JP2866566B2 - 三次元形状入力装置 - Google Patents
三次元形状入力装置Info
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- JP2866566B2 JP2866566B2 JP5317953A JP31795393A JP2866566B2 JP 2866566 B2 JP2866566 B2 JP 2866566B2 JP 5317953 A JP5317953 A JP 5317953A JP 31795393 A JP31795393 A JP 31795393A JP 2866566 B2 JP2866566 B2 JP 2866566B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光源からの測定用光線
束を参照面上の測定対象物に向けて照射する照射手段
と、前記照射手段による測定用光線束を前記測定対象物
に向けて走査する（Ｘ方向に沿った走査をＹ方向に所定
距離ずらせながら繰り返すことにより測定平面の全域を
走査する）走査手段と、前記照射手段により照射され前
記測定対象物の表面で散乱した光線束を検出する散乱光
線束検出手段と、その散乱光線束検出手段による検出デ
ータに基づいて前記参照面から前記測定対象物の表面ま
での距離を演算導出する信号処理手段とから構成してあ
る三次元形状入力装置に関する。
束を参照面上の測定対象物に向けて照射する照射手段
と、前記照射手段による測定用光線束を前記測定対象物
に向けて走査する（Ｘ方向に沿った走査をＹ方向に所定
距離ずらせながら繰り返すことにより測定平面の全域を
走査する）走査手段と、前記照射手段により照射され前
記測定対象物の表面で散乱した光線束を検出する散乱光
線束検出手段と、その散乱光線束検出手段による検出デ
ータに基づいて前記参照面から前記測定対象物の表面ま
での距離を演算導出する信号処理手段とから構成してあ
る三次元形状入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の三次元形状入力装置は、
照射手段により参照面上の測定対象物に向けて、単一の
測定用光線束を照射するように構成していた。
照射手段により参照面上の測定対象物に向けて、単一の
測定用光線束を照射するように構成していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
技術によれば、走査手段により走査される単一の測定用
光線束に対応した単一の散乱光線束を散乱光線束検出手
段が検出して、その単一の検出値に基づいて、信号処理
部が参照面から測定対象物表面までの距離を一点一点演
算導出するものであったために、長い計測時間が必要で
あるという欠点があり、特に、測定対象物を高密度に計
測する場合には顕著であった。本発明の目的は上述した
従来欠点を解消し、測定対象物を高密度に計測する場合
であっても、短時間で計測を終了できる三次元形状入力
装置を提供する点にある。
技術によれば、走査手段により走査される単一の測定用
光線束に対応した単一の散乱光線束を散乱光線束検出手
段が検出して、その単一の検出値に基づいて、信号処理
部が参照面から測定対象物表面までの距離を一点一点演
算導出するものであったために、長い計測時間が必要で
あるという欠点があり、特に、測定対象物を高密度に計
測する場合には顕著であった。本発明の目的は上述した
従来欠点を解消し、測定対象物を高密度に計測する場合
であっても、短時間で計測を終了できる三次元形状入力
装置を提供する点にある。
【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形状入力装置の特徴構成は、前
記光源からの測定用光線束を互いに平行な複数の測定用
光線束に分割する光線束分割機構を設けて、前記信号処
理手段を、前記散乱光線束検出手段により検出された前
記測定対象物の異なる計測地点の検出データに基づい
て、前記参照面から前記測定対象物の表面までの距離を
同時に演算導出するように構成してある点にある。
め、本発明による三次元形状入力装置の特徴構成は、前
記光源からの測定用光線束を互いに平行な複数の測定用
光線束に分割する光線束分割機構を設けて、前記信号処
理手段を、前記散乱光線束検出手段により検出された前
記測定対象物の異なる計測地点の検出データに基づい
て、前記参照面から前記測定対象物の表面までの距離を
同時に演算導出するように構成してある点にある。
【０００５】
【作用】光線束分割機構により互いに平行な複数の光線
束に分割された測定用光線束を測定対象物に照射するこ
とになるので、散乱光線束検出手段によりそれぞれの測
定用光線束が測定対象物の同一点で重複して計測される
ことがないようにそれぞれの測定用光線束に対応する散
乱光線束を同時に検出して、信号処理手段により複数点
における参照面から測定対象物表面までの距離が同時に
演算導出するのである。
束に分割された測定用光線束を測定対象物に照射するこ
とになるので、散乱光線束検出手段によりそれぞれの測
定用光線束が測定対象物の同一点で重複して計測される
ことがないようにそれぞれの測定用光線束に対応する散
乱光線束を同時に検出して、信号処理手段により複数点
における参照面から測定対象物表面までの距離が同時に
演算導出するのである。
【０００６】
【発明の効果】従って、本発明によれば、測定対象物の
形状データを単一の測定用光線束を用いて計測する場合
と同等の精度で測定する場合に、より高速に計測できる
三次元形状入力装置を提供できるようになった。例え
ば、測定用光線束が２本になれば計測時間はほぼ１／２
になるのである。
形状データを単一の測定用光線束を用いて計測する場合
と同等の精度で測定する場合に、より高速に計測できる
三次元形状入力装置を提供できるようになった。例え
ば、測定用光線束が２本になれば計測時間はほぼ１／２
になるのである。
【０００７】
【実施例】以下実施例を説明する。図１に示すように、
三次元形状入力装置は、光源８からの測定用光線束をＸ
−Ｙ参照面１上の測定対象物２に向けて照射し、測定対
象物２の表面から散乱した光線束を検出して、参照面１
から測定対象物２の表面までのＺ方向の距離を演算導出
することにより測定対象物２の三次元形状を入力する装
置であり、レーザを用いた光源８と二次元ＣＣＤイメー
ジセンサを用いた受光素子９とを、走査用の両面ミラー
７を挟んで対向配置して、光源８から出力された光線束
を走査用ミラー７及び固定ミラー１０を介して測定用の
光線束として測定対象物２に照射するとともに、測定対
象物２の表面で散乱した光線束を固定ミラー１０’、走
査用ミラー７及び集光レンズ６を介して受光素子９に導
く光学機構と、その光学機構を駆動制御するとともに、
駆動に同期して得られる受光素子９での検出値に基づい
て測定対象物２の三次元形状を演算導出するマイクロコ
ンピュータ及びその周辺回路でなる制御手段Ｃとで構成
してある。
三次元形状入力装置は、光源８からの測定用光線束をＸ
−Ｙ参照面１上の測定対象物２に向けて照射し、測定対
象物２の表面から散乱した光線束を検出して、参照面１
から測定対象物２の表面までのＺ方向の距離を演算導出
することにより測定対象物２の三次元形状を入力する装
置であり、レーザを用いた光源８と二次元ＣＣＤイメー
ジセンサを用いた受光素子９とを、走査用の両面ミラー
７を挟んで対向配置して、光源８から出力された光線束
を走査用ミラー７及び固定ミラー１０を介して測定用の
光線束として測定対象物２に照射するとともに、測定対
象物２の表面で散乱した光線束を固定ミラー１０’、走
査用ミラー７及び集光レンズ６を介して受光素子９に導
く光学機構と、その光学機構を駆動制御するとともに、
駆動に同期して得られる受光素子９での検出値に基づい
て測定対象物２の三次元形状を演算導出するマイクロコ
ンピュータ及びその周辺回路でなる制御手段Ｃとで構成
してある。
【０００８】制御手段Ｃは、上述した光学機構をモータ
で駆動されるベルト式伝達機構（図示せず）を駆動制御
してＹ軸方向に副走査しながら、モータＭにより走査用
の両面ミラー７をＹ軸に平行な軸芯ｐ周りに回動させて
測定用光線束をＸ軸方向に主走査する走査制御手段Ｃ２
と、図２に示すように、受光素子９で検出される測定対
象物２の表面からの散乱光線束の位置Ｘ1 と参照面１の
表面からの散乱光線束の位置Ｘ0 （既知である）との距
離Ｘ0 Ｘ1 が、測定用の光線束の測定対象物２と参照面
１との照射位置のＸ方向への位置ずれΔＸ0 に比例する
こと、及び、参照面１からの測定対象物２の表面までの
Ｚ軸方向への距離Ｚ0 がＺ0 ×θ＝ΔＸ 0 なる関係を有
することから、測定用の光線束が照射された点のＸ，
Ｙ，Ｚ座標を演算導出する信号処理手段Ｃ１とで構成し
てある。
で駆動されるベルト式伝達機構（図示せず）を駆動制御
してＹ軸方向に副走査しながら、モータＭにより走査用
の両面ミラー７をＹ軸に平行な軸芯ｐ周りに回動させて
測定用光線束をＸ軸方向に主走査する走査制御手段Ｃ２
と、図２に示すように、受光素子９で検出される測定対
象物２の表面からの散乱光線束の位置Ｘ1 と参照面１の
表面からの散乱光線束の位置Ｘ0 （既知である）との距
離Ｘ0 Ｘ1 が、測定用の光線束の測定対象物２と参照面
１との照射位置のＸ方向への位置ずれΔＸ0 に比例する
こと、及び、参照面１からの測定対象物２の表面までの
Ｚ軸方向への距離Ｚ0 がＺ0 ×θ＝ΔＸ 0 なる関係を有
することから、測定用の光線束が照射された点のＸ，
Ｙ，Ｚ座標を演算導出する信号処理手段Ｃ１とで構成し
てある。
【０００９】即ち、走査用ミラー７と固定ミラー１０と
が、光源８からの測定用光線束を参照面１上の測定対象
物２に向けて照射する照射手段３となり、光学機構をモ
ータで駆動されるベルト式伝達機構（図示せず）と、モ
ータＭ及び走査用の両面ミラー７とが、照射手段３によ
る測定用光線束を測定対象物２に向けて走査する走査手
段４となり、固定ミラー１０’と走査用ミラー７と集光
レンズ６と受光素子９とが、照射手段３により照射され
測定対象物２の表面で散乱した光線束を検出する散乱光
線束検出手段５となる。
が、光源８からの測定用光線束を参照面１上の測定対象
物２に向けて照射する照射手段３となり、光学機構をモ
ータで駆動されるベルト式伝達機構（図示せず）と、モ
ータＭ及び走査用の両面ミラー７とが、照射手段３によ
る測定用光線束を測定対象物２に向けて走査する走査手
段４となり、固定ミラー１０’と走査用ミラー７と集光
レンズ６と受光素子９とが、照射手段３により照射され
測定対象物２の表面で散乱した光線束を検出する散乱光
線束検出手段５となる。
【００１０】光源８と走査用ミラー７間の光路には、光
源８からの測定用光線束をＹ軸方向にずれた互いに平行
な２本の測定用光線束に分割する光線束分割機構１１を
設けて測定対象物２の異なる位置に測定用の光線束を同
時に２か所照射可能にしてある。詳述すると、光線束分
割機構１１は、光路に４５度の角度で設置された半透過
ミラー１１ａと、その半透過ミラー１１ａから反射した
光線束を前記光路と平行な方向に反射する反射ミラー１
１ｂとで構成してあり、半透過ミラー１１ａを透過した
第一測定用光線束Ｆ1 と、反射ミラー１１ｂで反射した
第二測定用光線束Ｆ2 の２本の光線束に分割するビーム
スプリッタとなる。
源８からの測定用光線束をＹ軸方向にずれた互いに平行
な２本の測定用光線束に分割する光線束分割機構１１を
設けて測定対象物２の異なる位置に測定用の光線束を同
時に２か所照射可能にしてある。詳述すると、光線束分
割機構１１は、光路に４５度の角度で設置された半透過
ミラー１１ａと、その半透過ミラー１１ａから反射した
光線束を前記光路と平行な方向に反射する反射ミラー１
１ｂとで構成してあり、半透過ミラー１１ａを透過した
第一測定用光線束Ｆ1 と、反射ミラー１１ｂで反射した
第二測定用光線束Ｆ2 の２本の光線束に分割するビーム
スプリッタとなる。
【００１１】走査制御手段Ｃ２は、図３（イ）、（ロ）
に示すように、光学機構をＹ軸方向に副走査しながら、
第一測定用光線束Ｆ1 と第二測定用光線束Ｆ2 とがＸ軸
方向に交互に或いは複数本ずつまとめて主走査されるよ
うな所定のタイミング((Ｆ11，Ｆ21），（Ｆ12，
Ｆ22），（Ｆ13，Ｆ23）……）で走査用ミラー７を回動
して、第一測定用光線束Ｆ1 と第二測定用光線束Ｆ2 と
が測定対象物２の異なる点に照射されるように制御す
る。信号処理手段Ｃ１は、散乱光線束検出手段５により
検出されたそれぞれの測定用光線束に対する検出データ
に基づいて、参照面１から測定対象物２の表面までの距
離を同時に演算導出する。
に示すように、光学機構をＹ軸方向に副走査しながら、
第一測定用光線束Ｆ1 と第二測定用光線束Ｆ2 とがＸ軸
方向に交互に或いは複数本ずつまとめて主走査されるよ
うな所定のタイミング((Ｆ11，Ｆ21），（Ｆ12，
Ｆ22），（Ｆ13，Ｆ23）……）で走査用ミラー７を回動
して、第一測定用光線束Ｆ1 と第二測定用光線束Ｆ2 と
が測定対象物２の異なる点に照射されるように制御す
る。信号処理手段Ｃ１は、散乱光線束検出手段５により
検出されたそれぞれの測定用光線束に対する検出データ
に基づいて、参照面１から測定対象物２の表面までの距
離を同時に演算導出する。
【００１２】以下、本発明の別実施例を説明する。先の
実施例では、光線束分割機構１１として、光源８からの
測定用光線束をＹ軸方向にずれた互いに平行な２本の測
定用光線束に分割するものを説明したが、光線束の分割
数は２本に限定するのもではなくそれ以上であってもよ
い。また、この場合に散乱光線束を検出する受光素子９
として、二次元ＣＣＤイメージセンサを用いたものを説
明したが、これに限定するものではなく他の受光素子を
用いることができる。例えば、分割された各測定用光線
束に対応する散乱光線束を各別に検出する一次元ＣＣＤ
イメージセンサをＹ軸方向に並設してもよい。
実施例では、光線束分割機構１１として、光源８からの
測定用光線束をＹ軸方向にずれた互いに平行な２本の測
定用光線束に分割するものを説明したが、光線束の分割
数は２本に限定するのもではなくそれ以上であってもよ
い。また、この場合に散乱光線束を検出する受光素子９
として、二次元ＣＣＤイメージセンサを用いたものを説
明したが、これに限定するものではなく他の受光素子を
用いることができる。例えば、分割された各測定用光線
束に対応する散乱光線束を各別に検出する一次元ＣＣＤ
イメージセンサをＹ軸方向に並設してもよい。
【００１３】先の実施例では、走査制御手段Ｃ２が、第
一測定用光線束Ｆ1 と第二測定用光線束Ｆ2 とがＸ軸方
向に交互に或いは複数本ずつまとめて主走査されるよう
な所定のタイミングで走査用ミラー７を回動して、第一
測定用光線束Ｆ1 と第二測定用光線束Ｆ2 とが測定対象
物２の異なる点に照射されるように制御するものを説明
したが、第一測定用光線束Ｆ1 と第二測定用光線束Ｆ2
とが測定対象物２の異なる点に照射されるように制御す
る限りにおいて、走査方法は限定するものではなく任意
である。例えば、図４（イ）に示すように、第一測定用
光線束Ｆ1 と第二測定用光線束Ｆ2 とが時間を隔てて同
じ主走査ラインで走査するように制御しながら、主走査
ライン上でのサンプリングタイミングを異ならせて（例
えば、第一測定用光線束Ｆ1 と第二測定用光線束Ｆ2 の
サンプリング位置を交互にずらせて((Ｆ11，Ｆ21），
（Ｆ12，Ｆ22），（Ｆ13，Ｆ23）……）、測定対象物２
の同じ地点からのサンプリングを回避するものであって
もよい。
一測定用光線束Ｆ1 と第二測定用光線束Ｆ2 とがＸ軸方
向に交互に或いは複数本ずつまとめて主走査されるよう
な所定のタイミングで走査用ミラー７を回動して、第一
測定用光線束Ｆ1 と第二測定用光線束Ｆ2 とが測定対象
物２の異なる点に照射されるように制御するものを説明
したが、第一測定用光線束Ｆ1 と第二測定用光線束Ｆ2
とが測定対象物２の異なる点に照射されるように制御す
る限りにおいて、走査方法は限定するものではなく任意
である。例えば、図４（イ）に示すように、第一測定用
光線束Ｆ1 と第二測定用光線束Ｆ2 とが時間を隔てて同
じ主走査ラインで走査するように制御しながら、主走査
ライン上でのサンプリングタイミングを異ならせて（例
えば、第一測定用光線束Ｆ1 と第二測定用光線束Ｆ2 の
サンプリング位置を交互にずらせて((Ｆ11，Ｆ21），
（Ｆ12，Ｆ22），（Ｆ13，Ｆ23）……）、測定対象物２
の同じ地点からのサンプリングを回避するものであって
もよい。
【００１４】先の実施例では、光線束分割機構１１とし
て、光源８からの測定用光線束をＹ軸方向にずれた互い
に平行な２本の測定用光線束に分割するものを説明した
が、これに限定するものではなく、例えば、Ｘ軸方向に
ずれた互いに平行な２本の測定用光線束に分割するもの
であってもよい。この場合には、受光手段９として、単
一の一次元ＣＣＤイメージセンサをＸ軸と並行に配置し
て、同時に複数の散乱光線束を検出することができる。
例えば、２本の測定用光線束に分割した場合には、図４
（ロ）（ハ）に示すように、それぞれの測定用光線束Ｆ
1 ，Ｆ2 に対応した散乱光線束が、（Ｆ11，Ｆ21），
（Ｆ 12，Ｆ22），（Ｆ13，Ｆ23）……という順序で交互
に検出されるように走査してもよい。
て、光源８からの測定用光線束をＹ軸方向にずれた互い
に平行な２本の測定用光線束に分割するものを説明した
が、これに限定するものではなく、例えば、Ｘ軸方向に
ずれた互いに平行な２本の測定用光線束に分割するもの
であってもよい。この場合には、受光手段９として、単
一の一次元ＣＣＤイメージセンサをＸ軸と並行に配置し
て、同時に複数の散乱光線束を検出することができる。
例えば、２本の測定用光線束に分割した場合には、図４
（ロ）（ハ）に示すように、それぞれの測定用光線束Ｆ
1 ，Ｆ2 に対応した散乱光線束が、（Ｆ11，Ｆ21），
（Ｆ 12，Ｆ22），（Ｆ13，Ｆ23）……という順序で交互
に検出されるように走査してもよい。
【００１５】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】三次元形状入力装置の全体構成図
【図２】原理を示す説明図
【図３】要部の説明図
【図４】別実施例を示す要部の説明図
１ 参照面 ２ 測定対象物 ３ 照射手段 ５ 散乱光線束検出手段 ４ 走査手段 １１ 光線束分割機構 Ｃ１ 信号処理手段 Ｃ２ 走査制御手段
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−187833（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−166707（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−282407（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−187831（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−74728（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−137826（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30
Claims (1)
- 【請求項１】 光源（８）からの測定用光線束を参照面
（１）上の測定対象物（２）に向けて照射する照射手段
（３）と、前記照射手段（３）による測定用光線束を前
記測定対象物（２）に向けて走査する走査手段（４）
と、前記照射手段（３) により照射され前記測定対象物
（２）の表面で散乱した光線束を検出する散乱光線束検
出手段（５）と、その散乱光線束検出手段（５）による
検出データに基づいて前記参照面（１）から前記測定対
象物（２）の表面までの距離を演算導出する信号処理手
段（Ｃ１）とから構成してある三次元形状入力装置であ
って、 前記光源（８）からの測定用光線束を互いに平行な複数
の測定用光線束に分割する光線束分割機構（１１）を設
けて、前記信号処理手段（Ｃ１）を、前記散乱光線束検
出手段（５）により検出された前記測定対象物（２）の
異なる計測地点の検出データに基づいて、前記参照面
（１）から前記測定対象物（２）の表面までの距離を同
時に演算導出するように構成してある三次元形状入力装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5317953A JP2866566B2 (ja) | 1993-12-17 | 1993-12-17 | 三次元形状入力装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5317953A JP2866566B2 (ja) | 1993-12-17 | 1993-12-17 | 三次元形状入力装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07174531A JPH07174531A (ja) | 1995-07-14 |
| JP2866566B2 true JP2866566B2 (ja) | 1999-03-08 |
Family
ID=18093853
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5317953A Expired - Lifetime JP2866566B2 (ja) | 1993-12-17 | 1993-12-17 | 三次元形状入力装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2866566B2 (ja) |
-
1993
- 1993-12-17 JP JP5317953A patent/JP2866566B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07174531A (ja) | 1995-07-14 |
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