JP3051199B2 - Object shape measuring device - Google Patents

Object shape measuring device

Info

Publication number
JP3051199B2
JP3051199B2 JP3123026A JP12302691A JP3051199B2 JP 3051199 B2 JP3051199 B2 JP 3051199B2 JP 3123026 A JP3123026 A JP 3123026A JP 12302691 A JP12302691 A JP 12302691A JP 3051199 B2 JP3051199 B2 JP 3051199B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
signal
light
read
output
period
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
Application number
JP3123026A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH04328408A (en
Inventor
明 石井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP3123026A priority Critical patent/JP3051199B2/en
Priority to DE1992623544 priority patent/DE69223544T2/en
Priority to EP19920401186 priority patent/EP0511117B1/en
Publication of JPH04328408A publication Critical patent/JPH04328408A/en
Priority to US08/770,800 priority patent/US5739912A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3051199B2 publication Critical patent/JP3051199B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、アーク溶接、シーリン
グ作業、バリ取り作業等を人手に代わってロボットある
いは自動装置により行う場合に必要な、作業対象物の位
置・形状を測定するための物体形状測定器あるいはロボ
ット視覚センサに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an object for measuring the position and shape of a work required when performing arc welding, sealing work, deburring work, etc. by a robot or an automatic device instead of a human. The present invention relates to a shape measuring device or a robot visual sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】アーク溶接を例に取って従来技術の状況
を説明する。アーク溶接を自動化するためにはロボット
等が把持する溶接トーチを作業対象に倣って移動させる
ために、対象表面の形状を測定し溶接部位(溶接線)の
位置を検出する必要がある。このようなロボット視覚セ
ンサとしては、非接触形のセンサが溶接対象との干渉が
なく、種々の形状に対する適用柔軟性及び測定速度の点
で優れている。非接触形視覚センサとしては、これまで
スリット光を対象に投射し、対象表面に現れる輝線の形
状をテレビカメラで捉えて対象表面の形状を測定する方
法で、レーザビームのスポット光により対象表面を走査
して、対象表面の移動する輝点の位置を位置検出器(P
osition Sensitive Device,
略称PSD,例えば応用物理学会光学懇話会発行「光
学」,12巻,5号,頁367〜頁373,1983
年,「半導体二次元位置検出器の改良」寺田,山本共著
を参照)で捉え、三角測量の原理により輝点の三次元位
置を求める方法が知られている。
2. Description of the Related Art The state of the prior art will be described by taking arc welding as an example. In order to automate the arc welding, it is necessary to measure the shape of the target surface and detect the position of the welding site (welding line) in order to move the welding torch gripped by a robot or the like in accordance with the work target. As such a robot visual sensor, a non-contact type sensor has no interference with a welding target, and is excellent in application flexibility to various shapes and measurement speed. As a non-contact visual sensor, a method of projecting slit light onto a target, measuring the shape of the target surface by capturing the shape of the bright line appearing on the target surface with a TV camera, and using the spot light of the laser beam to project the target surface By scanning, the position of the moving bright spot on the target surface is detected by a position detector (P
Osition Sensitive Device,
Abbreviation PSD, for example, "Optics", Vol. 12, No. 5, page 367 to page 373, 1983, published by the Society of Applied Physics of Japan.
A method of obtaining a three-dimensional position of a luminescent spot based on the principle of triangulation is known.

【0003】また、アーク光強度の変動周波数が一定の
周波数(100kHz)以下に集中していることを利用
し、レーザ光の強度を十分高い周波数(例えば数百kHz
)で変調し、一次元に配列されたホトダイオード列で
輝点像を受け、各ホトダイオードの光電変換出力の中か
ら変調周波数成分のみをフィルタで取り出して輝点の信
号のみを分離検出する方法が開発されている(例えば、
日本産業用ロボット工業会発行Robot,No.5
4,頁58〜頁65,「アーク溶接ロボット用視覚セン
サの開発」伊藤義一著を参照)。
Further, utilizing the fact that the fluctuation frequency of the arc light intensity is concentrated below a certain frequency (100 kHz), the intensity of the laser light is increased to a sufficiently high frequency (for example, several hundred kHz).
), A bright spot image is received by a one-dimensional array of photodiodes, and only a modulation frequency component is extracted from the photoelectric conversion output of each photodiode with a filter to separate and detect only the bright spot signal. (For example,
Robot, No. 1 issued by the Japan Industrial Robot Association. 5
4, page 58 to page 65, "Development of visual sensor for arc welding robot" by Yoshikazu Ito).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】前記のテレビカメラで
捉えて形状を測定する方法等のこれらの方法は、アーク
光等の強い外来光の妨害を受けやすい。また特に、PS
Dを用いる方法では、単一の受光面上で捉えた輝点像の
光分布の重心を輝点の中心像として検出するため、V形
溝の表面をレーザ光により走査する際に生じる多重反射
による複数のスポット像の同時検出により正しい真の輝
点位置の測定が妨げられ、正確な形状測定を実現できな
い傾向がある。
These methods, such as the method of measuring the shape by capturing with a television camera as described above, are susceptible to interference by strong extraneous light such as arc light. In particular, PS
In the method using D, since the center of gravity of the light distribution of the bright spot image captured on a single light receiving surface is detected as the central image of the bright spot, the multiple reflection generated when the surface of the V-shaped groove is scanned by the laser beam. , Simultaneous measurement of a plurality of spot images prevents accurate measurement of the true bright spot position, and tends to fail to achieve accurate shape measurement.

【0005】また後者の、輝点の信号のみを分離検出す
る方法は、アーク光の影響を除去する能力に優れている
が、CCDセンサ、PSDなどの一般に製造され普及し
ている受光器と異なる、変調光を検出するための特有の
構造を持つ特殊な検出器を用いているため設計製造上の
自由度を欠く難点を有している。また非蓄積形の受光素
子を用いているため、光の検出感度が低い欠点を有して
いる。
The latter method of separating and detecting only the signal of the bright spot is excellent in the ability to remove the influence of the arc light, but is different from the generally manufactured and widely used photodetectors such as CCD sensors and PSDs. However, since a special detector having a specific structure for detecting the modulated light is used, there is a problem that the degree of freedom in designing and manufacturing is lacking. Further, since a non-storage type light receiving element is used, there is a disadvantage that light detection sensitivity is low.

【0006】本発明の課題は、上記の従来技術の実情に
鑑み、アーク光等の周囲光の影響を除去しうる距離及び
形状の測定法を確立することであり、特に通常の半導体
レーザと電荷蓄積形CCDラインセンサにより構成でき
る物体形状測定装置を実現することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to establish a method of measuring a distance and a shape capable of eliminating the influence of ambient light such as arc light in view of the above-mentioned state of the art. It is an object of the present invention to realize an object shape measuring device which can be constituted by a storage type CCD line sensor.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】請求項1において、レー
ザ光を溶接物体の表面に投射して走査し、その輝点像を
電荷蓄積形一次元受光素子列により検出して、三角測量
の原理に基づき輝点像の位置座標を求め、溶接物体の表
面形状を測定する物体形状測定装置において、読み出し
走査期間がアーク光の変動周期より十分短く設定された
一次元受光素子列と一次元受光素子列の受光及び読
み出し走査に同期して1読み出し走査周期以上の無発光
期間を挟んで発光するパルス発光手段と、受光素子列の
読み出し出力を1読み出し走査周期だけ遅延させる回路
手段と、パルス発光の生起する読み出し走査期間の次の
読み出し走査期間の読み出し出力と隣接する読み出し走
査期間の読み出し出力との間で一方を上記遅延回路手段
により1読み出し走査周期だけ遅延させて減算処理を行
う回路手段とによりアーク溶接における溶接物体形状測
定装置を構成し前記減算処理により読み出し出力中の
変動するアーク光による成分を除去するようにしたこと
を特徴とする物体形状測定装置を構成した。
The principle of triangulation according to claim 1, wherein a laser beam is projected onto the surface of the welding object and scanned, and a bright spot image is detected by a charge storage type one-dimensional light receiving element array. in object shape measuring apparatus determined, measuring the surface shape of the welding object position coordinates of the bright spot image based on the read
The scanning period was set sufficiently shorter than the fluctuation period of the arc light
A one-dimensional light receiving element array , pulse light emitting means for emitting light with a non-emission period of at least one read scanning cycle in synchronization with the light receiving and reading scanning of the one-dimensional light receiving element array , and one read output of the light receiving element array Circuit means for delaying by a scanning period, and a read scan adjacent to a read output in a read scan period next to a read scan period in which pulse emission occurs.
One of the delay circuit means between the read output during the test period and
And a circuit means for performing a subtraction process by delaying by one read-out scanning cycle, thereby measuring the shape of a welding object in arc welding.
Form a constant unit, in read output by the subtraction processing
An object shape measuring apparatus is configured to remove components due to fluctuating arc light .

【0008】[0008]

【作用】CCDラインセンサを制御して、レーザ光パル
スのパルス幅に相当する期間に光電子蓄積期間を制限す
る(通常のCCDセンサの電子シャッタ機能を利用)こ
とにより、CCDラインセンサの周囲光に対する感度を
抑え、レーザ光に対する感度を選択的に高めることがで
きるがこのようなレーザ光照射条件で、レーザ光パルス
はライン走査に同期しているから、レーザ光パルス照射
時のライン走査出力とレーザ光パルスがない期間のライ
ン走査出力の差を取ると、ライン走査周期が十分短い場
合、例えばアーク光の変動周波数スペクトル成分の上限
100kHzに対応して10μs以下である場合は、連続
するライン走査出力中の周囲光の成分にはほとんど変動
がないから、減算出力中の周囲光成分は除去されレーザ
パルス光による信号成分だけが検出される。
By controlling the CCD line sensor to limit the photoelectron accumulation period to a period corresponding to the pulse width of the laser light pulse (using the electronic shutter function of a normal CCD sensor), the CCD line sensor can be controlled with respect to ambient light. The sensitivity to laser light can be suppressed and the sensitivity to laser light can be selectively increased.However, under such laser light irradiation conditions, the laser light pulse is synchronized with the line scan, so that the line scan output during laser light pulse irradiation and the laser If the difference between the line scan outputs during the period in which there is no light pulse is taken, if the line scan period is sufficiently short, for example, 10 μs or less corresponding to the upper limit 100 kHz of the fluctuation frequency spectrum component of the arc light, the continuous line scan output Since the ambient light component inside has almost no change, the ambient light component in the subtraction output is removed and the signal by the laser pulse light is removed. By the amount is detected.

【0009】[0009]

【実施例】以下、図面と共に本発明の1実施例を説明す
る。図1において、1は形状測定対象、2はレーザダイ
オード、3はレーザダイオード駆動回路、4はレーザ光
を偏向して測定対象をレーザ光で走査するためのミラー
式光偏向器Mでガルバノメータ、ミラーをモータ軸に搭
載したモータなどの周知の光偏向手段により実現でき
る。また用途によっては、非機械式偏向器として偏向角
は小さいが高速動作が可能な超音波光偏向器により代替
することも可能である。5は光偏向器駆動回路である。
6は対象表面に投射されたレーザ光を輝点像として検出
するためのレンズである。7は輝点像を電気信号に変換
するための受光素子列でCCDラインセンサが代表的な
例である。ここでは具体的な記述を得るために、128
個の有効な受光素子を有するCCDラインセンサを想定
する。各受光素子は輝点像を表現する画素信号を生成す
る。8はCCDラインセンサ7を動作させるために必要
な各種駆動信号を生成してラインセンサ7に供給し、読
み出された画素信号を増幅し出力するラインセンサ読み
取り回路である。ここでCCDラインセンサ7の構成例
として、画素信号の読出し速度を2倍にするために、奇
数番目と偶数番目の受光素子の蓄積電荷を同時に並行に
読み出すように、それぞれ奇数番目と偶数番目の受光素
子から電荷の並列転送を受ける2個のCCDシフトレジ
スタを有するものを採り上げる。そこでラインセンサ読
み取り回路8から出力される2つの信号9、10をそれ
ぞれ奇数番目の受光素子列の画素信号と偶数番目の受光
素子列の画素信号とする。ここでは、画素信号を読み出
すためにCCDラインセンサに加えられる画素クロック
信号の周波数を20MHz とする。11は本実施例の物体
形状測定器が動作するために必要な各種信号を生成する
タイミング回路で、信号12は画素クロック信号φ、信
号13はCCDラインセンサの読み出しの繰り返し周期
を与えるライン走査スタート信号ST、信号14はミラ
ー式光偏向器4のミラーの回転により光偏向角度θi
設定するためのミラー歩進信号MP、信号15はミラー
による光偏向走査の初期位置から最終位置までの間の有
効光偏向期間を示す信号MAで、信号12、13、1
4、15は互いに同期している。16は信号MAが示す
有効光偏向期間のみミラー歩進信号MPを通過させるゲ
ート回路である。17はゲート回路16を通過したミラ
ー歩進信号MPを受けて一定の遅延時間の後、一定のレ
ーザ発光時間に相当するパルス幅の発光信号(LP)1
8を出力する発光信号発生回路である。光偏向器駆動回
路5はミラー歩進信号MP14の入力を受けてミラー式
光偏向器4のミラーの角度を一定角度だけ増大させレー
ザ光を測定対象上の新たな照射位置に偏向せしめるため
の駆動電流を発生しミラー式光偏向器4に供給する。ミ
ラー式光偏向器4が新たな光偏向角度に設定された後
に、レーザダイオード駆動回路3は発光信号18の入力
を受けてレーザダイオード2に必要な発光出力を与える
ための駆動電流パルスを供給する。光偏向器駆動回路5
は有効光偏向期間信号MAの継続期間中に入力されるミ
ラー歩進信号MPの全数を受け最終位置の光偏向動作を
終了すると初期位置に復帰するための駆動信号をミラー
式光偏向器4に送出する。またラインセンサ読み取り回
路8は画素クロック信号(φ)12及びライン走査スタ
ート(ST)13の入力を受けてCCDラインセンサ7
を動作させるために必要な各種駆動信号を生成する。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In FIG. 1, 1 is a shape measuring object, 2 is a laser diode, 3 is a laser diode driving circuit, 4 is a mirror type optical deflector M for deflecting laser light and scanning the measuring object with laser light, a galvanometer and a mirror. Can be realized by a known optical deflection unit such as a motor mounted on a motor shaft. Also, depending on the application, an ultrasonic optical deflector that can operate at high speed with a small deflection angle as a non-mechanical deflector can be substituted. Reference numeral 5 denotes an optical deflector driving circuit.
Reference numeral 6 denotes a lens for detecting the laser light projected on the target surface as a bright spot image. Reference numeral 7 denotes a light receiving element array for converting a bright spot image into an electric signal, a CCD line sensor being a typical example. Here, in order to obtain a specific description, 128
Assume a CCD line sensor having two effective light receiving elements. Each light receiving element generates a pixel signal representing a bright spot image. Reference numeral 8 denotes a line sensor reading circuit that generates various drive signals necessary for operating the CCD line sensor 7, supplies the generated drive signals to the line sensor 7, amplifies and outputs the read pixel signals. Here, as an example of the configuration of the CCD line sensor 7, in order to double the reading speed of the pixel signal, the odd-numbered and even-numbered light-receiving elements are simultaneously read out in parallel so that the odd-numbered and even-numbered light-receiving elements are simultaneously read out. The one having two CCD shift registers that receive the parallel transfer of charges from the light receiving element will be described. Therefore, the two signals 9 and 10 output from the line sensor reading circuit 8 are defined as a pixel signal of an odd-numbered light receiving element row and a pixel signal of an even-numbered light receiving element row, respectively. Here, it is assumed that the frequency of the pixel clock signal applied to the CCD line sensor for reading out the pixel signal is 20 MHz. Numeral 11 denotes a timing circuit for generating various signals necessary for the operation of the object shape measuring instrument of the present embodiment. A signal 12 is a pixel clock signal φ, and a signal 13 is a line scanning start for giving a repetition cycle of reading of the CCD line sensor. The signal ST and the signal 14 are a mirror advancing signal MP for setting the light deflection angle θ i by the rotation of the mirror of the mirror type optical deflector 4, and the signal 15 is between the initial position and the final position of the light deflection scanning by the mirror. Signal MA indicating the effective light deflection period of signals 12, 13, 1
4 and 15 are synchronized with each other. Reference numeral 16 denotes a gate circuit that passes the mirror step signal MP only during the effective light deflection period indicated by the signal MA. Reference numeral 17 denotes a light emission signal (LP) 1 having a pulse width corresponding to a certain laser emission time after a certain delay time after receiving the mirror step signal MP passed through the gate circuit 16.
8 is a light emission signal generation circuit that outputs 8. The optical deflector driving circuit 5 receives the input of the mirror step signal MP14, increases the mirror angle of the mirror type optical deflector 4 by a certain angle, and deflects the laser light to a new irradiation position on the measurement object. An electric current is generated and supplied to the mirror type optical deflector 4. After the mirror type optical deflector 4 is set to a new light deflection angle, the laser diode drive circuit 3 receives the input of the light emission signal 18 and supplies a drive current pulse for giving the laser diode 2 a required light emission output. . Optical deflector drive circuit 5
Receives the total number of mirror step-up signals MP input during the duration of the effective light deflection period signal MA and sends a drive signal to the mirror type optical deflector 4 for returning to the initial position when the light deflection operation at the final position is completed. Send out. The line sensor reading circuit 8 receives the input of the pixel clock signal (φ) 12 and the line scanning start (ST) 13 and
Generates various drive signals necessary to operate the.

【0010】回路ブロック19は本発明の実施例なる測
定物の主要な部分をなすもので、CCDラインセンサ7
の奇数番目の受光素子列の読み出し出力9の入力に対
し、測定対象上のレーザ投射による輝点像の画像信号を
外来光及び各種妨害信号から分離し検出するものであ
り、以下に述べるように動作する。19−1はアナログ
・ディジタル変換器(A−D変換器)でアナログの画素
信号9をnビット(nの値は扱う画素信号のレベル数に
依存し、例えばn=10)のディジタル信号に変換す
る。その変換出力は19−2のレジスタAに保持される
と共に、n個のシフトレジスタ19−3−1〜19−3
−nの各々に1ビット毎並列に入力され保持される。各
シフトレジスタの段数はライン走査スタート信号(S
T)13の発生周期に含まれる画素クロック信号(φ)
12の個数(本実施例では奇数番目の受光素子の数64
より大きい個数)に等しく、シフトレジスタ19−3−
1〜19−3−nの最終段の出力は、A−D変換器19
−1の出力に対し、1ライン分の読み出し時間だけ遅延
した画素信号を与える。この遅延した画素信号は19−
4のレジスタBに保持される。19−5は桁数nビット
の減算器で、レジスタAの内容RAを被減数としレジス
タBの内容RBを減数として、減算結果RCを19−6
のレジスタCへ出力する。上記のA−D変換器および各
レジスタは画素クロック信号φ12の入力を受けてそれ
ぞれ動作している。19−7はn桁のレジスタ(レジス
タT)で、レジスタCの内容RCと比較される基準値R
Tを保持している。19−8はコンパレータまたはエン
コーダで、レジスタCの内容RCとレジスタTの内容R
Tを入力とし、出力としては、例えば、それらの差分
値、または2値符号〔差分値が正のとき(RC>RT)
“1”を、差分値が零(RC=RT)または負のとき
(RC<RT)“0”をとる〕を出力する。あるいは論
理回路設計により任意に設定しうる更に一般的な符号化
出力を生成することができる。コンパレータ19−8の
出力はバッファメモリ19−9に画素毎に格納される。
バッファメモリ19−9は、一回の光偏向による測定対
象の走査について、ラインセンサ7の奇数番目の有効画
素数(本実施例では64)と、ミラーによるレーザ光の
1偏向周期あたりの測定点の数すなわち光偏向器駆動回
路5に入力される有効光偏向期間内のミラー歩進信号M
Pの数(本実施例では256とする)との積に等しい画
素データ(コンパレータ19−8の出力)を蓄積できる
記憶容量を有する。更に、引き続く光偏向期間に生起す
る画素データの書き込みを直前の光偏向期間中の蓄積デ
ータの読み出しと並行して行うため、同じ記憶容量を有
するメモリを二重に用意する二重メモリ(ダブルバッフ
ァメモリ)構成となっていて、光偏向を繰り返す毎に2
つのメモリが交互にデータの書き込みと読み出しに使用
される。バッファメモリ19−9への書き込み動作を次
に説明する。19−10はゲートパルス発生回路で、例
えばゲート回路16を通過したミラー歩進信号MPの生
起により画素クロック信号φの計数を開始し、計数値が
一定の値に達した時にゲートパルスを立ち上げ、更に計
数値が次の一定値に達した時にゲートパルスを立ち下げ
ることによって、ミラー歩進信号MPから一定時間遅延
して生起する発光信号LPの直後のCCDラインセンサ
7の読み出し出力中の有効画素信号(本実施例では64
個の奇数番画素)の生起区間を示すゲートパルス信号V
Aを発生する。19−11はゲート回路で、ゲートパル
ス信号VAの入力により有効画素区間の画素クロック信
号12を選択的に通過させる。有効画素クロック信号は
19−12のXアドレスカウンタで計数され、そのカウ
ンタの値は測定対象上の投射レーザ光の輝点像の画素位
置を指示する計数値jとしてメモリアドレスの一部とな
る。19−13はθアドレスカウンタでゲート回路16
の出力である有効ミラー歩進信号MPを計数しレーザ光
の偏向角度を指示する計数値iをメモリアドレスの一部
として出力する。19−14は書き込み制御回路で、そ
の書き込み許可入力端子Wに有効画素クロック信号が入
力されると、Xアドレスカウンタ19−12の値とθア
ドレスカウンタ19−13の値により指定されるバッフ
ァメモリ19−9のアドレスに有効画素クロック信号に
対応するコンパレータ19−8の出力を書き込む。Xア
ドレスカウンタ19−12はラインセンサ7の読み出し
の最初に走査スタート信号STによりリセットされる。
一方、θアドレスカウンタ19−13は、有効ミラー歩
進信号MPを全数(本実施例の場合256)カウントす
るとカウントアップ信号19−15を出力してこれを書
き込み制御回路19−14のバッファメモリ切替え信号
端子Cに入力し、次の光偏向期間に書き込みを行う、も
う片方のバッファメモリに書き込み先を切替えると共
に、θアドレスカウンタ自身をリセットする。またカウ
ントアップ信号19−15は割り込み処理回路21にも
入力され、22のシステムバスを介して23のデータ処
理装置(CPU)に書き込み完了を通知する。CPU2
3は書き込み完了の通知を受けると、再びシステムバス
22を介して24の読み取り制御回路に書き込みが完了
したバッファメモリからの画素データの読み取りを指示
する。この時、画素信号9に対して回路ブロック19が
用意されるのと同様に、画素信号10に対しても回路ブ
ロック19と同じ構成をとる回路ブロック20が用意さ
れ、偶数番目の受光素子列から生成される画素データを
同回路ブロック20に含まれるダブルバッファメモリ2
0−9に格納する。従って、CPU23は読み取り制御
回路24に対してバッファメモリ19−9と20−9の
読み取り命令を交互に出して全画素データ(本実施例で
は128×256個)を読み込む。読み取られた画素デ
ータの中、零より大きい値を有する画素について、その
受光素子列上の配列を指定するXアドレス値jとレーザ
光の偏向角を指定するθアドレス値iからレーザ光の投
射位置の位置座標値xP とzP を計算し、25の位置座
標メモリに格納する。格納内容はレーザ光により走査さ
れた対象表面上の軌跡の形状(具体的には位置座標)を
与えている。得られた位置座標データは、26の入出力
インタフェース回路を介して出力し、CRT表示装置に
物体形状を表示したり、あるいはCPU23で位置座標
データについて更に形状認識処理を行って、例えばアー
ク溶接対象なら溶接部の位置を検出して、入出力インタ
フェース回路26を介して溶接ロボットに溶接部の位置
データを転送することもできる。27はシステム制御イ
ンタフェース回路で、測定開始にあたりCPU23はバ
ス22から同回路27を介してレジスタ(T)19−7
に基準値RTを設定すると共に、タイミング回路11な
どシステムの構成要素を初期状態に設定する。
The circuit block 19 is a main part of the object to be measured according to the embodiment of the present invention.
In response to the input of the read output 9 of the odd-numbered light receiving element rows, the image signal of the bright spot image by laser projection on the measurement object is separated from extraneous light and various interference signals and detected, as described below. Operate. Reference numeral 19-1 denotes an analog / digital converter (AD converter) which converts an analog pixel signal 9 into an n-bit (n = 10, for example, n = 10) digital signal. I do. The converted output is held in register A of 19-2, and n shift registers 19-3-1 to 19-3 are provided.
−n is input and held in parallel for each bit. The number of stages of each shift register is determined by the line scan start signal (S
T) Pixel clock signal (φ) included in the generation cycle of 13
Twelve (the number 64 of odd-numbered light receiving elements in this embodiment is 64)
Shift register 19-3-
The output of the last stage of 1-19-3-n is supplied to the A / D converter 19
A pixel signal delayed by one line read time is given to the output of -1. This delayed pixel signal is
4 is held in the register B. Reference numeral 19-5 denotes a subtracter having n bits, and the content RA of the register A is set as a minuend and the content RB of the register B is set as a decrement.
To the register C. The above-described A / D converter and each register operate upon receiving the input of the pixel clock signal φ12. 19-7 is an n-digit register (register T), which is a reference value R to be compared with the content RC of the register C.
Holds T. Reference numeral 19-8 denotes a comparator or an encoder, which stores the contents RC of the register C and the contents R of the register T.
T is input and the output is, for example, a difference value or a binary code [when the difference value is positive (RC> RT)
"1" and "0" when the difference value is zero (RC = RT) or negative (RC <RT). Alternatively, a more general encoded output that can be arbitrarily set by a logic circuit design can be generated. The output of the comparator 19-8 is stored in the buffer memory 19-9 for each pixel.
The buffer memory 19-9 stores the odd-numbered effective pixels (64 in this embodiment) of the line sensor 7 and the measurement points per one deflection cycle of the laser beam by the mirror for one scan of the measurement target by the light deflection. , Ie, the mirror step signal M within the effective light deflection period input to the optical deflector drive circuit 5
It has a storage capacity capable of accumulating pixel data (the output of the comparator 19-8) equal to the product of the number of Ps (256 in this embodiment). Furthermore, since writing of pixel data occurring during the subsequent light deflection period is performed in parallel with reading of accumulated data during the immediately preceding light deflection period, a double memory (double buffer) having a double memory having the same storage capacity is prepared. Memory) configuration, 2 times each time light deflection is repeated.
One memory is used alternately for writing and reading data. Next, the write operation to the buffer memory 19-9 will be described. Reference numeral 19-10 denotes a gate pulse generation circuit which starts counting the pixel clock signal φ by, for example, generation of a mirror step signal MP which has passed through the gate circuit 16, and raises a gate pulse when the counted value reaches a certain value. When the count value reaches the next constant value, the gate pulse falls so that the CCD line sensor 7 is enabled during the read output of the CCD line sensor 7 immediately after the light emission signal LP that is generated with a certain time delay from the mirror step signal MP. The pixel signal (64 in this embodiment)
Gate pulse signal V indicating the occurrence section of the (odd-numbered pixels)
A is generated. Reference numeral 19-11 denotes a gate circuit, which selectively passes the pixel clock signal 12 in the effective pixel section in response to the input of the gate pulse signal VA. The effective pixel clock signal is counted by a 19-12 X address counter, and the value of the counter becomes a part of the memory address as a count value j indicating the pixel position of the bright spot image of the projected laser light on the measurement target. 19-13 is a θ address counter which is a gate circuit 16.
And outputs a count value i indicating the deflection angle of the laser beam as a part of the memory address. Reference numeral 19-14 denotes a write control circuit. When a valid pixel clock signal is input to the write enable input terminal W, a buffer memory 19 designated by the value of the X address counter 19-12 and the value of the θ address counter 19-13. The output of the comparator 19-8 corresponding to the effective pixel clock signal is written to the address -9. The X address counter 19-12 is reset by the scanning start signal ST at the beginning of the reading of the line sensor 7.
On the other hand, the θ address counter 19-13 outputs a count-up signal 19-15 when the total number (256 in the present embodiment) of the effective mirror step-up signal MP is counted, and outputs the count-up signal 19-15 to switch the buffer memory of the write control circuit 19-14. The signal is input to the signal terminal C, and writing is performed in the next light deflection period. The writing destination is switched to the other buffer memory, and the θ address counter itself is reset. The count-up signal 19-15 is also input to the interrupt processing circuit 21, and notifies the data processing device (CPU) 23 of the completion of the writing via the system bus 22. CPU2
Receiving the notification of the completion of the writing, the instruction 3 again instructs the reading control circuit 24 via the system bus 22 to read the pixel data from the buffer memory in which the writing has been completed. At this time, a circuit block 20 having the same configuration as that of the circuit block 19 is prepared for the pixel signal 10 in the same manner as the circuit block 19 is prepared for the pixel signal 9. The generated pixel data is stored in the double buffer memory 2 included in the circuit block 20.
Store it in 0-9. Therefore, the CPU 23 alternately issues a read command for the buffer memories 19-9 and 20-9 to the read control circuit 24 to read all pixel data (128 × 256 in this embodiment). For the pixel having a value greater than zero in the read pixel data, the projection position of the laser beam is determined from the X address value j specifying the array on the light receiving element row and the θ address value i specifying the deflection angle of the laser beam. the position coordinate value x P and z P of calculated and stored in the position coordinate memory 25. The stored content gives the shape (specifically, position coordinates) of the trajectory on the target surface scanned by the laser light. The obtained position coordinate data is output through an input / output interface circuit 26 to display the shape of the object on a CRT display device or to perform further shape recognition processing on the position coordinate data by the CPU 23, for example, for arc welding. Then, the position of the welded portion can be detected and the position data of the welded portion can be transferred to the welding robot via the input / output interface circuit 26. Reference numeral 27 denotes a system control interface circuit. At the start of measurement, the CPU 23 sends a register (T) 19-7 from the bus 22 via the circuit 27.
, And the system components such as the timing circuit 11 are set to the initial state.

【0011】次に、上記実施例の構成において、信号の
タイミング関係について図2を用いて詳細に説明する。
φは画素クロック信号、STはライン走査スタート信号
を示す。ライン走査スタート信号STに同期して生起す
るTRはトランスファ信号で、受光素子に蓄積された輝
点像の蓄積電荷をCCDシフトレジスタに転送すること
を制御しているCCDラインセンサ7のゲート電極に入
力され、受光素子列の蓄積電荷を同時にCCDシフトレ
ジスタに並列転送するタイミングを与えている。転送後
は画素クロック信号φによりCCDシフトレジスタが駆
動され、画素信号が読み出される。蓄積電荷の転送後、
受光素子列は次の電荷蓄積の準備状態になる。PRは蓄
積電荷リセット信号で、受光素子の電荷の蓄積と放散を
制御するゲート電極に入力され、同信号の継続期間中
(オン状態の時)、電荷の蓄積を阻止する。従って、蓄
積電荷リセット信号PRがオフ状態になった時に電荷の
蓄積が可能となり、輝点像の電荷蓄積が行われる。即
ち、蓄積電荷リセット信号PRは、いわゆる電子シャッ
タ機能を実現している。このような電子シャッタ機能付
きCCDラインセンサは、市場で入手可能である。LP
は発光信号で、本実施例ではライン走査スタート信号S
Tについて10周期毎に生起し、蓄積電荷リセット信号
PRがオフの期間に同期して、かつ、その期間のみ生起
する。従って外来妨害光が全時間に渡って受光素子面を
照射して蓄積電荷リセット信号PRがオンの期間に電荷
の損失を招くことに比較し、発光信号LPにより制御さ
れるレーザ光は信号光として蓄積電荷リセット信号PR
がオフの期間に全光量が有効に電荷に変換され光エネル
ギーの損失がない。従って、この点において輝点像の出
力と外来妨害光による出力との間の信号対雑音比を向上
することができる。VAは有効画素信号の生起区間を示
すゲートパルス信号である。RAはレジスタ(A)19
−2の内容で、視覚的に分かり易くするため、2進化符
号をアナログ信号に変換して振幅量として表示してい
る。RBはレジスタ(B)19−4の内容で、やはりア
ナログ表示の信号振幅値で表示している。RCはレジス
タ(C)19−6の内容をアナログ表示していて、信号
RAから1ライン周期だけ遅延した信号RBを減算器1
9−5により減算した結果である。RA上の信号部分2
8は外来妨害光による電気出力29に輝点像の出力信号
が重畳したものである。信号RBのこれに対応する時間
区間の電気出力30は1ライン周期だけ遅延しているた
め輝点像の出力信号成分は含まれず外来妨害光による出
力のみである。ここで画素クロック周波数が20MHz 、
奇数(または偶数)番目の配列の受光素子数が64であ
るから、ライン走査スタート信号周期を4μs (>50
ns×64=3.2μs)とすることができる。従って、
アーク光などの外来妨害光の殆どの成分の変動周波数は
100kHz より十分低い(変動周期は10μs より十分
長い)から、1ライン周期の遅延時間差による外来妨害
光の電気出力29、30の間の差は十分小さい。そこで
減算出力RCの対応区間の出力31は、殆ど外来妨害光
出力が除かれた輝点像の出力信号のみとなる。この区間
の出力は、ゲートパルス信号VAの継続区間だけバッフ
ァメモリ19−9(または20−9)に書き込まれる。
また、このような遅延減算処理作用によって、各受光素
子の感度偏差により生ずる固定パターン状の不要信号も
同時に除去される。
Next, the timing relationship of signals in the configuration of the above embodiment will be described in detail with reference to FIG.
φ indicates a pixel clock signal, and ST indicates a line scanning start signal. TR generated in synchronization with the line scanning start signal ST is a transfer signal, which is applied to the gate electrode of the CCD line sensor 7 which controls the transfer of the accumulated charge of the bright spot image accumulated in the light receiving element to the CCD shift register. The timing at which the input charges accumulated in the light receiving element array are simultaneously transferred to the CCD shift register in parallel is given. After the transfer, the CCD shift register is driven by the pixel clock signal φ, and the pixel signal is read. After the transfer of the stored charge,
The light receiving element array is ready for the next charge accumulation. PR is a stored charge reset signal, which is input to a gate electrode for controlling charge storage and dissipation of the light receiving element, and prevents charge storage during the continuation of the signal (when in the ON state). Accordingly, when the stored charge reset signal PR is turned off, charges can be stored, and charge storage of a bright spot image is performed. That is, the stored charge reset signal PR realizes a so-called electronic shutter function. Such a CCD line sensor with an electronic shutter function is commercially available. LP
Is a light emission signal, and in this embodiment, a line scanning start signal S
T occurs every ten cycles, and occurs in synchronization with, and only during, the period in which the stored charge reset signal PR is off. Therefore, the laser light controlled by the light emission signal LP is used as a signal light as compared with the case where the external interference light irradiates the light receiving element surface for the entire time and the accumulated charge reset signal PR causes a loss of charge during the ON period. Stored charge reset signal PR
During the period when is turned off, the entire amount of light is effectively converted to electric charge, and there is no loss of light energy. Therefore, at this point, it is possible to improve the signal-to-noise ratio between the output of the bright spot image and the output of the extraneous interference light. VA is a gate pulse signal indicating a period in which the effective pixel signal occurs. RA is the register (A) 19
In order to make it visually easy to understand, the binary code is converted into an analog signal and displayed as an amplitude. RB is the content of the register (B) 19-4, which is also indicated by the signal amplitude value of analog display. RC is an analog display of the contents of the register (C) 19-6, and a signal RB delayed by one line cycle from the signal RA is subtracted by the subtractor 1.
This is the result of subtraction according to 9-5. Signal part 2 on RA
Reference numeral 8 denotes a signal in which an output signal of a bright spot image is superimposed on an electric output 29 due to extraneous light. Since the electrical output 30 of the signal RB in the corresponding time section is delayed by one line cycle, the output signal component of the bright spot image is not included and only the output due to extraneous interference light. Here, the pixel clock frequency is 20 MHz,
Since the number of light receiving elements in the odd-numbered (or even-numbered) array is 64, the line scan start signal cycle is set to 4 μs (> 50).
ns × 64 = 3.2 μs). Therefore,
Since the fluctuation frequency of most components of the external interference light such as arc light is sufficiently lower than 100 kHz (the fluctuation period is sufficiently longer than 10 μs), the difference between the electrical outputs 29 and 30 of the external interference light due to the delay time difference of one line period. Is small enough. Therefore, the output 31 in the section corresponding to the subtraction output RC is almost only the output signal of the bright spot image from which the extraneous interference light output is removed. The output in this section is written to the buffer memory 19-9 (or 20-9) only for the continuous section of the gate pulse signal VA.
Further, by such a delay subtraction operation, an unnecessary signal in a fixed pattern generated due to a sensitivity deviation of each light receiving element is also removed at the same time.

【0012】図3はミラー式光偏向器4の一偏向区間に
おける各信号の関係を示したものである。θi はレーザ
光のx軸に対する偏向角で、正の(右上がり)傾斜部分
は有効光偏向期間の偏向角を示す。MAは有効光偏向期
間を示す有効光偏向期間信号、MPはミラー歩進信号で
ある。LPは発光信号で、有効光偏向期間に測定点数に
等しい数(本実施例では256点)のパルス信号が含ま
れる。Cは一偏向期間の全測定点の偏向走査が終了した
ことを示すθアドレスカウンタ19−13のカウントア
ップ信号で、バッファメモリ19−9(または20−
9)の切り替え、θアドレスカウンタ19−13のリセ
ット、CPU23への割り込みに用いられる。
FIG. 3 shows the relationship between signals in one deflection section of the mirror type optical deflector 4. θ i is the deflection angle of the laser beam with respect to the x-axis, and the positive (upward right) inclined portion indicates the deflection angle during the effective light deflection period. MA is an effective light deflection period signal indicating an effective light deflection period, and MP is a mirror stepping signal. LP is a light emission signal, and includes pulse signals of a number (256 points in this embodiment) equal to the number of measurement points during the effective light deflection period. C is a count-up signal of the θ address counter 19-13 indicating that the deflection scanning of all the measurement points in one deflection period has been completed, and is a buffer memory 19-9 (or 20-
9), resetting the θ address counter 19-13, and interrupting the CPU 23.

【0013】図4は、バッファメモリ19−9(または
20−9)に蓄積された輝点像の画素データのθアドレ
ス値i及びXアドレス値jから求められる偏向角θi
ai+θo (i=1,2,・・,256)(ここでa、
θo は定数)と奇数番目の受光素子のX座標値xj =k
×(2j−1−64)(j=1,2,・・,64)(こ
こでkは定数)または偶数番目の受光素子のX座標値x
j =k×(2j−64)(j=1,2,・・,64)
(ここでkは定数)からレーザ照射点Pの座標xp 、z
p を算出する方法を示している。2−1は偏向を受けた
レーザ光、2−2は照射点Pからの反射光または散乱光
である。zはレンズ6の光軸と一致させた座標軸で、x
はz軸に直交しレンズ6の中心Oを通る座標軸で、共に
光偏向面内(紙面)にある。またミラー式光偏向器4の
ミラーの回転軸は紙面に垂直であり、dはx軸と交わる
ミラーの回転軸とレンズ中心Oとの間の距離である。1
はレンズ中心Oと受光素子列7の受光面との間の距離で
ある。なお図4に示した計算式により毎回CPUで計算
してxp 及びzp の値を求める代わりに、輝点像の画素
データのアドレス値i、jに対応する輝点の座標値xp
及びzp を予め計算してルックアップテーブルに格納し
ておき、光偏向走査により画素データのアドレス値i、
jが得られる毎にルックアップテーブルを参照すること
により高速に座標値xp 及びzp を求めることができ
る。図5は、ルックアップテーブルを用いて位置座標デ
ータを求める実施例を示したものである。図1に示した
実施例と共通する構成要素で説明に直接関係しない構成
要素は省略してある。19−16はルックアップテーブ
ルメモリで書き込み制御回路19−14からXアドレス
値とθアドレス値の入力を受けると、輝点の座標値xp
及びzp を出力する。19−9´は形状メモリで座標値
p 及びzp をアドレスとして、コンパレータ19−8
の出力である画素データを蓄積する。形状メモリ19−
9´の内容はレーザ光で走査された測定対象表面の形状
を表現している。形状メモリ19−9´のメモリ容量
(アドレスの大きさ)は座標値xp 及びzp の計算精度
(形状の表現精度)に依存している。形状メモリ19−
9´もバッファメモリ19−9と同様にダブルバッファ
構成になっていて、θアドレスカウンタ19−13のカ
ウントアップ信号19−15により書き込み制御回路1
9−14の制御を介して各構成メモリの動作状態が書き
込み動作と読み込み動作に交互に切り替えられる。以上
に述べた図5に基づく実施例の変更は、図1の実施例に
従えば、当然、画素信号10を処理する回路ブロック2
0にも同時に行われて、バッファメモリ20−9の代わ
りにルックアップテーブルメモリ20−16及び形状メ
モリ20−9´(いずれも図示していない)が設置され
る。CPU23はカウントアップ信号の割り込みを受け
ると、読み取り制御回路24に読み取り命令を送り、形
状メモリ19−9´及び20−9´の内容を表示した
り、得られた形状データから、例えばV溝形状をなすア
ーク溶接部のV溝の頂点を検出して、その座標値を外部
に出力し、溶接トーチを把持するロボットに転送して溶
接作業を行わしめることができる。
FIG. 4 shows a deflection angle θ i = i determined from the θ address value i and the X address value j of the pixel data of the bright spot image stored in the buffer memory 19-9 (or 20-9).
ai + θ o (i = 1, 2,..., 256) (where a,
θo is a constant) and the X-coordinate value x j = k of the odd-numbered light receiving element
× (2j−1−64) (j = 1, 2,..., 64) (where k is a constant) or the X coordinate value x of the even-numbered light receiving element
j = k × (2j−64) (j = 1, 2,..., 64)
(Where k is a constant) from the coordinates x p , z of the laser irradiation point P
The method of calculating p is shown. 2-1 is a deflected laser beam, and 2-2 is a reflected or scattered light from the irradiation point P. z is a coordinate axis made coincident with the optical axis of the lens 6, and x
Is a coordinate axis orthogonal to the z-axis and passing through the center O of the lens 6, both being in the light deflection plane (paper plane). The rotation axis of the mirror of the mirror type optical deflector 4 is perpendicular to the paper surface, and d is the distance between the rotation axis of the mirror intersecting the x axis and the lens center O. 1
Is the distance between the lens center O and the light receiving surface of the light receiving element row 7. Note that instead of calculating the values of x p and z p by the CPU each time using the calculation formula shown in FIG. 4, the coordinates x p of the bright spot corresponding to the address values i and j of the pixel data of the bright spot image are used.
, Z p are calculated in advance and stored in a look-up table, and the address values i,
The coordinate values x p and z p can be obtained at high speed by referring to the lookup table every time j is obtained. FIG. 5 shows an embodiment in which position coordinate data is obtained by using a look-up table. Components common to the embodiment shown in FIG. 1 and not directly related to the description are omitted. Reference numeral 19-16 denotes a lookup table memory which receives the input of the X address value and the θ address value from the write control circuit 19-14, and receives the coordinate value x p of the bright spot.
And z p are output. 19-9' as address coordinates x p and z p shape memory, the comparator 19-8
Is stored. Shape memory 19-
9 'represents the shape of the surface to be measured scanned by the laser beam. Shape memory (address size) of memory 19-9' depends on the calculation accuracy of the coordinate values x p and z p (representing the precision of shape). Shape memory 19-
9 'has a double buffer configuration similarly to the buffer memory 19-9, and the write control circuit 1 is controlled by the count-up signal 19-15 of the θ address counter 19-13.
The operation state of each constituent memory is alternately switched between a write operation and a read operation through the control of 9-14. The modification of the embodiment based on FIG. 5 described above is, of course, according to the embodiment of FIG.
At the same time, a look-up table memory 20-16 and a shape memory 20-9 '(both not shown) are provided instead of the buffer memory 20-9. When the CPU 23 receives the interrupt of the count-up signal, it sends a read command to the read control circuit 24 to display the contents of the shape memories 19-9 'and 20-9', and to display the V-groove shape from the obtained shape data. The coordinate value of the V-groove of the arc welded portion is detected, the coordinate value is output to the outside, and transferred to a robot that holds the welding torch to perform the welding operation.

【0014】実際上、不可抗力的に生じる外乱により誤
った画素データを検出したり、輝点像が極めて弱いため
に検出されず画素データが欠落することは確率的にあり
得ることで、そのためバッファメモリ19−9及び20
−9あるいは形状メモリ19−9´及び20−9´の内
容は理想状態に比べデータとして欠陥を含んでいること
が多い。従って、バッファメモリあるいは形状メモリの
画素データに対しCPUにより前処理を行って不要情報
を除去しておくことが多くの場合有効である。この時、
どの様な前処理が適切かは具体的な形状測定対象と測定
条件による。また前処理の実現手段はCPU23の具体
的な構成法に依存し、汎用プロセッサによるプログラム
制御で実現したり、高速性が要求される場合には回路的
手段を用いたり、種々の既存のデータ処理技術が適用で
きる。以上のことは、CPU23において必要に応じて
行われる形状認識処理についても同様に言えることであ
る。
In practice, erroneous pixel data may be detected due to a force-caused disturbance, or pixel data may be lost without being detected because the bright spot image is extremely weak. 19-9 and 20
The contents of -9 or the shape memories 19-9 'and 20-9' often contain defects as data compared to the ideal state. Therefore, it is effective in many cases to remove unnecessary information by performing preprocessing by the CPU on pixel data in the buffer memory or the shape memory. At this time,
The appropriate pretreatment depends on the specific shape measurement target and the measurement conditions. The means for realizing the pre-processing depends on the specific configuration of the CPU 23, and can be realized by program control by a general-purpose processor, using circuit means when high-speed processing is required, or using various existing data processing. Technology is applicable. The same can be said for the shape recognition processing performed as necessary in the CPU 23.

【0015】図1の実施例では、CCDラインセンサの
1ライン周期の時間差のある出力の間で減算処理を行う
ため、1ライン遅延手段として、ラインセンサ出力をA
/D変換してディジタル符号化し、ディジタルのシフト
レジスタを用いて遅延出力を得る遅延手段の例を示し
た。これに代わる実施例としては、CCDラインセンサ
出力をアナログ信号のままアナログ形のCCDシフトレ
ジスタや超音波遅延線を用いて遅延させ、差動増幅器に
原出力と遅延出力を入力して減算出力を得るようにして
も良い。この場合、バッファメモリへの書き込みは、減
算出力をA/D変換して行う。このような遅延手段の代
替的実施例を含め、メモリの構成法、3角測量原理に基
づく座標計算手段など変形した種々の回路手段の実施例
は、本発明の基本的内容に基づけば、当該分野の業者に
より容易に考案しうるものであり、図面に示した実施例
に止まらない。
In the embodiment shown in FIG. 1, a subtraction process is performed between outputs having a time difference of one line cycle of the CCD line sensor.
The example of the delay means for performing the / D conversion, digitally encoding, and obtaining the delayed output using the digital shift register has been described. As an alternative embodiment, the output of the CCD line sensor is delayed using an analog CCD shift register or an ultrasonic delay line as an analog signal, and the original output and the delayed output are input to the differential amplifier to subtract the output. You may get it. In this case, writing to the buffer memory is performed by A / D converting the subtraction output. Embodiments of various modified circuit means such as a memory configuration method, a coordinate calculation means based on the principle of triangulation, including an alternative embodiment of such a delay means, are based on the basic contents of the present invention. It can be easily devised by those skilled in the art, and is not limited to the embodiment shown in the drawings.

【0016】[0016]

【発明の効果】以上詳細に説明したように、請求項1、
請求項2、請求項3の本発明による物体形状測定装置に
よれば、CCDラインセンサの出力とその1ライン走査
期間遅延させた出力の間で減算を行い外来妨害光や受光
素子の感度偏差による不要信号成分を除去でき、測定対
象の表面が低反射係数のため光強度が弱い、あるいは反
射係数の変動が大きいため光強度の場所による変動が大
きい点像の検出が容易となる。また、CCDラインセン
サの動作に同期してパルス発光するレーザ光を用いてい
るから、背景光によるCCDラインセンサ出力への寄与
が抑圧され、レーザ光による信号光のみが効率的に検出
され、一層の信号出力対不要信号出力比の向上が期待で
きる。さらに電荷蓄積形の受光素子を用いているから、
非蓄積形の受光素子を必要とする従来の光変調形妨害光
除去方式に比較して、輝点の検出感度が高く、低反射率
の計測対象にも広く適用できる利点がある。このような
特徴を有する本発明になる物体形状測定装置は、特に、
アーク溶接光の強い妨害の中で動作する必要があるアー
ク溶接ロボット用視覚センサとして有用である。
As described in detail above, claim 1
According to the object shape measuring apparatus of the present invention, the output of the CCD line sensor is subtracted from the output delayed by one line scanning period, and the subtraction is performed based on the external interference light and the sensitivity deviation of the light receiving element. Unnecessary signal components can be removed, and the surface of the object to be measured has a low reflection coefficient, so that the light intensity is weak. Further, since laser light that emits pulses in synchronization with the operation of the CCD line sensor is used, the contribution of the background light to the output of the CCD line sensor is suppressed, and only the signal light due to the laser light is efficiently detected. Can be expected to improve the signal output to unnecessary signal output ratio. Furthermore, since a charge storage type light receiving element is used,
Compared to the conventional light modulation type interference light elimination method that requires a non-storage type light receiving element, there is an advantage that the detection sensitivity of a bright spot is high and the method can be widely applied to a measurement object with a low reflectance. The object shape measuring apparatus according to the present invention having such features is, in particular,
It is useful as a visual sensor for arc welding robots that need to operate in the strong disturbance of arc welding light.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】測定対象の表面を走査するレーザ光の輝点を検
出して物体表面の形状を測定する物体形状測定装置の本
発明における一実施例を示す構成図。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention of an object shape measuring apparatus for measuring a shape of an object surface by detecting a bright point of a laser beam scanning a surface of a measurement object.

【図2】図1の実施例における輝点検出時の主要な信号
のタイミング関係を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing a timing relationship of main signals at the time of detecting a bright spot in the embodiment of FIG. 1;

【図3】1回のミラーによる光偏光走査の期間におい
て、ミラーの偏向動作とレーザ光のパルス発光動作に関
係する各種信号のタイミング関係を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing a timing relationship of various signals related to a mirror deflecting operation and a laser light pulse emission operation during one optical polarization scanning by a mirror.

【図4】通常、物体形状測定装置に用いられる光学係の
構成とレーザ照射点の位置座標の算出原理を示す説明
図。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a configuration of an optical unit normally used in an object shape measuring apparatus and a principle of calculating position coordinates of a laser irradiation point.

【図5】位置座標をテーブルルックアップメモリを用い
て算出する実施例の部分構成図。
FIG. 5 is a partial configuration diagram of an embodiment for calculating position coordinates using a table lookup memory.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 形状測定対象 2 レーザダイオード 3 レーザダイオード駆動回路 4 レーザ光を偏向して測定対象をレーザ光で走査す
るためのミラー式偏向器M 5 光偏向器駆動回路 6 対象表面に投射されたレーザ光を輝点像として検
出するためのレンズ 7 輝点像を電気信号に変換するための受光素子列 8 ラインセンサ読み取り回路 9,10 画素信号 11 タイミング回路 12 画素クロック信号φ 13 ライン走査スタート信号ST 14 ミラー歩進信号MP 15 有効光偏向期間を示す信号MA 16 ゲート回路 17 発光信号発生回路 18 発光信号(LP) 19 回路ブロック 19−1 A−D変換器 19−2 レジスタA 19−3−1 シフトレジスタ 19−3−2 シフトレジスタ 19−3−n シフトレジスタ 19−4 レジスタB 19−5 減算器 19−6 レジスタC 19−7 レジスタT 19−8 コンパレータまたはエンコーダ 19−9 バッファメモリ 19−10 ゲートパルス発生回路 19−11 ゲート回路 19−12 Xアドレスカウンタ 19−13 θアドレスカウンタ 19−14 書き込み制御回路 19−15 カウントアップ信号 20 回路ブロック 20−9 ダブルバッファメモリ 21 割り込み処理回路 22 システムバス 23 データ処理装置(CPU) 24 読み取り制御回路 25 位置座標メモリ 26 入出力インタフェース回路 27 システム制御インタフェース回路 28 RA上の信号部分 29 外来妨害光による電気出力 30 電気出力 31 輝点像の出力信号 φ 画素クロック信号 ST ライン走査スタート信号 TR トランスファ信号 PR 蓄積電荷リセット信号 LP 発光信号 VA ゲートパルス信号 RA レジスタ(A)19−2の内容 RB レジスタ(B)19−4の内容 RC レジスタ(C)19−6の内容 θi レーザ光のX軸に対する偏向角 MA 有効光偏向期間信号 MP ミラー歩進信号 LP 発光信号 C θアドレスカウンタ19−13のカウントアッ
プ信号
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Shape measurement object 2 Laser diode 3 Laser diode drive circuit 4 Mirror deflector M5 for deflecting laser light and scanning a measurement object with laser light 5 Optical deflector drive circuit 6 Laser light projected on the target surface Lens 7 for detecting a bright spot image 7 Light receiving element array for converting the bright spot image into an electric signal 8 Line sensor reading circuit 9, 10 Pixel signal 11 Timing circuit 12 Pixel clock signal φ 13 Line scanning start signal ST 14 Mirror Step signal MP 15 Signal MA indicating effective light deflection period MA 16 Gate circuit 17 Light emission signal generation circuit 18 Light emission signal (LP) 19 Circuit block 19-1 A / D converter 19-2 Register A 19-3-1 Shift register 19-3-2 Shift Register 19-3-n Shift Register 19-4 Register B 19-5 Decrease Unit 19-6 Register C 19-7 Register T 19-8 Comparator or encoder 19-9 Buffer memory 19-10 Gate pulse generation circuit 19-11 Gate circuit 19-12 X address counter 19-13 θ address counter 19-14 Write Control circuit 19-15 Count-up signal 20 Circuit block 20-9 Double buffer memory 21 Interrupt processing circuit 22 System bus 23 Data processing device (CPU) 24 Read control circuit 25 Position coordinate memory 26 Input / output interface circuit 27 System control interface circuit 28 Signal part on RA 29 Electric output due to extraneous disturbance light 30 Electric output 31 Output signal of bright spot image φ Pixel clock signal ST Line scan start signal TR Transfer signal PR Accumulated charge reset signal LP Light emission signal VA Gate pulse signal RA Contents of register (A) 19-2 Contents of RB register (B) 19-4 RC Contents of register (C) 19-6 θi Deflection angle of laser beam with respect to X axis MA Effective light deflection Period signal MP Mirror step signal LP Light emission signal C Count-up signal of address counter 19-13

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】レーザ光を溶接物体の表面に投射して走査
し、その輝点像を電荷蓄積形一次元受光素子列により検
出して、三角測量の原理に基づき輝点像の位置座標を求
め、溶接物体の表面形状を測定する物体形状測定装置に
おいて、読み出し走査期間がアーク光の変動周期より十
分短く設定された一次元受光素子列と一次元受光素
子列の受光及び読み出し走査に同期して1読み出し走査
周期以上の無発光期間を挟んで発光するパルス発光手段
と、受光素子列の読み出し出力を1読み出し走査周期だ
け遅延させる回路手段と、パルス発光の生起する読み出
し走査期間の次の読み出し走査期間の読み出し出力と
接する読み出し走査期間の読み出し出力との間で一方を
上記遅延回路手段により1読み出し走査周期だけ遅延さ
せて減算処理を行う回路手段とによりアーク溶接におけ
る溶接物体形状測定装置を構成し前記減算処理により
読み出し出力中の変動するアーク光による成分を除去す
るようにしたことを特徴とする物体形状測定装置。
1. A laser beam is projected onto the surface of a welding object to perform scanning, a bright spot image is detected by a charge storage type one-dimensional light receiving element array, and the position coordinates of the bright spot image are determined based on the principle of triangulation. In the object shape measuring device for measuring and measuring the surface shape of the welding object, the readout scanning period is longer than the fluctuation period of the arc light.
A one-dimensional photodetector array which is divided short set, a pulse emission means for emitting across the no-light emission period of more than 1 read scanning period in synchronization with the received and read scanning of the one-dimensional photodetector array, photodetector arrays and a circuit means for delaying the read output by one read scanning period, the next read scanning period of the read output and the next read scanning period that occurs in the pulse emission
One between the read output during the read scan period
Delayed by one read scanning cycle by the delay circuit means
It was put in arc welding by a circuit means for performing subtraction processing
An object shape measuring device comprising a welding object shape measuring device , wherein a component due to a fluctuating arc light in the readout output is removed by the subtraction processing.
JP3123026A 1991-04-26 1991-04-26 Object shape measuring device Expired - Lifetime JP3051199B2 (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3123026A JP3051199B2 (en) 1991-04-26 1991-04-26 Object shape measuring device
DE1992623544 DE69223544T2 (en) 1991-04-26 1992-04-24 Method and device for measuring the profile of an object
EP19920401186 EP0511117B1 (en) 1991-04-26 1992-04-24 Object profile measuring method and apparatus
US08/770,800 US5739912A (en) 1991-04-26 1996-12-20 Object profile measuring method and apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3123026A JP3051199B2 (en) 1991-04-26 1991-04-26 Object shape measuring device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH04328408A JPH04328408A (en) 1992-11-17
JP3051199B2 true JP3051199B2 (en) 2000-06-12

Family

ID=14850382

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3123026A Expired - Lifetime JP3051199B2 (en) 1991-04-26 1991-04-26 Object shape measuring device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3051199B2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
JPH04328408A (en) 1992-11-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4450579A (en) Recognition method and apparatus
US5319442A (en) Optical inspection probe
US6509966B2 (en) Optical system for detecting surface defect and surface defect tester using the same
US4472056A (en) Shape detecting apparatus
US4660969A (en) Device for searching objects within wide visual field
US5739912A (en) Object profile measuring method and apparatus
US20060038142A1 (en) Wafer prealignment apparatus, its method for judging wafer presence, method for sensing wafer edge position, computer-readable record medium with recorded program for executing this position sensing method, apparatus for sensing wafer edge position, and prealignment sensor
JPH0351004B2 (en)
US6031225A (en) System and method for selective scanning of an object or pattern including scan correction
US4790660A (en) Shape measuring instrument
JP3051199B2 (en) Object shape measuring device
EP0511117B1 (en) Object profile measuring method and apparatus
JP3098830B2 (en) Object shape measuring device
JPH1011629A (en) Image input device for coin and coin discriminating device
JP3779399B2 (en) 3D measuring device
CA1320998C (en) Position detecting circuit
JPS6191543A (en) Method and apparatus for detecting curve of ic lead
JPS6367508A (en) Method and instrument for measuring coordinates of tape end
JP2731681B2 (en) 3D measurement system
JPH04245581A (en) Scanning speed detecting device and symbol reader using it
JPH09138115A (en) Scanning optical dimension-measuring device
JP4654693B2 (en) Inspection image imaging device
JPH0726822B2 (en) Object measuring device
JPH09179979A (en) Defect detecting device
JP2001250103A (en) Image processor for moving body

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090331

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090331

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100331

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110331

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110331

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120331

Year of fee payment: 12

EXPY Cancellation because of completion of term
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120331

Year of fee payment: 12