JP2014181995A - Three-dimensional shape measurement device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光切断法による三次元形状計測装置に関する。 The present invention relates to a three-dimensional shape measuring apparatus using an optical cutting method.
従来、非接触による三次元形状計測の手法として、光切断法と呼ばれるものがある。かかる手法においては、計測対象物(以下「ワーク」とする)に対して、レーザ光等による薄いシート状の光(以下「スリット光」とする)を照射する。スリット光が照射されたワークの表面には、その断面形状に応じて反射光の輝線(以下「光切断線」とする)が形成される。ワークの表面に形成された光切断線は、PSD(Position Sensitive Detector,半導体位置検出素子)や、イメージセンサなどの撮像素子によって電気信号へと変換され、撮像される。この撮像された光切断線から形成される光切断線と撮像センサ間の視線の方程式と、スリット光と光切断線によって形成される平面の方程式を連立させることにより、三角測量の原理を用いて、光切断線、すなわちワークの表面上の各点の三次元座標が計測される。また、スライドテーブルでワーク全体を平行移動させる、回転ミラーを用いてスリット光を走査するなどの方法で、光切断線に対する一連の計測をワーク全体に対して行い、ワークの三次元形状を計測する。 Conventionally, there is a method called an optical cutting method as a non-contact three-dimensional shape measurement method. In such a technique, a thin sheet-like light (hereinafter referred to as “slit light”) by a laser beam or the like is irradiated onto an object to be measured (hereinafter referred to as “work”). A bright line of reflected light (hereinafter referred to as “light cutting line”) is formed on the surface of the work irradiated with the slit light in accordance with its cross-sectional shape. A light cutting line formed on the surface of the workpiece is converted into an electric signal by an image pickup device such as a PSD (Position Sensitive Detector) or an image sensor, and is imaged. Using the principle of triangulation by combining the equation of the line of sight between the optical cutting line formed from this imaged optical cutting line and the imaging sensor and the equation of the plane formed by the slit light and the optical cutting line The optical cutting line, that is, the three-dimensional coordinates of each point on the surface of the workpiece is measured. In addition, a series of measurements of the optical cutting line is performed on the entire workpiece by a method such as translating the entire workpiece with a slide table or scanning slit light using a rotating mirror, and measures the three-dimensional shape of the workpiece. .
ワークの表面に形成された光切断線を撮像する際、光に対する反射率の高い、鏡面反射する金属部品や、反対に、反射率の低い黒色物体など、様々な反射率を持つワーク表面に対して、形成される光切断線を適切かつ確実に抽出することが、三次元物体形状計測の精度を確保するために必要とされる。 When imaging the light cutting line formed on the surface of the workpiece, it can be applied to workpiece surfaces with various reflectivities, such as metal parts with high reflectivity and specular reflection, and black objects with low reflectivity. Thus, it is necessary to appropriately and reliably extract the formed light section line in order to ensure the accuracy of the three-dimensional object shape measurement.
撮像素子が計測可能な輝度の範囲には限界があり、スリット光源の照射強度とワーク表面の反射率の組合せによって、光切断線の抽出を適切に行えない場合がある。具体的には、高すぎる照射強度のスリット光は、高い反射率の素材を持つワーク表面へ照射した際、撮像素子へ到達する反射光の輝度が、撮像素子で計測可能な範囲の上限を超えてしまうため、撮像された二次元画像から適切な光切断線を抽出する事が困難になる。逆に、低すぎる照射強度のスリット光は、低い反射率の素材を持つワーク表面へ照射した際、撮像素子へ到達する反射光の輝度が、撮像素子で計測可能な範囲を下回ってしまうため、撮像された二次元画像から適切な光切断線を抽出する事が困難になる。 The range of luminance that can be measured by the image sensor is limited, and the light cutting line may not be appropriately extracted depending on the combination of the irradiation intensity of the slit light source and the reflectance of the workpiece surface. Specifically, when the slit light with too high irradiation intensity irradiates the workpiece surface with a material with high reflectivity, the brightness of the reflected light reaching the image sensor exceeds the upper limit of the range that can be measured by the image sensor. Therefore, it becomes difficult to extract an appropriate light section line from the captured two-dimensional image. Conversely, when the slit light with too low irradiation intensity irradiates the workpiece surface with a low reflectivity material, the brightness of the reflected light reaching the image sensor falls below the range that can be measured by the image sensor, It becomes difficult to extract an appropriate light section line from the captured two-dimensional image.
これらの問題は、複数の素材が混在するワーク表面において特に顕著となり、あるワーク表面素材に対して有効な光切断線を抽出できるスリット光の照射強度が、別の反射率を持つワーク表面素材に対して有効に機能しないため、ワークの三次元形状に対する計測が困難になるか、或いはワーク表面素材間の反射率の乖離が著しい場合、計測そのものが不可能になる場合もある。 These problems are particularly noticeable on the workpiece surface where multiple materials are mixed, and the irradiation intensity of slit light that can extract an effective light cutting line for a workpiece surface material is different from that of a workpiece surface material having a different reflectance. On the other hand, since it does not function effectively, measurement of the three-dimensional shape of the workpiece becomes difficult, or when the deviation of the reflectance between the workpiece surface materials is significant, measurement itself may be impossible.
従来、このような撮像画像における光切断線の抽出手法としては、撮像した二次元画像の画像データを解析し、解析結果に応じてフィードバック制御で撮像素子の露出を調整することにより、光切断線の抽出を適切かつ確実に行う手法がある。 Conventionally, as a method for extracting a light section line in such a captured image, the image data of the captured two-dimensional image is analyzed, and the exposure of the image sensor is adjusted by feedback control according to the analysis result. There is a method to extract the data appropriately and reliably.
例えば、特許文献1には、光切断法における断面形状の計測において、撮像した二次元画像の画像データに基づき輝度ヒストグラムを作成し、輝度レベルに応じた撮像素子の露出調整をフィードバック制御で行って、最適な露出を選択することにより、光切断線の抽出を適切かつ確実に行う手法が記載されている。
For example, in
また、特許文献2には、光切断法における断面形状の計測において、複数の露出状態で撮像した二次元画像の画像データに基づき、それぞれの画像データの輝度値の積算値に応じた撮像素子の露出調整をフィードバック制御で行って、最適な露出を選択し、光切断線の抽出を適切かつ確実に行う手法が記載されている。
Further, in
光切断法による物体の三次元形状の計測においては、ワーク表面にスリット光が照射される際、スリット光の最適な照射強度を選択することによって、撮像素子の計測可能輝度範囲を最大限に生かし、光切断線の抽出の精度が向上する。しかし、異なる反射率を持つ複数の素材によって構成されたワークにおいては、スリット光を照射するワーク表面の部位によって、スリット光の最適な照射強度が異なるため、単一の照射強度のスリット光で最適な計測を行うことが困難である。 In measurement of the three-dimensional shape of an object by the light cutting method, when the slit light is irradiated on the work surface, the optimum luminance intensity of the slit light is selected to maximize the measurable luminance range of the image sensor. The accuracy of the extraction of the light cutting line is improved. However, for workpieces composed of multiple materials with different reflectivities, the optimal illumination intensity of the slit light differs depending on the part of the workpiece surface that irradiates the slit light. It is difficult to make accurate measurements.
複数のワーク素材による表面反射率の多様性の問題は、特許文献1、及び特許文献2の各手法で行われている撮像素子の露出制御によって一定の緩和を期待できるものの、問題を完全に克服するには至っていない。具体的には、撮像された二次元画像において、反射光が撮像素子で計測可能な範囲の上限を超えた(露出オーバーに当たり、撮像素子の露出を下げる必要がある)領域と、反射光が撮像素子の計測可能範囲を下回った(露出アンダーに当たり、撮像素子の露出を上げる必要がある)領域の双方が同一画像内に発生した場合、露出を調整して対応する特許文献1、及び特許文献2の手法では光切断線を正常に抽出する事がきわめて困難である。
The problem of diversity of surface reflectivity due to multiple workpiece materials can be expected to be alleviated by exposure control of the image sensor performed by the methods of
また、特許文献1、及び特許文献2のいずれの手法も、単一の照射強度のスリット光によって撮像された二次元画像を基に光切断線の抽出を行っている。単一照射強度のスリット光では、複数のワーク素材の混在によってもたらされる、多岐にわたる表面反射率の多様性への対応が困難である事は、前述の通りである。そのため、特許文献1、及び特許文献2では、複数の素材が混在しているワークの場合には、三次元形状計測が適切に行えない虞があった。
In both methods of
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであって、計測対象物における表面反射率の大小、及びその多様性にかかわらず、適切に計測対象物の三次元計測を行うことができる三次元形状計測装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and appropriately performs three-dimensional measurement of a measurement object regardless of the surface reflectance of the measurement object and its diversity. It is an object to provide a three-dimensional shape measuring apparatus capable of
上記目的を達成するため、請求項1記載の三次元形状計測装置は、計測対象物に対して照射するスリット光の照射強度を変化させることが可能な照射手段と、前記照射手段が前記計測対象物に対して照射する前記スリット光によって、前記計測対象物の表面に形成される光切断線を撮像する撮像手段と、前記撮像手段によって撮像された前記光切断線を含む二次元画像を用いて、前記計測対象物の三次元形状を計測する演算手段と、を備える三次元形状計測装置であって、前記照射手段は、前記計測対象物に対して、前記スリット光の照射強度を段階的に変化させて照射し、前記撮像手段は、前記照射強度毎の光切断線を撮像し、前記演算手段は、前記撮像手段によって得られた前記照射強度毎の光切断線を含む二次元画像を用いて、前記照射強度毎に前記計測対象物の三次元形状を計測し、該照射強度毎の三次元形状計測結果に基づいて、前記計測対象物の最適な三次元形状を求めることを特徴としている。
In order to achieve the above object, the three-dimensional shape measuring apparatus according to
請求項2記載の三次元形状計測装置は、前記演算手段が、前記撮像手段によって得られた前記照射強度毎の前記光切断線を含む前記二次元画像を基に最適な光切断線を算出し、該最適な光切断線を用いて、前記計測対象物の三次元形状を求めることを特徴としている。
The three-dimensional shape measurement apparatus according to
請求項3記載の三次元形状計測装置は、前記照射手段は、前記計測対象物に対して所定の照射強度のスリット光を走査させた後、前記計測対象物に対して前記所定の照射強度と異なる照射強度のスリット光を走査させることを特徴としている。
The three-dimensional shape measurement apparatus according to
請求項4記載の三次元形状計測装置は、前記照射手段が、前記照射強度を切り替えながら、前記スリット光を前記計測対象物に対して走査させることを特徴としている。
The three-dimensional shape measuring apparatus according to
請求項5記載の三次元形状計測装置は、前記撮像手段により撮像した前記光切断線の輝度が、前記撮像手段により得られる画像の各画素の有効輝度値の上限を超えた場合に、前記光切断線の輝度が、前記有効輝度値の上限以下になるように、前記照射手段から照射される前記スリット光の照射強度を調整し、前記撮像手段により撮像した前記光切断線の輝度が、前記撮像手段により得られる画像の各画素の有効輝度値の下限を下回った場合に、前記光切断線の輝度が、前記有効輝度値の下限以上になるように、前記照射手段から照射される前記スリット光の照射強度を調整することを特徴としている。 The three-dimensional shape measurement apparatus according to claim 5, wherein when the luminance of the light cutting line imaged by the imaging unit exceeds an upper limit of an effective luminance value of each pixel of an image obtained by the imaging unit, the light The intensity of the slit light emitted from the irradiation unit is adjusted so that the luminance of the cutting line is less than or equal to the upper limit of the effective luminance value, and the luminance of the light cutting line imaged by the imaging unit is The slit irradiated from the irradiation unit so that the luminance of the light cutting line is equal to or higher than the lower limit of the effective luminance value when the effective luminance value of each pixel of the image obtained by the imaging unit is lower than the lower limit. It is characterized by adjusting the irradiation intensity of light.
請求項6記載の三次元形状計測装置は、前記照射手段が、前記スリット光として赤外レーザを用いており、前記撮像手段には、可視光カットフィルタが設けられていることを特徴としている。 The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 6 is characterized in that the irradiation means uses an infrared laser as the slit light, and the imaging means is provided with a visible light cut filter.
請求項1記載の発明によれば、照射手段は、計測対象物に対してスリット光の照射強度を段階的に変化させて照射し、演算手段は、撮像手段によって撮像された照射強度毎の光切断線を含む二次元画像を用いて計測した照射強度毎の測定対象物の三次元形状計測結果に基づいて、最適な三次元形状を求めるので、計測対象物の素材の表面反射率、及び複数の素材で計測対象物が形成されているためにもたらされる表面反射率の多様性、計測環境の照明の明るさ等にかかわらず、適切に計測対象物の三次元形状を計測することができる。 According to the first aspect of the present invention, the irradiating means irradiates the measurement object with the irradiation intensity of the slit light in a stepwise manner, and the calculating means outputs the light for each irradiation intensity imaged by the imaging means. Based on the three-dimensional shape measurement result of the measurement object for each irradiation intensity measured using the two-dimensional image including the cutting line, the optimum three-dimensional shape is obtained. It is possible to appropriately measure the three-dimensional shape of the measurement object regardless of the variety of surface reflectivity caused by the measurement object formed of the above materials and the brightness of illumination in the measurement environment.
請求項2記載の発明によれば、演算手段は、撮像手段によって得られた照射強度毎の光切断線を含む二次元画像を基に最適な光切断線を算出し、該最適な光切断線を用いて、計測対象物の三次元形状を求めるので、計測対象物の素材の表面反射率、及び複数の素材で計測対象物が形成されているためにもたらされる表面反射率の多様性、計測環境の照明の明るさ等にかかわらず、光切断線を確実に抽出し、適切に計測対象物の三次元形状を計測することができる。 According to the second aspect of the present invention, the calculating means calculates an optimum light cutting line based on a two-dimensional image including the light cutting line for each irradiation intensity obtained by the imaging means, and the optimum light cutting line. Is used to determine the 3D shape of the measurement object, so that the surface reflectance of the material of the measurement object, and the diversity of surface reflectivity that results from the measurement object being formed of multiple materials, measurement Regardless of the brightness of the environmental lighting, etc., it is possible to reliably extract the light section line and appropriately measure the three-dimensional shape of the measurement object.
請求項3に記載の発明によれば、照射手段は、計測対象物に対して所定の照射強度のスリット光を走査させた後、前記計測対象物に対して前記所定の照射強度と異なる照射強度のスリット光を走査させるので、計測対象物の素材の表面反射率、及び複数の素材で計測対象物が形成されているためにもたらされる表面反射率の多様性、計測環境の照明の明るさ等にかかわらず、より確実に計測対象物の三次元形状を計測することができる。
According to the invention described in
請求項4に記載の発明によれば、照射手段が、照射強度を切り替えながら、スリット光を計測対象物に対して走査させるので、一度の走査で撮像画像から光切断線を確実に抽出する事ができ、得られた光切断線を用いて、計測対象物の三次元形状の計測を適切に行うことができる。
According to the invention described in
請求項5に記載の発明によれば、計測領域に応じた適切なスリット光の照射強度を自動的に算出して計測対象物の表面へスリット光を照射することができるので、撮像画像から光切断線を確実に抽出する事ができ、得られた光切断線を用いて、計測対象物の三次元形状の計測を適切に行うことができる。 According to the fifth aspect of the present invention, it is possible to automatically calculate an appropriate irradiation intensity of the slit light corresponding to the measurement region and irradiate the surface of the measurement object with the slit light. The cutting line can be reliably extracted, and the three-dimensional shape of the measurement target can be appropriately measured using the obtained light cutting line.
請求項6に記載の発明によれば、照射手段は、スリット光として赤外レーザを用いており、撮像手段には、可視光カットフィルタが設けられているので、強い環境光などの外部要因によって計測対象物の表面からの反射光の計測が阻害される事なく、撮像画像から光切断線を確実に抽出する事ができる。 According to the invention described in claim 6, since the irradiating means uses an infrared laser as the slit light, and the imaging means is provided with a visible light cut filter, it is caused by external factors such as strong ambient light. The optical cutting line can be reliably extracted from the captured image without hindering the measurement of the reflected light from the surface of the measurement object.
以下、本発明の第1の実施形態に係る三次元形状計測装置1ついて、図面を参照しつつ説明する。図1に示すように、本実施形態に係る三次元形状計測装置1は、所謂光切断法を用いて計測対象物(以下、「ワーク」とする)10の三次元計測を行うためのものであって、照射手段2と、撮像装置3と、演算手段としての演算部41を含む制御装置4とを備えている。
Hereinafter, the three-dimensional
照射手段2は、ワーク10上へスリット光11を照射するためのものであって、例えば、図1に示すように、レーザ光源21と、該レーザ光源21から入射される入射光に対して1軸方向のみ変化を与え線状のビームであるスリット光11を形成するシリンドリカルレンズ(円筒レンズ)22と、スリット光11をワーク10へと導くミラー23と、該ミラー23を回転させることによりワーク10に対してスリット光11を走査せるための走査機構24とを備えている。この照射手段2のスリット光11としては、例えば、赤外レーザ等を好適に用いることができる。尚、スリット光11は、赤外レーザに限定されるものではなく、ワーク10上に照射できるものであれば良く、照射する光の波長や可視性を問わない。照射手段2は、スリット光11の照射強度を任意に変化させることができるものであり、例えば、レーザ発信器等を有するレーザ出力ユニットであっても良い。また、照射手段12は、照射強度の異なる複数のレーザ光源21を有していても良く、複数のレーザ光源21のON/OFFをそれぞれ切り替えることにより、ワーク10に対して照射強度の異なるスリット光11を照射できるように構成されていても良い。
The irradiation means 2 is for irradiating the
撮像装置3は、照射手段2から照射されるスリット光11によってワーク10の表面に形成される光切断線12を撮像するものであって、例えば、CMOSイメージセンサやPSD(Position Sensitive Detector)等を撮像素子として用いた装置、カメラ等を用いることができる。この撮像装置3で撮像された光切断線12は、図2に示すように、撮像素子の撮像面において二次元画像13として取得される。撮像装置3は、図2に示すように、撮像面に対する光切断線12の結像に際して、ワーク10の表面に由来する反射光を受けるレンズ14を有している。また、撮像装置3は、照射手段2からのスリット光11の照射方向(投光軸方向)に対して後軸(受光軸)が所定角度ずらされた位置に設定される。例えば、撮像装置3は、ワーク10の水平面となっている部分に形成される光切断線12の部分が、二次元画像13で同じように水平方向となるような姿勢で配置される。また、撮像装置3には、可視光カットフィルタ(不図示)が設けられており、この可視光可視光カットフィルタにより可視光をカットすることにより、強い環境光などの外部要因によってワーク10の表面からの反射光の検出が阻害されるのを抑制することができる。また、撮像装置3によって光切断線12を含む二次元画像13が取得されると、その画像データは、制御装置4へと送られる。
The
制御装置4は、各部の制御を行うためのものであって、例えば、照射手段2からワーク10の表面へ照射するスリット光11の照射強度や走査機構24を用いたスリット光11のワーク10に対する走査等の制御を行う。また、制御装置4に備えられる演算部41は、撮像装置3によって撮像された光切断線12を含む二次元画像13から光切断線12上の各点の三次元座標を計測し、この三次元座標に基づいてワーク10の三次元形状を計測する。すなわち、演算部41は、撮像装置3によって撮像された二次元画像13の画像データに基づいて、照射手段2の位置、受光レンズ14のレンズ中心O1の位置、ワーク10の表面からの反射光の撮像装置3に対する入射角度などから形成される光切断線12と撮像装置3の間における視線の方程式と、スリット光11と光切断線12によって形成される平面の方程式を連立させることにより、三角測量の原理を用いて、ワーク10の表面における光切断線12上の各点(照射点)についての三次元座標を算出する。つまり、この光切断線12上の各点の三次元座標が、演算部41による計測データ(ワーク10の断面形状に対応する位置データ)となる。一つの光切断線12についての計測データにより、ワーク10の物体としての輪郭線が計測されることとなる。
The
そして、制御装置4が制御する照射手段2によってワーク10に照射されるスリット光11の照射位置が走査され、ワーク10の所定間隔ごとに計測を行うことで、ワーク10に対するスリット光11の各照射位置に対応する光切断線12を含む二次元画像13が得られる。つまり、演算部41は、ワーク10に対するスリット光11の各照射位置における計測データを連続的に求め、得られたデータを組み合わせて、ワーク10の三次元形状を計測する。
Then, the irradiation position of the
以下、第1の実施形態に係る三次元形状計測装置1による処理の流れについて図3のフローチャートを用いながら説明する。第1の実施形態に係る三次元形状計測装置1では、図1に示すように、まず照射手段2からワーク10の表面へ所定の照射強度を有するスリット光11を照射する(S101)。これにより、ワーク10の表面には、その断面形状に応じて光切断線12が形成される。
Hereinafter, the flow of processing by the three-dimensional
次に、三次元形状計測装置1では、撮像装置3によって、ワーク10の表面に形成される光切断線12を含む二次元画像13を取得する(S102)。撮像装置3によって取得された二次元画像13は、制御装置4の演算部41へと送られる。
Next, in the three-dimensional
演算部41では、S102により取得した二次元画像13について、画素(u,v)における輝度値の解析が行われる。すなわち、画素(u,v)において計測された輝度が、撮像素子で計測可能な範囲であった場合は、画素(u,v)および周辺領域における光切断線12の抽出を行う(S103)。光切断線12の抽出の仕方は、特に限定されるものではなく、従来公知の方法を用いることができる。尚、画素(u,v)において計測された輝度が、撮像装置3で計測可能な範囲を超えており、適切な計測が行われていなかった場合、画素(u,v)および周辺領域における光切断線12の抽出は行われず、当該領域のデータは破棄される。つまり、画素(u,v)および周辺領域において、撮像された光切断線12は存在しないものとみなす。画素(u,v)に対する一連の解析および光切断線12の抽出は、二次元画像13の全ての画素に対して行われる。
In the
次に、制御装置4は、ワーク10の全ての領域に対して走査が行われたか否かを判断する(S104)。ワーク10の全ての領域に対して走査が行われたと判断した場合(S104:YES)には、演算部41は、S103の処理により得られた光切断線12上の各点の三次元座標を算出し、この三次元座標に基づいてワーク10の三次元形状を計測する(S105)。また、ワーク10の全ての領域に対して走査が行われていないと判断した場合(S104:NO)には、走査機構24によりスリット光11をワーク10に対して走査し(S106)、ワーク10の全ての領域に対する走査が終了する(S104:YES)まで、S101からS103までの一連の処理を繰り返し行う。
Next, the
このようにして演算部41では、照射手段2から所定の照射強度のスリット光11をワーク10の全ての領域に対して走査することによって、各照射位置における光切断線12を含む二次元画像を用いてワーク10の三次元形状の計測を行うことができる(S105)。
In this way, the
次に制御装置4では、予め設定した全ての照射強度のスリット光11を用いてワーク10の三次元形状計測が行われたか否かを判断する(S107)。そして、制御装置4は、予め設定した全ての照射強度のスリット光11を用いてワーク10の三次元形状計測が行われたと判断した場合(S107:YES)には、照射強度毎に得られた三次元形状計測結果に基づいて、ワーク10の最適な三次元形状を計測する(S108)。
Next, the
一方、制御装置4は、予め設定した全ての照射強度のスリット光11を用いて三次元形状計測が行われていないと判断した場合(S107:NO)には、照射手段2の照射強度を、既に三次元形状計測に用いた所定の照射強度とは別の所定の照射強度に変更し(S109)、予め設定した全ての照射強度のスリット光11を用いたワーク10の三次元形状計測が終了するまで、S101からS105までの一連の処理を繰り返し行うことにより、複数の照射強度毎の三次元形状計測結果を得る。そして、照射強度毎に得られた三次元形状計測結果に基づいて、ワーク10の最適な三次元形状を計測する(S108)。S108では、スリット光11の照射強度が異なる複数の三次元計測結果を合成することにより、特定の照射強度では反射強度が強すぎる、または弱すぎるといった理由で光切断線12を抽出できず、三次元形状の計測に適さないようなワーク10の表面素材の多用性下においても、最適な三次元形状を計測することが出来る。
On the other hand, when the
また、本発明の第1の実施形態に係る三次元形状計測装置1では、図3に示す処理の代わりに、図4のフローチャートに示すような処理により三次元形状計測を行うこともできる。ここでは、まず、図3の処理と同様に照射手段2からワーク10の表面へ所定の照射強度を有するスリット光11を照射し(S201)、撮像装置3によってワーク10の表面に形成された光切断線12を含む二次元画像13を取得し(S202)、演算部41では、S202により取得した二次元画像13から光切断線12を抽出する(S203)。
Further, in the three-dimensional
次に制御装置4では、予め設定した全ての照射強度のスリット光11を用いてワーク10の表面に形成された光切断線12の抽出(S203)が行われたか否かを判断する(S204)。そして、制御装置4は、予め設定した全ての照射強度のスリット光11を用いてワーク10の三次元形状計測が行われたと判断した場合(S204:YES)には、照射強度毎に抽出された光切断線12に基づいて、最適な光切断線12を算出する(S205)。
Next, the
一方、制御装置4は、予め設定した全ての照射強度のスリット光11を用いてワーク10の表面に形成された光切断線12の抽出が行われていないと判断した場合(S204:NO)には、照射手段2の照射強度を、既に三次元形状計測に用いた所定の照射強度とは別の所定の照射強度に変更し(S206)、予め設定した全ての照射強度のスリット光11を用いた光切断線12の抽出(S203)が終了するまで、S201からS203までの一連の処理を繰り返し行う。
On the other hand, when it is determined that the
次に、制御装置4は、ワーク10の全ての領域に対して走査が行われたか否かを判断する(S207)。ワーク10の全ての領域に対して走査が行われたと判断した場合(S207:YES)には、演算部41は、S205の処理により得られた最適な光切断線12上の各点の三次元座標を算出し、この三次元座標に基づいて、ワーク10の三次元形状を計測する(S208)。また、ワーク10の全ての領域に対して走査が行われていないと判断した場合(S207:NO)には、走査機構24によりスリット光11をワーク10に対して走査し(S209)、ワーク10の全ての領域に対する走査が終了する(S207:YES)まで、S201からS205までの一連の処理を繰り返し行う。
Next, the
次に、第2の実施形態に係る三次元形状計測装置1aによるワーク10の三次元形状計測の処理の流れについて図5のフローチャートを用いながら説明する。第2の実施形態に係る三次元形状計測装置1aは、第1の実施形態に係る三次元形状計測1と略同様の構成を備えるものであり、照射手段2のスリット光11の照射の仕方および演算部41による処理の流れが異なるものである。
Next, the flow of the process of measuring the three-dimensional shape of the
三次元形状計測装置1aでは、まず、第1の実施形態と同じように、照射手段2からワーク10の表面へ所定の照射強度を有するスリット光11を照射し(S301)、撮像装置3によってワーク10の表面に形成された光切断線12を含む二次元画像13を取得し(S302)、演算部41では、S302により取得した二次元画像13から光切断線12を抽出する(S303)。
In the three-dimensional
次に、制御装置4は、ワーク10の全ての領域に対して走査が行われたか否かを判断する(S304)。ワーク10の全ての領域に対して走査が行われたと判断した場合(S304:YES)には、演算部41は、S303の処理により得られた光切断線12上の各点の三次元座標を算出し、この三次元座標に基づいてワーク10の三次元形状を計測する(S307)。また、ワーク10の全ての領域に対して走査が行われていないと判断した場合(S307:NO)には、照射手段2の照射強度を、現在の処理で三次元形状計測に用いている所定の照射強度とは別の所定の照射強度へ段階的に変更し(S305)、更に、走査機構24によりスリット光11をワーク10に対して走査して(S306)、ワーク10の全ての領域に対する走査が終了する(S304:YES)まで、S301からS303までの一連の処理を繰り返し行う。S305及びS306の処理としては、例えば、照射強度の高いスリット光11と照射強度の低いスリット光11とを交互に切り替ながら走査を行う。これにより、ワーク10が表面反射率の異なる複数の素材で形成されているような場合でも、S302により取得した二次元画像13から光切断線12を抽出することができる。尚、スリット光11の照射強度の変更は、2段階に限定されるものではなく、3段階以上の複数段階に変更されるものであっても良い。
Next, the
このようにして演算部41では、照射手段2から所定の照射強度のスリット光11をワーク10の全ての領域に対して走査することによって、各照射位置における光切断線12を含む二次元画像を用いてワーク10の三次元形状の計測を行うことができる(S307)。第1の実施形態では、スリット光11の所定の照射強度の段階数に応じて、光切断線12の抽出回数が増大し、それに伴ってワーク10の三次元形状の計測に要する時間が増加するが、第2の実施形態においては、光切断線12の抽出回数はスリット光11の所定の照射強度の段階数に左右されないため、一回の走査でワーク10の三次元形状を計測することができるので、計測時間を短縮することができる。
In this way, the
次に、第1、第2の実施形態で共通して行われる、撮像装置3を用いた二次元画像13の取得(S102、S202、S302)において適用できるスリット光11の照射強度を自動調整する方法について、図6のフローチャートを用いながら説明する。
Next, the irradiation intensity of the
まず、S102、S202、S302と同様に、撮像装置3によって二次元画像13を取得する(S401)。制御装置4は、得られた二次元画像13内における画素の最高輝度が、撮像装置3に用いられている撮像素子の有効輝度値の上限を上回ったかどうかを判断する(S402)。有効輝度値の上限を上回っていた場合(S402:YES)、制御装置4は、照射手段2を調整し、照射されるスリット光11の最高照射強度を有効輝度値の上限以下になるように下げる(S404)。有効輝度値の上限を上回っていなかった場合(S402:NO)、制御装置4による処理は行われない。
First, similarly to S102, S202, and S302, the two-
次に、制御装置4は、得られた二次元画像13内における画素の最低輝度が、撮像装置3に用いられている撮像素子の有効輝度値の下限を下回ったかどうかを判断する(S403)。有効輝度値の下限を下回っていた場合(S403:YES)、制御装置4は、照射手段2を調整し、照射されるスリット光11の最低照射強度を有効輝度値の下限以上になるように上げる(S405)。有効輝度値の下限を上回っていなかった場合(S403:NO)、制御装置4による処理は行われない。
Next, the
画像内の画素の輝度に対する撮像素子の有効輝度値に対する判断(S402、S403)の結果如何に関わらず、処理が終了した後、二次元画像13は制御装置4の演算部41へと送られる。
Regardless of the result of the determination of the effective luminance value of the image sensor with respect to the luminance of the pixels in the image (S402, S403), the two-
このようにして、二次元画像13内の最高輝度および最低輝度を基準として照射手段2を調整することによって、光切断線12の抽出に最適なスリット光11の照射強度を自動的に設定することができる。
In this way, by adjusting the irradiation means 2 with reference to the highest luminance and the lowest luminance in the two-
尚、本発明の実施の形態は上述の形態に限るものではなく、本発明の思想の範囲を逸脱しない範囲で適宜変更することができる。 The embodiment of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed without departing from the scope of the idea of the present invention.
本発明に係る三次元形状計測装置は、非破壊検査によって三次元形状を有する計測対象物の三次元形状を計測するための技術として有効に利用することができる。 The three-dimensional shape measurement apparatus according to the present invention can be effectively used as a technique for measuring a three-dimensional shape of a measurement object having a three-dimensional shape by nondestructive inspection.
1 三次元形状計測装置
2 照射手段
3 撮像装置(撮像手段)
41 演算部(演算手段)
10 ワーク(計測対象物)
11 スリット光
12 光切断線
13 二次元画像
DESCRIPTION OF
41 Calculation unit (calculation means)
10 Workpiece (object to be measured)
11
Claims (6)
前記照射手段が前記計測対象物に対して照射する前記スリット光によって、前記計測対象物の表面に形成される光切断線を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段によって撮像された前記光切断線を含む二次元画像を用いて、前記計測対象物の三次元形状を計測する演算手段と、を備える三次元形状計測装置であって、
前記照射手段は、前記計測対象物に対して、前記スリット光の照射強度を段階的に変化させて照射し、
前記撮像手段は、前記照射強度毎の光切断線を撮像し、
前記演算手段は、前記撮像手段によって得られた前記照射強度毎の光切断線を含む二次元画像を用いて、前記照射強度毎に前記計測対象物の三次元形状を計測し、該照射強度毎の三次元形状計測結果に基づいて、前記計測対象物の最適な三次元形状を求めることを特徴とする三次元形状計測装置。 An irradiation means capable of changing the irradiation intensity of the slit light applied to the measurement object;
Imaging means for imaging a light cutting line formed on the surface of the measurement object by the slit light irradiated to the measurement object by the irradiation means;
A three-dimensional shape measurement apparatus comprising: a calculation unit that measures a three-dimensional shape of the measurement object using a two-dimensional image including the light cutting line imaged by the imaging unit;
The irradiation means irradiates the measurement object by changing the irradiation intensity of the slit light stepwise,
The imaging means images a light cutting line for each irradiation intensity,
The calculation means measures a three-dimensional shape of the measurement object for each irradiation intensity using a two-dimensional image including a light section line for each irradiation intensity obtained by the imaging means, and for each irradiation intensity. An optimal three-dimensional shape of the measurement object is obtained based on the three-dimensional shape measurement result.
前記撮像手段には、可視光カットフィルタが設けられていることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の三次元形状計測装置。 The irradiation means uses an infrared laser as the slit light,
The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the imaging unit is provided with a visible light cut filter.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013056449A JP2014181995A (en) | 2013-03-19 | 2013-03-19 | Three-dimensional shape measurement device |
Applications Claiming Priority (1)
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2013
- 2013-03-19 JP JP2013056449A patent/JP2014181995A/en active Pending
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