JP2009068898A - Three-dimensional shape measuring equipment and method therefor - Google Patents
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Description
本発明は、測定対象物の三次元形状を非接触で測定する三次元形状測定装置および三次元形状測定方法に関し、特に、視野域表示とモニタ表示とをより良好に表示し得る三次元形状測定装置および三次元形状測定方法に関する。 The present invention relates to a three-dimensional shape measuring apparatus and a three-dimensional shape measuring method for measuring a three-dimensional shape of a measurement object in a non-contact manner, and in particular, a three-dimensional shape measurement capable of better displaying a visual field display and a monitor display. The present invention relates to an apparatus and a three-dimensional shape measuring method.
測定対象物の三次元形状を非接触で測定する三次元形状測定装置は、自動車等の工業向け、あるいはコンピュータグラフィックス(CG)やデザイン等の様々な用途に活用されている。この三次元形状測定装置では、例えば、スリット光等を用いた光切断法、パターン光を用いたパターン投影法、同一の測定対象物を異なる複数の視線方向からカメラによって撮影した画像に基づくステレオ法、および、モアレを用いたモアレ法等の3次元形状測定原理が用いられ、これらによって得られた測定データに基づいてポリゴン等から成る三次元データが得られるようになっている。 A three-dimensional shape measuring apparatus that measures the three-dimensional shape of a measurement object in a non-contact manner is used for various applications such as industrial applications such as automobiles, computer graphics (CG), and design. In this three-dimensional shape measuring apparatus, for example, a light cutting method using slit light or the like, a pattern projection method using pattern light, or a stereo method based on images obtained by photographing the same object to be measured from a plurality of different gaze directions In addition, a three-dimensional shape measurement principle such as a moire method using moire is used, and three-dimensional data composed of polygons or the like is obtained based on measurement data obtained by these.
測定対象物の三次元形状を非接触で測定するに当たって、ユーザは、測定したい測定対象物の所望の領域に三次元形状測定装置における測定可能な領域を合わせる必要がある。このためにモニタ表示および視野域(FOV:field of view)表示がある。モニタ表示は、三次元形状測定装置に設けられているモニタ装置や三次元形状測定装置に接続される外部機器に設けられているモニタ装置等のモニタ装置に表示される画像であって、三次元形状測定装置におけるモニタ表示用の受光部が撮像している今現在の画像を示すものである。FOV表示は、測定対象物の表面(物面)上に表示される三次元形状測定装置の測定範囲を示すものである。モニタ表示では、一般に、モニタ表示用の受光部と測定用の受光部とが兼用されている。FOV表示では、一般に、三次元形状測定装置の測定範囲が投光手段で測定対象物の表面に投光されることによって行われる。ユーザは、モニタ表示を参照することによって三次元形状測定装置の受光部が今現在どこを見て(向いて)いるかを認識することができる。またユーザは、FOV表示を参照することによって三次元形状測定装置によって測定される測定対象物の範囲(領域)を認識することができる。 In measuring the three-dimensional shape of the measurement object in a non-contact manner, the user needs to match the measurable area in the three-dimensional shape measurement apparatus with a desired area of the measurement object to be measured. For this purpose, there are a monitor display and a field of view (FOV) display. The monitor display is an image displayed on a monitor device such as a monitor device provided in the three-dimensional shape measurement device or a monitor device provided in an external device connected to the three-dimensional shape measurement device. It shows the current image captured by the light receiving unit for monitor display in the shape measuring apparatus. The FOV display indicates the measurement range of the three-dimensional shape measuring device displayed on the surface (object surface) of the measurement object. In the monitor display, generally, the light receiving unit for monitor display and the light receiving unit for measurement are used in common. In the FOV display, generally, the measurement range of the three-dimensional shape measuring apparatus is projected onto the surface of the measurement object by the light projecting means. By referring to the monitor display, the user can recognize where the light receiving unit of the three-dimensional shape measuring apparatus is currently looking (facing). In addition, the user can recognize the range (region) of the measurement object measured by the three-dimensional shape measuring apparatus by referring to the FOV display.
このような測定範囲を示す技術としては、例えば、特許文献1に開示の三次元形状測定装置がある。この特許文献1に開示の3次元形状測定装置では、レーザ光による走査跡の目視状態を測定状態とスタンバイ状態とで異ならせるようにレーザ光照射器が制御される。例えば、測定状態における目視によるレーザ光の走査跡は、連続線から成るようにされ、一方、スタンバイ状態における目視によるレーザ光の走査跡は、離散した複数の照射スポットから成るようにされている。これによって三次元形状測定装置が測定状態であるかスタンバイ状態であるかを、簡単に把握できる。
ところで、モニタ表示では、撮像素子によってその撮像面に結像した光像が撮像されるため、モニタ表示のための照明は、ムラが無く、均一であることが望ましい。 By the way, in the monitor display, since an optical image formed on the imaging surface is picked up by the image pickup device, it is desirable that the illumination for the monitor display is uniform and uniform.
一方、FOV表示では、投光手段によって表示される場合、ユーザ(測定者)が測定範囲を明確に把握することができるように、FOV表示の部分とFOV表示の部分ではない部分とが明瞭となるようなコントラストの高いパターンの照明が望ましい。 On the other hand, in the FOV display, when displayed by the light projecting means, the FOV display part and the non-FOV display part are clearly shown so that the user (measurer) can clearly grasp the measurement range. A high contrast pattern illumination is desirable.
上記特許文献1に記載された技術は、測定状態とスタンバイ状態の違いを把握することができるものであって、測定前の測定対象物の照明に関するものではない。 The technique described in Patent Document 1 can grasp the difference between the measurement state and the standby state, and does not relate to illumination of the measurement object before measurement.
本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、このような相反する要求を持つモニタ表示およびFOV表示をほぼ同時に行うことができる三次元形状測定装置および三次元形状測定方法を提供することである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and its object is to provide a three-dimensional shape measuring apparatus and a three-dimensional shape capable of performing monitor display and FOV display having such conflicting requirements almost simultaneously. It is to provide a measurement method.
本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明に係る一態様では、測定対象物の三次元形状を非接触で測定する三次元形状測定装置において、モニタ表示用の投光パターンを含む複数の投光パターンで光を投光する投光部と、前記複数の投光パターンのうちの1つの投光パターンで光を投光するように前記投光部の投光パターンを制御する投光制御部と、前記投光制御部が前記投光部に前記モニタ表示用の投光パターンで光を投光させている場合に、撮像面に結像した光像を撮像する受光部を備えることを特徴とする。そして、本発明に係る他の一態様では、測定対象物の三次元形状を非接触で測定する三次元形状測定方法において、モニタ表示用の投光パターンを含む複数の投光パターンで光を投光可能であって、前記複数の投光パターンの中から前記モニタ表示用の投光パターンで光を投光する工程と、前記工程で光を投光している間に、撮像面に結像した光像を撮像する工程を備えることを特徴とする。 As a result of various studies, the present inventor has found that the above object is achieved by the present invention described below. That is, in one aspect according to the present invention, in a three-dimensional shape measuring apparatus that measures a three-dimensional shape of a measurement object in a non-contact manner, light is projected with a plurality of light projection patterns including a light projection pattern for monitor display. A light projecting unit, a light projecting control unit that controls a light projecting pattern of the light projecting unit so as to project light with one of the plurality of light projecting patterns, and the light projecting control unit In the case where light is projected on the light projecting pattern for the monitor display, the light projecting unit includes a light receiving unit that captures a light image formed on the imaging surface. In another aspect of the present invention, in a three-dimensional shape measurement method for measuring a three-dimensional shape of a measurement object in a non-contact manner, light is projected with a plurality of light projection patterns including a light projection pattern for monitor display. A step of projecting light from the plurality of projection patterns with the projection pattern for monitor display, and an image formed on the imaging surface while projecting the light in the step And a step of capturing the obtained optical image.
このような構成の三次元形状測定装置および三次元形状測定方法では、モニタ表示用の投光パターンを含む複数の投光パターンで光を投光可能であって、撮像面に結像した光像は、モニタ表示用の投光パターンで光を投光させている場合に撮像される。このようにすることで、視野域表示用の投光パターンを含む複数の投光パターンからモニタ表示用の投光パターンを分離することが可能となり、投光パターンを適切なモニタ表示用の投光パターンで構成することが可能となると共に、投光パターンを適切な視野域表示用の投光パターンで構成することが可能となる。そして、この適切に構成されたモニタ表示用の投光パターンで光が投光されている場合に、受光部がその撮像面に結像した光像を撮像するので、より良好な画像を形成することができ、より良好なモニタ表示を得ることが可能となる。したがって、このような構成の三次元形状測定装置および三次元形状測定方法では、上述の相反する要求を持つモニタ表示および視野域表示をほぼ同時に行うことができる。このため、ユーザは、三次元形状測定装置の測定範囲を測定対象物の所望の範囲に合わせる測定前の画角合わせの際に、三次元形状測定装置の測定範囲を適切に認識することができ、測定対象物の所望の範囲に三次元形状測定装置の測定範囲を合わせ、測定対象物の所望の範囲を三次元形状測定装置によって測定することができる。また、このような構成の三次元形状測定装置および三次元形状測定方法では、より良好なモニタ表示および視野域表示を行うことができるので、これらの表示を較べることによって、ユーザは、例えば、モニタ表示では表示されており測定可能な領域であると一見思われる領域でも、視野域表示では影になっているため測定することができない死角領域であると認識することができる。 In the three-dimensional shape measuring apparatus and the three-dimensional shape measuring method configured as described above, light can be projected with a plurality of projection patterns including a projection display projection pattern, and an optical image formed on an imaging surface Is imaged when light is projected with a light projection pattern for monitor display. By doing so, it becomes possible to separate the light projection pattern for monitor display from a plurality of light projection patterns including the light projection pattern for viewing field display. It is possible to configure with a pattern, and it is possible to configure a light projection pattern with a light projection pattern for displaying an appropriate visual field. Then, when light is projected with this appropriately configured projection pattern for monitor display, the light receiving unit captures a light image formed on the imaging surface, thereby forming a better image. Therefore, a better monitor display can be obtained. Therefore, in the three-dimensional shape measuring apparatus and the three-dimensional shape measuring method having such a configuration, the monitor display and the visual field display having the above conflicting requirements can be performed almost simultaneously. For this reason, the user can appropriately recognize the measurement range of the three-dimensional shape measuring apparatus when the angle of view is adjusted before the measurement to match the measurement range of the three-dimensional shape measuring apparatus with the desired range of the measurement object. The measurement range of the three-dimensional shape measuring apparatus can be adjusted to the desired range of the measurement object, and the desired range of the measurement object can be measured by the three-dimensional shape measurement apparatus. Further, in the three-dimensional shape measuring apparatus and the three-dimensional shape measuring method having such a configuration, better monitor display and field-of-view display can be performed. By comparing these displays, the user can, for example, monitor Even an area that appears to be a measurable area in the display can be recognized as a blind spot area that cannot be measured because it is a shadow in the visual field display.
ここで、モニタ表示用の投光パターンは、光を輝度ムラの無い均一に投光する投光パターンであることが好ましいが、モニタ表示に差し支えのない程度の改変があってもよい。例えば、均一な照明の中に1または数本の暗線があってもよい。このような暗線は、例えば、フォーカス合わせに利用される。視野域表示用の投光パターンは、三次元形状測定装置の測定範囲と該測定範囲外の範囲とにおける輝度の相違によって三次元形状測定装置の測定範囲を測定対象物の表面(物面)上に表示するものであれば、任意のパターンでよく、例えば、測定範囲の枠の一部または全部を明るく照らすパターン、測定範囲内に1または複数の明暗の線(帯や連続線や不連続線を含む。)を形成するように光を照らすパターン、および、測定範囲内に1または複数の明暗の格子を形成するように光を照らすパターン等である。 Here, the projection pattern for monitor display is preferably a projection pattern for uniformly projecting light without unevenness in luminance, but may be modified to such an extent that it does not interfere with monitor display. For example, there may be one or several dark lines in a uniform illumination. Such dark lines are used for focusing, for example. The light projection pattern for displaying the visual field is determined on the surface (object surface) of the measuring object by measuring the measuring range of the three-dimensional shape measuring device according to the difference in luminance between the measuring range of the three-dimensional shape measuring device and the range outside the measuring range. Any pattern can be used, for example, a pattern that brightly illuminates part or all of the frame of the measurement range, or one or more bright and dark lines (bands, continuous lines, or discontinuous lines) within the measurement range. For example, and a pattern for illuminating light so as to form one or more bright and dark gratings within the measurement range.
また、上述の三次元形状測定装置において、前記投光制御部は、前記モニタ表示用の投光パターンと前記複数の投光パターンのうちの他の投光パターンとを時分割で光を投光するように前記投光部の投光パターンを制御することを特徴とする。 In the above-described three-dimensional shape measuring apparatus, the light projection control unit projects light in a time-sharing manner between the monitor display light projection pattern and the other light projection patterns of the plurality of light projection patterns. As described above, the light projection pattern of the light projecting unit is controlled.
この構成によれば、モニタ表示用の投光パターンの光と複数の投光パターンのうちの他の投光パターンの光とが時分割で投光される。このため、モニタ表示用の投光パターンの光と複数の投光パターンのうちの他の投光パターンの光、例えば視野域表示の投光パターンの光とが干渉し合うことがなく、モニタ表示および視野域表示をより良好に行うことができる。 According to this configuration, the light of the monitor display light projection pattern and the light of the other light projection patterns among the plurality of light projection patterns are projected in a time-sharing manner. For this reason, the light of the projection pattern for monitor display and the light of other projection patterns among the plurality of projection patterns, for example, the light of the projection pattern of the visual field display, do not interfere with each other. In addition, it is possible to display the visual field more favorably.
また、これら上述の三次元形状測定装置において、前記複数の投光パターンは、視野域表示用の投光パターンを含み、前記受光部は、複数の画素が二次元的に配置されて成る撮像面に結像した光像を前記複数の画素で電気信号に光電変換することによって撮像する撮像素子を備え、前記投光制御部は、前記撮像素子から前記電気信号が読み出される読み出し期間に、前記視野域表示用の投光パターンで光を投光するように前記投光部の投光パターンを制御することを特徴とする。 In the above-described three-dimensional shape measuring apparatus, the plurality of projection patterns include a projection pattern for visual field display, and the light receiving unit includes an imaging surface in which a plurality of pixels are two-dimensionally arranged. An image pickup device that picks up an image formed by photoelectrically converting the light image formed on the plurality of pixels into an electric signal, and the light projecting control unit is configured to read the electric field from the image pickup device during a readout period. The light projecting pattern of the light projecting unit is controlled to project light with a light projecting pattern for area display.
この構成によれば、撮像素子の読み出し期間に視野域表示用の投光パターンで光が投光されるので、モニタ表示用の投光パターンで光を投光する必要のない時間帯が視野域表示用の投光パターンで光を投光する時間帯に活用される。このため、モニタ表示動作を妨げることなく、視野域表示を行うことができる。 According to this configuration, since light is projected with the projection pattern for viewing area display during the readout period of the image sensor, the time zone where it is not necessary to project light with the projection pattern for monitor display is the viewing area. It is used during the time when light is projected with a light projection pattern for display. Therefore, it is possible to display the visual field without disturbing the monitor display operation.
また、これら上述の三次元形状測定装置において、前記投光部は、前記測定対象物の三次元形状を測定する場合に、所定の測定範囲を走査するスリット光を投光し、前記投光制御部は、前記投光部に前記モニタ表示用の投光パターンで光を投光させる場合に、前記投光部に前記スリット光を所定の走査速度で単調に前記測定範囲を走査させることを特徴とする。 Further, in the above-described three-dimensional shape measuring apparatus, when the three-dimensional shape of the measurement object is measured, the light projecting unit projects slit light that scans a predetermined measurement range, and performs the light projection control. The unit causes the light projecting unit to scan the measurement range monotonously at a predetermined scanning speed when the light projecting unit projects light with the light projecting pattern for monitor display. And
この構成によれば、三次元形状測定装置がいわゆる光切断法によって測定対象物の三次元形状を非接触で測定する場合に、三次元形状測定とモニタ表示用の投光パターンにおける投光とを1つの投光部で兼用することができる。 According to this configuration, when the three-dimensional shape measuring apparatus measures the three-dimensional shape of the measurement object in a non-contact manner by a so-called light cutting method, the three-dimensional shape measurement and the light projection in the projection pattern for monitor display are performed. One light projecting unit can also be used.
また、これら上述の三次元形状測定装置において、前記複数の投光パターンは、視野域表示用の投光パターンを含み、前記投光部は、前記測定対象物の三次元形状を測定する場合に、所定の測定範囲を走査するスリット光を投光し、前記投光制御部は、前記投光部に前記視野域表示用の投光パターンで光を投光させる場合に、前記投光部に前記スリット光を所定の変調を行う走査速度で前記測定範囲を走査させることを特徴とする。 Further, in the above-described three-dimensional shape measuring apparatus, the plurality of light projection patterns include a light projection pattern for visual field display, and the light projecting unit measures the three-dimensional shape of the measurement object. And projecting slit light that scans a predetermined measurement range, and when the light projecting control unit causes the light projecting unit to project light with the projection pattern for visual field display, The measurement range is scanned at a scanning speed for performing predetermined modulation of the slit light.
この構成によれば、三次元形状測定装置がいわゆる光切断法によって測定対象物の三次元形状を非接触で測定する場合に、三次元形状測定と視野域表示用の投光パターンにおける投光とを1つの投光部で兼用することができる。 According to this configuration, when the three-dimensional shape measuring apparatus measures the three-dimensional shape of the measurement object in a non-contact manner by a so-called light cutting method, the projection in the projection pattern for the three-dimensional shape measurement and the visual field display is performed. Can be shared by a single light projecting unit.
また、これら上述の三次元形状測定装置において、前記投光制御部は、前記投光部に前記スリット光を前記測定範囲で走査させる場合に、前記投光パターンで投光される光がちらつかない程度の走査速度で前記測定範囲を往復走査させることを特徴とする。 Further, in the above-described three-dimensional shape measuring apparatus, the light projection control unit does not flicker the light projected by the light projection pattern when the light projection unit scans the slit light within the measurement range. The measurement range is reciprocally scanned at a scanning speed of about a degree.
この構成によれば、投光パターンで投光される光がちらつかない程度の走査速度でスリット光が測定範囲を往復走査するので、ユーザが投光中に測定対象物等を見た場合に、ユーザの違和感を低減することができる。 According to this configuration, since the slit light reciprocally scans the measurement range at a scanning speed that does not flicker the light projected by the light projection pattern, when the user looks at the measurement object or the like during the light projection, A user's uncomfortable feeling can be reduced.
また、これら上述の三次元形状測定装置において、前記投光部は、投光マスクを介して光を投光することによって前記複数の投光パターンを形成することを特徴とする。 In the above-described three-dimensional shape measuring apparatus, the light projecting unit forms the plurality of light projecting patterns by projecting light through a light projecting mask.
この構成によれば、いわゆるパターン投影法によって測定対象物の三次元形状を非接触で測定する三次元形状測定装置が提供可能となる。 According to this configuration, it is possible to provide a three-dimensional shape measuring apparatus that measures the three-dimensional shape of the measurement object in a non-contact manner by a so-called pattern projection method.
また、これら上述の三次元形状測定装置において、前記受光部で撮像した画像を表示するモニタ部を備えることを特徴とする。 Further, the above-described three-dimensional shape measuring apparatus includes a monitor unit that displays an image captured by the light receiving unit.
この構成によれば、モニタ表示可能な三次元形状測定装置が提供可能となる。 According to this configuration, it is possible to provide a three-dimensional shape measuring apparatus capable of monitor display.
また、これら上述の三次元形状測定装置において、外部の機器との間でデータ通信を行う外部出力部を備えることを特徴とする。 The above-described three-dimensional shape measuring apparatus includes an external output unit that performs data communication with an external device.
この構成によれば、例えば、パーソナルコンピュータ等のモニタ装置にモニタ表示可能な三次元形状測定装置が提供可能となる。 According to this configuration, for example, it is possible to provide a three-dimensional shape measuring device that can be displayed on a monitor device such as a personal computer.
本発明にかかる三次元形状測定装置および三次元形状測定方法は、前記相反する要求を持つモニタ表示および視野域表示をほぼ同時に行うことができる。 The three-dimensional shape measuring apparatus and the three-dimensional shape measuring method according to the present invention can perform monitor display and field-of-view display having the conflicting requirements almost simultaneously.
以下、本発明に係る実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
(実施形態の構成)
図1は、実施形態における三次元形状測定装置の外観構成を示す斜視図である。図2は、実施形態における三次元形状測定装置の基本的な内部構成を示す模式図である。図3は、実施形態における三次元形状測定装置の電気的な構成を示すブロック図である。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the invention will be described with reference to the drawings. In addition, the structure which attached | subjected the same code | symbol in each figure shows that it is the same structure, The description is abbreviate | omitted.
(Configuration of the embodiment)
FIG. 1 is a perspective view illustrating an external configuration of a three-dimensional shape measuring apparatus according to an embodiment. FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a basic internal configuration of the three-dimensional shape measuring apparatus according to the embodiment. FIG. 3 is a block diagram illustrating an electrical configuration of the three-dimensional shape measuring apparatus according to the embodiment.
図1において、この三次元形状測定装置Diは、測定対象物Obの三次元形状を非接触で測定する装置である。三次元形状測定装置Diは、所定の発光手段と受光手段とを含む光学ユニットが内蔵された略直方体形状のハウジング(筐体)を備え、ハウジングの一方主面には、投光窓を備えた投光部1と、受光窓を備えた受光部2とが設けられ、ハウジングの他方主面には、表示画面が臨むようにモニタ部6と、操作スイッチの操作が可能なように操作部7とが設けられている。投光部1と受光部2とは、基線長に応じた予め設定された所定の距離Lだけ離れた位置に設けられている。投光部1からは、扇状に広がるスリット光Sが射出される。このスリット光Sは、水平方向に放射角度φで広がり、垂直方向に幅Wを有する平面状のレーザ光であり、測定対象物Obに向けて照射される。照射されたスリット光Sは、測定対象物Obの表面で反射され、その反射光Rの一部が受光部2に入射される。 In FIG. 1, this three-dimensional shape measuring device Di is a device that measures the three-dimensional shape of the measuring object Ob in a non-contact manner. The three-dimensional shape measuring apparatus Di includes a substantially rectangular parallelepiped housing (housing) in which an optical unit including predetermined light emitting means and light receiving means is incorporated, and a light projection window is provided on one main surface of the housing. A light projecting unit 1 and a light receiving unit 2 having a light receiving window are provided, and a monitor unit 6 is provided on the other main surface of the housing so that a display screen faces the operation unit 7 so that an operation switch can be operated. And are provided. The light projecting unit 1 and the light receiving unit 2 are provided at positions separated by a predetermined distance L set in advance according to the baseline length. From the light projecting unit 1, slit light S spreading in a fan shape is emitted. The slit light S is a planar laser light that spreads at a radiation angle φ in the horizontal direction and has a width W in the vertical direction, and is irradiated toward the measurement object Ob. The irradiated slit light S is reflected by the surface of the measurement object Ob, and a part of the reflected light R enters the light receiving unit 2.
三次元形状測定装置Diは、大略的に、投光部1から測定対象物Obへスリット光Sを掃引して照射し、スリット光Sの測定対象物Obで反射した反射光Rを受光部2で受光し、イメージエリアセンサ等の撮像素子22(図2、図3)で光電変換して得られた測定データにいわゆる三角測量の原理を用いることによって測定対象物Obまでの距離を求め、これによって測定範囲(走査範囲)における測定対象物Obの三次元形状を測定するものである。このように本実施形態では、いわゆる光切断法と呼ばれる方式を用いて測定対象物Obの三次元形状を非接触で求める三次元形状測定装置Diが例示されているけれども、光切断法に限定されるものではなく、上述のように、パターン光を用いたパターン投影法、同一の測定対象物を異なる複数の視線方向からカメラによって撮影した画像に基づくステレオ法、モアレを用いたモアレ法等の他の非接触三次元形状測定方法が用いられてもよい。また、図1には、円柱体の測定対象物Obが例示されているけれども、例えば、プレス品、プラスチック成型品および金型等の任意の物体が測定対象物Obとされる。 The three-dimensional shape measuring apparatus Di generally sweeps and irradiates the slit light S from the light projecting unit 1 to the measurement object Ob, and receives the reflected light R of the slit light S reflected by the measurement object Ob. The distance to the measurement object Ob is obtained by using the so-called triangulation principle for the measurement data obtained by photoelectric conversion with the image sensor 22 (FIGS. 2 and 3) such as an image area sensor. Is used to measure the three-dimensional shape of the measurement object Ob in the measurement range (scanning range). As described above, in the present embodiment, the three-dimensional shape measuring apparatus Di for obtaining the three-dimensional shape of the measurement object Ob in a non-contact manner using a so-called optical cutting method is illustrated, but the present invention is limited to the optical cutting method. As described above, the pattern projection method using pattern light, the stereo method based on the images of the same measurement object taken by a camera from a plurality of different gaze directions, the moire method using moire, etc. The non-contact three-dimensional shape measuring method may be used. Although FIG. 1 illustrates a cylindrical measurement object Ob, for example, an arbitrary object such as a press product, a plastic molded product, and a mold is used as the measurement object Ob.
この三次元形状測定装置Diにおける光学系について説明すると、図2において、投光部1は、測定対象物Obの三次元形状を測定する場合に、予め設定された所定の測定範囲を走査するスリット光Sを投光すると共に、モニタ表示用の投光パターンを含む複数の投光パターンで光を投光するものであり、例えば、本実施形態では、光源となるレーザ光を発生するレーザ光源11と、前記スリット光Sを投光窓に導く投光光学系12と、回転軸を中心に面回転するガルバノミラ13とを備えて構成される。そして、本実施形態では、複数の投光パターンには、上述のように、モニタ表示用の投光パターンを含むと共に、視野域(FOV:field of view)表示用の投光パターンも含まれる。受光部2は、その撮像面に結像した光像を撮像するものであり、例えば、本実施形態では、反射光Rが入射される受光光学系21と、受光光学系21の光路上に配置される例えばCCD(Charge Coupled Device)型イメージエリアセンサやCMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)型イメージエリアセンサ等から成る撮像素子22とを備えて構成される。この受光部2は、測定範囲として合焦位置の前後に所定の測定奥行を持っている。 The optical system in this three-dimensional shape measuring apparatus Di will be described. In FIG. 2, the light projecting unit 1 scans a predetermined measurement range set in advance when measuring the three-dimensional shape of the measurement object Ob. The light source S emits light and projects light with a plurality of light projection patterns including a monitor display light projection pattern. For example, in this embodiment, a laser light source 11 that generates laser light serving as a light source. And a light projecting optical system 12 that guides the slit light S to the light projecting window, and a galvano mirror 13 that rotates about the rotation axis. In the present embodiment, as described above, the plurality of light projection patterns include a light projection pattern for monitor display and a light projection pattern for field of view (FOV) display. The light receiving unit 2 captures a light image formed on the imaging surface. For example, in the present embodiment, the light receiving unit 2 is disposed on the light path of the light receiving optical system 21 to which the reflected light R is incident and the light receiving optical system 21. For example, the image pickup device 22 includes a charge coupled device (CCD) image area sensor, a complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) image area sensor, and the like. The light receiving unit 2 has a predetermined measurement depth before and after the in-focus position as a measurement range.
投光部1では、所定のガルバノ回転角でガルバノミラ13が回転されながら、スリット光S(S1、S2、S3、・・・)が測定対象物Obに向けて投光される。かかる投光は、測定範囲における測定対象物Obの全域を走査するように行われる。この場合において反射光Rは、受光光学系21を介して撮像素子22で受光される。撮像素子22で受光される画像22Dは、測定対象物Obの立体形状に応じたスリット像OS1、OS2、OS3、・・・を含むものとなる。そして、スリット光S1、S2、S3、・・・の投光角と、撮像素子22の受光エリアにおけるスリット像OS1、OS2、OS3の位置と、前記基線長Lとに基づいて、この三次元形状測定装置Diに内蔵されている後述のデータ処理手段によって、この三次元形状測定装置Diから測定対象物Obまでの距離がいわゆる三角測量の原理で算出される。ここで、投光点における投光角θ1は、スリット光Sを測定範囲内で走査するガルバノミラ13のガルバノ回転角から求められ、受光点における受光角θ2は、撮像素子22の受光面で検出される反射光R1の像位置から求められる。そして、投光点と受光点との間の基線長Lと投光角θ1と受光角θ2とから三角測量の原理によって、測定対象物Obの表面までの距離が求められる。 In the light projecting unit 1, the slit light S (S1, S2, S3,...) Is projected toward the measurement object Ob while the galvano mirror 13 is rotated at a predetermined galvano rotation angle. Such light projection is performed so as to scan the entire area of the measurement object Ob in the measurement range. In this case, the reflected light R is received by the image sensor 22 via the light receiving optical system 21. The image 22D received by the imaging element 22 includes slit images OS1, OS2, OS3,... Corresponding to the three-dimensional shape of the measurement object Ob. Based on the projection angle of the slit light beams S1, S2, S3,..., The positions of the slit images OS1, OS2, OS3 in the light receiving area of the image sensor 22, and the baseline length L, this three-dimensional shape The distance from the three-dimensional shape measuring device Di to the measuring object Ob is calculated by a so-called triangulation principle by a data processing means described later built in the measuring device Di. Here, the light projection angle θ1 at the light projection point is obtained from the galvano rotation angle of the galvano mirror 13 that scans the slit light S within the measurement range, and the light reception angle θ2 at the light reception point is detected by the light receiving surface of the image sensor 22. It is obtained from the image position of the reflected light R1. And the distance to the surface of the measuring object Ob is calculated | required by the principle of triangulation from the base line length L between the light projection point and the light receiving point, the light projection angle θ1, and the light reception angle θ2.
図3において、この三次元形状測定装置Diは、上述の投光部1に付属するレーザドライバ(LDドライバ)14および投光駆動部15、上述の受光部2に付属するオートフォーカス駆動部(AF駆動部)23およびタイミングジェネレータ(TG)24、ならびに、出力処理回路3、データメモリ4、制御部5、モニタ部6、操作部7および外部出力部(I/F部)8を含んで構成される。 In FIG. 3, the three-dimensional shape measuring apparatus Di includes a laser driver (LD driver) 14 and a light projecting drive unit 15 attached to the light projecting unit 1 and an autofocus drive unit (AF) attached to the light receiving unit 2 described above. Drive unit) 23 and timing generator (TG) 24, output processing circuit 3, data memory 4, control unit 5, monitor unit 6, operation unit 7, and external output unit (I / F unit) 8. The
投光部1は、上述したように、複数の投光パターンで光を投光可能であり、レーザ光源(LD光源)11、投光光学系12およびガルバノミラ13を含んで構成され、扇状に広がりかつ垂直方向に幅Wを有するスリット光Sを投光する。例えば、LDドライバ14は、制御部5から与えられる制御信号に従って電流制御することによって、レーザダイオード等から成るレーザ光源11を駆動し、スリット光Sを照射する。投光駆動部15は、制御部5から与えられる制御信号に従って、投光光学系12を構成するレンズをフォーカス駆動やズーム駆動すると共に、スリット光Sを走査するために順次に投光角θ1を変えながらガルバノミラ13を回転駆動する。これによって、投光部1は、制御部5の制御下において前記スリット光Sを、測定対象物Obに対して走査投影することが可能とされている。 As described above, the light projecting unit 1 can project light with a plurality of light projecting patterns, includes the laser light source (LD light source) 11, the light projecting optical system 12, and the galvano mirror 13, and spreads in a fan shape. A slit light S having a width W in the vertical direction is projected. For example, the LD driver 14 drives the laser light source 11 composed of a laser diode or the like to irradiate the slit light S by performing current control according to a control signal given from the control unit 5. The light projecting drive unit 15 performs focus driving and zoom driving of the lens constituting the light projecting optical system 12 according to the control signal given from the control unit 5 and sequentially sets the light projecting angle θ1 for scanning the slit light S. The galvano mirror 13 is rotationally driven while changing. Thus, the light projecting unit 1 can scan and project the slit light S onto the measurement object Ob under the control of the control unit 5.
受光部2は、上述したように、その撮像面に結像した光像を撮像可能であり、受光光学系21および撮像素子22を備えて構成され、前記スリット光Sが測定対象物Obの表面で反射された反射光Rの一部が入射される。受光光学系21は、1または複数枚の撮影レンズ、絞り、フォーカシングやズーミングのためのレンズ移動機構等を含んで構成されている。AF駆動部23は、ステッピングモータ等から成り、制御部5の制御下において、受光光学系21のレンズをフォーカシングやズーミングのために駆動する。フォーカス位置を基準として前後の所定の被写界深度の範囲である奥行き方向の測定範囲は、このAF駆動部23による受光光学系21の駆動によって調整される。 As described above, the light receiving unit 2 can capture a light image formed on the imaging surface thereof, and includes the light receiving optical system 21 and the image sensor 22, and the slit light S is the surface of the measurement object Ob. A part of the reflected light R reflected by is incident. The light receiving optical system 21 includes one or a plurality of photographing lenses, a diaphragm, a lens moving mechanism for focusing and zooming, and the like. The AF drive unit 23 includes a stepping motor and the like, and drives the lens of the light receiving optical system 21 for focusing and zooming under the control of the control unit 5. A measurement range in the depth direction, which is a range of a predetermined depth of field before and after the focus position, is adjusted by driving the light receiving optical system 21 by the AF driving unit 23.
撮像素子22は、複数の画素が二次元的に配置されて成る撮像面に受光光学系21によって結像した測定対象物Obの光像を複数の各画素で電気信号に光電変換することによって撮像し、測定対象物Obについての二次元画像データを生成するものである。この撮像素子22としては、本実施形態では、例えば、フォトダイオード等で構成される複数の光電変換素子がマトリックス状に2次元配列されるCCD型イメージエリアセンサが用いられる。この撮像素子22の撮像面には、それぞれ分光特性の異なる例えばR(赤),G(緑),B(青)の各カラーフィルタを介して、反射光Rが受光される。あるいは、撮像素子22としては、これらの各カラーフィルタを各光電変換素子の受光面に配設されたCCD型カラーイメージエリアセンサを用いることもできる。タイミングジェネレータ(TG)24は、撮像素子22による撮影動作(露光に基づく電荷蓄積や蓄積電荷の読み出し等)を制御するタイミングパルスを発生するものであり、制御部5から与えられる制御信号に基づいて、例えば、垂直転送パルス、水平転送パルス、電荷掃き出しパルス等を生成して撮像素子22を駆動する。 The image pickup device 22 picks up an image by photoelectrically converting an optical image of the measurement object Ob formed by the light receiving optical system 21 onto an image pickup surface in which a plurality of pixels are two-dimensionally arranged into an electric signal at each of the plurality of pixels. Then, two-dimensional image data for the measurement object Ob is generated. In the present embodiment, for example, a CCD type image area sensor in which a plurality of photoelectric conversion elements composed of photodiodes or the like are two-dimensionally arranged in a matrix is used as the imaging element 22. Reflected light R is received on the imaging surface of the imaging element 22 via, for example, R (red), G (green), and B (blue) color filters having different spectral characteristics. Alternatively, as the image pickup element 22, a CCD type color image area sensor in which each of these color filters is disposed on the light receiving surface of each photoelectric conversion element can be used. The timing generator (TG) 24 generates a timing pulse for controlling a photographing operation (charge accumulation based on exposure, reading of accumulated charge, etc.) by the image sensor 22, and is based on a control signal supplied from the control unit 5. For example, the image pickup device 22 is driven by generating a vertical transfer pulse, a horizontal transfer pulse, a charge sweeping pulse, or the like.
出力処理回路3は、撮像素子22から出力される電気信号(上述の例ではCCD型イメージエリアセンサの各画素で受光されたアナログ信号群)に所定の信号処理を施した後、デジタル画像信号に変換して出力する。この出力処理回路3には、アナログ画像信号に含まれるリセット雑音を低減するCDS回路(相関二重サンプリング回路)、アナログ画像信号のレベルを補正するAGC回路、アナログ画像信号を例えば14ビットのデジタル画像信号(画像データ)に変換するA/D変換回路等が備えられている。 The output processing circuit 3 performs predetermined signal processing on the electrical signal output from the image sensor 22 (in the above example, the analog signal group received by each pixel of the CCD image area sensor), and then converts it into a digital image signal. Convert and output. The output processing circuit 3 includes a CDS circuit (correlated double sampling circuit) for reducing reset noise included in the analog image signal, an AGC circuit for correcting the level of the analog image signal, and the analog image signal as a 14-bit digital image, for example. An A / D conversion circuit that converts the signal (image data) is provided.
データメモリ4は、RAM(Random Access Memory)等からなり、各種のデータを一時的に格納する。例えばデータメモリ4には、出力処理回路3から出力される測定対象物Obについての取得されたAF用(オートフォーカス用)の二次元画像データ、本測定用の二次元画像データ等が一時的に格納される。 The data memory 4 includes a RAM (Random Access Memory) or the like, and temporarily stores various data. For example, in the data memory 4, the acquired 2D image data for AF (for autofocus), 2D image data for the main measurement, etc., about the measurement object Ob output from the output processing circuit 3 are temporarily stored. Stored.
制御部5は、例えば、マイクロプロセッサ、記憶素子およびその周辺回路等を備えて構成され、機能的に投光制御部51および測定制御部52を備え、三次元形状測定装置Diの全体制御を司るべく、三次元形状測定装置Diの各部の動作を当該機能に応じて制御するものである。投光制御部51は、投光部1の投光動作を制御するものであり、本実施形態では、さらに複数の投光パターンのうちの1つの投光パターンで光を投光するように投光部1の投光パターンを制御するものである。より具体的には、投光制御部51は、例えば、投光部1にモニタ表示用の投光パターンで光を投光させる場合には、投光部1にスリット光Sを所定の走査速度で単調に測定範囲を走査させるようにLDドライバ14および投光駆動部15を介して投光部1を制御する。また例えば、投光制御部51は、投光部1にFOV表示用の投光パターンで光を投光させる場合には、投光部1にスリット光Sを所定の変調を行う走査速度で測定範囲を走査させるようにLDドライバ14および投光駆動部15を介して投光部1を制御する。測定制御部52は、測定対象物Obの三次元形状を測定するために、三次元形状測定装置Diの各部の動作を当該機能に応じて制御するものである。より具体的には、制御部5は、例えば、投光部1によるスリット光Sの投光動作、AF駆動部23による受光光学系21の駆動動作、タイミングジェネレータ24によるタイミングパルスの発生動作、出力処理回路3による信号処理動作、およびデータメモリ4に対するデータの読み書き動作などを制御する。 The control unit 5 includes, for example, a microprocessor, a storage element, and peripheral circuits thereof, and functionally includes a light projection control unit 51 and a measurement control unit 52, and controls the entire three-dimensional shape measurement apparatus Di. Therefore, the operation of each part of the three-dimensional shape measuring apparatus Di is controlled according to the function. The light projecting control unit 51 controls the light projecting operation of the light projecting unit 1. In the present embodiment, the light projecting control unit 51 further projects light so as to project light with one of the plurality of light projecting patterns. The projection pattern of the light unit 1 is controlled. More specifically, for example, when the light projecting control unit 51 causes the light projecting unit 1 to project light in a monitor display light projecting pattern, the light projecting unit 1 applies the slit light S to a predetermined scanning speed. Thus, the light projecting unit 1 is controlled via the LD driver 14 and the light projecting drive unit 15 so as to scan the measurement range monotonously. Further, for example, when the light projecting control unit 51 causes the light projecting unit 1 to project light with a light projection pattern for FOV display, the light projecting unit 1 measures the slit light S at a scanning speed for performing predetermined modulation. The light projecting unit 1 is controlled via the LD driver 14 and the light projecting drive unit 15 so as to scan the range. The measurement control unit 52 controls the operation of each unit of the three-dimensional shape measuring apparatus Di according to the function in order to measure the three-dimensional shape of the measurement object Ob. More specifically, the control unit 5, for example, projects the slit light S by the light projecting unit 1, drives the light receiving optical system 21 by the AF drive unit 23, generates a timing pulse by the timing generator 24, and outputs it. The signal processing operation by the processing circuit 3 and the data read / write operation with respect to the data memory 4 are controlled.
モニタ部6は、受光部2の撮像素子22で撮像された画像、すなわち出力処理回路3で信号処理され、データメモリ4に保存されている画像等を表示する装置である。モニタ部6には、この三次元形状測定装置Diの受光部2で撮像された画像が表示され、この表示された画像を参照することによって、ユーザは、この三次元形状測定装置Diの受光部2が見て(向いて)いる方向(範囲、領域)を認識することができる。モニタ部6は、例えば、カラー液晶表示器(LCD;Liquid Crystal Display)等を備えて構成される。 The monitor unit 6 is a device that displays an image captured by the image sensor 22 of the light receiving unit 2, that is, an image that is signal-processed by the output processing circuit 3 and stored in the data memory 4. An image captured by the light receiving unit 2 of the three-dimensional shape measuring apparatus Di is displayed on the monitor unit 6. By referring to the displayed image, the user can receive the light receiving unit of the three-dimensional shape measuring apparatus Di. The direction (range, region) in which 2 is looking (facing) can be recognized. The monitor unit 6 includes, for example, a color liquid crystal display (LCD) and the like.
操作部7は、三次元形状測定装置Diに対するユーザによる操作指示(指示入力)を行う装置である。操作部7は、例えば、電源スイッチ、モニタスイッチ、カーソルスイッチおよび測定開始スイッチ等の各種の操作スイッチ群(操作ボタン群)を備えて構成される。例えば、モニタスイッチが押下(オン)されることによって、FOV表示およびモニタ表示が開始され、測定開始スイッチが押下(オン)されることによって、測定が開始され、測定対象物Obの三次元形状が測定される。 The operation unit 7 is a device that gives an operation instruction (instruction input) by the user to the three-dimensional shape measuring apparatus Di. The operation unit 7 includes various operation switch groups (operation button groups) such as a power switch, a monitor switch, a cursor switch, and a measurement start switch, for example. For example, when the monitor switch is pressed (turned on), FOV display and monitor display are started, and when the measurement start switch is pressed (turned on), measurement is started and the three-dimensional shape of the measurement object Ob is changed. Measured.
I/F部8は、例えばパーソナルコンピュータ等の外部機器との間でデータ通信を行うためのインタフェース回路である。データメモリ4に一時的に格納された測定対象物Obについての二次元画像データ等は、このI/F部8を介して外部機器へデータ通信可能とされる。 The I / F unit 8 is an interface circuit for performing data communication with an external device such as a personal computer. Two-dimensional image data and the like of the measurement object Ob temporarily stored in the data memory 4 can be communicated with data to an external device via the I / F unit 8.
上記投光部1と受光部2とは、メカニカルな保持具SUによって強固に固定されており、両者間の位置ズレが生じない構造とされている。これは、投光部1と受光部2との間の距離が三角測量を行う際の基線長Lとなるからである。 The light projecting unit 1 and the light receiving unit 2 are firmly fixed by a mechanical holder SU and have a structure in which no positional deviation occurs between them. This is because the distance between the light projecting unit 1 and the light receiving unit 2 becomes the baseline length L when performing triangulation.
次に、三次元形状測定装置Diの動作について説明する。図4は、実施形態における三次元形状測定装置の動作を示すフローチャートである。図5は、実施形態の三次元形状測定装置におけるモニタ表示およびFOV表示のための投光動作を示すタイムチャートである。図6は、図5の一部拡大図である。図5(A)、図6(A)および図6(D)は、ガルバノミラ13の駆動動作を示し、その横軸は、時間であり、その縦軸は、回転位置(投光角θ1)を示す。図5(B)および図6(B)は、撮像素子22の露光動作を示し、その横軸は、時間であり、その縦軸は、露光のオン(ON)/オフ(OFF)を示す。図5(C)および図6(C)は、撮像素子22のデータ転送動作を示し、その横軸は、時間であり、その縦軸は、データ転送のオン(ON)/オフ(OFF)を示す。図6(A)〜(C)は、モニタ表示用の投光パターンで投光部1が投光している場合における三次元形状測定装置Diの投光動作を示し、図6(D)は、FOV表示用の投光パターンで投光部1が投光している場合における三次元形状測定装置Diの投光動作を示す。図7は、実施形態の三次元形状測定装置における投光および表示の各様子を説明するための図である。図7において、測定対象物Obは、矩形状の板部材であり、その一表面の略中央にスマイル顔が描かれている。図7(A)は、モニタ表示用の投光パターンで測定対象物Obが投光されている様子を示し、図7(B)は、モニタ表示用の投光パターンで測定対象物Obが投光されている場合にモニタ部6に表示される表示画像を示し、そして、図7(C)は、FOV表示用の投光パターンで測定対象物Obが投光されている場合に測定対象物Ob上に表示されるFOV表示を示している。なお、図7において、作図上の都合から輝度の高い部分(明るい部分)が、図7(A)では網掛けで表示されており、図7(C)では、黒い縦線で表示されている。 Next, the operation of the three-dimensional shape measuring apparatus Di will be described. FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the three-dimensional shape measuring apparatus in the embodiment. FIG. 5 is a time chart showing a light projecting operation for monitor display and FOV display in the three-dimensional shape measuring apparatus of the embodiment. FIG. 6 is a partially enlarged view of FIG. 5 (A), 6 (A) and 6 (D) show the driving operation of the galvano mirror 13, the horizontal axis is time, and the vertical axis is the rotational position (light projection angle θ1). Show. FIG. 5B and FIG. 6B show the exposure operation of the image sensor 22, the horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates exposure on (ON) / off (OFF). FIG. 5C and FIG. 6C show the data transfer operation of the image sensor 22, the horizontal axis is time, and the vertical axis is on (ON) / off (OFF) of data transfer. Show. FIGS. 6A to 6C show the light projecting operation of the three-dimensional shape measuring apparatus Di when the light projecting unit 1 is projecting with a light projecting pattern for monitor display, and FIG. The light projecting operation of the three-dimensional shape measuring apparatus Di in the case where the light projecting unit 1 projects light with the light projection pattern for FOV display will be described. FIG. 7 is a diagram for explaining each state of light projection and display in the three-dimensional shape measurement apparatus of the embodiment. In FIG. 7, the measurement object Ob is a rectangular plate member, and a smile face is drawn at the approximate center of one surface thereof. FIG. 7A shows a state in which the measurement object Ob is projected with a projection pattern for monitor display, and FIG. 7B shows a state in which the measurement object Ob is projected with a projection pattern for monitor display. FIG. 7C shows a display image displayed on the monitor unit 6 when it is illuminated, and FIG. 7C shows the measurement object when the measurement object Ob is projected with a projection pattern for FOV display. The FOV display displayed on Ob is shown. In FIG. 7, a portion with high luminance (bright portion) is displayed with shading in FIG. 7A and a black vertical line in FIG. 7C for convenience of drawing. .
例えば、操作部7のモニタスイッチがオン(ON)されると、三次元形状測定装置Diでは、測定対象物Obの三次元形状を測定すべく各部の動作が開始され、まず、モニタ表示およびFOV表示が開始される。この場合において、三次元形状測定装置Diでは、図4に示すように、まず、制御部5の投光制御部51は、FOV表示用の投光パターンおよびモニタ表示用の投光パターンのうちのいずれの投光パターンで光を投光するかを判断する(S11)。本実施形態では、図5に示すと共に後述するように、撮像素子22から電気信号を読み出す5回目の読み出し期間で、FOV表示用の投光パターンで1回の投光が実行されるので、投光制御部51は、例えば、撮像素子22から電気信号を読み出す読み出し期間の回数を計数することによって、上記判断を行う。 For example, when the monitor switch of the operation unit 7 is turned on, the three-dimensional shape measuring apparatus Di starts the operation of each unit to measure the three-dimensional shape of the measurement object Ob. First, the monitor display and the FOV are displayed. Display starts. In this case, in the three-dimensional shape measuring apparatus Di, as shown in FIG. 4, first, the light projection control unit 51 of the control unit 5 includes the light projection pattern for FOV display and the light projection pattern for monitor display. It is determined which light projection pattern is used to project light (S11). In the present embodiment, as shown in FIG. 5 and described later, in the fifth readout period in which the electrical signal is read from the image sensor 22, one projection is executed with the projection pattern for FOV display. The light control unit 51 makes the above determination by, for example, counting the number of readout periods in which an electrical signal is read from the image sensor 22.
この処理S11における判断の結果、モニタ表示用の投光パターンで光を投光する場合(モニタ表示用投光)には、投光制御部51は、モニタ表示用の投光パターンで投光部1に光を投光させ(S12)、その後に処理S14を実行する。一方、この判断の結果、FOV表示用の投光パターンで光を投光する場合(FOV表示用投光)には、投光制御部51は、FOV表示用の投光パターンで投光部1に光を投光させ(S13)、その後に処理S14を実行する。 As a result of the determination in step S11, when light is projected with a monitor display light projection pattern (monitor display light projection), the light projection control unit 51 projects light with a monitor display light projection pattern. 1 is made to project light (S12), and then processing S14 is executed. On the other hand, as a result of this determination, when light is projected with the FOV display projection pattern (FOV display projection), the projection control unit 51 projects the FOV display projection pattern with the projection unit 1. The light is projected (S13), and then the process S14 is executed.
ここで、あまり頻繁にFOV表示が為されると、モニタ表示用の投光パターンとFOV表示用の投光パターンとの切り換えによってちらついてしまう一方で、FOV表示の表示間隔が長くなり過ぎると、FOV表示が為されるまでユーザが待たなければならなくなる。このため、FOV表示は、人の生理や心理等に応じて適宜な間隔で表示され、本実施形態では、図5に示すように、例えば1秒ごとに0.1秒間だけ測定対象物Ob上に表示される。 Here, if the FOV display is performed too frequently, the display flickers due to switching between the monitor display light projection pattern and the FOV display light projection pattern, while the FOV display display interval becomes too long. The user must wait until the FOV display is made. For this reason, the FOV display is displayed at an appropriate interval according to the physiology, psychology, etc. of the person. In this embodiment, as shown in FIG. 5, for example, on the measurement object Ob every 0.1 second for every second. Is displayed.
この処理S12におけるモニタ表示用の投光パターンによる投光では、図5(A)および図6(A)に示すように、投光制御部51は、LDドライバ14および投光駆動部15を介して投光部1を制御することによって、ガルバノミラ13を予め設定された所定の走査速度で単調に回転駆動すると共に、ガルバノミラ13を予め設定された所定の測定範囲を走査、本実施形態では、繰り返し往復走査する。これによってスリット光Sは、前記走査速度で単調に前記測定範囲を走査、本実施形態では繰り返し往復走査する。スリット光Sは、本実施形態では、一次元であって、この一次元の方向に直交する方向に前記走査速度で前記測定範囲を繰り返し往復するように投光されるので、測定対象物Obは、例えば、図7(A)に示すように、スリット光Sによって矩形状で略均一に照明される。このようにモニタ表示用の投光パターンは、輝度ムラの無い均一に光を投光する投光パターンであることが好ましいが、モニタ表示に差し支えのない程度の改変があってもよい。例えば、均一な照明の中に1または数本の暗線があってもよい。このような暗線は、例えば、走査中にLD光源11を消灯するなどすることによって形成され、例えば、フォーカス合わせに利用される。 In the light projection by the light projection pattern for monitor display in this process S12, the light projection control unit 51 passes through the LD driver 14 and the light projection drive unit 15 as shown in FIGS. 5 (A) and 6 (A). By controlling the light projecting unit 1, the galvano mirror 13 is driven to rotate monotonously at a predetermined scanning speed set in advance, and the galvano mirror 13 is scanned over a predetermined measurement range. Scan back and forth. As a result, the slit light S scans the measurement range monotonously at the scanning speed, and in this embodiment, repeatedly performs reciprocating scanning. In this embodiment, the slit light S is one-dimensional, and is projected so as to repeatedly reciprocate the measurement range at the scanning speed in a direction orthogonal to the one-dimensional direction. For example, as shown in FIG. 7A, the slit light S is illuminated in a rectangular shape substantially uniformly. As described above, the light projection pattern for monitor display is preferably a light projection pattern for uniformly projecting light without luminance unevenness, but may be modified to such an extent that it does not interfere with the monitor display. For example, there may be one or several dark lines in a uniform illumination. Such dark lines are formed, for example, by turning off the LD light source 11 during scanning, and are used for focusing, for example.
このように投光制御部51が投光部1を制御し、投光部1がモニタ表示用の投光パターンで光を測定対象物Obに投光している間に、図5(B)および図6(B)に示すように、制御部5は、AF駆動部23およびTG24を介して受光部2を制御することによって、撮像素子22を露光する。これによって撮像素子22の撮像面に受光光学系21によって結像した光像が光電変換され、撮像される。測定対象物Obが上述のようにスリット光Sによって略均一に照明されるので、適切な被写体輝度が得られるから、より適切な露光が可能となる。そして、撮像素子22の露光が終了すると、図5(C)および図6(C)に示すように、制御部5は、TG24を介して受光部2を制御することによって、撮像素子22から光電変換によって得られた電気信号が読み出される。この撮像素子22から電気信号が読み出される期間においても、図5(A)〜(C)および図6(A)〜(C)に示すように、投光制御部51は、モニタ表示用の投光パターンで光を投光するように投光部1を制御している。このため、測定対象物Obが投光部1によるスリット光Sによって略均一に照明されつづけられる結果、ちらつきが低減される。そして、制御部5は、出力処理回路3でこの読み出した電気信号に所定の信号処理を施すことによって画像信号を生成し、この生成した画像信号による画像をモニタ部6に表示する。このモニタ部6に表示されるモニタ画像は、露光が上述のようにより適切に行われるので、例えば、図7(B)に示すように、良好に生成される。 Thus, while the light projection control part 51 controls the light projection part 1, and the light projection part 1 is projecting light on the measuring object Ob with the light projection pattern for monitor display, FIG. And as shown to FIG. 6 (B), the control part 5 exposes the image pick-up element 22 by controlling the light-receiving part 2 via AF drive part 23 and TG24. As a result, the light image formed by the light receiving optical system 21 on the imaging surface of the image sensor 22 is photoelectrically converted and captured. Since the measurement object Ob is illuminated substantially uniformly by the slit light S as described above, an appropriate subject luminance can be obtained, and thus more appropriate exposure can be performed. Then, when the exposure of the image sensor 22 is completed, as shown in FIGS. 5C and 6C, the control unit 5 controls the light receiving unit 2 via the TG 24, thereby causing photoelectric control from the image sensor 22. The electric signal obtained by the conversion is read out. Even during the period in which the electric signal is read from the image sensor 22, the light projection control unit 51 projects the monitor display light as shown in FIGS. 5 (A) to (C) and FIGS. 6 (A) to (C). The light projecting unit 1 is controlled to project light with a light pattern. For this reason, as a result of the measurement object Ob being continuously illuminated substantially uniformly by the slit light S by the light projecting unit 1, flicker is reduced. Then, the control unit 5 generates an image signal by performing predetermined signal processing on the read electrical signal in the output processing circuit 3, and displays an image based on the generated image signal on the monitor unit 6. The monitor image displayed on the monitor unit 6 is generated appropriately as shown in FIG. 7B, for example, because exposure is performed more appropriately as described above.
このように動作するので、本実施形態の三次元形状測定装置Diでは、モニタ表示用の投光パターンで光が投光されている場合に、受光部2が撮像面に結像した光像を撮像するので、より良好なモニタ画像を形成することができ、より良好なモニタ表示を得ることが可能となる。このため、本実施形態の三次元形状測定装置Diでは、測定環境の明暗に依存することなくモニタ表示を背景技術に較べてより良好に行うことができる。 Since it operates in this way, in the three-dimensional shape measuring apparatus Di of the present embodiment, when light is projected with a light projection pattern for monitor display, a light image formed on the imaging surface by the light receiving unit 2 is displayed. Since imaging is performed, a better monitor image can be formed, and a better monitor display can be obtained. For this reason, in the three-dimensional shape measuring apparatus Di of the present embodiment, monitor display can be performed better than the background art without depending on the brightness of the measurement environment.
ここで、投光制御部51は、投光部1にスリット光Sを測定範囲で走査させる場合に、モニタ表示用の投光パターンで投光される光がちらつかない程度の走査速度で測定範囲を往復走査させることが好ましい。このような投光パターンの光がちらつかない程度の走査速度でスリット光Sが測定範囲を往復走査するので、ユーザが投光中に測定対象物Ob等を見た場合に、ユーザの違和感を低減することができる。 Here, when the light projecting control unit 51 causes the light projecting unit 1 to scan the slit light S within the measurement range, the light projecting control unit 51 measures the measurement range at a scanning speed that does not flicker the light projected by the light projection pattern for monitor display. Are preferably reciprocated. Since the slit light S reciprocally scans the measurement range at such a scanning speed that the light of such a light projection pattern does not flicker, it reduces the user's uncomfortable feeling when the user views the measurement object Ob or the like during the light projection. can do.
一方、この処理S13におけるFOV表示用の投光パターンによる投光では、図5(A)に示すように、投光制御部51は、まず、LDドライバ14および投光駆動部15を介して投光部1を制御することによって、ガルバノミラ13を前記走査速度で単調に回転駆動すると共に、ガルバノミラ13を前記測定範囲で繰り返し往復走査する。すなわち、モニタ表示用の投光パターンで投光部1が制御される。この間に、図5(B)に示すように、制御部5は、AF駆動部23およびTG24を介して受光部2を制御することによって、撮像素子22を露光する。これによって撮像素子22の撮像面に受光光学系21によって結像した光像が光電変換され、撮像される。そして、撮像素子22の露光が終了すると、図5(C)に示すように、制御部5は、TG24を介して受光部2を制御することによって、撮像素子22から光電変換によって得られた電気信号が読み出される。そして、制御部5は、出力処理回路3でこの読み出した電気信号に所定の信号処理を施すことによって画像信号を生成し、この生成した画像信号による画像をモニタ部6に表示する。このモニタ部6に表示されるモニタ画像は、露光が上述のようにより適切に行われるので、例えば、図7(B)に示すように、良好に生成される。 On the other hand, in the light projection by the light projection pattern for FOV display in this processing S13, the light projection control unit 51 first projects through the LD driver 14 and the light projection drive unit 15 as shown in FIG. By controlling the light unit 1, the galvano mirror 13 is rotated monotonously at the scanning speed, and the galvano mirror 13 is repeatedly reciprocated in the measurement range. That is, the light projecting unit 1 is controlled by the light projection pattern for monitor display. During this time, as shown in FIG. 5B, the control unit 5 exposes the image sensor 22 by controlling the light receiving unit 2 via the AF driving unit 23 and the TG 24. As a result, the light image formed by the light receiving optical system 21 on the imaging surface of the image sensor 22 is photoelectrically converted and captured. When the exposure of the image sensor 22 is completed, as shown in FIG. 5C, the control unit 5 controls the light receiving unit 2 via the TG 24, thereby obtaining the electricity obtained from the image sensor 22 by photoelectric conversion. The signal is read out. Then, the control unit 5 generates an image signal by performing predetermined signal processing on the read electrical signal in the output processing circuit 3, and displays an image based on the generated image signal on the monitor unit 6. The monitor image displayed on the monitor unit 6 is generated appropriately as shown in FIG. 7B, for example, because exposure is performed more appropriately as described above.
そして、この撮像素子22から電気信号が読み出される期間において、投光制御部51は、LDドライバ14および投光駆動部15を介して投光部1を制御することによって、ガルバノミラ13を予め設定された所定の変調を行う走査速度で回転駆動すると共に、ガルバノミラ13を予め設定された所定の測定範囲を走査、本実施形態では、繰り返し往復走査する。これによってスリット光Sは、前記変調された走査速度で前記測定範囲を走査、本実施形態では繰り返し往復走査する。スリット光Sは、本実施形態では、一次元であって、この一次元の方向に直交する方向に前記変調された走査速度で前記測定範囲を繰り返し往復するように投光されるので、測定対象物Obの表面(物面)上には、スリット光Sによって明暗の縞模様が形成される。この明暗の縞模様がFOV表示とされる。より具体的には、図5(A)および図6(D)に示すように、投光制御部51は、LDドライバ14および投光駆動部15を介して投光部1を制御することによって、ガルバノミラ13を等速で回転駆動している間に、1また複数回、前記回転駆動を低速にする低速期間(図5(A)および図6(D)に示すテラス部分(時間経過に対して位置が一定の部分)が設けられる。これによってスリット光Sは、前記測定範囲を等速で走査している間に、1または複数回、低速にされる。このため、このスリット光Sが低速にされる部分では輝度が高くなる結果、測定対象物Obの表面(物面)上には、図7(C)に示すように、明暗のくっきりした明暗の縞模様が形成される。このように本実施形態では、FOV表示用の投光パターンは、測定対象物Ob上における測定範囲内に明暗の縞模様が形成されるように光を照らすパターンであるが、FOV表示用の投光パターンは、三次元形状測定装置Diの測定範囲とこの測定範囲外の範囲とにおける輝度の相違によって三次元形状測定装置Diの測定範囲を測定対象物Obの表面(物面)上に表示するものであれば、任意のパターンでよい。上述の他、例えば、FOV表示用の投光パターンは、例えば円形や矩形やガキ形等のスポットおよびストライプ等で測定範囲の枠の一部または全部を明るく照らすパターン、測定範囲内に1または複数の明暗の線(帯や連続線や不連続線を含む。)を形成するように光を照らすパターン、および、測定範囲内に1または複数の明暗の格子を形成するように光を照らすパターン等である。ここで、FOV表示用の投光パターンは、測定範囲と測定範囲外とを明確に区分するために、コントラストの高い明暗の模様であることが好ましい。 Then, during a period in which an electrical signal is read from the image sensor 22, the light projection control unit 51 controls the light projecting unit 1 via the LD driver 14 and the light projecting drive unit 15 to set the galvano mirror 13 in advance. The galvano mirror 13 is scanned in a predetermined measurement range set in advance, and in this embodiment, reciprocating scanning is repeated. Accordingly, the slit light S scans the measurement range at the modulated scanning speed, and in this embodiment, repeatedly performs reciprocating scanning. In this embodiment, the slit light S is one-dimensional, and is projected so as to repeatedly reciprocate the measurement range at the modulated scanning speed in a direction orthogonal to the one-dimensional direction. A bright and dark stripe pattern is formed by the slit light S on the surface (object surface) of the object Ob. This bright and dark stripe pattern is FOV display. More specifically, as shown in FIGS. 5A and 6D, the light projection control unit 51 controls the light projecting unit 1 via the LD driver 14 and the light projecting drive unit 15. While the galvano mirror 13 is driven to rotate at a constant speed, the terrace portion shown in FIG. 5A and FIG. In this way, the slit light S is slowed one or more times while scanning the measurement range at a constant speed. As a result of the increase in luminance at the low speed portion, as shown in FIG. 7C, a bright and dark bright and dark stripe pattern is formed on the surface (object surface) of the measurement object Ob. As described above, in the present embodiment, the projection pattern for FOV display is a measurement pair. The light is illuminated so that a bright and dark stripe pattern is formed within the measurement range on the object Ob. The light projection pattern for FOV display includes the measurement range of the three-dimensional shape measuring device Di and the outside of this measurement range. Any pattern may be used as long as it displays the measurement range of the three-dimensional shape measuring apparatus Di on the surface (object surface) of the measurement object Ob depending on the difference in luminance from the range. For example, a light projection pattern is a pattern that brightly illuminates part or all of the frame of the measurement range with spots and stripes such as circles, rectangles, and braids, and one or more bright and dark lines (bands or continuous lines) within the measurement range. A pattern that illuminates light to form a line or a discontinuous line), a pattern that illuminates light to form one or more bright and dark gratings within the measurement range, etc. where F Projection pattern for V display, in order to clearly distinguish the measurement range and the measurement range, it is preferable that the pattern of high contrast light and dark.
このように投光制御部51は、モニタ表示用の投光パターンと複数の投光パターンのうちの他の投光パターン、本実施形態ではFOV表示用の投光パターンとを時分割で投光するように投光部1の投光パターンを制御している。このため、モニタ表示用の投光パターンの光と複数の投光パターンのうちの他の投光パターンの光、本実施形態ではFOV表示用の投光パターンの光とが干渉し合うことがなく、モニタ表示およびFOV表示をより良好に行うことができる。そして、本実施形態では、投光制御部51は、撮像素子22から電気信号が読み出される読み出し期間に、FOV表示用の投光パターンで光を投光するように投光部1の投光パターンを制御している。このように、モニタ表示用の投光パターンで光を投光する必要のない時間帯がFOV表示用の投光パターンで投光する時間帯に活用されている。したがって、モニタ表示動作を妨げることなく、FOV表示を行うことができる。 Thus, the light projection control unit 51 projects the light projection pattern for monitor display and the other light projection patterns of the plurality of light projection patterns, in this embodiment, the light projection pattern for FOV display in a time-sharing manner. Thus, the light projection pattern of the light projecting unit 1 is controlled. For this reason, the light of the projection pattern for monitor display and the light of other projection patterns among the plurality of projection patterns, and the light of the projection pattern for FOV display in this embodiment do not interfere with each other. Further, the monitor display and the FOV display can be performed more favorably. In the present embodiment, the light projecting control unit 51 projects the light projecting pattern of the light projecting unit 1 so as to project light with the light projecting pattern for FOV display during the readout period in which the electrical signal is read from the image sensor 22. Is controlling. As described above, a time zone in which light is not required to be projected with the light projection pattern for monitor display is utilized as a time zone in which light is projected with the light projection pattern for FOV display. Therefore, FOV display can be performed without hindering the monitor display operation.
ここで、投光制御部51は、投光部1にスリット光Sを測定範囲で走査させる場合に、FOV表示用の投光パターンで投光される光がちらつかない程度の走査速度で測定範囲を往復走査させることが好ましい。このような投光パターンの光がちらつかない程度の走査速度でスリット光Sが測定範囲を往復走査するので、ユーザが投光中に測定対象物Ob等を見た場合に、ユーザの違和感を低減することができる。 Here, when the light projecting control unit 51 causes the light projecting unit 1 to scan the slit light S within the measurement range, the light projection control unit 51 measures the measurement range at a scanning speed that does not flicker the light projected by the light projection pattern for FOV display. Are preferably reciprocated. Since the slit light S reciprocally scans the measurement range at such a scanning speed that the light of such a light projection pattern does not flicker, it reduces the user's uncomfortable feeling when the user views the measurement object Ob or the like during the light projection. can do.
図4に戻って、そして、処理S14では、制御部5は、測定開始か否かを判断する。この判断は、例えば、操作部7の測定開始スイッチがオンされたか否かを判断することによって実行される。この処理S14における判断の結果、測定開始ではない場合(No)では、制御部5は、処理を処理S11に戻し、一方、この判断の結果、測定開始である場合(Yes)では、制御部5は、測定制御部52によって測定対象物Obの三次元形状を測定し(S15)、処理を終了する。処理S15では、測定制御部52は、三次元形状測定装置Diの各部の動作を当該機能に応じて制御することによって、投光部1から測定対象物Obへスリット光Sを走査して照射し、スリット光Sの測定対象物Obで反射した反射光Rを受光部2で受光し、受光部2の撮像素子22で光電変換して得られた画像にいわゆる三角測量の原理を用いることによって測定対象物Obまでの距離を求め、これによって測定範囲における測定対象物Obの三次元形状を測定する。 Returning to FIG. 4, and in step S <b> 14, the control unit 5 determines whether or not measurement is started. This determination is performed, for example, by determining whether or not the measurement start switch of the operation unit 7 is turned on. If the result of determination in step S14 is not the start of measurement (No), the control unit 5 returns the process to step S11. On the other hand, if the result of this determination is that measurement is started (Yes), the control unit 5 Measures the three-dimensional shape of the measurement object Ob by the measurement control unit 52 (S15), and ends the process. In process S15, the measurement control part 52 scans and irradiates the slit light S from the light projection part 1 to the measurement object Ob by controlling the operation | movement of each part of the three-dimensional shape measuring apparatus Di according to the said function. Measured by using the principle of so-called triangulation on the image obtained by receiving the reflected light R reflected by the measuring object Ob of the slit light S by the light receiving unit 2 and photoelectrically converting it by the image sensor 22 of the light receiving unit 2. The distance to the object Ob is obtained, and thereby the three-dimensional shape of the measurement object Ob in the measurement range is measured.
以上のように、本実施形態の三次元形状測定装置Diおよびこれに適用されている三次元形状測定方法では、モニタ表示用の投光パターンを含む複数の投光パターンで光を投光可能であって、モニタ表示用の投光パターンで光が投光されている場合に、撮像面に結像した光像が撮像される。このため、FOV表示用の投光パターンを含む複数の投光パターンからモニタ表示用の投光パターンを分離することが可能となり、投光パターンを適切なモニタ表示用の投光パターンで構成することが可能となると共に、投光パターンを適切なFOV表示用の投光パターンで構成することが可能となる。そして、この適切に構成されたモニタ表示用の投光パターンで光が投光されている場合に、受光部2がその撮像面に結像した光像を撮像するので、より良好な画像を形成することができ、より良好なモニタ表示を得ることが可能となる。したがって、本実施形態の三次元形状測定装置Diおよびこれに適用されている三次元形状測定方法では、上述の相反する要求を持つモニタ表示およびFOV表示をほぼ同時に行うことができる。このため、ユーザは、三次元形状測定装置Diの画角合わせの際に、三次元形状測定装置Diの測定範囲を適切に認識することができ、測定対象物Obの所望の範囲に三次元形状測定装置Diの測定範囲を合わせ、測定対象物Obの所望の範囲を三次元形状測定装置Diによって測定することができる。また、本実施形態の三次元形状測定装置Diおよびこれに適用されている三次元形状測定方法では、より良好なモニタ表示およびFOV表示を行うことができるので、これらの表示を較べることによって、ユーザは、例えば、モニタ表示では表示されており測定可能な領域であると一見思われる領域でも、FOV表示では影になっており測定することができない死角領域であると認識することができる。 As described above, in the three-dimensional shape measuring apparatus Di of the present embodiment and the three-dimensional shape measuring method applied thereto, light can be projected with a plurality of projection patterns including a projection display projection pattern. Thus, when light is projected with the projection pattern for monitor display, a light image formed on the imaging surface is captured. For this reason, it becomes possible to separate the projection pattern for monitor display from a plurality of projection patterns including the projection pattern for FOV display, and to configure the projection pattern with an appropriate projection pattern for monitor display. In addition, it is possible to configure the light projection pattern with an appropriate light projection pattern for FOV display. Then, when light is projected with this appropriately configured projection pattern for monitor display, the light receiving unit 2 captures a light image formed on the imaging surface, thereby forming a better image. Therefore, a better monitor display can be obtained. Therefore, in the three-dimensional shape measuring apparatus Di of the present embodiment and the three-dimensional shape measuring method applied thereto, the monitor display and the FOV display having the above conflicting requirements can be performed almost simultaneously. For this reason, the user can appropriately recognize the measurement range of the three-dimensional shape measurement device Di when the angle of view of the three-dimensional shape measurement device Di is adjusted, and the three-dimensional shape is within the desired range of the measurement object Ob. The measurement range of the measurement device Di can be matched, and the desired range of the measurement object Ob can be measured by the three-dimensional shape measurement device Di. In addition, since the three-dimensional shape measuring apparatus Di of this embodiment and the three-dimensional shape measuring method applied thereto can perform better monitor display and FOV display, the user can compare these displays. For example, it can be recognized that even a region that is displayed on the monitor display and seems to be a measurable region is a blind spot region that is shadowed on the FOV display and cannot be measured.
そして、本実施形態の三次元形状測定装置Diおよびこれに適用されている三次元形状測定方法では、FOV表示は、撮像素子22から電気信号が読み出される読み出し期間に実行され、モニタ表示動作を妨げることなく実行されるので、モニタ表示およびFOV表示がユーザにとってほぼ同時に感じられるように実行される。このため、ユーザは、あまり違和感を感じることなく、三次元形状測定装置Diの画角合わせを行うことができる。 In the three-dimensional shape measuring apparatus Di of this embodiment and the three-dimensional shape measuring method applied thereto, the FOV display is executed during a readout period in which an electrical signal is read from the image sensor 22 and hinders the monitor display operation. As a result, the monitor display and the FOV display are executed almost simultaneously for the user. For this reason, the user can adjust the angle of view of the three-dimensional shape measuring apparatus Di without feeling uncomfortable.
なお、上述の実施形態では、光切断法による三次元形状測定装置Diの場合について説明したが、上述のように、パターン投影法、ステレオ法およびモアレ法等の他の方法による三次元形状測定装置Diであってもよい。 In the above-described embodiment, the case of the three-dimensional shape measuring device Di by the light cutting method has been described. However, as described above, the three-dimensional shape measuring device by other methods such as the pattern projection method, the stereo method, and the moire method. Di may also be used.
例えば、投光マスクによってパターン光を形成してこのパターン光を三次元形状測定に用いるパターン投影法による三次元形状測定装置Diでは、ガルバノミラ13に代え投光マスク部が用いられ、投光部1は、投光マスクを介して光を投光することによって複数の投光パターンを形成するものであり、例えば、レーザ光を発生するLD光源11と、LD光源11のレーザ光を所定の投光マスクに通過させることによって所定の投光パターンでパターン光を形成する投光マスク部と、投光マスク部で形成された所定の投光パターンのパターン光を投光窓に導く投光光学系12とを備えて構成される。レーザ光源11は、制御部5から与えられる制御信号に従って電流制御するLDドライバ14によって駆動される。投光マスク部は、三次元形状測定用の投光マスク、モニタ表示用の投光マスクおよびFOV表示用の投光マスクを含む複数の投光マスクと、前記複数の投光マスクの中から1つの投光マスクを選択してLD光源11と投光光学系12との間に配置するマスク移動機構部とを備え、制御部5から与えられる制御信号に従って複数の投光マスクの中から1つの投光マスクを選択してLD光源11と投光光学系12との間に配置する投光駆動部15によって制御される。 For example, in a three-dimensional shape measuring apparatus Di using a pattern projection method in which pattern light is formed by a light projection mask and this pattern light is used for three-dimensional shape measurement, a light projection mask portion is used instead of the galvano mirror 13, and the light projection portion 1 Is a method of forming a plurality of projection patterns by projecting light through a projection mask. For example, the LD light source 11 that generates laser light and the laser light of the LD light source 11 are projected to a predetermined light A projection mask part that forms pattern light with a predetermined projection pattern by passing through the mask, and a projection optical system 12 that guides the pattern light of the predetermined projection pattern formed by the projection mask part to the projection window And is configured. The laser light source 11 is driven by an LD driver 14 that performs current control according to a control signal supplied from the control unit 5. The projection mask unit includes a plurality of projection masks including a projection mask for measuring a three-dimensional shape, a projection mask for monitor display, and a projection mask for FOV display, and one of the plurality of projection masks. A mask moving mechanism unit that selects one projection mask and arranges it between the LD light source 11 and the projection optical system 12, and selects one projection mask from a plurality of projection masks according to a control signal supplied from the control unit 5. It is controlled by a light projection drive unit 15 that selects a light projection mask and arranges it between the LD light source 11 and the light projection optical system 12.
図8は、他の実施形態の三次元形状測定装置におけるモニタ表示およびFOV表示のための投光動作を示すタイムチャートである。図9は、他の実施形態の三次元形状測定装置におけるモニタ表示用の投光マスクおよびFOV表示用の投光マスクの構成を示す平面図である。図10は、FOV表示用の投光マスクの他の構成を示す平面図である。 FIG. 8 is a time chart showing a light projecting operation for monitor display and FOV display in the three-dimensional shape measuring apparatus according to another embodiment. FIG. 9 is a plan view showing a configuration of a projection mask for monitor display and a projection mask for FOV display in a three-dimensional shape measuring apparatus according to another embodiment. FIG. 10 is a plan view showing another configuration of a projection mask for FOV display.
パターン投影法による本三次元形状測定装置Diも上述した図4に示すように動作するが、処理S12および処理S13では、次のように動作する。 The three-dimensional shape measuring apparatus Di using the pattern projection method also operates as shown in FIG. 4 described above, but operates as follows in the processing S12 and the processing S13.
この場合の処理S12におけるモニタ表示用の投光パターンによる投光では、図8(A)に示すように、投光制御部51は、LDドライバ14および投光駆動部15を介して投光部1を制御することによって、複数の投光マスクの中からモニタ表示用の投光マスク(パターンA)を選択してLD光源11と投光光学系12との間に配置する。モニタ表示用の投光マスクは、例えば、図9(A)に示すように、矩形の板状部材の中央部に矩形状の開口部が形成された枠板体31aで構成される。LD光源11からのレーザ光は、このモニタ表示用の投光マスク31aを通過することによって矩形状の略均一な明るさの光となり、測定対象物Obは、例えば、図7(A)に示すように、この矩形状の略均一な明るさの光によって略均一に照明される。 In the light projection by the monitor display light projection pattern in the process S12 in this case, the light projection control unit 51 is configured to project the light projection unit via the LD driver 14 and the light projection drive unit 15 as shown in FIG. By controlling 1, a monitor display projection mask (pattern A) is selected from a plurality of projection masks and placed between the LD light source 11 and the projection optical system 12. For example, as shown in FIG. 9A, the light projection mask for monitor display includes a frame plate body 31a in which a rectangular opening is formed at the center of a rectangular plate member. The laser light from the LD light source 11 passes through the light projection mask 31a for monitor display to become light having a substantially uniform brightness in a rectangular shape, and the measurement object Ob is, for example, shown in FIG. Thus, it is illuminated substantially uniformly by this rectangular light having substantially uniform brightness.
このように投光制御部51が投光部1を制御し、投光部1が測定対象物Obをモニタ表示用の投光パターンの光で投光している間に、図8(B)に示すように、制御部5は、AF駆動部23およびTG24を介して受光部2を制御することによって、撮像素子22を露光する。これによって撮像素子22の撮像面に受光光学系21によって結像した光像が光電変換され、撮像される。測定対象物Obが上述のように矩形状の略均一な明るさの光によって略均一に照明されるので、適切な被写体輝度が得られるから、より適切な露光が可能となる。そして、撮像素子22の露光が終了すると、図8(C)に示すように、制御部5は、TG24を介して受光部2を制御することによって、撮像素子22から光電変換によって得られた電気信号が読み出される。この撮像素子22から電気信号が読み出される期間においても、図8(A)〜(C)に示すように、投光制御部51は、モニタ表示用の投光パターンで投光部1を制御している。そして、制御部5は、出力処理回路3でこの読み出した電気信号に所定の信号処理を施すことによって画像信号を生成し、この生成した画像信号による画像をモニタ部6に表示する。このモニタ部6に表示されるモニタ画像は、露光が上述のようにより適切に行われるので、例えば、図7(B)に示すように、良好に生成される。 Thus, while the light projection control part 51 controls the light projection part 1, and the light projection part 1 is projecting the measuring object Ob with the light of the light projection pattern for monitor displays, FIG. As shown, the control unit 5 exposes the image sensor 22 by controlling the light receiving unit 2 via the AF driving unit 23 and the TG 24. As a result, the light image formed by the light receiving optical system 21 on the imaging surface of the image sensor 22 is photoelectrically converted and captured. Since the measurement object Ob is illuminated substantially uniformly by the light having a substantially uniform brightness as described above, an appropriate subject brightness can be obtained, so that more appropriate exposure can be performed. When the exposure of the image sensor 22 is completed, as shown in FIG. 8C, the control unit 5 controls the light receiving unit 2 via the TG 24 to thereby obtain the electricity obtained from the image sensor 22 by photoelectric conversion. The signal is read out. Even during a period in which an electric signal is read out from the image sensor 22, the light projection control unit 51 controls the light projection unit 1 with a light projection pattern for monitor display, as shown in FIGS. ing. Then, the control unit 5 generates an image signal by performing predetermined signal processing on the read electrical signal in the output processing circuit 3, and displays an image based on the generated image signal on the monitor unit 6. The monitor image displayed on the monitor unit 6 is generated appropriately as shown in FIG. 7B, for example, because exposure is performed more appropriately as described above.
このように動作するので、本他の実施形態の三次元形状測定装置Diでは、モニタ表示用の投光パターンで光が投光されている場合に、受光部2が撮像面に結像した光像を撮像するので、より良好なモニタ画像を形成することができ、より良好なモニタ表示を得ることが可能となる。このため、本他の実施形態の三次元形状測定装置Diでも、上述の相反する要求を持つモニタ表示およびFOV表示をほぼ同時に行うことができる。 Since it operates in this way, in the three-dimensional shape measuring apparatus Di of this other embodiment, when the light is projected with the projection pattern for monitor display, the light that the light receiving unit 2 forms on the imaging surface Since an image is picked up, a better monitor image can be formed and a better monitor display can be obtained. For this reason, also in the three-dimensional shape measuring apparatus Di of this other embodiment, the monitor display and the FOV display having the above-mentioned conflicting requests can be performed almost simultaneously.
一方、この場合の処理S13におけるFOV表示用の投光パターンによる投光では、図8(A)に示すように、投光制御部51は、まず、LDドライバ14および投光駆動部15を介して投光部1を制御することによって、複数の投光マスクの中からモニタ表示用の投光マスクを選択してLD光源11と投光光学系12との間に配置する。すなわち、モニタ表示用の投光パターンで投光部1が制御される。この間に、図8(B)に示すように、制御部5は、AF駆動部23およびTG24を介して受光部2を制御することによって、撮像素子22を露光する。これによって撮像素子22の撮像面に受光光学系21によって結像した光像が光電変換され、撮像される。そして、撮像素子22の露光が終了すると、図8(C)に示すように、制御部5は、TG24を介して受光部2を制御することによって、撮像素子22から光電変換によって得られた電気信号が読み出される。そして、制御部5は、出力処理回路3でこの読み出した電気信号に所定の信号処理を施すことによって画像信号を生成し、この生成した画像信号による画像をモニタ部6に表示する。このモニタ部6に表示されるモニタ画像は、露光が上述のようにより適切に行われるので、例えば、図7(B)に示すように、良好に生成される。 On the other hand, in the light projection by the light projection pattern for FOV display in the process S13 in this case, as shown in FIG. 8A, the light projection control unit 51 first passes through the LD driver 14 and the light projection drive unit 15. By controlling the light projecting unit 1, a light projecting mask for monitor display is selected from a plurality of light projecting masks and disposed between the LD light source 11 and the light projecting optical system 12. That is, the light projecting unit 1 is controlled by the light projection pattern for monitor display. During this time, as shown in FIG. 8B, the control unit 5 exposes the image sensor 22 by controlling the light receiving unit 2 via the AF driving unit 23 and the TG 24. As a result, the light image formed by the light receiving optical system 21 on the imaging surface of the image sensor 22 is photoelectrically converted and captured. When the exposure of the image sensor 22 is completed, as shown in FIG. 8C, the control unit 5 controls the light receiving unit 2 via the TG 24 to thereby obtain the electricity obtained from the image sensor 22 by photoelectric conversion. The signal is read out. Then, the control unit 5 generates an image signal by performing predetermined signal processing on the read electrical signal in the output processing circuit 3, and displays an image based on the generated image signal on the monitor unit 6. The monitor image displayed on the monitor unit 6 is generated appropriately as shown in FIG. 7B, for example, because exposure is performed more appropriately as described above.
そして、この撮像素子22から電気信号が読み出される期間において、投光制御部51は、LDドライバ14および投光駆動部15を介して投光部1を制御することによって、複数の投光マスクの中からFOV表示用の投光マスク(パターンB)を選択してLD光源11と投光光学系12との間に配置する。FOV表示用の投光マスクは、例えば、図9(B)に示すように、一方向に延在するスリット状の開口部が1または複数(図9(B)に示す例では3個)個前記一方向と直交する他方向に並列配置されるように形成された矩形の板体31bで構成される。LD光源11からのレーザ光は、このFOV表示用の投光マスク31bを通過することによって明暗の縞模様のパターン光となり、測定対象物Obの表面(物面)上には、例えば、図7(C)に示すように、この明暗の縞模様のパターン光によって、明暗の縞模様が形成される。この明暗の縞模様がFOV表示とされる。このように本実施形態では、FOV表示用の投光パターンは、測定対象物Ob上における測定範囲内に明暗の縞模様が形成されるように光を照らすパターンであるが、この他、例えば、図10(A)に示すように、矩形のドーナツ状の開口部が形成された矩形の板状体で構成された投光マスク31cを用いることによって、FOV表示用の投光パターンは、測定範囲の枠の全部を明るく照らすパターンであってもよく、また例えば、図10(B)に示すように、1または複数のスリット状の開口部が互いに直交するように形成された矩形の板状体で構成された投光マスク31dを用いることによって、FOV表示用の投光パターンは、測定範囲内に1または複数の明暗の格子を形成するように光を照らすパターンであってもよい。 Then, during a period in which an electrical signal is read from the image sensor 22, the light projection control unit 51 controls the light projecting unit 1 via the LD driver 14 and the light projecting drive unit 15, so that a plurality of light projection masks are provided. A projection mask (pattern B) for FOV display is selected from among them, and is arranged between the LD light source 11 and the projection optical system 12. For example, as shown in FIG. 9B, the FOV display projection mask has one or more slit-shaped openings extending in one direction (three in the example shown in FIG. 9B). The rectangular plate 31b is formed so as to be arranged in parallel in another direction orthogonal to the one direction. The laser light from the LD light source 11 passes through the FOV display projection mask 31b to become bright and dark striped pattern light. On the surface (object surface) of the measurement object Ob, for example, FIG. As shown in (C), a bright and dark striped pattern is formed by the light and dark striped pattern light. This bright and dark stripe pattern is FOV display. As described above, in the present embodiment, the light projection pattern for FOV display is a pattern that illuminates light so that a bright and dark stripe pattern is formed in the measurement range on the measurement object Ob. As shown in FIG. 10A, by using a light projection mask 31c formed of a rectangular plate having a rectangular donut-shaped opening, a light projection pattern for FOV display has a measurement range. For example, as shown in FIG. 10B, a rectangular plate-like body formed such that one or a plurality of slit-shaped openings are orthogonal to each other. By using the projection mask 31d configured as described above, the projection pattern for FOV display may be a pattern that illuminates light so as to form one or more bright and dark gratings within the measurement range.
なお、上述では、投光マスク31a〜31dは、板体で構成されたが、液晶マスクであってもよい。 In the above description, the light projection masks 31a to 31d are plate bodies, but may be liquid crystal masks.
このように構成および動作することによってパターン投影法による三次元形状測定装置Diが提供され、このパターン投影法による三次元形状測定装置Diは、上述の相反する要求を持つモニタ表示およびFOV表示をほぼ同時に行うことができる。 The three-dimensional shape measuring apparatus Di based on the pattern projection method is provided by the configuration and operation as described above, and the three-dimensional shape measuring apparatus Di based on the pattern projection method almost displays the monitor display and the FOV display having the above conflicting requirements. Can be done simultaneously.
本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および/または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。 In order to express the present invention, the present invention has been properly and fully described through the embodiments with reference to the drawings. However, those skilled in the art can easily change and / or improve the above-described embodiments. It should be recognized that this is possible. Accordingly, unless the modifications or improvements implemented by those skilled in the art are at a level that departs from the scope of the claims recited in the claims, the modifications or improvements are not covered by the claims. It is interpreted that it is included in
Di 三次元形状測定装置
Ob 測定対象物
1 投光部
2 受光部
3 出力処理回路
4 データメモリ
5 制御部
6 モニタ部
11 レーザ光源
12 投光光学系
13 ガルバノミラ
14 LDドライバ
15 投光駆動部
21 受光光学系
22 撮像素子
23 AF駆動部
24 タイミングジェネレータ
31a、31b、31c、31d 投光マスク
51 投光制御部
52 測定制御部
Di Three-dimensional shape measuring apparatus Ob Measurement object 1 Light projecting unit 2 Light receiving unit 3 Output processing circuit 4 Data memory 5 Control unit 6 Monitor unit 11 Laser light source 12 Light projecting optical system 13 Galvano mirror 14 LD driver 15 Light projecting drive unit 21 Light receiving Optical system 22 Image sensor 23 AF drive unit 24 Timing generator 31a, 31b, 31c, 31d Projection mask 51 Projection control unit 52 Measurement control unit
Claims (10)
モニタ表示用の投光パターンを含む複数の投光パターンで光を投光する投光部と、
前記複数の投光パターンのうちの1つの投光パターンで光を投光するように前記投光部の投光パターンを制御する投光制御部と、
前記投光制御部が前記投光部に前記モニタ表示用の投光パターンで光を投光させている場合に、撮像面に結像した光像を撮像する受光部を備えること
を特徴とする三次元形状測定装置。 In a three-dimensional shape measuring device that measures the three-dimensional shape of a measurement object in a non-contact manner,
A light projecting unit that projects light with a plurality of light projection patterns including a light projection pattern for monitor display;
A light projecting control unit that controls the light projecting pattern of the light projecting unit to project light with one light projecting pattern of the plurality of light projecting patterns;
When the light projecting control unit causes the light projecting unit to project light using the monitor display light projecting pattern, the light projecting control unit includes a light receiving unit that captures a light image formed on the imaging surface. Three-dimensional shape measuring device.
を特徴とする請求項1に記載の三次元形状測定装置。 The light projection control unit projects the light projection pattern of the light projection unit so as to project light in a time-sharing manner with respect to the light projection pattern for monitor display and the other light projection patterns of the plurality of light projection patterns. The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the three-dimensional shape measuring apparatus is controlled.
前記受光部は、複数の画素が二次元的に配置されて成る撮像面に結像した光像を前記複数の画素で電気信号に光電変換することによって撮像する撮像素子を備え、
前記投光制御部は、前記撮像素子から前記電気信号が読み出される読み出し期間に、前記視野域表示用の投光パターンで光を投光するように前記投光部の投光パターンを制御すること
を特徴とする請求項1または請求項2に記載の三次元形状測定装置。 The plurality of projection patterns include a projection pattern for visual field display,
The light receiving unit includes an image pickup device that picks up an image by photoelectrically converting a light image formed on an image pickup surface in which a plurality of pixels are two-dimensionally arranged into an electric signal by the plurality of pixels,
The light projecting control unit controls the light projecting pattern of the light projecting unit to project light with the light projecting pattern for visual field display during a readout period in which the electrical signal is read from the image sensor. The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 1 or 2, wherein
前記投光制御部は、前記投光部に前記モニタ表示用の投光パターンで光を投光させる場合に、前記投光部に前記スリット光を所定の走査速度で単調に前記測定範囲を走査させること
を特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の三次元形状測定装置。 The light projecting unit, when measuring the three-dimensional shape of the measurement object, projects slit light that scans a predetermined measurement range,
The light projection control unit scans the measurement range monotonously at a predetermined scanning speed with the slit light when the light projection unit projects light with the light projection pattern for monitor display. The three-dimensional shape measuring apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein:
前記投光部は、前記測定対象物の三次元形状を測定する場合に、所定の測定範囲を走査するスリット光を投光し、
前記投光制御部は、前記投光部に前記視野域表示用の投光パターンで光を投光させる場合に、前記投光部に前記スリット光を所定の変調を行う走査速度で前記測定範囲を走査させること
を特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の三次元形状測定装置。 The plurality of projection patterns include a projection pattern for visual field display,
The light projecting unit, when measuring the three-dimensional shape of the measurement object, projects slit light that scans a predetermined measurement range,
The light projection control unit, when causing the light projection unit to project light with the light projection pattern for displaying the visual field, displays the measurement range at a scanning speed for performing predetermined modulation of the slit light on the light projection unit. The three-dimensional shape measuring apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the three-dimensional shape measuring apparatus is scanned.
を特徴とする請求項4または請求項5に記載の三次元形状測定装置。 The light projecting control unit causes the light projecting unit to reciprocate and scan the measurement range at a scanning speed that does not cause the light projected by the light projection pattern to flicker when the slit light is scanned in the measurement range. The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 4 or 5, characterized in that:
を特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の三次元形状測定装置。 The three-dimensional according to any one of claims 1 to 3, wherein the light projecting unit forms the plurality of light projecting patterns by projecting light through a light projecting mask. Shape measuring device.
を特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の三次元形状測定装置。 The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 1, further comprising a monitor unit that displays an image captured by the light receiving unit.
を特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の三次元形状測定装置。 The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 1, further comprising an external output unit that performs data communication with an external device.
モニタ表示用の投光パターンを含む複数の投光パターンで光を投光可能であって、
前記複数の投光パターンの中から前記モニタ表示用の投光パターンで光を投光する工程と、
前記工程で光を投光している間に、撮像面に結像した光像を撮像する工程を備えること
を特徴とする三次元形状測定方法。 In the three-dimensional shape measurement method for measuring the three-dimensional shape of the measurement object in a non-contact manner,
It is possible to project light with a plurality of projection patterns including a projection pattern for monitor display,
Projecting light with the monitor display projection pattern from the plurality of projection patterns;
A method for measuring a three-dimensional shape, comprising: a step of imaging a light image formed on an imaging surface while projecting light in the step.
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CN101871770A (en) * | 2009-04-24 | 2010-10-27 | 株式会社其恩斯 | Transmissive dimension measuring device |
JP2014055812A (en) * | 2012-09-11 | 2014-03-27 | Keyence Corp | Shape measuring device, shape measuring method, and shape measuring program |
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- 2007-09-11 JP JP2007235451A patent/JP2009068898A/en active Pending
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