JP3356321B2 - Object shape measuring device - Google Patents

Object shape measuring device

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JP3356321B2
JP3356321B2 JP08742493A JP8742493A JP3356321B2 JP 3356321 B2 JP3356321 B2 JP 3356321B2 JP 08742493 A JP08742493 A JP 08742493A JP 8742493 A JP8742493 A JP 8742493A JP 3356321 B2 JP3356321 B2 JP 3356321B2
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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

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、光を利用した距離・速
度計からの出射光を2次元的に空間走査して移動物体に
照射し、移動物体の3次元位置及び形状を計測する物体
の形状測定装置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 a three-dimensional position and a shape of a moving object by irradiating a moving object by two-dimensionally spatially scanning light emitted from a distance / speed meter using light. Related to a shape measuring device.

【0002】[0002]

【従来の技術】物体の形状を計測する従来の能動型の方
法として、三角測量法があるが、3次元計測のために三
角測量法を用いる装置では、装置が大型化し測定可能距
離範囲が制限されることが欠点である。その他の方法と
しては、照度型ステレオ法、モアレ法、干渉法などがあ
るが、これらの方法による3次元計測では、移動物体の
形状計測が困難である。一方、光レーダ法では、光走査
をして3次元画像を得ることができるが、移動物体に適
用した例はない。
2. Description of the Related Art As a conventional active method for measuring the shape of an object, there is a triangulation method. However, in an apparatus using the triangulation method for three-dimensional measurement, the size of the apparatus is increased and the measurable distance range is limited. Is a disadvantage. As other methods, there are an illuminance type stereo method, a moiré method, an interference method, and the like, but it is difficult to measure the shape of a moving object by three-dimensional measurement by these methods. On the other hand, in the optical radar method, a three-dimensional image can be obtained by optical scanning, but there is no example applied to a moving object.

【0003】図13は形状計測用レーザ距離計の光ビー
ム走査装置の従来例を示す図である。三角測量法による
静止3次元物体の形状測定装置の1例として、マークリ
ューの論文「同期スキャナに基づいたレーザ距離
計」("Laser range finder basedon synchronized sca
nners" 著者:Marc Rioux 1 November 1984 Vol. 23, p
p.3837-3844 APPLIED OPTICS)を引用し、距離計の光ビ
ーム走査装置について図13により簡単に説明する。
FIG. 13 is a view showing a conventional example of a light beam scanning device of a laser distance meter for shape measurement. As an example of an apparatus for measuring the shape of a stationary three-dimensional object by triangulation, a paper by Mark Lieu "Laser range finder based on synchronized sca"
nners "Author: Marc Rioux 1 November 1984 Vol. 23, p
With reference to p.3837-3844 APPLIED OPTICS), a light beam scanning device of a range finder will be briefly described with reference to FIG.

【0004】図13において、光源Sから出た光(レー
ザ)は、多面角錐鏡61の面、さらに平面鏡M1、M3
で反射された後、被測定物体62の表面で反射される。
この光は、平面鏡M3、M2、多面角錐鏡61の別の面
で反射されて位置検出器Dに入射する。このとき、平面
鏡M1、M2を適度な角度に設定し固定しておくと、多
面角錐鏡61を高速で回転させることで、光は左右方向
に走査される。一方、平面鏡M3の角度をゆっくり変化
させることで、光は、手前方向に走査される。このよう
に多面角錐鏡61の回転と平面鏡M3の角度変化で測定
光を2次元的に走査しながら、三角測量法によって距
離、すなわち「深さ」を測定すれば3次元形状を得るこ
とができる。
In FIG. 13, light (laser) emitted from a light source S is applied to a surface of a polygonal pyramid mirror 61, and further to plane mirrors M1, M3.
Then, the light is reflected by the surface of the measured object 62.
This light is reflected by the plane mirrors M3 and M2 and another surface of the polygon mirror 61 and is incident on the position detector D. At this time, if the plane mirrors M1 and M2 are set to an appropriate angle and fixed, the light is scanned in the left-right direction by rotating the polygon mirror 61 at high speed. On the other hand, by slowly changing the angle of the plane mirror M3, light is scanned in the forward direction. As described above, the distance, that is, the “depth” is measured by the triangulation method while the measurement light is two-dimensionally scanned by the rotation of the polygon mirror 61 and the angle change of the plane mirror M3, so that a three-dimensional shape can be obtained. .

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のレーザ距離計を用いた物体形状測定装置では以下の
ような問題があった。
However, the object shape measuring apparatus using the above-mentioned conventional laser rangefinder has the following problems.

【0006】(1)位置検出器の性能の制約から、測定
できる距離の範囲(深さの範囲)が制限される。
(1) The range of the measurable distance (the range of the depth) is limited due to the restriction of the performance of the position detector.

【0007】(2)平面鏡M1とM2を離して設置する
ので、光学系の寸法が大きくなる。
(2) Since the plane mirrors M1 and M2 are set apart, the size of the optical system becomes large.

【0008】(3)距離のみを検出するので、測定時間
内に物体が移動することによる形状の見かけの変化分を
補正することができない。
(3) Since only the distance is detected, it is not possible to correct the apparent change in the shape due to the movement of the object within the measurement time.

【0009】本発明は、上記の課題を解決するものであ
って、光学系の小型化、移動物体の位置と形状の測定が
可能な物体の形状測定装置を提供することを目的とす
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and has as its object to provide an object shape measuring apparatus capable of reducing the size of an optical system and measuring the position and shape of a moving object.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】そのために本発明は、光
走査により移動する物体の形状を測定する物体の形状測
定装置であって、光源と受光器を用い被測定物体からの
反射光を受光器で検出して被測定物体までの距離と速度
を測定する距離・速度計、該距離・速度計からの出射光
を2次元的に走査する光走査手段、該光走査手段による
各走査時刻を計測する計時手段、距離・速度計による測
定値と光走査手段による走査点と計時手段による時刻か
ら被測定物体の形状と位置を演算する演算手段とを備え
たことを特徴とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION To this end, the present invention relates to an object shape measuring apparatus for measuring the shape of a moving object by optical scanning, wherein the apparatus uses a light source and a light receiver to receive reflected light from the measured object. Distance / speed meter for detecting the distance and speed to the object to be measured by the detector, optical scanning means for two-dimensionally scanning light emitted from the distance / speed meter, and each scanning time by the optical scanning means. It is characterized by comprising a time measuring means for measuring, and a calculating means for calculating the shape and position of the object to be measured from the measured value by the distance / speed meter, the scanning point by the optical scanning means, and the time by the time measuring means.

【0011】[0011]

【作用】本発明に係る物体の形状測定装置では、光源と
受光器を用い被測定物体からの反射光を受光器で検出し
て被測定物体までの距離と速度を測定する距離・速度
計、該距離・速度計からの出射光を2次元的に走査する
光走査手段、該光走査手段による各走査時刻を計測する
計時手段、距離・速度計による測定値と光走査手段によ
る走査点と計時手段による時刻から被測定物体の形状と
位置を演算する演算手段とを備えたので、時刻毎に速度
により距離補正を行って移動する被測定物体の形状を測
定することができる。
In the object shape measuring apparatus according to the present invention, a distance / velocity meter for measuring a distance and a speed to the object to be measured by detecting the reflected light from the object to be measured by using the light source and the optical receiver, and Optical scanning means for two-dimensionally scanning the light emitted from the distance / speed meter, timing means for measuring each scanning time by the optical scanning means, measurement values by the distance / speed meter, scanning points by the optical scanning means, and timing Since the calculating means for calculating the shape and position of the object to be measured from the time by the means is provided, the shape of the moving object to be measured can be measured by performing distance correction by speed at each time.

【0012】[0012]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図1は本発明に係る物体の形状測定装置の1実施
例を示すブロック図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of an object shape measuring apparatus according to the present invention.

【0013】図1において、距離・速度計Aは、光を利
用して物体までの距離と速度を同時に計測するもので、
少なくとも1つの光源1、その光源1と近接した受光器
2、受光器2からの信号に基づいて距離を検出する距離
検出部3と速度を検出する速度検出部4、距離検出部3
と速度検出部4からの出力信号を用いて距離と速度を演
算する距離・速度演算部5、光源1を励起するための電
源6、及び光源1からの出射光を平行光とするレンズ系
7等によって構成されるものであり、自己混合型の半導
体レーザを用いたもの(例えば特願昭63−26558
5号参照)等がある。図1の距離・速度計Aでは、光源
1からの出射光の一部が受光器に結合するように構成さ
れる自己混合型の光源の場合を示したが、反射光を受光
器2に導くために別のレンズ系を追加するように構成し
てもよい。平面鏡8、9は、距離・速度計Aからの出射
光(レーザビーム)を2次元的に走査するためのもので
あり、これらを駆動するためのものがステップモータ1
0、11、モータ駆動回路12、13、モータ制御回路
14である。計時回路15は、被測定物体18上の各走
査点(計測点)の計測時刻を測定するためのものであ
り、コンピュータ16は、距離・速度計Aからの距離、
速度の計測値及び計時回路15からの計測時間、さらに
は光走査の角度情報などにより被測定物体18の形状を
演算し、さらに走査装置を制御する制御信号を出力する
ためのものである。表示装置17は、被測定物体の形状
の3次元画像を表示するためのものである。
In FIG. 1, a distance / speed meter A measures the distance and the speed to an object simultaneously using light.
At least one light source 1, a light receiver 2 close to the light source 1, a distance detector 3 for detecting a distance based on a signal from the light receiver 2, a speed detector 4 for detecting a speed, and a distance detector 3
And speed calculating section 5 for calculating distance and speed using output signals from speed and speed detecting section 4, power supply 6 for exciting light source 1, and lens system 7 for converting light emitted from light source 1 into parallel light. Using a self-mixing type semiconductor laser (for example, Japanese Patent Application No. 63-26558).
No. 5). In the distance / velocimeter A of FIG. 1, the case of a self-mixing type light source configured so that a part of the light emitted from the light source 1 is coupled to the light receiver is shown, but the reflected light is guided to the light receiver 2. For this purpose, another lens system may be added. The plane mirrors 8 and 9 are for two-dimensionally scanning the light (laser beam) emitted from the distance / velocity meter A, and for driving these are step motors 1.
0, 11, the motor drive circuits 12, 13, and the motor control circuit 14. The clock circuit 15 is for measuring the measurement time of each scanning point (measurement point) on the measured object 18, and the computer 16 calculates the distance from the distance / speed meter A,
This is for calculating the shape of the measured object 18 based on the measured value of the speed, the measurement time from the timing circuit 15, and the angle information of the optical scanning, and for outputting a control signal for controlling the scanning device. The display device 17 is for displaying a three-dimensional image of the shape of the measured object.

【0014】次に、上記物体の形状測定装置による形状
計測の原理を説明する。図2は形状計測における座標系
を説明するための図、図3は形状計測面上での距離速度
測定順序を説明するための図、図4は移動物体の距離画
像復元の原理を説明するための図、図5は移動物体の形
状計測の手順を示すフローチャートであるレーザビーム
の走査は、上記図1に示したように2枚の平面鏡8、9
によってX,Y方向に行うので、形状計測における座標
の原点は、図2に示すように上下方向走査用の平面鏡9
の中心とし、例えば装置から正面に遠ざかる方向をzの
正方向、上下方向をY軸、左右方向をX軸にとる右手系
とする。
Next, the principle of shape measurement by the object shape measuring apparatus will be described. 2 is a diagram for explaining a coordinate system in shape measurement, FIG. 3 is a diagram for explaining a distance / velocity measurement order on a shape measurement surface, and FIG. 4 is a diagram for explaining a principle of a distance image restoration of a moving object. FIG. 5 is a flowchart showing the procedure of measuring the shape of the moving object. The scanning of the laser beam is performed by the two plane mirrors 8 and 9 as shown in FIG.
In the X and Y directions, the origin of the coordinates in the shape measurement is determined by the plane mirror 9 for vertical scanning as shown in FIG.
For example, a right-handed system in which the direction away from the apparatus to the front is the positive direction of z, the vertical direction is the Y axis, and the horizontal direction is the X axis.

【0015】上記座標系において、装置により直接得る
ことのできるデータは、 光源1から物体表面の或る1点の座標Pまでの光路
上の距離Lr Y=0,X=0の面を基準としたレーザビームの走
査角θx 、θ 光軸方向に感じた速度V である。その他、必要なパラメータ等を図2に示すよう
に定義する。すなわち、光源1からX方向走査用の平面
鏡8までの距離をL’、X方向走査用の平面鏡8からY
方向走査用の平面鏡9までの距離をL0 、Y方向走査用
の平面鏡9上でのレーザビームの反射点をXp 、反射点
p から物体表面の座標Pまでの距離をL、距離LをY
=0のXZ平面に投影した長さをL1 とする。その結
果、物体表面の座標P=(x,y,z)は、幾何学的な
関係より次のようになる。
In the above coordinate system, data directly obtainable by the apparatus is based on a plane having a distance L r Y = 0, X = 0 on the optical path from the light source 1 to a coordinate P of a certain point on the object surface. a laser beam scanning angle theta x that is the speed V r felt theta y direction of the optical axis. In addition, necessary parameters and the like are defined as shown in FIG. That is, the distance from the light source 1 to the plane mirror 8 for scanning in the X direction is L ′, and the plane mirror 8 for scanning in the X direction is Y
The distance to the plane mirror 9 for scanning in the direction is L 0 , the reflection point of the laser beam on the plane mirror 9 for scanning in the Y direction is X p , the distance from the reflection point X p to the coordinates P on the object surface is L, and the distance L is L. Is Y
= Length projected onto the XZ plane 0 and L 1. As a result, the coordinates P = (x, y, z) on the surface of the object are as follows due to the geometric relationship.

【0016】[0016]

【数1】 L =Lr −L’−L0 secθx (1) L1 =L/(1+cos2 θx tan2 θy 1/2 (2) x =L0 tanθx +L1 sinθx (3) y =L1 cosθx tanθy (4) z =L1 cosθx (5) 本発明に係る物体の形状測定装置は、先に述べたように
1本のレーザビームを走査し各々の方向の距離と速度の
情報を順次獲得していくものであるが、その順序の1例
を示したのが図3である。その順序は、例えば図中の1
で示した右下隅から左方向へ向けて計測を初め、2、
3、……を経てmまで行う。勿論、図示のように左方向
へ走査した後上方向に少しずらし反対の右方向へ走査す
る折り返し走査ではなく、左端から右端に戻って上方向
に少しずらし同じ左方向に繰り返し走査するようにして
もよいことはいうまでもない。静止物体の形状計測で
は、各走査点において距離データのみからその走査点の
物体表面の座標を求めていけばよいが、移動物体の場合
には、各走査点から得た座標を物体の移動速度で補正し
なければならない。速度は、ドップラ効果や自己混合効
果を利用して得られるビート信号から計測される。そこ
で、計測後の処理の簡単化のため、1番目の計測を開始
してからm番目の計測を終了するまで、物体の速度ベク
トルVは変わらないものとする。
L = L r −L′−L 0 sec θ x (1) L 1 = L / (1 + cos 2 θ x tan 2 θ y ) 1/2 (2) x = L 0 tan θ x + L 1 sin θ x (3) y = L 1 cos θ x tan θ y (4) z = L 1 cos θ x (5) The object shape measuring apparatus according to the present invention scans one laser beam and FIG. 3 shows one example of the order in which information on the distance and speed in the direction is sequentially acquired. The order is, for example, 1 in the figure.
Start measurement from the lower right corner to the left from
3. Perform through m until m. Of course, as shown in the figure, instead of return scanning in which scanning is performed to the left and then slightly shifted upward and then scanning is performed in the opposite right direction, returning from the left end to the right end and slightly shifting upward and repeatedly scanning in the same left direction is performed. Needless to say, it is good. In the measurement of the shape of a stationary object, the coordinates of the surface of the object at that scanning point need only be obtained from the distance data at each scanning point, but in the case of a moving object, the coordinates obtained from each scanning point are calculated based on the moving speed of the object. Must be corrected. The speed is measured from a beat signal obtained using the Doppler effect or the self-mixing effect. Therefore, in order to simplify the processing after the measurement, it is assumed that the velocity vector V of the object does not change from the start of the first measurement to the end of the m-th measurement.

【0017】この仮定のもとでは、時刻Tp に座標Pに
あった物体表面の或る1点は、m番目の計測を終える時
刻Tm に座標P′に移動していることになる。この様子
を示したのが図4である。従って、座標P′は、次のよ
うに与えられる。
[0017] Under this assumption, one point of a surface of an object to the coordinates P at time T p would have moved to the coordinate P 'at time T m to finish m-th measurement. FIG. 4 shows this state. Therefore, the coordinates P 'are given as follows.

【0018】[0018]

【数2】 P′=P+V(Tm −Tp ) (6) さらに、簡単のため物体の移動方向がz軸方向だけであ
ると限定すれば、
P ′ = P + V (T m −T p ) (6) Further, if the moving direction of the object is limited to only the z-axis direction for simplicity,

【0019】[0019]

【数3】 P′=P+Vz (Tm −Tp ) (7) となる。ここで、Vz はZ軸方向のベクトルで、その大
きさはZ方向から座標を測定した際の速度Vr である。
P ′ = P + V z (T m −T p ) (7) Here, the V z vector in the Z-axis direction, its magnitude is the velocity V r when measured coordinate in the Z direction.

【0020】次に形状計測の手順を説明する。形状計測
の場合には、図5に示すように予め、またはスタート
後、走査範囲、1計測点の計測平均回数等計測の条件を
入力する(ステップS1)。この時点で、レーザビーム
は、計測面上の原点方向、即ち、Z軸方向に向けてある
ため、先ず、計測開始点にビームを移動する(ステップ
S2)。計測開始点は、計測面で右下隅つまりX,Yそ
れぞれ最小値のところである。ここで最初の距離計測を
実行した後計時回路のカウンタをスタートする(ステッ
プS3〜S4)。その後、順次、光走査と距離速度計測
とを繰り返す(ステップS5)。最後の計測点での計測
が終了した後、カウンタを止める(ステップS6)。
Next, the procedure of shape measurement will be described. In the case of shape measurement, as shown in FIG. 5 or after the start, measurement conditions such as a scanning range and the average number of measurements at one measurement point are input (step S1). At this point, since the laser beam is directed toward the origin on the measurement surface, that is, in the Z-axis direction, the beam is first moved to the measurement start point (step S2). The measurement start point is at the lower right corner of the measurement plane, that is, at the minimum value of each of X and Y. Here, after the first distance measurement is performed, the counter of the timing circuit is started (steps S3 to S4). Thereafter, the optical scanning and the distance / velocity measurement are sequentially repeated (step S5). After the measurement at the last measurement point is completed, the counter is stopped (step S6).

【0021】その後、各測定点ごとの時間が均一である
とし、計測にかかった時間と計測点の総数から、最初の
計測点の計測が終わった時点を基点として各計測点での
測定時刻を求める(ステップS7)。この時刻と計測で
求めた速度をもとに式(7)を用いて計測で求めた位置
ベクトルを各々補正して最終計測点の計測が終わった時
点での物体の距離画像を求める(ステップS8)。これ
をコンピュータのディスプレイ上にグラフィック表示し
(ステップS9)、最後にレーザビームを原点に戻し
(ステップS10)、計測を終了する。
Thereafter, it is assumed that the time at each measurement point is uniform, and based on the time taken for measurement and the total number of measurement points, the measurement time at each measurement point is determined based on the time when the measurement of the first measurement point is completed. It is determined (step S7). Based on this time and the speed obtained by the measurement, the position vector obtained by the measurement is corrected by using the equation (7) to obtain the distance image of the object at the time when the measurement of the final measurement point is completed (step S8). ). This is graphically displayed on the display of the computer (step S9). Finally, the laser beam is returned to the origin (step S10), and the measurement is completed.

【0022】図6は本発明に係るレーザビームスキャナ
の構成を示す図、図7はモータ制御回路の構成例を示す
図、図8はステップモータの駆動を説明するための図、
図9はモータ駆動回路の動作を説明するためのタイミン
グチャート、図10はレーザビームスキャナのX,Y方
向の分解能を説明するための図である。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a laser beam scanner according to the present invention, FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of a motor control circuit, FIG. 8 is a diagram for explaining driving of a step motor,
FIG. 9 is a timing chart for explaining the operation of the motor drive circuit, and FIG. 10 is a diagram for explaining the resolution of the laser beam scanner in the X and Y directions.

【0023】レーザビームスキャナは、図1で示したよ
うにX,Y方向の走査用に平面鏡8(M1),9(M
2)を有し、それぞれ独立したステップモータ10、1
1で駆動するものであり、その光走査系の部分を示した
のが図6である。このような平面鏡8、9による光走査
では、光の走査角はミラーの回転角の2倍となる。ステ
ップモータ10、11の軸は、入力する時系列パルスの
立ち上がりで決まった角度だけ回転する。このステップ
モータ10、11をコンピュータで操作するには、コン
ピュータから時系列パルスを直接出力することも可能で
あるが、外付けの回路でコンピュータのバス出力を時系
列パルスに変換して行うように構成してもよい。その後
者の例を示したのが図7である。
The laser beam scanner has plane mirrors 8 (M1) and 9 (M) for scanning in the X and Y directions as shown in FIG.
2) and having independent step motors 10, 1
FIG. 6 shows a portion of the optical scanning system which is driven by the optical scanning system 1. In the light scanning by the plane mirrors 8 and 9, the light scanning angle is twice the rotation angle of the mirror. The axes of the step motors 10 and 11 rotate by an angle determined by the rise of the input time-series pulse. In order to operate the step motors 10 and 11 by a computer, it is possible to directly output a time-series pulse from the computer, but it is necessary to convert the bus output of the computer into a time-series pulse by an external circuit. You may comprise. FIG. 7 shows an example of the latter.

【0024】モータ制御回路14は、コンピュータ16
からの指令を受けてモータ駆動用の時系列パルスを発生
するものである。各ステップモータは、入力する時系列
のパルスの1個のパルスの立ち上がり毎に決まった最小
角度θmin だけ回転し、時系列パルスの数をpとする
と、pθmin の角度だけ回転してその位置に停止する。
図7において、発振器21の出力をゲート回路22を通
して分周回路23で分周し、そのパルスをゲート回路2
8でモータ及びそれぞれの回転方向に振り分けて出力す
るように構成している。バイナリカウンタ24は、モー
タに出力するパルスの数をカウントするものである。制
御回路25は、モータに出力するパルスの数の設定、バ
イナリカウンタ24のリセット及びX,Y軸用モータの
振り分け、回転方向の指示を行うものであり、Aポート
からパルス数の設定を行い、Cポートからの命令によ
り、バイナリカウンタ24のリセット及びX,Y軸用モ
ータの振り分け、回転方向の指示を行っている。コンパ
レータ26は、バイナリカウンタ24の出力値を制御回
路25の設定値と比較するものであり、その比較結果に
よりゲート回路22を制御するのがゲート制御回路27
である。
The motor control circuit 14 includes a computer 16
And generates a time-series pulse for driving the motor in response to a command from the controller. Each step motor rotates by a predetermined minimum angle θ min at each rising edge of one pulse of the input time-series pulse, and when the number of time-series pulses is p, the step motor rotates by an angle of pθ min and its position To stop.
In FIG. 7, the output of an oscillator 21 is divided by a frequency dividing circuit 23 through a gate circuit 22, and the pulse is divided by the gate circuit 2.
The motor 8 and the motor 8 are arranged so as to be distributed in the respective rotation directions and output. The binary counter 24 counts the number of pulses output to the motor. The control circuit 25 sets the number of pulses to be output to the motor, resets the binary counter 24, allocates the X and Y axis motors, and indicates the direction of rotation. The control circuit 25 sets the number of pulses from the A port. In response to a command from the port C, the binary counter 24 is reset, the X and Y axis motors are distributed, and the rotation direction is specified. The comparator 26 compares the output value of the binary counter 24 with the set value of the control circuit 25. The gate control circuit 27 controls the gate circuit 22 based on the comparison result.
It is.

【0025】ステップモータの駆動では、例えば平面鏡
8を回転させるステップモータ10において、モータ制
御回路14の出力端子M1CWが時計方向に回転させる
出力信号を、出力端子M1CCWが反時計方向に回転さ
せる出力信号をそれぞれ発生し、同様に、平面鏡9を回
転させるステップモータ11において、モータ制御回路
14の出力端子M2CWが時計方向に回転させる出力信
号を、出力端子M2CCWが反時計方向に回転させる出
力信号をそれぞれ発生するものとすると、以下のように
動作する。まず、図8に示すように平面鏡の1ステップ
走査で回転させたいモータの回転角度に相当する駆動パ
ルスの数を制御回路25に設定し、そのAポートから2
進数で出力させる(ステップS11)。そして、制御回
路25によりステップモータ10、11毎に回転方向を
判断してCポートからゲート回路28の各ゲート制御信
号を出力すると共に(ステップS12)、カウンタリセ
ット命令をCポートから出力することによって、バイナ
リカウンタ24をリセットする(ステップS13)。そ
して、リセット信号の立ち下がりでスタート命令を生成
しゲート制御回路27をクリアしてゲート回路22をオ
ンにし(ステップS15)、ゲート回路28を通して各
モータにパルスを出力し駆動する(ステップS16)。
バイナリカウンタ24のカウント値が制御回路25の設
定値と一致するまでモータにパルスを出力し、コンパレ
ータ26の一致出力によりゲート制御回路27が動作し
てゲート回路22をオフにしモータへのパルスを停止す
る(ステップS18)。この一連の動作をコンピュータ
16からの指示にしたがって行う。その波形をタイムチ
ャートで示したのが図9である。この動作は、連続でも
よいが、等時間間隔ごとに走査ビームを移動させ、移動
後次の移動まで小停止時間を挿入してもよい。
In the driving of the step motor, for example, in the step motor 10 for rotating the plane mirror 8, the output terminal M1CW of the motor control circuit 14 outputs an output signal for rotating clockwise, and the output terminal M1CCW outputs an output signal for rotating counterclockwise. Similarly, in the step motor 11 for rotating the plane mirror 9, the output signal of the output terminal M2CW of the motor control circuit 14 to rotate clockwise and the output signal of the output terminal M2CCW to rotate counterclockwise are If so, it operates as follows. First, as shown in FIG. 8, the number of drive pulses corresponding to the rotation angle of the motor to be rotated in one step scan of the plane mirror is set in the control circuit 25, and 2
The data is output in a base number (step S11). The control circuit 25 determines the direction of rotation for each of the step motors 10 and 11, outputs each gate control signal of the gate circuit 28 from the C port (step S12), and outputs a counter reset command from the C port. Then, the binary counter 24 is reset (step S13). Then, a start command is generated at the falling edge of the reset signal, the gate control circuit 27 is cleared, the gate circuit 22 is turned on (step S15), and a pulse is output to each motor through the gate circuit 28 to drive it (step S16).
A pulse is output to the motor until the count value of the binary counter 24 matches the set value of the control circuit 25, and the gate control circuit 27 is operated by the match output of the comparator 26 to turn off the gate circuit 22 and stop the pulse to the motor. (Step S18). This series of operations is performed according to an instruction from the computer 16. FIG. 9 is a time chart showing the waveform. This operation may be continuous, or the scanning beam may be moved at equal time intervals, and a short stop time may be inserted after the movement until the next movement.

【0026】このようなレーザビームスキャナでは、走
査角が等間隔となるので、スキャナの原点から測定対象
点までの距離によって1走査ステップ間での測定点の変
位距離が異なる。1走査ステップをモータの1、2、3
ステップ分としたときの距離Zに対する走査間隔の関係
を示したのが図10である。従って、遠方の物体を細か
く測定しようとすると、1走査ステップを小さくしなけ
ればならない。
In such a laser beam scanner, since the scanning angles are equally spaced, the displacement distance of the measuring point in one scanning step differs depending on the distance from the origin of the scanner to the point to be measured. One scanning step is performed by motor 1, 2, 3
FIG. 10 shows the relationship between the scanning interval and the distance Z in the case of steps. Therefore, in order to finely measure a distant object, one scanning step must be reduced.

【0027】上記レーザビームスキャナにおいては、ス
テップモータの最大自起動周波数fmax を越えるような
短い時間のパルスの伝達を防ぐために、基準となるクロ
ックに2fmax を選び、分周回路23で2分周してモー
タに伝えている。このようにモータには、fmax を越え
る周波数のパルスは入力されない。上記の例は、モータ
へ供給されるパルス周波数を5kHzに設定したもので
ある。
In the above laser beam scanner, in order to prevent transmission of a pulse for a short time exceeding the maximum self-starting frequency f max of the step motor, 2f max is selected as a reference clock, and the frequency dividing circuit 23 divides the frequency by 2 minutes. It is reported to the motor around. This way the motor, pulse frequencies above f max is not input. In the above example, the pulse frequency supplied to the motor is set to 5 kHz.

【0028】次に計時回路について説明する。図11は
計時回路の構成例を示す図、図12は計時回路の動作を
説明するための図である。移動物体の形状計測では、各
測定点を何時計測したかがわからないと、物体の速度が
わかっても、すべての計測が終わった時点で物体の形状
を復元できない。そこで、各測定点を何時計測したかを
知るために計時回路15が必要となる。この計時回路1
5は、図11に示すように水晶発振器31の10MHz
のクロックを分周回路32で例えば100Hzまで分周
し、これを16ビットのバイナリカウンタ33、34で
カウントしている。そして、コンピュータへの接続は、
インタフェース回路35を介し、また、これを通してバ
イナリカウンタ33、34のリセットも行う。
Next, the timing circuit will be described. FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration example of a timing circuit, and FIG. 12 is a diagram for describing an operation of the timing circuit. In measuring the shape of a moving object, if it is not known when each measurement point was measured, the shape of the object cannot be restored when all the measurements are completed, even if the speed of the object is known. Therefore, a timing circuit 15 is needed to know when each measurement point was measured. This timing circuit 1
5 is 10 MHz of the crystal oscillator 31 as shown in FIG.
Is divided by a frequency dividing circuit 32 to, for example, 100 Hz, and this is counted by 16-bit binary counters 33 and 34. And the connection to the computer is
The binary counters 33 and 34 are also reset via the interface circuit 35 and through this.

【0029】次に動作を説明する。水晶発振器31から
のクロックパルスは、分周回路32によって分周され、
バイナリカウンタ33、34に入力される。図12に示
すようにまず、コンピュータ16からのスタート命令に
よって、インタフェース回路35は、バイナリカウンタ
33、34をリセットし(ステップS21)、しかる後
分周されたパルスを計測開始する(ステップS22)。
そして、ビーム走査を終了すると同時にコンピュータ1
6から計測終了信号を受けると、その時のバイナリカウ
ンタ33、34の値をインタフェース回路35で読み込
み(ステップS23、S24)、コンピュータ16のデ
ータバスに伝送する。バイナリカウンタ33、34の出
力値に分周パルス1個の周期を掛算すれば、全測定点を
計測するのに要した時間を求めることができるので、測
定点の個数をmとしてその全計測時間を(m−1)で除
算すれば、1個の測定点の計測に要した時間τを求める
ことができる。したがって、この場合、スキャナを等時
間間隔で走査しているので、測定時間開始時刻を零とす
ると、N番目の測定点の測定時刻は(N−1)τとして
求めることができる。
Next, the operation will be described. The clock pulse from the crystal oscillator 31 is divided by the frequency dividing circuit 32,
Input to the binary counters 33 and 34. As shown in FIG. 12, first, in response to a start command from the computer 16, the interface circuit 35 resets the binary counters 33 and 34 (step S21), and then starts measuring the frequency-divided pulse (step S22).
When the beam scanning is completed, the computer 1
When the measurement end signal is received from 6, the values of the binary counters 33 and 34 at that time are read by the interface circuit 35 (steps S23 and S24) and transmitted to the data bus of the computer 16. By multiplying the output values of the binary counters 33 and 34 by the period of one divided pulse, the time required to measure all the measurement points can be obtained. Is divided by (m-1), the time τ required for measuring one measurement point can be obtained. Therefore, in this case, since the scanner scans at equal time intervals, if the measurement time start time is set to zero, the measurement time of the Nth measurement point can be obtained as (N-1) τ.

【0030】なお、本発明は、上記の実施例に限定され
るものではなく、種々の変形が可能である。例えば上記
の実施例では、2次元的光走査の機構を2枚の平面鏡で
構成したが、測定対象物の形、大きさ、速度、存在位置
までの距離等に対応して上記と異なった走査を行うため
の制御方式を採用してもよい。
It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible. For example, in the above-described embodiment, the two-dimensional optical scanning mechanism is constituted by two plane mirrors. However, the scanning differs from the above according to the shape, size, speed, distance to the existing position, and the like of the measurement object. May be employed.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、距離・速度計からの出射光を2次元的に走査
しながら光源と受光器を用い被測定物体からの反射光を
受光器で検出して被測定物体までの距離と速度を測定す
ると共に、各走査時刻を計測するので、各走査点の距離
を時刻と速度から補正し移動する被測定物体の形状と位
置を正確に求めることができる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, the reflected light from the object to be measured is measured by using the light source and the light receiver while scanning the light emitted from the distance / speed meter two-dimensionally. Since the distance and speed to the object to be measured are detected by the light receiver and each scanning time is measured, the distance and the speed of each scanning point are corrected from the time and speed to accurately determine the shape and position of the moving object to be measured. Can be sought.

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

【図1】 本発明に係る物体の形状測定装置の1実施例
を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of an object shape measuring apparatus according to the present invention.

【図2】 形状計測における座標系を説明するための図
である。
FIG. 2 is a diagram for explaining a coordinate system in shape measurement.

【図3】 形状計測面上での距離速度測定順序を説明す
るための図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining a distance / velocity measurement order on a shape measurement surface.

【図4】 移動物体の距離画像復元の原理を説明するた
めの図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining the principle of distance image restoration of a moving object.

【図5】 移動物体の形状計測の手順を示すフローチャ
ートである。
FIG. 5 is a flowchart illustrating a procedure of measuring a shape of a moving object.

【図6】 レーザビームスキャナの構成を示す図であ
る。
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a laser beam scanner.

【図7】 モータ制御回路の構成例を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of a motor control circuit.

【図8】 ステップモータの駆動を説明するための図で
ある。
FIG. 8 is a diagram for explaining driving of a step motor.

【図9】 モータ駆動回路の動作を説明するためのタイ
ミングチャートである。
FIG. 9 is a timing chart for explaining the operation of the motor drive circuit.

【図10】 レーザビームスキャナのX,Y方向の分解
能を説明するための図である。
FIG. 10 is a diagram for explaining the resolution in the X and Y directions of a laser beam scanner.

【図11】 計時回路の構成例を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration example of a timing circuit.

【図12】 計時回路の動作を説明するための図であ
る。
FIG. 12 is a diagram for explaining the operation of the timing circuit.

【図13】 形状計測用レーザ距離計の光ビーム走査装
置の従来例を示す図である。
FIG. 13 is a diagram illustrating a conventional example of a light beam scanning device of a laser distance meter for shape measurement.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…光源、2…受光器、3…距離検出部、4…速度検出
部、5…距離・速度演算部、6…電源、7…レンズ系、
8、9…平面鏡、10、11…ステップモータ、12、
13…モータ駆動回路、14…モータ制御回路、15…
計時回路、16…コンピュータ、17…表示装置、A…
距離・速度計
REFERENCE SIGNS LIST 1 light source, 2 light receiver, 3 distance detector, 4 speed detector, 5 distance / speed calculator, 6 power supply, 7 lens system,
8, 9 ... plane mirror, 10, 11 ... step motor, 12,
13 ... motor drive circuit, 14 ... motor control circuit, 15 ...
Clock circuit, 16: Computer, 17: Display device, A:
Distance / speedometer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 角 正雄 東京都東大和市湖畔2丁目325番8号 (56)参考文献 特開 平5−60523(JP,A) 特開 平4−155204(JP,A) 特開 平2−112784(JP,A) 特開 昭62−194413(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 11/00 - 11/30 102 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Masao Kado 2-325-8 Kobe, Higashiyamato-shi, Tokyo (56) References JP-A-5-60523 (JP, A) JP-A-4-155204 (JP) JP-A-2-112784 (JP, A) JP-A-62-194413 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01B 11/00-11/30 102

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 光走査により移動する物体の形状を測定
する物体の形状測定装置であって、光源と受光器を用い
被測定物体からの反射光を受光器で検出して被測定物体
までの距離と速度を測定する距離・速度計、該距離・速
度計からの出射光を2次元的に走査する光走査手段、該
光走査手段による各走査時刻を計測する計時手段、距離
・速度計による測定値と光走査手段による走査点と計時
手段による時刻から被測定物体の形状と位置を演算する
演算手段とを備えたことを特徴とする物体の形状測定装
置。
An object shape measuring device for measuring the shape of a moving object by optical scanning, comprising detecting a reflected light from an object to be measured by using a light source and a light receiving device and detecting the reflected light from the object to be measured. A distance / speed meter for measuring distance and speed, an optical scanning means for two-dimensionally scanning light emitted from the distance / speed meter, a time measuring means for measuring each scanning time by the optical scanning means, and a distance / speed meter An object shape measuring device, comprising: an arithmetic means for calculating a shape and a position of an object to be measured from a measured value, a scanning point by an optical scanning means, and a time by a timing means.
【請求項2】 光走査手段は、距離・速度計からの出射
光をX方向とY方向に走査する2枚の平面鏡と該平面鏡
を駆動するステップモータと該ステップモータを制御す
る制御回路からなることを特徴とする請求項1記載の物
体の形状測定装置。
2. The optical scanning means comprises two plane mirrors for scanning light emitted from a distance / velocity meter in X and Y directions, a step motor for driving the plane mirror, and a control circuit for controlling the step motor. The apparatus for measuring the shape of an object according to claim 1, wherein:
【請求項3】 演算手段は、各走査点における被測定物
体までの距離を時刻と速度で補正処理することを特徴と
する請求項1記載の物体の形状測定装置。
3. The object shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the calculating means corrects the distance to the measured object at each scanning point by time and speed.
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