JP3048107B2 - 物体の寸法の計測方法及び装置 - Google Patents
物体の寸法の計測方法及び装置Info
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- JP3048107B2 JP3048107B2 JP6072723A JP7272394A JP3048107B2 JP 3048107 B2 JP3048107 B2 JP 3048107B2 JP 6072723 A JP6072723 A JP 6072723A JP 7272394 A JP7272394 A JP 7272394A JP 3048107 B2 JP3048107 B2 JP 3048107B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、工業製品などの物体の
厚みや幅などの寸法や、曲がりなどの変形量などを高精
度で計測する物体の寸法の計測方法及び装置に関するも
のである。
厚みや幅などの寸法や、曲がりなどの変形量などを高精
度で計測する物体の寸法の計測方法及び装置に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】従来、物体の寸法や曲がりを計測するに
は、例えばレーザ距離計のような距離計で所定位置から
物体までの距離を複数箇所について計測し、これらの距
離データを組み合わせて所望の寸法や曲がりを計測する
ことが行われている。例えば、図６に示す例では、被計
測物体Ｕの厚みを計測するために被計測物体Ｕを挟んで
上下にレーザ距離計30ａ，30ｂがＣフレーム３１により
保持されており、それぞれのレーザ距離計の距離計測値
から計測物体４の厚みが計測される。
は、例えばレーザ距離計のような距離計で所定位置から
物体までの距離を複数箇所について計測し、これらの距
離データを組み合わせて所望の寸法や曲がりを計測する
ことが行われている。例えば、図６に示す例では、被計
測物体Ｕの厚みを計測するために被計測物体Ｕを挟んで
上下にレーザ距離計30ａ，30ｂがＣフレーム３１により
保持されており、それぞれのレーザ距離計の距離計測値
から計測物体４の厚みが計測される。
【０００３】また、図７は物体の曲がり計測装置の例
で、複数のレーザ距離計40ｃ〜40ｇが支持アーム４１に
設置されており、それぞれのレーザ距離計で図った被計
測物体Ｕまでの距離の組合せによって、物体の曲がりが
計測される。実際には校正用のサンプルとして厚みが既
知のものや、曲がりのないものを予め計測しておき、校
正時との差をもとにして対象物の厚みや曲がりを求める
ことが行われる。
で、複数のレーザ距離計40ｃ〜40ｇが支持アーム４１に
設置されており、それぞれのレーザ距離計で図った被計
測物体Ｕまでの距離の組合せによって、物体の曲がりが
計測される。実際には校正用のサンプルとして厚みが既
知のものや、曲がりのないものを予め計測しておき、校
正時との差をもとにして対象物の厚みや曲がりを求める
ことが行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術では以下に述べるような問題があった。まず、
第一の問題点は、各レーザ距離計がそれぞれに固有の計
測誤差をもっているため、複数のレーザ距離計の計測値
を組み合わせると、それぞれの計測誤差が組み合わされ
てしまい、計測精度が悪くなるという点である。これ
は、レーザ距離計の光学系の温度変化等による歪や電子
回路のドリフトがそれぞれの距離計で独立に生じること
に起因する。
来の技術では以下に述べるような問題があった。まず、
第一の問題点は、各レーザ距離計がそれぞれに固有の計
測誤差をもっているため、複数のレーザ距離計の計測値
を組み合わせると、それぞれの計測誤差が組み合わされ
てしまい、計測精度が悪くなるという点である。これ
は、レーザ距離計の光学系の温度変化等による歪や電子
回路のドリフトがそれぞれの距離計で独立に生じること
に起因する。
【０００５】従来技術の第二の問題点は、各レーザ距離
計の相互の位置変動がそのまま計測誤差になるという点
である。被計測物体が小さい場合は、Ｃフレームや支持
アームの大きさも小さくなるため、それほど相互位置の
変化は生じないが、被計測物体が大きい場合は、Ｃフレ
ームや支持アームも大きくなるため、温度変化による変
形が大きくなり、無視できない程度に大きなレーザ距離
計相互の位置変動が生じる。
計の相互の位置変動がそのまま計測誤差になるという点
である。被計測物体が小さい場合は、Ｃフレームや支持
アームの大きさも小さくなるため、それほど相互位置の
変化は生じないが、被計測物体が大きい場合は、Ｃフレ
ームや支持アームも大きくなるため、温度変化による変
形が大きくなり、無視できない程度に大きなレーザ距離
計相互の位置変動が生じる。
【０００６】上記第一の問題及び第二の問題は、特に熱
間計測の場合には影響が大きい。生産ライン休止後の立
ち上げ時には、計測装置周囲の温度が上昇するまでに時
間がかかるばかりでなく、その後も通過する被計測物体
から受ける熱量が、被計測物体の温度、大きさ、通過時
間、通過ピッチ等により変化するため、計測器機の温度
ドリフトや温度変化による変形量が一定の値に安定しな
いからである。そのため、大がかりな自動校正機構を設
置して校正を頻繁に行うなどの対策を講じているが、そ
れでも十分な計測精度を確保することは難しいのが現状
である。
間計測の場合には影響が大きい。生産ライン休止後の立
ち上げ時には、計測装置周囲の温度が上昇するまでに時
間がかかるばかりでなく、その後も通過する被計測物体
から受ける熱量が、被計測物体の温度、大きさ、通過時
間、通過ピッチ等により変化するため、計測器機の温度
ドリフトや温度変化による変形量が一定の値に安定しな
いからである。そのため、大がかりな自動校正機構を設
置して校正を頻繁に行うなどの対策を講じているが、そ
れでも十分な計測精度を確保することは難しいのが現状
である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明に係わる物体の寸法の計測方法は、投影方向に
関する情報を含む光束を互いに近接して配置された被計
測物体と寸法既知の基準物体とに投影し、前記被計測物
体と前記基準物体の形状に応じて変形された光束を撮影
するエリア３次元センサーを複数配置し、各エリア３次
元センサーで撮影された光束の像と三角測量の原理とを
用いて被計測物体上と基準物体上の各部の位置を算定
し、この算定した各部の位置から各部間の距離を計測
し、この算定した各部間の距離と基準物体の既知の寸法
とに基づき被計測物体の寸法を算定するように構成され
ている。
の本発明に係わる物体の寸法の計測方法は、投影方向に
関する情報を含む光束を互いに近接して配置された被計
測物体と寸法既知の基準物体とに投影し、前記被計測物
体と前記基準物体の形状に応じて変形された光束を撮影
するエリア３次元センサーを複数配置し、各エリア３次
元センサーで撮影された光束の像と三角測量の原理とを
用いて被計測物体上と基準物体上の各部の位置を算定
し、この算定した各部の位置から各部間の距離を計測
し、この算定した各部間の距離と基準物体の既知の寸法
とに基づき被計測物体の寸法を算定するように構成され
ている。
【０００８】
【作用】本発明の作用を図４を参照しながら説明する。
図４（Ａ）において１１，１２はエリア３次元センサ
ー、１３は演算装置である。また、Ｕは幅を計測しよう
とする被計測物体、Ｋは幅が既知の基準物体である。被
計測物体Ｕと基準物体Ｋとは、図４（Ａ）のＢーＢ’断
面図である図４（Ｂ）に示すように、共に矩形状の断面
を有すると共に、互いに多少の間隙を置いて上下に配置
されている。一方のエリア３次元センサー１１は投影装
置１１ａと撮像装置１１ｂの対から構成されており、他
方のエリア３次元センサー１２も同様に投影装置１２ａ
と撮像装置１２ｂの対から構成されている。エリア３次
元センサー１１の投影装置１１ａからは、被計測物体Ｕ
と基準物体Ｋとに投影方向に関する情報を含む光束（例
えば縞の太さに特徴を付けた明暗の縞パターンとする）
が投影される。被計測物体Ｕと基準物体Ｋ上に投影され
た縞パターンは、両物体の表面の形状に応じて変形され
る。
図４（Ａ）において１１，１２はエリア３次元センサ
ー、１３は演算装置である。また、Ｕは幅を計測しよう
とする被計測物体、Ｋは幅が既知の基準物体である。被
計測物体Ｕと基準物体Ｋとは、図４（Ａ）のＢーＢ’断
面図である図４（Ｂ）に示すように、共に矩形状の断面
を有すると共に、互いに多少の間隙を置いて上下に配置
されている。一方のエリア３次元センサー１１は投影装
置１１ａと撮像装置１１ｂの対から構成されており、他
方のエリア３次元センサー１２も同様に投影装置１２ａ
と撮像装置１２ｂの対から構成されている。エリア３次
元センサー１１の投影装置１１ａからは、被計測物体Ｕ
と基準物体Ｋとに投影方向に関する情報を含む光束（例
えば縞の太さに特徴を付けた明暗の縞パターンとする）
が投影される。被計測物体Ｕと基準物体Ｋ上に投影され
た縞パターンは、両物体の表面の形状に応じて変形され
る。
【０００９】この変形された縞パターンが撮像装置１１
ｂによって撮像され、画像情報が演算装置１３によって
処理される。同様に、エリア３次元センサー１２の投影
装置１２ａからも被計測物体Ｕと基準物体Ｋ上に縞パタ
ーンが投影され、両物体の表面形状に応じて変形された
縞パターンが撮像装置１２ｂで撮像され、画像情報が演
算装置１３で処理される。演算装置１３において、三角
測量の原理により被計測物体Ｕと基準物体Ｋ上の各点の
位置が算定される。すなわち、各エリア３次元センサー
において、投影装置と撮像装置のレンズ中心を結ぶ線分
が既知の長さの基線として設定され、被計測物体Ｕ上と
基準物体Ｋ上の各点から投影装置と撮像装置のレンズ中
心のそれぞれを見込む角度が算定される。前者の角度
は、投影される縞パターンの縞の次数を識別することに
よって算定される。また、後者の角度は、撮像装置内の
各点の結像位置から算定される。
ｂによって撮像され、画像情報が演算装置１３によって
処理される。同様に、エリア３次元センサー１２の投影
装置１２ａからも被計測物体Ｕと基準物体Ｋ上に縞パタ
ーンが投影され、両物体の表面形状に応じて変形された
縞パターンが撮像装置１２ｂで撮像され、画像情報が演
算装置１３で処理される。演算装置１３において、三角
測量の原理により被計測物体Ｕと基準物体Ｋ上の各点の
位置が算定される。すなわち、各エリア３次元センサー
において、投影装置と撮像装置のレンズ中心を結ぶ線分
が既知の長さの基線として設定され、被計測物体Ｕ上と
基準物体Ｋ上の各点から投影装置と撮像装置のレンズ中
心のそれぞれを見込む角度が算定される。前者の角度
は、投影される縞パターンの縞の次数を識別することに
よって算定される。また、後者の角度は、撮像装置内の
各点の結像位置から算定される。
【００１０】算定された各物体上の各点の位置、あるい
は各点を連結することによって得た直線や曲線の位置、
さらにはこれらの直線や曲線を含むように発生させた面
の位置が算定される。次に、算定された各点、各線、各
面の位置どうしの減算により、被計測物体Ｕ上と基準物
体Ｋ上の各点、各線、各面間の距離が算定される。図４
の例では、被計測物体Ｕの一方の側の垂直端面と基準物
体Ｋの一方の側の垂直端面との距離ｈ1 が３次元センサ
ー１１と演算装置１３とを用いて計測される。また、被
計測物体Ｕの他方の側の垂直端面と基準物体Ｋの他方の
側の垂直端面との距離ｈ2 が３次元センサー１２と演算
装置１３とを用いて計測される。被計測物体Ｕの幅Ｗ
は、基準物体Ｋの幅は既知の値Ｗｏに上記計測値ｈ1 と
ｈ2 とを加算した値として計測される。
は各点を連結することによって得た直線や曲線の位置、
さらにはこれらの直線や曲線を含むように発生させた面
の位置が算定される。次に、算定された各点、各線、各
面の位置どうしの減算により、被計測物体Ｕ上と基準物
体Ｋ上の各点、各線、各面間の距離が算定される。図４
の例では、被計測物体Ｕの一方の側の垂直端面と基準物
体Ｋの一方の側の垂直端面との距離ｈ1 が３次元センサ
ー１１と演算装置１３とを用いて計測される。また、被
計測物体Ｕの他方の側の垂直端面と基準物体Ｋの他方の
側の垂直端面との距離ｈ2 が３次元センサー１２と演算
装置１３とを用いて計測される。被計測物体Ｕの幅Ｗ
は、基準物体Ｋの幅は既知の値Ｗｏに上記計測値ｈ1 と
ｈ2 とを加算した値として計測される。
【００１１】個々のエリア３次元センサーについては、
光学系やセンサー素子、電子回路などの特性の変動、あ
るいは個々のエリア３次元センサーと被計測物体間の距
離の変動などに起因して、被計測物体上の各点の位置や
距離の計測値に対して同程度の大きさの誤差が発生す
る。しかしながら、各点の位置の計測値に誤差が生じて
も、これらの計測値の減算によって算定される寸法につ
いては、上記減算時に同程度の誤差が相殺されるため、
計測精度は相当改善される。しかも、計測した各点の位
置からこれらを結ぶ直線の位置を求めたり、あるいは直
線によって囲まれる面を求めたりすることは、平均化な
どの統計的処理を伴うので、計測精度が更に改善され
る。このようなことは、一点の計測しか行えないレーザ
距離計のようなものでは実現できないことは明らかであ
る。
光学系やセンサー素子、電子回路などの特性の変動、あ
るいは個々のエリア３次元センサーと被計測物体間の距
離の変動などに起因して、被計測物体上の各点の位置や
距離の計測値に対して同程度の大きさの誤差が発生す
る。しかしながら、各点の位置の計測値に誤差が生じて
も、これらの計測値の減算によって算定される寸法につ
いては、上記減算時に同程度の誤差が相殺されるため、
計測精度は相当改善される。しかも、計測した各点の位
置からこれらを結ぶ直線の位置を求めたり、あるいは直
線によって囲まれる面を求めたりすることは、平均化な
どの統計的処理を伴うので、計測精度が更に改善され
る。このようなことは、一点の計測しか行えないレーザ
距離計のようなものでは実現できないことは明らかであ
る。
【００１２】
【実施例】図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の一実施例の
計測方法を適用する計測装置の構成を示す概略図であ
る。１、２はエリア３次元センサー、３は演算装置であ
る。Ｕは長尺の被計測物体、Ｋは寸法が既知の基準物体
である。エリア３次元センサー１は、被計測物体Ｕと基
準物体Ｋとに太さによって特徴付けられた明暗の縞パタ
ーンを投影する投影装置１ａと、上記各物体に投影され
た縞パターンを撮像する撮像装置１ｂとから構成されて
いる。エリア３次元センサー２も同様に、被計測物体Ｕ
と基準物体Ｋとに太さによって特徴付けられた明暗の縞
パターンを投影する投影装置２ａと、上記各物体に投影
された縞パターンを撮像する撮像装置２ｂとから構成さ
れている。
計測方法を適用する計測装置の構成を示す概略図であ
る。１、２はエリア３次元センサー、３は演算装置であ
る。Ｕは長尺の被計測物体、Ｋは寸法が既知の基準物体
である。エリア３次元センサー１は、被計測物体Ｕと基
準物体Ｋとに太さによって特徴付けられた明暗の縞パタ
ーンを投影する投影装置１ａと、上記各物体に投影され
た縞パターンを撮像する撮像装置１ｂとから構成されて
いる。エリア３次元センサー２も同様に、被計測物体Ｕ
と基準物体Ｋとに太さによって特徴付けられた明暗の縞
パターンを投影する投影装置２ａと、上記各物体に投影
された縞パターンを撮像する撮像装置２ｂとから構成さ
れている。
【００１３】投影装置１ａ，２ａとしては、スライドプ
ロジェクターなどを用いることができる。また、各物体
に投影された縞パターンを撮像する撮像装置２ａ，２ｂ
としては、テレビカメラなどを用いることができる。演
算装置３は、撮像装置１ｂと２ｂとによって撮像された
縞パターン画像のそれぞれについて縞の次数を決定しな
がら各物体の両側の３次元形状を計算する。被計測物体
Ｕは、適宜な搬送手段によってその長さ方向（図中のＸ
方向）に搬送される。この実施例では、搬送手段として
搬送ロール４が例示されている。図１（ａ）は上方から
見た状態を、図１（ｂ）は搬送方向（ｘ方向）から見た
状態をそれぞれ示している。
ロジェクターなどを用いることができる。また、各物体
に投影された縞パターンを撮像する撮像装置２ａ，２ｂ
としては、テレビカメラなどを用いることができる。演
算装置３は、撮像装置１ｂと２ｂとによって撮像された
縞パターン画像のそれぞれについて縞の次数を決定しな
がら各物体の両側の３次元形状を計算する。被計測物体
Ｕは、適宜な搬送手段によってその長さ方向（図中のＸ
方向）に搬送される。この実施例では、搬送手段として
搬送ロール４が例示されている。図１（ａ）は上方から
見た状態を、図１（ｂ）は搬送方向（ｘ方向）から見た
状態をそれぞれ示している。
【００１４】本実施例は、長さ方向にほぼ同一の断面形
状を有しておりかつほぼ直線状を呈する被計測物体Ｕと
基準物体Ｋとを計測対象とする場合に特に適した計測方
法である。すなわち、エリア３次元センサー１について
は、投影装置１ａと撮像装置１ｂとは両者のレンズ中心
を結ぶ直線ｍ3 がｘ方向に平行であり、かつ撮像装置１
ｂの光軸がｘ方向に直交するように配置される。同様
に、エリア３次元センサー２についても、投影装置２ａ
と撮像装置２ｂとは両者のレンズ中心を結ぶ直線ｍ3 ’
がｘ方向に平行であり、かつ撮像装置２ｂの光軸ｍ1 が
ｘ方向に直交するように配置される。被計測物体Ｕが撮
像エリア内に搬送されてきたことが図示しない物体検知
センサによって検出されると、搬送ロールにより搬送が
停止され、撮像が開始される。
状を有しておりかつほぼ直線状を呈する被計測物体Ｕと
基準物体Ｋとを計測対象とする場合に特に適した計測方
法である。すなわち、エリア３次元センサー１について
は、投影装置１ａと撮像装置１ｂとは両者のレンズ中心
を結ぶ直線ｍ3 がｘ方向に平行であり、かつ撮像装置１
ｂの光軸がｘ方向に直交するように配置される。同様
に、エリア３次元センサー２についても、投影装置２ａ
と撮像装置２ｂとは両者のレンズ中心を結ぶ直線ｍ3 ’
がｘ方向に平行であり、かつ撮像装置２ｂの光軸ｍ1 が
ｘ方向に直交するように配置される。被計測物体Ｕが撮
像エリア内に搬送されてきたことが図示しない物体検知
センサによって検出されると、搬送ロールにより搬送が
停止され、撮像が開始される。
【００１５】図２（Ａ）は撮像装置１ｂによって撮像さ
れた画像の様子を示したもので、撮像装置１ｂの走査線
の方向はｘ方向に設定されている。本実施例では、縞パ
ターンのうち一本の縞だけが太く特徴づけられている。
即ち、５が太い縞の画像であって、他は細い縞の画像６
となっている。このように、縞パターンの縞の太さに特
徴をつけると共に、投影装置、撮像装置、被計測物体の
三者を上述した特別な幾何学的位置関係に配置すること
により、撮像された画像内で縞の太さが被計測物体Ｕや
基準物体Ｋの断面形状や位置変動の影響を受けずに保た
れ、したがって縞の次数を容易かつ確実に決定できる。
まず、この点について、エリア３次元センサー１の場合
を例にとって図３を参照しながら詳しく説明する。
れた画像の様子を示したもので、撮像装置１ｂの走査線
の方向はｘ方向に設定されている。本実施例では、縞パ
ターンのうち一本の縞だけが太く特徴づけられている。
即ち、５が太い縞の画像であって、他は細い縞の画像６
となっている。このように、縞パターンの縞の太さに特
徴をつけると共に、投影装置、撮像装置、被計測物体の
三者を上述した特別な幾何学的位置関係に配置すること
により、撮像された画像内で縞の太さが被計測物体Ｕや
基準物体Ｋの断面形状や位置変動の影響を受けずに保た
れ、したがって縞の次数を容易かつ確実に決定できる。
まず、この点について、エリア３次元センサー１の場合
を例にとって図３を参照しながら詳しく説明する。
【００１６】図３において、Ｐは投影装置１ａのレンズ
中心、Ｑは撮像装置１ｂのレンズ中心、ｍ1 は撮像装置
１ｂの光軸、ｍ3 はレンズ中心Ｐ，Ｑを通る直線であ
る。撮像装置１ａの撮像面は、直線ｍ1 に垂直にレンズ
中心Ｑから L0 の距離に形成されており、直線ｍ2 は撮
像面と紙面との交線である。いま、図３（ａ）に例示す
るように、紙面上で被計測物体Ｕや基準物体Ｋの長さ方
向の直線、すなわち直線ｍ3 に平行な２本の直線を想定
し、それぞれを直線ｍ4 ，直線ｍ5 とする。また、直線
ｍ3 と直線ｍ4 との距離を L1 とし、直線ｍ3 と直線ｍ
5 との距離をL 2とする。投影装置のレンズ中心Ｐから
投影される縞パターンを構成する多数の光の帯の一つ７
ａに着目し、この光の帯７ａの明暗の境界が直線ｍ4,直
線ｍ5 と交わる点をそれぞれ点Ａ，Ｂ及びＣ，Ｄとす
る。各点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、テレビカメラのレンズによ
ってそれぞれ直線ｍ2 上の各点Ａ’，Ｂ’，Ｃ’，Ｄ’
に結像される。
中心、Ｑは撮像装置１ｂのレンズ中心、ｍ1 は撮像装置
１ｂの光軸、ｍ3 はレンズ中心Ｐ，Ｑを通る直線であ
る。撮像装置１ａの撮像面は、直線ｍ1 に垂直にレンズ
中心Ｑから L0 の距離に形成されており、直線ｍ2 は撮
像面と紙面との交線である。いま、図３（ａ）に例示す
るように、紙面上で被計測物体Ｕや基準物体Ｋの長さ方
向の直線、すなわち直線ｍ3 に平行な２本の直線を想定
し、それぞれを直線ｍ4 ，直線ｍ5 とする。また、直線
ｍ3 と直線ｍ4 との距離を L1 とし、直線ｍ3 と直線ｍ
5 との距離をL 2とする。投影装置のレンズ中心Ｐから
投影される縞パターンを構成する多数の光の帯の一つ７
ａに着目し、この光の帯７ａの明暗の境界が直線ｍ4,直
線ｍ5 と交わる点をそれぞれ点Ａ，Ｂ及びＣ，Ｄとす
る。各点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、テレビカメラのレンズによ
ってそれぞれ直線ｍ2 上の各点Ａ’，Ｂ’，Ｃ’，Ｄ’
に結像される。
【００１７】簡単な幾何学から明らかなように、 ＣＤ＝ＡＢ・（ L2 ／ L1 ） となる。ただし、表記ＣＤは点Ｃと点Ｄを結ぶ線分の長
さを意味している。ＡＢについても同様である。したが
って、 Ｃ’Ｄ’＝ＣＤ・（ L0 ／ L2 ） ＝ＡＢ・（ L2 ／ L1 ）・（ L0 ／ L2 ） ＝ＡＢ・（ L0 ／ L1 ） ＝Ａ’Ｂ’ ・・・（１） となる。すなわち、直線ｍ3 に平行な直線に投影された
ある光の帯を撮像した時、画像上での光の帯はこの直線
の高さが変わっても常に一定の長さに観察されることが
分かる。
さを意味している。ＡＢについても同様である。したが
って、 Ｃ’Ｄ’＝ＣＤ・（ L0 ／ L2 ） ＝ＡＢ・（ L2 ／ L1 ）・（ L0 ／ L2 ） ＝ＡＢ・（ L0 ／ L1 ） ＝Ａ’Ｂ’ ・・・（１） となる。すなわち、直線ｍ3 に平行な直線に投影された
ある光の帯を撮像した時、画像上での光の帯はこの直線
の高さが変わっても常に一定の長さに観察されることが
分かる。
【００１８】次に、図３（ｂ）に例示するように、二つ
の光の帯 7ｂ，7 ｃに着目する。直線ｍ3 から L3 の距
離にありしかも直線ｍ3 に平行な直線ｍ6 が、それぞれ
の光の帯の明暗境界と交わる各点を点Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈと
し、これらの点は直線ｍ2 上の点Ｅ’，Ｆ’，Ｇ’，
Ｈ’に結像されるものとする。 Ｅ’Ｆ’＝ＥＦ・（ L0 ／ L3 ） Ｆ’Ｇ’＝ＦＧ・（ L0 ／ L3 ） Ｇ’Ｈ’＝ＧＨ・（ L0 ／ L3 ） であるから、 Ｅ’Ｆ’：Ｆ’Ｇ’：Ｇ’Ｈ’＝ＥＦ：ＦＧ：ＧＨ ・・・（２） となる。すなわち、被計測物体の長さ方向に平行な任意
の直線上の光の明暗の間隔は撮像された画像上で相似に
保たれること、換言すれば、被計測物体Ｕと基準物体Ｋ
とに投影された太い縞は撮像された画像上でも太い縞と
して観測されることが分かる。
の光の帯 7ｂ，7 ｃに着目する。直線ｍ3 から L3 の距
離にありしかも直線ｍ3 に平行な直線ｍ6 が、それぞれ
の光の帯の明暗境界と交わる各点を点Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈと
し、これらの点は直線ｍ2 上の点Ｅ’，Ｆ’，Ｇ’，
Ｈ’に結像されるものとする。 Ｅ’Ｆ’＝ＥＦ・（ L0 ／ L3 ） Ｆ’Ｇ’＝ＦＧ・（ L0 ／ L3 ） Ｇ’Ｈ’＝ＧＨ・（ L0 ／ L3 ） であるから、 Ｅ’Ｆ’：Ｆ’Ｇ’：Ｇ’Ｈ’＝ＥＦ：ＦＧ：ＧＨ ・・・（２） となる。すなわち、被計測物体の長さ方向に平行な任意
の直線上の光の明暗の間隔は撮像された画像上で相似に
保たれること、換言すれば、被計測物体Ｕと基準物体Ｋ
とに投影された太い縞は撮像された画像上でも太い縞と
して観測されることが分かる。
【００１９】以上、観察対象である直線が図３の紙面上
に存在する場合を例にとって、図３（ａ），図３（ｂ）
を用いて説明した。しかしながら、容易に判明するよう
に、観察対象の直線が紙面上に存在しない場合、すなわ
ち紙面から任意の距離離れた位置に存在する場合であっ
ても、それらの直線が直線ｍ3 に平行である限り、上記
（１）式と（２）式が成立する。要するに、直線ｍ3 に
平行な直線に縞パターンを投影した場合、直線の位置が
変化しても撮像された画像上では明暗の位置は変化する
ものの明暗の各部の長さ（縞の幅）は常に一定で、かつ
明暗の相互の長さ（縞の幅）の相対関係も常に一定に保
たれることになる。
に存在する場合を例にとって、図３（ａ），図３（ｂ）
を用いて説明した。しかしながら、容易に判明するよう
に、観察対象の直線が紙面上に存在しない場合、すなわ
ち紙面から任意の距離離れた位置に存在する場合であっ
ても、それらの直線が直線ｍ3 に平行である限り、上記
（１）式と（２）式が成立する。要するに、直線ｍ3 に
平行な直線に縞パターンを投影した場合、直線の位置が
変化しても撮像された画像上では明暗の位置は変化する
ものの明暗の各部の長さ（縞の幅）は常に一定で、かつ
明暗の相互の長さ（縞の幅）の相対関係も常に一定に保
たれることになる。
【００２０】断面形状が一定でほぼ真直な物体を対象に
する場合は、本実施例のように直線ｍ3 を物体の長さ方
向と同一の方向に設定すれば、被計測物体の表面は直線
ｍ3にほぼ平行な多数の直線の集まりと考えることがで
きることから、被計測物体Ｕや基準物体Ｋ上に投影され
た縞パターンを撮像した画像は、縞の位置が変化するも
のの、個々の縞の幅と縞相互の幅の関係（太い、細いの
関係）は一定に保たれ、この結果縞の次数の識別が容易
かつ確実になる。
する場合は、本実施例のように直線ｍ3 を物体の長さ方
向と同一の方向に設定すれば、被計測物体の表面は直線
ｍ3にほぼ平行な多数の直線の集まりと考えることがで
きることから、被計測物体Ｕや基準物体Ｋ上に投影され
た縞パターンを撮像した画像は、縞の位置が変化するも
のの、個々の縞の幅と縞相互の幅の関係（太い、細いの
関係）は一定に保たれ、この結果縞の次数の識別が容易
かつ確実になる。
【００２１】次に、図３（ｂ）を参照すれば、直線ｍ6
上の各点Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈの位置は、三角測量によって計
測される。すなわち、レンズ中心Ｐ，Ｑの間隔を一定に
保った状態で、計測対象の各点Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈから２点
Ｐ，Ｑのそれぞれを見た方向が計測される。まず、各点
Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈから見た点Ｑの方向は、撮像面上の対応
の各結像点Ｅ’，Ｆ’，Ｇ’，Ｈ’から見た点Ｑの方向
に等しい。従って、計測対象の各点Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈから
見た点Ｑの方向は、撮像面上の各結像点Ｅ’，Ｆ’，
Ｇ’，Ｈ’のそれぞれと既知のレンズ中心Ｑ点との位置
関係から容易に判明する。また、計測対象の各点Ｅ，
Ｆ，Ｇ，Ｈから見た点Ｐの方向は、各点が投影された何
番目の縞上に存在するかによって判明する。このよう
に、縞の次数の識別を含む三角測量により、被計測物体
上の各点の位置を容易に計測することができる。
上の各点Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈの位置は、三角測量によって計
測される。すなわち、レンズ中心Ｐ，Ｑの間隔を一定に
保った状態で、計測対象の各点Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈから２点
Ｐ，Ｑのそれぞれを見た方向が計測される。まず、各点
Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈから見た点Ｑの方向は、撮像面上の対応
の各結像点Ｅ’，Ｆ’，Ｇ’，Ｈ’から見た点Ｑの方向
に等しい。従って、計測対象の各点Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈから
見た点Ｑの方向は、撮像面上の各結像点Ｅ’，Ｆ’，
Ｇ’，Ｈ’のそれぞれと既知のレンズ中心Ｑ点との位置
関係から容易に判明する。また、計測対象の各点Ｅ，
Ｆ，Ｇ，Ｈから見た点Ｐの方向は、各点が投影された何
番目の縞上に存在するかによって判明する。このよう
に、縞の次数の識別を含む三角測量により、被計測物体
上の各点の位置を容易に計測することができる。
【００２２】演算装置３は、各物体上の各点の位置を減
算することによって被計測物体Ｕと基準物体Ｋとが複合
された物体の３次元形状を計算できる。被計測物体Ｕの
搬送に伴い長さ方向の向きが変化することも考えられる
が、被計測物体Ｕが長尺体であればそのような方向の変
化量はわずかであり、縞の太さへの影響は小さく、縞の
次数決定に悪影響を及ぼすことはない。また、撮像装置
での一回の撮像画像だけで計測が可能である。従って、
場合によっては、本実施例のように被計測物体の搬送を
計測のためにわざわざ停止させることなく、撮像装置に
高速シャッター機能を持たせることによりかなり高速の
搬送状態のもとでも計測することが可能である。
算することによって被計測物体Ｕと基準物体Ｋとが複合
された物体の３次元形状を計算できる。被計測物体Ｕの
搬送に伴い長さ方向の向きが変化することも考えられる
が、被計測物体Ｕが長尺体であればそのような方向の変
化量はわずかであり、縞の太さへの影響は小さく、縞の
次数決定に悪影響を及ぼすことはない。また、撮像装置
での一回の撮像画像だけで計測が可能である。従って、
場合によっては、本実施例のように被計測物体の搬送を
計測のためにわざわざ停止させることなく、撮像装置に
高速シャッター機能を持たせることによりかなり高速の
搬送状態のもとでも計測することが可能である。
【００２３】演算装置３は、上述のようにして得た３次
元形状データに最も良く当てはまるように既知の面（こ
の例では水平面や垂直面）を当てはめ、各面の相互の位
置関係をもとにして物体の寸法を求める。すなわち、図
２（Ｂ）に示すように、被計測物体Ｕと基準物体Ｋの一
方の側を構成している各面のうちエリア３次元センサー
１を用いて計測された４個の面ａ，ｂ，ｃ，ｄのそれぞ
れは、図２（Ａ）に示した縞パターン画像上の４個の面
ａ，ｂ，ｃ，ｄに対応する。被計測物体Ｕと基準物体Ｋ
の形状は予め判明しているので、演算によって得られた
３次元形状データに最も良く当てはまるように４個の平
面をあてはめることができる。同様に、被計測物体Ｕと
基準物体Ｋの他方の側を構成している４個の面ｄ，ｅ，
ｆ，ｇがエリア３次元センサー２によって検出され、予
め判明している４個の面が当てはめられる。
元形状データに最も良く当てはまるように既知の面（こ
の例では水平面や垂直面）を当てはめ、各面の相互の位
置関係をもとにして物体の寸法を求める。すなわち、図
２（Ｂ）に示すように、被計測物体Ｕと基準物体Ｋの一
方の側を構成している各面のうちエリア３次元センサー
１を用いて計測された４個の面ａ，ｂ，ｃ，ｄのそれぞ
れは、図２（Ａ）に示した縞パターン画像上の４個の面
ａ，ｂ，ｃ，ｄに対応する。被計測物体Ｕと基準物体Ｋ
の形状は予め判明しているので、演算によって得られた
３次元形状データに最も良く当てはまるように４個の平
面をあてはめることができる。同様に、被計測物体Ｕと
基準物体Ｋの他方の側を構成している４個の面ｄ，ｅ，
ｆ，ｇがエリア３次元センサー２によって検出され、予
め判明している４個の面が当てはめられる。
【００２４】図２（Ｂ）中の８ａ，８ｃ，８ｅ，８ｇ
は、被検出物体Ｕと基準物体Ｋの両側の鉛直面ａ，ｃ，
ｅ，ｇのそれぞれに当てはめられた鉛直面である。この
ように最も良く適合する鉛直面が決定されると、面８ａ
と８ｃの距離から面ｂの幅である寸法ｗ1 が算定され、
面８ｅと８ｇとの距離から面ｃの幅である寸法ｗ2 が算
定される。
は、被検出物体Ｕと基準物体Ｋの両側の鉛直面ａ，ｃ，
ｅ，ｇのそれぞれに当てはめられた鉛直面である。この
ように最も良く適合する鉛直面が決定されると、面８ａ
と８ｃの距離から面ｂの幅である寸法ｗ1 が算定され、
面８ｅと８ｇとの距離から面ｃの幅である寸法ｗ2 が算
定される。
【００２５】図５は、被計測物体Ｕの曲りを計測する一
実施例である。図１と同一の構成の４個のエリア３次元
センサー（図示せず）が、それぞれの計測エリア９ａ〜
９ｄを被計測物体Ｕと基準物体Ｋの両方にわたるように
した状態でかつ被計測物体Ｕの長さ方向に間隔を置いて
配置されている。基準物体Ｋの上面は曲がりのない真っ
直ぐな平面になっている。各エリア３次元センサーは、
基準物体Ｋの上面と被計測物体Ｕの上面との段差を正確
に計測するので、基準物体Ｋの曲がりのない面を基準に
した被計測物体Ｕの曲がりが正確に求められる。
実施例である。図１と同一の構成の４個のエリア３次元
センサー（図示せず）が、それぞれの計測エリア９ａ〜
９ｄを被計測物体Ｕと基準物体Ｋの両方にわたるように
した状態でかつ被計測物体Ｕの長さ方向に間隔を置いて
配置されている。基準物体Ｋの上面は曲がりのない真っ
直ぐな平面になっている。各エリア３次元センサーは、
基準物体Ｋの上面と被計測物体Ｕの上面との段差を正確
に計測するので、基準物体Ｋの曲がりのない面を基準に
した被計測物体Ｕの曲がりが正確に求められる。
【００２６】なお、上記本実施例では、縞の次数の特徴
として一本の縞だけを太くしたが、必ずしもこのような
特徴づけだけに限定されるものではなく、数種類の太さ
の縞を組み合わせるようなことをしても勿論良い。
として一本の縞だけを太くしたが、必ずしもこのような
特徴づけだけに限定されるものではなく、数種類の太さ
の縞を組み合わせるようなことをしても勿論良い。
【００２７】また、投影と撮像の回数と処理時間を短縮
するためＵ 、投影方向に関する情報を含む光束として
太さによって特徴付けられた縞パターンを用いる実施例
を説明した。しかしながら、投影と撮像の回数と処理時
間との増加が許容できるような場合には、投影方向に関
する情報を含む光束としては、次のような各種の異なる
構成を採用することができる。
するためＵ 、投影方向に関する情報を含む光束として
太さによって特徴付けられた縞パターンを用いる実施例
を説明した。しかしながら、投影と撮像の回数と処理時
間との増加が許容できるような場合には、投影方向に関
する情報を含む光束としては、次のような各種の異なる
構成を採用することができる。
【００２８】各エリア３次元センサーが、光切断法にお
いて知られているスリット状の光束を１回の計測に際し
被計測物体と基準物体の異なる箇所に複数回に分けて投
影し物体の形状に応じて変形されたスリット状の光束を
撮像し、三角測量法に基づき寸法を計測する構成。
いて知られているスリット状の光束を１回の計測に際し
被計測物体と基準物体の異なる箇所に複数回に分けて投
影し物体の形状に応じて変形されたスリット状の光束を
撮像し、三角測量法に基づき寸法を計測する構成。
【００２９】各エリア３次元センサーが、白色光をプリ
ズムを通して投影することなどにより、投影方向に波長
が変化する光束を１回の計測に際し１回だけ投影し、被
計測物体と基準物体の形状に応じて変形されたカラー画
像をカラー撮像装置で撮像し三角測量に基づき寸法を計
測する構成。
ズムを通して投影することなどにより、投影方向に波長
が変化する光束を１回の計測に際し１回だけ投影し、被
計測物体と基準物体の形状に応じて変形されたカラー画
像をカラー撮像装置で撮像し三角測量に基づき寸法を計
測する構成。
【００３０】符号化帯状照明法において知られているよ
うに、１回の計測に際し異なる２次元パターンの光束を
複数回に分けて被計測物体と基準物体の同一の領域に投
影しかつその変形された二次元パターンを撮像し、三角
測量の原理を利用して形状と寸法を計測する構成。
うに、１回の計測に際し異なる２次元パターンの光束を
複数回に分けて被計測物体と基準物体の同一の領域に投
影しかつその変形された二次元パターンを撮像し、三角
測量の原理を利用して形状と寸法を計測する構成。
【００３１】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の計
測方法及び装置によれば、センサーのドリフトやセンサ
ー相互の位置関係の変動の影響を受けなることなく高精
度の寸法の計測が可能となる。特に、温度変化の激しい
熱間計測では、複雑で高価な自動校正装置が不要となる
上に計測精度が大幅に向上し、その効果は多大である。
測方法及び装置によれば、センサーのドリフトやセンサ
ー相互の位置関係の変動の影響を受けなることなく高精
度の寸法の計測が可能となる。特に、温度変化の激しい
熱間計測では、複雑で高価な自動校正装置が不要となる
上に計測精度が大幅に向上し、その効果は多大である。
【００３２】さらに、本発明の計測方法及び装置によれ
ば、エリアとして距離分布を計測するので、計測物体の
姿勢や向きの変化も把握でき、レーザ距離計で計測する
場合に生じる計測物体の傾きによる計測誤差も同時に除
去することもできる。
ば、エリアとして距離分布を計測するので、計測物体の
姿勢や向きの変化も把握でき、レーザ距離計で計測する
場合に生じる計測物体の傾きによる計測誤差も同時に除
去することもできる。
【図１】本発明の一実施例の計測方法を適用する計測装
置の構成を示す概略図である。
置の構成を示す概略図である。
【図２】上記実施例のエリア３次元センサー１において
投影され撮像された縞パターンの一例（Ａ）と三角測量
によって計測される形状の一例（Ｂ）を示す概念図であ
る。
投影され撮像された縞パターンの一例（Ａ）と三角測量
によって計測される形状の一例（Ｂ）を示す概念図であ
る。
【図３】上記実施例の作用を説明するための概念図であ
る。
る。
【図４】本発明の作用を説明するための図である。
【図５】本発明の他の実施例の計測方法を適用する計測
装置の構成を示す概略図である。
装置の構成を示す概略図である。
【図６】従来の計測装置の一例を示す説明図である。
【図７】従来の計測装置の他の一例を示す説明図であ
る。
る。
1,2,11,12 エリア３次元センサー 3,13 演算装置 1a,2a,11a,12a 投影装置 1b,2b,11b,12b 撮像装置 Ｕ 被計測物体 Ｋ 寸法既知の基準物体 9a〜9b エリア３次元センサーの計測エリア
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 G01C 3/06
Claims (2)
- 【請求項１】投影方向に関する情報を含む光束を互いに
近接して配置された被計測物体と寸法既知の基準物体と
に投影装置を用いて投影し、前記物体の形状に応じて変
形された光束を撮像装置を用いて撮像するエリア３次元
センサーを複数配置し、 前記各エリア３次元センサーで撮像された光束の像と三
角測量の原理とを用いて前記被計測物体上と前記基準物
体上の各部の位置を算定し、 この算定した各部の位置から各部間の距離を計測し、 この算定した各部間の距離と前記基準物体の既知の寸法
とに基づき前記被計測物体の寸法を算定する物体の寸法
の計測方法であって、 前記各エリア３次元センサーの投影装置が投影する光束
は、波長の変化を前記投影方向に関する情報とし、かつ
この投影された光束は１回の計測に際し１回だけ撮像さ
れるものであることを特徴とする物体の寸法の計測方
法。 - 【請求項２】互いに近接して配置された被計測物体と寸
法既知の基準物体の周辺に複数配置されるエリア３次元
センサーであって、それぞれが投影方向に関する情報を
含む光束を前記各物体に投影する投影装置と前記各物体
に投影されその形状に応じて変形された光束を撮像する
撮像装置とを備えたものと、 前記各エリア３次元センサーの撮像装置で撮像された光
束の像と三角測量の原理とを用いて前記被計測物体上と
前記基準物体上の各部の位置を算定する手段と、 この算定した各部の位置から各部間の距離を計測する手
段と、 この算定した各部間の距離と前記基準物体の既知の寸法
とに基づき前記被計測物体の寸法を算定する手段とを備
えた物体の寸法の計測装置であって、 前記各エリア３次元センサーは、波長の変化を前記投影
方向に関する情報とする光束を投影しかつ１回の計測に
際し１回だけ撮像することを特徴とする物体の寸法の計
測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6072723A JP3048107B2 (ja) | 1994-03-17 | 1994-03-17 | 物体の寸法の計測方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6072723A JP3048107B2 (ja) | 1994-03-17 | 1994-03-17 | 物体の寸法の計測方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07260429A JPH07260429A (ja) | 1995-10-13 |
| JP3048107B2 true JP3048107B2 (ja) | 2000-06-05 |
Family
ID=13497568
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6072723A Expired - Fee Related JP3048107B2 (ja) | 1994-03-17 | 1994-03-17 | 物体の寸法の計測方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3048107B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4846896B2 (ja) * | 2000-09-04 | 2011-12-28 | 積水化学工業株式会社 | 長尺材の曲り検査装置 |
| DE60236019D1 (de) * | 2001-12-28 | 2010-05-27 | Mariner Acquisition Co Llc | Stereoskopisches dreidimensionales metrologiesystem und -verfahren |
| JP5122729B2 (ja) * | 2005-04-26 | 2013-01-16 | 照明 與語 | ３次元形状測定方法 |
| JP5334861B2 (ja) * | 2006-12-15 | 2013-11-06 | フラウンホッファー−ゲゼルシャフト ツァ フェルダールング デァ アンゲヴァンテン フォアシュンク エー．ファオ | 厚さ測定のための方法及び装置 |
| JP6026252B2 (ja) * | 2012-11-30 | 2016-11-16 | 株式会社東芝 | 物体測定装置、及び物体測定方法 |
| CN108226946A (zh) * | 2018-01-23 | 2018-06-29 | 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 | 激光测距机及其信号单元底座 |
-
1994
- 1994-03-17 JP JP6072723A patent/JP3048107B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07260429A (ja) | 1995-10-13 |
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