JP2731062B2 - 三次元形状計測装置 - Google Patents
三次元形状計測装置Info
- Publication number
- JP2731062B2 JP2731062B2 JP365092A JP365092A JP2731062B2 JP 2731062 B2 JP2731062 B2 JP 2731062B2 JP 365092 A JP365092 A JP 365092A JP 365092 A JP365092 A JP 365092A JP 2731062 B2 JP2731062 B2 JP 2731062B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical system
- light beam
- scanning
- light
- measurement
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Processing Or Creating Images (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば、成形用型やデ
ザインされた各種製品の模型から外観形状を入力して最
終設計図面に仕上げるＣＡＤ用データの入力装置や、教
育用や販売用に用いられる三次元映像資料の入力装置、
医療用診断装置、或いはロボットの視覚センサとして用
いられる三次形状計測装置に関し、光源と、その光源か
らの測定光線束をＸ−Ｙ平面上の被測定物に向けて走査
する測定用光学系と、前記測定光線束のうち前記被測定
物表面から反射した散乱光線束を検出する受光部と、前
記受光部に前記散乱光線束を導く受光用光学系と、前記
受光部による前記散乱光線束の検出出力に基づき前記Ｘ
−Ｙ平面からの前記被測定物表面の距離を演算導出する
信号処理部とから構成して、前記測定用光学系に、前記
測定光線束をＸ軸方向に走査する主走査光学系と、Ｙ軸
方向に走査する副走査光学系とを備えてある三次元形状
計測装置に関する。
ザインされた各種製品の模型から外観形状を入力して最
終設計図面に仕上げるＣＡＤ用データの入力装置や、教
育用や販売用に用いられる三次元映像資料の入力装置、
医療用診断装置、或いはロボットの視覚センサとして用
いられる三次形状計測装置に関し、光源と、その光源か
らの測定光線束をＸ−Ｙ平面上の被測定物に向けて走査
する測定用光学系と、前記測定光線束のうち前記被測定
物表面から反射した散乱光線束を検出する受光部と、前
記受光部に前記散乱光線束を導く受光用光学系と、前記
受光部による前記散乱光線束の検出出力に基づき前記Ｘ
−Ｙ平面からの前記被測定物表面の距離を演算導出する
信号処理部とから構成して、前記測定用光学系に、前記
測定光線束をＸ軸方向に走査する主走査光学系と、Ｙ軸
方向に走査する副走査光学系とを備えてある三次元形状
計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の三次元形状計測装置としては、
図５に示すように前記光源を、レーザー発振器等を備え
て前記被測定物に向けてスポット光を放出するように構
成し、前記測定用光学系を、前記光源から放出されたス
ポット光を被測定物に対してＸ軸方向に主走査しＹ軸方
向に副走査するように構成するとともに、前記受光部を
一次元イメージセンサを用いて構成し、そのセンサーで
検出された散乱光線束の位置を、Ｘ−Ｙ平面からの前記
被測定物表面迄の高さ、即ちＺ軸方向の距離に対応させ
るようにしていた。
図５に示すように前記光源を、レーザー発振器等を備え
て前記被測定物に向けてスポット光を放出するように構
成し、前記測定用光学系を、前記光源から放出されたス
ポット光を被測定物に対してＸ軸方向に主走査しＹ軸方
向に副走査するように構成するとともに、前記受光部を
一次元イメージセンサを用いて構成し、そのセンサーで
検出された散乱光線束の位置を、Ｘ−Ｙ平面からの前記
被測定物表面迄の高さ、即ちＺ軸方向の距離に対応させ
るようにしていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術によ
れば、前記測定用光学系によりＸ−Ｙ平面上の被測定物
に向けて走査される測定光線束がスポット光であったの
で、被測定物の形状を詳細に検出するためには、主走査
方向のサンプリング密度及び副走査方向の走査線密度の
双方を高くする必要があった。ここで、主走査方向のサ
ンプリング密度を高くするためには、前記一次元イメー
ジセンサの応答速度に制限があるため走査速度を遅くし
なければならないし、副走査方向の走査線密度を高くす
るためには、同様に走査速度を遅くしなければならない
ことになり、全体として計測時間が長くなるという欠点
があった。本発明の目的は上述した従来欠点を解消する
点にある。
れば、前記測定用光学系によりＸ−Ｙ平面上の被測定物
に向けて走査される測定光線束がスポット光であったの
で、被測定物の形状を詳細に検出するためには、主走査
方向のサンプリング密度及び副走査方向の走査線密度の
双方を高くする必要があった。ここで、主走査方向のサ
ンプリング密度を高くするためには、前記一次元イメー
ジセンサの応答速度に制限があるため走査速度を遅くし
なければならないし、副走査方向の走査線密度を高くす
るためには、同様に走査速度を遅くしなければならない
ことになり、全体として計測時間が長くなるという欠点
があった。本発明の目的は上述した従来欠点を解消する
点にある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明による三次元計測装置の特徴構成は、前記光
源と前記測定用光学系との間に、前記光源からの測定光
線束を前記Ｘ−Ｙ平面上で前記主走査光学系による走査
方向とは異なる方向に広がるスリット光に変換する光線
束変換器を設けるとともに、前記受光部を二次元イメー
ジセンサで構成してあることにある。
め、本発明による三次元計測装置の特徴構成は、前記光
源と前記測定用光学系との間に、前記光源からの測定光
線束を前記Ｘ−Ｙ平面上で前記主走査光学系による走査
方向とは異なる方向に広がるスリット光に変換する光線
束変換器を設けるとともに、前記受光部を二次元イメー
ジセンサで構成してあることにある。
【作用】光線束変換手段により主走査光学系による走査
方向とは異なる方向に広がるスリット光に変換された測
定光線束を用いて主走査して、そのときの被測定物から
の散乱光線束を二次元イメージセンサで検出すれば、一
回の主走査でスリット光の広がり方向の長さに対して主
走査と直交する方向への写像の長さ分だけの主走査方向
のデータが得られるので、副走査光学系による副走査を
前記写像の長さ分だけ間歇的に高速走査でき走査時間が
短縮されることになる。例えば、光線束変換手段によ
り、スポット光を主走査方向と直交する方向、即ち、副
走査方向平行な方向に広がるスリット光に変換すると、
一回の主走査でスリット光の広がり方向の長さ分だけの
データがサンプリングできるので、主走査光学系による
主走査の回数を減らすことができるのである。
方向とは異なる方向に広がるスリット光に変換された測
定光線束を用いて主走査して、そのときの被測定物から
の散乱光線束を二次元イメージセンサで検出すれば、一
回の主走査でスリット光の広がり方向の長さに対して主
走査と直交する方向への写像の長さ分だけの主走査方向
のデータが得られるので、副走査光学系による副走査を
前記写像の長さ分だけ間歇的に高速走査でき走査時間が
短縮されることになる。例えば、光線束変換手段によ
り、スポット光を主走査方向と直交する方向、即ち、副
走査方向平行な方向に広がるスリット光に変換すると、
一回の主走査でスリット光の広がり方向の長さ分だけの
データがサンプリングできるので、主走査光学系による
主走査の回数を減らすことができるのである。
【０００５】
【発明の効果】従って、本発明によれば、被測定物の形
状を詳細に検出する場合であっても、短時間で計測でき
る三次元形状計測装置を提供できるようになった。
状を詳細に検出する場合であっても、短時間で計測でき
る三次元形状計測装置を提供できるようになった。
【０００６】
【実施例】以下実施例を説明する。計測装置の一例であ
る三次元形状計測装置は、図１に示すように、レーザー
発振器を設けた光源３と、その光源３からの測定光線束
をＸ−Ｙ平面である参照面１上の被測定物２に向けてＸ
軸方向に主走査する主走査光学系Ｍ４と、前記測定光線
束のうち前記被測定物２表面から反射した散乱光線束を
検出する受光部６と、受光部６に導く受光用光学系５と
からなる光学系ユニットＵと、その光学系ユニットＵを
Ｙ軸方向に移動させる移動機構と光学系ユニットＵでな
る副走査光学系Ｓ４と、前記受光部６による前記散乱光
線束の出力に基づき前記参照面１からの前記被測定物２
表面の距離を演算導出する信号処理部７と、前記光学系
ユニットＵを制御する計測制御部８と、信号処理部７及
び計測制御部８から得られたＸ，Ｙ，Ｚ三次元データか
ら被測定物２の形状モデルを生成するモデル生成部９と
で構成してある。
る三次元形状計測装置は、図１に示すように、レーザー
発振器を設けた光源３と、その光源３からの測定光線束
をＸ−Ｙ平面である参照面１上の被測定物２に向けてＸ
軸方向に主走査する主走査光学系Ｍ４と、前記測定光線
束のうち前記被測定物２表面から反射した散乱光線束を
検出する受光部６と、受光部６に導く受光用光学系５と
からなる光学系ユニットＵと、その光学系ユニットＵを
Ｙ軸方向に移動させる移動機構と光学系ユニットＵでな
る副走査光学系Ｓ４と、前記受光部６による前記散乱光
線束の出力に基づき前記参照面１からの前記被測定物２
表面の距離を演算導出する信号処理部７と、前記光学系
ユニットＵを制御する計測制御部８と、信号処理部７及
び計測制御部８から得られたＸ，Ｙ，Ｚ三次元データか
ら被測定物２の形状モデルを生成するモデル生成部９と
で構成してある。
【０００７】光源３と主走査光学系Ｍ４との間に、光源
３からの測定光線束であるスポット光を主走査方向と直
交する方向に広がるスリット光に変換するビームエクス
パンダー等でなる光線束変換器４Ｃを設けてある。主走
査光学系Ｍ４を、光線束変換器４Ｃからの測定光線束で
あるスリット光をＸ軸方向に走査する第一可動ミラー４
Ａと、その第一可動ミラー４Ａにより走査された測定光
線束を被測定物２に向けて反射する第一固定ミラー４Ｂ
とから構成するとともに、受光用光学系５を、被測定物
２表面からの散乱光線束を反射する第二固定ミラー５Ｂ
と、その第二固定ミラー５Ｂにより反射された散乱光線
束を受光部６に導く第二可動ミラー５Ａと、第二可動ミ
ラー５Ａで反射された散乱光線束を受光部６で収束させ
る結像レンズ５Ｃとから構成してある。
３からの測定光線束であるスポット光を主走査方向と直
交する方向に広がるスリット光に変換するビームエクス
パンダー等でなる光線束変換器４Ｃを設けてある。主走
査光学系Ｍ４を、光線束変換器４Ｃからの測定光線束で
あるスリット光をＸ軸方向に走査する第一可動ミラー４
Ａと、その第一可動ミラー４Ａにより走査された測定光
線束を被測定物２に向けて反射する第一固定ミラー４Ｂ
とから構成するとともに、受光用光学系５を、被測定物
２表面からの散乱光線束を反射する第二固定ミラー５Ｂ
と、その第二固定ミラー５Ｂにより反射された散乱光線
束を受光部６に導く第二可動ミラー５Ａと、第二可動ミ
ラー５Ａで反射された散乱光線束を受光部６で収束させ
る結像レンズ５Ｃとから構成してある。
【０００８】第一可動ミラー４Ａ及び第二可動ミラー５
Ａは、図２に示すように、透明基板Ｍ１の両面にアルミ
コーティングにより反射面が形成された両面反射鏡Ｍ
と、その両面反射鏡Ｍを回動させるモータＭＯＴとで構
成してある。即ち、反射鏡Ｍの両面を各別のミラー４
Ａ，５Ａとしてある。
Ａは、図２に示すように、透明基板Ｍ１の両面にアルミ
コーティングにより反射面が形成された両面反射鏡Ｍ
と、その両面反射鏡Ｍを回動させるモータＭＯＴとで構
成してある。即ち、反射鏡Ｍの両面を各別のミラー４
Ａ，５Ａとしてある。
【０００９】計測制御部８は、モータＭＯＴを回動させ
て測定光線束をＸ方向に走査するとともに、モータとプ
ーリ等（図示せず）でなる移動機構により光学系ユニッ
トＵをＹ軸方向に移動させてＸ−Ｙ平面上を走査する。
即ち、主走査光学系Ｍ４と副走査光学系Ｓ４とで測定用
光学系４を構成してあり、計測制御部８は、副走査光学
系Ｓ４に対しては、一回の主走査で得られる副走査方向
のピッチＰ（スリット光の長さに相当するピッチ）だ
け、主走査が終了した時点で走査する間歇的駆動を行
う。信号処理部７は、図２に示すように、受光部６を構
成する二次元イメージセンサＣＣＤの画素配列方向の一
方向の画素間距離Ｘ0Ｘ1が、ΔＸ0に比例すること、及
び、参照平面１からの測定対象物２の表面位置Ｚ0が、
Ｚ0・θ＝ΔＸ0なる関係を有することからＺ0を求める
もので、一回の走査で同一のＸ座標に対して、結像レン
ズ５Ｃによる散乱光線束の結像幅内に存在する画素配列
数だけの副走査線方向、即ちＹ軸方向のデータＺ0が得
られる。ここで、参照面１からの散乱光線束は、常に、
ポイントＸ0に集光する。モデル生成部９は、計測制御
部８による第一可動ミラー４Ａ及び第二可動ミラー５Ａ
の回転角（モータＭＯＴの回転角）からＸ−Ｙ平面上の
計測ポイントを把握し、信号処理部７により導出された
そのポイントにおけるＺ座標とから被測定物２の形状モ
デルを生成する。
て測定光線束をＸ方向に走査するとともに、モータとプ
ーリ等（図示せず）でなる移動機構により光学系ユニッ
トＵをＹ軸方向に移動させてＸ−Ｙ平面上を走査する。
即ち、主走査光学系Ｍ４と副走査光学系Ｓ４とで測定用
光学系４を構成してあり、計測制御部８は、副走査光学
系Ｓ４に対しては、一回の主走査で得られる副走査方向
のピッチＰ（スリット光の長さに相当するピッチ）だ
け、主走査が終了した時点で走査する間歇的駆動を行
う。信号処理部７は、図２に示すように、受光部６を構
成する二次元イメージセンサＣＣＤの画素配列方向の一
方向の画素間距離Ｘ0Ｘ1が、ΔＸ0に比例すること、及
び、参照平面１からの測定対象物２の表面位置Ｚ0が、
Ｚ0・θ＝ΔＸ0なる関係を有することからＺ0を求める
もので、一回の走査で同一のＸ座標に対して、結像レン
ズ５Ｃによる散乱光線束の結像幅内に存在する画素配列
数だけの副走査線方向、即ちＹ軸方向のデータＺ0が得
られる。ここで、参照面１からの散乱光線束は、常に、
ポイントＸ0に集光する。モデル生成部９は、計測制御
部８による第一可動ミラー４Ａ及び第二可動ミラー５Ａ
の回転角（モータＭＯＴの回転角）からＸ−Ｙ平面上の
計測ポイントを把握し、信号処理部７により導出された
そのポイントにおけるＺ座標とから被測定物２の形状モ
デルを生成する。
【００１０】以下、本発明の別実施例を説明する。先の
実施例では光学系ユニットＵのＹ軸方向への走査機構、
即ち副走査光学系について詳述していないが、これは既
存の技術、例えばモータとプーリー等の駆動機構を用い
て光学系ユニットＵ全体を往復駆動自在に構成すればよ
い。光学系ユニットＵの構成はこの構成に限定するもの
ではなく，先の実施例で説明した原理に基づき三次元座
標を導出するものであれば任意に構成してよく、例えば
図３に示すように、先の実施例における可動ミラー４
Ａ，５Ａを固定して、第一固定ミラー４Ｂを回動させる
ことで測定光線束を走査するように構成してもよい。
又、副走査光学系の構成は、図６に示すように、測定光
線束と散乱光線束で形成される平面をＹ軸方向に走査す
るための、Ｘ軸に平行な軸心周りに回動自在の反射ミラ
ー４０、及びモータ４１とで構成してもよい。先の実施
例では、副走査光学系の駆動を、一回の主走査で得られ
る副走査方向のピッチＰ（スリット光の長さに相当する
ピッチ）だけ、主走査が終了した時点で走査する間歇的
駆動を行うものを説明したが、これに限定するものでは
なく主走査光学系による主走査の間も低速で駆動しても
よい。
実施例では光学系ユニットＵのＹ軸方向への走査機構、
即ち副走査光学系について詳述していないが、これは既
存の技術、例えばモータとプーリー等の駆動機構を用い
て光学系ユニットＵ全体を往復駆動自在に構成すればよ
い。光学系ユニットＵの構成はこの構成に限定するもの
ではなく，先の実施例で説明した原理に基づき三次元座
標を導出するものであれば任意に構成してよく、例えば
図３に示すように、先の実施例における可動ミラー４
Ａ，５Ａを固定して、第一固定ミラー４Ｂを回動させる
ことで測定光線束を走査するように構成してもよい。
又、副走査光学系の構成は、図６に示すように、測定光
線束と散乱光線束で形成される平面をＹ軸方向に走査す
るための、Ｘ軸に平行な軸心周りに回動自在の反射ミラ
ー４０、及びモータ４１とで構成してもよい。先の実施
例では、副走査光学系の駆動を、一回の主走査で得られ
る副走査方向のピッチＰ（スリット光の長さに相当する
ピッチ）だけ、主走査が終了した時点で走査する間歇的
駆動を行うものを説明したが、これに限定するものでは
なく主走査光学系による主走査の間も低速で駆動しても
よい。
【００１１】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にする為に符号を記すが、該記入により本発明は添
付図面の構成に限定されるものではない。
便利にする為に符号を記すが、該記入により本発明は添
付図面の構成に限定されるものではない。
【図１】要部の原理を示す説明図
【図２】三次元形状計測装置の全体構成図
【図３】別実施例を示す三次元形状計測装置の全体構成
図
図
【図４】別実施例を示す三次元形状計測装置の全体構成
図
図
【図５】従来例を示す三次元形状計測装置の全体構成図
１ Ｘ−Ｙ平面 ２ 対象物 ３ 光源 ４ 測定用光学系 ５ 受光用光学系 ６ 受光部 ７ 信号処理部 Ｍ４ 主走査光学系 Ｓ４ 副走査光学系
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−313707（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−804（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】 光源（３）と、その光源（３）からの測
定光線束をＸ−Ｙ平面（１）上の被測定物（２）に向け
て走査する測定用光学系（４）と、前記測定光線束のう
ち前記被測定物（２）表面から反射した散乱光線束を検
出する受光部（６）と、前記受光部（６）に前記散乱光
線束を導く受光用光学系（５）と、前記受光部（６）に
よる前記散乱光線束の検出出力に基づき前記Ｘ−Ｙ平面
（１）からの前記被測定物（２）表面の距離を演算導出
する信号処理部（７）とから構成して、前記測定用光学
系（４）に、前記測定光線束をＸ軸方向に走査する主走
査光学系（Ｍ４）と、Ｙ軸方向に走査する副走査光学系
（Ｓ４）とを備えてある三次元形状計測装置であって、 前記光源（３）と前記測定用光学系（４）との間に、前
記光源（３）からの測定光線束を前記Ｘ−Ｙ平面上で前
記主走査光学系（Ｍ４）による走査方向とは異なる方向
に広がるスリット光に変換する光線束変換器（４Ｃ）を
設けるとともに、前記受光部（６）を二次元イメージセ
ンサで構成してある三次元形状計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP365092A JP2731062B2 (ja) | 1992-01-13 | 1992-01-13 | 三次元形状計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP365092A JP2731062B2 (ja) | 1992-01-13 | 1992-01-13 | 三次元形状計測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05187837A JPH05187837A (ja) | 1993-07-27 |
| JP2731062B2 true JP2731062B2 (ja) | 1998-03-25 |
Family
ID=11563354
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP365092A Expired - Lifetime JP2731062B2 (ja) | 1992-01-13 | 1992-01-13 | 三次元形状計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2731062B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19740614A1 (de) * | 1997-09-16 | 1999-03-18 | Betr Forsch Inst Angew Forsch | Vorrichtung zum Messen von Langprodukten |
| WO2012051700A1 (en) * | 2010-10-22 | 2012-04-26 | Neptec Design Group Ltd. | Wide angle bistatic scanning optical ranging sensor |
-
1992
- 1992-01-13 JP JP365092A patent/JP2731062B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05187837A (ja) | 1993-07-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2839238B1 (en) | 3d scanner using merged partial images | |
| JPH0355765B2 (ja) | ||
| US5506641A (en) | Apparatus for controlling projection of optical layup template | |
| JP2731062B2 (ja) | 三次元形状計測装置 | |
| JP2002090681A (ja) | 光学走査装置および３次元測定装置 | |
| JP2987540B2 (ja) | 三次元スキャナー | |
| JPH06109437A (ja) | 三次元形状計測装置 | |
| JPH0612252B2 (ja) | 三次元形状の自動測定方法 | |
| JPS60117102A (ja) | 溶接線倣い検出装置 | |
| JPH0512414A (ja) | 三次元画像入力装置 | |
| US11131543B2 (en) | Three-dimensional measuring apparatus and robot system | |
| JP3356321B2 (ja) | 物体の形状測定装置 | |
| JP2733170B2 (ja) | 三次元形状計測装置 | |
| JP2839059B2 (ja) | 三次元形状計測装置 | |
| KR920010548B1 (ko) | 3차원 곡면 형상의 측정방법 및 장치 | |
| JPH08105721A (ja) | 距離測定方法および装置 | |
| JPH06347227A (ja) | 表面形状測定装置および方法 | |
| JP3724162B2 (ja) | レーザ走査装置及び形状測定装置 | |
| US20230049679A1 (en) | Flash light detection and ranging system having adjustable field of view | |
| JPH03291509A (ja) | 超音波探傷のための形状測定方法 | |
| JPH05215528A (ja) | 三次元形状測定装置 | |
| JPH05187832A (ja) | 計測装置 | |
| JP2509776B2 (ja) | 三次元形状計測装置 | |
| JP2000002521A (ja) | ３次元入力装置 | |
| JP4320796B2 (ja) | パターン位置測定装置 |