JP2535561B2 - 三次元座標測定装置 - Google Patents

三次元座標測定装置

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JP2535561B2 JP62235294A JP23529487A JP2535561B2 JP 2535561 B2 JP2535561 B2 JP 2535561B2 JP 62235294 A JP62235294 A JP 62235294A JP 23529487 A JP23529487 A JP 23529487A JP 2535561 B2 JP2535561 B2 JP 2535561B2
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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は三次元座標測定装置、特に対象物表面の三次
元座標を高速で測定する装置の改良に関する。
［従来の技術］ 三次元形状対象物の寸法測定や姿勢検出を行うことを
目的に、スリット光源とTVカメラを用いて三角測量によ
って三次元座標を測定する装置が開発されており、この
ような従来装置として、１カメラ１スリット光方式と、
１カメラ２スリット光方式の装置が知られている。
第３図（ａ）には、前記１カメラ１スリット光方式の
装置の一例が示されている。
この装置は、対象物10の表面に向け第１のスリット光
100を所定角度で投光するスリット光源12と、この第１
のスリット光100により対象物表面上に形成される光切
断線200を撮影するTVカメラ14と、を含む。
そして、光切断線200に沿った対象物表面各点の三次
元座標を三角測量の手法を用いて検出している。
第３図（ｂ）には、TVカメラ14で撮影された光切断線
200の映像が示されており、同図から明らかなように、
この光切断線200は各水平走査線ｙ＝0,1,2,…と交差す
る各点P0,P1,P2,…の情報として把握することができ
る。例えば水平走査線が480本存在する通常のTVカメラ1
4を想定すると、各光切断線200は最大で480ポイントの
三次元座標データとして検出されることになる。
ここにおいて、第３図（ａ）に示す対象物10の幅a1と
深さb1はそれぞれ第３図（ｂ）に示す光切断線200の端
点イとロおよびハとロの間隔に対応する。
従って、この測定装置は、端点イ、ロ、ハの三次元座
標値を測定することにより、対象物10の寸法a1,b1を測
定している。
第４図（ａ）には、１カメラ２スリット光方式の装置
を用い、円筒部品の姿勢検出と穴中心位置検出を行う場
合の一例が示されている。
このとき用いられる装置は、対象物10上に十字の光切
断線パターンを形成できるようにセットされた２台のス
リット光源12−１、12−２と、１台のTVカメラ14とから
なる。
第４図（ｂ）には、TVカメラ14で撮影された光切断線
200の映像が示されて折り、この装置はこの映像から光
切断線200の端点ニ、ホ、ヘ、トの三次元座標値を測定
して、対象物の姿勢と穴中心位置を検出している。
三角測量の測定原理 第５図には、光切断線200に沿った各点Ｐの三次元座
標を測定する三角測量の測定原理が示されている。同図
（ａ）は、第３図に示す所定位置のXZ平面図、同図
（ｂ）は第３図に示す所定位置のYZ平面図をそれぞれ表
している。
スリット光源12から投光されたスリット光100は対象
物10上の点Ｐで反射され、レンズ14aを通って撮像素子1
4b上に結像する。
この結像点の撮像素子14b上の水平、垂直アドレス
を、それぞれKs,Lsとし、Ksを水平光切断位置、Lsを垂
直光切断位置と定義する。同図において、Ks,Lsの値は
点Ｐの空間上の位置に比例して変化するので、Ks,Lsの
値を求めることで点Ｐの三次元座標値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を
測定することができる。
第４図（ａ）に示す装置も、どちらか一方のスリット
光100とTVカメラ14の組合せを考えれば、上述の原理に
より座標測定可能であることが理解できよう。
［発明が解決しようとする問題点］ ところで、このような三次元座標測定装置では、スリ
ット光源12とTVカメラ14は撮像ヘッドとして一体化され
ている。
１カメラ１スリット光方式の問題 従って、第３図（ａ）に示す１カメラ１スリット光方
式の装置を用い、対象物10の幅a2と厚さb2を測定しよう
とすると、回転機構を用い撮像ヘッドを90゜回転させ、
スリット光を100′の如く投光する必要がある。
しかし、撮像ヘッドを移動させて寸法測定を行う場
合、一般にX,Y,Z直交移動用の移動機構が必要となり、
これに回転機構を付加することは移動機構を複雑にし、
その測定精度の低下を引き起こし、しかも装置自体のコ
スト高を招いてしまうという問題があった。
また、対象物10が大型のときには、対象物10を回転さ
せることが難しいという問題がある。
また、第３図（ａ）に示す撮像ヘッドを用い、第４図
（ａ）の様な姿勢検出や丸穴測定を行う場合にも上述し
た問題が生じる。
１カメラ２スリット光方式の問題 一方、第４図（ａ）に示す１カメラ２スリット光方式
の装置を用い、十字状のスリット光100−1,100−２を投
光すると、第４図（ａ）に示す姿勢検出を行う場合も、
また第３図（ａ）に示す寸法（a1.b1,a2,b2）の測定を
行う場合も、撮像ヘッドをX,Y,Z直交移動させるだけで
よい。
このため、回転機構が不要となり移動機構を簡単かつ
低コストにできるメリットがある。
しかし、この従来装置では、１台のTVカメラ14で２本
のスリット光100−1,100−２による光切断線200−1,200
−２を観測する（実際には１本づつ分けて観測する）た
め、光学的に最適な条件で光切断線200を観測できない
という問題があった。
すなわち、この従来装置では、光学的三角測量でよく
使われるように、TVカメラ14のレンズにあおり角を設
け、広い範囲でぼけの少ない画像を得ることができな
い。
このため、レンズのしぼりをできるだけ閉じ、焦点深
度によりＺ方向に広範囲でぼけの少ない画像を得るよう
にしている。
この結果、画像が暗くしかもスペックルが発生しやす
くなるため、S/Nが低下し、さらに光切断線像強度分布
の正規分布からの崩れが生じ、座標測定精度が低下して
いまうという問題があった。
測定スピードの問題 また、このような測定装置に対し、生産工程では姿勢
検出や丸穴寸法計測のための三次元座標測定を生産スピ
ードに合わせて行うことのできる能力が要求され、具体
的には、光切断線１本分の三次元座標測定をTVカメラの
１フレームの時間、すなわち33.3msec程度で行える能力
が要求される。
このことは、市販のTVカメラの走査線数が一般に480
本であることから、各測定点P0、P1…の座標測定をそれ
ぞれTVカメラの水平走査時間63.5μsecで完了しなけれ
ばならないことを意味する。
しかし、従来の三次元座標測定装置は、TVカメラ14か
ら出力されるビデオ信号を全てソフトウエア処理し、三
次元座標の演算を行っている。このため、光切断線200
を構成する各点P0,P1,P2…の演算を実用上必要とされる
63.5μsec以下という短時間で行うことができないとい
う問題があった。
すなわち、従来の測定装置では、まずTVカメラ14から
出力されるビデオ信号を一旦フレームメモリに格納し、
その後これをソフトウェア処理することにより水平切断
位置Ksを求めている。
しかし、標準的な画像メモリ「水平512画素×垂直480
画素」を用いた場合、このようなソフトウエア処理を行
うと、１本の水平ラインを処理して一点Ｐの水平光切断
位置Ksを検出するために700〜800μsecも処理時間が必
要となるという問題があった。
更に、このような従来装置では、Ks,Lsと三次元座標
値との関係を表す演算式を、理論的あるいは実験的にも
とめておく。そして、該演算式に基づき、前述のように
して検出した水平光切断位置Ksおよび垂直光切断位置Ls
をソフトウエア処理し三次元座標を求めている。
しかし、このようなソフトウエア処理を行うと、その
演算に約数百μsecも処理時間が必要となるという問題
があった。
従って、このような従来装置では、１個の点Ｐの座標
測定に、合計千数百μsecの処理時間が必要となる。こ
のため実際の生産工程で要求される処理時間63.5μsec
以下という条件を到底満足することができず、その有効
な対策が望まれている。
［発明の目的］ 本発明は、このような従来の課題に鑑みなされたもの
であり、その目的は、スリット光源およびTVカメラから
なる撮像ヘッドの移動機構を簡略化し、かつ精度の高い
座標測定の可能な三次元座標測定装置を提供することに
ある。
さらに、本発明は、三次元対象物の表面各点における
座標測定を高速で行うことの可能な三次元座標測定装置
を提供することを目的とする。
［問題点を解決するための手段］ 第１図には、第１の発明に係る三次元座標測定装置の
クレーム対応図が示されている。
本発明の装置は、XYZ直交座標系において互いにＺ軸
上で直交し、XZ平面と平行な第１のスリット光と、YZ平
面に平行な第２のスリット光とを対象物に投光できる十
字スリット光源と、 前記十字スリット光源の２本のスリット光を交互に投
光できるようにするスリット光切換回路と、 前記スリット光により対象物上に形成される光切断線
を撮像するために、撮像素子の垂直方向がＸ軸と概略平
行になるように設置され、かつ内蔵されるレンズにあお
り角が設けられている第１のTVカメラおよび撮像素子の
垂直方向がＹ軸と概略平行になるように設置され、かつ
内蔵されるレンズにあおり角が設けられている第２のTV
カメラと、 前記第１のスリット光が投光されたときには第１のTV
カメラ、前記第２のスリット光が投光されたときには第
２のTVカメラの出力信号を選択出力するTVカメラ出力切
換回路と、 前記TVカメラ出力切換回路の出力を処理し、前記第１
のスリット光が投光されているときにはXZ座標値を、第
２のスリット光が投光されているときにはYZ座標値を出
力する座標測定回路と、を具備し、 前記スリット光切換回路は、前記TVカメラの１フレー
ム期間毎に前記スリット光を切り換え、また、前記TVカ
メラ出力切換回路は、前記スリット光切換回路の１フレ
ーム期間毎の切換に同期してTVカメラ出力を切り換え、
かつ、前記座標測定回路は、前記TVカメラの１フレーム
期間内に光切断線位置の検出処理ならびに三次元座標値
の検出処理を行うことを特徴とする。
第２図には、第２の発明に係る三次元座標測定装置の
クレーム対応図が示されている。
本発明は、XYZ直交座標系において互いにＺ軸上で直
交し、XZ平面と平行な第１のスリット光と、YZ平面に平
行な第２のスリット光とを対象物に投光できる十字スリ
ット光源と、 前記十字スリット光源の２本のスリット光を交互に投
光できるようにするスリット光切換回路と、 前記スリット光により対象物上に形成される光切断線
を撮像するために、撮像素子の垂直方向がＸ軸と概略平
行になるように設置され、かつ内蔵されるレンズにあお
り角が設けられている第１のTVカメラおよび撮像素子の
垂直方向がＹ軸と概略平行になるように設置され、かつ
内蔵されるレンズにあおり角が設けられている第２のTV
カメラと、 前記第１のスリット光が投光されたときには第１のTV
カメラ、前記第２のスリット光が投光されたときには第
２のTVカメラの出力信号を選択出力するTVカメラ出力切
換回路と、 前記TVカメラ出力切換回路の出力を処理し、前記第１
のスリット光が投光されているときにはXZ座標値を、第
２のスリット光が投光されているときにはYZ座標値を出
力する座標測定回路と、を具備し、 前記スリット光切換回路は、前記TVカメラの１フレー
ム期間毎に前記スリット光を切り換え、また、前記TVカ
メラ出力切換回路は、前記スリット光切換回路の１フレ
ーム期間毎の切換に同期してTVカメラ出力を切り換え、
かつ、前記座標測定回路は、前記TVカメラの１フレーム
期間内に光切断線位置の検出処理ならびに三次元座標値
の検出処理を行うように構成されており、 さらに、前記座標測定回路は、 水平走査に同期してTVカメラ出力切替回路から出力さ
れるビデオ信号をデジタルビデオ信号Viに変換出力する
A/D変換回路と、 ビデオ信号から光切断線を抽出するためのしきい値を
設定するしきい値設定回路と、 デジタルビデオ信号Viが前記しきい値を越えている間
だけ光切断線抽出信号を出力する光切断線抽出回路と、 TVカメラの撮像素子の水平方向画素の位置を表す水平
方向アドレスKiを発生する水平アドレス発生回路と、 光切断線抽出回路から光切断線抽出信号が出力されて
いる期間、A/D変換回路を介して出力されるビデオ信号V
iを累積演算する累積加算回路と、 光切断線抽出回路から光切断線抽出信号が出力されて
いる期間、A/D変換回路を介して出力されるビデオ信号V
iと、水平アドレス発生回路から出力される水平方向ア
ドレスKiとの積Vi×Kiを累積演算する累積乗算回路と、 前記累積乗算回路の出力ΣVi×Kiを前記累積加算回路
の出力ΣViで割算し、この演算値Ksを水平光切断位置と
して出力する水平光切断位置検出回路と、 TVカメラの水平同期信号をカウントし、垂直光切断位
置Lsを検出する垂直光切断位置検出回路と、 第１のスリット光が投光されているときに水平光切断
位置Ksと垂直光切断位置Lsが入力された際、実際の対象
物表面上のX,Z座標値が出力されるよう、予めKs,LsとX,
Z座標値との対応関係をテーブル化して記憶しているXZ
ルックアップテーブルと、 第２のスリット光が投光されているときに水平光切断
位置Ksと垂直光切断位置Lsが入力された際、実際の対象
物表面上のY,Z座標値が出力されるよう予めKs,LsとY,Z
座標値との対応関係をテーブル化して記憶しているVZル
ックアップテーブルと、 第１のスリット光が投光されているときは、Ks,Ls出
力をXZルックアップテーブルに入力し、第２のスリット
光が投光されているときはKs,Ls出力をYZルックアップ
テーブルに入力する座標テーブル切換回路と、 前記各ルックアップテーブルの出力を記憶する記憶回
路と、 を用いて構成されてなることを特徴とする。
［作用］ 本発明は以上の構成からなり、次にその作用を説明す
る。
第１および第２の発明の作用 第１図に示すごとく、スリット光切替回路は、十字ス
リット光源を制御し、十字スリット光源から対象物10に
向け第１のスリット光100−１または第２のスリット光1
00−２を交互に投光させる。
なお、スリット光の切換タイミングは、例えばTVカメ
ラのODD/EVEV信号を検出し、ODDの始まりで第１のスリ
ット光を投光し次のODDの始まりで第２のスリット光に
切り換えることにより容易に行うことができる。
ここにおいて、この第１のスリット光100−１および
第２のスリット光100−２は、XYZ直交座標系において互
いにＺ軸上で直交する。そして、第１のスリット光100
−１はXZ平面と平行に投光され、また第２のスリット光
100−１はYZ平面と平行に投光される。
そして、第１のスリット光100−１が投光されている
ときは第１のTVカメラ、第２のスリット光100−２が投
光されているときは第２のTVカメラを用いて、対象物表
面の光切断線を撮影する。
本発明において、第１のスリット光100−１はZX面に
平行であり、第１のTVカメラの撮像素子１の垂直方向
（j1）はＸ方向にほぼ一致している。このため、第１の
TVカメラのレンズにあおり角をもたせることで、第１の
スリット光100−１がなす平面（XZ面）をぼけの少ない
状態で観測することができ、この結果、明るくかつスペ
ックルの生じにくい光切断線像を得ることが可能とな
る。ここで、あおり角を設けるとは、スリット光のなす
面とTVカメラの撮像素子がなす面との光線に、TVカメラ
に内蔵されたレンズの主平面が交叉するようにレンズの
角度を調整することをいう。
また、前記第２のスリット光100−２と第２のTVカメ
ラの組合せについても全く同様のことがいえる。
従って、本発明によれば、広い測定範囲（Ｚ軸方向）
にわたり明るくかつスペックルの少ない十字の光切断線
像（実際は１つのカメラには１スリット光像）を検出す
ることができる。
そして、第１および第２のTVカメラの出力信号は、TV
カメラ出力切換回路で切り換えられて、第１のスリット
光100−１が投光されているときは第１のTVカメラの出
力が、第２のスリット光100−２が投光されているとき
は第２のTVカメラの出力が座標測定回路に入力され、こ
の座標測定回路により、第１のTVカメラの出力が選択さ
れているときは、測定点のX,Z1座標が、また第２のTVカ
メラの出力が選択されているときは、測定点のY,Z2座標
が測定される。
以上説明したように、本発明によれば、従来の１カメ
ラ１スリット光方式の装置のように、撮像ヘッドの回転
機構を必要としないため、撮像ヘッドの移動機構を簡素
化し低コスト化することができる。
更に、本発明によれば、従来の１カメラ２スリット光
方式の装置に比べ、明るくスペックルの生じにくい光切
断線像を得ることができるため、精度の高い三次元座標
測定を行うことができる。
なお、本発明に用いられる座標測定回路としては、必
要に応じて各種構成のものを用いることができるが、三
次元座標測定を実時間で行うためには、この座標測定回
路を前記第２の発明のように構成することが好ましい。
第２の発明の作用 以下、第２の発明の作用について説明する。
第２図に示すように、対象物の表面に向けスリット光
100を投光すると、このスリット光により対象物表面上
に形成された光切断線200は、TVカメラにより撮影され
る。そして、TVカメラからは、その水平走査に同期して
ビデオ信号が順次出力される。
本発明の第１の特徴は、TVカメラから１本の水平走査
ビデオ信号の出力が終了する毎に、速やかにその水平走
査ライン上にある光切断線200の水平光切断位置Ksおよ
び垂直光切断位置Lsを検出することにある。
特に、本発明は水平光切断位置Ksの検出に荷重平均法
を用い、精度の良い位置検出を実現している。
また、本発明の第２の特徴は、各切断位置KsおよびLs
に対応してこの走査ライン上に存在する光切断線測定ポ
イントＰの三次元座標値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を、Ks、Lsの検
出とほとんど同時に求め、実時間で光切断線200に沿う
多数点P0、P1、…の三次元座標値を得ることにある。
特に、本発明は、水平光切断位置Ksおよび垂直光切断
位置Lsと実際の対象物表面の三次元座標値（X,Y,Z）と
の対応関係を、予めルックアップテーブル内にテーブル
化して記憶しておく。そして、検出された水平光切断位
置Ksおよび垂直光切断位置Lsに基づき、特別な演算をす
ることなく対象物表面の三次元座標値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を
出力することを特徴とする。
以下本発明の作用を、前記光切断位置KsおよびLsの検
出動作と、三次元座標値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の検出動作とに
分けて説明する。
Ksの検出 本発明の装置は、水平光切断位置Ksを荷重平均法を用
いて検出する。
第６図（ａ）には、水平走査に同期してTVカメラから
出力されるビデオ信号が示されている。通常、市販のTV
カメラの水平走査周期は63.5μsecで、このうちビデオ
信号が出力される有効走査期間は52.7μsec、残りの10.
8μsecは帰線期間である。
図において、ビデオ信号の凸部分が光切断線の表示部
分を表している。ここにおいて、正確な座標測定を行う
ためには、水平光切断位置Ksとして、この凸部分のピー
ク位置を正確に求めることが必要である。
文献１（成瀬央、野村田司彦“スリット光投影位置の
高精度計測”昭和60年度電子通信学会情報システム部門
全国大会１−165頁）によれば光切断線200の凸部分の形
状は左右対象の正規分布で近似される。
従って、第６図（ａ）に示すように、ビデオ信号がし
きい値Vsを越えている期間（この期間の開始点および終
了点を水平方向画素アドレスでKis、Kieと定義する）、
次式に基づき水平方向画素アドレスKiを荷重平均した値
Ksは、凸部のピーク位置を精度良く近似できることが理
解され、これについては文献２（岡田、杉本、岡部、秦
“ITVカメラとスリット光レンジファインダによる三次
元物体認識（１）“昭和60年電子通信学会全国大会５−
54頁）からも実験的に確められている。
このため、本発明の装置は、まずTVカメラが出力する
水平走査ビデオ信号を光切断線抽出回路に入力し、当該
水平走査線上における光切断線200の表示位置を抽出出
力している。このような光切断線200の抽出は、第６図
（ａ）に示すごとく、水平走査ビデオ信号を所定のしき
い値Vsと比較することにより容易に行われる。
また、本発明において、A/D変換回路から出力される
水平走査ビデオ信号Viは、前記第１式の分母と分子をそ
れぞれ演算する累積加算回路および累積乗算回路にそれ
ぞれ入力されている。
そして、前記累積加算回路は、光切断線抽出回路が各
水平走査線上における光切断線200を抽出出力している
期間、A/D変換回路の出力Viを順次累積演算する。
従って、この累積加算回路からは、前記第１式の分
母、すなわちビデオ信号Viの累積値 が演算出力されることになる。
また、前記累積乗算回路は、光切断線抽出回路が各水
平走査線上における光切断線200を抽出出力している
間、A/D変換回路の出力Viと水平アドレス発生回路の出
力Kiとの積Vi×Kiを順次累積演算する。
従って、この累積乗算回路からは、前記第１式に示す
分子、すなわちビデオ信号Viと水平方向画素アドレスKi
との積の累積値 が演算出力されることになる。
そして、各累積加算回路および累積乗算回路から出力
される値は、水平光切断位置検出回路に入力され、ここ
で前記第１式に基づく演算が行われ水平光切断位置Ksが
求められる。
次に、水平光切断位置Ksの演算時間についての検討を
行う。
まず本発明に用いられる累積加算回路および累積乗算
回路として市販の乗算累積器を用い、さらに水平光切断
位置検出のための割算に市販の割算器を用い、前記第１
式に示す荷重平均をハードウェア演算する場合について
検討する。
この場合には、累積乗算器の遅れ時間は約100n sec、
割算器の遅れ時間は数μsce程度である。このため本発
明によれば前記第６図（ａ）に示す有効水平走査期間終
了後約５〜６μsec以内の短時間で水平光切断位置Ksの
検出を完了することができる。
Lsの検出 また、垂直光切断位置Lsは、水平光切断位置Ksを検出
するために走査している水平走査ラインの行数に相当す
るものである。
本発明においては、TVカメラから各水平走査ビデオ信
号が出力される毎に、垂直光切断位置検出回路を用い、
前記TVカメラの水平同期信号をカウントし、その垂直光
切断位置Lsの検出を行っている。
このようにすることにより、本発明によれば、TVカメ
ラの有効水平走査期間の終了後約５〜６μsec以内に、
当該水平ライン上における光切断線ポイントＰの水平光
切断位置Ksおよび垂直光切断位置Lsを検出することがで
きる。
三次元座標 次に、検出された光切断位置KsおよびLsに対応した三
次元座標値を求める動作を説明する。
ところで、第１のスリット光100−１が投光されてい
るときに得られる光切断位置Ｋ、Lsと、実際の対象物表
面上のX,Z座標値との間には一定の対応関係がある。ま
た、第２のスリット光100−２が投光されているときに
得られる光切断位置Ｋ、Lsと、実際の対象物表面上のX,
Z座標値との間には一定の対応関係がある。
本発明は、このような点に着目し、十字スリット光源
12から投光されるスリット光100−１、100−２と対応す
る二組のルックアップテーブル、すなわちXZルックアッ
プテーブルおよびYZルックアップテーブルを設けたこと
を特徴とする。
ここにおいて、前記XZルックアップテーブルには、第
１のスリット光100−１が投光されているときに水平光
切断位置Ksと垂直光切断位置Lsが入力された際、実際の
対象物表面上のX,Z座標値が出力されるよう、予めKs,Ls
とＸ、Ｚ座標値との対応関係がテーブル化して記憶され
ている。
また、前記YZルックアップテーブルには、第２のスリ
ット光100−２が投光されているときに水平光切断位置K
sと垂直光切断位置Lsが入力された際、実際の対象物表
面上のY,Z座標値が出力されるよう、予めKs,LsとＹ、Ｚ
座標値との対応関係がテーブル化して記憶されている。
このような対応関係は、予め実験的または理論的に求
めることができる。
そして、本発明の装置は、座標テーブル切換回路を用
い、第１のスリット光100−１が投光されているときにK
s,Ls出力をXYルックアップテーブルに入力し、また第２
のスリット光100−２が投光されているときにKs,Ls出力
をYZルックアップテーブルに入力している。
このようにすることにより、本発明によれば、水平お
よび垂直光切断位置Ks、Lsが検出されるごとに、何ら特
別な演算やソフトウェア処理を行うことなく、対象物10
の測定点Ｐにおける三次元座標値（Ｘ、０、Ｚ）または
（０、Ｙ、Ｚ）を迅速に出力することができる。
ここにおいて、（Ｘ、０、Ｚ）は、第１のスリット光
100−１に基づき得られた三次元座標値であり、（０、
Ｙ、Ｚ）は、第２のスリット光100−２に基づき得られ
た三次元座標値である。
その理由は、第１のスリット光100−１が、Ｙ＝０のZ
X平面に沿って投光され、第２のスリット光100−２が、
Ｘ＝０のZY平面に沿って投光されているからである。
ここにおいて、前記ルックアップテーブルを、現在使
用できる電子部品、例えばROMなどを用いて構成すれ
ば、このルックアップテーブルからは、数百n sec程度
の極めて短い処理時間でＸ、Ｙ、Ｚ座標値を出力でき
る。
そして、ルックアップテーブルから出力されるＸ、
Ｙ、Ｚ座標値は、TVカメラの水平走査に同期して順次記
憶回路に記憶される。
この記憶回路に、例えば市販のRAMを用いDMA（ダイレ
クト メモリ アドレッシング）でデータを書き込め
ば、ルックアップテーブルからのＸ、Ｙ、Ｚ座標出力か
ら数百n sec後には、１点の三次元座標値（Ｘ、Ｙ、
Ｚ）の記憶を完了する。
従って、TVカメラの有効水平走査期間終了後、最大６
〜７μsec程度以内、すなわち帰線期間内に当該水平ラ
イン上の光切断線の対応する一点の三次元座標値の検出
記憶を完了することができる。
このようにして、本発明によればTVカメラの水平走査
周期（63.5μsec）以内で一点の三次元座標値の検出を
充分余裕も持って行うことが可能となり、光切断線200
に沿った各点P0、P1、P2…の三次元座標値の実時間測定
を行うことができる。
なお、前記水平光切断位置Ksの検出のための割算と、
Ｘ、Ｙ、Ｚ座標値の記憶回路への書込みに、マイクロコ
ンピュータを用いたソフトウェア処理を利用することも
可能である。
この時は、割算に約20μsec、記憶回路への記憶に約2
0μsec必要となり、このままでは帰線期間内にこれらの
処理を完了することができない。
しかし、第６図（ｂ）に示すように、ルックアップテ
ーブルの出力を１水平走査期間保持するよう構成すれ
ば、記憶回路への記憶を当該水平走査の次の水平走査期
間に行うようにすることで、TVカメラの有効水平走査周
期（63.5μsec）での実時間測定が可能となる。
また、このようにすれば、ハードウェア割算器を用い
水平光切断位置検出回路を形成したり、またDMAで記憶
回路への書込みを行わせるよりも、装置全体の回路構成
をより簡単にすることができるというメリットもある。
第１および第２の発明と従来技術との比較 （イ）従 来 １カメラ１スリット光方式の装置では、三次元対象物
の各部の寸法を計るのに、移動機構に回転機構が必要と
なり、移動機構の精度・コストに問題があった。
また、１カメラ２スリット方式の装置では、十字スリ
ットなので移動機構は直交系だけでよいが、光学系の最
適設計ができないため、暗くスペックルの多い光切断線
画像を処理しなければならず座標測定精度が十分ではな
かった。
（ロ）本発明 これに対し、本発明は、各スリット光に１台のカメラ
を割り当てるため光学系の最適設計（あおり角の導入）
ができ、明るいスペックルの少ない光切断線画像が得ら
れる。この結果、対象物表面各部の寸法計測、姿勢計測
を移動機構に負担をかけず高精度で行うことができる。
第２の発明と従来技術との比較 （イ）従来 従来装置は、TVカメラから出力される水平走査ビデオ
信号を全てソフトウェア処理することにより、三次元座
標値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の演算を行っていた。
従って、例えば１本の水平走査ビデオ信号を処理して
１点Ｐの水平光切断位置Ksを求めるのに700〜800μsec
時間を必要とする。さらに、この切断位置Ksを基にして
行う演算式を用いたソフトウェア処理に約数百μsecの
処理時間を必要とした。
このため、結局１つの点Ｐの三次元座標の演算に数千
μsecの処理時間が必要となり、実際の生産工程に要求
される63.5μsecという処理時間を満足することは全く
できなかった。
（ロ）本発明 これに対し、本発明は、累積加算回路、累積乗算回路
および光切断線位置検出回路を用いて水平光切断位置Ks
を、加重平均法により求めている。このため、前述した
ように、有効水平走査の終了とほぼ同時にあるいは当該
水平走査の次の水平走査期間内に、水平光切断位置Ksを
求めることができる。
また、本発明では、切断位置Ks、Lsに対応した対象物
表面の三次元座標を予め理論的または実験的に求め、そ
の関係をルックアップテーブル内にテーブル化して記憶
している。
このため、対象物表面における測定点Ｐの切断位置K
s、Lsが求まると同時に、これに対応した三次元座標値
（Ｘ、Ｙ、Ｚ）をルックアップテーブルから直接出力す
ることができ、しかもこの三次元座標の出力を、当該水
平走査期間内または次の水平走査期間内に充分余裕をも
って完了することができる。
このように、本発明によれば、スリット光とTVカメラ
を用いる三次元座標測定装置で、従来問題となっていた
座標の演算処理時間を大幅に短縮し、三次元対象物表面
の座標検出を高速で行うことができる。
特に、本発明によれば、１点当たりの座標検出をTVカ
メラの１水平走査時間（63.5μsec）以内で行うことが
できる。すなわち、２カメラ２スリット光方式を採用
し、各TVカメラにあおり角を設けた光学系が設定されて
いるため、TVカメラや対象物の移動や回転を伴うことな
く、リアルタイムの座標検出処理を行うことができる。
従って、例えば、従来不可能であった数十mm/secで定
速移動する三次元対象物の表面全体についてもその座標
測定を良好に行うことができ、例えば、生産工程におけ
る部品、製品の検査、寸法の計測、ロボットによる自動
組付けのためのセンサ等として各種分野に広範囲に利用
することが可能となる。
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、１つのスリッ
ト光に１台のカメラが割り当てられているため、TVカメ
ラのレンズを最適あおり角に設定することができ、明る
いスペックルの少ない光切断線画像を得ることができ
る。この結果、対象物表面各部における寸法測定、姿勢
計測を移動機構に負担をかけず高精度に行うことがで
き、しかも装置自体のコストダウンを図ることもでき
る。
さらに本発明によれば、光切断線に沿う三次元対象物
の表面各点における三次元座標を、高速でしかも精度良
く測定することができる。
［実施例］ 次に本発明の好適な実施例を図面に基づき説明する。
なお、前記第３図および第４図と対応する部材には同一
符号を付してその説明は省略する。
第１実施例 第７図には本発明に係る三次元座標測定装置の好適な
第１実施例が示されている。
実施例の装置は、一台の十字スリット光源12、２台の
TVカメラ14−1,14−２およびスリット光切替回路16を含
む。
前記十字スリット光源12は、三次元対象物10に向け、
互いに直交する第１のスリット光100−１と第２のスリ
ット光100−２を投光できるよう形成されている。ここ
において、前記第１のスリット光100−１は、Ｙ＝０のZ
X平面に沿って投光され、また第２のスリット光100−２
は、Ｘ＝０のZY平面に沿って投光される。
そして、スリット光切替回路16は、前記十字スリット
光源12を制御し、この光源12から第１のスリット光100
−１および第２のスリット光100−２を交互に投光さ
せ、対象物10の表面に、第４図に示すような光切断線20
0−１および200−２を交互に形成する。本実施例におい
て、このスリット光切替回路16はフリップフロップを用
いて構成され、TVカメラ14から出力される奇数／偶数フ
ィールド信号により、１フレーム時間（33.3mm sec）周
期で、投光するスリット光を100−１、100−２の順に交
互に切替えている。
そして、これらの光切断線200−１および200−２は、
２台のTVカメラ14−１、14−２を用いてそれぞれ撮影さ
れている。
本発明において、第１のTVカメラ14−１は、その撮像
素子１の垂直方向（j1）がＸ軸方向とほぼ一致するよう
設置され、光切断線200−１を撮影している。
また、第２のTVカメラ14−２は、その撮像素子２の垂
直方向（j2）がＹ軸方向とほぼ一致するよう設置され、
光切断線200−２を撮影している。
ところで、本発明におけるスリット光100−１とTVカ
メラ14−１との位置関係に着目すると、第１のスリット
光100−１はＹ＝０のZX面に平行であり、第１のTVカメ
ラ14−１はその撮像素子１の垂直方向（j1）がＸ軸方向
にほぼ一致している。従って、TXカメラカメラ14−１の
レンズにあおり角をもたせることができ、このようにす
ることにより、第１のスリット光100−１がなすZX面を
ぼけの少ない状態で観測することができ、しかも第１の
TVカメラ14−１を用いて明るいスペックルの少ない光切
断線200−１を撮影することができる。
また、本発明におけるスリット光100−２とTVカメラ1
4−２との位置関係も同様であり、従って、TVカメラカ
メラ14−２のレンズにあおり角をもたせることにより、
第２のスリット光100−２がなすZY面をぼけの少ない状
態で観測することができ、しかも第２のTVカメラ14−２
を用いて明るいスペックルの少ない光切断線200−２を
撮影することができる。
このようにして、本発明によれば、広い測定範囲（Ｚ
軸方向）にわたり、明るくしかもスペックルの少ない十
字の光切断像を、２台のTVカメラ14−１、14−２を用い
て撮影することができ、これら各TVカメラ14−1,14−２
の出力はTVカメラ出力切換回路18を介して座標測定回路
19に入力される。
本実施例において、このTVカメラ出力切換回路18は、
スイッチを用いて構成され、前記スリット光切替回路16
の出力する切換指令に基づき、第１のスリット光100−
１が投光されているときには第１のTVカメラ14−１の信
号を、また第２のスリット光100−２が投光されている
ときには第２のTVカメラ14−２の信号を選択して座標測
定回路19へ向け出力する。
そして、座標測定回路19は、このようにして入力され
るTVカメラ14−1,14−２のビデオ信号を演算処理し、前
記第１のスリット光100−１が投光されているときには
対象物表面各点の三次元座標値（X,0,Z1）を、また第２
のスリット光100−２が投光されているときには対象物
表面各点の三次元座標値（0,Y,Z2）を出力する。
なお、本発明において、第１のスリット光100−１に
対応した三次元座標値のＹ座標が零である理由は、第１
のスリット光100−１が、Ｙ＝０のZX平面に沿って投光
されているからである。同様に、第２のスリット光100
−２に対応した三次元座標値のＸ座標が零である理由
は、第２のスリット光100−２が、Ｘ＝０のZY平面に沿
って投光されるからである。
以下、本発明にかかる座標測定回路19の具体的な構成
を説明する。
前述したように、この座標測定回路に入力されたビデ
オ信号300は、まずTVカメラ14のクロック周期に同期し
てA/D変換回路20によりデジタルビデオ信号Viに変換さ
れ、光切断線抽出回路22、累積加算回路30、累積乗算回
路32に入力される。
また、しきい値設定回路24には、ビデオ信号から光切
断線200を抽出するためのしきい値Vsが設定されてお
り、設定されたしきい値Vsは光切断抽出回路22へ入力さ
れている。
実施例の光切断線抽出回路22は比較器を用いて形成さ
れ、第６図（ａ）に示すように、入力されるビデオ信号
Viとしきい値Vsとを比較し、ビデオ信号Viがしきい値Vs
を上回っている期間だけ、光切断線抽出信号を累積加算
回路30および累積乗算回路32へ向け出力する。
また、本実施例の水平アドレス発生回路28は、カウン
タを用いて形成され、TVカメラ14から出力されるクロッ
ク信号をカウントし、このカウント値Kiを撮像素子14b
の水平方向位置を表す水平方向アドレスとして累積乗算
回路32へ向け出力する。
前記累積加算回路30は、ハードウエアの乗算累積器を
用いて構成されている。そして光切断線抽出回路22が光
切断線200を抽出出力している間、A/D変換回路20の出力
Viと値「１」とを乗算し、その累積値、 を順次演算出力する。
この累積演算は、TVカメラ14から水平同期信号が出力
される毎に新たに繰り返して行われる。
従って、この累積加算回路30からは、TVカメラ14が水
平走査ビデオ信号を出力する毎に、前記第１式の分母が
演算出力されることになる。
また、前記累積乗算回路32はハードウェアの乗算累積
器を用いて構成されている。そして、光切断線抽出回路
22が光切断線抽出信号を出力している間、A/D変換回路2
0から出力される信号Viと水平アドレス発生回路28の出
力する水平方向アドレスKiとを乗算し、その累積値 を順次演算出力する。
この累積演算は、TVカメラ14から水平同期信号が出力
される毎にあらたに繰り返して行われる。
従って、この累積乗算回路32からは、TVカメラ14が水
平走査ビデオ信号を出力する毎に前記第１式の分子が演
算出力されることになる。
そして、前記２つの累積演算値ΣViおよびΣVi×Ki
は、割算器で構成された水平光切断位置検出回路26に入
力され、ここで後者を前者で割算する演算が行われ、前
記第１式に示す水平光切断位置Ksが求められる。
また、実施例の垂直光切断位置検出回路38は、カウン
タを用いて形成され、TVカメラ14から出力される水平同
期信号をカウントし、TVカメラ14が現在走査している水
平ラインの番号、すなわち垂直光切断位置Lsを検出す
る。
実施例においては、累積加算回路30、累積乗算回路32
がハードウエアで構成され、その演算遅れ時間は数十n
secである。このため、本実施例においては、最も遅い
場合でも第６図（ａ）の有効水平走査の終了後数十n se
cでΣVi、ΣVi×Ki、Lsを検出することができる。
さらに、本実施例において、水平光切断位置検出回路
38として市販の標準的なハードウェア割算器を用いる
と、割算時間は数μsecであるため、第６図（ａ）の有
効水平走査終了後５〜６μsec以内で水平光切断位置Ks
を検出することができる。
そして、このようにして検出された各ポイントＰの水
平光切断位置Ksおよび垂直光切断位置Lsはルックアップ
テーブル40へ入力される。
本発明の特徴は、十字スリット光源12から投光される
スリット光100−１および100−２と対応するXZルックア
ップテーブル40−１およびYZルックアップテーブル40−
２を設けたことにある。
ここにおいて、前記XZルックアップテーブル40−１に
は、スリット光100−１を投射した際得られる光切断位
置Ks、Lsと、実際の対象物10の表面におけるＸ、Z1座標
値との対応関係が予めテーブル化して記憶されている。
このような対応関係は、予め実験的または理論的に求め
ることができる。
同様にして、YZルックアップテーブル40−２には、ス
リット光100−２を投射した際得られる光切断位置Ks、L
sと、実際の対象物表面のＹ、Z2座標値との対応関係が
テーブル化して記憶されている。
そして、実施例の装置は、TVカメラ14から出力される
奇数／偶数フィールド信号に基づき使用するルックアッ
プテーブル40−１、40−２の切替を行う座標テーブル切
換回路56を用い、第１のスリット光100−１が投光され
ているときにKs,Ls出力をXZルックアップテーブル40−
１に入力し、また第２のスリット光100−２が投光され
ているときにKs,Ls出力をYZルックアップテーブル40−
２に入力している。
このようにすることにより、検出されたKs,Lsから対
象物表面の三次元座標値を求めるのに、演算式を利用し
たソフトウェア処理を行う必要がなくなり、単にルック
アップテーブルから光切断位置Ks,Lsに対応した三次元
座標値を読み出すだけですむ。
従って、本発明によれば、水平および垂直光切断位置
Ks、Lsが検出されるごとに、何ら特別な演算やソフトウ
ェア処理を行うことなく、対象物10の測定点Ｐにおける
三次元座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を迅速に出力することができ
る。
本実施例において、前記XZルックアップテーブル40−
１はＸ座標テーブル42、Ｚ座標テーブル44−１から構成
され、各テーブル42、44−１は、それぞれ前記スリット
光100−１を投光したときに得られるKs、Lsと各三次元
座標値Ｘ、Z1の対応テーブルが予め記憶されたROMを用
いて形成されている。
また、前記YZルックアップテーブル40−２はＹ座標テ
ーブル46、Ｚ座標テーブル44−２から構成され、各テー
ブル46、44−２は、それぞれ前記スリット光100−２を
投光したときに得られるKs、Lsと各三次元座標値Ｘ、Z2
の対応テーブルが予め記憶されたROMを用いて形成され
ている。
そして、第６図（ａ）に示す各有効水平走査期間が終
了すると同時に、Ks、Lsがテーブル40−１または40−２
に入力されると、これらテーブル40−１または40−２か
らは、その後数100n sec後に対応した座標値が出力され
記憶回路48に書込まれる。
実施例において、この記憶回路48は、TVカメラ14の水
平ラインの各番号と対応するアドレスをもった半導体メ
モリ50を用いて構成されている。
そして、垂直光切断位置回路38から出力される垂直光
切断位置Ls（TVカメラ14の水平ラインの番号）で指定さ
れたアドレスに、テーブル40−１、40−２から出力され
る三次元座標値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を順次記憶する。このよ
うにコンピュータを介さないでメモリ50のアドレスを直
接指定することをDMA（ダイレクト メモリ アドレシ
ング）という。
なお、このように半導体メモリ50に直接データを記憶
させる場合には、メモリ50に座標値が入力されてから数
100n secでデータ記憶が終了する。すなわち、前記有効
水平走査期間終了後約６〜７μsec以内で一点の三次元
座標値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の記憶が完了する。
このようにして、本実施例の装置によれば、水平ライ
ン上の光切断線200に対応する一点の三次元座標値
（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の検出記憶動作を、TVカメラ14の有効水
平走査期間終了後、約６〜７μsec程度、すなわちその
帰線期間内に完了することができる。
この結果、本実施例によれば、TVカメラ14の水平走査
周期（63.5μsec）で一点の三次元座標値の検出が可能
となり、光切断線200に沿った各点P0,P1…の三次元座標
値を実時間で測定することができる。
マイクロコンピュータを用いた場合 また、本実施例においては、水平光切断位置Ksの検出
のための割算と、Ｘ、Ｙ、Ｚ座標値の半導体メモリ50へ
の書込みに、マイクロコンピュータによるソフトウェア
処理を利用することもできる。
このときは、割算に約20μsec、メモリ50への書込み
に20μsec必要なため、そのままでは帰線時間内にこれ
らの処理を行えない。
しかし、第６図（ｂ）に示す如く、まずΣViとΣVi K
iをマイクロコンピュータに取り込み割算を行って水平
光切断位置Ksを求め、次にこのKsを別途設けられたラッ
チ回路に１水平走査期間だけ記憶させ、そのラッチ出力
をルックアッテーブル40に入力する。
このようにすれば、ルックアップテーブル40の出力は
第６図（ｂ）に示すように１水平走査期間保持される。
従って、この保持期間の間に、ルックアップテーブル
40から出力されるＸ、Ｙ、Ｚ座標値をマイクロコンピュ
ータを用い半導体メモリ50へ書き込めば良い。
このような手法は、当該水平ライン上に存在する測定
点Ｐの座標データを、次の水平ライン走査期間中に記憶
するものであり、パイプライン処理の１つである。
このような処理を行うことにより、水平光切断位置Ks
の演算と半導体メモリ50へのデータの書込みにマイクロ
コンピュータを用いた場合でも、一水平走査分の遅れは
あるものの、１点の三次元座標値の検出記憶を水平走査
時間（63.5μsec）周期で行い、光切断線200に沿った各
点P0、P1、…の三次元座標値を実時間で測定することが
できる。
第２実施例 第８図には、本発明に係る三次元座標測定装置の好適
な第２実施例が示されている。本実施例の特徴的事項
は、光切断線200が１本の水平走査線上に２本以上存在
するときに、光切断線抽出回路22から出力される２つ以
上の抽出信号のうち最初か最後のいずれか１つを選択し
て、累積加算回路30および累積乗算回路32へ向け出力す
る光切断線指定回路60を設けたことにある。
すなわち、スリット光100を用いた三次元座標の測定
は、１つの水平走査線上に光切断線200が１本しか発生
しないことを前提に行っている。
しかし、対象物10によっては多重反射などにより１つ
の水平走査線上に２つ以上の光切断線200が生じること
がある。
第９図（ａ）には、二重反射のためにＰ、Ｐ′、の２
個所から反射光が返り、１つの水平走査線上に２つの光
切断線200が生じる場合の一例が示されている。
このようなとき、従来は、フレームメモリなどに蓄え
たビデオ信号をソフトウェア処理し、主反射成分である
Ｐ点からの反射成分だけを抽出できるようなしきい値Vs
を設定するか、あるいはＰ点からの反射成分が発生して
いる区間を切り出すなどして、光切断位置Ksを正しく抽
出していた。
しかし、このようなソフトウェア処理による方法で
は、１つの水平走査線の処理に非常に多くの時間を必要
とし、実際の生産工程で要求される63.5μsec以下の処
理時間を満足することは到底不可能であった。
ところが、実際の測定では、測定対象物10のおおまか
な形状が事前に分っていることが多く、このような場合
には、第９図（ｂ）に示すように、ビデオ信号Viに２つ
以上のピークがあっても、どちらのピークが真値である
かを測定者が予め判断することができる。
そこで、本実施例においては、光切断線指定回路60を
用い、最初から最後の光切断線200のいずれを採用する
かを予め指定しておき、指定された光切断線を選択的に
出力し、座標測定を行っている。
このようにすることにより、多重反射により２つ以上
の光切断線200が発生しても対象物表面の三次元座標を
正確に測定することができる。
本実施例においてこの光切断線指定回路60は、具体的
にはフリップフロップ62、インバータ64、フリップフロ
ップ66、インバータ68、アンドゲート70、スイッチ72か
ら構成されている。
そして、光切断線抽出回路22の出力は、フリップフロ
ップ62へ直接入力されると共に、インバータ64を介して
反転され他方のフリップフロップ66へ入力されている。
従って、第９図（ｂ）に示すように、光切断線抽出回
路22が最初の光切断線200を検出すると、この検出立上
り点Kisでフリップフロップ62がセットされ、立下り点K
ieで他方のフリップフロップ68がセットされる。
また、アンドゲート72には、一方のフリップフロップ
62の出力が直接入力されると共に、他方のフリップフロ
ップ66の出力がインバータ68を介して反転入力されてい
る。このため、アンドゲート70からは最初の光切断線20
0に対応したパルス信号が選択出力されることになる。
従って、スイッチ72を用いて、アンドゲート70の出力
を選択すれば最初の光切断線が選択され、光切断線抽出
回路22の出力を選択すれば累積加算回路30と累積乗算回
路32は光切断線抽出回路22から抽出信号が出力される度
に演算を繰り返すので、最後の光切断線200が選択さ
れ、このようにすることにより対象物表面から多重反射
で２つ以上の光切断線200が発生しても、高速性を失う
ことなく対象物表面各点における三次元座標を実時間で
かつ正確に測定することができる。
第３実施例 また、第９図（ａ）に示すように、多重反射が発生し
た際対象物表面の谷部からも反射があると、第11図
（ｂ）に示すように、ビデオ信号のピーク値の裾の部分
が持上げられてしまい、固定しきい値Vsで光切断線200
を抽出していたのではこの光切断線位置を正しく検出す
ることができなくなる。
本実施例の装置は、このような場合にも正しい光切断
線位置を検出可能とするものであり、その特徴は、ビデ
オ信号のピーク値Vpをｑ倍した比例しきい値を設定する
ことにある。
ここにおいて、前記ｑは、対象物10の反射係数などを
考慮してその値を初期設定すればよく、このようにする
ことによりビデオ信号のピーク値Vpの値が変化しても、
その裾の部分の反射信号の影響を受けることなく光切断
位置を正確に検出することができる。
第10図には、本実施例に係る三次元座標測定装置の具
体的な回路構成が示されており、実施例の装置は、比例
しきい値設定回路74、しきい値選択回路76およびデュア
ルラインメモリ78を含む。
前記デュアルラインメモリ78は、A/D変換回路20を介
して出力される１水平走査分のビデオ信号Viを各水平走
査毎に対応するメモリエリアに交互に記憶する。そし
て、前回の水平走査期間に記憶されたビデオ信号、すな
わち１水平走査前のビデオ信号Viを光切断線抽出回路2
2、累積加算回路30および累積乗算回路32へ向け出力す
る。
従って、このデュアルラインメモリ78は、A/D変換回
路20から第Ｎ行めの水平走査ビデオ信号Viが出力されて
いるときには、これを一方のメモリエリアに順次書込
み、他方のメモリエリアから、前回の水平走査、すなわ
ち第（Ｎ−１）行目の水平走査ビデオ信号Viを同時に出
力することになる。
このため、実施例の装置では、常に１水平走査前の水
平走査ビデオ信号に基づき、測定点Ｐの水平光切断位置
Ks、すなわち三次元座標値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を求めること
になる。
従って、この１水平走査分の遅れを利用して、ビデオ
信号Viのピーク値Vpに応じた最適なしきい値を設定でき
れば、対象物10の谷部からの多重反射によりピーク信号
の裾の部分が持上げられた場合でも、光切断線位置を正
しく検出できることが理解できよう。
このため、比例しきい値設定回路74は、TVカメラ14の
１水平走査毎に、ビデオ信号Viの最大値Vpを検出し、そ
の最大値Vpに予め設定した比例係数ｑを乗算した値qVp
を比例しきい値として出力している。
実施例において、この比例しきい値設定回路74は、最
大値記憶回路74a、シフトレジスタ74bから構成されてい
る。
そして、最大値記憶回路74aは、A/D変換回路20から出
力される１水平走査分のビデオ信号Viから光切断線部分
の最大値Vpを検出記憶し、当該有効水平走査の終了と同
時に、その値Vpをシフトレジスタ74bに出力する。
シフトレジスタ74bは、入力された最大値Vpに予め定
められた係数ｑを乗算し、その値qVpを比例しきい値と
してしきい値選択回路76へ向け出力する。ここにおい
て、シフトレジスタ74bによる比例しきい値の演算は、
入力された最大値Vpを予め定められた係数ｑに対応する
ビット数分だけビットシフトすることにより行なわれ
る。例えば、係数がｑ＝0.125＝1/23であれば３ビット
分だけビットシフトを行うことで比例しきい値を演算出
力する。
そして、比例しきい値選択回路76は、比例しきい値設
定回路74から出力される比例しきい値qVpとしきい値設
定回路24から出力される固定しきい値Vsとを比較し、大
きい方を基準しきい値として光切断線抽出回路22へ向け
出力している。
実施例においてこのしきい値選択回路76は比較器76a
とディジタルスイッチ76とから構成されている。
そして、前記比較器76aは両設定回路24および74から
出力されるしきい値を比較し、その比較データをディジ
タルスイッチ76bに向け出力する。
ディジタルスイッチ76bは、この比較結果に基づき、q
Vpが固定しきい値Vsより大きいときはqVpを出力し、ま
たこれとは逆の場合には固定しきい値Vsを選択出力す
る。
ここにおいて、前記比例しきい値設定回路74およびし
きい値選択回路76をハードウェアで構成した場合、その
遅れ時間は合計で数百n sceであるので、当該水平ライ
ン（第Ｎ行）の帰線時間内に充分余裕を持って基準しき
い値の選択設定を行うことができる。
このようにして、本実施例の装置によれば、TVカメラ
14からＮ行目の水平走査ビデオ信号300は出力される
と、この第Ｎ行目のビデオ信号Viをデュアルラインメモ
リ78の一方のメモリエリアに順次書き込み、これと共
に、当該ビデオ信号Viに対する最適な基準しきい値Vsを
その水平ライン（第Ｎ行）の帰線時間内にしきい値設定
回路76から出力する。
従って、TVカメラ14の水平走査がＮ行から（Ｎ＋１
行）に切り変ると同時に、デュアルラインメモリ78の出
力する前回の水平走査ライン、すなわち第Ｎ行の水平走
査ビデオ信号Viから真の光切断線200が抽出され、前記
第１実施例と同様にして水平光切断位置Ksが演算出力さ
れることになる。
このようにして、本実施例によれば、対象物表面から
の多重反射により、ビデオ信号中に含まれる光切断線20
0の裾の部分が持上げられ、固定しきい値Vsだけでは光
切断線200を抽出することができないような場合でも、
光切断線200の水平光切断位置Ksを確実に検出し、三次
元座標値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の実時間測定を行うことができ
る。
また、本実施例においては半導体メモリ50への三次元
座標値の書込みをDMAで行っているため、１水平走査分
の時間遅れがあるものの、光切断線200に沿った対象物
表面各点P0,P1…三次元座標値を水平走査毎にほぼ実時
間で測定することができる。
また、このとき垂直光切断位置Lsは、一水平走査前の
値を出力することが必要であるから、垂直光切断位置検
出回路38を構成するカウンタに予めマイナス１をプリセ
ットしておき、水平周期信号をカウントさせればよい。
なお、本実施例の装置はこれに限らず、例えば半導体
メモリ50への三次元座標の書込みにマイクロコンピュー
タを介在させることも可能である。
この場合には、半導体メモリ50へのデータの書込みに
数十μsec必要とするため、例えば第Ｎ行の水平走査ビ
デオ信号Viについての三次元座標値の書込みは、第Ｎ＋
２行の水平走査終了時に完了することになる。
このようなパイプライン処理を行うことにより、マイ
クロコンピュータを用いた場合でも、谷部からの反射の
影響を受けることなく、各測点における三次元座標の実
時間測定を行うことができる。
第４実施例 また、対象物表面に多重反射が発生すると、例えば第
11図（ｃ）に示すように、１水平走査分のビデオ信号に
２つ以上のピークが存在したり、あるいはピークが２つ
でもどちらが真の光切断線200に対応したものかを一概
に判断できない場合もある。
本実施例の装置はこのような場合においても測定対象
とする光切断線200を確実に選択し、対象物表面各点に
おける三次元座標の実時間測定を可能とするものであ
る。
第12図には、本実施例に係る三次元座標測定装置が示
されている。
本実施例の装置は、１水平走査分のビデオ信号に複数
のピークが含まれていても、真の光切断線200に対応す
るΣViの値は最大となることに着目し、求めたい光切断
線200に対応するピークを選択することを特徴とするも
のである。このため、実施例の装置には、ΣVi最大値記
憶回路84と、ΣVi Ki記憶回路86とが設けられている。
そして、前記ΣVi最大値記憶回路84は、光切断線200
が１本の水平走査線200上に２本以上存在するときに、
累積加算回路30から出力されるΣViの最大値を検出記憶
すると共に、検出時に同期して最大値検出信号を出力す
るよう形成されている。
実施例において、このΣVi最大値記憶回路84は、比較
器84aおよびラッチ回路84bから構成されている。
前記ラッチ回路84bは、１水平走査が終了した時点で
クリアされ、その後累積加算回路30から出力されるΣVi
をラッチする。
また、比較器84aは、累積加算回路30の出力とラッチ
回路84の出力とを比較し、累積加算回路30の出力が大き
いときにラッチ回路84の内容を更新させ、しかもΣVi K
i記憶回路86に向け最大値検出信号を出力する。
この結果、ラッチ回路84bにはΣViの最大値、すなわ
ち真の光切断線200に対応したΣViがラッチされ、その
ラッチ出力が水平光切断位置検出回路26に向け出力され
ることとなる。
また、前記ΣVi Ki記憶回路86は、累積乗算回路32か
ら出力されるΣVi×Kiを、前記最大値検出信号に同期し
て記憶するよう形成されており、具体的には各種水平走
査終了と同時にその内容がクリアされ、しかも前記最大
値検出信号によりその記憶内容が更新されるラッチ回路
を用いて構成されている。
従って、これら記憶回路84および86からは、真の光切
断線200に対応するΣViおよびΣVi×Kiが水平光切断位
置検出回路26に向け出力されることとなる。
例えば、第11図（ｃ）に示すように、１水平走査期間
中にイロハの３つのピークを含むビデオ信号が出力され
た場合を想定する。
この場合には、まず（イ）の光切断線200に対応した
ΣViおよびΣVi Kiが演算され各記憶回路84、86に書き
込まれる。
これに続いて、（ロ）の光切断線200に対応するΣVi
およびΣVi Kiが演算され、これが記憶回路84、86に入
力されるが、この値は前記（イ）の光切断線200に対応
する値に比べ小さいため、記憶回路84、86の内容は更新
されない。
次に、（ハ）の光切断線200に対応したΣViおよびΣV
i Kiが演算出力されるが、この値も前記（イ）の光切断
線200に対応した値よりも小さいため、記憶回路84、86
内容は更新されない。
このようにして、同図に示す場合においては、ΣViが
最も大きい（イ）の光切断線200に対応したΣViおよび
ΣVi Kiが各記憶回路84、86に書き込まれ、水平光切断
位置検出回路26に向け出力されることになる。
以上の構成とすることにより、本発明によれば第11図
（ｃ）に示すように、１水平光走査期間中に複数のピー
クが存在し、どのピークが真の光切断線200を表すもの
か一概に判定できないような場合でも、前記各記憶回路
84、86を用いることにより真の光切断線200に対応した
ピーク値を確実に選択し、三次元座標値を演算すること
ができる。
本実施例において、前記記憶回路84、86をハードウェ
アで構成すると、その遅れ時間は100n sec程度であるか
ら、各水平走査ラインの有効水平走査終了時点から数百
n sec後にはΣViが最大となる光切断線のΣViおよびΣV
i Kiを記憶することができる。
従って、本実施例の装置を用いれば、１水平走査期間
内に複数のピークが存在する場合でも、高速性を失うこ
となく対象物表面の三次元座標の実時間測定の正確に行
うことが可能となる。
また、本実施例の装置に、例えば第13図に示すよう
に、比例しきい値設定回路74、しきい値選択回路76およ
びデュアルラインメモリ78を設けることも可能である。
このようにすることにより、例えば第９図（ａ）に示
すように、多重反射の様子が複雑で、谷部からの反射と
Ｐ点からの強い光反射があるような場合でも、第11図
（ｄ）に示すごとく、谷部からの反射の影響を受けない
よう比例しきい値qVpを設定することができる。しかも
比例しきい値qVpを越える多重反射信号があったとして
も、ΣVi最大値記憶回路84が主反射点Ｐに対応したピー
クを選択することができる。
従って、このような構成とすることにより、多重反射
の影響をより低減し、対象物表面の三次元座標を、高速
性を失うことなくより高い精度で測定することが可能と
なる。
第５実施例 また、本発明のように、スリット光100とTVカメラ14
とを用いた三角測量による座標測定では、TVカメラ14を
用いて検出される光切断線200の幅Ｗが測定精度に大き
な影響を与える。
第14図には、TVカメラ14の撮像素子14bの上に受光さ
れる光切断線幅Ｗとビデオ信号Viとの関係が示されてい
る。
同図において、光切断線幅Ｗが狭く、例えばTVカメラ
14の撮像素子14bの１画素分しかないような場合には、
水平光切断位置の演算に加重平均処理を行っても、１画
素の量子化誤差以上にその測定精度を上げることはでき
ない。
これとは逆に、光切断線幅Ｗが広過ぎると、空間分解
能が低下するという問題がある。
そこで、最適な光切断線幅Ｗは３画素〜５画素である
ことが実験的に確認されている（文献１）。
従って、光切断線200の幅Ｗは、その値が撮像素子14b
の３〜５画素に入っている座標データのみを有効データ
だとするような座標データの良否の評価指標として、ま
たはその値が小さすぎるときはスリット光強度を弱くす
るためのフィードバック情報として、精度の高い座標測
定を実現するための有効なデータとなり得る。
また、本発明のようにスリット光100とTVカメラ14を
用いた三角測量による座標測定では、検出される光切断
線200の最大値VpがTVカメラ14の撮像素子14bの飽和レベ
ル以下か否かがその測定精度に大きく影響する。
しかも、光切断線200の最大値Vpは、その値が撮像素
子14bの飽和レベルをやや下回っている座標データのみ
を有効データだとするような座標データの良否の評価指
標、または飽和レベルに達しているときはスリット光強
度を弱くするなどのフィードバック情報など、精度の高
い座標測定を実現するための有効なデータとなり得る。
すなわち、第15図（ａ）に示すように、反射信号強度
が最適で反射信号波形が左右対象の正規分布に近い形と
なっている場合には、精度、空間分解能ともよい条件で
水平光切断位置ksを求めることができる。
これに対し、第15図（ｂ）に示すように、反射光信号
強度が強すぎると、撮像素子14bが飽和し、波形は台形
状となる。このときに求められる光切断位置Ksは、精
度、空間分解能とも悪くなる。
また第15図（ｃ）に示すように、反射信号強度が弱す
ぎるとS/N比が低下し、その測定精度が悪くなる。
本実施例の特徴的事項は、光切断線幅Ｗと反射信号強
度が適切がどうかを判断するために、各水平走査ごとの
光切断線幅Ｗと光切断線強度最大値Vpとを、座標測定と
同時に高速で検出することにある。
第16図には、本実施例の三次元測定装置の具体的な回
路構成が示されており、実施例の装置は、光切断線強度
最大値検出回路90と、光切断線幅検出回路92とを有す
る。
前記光切断線強度最大値検出回路90は、各水平走査ご
とに、抽出された光切断線200の最大強度Vpを検出する
よう形成されており、実施例においてはラッチ回路90a
および比較器90bから構成されている。
そして、前記ラッチ回路90aは、光切断線200が抽出さ
れた時点でクリアされ、その後A/D変換回路20から出力
されるビデオ信号Viをラッチする。
また、比較器90bは、A/D変換回路20から出力されるビ
デオ信号Viとラッチ回路90aのラッチ出力と比較し、ビ
デオ信号Viが大きいとき、ラッチ回路90aの内容を更新
する。
この結果、ラッチ回路90aには、光切断線強度の最大
値Vpがラッチされ、そのラッチ出力は記憶回路48に向け
出力されることとなる。
また、前記光切断線幅検出回路92は、各水平走査ごと
に、光切断線幅Ｗを検出するよう形成されている。
実施例においてこの光切断線幅検出回路92はカウンタ
を用いて構成され、光切断線抽出回路22から光切断線抽
出信号が出力されている期間、TVカメラ14のクロック信
号をカウントする。このようにして、光切断線200を受
光する撮像素子14bの画素数、すなわち光切断線幅Ｗを
検出し、その検出信号Ｗを記憶回路48に向け出力してい
る。
ここにおいて、光決断線強度最大値検出回路90を構成
するラッチ回路90a、比較器90bおよび光切断線幅検出回
路92を構成するカウンタの遅れ時間は、それぞれ数10n
secであるから、これら各検出回路90および92は、遅く
ても有効水平走査終了後数10n sec〜100n secで光切断
線強度最大値Vpおよび光切断線幅Ｗを検出することがで
きる。
そして、検出された光切断線強度最大値Vpおよび光切
断線幅Ｗは、DMA（ダイレクト メモリ アドレスシン
グ）で半導体メモリ50に書き込まれる。
この結果、実施例の装置では光切断線強度最大値Vpお
よび光切断線幅Ｗを、有効水平走査終了後数100n secで
メモリ50へ書き込むことができる。
以上説明したように、本実施例によれば、光切断線強
度最大値Vpおよび光切断線幅Ｗの測定と、三次元座標値
（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の測定とをTVカメラ14の各水平走査ごと
に充分余裕をもって高速で行うことができる。
また、本実施例においても、必要に応じ光切断線指定
回路60を設けることもでき、また必要に応じ例えば半導
体メモリ50へのデータの書き込みにマイクロコンピュー
タを用いることもできる。
従来技術との比較 次に、第５実施例の装置に用いられる光切断線強度最
大値検出回路90および光切断線幅検出回路92を従来技術
と対比して説明する。
従来、反射信号強度や光切断線幅が適切かどうかを判
断する場合には、ビデオ信号を一旦フレームメモリに蓄
え、ソフトウェア処理で光切断線強度最大値Vp、光切断
線幅Ｗを求めていた。このため、その検出に一点当り数
100μsec以上かかってしまい、実用上要求される63.5μ
secの処理時間を実現することはできなかった。
これに対し、本実施例の装置では、光切断線強度最大
値検出回路90および光切断線幅検出回路92をハードウェ
アで構成することで、座標測定と並列に光切断線強度最
大値および光切断線幅検出を行うことができ、しかも一
点当り63.5μsec以下の高速検出を実現することができ
た。
なお、本実施例においては、三次元座標測定装置に光
切断線強度最大値検出回路90および光切断線幅検出回路
92の双方を設ける場合を例に取り説明したが、本発明は
これに限らず必要に応じていずれか一方の検出回路90ま
たは92のみを設けても良い。
第６実施例 第17図には本発明の好適な第６実施例が示されてい
る。本実施例の特徴は、光切断線200が１本の水平走査
線上に２本以上存在するときに、真の光切断線200（累
積加算回路の出力ΣViが最大となる光切断線200）の幅
Ｗおよびその強度の最大値Vpを検出出力することにあ
る。
このため、実施例の装置には、光切断線幅一時記憶回
路96および光切断線強度最大値一時記憶回路94が設けら
れている。
そして、光切断線幅一時記憶回路96はラッチ回路を用
いて構成され、ΣVi最大値記憶回路84から出力される最
大値検出信号に同期して、光切断線幅検出回路92から出
力される光切断線幅Ｗをラッチし、その値を記憶回路48
に書き込む。
また、光切断線強度最大値一時記憶回路94はラッチ回
路を用いて構成され、ΣVi最大値記憶回路84から出力さ
れる最大値検出信号に同期して、光切断線強度最大値検
出回路90から出力される光切断線強度最大値Vpをラッチ
し、その値を記憶回路48に書き込む。
このようにして、実施例の装置によれば、光切断線20
0が１本の水平走査線上に２本以上存在する場合でも、
そのピーク値が最大となる光切断線200を特定し、その
幅Ｗおよびその強度の最大値Vpを検出することができ
る。
なお、前記各記憶回路94、96を構成するラッチ回路の
遅れ時間はいずれも数十n sec程度であるため、実施例
の装置によれば、有効水平走査が終了した後数百n sec
程度で、光切断線200の幅Ｗおよびその強度の最大値Vp
をラッチすることができる。
このとき、記憶回路48へのデータの書き込みはDMAで
行うことができ、これにより座標測定と同時に、一点あ
たり63.5μsec以内で光切断線幅Ｗと強度最大値Vpとを
検出できる。
第７実施例 第18図には本発明の好適な第７実施例が示されてい
る。
本実施例の特徴的事項は、各水平走査ごとに検出され
る光切断線幅Ｗまたは光切断線の最大強度Vpに基づき、
スリット光の幅または強度を適切な値に制御する制御回
路110を設けたことにある。
実施例において、この制御回路110は比較器112、光切
断線強度最大値設定器114、記憶回路116、比較器118、
光切断線幅設定器120およびマイクロコンピュータ122か
ら構成されている。
そして、比較器112は、光切断線強度最大値検出回路9
0から検出出力される光切断線の最大強度Vpと、最大値
設定器114を用いて設定された光切断線強度の最大値Vsp
とを比較し、その比較結果（Vp≫Vsp,Vp≒Vsp,Vp≪
Vsp）を各水平走査毎に記憶回路116に順次書き込む。
同様にして、比較器118は、光切断線幅検出回路92か
ら出力される光切断線幅Ｗ、設定器120で設定された光
切断線幅Wsとを比較し、その比較結果（Ｗ≫Ws,W≒Ws,W
≪Ws）を各水平走査毎に記憶回路116に書き込む。
このようにして、実施例の装置では、各水平走査ごと
に検出された光切断線強度最大値Vpおよび光切断線幅Ws
の判定結果を記憶回路116に書き込み記憶する。
そして、マイクロコンピュータ122は、このようにし
て記憶回路116に書き込まれた判定結果に基づき、スリ
ット光源12から投光されるスリット光100の幅ｗおよび
強度Vpを最適な値に制御する。
すなわち、実施例の制御回路110は、光切断線強度最
大値検出回路90から出力される光切断線強度最大値Vpに
基づき、その値が撮像素子14bの飽和レベルVsatをやや
下回る（例えば0.8〜0.9×Vsat）ように、スリット光投
射強度を制御し、高精度の座標測定を実現している。
同様にして、実施例の制御回路110は、光切断線幅検
出回路92から出力される光切断線幅Ｗに基づき、その値
Ｗが撮像素子14bの３〜５画素程度となるようスリット
光を制御し、高精度の座標測定を実現可能としている。
ここにおいて、スリット光100の制御は、前記三次元
座標測定に先立って行っても良く、また三次元座標測定
と平行して行っても良い。
すなわち、検出されたスリット光100の最大値Vpおよ
び幅Ｗが適切であるか否かを判定し、適切であると判定
された場合にはその条件で三次元測定を行い、また不適
切であると判定された場合には、スリット光100の強度V
pまたは幅Ｗを適切な値に制御した後三次元座標測定を
開始する。
また、これ以外に、このような光切断線200の判定動
作と座標測定動作とを並行して行うこともできる。
例えば、光切断線200が適切であると判定されたとき
の三次元座標データを有効データとし、不適切であると
判定されたときの三次元座標データを無効データとして
記憶しておき、不適切な三次元座標データについてはス
リット光を適切な強度または幅に制御した後、再度座標
測定を行い有効な三次元座標データに書き替えればよ
い。
このような動作を繰り返して行うことにより、実施例
の三次元座標測定装置は、適切な強度および幅をもった
スリット光100を用いて、対象物10表面の三次元座標測
定をより高精度で行うことが可能となる。
なお、本実施例においては、検出された光切断線200
の最大値Vpおよび幅Ｗの双方を最適値となるよう制御す
る場合を例に取り説明したが、本発明はこれに限らず必
要に応じて光切断線強度最大値検出回路90から出力され
る光切断線の最大値Vpのみに基づきスリット光100の強
度を最適制御するよう構成することもでき、またこれと
は逆に光切断線幅検出回路92から出力される光切断線幅
Ｗに基づき、スリット光100の幅を最適制御するよう形
成することもできる。
また、本実施例の装置は、前記第６実施例に示す装置
に対しても適用できることはいうまでもない。
なお、前記各実施例の装置は、水平光切断位置Ksの演
算に加重平均処理を用いているが、前記第１の発明にか
かる装置はこれに限定されるものではなく、例えば光切
断線抽出回路22から光切断線抽出信号が出力されている
期間の出力立上がり点と出力立ち下り点におけるアドレ
スKis、Kieを加算し、これを水平光切断位置Ksとして求
めてもよい。
【図面の簡単な説明】
第１図は本出願に係る第１発明のクレーム対応図、 第２図は本出願に係る第２発明のクレーム対応図 第３図は従来の１カメラ１スリット光方式の装置の説明
図であり、同図（ａ）はスリット光源とTVカメラとの相
対位置関係を示す説明図、同図（ｂ）はTVカメラから出
力されるビデオ信号の説明図、 第４図は従来の１カメラ２スリット光方式の装置の説明
図であり、同図（ａ）はスリット光源とTVカメラとの相
対位置関係を示す説明図、同図（ｂ）はTVカメラから出
力されるビデオ信号の説明図、 第５図はスリット光とTVカメラを用いた三角測量の原理
説明図、 第６図はTVカメラから出力されるビデオ信号の説明図で
あり、同図（ａ）はビデオ信号としきい値との関係を示
す説明図、同図（ｂ）はビデオ信号とルックアップテー
ブルから出力される三次元座標値との出力タイミングを
示す説明図、 第７図は本発明に係る三次元座標測定装置の好適な第１
実施例のブロック図、 第８図は本発明に係る三次元座標測定装置の好適な第２
実施例のブロック図、 第９図は第８図に示す第２実施例の反射光およびそのタ
イミングチャートの説明図であり、同図（ａ）はスリッ
ト光の多重反射により、対象物の表面に複数の光切断線
が形成される場合の説明図、同図（ｂ）はこのような多
重反射が発生した場合における前記第８図の回路各部に
おけるタイミングチャート図、 第10図は本発明に係る三次元座標測定装置の好適な第３
実施例のブロック図、 第11図は多重反射が生じたときのビデオ信号としきい値
との関係を示す説明図、 第12図は本発明に係る三次元座標測定装置の好適な第４
実施例のブロック図、 第13図は前記第４実施例の装置に比例しきい値設定回路
を設けた場合のブロック図、 第14図はビデオ信号とTVカメラの撮像素子上に受光され
る光切断線幅との関係を示す説明図、 第15図はビデオ信号の説明図であり、同図（ａ）は光切
断線の反射信号強度が適切なときの信号説明図、同図
（ｂ）は反射信号強度が強過ぎるときの信号説明図、同
図（ｃ）は反射信号強度が弱過ぎるときの信号説明図、 第16図は本発明に係る三次元座標測定装置の好適な第５
実施例を示すブロック図、 第17図は本発明に係る三次元座標測定装置の好適な第６
実施例を示すブロック図、 第18図は本発明に係る三次元座標測定装置の好適な第７
実施例を示すブロック図である。 10……三次元対象物 12……スリット光源 14……TVカメラ 16……スリット光切替回路 14……カメラ出力切替回路 20……A/D変換回路 22……光切断線抽出回路 24……しきい値設定回路 26……水平光切断位置検出回路 28……水平アドレス発生回路 30……累積加算回路 28……累積乗算回路 38……垂直光切断位置検出回路 40−１……XZルックアップテーブル 40−２……YZルックアップテーブル 48……記憶回路 56……座標テーブル切替回路 60……光切断線指定回路 74……比例しきい値設定回路 76……しきい値選択回路 78……デュアル ライン メモリ 90……光切断線強度最大値検出回路 92……光切断線幅検出回路 94……ΣVi最大値記憶回路 96……ΣVi Ki記憶回路 100−１……第１のスリット光 100−２……第２のスリット光 110……制御回路 200−１……第１の光切断線 200−２……第２の光切断線 300……ビデオ信号
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−130808（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−89504（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−95203（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−203906（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−80008（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−45725（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−65203（ＪＰ，Ａ)

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】XYZ直交座標系において互いにＺ軸上で直
    交し、XZ平面と平行な第１のスリット光と、YZ平面に平
    行な第２のスリット光とを対象物に投光できる十字スリ
    ット光源と、 前記十字スリット光源の２本のスリット光を交互に投光
    できるようにするスリット光切換回路と、 前記スリット光により対象物上に形成される光切断線を
    撮像するために、撮像素子の垂直方向がＸ軸と概略平行
    になるように設置され、かつ内蔵されるレンズにあおり
    角が設けられている第１のTVカメラおよび撮像素子の垂
    直方向がＹ軸と概略平行になるように設置され、かつ内
    蔵されるレンズにあおり角が設けられている第２のTVカ
    メラと、 前記第１のスリット光が投光されたときには第１のTVカ
    メラ、前記第２のスリット光が投光されたときには第２
    のTVカメラの出力信号を選択出力するTVカメラ出力切換
    回路と、 前記TVカメラ出力切換回路の出力を処理し、前記第１の
    スリット光が投光されているときにはXZ座標値を、第２
    のスリット光が投光されているときにはYZ座標値を出力
    する座標測定回路と、を具備し、 前記スリット光切換回路は、前記TVカメラの１フレーム
    期間毎に前記スリット光を切り換え、また、前記TVカメ
    ラ出力切換回路は、前記スリット光切換回路の１フレー
    ム期間毎の切換に同期してTVカメラ出力を切り換え、か
    つ、前記座標測定回路は、前記TVカメラの１フレーム期
    間内に光切断線位置の検出処理ならびに三次元座標値の
    検出処理を行うことを特徴とする三次元座標測定装置。
  2. 【請求項２】XYZ直交座標系において互いにＺ軸上で直
    交し、XZ平面と平行な第１のスリット光と、YZ平面に平
    行な第２のスリット光とを対象物に投光できる十字スリ
    ット光源と、 前記十字スリット光源の２本のスリット光を交互に投光
    できるようにするスリット光切換回路と、 前記スリット光により対象物上に形成される光切断線を
    撮像するために、撮像素子の垂直方向がＸ軸と概略平行
    になるように設置され、かつ内蔵されるレンズにあおり
    角が設けられている第１のTVカメラおよび撮像素子の垂
    直方向がＹ軸と概略平行になるように設置され、かつ内
    蔵されるレンズにあおり角が設けられている第２のTVカ
    メラと、 前記第１のスリット光が投光されたときには第１のTVカ
    メラ、前記第２のスリット光が投光されたときには第２
    のTVカメラの出力信号を選択出力するTVカメラ出力切換
    回路と、 前記TVカメラ出力切換回路の出力を処理し、前記第１の
    スリット光が投光されているときにはXZ座標値を、第２
    のスリット光が投光されているときにはYZ座標値を出力
    する座標測定回路と、を具備し、 前記スリット光切換回路は、前記TVカメラの１フレーム
    期間毎に前記スリット光を切り換え、また、前記TVカメ
    ラ出力切換回路は、前記スリット光切換回路の１フレー
    ム期間毎の切換に同期してTVカメラ出力を切り換え、か
    つ、前記座標測定回路は、前記TVカメラの１フレーム期
    間内に光切断線位置の検出処理ならびに三次元座標値の
    検出処理を行うように構成されており、 さらに、前記座標測定回路は、 水平走査に同期してTVカメラ出力切替回路から出力され
    るビデオ信号をデジタルビデオ信号Viに変換出力するA/
    D変換回路と、 ビデオ信号から光切断線を抽出するためのしきい値を設
    定するしきい値設定回路と、 デジタルビデオ信号Viが前記しきい値を越えている間だ
    け光切断線抽出信号を出力する光切断線抽出回路と、 TVカメラの撮像素子の水平方向画素の位置を表す水平方
    向アドレスKiを発生する水平アドレス発生回路と、 光切断線抽出回路から光切断線抽出信号が出力されてい
    る期間、A/D変換回路を介して出力されるビデオ信号Vi
    を累積演算する累積加算回路と、 光切断線抽出回路から光切断線抽出信号が出力されてい
    る期間、A/D変換回路を介して出力されるビデオ信号Vi
    と、水平アドレス発生回路から出力される水平方向アド
    レスKiとの積Vi×Kiを累積演算する累積乗算回路と、 前記累積乗算回路の出力ΣVi×Kiを前記累積加算回路の
    出力ΣViで割算し、この演算値Ksを水平光切断位置とし
    て出力する水平光切断位置検出回路と、 TVカメラの水平同期信号をカウントし、垂直光切断位置
    Lsを検出する垂直光切断位置検出回路と、 第１のスリット光が投光されているときに水平光切断位
    置Ksと垂直光切断位置Lsが入力された際、実際の対象物
    表面上のX,Z座標値が出力されるよう、予めKs,LsとX,Z
    座標値との対応関係をテーブル化して記憶しているXZル
    ックアップテーブルと、 第２のスリット光が投光されているときに水平光切断位
    置Ksと垂直光切断位置Lsが入力された際、実際の対象物
    表面上のY,Z座標値が出力されるよう予めKs,LsとY,Z座
    標値との対応関係をテーブル化して記憶しているYZルッ
    クアップテーブルと、 第１のスリット光が投光されているときは、Ks,Ls出力
    をXZルックアップテーブルに入力し、第２のスリット光
    が投光されているときはKs,Ls出力をYZルックアップテ
    ーブルに入力する座標テーブル切換回路と、 前記各ルックアップテーブルの出力を記憶する記憶回路
    と、 を含み、光切断線に沿って対象物表面の三次元座標を実
    時間で測定することを特徴とする三次元座標測定装置。
  3. 【請求項３】特許請求の範囲（２）記載の装置におい
    て、光切断線が１本の水平走査線上に２本以上存在する
    ときに、光切断線抽出回路から出力される２つ以上の光
    切断線抽出信号のうち最初または最後のいずれか一つを
    選択して累積加算回路および累積乗算回路に向け出力す
    る光切断指定回路を含むことを特徴とする三次元座標測
    定装置。
  4. 【請求項４】特許請求の範囲（２）に記載の装置におい
    て、 A/D変換回路を介して出力される１水平走査分のビデオ
    信号Viを交互に記憶し、前回の水平走査期間に記憶した
    ビデオ信号を光切断線抽出回路、累積加算回路および累
    積乗算回路に向け出力するデュアルラインメモリと、 TVカメラの１水平走査毎に、ビデオ信号Viの最大値を検
    出し、その最大値に予め設定した比例係数を乗算した値
    を比例しきい値として出力する比例しきい値設定回路
    と、 比例しきい値設定回路で設定した比例しきい値が、前記
    しきい値設定回路で設定した通常のしきい値より大きい
    ときは比例しきい値を、小さいときは通常のしきい値を
    基準しきい値として光切断線抽出回路へ向け出力するし
    きい値選択回路と、 を含むことを特徴とする三次元座標測定装置。
  5. 【請求項５】特許請求の範囲（２）または（４）のいず
    れかに記載の装置において、 光切断線が１本の水平走査線上に２本以上存在するとき
    に、累積加算回路から出力されるΣViの最大値を検出し
    記憶するとともに、最大値検出信号を出力するΣVi最大
    値記憶回路と、 ΣVi記憶回路から出力される最大値検出信号に同期し
    て、累積乗算回路の出力ΣVi×Kiを記憶するΣViKi記憶
    回路と、 を含むことを特徴とする三次元座標測定装置。
  6. 【請求項６】特許請求の範囲（２）〜（５）のいずれか
    に記載の装置において、 各水平走査毎に、光切断線が抽出されている期間TVカメ
    ラのクロック信号をカウントし光切断線幅を検出する光
    切断線幅検出回路を含むことを特徴とする三次元座標測
    定装置。
  7. 【請求項７】特許請求の範囲（２）〜（６）のいずれか
    に記載の装置において、 ΣVi最大値記憶回路から出力される最大値検出信号に基
    づき、光切断線幅検出回路から出力される光切断線幅を
    一時記憶する光切断線幅一時記憶回路を含み、 光切断線が１本の水平走査線上に２本以上存在するとき
    に、累積加算回路の出力ΣViが最大となる光切断線の幅
    を検出出力することを特徴とする三次元座標測定装置。
  8. 【請求項８】特許請求の範囲（２）〜（７）のいずれか
    に記載の装置において、 各水平走査毎に、抽出された光切断線の最大強度を検出
    する光切断線強度最大値検出回路を含むことを特徴とす
    る三次元座標測定装置。
  9. 【請求項９】特許請求の範囲（２）〜（８）のいずれか
    に記載の装置において、 ΣVi最大値記憶回路から出力される最大値検出信号に基
    づき、光切断線強度最大値検出回路から出力される光切
    断線強度最大値を一時記憶する光切断線強度最大値一時
    記憶回路を含み、 光切断線が１本の水平走査線上に２本以上存在するとき
    に、累積加算回路の出力ΣViが最大となる光切断線の強
    度の最大値を検出出力することを特徴とする三次元座標
    測定装置。
  10. 【請求項１０】特許請求の範囲（６）〜（９）のいずれ
    かに記載の装置において、 各水平走査毎に検出された光切断線幅および光切断線の
    最大強度の両者またはいずれか一方の値に基づき、スリ
    ット光の強度を適切な値に制御する制御回路を含むこと
    を特徴とする三次元座標測定装置。
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