JP2536821Y2 - 三次元位置測定装置 - Google Patents
三次元位置測定装置Info
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- JP2536821Y2 JP2536821Y2 JP1991072339U JP7233991U JP2536821Y2 JP 2536821 Y2 JP2536821 Y2 JP 2536821Y2 JP 1991072339 U JP1991072339 U JP 1991072339U JP 7233991 U JP7233991 U JP 7233991U JP 2536821 Y2 JP2536821 Y2 JP 2536821Y2
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- Japan
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本考案は、被検体の三次元形状を
高精度に測定しうる三次元測定装置に関する。
高精度に測定しうる三次元測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、建造物，備蓄タンク等の歪を高
精度で測定する技術は、これらの保守の観点から重要で
ある。ここで歪は対称物の３次元形状の経時的な変化と
して把握されるが、保守点検においては、測定精度とし
て数mm程度の分解能が必要なため、高精度な三次元形状
測定技術が必要とされる。この三次元の形状測定技術の
一例を次に説明する。
精度で測定する技術は、これらの保守の観点から重要で
ある。ここで歪は対称物の３次元形状の経時的な変化と
して把握されるが、保守点検においては、測定精度とし
て数mm程度の分解能が必要なため、高精度な三次元形状
測定技術が必要とされる。この三次元の形状測定技術の
一例を次に説明する。
【０００３】図５に示す三次元位置測定装置は、本願出
願人が先に出願したものである（特開平２−３００６０
９号公報参照）。
願人が先に出願したものである（特開平２−３００６０
９号公報参照）。
【０００４】同図に示すように、光照射部Ａにおいて
は、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源１からの出射光が、可変アッ
テネータ２を介し、さらにレンズ３，４で構成されるビ
ームエクスパンダ５を介してミラー６で反射され、この
出射光が被検体７の表面ａに結像する。ここで、可変ア
ッテネータ２は被検体７の表面の傾き、反射率の影響に
より観測系の受光レベルが変動するのを防止するための
ものである。また、エクスパンダ５はＨｅ−Ｎｅレーザ
光の拡り角を小さくするためのものであり、レンズ４が
搭載されているレンズ搭載ステージ８を動かすことによ
り表面ａにおけるビーム径が最小となるように調整され
ている。一方、ミラー６は回転ステージ９に搭載され、
モータ１０により駆動されるようになっており、その回
動位置は反射光の光軸からの傾きである回転角θとして
ロータリーエンコーダ１１により読取られる。
は、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源１からの出射光が、可変アッ
テネータ２を介し、さらにレンズ３，４で構成されるビ
ームエクスパンダ５を介してミラー６で反射され、この
出射光が被検体７の表面ａに結像する。ここで、可変ア
ッテネータ２は被検体７の表面の傾き、反射率の影響に
より観測系の受光レベルが変動するのを防止するための
ものである。また、エクスパンダ５はＨｅ−Ｎｅレーザ
光の拡り角を小さくするためのものであり、レンズ４が
搭載されているレンズ搭載ステージ８を動かすことによ
り表面ａにおけるビーム径が最小となるように調整され
ている。一方、ミラー６は回転ステージ９に搭載され、
モータ１０により駆動されるようになっており、その回
動位置は反射光の光軸からの傾きである回転角θとして
ロータリーエンコーダ１１により読取られる。
【０００５】一方、被検体７からの反射光を検出する光
検出部Ｂでは、撮像光学系１２が撮像レンズ１３及び検
出器１４で構成され、レンズ１３を搭載するレンズ搭載
ステージ１５を動かすことにより検出器１３におけるス
ポット系が最小となるように調整されるようになってお
り、さらに撮像レンズ１３，検出器１４及びレンズ搭載
ステージ１５は回転ステージ１６に搭載されてモータ１
７により駆動され、その回転角ψはロータリーエンコー
ダ１８により読取られるようになっている。
検出部Ｂでは、撮像光学系１２が撮像レンズ１３及び検
出器１４で構成され、レンズ１３を搭載するレンズ搭載
ステージ１５を動かすことにより検出器１３におけるス
ポット系が最小となるように調整されるようになってお
り、さらに撮像レンズ１３，検出器１４及びレンズ搭載
ステージ１５は回転ステージ１６に搭載されてモータ１
７により駆動され、その回転角ψはロータリーエンコー
ダ１８により読取られるようになっている。
【０００６】また、上述した光照射部Ａ及び光検出部Ｂ
は架台１９上に保持され、モータ２０により駆動される
ようになっており、その回転中心はＨｅ−Ｎｅレーザ光
の光軸に一致し、回転角ωはロータリーエンコーダ２１
により読取られる。なお、上記ミラー６及び受光器１４
の回転軸は平行であり、それぞれＨｅ−Ｎｅレーザ光の
光軸と点ｂ，ｃにおいて直角に交差している。
は架台１９上に保持され、モータ２０により駆動される
ようになっており、その回転中心はＨｅ−Ｎｅレーザ光
の光軸に一致し、回転角ωはロータリーエンコーダ２１
により読取られる。なお、上記ミラー６及び受光器１４
の回転軸は平行であり、それぞれＨｅ−Ｎｅレーザ光の
光軸と点ｂ，ｃにおいて直角に交差している。
【０００７】ここで、光照射部Ａにおける可変アッテネ
ータ２、レンズ搭載ステージ８及びモータ１０、光検出
部Ｂにおけるレンズ搭載ステージ１５及びモータ１７並
びにモータ２０は、ドライバ２２及びコントローラ２３
により制御されており、また、ロータリーエンコーダ１
１，１８，２１のデータは読取カウンター２４で読取ら
れる。そして、これらの一連の制御並びにデータによる
被検体７の表面ａの位置の演算はＣＰＵ２５により行わ
れている。
ータ２、レンズ搭載ステージ８及びモータ１０、光検出
部Ｂにおけるレンズ搭載ステージ１５及びモータ１７並
びにモータ２０は、ドライバ２２及びコントローラ２３
により制御されており、また、ロータリーエンコーダ１
１，１８，２１のデータは読取カウンター２４で読取ら
れる。そして、これらの一連の制御並びにデータによる
被検体７の表面ａの位置の演算はＣＰＵ２５により行わ
れている。
【０００８】この装置においては、ビームエクスパンダ
５及び回転ステージ９を制御することにより被検体７の
測定すべき表面ａにビーム径が最小となるように調整さ
れた像を形成し、この像が撮像光学系１２の光軸中心に
なるように回転ステージ１６を制御すると共に、レンズ
搭載ステージ１５を動かすことにより検出器１４におけ
るスポット径が最小となるように調整する。この際の回
転角θ，ψ及び点ｂ，ｃ間の距離ｘm を用い、三角測量
の原理により被検体７の表面ａの位置を算出することが
できる。さらに、回転角θ，ωを変化させて同様に順次
測定することにより、被検体７の反射点位置の三次元マ
ッピングを行うことができる。
５及び回転ステージ９を制御することにより被検体７の
測定すべき表面ａにビーム径が最小となるように調整さ
れた像を形成し、この像が撮像光学系１２の光軸中心に
なるように回転ステージ１６を制御すると共に、レンズ
搭載ステージ１５を動かすことにより検出器１４におけ
るスポット径が最小となるように調整する。この際の回
転角θ，ψ及び点ｂ，ｃ間の距離ｘm を用い、三角測量
の原理により被検体７の表面ａの位置を算出することが
できる。さらに、回転角θ，ωを変化させて同様に順次
測定することにより、被検体７の反射点位置の三次元マ
ッピングを行うことができる。
【０００９】
【考案が解決しようとする課題】ところで、前述した図
５に示す三次元位置測定装置においては、光検出部Ｂを
構成する撮像光学系１２全体がψ軸を中心に回転するよ
うになっているので、測定速度の高速化を図ることがで
きないという問題がある。また光学ユニットが大型化と
なり、三次元位置測定装置をコンパクトにすることがで
きないという問題がある。
５に示す三次元位置測定装置においては、光検出部Ｂを
構成する撮像光学系１２全体がψ軸を中心に回転するよ
うになっているので、測定速度の高速化を図ることがで
きないという問題がある。また光学ユニットが大型化と
なり、三次元位置測定装置をコンパクトにすることがで
きないという問題がある。
【００１０】本考案は上記事情に鑑み、高速で三次元位
置の測定を可能とし高精度でコンパクトな三次元位置測
定装置を提供することを目的とする。
置の測定を可能とし高精度でコンパクトな三次元位置測
定装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本考
案に係る三次元位置測定装置の構成は、平行光乃至収束
光をプローブ光として被検体に照射すると共にその照射
方向が２本の回転軸回りの回動により可変である光照射
部と、撮像レンズ及び受光素子からなりその光軸方向が
２本の回転軸回りの回動により可変であり且つ上記被検
体からの反射光をその反射点の像が当該光軸に一致する
よう回動調整して検出する光検出部と、上記プローブ光
の出射方向及び上記光検出部での受光方向並びに当該光
検出部と上記光照射部との相対的位置関係より三角測量
の原理で上記反射点の位置を検出する処理部とを備え、
且つ光照射部の回転軸の一方と光検出部の回転軸の一方
とが、該光照射部の回転中心と該光検出部の回転中心と
を結ぶ直線（ω軸）に一致する三次元位置測定装置であ
って、上記光照射部の回転中心と光検出部の回転中心と
を結ぶ直線（ω軸）と一致しない回転軸方向のプローブ
光の出射方向の走査および受光方向の走査を行うための
反射鏡を該直線（ω軸）上に設けてなると共に、該直線
（ω軸）上に光軸調整用のレーザ光が貫通できる孔を装
置枠体に設けてなることを特徴とする。
案に係る三次元位置測定装置の構成は、平行光乃至収束
光をプローブ光として被検体に照射すると共にその照射
方向が２本の回転軸回りの回動により可変である光照射
部と、撮像レンズ及び受光素子からなりその光軸方向が
２本の回転軸回りの回動により可変であり且つ上記被検
体からの反射光をその反射点の像が当該光軸に一致する
よう回動調整して検出する光検出部と、上記プローブ光
の出射方向及び上記光検出部での受光方向並びに当該光
検出部と上記光照射部との相対的位置関係より三角測量
の原理で上記反射点の位置を検出する処理部とを備え、
且つ光照射部の回転軸の一方と光検出部の回転軸の一方
とが、該光照射部の回転中心と該光検出部の回転中心と
を結ぶ直線（ω軸）に一致する三次元位置測定装置であ
って、上記光照射部の回転中心と光検出部の回転中心と
を結ぶ直線（ω軸）と一致しない回転軸方向のプローブ
光の出射方向の走査および受光方向の走査を行うための
反射鏡を該直線（ω軸）上に設けてなると共に、該直線
（ω軸）上に光軸調整用のレーザ光が貫通できる孔を装
置枠体に設けてなることを特徴とする。
【００１２】
【作用】前記構成において、装置枠体に設けた光軸（ω
軸）調整用の貫通孔からレーザ光を導入して光照射部と
光検出部の回転軸であるθ軸，ψ軸に設ける反射鏡の位
置調整を行い、θ軸とψ軸とにそれぞれ設けられた反射
鏡によってプローブ光の走査及び被検体からの反射光の
走査を行うと共に、反射光の検出を反射鏡により受光素
子へ導くことにより三次元位置の高速測定が可能とな
る。
軸）調整用の貫通孔からレーザ光を導入して光照射部と
光検出部の回転軸であるθ軸，ψ軸に設ける反射鏡の位
置調整を行い、θ軸とψ軸とにそれぞれ設けられた反射
鏡によってプローブ光の走査及び被検体からの反射光の
走査を行うと共に、反射光の検出を反射鏡により受光素
子へ導くことにより三次元位置の高速測定が可能とな
る。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の好適な一実施例を図面を参照
して説明する。
して説明する。
【００１４】図１は本実施例に係る三次元位置測定装置
の概略図である。図２はその正面図及び図３はその側面
図を示す。
の概略図である。図２はその正面図及び図３はその側面
図を示す。
【００１５】これらの図面に示すように、枠体１００の
内部には、プローブ光としてのＨｅ−Ｎｅレーザ光Ｌを
出射するレーザ光源１０１と、このＨｅ−Ｎｅレーザ光
Ｌを被検体１０２へ反射する回転自在な反射鏡１０３と
からなる光照射部Ａと、被検体１０２でのレーザ光Ｌの
反射光ＲＬを受光素子であるＣＣＤイメージセンサ１０
４へ導く回転自在な反射鏡１０５とからなる光検出部Ｂ
とが設けられており、且つ光照射部Ａの回転軸であるθ
軸と光検出部Ｂの回転軸であるψ軸とが、光照射部Ａの
回転中心と光検出部の回転中心とを結ぶ直線であるω軸
と直交するように設けられている。従って、図中、ω軸
とθ軸及びψ軸はω⊥θ、ω⊥ψの関係となり、且つθ
//ψの関係を有することとなる。尚、１０６，１０７は
レーザ光を調整するレンズである。
内部には、プローブ光としてのＨｅ−Ｎｅレーザ光Ｌを
出射するレーザ光源１０１と、このＨｅ−Ｎｅレーザ光
Ｌを被検体１０２へ反射する回転自在な反射鏡１０３と
からなる光照射部Ａと、被検体１０２でのレーザ光Ｌの
反射光ＲＬを受光素子であるＣＣＤイメージセンサ１０
４へ導く回転自在な反射鏡１０５とからなる光検出部Ｂ
とが設けられており、且つ光照射部Ａの回転軸であるθ
軸と光検出部Ｂの回転軸であるψ軸とが、光照射部Ａの
回転中心と光検出部の回転中心とを結ぶ直線であるω軸
と直交するように設けられている。従って、図中、ω軸
とθ軸及びψ軸はω⊥θ、ω⊥ψの関係となり、且つθ
//ψの関係を有することとなる。尚、１０６，１０７は
レーザ光を調整するレンズである。
【００１６】上記構成において、レーザ光源１０１から
出射されるＨｅ−Ｎｅレーザ光Ｌは反射鏡１０３によっ
て反射されて被検体１０２に出射される。次いで被検体
１０２での反射光ＲＬを反射鏡１０５の回動により受光
素子であるＣＣＤイメージセンサ１０４へ導くようにし
ている。
出射されるＨｅ−Ｎｅレーザ光Ｌは反射鏡１０３によっ
て反射されて被検体１０２に出射される。次いで被検体
１０２での反射光ＲＬを反射鏡１０５の回動により受光
素子であるＣＣＤイメージセンサ１０４へ導くようにし
ている。
【００１７】この際の回転軸θ軸，ψ軸の回転角θ，ψ
及び反射鏡１０３，１０５間の距離ｘm を用い、三角測
量の原理により被検体１０２の表面ａの位置を算出する
ことができる。さらに、回転角θ，ωを変化させて同様
にして順次測定することにより被検体１０２の反射点位
置の三次元マッピングを行うことができる。
及び反射鏡１０３，１０５間の距離ｘm を用い、三角測
量の原理により被検体１０２の表面ａの位置を算出する
ことができる。さらに、回転角θ，ωを変化させて同様
にして順次測定することにより被検体１０２の反射点位
置の三次元マッピングを行うことができる。
【００１８】尚、検出器は反射光が光軸中心に一致する
ように回転制御されるので、一次元のラインセンサ又は
ピンホール付きの検出器が好ましく、二次元の撮像素子
であってもよい。
ように回転制御されるので、一次元のラインセンサ又は
ピンホール付きの検出器が好ましく、二次元の撮像素子
であってもよい。
【００１９】次に、装置の投光部の光軸調整方法につい
て説明する。本装置の枠体１００にはω軸が貫通する貫
通孔１１０が設けられている。このような装置におい
て、先づ、図４に示すように、先づθ軸反射鏡１０４を
取外し、ω軸を回転させてもレーザ光Ｌが振れないよう
にレーザ光源１０１及びレンズ１０６を調整する。次に
枠体１００内部に設置したレーザ光源１０１からのレー
ザ光Ｌ1 と枠体１００の外部から出射される別のレーザ
光Ｌ2 が一致するように別のレーザ光源１０８を設置す
る。そして、θ軸の回転中心に反射鏡１０３を取付け、
別のレーザ光源１０８のレーザ光Ｌ2 を反射鏡１０３に
出射しここで反射される反射光ＲＬ2 と該レーザ光Ｌ2
とが一致するように反射鏡１０３の位置を調整する。最
後にθ軸エンコーダカウンタ（図示せず）の読みで９０
°反射鏡１０３を回転させた位置でθ軸原点センサが働
くようにセンサ位置を調整する。
て説明する。本装置の枠体１００にはω軸が貫通する貫
通孔１１０が設けられている。このような装置におい
て、先づ、図４に示すように、先づθ軸反射鏡１０４を
取外し、ω軸を回転させてもレーザ光Ｌが振れないよう
にレーザ光源１０１及びレンズ１０６を調整する。次に
枠体１００内部に設置したレーザ光源１０１からのレー
ザ光Ｌ1 と枠体１００の外部から出射される別のレーザ
光Ｌ2 が一致するように別のレーザ光源１０８を設置す
る。そして、θ軸の回転中心に反射鏡１０３を取付け、
別のレーザ光源１０８のレーザ光Ｌ2 を反射鏡１０３に
出射しここで反射される反射光ＲＬ2 と該レーザ光Ｌ2
とが一致するように反射鏡１０３の位置を調整する。最
後にθ軸エンコーダカウンタ（図示せず）の読みで９０
°反射鏡１０３を回転させた位置でθ軸原点センサが働
くようにセンサ位置を調整する。
【００２０】図１に示す装置においては、前記反射鏡１
０３の調整方法と同様に先ずψ軸の回転中心に取付る反
射鏡１０５の調整を行い、次にレンズ１０６の位置調整
を行った後、前述したように、レーザ光源１０１，レン
ズ１０７及び反射鏡１０３の調整を順次行うようにすれ
ばよい。
０３の調整方法と同様に先ずψ軸の回転中心に取付る反
射鏡１０５の調整を行い、次にレンズ１０６の位置調整
を行った後、前述したように、レーザ光源１０１，レン
ズ１０７及び反射鏡１０３の調整を順次行うようにすれ
ばよい。
【００２１】上述したように本実施例に係る三次元位置
測定装置によればθ軸，ψ軸と直交するω軸を設けこれ
らθ軸，ψ軸とに各々反射鏡１０３，１０５をその回転
中心に設けてレーザ光の反射を行うようにすることによ
り、位置調整はω軸からのレーザ光を用いて簡易にでき
ると共に、装置を小形化及び軽量化でき、高速での三次
元の位置測定が可能となる。
測定装置によればθ軸，ψ軸と直交するω軸を設けこれ
らθ軸，ψ軸とに各々反射鏡１０３，１０５をその回転
中心に設けてレーザ光の反射を行うようにすることによ
り、位置調整はω軸からのレーザ光を用いて簡易にでき
ると共に、装置を小形化及び軽量化でき、高速での三次
元の位置測定が可能となる。
【００２２】
【考案の効果】以上実施例と共に述べたように、本考案
に係る三次元位置測定装置はプローブ光を被検体に照射
する際θ軸に設けた反射鏡を用いると共に被検体からの
反射光をψ軸に設けた反射鏡で受光素子へ導くと共に、
これらθ軸とψ軸とに直交するレーザ光と同軸のω軸を
変化させることにより高速での位置測定が可能となる。
また反射鏡の装置だけでよいので装置をコンパクトにす
ることができる。また、θ軸，ψ軸に設ける反射鏡の位
置調整をω軸と同軸に出射するレーザ光により行うこと
で、その精度が向上する。
に係る三次元位置測定装置はプローブ光を被検体に照射
する際θ軸に設けた反射鏡を用いると共に被検体からの
反射光をψ軸に設けた反射鏡で受光素子へ導くと共に、
これらθ軸とψ軸とに直交するレーザ光と同軸のω軸を
変化させることにより高速での位置測定が可能となる。
また反射鏡の装置だけでよいので装置をコンパクトにす
ることができる。また、θ軸，ψ軸に設ける反射鏡の位
置調整をω軸と同軸に出射するレーザ光により行うこと
で、その精度が向上する。
【図１】本実施例に係る三次元位置測定装置の概略図で
ある。
ある。
【図２】その平面図である。
【図３】その側面図である。
【図４】光スキャナの調整作業を示す概略図である。
【図５】従来技術に係る三次元位置測定装置の概略図で
ある。
ある。
１００ 枠体 １０１ レーザ光源 １０２ 被検体 １０３，１０５ 反射鏡 １０４ ＣＣＤイメージセンサ １０６ レンズ １０７ レンズ １０８ レーザ光源 Ｌ，Ｌ1 ，Ｌ2 レーザ光 ＲＬ，ＲＬ2 反射光
Claims (1)
- 【請求項１】 平行光乃至収束光をプローブ光として被
検体に照射すると共にその照射方向が２本の回転軸回り
の回動により可変である光照射部と、撮像レンズ及び受
光素子からなりその光軸方向が２本の回転軸回りの回動
により可変であり且つ上記被検体からの反射光をその反
射点の像が当該光軸に一致するよう回動調整して検出す
る光検出部と、上記プローブ光の出射方向及び上記光検
出部での受光方向並びに当該光検出部と上記光照射部と
の相対的位置関係より三角測量の原理で上記反射点の位
置を検出する処理部とを備え、且つ光照射部の一方の回
転軸と光検出部の一方の回転軸とが、該光照射部の回転
中心と該光検出部の回転中心とを結ぶ直線（ω軸）に一
致する三次元位置測定装置であって、 上記光照射部の回転中心と光検出部の回転中心とを結ぶ
直線（ω軸）と一致しない回転軸方向のプローブ光の出
射方向の走査および受光方向の走査を行うための反射鏡
を該直線（ω軸）上に設けてなると共に、該直線（ω
軸）上に光軸調整用のレーザ光が貫通できる孔を装置枠
体に設けてなることを特徴とする三次元位置測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1991072339U JP2536821Y2 (ja) | 1991-09-09 | 1991-09-09 | 三次元位置測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1991072339U JP2536821Y2 (ja) | 1991-09-09 | 1991-09-09 | 三次元位置測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0523016U JPH0523016U (ja) | 1993-03-26 |
| JP2536821Y2 true JP2536821Y2 (ja) | 1997-05-28 |
Family
ID=13486443
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1991072339U Expired - Lifetime JP2536821Y2 (ja) | 1991-09-09 | 1991-09-09 | 三次元位置測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2536821Y2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6953209B2 (ja) * | 2017-07-10 | 2021-10-27 | 株式会社日立エルジーデータストレージ | 距離測定装置及びその角度調整方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59116806U (ja) * | 1983-01-28 | 1984-08-07 | 株式会社日立製作所 | 三次元形状物体の非接触計測装置 |
| JP2597711B2 (ja) * | 1989-05-16 | 1997-04-09 | 住友電気工業株式会社 | ３次元位置測定装置 |
-
1991
- 1991-09-09 JP JP1991072339U patent/JP2536821Y2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0523016U (ja) | 1993-03-26 |
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