JP2014202691A - Three-dimensional measuring system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ワークの位置や形状を光学的に測定するための三次元測定システムに関する。詳しくは、任意の位置に移動可能な測定用点光源と、この測定用点光源からの光を受光し、該測定用点光源の位置を検出する位置検出装置とを備えた三次元測定システムに関する。 The present invention relates to a three-dimensional measurement system for optically measuring the position and shape of a workpiece. More specifically, the present invention relates to a three-dimensional measurement system including a measurement point light source that can be moved to an arbitrary position, and a position detection device that receives light from the measurement point light source and detects the position of the measurement point light source. .
従来、スポット光を被測定物(ワーク)に照射し、その照射位置からの反射光、あるいは、任意の位置に移動可能な測定用点光源からの光を受光し、スポット光の照射位置や測定用点光源の位置に関する情報を求める三次元測定システムが知られている。 Conventionally, spot light is irradiated onto the workpiece (workpiece), and the reflected light from the irradiation position or the light from the measuring point light source that can be moved to any position is received to detect the irradiation position and measurement of the spot light. A three-dimensional measurement system for obtaining information on the position of a point light source is known.
例えば、特許文献1では、スポット光をワークに照射し、その照射位置からの反射光をX軸上の異なる領域に収束する第1及び第2の光学系と、これらの光学系によってX軸上の異なる領域に収束された反射光を受光しX軸上における輝度分布を表す検出信号を出力する第1及び第2のラインセンサと、スポット光の反射光をY軸上に収束する光学系と、この光学系によってY軸上に収束された反射光を受光し、Y軸上における輝度分布を表す検出信号を出力する第3のラインセンサと、各ラインセンサからの検出信号に基づいて、ワークにおけるスポット光の照射位置に関する情報を求める演算処理部とを備えた三次元測定システムが提案されている。
For example, in
このような測定システムによれば、X軸,Y軸,Z軸といった三次元駆動軸を持たなくても、ワークに対してスポット光を照射するだけで、スポット光が照射された照射位置に関する情報を光学的に正確に検出できる。そのため、巨大構造物の測定や危険領域における測定などに利用されている。 According to such a measurement system, even if it does not have a three-dimensional drive axis such as an X-axis, a Y-axis, or a Z-axis, the information regarding the irradiation position where the spot light is irradiated only by irradiating the workpiece with the spot light. Can be detected optically accurately. Therefore, it is used for measurement of huge structures and measurement in dangerous areas.
ところで、上述した三次元測定システムは、巨大構造物の測定などに供されるため、屋外などの温度変化が大きい環境で使用されることが多い。
温度変化が大きい環境で使用されると、温度変化に伴って、ラインセンサを構成する画素や、ラインセンサを取り付けるマウントプレートが熱膨張を起こすため、これによって検出される輝度分布信号の重心位置も変化してしまう。その結果、これらの輝度分布信号の重心位置からスポット光の照射位置や点光源の座標位置を求める際、高精度な測定が期待できない。
By the way, since the above-mentioned three-dimensional measurement system is used for measurement of a huge structure or the like, it is often used in an environment with a large temperature change such as outdoors.
When used in an environment with a large temperature change, the pixels that make up the line sensor and the mount plate to which the line sensor is attached undergo thermal expansion as the temperature changes. It will change. As a result, when obtaining the irradiation position of the spot light or the coordinate position of the point light source from the barycentric position of these luminance distribution signals, high-precision measurement cannot be expected.
本発明の目的は、環境温度の変化に対しても、常に高精度な測定を実現できる三次元測定システムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a three-dimensional measurement system that can always realize highly accurate measurement even when the ambient temperature changes.
本発明の三次元測定システムは、任意の位置に移動可能な測定用点光源と、前記測定用点光源からの光を受光し、該測定用点光源の位置を検出する位置検出装置とを備え、前記位置検出装置は、互いに離間して配置され前記測定用点光源からの光を第1軸上に集光する一対の第1光学系と、この各第1光学系によって前記第1軸上に集光された光を受光し第1軸上における輝度分布を表す第1輝度分布信号を出力する一対の第1ラインセンサと、前記測定用点光源からの光を前記第1軸とは直交する第2軸上に集光する第2光学系と、この第2光学系によって前記第2軸上に集光された光を受光し第2軸上における輝度分布を表す第2輝度分布信号を出力する第2ラインセンサ、前記第1輝度分布信号および第2輝度分布信号に基づいて前記測定用点光源の座標を演算する位置演算部を含んで構成された三次元測定システムにおいて、前記第1光学系と前記第1ラインセンサとの間、および、前記第2光学系と前記第2ラインセンサとの間に、各ラインセンサの画素配列方向に間隔を隔てた少なくとも2つの基準線を有する透明な校正用基板が配置され、前記位置演算部は、前記各ラインセンサで検出される輝度分布信号および前記2つの基準線に基づく基準位置信号のうち、前記基準位置信号と対応する前記ラインセンサの画素位置から、前記ラインセンサの熱膨張または移動に伴うシフト量を算出し、このシフト量を補正して前記測定用点光源の座標を演算する、ことを特徴とする。 The three-dimensional measurement system of the present invention includes a measurement point light source that can move to an arbitrary position, and a position detection device that receives light from the measurement point light source and detects the position of the measurement point light source. The position detection device is arranged on the first axis by a pair of first optical systems arranged separately from each other and condensing the light from the point light source for measurement on the first axis. A pair of first line sensors that receive the light condensed on the first axis and output a first luminance distribution signal representing the luminance distribution on the first axis, and the light from the measurement point light source is orthogonal to the first axis A second optical system for condensing on the second axis, and a second luminance distribution signal representing the luminance distribution on the second axis by receiving the light condensed on the second axis by the second optical system. Based on the output second line sensor, the first luminance distribution signal and the second luminance distribution signal, In the three-dimensional measurement system configured to include a position calculation unit that calculates the coordinates of the fixed point light source, between the first optical system and the first line sensor, and between the second optical system and the second A transparent calibration substrate having at least two reference lines spaced from each other in the pixel array direction of each line sensor is disposed between the line sensors, and the position calculation unit is a luminance detected by each line sensor. Of the reference position signal based on the distribution signal and the two reference lines, a shift amount accompanying thermal expansion or movement of the line sensor is calculated from the pixel position of the line sensor corresponding to the reference position signal, and the shift amount And the coordinates of the point light source for measurement are calculated.
このような構成によれば、測定用点光源が点灯されると、測定用点光源からの光が第1ラインセンサおよび第2ラインセンサによって輝度分布信号として検出される。
本発明では、第1光学系と第1ラインセンサとの間、および、第2光学系と第2ラインセンサとの間に、各ラインセンサの画素配列方向に間隔を隔てた少なくとも2つの基準線を有する透明な校正用基板が配置されているから、これらの基準線に基づく基準位置信号が輝度分布信号に重畳された状態で各ラインセンサで検出される。
According to such a configuration, when the measurement point light source is turned on, the light from the measurement point light source is detected as a luminance distribution signal by the first line sensor and the second line sensor.
In the present invention, at least two reference lines that are spaced apart in the pixel array direction of each line sensor between the first optical system and the first line sensor and between the second optical system and the second line sensor. Therefore, the reference position signal based on these reference lines is detected by each line sensor in a state of being superimposed on the luminance distribution signal.
すると、位置演算部は、各ラインセンサで検出される輝度分布信号および2つの基準線に基づく基準位置信号のうち、基準位置信号と対応するラインセンサの画素位置から、ラインセンサの熱膨張または移動に伴うシフト量を算出し、このシフト量を補正して、測定用点光源の座標を演算する。例えば、各ラインセンサで検出される輝度分布信号の輝度重心位置を、算出されたシフト量で補正したのち、これら補正した輝度重心位置から測定用点光源の座標を演算する。
従って、環境温度の変化によってラインセンサが熱膨張したり移動しても、これらの熱膨張または移動に伴うシフト量を補正して測定用点光源の座標が演算されるから、環境温度の変化に対しても、常に高精度な測定を実現できる。
Then, the position calculation unit performs thermal expansion or movement of the line sensor from the pixel position of the line sensor corresponding to the reference position signal, out of the luminance distribution signal detected by each line sensor and the reference position signal based on the two reference lines. The shift amount accompanying the calculation is calculated, the shift amount is corrected, and the coordinates of the measurement point light source are calculated. For example, after correcting the luminance centroid position of the luminance distribution signal detected by each line sensor with the calculated shift amount, the coordinates of the point light source for measurement are calculated from the corrected luminance centroid position.
Therefore, even if the line sensor thermally expands or moves due to a change in the environmental temperature, the coordinates of the point light source for measurement are calculated by correcting the shift amount associated with the thermal expansion or movement. Even with this, high-precision measurements can always be achieved.
本発明の三次元測定システムにおいて、前記位置演算部は、予め基準温度において検出された前記2つの基準位置信号と対応する前記ラインセンサの2つの基準時画素位置と、測定時において検出された前記2つの基準位置信号と対応する前記ラインセンサの2つの測定時画素位置との差からシフト量を算出し、このシフト量を打ち消すように、前記測定用点光源の座標を補正する、ことが好ましい。 In the three-dimensional measurement system of the present invention, the position calculation unit includes two reference-time pixel positions of the line sensor corresponding to the two reference position signals detected in advance at a reference temperature, and the detection at the time of measurement. Preferably, a shift amount is calculated from a difference between two reference position signals and two pixel positions at the time of measurement of the line sensor, and the coordinates of the measurement point light source are corrected so as to cancel the shift amount. .
このような構成によれば、予め基準温度において検出された2つの基準位置信号と対応するラインセンサの2つの基準時画素位置と、測定時において検出された2つの基準位置信号と対応するラインセンサの2つの測定時画素位置との差からシフト量が算出され、このシフト量で輝度重心位置が補正されるから、測定用点光源の座標を高精度に演算することができる。 According to such a configuration, the two reference-time pixel positions of the line sensor corresponding to the two reference position signals detected in advance at the reference temperature, and the line sensor corresponding to the two reference position signals detected at the time of measurement. Since the shift amount is calculated from the difference between the two measurement pixel positions and the luminance gravity center position is corrected by this shift amount, the coordinates of the measurement point light source can be calculated with high accuracy.
本発明の三次元測定システムにおいて、前記位置演算部は、測定時において検出された前記2つの基準位置信号と対応する前記ラインセンサの2つの測定時画素位置の間隔が変化していた場合、前記2つの基準時画素位置と2つの測定時画素位置との差からラインセンサの熱膨張に伴うシフト量を算出し、測定時において検出された前記2つの基準位置信号と対応する前記ラインセンサの2つの測定時画素位置の間隔が変化していない場合、前記基準時画素位置と測定時画素位置との差からラインセンサの移動に伴う一定量のシフト量を算出する、ことが好ましい。 In the three-dimensional measurement system of the present invention, when the position of the two pixel positions at the time of measurement of the line sensor corresponding to the two reference position signals detected at the time of measurement has changed, The shift amount accompanying the thermal expansion of the line sensor is calculated from the difference between the two reference pixel positions and the two measurement pixel positions, and 2 of the line sensor corresponding to the two reference position signals detected at the time of measurement. When the interval between two measurement pixel positions does not change, it is preferable to calculate a certain amount of shift amount accompanying the movement of the line sensor from the difference between the reference pixel position and the measurement pixel position.
このような構成によれば、測定時において検出された2つの基準位置信号と対応するラインセンサの2つの測定時画素位置の間隔が変化していた場合、ラインセンサの熱膨張が生じているとみなし、2つの基準時画素位置と2つの測定時画素位置との差からラインセンサの熱膨張に伴うシフト量が算出されるから、ラインセンサの熱膨張に伴うシフト量を正確に算出できる。
また、測定時において検出された2つの基準位置信号と対応するラインセンサの2つの測定時画素位置の間隔が変化していない場合、ラインセンサが移動しているとみなし、基準時画素位置と測定時画素位置との差に応じた一定量のシフト量が算出されるから、ラインセンサの移動に伴うシフト量を正確に算出できる。
According to such a configuration, when the interval between two measurement pixel positions of the line sensor corresponding to the two reference position signals detected at the time of measurement changes, the thermal expansion of the line sensor occurs. Since the shift amount associated with the thermal expansion of the line sensor is calculated from the difference between the two reference pixel positions and the two measurement pixel positions, the shift amount associated with the thermal expansion of the line sensor can be accurately calculated.
Further, when the interval between two measurement pixel positions of the line sensor corresponding to the two reference position signals detected at the time of measurement does not change, the line sensor is regarded as moving, and the reference pixel position and the measurement are measured. Since a certain amount of shift according to the difference from the time pixel position is calculated, the amount of shift accompanying the movement of the line sensor can be accurately calculated.
本発明の三次元測定システムにおいて、前記校正用基板は、ガラス基板に前記基準線がエッチングによって形成されている、ことが好ましい。
このような構成によれば、校正用基板は、ガラスに基準線がエッチングによって形成された構成であるため、熱による影響が少なく、かつ、簡単に製造できる利点がある。
In the three-dimensional measurement system of the present invention, it is preferable that the calibration substrate is formed by etching the reference line on a glass substrate.
According to such a configuration, the calibration substrate has a configuration in which the reference line is formed on the glass by etching, so that there is an advantage that it is less affected by heat and can be easily manufactured.
<第1実施形態>
図1および図2に示すように、本実施形態の三次元測定システムは、プローブ10と、撮像部20と、プローブ10および撮像部20を制御するとともに、撮像部20からの検出信号を基にプローブ10の位置およびプローブ10の接触子17の位置を演算する演算制御装置30と、表示装置40とを備える。ここで、撮像部20および演算制御装置30によって位置検出装置が構成されている。
<First Embodiment>
As shown in FIGS. 1 and 2, the three-dimensional measurement system of the present embodiment controls the
プローブ10は、図3に詳細を示すように、測定者が手でもって任意の位置へ移動できる大きさのプローブ本体11と、このプローブ本体11に一体的に設けられたスタイラス16とを含んで構成されている。
プローブ本体11は、測定者が両手で掴めるように、一端が結合され、他端が次第に離れるように弓状に湾曲したのち再び結合した2本のアーム12,13を有する形状に形成されている。また、プローブ本体11の正面において、アーム12,13の一端結合部14と、アーム12,13の他端結合部15を挟んだ両側部とには、測定用点光源としての3個のLED(発光ダイオード)1〜3,4〜6,7〜9がそれぞれ配置されている。つまり、プローブ本体11には、合計9個のLED1〜9が配置されている。これらのLED1〜9は、演算制御装置30からのパルス信号に同期して予め設定された順番で点灯されるように構成されている。
スタイラス16は、プローブ本体11のアーム12,13の他端結合部15から一端結合部14とは反対側に突出して設けられ、先端に球状の接触子17を有する。従って、プローブ本体11に対してLED1〜9と接触子17とが所定の位置関係で配置されているため、LED1〜9の座標を求めることにより、これらの座標から接触子17の座標を求めることができる。
As shown in detail in FIG. 3, the
The probe
The
撮像部20は、三脚21と、この三脚21によって略水平に支持された横長箱状のケース22と、このケース22の正面3箇所、つまり、左右および中央に配置された3つの検出部23A,23B,23Cと、ケース22内に配置されたフレームグラバ26および制御基板27とから構成されている。
検出部23A〜23Cは、図4に示すように、集光領域28から入射した光を1軸上に集光させるシリンドリカルレンズ24A〜24Cと、このシリンドリカルレンズ24A〜24Cによって集光された光を受光し、1軸上における輝度分布を表す輝度分布信号を出力するラインセンサ25A〜25Cとから構成されている。ラインセンサ25A〜25Cは、例えば、CCD(charge coupled device)を一列に配列した構成である。
The
As shown in FIG. 4, the detection units 23 </ b> A to 23 </ b> C collect cylindrical light 24 </ b> A to 24 </ b> C that collects light incident from the
ここで、検出部23A,23Cにおいて、ラインセンサ25A,25Cは、互いに離間して配置された第1ラインセンサを構成するもので、集光領域28のX軸(第1軸)と直交するY軸(第2軸)に対して直交し、かつ、X軸に対して僅か内向きに傾斜して配置されている。シリンドリカルレンズ24A,24Cは、第1光学系を構成するもので、ラインセンサ25A,25Cの略中央位置でラインセンサ25A,25Cに対して直交して(Y軸と平行に)配置されている。つまり、検出部23A,23Cの向きが中央の検出部23Bに僅か向くように内向きに傾斜して配置されている。従って、集光領域28から入射した光は、ラインセンサ25A,25CによってX軸上の輝度分布として検出される。
また、検出部23Bにおいて、ラインセンサ25Bは、第2ラインセンサを構成するもので、集光領域28のY軸と平行に配置されている。シリンドリカルレンズ24Bは、第2光学系を構成するもので、ラインセンサ25Bの略中央位置でラインセンサ25Bに対して直交して(X軸と平行に)配置されている。従って、集光領域28から入射した光は、ラインセンサ25BによってY軸上の輝度分布として検出される。
Here, in the
In the detection unit 23 </ b> B, the line sensor 25 </ b> B constitutes a second line sensor and is arranged in parallel with the Y axis of the
制御基板27は、演算制御装置30からのパルス信号に同期して、フレームグラバ26を介して各検出部23A〜23Cのラインセンサ25A〜25Cの画像を取り込み、輝度分布信号として演算制御装置30へ送る。
The
演算制御装置30は、タイミング制御部31と、撮像部20からの信号を処理してプローブ10の位置を演算するプローブ演算部32と、ワークの測定点を演算する測定点演算部33とを含んで構成されている。
タイミング制御部31は、プローブ10のLED1〜9を順番に点灯させるパルス信号を常時発信すると同時に、これに同期して、撮像部20に対してもラインセンサ25A〜25Cの輝度分布信号の取り込みを制御するパルス信号を常時発信する。
プローブ演算部32は、撮像部20からの輝度分布信号を取り込んだのち、この輝度分布信号の輝度重心位置を求め、この輝度重心位置からプローブ10の位置を演算する。つまり、各LED1〜9の座標を演算する。
測定点演算部33は、プローブ演算部32によって演算されたプローブ10の位置(LED1〜9の座標)と、プローブ10のLED1〜9に対する接触子17の位置とから、三次元測定システムにおける接触子17の座標を算出する。
The
The
The
The measurement point calculation unit 33 calculates the contact in the three-dimensional measurement system from the position of the probe 10 (the coordinates of the
以上の構成において、本実施形態では、図5に示すように、各検出部23A〜23Cにおいて、シリンドリカルレンズ24A〜24Cとラインセンサ25A〜25Cとの間に、校正用基板80が組み込まれている。
具体的には、図5に示すように、マウントプレートとしての信号処理基板70には、ラインセンサ25A〜25Cが嵌め込まれて装着される。この状態の信号処理基板70が、シリンドリカルレンズ24A〜24Cを内部に収納したレンズ境筒74にねじ72によって固定されている。レンズ境筒74の内部には、校正用基板80が組み込まれている。つまり、シリンドリカルレンズ24A〜24Cとラインセンサ25A〜25Cとの間に、校正用基板80が組み込まれている。
In the above configuration, in the present embodiment, as shown in FIG. 5, in each of the detection units 23 </ b> A to 23 </ b> C, the
Specifically, as shown in FIG. 5, line sensors 25 </ b> A to 25 </ b> C are fitted and attached to a
校正用基板80は、図6に示すように、ガラスなど線膨張係数の小さい材料からなる基板に2本の基準線81A,81Bがエッチングなどで形成されている。校正用基板80をシリンドリカルレンズ24A〜24Cとラインセンサ25A〜25Cとの間に組み込む際、ラインセンサ25A〜25Cの画素配列方向に間隔を隔てて2本の基準線81A,81Bが配置されるように組み込まれる。
As shown in FIG. 6, the
そのため、測定時において、測定用点光源であるLED1〜9が点灯されると、これらのLED1〜9からの光が各ラインセンサ25A〜25Cによって輝度分布信号として検出される。
同時に、校正用基板80の2つの基準線81A,81Bに基づく基準位置信号が輝度分布信号に重畳された状態で各ラインセンサ25A〜25Cで検出される。
Therefore, at the time of measurement, when the
At the same time, the reference position signals based on the two
<ワーク測定作業>
(a)ワーク測定作業を行うには、プローブ10の接触子17をワークの測定部位に接触させた状態において、プローブ10に設けられた図示省略の測定スイッチを押す。すると、その信号をトリガとして、タイミング制御部31から発信されているパルス信号に同期して、プローブ10に設けられたLED1〜9が順番に点灯していくとともに、各LED1〜9からの光が各検出部23A〜23Cにおいて検出される。つまり、LED1〜9からの光がラインセンサ25A〜25Cにおいて輝度分布信号として検出される。
<Work measurement work>
(A) To perform the workpiece measurement operation, a measurement switch (not shown) provided on the
このとき、各検出部23A〜23Cにおいて、各シリンドリカルレンズ24A〜24Cと各ラインセンサ25A〜25Cとの間に、各ラインセンサ25A〜25Cの画素配列方向に間隔を隔てた少なくとも2つの基準線81A,81Bを有する透明な校正用基板80が配置されているため、図7(A)に示すように、輝度分布信号83に対して、基準線81A,81Bと対応する画素部分の信号についてはLED1〜9からの光が遮断されてエッジとなった基準位置信号82A,82Bとして、各ラインセンサ25A〜25Cで検出される。すると、制御基板27は、フレームグラバ26を介してラインセンサ25A〜25Cのデータを取り込み、基準位置信号82A,82Bと対応する画素位置を演算するとともに、これらのデータをプローブ演算部32へ送る。なお、図7(B)は、全ての画素の輝度を最大とした状態において、基準位置信号82A,82Bが検出された状態を示している。後述する補正方法の説明では、説明を理解しやすくするために、図7(B)の状態の図を用いて説明する。
At this time, in each of the
プローブ演算部32では、各ラインセンサ25A〜25Cで検出される輝度分布信号83および2つの基準線81A,81Bに基づく基準位置信号82A,82Bのうち、輝度分布信号83から輝度重心位置G1,G2,G3を算出する。
また、基準位置信号82A,82Bと対応するラインセンサ25A〜25Cの画素位置から、ラインセンサ25A〜25Cの熱膨張および移動に伴うシフト量を算出し、この熱膨張および移動に伴うシフト量を補正して輝度重心位置G1,G2,G3を補正する。
In the
Further, the shift amount accompanying thermal expansion and movement of the
そこで、これらの補正方法について説明する。
(i)ラインセンサの熱膨張によるシフト量の補正方法
図8(A)に示すように、予め基準温度(例えば、20℃)において、基準位置信号82A,82Bがラインセンサ25A〜25Cの画素上のどの位置に表れるかを検出し、それを基準時画素位置として制御基板27に記憶しておく。
図8(B)に示すように、測定時において、ラインセンサ25A〜25Cが伸びると、例えば、最大画素値側を支点として伸びると、基準位置信号82A,82Bが正の方向へ変位する。変位量は、支点から遠い基準位置信号82Aほど大きいため、シフト量は基本的には右下がりの直線になる。具体的には、2つの基準時画素位置と測定時において検出された2つの基準位置信号82A,82Bと対応するラインセンサ25A〜25Cの2つの測定時画素位置との差からシフト量を算出する。そして、このシフト量を打ち消し合うように補正を行う。つまり、輝度分布信号の輝度重心位置の画素位置に対応するシフト量を、輝度重心位置から補正する。
図8(C)に示すように、測定時において、ラインセンサ25A〜25Cが縮むと、例えば、最大画素値側を支点として縮むと、基準位置信号82A,82Bが負の方向へシフトする。変位量は、支点から遠い基準位置信号82Aほど大きいため、シフト量は基本的には右上がりの直線になる。具体的には、2つの基準時画素位置と測定時において検出された2つの基準位置信号82A,82Bと対応するラインセンサ25A〜25Cの2つの測定時画素位置との差からシフト量を算出する。そして、このシフト量を打ち消し合うように補正を行う。つまり、輝度分布信号の輝度重心位置の画素位置に対応するシフト量を、輝度重心位置から補正する。
Therefore, these correction methods will be described.
(I) Method for correcting shift amount due to thermal expansion of line sensor As shown in FIG. 8A, reference position signals 82A and 82B are applied to pixels of
As shown in FIG. 8B, at the time of measurement, when the
As shown in FIG. 8C, when the
(ii)ラインセンサの移動によるシフト量の補正方法
図9(A)に示すように、予め基準温度(例えば、20℃)において、基準位置信号82A,82Bがラインセンサ25A〜25Cのどの位置に表れるかを検出し、それを基準時画素位置として制御基板27に記憶しておく。
図9(B)に示すように、測定時において、ラインセンサ25A〜25Cが最大画素値側に移動すると、基準位置信号82A,82Bは負の方向へシフトする。この場合、基準位置信号82A,82Bと対応するラインセンサ25A〜25Cの画素位置の間隔は変わらないため、シフト量はどの画素についても同じ値の直線になる。従って、このシフト量を打ち消し合うように補正を行う。つまり、一定シフト量を、輝度重心位置から補正する。
図9(C)に示すように、測定時において、ラインセンサ25A〜25Cが最小画素値側に移動すると、基準位置信号82A,82Bが正の方向へシフトする。この場合、基準位置信号82A,82Bと対応するラインセンサ25A〜25Cの画素位置の間隔は変わらないため、シフト量はどの画素についても同じ値の直線になる。従って、このシフト量を打ち消し合うように補正を行う。つまり、一定シフト量を、輝度重心位置から補正する。
(Ii) Method for correcting shift amount by movement of line sensor As shown in FIG. 9A, at which position of the
As shown in FIG. 9B, when the
As shown in FIG. 9C, when the
(iii)画素の熱膨張と移動との組み合わせによるシフト量の補正方法
図10(A)は、ラインセンサ25A〜25Cが熱膨張で伸びた場合(シフト量:実線)と、ラインセンサ25A〜25Cが移動した場合(シフト量:一点鎖線)とが組み合わされた状態の補正方法である。ラインセンサ25A〜25Cが熱膨張で伸びた場合のシフト量は右下がりの直線、ラインセンサ25A〜25Cが移動した場合のシフト量は右下がりの直線に対して平行な直線となるため、これを打ち消し合うように補正を行う。
図10(B)は、ラインセンサ25A〜25Cが縮む場合(シフト量:実線)と、ラインセンサ25A〜25Cが移動した場合(シフト量:一点鎖線)とが組み合わされた状態の補正方法である。ラインセンサ25A〜25Cが縮む場合のシフト量は右上がりの直線、ラインセンサ25A〜25Cが移動した場合はシフト量は右上がりの直線に対して平行な直線となるため、これを打ち消し合うように補正を行う。
(Iii) Correction Method of Shift Amount by Combination of Pixel Thermal Expansion and Movement FIG. 10A shows a case where the
FIG. 10B is a correction method for a state in which the
(b)続いて、補正された輝度重心位置G1,G2,G3から三角測量法を用いて、各LED1〜9の座標をそれぞれ演算する。ちなみに、各LED1〜9の座標を求めるには、特開2005−233759号公報(特許文献1)に開示された公知の方法によって求めることができる。
(B) Subsequently, the coordinates of the
(c)次に、測定点演算部33において、輝度重心位置G1,G2,G3から三角測量法を用いて演算した各LED1〜9の座標と、接触子17との関係から、接触子17の座標を求め、これを表示装置40に表示させる。これにより、プローブ10の接触子17が接触したワークの測定部位の座標を求めることができる。
(C) Next, from the relationship between the
<実施形態の効果>
本実施形態によれば、各検出部23A〜23Cにおいて、シリンドリカルレンズ24A〜24Cとラインセンサ25A〜25Cとの間に、2つの基準線81A,81Bを有する透明な校正用基板80が配置されているから、これらの基準線81A,81Bに基づく基準位置信号82A,82Bが輝度分布信号に重畳された状態で各ラインセンサ25A〜25Cで検出されたのち、プローブ演算部32へ送られる。
<Effect of embodiment>
According to the present embodiment, in each of the
プローブ演算部32では、各ラインセンサ25A〜25Cで検出される輝度分布信号から輝度重心位置を算出するとともに、2つの基準線81A,81Bに基づく基準位置信号82A,82Bと対応するラインセンサ25A〜25Cの画素位置から、ラインセンサ25A〜25Cの熱膨張および移動に伴うシフト量を算出し、このシフト量を補正して、輝度分布信号の輝度重心位置を補正する。
従って、環境温度の変化によってラインセンサ25A〜25Cが熱膨張したり移動しても、これらの熱膨張および移動に伴うシフト量を補正して、輝度重心位置が演算されるから、LED1〜9の座標を高精度に求めることができる。
The
Therefore, even if the
また、予め基準温度において検出された2つの基準位置信号82A,82Bと対応するラインセンサ25A〜25Cの2つの基準時画素位置と、測定時において検出された2つの基準位置信号82A,82Bと対応するラインセンサ25A〜25Cの2つの測定時画素位置との差からシフト量が算出され、これらラインセンサ25A〜25Cの熱膨張および移動に伴うシフト量が補正されるから、測定用点光源の座標を高精度に演算することができる。
Also, the two reference position pixel positions of the
また、測定時において検出された2つの基準位置信号82A,82Bと対応するラインセンサ25A〜25Cの2つの測定時画素位置の間隔が変化していた場合、ラインセンサ25A〜25Cの熱膨張が生じているとみなし、2つの基準時画素位置と2つの測定時画素位置との差からラインセンサ25A〜25Cの熱膨張に伴うシフト量が算出されるから、ラインセンサ25A〜25Cの熱膨張に伴うシフト量を正確に算出できる。
また、測定時において検出された2つの基準位置信号82A,82Bと対応するラインセンサ25A〜25Cの2つの測定時画素位置の間隔が変化していない場合、ラインセンサ25A〜25Cが移動しているとみなし、基準時画素位置と測定時画素位置との差に応じた一定量のシフト量が算出されるから、ラインセンサ25A〜25Cの移動に伴うシフト量を正確に算出できる。
Further, when the distance between two measurement pixel positions of the
Further, when the distance between the two pixel positions at the time of measurement of the
また、校正用基板80は、ガラス基板に基準線81A,81Bがエッチングによって形成された構成であるため、熱による影響が少なく、かつ、簡単に製造できる利点がある。
In addition, the
<第2実施形態>
第1実施形態において、環境温度の変化に伴って、ラインセンサ25A〜25Cの熱膨張や移動に伴うシフト量を算出して、各ラインセンサ25A〜25Cで検出される輝度分布信号の輝度重心位置を補正するようにしたが、環境温度の変化に対しては、次の第2実施形態で述べる方法でも適用できる。
Second Embodiment
In the first embodiment, as the environmental temperature changes, the shift amount associated with the thermal expansion or movement of the
従来、上述した三次元測定システムでは、測定に際して、空間精度補正を行っているが、環境温度が基準温度(例えば、20℃)から所定温度以上(例えば、5℃以上)変化した場合、長さの校正基準を使って、空間精度補正を再度行う必要がある。
しかし、その作業は、測定範囲内全域で長さの校正基準を測定する必要があり、また、測定領域内にワークを設置していた場合、ワークを一時移動する必要があるため、手間がかかる。
Conventionally, in the above-described three-dimensional measurement system, spatial accuracy correction is performed at the time of measurement. However, when the environmental temperature changes from a reference temperature (for example, 20 ° C.) or more by a predetermined temperature (for example, 5 ° C. or more), the length It is necessary to perform spatial accuracy correction again using the calibration standard.
However, this work is time consuming because it is necessary to measure the calibration standard for the length in the entire measurement range, and if the work is installed in the measurement area, the work must be moved temporarily. .
このような課題に対して、第2実施形態では、予め、使用温度範囲内で所定温度毎、例えば、5℃毎に空間精度補正データを取得しておき、例えば、プローブ演算部32内のメモリに記憶させておく。
また、本三次元測定システム内、例えば、撮像部20のケース22内に温度センサを内蔵しておき、温度センサで検出された環境温度に対応する空間精度補正データを記憶したメモリから読み出し、この空間精度補正で輝度重心位置や測定用点光源の座標位置を補正する。
このようにすれば、環境温度が安定しない測定環境下での測定でも、効率的に測定を行うことができる。
In order to deal with such a problem, in the second embodiment, spatial accuracy correction data is acquired in advance at every predetermined temperature within the operating temperature range, for example, every 5 ° C., for example, in the memory in the
In addition, a temperature sensor is built in the three-dimensional measurement system, for example, the
In this way, even in a measurement environment where the environmental temperature is not stable, the measurement can be performed efficiently.
<変形例>
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は、本発明に含まれる。
<Modification>
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, but includes modifications and improvements as long as the object of the present invention can be achieved.
前記実施形態では、校正用基板80に2本の基準線81A,81Bを設けたが、3本以上の基準線を設けるようにしてもよい。
In the above embodiment, the two
前記実施形態では、接触子17を先端に有する接触式のプローブ10を例に説明したが、これに限らず、非接触式のプローブであってもよい。
例えば、図11に示すように、プローブ本体11に、光をワークに向けて射出する発光器18Aと、ワークからの反射光を受光する受光器18Bと、この受光器18Bにおいて光を受光した位置からプローブ本体11に対するワークの位置情報を演算する演算器(図示省略)とを備えた非接触測定器18を内蔵させた構成のプローブ10を用いてもよい。
この場合、測定点演算部33は、プローブ演算部32によって求められたプローブ10の位置と、非接触測定器18によって求められた測定点の位置とから、三次元測定システムに対する非接触測定器18の光照射位置の座標を求める。
なお、非接触式のプローブでは、ワークに接触させる必要がないため、より複雑な形状をもつワークを測定することが可能となるが、そのためにプローブに様々な姿勢を検出できるように、より多くのLED、例えば、40個のLED1,2,3…が搭載されている。ただ、プローブの姿勢を検出するためには、必ずしも全てのLEDが検出されなくともよく、少なくとも3個のLEDが検出できれがプローブの姿勢を求めることができる。
In the above embodiment, the
For example, as shown in FIG. 11, a
In this case, the measurement point calculation unit 33 uses the position of the
Note that a non-contact type probe does not need to be in contact with the workpiece, so it is possible to measure a workpiece with a more complicated shape.To this end, more probes can be detected so that various postures can be detected. LEDs, for example, 40
前記実施形態において、プローブ10に測定用点光源として9個のLED1〜9を配置したが、必ずしも複数でなくてもよく、少なくとも1個あればよい。例えば、プローブ10にLED1〜9を設けることなく、測定用点光源をワークの測定位置に移動させて測定するようにすれば、測定用点光源としては1個でもよい。
In the said embodiment, although nine LED1-9 was arrange | positioned as the point light source for a measurement at the
前記実施形態において、検出部23A〜23Cの構成として、シリンドリカルレンズ24A〜24Cとラインセンサ25A〜25Cとから構成したが、集光領域28からの光を1軸方向へ集光できる光学素子であれば、シリンドリカルレンズでなくてもよい。
In the above-described embodiment, the
本発明は、巨大構造物の測定や危険領域における測定などに利用できる。 The present invention can be used for measurement of a huge structure or measurement in a dangerous area.
1〜9…LED(測定用点光源)、
20…撮像部(位置検出装置)、
23A,23B,23C…検出部、
24A,24C…シリンドリカルレンズ(第1光学系)、
24B…シリンドリカルレンズ(第2光学系)、
25A,25C…ラインセンサ(第1ラインセンサ)、
25B…ラインセンサ(第2ラインセンサ)、
30…演算制御装置(位置検出装置)、
32…プローブ演算部(位置演算部)、
70…信号処理基板(マウントプレート)
80…校正用基板、
81A,81B…基準線、
82A,82B…基準位置信号。
1-9 ... LED (point light source for measurement),
20 ... Imaging unit (position detecting device),
23A, 23B, 23C ... detection part,
24A, 24C ... cylindrical lens (first optical system),
24B ... Cylindrical lens (second optical system),
25A, 25C ... line sensor (first line sensor),
25B ... Line sensor (second line sensor),
30 ... arithmetic control device (position detection device),
32... Probe calculation unit (position calculation unit),
70: Signal processing board (mounting plate)
80 ... Calibration substrate,
81A, 81B ... reference line,
82A, 82B ... reference position signals.
Claims (4)
前記位置検出装置は、互いに離間して配置され前記測定用点光源からの光を第1軸上に集光する一対の第1光学系と、この各第1光学系によって前記第1軸上に集光された光を受光し第1軸上における輝度分布を表す第1輝度分布信号を出力する一対の第1ラインセンサと、前記測定用点光源からの光を前記第1軸とは直交する第2軸上に集光する第2光学系と、この第2光学系によって前記第2軸上に集光された光を受光し第2軸上における輝度分布を表す第2輝度分布信号を出力する第2ラインセンサ、前記第1輝度分布信号および第2輝度分布信号に基づいて前記測定用点光源の座標を演算する位置演算部を含んで構成された三次元測定システムにおいて、
前記第1光学系と前記第1ラインセンサとの間、および、前記第2光学系と前記第2ラインセンサとの間に、各ラインセンサの画素配列方向に間隔を隔てた少なくとも2つの基準線を有する透明な校正用基板が配置され、
前記位置演算部は、前記各ラインセンサで検出される輝度分布信号および前記2つの基準線に基づく基準位置信号のうち、前記基準位置信号と対応する前記ラインセンサの画素位置から、前記ラインセンサの熱膨張または移動に伴うシフト量を算出し、このシフト量を補正して前記測定用点光源の座標を演算する、
ことを特徴とする三次元測定システム。 A measurement point light source movable to an arbitrary position, and a position detection device that receives light from the measurement point light source and detects the position of the measurement point light source,
The position detection device is disposed on a first axis by a pair of first optical systems arranged separately from each other and collecting light from the measurement point light source on a first axis, and the first optical systems. A pair of first line sensors that receive the collected light and output a first luminance distribution signal representing the luminance distribution on the first axis, and the light from the measurement point light source are orthogonal to the first axis A second optical system that condenses on the second axis, and receives light collected on the second axis by the second optical system and outputs a second luminance distribution signal that represents the luminance distribution on the second axis A three-dimensional measurement system configured to include a position calculator that calculates the coordinates of the measurement point light source based on the second line sensor, the first luminance distribution signal, and the second luminance distribution signal;
At least two reference lines that are spaced apart in the pixel array direction of each line sensor between the first optical system and the first line sensor and between the second optical system and the second line sensor. A transparent calibration substrate having
The position calculation unit is configured to calculate, based on a luminance distribution signal detected by each line sensor and a reference position signal based on the two reference lines, from a pixel position of the line sensor corresponding to the reference position signal. Calculating the shift amount accompanying thermal expansion or movement, correcting the shift amount, and calculating the coordinates of the point light source for measurement,
A three-dimensional measurement system.
前記位置演算部は、予め基準温度において検出された前記2つの基準位置信号と対応する前記ラインセンサの2つの基準時画素位置と、測定時において検出された前記2つの基準位置信号と対応する前記ラインセンサの2つの測定時画素位置との差からシフト量を算出し、このシフト量を打ち消すように、前記測定用点光源の座標を補正する、
ことを特徴とする三次元測定システム。 The three-dimensional measurement system according to claim 1,
The position calculation unit corresponds to the two reference-time pixel positions of the line sensor corresponding to the two reference position signals detected in advance at a reference temperature, and the two reference position signals detected at the time of measurement. A shift amount is calculated from a difference between two measurement pixel positions of the line sensor, and the coordinates of the measurement point light source are corrected so as to cancel the shift amount.
A three-dimensional measurement system.
前記位置演算部は、測定時において検出された前記2つの基準位置信号と対応する前記ラインセンサの2つの測定時画素位置の間隔が変化していた場合、前記2つの基準時画素位置と2つの測定時画素位置との差からラインセンサの熱膨張に伴うシフト量を算出し、測定時において検出された前記2つの基準位置信号と対応する前記ラインセンサの2つの測定時画素位置の間隔が変化していない場合、前記基準時画素位置と測定時画素位置との差からラインセンサの移動に伴う一定量のシフト量を算出する、
ことを特徴とする三次元測定システム。 The three-dimensional measurement system according to claim 2,
When the interval between the two measurement pixel positions of the line sensor corresponding to the two reference position signals detected at the time of measurement has changed, the position calculation unit may change the two reference pixel positions and two The shift amount accompanying the thermal expansion of the line sensor is calculated from the difference from the pixel position at the time of measurement, and the interval between the two pixel positions at the time of measurement of the line sensor corresponding to the two reference position signals detected at the time of measurement changes. If not, calculate a certain amount of shift amount with the movement of the line sensor from the difference between the reference pixel position and the measurement pixel position,
A three-dimensional measurement system.
前記校正用基板は、ガラス基板に前記基準線がエッチングによって形成されている、
ことを特徴とする三次元測定システム。
In the three-dimensional measurement system in any one of Claims 1-3,
The calibration substrate is formed by etching the reference line on a glass substrate.
A three-dimensional measurement system.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110298834A (en) * | 2019-07-01 | 2019-10-01 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | The modification method and terminal device of pixel edge effect |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005233759A (en) * | 2004-02-19 | 2005-09-02 | National Maritime Research Institute | Three-dimensional measuring system |
JP2006339839A (en) * | 2005-05-31 | 2006-12-14 | Canon Electronics Inc | Image reading apparatus and image reading method |
WO2009104381A1 (en) * | 2008-02-18 | 2009-08-27 | パナソニック株式会社 | Range finder and range finding method |
JP2011188270A (en) * | 2010-03-09 | 2011-09-22 | Mitsubishi Electric Corp | Image reader |
-
2013
- 2013-04-09 JP JP2013081143A patent/JP6093625B2/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005233759A (en) * | 2004-02-19 | 2005-09-02 | National Maritime Research Institute | Three-dimensional measuring system |
JP2006339839A (en) * | 2005-05-31 | 2006-12-14 | Canon Electronics Inc | Image reading apparatus and image reading method |
WO2009104381A1 (en) * | 2008-02-18 | 2009-08-27 | パナソニック株式会社 | Range finder and range finding method |
JP2011188270A (en) * | 2010-03-09 | 2011-09-22 | Mitsubishi Electric Corp | Image reader |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110298834A (en) * | 2019-07-01 | 2019-10-01 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | The modification method and terminal device of pixel edge effect |
CN110298834B (en) * | 2019-07-01 | 2021-03-23 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | Correction method of pixel-level edge effect and terminal equipment |
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