JP4767403B2 - Three-dimensional measuring apparatus and three-dimensional measuring method - Google Patents

Three-dimensional measuring apparatus and three-dimensional measuring method Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光切断法を用いて三次元形状を計測する三次元計測装置および三次元計測方法に関する。特に、ロボットなどの可動装置に取り付けられて使用される三次元計測装置および三次元計測方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
離れた場所にある三次元物体までの距離やその三次元物体の形状を測定するための一方法として光切断法が用いられている。この光切断法は、測定対象物体に対してスリット光を投影し、あたかも光の帯で物体を切断するかのようにして、別の方向からその光による切断面を観察するものである。
【0003】
図6は、光切断法による測定の原理を示す断面図である。図6において、符号901は三次元計測装置に設けられたスリット光源、902は前記三次元計測装置に設けられている撮像のためのレンズ、903はレンズ902による像の結像面、905は結像面903の中心点であり、この中心点905は結像面903と撮像方向軸との交点である。また、901aはスリット光源901から照射されるスリット光面、910は測定対象物体、911はスリット光面901aが測定対象物体を照射している照射点の一つである。
【0004】
ここで、スリット光源901とレンズ902の中心との距離をL(基線長)とする。また、図上の基準線は、スリット光源901とレンズ902とを結ぶ線を含む測定面(図6の断面に垂直な面)に垂直な方向を示している。また、スリット光の測定面に対する角度をθ、レンズ902の中心と照射点911とを結ぶ線の測定面に対する角度をφとする。ここで、測定面から測定対象物体910までの距離Zを求めるためには、次式のような計算を行えば良い。
【0005】
Z=L・tan(θ)・tan(φ)/(tan(θ)+tan(φ))
ただし、「tan()」は正接関数を表わす。
【0006】
なお、上記φは、撮像方向(中心点905とレンズ902の中心とを結ぶ方向)の撮像面に対する角度φ0と撮像方向に対する照射点911の変位角φ1とを用いて、次式で表わされる。
【0007】
φ=φ0+φ1
【0008】
また、変位角φ1は、レンズ902と結像面903との間の距離lと、結像面903における照射点911の像の中心点905からの変位Δxを用いて、次式で表わされる。
【0009】
φ1=arctan(Δx/l)
ただし、「arctan()」は正接逆関数を表わす。
【0010】
以上、断面図を用いて説明したが、スリット光は当該断面だけではなく、測定対象物体910の表面に線状の切断線を形成するように照射されるため、測定面からその切断線上の各箇所までの距離を測定することができる。
【0011】
上記の原理を用いて、様々な角度(θ)によるスリット光面901aを用いて、測定対象物体910の三次元形状を計測することが可能となる。従来技術においては、計測密度を上げるためにスリット光源901の照射角度を連続的に可変となるようにスリット光を機械的にスキャンさせることが行われていた。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば二足歩行ロボットのようにそれ自体が移動するとともに移動時に断続的に衝撃が加わるような装置に、上記三次元計測装置を搭載するためには、従来技術で述べたような機械スキャン方式には問題がある。なぜならば、移動時の衝撃によってスキャン機能に障害が生じないような防震対策を施すことは、サイズや耐久性の点から高コスト化を招くものであるからである。特に、脚式移動ロボットは振動が多く、機械スキャン方式にはモータ等の駆動部が破損しやすい。
【0013】
また、スキャン方式をとる代わりに、単純にスリットビーム本数を増やすことは、ビームパワーの低下による検出限界の低下と、スリット間隔の減少による検出距離レンジの低下を招くという問題があった。
【0014】
また、特開平10−68607号公報には、複数本の光切断線を基準平面上で互いに平行かつ一定間隔になるように形成し、各光切断線は互いに異なる複数の光色とし、カラーTVカメラよりなる画像入力装置により撮像した光切断線を色信号別に取り出して距離を求めるようにするという技術が開示されている。しかしながら、このような手法では、カラーTVカメラを用いることが必須となり、高コスト化あるいは装置設計上の制約につながるという問題があった。また、測定対象の色と光切断線の色との関係によっては、正しい色として判断できず、光切断線を正しく認識できないという問題があった。
【0015】
本発明は、上記のような事情を考慮してなされたものであり、マルチスリット光による光切断法を用いた三次元測定において、スリット光を機械的にスキャンさせたりスリット間隔の減少による不都合を招いたりすることなく、計測密度を向上させることのできる三次元計測装置および三次元計測方法を提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は、発光手段からそれぞれ複数のスリット光を測定対象物体に照射することによって該測定対象物体の表面に線状の切断線を形成し、該切断線を撮像手段で撮影して前記測定対象物体の形状を測定する三次元計測装置において、互いにスリット光の放射パターンが異なる少なくとも2つの発光手段と、該発光手段が時分割的に順次前記測定対象物体を照射するように制御する発光制御手段と、各々の前記発光手段から照射されるスリット光が略平行に形成され、前記スリット光による切断線形成位置が前記スリット光の並び方向にずれて互いに異なるように調節する切断線形成位置調節手段と、を具備し、前記切断線形成位置調節手段は、複数の前記発光手段の間の距離を制御する発光位置間隔制御手段であることを特徴とする三次元計測装置を要旨とする。
ここで、発光手段としては、例えば、レーザ光源と複数のスリット孔を有するスリット板とを組み合わせたものを用いるようにする。レーザ光源としては、例えばレーザダイオードなどを用いる。また、撮像手段としては、例えば、デジタル静止画カメラあるいはデジタル動画カメラなどを用いるようにする。また、発光制御手段としては、例えば、各発光手段の発光強度をそれぞれ独立に制御するためのパルス信号を出力する装置などを用いるようにする。
【0017】
のような構成により、各発光手段から照射されるスリット光による切断線形成位置を異ならしめ、測定対象物体の表面上の異なる位置を計測することとなり、結果として計測密度を向上させることとなる。
【0019】
また、本発明の三次元計測装置では、少なくとも2つの前記撮像手段を備え、第1の前記撮像手段と前記発光手段との距離が、第2の前記撮像手段と当該発光手段との距離と異なるように、前記撮像手段および前記発光手段を配置したことを特徴とする。
これにより、発光手段との距離が相対的に小さい方の撮像手段を用いて広い距離レンジの測定対象物体を捕捉するとともに、発光手段との距離が相対的に大きい方の撮像手段を用いてより高精度な三次元計測を行うことが可能となる。
【0020】
また、本発明は、第1の発光手段から複数のスリット光を測定対象物体に照射することによって該測定対象物体の表面に第1のパターンによる線状の切断線を形成し、この第1のパターンによる切断線を撮像手段で撮影して前記測定対象物体の形状を測定する第1の過程と、第2の発光手段から複数のスリット光を照射することによって前記測定対象物体の表面に前記第1のパターンと略平行且つ前記スリット光の並び方向にずれた第2のパターンによる線状の切断線を形成し、この第2のパターンによる切断線を撮像手段で撮影して前記測定対象物体の形状を測定する第2の過程と、前記第1の過程における測定結果に応じて、前記第2の過程における第2のパターンの前記切断線の位置を前記スリット光の並び方向にずらして異ならしめる過程と、を有することを特徴とする三次元計測方法を要旨とする。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しこの発明の第1の実施形態について説明する。図1は、同実施形態による三次元計測装置の構成を示すブロック図である。この三次元計測装置は二足歩行ロボットに搭載され、ロボットの移動経路上の床面を計測対象物体としてその距離を測定し、二足歩行時の足の着地位置が適切になるようにロボットの脚を制御することを目的とするものである。
【0023】
図1において、符号1aおよび1bは、所定の間隔をおいて設けられ、それぞれ計測対象物体に対してマルチスリット光を照射するレーザ光源(発光手段)である。また、2は、レーザ光源1aおよび1bによるスリット光が照射された計測対象物体を撮像するカメラ(撮像手段)である。また、3は、レーザ光源1aおよび1bとカメラ2とに対するタイミング信号を出力することにより、レーザ光源1aおよび1bの発光のタイミングとカメラ2による撮像のタイミングとを制御する発光制御部(発光制御手段)である。
【0024】
また、4はカメラ2によって撮像された画像を取り込みA/D変換(アナログ/デジタル変換)して画像メモリに記憶する画像取り込み部であり、5は画像取り込み部4によって取り込まれた画像を基に計測対象物体までの距離を算出する距離推定部である。また、8はロボットの移動経路を決定する移動経路決定部、6は移動経路決定部8が決定した経路情報と距離推定部5による距離算出結果とを基にロボットの足の着地位置を決定する着地位置決定部、7は着地位置決定部6が決定した着地位置に足を持っていくようにロボットのバランスを取りながらロボットの脚を駆動するモータを制御する脚制御部である。
【0025】
図2は、発光制御部3が出力するタイミング信号の波形を示すタイミングチャートである。図2の(a)は、レーザ光源1aによるレーザAのビーム強度を制御するための信号である。図2の(b)は、レーザ光源1bによるレーザBのビーム強度を制御するための信号である。また、図2の(c)は、カメラ2による撮像のタイミングを制御するための垂直同期信号である。図2に示すような制御信号により、レーザ光源1aおよび1bは交互にそれぞれのマルチスリット光を照射し、カメラ1は各レーザ光源によって照射されている測定対象物体を撮像することとなる。
【0026】
図3は、レーザ光源1aおよび1bによるスリット光の照射パターンを示す断面図である。図3では、レーザ光源1aによるスリット光の照射パターンは実線で示され、レーザ光源1bによるスリット光の照射パターンは破線で示されている。図2のタイミングチャートで示したように、レーザ光源1aおよび1bは交互に照射を行うため、それぞれの照射タイミングにおいて、図3の実線または破線のパターンによるスリット光を用いた距離の測定が行われる。例えば図3に示す符号21の領域(距離が1.1〜1.2のあたりの領域)では、レーザ光源1aと1bとのスリット光の照射箇所が近接しているため、トータルな計測密度は、レーザ光源1aあるいは1bのいずれか単一のレーザ光源を用いる場合の計測密度と大して変わらない。しかしながら、例えば図3に示す符号22の領域(距離が1.4〜1.6あたりの領域)では、レーザ光源1aと1bとが互いに補完しあうことにより、単一のレーザ光源を用いる場合に比べて、トータルな計測密度が最大で2倍となっている。
【0027】
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。図4は、同実施形態による三次元計測装置の構成を示すブロック図である。この図4に示す構成の特徴は、光源間隔制御部11(切断線形成位置調節手段、発光位置間隔制御手段)を設け、この光源間隔制御部11の制御に応じてレーザ光源1aと1bとの間隔を可変としていることである。これ以外の構成は、図1に示したものと同様である。
【0028】
このように、レーザ光源1aと1bとの間隔を可変とすることにより、両光源によるマルチスリット光のパターンの関係を変えることが可能となる。例えば、図3に示した断面図においては、領域22においては単一レーザ光源を用いる場合に比べて計測密度が上がっているが、領域21においてはそれほど効果的には計測密度が向上しない。ところが、この第2の実施形態のようにレーザ光源1aと1bとの間隔を可変とすることにより、計測密度を上げることのできる領域を移動させることが可能となる。
【0029】
つまり、各々のレーザ光源から照射されるスリット光による切断線形成位置が互いに異なるように調節することが可能となる。従って、例えば、まず計測対象物体までの距離を低密度で計測し、その計測結果に応じて、高密度計測が可能となるように光源間隔制御部11がレーザ光源1aと1bとの距離を制御するようにする。これにより、いかなる距離帯においても高密度計測を行うことが可能となる。
【0030】
つまり、第1の発光手段から複数のスリット光を測定対象物体に照射することによって該測定対象物体の表面に第1のパターンによる線状の切断線を形成し、この第1のパターンによる切断線を撮像手段で撮影して前記測定対象物体の形状を測定する第1の過程と、第2の発光手段から複数のスリット光を照射することによって前記測定対象物体の表面に前記第1のパターンとは異なる第2のパターンによる線状の切断線を形成し、この第2のパターンによる切断線を撮像手段で撮影して前記測定対象物体の形状を測定する第2の過程とを有する三次元計測方法において、前記第1の過程における測定結果に応じて、前記第2の過程における第2のパターンを異ならしめることとしている。
【0031】
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。図5は、同実施形態による三次元計測装置の構成を示すブロック図である。この図5に示す構成の特徴は、狭基線長カメラ2aと広基線長カメラ2bの2つのカメラを設けており、狭基線長カメラ2aは相対的にレーザ光源1aおよび1bの近くに設け、広い基線長カメラ2bは相対的にレーザ光源1aおよび1bから離れた位置に設けていることである。つまり、本実施形態では、少なくとも2つのカメラを備え、第1のカメラとレーザ光源との距離が、第2のカメラと当該レーザ光源との距離と異なるように、カメラおよびレーザ光源を配置している。これ以外の構成は、図1に示したものと同様である。
【0032】
狭基線長カメラ2aと広基線長カメラ2bの画角が互いに等しい場合、狭基線長カメラ2aで撮った画像は、広基線長カメラ2bで撮った画像に比べて、より広い距離レンジに存在する測定対象物体を捉えることができる。一方、光切断法の原理から明らかなように、広基線長カメラ2bで撮った画像を用いることにより、狭基線長カメラ2aで撮った画像を用いる場合よりも高精度な距離測定を行うことができる。つまり、狭基線長カメラ2aと広基線長カメラ2bとを適宜使い分けることにより、より広い範囲の測定対象物体までの距離をより高精度に測定することが可能となる。つまり、例えば、まず狭基線長カメラ2aを用いて測定対象物体までの距離を大まかな精度で測定し、この距離測定結果に応じて必要な場合には広基線長カメラ2bの撮像方向を調整し、次に広基線長カメラ2bを用いて測定対象物体までの距離を高精度で測定するようにする。これにより、広い距離レンジの測定対象物体を高精度に測定することが可能となる。
【0033】
なお、上記第1〜第3の実施形態においては、レーザ光源1aおよび1bの2つの光源を用いることとしたが、光源の数は2に限定されず、より多くの光源を用いて、それらを用いたマルチスリット光の照射を順次行い、測定対象物体までの距離を測定するようにしても良い。これにより、さらに高密度な測定を行ったり、光源間の距離を固定としたまま様々な距離レンジにおける高密度測定を行ったりすることも可能となる。
【0034】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、互いにスリット光の放射パターンが異なる少なくとも2つの発光手段と、該発光手段が時分割的に順次前記測定対象物体を照射するように制御する発光制御手段とを備え、その切断線を撮像手段で撮影して前記測定対象物体の形状を測定するため、例えば、二足歩行ロボットに取り付ける場合など動作中に衝撃が加わる環境においても、低コストで高密度な測定を行うことが可能となる。また、複数の発光色を用いる必要もないため、装置構成が簡単になり、低コスト化が可能となる。また、複数の発光手段を時分割的に駆動するため、消費電力の低減が可能となる。
【0035】
また、この発明によれば、各々の発光手段から照射されるスリット光による切断線形成位置が互いに異なるように調節するため、測定対象物体の表面上の異なる位置を計測することが可能となり、広い測定領域を高密度で測定できるようになる。
【0036】
また、この発明によれば、少なくとも2つの撮像手段を備え、第1の撮像手段と発光手段との距離が、第2の撮像手段と当該発光手段との距離と異なるように、撮像手段および発光手段を配置するため、発光手段との距離が相対的に小さい方の撮像手段を用いて広い距離レンジの測定対象物体を捕捉するとともに、発光手段との距離が相対的に大きい方の撮像手段を用いてより高精度な三次元計測を行うことが可能となる。よって、より広い測定領域を高精度で測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の第1の実施形態による三次元測定装置の構成を示すブロック図である。
【図2】 同実施形態による三次元測定装置における発光および撮像のタイミングを制御するタイミング信号を示すタイミングチャートである。
【図3】 同実施形態による三次元測定装置における2つのレーザ光源から照射されるスリット光のパターンを示す断面図である。
【図4】 この発明の第2の実施形態による三次元測定装置の構成を示すブロック図である。
【図5】 この発明の第3の実施形態による三次元測定装置の構成を示すブロック図である。
【図6】 この発明の基礎となる光切断法を用いた距離測定の原理を示す断面図である。
【符号の説明】
1a,1b レーザ光源
2 カメラ
2a 狭基線長カメラ
2b 広基線長カメラ
3 発光制御部
4 画像取り込み部
5 距離推定部
6 着地位置決定部
7 脚制御部
8 移動経路決定部
11 光源間隔制御部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a three-dimensional measuring apparatus and a three-dimensional measuring method for measuring a three-dimensional shape using a light cutting method. In particular, the present invention relates to a three-dimensional measuring apparatus and a three-dimensional measuring method used by being attached to a movable device such as a robot.
[0002]
[Prior art]
A light cutting method is used as a method for measuring the distance to a three-dimensional object at a distant place and the shape of the three-dimensional object. In this light cutting method, slit light is projected onto an object to be measured, and the cut surface by the light is observed from another direction as if the object is cut by a band of light.
[0003]
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the principle of measurement by the light cutting method. In FIG. 6, reference numeral 901 denotes a slit light source provided in the three-dimensional measuring apparatus, 902 denotes an imaging lens provided in the three-dimensional measuring apparatus, 903 denotes an image forming surface of the lens 902, and 905 denotes a connection. This is the center point of the image plane 903, and this center point 905 is the intersection of the image plane 903 and the imaging direction axis. Reference numeral 901a denotes a slit light surface irradiated from the slit light source 901, reference numeral 910 denotes a measurement target object, and reference numeral 911 denotes one of irradiation points where the slit light surface 901a irradiates the measurement target object.
[0004]
Here, the distance between the slit light source 901 and the center of the lens 902 is L (base line length). A reference line on the drawing indicates a direction perpendicular to a measurement surface (a surface perpendicular to the cross section of FIG. 6) including a line connecting the slit light source 901 and the lens 902. The angle of the slit light with respect to the measurement surface is θ, and the angle of the line connecting the center of the lens 902 and the irradiation point 911 with respect to the measurement surface is φ. Here, in order to obtain the distance Z from the measurement surface to the measurement target object 910, the following equation may be calculated.
[0005]
Z = L · tan (θ) · tan (φ) / (tan (θ) + tan (φ))
However, “tan ()” represents a tangent function.
[0006]
The above φ is expressed by the following equation using an angle φ0 with respect to the imaging surface in the imaging direction (a direction connecting the center point 905 and the center of the lens 902) and a displacement angle φ1 of the irradiation point 911 with respect to the imaging direction.
[0007]
φ = φ0 + φ1
[0008]
Further, the displacement angle φ1 is expressed by the following equation using the distance l between the lens 902 and the imaging plane 903 and the displacement Δx from the center point 905 of the image of the irradiation point 911 on the imaging plane 903.
[0009]
φ1 = arctan (Δx / l)
However, “arctan ()” represents a tangent inverse function.
[0010]
As described above, the slit light is irradiated not only on the cross section but also on the surface of the measurement target object 910 so as to form a linear cutting line. The distance to the location can be measured.
[0011]
Using the above principle, it is possible to measure the three-dimensional shape of the measurement target object 910 using the slit light surface 901a at various angles (θ). In the prior art, slit light is mechanically scanned so as to continuously change the irradiation angle of the slit light source 901 in order to increase the measurement density.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, in order to mount the above three-dimensional measuring device on a device that moves itself and receives an impact intermittently when moving, such as a biped robot, for example, a mechanical scan as described in the related art There is a problem with the method. This is because taking anti-vibration measures so that the scanning function is not hindered by an impact at the time of movement leads to higher costs in terms of size and durability. In particular, the legged mobile robot has a lot of vibration, and the mechanical scanning method tends to damage the driving unit such as a motor.
[0013]
Further, simply increasing the number of slit beams instead of using the scanning method has a problem that a detection limit is reduced due to a reduction in beam power and a detection distance range is reduced due to a reduction in slit interval.
[0014]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-68607 discloses that a plurality of light cutting lines are formed on a reference plane so as to be parallel to each other at a constant interval, and each light cutting line has a plurality of light colors different from each other. There has been disclosed a technique in which an optical cutting line captured by an image input device including a camera is extracted for each color signal to obtain a distance. However, in such a method, it is indispensable to use a color TV camera, and there has been a problem that it leads to high cost or restrictions on device design. In addition, depending on the relationship between the color of the measurement object and the color of the light cutting line, there is a problem that it cannot be determined as a correct color and the light cutting line cannot be recognized correctly.
[0015]
The present invention has been made in consideration of the above-mentioned circumstances, and in the three-dimensional measurement using the light cutting method with multi-slit light, there is a disadvantage caused by mechanically scanning the slit light or reducing the slit interval. It is an object of the present invention to provide a three-dimensional measuring apparatus and a three-dimensional measuring method capable of improving the measurement density without inviting.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention is to form a linear cut line on the surface of the measured object by irradiating the measured object a plurality of slit light from each light emitting unit,該切disconnection In a three-dimensional measurement apparatus that measures the shape of the measurement target object by photographing the image of the measurement target object, at least two light emission means having different radiation patterns of slit light from each other, and the light emission means sequentially time-divisionally the measurement target object The light emission control means for controlling the light emission and the slit light emitted from each of the light emission means are formed substantially in parallel, and the cutting line formation position by the slit light is shifted in the alignment direction of the slit light and is different from each other. a cutting line forming position adjusting means for adjusting the provided as the cutting line forming position adjusting means, the emission position interval control hand controlling the distance between a plurality of said light emitting means And gist three-dimensional measuring apparatus, characterized in that it.
Here, as the light emitting means, for example, a combination of a laser light source and a slit plate having a plurality of slit holes is used. For example, a laser diode is used as the laser light source. Further, as the imaging means, for example, a digital still image camera or a digital moving image camera is used. Further, as the light emission control means, for example, a device that outputs a pulse signal for independently controlling the light emission intensity of each light emission means is used.
[0017]
With the configuration as this, made different cutting line forming position by the slit light emitted from the light emitting means, it becomes possible to measure the different positions on the surface of the measured object, and thus to improve the measurement density as a result .
[0019]
In the three-dimensional measurement apparatus of the present invention, at least two imaging units are provided, and the distance between the first imaging unit and the light emitting unit is different from the distance between the second imaging unit and the light emitting unit. As described above, the imaging means and the light emitting means are arranged.
As a result, the object to be measured having a wide distance range is captured using the imaging unit having a relatively small distance from the light emitting unit, and the imaging unit having a relatively large distance from the light emitting unit is used. It is possible to perform highly accurate three-dimensional measurement.
[0020]
Further, the present invention forms a linear cutting line with a first pattern on the surface of the measurement target object by irradiating the measurement target object with a plurality of slit lights from the first light emitting means. A first process of measuring a shape of the measurement target object by photographing a cutting line by a pattern with an imaging unit, and irradiating a plurality of slit lights from a second light emitting unit to the surface of the measurement target object. A linear cutting line is formed by a second pattern that is substantially parallel to the first pattern and shifted in the direction in which the slit light is arranged, and the cutting line by the second pattern is photographed by an imaging means, and the measurement object a second step of measuring a shape, in accordance with the measurement result in the first step, made different by shifting the position of the cutting line of the second pattern in the second step in the alignment direction of the slit light And process, the three-dimensional measurement method characterized by having a subject matter.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the three-dimensional measuring apparatus according to the embodiment. This three-dimensional measuring device is mounted on a biped walking robot, measures the distance using the floor on the robot's moving path as the object to be measured, and adjusts the landing position of the foot when biped walking. The purpose is to control the legs.
[0023]
In FIG. 1, reference numerals 1 a and 1 b denote laser light sources (light emitting means) that are provided at predetermined intervals and each irradiate multi-slit light onto a measurement target object. Reference numeral 2 denotes a camera (imaging means) that captures an object to be measured irradiated with slit light from the laser light sources 1a and 1b. Reference numeral 3 denotes a light emission control unit (light emission control means) for controlling the timing of light emission of the laser light sources 1a and 1b and the timing of imaging by the camera 2 by outputting timing signals for the laser light sources 1a and 1b and the camera 2. ).
[0024]
An image capturing unit 4 captures an image captured by the camera 2 and stores it in an image memory after A / D conversion (analog / digital conversion). 5 is based on the image captured by the image capturing unit 4. It is a distance estimation part which calculates the distance to a measurement object. Reference numeral 8 denotes a movement route determination unit that determines the movement route of the robot. Reference numeral 6 denotes a landing position of the robot foot based on the route information determined by the movement route determination unit 8 and the distance calculation result by the distance estimation unit 5. The landing position determination unit 7 is a leg control unit that controls a motor that drives the robot leg while balancing the robot so that the foot is brought to the landing position determined by the landing position determination unit 6.
[0025]
FIG. 2 is a timing chart showing a waveform of a timing signal output from the light emission control unit 3. (A) of FIG. 2 is a signal for controlling the beam intensity of the laser A by the laser light source 1a. FIG. 2B shows a signal for controlling the beam intensity of the laser B by the laser light source 1b. Further, (c) in FIG. 2 is a vertical synchronization signal for controlling the timing of imaging by the camera 2. With the control signal as shown in FIG. 2, the laser light sources 1a and 1b alternately irradiate each multi-slit light, and the camera 1 images the measurement target object irradiated by each laser light source.
[0026]
FIG. 3 is a sectional view showing an irradiation pattern of slit light by the laser light sources 1a and 1b. In FIG. 3, the irradiation pattern of the slit light from the laser light source 1a is indicated by a solid line, and the irradiation pattern of the slit light from the laser light source 1b is indicated by a broken line. As shown in the timing chart of FIG. 2, since the laser light sources 1a and 1b irradiate alternately, the distance measurement using the slit light according to the solid line or broken line pattern of FIG. 3 is performed at each irradiation timing. . For example, in the area of reference numeral 21 shown in FIG. 3 (area where the distance is about 1.1 to 1.2), the irradiated portions of the slit light of the laser light sources 1a and 1b are close to each other, so the total measurement density is The measurement density in the case of using any one of the laser light sources 1a and 1b is not much different. However, for example, in the region indicated by reference numeral 22 shown in FIG. 3 (region where the distance is about 1.4 to 1.6), the laser light sources 1a and 1b complement each other, thereby using a single laser light source. In comparison, the total measurement density is doubled at maximum.
[0027]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the three-dimensional measuring apparatus according to the embodiment. The feature of the configuration shown in FIG. 4 is that a light source interval control unit 11 (cutting line formation position adjusting unit, light emission position interval control unit) is provided, and the laser light sources 1a and 1b are controlled according to the control of the light source interval control unit 11. The interval is variable. The other configuration is the same as that shown in FIG.
[0028]
Thus, by making the interval between the laser light sources 1a and 1b variable, it is possible to change the pattern relationship of multi-slit light by both light sources. For example, in the cross-sectional view shown in FIG. 3, the measurement density in the region 22 is higher than that in the case of using a single laser light source, but the measurement density is not improved so effectively in the region 21. However, by making the distance between the laser light sources 1a and 1b variable as in the second embodiment, it is possible to move a region where the measurement density can be increased.
[0029]
That is, it is possible to adjust the cutting line formation positions by the slit light emitted from the respective laser light sources to be different from each other. Therefore, for example, first, the distance to the measurement target object is measured at a low density, and the light source interval control unit 11 controls the distance between the laser light sources 1a and 1b so that high density measurement is possible according to the measurement result. To do. This makes it possible to perform high-density measurement in any distance zone.
[0030]
That is, by irradiating the measurement target object with a plurality of slit lights from the first light emitting means, a linear cutting line with the first pattern is formed on the surface of the measurement target object, and the cutting line with the first pattern is formed. A first process of measuring the shape of the measurement target object by imaging the image, and the first pattern on the surface of the measurement target object by irradiating a plurality of slit lights from the second light emitting means Includes a second process of forming a linear cutting line with a different second pattern and photographing the cutting line with the second pattern with an imaging means to measure the shape of the object to be measured. In the method, the second pattern in the second process is made different according to the measurement result in the first process.
[0031]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the three-dimensional measuring apparatus according to the embodiment. The feature of the configuration shown in FIG. 5 is that two cameras, a narrow base length camera 2a and a wide base length camera 2b, are provided. The narrow base length camera 2a is provided relatively close to the laser light sources 1a and 1b and is wide. The base line length camera 2b is provided at a position relatively distant from the laser light sources 1a and 1b. That is, in this embodiment, at least two cameras are provided, and the camera and the laser light source are arranged so that the distance between the first camera and the laser light source is different from the distance between the second camera and the laser light source. Yes. The other configuration is the same as that shown in FIG.
[0032]
When the angle of view of the narrow baseline length camera 2a and the wide baseline length camera 2b are equal to each other, the image taken by the narrow baseline length camera 2a exists in a wider distance range than the image taken by the wide baseline length camera 2b. The object to be measured can be captured. On the other hand, as is apparent from the principle of the light cutting method, by using an image taken with the wide baseline length camera 2b, distance measurement can be performed with higher accuracy than when using an image taken with the narrow baseline length camera 2a. it can. That is, by appropriately using the narrow base length camera 2a and the wide base length camera 2b as appropriate, it is possible to measure the distance to the measurement target object in a wider range with higher accuracy. That is, for example, first, the distance to the object to be measured is measured with rough accuracy using the narrow baseline length camera 2a, and if necessary, the imaging direction of the wide baseline length camera 2b is adjusted according to the distance measurement result. Next, the distance to the object to be measured is measured with high accuracy using the wide baseline length camera 2b. Thereby, it becomes possible to measure a measurement target object in a wide distance range with high accuracy.
[0033]
In the first to third embodiments, the two light sources 1a and 1b are used. However, the number of light sources is not limited to two, and more light sources are used. The irradiation with the multi-slit light used may be sequentially performed to measure the distance to the measurement target object. Thereby, it is possible to perform a higher density measurement or to perform a high density measurement in various distance ranges while fixing the distance between the light sources.
[0034]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, at least two light emitting means having different radiation patterns of slit light and light emission control means for controlling the light emitting means to sequentially irradiate the measurement target object in a time division manner. In order to measure the shape of the object to be measured by photographing the cutting line with an imaging means, for example, when attached to a biped robot, even in an environment where an impact is applied during operation, it is low cost and high density Measurement can be performed. In addition, since it is not necessary to use a plurality of emission colors, the apparatus configuration is simplified and the cost can be reduced. In addition, since the plurality of light emitting units are driven in a time-sharing manner, power consumption can be reduced.
[0035]
In addition, according to the present invention, since the cutting line formation position by the slit light irradiated from each light emitting means is adjusted to be different from each other, it becomes possible to measure different positions on the surface of the measurement target object, and wide The measurement area can be measured at high density.
[0036]
In addition, according to the present invention, at least two imaging units are provided, and the imaging unit and the light emitting unit are configured such that the distance between the first imaging unit and the light emitting unit is different from the distance between the second imaging unit and the light emitting unit. In order to arrange the means, the imaging means having a relatively large distance from the light emitting means is used to capture the measurement target object having a wide distance range and the imaging means having a relatively large distance from the light emitting means. By using this, it becomes possible to perform highly accurate three-dimensional measurement. Therefore, it is possible to measure a wider measurement area with high accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a three-dimensional measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a timing chart showing timing signals for controlling the timing of light emission and imaging in the three-dimensional measuring apparatus according to the same embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a pattern of slit light emitted from two laser light sources in the three-dimensional measuring apparatus according to the same embodiment.
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a three-dimensional measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a three-dimensional measuring apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the principle of distance measurement using an optical cutting method as the basis of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a, 1b Laser light source 2 Camera 2a Narrow base length camera 2b Wide base length camera 3 Light emission control part 4 Image capture part 5 Distance estimation part 6 Landing position determination part 7 Leg control part 8 Movement path determination part 11 Light source space control part

Claims (3)

発光手段からそれぞれ複数のスリット光を測定対象物体に照射することによって該測定対象物体の表面に線状の切断線を形成し、該切断線を撮像手段で撮影して前記測定対象物体の形状を測定する三次元計測装置において、
互いにスリット光の放射パターンが異なる少なくとも2つの発光手段と、
該発光手段が時分割的に順次前記測定対象物体を照射するように制御する発光制御手段と、
各々の前記発光手段から照射されるスリット光が略平行に形成され、前記スリット光による切断線形成位置が前記スリット光の並び方向にずれて互いに異なるように調節する切断線形成位置調節手段と、
を具備し、
前記切断線形成位置調節手段は、複数の前記発光手段の間の距離を制御する発光位置間隔制御手段であることを特徴とする三次元計測装置。
Each multiple slit light from the light emitting means to form a linear cutting line on the surface of the measured object by irradiating the measured object, the shape of the measured object The sections disconnected by photographing by the image pickup means In the three-dimensional measuring device that measures
At least two light emitting means having different radiation patterns of slit light,
Light emission control means for controlling the light emission means to sequentially irradiate the measurement object in a time-division manner;
Cutting line forming position adjusting means for adjusting the slit light irradiated from each of the light emitting means to be substantially parallel to each other and adjusting the cutting line forming position by the slit light to be different from each other in the alignment direction of the slit light ;
Comprising
The three-dimensional measuring apparatus according to claim 1, wherein the cutting line forming position adjusting means is a light emission position interval control means for controlling a distance between the plurality of light emitting means.
少なくとも2つの前記撮像手段を備え、
第1の前記撮像手段と前記発光手段との距離が、第2の前記撮像手段と当該発光手段との距離と異なるように、前記撮像手段および前記発光手段を配置したことを特徴とする請求項1に記載の三次元計測装置。
Comprising at least two imaging means;
The imaging means and the light emitting means are arranged so that a distance between the first imaging means and the light emitting means is different from a distance between the second imaging means and the light emitting means. The three-dimensional measuring apparatus according to 1.
第1の発光手段から複数のスリット光を測定対象物体に照射することによって該測定対象物体の表面に第1のパターンによる線状の切断線を形成し、この第1のパターンによる切断線を撮像手段で撮影して前記測定対象物体の形状を測定する第1の過程と、
第2の発光手段から複数のスリット光を照射することによって前記測定対象物体の表面に前記第1のパターンと略平行且つ前記スリット光の並び方向にずれた第2のパターンによる線状の切断線を形成し、この第2のパターンによる切断線を撮像手段で撮影して前記測定対象物体の形状を測定する第2の過程と、
前記第1の過程における測定結果に応じて、前記第2の過程における第2のパターンの前記切断線の位置を前記スリット光の並び方向にずらして異ならしめる過程と、
を有することを特徴とする三次元計測方法。
By irradiating the object to be measured with a plurality of slit lights from the first light emitting means, a linear cutting line by the first pattern is formed on the surface of the object to be measured, and the cutting line by the first pattern is imaged. A first step of photographing by means and measuring the shape of the object to be measured;
By irradiating a plurality of slit lights from the second light emitting means, a linear cutting line by a second pattern which is substantially parallel to the first pattern and shifted in the direction in which the slit lights are arranged on the surface of the measurement object. A second step of measuring the shape of the object to be measured by photographing the cutting line of the second pattern with an imaging means,
In accordance with the measurement result in the first step, the step of shifting the position of the cutting line of the second pattern in the second step in the direction of the slit light to make it different,
A three-dimensional measurement method characterized by comprising:
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