JP3612983B2

JP3612983B2 - Three-dimensional shape measuring apparatus and image reading apparatus

Info

Publication number: JP3612983B2
Application number: JP03177398A
Authority: JP
Inventors: 和久安藤
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1998-02-13
Filing date: 1998-02-13
Publication date: 2005-01-26
Anticipated expiration: 2018-02-13
Also published as: JPH11230721A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被計測物の３次元形状を計測する３次元形状計測装置、および被計測物の３次元形状を計測して得られた距離画像に被計測物の表面画像を重畳する画像読取装置に関し、特に、死角となる部分を低減し、精度の高い計測が可能な３次元形状計測装置および画像読取装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の３次元形状計測装置としては、例えば、特開平１−１９５３０３号公報に示されるものがある。
【０００３】
図１４は、その３次元形状計測装置を示す。この装置１００は、スリット投光法を用いて３次元形状を測定するものであり、スリット板１０１を備え、スリット板１０１に形成したスリット１０１ａを通してスリット光１０２ａを被測定物１０３に照射するスリット光投光部１０２と、レンズ中心Ｆを有し、被測定物１０３の表面１０３ａで反射したスリット光反射光１０２ｂを受光するテレビカメラ１０４と、スリット光投光部１０２を被測定物１０３の回りに回転させる図示しない回転駆動部とを有する。
【０００４】
上記構成において、スリット光投光部１０２の投光中心Ｓからスリット光１０２ａを被測定物１０３に照射し、そのスリット光反射光１０２ｂをテレビカメラ１０４で撮像すると、被測定物１０３上の点Ｐがスリット板１０１において点Ｐ_１、テレビカメラ１０４のテレビ画面１０４ａにおいて点Ｐ_２に映る。被測定物１０３上の点Ｐの位置は、２直線ＳＰ_１とＦＰ_２との交点として求まる。スリット光投光部１０２を被測定物１０３の回りに図示しない回転駆動部によって回転させ、その都度テレビカメラ１０４で撮像することにより、テレビ画面１０４ａから被測定物１０３の表面１０３ａまでの奥行き方向の距離が得られ、被測定物１０３の３次元形状を計測することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の３次元形状計測装置１００によると、テレビカメラ１０４が固定であるので、被測定物の表面の傾斜面に対しては、奥行き方向の距離の測定点の間隔が平坦面より粗くなり、奥行き方向の距離の精度が場所によってばらつき、また、段差部分の側面のように傾斜角度が急な傾斜面に対しては、奥行き方向の距離の測定点を設定できず、距離データが得られない死角が生じてしまう。この死角が生じた場合、その周囲の奥行き方向の距離のデータで補間しても、その部分の精度は悪くなる。
【０００６】
従って、本発明の目的は、死角となる部分を低減し、精度が高く、均一な計測が可能な３次元形状計測装置および画像読取装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、所定の位置に配置された被計測物の対向面にスリット光を照射するスリット光投光部、および前記対向面で反射した前記スリット光の像を結像面上に結像させる３Ｄ形状計測部を有する撮像手段と、前記撮像手段を前記所定の位置に向けたまま前記被計測物の回りに相対的に回転させる回転手段と、前記結像面に結像された前記スリット光の像に基づいて前記結像面から前記対向面までの距離を測定する測定手段と、前記撮像手段の向きを前記所定の位置とは異なる方向に変更する変更手段と、前記測定手段によって測定された前記距離に基づいて、前記スリット光の照射方向に対して所定の角度を有する前記被計測物の傾斜面を検出し、前記傾斜面に前記撮像手段が向くように前記回転手段および前記変更手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする３次元形状計測装置を提供する。
本発明は、上記目的を達成するため、所定の位置に配置された被計測物の対向面にスリット光を照射するスリット光投光部、前記対向面で反射した前記スリット光の像を結像面上に結像させる３Ｄ形状計測部、および前記スリット光が照射されたのと同一の前記対向面の表面画像を撮像する２Ｄ画像撮像部を有する撮像手段と、前記撮像手段を前記所定の位置に向けたまま前記被計測物の回りに相対的に回転させる回転手段と、前記結像面に結像された前記スリット光の像に基づいて前記結像面から前記対向面までの対向距離からなる距離画像を作成するとともに、前記距離画像に前記表面画像を重畳する測定手段と、前記撮像手段の向きを前記所定の位置とは異なる方向に変更する変更手段と、前記測定手段によって測定された前記対向距離に基づいて、前記スリット光の照射方向に対して所定の角度を有する前記被計測物の傾斜面を検出し、前記傾斜面に前記撮像手段が向くように前記回転手段および前記変更手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする画像読取装置を提供する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る画像読取装置を示す。なお、Ｘ，Ｙは水平方向を示し、Ｚは紙面に対して垂直方向を示す。この装置１は、被計測物２が載置され、中心３ａを軸として回転する被計測台３０を備えた被計測部３と、中心３ａから所定の距離離れた固定の位置にアーム３１によって支持され、被計測物２の表面２ａについてスリット光画像を撮像するとともに、２次元の濃淡画像を撮像する撮像部４とを有する。
【０００９】
図２は、撮像部４を示す。撮像部４は、スリット光４ａを被計測物２の表面２ａの対向部分２ｂに照射するスリット光投光部４０と、対向部分２ｂで反射したスリット反射光４ｂを受光して対向部分２ｂについてスリット光画像を撮像し、このスリット光画像に基づいて対応部分２ｂの３次元形状を計測する３Ｄ形状計測部４１と、スリット光４ａが照射されたのと同一の対向部分２ｂに可視光４ｃを照射し、対向部分２ｂで反射した可視光反射光４ｄを受光して対向部分２ｂについて２次元の濃淡画像を撮像する２Ｄ画像撮像部４２とを備える。
【００１０】
スリット光投光部４０は、レーザ光を発生するレーザ光発生部４００と、レーザ光発生部４００が発生したレーザ光からスリット光を生成して被計測物２の表面２ａの対向部分２ｂに照射するスリット光生成部４０１とを備える。
【００１１】
スリット光生成部４０１は、レーザ光発生部４００が発生したレーザ光をスリット状のレーザ光に変形してスリット光４ａを生成し、被計測物２の表面２ａの対向部分２ｂに照射するシリンドリカルレンズ４０１ａと、シリンドリカルレンズ４０１ａを同図矢印方向に回転させることによりスリット光４ａを光軸回りに回転させる回転機構４０１ｂとを備える。なお、液晶シャッタによりスリット光４ａを生成してもよい。この場合、電気的にスリット光４ａをその光軸回りに回転させることも可能である。
【００１２】
３Ｄ形状計測部４１は、被計測物２の表面２ａで反射したスリット光反射光４ｂの進行方向を変えるガルバノミラー４１０ａ、ガルバノミラー４１０ａで反射したスリット光反射光４ｂを受光し、スリット光像を含む矩形状の２次元のスリット光画像に変換する２次元の固体撮像素子４１０ａ、およびレンズ系を含む光学結像系４１０を備える。
【００１３】
２Ｄ画像撮像部４２は、スリット光４ａが照射されたのと同一の対向部分２ｂに可視光４ｃを照射する後述する光源と、対向部分２ｂで反射された可視光反射光４ｄからレーザ波長成分を除去して可視光成分のみを通過させる可視光透過フィルタ４２０と、可視光透過フィルタ４２０でレーザ光成分が除去された可視光反射光４ｄを入力して濃淡画像を読み取るＣＣＤカメラ４２１とを備える。
【００１４】
図３（ａ），（ｂ）は、スリット光投光部４０を示す。スリット光投光部４０は、ケース４０２と、ケース４０２に垂直方向Ｚに設けられた垂直方向回転軸４０３と、ケース４０２に水平方向Ｘ，Ｙに設けられた水平方向回転軸４０４とを備え、垂直方向回転軸４０３および水平方向回転軸４０４の回りに回転可能に支持されている。
【００１５】
図４は、本装置１の制御系を示す。本装置１は、本装置１全体を制御する制御部１０を有し、この制御部１０に、被計測部３、スリット光投光部４０、３Ｄ形状計測部４１および２Ｄ画像撮像部４２を各々接続している。
【００１６】
被計測部３は、被計測台３０を回転させる回転駆動部３２と、被計測台３０が予め決められた一定角度毎に順次間欠的に回転するように回転駆動部３２を制御する回転制御部３３とを備える。
【００１７】
スリット光投光部４０は、スリット光生成部４０１を光軸の回りに回転させる回転駆動部４０５と、回転駆動部４０５を制御する回転制御部４０６と、スリット光投光部４０を垂直方向回転軸４０３および水平方向回転軸４０４を中心に回転可能に支持する水平・垂直回転機構４０７と、水平・垂直回転機構４０７を制御してスリット光投光部４０の光軸の向きを水平方向Ｘ，Ｙおよび垂直方向Ｚに回転させる水平・垂直制御部４０８とを備える。
【００１８】
３Ｄ形状計測部４１は、固体撮像素子４１０ｂを駆動して固体撮像素子４１０ｂからの画像信号を処理する駆動処理回路４１２と、固体撮像素子４１０ｂが撮像したスリット光画像内におけるスリット光像の位置を検出するスリット光検出回路４１３と、スリット光画像の各画素に対応する奥行き方向の位置を算出する３Ｄ座標算出回路４１４とから構成されている。
【００１９】
２Ｄ画像撮像部４２は、スリット光４ａが照射された被計測物２の表面２ａの対向部分２ｂと同一の部分に可視光４ｃを照射する光源４２２と、２Ｄ画像撮像部４２を垂直方向Ｚに設けられた図示しない垂直方向回転軸、および水平方向Ｘ，Ｙに設けられた水平方向回転軸の回りに回転させる水平・垂直回転機構４２４と、水平・垂直回転機構４２４を制御して３Ｄ形状計測部４１の光軸の向きを水平方向Ｘ，Ｙおよび垂直方向Ｚに回転させる水平・垂直制御部４２５とを備える。ＣＣＤカメラ４２１は、固体撮像素子およびレンズ系を含む光学結像系４２１ａと、固体撮像素子を駆動する駆動処理回路４２１ｂとを備える。なお、光源４２２は、自然光や室内光による光を使用することにより省略してもよい。
【００２０】
制御部１０は、３Ｄ座標算出回路４１４からの距離画像データを記憶する第１の画像メモリ１１と、２Ｄ画像撮像部４２の駆動処理回路４２１ｂからの濃淡画像データを記憶する第２の画像メモリ１２と、マイクロコンピュータ１３とを備える。
【００２１】
マイクロコンピュータ１３は、図９および図１０のフローチャートに示すようなプログラムを記憶する図示しないプログラムメモリを備え、プログラムメモリに記憶されているプログラムに従い、本装置１の各部を制御して距離画像データを取得して第１の画像メモリ１１に記憶するとともに、濃淡画像データを取得して第２の画像メモリ１２に記憶し、第１の画像メモリ１１の距離画像データと第２の画像メモリ１２の濃淡画像データとを画素毎に対応付けして濃淡情報がマッピングされた距離情報としての画像信号を出力するものである。
【００２２】
図５は、スリット光検出回路４１３の細線化処理を示す。スリット光検出回路４１３は、図５に示すように、駆動処理回路４１２の２値化器によって２値化された画像からハイライト部分（同図において斜線を施した部分）５０を抽出し、このハイライト部分５０を同図実線で示すように細線化し、スリット光像の位置５１を決定するものである。
【００２３】
図６は、３Ｄ座標算出回路４１４による３Ｄ座標算出処理を示す。３Ｄ座標算出回路４１４は、スリット光像の位置と、ガルバノミラー４１０、およびスリット光投光部４０のスリット光生成部４０１のＸ方向距離ｌおよびＹ方向距離ｍと、ガルバノミラー４１０およびスリット光生成部４０１のＸ方向とのなす角度α，βとから、各画素に対応する奥行き方向の距離ｚを次式により算出するものである。
ｚ＝（ｌｔａｎα・ｔａｎβ−ｍｔａｎβ）／（ｔａｎα＋ｔａｎβ）
【００２４】
次に、本装置１の動作を第１の読み取り動作と第２の読み取り動作とに分けて図７〜図１０を参照して説明する。
【００２５】
（１）第１の読み取り動作
図９は、第１の読み取り動作を示すフローチャートである。オペレータは、被計測物２を被計測物台３０上に載置し、図示しない起動スイッチを操作する。制御部１０のマイクロコンピュータ１３は、起動スイッチの操作に基づいて、図示しないプログラムメモリに記憶されている図９のフローチャートに示すようなプログラムに従い、本装置１の各部を制御して第１の読み取り動作を実行する。
【００２６】
まず、マイクロコンピュータ１３は、被計測部３の回転制御部３３を制御して被計測物台３０上の被計測物２を一定の角度回転させる（ＳＴ１）。マイクロコンピュータ１３は、スリット光投光部４０および３Ｄ形状計測部４１を制御して距離画像データを取得するとともに、２Ｄ画像撮像部４２を制御して濃淡画像データを取得する。
【００２７】
すなわち、スリット光投光部４０は、レーザ光発生部４００が発生したレーザ光からスリット光生成部４０１によってスリット光４ａを生成し、被計測物２の表面２ａの対向部分２ｂに照射する（ＳＴ２）。このとき、スリット光４ａの向きは、垂直方向Ｚとする。
【００２８】
対向部分２ｂで反射されたスリット光反射光４ｂは、３Ｄ形状計測部４１のガルバノミラー４１０ａで反射され、固体撮像素子４１０ｂに導かれ、固体撮像素子４１０ｂの出力信号が駆動処理回路４１２で２値化され、スリット光画像の読み取りが行われる（ＳＴ３）。
【００２９】
スリット光検出回路４１４は、スリット光画像のうちハイライト部分を細線化し、スリット光像の位置を求める。３Ｄ座標算出回路４１４は、細線化されたスリット光像の位置と、マイクロコンピュータ１３から入力されるガルバノミラー４１０ａ、およびスリット光生成部４０１のＸ方向距離ｌおよびＹ方向距離ｍと、ガルバノミラー４１０ａおよびスリット光生成部４０１のＸ方向とのなす角度α，βとから、奥行き方向の距離ｚを算出する。スリット光像の位置、すなわち画像上の座標と求めた奥行き方向の距離は距離画像データとして第１の画像メモリ１１に送られ、記憶される（ＳＴ４）。
【００３０】
スリット光画像の読み取りと同時に、２Ｄ画像撮像部４２では、光源４２２を点灯し（ＳＴ５）、スリット光４ａが照射されたのと同一の対向部分２ｂに可視光４ｃを照射する。そして、可視光反射光４ｄが可視光透過フィルタ４２０を通過することで、レーザ波長成分が除去され、可視光成分のみがＣＣＤカメラ４２１に入射し、濃淡画像が読み取られ、駆動処理回路４２１ｂでＡ／Ｄ変換され、デジタルの濃淡画像データとして第２の画像メモリ１２に送られ、記憶される（ＳＴ６）。
【００３１】
スリット光画像と表面の濃淡画像の読み取りが終了すると、マイクロコンピュータ１３は、被計測物台３０が１回転したか否かの判断を行い（ＳＴ７）、１回転していなければ、被計測物台３０が一定の角度回転するように被計測部３の回転制御部３３を制御する。回転駆動部３２は、回転制御部３３の制御により被計測物台３０を一定の角度回転させる（ＳＴ８）。
【００３２】
一定の角度回転後、前述したのと同様に、スリット光の照射（ＳＴ２）に基づいてスリット光画像が読み取られ（ＳＴ３）、奥行き方向の距離が算出され（ＳＴ４）、距離画像データが第１の画像メモリ１１に記憶される。これと並行して光源４２２の点灯に基づいて被計測物２の表面２ａの濃淡画像が読み取られ（ＳＴ５）、その濃淡画像データが第２の画像メモリ１２に記憶される。この計測は、被計測物２が１回転するまで続けられる（ＳＴ７）。
【００３３】
図７は、被計測物２が段差を有する場合の第１の読み取り結果を説明するための図である。被計測物２が、図７に示すように段差を有する場合は、スリット光４ａが正面部２ｃおよび段差側面部２ｄに投影されても、スリット光４ａ上の測定点４ｅは、段差側面部２ｄ上に設定できず、正面部２ｃ上にしか設定できない場合がある。従って、第１の読み取りでは段差側面部２ｄについて形状計測を行えないことから、後述する第２の読み取りで段差側面部２ｄについて形状計測を行う。
【００３４】
マイクロコンピュータ１３は、第１の画像メモリ１１に記憶した距離画像データに基づいて固体撮像素子４１０ｂ上の隣接する画素間の奥行き方向の距離差が一定値以上あり、かつ、その差が所定の方向に一定画素数以上続いたか否かの判断を行い、距離差が一定値以上あり、かつ、その差が所定の方向に一定画素数以上続いた場合に、段差側面部２ｄと判定することで被計測物２の全周にわたって、段差の検出を行い（ＳＴ８）、検出した段差側面部２ｄの法線方向を算出する（ＳＴ９）。
【００３５】
（２）第２の読み取り動作
図１０は、第２の読み取り動作を説明するためのフローチャートである。マイクロコンピュータ１３は、図示しないプログラムメモリに記憶されている図１０のフローチャートに示すようなプログラムに従い、段差側面部２ｄに対する第２の読み取り動作を実行する。
【００３６】
図８は、段差側面部２ｄに対する第２の読み取り動作を説明するための図である。まず、マイクロコンピュータ１３は、段差側面部２ｄの法線方向に基づいて、スリット光投光部４０の光軸の向きがステップＳＴ７で求めた法線方向に略一致するように被計測部３の回転制御部３３、およびスリット光投光部４０の水平・垂直制御部４０８を制御する。回転駆動部３２は、回転制御部３３の制御により被計測台３０を回転させ、水平・垂直回転機構４０７は、水平・垂直制御部４０８の制御によりスリット光投光部４０を垂直方向回転軸４０３あるいは水平方向回転軸４０４の回りに回転させる。これにより、スリット光投光部４０の光軸の向きが法線方向に略一致する（ＳＴ１１）。
【００３７】
マイクロコンピュータ１３は、スリット光４ａの方向が第１の読み取り時のスリット光４ａの方向と直交する方向に回転するようにスリット光投光部４０の回転制御部４０６を制御する。回転駆動部４０５は、回転制御部４０６の制御によりスリット光生成部４０１を回転させる。これにより、スリット光４ａの方向が第１の読み取り時のスリット光４ａの方向と直交する（ＳＴ１２）。
【００３８】
スリット光投光部４０は、段差側面部２ｄにスリット光４ａを照射し、マイクロコンピュータ１３は、図８の矢印方向にスリット光４ａが走査されるように水平・垂直制御部４０８を制御する。水平・垂直回転機構４０７は、水平・垂直制御部４０８の制御によりスリット光投光部４０を水平方向回転軸４０４の回りに正逆転させる（ＳＴ１４）。スリット光画像が読み取られ（ＳＴ１５）、段差側面部２ｄの奥行き方向の距離が算出されて第１の画像メモリ１１に記憶され、段差側面部２ｄのデータとして補完される（ＳＴ１６）。距離画像の取得と同時にマイクロコンピュータ１３は、２Ｄ画像撮像部４２の光軸の向きが段差側面部２ｄの法線方向に略一致するように水平・垂直制御部４２５を制御する。水平・垂直回転機構４２４は、水平・垂直制御部４２５の制御により２Ｄ画像撮像部４２を垂直方向回転軸あるいは水平方向回転軸を中心に回転させる。２Ｄ画像撮像部４２の光軸の向きが法線方向に略一致する（ＳＴ１７）。
【００３９】
光源４２２が点灯して（ＳＴ１８）、段差側面部２ｄの濃淡画像が読み取られ、第２の画像メモリ１２に記憶され、段差側面部２ｄのデータとして補完される（ＳＴ１９）。
【００４０】
上記動作は、全ての段差側面部２ｄについて距離画像の取得と、濃淡画像の読み取りが終了するまで行われる（ＳＴ２０）。
【００４１】
最後に、距離画像の接続処理が行われて、１つの３次元形状に濃淡画像がマッピングされたデータとなる（ＳＴ２１）。
【００４２】
上述した第１の実施の形態によれば、以下の効果が得られる。
（イ）段差側面部２ｄを検出した場合に、スリット光投光部４０の光軸の向きを段差側面部２ｄの法線方向に略一致させて段差側面部２ｄの奥行き方向の距離を求めているので、死角となる部分を低減することが可能になる。
（ロ）死角の部分を補間する必要がなくなるので、精度が高くなる。
（ニ）傾斜面における奥行き方向の距離の測定点４ｅの間隔を平坦面と同様に設定することが可能となるので、場所による精度のばらつきを抑えることができる。
（ホ）重心の中心付近で被測定物台３０を回転させることができるので、被測定物台３０の回転機構を小型化できる。
【００４３】
図１１は、本発明の第２の実施の形態に係る画像読取装置を示す。この装置１は、第１の実施の形態とは逆に、被計測物台３０を固定とし、撮像部４を回転させるようにしたものである。
【００４４】
図１２は、撮像部４を示す。撮像部４は、第１の実施の形態と同様に、スリット光投光部４０、３Ｄ形状計測部４１および２Ｄ画像撮像部４２を備えるが、３Ｄ形状計測部４１は、ハーフミラー４１０ｃで反射したスリット光反射光４ｂをガルバノミラー４１０ａに導くようにし、２Ｄ画像撮像部４２は、ハーフミラー４１０ｃを透過した可視光反射光４ｄを可視光透過フィルタ４２０に導くようにしたものである。
【００４５】
図１３は、本装置１の制御系を示す。本装置１は、第１の実施の形態と同様に、本装置１全体を制御する制御部１０を有し、この制御部１０に、被計測部３、撮像部４のスリット光投光部４０、３Ｄ形状計測部４１および２Ｄ画像撮像部４２を各々接続しているが、被計測部３は、撮像部４をアーム３１によって回転させる回転駆動部３２と、撮像部４が予め決められた一定角度毎に順次間欠的に回転するように回転駆動部３２を制御する回転制御部３３とを備える。
【００４６】
上述した第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様に、死角となる部分を低減でき、精度が高く、均一な計測が可能となり、スリット光反射光４ｂ，可視光４ｃおよび可視光反射光４ｄの光路を共用しているので、小型化が図れる。
【００４７】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、種々な形態が可能である。例えば、上記実施の形態では、第２の読み取り動作でスリット光投光部４０の光軸の向きを変更したが、３Ｄ形状計測部４１の光軸の向きを変更してもよく、スリット光投光部４０の光軸と３Ｄ形状計測部４１の光軸との間の中間に設定された光軸の向きを変更してもよい。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明した通り本発明によれば、撮像手段を被計測物の対向面のみならず、所定の傾斜面に向けることができるので、所定の傾斜面が段差部分の側面であっても、奥行き方向の距離を計測することができるため、死角となる部分を低減することが可能になる。
また、死角の部分を補間する必要がなくなるので、精度が高くなる。
また、傾斜面における奥行き方向の距離の測定点の間隔を平坦面と同様に設定することが可能となるので、場所による精度のばらつきを抑えることが可能になる。
従って、死角となる部分を低減し、精度が高く、均一な計測が可能な３次元形状計測装置および画像読取装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る画像読取装置の全体図である。
【図２】第１の実施の形態に係る撮像部を示す図である。
【図３】（ａ）は第１の実施の形態に係るスリット光投光部の斜視図、（ｂ）は第１の実施の形態に係るスリット光投光部の要部断面図である。
【図４】第１の実施の形態に係る画像読取装置の制御系を示すブロック図である。
【図５】第１の実施の形態に係るスリット光検出回路の細線化処理を説明するための図である。
【図６】第１の実施の形態に係る３Ｄ座標算出回路の３Ｄ座標算出処理を説明するための図である。
【図７】第１の実施の形態に係る画像読取装置による第１の読み取り動作を説明するための図である。
【図８】第１の実施の形態に係る画像読取装置による第２の読み取り動作を説明するための図である。
【図９】第１の実施の形態に係る画像読取装置による第１の読み取り動作を説明するためのフローチャートである。
【図１０】第１の実施の形態に係る画像読取装置による第２の読み取り動作を説明するためのフローチャートである。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る画像読取装置の全体図である。
【図１２】第２の実施の形態に係る撮像部を示す図である。
【図１３】第２の実施の形態に係る画像読取装置の制御系を示すブロック図である。
【図１４】従来の３次元形状計測装置を示す図である。
【符号の説明】
１画像読取装置
２被計測物
２ａ表面
２ｂ対向部分
２ｃ正面部
２ｄ段差側面部
３被計測部
３ａ中心
４撮像部
４ａスリット光
４ｂスリット光反射光
４ｃ可視光
４ｄ可視光反射光
４ｅ測定点
１０制御部
１１第１の画像メモリ
１２第２の画像メモリ
１３マイクロコンピュータ
３０被計測台
３１アーム
３２回転駆動部
３３回転制御部
４０スリット光投光部
４１３Ｄ形状計測部
４２２Ｄ画像撮像部
４００レーザ光発生部
４０１スリット光生成部
４０１ａシリンドリカルレンズ
４０１ｂ回転機構
４０２ケース
４０３垂直方向回転軸
４０４水平方向回転軸
４０５回転駆動部
４０６回転制御部
４０７水平・垂直回転機構
４０８水平・垂直制御部
４１０光学結像系
４１０ａガルバノミラー
４１０ｂ固体撮像素子
４１０ｃハーフミラー
４１２駆動回路
４１３スリット光検出回路
４１４３Ｄ座標算出回路
４２０可視光透過フィルタ
４２１ＣＣＤカメラ
４２１ａ光学結像系
４２１ｂ駆動処理回路
４２２光源
４２４水平・垂直回転機構
４２５水平・垂直制御部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a three-dimensional shape measuring apparatus that measures a three-dimensional shape of a measurement object, and an image reading device that superimposes a surface image of the measurement object on a distance image obtained by measuring the three-dimensional shape of the measurement object. In particular, the present invention relates to a three-dimensional shape measuring apparatus and an image reading apparatus that can reduce a blind spot and perform highly accurate measurement.
[0002]
[Prior art]
An example of a conventional three-dimensional shape measuring apparatus is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-195303.
[0003]
FIG. 14 shows the three-dimensional shape measuring apparatus. This apparatus 100 measures a three-dimensional shape using a slit projection method, and includes a slit plate 101, and slit light that irradiates the object 103 with slit light 102 a through a slit 101 a formed on the slit plate 101. A light projecting unit 102, a television camera 104 having a lens center F and receiving slit light reflected light 102b reflected by the surface 103a of the object 103 to be measured, and the slit light projecting part 102 around the object 103 to be measured. A rotation driving unit (not shown) that rotates.
[0004]
In the above configuration, when the object to be measured 103 is irradiated with the slit light 102a from the light projection center S of the slit light projecting unit 102 and the reflected light 102b of the slit light is imaged by the television camera 104, the point P on the object to be measured 103 is obtained. Appears at point P _{1 on} the slit plate 101 and at point P ₂ on the television screen 104 a of the television camera 104. Position of the point P on the object to be measured 103, obtained as the intersection of the two lines SP ₁ and FP _2. The slit light projecting unit 102 is rotated around the object 103 by a rotation driving unit (not shown), and each time an image is captured by the TV camera 104, the depth direction from the TV screen 104a to the surface 103a of the object 103 is measured. A distance is obtained, and the three-dimensional shape of the object to be measured 103 can be measured.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to the conventional three-dimensional shape measuring apparatus 100, since the TV camera 104 is fixed, the distance between the measurement points of the distance in the depth direction is rougher than the flat surface with respect to the inclined surface of the surface of the object to be measured. The accuracy of the distance in the depth direction varies depending on the location, and the measurement point for the distance in the depth direction cannot be set for an inclined surface with a steep inclination angle such as the side surface of the stepped portion, and distance data is obtained. There will be no blind spots. When this blind spot occurs, even if interpolation is performed using the data of the distance in the depth direction around the blind spot, the accuracy of the portion is deteriorated.
[0006]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a three-dimensional shape measuring apparatus and an image reading apparatus that can reduce a blind spot, have high accuracy, and perform uniform measurement.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention combines a slit light projecting unit that irradiates slit light on the facing surface of the object to be measured arranged at a predetermined position , and an image of the slit light reflected by the facing surface. An imaging unit having a 3D shape measuring unit that forms an image on an image plane; a rotating unit that relatively rotates the imaging unit around the object to be measured while facing the predetermined position; Measuring means for measuring the distance from the imaging surface to the facing surface based on the image of the slit light that has been imaged, and changing means for changing the orientation of the imaging means to a direction different from the predetermined position; Based on the distance measured by the measuring means, an inclined surface of the measurement object having a predetermined angle with respect to the irradiation direction of the slit light is detected, and the imaging means faces the inclined surface. The rotating means and the Further comprising a control means for controlling further means to provide a three-dimensional shape measuring apparatus according to claim.
In order to achieve the above object, the present invention forms a slit light projecting unit that irradiates slit light on the facing surface of an object to be measured arranged at a predetermined position, and forms an image of the slit light reflected by the facing surface. An imaging unit having a 3D shape measuring unit that forms an image on a surface, a 2D image imaging unit that captures a surface image of the opposite surface that is irradiated with the slit light , and the imaging unit at the predetermined position. A rotating means for rotating the object around the object to be measured while facing the object, and a facing distance from the imaging surface to the opposing surface based on the image of the slit light imaged on the imaging surface. A measuring means for superimposing the surface image on the distance image, a changing means for changing the orientation of the imaging means to a direction different from the predetermined position, and the measuring means The facing distance Based on the detected the inclined surface of the object to be measured, to control the rotation means and the changing means such that the imaging means is directed to said inclined surface having a predetermined angle with respect to the irradiation direction of the slit light An image reading apparatus including a control unit is provided.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows an image reading apparatus according to a first embodiment of the present invention. X and Y indicate horizontal directions, and Z indicates a vertical direction with respect to the paper surface. This apparatus 1 is supported by an arm 31 at a fixed position at a predetermined distance from the center 3a, and a measurement target section 3 having a measurement base 30 on which the object 2 is placed and which rotates about the center 3a. And an imaging unit 4 that captures a slit light image on the surface 2a of the measurement object 2 and captures a two-dimensional gray image.
[0009]
FIG. 2 shows the imaging unit 4. The imaging unit 4 receives the slit light projecting unit 40 that irradiates the facing portion 2b of the surface 2a of the measurement object 2 with the slit light 4a, and receives the slit reflected light 4b reflected by the facing portion 2b and slits the facing portion 2b. The optical image is picked up, and the 3D shape measurement unit 41 that measures the three-dimensional shape of the corresponding portion 2b based on the slit light image, and the visible light 4c are irradiated to the same facing portion 2b that is irradiated with the slit light 4a. And a 2D image capturing unit 42 that receives the visible light reflected light 4d reflected by the facing portion 2b and captures a two-dimensional gray image of the facing portion 2b.
[0010]
The slit light projecting unit 40 generates a laser beam from a laser beam generating unit 400 that generates a laser beam and the laser beam generated by the laser beam generating unit 400, and irradiates the facing portion 2b of the surface 2a of the object 2 to be measured. And a slit light generation unit 401.
[0011]
The slit light generation unit 401 generates a slit light 4a by transforming the laser light generated by the laser light generation unit 400 into a slit-shaped laser light, and irradiates the facing portion 2b of the surface 2a of the object 2 to be measured. 401a and a rotation mechanism 401b that rotates the slit light 4a around the optical axis by rotating the cylindrical lens 401a in the direction of the arrow. The slit light 4a may be generated by a liquid crystal shutter. In this case, it is also possible to electrically rotate the slit light 4a around its optical axis.
[0012]
The 3D shape measurement unit 41 receives the galvano mirror 410a that changes the traveling direction of the slit light reflected light 4b reflected by the surface 2a of the object to be measured 2 and the slit light reflected light 4b reflected by the galvano mirror 410a, and generates a slit light image. An optical imaging system 410 including a two-dimensional solid-state imaging element 410a for converting into a rectangular two-dimensional slit light image including the lens system is provided.
[0013]
The 2D image capturing unit 42 emits a laser wavelength component from a light source to be described later that irradiates visible light 4c to the same facing portion 2b irradiated with the slit light 4a, and visible light reflected light 4d reflected by the facing portion 2b. A visible light transmissive filter 420 that removes only the visible light component and a visible light reflected light 4d from which the laser light component has been removed by the visible light transmissive filter 420 is input and a CCD camera 421 that reads a grayscale image is provided.
[0014]
FIGS. 3A and 3B show the slit light projector 40. The slit light projector 40 includes a case 402, a vertical rotation shaft 403 provided in the case 402 in the vertical direction Z, and a horizontal rotation shaft 404 provided in the case 402 in the horizontal directions X and Y. A vertical rotation shaft 403 and a horizontal rotation shaft 404 are supported so as to be rotatable.
[0015]
FIG. 4 shows a control system of the apparatus 1. The apparatus 1 includes a control unit 10 that controls the entire apparatus 1. The control unit 10 includes a measured unit 3, a slit light projecting unit 40, a 3D shape measuring unit 41, and a 2D image capturing unit 42. Connected.
[0016]
The measurement target unit 3 includes a rotation drive unit 32 that rotates the measurement target table 30 and a rotation control unit that controls the rotation drive unit 32 such that the measurement target table 30 rotates intermittently at predetermined intervals. 33.
[0017]
The slit light projector 40 rotates the slit light generator 401 around the optical axis, a rotation controller 406 that controls the rotation driver 405, and rotates the slit light projector 40 in the vertical direction. A horizontal / vertical rotating mechanism 407 that supports the shaft 403 and the horizontal rotating shaft 404 so as to be rotatable, and controls the horizontal / vertical rotating mechanism 407 so that the direction of the optical axis of the slit light projecting unit 40 is set to the horizontal direction X, And a horizontal / vertical control unit 408 for rotating in the Y and vertical directions Z.
[0018]
The 3D shape measurement unit 41 drives the solid-state image sensor 410b to process an image signal from the solid-state image sensor 410b, and the position of the slit light image in the slit light image captured by the solid-state image sensor 410b. It comprises a slit light detection circuit 413 for detecting, and a 3D coordinate calculation circuit 414 for calculating the position in the depth direction corresponding to each pixel of the slit light image.
[0019]
The 2D image capturing unit 42 illuminates the light source 422 that irradiates visible light 4c to the same portion as the facing portion 2b of the surface 2a of the measurement object 2 irradiated with the slit light 4a, and the 2D image capturing unit 42 in the vertical direction Z. A 3D shape measurement is performed by controlling a horizontal / vertical rotation mechanism 424 that rotates around a provided vertical rotation axis (not shown) and horizontal rotation axes provided in the horizontal directions X and Y, and the horizontal / vertical rotation mechanism 424. A horizontal / vertical control unit 425 for rotating the direction of the optical axis of the unit 41 in the horizontal directions X and Y and the vertical direction Z. The CCD camera 421 includes an optical imaging system 421a including a solid-state image sensor and a lens system, and a drive processing circuit 421b that drives the solid-state image sensor. Note that the light source 422 may be omitted by using light from natural light or room light.
[0020]
The control unit 10 stores the first image memory 11 that stores the distance image data from the 3D coordinate calculation circuit 414 and the second image memory 12 that stores the grayscale image data from the drive processing circuit 421b of the 2D image capturing unit 42. And a microcomputer 13.
[0021]
The microcomputer 13 includes a program memory (not shown) for storing a program as shown in the flowcharts of FIGS. 9 and 10, and controls each part of the apparatus 1 according to the program stored in the program memory to obtain distance image data. The image data is acquired and stored in the first image memory 11, and the grayscale image data is acquired and stored in the second image memory 12. The distance image data in the first image memory 11 and the grayscale in the second image memory 12 are stored. An image signal is output as distance information in which the grayscale information is mapped by associating the image data with each pixel.
[0022]
FIG. 5 shows a thinning process of the slit light detection circuit 413. As shown in FIG. 5, the slit light detection circuit 413 extracts a highlight portion (a hatched portion in the figure) 50 from the image binarized by the binarizer of the drive processing circuit 412, The highlighted portion 50 is thinned as shown by the solid line in FIG. 1 to determine the position 51 of the slit light image.
[0023]
FIG. 6 shows 3D coordinate calculation processing by the 3D coordinate calculation circuit 414. The 3D coordinate calculation circuit 414 generates the position of the slit light image, the galvano mirror 410, the X-direction distance l and the Y-direction distance m of the slit light generation unit 401 of the slit light projection unit 40, and the galvano mirror 410 and the slit light generation. The distance z in the depth direction corresponding to each pixel is calculated from the angles α and β formed with the X direction of the unit 401 by the following equation.
z = (ltan α · tan β−mtan β) / (tan α + tan β)
[0024]
Next, the operation of the apparatus 1 will be described by dividing it into a first reading operation and a second reading operation with reference to FIGS.
[0025]
(1) First Reading Operation FIG. 9 is a flowchart showing the first reading operation. The operator places the measurement object 2 on the measurement object table 30 and operates a start switch (not shown). The microcomputer 13 of the control unit 10 controls each part of the apparatus 1 according to the program as shown in the flowchart of FIG. 9 stored in a program memory (not shown) based on the operation of the start switch to perform the first reading. Perform the action.
[0026]
First, the microcomputer 13 controls the rotation control unit 33 of the measurement unit 3 to rotate the measurement object 2 on the measurement object table 30 by a certain angle (ST1). The microcomputer 13 controls the slit light projecting unit 40 and the 3D shape measuring unit 41 to acquire distance image data, and controls the 2D image capturing unit 42 to acquire grayscale image data.
[0027]
That is, the slit light projector 40 generates the slit light 4a from the laser light generated by the laser light generator 400 by the slit light generator 401, and irradiates the facing portion 2b of the surface 2a of the object 2 to be measured (ST2). ). At this time, the direction of the slit light 4a is the vertical direction Z.
[0028]
The slit light reflected light 4b reflected by the facing portion 2b is reflected by the galvanometer mirror 410a of the 3D shape measurement unit 41 and guided to the solid-state image sensor 410b, and the output signal of the solid-state image sensor 410b is binary by the drive processing circuit 412. The slit light image is read (ST3).
[0029]
The slit light detection circuit 414 thins the highlight portion of the slit light image and obtains the position of the slit light image. The 3D coordinate calculation circuit 414 includes the position of the thinned slit light image, the galvano mirror 410a input from the microcomputer 13, the X-direction distance l and the Y-direction distance m of the slit light generation unit 401, and the galvano mirror 410a. Further, the distance z in the depth direction is calculated from the angles α and β formed with the X direction of the slit light generation unit 401. The position of the slit light image, that is, the coordinates on the image and the obtained distance in the depth direction are sent to the first image memory 11 as distance image data and stored (ST4).
[0030]
Simultaneously with the reading of the slit light image, the 2D image capturing unit 42 turns on the light source 422 (ST5), and irradiates the same facing portion 2b with the visible light 4c irradiated with the slit light 4a. Then, the visible light reflected light 4d passes through the visible light transmission filter 420, so that the laser wavelength component is removed, only the visible light component is incident on the CCD camera 421, the grayscale image is read, and the drive processing circuit 421b performs A / D-converted and sent to the second image memory 12 as digital grayscale image data and stored (ST6).
[0031]
When the reading of the slit light image and the surface grayscale image is completed, the microcomputer 13 determines whether or not the measurement object base 30 has made one rotation (ST7). The rotation control unit 33 of the measured unit 3 is controlled so that 30 rotates by a certain angle. The rotation drive unit 32 rotates the measurement object table 30 by a certain angle under the control of the rotation control unit 33 (ST8).
[0032]
After the rotation by a certain angle, the slit light image is read based on the slit light irradiation (ST2) (ST3), the distance in the depth direction is calculated (ST4), and the distance image data is the first as described above. Is stored in the image memory 11. In parallel with this, a grayscale image of the surface 2a of the measurement object 2 is read based on the lighting of the light source 422 (ST5), and the grayscale image data is stored in the second image memory 12. This measurement is continued until the object to be measured 2 rotates once (ST7).
[0033]
FIG. 7 is a diagram for explaining a first reading result when the DUT 2 has a step. When the DUT 2 has a step as shown in FIG. 7, even if the slit light 4a is projected onto the front surface 2c and the step side surface 2d, the measurement point 4e on the slit light 4a is the step side surface 2d. In some cases, it cannot be set to the top and can only be set on the front portion 2c. Therefore, since the shape measurement cannot be performed on the step side surface portion 2d in the first reading, the shape measurement is performed on the step side surface portion 2d in the second reading described later.
[0034]
The microcomputer 13 has a distance difference in the depth direction between adjacent pixels on the solid-state imaging device 410b based on the distance image data stored in the first image memory 11, and the difference is in a predetermined direction. If the distance difference is more than a certain value and the difference continues more than a certain number of pixels in a predetermined direction, it is determined that the step side surface portion 2d is covered. A step is detected over the entire circumference of the measurement object 2 (ST8), and the normal direction of the detected step side surface portion 2d is calculated (ST9).
[0035]
(2) Second Reading Operation FIG. 10 is a flowchart for explaining the second reading operation. The microcomputer 13 executes a second reading operation on the stepped side surface portion 2d according to a program as shown in the flowchart of FIG. 10 stored in a program memory (not shown).
[0036]
FIG. 8 is a diagram for explaining a second reading operation with respect to the step side surface portion 2d. First, based on the normal direction of the stepped side surface portion 2d, the microcomputer 13 determines the direction of the optical axis of the slit light projecting unit 40 so that it substantially matches the normal direction obtained in step ST7. The rotation control unit 33 and the horizontal / vertical control unit 408 of the slit light projecting unit 40 are controlled. The rotation drive unit 32 rotates the measurement base 30 under the control of the rotation control unit 33, and the horizontal / vertical rotation mechanism 407 controls the slit light projecting unit 40 with the vertical rotation axis 403 under the control of the horizontal / vertical control unit 408. Alternatively, it is rotated around the horizontal rotation axis 404. Thereby, the direction of the optical axis of the slit light projecting unit 40 substantially coincides with the normal direction (ST11).
[0037]
The microcomputer 13 controls the rotation control unit 406 of the slit light projecting unit 40 so that the direction of the slit light 4a rotates in a direction orthogonal to the direction of the slit light 4a during the first reading. The rotation drive unit 405 rotates the slit light generation unit 401 under the control of the rotation control unit 406. Thereby, the direction of the slit light 4a is orthogonal to the direction of the slit light 4a during the first reading (ST12).
[0038]
The slit light projecting unit 40 irradiates the stepped side surface 2d with the slit light 4a, and the microcomputer 13 controls the horizontal / vertical control unit 408 so that the slit light 4a is scanned in the arrow direction of FIG. The horizontal / vertical rotation mechanism 407 rotates the slit light projector 40 forward and backward around the horizontal rotation axis 404 under the control of the horizontal / vertical control unit 408 (ST14). The slit light image is read (ST15), the distance in the depth direction of the step side portion 2d is calculated, stored in the first image memory 11, and complemented as data of the step side portion 2d (ST16). Simultaneously with the acquisition of the distance image, the microcomputer 13 controls the horizontal / vertical control unit 425 so that the direction of the optical axis of the 2D image capturing unit 42 substantially coincides with the normal direction of the step side surface part 2d. The horizontal / vertical rotation mechanism 424 rotates the 2D image capturing unit 42 around the vertical rotation axis or the horizontal rotation axis under the control of the horizontal / vertical control unit 425. The direction of the optical axis of the 2D image capturing unit 42 substantially matches the normal direction (ST17).
[0039]
The light source 422 is turned on (ST18), and the grayscale image of the step side portion 2d is read, stored in the second image memory 12, and complemented as data of the step side portion 2d (ST19).
[0040]
The above operation is performed until the acquisition of the distance image and the reading of the grayscale image are completed for all the step side surfaces 2d (ST20).
[0041]
Finally, distance image connection processing is performed to obtain data in which the grayscale image is mapped to one three-dimensional shape (ST21).
[0042]
According to the first embodiment described above, the following effects can be obtained.
(A) When the step side surface portion 2d is detected, the direction of the optical axis of the slit light projecting portion 40 is substantially matched with the normal direction of the step side surface portion 2d to obtain the distance in the depth direction of the step side surface portion 2d. Therefore, it becomes possible to reduce the part which becomes a blind spot.
(B) Since there is no need to interpolate the blind spot, the accuracy is improved.
(D) Since the distance between the measurement points 4e in the depth direction on the inclined surface can be set in the same manner as the flat surface, it is possible to suppress variation in accuracy depending on the location.
(E) Since the object table 30 can be rotated near the center of the center of gravity, the rotation mechanism of the object table 30 can be reduced in size.
[0043]
FIG. 11 shows an image reading apparatus according to the second embodiment of the present invention. In contrast to the first embodiment, the apparatus 1 is configured such that the measurement object base 30 is fixed and the imaging unit 4 is rotated.
[0044]
FIG. 12 shows the imaging unit 4. The imaging unit 4 includes a slit light projecting unit 40, a 3D shape measuring unit 41, and a 2D image imaging unit 42, as in the first embodiment, but the 3D shape measuring unit 41 is reflected by the half mirror 410c. The slit light reflected light 4b is guided to the galvano mirror 410a, and the 2D image capturing unit 42 guides the visible light reflected light 4d transmitted through the half mirror 410c to the visible light transmitting filter 420.
[0045]
FIG. 13 shows a control system of the apparatus 1. Similar to the first embodiment, the apparatus 1 includes a control unit 10 that controls the entire apparatus 1, and the control unit 10 includes a measurement target unit 3 and a slit light projecting unit 40 of the imaging unit 4. Although the 3D shape measuring unit 41 and the 2D image capturing unit 42 are connected to each other, the measured unit 3 includes a rotation driving unit 32 that rotates the image capturing unit 4 by the arm 31 and a predetermined constant that the image capturing unit 4 is determined in advance. And a rotation control unit 33 that controls the rotation drive unit 32 so as to rotate intermittently sequentially for each angle.
[0046]
According to the second embodiment described above, similarly to the first embodiment, the portion that becomes a blind spot can be reduced, high accuracy and uniform measurement can be performed, and the slit light reflected light 4b and the visible light 4c can be measured. Since the optical path of the visible light reflected light 4d is shared, the size can be reduced.
[0047]
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various form is possible. For example, in the above embodiment, the direction of the optical axis of the slit light projecting unit 40 is changed in the second reading operation. However, the direction of the optical axis of the 3D shape measuring unit 41 may be changed. The orientation of the optical axis set in the middle between the optical axis of the optical unit 40 and the optical axis of the 3D shape measuring unit 41 may be changed.
[0048]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the imaging means can be directed not only to the facing surface of the object to be measured but also to a predetermined inclined surface. Therefore, even if the predetermined inclined surface is the side surface of the step portion, the depth direction Therefore, it becomes possible to reduce the part that becomes a blind spot.
Further, since it is not necessary to interpolate the blind spot portion, the accuracy is increased.
In addition, since the distance between the measurement points of the distance in the depth direction on the inclined surface can be set in the same manner as the flat surface, it is possible to suppress variation in accuracy depending on the location.
Therefore, it is possible to provide a three-dimensional shape measuring apparatus and an image reading apparatus that can reduce a blind spot, have high accuracy, and perform uniform measurement.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall view of an image reading apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating an imaging unit according to the first embodiment.
3A is a perspective view of a slit light projector according to the first embodiment, and FIG. 3B is a cross-sectional view of a main part of the slit light projector according to the first embodiment.
FIG. 4 is a block diagram illustrating a control system of the image reading apparatus according to the first embodiment.
FIG. 5 is a diagram for explaining thinning processing of the slit light detection circuit according to the first embodiment;
FIG. 6 is a diagram for explaining 3D coordinate calculation processing of the 3D coordinate calculation circuit according to the first embodiment;
FIG. 7 is a diagram for explaining a first reading operation by the image reading apparatus according to the first embodiment.
FIG. 8 is a diagram for explaining a second reading operation by the image reading apparatus according to the first embodiment.
FIG. 9 is a flowchart for explaining a first reading operation by the image reading apparatus according to the first embodiment;
FIG. 10 is a flowchart for explaining a second reading operation by the image reading apparatus according to the first embodiment;
FIG. 11 is an overall view of an image reading apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a diagram illustrating an imaging unit according to a second embodiment.
FIG. 13 is a block diagram illustrating a control system of an image reading apparatus according to a second embodiment.
FIG. 14 is a diagram showing a conventional three-dimensional shape measuring apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Image reader 2 The to-be-measured object 2a Surface 2b Opposite part 2c Front part 2d Step side part 3 To-be-measured part 3a Center 4 Imaging part 4a Slit light 4b Slit light reflected light 4c Visible light 4d Visible light reflected light 4e Measurement point 10 Control Unit 11 First image memory 12 Second image memory 13 Microcomputer 30 Measurement base 31 Arm 32 Rotation drive unit 33 Rotation control unit 40 Slit light projection unit 41 3D shape measurement unit 42 2D image imaging unit 400 Laser light generation Unit 401 slit light generation unit 401a cylindrical lens 401b rotation mechanism 402 case 403 vertical rotation shaft 404 horizontal rotation shaft 405 rotation drive unit 406 rotation control unit 407 horizontal / vertical rotation mechanism 408 horizontal / vertical control unit 410 optical imaging system 410a Galvano mirror 410b Solid-state image sensor 410c Half mirror 4 12 drive circuit 413 slit light detection circuit 414 3D coordinate calculation circuit 420 visible light transmission filter 421 CCD camera 421a optical imaging system 421b drive processing circuit 422 light source 424 horizontal / vertical rotation mechanism 425 horizontal / vertical control unit

Claims

A slit light projecting unit that irradiates the facing surface of the object to be measured disposed at a predetermined position with a slit light, and a 3D shape measuring unit that forms an image of the slit light reflected on the facing surface on the imaging surface Imaging means having
Rotating means for relatively rotating the imaging means around the object to be measured while facing the predetermined position;
Measuring means for measuring a distance from the imaging surface to the facing surface based on an image of the slit light imaged on the imaging surface;
Changing means for changing the orientation of the imaging means in a direction different from the predetermined position;
Based on the distance measured by the measuring unit, an inclined surface of the object to be measured having a predetermined angle with respect to the irradiation direction of the slit light is detected, and the imaging unit faces the inclined surface. A three-dimensional shape measuring apparatus comprising a rotating means and a control means for controlling the changing means.

The control means detects the inclined surface when the difference in distance between adjacent pixels on the imaging surface is a certain value or more and the difference in distance continues for a certain pixel or more in a predetermined direction. The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 1 having a configuration.

The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the changing unit is configured to rotate the slit light projecting unit imaging unit around two axes in different directions.

The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the changing unit is configured to rotate the slit light around its optical axis.

A slit light projecting unit that irradiates a facing surface of an object to be measured disposed at a predetermined position, a 3D shape measuring unit that forms an image of the slit light reflected by the facing surface on an imaging surface; And an imaging means having a 2D image imaging unit that captures the same surface image of the facing surface irradiated with the slit light,
Rotating means for relatively rotating around the object to be measured with the imaging means facing the predetermined position;
Measuring means for creating a distance image having an opposing distance from the imaging surface to the opposing surface based on the image of the slit light imaged on the imaging surface and superimposing the surface image on the distance image When,
Changing means for changing the orientation of the imaging means in a direction different from the predetermined position;
Based on the facing distance measured by the measuring unit, an inclined surface of the object to be measured having a predetermined angle with respect to the irradiation direction of the slit light is detected, and the imaging unit faces the inclined surface. An image reading apparatus comprising: control means for controlling the rotating means and the changing means.

The control means determines the inclined surface when the difference in the facing distance between adjacent pixels on the imaging surface is a certain value or more and the difference in the facing distance continues for a certain pixel or more in a predetermined direction. The image reading apparatus according to claim 5 , wherein the image reading apparatus is configured to detect.

The image reading apparatus according to claim 5 , wherein the changing unit is configured to rotate the slit light projector around two axes in different directions.

The image reading apparatus according to claim 5 , wherein the changing unit is configured to rotate the slit light around its optical axis.