiving reflected light in the light receiving region and outputting a light receiving signal indicating the amount of light received in the light receiving region, and a shape of the measurement object based on the light receiving signals output from the plurality of light receiving sensors Data processing means for calculating shape data, wherein the data processing means receives light reception signals from the plurality of light receiving sensors, and determines the position in the light receiving area based on the received light reception signals. A light receiving position detecting means for detecting the light receiving position where the light receiving amount reaches a peak for each light receiving sensor, and a light receiving position detected by the light receiving position detecting means for each light receiving sensor. A distance calculating unit that calculates an estimated value of an inter-irradiation distance, which is a distance between the laser beam irradiation device corresponding to the laser beam irradiation site on the measurement target, for each light receiving position; and A normal distance selection unit that compares the estimated values of the inter-irradiation distances calculated for each of them and selects the estimated values of the inter-irradiation distances that match within a predetermined allowable range as normal inter-irradiation distances; There is to do.
この場合、前記受光位置検出手段が少なくとも一つの受光信号から複数の受光位置を検出した場合には、前記正規距離選択手段は、前記距離算出手段が算出した前記一つの受光信号から検出された複数の受光位置に相当する複数の照射間距離の推定値を、前記距離算出手段が算出した他の受光信号から検出された受光位置に相当する照射間距離の推定値と比較し、所定の許容範囲内で一致する照射間距離の推定値を照射間距離として選択するものであるのがよい。 In this case, when the light receiving position detecting unit detects a plurality of light receiving positions from at least one light receiving signal, the normal distance selecting unit is configured to detect a plurality of light detected from the one light receiving signal calculated by the distance calculating unit. A plurality of estimated values of inter-irradiation distances corresponding to the light-receiving positions of the light-receiving positions are compared with estimated values of inter-irradiation distances corresponding to the light-receiving positions detected from other light-receiving signals calculated by the distance calculating means It is preferable to select an estimated value of the inter-irradiation distance that is the same as the inter-irradiation distance.
上記した本発明の形状測定装置によれば、レーザー光照射装置からレーザー光が測定対象に照射され、照射部位における反射光が複数の受光センサの受光領域に受光される。受光センサは受光領域における受光量を表す受光信号を受光位置検出手段に出力し、受光位置検出手段は入力された受光信号から、受光量のピーク値が存在する受光位置を検出する。 According to the above-described shape measuring apparatus of the present invention, the laser light is irradiated from the laser light irradiation device onto the measurement target, and the reflected light at the irradiated portion is received by the light receiving regions of the plurality of light receiving sensors. The light receiving sensor outputs a light receiving signal representing the amount of light received in the light receiving region to the light receiving position detecting means, and the light receiving position detecting means detects the light receiving position where the peak value of the light receiving amount exists from the received light receiving signal.
この場合、レーザー光照射装置からレーザー光が測定対象に照射されたときに2次反射が生じると、受光位置検出手段は、少なくとも一つの受光センサから得られる受光信号から複数の受光位置を検出する場合がある。複数の受光位置を検出した場合には、どの受光位置が正規の反射光(1次反射光)の受光位置であるか判断できない。そこで、本発明の形状測定装置においては、距離算出手段および正規距離選択手段を設けて正規の反射光の受光位置を判断することができるようにされている。 In this case, if secondary reflection occurs when the laser beam is irradiated from the laser beam irradiation device, the light receiving position detecting means detects a plurality of light receiving positions from the light receiving signal obtained from at least one light receiving sensor. There is a case. When a plurality of light receiving positions are detected, it is not possible to determine which light receiving position is the position where the regular reflected light (primary reflected light) is received. Therefore, in the shape measuring apparatus of the present invention, a distance calculating means and a normal distance selecting means are provided so that the light receiving position of the normal reflected light can be determined.
本発明では、距離算出手段により、レーザー光照射装置(より詳しくはレーザー光照射装置内のレーザー光源)と、そのレーザー光照射装置から発せられるレーザー光が測定対象の表面上に照射される部位(照射部位)との間の距離(本明細書において、この距離を「照射間距離」と呼ぶ)の推定値が算出される。照射間距離は、受光センサが照射部位における反射光を受光領域内で受ける位置(受光位置)から三角測量の原理に基づいて定めることができる。ただし、受光した光が正規の反射光(1次反射光)であれば正確な照射間距離を求めることができるが、2次反射光である場合は正しい照射間距離を求めることはできない。 In the present invention, by the distance calculation means, a laser beam irradiation device (more specifically, a laser light source in the laser beam irradiation device) and a portion (a laser beam emitted from the laser beam irradiation device is irradiated onto the surface of the measurement target ( An estimated value of the distance to the (irradiated part) (this distance is referred to as “inter-irradiation distance” in this specification) is calculated. The inter-irradiation distance can be determined based on the principle of triangulation from the position (light receiving position) at which the light receiving sensor receives the reflected light at the irradiated region within the light receiving region. However, if the received light is regular reflected light (primary reflected light), an accurate inter-irradiation distance can be obtained, but if it is secondary reflected light, a correct inter-irradiation distance cannot be obtained.
また、ある照射部位における正規の反射光(1次反射光)を異なった位置に設けられている複数の受光センサにより受光した場合、それぞれの受光センサにおける受光位置から求めた照射間距離はほぼ等しくなる。しかし、ある照射部位における2次反射光を異なる位置に配置された複数の受光センサにより受光した場合は、それぞれの受光センサにおける受光位置から求めた照射間距離はほとんどの場合異なるものとなる。特に、2つの受光センサがレーザー光照射装置から照射するレーザー光の光軸に垂直な平面内で、レーザー光源を中心に対称位置に配置されている場合には、それぞれの受光センサにおける2次反射光の受光位置から求めた照射間距離は大きく異なる。 In addition, when regular reflected light (primary reflected light) at a certain irradiation site is received by a plurality of light receiving sensors provided at different positions, the distances between the irradiations obtained from the light receiving positions of the respective light receiving sensors are substantially equal. Become. However, when secondary reflected light at a certain irradiation site is received by a plurality of light receiving sensors arranged at different positions, the distance between irradiations determined from the light receiving positions of the respective light receiving sensors is almost always different. In particular, when the two light receiving sensors are arranged symmetrically with respect to the laser light source in the plane perpendicular to the optical axis of the laser light emitted from the laser light irradiation device, the secondary reflection in each light receiving sensor. The distance between irradiations determined from the light receiving position is greatly different.
このようなことから、本発明では、距離算出手段が複数の照射間距離の推定値を算出した場合には、正規距離選択手段によってこれら複数の照射間距離の推定値を比較し、所定の許容範囲内で一致する照射間距離の推定値を正規の照射間距離として選択する。具体的には、一つの受光センサから出力される受光信号から複数の受光位置が検出された場合、正規距離選択手段は、距離算出手段が算出したその受光センサから出力される複数の受光位置に相当する複数の照射間距離の推定値と、距離算出手段が算出した他の受光センサから出力される受光信号から検出される一つまたは複数の受光位置に相当する一つまたは複数の照射間距離の推定値とを比較して、所定の許容範囲内で一致するものを正規の照射間距離として選択する。選択された正規の照射間距離に相当する受光位置が、正規の反射光を受光した受光位置と判断することができる。 For this reason, in the present invention, when the distance calculating means calculates the estimated values of the plurality of inter-irradiation distances, the normal distance selecting means compares the estimated values of the plurality of inter-irradiation distances to obtain a predetermined tolerance. The estimated inter-irradiation distance that matches within the range is selected as the normal inter-irradiation distance. Specifically, when a plurality of light receiving positions are detected from a light receiving signal output from one light receiving sensor, the normal distance selecting unit sets the plurality of light receiving positions output from the light receiving sensor calculated by the distance calculating unit. One or a plurality of inter-irradiation distances corresponding to one or a plurality of light receiving positions detected from a corresponding estimated value of a plurality of inter-irradiation distances and a light receiving signal output from another light receiving sensor calculated by the distance calculating means Are compared with the estimated value, and those that match within a predetermined allowable range are selected as normal inter-irradiation distances. The light receiving position corresponding to the selected regular inter-irradiation distance can be determined as the light receiving position where the regular reflected light is received.
このように、本発明によれば、複数の受光位置が検出されたときにその受光位置が示す照射間距離の推定値を比較し、ほぼ一致する照射間距離の推定値を正規の照射間距離として選択している。選択された照射間距離に相当する受光位置は2次反射の影響を受けていない1次反射光を受光した位置と推定されるため、選択した正規の照射間距離を基に測定対象の形状を正確に表す形状データを作成することができる。 Thus, according to the present invention, when a plurality of light receiving positions are detected, the estimated values of the distances between the irradiations indicated by the light receiving positions are compared, and the estimated values of the distances between the irradiations that are substantially the same are compared with the normal distances between the irradiations. Have selected as. Since the light receiving position corresponding to the selected inter-irradiation distance is estimated to be the position where the primary reflected light that is not affected by the secondary reflection is received, the shape of the measurement object is determined based on the selected regular inter-irradiation distance. Accurately representing shape data can be created.
本発明に適用する受光センサとしては、受光領域を持ち、受光領域内のある画素(ピクセル)に光が照射された場合にその画素が受光量に応じた信号(受光信号)を出力するものが適用でき、例えばCCDのような受光素子を1列に配列したラインセンサや、行列状に配列したエリアセンサが用いられる。受光位置検出手段は、例えば受光センサが出力する受光信号から信号強度の波形曲線を作成し、曲線のピーク位置を受光位置として検出するものとすることができる。 The light receiving sensor applied to the present invention has a light receiving area, and when a certain pixel (pixel) in the light receiving area is irradiated with light, the pixel outputs a signal (light receiving signal) corresponding to the amount of received light. For example, a line sensor in which light receiving elements such as CCDs are arranged in a row, or an area sensor in which a matrix is arranged is used. The light receiving position detecting means can create a waveform curve of signal intensity from the light receiving signal output from the light receiving sensor, for example, and detect the peak position of the curve as the light receiving position.
また、正規距離選択手段が行う照射間距離の推定値の比較は、例えば2つの照射間距離の推定値の差を計算して、その差を評価することにより行うことができる。この場合、上記差が所定量以内である照射間距離の推定値を正規の照射間距離として選択することができる。上記所定量は、比較する照射間距離の推定値の長さに応じて適宜変更することができる。 Moreover, the comparison of the estimated value of the inter-irradiation distance performed by the normal distance selection unit can be performed, for example, by calculating the difference between the two estimated values of the inter-irradiation distance and evaluating the difference. In this case, an estimated value of the inter-irradiation distance in which the difference is within a predetermined amount can be selected as the normal inter-irradiation distance. The predetermined amount can be appropriately changed according to the length of the estimated value of the inter-irradiation distance to be compared.
また、前記データ処理手段は、前記正規距離選択手段が複数の照射間距離を選択した場合に、それ以前に前記正規距離選択手段が選択した照射間距離と今回選択した複数の照射間距離とを比較し、その比較結果に基づいて正規の照射間距離を決定する正規距離決定手段をさらに備えるのがよい。これによれば、仮に正規距離選択手段によって正規の照射間距離が複数個選択されたとしても、正規距離決定手段によって、それ以前に正規距離選択手段によって選択された照射間距離と今回正規距離選択手段によって選択された複数の照射間距離とを比較することにより、複数の照射間距離のうちで最も適切と思われるものを正規の照射間距離と決定することができる。このためより正確に照射間距離を決定することができ、多くの形状測定を行う場合において、さらに従来よりも2次反射による影響を除くことができる。 In addition, the data processing means, when the normal distance selection means has selected a plurality of inter-irradiation distances, the previous distance selected by the normal distance selection means before the plurality of irradiation distances selected this time It is preferable to further include a normal distance determining means for comparing and determining a normal inter-irradiation distance based on the comparison result. According to this, even if a plurality of normal inter-irradiation distances are selected by the normal distance selection unit, the normal distance selection unit and the current normal distance selection previously selected by the normal distance selection unit by the normal distance selection unit By comparing the plurality of inter-irradiation distances selected by the means, the most suitable one of the plurality of inter-irradiation distances can be determined as the regular inter-irradiation distance. For this reason, the distance between irradiations can be determined more accurately, and in the case of performing many shape measurements, the influence of secondary reflection can be further eliminated than in the prior art.
この場合において、正規距離決定手段は、例えば正規距離選択手段によってn回前までに選択した照射間距離の平均距離と、今回正規距離選択手段によって選択した複数の照射間距離とをそれぞれ比較し、上記平均距離に最も近い照射間距離を正規の照射間距離として決定する手段とすることができる。 In this case, the normal distance determining means compares, for example, the average distance of the irradiation distances selected up to n times before by the normal distance selection means and the plurality of irradiation distances selected by the normal distance selection means this time, An inter-irradiation distance closest to the average distance can be determined as a regular inter-irradiation distance.
また、前記データ処理手段は、前記正規距離選択手段が選択した照射間距離または前記正規距離決定手段が決定した照射間距離に基づいて測定対象の形状データを作成する形状データ作成手段を備えるものであるのがよい。これによれば、測定対象の正確な形状データを作成することができる。さらに、前記データ処理手段は、前記形状データ作成手段が作成した形状データのそれぞれを近傍位置の形状データと比較することにより、前記測定対象の形状データに該当しないデータを除外する異常データ除外手段をさらに備えるものであるのがよい。これによれば、異常データ除外手段にて形状データに該当しないデータを削除することにより、結果的に2次反射光の影響を受けた形状データを除外することができるので、より精度の高い形状データを作成することができる。 The data processing means includes shape data creation means for creating shape data of a measurement object based on the distance between irradiations selected by the normal distance selection means or the distance between irradiations determined by the normal distance determination means. There should be. According to this, accurate shape data of a measurement object can be created. Further, the data processing means includes an abnormal data exclusion means for excluding data that does not correspond to the shape data of the measurement object by comparing each of the shape data created by the shape data creation means with the shape data of a neighboring position. Further, it may be provided. According to this, since the shape data affected by the secondary reflected light can be excluded as a result by deleting the data that does not correspond to the shape data by the abnormal data excluding means, the shape with higher accuracy is obtained. Data can be created.
この場合において、異常データ除外手段は、形状データ作成手段が作成した形状データのうちのある形状データを検査データとし、この検査データとそれに隣接する形状データとの間の距離あるいは検査データとそれに隣接する形状データとの間の所定の軸方向距離(x軸方向距離、y軸方向距離、z軸方向距離)が所定量以上である場合に検査データを異常なデータとして除外する手段とすることができる。上記所定の軸方向距離は、レーザー光照射装置から測定対象に向かう方向に平行な軸方向距離であるのがよい。また、異常データ除外手段は、形状データ作成手段が作成した形状データから隣り合う複数の形状データを抽出し、抽出した形状データから最小二乗法などによりこれらの形状データを直線近似し、近似直線と所定の軸とのなす角が所定角度以上または所定角度以下である場合に、この近似直線との距離が所定値以下の形状データを異常なデータとして除外する手段とすることができる。さらに、異常データ除外手段は、なんらかの手段によって除外すべき形状データを特定した場合、その形状データの近傍データ(例えば隣接する形状データ)も異常データとして除外する手段とすることができる。 In this case, the abnormal data excluding means uses the shape data of the shape data created by the shape data creating means as inspection data, and the distance between the inspection data and the shape data adjacent thereto or the inspection data and the adjacent data. If the predetermined axial distance (the x-axis direction distance, the y-axis direction distance, the z-axis direction distance) with the shape data to be measured is equal to or greater than a predetermined amount, the inspection data may be excluded as abnormal data. it can. The predetermined axial distance may be an axial distance parallel to a direction from the laser beam irradiation device toward the measurement target. The abnormal data excluding means extracts a plurality of adjacent shape data from the shape data created by the shape data creating means, linearly approximates these shape data from the extracted shape data by the least square method, etc. When the angle formed with the predetermined axis is equal to or larger than the predetermined angle or smaller than the predetermined angle, the shape data whose distance from the approximate line is equal to or smaller than the predetermined value can be excluded as abnormal data. Further, when the shape data to be excluded is specified by some means, the abnormal data exclusion means can be means for excluding the neighboring data (for example, adjacent shape data) of the shape data as abnormal data.
また、前記複数の受光センサは、前記レーザー光照射装置から照射されるレーザー光に垂直な平面内で、且つ前記レーザー光照射装置(またはレーザー光源)から等距離に配置されているのが好ましい。また、前記複数の受光センサは、前記レーザー光照射装置あるいはレーザー光源に対して対称位置に配置されているのが好ましい。このような受光センサの配置形態を採ることによって、2次反射光の受光位置から算出される照射間距離の推定値が複数の受光センサ間で大きく異なるので、正規の照射間距離を特定し易くなり、正規距離選択手段によってより確実に正規の照射間距離を選択することができる。 The plurality of light receiving sensors are preferably arranged in a plane perpendicular to the laser beam irradiated from the laser beam irradiation device and equidistant from the laser beam irradiation device (or laser light source). The plurality of light receiving sensors are preferably arranged at symmetrical positions with respect to the laser light irradiation device or the laser light source. By adopting such an arrangement form of the light receiving sensors, the estimated value of the inter-irradiation distance calculated from the light receiving position of the secondary reflected light is greatly different among the plurality of light receiving sensors, so that it is easy to specify the normal inter-irradiation distance. Thus, the normal distance between the irradiation can be more reliably selected by the normal distance selection means.
また、本発明の形状測定装置を適用する測定対象は、金属からなる物体に刻印された文字または記号またはデザインであるとよい。刻印文字等で、断面がV溝状であり、金属のように反射率の高い部材に形成されている場合は、形状を測定するときに2次反射光の影響をより強く受けるため精度よく形状測定を行うことができない。このような場合に本発明の形状測定装置を用いることにより、正確に形状測定を行うことができる。 Moreover, the measurement object to which the shape measuring apparatus of the present invention is applied may be a character, a symbol, or a design stamped on an object made of metal. If the cross-section is V-groove, such as a stamped letter, and is formed on a highly reflective member such as metal, the shape is accurately measured because it is more strongly affected by secondary reflected light when measuring the shape. Measurement cannot be performed. In such a case, the shape measurement can be accurately performed by using the shape measuring apparatus of the present invention.
また、本発明の形状測定装置を適用する測定対象は、金属からなる物体の成形加工後の表面形状、反射率が所定以上の物体の表面形状、凹部を有する表面形状、段差を有する表面形状のうちのいずれかの表面形状であってもよい。物体の3次元形状を測定する上で、これらの形状は、いずれも2次反射の影響を強く受ける可能性があるので、このような形状を備える物体の3次元形状を測定する際に本発明の形状測定装置を適用することにより、正確に物体の3次元形状を測定することができる。 The measurement object to which the shape measuring apparatus of the present invention is applied includes a surface shape after forming a metal object, a surface shape of an object having a reflectance of a predetermined value or more, a surface shape having a recess, and a surface shape having a step. Any of the surface shapes may be used. In measuring the three-dimensional shape of an object, any of these shapes may be strongly influenced by secondary reflection. Therefore, the present invention is used when measuring the three-dimensional shape of an object having such a shape. By applying the shape measuring apparatus, it is possible to accurately measure the three-dimensional shape of the object.
ところで、上記した本発明は、正規の反射光の受光位置から求められる照射間距離は複数の受光センサ間で等しくなるということに基づき、複数の受光センサにおける反射光の受光位置から照射間距離の推定値を求め、求めた照射間距離の推定値同士を比較して正規の照射間距離を選択している。この場合、受光センサの受光領域における同一の照射部位からの反射光の受光位置が複数の受光センサ間で統一されていれば、正規の反射光の受光位置は受光センサ間でほぼ同一の位置となるため、照射間距離を求めずとも、複数の受光センサの受光位置同士を比較することによって正規の反射光の受光位置(正規の受光位置)を選択することができる。 By the way, the above-mentioned present invention is based on the fact that the distance between irradiations obtained from the light receiving positions of the regular reflected light is equal among the plurality of light receiving sensors, and the distance between the irradiations from the light receiving positions of the reflected light in the plurality of light receiving sensors. An estimated value is obtained, and the obtained inter-irradiation distance estimated values are compared with each other to select a normal inter-irradiation distance. In this case, if the light receiving position of the reflected light from the same irradiation site in the light receiving area of the light receiving sensor is unified among the plurality of light receiving sensors, the light receiving position of the regular reflected light is substantially the same position between the light receiving sensors. Therefore, without obtaining the inter-irradiation distance, it is possible to select the light receiving position (normal light receiving position) of the regular reflected light by comparing the light receiving positions of the plurality of light receiving sensors.
したがって、上記知見に基づいた本発明の他の特徴は、測定対象にレーザー光を走査しながら照射するレーザー光照射装置と、受光領域を持ち、前記レーザー光照射装置から測定対象に照射されたレーザー光の反射光を前記受光領域内で受光し、前記受光領域内における受光量を表わす受光信号を出力する複数の受光センサと、前記複数の受光センサが出力する受光信号に基づいて測定対象の形状を表す形状データを算出するデータ処理手段と、を備え、前記データ処理手段は、前記複数の受光センサから受光信号が入力されるとともに、入力された受光信号に基づいて、前記受光領域内の位置であって受光量がピークとなる受光位置を前記受光センサごとに検出する受光位置検出手段と、前記受光位置検出手段が前記受光センサごとに検出した受光位置をそれぞれ比較し、所定の許容範囲内で一致する受光位置を正規の受光位置として選択する正規受光位置選択手段と、を備える形状測定装置とすることにある。これによれば、受光位置から照射間距離の推定値を求めずとも、上述の発明と同様な効果を奏する。 Therefore, another feature of the present invention based on the above knowledge is that a laser beam irradiation device that irradiates a measurement target while scanning the laser beam and a laser that has a light receiving region and is irradiated from the laser beam irradiation device to the measurement target. A plurality of light receiving sensors that receive reflected light of the light within the light receiving region and output a light receiving signal indicating the amount of light received in the light receiving region, and a shape of the measurement target based on the light receiving signals output by the plurality of light receiving sensors Data processing means for calculating shape data representing the position, and the data processing means receives light reception signals from the plurality of light receiving sensors, and positions in the light receiving area based on the received light reception signals. The light receiving position detecting means for detecting the light receiving position where the light receiving amount reaches a peak for each light receiving sensor, and the light receiving position detecting means for each light receiving sensor. The light receiving position compared respectively, it is to a shape measuring apparatus and a normal receiving position selecting means for selecting the light receiving position as the light receiving position of the regular match within a predetermined tolerance. According to this, the same effect as the above-described invention can be obtained without obtaining the estimated value of the distance between irradiation from the light receiving position.
この場合、2つの受光センサがレーザー光源から照射されるレーザー光の光軸に垂直な平面内で、且つ前記レーザー光源を中心として対称位置に配置されているのがよい。このように受光センサを配置することにより、それぞれの受光センサが正規の反射光を受光した場合にその受光位置を統一することができる。つまり、全ての受光センサにおいて正規の反射光の受光位置を同じ位置にすることができる。また、上記データ処理手段は、正規受光位置選択手段が複数の受光位置を選択した場合に、それ以前に前記正規受光位置選択手段が選択した受光位置と今回選択した複数の受光位置とを比較し、その比較結果に基づいて正規の受光位置を決定する正規受光位置決定手段をさらに備えるものとすることもできる。さらに、上記データ処理手段は、正規受光位置選択手段が選択した受光位置または正規受光位置決定手段が決定した受光位置から照射間距離を求め、求めた照射間距離に基づいて測定対象の形状データを作成する形状データ作成手段を備えるものとすることもできる。さらに、上記データ処理手段は、形状データ作成手段が作成した形状データのそれぞれを近傍位置の形状データと比較することにより、測定対象の形状データに該当しないデータを除外する異常データ除外手段を備えるものとすることもできる。 In this case, it is preferable that the two light receiving sensors are arranged in a plane perpendicular to the optical axis of the laser light emitted from the laser light source and in a symmetrical position with the laser light source as the center. By arranging the light receiving sensors in this way, when the respective light receiving sensors receive regular reflected light, the light receiving positions can be unified. That is, the regular reflected light receiving position can be made the same in all the light receiving sensors. In addition, when the regular light receiving position selecting means selects a plurality of light receiving positions, the data processing means compares the light receiving positions previously selected by the regular light receiving position selecting means with the plurality of light receiving positions selected this time. Further, it is possible to further include normal light receiving position determining means for determining a normal light receiving position based on the comparison result. Further, the data processing means obtains an inter-irradiation distance from the light-receiving position selected by the normal light-receiving position selecting means or the light-receiving position decided by the normal light-receiving position determining means, and obtains the shape data of the measurement object based on the obtained inter-irradiation distance. It may be provided with shape data creating means for creating. Further, the data processing means includes an abnormal data exclusion means for excluding data that does not correspond to the shape data to be measured by comparing each of the shape data created by the shape data creation means with the shape data at the neighboring position. It can also be.
また、本発明の他の特徴は、測定対象の形状を測定する形状測定方法であって、レーザー光を出射するレーザー光源および前記レーザー光源から出射されたレーザー光を走査する走査手段を有するレーザー光照射装置から測定対象にレーザー光を走査しながら照射するレーザー光照射ステップと、測定対象に照射されたレーザー光の反射光を、受光領域を持つ複数の受光センサにより受光する受光ステップと、前記複数の受光センサが受光した反射光に基づいて、それぞれの受光センサの受光領域内における反射光の受光位置を検出する受光位置検出ステップと、前記受光位置検出ステップにて検出した受光位置に基づいて、前記レーザー光照射装置と測定対象上におけるレーザー光の照射部位との間の距離である照射間距離の推定値を受光位置ごとに計算する距離計算ステップと、前記距離計算ステップにて受光位置ごとに計算された照射間距離の推定値を比較し、所定の許容範囲内で一致する照射間距離の推定値を正規の照射間距離として選択する正規距離選択ステップと、前記正規距離選択ステップにて選択された照射間距離に基づいて測定対象の形状データを作成する形状データ作成ステップと、を含む形状測定方法とすることにある。上記した形状測定方法によれば、上記した本発明の形状測定装置と同様に、正規の照射間距離を基に正確に測定対象の形状データを作成することができる。 Another feature of the present invention is a shape measurement method for measuring the shape of a measurement object, which includes a laser light source that emits laser light and a scanning unit that scans the laser light emitted from the laser light source. A laser light irradiation step of irradiating the measurement target with laser light from the irradiation device; a light reception step of receiving reflected light of the laser light irradiated on the measurement target by a plurality of light receiving sensors having a light receiving region; Based on the reflected light received by each of the light receiving sensors, based on the light receiving position detecting step for detecting the light receiving position of the reflected light in the light receiving region of each light receiving sensor, and on the light receiving position detected in the light receiving position detecting step, Receives the estimated distance between the laser beam irradiation device and the laser beam irradiation site on the measurement target. The distance calculation step calculated for each position is compared with the estimated value of the inter-irradiation distance calculated for each light receiving position in the distance calculation step, and the estimated inter-irradiation distance that matches within a predetermined allowable range is A shape measurement method comprising: a normal distance selection step that is selected as an inter-irradiation distance; and a shape data creation step that creates shape data of a measurement object based on the inter-irradiation distance selected in the normal distance selection step. It is in. According to the above-described shape measuring method, like the above-described shape measuring apparatus of the present invention, the shape data of the measurement target can be accurately created based on the regular inter-irradiation distance.
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態について説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係る形状測定装置の全体図である。図において、形状測定装置1は、平板状の測定台2と、この測定台2上に取り付けられた支持体3と、支持体3に移動可能に取り付けられた測定カメラ10と、測定カメラ10を移動するためのフィードモータ30とを備えている。
(First embodiment)
The first embodiment of the present invention will be described below. FIG. 1 is an overall view of a shape measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention. In the figure, a
測定台2は図に示すように左右方向を長手方向とする長方形状に形成されている。支持体3は測定台2の対向するそれぞれの短辺の略中央から立設した2本の脚部3a,3aおよびこの2つの脚部3a,3aの上部を結ぶように測定台2の長手方向に沿って形成された支持部3bを有しており、全体として略コ字状とされている。支持部3bは測定台2の上面とほぼ平行となるように延びて形成されている。また支持部3bには軸方向に沿った長孔3cが形成されている。長孔3cの長手方向側壁には図示しないガイド溝が形成されている。測定カメラ10はこのガイド溝に係止された状態で長孔3c内に嵌めこまれている。
As shown in the figure, the measuring table 2 is formed in a rectangular shape with the left-right direction as the longitudinal direction. The
フィードモータ30は、支持部3bに形成された長孔3cの一方端側に取り付けられている。このフィードモータ30の出力軸は図示しないベルトなどの動力伝達手段により測定カメラ10に連結している。したがって、測定カメラ10は、フィードモータ30の駆動によって長孔3c内のガイド溝に沿って支持部3bの長手方向に移動可能とされている。また、測定カメラ10は内部にレーザー光源を備えており、このレーザー光源から発せられるレーザー光が支持部3bの長手方向に垂直な方向に走査される。このようなレーザー光の走査を行いながら測定カメラ10がフィードモータ30の駆動により支持部3bの長軸方向に移動することにより、測定台2の上面のほぼ全面に亘って測定カメラ10からレーザー光が照射されることになる。
The
測定台2上には測定対象物OBが載置される。本実施形態では、形状測定装置1は、測定対象物OBの表面に溝状に刻印された文字(図1において刻印文字「ABC」)の形状を測定するための刻印形状測定を行う。また、形状データを座標値として表示するために、図1に示すように測定カメラ10がフィードモータ30の駆動により移動する移動方向をy軸方向、y軸方向に直交し、且つ測定カメラ10から照射されるレーザー光が走査される方向をx軸方向、x軸方向およびy軸方向に直交する方向、つまり測定台2の上面と垂直な方向をz軸方向と定めておく。
A measurement object OB is placed on the measurement table 2. In the present embodiment, the
図2は測定カメラ10をy軸方向から見た内部透視図、図3は測定カメラ10をz軸方向から見た内部透視図であり、いずれも概略図である。図2および図3に示すように、測定カメラ10はケース11およびこのケース11内に配置した各種部品を備えて構成されている。ケース11は直方体状に構成され、図1に示すようにケース11の長手方向が支持部3bの長手方向に平行になるように、支持部3bに形成されたガイド溝に取り付けられている。
FIG. 2 is an internal perspective view of the
ケース11内には各種部品として、レーザー光源12、コリメートレンズ14、ガルバノミラー16、揺動モータ18、第1集光レンズ20、第2集光レンズ22、第1イメージセンサ24および第2イメージセンサ26が配置している。レーザー光源12は、レーザー光駆動回路12a(図4参照)からの指令に基づいて外部にレーザー光を出射するものであり、レーザーダイオードその他の発光素子などを用いることができる。コリメートレンズ14は、レーザー光源12に対面配置しており、レーザー光源12からのレーザー光が入射して、そのレーザー光を平行光とする。
The
ガルバノミラー16は図3によく示すように細長い直方体形状とされ、長手方向が支持体3の支持部3bの長手方向に平行な方向となるように(つまりケース11の長手方向に平行になるように)ケース11内に配置されている。レーザー光源12から出射されコリメートレンズ14により平行光とされたレーザー光はガルバノミラー16に入射し、入射角と等しい反射角を持って反射する。このときレーザー光はガルバノミラー16の長手方向に垂直な方向からガルバノミラー16に入射するのが好ましい。ガルバノミラー16にて反射したレーザー光はケース11に形成された図示しない窓部または開口部から外部に照射される。
The
また、ガルバノミラー16の長手方向の一端(図3において右端)に揺動モータ18の出力軸18aが連結しており、揺動モータ18が揺動駆動することによってガルバノミラー16は長軸回りに揺動する。この揺動動作によってガルバノミラー16に入射するレーザー光の入射角度および反射角度が連続的に変化する。このため図2の矢印A,B,Cに示すようにガルバノミラー16で反射したレーザー光の照射方向もガルバノミラー16の揺動動作に連動して揺動し、この照射方向の揺動によりレーザー光がx軸方向に走査される。レーザー光源12、コリメートレンズ14、ガルバノミラー16、揺動モータ18が、測定対象にレーザー光を走査しながら照射するレーザー光照射装置を構成し、ガルバノミラー16および揺動モータ18が、レーザー光を走査する走査手段を構成する。
The
第1集光レンズ20および第2集光レンズは凸レンズであり、外部から入射してきた光、特にレーザー光源12からコリメートレンズ14、ガルバノミラー16を経て外部に出射し測定対象にて反射した反射光を集光し、第1イメージセンサ24上および第2イメージセンサ26上に結像させる。第1イメージセンサ24および第2イメージセンサ26はともにフォトセンサ(例えばCCD)が一列に整列したライン状の受光領域を持つ撮像素子(受光センサ)であり、各画素(ピクセル)ごとに受光した光を受光量を表す電気信号(受光信号)に変換して出力する。なお、上記説明したケース11内の各種部品は本発明に関連のある部品として示したものであり、実際の製品においては他の部品を備えていてもよい。
The
図3に示すように、第1イメージセンサ24と第2イメージセンサ26とは、レーザー光源12を挟んで対称位置となるように配置されている。具体的には、第1イメージセンサ24と第2イメージセンサ26は、レーザー光源12から出射されるレーザー光の光軸に対して垂直な平面内で、レーザー光源12を中心とした対称位置に配置されている。このためレーザー光源12から第1イメージセンサ24までの距離と、レーザー光源12から第2イメージセンサ26までの距離が等しくされている。第1イメージセンサ24および第2イメージセンサ26が、本発明の複数の受光センサに相当する。
As shown in FIG. 3, the
また、図1に示すように、形状測定装置1は3次元画像処理装置40、コントローラ50、入力装置52および表示装置54を備えている。コントローラ50は、入力装置52から入力される入力指令に基づいて、フィードモータ30に駆動状態を制御する駆動制御指令信号を、測定カメラ10の揺動モータ18にガルバノミラー16の揺動状態を制御する揺動制御指令信号を、測定カメラ10のレーザー光源12(詳しくはレーザー光源12に接続されたレーザー光駆動回路12a)にレーザー光の出射を制御する出射制御指令信号を、それぞれ出力するとともに、これらの制御情報を3次元画像処理装置40に入力する。3次元画像処理装置40はフィードモータ30(詳しくはフィードモータ30に取り付けられたエンコーダ)から駆動量を示す信号が、測定カメラ10の揺動モータ18(詳しくは揺動モータ18に取り付けられたエンコーダ)からガルバノミラー16の揺動量を示す信号が、第1,第2イメージセンサ24,26から受光信号が、それぞれ入力され、これらの入力信号およびコントローラ50から入力された制御情報を基に測定対象の形状データを演算し、演算した結果を表示装置54に出力する。
As shown in FIG. 1, the
上記構成の形状測定装置1において、作業者が入力装置52を介してコントローラ50に測定開始の指令を入力すると、コントローラ50は測定カメラ10にレーザー光の出射制御指令およびレーザー光の走査制御指令を出力するとともにフィードモータ30に駆動制御指令を出力する。これによりレーザー光源12からレーザー光が出射されるとともに揺動モータ18の駆動によりガルバノミラー16が揺動し、レーザー光がx軸方向に走査される。これとともに、フィードモータ30の駆動により測定カメラ10が支持部3bの長手方向、すなわちy軸方向に沿って移動する。このレーザー光の走査と測定カメラ10の移動を同時に行うことによって、測定台2上に載置された測定対象物OBの上面の全面をレーザー光が照射する(レーザー光照射ステップ)。
In the
測定対象物OBの上面に照射されたレーザー光は、測定対象物OB上の照射部位で散乱する。散乱光の一部はガルバノミラー16で反射して第1集光レンズ20を介して第1イメージセンサ24に受光され、散乱光の別の一部はガルバノミラー16で反射して第2集光レンズ22を介して第2イメージセンサ26に受光される(受光ステップ)。そして、第1,第2イメージセンサ24,26から受光信号が出力され、この受光信号が3次元画像処理装置40に入力される。
The laser light irradiated on the upper surface of the measurement object OB is scattered at the irradiation site on the measurement object OB. A part of the scattered light is reflected by the
図4は、レーザー光源12から照射されたレーザー光が測定対象物OB上に形成された刻印文字部分に照射されたときの、レーザー光の反射状態および第1,第2イメージセンサ24,26に受光された反射光の受光信号を処理するための3次元画像処理装置40の内部回路を合わせて示す図である。図4に示すように、3次元画像処理装置40は、第1イメージセンサドライブ回路42と、第2イメージセンサドライブ回路44と、データ処理回路41(データ処理手段)とを備えて構成されている。データ処理回路41は、第1信号処理部46と、第2信号処理部48と、比較演算部49とを有している。第1イメージセンサドライブ回路42は第1イメージセンサ24内の各画素が出力する受光信号を入力するとともに入力した受光信号を増幅し、増幅した受光信号の強度を画素ごとのデジタルデータとして第1信号処理部46に出力する。第2イメージセンサドライブ回路44は第2イメージセンサ26の各画素が出力する受光信号を入力するとともに入力した受光信号を増幅し、増幅した受光信号の強度を画素ごとのデジタルデータとして第2信号処理部48に出力する。
FIG. 4 shows the reflected state of the laser light and the first and
図5は各イメージセンサドライブ回路42,44が出力する画素ごとのデジタルデータを並べて波形として表したグラフであり、(a)は第1イメージセンサドライブ回路42が出力するデジタルデータの波形、(b)は第2イメージセンサドライブ回路44が出力するデジタルデータの波形である。両グラフにおいて、横軸がイメージセンサ内の受光領域における各画素の位置(受光位置)、縦軸がその画素で受光したレーザー光の受光量に比例する信号強度(受光強度)を示すデジタルデータである。図からわかるように、いずれのイメージセンサドライブ回路が出力するデジタルデータにおいても、複数のピークを示す部分の存在が確認される。これは、第1,第2イメージセンサ24,26のいずれにおいても、正規の反射光以外に2次反射光やその他の光を受光していることを示す。
FIG. 5 is a graph in which digital data for each pixel output from the image
ここで、図4に示すように、測定対象物OBの表面(測定面)に刻印文字を表す断面V字状の溝が形成されていて、この溝内にレーザー光が照射された場合を想定する。レーザー光源12からのレーザー光がV字状の溝内の例えば点aに照射された場合、この点aでレーザー光は散乱し、散乱光の一部が反射光として第1集光レンズ20を介して第1イメージセンサ24に、第2集光レンズ22を介して第2イメージセンサ26に入力する。しかし、V字状の溝内が例えば鏡面加工されていて反射率が高い場合には、点aに入射したレーザー光が強い指向性を持って反射し、この反射光が溝内の別の箇所(図4に示す点b)に再度照射されてそこで再度散乱光が発生する(これを2次反射という)。この2次反射部位における散乱光も、第1集光レンズ20を介して第1イメージセンサ24に、第2集光レンズ22を介して第2イメージセンサ26に入力する。つまり、2次反射が起こって2次反射部位における反射光がそれぞれのイメージセンサに入力された場合には、それぞれのイメージセンサは反射光を2箇所の受光位置にて受光する。さらにレーザー光が溝内で反射を繰り返せば、それぞれのイメージセンサはより多くの受光位置にて反射光を受光する。このようなことから、図5に示すように受光強度のピークが複数の受光位置に存在するのである。
Here, as shown in FIG. 4, it is assumed that a groove having a V-shaped cross section representing a stamped character is formed on the surface (measurement surface) of the measurement object OB, and laser light is irradiated into the groove. To do. When the laser light from the
図4に示すように、第1,第2信号処理部46,48は第1、第2受光位置検出部46a,48aおよび第1,第2距離算出部46b,48bをそれぞれ有している。第1,第2受光位置検出部46a,46bは第1,第2イメージセンサドライブ回路42,44が出力する画素ごとの信号強度のデジタルデータを所定の時間間隔ごとに取り込むとともに、取り込んだデジタルデータを順に並べた場合に所定の値以上となる領域における受光強度のピークを示す受光位置を算出し、算出した受光位置を第1,第2距離算出部46b,48bに出力する(受光位置検出ステップ)。図5(a),(b)に示した例であれば、第1受光位置検出部46aは、図5(a)の点線で示した閾値以上の信号強度を示す領域を選択し、この領域においてピーク番号P1,P2,P3により表されるピーク値が検出された受光位置を第1距離算出部46bに出力し、第2受光位置検出部48aは、図5(b)の点線で示した閾値以上の信号強度を示す領域を選択し、この領域においてピーク番号P4,P5,P6,P7により表されるピーク値が検出された受光位置を第2距離算出部48bに出力する。この第1,第2受光位置検出部46a,48aが、本発明の受光位置検出手段に相当する。
As shown in FIG. 4, the first and second
第1,第2距離算出部46b、48bは、上述のように第1,第2受光位置検出部46a,48aから信号強度のピークを示す受光位置をそれぞれ入力する。そして、第1距離算出部46bは三角測量の原理によりレーザー光源12と測定対象上のレーザー光の照射部位との間の距離である照射間距離の推定値(距離推定値)LAを計算し、第2距離算出部48bは同様に三角測量の原理により照射間距離の推定値(距離推定値)LBを計算する(距離計算ステップ)。第1距離算出部46bおよび第2距離算出部48bは、計算した距離推定値LA,LBをそれぞれ比較演算部49に出力する。この第1距離算出部46bおよび第2距離算出部48bが、本発明の距離算出手段に相当する。
As described above, the first and second
比較演算部49は、第1,第2距離算出部46b、48bから距離推定値LA,LBが入力される他、揺動モータ18からガルバノミラー16の揺動状態を示す揺動信号が逐次入力されており、入力された揺動信号に基づいて、その入力時点におけるレーザー光の照射方向とz軸方向とのなす角度である照射角度θを計算する。また、比較演算部49はフィードモータ30から測定カメラ10の移動状態を示す移動信号も逐次入力されており、入力された移動信号に基づいて、その入力時点におけるレーザー光源12の原点位置(初期位置)からの移動距離Yを計算している。そして、比較演算部49は、第1,第2距離算出部46b、48bから距離推定値LA,LBが入力されるごとに、計算した照射角度θと移動距離Yを距離推定値LA,LBに対応付けて、順番にメモリ内に記憶する。
The
したがって、比較演算部49のメモリには表1に示すように、時系列的な順番Nごとに、距離推定値LA,LB、照射角度θ、移動距離Yのデータセットが蓄積されていく。
ここで、第1,第2イメージセンサ24,26に正規の反射光のみが入射している場合には、比較演算部49に入力する距離推定値LA,LBは1つずつであり、それぞれの値はほぼ同一であるので、2つの値のどちらかを選択するか、2つの値を平均することにより照射間距離を求めることができる。しかし、第1,第2イメージセンサ24,26に2次反射光も入射している場合には、比較演算部49に入力する距離推定値LA,LBは複数あるため、そのままでは照射間距離を求めることはできず、複数ある距離推定値LA,LBの中から正規の反射光の受光位置から計算された距離推定値LA,LBを照射間距離として選択する必要がある。ここで、2次反射光の受光位置から計算された距離推定値LA,LBは正しい照射間距離にならず、値も異なることを説明する。図4に示すレーザー光源12と測定対象物OBの配置状態において、点aにおける正規の反射光L1,L2が第1,第2イメージセンサ24,26にそれぞれ入射されている場合は、三角測量における三角形の頂点の一つが点aとなるので、三角測量の原理に基づいて点aとレーザー光源12との間の距離(照射間距離)を計算することができる。しかし、点bにおける2次反射光がイメージセンサ24,26に入射されている場合は、点bは三角測量における三角形の頂点とはならない。この場合は、レーザー光源12から出射するレーザー光の光軸L0と、点bから両イメージセンサ24,26に向かう2次反射光の光軸L1’,L2’との交差点c、dが、三角測量における三角形の頂点となる。したがって、第1イメージセンサ24における2次反射光の受光位置を基に三角測量の原理により計算される距離は、レーザー光源12から点cまでの距離(正規の照射間距離よりも短い距離)であり、第2イメージセンサ26における2次反射光の受光位置を基に三角測量の原理により計算される距離は、レーザー光源12から点dまでの距離(正規の照射間距離よりも長い距離)となる。このように、第1,第2イメージセンサ24,26が2次反射光を受光した場合、その受光位置を基に計算された距離推定値LA,LBは正しい照射間距離ではない。
Here, when only regular reflected light is incident on the first and
また、2次反射光の受光位置から計算された距離推定値LA,LBは同じ値になることはない。これに対し、正規の反射光の受光位置から計算される距離推定値LA,LBの値はほぼ同じである。したがって、第1イメージセンサ24における受光位置から計算した照射間距離の推定値と第2イメージセンサ26における受光位置から計算した照射間距離の推定値とを比較することにより、正規の照射間距離を判断できることがわかる。すなわち、図4の点bにおける2次反射光を第1イメージセンサ24で受光した場合の受光位置を基に計算した照射間距離の推定値LAはレーザー光源12と点cとの間の距離であり、一方、図4の点bにおける2次反射光を第2イメージセンサ26で受光した場合の受光位置を基に計算した照射間距離の推定値LBはレーザー光源12と点dとの間の距離であり、両距離は大きく異なる。ところが、図4の点aにおける正規の反射光を第1イメージセンサ24で受光した場合の受光位置を基に計算した照射間距離の推定値LAは、点aにおける正規の反射光を第2イメージセンサ26で受光した場合の受光位置を基に計算した照射間距離の推定値LBと等しくなる。したがって、第1イメージセンサ24で反射光を受光した場合の受光位置を基に計算した照射間距離の推定値LAと第2イメージセンサ26で反射光を受光した場合の受光位置を基に計算した照射間距離の推定値LBとをそれぞれ比較し、LAとLBが等しいか、またはLAとLBが所定の許容範囲内で一致する(つまり、LAとLBとの差が所定の許容範囲以下である)場合は、その照射間距離が正規の照射間距離であり、その照射間距離に相当する受光位置が正規の反射光の受光位置であると推定することができる。
Further, the distance estimated values L A and L B calculated from the light receiving position of the secondary reflected light do not become the same value. On the other hand, the distance estimated values L A and L B calculated from the light receiving position of the regular reflected light are substantially the same. Therefore, by comparing the estimated value of the inter-irradiation distance calculated from the light receiving position in the
上記を踏まえ、比較演算部49は図6Aおよび図6Bに示すプログラムを実行する。このプログラムは表1に示すデータをメモリに記憶した後に実行されるものであり、距離推定値LAとLBとを比較して許容範囲内で一致する値を抽出し、正規の照射間距離を選択する処理である。このプログラムはステップS100にて開始され、ステップS102にてデータセットカウンタNを初期化(N=0)し、次いでステップS104にて正規距離候補カウンタsを初期化(s=0)する。なお、データセットカウンタNは表1に示すデータセットの順番を示すカウンタであり、正規距離候補カウンタsは以降の計算によって距離推定値LAと距離推定値LBが許容範囲内で一致する値の数を表すカウンタである。次いで、比較演算部49はステップS106にてメモリに記憶されているデータセットの中からN番目のデータセット中の距離推定値LA(N,0)〜LA(N,mN)を抽出し、これらの値をA(0)〜A(mN)に代入する。さらにステップS108にて同一のデータセット中の距離推定値LB(N,0)〜LB(N,pN)を抽出し、これらの値をB(0)〜B(pN)に代入する。その後、比較演算部49はステップS110にて第1距離推定値カウンタmを初期化(m=0)し、ステップS112にて第2距離推定値カウンタpを初期化(p=0)する。
Based on the above, the
次いで、比較演算部49は、ステップS114にて、A(m)とB(p)との差の絶対値が許容差α未満であるかを判定する。上記絶対値が許容差α未満である場合は、そのときの値A(m)で表される推定値LA(または値B(p)で表される推定値LB)は正規の反射光の受光位置に基づいて計算された距離である可能性が高い。したがって、この場合はA(m)で表される距離推定値LA(またはB(p)で表される距離推定値LB)を正規距離候補として記憶しておくため、ステップS116に進んでこのステップS116にて正規距離候補C(s)にA(m)を代入し、記憶する(この場合、正規距離候補C(s)にB(p)を代入してもよい。)。次に、比較演算部49はステップS118に進み、このステップS118にて正規距離候補カウンタsをインクリメントし、さらにステップS120に進んで第2距離推定値カウンタpをインクリメントする。
Next, in step S114, the
一方、ステップS114にてA(m)とB(p)との差の絶対値が許容差α未満でない場合は、そのときの値A(m)で表される距離推定値LAおよび値B(p)で表される距離推定値LBは、ともに正規の受光位置に基づいて計算された照射間距離でなく、2次反射光などの受光位置に基づいて計算された距離である可能性が高い。この場合は、これらの距離推定値は正規の照射間距離でない可能性が高いため、ステップS116およびステップS118を実行せずに直接ステップS120に進み、第2距離推定値カウンタpをインクリメントする。続いて、比較演算部49は、ステップS122にて第2距離推定値カウンタpがpN以下であるかを判定する。ここで、pNは、N番目のデータセットに記憶された距離推定値LBの個数を表す数(個数から1を引いた数)である。pがpN以下である場合は、全てのB(p)とA(m)との比較が終わっていないと判断できるので、この場合はステップS114に戻り、インクリメントして更新されたB(p)とA(m)との差の絶対値が許容差α未満であるかを判定する。このような判定の繰り返しにより、A(m)と全てのB(p)の値が比較され、その差が距離差α未満である場合の値A(m)が正規距離候補C(s)として記憶される。
On the other hand, if the absolute value of the difference between A (m) and B (p) is not less than the tolerance α in step S114, the estimated distance value L A and the value B represented by the value A (m) at that time (p) distance estimate represented by L B are not both irradiation distance calculated based on the light reception position of the normal, potentially calculated distance based on the light reception position, such as the secondary reflection beam Is expensive. In this case, there is a high possibility that these estimated distance values are not regular inter-irradiation distances. Therefore, the process proceeds directly to step S120 without executing steps S116 and S118, and the second distance estimated value counter p is incremented. Subsequently, the
ステップS122にて第2距離推定値カウンタpがpNよりも大きいと判定した場合には、全てのB(p)がA(m)と比較されたと判断できるので、この場合は次のステップS124に進んでmをインクリメントし、さらにステップS126に進んで第1距離推定値カウンタmがmN以下であるかを判定する。ここで、mNは、N番目のデータセットに記憶された距離推定値LAの個数を表す数(個数から1を引いた数)である。mがmN以下である場合は、全てのA(m)とB(p)との比較が終わっていないと判断できるので、この場合はステップS112に戻ってpを初期化(p=0)し、次のステップS114にて新たにインクリメントして更新されたA(m)と全てのB(p)との差の絶対値が許容差α未満であるかを判定する。 If the second distance estimate counter p is determined to be greater than p N at step S122, since all the B (p) can be determined to have been compared with the A (m), the next step S124 in this case willing increments m, further first distance estimate counter m proceeds to step S126 to judges whether or not more than m N. Here, m N is the number representing the number of N-th distance estimate L A stored in the data sets (the number obtained by subtracting 1 from the number). If m is less than or equal to m N, so it can be determined that no finished comparison of all A and (m) and B (p), initialize p in this case returns to the step S112 (p = 0) In step S114, it is determined whether the absolute value of the difference between A (m) and all B (p) newly incremented and updated is less than the tolerance α.
上記ステップS112からステップS126までの処理は、A(m)の値を固定して、B(p)の値を一つずつ変えていってステップS114における比較判定を行い、全ての判定が終了したら、A(m)の値を次の値に固定して、再度B(p)の値を一つずつ変えていってステップS114における判定を行っていく処理である。これにより、A(0)〜A(mN)の全ての値と、B(0)〜B(pN)の全ての値について、A(m)とB(p)との差の絶対値が許容差α未満であるかの判定が行われ、上記絶対値が許容差α未満である場合にそのときのA(m)が順次正規距離候補C(s)に代入されていく。そして、ステップS126の判定によりmがmNよりも大きいと判定した場合には、全ての組み合わせの判定が終わったものと判断できるので、この場合はステップS128に進む。 In the processing from step S112 to step S126, the value of A (m) is fixed, the value of B (p) is changed one by one, the comparison determination in step S114 is performed, and all the determinations are completed. , A (m) is fixed to the next value, and the value of B (p) is changed one by one again and the determination in step S114 is performed. Thereby, the absolute value of the difference between A (m) and B (p) for all values of A (0) to A (m N ) and all values of B (0) to B (p N ). Is less than the tolerance α, and when the absolute value is less than the tolerance α, A (m) at that time is sequentially substituted into the normal distance candidate C (s). When the m is determined to be greater than m N is the determination of step S126, it can be determined as the end of the determination of all combinations, in this case, the process proceeds to step S128.
ステップS128では、正規距離候補カウンタsが0より大きいか、すなわちステップS118にて少なくとも1回以上正規距離候補カウンタsがインクリメントされているかを判定する。この判定が「No」である場合は、正規距離候補カウンタsが1度もインクリメントされておらず、正規距離候補C(s)として記憶された値が存在しない、つまりN番目のデータセット中の距離推定値から正規の照射間距離が取得できなかった(2次反射による反射光の強度が強く、正規の反射光のピーク位置が2次反射による反射光の波形の中に隠れてしまう場合などに起こる)と判断し、ステップS134に進んでデータセットカウンタNをインクリメントする。次に、比較演算部49は、ステップS136に進んでデータセットカウンタNがn以下であるかを判定する。ここで、nは比較演算部49のメモリ内に時系列的に記憶されたデータセットの個数を表す数(個数から1を引いた数)である。データセットカウンタNがn以下であると判定した場合は、未だ距離推定値LAとLBを比較していないデータセットが残っていると判断できるので、この場合はステップS104に戻り、再度上記のような比較および正規距離候補C(s)の抽出を繰り返す。データセットカウンタNがnよりも大きい場合は、全てのデータセットにおいて距離推定値LAとLBとの比較が終了していると判断できるので、この場合はステップS138に進み、このプログラムの実行を終了する。
In step S128, it is determined whether the normal distance candidate counter s is greater than 0, that is, whether the normal distance candidate counter s has been incremented at least once in step S118. When this determination is “No”, the normal distance candidate counter s has never been incremented, and there is no value stored as the normal distance candidate C (s), that is, in the Nth data set. The normal inter-irradiation distance could not be obtained from the distance estimate (when the intensity of reflected light due to secondary reflection is strong and the peak position of the regular reflected light is hidden in the waveform of reflected light due to secondary reflection, etc. In step S134, the data set counter N is incremented. Next, the
また、ステップS128にて正規距離候補カウンタsが0より大きい場合、すなわちステップS118にて少なくとも1回以上正規距離候補カウンタsがインクリメントされている場合は、ステップS130に進み、このステップS130にて正規距離候補カウンタsが1であるかを判定する。正規距離候補カウンタsが1である場合、つまりステップS118にて1回のみ正規距離候補カウンタがインクリメントされた場合は、N番目のデータセットから正規距離候補C(s)に格納された値はC(0)の1つのみということになる。この場合は、格納された値C(0)が正規の照射間距離であるとみなし、ステップS132に進んで正規の照射間距離Ld(N)に正規距離候補C(0)を代入し、メモリ内に記憶する。次いで、ステップS133に進んでC(0)〜C(s)をクリアし、ステップS134に進んでデータセットカウンタNをインクリメントする。その後、ステップS136に進み、データセットカウンタNがn以下であるかを判定し、データセットカウンタNがn以下であると判定した場合はステップS104に戻って再度上記のような比較および正規距離候補C(s)の抽出を繰り返す。データセットカウンタNがnよりも大きい場合はステップS138に進み、このプログラムの実行を終了する。このようなステップS102〜S136までの処理により、複数の照射間距離の推定値の中から正規の照射間距離が選択される。これらの処理は、本発明の正規距離選択手段および正規距離選択ステップに相当する。 If the normal distance candidate counter s is larger than 0 in step S128, that is, if the normal distance candidate counter s is incremented at least once in step S118, the process proceeds to step S130, and the normal distance candidate counter s is normalized in step S130. It is determined whether the distance candidate counter s is 1. If the normal distance candidate counter s is 1, that is, if the normal distance candidate counter is incremented only once in step S118, the value stored in the normal distance candidate C (s) from the Nth data set is C This means only one of (0). In this case, the stored value C (0) is regarded as a normal inter-irradiation distance, the process proceeds to step S132, and the normal distance candidate C (0) is substituted into the normal inter-irradiation distance L d (N). Store in memory. Next, the process proceeds to step S133 to clear C (0) to C (s), and the process proceeds to step S134 to increment the data set counter N. Thereafter, the process proceeds to step S136, where it is determined whether or not the data set counter N is n or less. If it is determined that the data set counter N is n or less, the process returns to step S104 and the above comparison and normal distance candidates are again obtained. Repeat extraction of C (s). If the data set counter N is larger than n, the process proceeds to step S138, and the execution of this program is terminated. Through the processes in steps S102 to S136, a normal inter-irradiation distance is selected from a plurality of estimated values of the inter-irradiation distance. These processes correspond to the normal distance selection means and the normal distance selection step of the present invention.
一方、ステップS130にてsが1でないと判定した場合、すなわちステップS118にてsが2回以上インクリメントされ、正規距離候補C(s)が複数個選択されている場合、複数の正規距離候補C(s)の中から正規の照射間距離を表している正規距離候補を決定する必要がある。よって、このような場合はステップS140に進み、ステップS140〜ステップS162の処理によって複数の正規距離候補C(s)から正規の照射間距離Ld(N)を決定する。このステップS140〜S162までの処理が、本発明の正規距離決定手段および正規距離決定ステップに相当する。なお、正規距離候補C(s)が複数個抽出される場合は、2次反射による反射光やその他の光のピーク位置が一致してしまう場合などに起こる。 On the other hand, if it is determined in step S130 that s is not 1, that is, if s is incremented twice or more in step S118 and a plurality of normal distance candidates C (s) are selected, a plurality of normal distance candidates C It is necessary to determine a normal distance candidate representing a normal distance between irradiations from (s). Therefore, in such a case, the process proceeds to step S140, and the normal inter-irradiation distance L d (N) is determined from the plurality of normal distance candidates C (s) by the processing of step S140 to step S162. The processes in steps S140 to S162 correspond to the normal distance determining means and the normal distance determining step of the present invention. Note that a case where a plurality of normal distance candidates C (s) are extracted occurs when the peak positions of reflected light and other light due to secondary reflection coincide.
比較演算部49はステップS140において、現在のデータセットカウンタNよりも3つ前までに選択された正規の照射間距離Ld(N−3),Ld(N−2),Ld(N−1)を呼び出し、呼び出された正規の照射間距離Ldの個数をFに代入する。この場合、現在のデータセットカウンタNが0であれば、それよりも前のデータセットは無いのでFは0となる。現在のデータセットカウンタNが1であればFは1以下、現在のデータセットカウンタNが2であればFは2以下、現在のデータセットカウンタNが3以上であればFは3以下である。Nが3以上であっても照射間距離Ld(N−3),Ld(N−2),Ld(N−1)のいずれかまたは全てが抽出されない場合もあり、そのような場合はFが2以下となる。
In the
次いで、比較演算部49はステップS142にて個数Fが0であるかを判定する。Fが0である場合は複数の正規距離候補C(s)のどれが正規の照射間距離であるかを判断するための比較対象が存在しないので、複数の正規距離候補C(s)の中から正規の照射間距離Ld(N)を決定することができない。よって、この場合は正規の照射間距離Ld(N)の決定を止め、ステップS134に戻って次のデータセットにおける判定に進む。
Next, the
個数Fが0でない場合はステップS144に進み、このステップS144にて正規距離候補カウンタsを初期化(s=0)する。次に、比較演算部49はステップS146に進み、呼び出した正規の照射間距離Ld(N−3),Ld(N−2),Ld(N−1)の平均値を計算し、この平均値と現在のデータセットNにおいて抽出された距離候補C(s)(s=0)との差の絶対値を求め、求めた絶対値を仮基準値Eに代入する。なお、ステップS146の平均値計算において、求められていない正規の照射間距離には0が代入されている。次いで、比較演算部49はステップS148にて正規距離候補カウンタsに1を代入し、さらにステップS149にて仮正規距離カウンタ値qに0を代入する。この仮正規距離カウンタ値qは、正規の照射間距離を表していると思われる距離候補C(s)のカウンタ値(仮基準値Eに格納されている正規距離候補C(s)の正規距離候補カウンタs)である。
If the number F is not 0, the process proceeds to step S144, and the normal distance candidate counter s is initialized (s = 0) in step S144. Next, the
続いて、比較演算部49はステップS150の処理に進み、このステップS150にて、正規の照射間距離Ld(N−3),Ld(N−2),Ld(N−1)の平均と、現在のデータセットNにおいて抽出された正規距離候補C(s)(s=1)との差の絶対値を求め、求めた絶対値を比較値D(s)(s=1)に代入する。その後ステップS152に進み、比較値D(s)が仮基準値E未満であるかを判定する。比較値D(s)が仮基準値E未満ということは、比較値D(s)の方が仮基準値Eよりも上記平均値に近いことを示しており、仮基準値Eよりも比較値D(s)の方が正規の照射間距離に適しているものと推定できる。したがって、この場合はステップS154に進んで比較値D(s)を仮基準値Eに代入し、さらにステップS156にて比較値D(s)の正規距離候補カウンタs(この場合s=1)を仮正規距離カウンタ値qに代入してステップS158に進む。一方、ステップS152にて比較値D(s)が仮基準値E未満でないと判定した場合は、ステップS154およびステップS156の処理を行わずに(つまり仮基準値Eおよび仮正規距離カウンタ値qの更新を行わずに)ステップS158に進む。
Subsequently, the
次いで、比較演算部49はステップS158にて正規距離候補カウンタsをインクリメントしてステップS160に進み、このステップS160にて正規距離候補カウンタsがsmax以下であるかを判定する。ここで、smaxは、現在のデータセットNにおいて、ステップS116にて正規距離候補C(s)にA(m)が最後に代入されたときの正規距離候補カウンタの値である。したがって、正規距離候補カウンタsがsmax以下である場合は、未だステップS150の計算に用いていない正規距離候補C(s)が残っていると判断できるので、この場合はステップS150に戻り、更新された正規距離候補C(s)と上記平均値との差の絶対値を比較値D(s)に代入し、ステップS152の判定を行う。このようにして、ステップS150〜S160の処理を全ての正規距離候補C(s)について行うことによって、現在のデータセットNよりも3回前までのデータセットにおいて選択された正規の照射間距離Ld(N−3),Ld(N−2),Ld(N−1)の平均値に最も近い正規距離候補C(s)が抽出される。そして、ステップS160の判定が「No」となって全ての正規距離候補C(s)についての判定が終了した場合にはステップS162に進み、このステップS162にて、最終的に更新された仮正規距離カウンタ値qを持つ正規距離候補C(q)を正規の照射間距離Ld(N)に決定(代入)する。その後、ステップS133に戻り、正規距離候補C(0)〜C(s)の値をクリアし、ステップS134に進んで次のデータセットにおける判定に進む。
Next, the
以上の処理により、距離推定値LAと距離推定値LBが全ての値において一致しなかった場合を除き、すべてのデータセットNにおいて正規の照射間距離Ld(N)が定まる。 By the above process, unless the distance estimate L A and distance estimate L B does not match at all values, normal irradiation distance L d (N) is determined in all datasets N.
なお、本実施形態ではステップS144〜ステップS160の処理で現在のデータセットNよりも3つ前までの正規の照射間距離Ld(N−3),Ld(N−2),Ld(N−1)を用いて、現在のデータセットNにおける正規の照射間距離Ld(N)を決定したが、いくつ前までの照射間距離を用いるかは適宜変更できる。また、本実施形態では以前の照射間距離を平均して、この平均値との比較により複数の正規距離候補C(s)から正規の照射間距離Ld(N)を決定しているが、以前の照射間距離から最小二乗法により直線または2次曲線を計算して現在のデータセットNにおける正規の照射間距離の推定値を計算し、この推定値と比較するようにしてもよい。 In this embodiment, the normal inter-irradiation distances L d (N−3), L d (N−2), and L d (up to three before the current data set N in the processing of step S144 to step S160. N-1) is used to determine the regular inter-irradiation distance L d (N) in the current data set N, but the number of previous inter-irradiation distances used can be appropriately changed. In the present embodiment, the previous inter-irradiation distance is averaged, and the normal inter-irradiation distance L d (N) is determined from a plurality of normal distance candidates C (s) by comparison with this average value. A straight line or a quadratic curve may be calculated from the previous inter-irradiation distance by the least square method to calculate an estimated value of the normal inter-irradiation distance in the current data set N, and may be compared with this estimated value.
すべてのデータセットNにおいて正規の照射間距離Ld(N)が定まった後は、比較演算部49は、照射角度θ、移動距離Y、正規の照射間距離Ld(N)から全てのデータセットNにおける測定対象表面の座標値(x,y,z)を計算する。ここで、y座標値は移動距離Yであり、x座標値はLd(N)sinθであり、z座標値はLd(N)cosθである。これにより測定対象の3次元形状データが出揃うので、これらの形状データを基に表示装置54に測定対象の形状を表示することができる。この座標値の計算ステップが、本発明の形状データ作成手段および形状データ作成ステップに相当する。
After the regular inter-irradiation distance L d (N) is determined in all the data sets N, the
上記のようにして測定対象の形状データを定めても、これらの形状データ中に本来の測定対象の表面形状を表していない異常データが僅かながら含まれることがある。そこで、比較演算部49では取得した形状データから測定対象の形状データを表していないと思われる形状データを除外する処理(異常データ除外処理)を行う。この異常データ除外処理が、本発明の異常データ除外手段に相当する。
Even if the shape data of the measurement target is determined as described above, the shape data may include a small amount of abnormal data that does not represent the original surface shape of the measurement target. Therefore, the
異常データ除外処理の一例を説明すると、比較演算部49は、まず全ての形状データをx座標値順またはy座標値順に並べ、その中からある点(検査点)を抽出し、抽出した検査点とその検査点の両側に隣接する点との間のz座標値の差を求める。そして、この差の絶対値がいずれも所定値βより大きい場合には、比較演算部49はこの検査点を異常データと判断し、検査点の形状データを除外する。このような処理を全ての形状データについて行う。図7は、形状データをx(またはy)−z平面上に表した図であり、上記の方法によって異常データを抽出する過程を示すものである。図中、正常な形状データを黒丸の点で、異常データを白抜きの点で示している。図7において、形状データD1を検査点とした場合、この検査点と隣接する形状データD0との間のz座標値の差は所定値β未満である。一方、この検査点と隣接する形状データD2との間のz座標値の差は所定値β以上である。この場合は、隣接する一方の形状データとの間のz座標値の差が所定値β未満であるため正常なデータと判断する。同様に、形状データD3,D4も正常なデータと判断する(形状データD4は、両側の隣接する形状データとの間のz座標値の差がいずれも所定値β未満である。)。しかし、形状データD2を検査点とした場合、この検査点に隣接する形状データD1との間のz座標値の差は所定値β以上であり、且つこの検査点に隣接する形状データD3との間のz座標値の差も所定値β以上である。この場合は、いずれの隣接データとの間のz座標値の差も所定値β以上であるので、比較演算部49は形状データD2を異常データと判断し、形状データから除外する。
An example of the abnormal data exclusion process will be described. The
z座標値は測定対象とレーザー光源との間の距離を表すので、隣接する形状データ間でz座標値の差は少ないものと考えられる。したがって、この差が隣接データ間で所定値以上かけ離れている場合には、検査点のデータが形状データを表していない異常データの可能性が大きくなる。よって、このようなことを踏まえて上述の処理を行って異常データを除外することにより、正常な形状データのみで測定対象の形状を表すことができる。この場合、図7に示すように検査点に隣接する両側の点との間のz座標値の差のいずれもが所定値βよりも大きい場合に検査点を異常データとして除外するのがよい。所定値βの大きさは、測定対象の形状によって適宜選択することができる。 Since the z coordinate value represents the distance between the measurement target and the laser light source, it is considered that the difference in the z coordinate value between adjacent shape data is small. Therefore, when this difference is more than a predetermined value between adjacent data, the possibility of abnormal data in which the inspection point data does not represent shape data increases. Therefore, the shape of the measurement object can be represented only by the normal shape data by performing the above-described processing and excluding abnormal data in view of the above. In this case, as shown in FIG. 7, it is preferable to exclude the inspection point as abnormal data when any difference in z-coordinate values between the points on both sides adjacent to the inspection point is larger than a predetermined value β. The magnitude of the predetermined value β can be appropriately selected depending on the shape of the measurement target.
異常データ除外処理の他の例を説明すると、比較演算部49は、まず全ての形状データをx座標値順またはy座標値順に並べ、その中からある点(検査点)を選択し、選択した検査点およびこの検査点に隣接する形状データを含むように、複数の連続した形状データを抽出する。比較演算部49は抽出した複数の形状データに基づいて最小二乗法によりこれらの形状データを直線近似する。そして、得られた近似直線とz軸とのなす角γが所定角度γ0以下である場合には、この近似直線を求めるのに用いた形状データのうちで、この近似直線との距離が所定以下の形状データを異常データと判断し、異常データと判断した形状データを除外する。図8は、形状データをx(またはy)−z平面上に表した図であり、上記の方法によって異常データを抽出する過程を示すものである。図中、正常な形状データを黒丸の点で、異常データを白抜きの点で示している。この処理は、測定対象がレーザー光の照射方向に対して垂直に近い場合に適用される。なお、金属材料表面に形成された刻印文字の形状を測定するような場合には、この刻印文字を形成するV字溝がz軸方向に比較的近い傾斜を持って形成されている場合もある。このような場合には、上記所定角度γ0をV字溝の傾斜角度よりも小さい角度に設定するとよい。
Explaining another example of the abnormal data exclusion processing, the
また、比較演算部49は、上記の異常データ除外処理によって異常データと判断した形状データから追加的に異常データを算出し、算出した追加異常データを含めてこれらの異常データを除外する。図9は、このような追加的な異常データの算出を示す図である。この図は、x−y座標系上に形状データを表したものであり、図中、正常な形状データを黒丸の点で、異常データを白抜きの点で、追加的に算出された異常データを輪郭が点線の白抜きの点で示している。
Further, the
図9において、異常データは形状データD9とされている。比較演算部49は、x座標値が異常データD9のx座標値と所定範囲内で一致する形状データのうち、y座標値が異常データD9に隣接している2つの形状データを、異常データD9のy軸方向隣接データとして算出する。図9の場合、D3およびD13がy軸方向隣接データである。また、比較演算部49は、y座標値が異常データD9のy座標値と所定範囲内で一致する形状データのうち、x座標値が異常データD9に隣接する2つの形状データを、形状データD9のx軸方向隣接データとして算出する。図9の場合、D8およびD10がx軸方向隣接データである。なお、本実施形態では、レーザー光源がx軸方向に走査されるとともにy軸方向に移動しながら測定対象の形状を測定するため、測定対象上の測定点は図9の測定点の点列に示すようにx−y平面上でy軸方向に沿ってジグザグの順路を辿る。したがって、x軸方向隣接データは、異常データD9の前後に測定され記憶した形状データD8およびD10であるため、x軸方向隣接データは異常データの前後に記憶した形状データとして算出してもよい。
In FIG. 9, the abnormality data is shape data D9. Of the shape data whose x-coordinate value matches the x-coordinate value of the abnormal data D9 within a predetermined range, the
比較演算部49は上述のようにして算出したy軸方向隣接データD3,D13およびx軸方向隣接データD8,D10も異常データとみなし、これらを含む異常データD3,D8,D9,D10,D13を除外する。これによって、より確実に正規の形状を表す形状データのみによって、測定対象の形状を表すことができる。
The
以上のように、本実施形態の形状測定装置1は、複数のイメージセンサ24,26を備えているとともに、複数のイメージセンサ24,26が反射光を受光した受光位置に相当する照射間距離の推定値を受光位置ごとに算出し、算出した照射間距離の推定値をそれぞれ比較して所定の許容範囲内で一致する照射間距離の推定値を正規の照射間距離として選択している。これは、正規の反射光が複数のイメージセンサ(受光センサ)で受光された場合に各々の受光位置から算出される照射間距離がほぼ等しくなるということに基づいている。したがって、本実施形態の形状測定装置1によれば正確に正規の受光位置および正規の照射間距離を算出することができ、これを基に正確な形状データを作成することができる。
As described above, the
(第2実施形態)
上記の実施形態では、照射間距離の推定値を受光センサごとに比較し、許容範囲内で一致する照射間距離の推定値を正規の照射間距離として選択しているが、他の実施形態として、各受光センサにおける受光位置自体を比較し、許容範囲内で一致する受光位置を正規の受光位置として選択し、選択された受光位置に基づいて正規の照射間距離を計算するようにしてもよい。この場合、第1,第2イメージセンサ24,26がレーザー光の光軸に垂直な平面内で、レーザー光源12に対称に配置している場合に好適に適用することができる。イメージセンサ24,26が上記のように配置している場合には、一方の受光センサが出力する信号強度の波形と他方の受光センサが出力する信号強度の波形の関係が、図5(a)と図5(b)の関係となる。この場合、両方の波形で受光位置が一致するピーク(図5の場合、ピーク位置P3とP4)が正規の反射光の受光量を表すピークであり、このピークが発生している受光位置が正規の受光位置となる。
(Second Embodiment)
In the above embodiment, the estimated value of the inter-irradiation distance is compared for each light receiving sensor, and the estimated inter-irradiation distance that matches within the allowable range is selected as the normal inter-irradiation distance. The light receiving positions themselves in the respective light receiving sensors may be compared, a light receiving position that matches within an allowable range may be selected as a normal light receiving position, and a normal inter-irradiation distance may be calculated based on the selected light receiving position. . In this case, the first and
第2実施形態の形状測定装置は基本的には第1実施形態にて説明した形状測定装置1と同じであるが、図4に示す第1信号処理部46および第2信号処理部48では照射間距離の推定値を算出せず、第1,第2受光位置検出部46a,48aにて検出した受光位置は直接比較演算部49に出力される。したがって、比較演算部49は、上記の表1に示したデータセットに変えて、表2に示すデータセットを順番にメモリに記憶する。
また、比較演算部49は、図6A,図6Bに示すプログラムに代えて、図10A,図10Bに示すプログラムを実行する。図10A,図10Bに示すプログラムについては、図6A,図6Bに示すプログラムと同一の処理を行う部分について同一のステップ番号で示す。このプログラムは、ステップS114における比較対象が図6に示すような照射間距離の推定値LA,LBではなく、受光位置JA,JBである。また、ステップS132にて選択されるものは、図6に示すような正規の照射間距離Ldではなく正規の受光位置Jdである。また、ステップS148およびステップS150における計算は、図6に示すような近傍のデータセットにおける正規の照射間距離平均と現データセットにおける正規距離候補との差を算出する計算ではなく、近傍のデータセットにおける正規の受光位置平均と現データセットにおける正規受光位置候補との差を算出する計算である。また、ステップS162にて決定されるものは図6に示すような正規の照射間距離Ldではなく正規の受光位置Jdである。なお、このプログラムのステップS102〜S138までの処理は、受光位置検出手段が受光センサごとに検出した受光位置をそれぞれ比較し、所定の許容範囲内で一致する受光位置を正規の受光位置として選択する正規受光位置選択手段に相当する。また、このプログラムのステップS140〜S162までの処理は、正規受光位置選択手段が複数の受光位置を選択した場合に、それ以前に正規受光位置選択手段が選択した受光位置と今回選択した複数の受光位置とを比較し、その比較結果に基づいて正規の受光位置を決定する正規受光位置決定手段に相当する。このプログラムの処理の流れは基本的に図6A,図6Bに示すプログラムと同じであるので、その具体的な説明は省略する。本実施形態によれば、正規の受光位置が選択または決定されるので、選択または決定された正規の受光位置から照射間距離を算出し、算出した照射間距離を用いて形状データを作成することができる。
The
本発明は、上記実施形態に限らず、様々な変形が可能である。上記実施形態においては、測定カメラ10はレーザー光をガルバノミラー16および揺動モータ18により走査しつつ移動機構(フィードモータ30)により直線状に移動するものとしたが、レーザー光を走査手段により走査するとともに測定対象からの反射光を走査手段を介して受光器で受光するものであればどのような形態のものでもよい。例えば、測定カメラ10はレーザー光を2つのガルバノミラーやポリゴンミラーなどにより2方向に走査するものでもよいし、1つのガルバノミラーやポリゴンミラーなどにより1方向に走査するとともに、レーザー光源や受光器を備える筐体を回転させるものでもよい。また、ガルバノミラーやポリゴンミラーなどを使用せずとも、レーザー光源や受光器を備える筐体を2方向に回転させるものでもよいし、1方向に回転させながら移動機構により直線状に移動するものでもよい。
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. In the above embodiment, the
また、上記実施形態においては、イメージセンサをレーザー光源を中心として正反対で等距離の位置(対称位置)に2台配置しているが、レーザー光源を中心として等しい距離にイメージセンサを3台以上配置し、3台以上のイメージセンサが出力する信号において共通する距離から正規の照射間距離を算出してもよい。また、上記第1実施形態の場合は、イメージセンサは、必ずしもレーザー光源から等距離である必要はない。各イメージセンサが出力する信号からレーザー光照射点までの距離を計算して比較しているので、複数のイメージセンサをそれぞれのレーザー光源から異なった距離に配置してもよい。 Further, in the above embodiment, two image sensors are arranged at opposite positions (symmetric positions) that are diametrically opposite with respect to the laser light source, but three or more image sensors are arranged at equal distances with the laser light source as the center. Then, the regular distance between irradiations may be calculated from a common distance in signals output by three or more image sensors. In the case of the first embodiment, the image sensor does not necessarily have to be equidistant from the laser light source. Since the distance from the signal output from each image sensor to the laser beam irradiation point is calculated and compared, a plurality of image sensors may be arranged at different distances from the respective laser light sources.
1…形状測定装置、10…測定カメラ、12…レーザー光源、12a…レーザー光駆動回路、14…コリメートレンズ、16…ガルバノミラー、18…揺動モータ、24…第1イメージセンサ(受光センサ)、26…第2イメージセンサ(受光センサ)、30…フィードモータ、40…3次元画像処理装置、41…データ処理回路(データ処理手段)、46…第1信号処理部、46a…第1受光位置検出部(受光位置検出手段)、46b…第1距離算出部(距離算出手段)、48…第2信号処理部、48a…第2受光位置検出部(受光位置検出手段)、48b…第2距離算出部(距離算出手段)、49…比較演算部(正規距離選択手段、正規受光位置選択手段、正規距離決定手段、異常データ除外手段)、50…コントローラ、52…入力装置、54…表示装置、JA,JB…受光位置、Jd…正規の受光位置、LA,LB…距離推定値、Ld…正規の照射間距離
DESCRIPTION OF
Claims (14)
受光領域を持ち、前記レーザー光照射装置から測定対象に照射されたレーザー光の反射光を前記受光領域内で受光し、前記受光領域内における受光量を表わす受光信号を出力する複数の受光センサと、
前記複数の受光センサが出力する受光信号に基づいて測定対象の形状を表す形状データを算出するデータ処理手段と、を備え、
前記データ処理手段は、
前記複数の受光センサから受光信号が入力されるとともに、入力された受光信号に基づいて、前記受光領域内の位置であって受光量がピークとなる受光位置を前記受光センサごとに検出する受光位置検出手段と、
前記受光位置検出手段が前記受光センサごとに検出した受光位置に相当する前記レーザー光照射装置と測定対象上のレーザー光の照射部位との間の距離である照射間距離の推定値を受光位置ごとに算出する距離算出手段と、
前記距離算出手段が受光位置ごとに算出した照射間距離の推定値をそれぞれ比較し、所定の許容範囲内で一致する照射間距離の推定値を正規の照射間距離として選択する正規距離選択手段と、を備えることを特徴とする、形状測定装置。 A laser beam irradiation device that irradiates a measurement object while scanning the laser beam;
A plurality of light receiving sensors having a light receiving region, receiving reflected light of the laser light irradiated to the measurement object from the laser light irradiation device in the light receiving region, and outputting a light receiving signal representing the amount of light received in the light receiving region; ,
Data processing means for calculating shape data representing the shape of the measurement object based on the light reception signals output by the plurality of light receiving sensors,
The data processing means includes
A light receiving position that receives a light receiving signal from the plurality of light receiving sensors and detects a light receiving position that is a position in the light receiving region and has a peak light receiving amount for each light receiving sensor based on the input light receiving signal. Detection means;
An estimated value of an inter-irradiation distance, which is a distance between the laser light irradiation device corresponding to the light receiving position detected by the light receiving position detection unit for each light receiving sensor and a laser light irradiation site on the measurement target, is received for each light receiving position. A distance calculating means for calculating
A normal distance selection unit that compares the estimated values of the inter-irradiation distances calculated for each light receiving position by the distance calculation unit, and selects the estimated values of the inter-irradiation distances that match within a predetermined allowable range as normal inter-irradiation distances; A shape measuring device comprising:
前記受光位置検出手段が少なくとも一つの受光信号から複数の受光位置を検出した場合には、前記正規距離選択手段は、前記距離算出手段が算出した前記一つの受光信号から検出された複数の受光位置に相当する複数の照射間距離の推定値を、前記距離算出手段が算出した他の受光信号から検出された受光位置に相当する照射間距離の推定値と比較し、所定の許容範囲内で一致する照射間距離の推定値を正規の照射間距離として選択することを特徴とする、形状測定装置。 In the shape measuring apparatus according to claim 1,
When the light receiving position detecting unit detects a plurality of light receiving positions from at least one light receiving signal, the normal distance selecting unit is configured to detect a plurality of light receiving positions detected from the one light receiving signal calculated by the distance calculating unit. Are compared with the estimated values of the inter-irradiation distances corresponding to the light-receiving positions detected from the other light-receiving signals calculated by the distance calculation means, and matched within a predetermined allowable range. An estimated value of an inter-irradiation distance is selected as a normal inter-irradiation distance.
前記データ処理手段は、前記正規距離選択手段が複数の照射間距離を選択した場合に、それ以前に前記正規距離選択手段が選択した照射間距離と今回選択した複数の照射間距離とを比較し、その比較結果に基づいて正規の照射間距離を決定する正規距離決定手段をさらに備えることを特徴とする、形状測定装置。 In the shape measuring device according to claim 1 or 2,
When the regular distance selection unit selects a plurality of inter-irradiation distances, the data processing unit compares the inter-irradiation distances previously selected by the normal distance selection unit with the plurality of inter-irradiation distances selected this time. The shape measuring apparatus further comprises normal distance determining means for determining a normal distance between irradiations based on the comparison result.
前記データ処理手段は、前記正規距離選択手段が選択した照射間距離または前記正規距離決定手段が決定した照射間距離に基づいて測定対象の形状データを作成する形状データ作成手段と、前記形状データ作成手段が作成した形状データのそれぞれを近傍位置の形状データと比較することにより、前記測定対象の形状データに該当しないデータを除外する異常データ除外手段をさらに備えることを特徴とする、形状測定装置。 In the shape measuring device according to any one of claims 1 to 3,
The data processing means includes shape data creation means for creating shape data of a measurement object based on the distance between irradiations selected by the normal distance selection means or the distance between irradiations determined by the normal distance determination means; and the shape data creation A shape measuring apparatus, further comprising: an abnormal data excluding unit that excludes data not corresponding to the shape data of the measurement target by comparing each of the shape data created by the unit with the shape data at a neighboring position.
受光領域を持ち、前記レーザー光照射装置から測定対象に照射されたレーザー光の反射光を前記受光領域内で受光し、前記受光領域内における受光量を表わす受光信号を出力する複数の受光センサと、
前記複数の受光センサが出力する受光信号に基づいて測定対象の形状を表す形状データを算出するデータ処理手段と、を備え、
前記データ処理手段は、
前記複数の受光センサから受光信号が入力されるとともに、入力された受光信号に基づいて、前記受光領域内の位置であって受光量がピークとなる受光位置を前記受光センサごとに検出する受光位置検出手段と、
前記受光位置検出手段が前記受光センサごとに検出した受光位置をそれぞれ比較し、所定の許容範囲内で一致する受光位置を正規の受光位置として選択する正規受光位置選択手段と、を備えることを特徴とする、形状測定装置。 A laser beam irradiation device that irradiates a measurement object while scanning the laser beam;
A plurality of light receiving sensors having a light receiving region, receiving reflected light of the laser light irradiated to the measurement object from the laser light irradiation device in the light receiving region, and outputting a light receiving signal representing the amount of light received in the light receiving region; ,
Data processing means for calculating shape data representing the shape of the measurement object based on the light reception signals output by the plurality of light receiving sensors,
The data processing means includes
A light receiving position that receives a light receiving signal from the plurality of light receiving sensors and detects a light receiving position that is a position in the light receiving region and has a peak light receiving amount for each light receiving sensor based on the input light receiving signal. Detection means;
A normal light receiving position selecting means for comparing the light receiving positions detected by the light receiving position for each of the light receiving sensors and selecting a light receiving position that coincides within a predetermined allowable range as a normal light receiving position. A shape measuring device.
前記受光位置検出手段が少なくとも一つの受光信号から複数の受光位置を検出した場合には、前記正規受光位置選択手段は、前記受光位置検出手段が検出した前記一つの受光信号から検出された複数の受光位置を、前記受光位置検出手段が検出した他の受光信号から検出された受光位置と比較し、所定の許容範囲内で一致する受光位置を正規の受光位置として選択することを特徴とする、形状測定装置。 In the shape measuring apparatus according to claim 5,
When the light receiving position detecting unit detects a plurality of light receiving positions from at least one light receiving signal, the regular light receiving position selecting unit detects a plurality of light detected from the one light receiving signal detected by the light receiving position detecting unit. The light receiving position is compared with a light receiving position detected from another light receiving signal detected by the light receiving position detecting means, and a light receiving position that coincides within a predetermined allowable range is selected as a normal light receiving position. Shape measuring device.
前記データ処理手段は、前記正規受光位置選択手段が複数の受光位置を選択した場合に、それ以前に前記正規受光位置選択手段が選択した受光位置と今回選択した複数の受光位置とを比較し、その比較結果に基づいて正規の受光位置を決定する正規受光位置決定手段をさらに備えることを特徴とする、形状測定装置。 In the shape measuring device according to claim 5 or 6,
The data processing means, when the regular light reception position selection means has selected a plurality of light reception positions, compares the light reception positions previously selected by the regular light reception position selection means and the plurality of light reception positions selected this time, A shape measuring apparatus, further comprising: a normal light receiving position determining unit that determines a normal light receiving position based on the comparison result.
前記データ処理手段は、前記正規受光位置選択手段が選択した受光位置または前記正規受光位置決定手段が決定した受光位置に基づいて測定対象の形状データを作成する形状データ作成手段と、前記形状データ作成手段が作成した形状データのそれぞれを近傍位置の形状データと比較することにより、前記測定対象の形状データに該当しないデータを除外する異常データ除外手段をさらに備えることを特徴とする、形状測定装置。 The shape measuring apparatus according to any one of claims 5 to 7,
The data processing means includes shape data creation means for creating shape data of a measurement object based on a light receiving position selected by the normal light receiving position selecting means or a light receiving position determined by the normal light receiving position determining means; and the shape data creating A shape measuring apparatus, further comprising: an abnormal data excluding unit that excludes data not corresponding to the shape data of the measurement target by comparing each of the shape data created by the unit with the shape data at a neighboring position.
前記複数の受光センサは、前記レーザー光照射装置から照射されるレーザー光に垂直な平面内で、且つ前記レーザー光照射装置から等距離に配置されていることを特徴とする、形状測定装置。 In the shape measuring device according to any one of claims 1 to 8,
The shape measuring device, wherein the plurality of light receiving sensors are arranged in a plane perpendicular to the laser beam irradiated from the laser beam irradiation device and equidistant from the laser beam irradiation device.
前記複数の受光センサは、前記レーザー光照射装置に対して対称位置に配置されていることを特徴とする、形状測定装置。 The shape measuring device according to any one of claims 1 to 9,
The shape measuring device, wherein the plurality of light receiving sensors are arranged at symmetrical positions with respect to the laser beam irradiation device.
測定対象が、金属からなる物体に刻印された文字または記号またはデザインであることを特徴とする、形状測定装置。 In the shape measuring device according to any one of claims 1 to 10,
A shape measuring apparatus, wherein the object to be measured is a character, a symbol, or a design stamped on an object made of metal.
測定対象が、金属からなる物体の成形加工後の表面形状、反射率が所定以上の物体の表面形状、凹部を有する表面形状、段差を有する表面形状のうちのいずれかの表面形状であることを特徴とする、形状測定装置。 In the shape measuring device according to any one of claims 1 to 10,
The object to be measured is a surface shape after molding of an object made of metal, a surface shape of an object having a reflectance of a predetermined value or more, a surface shape having a recess, or a surface shape having a step. A feature measuring device.
レーザー光を出射するレーザー光源および前記レーザー光源から出射されたレーザー光を走査する走査手段を有するレーザー光照射装置から測定対象にレーザー光を走査しながら照射するレーザー光照射ステップと、
測定対象に照射されたレーザー光の反射光を、受光領域を持つ複数の受光センサにより受光する受光ステップと、
前記複数の受光センサが受光した反射光に基づいて、それぞれの受光センサの受光領域内における反射光の受光位置を検出する受光位置検出ステップと、
前記受光位置検出ステップにて検出した受光位置に基づいて、前記レーザー光照射装置と測定対象上におけるレーザー光の照射部位との間の距離である照射間距離の推定値を受光位置ごとに計算する距離計算ステップと、
前記距離計算ステップにて受光位置ごとに計算された照射間距離の推定値を比較し、所定の許容範囲内で一致する照射間距離の推定値を正規の照射間距離として選択する正規距離選択ステップと、
前記正規距離選択ステップにて選択された照射間距離に基づいて測定対象の形状データを作成する形状データ作成ステップと、
を含むことを特徴とする、形状測定方法。 A shape measuring method for measuring the shape of a measurement object,
A laser light irradiation step of irradiating a laser beam to a measurement object while scanning the laser light from a laser light irradiation device having a laser light source that emits laser light and a scanning unit that scans the laser light emitted from the laser light source;
A light receiving step of receiving reflected light of the laser light irradiated to the measurement object by a plurality of light receiving sensors having a light receiving area;
A light receiving position detecting step for detecting a light receiving position of the reflected light in a light receiving region of each light receiving sensor based on the reflected light received by the plurality of light receiving sensors;
Based on the light receiving position detected in the light receiving position detecting step, an estimated value of an inter-irradiation distance that is a distance between the laser light irradiation device and a laser light irradiation portion on the measurement target is calculated for each light receiving position. A distance calculation step;
Normal distance selection step of comparing the estimated value of the distance between irradiations calculated for each light receiving position in the distance calculating step, and selecting the estimated value of the distance between irradiations within a predetermined allowable range as the normal distance between irradiations When,
Shape data creation step for creating shape data of a measurement object based on the distance between irradiation selected in the regular distance selection step;
The shape measuring method characterized by including.
前記正規距離選択ステップにて複数の照射間距離が選択された場合に、それ以前に前記正規距離選択手段により選択された照射間距離と今回選択された複数の照射間距離とを比較し、その比較結果から正規の照射間距離を決定する正規距離決定ステップをさらに備えることを特徴とする、形状測定方法。 The shape measuring method according to claim 13,
When a plurality of inter-irradiation distances are selected in the regular distance selection step, the inter-irradiation distances previously selected by the regular distance selection means are compared with the plurality of inter-irradiation distances selected this time, A shape measuring method, further comprising a normal distance determining step for determining a normal inter-irradiation distance from the comparison result.
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