JP5079402B2 - Method and apparatus for measuring a three-dimensional profile of a light emitting object - Google Patents

Method and apparatus for measuring a three-dimensional profile of a light emitting object Download PDF

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本発明は、高温であることによって自己発光する対象物を形状測定する方法および形状測定する装置に関する。具体的には、例えば、溶融金属を貯留する高温耐熱容器の耐火物や加熱炉内部の耐火物の、表面の3次元プロフィールデータを非接触で計測する方法および装置に関する。   The present invention relates to a method for measuring the shape of an object that self-lumines when heated and a device for measuring the shape. Specifically, for example, the present invention relates to a method and apparatus for non-contact measurement of surface three-dimensional profile data of a refractory in a high-temperature heat-resistant container storing molten metal or a refractory in a heating furnace.

溶融金属を保持する容器や、加熱炉の内面などについては、その内面ライニングである耐火物の補修のため、耐火物の表面の3次元プロフィールを逐次計測して、その損耗度を把握する必要がある。特に耐火物の残厚を把握することは、生産上の安全を保ちつつ機を逃さずに補修作業ができることから生産性の向上のために強く望まれている。そこで、このような高温となっている耐火物の表面の残厚を、非接触の光学的計測法により推定することが一般的に行われている。しかしながら、対象物すなわち耐火物は高温となっているために、その表面自体が発光している。このため、非接触の光学的計測法によって耐火物の残厚を計測した場合には、計測誤差が生じたり、部分的に計測不能となったりしやすい、という問題があった。   In order to repair the refractory that is the inner lining of the container that holds the molten metal or the inner surface of the heating furnace, it is necessary to measure the three-dimensional profile of the surface of the refractory and to determine its degree of wear. is there. In particular, grasping the remaining thickness of the refractory is strongly desired for improving productivity because repair work can be performed without missing the machine while maintaining safety in production. Therefore, it is generally performed to estimate the remaining thickness of the surface of the refractory having such a high temperature by a non-contact optical measurement method. However, since the object, that is, the refractory, has a high temperature, the surface itself emits light. For this reason, when the remaining thickness of the refractory is measured by a non-contact optical measurement method, there is a problem that a measurement error is likely to occur or measurement is partially impossible.

そこで、レーザー光等を用いた光学的計測法として、レーザー光等のスポット照射にて単位面積のエネルギー密度が高くなることを利用した計測法がある。このレーザー光を用いた光学的計測法を用いることにより、比較的遠距離から非接触で高精度に対象物の形状を計測できるシステムが多く提案され、実用に供されている。このようなレーザー光等を用いた光学的計測法の多くは、光の飛行時間を利用した計測方式、または、スポット照射輝点を利用した三角測量方式を用いる。しかし、これらの方式のうち、光の飛行時間を利用した計測方式によって、耐火物などの対象物の全面を計測する場合には、レーザー光による計測点を、対象物(耐火物)の表面全域に対して走査せねばならない。よって、高精度の走査機構が必要となり、非効率で、高価となりやすい。   Therefore, as an optical measurement method using laser light or the like, there is a measurement method using the fact that the energy density of a unit area is increased by spot irradiation of laser light or the like. Many systems that can measure the shape of an object with high accuracy in a non-contact manner from a relatively long distance by using this optical measurement method using laser light have been proposed and put into practical use. Many of such optical measurement methods using laser light or the like use a measurement method using the time of flight of light or a triangulation method using a spot irradiation bright spot. However, among these methods, when measuring the entire surface of an object such as a refractory by the measurement method using the time of flight of light, the measurement point by the laser beam is set to the entire surface of the object (refractory). Must be scanned against. Therefore, a highly accurate scanning mechanism is required, which is inefficient and tends to be expensive.

一方、三角測量方式の一種であるステレオ画像方式では、2次元の撮像素子で迅速に対象物を計測できる長所を持つ。しかしながら、左右の撮像装置で得られた2つの画像内の一致点を抽出するマッチングの不確実さから、耐火物の表面の高精度計測には不適とされてきた。すなわち、ステレオ画像方式では、環境光による陰影画像の特徴点やパターンを一致点として使う。ところが、耐火物の表面には類似した特徴点やパターンが多数存在する。このため、ステレオ画像方式では、前述したマッチングの不確実さが生じる。   On the other hand, the stereo image method, which is a kind of triangulation method, has an advantage that it can quickly measure an object with a two-dimensional image sensor. However, due to the uncertainties of matching that extracts matching points in two images obtained by the left and right imaging devices, it has been made unsuitable for high-precision measurement of the surface of a refractory. That is, in the stereo image method, feature points and patterns of shadow images by ambient light are used as matching points. However, there are many similar feature points and patterns on the surface of the refractory. For this reason, in the stereo image system, the above-described uncertainties of matching occur.

特許文献1にはこれに対し、ステレオ画像方式において、旋回するスリット光を用いるシステムを開示している。このシステムでは、能動的かつ限定的に特徴点を生成させるので、ステレオ画像方式における特徴点の一致の不確実さが改善される。光切断法ではスリット光の旋回角度の精度はシステムにおける計測精度への影響が大きかったが、このシステムではこの影響を低減できる。   On the other hand, Patent Document 1 discloses a system that uses a rotating slit light in a stereo image system. In this system, feature points are generated in an active and limited manner, so that the uncertainty of feature point matching in the stereo image method is improved. In the light cutting method, the accuracy of the turning angle of the slit light has a great influence on the measurement accuracy in the system, but this effect can be reduced in this system.

特許文献2には、環境光で得た撮像画像により、レーザースリット光で得た撮像画像を修正する技術が開示されている。この技術では、斜めに当てたレーザースリット光の変位曲線から対象物の相対的な凹凸を求める。そして、求めた対象物の相対的な凹凸と、環境光で得た目地などの2次元の既知寸法の情報から、対象物における3次元の定量的な形状情報を得るようにしている。   Patent Document 2 discloses a technique for correcting a captured image obtained with laser slit light using a captured image obtained with ambient light. In this technique, relative unevenness of an object is obtained from a displacement curve of laser slit light applied obliquely. Then, three-dimensional quantitative shape information on the object is obtained from the information on the relative irregularities of the obtained object and information on two-dimensional known dimensions such as joints obtained by ambient light.

ところで、レーザー光は出力が高いと、人体、特に視覚系に対して危険があるため、出力の高いレーザー光を使用する場合には、レーザー光や反射光が漏れないように対象エリアをカバーで覆って安全を確保することが義務づけられている。カバーで覆う作業は操業の合間の作業としては負担が大きく、操業停止のロスが大きい。このため、対象エリアをカバーで覆う作業を省略できるような低出力のレーザー光での計測を行うことが望まれる。しかしながら、発光している対象物の形状を光学的計測法で計測するに際し、低出力のレーザー光を用いると、前述した従来の技術では、計測精度や効率が低下してしまう。よって、対象エリアをカバーで覆う作業を省略することと、計測精度や効率の低下を抑制することとを両立させることは大きな課題であった。   By the way, if the output of laser light is high, there is a danger to the human body, especially the visual system, so when using high-power laser light, cover the target area so that the laser light and reflected light do not leak. It is obliged to cover and ensure safety. The work covered with a cover is a heavy burden as a work between operations, and the loss of the operation stop is large. For this reason, it is desired to perform measurement with a low-power laser beam that can omit the work of covering the target area with a cover. However, when a low-power laser beam is used when measuring the shape of a light-emitting object using an optical measurement method, the measurement accuracy and efficiency of the conventional technology described above are reduced. Therefore, it has been a big problem to eliminate the work of covering the target area with the cover and to suppress the decrease in measurement accuracy and efficiency.

特開昭61−31909号公報JP 61-31909 A 特開2002−90124号公報JP 2002-90124 A

特許文献1で開示されたシステムは、自らは発光していない対象物の表面に対して使用されることが前提となっている。よって、発光する対象物の表面に対してこのシステムをそのまま用いると、以下のような課題が生じる。
まず、光源に非レーザー光(レーザー光以外の光)のスリット光を用いた場合では、S/N比(ノイズに対する信号成分の強さ)が低下して計測が不可能となったり、精度や効率が著しく低下したりする。一方、光源にレーザー光を用いると、スポット光の投射領域よりも大きな領域であるライン状の投射領域で充分な輝度を得るためには、大きな出力の光源が必要となる。よって、安全基準内での計測には限界があった。
The system disclosed in Patent Document 1 is assumed to be used on the surface of an object that does not emit light. Therefore, if this system is used as it is for the surface of an object to emit light, the following problems arise.
First, when slit light of non-laser light (light other than laser light) is used as the light source, the S / N ratio (the strength of the signal component with respect to noise) decreases, making measurement impossible, The efficiency is significantly reduced. On the other hand, when laser light is used as a light source, a large output light source is required to obtain sufficient luminance in a line-shaped projection area that is larger than the spot light projection area. Therefore, there was a limit to measurement within safety standards.

また、スリット光と直交する方向の形状に対しては、離散的な計測となるので、形状認識の分解能が低かった。特に欠陥として重要な割れや溝状の形状が、スリット光に平行な配置であると計測が困難である。
したがって、特許文献1で開示されたシステムは、高温耐火物のプロフィール測定の実用には適さない。
Further, since the shape is perpendicular to the shape perpendicular to the slit light, the shape recognition resolution is low. In particular, it is difficult to measure if cracks and groove-like shapes that are important as defects are arranged parallel to the slit light.
Therefore, the system disclosed in Patent Document 1 is not suitable for practical use of high temperature refractory profile measurement.

特許文献2に開示された技術では、環境光を用いることにより、目地などの基準形状の計測が行われている。しかしながら、環境光による3次元プロフィールの計測は行わないので、付着物などで目地などの寸法が既知の特徴を見いだせない場合は、計測の定量性が失われる。もちろん吹き付け体で施工された耐火物の表面など、2次元画像処理で見いだせる、寸法が既知の基準形状(目地など)を持たない対象に対しては、特許文献2に記載された技術を適用することは不可能である。   In the technique disclosed in Patent Document 2, measurement of a reference shape such as a joint is performed by using ambient light. However, since the measurement of the three-dimensional profile by the ambient light is not performed, the quantitativeness of the measurement is lost when the features such as the joints cannot be found due to the attached matter. Of course, the technique described in Patent Document 2 is applied to an object that does not have a reference shape (such as a joint) whose dimensions can be found by two-dimensional image processing, such as the surface of a refractory constructed with a sprayed body. It is impossible.

そこで、前記の事情に鑑み、本発明では、発光する高温の対象物(例えば耐火物)の残厚を推定できるような高精度な3次元プロフィールの計測方法および計測装置を提供することを目的とする。これは、耐火物の表面の性状によらず、操業中の合間を利用できるように、迅速に計測でき、かつ周囲の作業者への安全が確保できる計測方法および計測装置でもある。   In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a highly accurate three-dimensional profile measuring method and measuring apparatus capable of estimating the remaining thickness of a high-temperature object that emits light (for example, a refractory). To do. This is also a measurement method and a measurement device that can measure quickly and ensure safety to surrounding workers so that the interval between operations can be used regardless of the surface properties of the refractory.

本発明は前記の課題を解決するためになされたものであって、その要旨は以下のとおりである。
(1)所定の間隔で設置されたステレオカメラ対を用いて、発光する対象物を撮像して3次元プロフィールを求めるステレオ計測であり、400〜680nm間の一定波長のレーザースリット光を対象物に照射して行う計測である、発光する対象物の3次元プロフィールの計測方法において、
モード切替手段によって前記レーザースリット光を照射する撮像モード(以下、レーザー光撮像モードという)に撮像モードを切り替え、
前記レーザー光撮像モードに撮像モードが切り替えられた後に、前記対象物の表面に前記レーザースリット光を照射し、
前記ステレオカメラ対により、前記レーザースリット光の照射された前記対象物の表面の画像を撮像し、
当該撮像された画像をステレオ画像処理することにより、前記レーザースリット光に基づく第1の3次元プロフィールデータを得、
前記モード切替手段によって前記レーザースリット光の照射をしない撮像モード(以下、環境光撮像モードという)に撮像モードを切り替え、
前記環境光撮像モードに撮像モードが切り替えられた後に、前記ステレオカメラ対により、環境光と前記対象物の表面から自己発光している自発光とに基づき前記対象物の表面に生じている陰影を含む画像を撮像し、
当該撮像された画像をステレオ画像処理することにより、前記環境光および前記自発光に基づく第2の3次元プロフィールデータを得、
前記第1の3次元プロフィールデータを基準にして、前記第2の3次元プロフィールデータの位置を修正してから、前記第2の3次元プロフィールデータを前記第1の3次元プロフィールデータに融合することにより、前記対象物全体の3次元プロフィールデータを得ることを特徴とする、発光する対象物の3次元プロフィールの計測方法。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the gist thereof is as follows.
(1) Stereo measurement using a pair of stereo cameras installed at a predetermined interval to image a light emitting object and obtain a three-dimensional profile. Laser slit light having a constant wavelength between 400 and 680 nm is used as the object. In the measurement method of a three-dimensional profile of a light emitting object, which is measurement performed by irradiation,
The imaging mode is switched to an imaging mode (hereinafter referred to as laser beam imaging mode) in which the laser slit light is irradiated by mode switching means,
After the imaging mode is switched to the laser light imaging mode, irradiate the laser slit light on the surface of the object,
Taking an image of the surface of the object irradiated with the laser slit light by the stereo camera pair,
By performing stereo image processing on the captured image, first three-dimensional profile data based on the laser slit light is obtained,
The imaging mode is switched to an imaging mode (hereinafter referred to as ambient light imaging mode) in which the laser slit light is not irradiated by the mode switching means,
After the imaging mode is switched to the ambient light imaging mode, a shadow generated on the surface of the object is generated by the stereo camera pair based on the ambient light and the self-light emitted from the surface of the object. Take an image containing
Stereo image processing is performed on the captured image to obtain second three-dimensional profile data based on the ambient light and the self-light emission,
The position of the second three-dimensional profile data is corrected with reference to the first three-dimensional profile data, and then the second three-dimensional profile data is merged with the first three-dimensional profile data. The three-dimensional profile data of the whole object is obtained by the above method, and the method for measuring the three-dimensional profile of the object to emit light is provided.

(2)前記ステレオ画像処理によって、前記第1の3次元プロフィールデータを得る際において、前記レーザースリット光の反射光を優先的に通過させる受光波長選択手段を通して、前記レーザースリット光の照射された前記対象物の表面の画像を撮像することを特徴とする、前記(1)に記載の発光する対象物の3次元プロフィールの計測方法。   (2) When obtaining the first three-dimensional profile data by the stereo image processing, the laser slit light irradiated through the light receiving wavelength selection means that preferentially passes the reflected light of the laser slit light The method for measuring a three-dimensional profile of a light-emitting object according to (1), wherein an image of the surface of the object is captured.

)前記第1の3次元プロフィールデータと前記第2の3次元プロフィールデータとにおいて、両データの乖離量を所定の方法で評価し、
事前に設定された限界値より前記乖離量が大きい場合、前記第2の3次元プロフィールデータ全体を前記ステレオカメラ対の光軸方向に平行移動させた後に、前記ステレオカメラ対の光軸に直交し、かつ互いに直交する2つの軸を回転軸として前記第2の3次元プロフィールデータ全体を回転移動させることを行って、前記乖離量が最小となるように前記第2の3次元プロフィールデータを修正して、修正第2の3次元プロフィールデータとし、
当該修正第2の3次元プロフィールデータを当初の第2の3次元プロフィールデータの代わりに用いて、前記第1の3次元プロフィールデータに融合して、前記対象物全体の3次元プロフィールデータを得ることを特徴とする、前記(1)または(2)に記載の発光する対象物の3次元プロフィールの計測方法。
( 3 ) In the first three-dimensional profile data and the second three-dimensional profile data, a deviation amount between the two data is evaluated by a predetermined method,
If pre said deviation amount from the limits set in large, the entire second three-dimensional profile data after moving parallel to the optical axis of the stereo camera pair, perpendicular to the optical axis of the stereo camera pair and performing that you rotate moving the entire second three-dimensional profile data as the rotation axis of two mutually orthogonal axes, modifying said second three-dimensional profile data so that the deviation amount becomes minimum As a modified second 3D profile data,
The modified second three-dimensional profile data is used in place of the original second three-dimensional profile data and fused with the first three-dimensional profile data to obtain three-dimensional profile data of the entire object. The method for measuring a three-dimensional profile of a light-emitting object according to the above (1) or (2) .

)前記ステレオカメラ対の光軸方向視で、前記第1の3次元プロフィールデータと前記第2の3次元プロフィールデータとの各点の位置を比較し、重なった点、又は、所定の距離より近い点の対を近傍点対とし、
前記近傍点対の前記光軸方向の距離を偏差距離とし、
前記第1および前記第2の3次元プロフィールデータ全体での前記近傍点対の集合である近傍点群の内から任意に選んだ少なくとも4個以上の前記近傍点対について、前記偏差距離を求め、
当該求めた各偏差距離の二乗和を前記乖離量として求めることを特徴とする、前記()に記載の発光する対象物の3次元プロフィールの計測方法。
)前記乖離量が最小となるように、前記第2の3次元プロフィールデータ全体を前記ステレオカメラ対の光軸方向に平行移動させ、これを平行移動修正3次元プロフィールデータとした後に
前記平行移動修正3次元プロフィールデータの重心、または、前記平行移動修正3次元プロフィールデータの各点の座標の値の算術平均を座標の値として持つ点を通り、かつ前記ステレオカメラ対の光軸に直交する任意の1軸を回転軸として、前記平行移動修正3次元プロフィールデータを回転移動させ、これを1軸回転移動修正3次元プロフィールデータとし、
当該1軸回転移動修正3次元プロフィールデータの重心を通り、かつ、前記ステレオカメラ対の光軸と前記任意の1軸とに直交する軸を回転軸として、前記1軸回転移動修正3次元プロフィールデータを、前記乖離量が最小となるように再度回転移動させ、これを前記修正第2の3次元プロフィールデータとすることを特徴とする、前記()または()に記載の発光する対象物の3次元プロフィールの計測方法。
)前記ステレオカメラ対は、前記レーザー光撮像モードで画像を撮像する第1のステレオカメラ対と、前記環境光撮像モードで画像を撮像する第2のステレオカメラ対とを備えることを特徴とする、前記(1)〜()のいずれか1項に記載の発光する対象物の3次元プロフィールの計測方法。
( 4 ) The position of each point of the first three-dimensional profile data and the second three-dimensional profile data is compared in the optical axis direction view of the stereo camera pair, and the overlapping point or a predetermined distance A closer point pair is a neighbor point pair,
The distance in the optical axis direction of the neighboring point pair as a deviation distance,
Obtaining the deviation distance for at least four or more neighboring point pairs arbitrarily selected from among neighboring point groups that are a set of neighboring point pairs in the entire first and second three-dimensional profile data;
The method for measuring a three-dimensional profile of a light-emitting object according to ( 3 ), wherein a square sum of the obtained deviation distances is obtained as the deviation amount.
(5) the so deviation amount becomes minimum, after the second three-dimensional profile data across moved parallel to the optical axis of the stereo camera pair, which translation modifications three-dimensional profile data,
It passes through the center of gravity of the translation correction three-dimensional profile data or the point having the arithmetic mean of the coordinate values of each point of the translation correction three-dimensional profile data as the coordinate value, and on the optical axis of the stereo camera pair Rotating and moving the translation correction three-dimensional profile data with an arbitrary one axis orthogonal to the rotation axis, this as one axis rotation movement correction three-dimensional profile data,
The one-axis rotational movement correction three-dimensional profile data with the axis passing through the center of gravity of the one-axis rotational movement correction three-dimensional profile data and orthogonal to the optical axis of the stereo camera pair and the arbitrary one axis as the rotation axis The object to emit light according to ( 3 ) or ( 4 ), wherein the object is rotated again so that the amount of deviation is minimized, and this is used as the modified second three-dimensional profile data. 3D profile measurement method.
( 6 ) The stereo camera pair includes a first stereo camera pair that captures an image in the laser light imaging mode and a second stereo camera pair that captures an image in the ambient light imaging mode. The method for measuring a three-dimensional profile of a light-emitting object according to any one of (1) to ( 5 ).

)発光する対象物に、400〜680nm間の一定波長のレーザースリット光を照射して、所定の間隔で設置されたステレオカメラ対を用いてステレオ計測する3次元プロフィールの計測装置において、
前記レーザースリット光を照射する撮像モード(以下、レーザー光撮像モードという)と、前記レーザースリット光を照射しない撮像モード(以下、環境光撮像モードという)とに撮像モードを切り替えるモード切替手段と、
前記対象物の表面に前記レーザースリット光を照射するレーザースリット光照射手段と、
前記レーザースリット光の照射された前記対象物の表面の画像、並びに、環境光と前記対象物の表面から自己発光している自発光とに基づき前記対象物の表面に生じている陰影を含む画像を撮像する前記ステレオカメラ対と、
前記レーザースリット光の照射された対象物の表面の画像を画像処理することにより第1の3次元プロフィールデータを得ると共に、前記環境光および前記自発光に基づき前記対象物の表面に生じている陰影を含む画像を画像処理することにより第2の3次元プロフィールデータを得るステレオ画像処理手段と、
前記第1の3次元プロフィールデータを基準にして、前記第2の3次元プロフィールデータの位置を修正してから、前記第2の3次元プロフィールデータを前記第1の3次元プロフィールデータに融合することにより、前記対象物全体の3次元プロフィールデータを得るデータ融合手段と、
を有することを特徴とする、発光する対象物の3次元プロフィールの計測装置
( 7 ) In a three-dimensional profile measuring apparatus that irradiates an object to emit light with laser slit light having a constant wavelength of 400 to 680 nm and performs stereo measurement using a stereo camera pair installed at a predetermined interval.
Mode switching means for switching an imaging mode between an imaging mode for irradiating the laser slit light (hereinafter referred to as a laser light imaging mode) and an imaging mode for not irradiating the laser slit light (hereinafter referred to as an ambient light imaging mode);
Laser slit light irradiation means for irradiating the surface of the object with the laser slit light;
The image of the surface of the object irradiated with the laser slit light, and the image including the shadow generated on the surface of the object based on the ambient light and the self-light emitted from the surface of the object. A pair of stereo cameras for imaging
The image of the surface of the object irradiated with the laser slit light is image-processed to obtain first three-dimensional profile data, and a shadow generated on the surface of the object based on the ambient light and the self-light emission. Stereo image processing means for obtaining second three-dimensional profile data by image processing an image including:
The position of the second three-dimensional profile data is corrected with reference to the first three-dimensional profile data, and then the second three-dimensional profile data is merged with the first three-dimensional profile data. By means of data fusion means for obtaining three-dimensional profile data of the entire object,
A device for measuring a three-dimensional profile of a light-emitting object, characterized by comprising:

)前記レーザースリット光の反射光を優先的に通過させる受光波長選択手段を有し、
前記レーザースリット光の照射された対象物の表面の画像を前記ステレオカメラ対により撮像する際に、前記受光波長選択手段を介在させることを特徴とする、前記()に記載の発光する対象物の3次元プロフィールの計測装置。
(9)前記第1の3次元プロフィールデータと前記第2の3次元プロフィールデータとの乖離量を所定の方法で求め、当該求めた乖離量と事前に設定された限界値とを比較して、前記乖離量を評価する乖離量評価手段と、
前記第2の3次元プロフィールデータ全体を、前記ステレオカメラ対の光軸方向に平行移動をさせる第1のデータ変換手段と、
前記平行移動をさせた後に、前記ステレオカメラ対の光軸に直交し、かつ互いに直交する2つの軸を回転軸として前記第2の3次元プロフィールデータ全体を回転移動させる第2のデータ変換手段とを有し、
前記第1のデータ変換手段と前記第2のデータ変換手段とを用いて前記乖離量が最小となるように、前記第2の3次元プロフィールデータを修正して修正第2の3次元プロフィールデータとし、
当該修正第2の3次元プロフィールデータを当初の第2の3次元プロフィールデータの代わりに用いて、前記第1の3次元プロフィールデータとの和集合を計算して、前記対象物全体の3次元プロフィールデータを得ることを特徴とする、前記(7)または(8)に記載の発光する対象物の3次元プロフィールの計測装置。
( 8 ) having light receiving wavelength selection means for preferentially passing the reflected light of the laser slit light;
The object to emit light as described in ( 7 ) above, wherein when the image of the surface of the object irradiated with the laser slit light is picked up by the pair of stereo cameras, the light receiving wavelength selection means is interposed. 3D profile measuring device.
(9 ) A deviation amount between the first three-dimensional profile data and the second three-dimensional profile data is obtained by a predetermined method, and the obtained deviation amount is compared with a preset limit value. A deviation amount evaluation means for evaluating the deviation amount;
First data conversion means for translating the entire second three-dimensional profile data in the optical axis direction of the stereo camera pair;
A second data conversion means for rotating the entire second three-dimensional profile data around two axes orthogonal to the optical axis of the stereo camera pair and orthogonal to each other after the parallel movement ; Have
Using the first data conversion means and the second data conversion means, the second three-dimensional profile data is corrected to be corrected second three-dimensional profile data so that the deviation amount is minimized. ,
The modified second three-dimensional profile data is used instead of the original second three-dimensional profile data, and a union with the first three-dimensional profile data is calculated to obtain a three-dimensional profile of the entire object. The apparatus for measuring a three-dimensional profile of a light-emitting object according to ( 7) or (8) , wherein data is obtained.

(1)前記ステレオカメラ対の光軸方向視で、前記第1の3次元プロフィールデータと前記第2の3次元プロフィールデータとの各点の位置を比較し、重なった点、または、所定の距離より近い点の対を近傍点対として設定する近傍点対設定手段と、
前記近傍点対の集合である近傍点群の内から任意に選んだ少なくとも4個以上の前記近傍点対について、当該近傍点対の前記光軸方向の距離である偏差距離を求める偏差距離導出手段とを有し、
前記乖離量評価手段は、前記偏差距離の夫々の二乗和を前記乖離量として求めることを特徴とする、前記()に記載の発光する対象物の3次元プロフィールの計測装置。
(1 0 ) The position of each point of the first three-dimensional profile data and the second three-dimensional profile data is compared in the optical axis direction view of the stereo camera pair, and an overlapping point or a predetermined point Neighboring point pair setting means for setting a pair of points closer to the distance as a neighboring point pair;
Deviation distance deriving means for obtaining a deviation distance which is a distance in the optical axis direction of the neighboring point pair for at least four or more neighboring point pairs arbitrarily selected from the neighboring point group which is a set of the neighboring point pairs. And
The said deviation amount evaluation means calculates | requires each square sum of the said deviation distance as said deviation amount, The measuring apparatus of the three-dimensional profile of the light-emitting target object as described in said ( 9 ) characterized by the above-mentioned.

(1)前記第1のデータ変換手段は、前記乖離量が最小となるように、前記第2の3次元プロフィールデータ全体を、前記ステレオカメラ対の光軸方向に平行移動させ、これを平行移動修正3次元プロフィールデータとし、
前記第2のデータ変換手段は、前記平行移動をさせた後に、当該平行移動修正3次元プロフィールデータの重心、または、当該平行移動修正3次元プロフィールデータの各点の座標の値の算術平均を座標の値として持つ点を通り、かつ前記ステレオカメラ対の光軸に直交する任意の1軸を回転軸として、前記平行移動修正3次元プロフィールデータを、前記第2のデータ変換手段を用いて回転移動させ、これを1軸回転移動修正3次元プロフィールデータとし、当該1軸回転移動修正3次元プロフィールデータの重心を通り、かつ、前記ステレオカメラ対の光軸と前記任意の1軸とに直交する軸を回転軸として、前記1軸回転移動修正3次元プロフィールデータを、前記乖離量が最小となるように再度回転移動させ、これを前記修正第2の3次元プロフィールデータとすることを特徴とする、前記()または(1)に記載の発光する対象物の3次元プロフィールの計測装置。
(1)前記ステレオカメラ対は、前記レーザー光撮像モードで画像を撮像する第1のステレオカメラ対と、前記環境光撮像モードで画像を撮像する第2のステレオカメラ対とを備えることを特徴とする、前記()〜(1)のいずれか1項に記載の発光する対象物の3次元プロフィールの計測装置。
(1 1 ) The first data conversion means translates the entire second three-dimensional profile data in the optical axis direction of the stereo camera pair so that the deviation amount is minimized, As movement correction 3D profile data,
It said second data conversion means, After the translation, the translation modified three-dimensional profile data of the center of gravity, or coordinate the arithmetic mean of the coordinates of the values of each point of the translation modified three-dimensional profile data The parallel movement corrected three-dimensional profile data is rotated using the second data conversion means, with an arbitrary axis passing through the point having the value of and orthogonal to the optical axis of the stereo camera pair as a rotation axis. This is used as one-axis rotational movement corrected three-dimensional profile data, passes through the center of gravity of the one-axis rotational movement corrected three-dimensional profile data, and is orthogonal to the optical axis of the stereo camera pair and the arbitrary one axis. The rotational axis of the one-axis rotational movement correction 3D profile data is rotated again so that the amount of deviation is minimized, and the corrected second 3 Characterized by a source profile data, the (9) or three-dimensional profile of the measuring device of the object which emits according to (1 0).
(1 2 ) The stereo camera pair includes a first stereo camera pair that captures an image in the laser light imaging mode and a second stereo camera pair that captures an image in the ambient light imaging mode. The measuring device of the three-dimensional profile of the object to emit light according to any one of ( 7 ) to (1 1 ).

前記(1)のように本発明によれば、レーザースリット光を対象物の表面に照射することにより定量的に得た第1の3次元プロフィールデータを基準にして、自発光や環境光で得た第2の3次元プロフィールデータの位置を修正してから、第2の3次元プロフィールデータを第1の3次元プロフィールデータに融合することにより、高精度かつ分解能の高い3次元の形状データを、高い効率で計測することができる。ここで、レーザースリット光の撮像と、自発光および環境光の撮像との特性の差に由来する。第1の3次元プロフィールデータであるレーザースリット光による形状データは、誤差が少なく精度は高いが、方向性が強く、特に急峻な形状変化を計測しづらいので分解能は低い。これに対し、第2の3次元プロフィールデータである自発光および環境光による形状データ(陰影)は、方向性が少なく急峻な形状変化ほど明瞭な陰影情報となるので分解能は高いが、元の形状変化が急峻なために精度が低下しやすい。そこで、精度の高い第1の3次元プロフィールデータを基準として、第2の3次元プロフィールデータの位置を変更してから、第2の3次元プロフィールデータを第1の3次元プロフィールデータに融合させることで、精度と分解能とを同時に高く出来る。また、照射するレーザースリット光と平行に伸びる細長い凹凸であっても、その凹凸を計測できる。よって、例えば転炉内部や加熱炉内壁の高温耐火物を対象物として応用した場合でも、耐火物の欠陥の有無や残厚の推定を容易に行うことができ、機を逃さずにその補修をすることができる。 According to the present invention as described above (1), based on the first three-dimensional profile data obtained quantitatively by irradiating the laser slit light on the surface of the object, resulting in self-luminous and ambient light Correct the position of the second three-dimensional profile data was, by fusing the second three-dimensional profile data to the first three-dimensional profile data, the three-dimensional shape data with high precision and resolution Can be measured with high efficiency. Here, it originates in the difference in characteristics between imaging of laser slit light and imaging of self-light emission and ambient light. The shape data based on the laser slit light, which is the first three-dimensional profile data, has few errors and high accuracy, but has high directionality and has a low resolution because it is difficult to measure a particularly sharp shape change. On the other hand, the shape data (shade) by the self-light emission and the ambient light, which is the second three-dimensional profile data, has a higher resolution because the sharper shape change has clearer shadow information because the shape change is sharper. Since the change is steep, accuracy tends to decrease. Therefore, the second 3D profile data is merged with the first 3D profile data after the position of the second 3D profile data is changed on the basis of the highly accurate first 3D profile data. Thus, accuracy and resolution can be increased at the same time. Moreover, even if it is the elongate unevenness | corrugation extended in parallel with the laser slit light to irradiate, the unevenness | corrugation can be measured. Therefore, for example, even when high-temperature refractories inside the converter or inside the heating furnace are applied as objects, it is possible to easily estimate the presence or absence of refractories and the remaining thickness, and repair them without missing the machine. can do.

また、前記(2)のように本発明の他の特徴によれば、レーザースリット光の反射光を優先的に通過させる受光波長選択手段を用いるので、レーザースリット光を他の光に優先して検出できる。したがって、レーザースリット光の出力をより下げることができ、計測作業の安全性が得られる。よって、レーザースリット光および反射光の漏洩を防ぐカバーの使用を省略することができる。   Further, according to another feature of the present invention as described in (2) above, since the light receiving wavelength selection means for preferentially passing the reflected light of the laser slit light is used, the laser slit light is given priority over other light. It can be detected. Therefore, the output of the laser slit light can be further reduced, and the safety of measurement work can be obtained. Therefore, the use of a cover that prevents leakage of laser slit light and reflected light can be omitted.

また、前記()〜()のいずれかのように本発明のその他の特徴によれば、第2の3次元プロフィールデータの並進移動の偏差を修正してから、第2の3次元プロフィールデータの回転移動の偏差を低減するようにした。第2の3次元プロフィールデータの並進移動による誤差の影響は、回転移動の誤差による影響よりも大きいので、このようにすれば、より高精度かつ分解能の高い3次元プロフィールを得ることが出来る。 According to another feature of the invention as in any of ( 3 ) to ( 5 ), the second three-dimensional profile is corrected after correcting the translational deviation of the second three-dimensional profile data. The deviation of rotational movement of data was reduced . Since the influence of the error due to the translational movement of the second three-dimensional profile data is larger than the influence due to the error of the rotational movement, a three-dimensional profile with higher accuracy and higher resolution can be obtained in this way.

前記()の装置を用いれば、前記(1)の方法による効果を実現することができる。
前記()の装置を用いれば、前記(2)の方法による効果を実現することができる。
前記()〜(1)の何れかの装置を用いれば、前記()〜()の何れかの方法による効果を実現することができる。
If the apparatus of ( 7 ) is used, the effect by the method of (1) can be realized.
If the apparatus ( 8 ) is used, the effect of the method (2) can be realized.
If any one of the devices ( 9 ) to (1 1 ) is used, the effect of any one of the methods ( 3 ) to ( 5 ) can be realized.

(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態について図面に基づいて説明する。尚、本実施形態は、主に、前記(1)、(2)、(9)、(10)の発明の実施形態である。
図1〜図3は、本発明の実施形態に係わるステレオ計測装置を示す概念図である。具体的に図1は、レーザースリット光による一対のステレオ画像を得るステレオ計測装置の外観の一例を説明する斜視図である。図2は、ステレオ計測装置におけるデータの流れと制御の概念の一例を示す図である。図3は、計測対象物の一例と、計測対象物にレーザー光を照射して得られるデータとレーザー光を照射せずに(計測対象物の自己発光による光と環境光とに基づき)得られるデータとの融合の概念の一例とを示す斜視図である。
(First embodiment)
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, a first embodiment of the invention will be described with reference to the drawings. The present embodiment is mainly an embodiment of the inventions (1), (2), (9), and (10).
1 to 3 are conceptual diagrams showing a stereo measurement apparatus according to an embodiment of the present invention. Specifically, FIG. 1 is a perspective view illustrating an example of the appearance of a stereo measurement device that obtains a pair of stereo images by laser slit light. FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the concept of data flow and control in the stereo measurement apparatus. FIG. 3 shows an example of a measurement object, data obtained by irradiating the measurement object with laser light, and without irradiating the laser light (based on light by self-emission of the measurement object and ambient light). It is a perspective view which shows an example of the concept of fusion with data.

図1に示すように本実施形態のステレオ計測装置では、レーザー発光手段1から発射されたレーザー光を、例えばシリンドリカルレンズ等を備えるスリット化手段2にてレーザースリット光3とし、計測対象物4の表面上にレーザー輝線5を発生させる。そして、レーザー走査手段6にて、レーザー輝線5の位置を、レーザースリット光3の長軸方向と概ね直交する方向に走査させる。レーザー輝線5の走査範囲が視界範囲と概ね一致するようにステレオカメラ対7a、7bを配置して、視界内のレーザー輝線5をステレオカメラ対7a、7bにより撮像する。ステレオカメラ対7a、7bのベース線8(各カメラの撮像素子の中心を結ぶ線分)が、レーザー輝線5と概ね直交するように、ステレオカメラ対7a、7bを配置する。レーザー輝線5からの反射光は、例えばフィルター等を備える受光波長選択手段9a、9bにて調整されてステレオカメラ対7a、7bにて撮像される。
以上のように本実施形態では、レーザー発光手段1、スリット化手段2、およびレーザー走査手段6により、レーザースリット光照射手段が実現される。尚、スリット化手段2は、必ずしもシリンドリカルレンズを備えていなくてもよい。例えば、シリンドリカルレンズの代わりに放物面鏡を備えていてもよい。
As shown in FIG. 1, in the stereo measurement device of the present embodiment, the laser light emitted from the laser light emitting means 1 is converted into laser slit light 3 by the slitting means 2 including, for example, a cylindrical lens, and the measurement target 4 A laser emission line 5 is generated on the surface. Then, the laser scanning means 6 scans the position of the laser emission line 5 in a direction substantially orthogonal to the major axis direction of the laser slit light 3. The stereo camera pairs 7a and 7b are arranged so that the scanning range of the laser bright lines 5 substantially coincides with the visual field range, and the laser bright lines 5 in the visual field are imaged by the stereo camera pairs 7a and 7b. The stereo camera pairs 7a and 7b are arranged so that the base line 8 of the stereo camera pair 7a and 7b (a line segment connecting the centers of the image pickup elements of the cameras) is substantially orthogonal to the laser emission line 5. The reflected light from the laser emission line 5 is adjusted by, for example, received light wavelength selection means 9a, 9b including a filter or the like and imaged by the stereo camera pair 7a, 7b.
As described above, in the present embodiment, the laser light emitting means 1, the slitting means 2, and the laser scanning means 6 realize a laser slit light irradiation means. Note that the slitting means 2 does not necessarily have to include a cylindrical lens. For example, a parabolic mirror may be provided instead of the cylindrical lens.

この他、本実施形態のステレオ計測装置としては、図1には図示しないモード切替手段、ステレオ画像処理手段、およびデータ融合手段等が含まれる(図2を参照)。
尚、レーザー発光手段1、ステレオカメラ対7a、7b、及びレーザー走査手段6は、計測対象物4から所定の距離を隔てて設置された耐熱性の筐体の内部に取り付けられている。この筐体は、図1に示したものに限定されず、例えば、レーザー走査手段6にて走査されるレーザースリット光3が出射される領域と、レーザー輝線5からの反射光が入射される領域以外の部分を塞ぐようにして、筐体内部にある装置の耐熱性をより高めるようにしてもよい。
In addition, the stereo measurement apparatus of this embodiment includes a mode switching unit, a stereo image processing unit, a data fusion unit, and the like (not shown) in FIG. 1 (see FIG. 2).
The laser light emitting means 1, the stereo camera pair 7a, 7b, and the laser scanning means 6 are attached to the inside of a heat-resistant housing that is installed at a predetermined distance from the measurement object 4. This housing is not limited to the one shown in FIG. 1. For example, the region where the laser slit light 3 scanned by the laser scanning means 6 is emitted and the region where the reflected light from the laser emission line 5 is incident. The heat resistance of the device inside the housing may be further enhanced by closing the other portions.

次に、図2を参照しながら、ステレオ計測装置における制御と画像データ等のデータの関係について示す。
モード切替手段12では、レーザー発光手段1からレーザー光を発光させるレーザー光撮像モードと、レーザー発光手段1からのレーザー光の発光を停止させる環境光撮像モードとの何れかに撮像モードを切り替える。モード切替手段12は、この切り替えの信号をレーザー発光手段1に送り、この切り替えに必要な制御信号をシャッター手段13へも送る。すなわち、モード切替手段12は、シャッター手段13によりステレオカメラ対7a、7bのシャッターが開放される時間(シャッター開放時間、すなわち露光時間)の制御も行う。これによって、レーザースリット光3による計測と、環境光20を反射した光および計測対象物4の自己発光による光(自発光)21による計測とを切り替える事が出来る。尚、モード切替手段12は、レーザー光撮像モードと環境光撮像モードとを、コンピュータ制御によって自動的に切り替えるようにしてもよいし、ユーザによる操作に基づいて切り替えるようにしてもよい。
Next, the relationship between the control in the stereo measurement apparatus and data such as image data will be described with reference to FIG.
In the mode switching unit 12, the imaging mode is switched between a laser beam imaging mode in which laser light is emitted from the laser emitting unit 1 and an ambient light imaging mode in which emission of laser light from the laser emitting unit 1 is stopped. The mode switching means 12 sends this switching signal to the laser light emitting means 1 and also sends a control signal necessary for this switching to the shutter means 13. That is, the mode switching unit 12 also controls the time (shutter opening time, ie, exposure time) during which the shutter unit 13 opens the shutters of the stereo camera pair 7a and 7b. Thereby, the measurement by the laser slit light 3 and the measurement by the light reflected from the ambient light 20 and the light (self-emission) 21 by the self-emission of the measurement object 4 can be switched. Note that the mode switching unit 12 may automatically switch between the laser light imaging mode and the ambient light imaging mode by computer control, or may be switched based on an operation by the user.

レーザースリット光3による計測では、レーザー走査手段6にて走査される複数のレーザー輝線5の反射光に基づく画像を、受光波長選択手段9およびシャッター手段13を介在させて、ステレオカメラ対7a、7bにて撮像する。そして、ステレオカメラ対7a、7bから出力された画像データをステレオ画像処理手段10にて、ステレオ画像処理(ステレオ視処理)し、複数の3次元プロフィール線からなる第1の3次元プロフィールデータ11を得る。尚、レーザー光撮像モードでは、シャッター開放時間を反射光が撮像可能な短い時間に調整する。   In the measurement using the laser slit light 3, an image based on the reflected light of the plurality of laser emission lines 5 scanned by the laser scanning means 6 is interposed between the light receiving wavelength selection means 9 and the shutter means 13 and the stereo camera pairs 7 a and 7 b. Take an image with. Then, the stereo image processing means 10 performs stereo image processing (stereo viewing processing) on the image data output from the stereo camera pair 7a, 7b, and the first three-dimensional profile data 11 including a plurality of three-dimensional profile lines is obtained. obtain. In the laser beam imaging mode, the shutter opening time is adjusted to a short time during which reflected light can be imaged.

一方、環境光撮像モードでは、レーザースリット光3を発光させずに、シャッター開放時間(露光時間)を、弱い環境光20が撮像可能な長い開放時間に調整する。そして、受光波長選択手段9およびシャッター手段13を介在してステレオカメラ対7a、7bにて撮像された画像データを、ステレオ画像処理手段10にてステレオ画像処理し、複数の3次元プロフィール線からなる第2の3次元プロフィールデータ16を取得する。
以上のように、本実施形態のステレオ計測装置100では、同一の計測対象物4を二通りの撮像モードで計測する事で、2種類の3次元プロフィール線群(第1の3次元プロフィールデータ11および第2の3次元プロフィールデータ16)を得る。そして、データ融合手段14にて、2種類の3次元プロフィール線群を融合し、高精度かつ分解能の高い3次元プロフィールデータ17を得る。
On the other hand, in the ambient light imaging mode, the shutter opening time (exposure time) is adjusted to a long opening time during which the weak ambient light 20 can be imaged without emitting the laser slit light 3. Then, the stereo image processing means 10 performs stereo image processing on the image data picked up by the stereo camera pair 7a, 7b through the light receiving wavelength selection means 9 and the shutter means 13, and consists of a plurality of three-dimensional profile lines. Second 3D profile data 16 is acquired.
As described above, in the stereo measurement device 100 of the present embodiment, two types of three-dimensional profile line groups (first three-dimensional profile data 11 are measured by measuring the same measurement object 4 in two imaging modes. And second 3D profile data 16). Then, the data fusion means 14 fuses two types of three-dimensional profile line groups to obtain three-dimensional profile data 17 with high accuracy and high resolution.

尚、本実施形態において、ステレオ画像処理手段10、モード切替手段12、およびデータ融合手段14は、例えば、ステレオカメラ対7a、7bで撮像された画像データを入力するための画像入出力ボードと、レーザー発光手段1およびシャッター手段13と通信するための通信インターフェースとを備えたパーソナルコンピュータを用いることにより実現できる。   In this embodiment, the stereo image processing means 10, the mode switching means 12, and the data fusion means 14 are, for example, an image input / output board for inputting image data captured by the stereo camera pair 7a, 7b, and This can be realized by using a personal computer provided with a communication interface for communicating with the laser emitting means 1 and the shutter means 13.

次に、図3を参照しながら、計測対象物4と、レーザー光撮像モードで得られた、計測対象物4の第1の3次元プロフィールデータ11と、環境光撮像モードで得られた、計測対象物4の第2の3次元プロフィールデータ16と、第1の3次元プロフィールデータ11および第2の3次元プロフィールデータ16を融合することにより得られた3次元プロフィールデータ17との概念の一例を説明する。
図3(a)は、計測対象物4の一例を示す斜視図であり、図3(b)は、第1の3次元プロフィールデータ11の一例を示す斜視図であり、図3(c)は、第2の3次元プロフィールデータ16を示す斜視図であり、図3(d)は、3次元プロフィールデータ17の一例を示す斜視図である。この図3に示す例では、計測対象物4に、レーザースリット光3と平行な段差51と、自己発光において全体の平均よりも暗い領域(陰影)52と、その平均よりも明るい領域(陰影)53と、その平均の明るさを有する凹形状の領域(段差)54と、凸形状の領域(段差)55とがある場合を示している。
Next, referring to FIG. 3, the measurement object 4, the first three-dimensional profile data 11 of the measurement object 4 obtained in the laser light imaging mode, and the measurement obtained in the ambient light imaging mode An example of the concept of the second 3D profile data 16 of the object 4 and the 3D profile data 17 obtained by fusing the first 3D profile data 11 and the second 3D profile data 16 explain.
FIG. 3A is a perspective view showing an example of the measurement object 4, FIG. 3B is a perspective view showing an example of the first three-dimensional profile data 11, and FIG. FIG. 3 is a perspective view showing the second three-dimensional profile data 16, and FIG. 3D is a perspective view showing an example of the three-dimensional profile data 17. In the example shown in FIG. 3, the measurement object 4 includes a step 51 parallel to the laser slit light 3, a region (shadow) 52 that is darker than the overall average in self-emission, and a region (shadow) that is brighter than the average. 53, a concave region (step) 54 having an average brightness and a convex region (step) 55 are shown.

高温の物体の自発光21は、温度に応じて発光分布が変化し、プランクの公式に準じた波長分布の光となりやすい。環境光20も自発光21と同様な波長分布となりやすい。レーザー光は単一の波長の光なので、一般的に入手可能な400nm以上680nm以下の波長を有する可視光領域のレーザースリット光3は、低出力でもレーザー輝線5を形成できる。   The self-luminous light 21 of a high-temperature object changes in light emission according to the temperature, and tends to be light having a wavelength distribution according to Planck's formula. The ambient light 20 tends to have a wavelength distribution similar to that of the self light emission 21. Since the laser light has a single wavelength, the laser slit light 3 in the visible light region having a wavelength of 400 nm or more and 680 nm or less that is generally available can form the laser emission line 5 even at a low output.

まず、1000℃未満の発光の弱い温度域の耐火物の形状を測定するには、この400nm以上680nm以下(400〜680nm)の一定波長を有する可視光領域のレーザースリット光3を用いることができる。
一方、より高温の物体は赤い光から自発光21を発光し始めるので、レーザー輝線5のコントラストを高めるには、より短波長のレーザースリット光3、すなわち緑、青、又は紫などの色相となる波長を有するレーザースリット光3を用いるのが望ましい。例えば1000℃以上の耐火物の形状を測定するには、400nm以上550nm以下の一定波長を有するレーザースリット光3を用いることが望ましい。但し、400nm未満の波長を有する光は、紫外線となるので、可視光ではなく、人体に有害である恐れがある。よって、400nm未満の波長を有する光をレーザースリット光3として用いないほうが良い。
さらに、受光波長選択手段9を用いて、レーザースリット光3の反射光である輝線を選択的に撮像すれば、よりコントラストを高めることができるので、計測精度が向上する。
First, in order to measure the shape of a refractory in a temperature range where light emission is weak at less than 1000 ° C., the laser slit light 3 in the visible light region having a constant wavelength of 400 nm to 680 nm (400 to 680 nm) can be used. .
On the other hand, since a higher-temperature object starts to emit self-luminous light 21 from red light, the laser slit light 3 having a shorter wavelength, that is, a hue such as green, blue, or purple, is used to increase the contrast of the laser emission line 5. It is desirable to use laser slit light 3 having a wavelength. For example, in order to measure the shape of a refractory having a temperature of 1000 ° C. or higher, it is desirable to use laser slit light 3 having a constant wavelength of 400 nm to 550 nm. However, since light having a wavelength of less than 400 nm becomes ultraviolet light, it is not visible light and may be harmful to the human body. Therefore, it is better not to use light having a wavelength of less than 400 nm as the laser slit light 3.
Furthermore, if the bright line, which is the reflected light of the laser slit light 3, is selectively imaged using the received light wavelength selection means 9, the contrast can be further increased, so that the measurement accuracy is improved.

一般的にステレオ画像処理は、デジタル機器で計測・処理されるため、計測された画像データは離散点となる。また、画像内の輝度の変化する境界がデータ化されやすいので、画像データは、図面的に表示すると、線状に並んだデータ点群となりやすい。そのため、図3に示す例では、ステレオ画像処理手段10の出力である3次元のデータ点群を、それら3次元データ点群を連結して出来る3次元の線分で代表している。   In general, since stereo image processing is measured and processed by a digital device, the measured image data becomes discrete points. Further, since the boundary where the luminance changes in the image is easily converted into data, the image data is likely to be a data point group arranged in a line when displayed as a drawing. Therefore, in the example shown in FIG. 3, the three-dimensional data point group that is the output of the stereo image processing means 10 is represented by a three-dimensional line segment that is formed by connecting these three-dimensional data point groups.

前述したように図3(b)は、レーザー輝線5の反射光から求めた第1の3次元プロフィールデータ(3次元プロフィール線群)11である。図3(b)に示すように、第1の3次元プロフィールデータ11では、連続的な形状変化は判りやすいが、段差は見失いやすい。言い換えると、第1の3次元プロフィールデータ11では、面を認識しやすく、稜線や谷線を認識しにくい。   As described above, FIG. 3B shows the first three-dimensional profile data (three-dimensional profile line group) 11 obtained from the reflected light of the laser emission line 5. As shown in FIG. 3B, in the first three-dimensional profile data 11, the continuous shape change is easily understood, but the step is easily lost. In other words, in the first three-dimensional profile data 11, it is easy to recognize a surface and it is difficult to recognize a ridge line or a valley line.

また、図3(c)は、自発光21および環境光20による陰影から求めた第2の3次元プロフィールデータ(3次元プロフィール線群)16である。図3(c)に示すように、第2の3次元プロフィールデータ16では、陰影の大きな変化は認識しやすいので、段差54、55を求めやすいが、自発光21および環境光20により平面上に陰影が生じている領域52、53も特徴と見てしまう。言い換えると、第2の3次元プロフィールデータ16では、面を認識しにくく、線や輝度差を認識しにやすい。   FIG. 3C shows the second three-dimensional profile data (three-dimensional profile line group) 16 obtained from the shadow caused by the self-light emission 21 and the ambient light 20. As shown in FIG. 3C, in the second three-dimensional profile data 16, since a large change in shadow is easily recognized, the steps 54 and 55 can be easily obtained. The regions 52 and 53 where the shadow is generated are also regarded as features. In other words, in the second three-dimensional profile data 16, it is difficult to recognize a surface and it is easy to recognize a line and a luminance difference.

図3(d)は、データ融合手段14にて、2種類の3次元プロフィール線群(第1の3次元プロフィールデータ11および第2の3次元プロフィールデータ16)を融合した3次元プロフィールデータ17の一例を示す図である。
図3(d)に示すように、例えば、第2の3次元プロフィールデータ16のうち、輝度の変化している領域52、53部分の形状データも、レーザー輝線5の反射光から求めた第1の3次元プロフィールデータ11と重ねると、領域52、53の近傍が平坦である事が判る。よって、第1の3次元プロフィールデータ11および第2の3次元プロフィールデータ16を融合した3次元プロフィールデータ17を、計測対象物4の全体の形状を認識するのに有効に利用できる。また、図3(d)に示す3次元プロフィールデータ17では、段差51と形状全体との関係も明瞭となる。
FIG. 3D shows the three-dimensional profile data 17 obtained by fusing two types of three-dimensional profile line groups (first three-dimensional profile data 11 and second three-dimensional profile data 16) by the data fusion means 14. It is a figure which shows an example.
As shown in FIG. 3D, for example, in the second three-dimensional profile data 16, the shape data of the regions 52 and 53 where the luminance changes are also obtained from the reflected light of the laser emission line 5. It can be seen that the vicinity of the regions 52 and 53 is flat when the three-dimensional profile data 11 is overlapped. Therefore, the three-dimensional profile data 17 obtained by fusing the first three-dimensional profile data 11 and the second three-dimensional profile data 16 can be effectively used to recognize the entire shape of the measurement object 4. Further, in the three-dimensional profile data 17 shown in FIG. 3D, the relationship between the step 51 and the entire shape becomes clear.

以上のように本実施形態では、レーザースリット光3を計測対象物4の表面に照射することにより定量的に得た第1の3次元プロフィールデータ11と、自発光21および環境光20で得た第2の3次元プロフィールデータ16とを融合することにより、高精度かつ分解能の高い3次元の形状データ(3次元プロフィールデータ17)を、高い効率で計測することができる。また、照射するレーザースリット光3と平行に伸びる細長い凹凸であっても、その凹凸を計測できる。よって、例えば転炉内部や加熱炉内壁の高温耐火物を対象物として、本実施形態の手法を応用した場合でも、耐火物の欠陥の有無や残厚の推定を容易に行うことができ、機を逃さずに耐火物を補修することができる。   As described above, in the present embodiment, the first three-dimensional profile data 11 obtained quantitatively by irradiating the surface of the measuring object 4 with the laser slit light 3, the self-luminous light 21, and the ambient light 20 are obtained. By fusing the second three-dimensional profile data 16, it is possible to measure three-dimensional shape data (three-dimensional profile data 17) with high accuracy and high resolution with high efficiency. Moreover, even if it is the elongate unevenness extended in parallel with the laser slit light 3 to be irradiated, the unevenness can be measured. Therefore, for example, even when the technique of the present embodiment is applied to a high-temperature refractory inside the converter or the inner wall of the heating furnace, the presence or absence of defects in the refractory and the remaining thickness can be easily estimated. Refractories can be repaired without missing.

また、レーザースリット光3の反射光を優先的に通過させる受光波長選択手段9を用いたので、レーザースリット光3を他の光に優先して検出できる。したがって、レーザースリット光3の出力をより下げることができ、計測作業の安全性が得られる。よって、レーザースリット光3および反射光の漏洩を防ぐカバーの使用を省略することができる。   Further, since the light receiving wavelength selection means 9 that preferentially passes the reflected light of the laser slit light 3 is used, the laser slit light 3 can be detected with priority over other light. Therefore, the output of the laser slit light 3 can be further reduced, and the safety of measurement work can be obtained. Therefore, the use of a cover that prevents the leakage of the laser slit light 3 and the reflected light can be omitted.

(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。本実施形態と前述した第1の実施形態とは、レーザースリット光の発光形態が主として異なる。よって、本実施形態の説明において、前述した第1の実施形態と同一の部分については、例えば図1〜図3に付した符号と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。尚、本実施形態は、主に、前記(3)、(10)の発明の実施形態である。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. This embodiment is different from the first embodiment described above mainly in the light emission form of laser slit light. Therefore, in the description of the present embodiment, the same parts as those of the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals as those shown in FIGS. 1 to 3, for example, and detailed description thereof is omitted. The present embodiment is mainly an embodiment of the inventions (3) and (10).

図4は、ステレオ計測装置200におけるデータの流れと制御の概念の一例を示す図である。
図4において、モード切替手段12が撮像モードをレーザー光撮像モードに切り替えた場合、レーザースリット光が間欠的なパルス光であるので、モード切替手段12は、この切り替えの信号をパルスレーザー発光手段41に送り、更にこの切り替えに必要な制御信号を直接シャッター手段13へ送らずに撮像同期手段15へ送る。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the concept of data flow and control in the stereo measurement apparatus 200.
In FIG. 4, when the mode switching unit 12 switches the imaging mode to the laser beam imaging mode, the laser slit light is intermittent pulsed light. Therefore, the mode switching unit 12 sends this switching signal to the pulse laser emitting unit 41. In addition, a control signal necessary for this switching is sent directly to the imaging synchronization means 15 without being sent directly to the shutter means 13.

パルスレーザー発光手段41は、間欠的なパルス光を発光する。具体的にパルスレーザー発光手段41は、発光時間が、発光間隔の100分の1以上1000万分の1以下の時間(秒)である間欠的なパルス光をレーザースリット光3として発光させる特性を持つ。また、シャッター手段13は、ステレオカメラ対7a、7bの露光時間をパルスレーザー発光手段41の発光時間以上、発光間隔以下に調整可能な特性を持つ。さらに、撮像同期手段15は、モード切替手段12からのトリガー信号によって、シャッター手段13によるシャッターの開放時間に合わせてパルスレーザー発光手段41からレーザースリット光を発光させることが可能となるように、シャッター手段13とパルスレーザー発光手段41とを調整(制御)する。すなわち、撮像同期手段15は、ステレオカメラ対7a、7bの露光時間が、ステレオカメラ対7a、7bでレーザースリット光の反射光が観測される時間を含むように、ステレオカメラ対7a、7bにおけるシャッターの開閉動作と、レーザースリット光の発光動作とを同期させる。
以上のようにレーザー発光をパルスとすると、瞬間的に高エネルギーで出力されても平均すると低エネルギーとすることができる。高エネルギーならばS/N比を上げることが可能であるが、出力を上げることは危険につながることがある。そこで、レーザー発光をパルスにすることによって、露光している瞬間のみ高エネルギーであるのでS/N比を高くし、平均すると低エネルギーとすることができる。
The pulse laser emission means 41 emits intermittent pulse light. Specifically, the pulse laser emission means 41 has a characteristic of emitting intermittent pulse light having a light emission time of 1 / 100,000 or less, 1 / 10,000,000 or less (seconds) as the laser slit light 3. . The shutter means 13 has a characteristic that the exposure time of the stereo camera pair 7a, 7b can be adjusted to be longer than the light emission time of the pulse laser light emission means 41 and shorter than the light emission interval. Further, the imaging synchronization means 15 can cause the laser slit light to be emitted from the pulse laser emission means 41 in accordance with the opening time of the shutter by the shutter means 13 by the trigger signal from the mode switching means 12. The means 13 and the pulse laser emission means 41 are adjusted (controlled). In other words, the imaging synchronization means 15 is configured so that the exposure time of the stereo camera pair 7a, 7b includes the time during which the reflected light of the laser slit light is observed by the stereo camera pair 7a, 7b. Is synchronized with the laser slit light emission operation.
As described above, when the laser emission is a pulse, even if it is instantaneously output with high energy, it can be reduced to low energy on average. High energy can increase the S / N ratio, but increasing the output can lead to danger. Therefore, by making the laser emission pulse, the energy is high only at the moment of exposure, so the S / N ratio can be increased and averaged to be low energy.

モード切替手段12は、環境光撮像モードに撮像モードを切り替えた場合、この切り替えの信号をパルスレーザー発光手段41に送り、レーザースリット光3を発光させない。また、環境光撮像モードでは、撮像同期手段15を動作させずに、モード切替手段12が適当な制御信号をシャッター手段13へ送り、シャッター開放時間(露光時間)を、弱い環境光20が撮像可能な長いシャッター開放時間(露光時間)に調整する。   When the imaging mode is switched to the ambient light imaging mode, the mode switching unit 12 sends this switching signal to the pulse laser emission unit 41 and does not emit the laser slit light 3. In the ambient light imaging mode, the mode switching means 12 sends an appropriate control signal to the shutter means 13 without operating the imaging synchronization means 15, and the weak ambient light 20 can be imaged with the shutter opening time (exposure time). Adjust to a long shutter opening time (exposure time).

このような構成により、本実施形態のレーザー光撮像モードでは、図2に示した構成(第1の実施形態)よりもさらに短い露光時間で撮像でき、レーザー光撮像モードで得られた第1の3次元プロフィールデータ11における、自発光21などの外乱の影響をさらに低減できる。一方、自発光21および環境光20による第2の3次元プロフィールデータ16を得る環境光撮像モードでは、図2に示した構成(第1の実施形態)と同様の撮像が可能となる。   With such a configuration, in the laser beam imaging mode of the present embodiment, imaging can be performed with a shorter exposure time than the configuration shown in FIG. 2 (the first embodiment), and the first obtained in the laser beam imaging mode. In the three-dimensional profile data 11, the influence of disturbance such as the self-light emission 21 can be further reduced. On the other hand, in the ambient light imaging mode in which the second three-dimensional profile data 16 obtained by the self-light emission 21 and the ambient light 20 is obtained, the same imaging as the configuration shown in FIG. 2 (first embodiment) is possible.

以上のように本実施形態では、レーザースリット光を間欠的なパルス光としたので、レーザースリット光による撮像の際のステレオカメラ対7a、7bの露光時間を短縮する事で、計測対象物4の表面から発光される自発光21による外乱の影響を低減することができる。つまりステレオ計測装置200のS/N比を高くすることができる。よって、レーザースリット光の出力をさらに下げることができる。加えてステレオカメラ対7a、7bの露光時間の調整だけで、レーザースリット光3の撮像と、自発光21および環境光20の撮像とを切り替えられるので、両映像(第1の3次元プロフィールデータ11と第2の3次元プロフィールデータ16)の光学的な差が殆ど無くなり、計測精度をより高められる。   As described above, in the present embodiment, since the laser slit light is intermittent pulse light, the exposure time of the pair of stereo cameras 7a and 7b at the time of imaging with the laser slit light is shortened. It is possible to reduce the influence of disturbance due to the self-light emission 21 emitted from the surface. That is, the S / N ratio of the stereo measurement apparatus 200 can be increased. Therefore, the output of the laser slit light can be further reduced. In addition, since the imaging of the laser slit light 3 and the imaging of the self-light emission 21 and the ambient light 20 can be switched only by adjusting the exposure time of the stereo camera pair 7a, 7b, both images (first three-dimensional profile data 11). And the second three-dimensional profile data 16) are almost free of optical differences, and the measurement accuracy can be further improved.

(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。本実施形態と前述した第1および第2の実施形態では、第1の3次元プロフィールデータ11と第2の3次元プロフィールデータ16との融合方法が主として異なる。よって、本実施形態の説明において、前述した第1および第2の実施形態と同一の部分については、例えば図1〜図4に付した符号と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。尚、本実施形態は、主に、前記(4)〜(6)、(11)〜(13)の発明の実施形態である。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment and the first and second embodiments described above, the fusion method of the first three-dimensional profile data 11 and the second three-dimensional profile data 16 is mainly different. Therefore, in the description of this embodiment, the same parts as those of the first and second embodiments described above are denoted by the same reference numerals as those shown in FIGS. . In addition, this embodiment is mainly embodiment of the invention of said (4)-(6), (11)-(13).

図5は、計測対象物の一例と、計測対象物にレーザー光を照射して得られる第1の3次元プロフィールデータとレーザー光を照射せずに(計測対象物の自己発光による光と環境光とから)得られる第2の3次元プロフィールデータとを融合する方法の概念の一例とを示す図である。また、図6は、第1の3次元プロフィールデータと第2の3次元プロフィールデータとを融合する方法の、図5に続く概念の一例を示す図である。   FIG. 5 shows an example of the measurement object, the first three-dimensional profile data obtained by irradiating the measurement object with laser light, and the laser light without irradiation (light and ambient light by the self-emission of the measurement object). FIG. 6 shows an example of a concept of a method for fusing the obtained second three-dimensional profile data. FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a concept following FIG. 5 for a method of fusing the first three-dimensional profile data and the second three-dimensional profile data.

前述した第1および第2の実施形態に示すような2種類の方法で得られた第1および第2の3次元プロフィールデータ11、16は、いずれも誤差は皆無では無い。そして、第1および第2の3次元プロフィールデータ11、16のそれぞれの誤差の特性に差がある。本実施形態では、この点を考慮して、第1および第2の3次元プロフィールデータ11、16を融合する事で、より高精度かつ分解能の高い3次元プロフィールデータを得るようにしている。   The first and second three-dimensional profile data 11 and 16 obtained by the two kinds of methods as shown in the first and second embodiments described above have no error. There is a difference in error characteristics between the first and second three-dimensional profile data 11 and 16. In the present embodiment, in consideration of this point, the first and second three-dimensional profile data 11 and 16 are merged to obtain three-dimensional profile data with higher accuracy and higher resolution.

図5において、図5(a)は、計測対象物4の一例を示す斜視図であり、図5(b)は、第1の3次元プロフィールデータ11の投影図であって、ステレオカメラ対7a、7bの光軸方向視の投影図である。図5(c)は、第2の3次元プロフィールデータ16の投影図であって、ステレオカメラ対7a、7bの光軸方向視の投影図である。図5(d)は、第1の3次元プロフィールデータ11(図5(b))と第2の3次元プロフィールデータ16(図5(c))とを、ステレオカメラ対7a、7bの光軸方向視にて重ねた投影図である。
図5(d)に示すように、データ融合手段14は、第1および第2の3次元プロフィールデータ11、16を構成する第1および第2の計測点群を比較し、重なった点、または、事前に定めた所定の距離より近い計測点の対を求める。以下の説明では、この計測点の対を近傍点対56a、56b、56c、56d・・・と称する。近傍点対56を構成する2つの近傍点は、微少ではあるが、ステレオカメラ対7a、7bの光軸方向で間隔(距離)を有している。以下の説明では、この間隔(距離)を偏差距離と称する。この偏差距離は、図形的には、近傍点対56を構成する2つの近傍点間の光軸方向の距離である。尚、第1および第2の3次元プロフィールデータ11、16の計測点が重なっている場合には、偏差距離は0(ゼロ)となる。以上のように本実施形態では、データ融合手段14により、近傍点対設定手段が実現される。
5, FIG. 5 (a) is a perspective view showing an example of the measurement object 4, and FIG. 5 (b) is a projection view of the first three-dimensional profile data 11, which is a stereo camera pair 7a. 7b is a projection view of the optical axis direction view. FIG. 5C is a projection view of the second three-dimensional profile data 16, and is a projection view of the stereo camera pair 7a, 7b as viewed in the optical axis direction. FIG. 5D shows the first three-dimensional profile data 11 (FIG. 5B) and the second three-dimensional profile data 16 (FIG. 5C) as the optical axes of the stereo camera pairs 7a and 7b. It is the projection figure accumulated by the direction view.
As shown in FIG. 5 (d), the data fusion unit 14 compares the first and second measurement point groups constituting the first and second three-dimensional profile data 11 and 16, Then, a pair of measurement points closer than a predetermined distance determined in advance is obtained. In the following description, this pair of measurement points will be referred to as neighbor point pairs 56a, 56b, 56c, 56d. The two neighboring points constituting the neighboring point pair 56 are small, but have an interval (distance) in the optical axis direction of the stereo camera pair 7a, 7b. In the following description, this interval (distance) is referred to as a deviation distance. This deviation distance is graphically a distance in the optical axis direction between two neighboring points constituting the neighboring point pair 56. When the measurement points of the first and second three-dimensional profile data 11 and 16 are overlapped, the deviation distance is 0 (zero). As described above, in this embodiment, the data fusion unit 14 realizes a neighboring point pair setting unit.

図6は、図5(d)に示したようにして第1および第2の3次元プロフィールデータ11、16を重ね合わせることにより得られた3次元プロフィールデータ17を調整する方法の概念の一例を示す図である。尚、図6では、説明の都合上、多数の近傍点対56の内、4つの近傍点対56a〜56dだけを示す。
図6(a)は、第1の3次元プロフィールデータ11と第2の3次元プロフィールデータ16とをそのまま重ねた斜視図である(すなわち、図6(a)は、図5(d)と視点が異なるだけである)。図6において太い線分の両端は近傍点対56であり、その長さは偏差距離57を示す。
データ融合手段14は、偏差距離57の数値を、近傍点対56の集合である近傍点対群の中に適切に分散させて、その近傍点群の内から近傍点対56を、少なくとも4個以上、出来れば10個程度任意に選び、選んだ近傍点対56における偏差距離57(図6(a)に示す例では偏差距離57a〜57d)を求め、各偏差距離57の二乗の総和(二乗和)を乖離量として求める。以上のように本実施形態では、データ融合手段14により、偏差距離導出手段と、乖離量評価手段とが実現される。
FIG. 6 shows an example of a concept of a method for adjusting the three-dimensional profile data 17 obtained by superimposing the first and second three-dimensional profile data 11 and 16 as shown in FIG. FIG. For convenience of explanation, FIG. 6 shows only four neighboring point pairs 56a to 56d among the many neighboring point pairs 56.
FIG. 6A is a perspective view in which the first three-dimensional profile data 11 and the second three-dimensional profile data 16 are directly superimposed (that is, FIG. 6A is a perspective view of FIG. 5D). Is just different). In FIG. 6, both ends of the thick line segment are neighboring point pairs 56, and the lengths indicate deviation distances 57.
The data fusion means 14 appropriately distributes the numerical value of the deviation distance 57 in the neighboring point pair group that is a set of the neighboring point pairs 56, and includes at least four neighboring point pairs 56 from the neighboring point group. If possible, about 10 are selected arbitrarily, and the deviation distance 57 (deviation distances 57a to 57d in the example shown in FIG. 6A) in the selected neighboring point pair 56 is obtained, and the sum of squares of each deviation distance 57 (square). Is calculated as the amount of deviation. As described above, in the present embodiment, the data fusion unit 14 realizes the deviation distance deriving unit and the deviation amount evaluating unit.

環境光20および自発光21により得られた3次元プロフィール(第2の3次元プロフィールデータ16)全体を、ステレオカメラ対7a、7bの光軸方向に移動させると、前記乖離量(偏差距離57)が増減する。そこで、データ融合手段14は、カメラ側および反カメラ側の所定の範囲内で、第2の3次元プロフィールデータ16を、ステレオカメラ対7a、7bの光軸方向に移動した場合に、偏差距離57が最小となる第2の3次元プロフィールデータ16の移動距離を求める。そして、データ融合手段14は、この偏差距離57を最小とする移動距離だけ第2の3次元プロフィールデータ16の全体を、ステレオカメラ対7a、7bの光軸方向に平行移動させる。以下の説明では、偏差距離57を最小とする移動距離だけ移動させた第2の3次元プロフィールデータ16を、平行移動修正3次元プロフィールデータと称する。図6(b)は、第1の3次元プロフィールデータ11と、この平行移動修正3次元プロフィールデータとを重ねて示したものである。
以上のように本実施形態では、データ融合手段14により、第1のデータ変換手段が実現される。
When the entire three-dimensional profile (second three-dimensional profile data 16) obtained by the ambient light 20 and the self-light emission 21 is moved in the optical axis direction of the stereo camera pair 7a, 7b, the deviation amount (deviation distance 57) Increases or decreases. Therefore, the data fusion means 14 has a deviation distance 57 when the second three-dimensional profile data 16 is moved in the optical axis direction of the stereo camera pair 7a, 7b within a predetermined range on the camera side and the opposite camera side. The movement distance of the second three-dimensional profile data 16 that minimizes is obtained. Then, the data fusion means 14 translates the entire second three-dimensional profile data 16 in the direction of the optical axis of the stereo camera pair 7a, 7b by a movement distance that minimizes the deviation distance 57. In the following description, the second three-dimensional profile data 16 moved by the movement distance that minimizes the deviation distance 57 is referred to as parallel movement corrected three-dimensional profile data. FIG. 6B shows the first three-dimensional profile data 11 and this parallel movement corrected three-dimensional profile data superimposed on each other.
As described above, in the present embodiment, the first data conversion unit is realized by the data fusion unit 14.

次に、データ融合手段14は、平行移動修正3次元プロフィールデータの各点の各座標の値の算術平均値を座標値として持つ算術平均点、又は平行移動修正3次元プロフィールデータの重心を座標値として持つ重心点を求める。
この算術平均点又は重心点59を通り、かつ、ステレオカメラ対7a、7bの光軸に直交する横軸58を回転軸として(横軸58のまわりに)前記平行移動修正3次元プロフィールデータを回転移動させると前記乖離量が増減する。そこで、データ融合手段14は、前記乖離量が最小となるように、前記平行移動修正3次元プロフィールデータを、この横軸58を回転軸として(横軸58の方向の)正負両方向に、所定の範囲内で回転させる。以下の説明では、このようにして回転させた前記平行移動修正3次元プロフィールデータを1軸回転移動修正3次元プロフィールデータと称する。図6(c)は、第1の3次元プロフィールデータ11と、1軸回転移動修正3次元プロフィールデータとを重ねて示した斜視図である。
Next, the data fusion means 14 uses the arithmetic mean point having the arithmetic mean value of each coordinate value of each point of the translation corrected three-dimensional profile data as the coordinate value, or the centroid of the translation corrected three-dimensional profile data as the coordinate value. Find the barycentric point you have.
The translation-corrected three-dimensional profile data is rotated about the horizontal axis 58 (around the horizontal axis 58) passing through the arithmetic mean point or the center of gravity 59 and orthogonal to the optical axis of the stereo camera pair 7a, 7b. When moved, the amount of deviation increases or decreases. Therefore, the data fusion means 14 sets the parallel movement corrected three-dimensional profile data in the positive and negative directions (in the direction of the horizontal axis 58) in the positive and negative directions with the horizontal axis 58 as the rotation axis so that the deviation amount is minimized. Rotate within range. In the following description, the translation corrected three-dimensional profile data rotated in this way is referred to as uniaxial rotational movement corrected three-dimensional profile data. FIG. 6C is a perspective view showing the first three-dimensional profile data 11 and the one-axis rotational movement corrected three-dimensional profile data in an overlapping manner.

重心点又は算術平均点59を通り、ステレオカメラ対7a、7bの光軸と横軸58との両方に直交する縦軸60を回転軸として、(縦軸60のまわりに)前記1軸回転移動修正3次元プロフィールデータを回転移動させると前記乖離量が増減する。そこで、データ融合手段14は、前記乖離量が最小となるように、前記1軸回転移動修正3次元プロフィールデータを、縦軸60を回転軸として(縦軸60の方向の)正負両方向に、所定の範囲内で回転させる。以下の説明では、このようにして回転させた前記1軸回転移動修正3次元プロフィールデータを、修正第2の3次元プロフィールデータと称する。図6(d)は、第1の3次元プロフィールデータ11と修正第2の3次元プロフィールデータとを重ねて示した斜視図である。
以上のように本実施形態では、データ融合手段14により、第2のデータ変換手段が実現される。
The uniaxial rotation movement (around the vertical axis 60) is performed with the vertical axis 60 passing through the center of gravity or arithmetic mean point 59 and orthogonal to both the optical axis and the horizontal axis 58 of the stereo camera pair 7a, 7b. When the corrected three-dimensional profile data is rotationally moved, the amount of deviation increases or decreases. Therefore, the data fusion means 14 determines the uniaxial rotational movement corrected three-dimensional profile data in both positive and negative directions (in the direction of the vertical axis 60) with the vertical axis 60 as the rotation axis so that the deviation amount is minimized. Rotate within the range. In the following description, the one-axis rotational movement corrected three-dimensional profile data thus rotated is referred to as corrected second three-dimensional profile data. FIG. 6D is a perspective view showing the first three-dimensional profile data 11 and the modified second three-dimensional profile data in an overlapping manner.
As described above, in the present embodiment, the second data conversion unit is realized by the data fusion unit 14.

そして、データ融合手段14は、この第1の3次元プロフィールデータ11と修正第2の3次元プロフィールデータとの和集合を計算し、計算した和集合もって計測対象物4の表面全体の3次元プロフィールデータとする。
尚、以上のようにして行う第2の3次元プロフィールデータ16の移動は、事前に設定された限界値より前記乖離量(偏差距離57)が大きい場合に行うようにするのが好ましい。
Then, the data fusion means 14 calculates the union of the first three-dimensional profile data 11 and the modified second three-dimensional profile data, and the three-dimensional profile of the entire surface of the measurement object 4 with the calculated union. Data.
The movement of the second three-dimensional profile data 16 performed as described above is preferably performed when the deviation amount (deviation distance 57) is larger than a preset limit value.

第1の3次元プロフィールデータ11は、第2の3次元プロフィールデータ16よりも、位置の精度が高い。一方、第2の3次元プロフィールデータ16は、第1の3次元プロフィールデータ11よりも、プロフィール形状の精度が高い。よって、本実施形態では、第1の3次元プロフィールデータ11を基準として、第2の3次元プロフィールデータ16の位置だけを修正してから、第1の3次元プロフィールデータ11と融合することで、高精度かつ分解能の高い3次元プロフィールデータを得ることができる。
また、第2の3次元プロフィールデータ16の並進移動による誤差の影響は、回転移動の誤差による影響よりも大きい。よって、本実施形態のように、第2の3次元プロフィールデータ16の並進移動の偏差を修正してから、第2の3次元プロフィールデータ16の回転移動の偏差を低減すると、より高精度かつ分解能の高い3次元プロフィールを得ることができる。
The first three-dimensional profile data 11 has higher positional accuracy than the second three-dimensional profile data 16. On the other hand, the second three-dimensional profile data 16 has a higher profile shape accuracy than the first three-dimensional profile data 11. Therefore, in the present embodiment, by correcting only the position of the second three-dimensional profile data 16 on the basis of the first three-dimensional profile data 11, and then fusing with the first three-dimensional profile data 11, High-precision and high-resolution three-dimensional profile data can be obtained.
Further, the influence of the translational movement of the second three-dimensional profile data 16 is larger than the influence of the rotational movement error. Therefore, when the deviation of the rotational movement of the second three-dimensional profile data 16 is reduced after the translational deviation of the second three-dimensional profile data 16 is corrected as in the present embodiment, the resolution is higher. A high three-dimensional profile can be obtained.

以上のように本実施形態では、第2の3次元プロフィールデータ16の位置を修正して第1の3次元プロフィールデータ11に融合したので、計測対象物4の形状データを高精度に得ることができる。これは、レーザースリット光3の撮像と、自発光21および環境光20の撮像との特性の差に由来する。レーザースリット光3による形状データである第1の3次元プロフィールデータ11は、誤差が小さく精度は高いが、方向性が強く、特に急峻な形状変化を計測しづらいので分解能は低い。これに対し、自発光21および環境光20による形状データである第2の3次元プロフィールデータは、方向性が少なく急峻な形状変化ほど明瞭な陰影情報となるので分解能は高いが、元の形状変化が急峻なために精度が低下しやすい。そこで、精度の高い第1の3次元プロフィールデータ11を基準として、第2の3次元プロフィールデータ16を融合させることで、精度と分解能とを同時に高くすることができる。   As described above, in the present embodiment, since the position of the second three-dimensional profile data 16 is corrected and merged with the first three-dimensional profile data 11, the shape data of the measurement object 4 can be obtained with high accuracy. it can. This is due to the difference in characteristics between the imaging of the laser slit light 3 and the imaging of the self-light emission 21 and the ambient light 20. The first three-dimensional profile data 11, which is shape data by the laser slit light 3, has small errors and high accuracy, but has strong directivity and has a low resolution because it is difficult to measure a particularly steep shape change. On the other hand, the second three-dimensional profile data, which is the shape data by the self-light-emitting 21 and the ambient light 20, has a higher resolution because it has clearer shadow information as the shape change is less directional and sharp, but the original shape change. The accuracy is likely to decrease due to the steepness. Therefore, by combining the second three-dimensional profile data 16 with the high-precision first three-dimensional profile data 11 as a reference, the accuracy and the resolution can be increased simultaneously.

尚、ステレオカメラ対は1対あれば、前述した各実施形態の効果を奏するのに十分である。しかしながら、ステレオカメラ対は1対でなくてもよく、撮像モードに応じて複数のステレオカメラ対を設けるようにしてもよい。例えば、レーザー光撮像モードで得られる第1の3次元プロフィールデータ11を得るためのステレオカメラ対(第1のステレオカメラ対)と、環境光撮像モードで得られる第2の3次元プロフィールデータ16を得るためのステレオカメラ対(第2のステレオカメラ対)とを別々に設置し、ステレオカメラ対を2つ(2対)設けてもよい。   Note that a single pair of stereo cameras is sufficient to achieve the effects of the above-described embodiments. However, the number of stereo camera pairs may not be one, and a plurality of stereo camera pairs may be provided according to the imaging mode. For example, a stereo camera pair (first stereo camera pair) for obtaining the first three-dimensional profile data 11 obtained in the laser light imaging mode and the second three-dimensional profile data 16 obtained in the ambient light imaging mode are obtained. A stereo camera pair to be obtained (second stereo camera pair) may be separately installed, and two (2 pairs) of stereo camera pairs may be provided.

溶鋼鍋の耐火物の補修作業において、耐火物の更新の際に、鍋内壁面、つまり鉄皮内面の3次元プロフィールデータの測定を本発明の装置(方法)で実施した。その後、耐火物を施工して操業可能な状態で、再度本発明の方法で鍋内壁面の3次元プロフィールデータの測定を実施した。このとき、耐火物の更新前の鉄皮内面の測定と、耐火物を施工した後の鍋内壁面の測定とで、溶鋼鍋の位置と、設置した本発明の装置との相対的な位置が同じとなるように、調整されている。鉄皮や施工直後の耐火物等のように、光学的特徴の少ない表面でも、本発明の装置(方法)を適用することにより、耐火物の欠陥の有無や残厚を正確に測定できた。   In the repair work of the refractory of the molten steel pan, when the refractory was updated, the three-dimensional profile data of the inner wall surface of the pan, that is, the inner surface of the iron skin was measured by the apparatus (method) of the present invention. Thereafter, in a state where the refractory was applied and operated, the three-dimensional profile data of the inner wall surface of the pan was measured again by the method of the present invention. At this time, the measurement of the inner surface of the iron skin before the refractory renewal and the measurement of the inner wall surface of the pan after the construction of the refractory, the position of the molten steel pan and the relative position of the installed device of the present invention are It has been adjusted to be the same. By applying the apparatus (method) of the present invention even on a surface having a small optical characteristic such as a refractory immediately after construction, or the like, the presence or absence of a defect in the refractory and the remaining thickness could be measured accurately.

そして、この2つの3次元プロフィールデータの差が、施工された耐火物の厚みとなる。耐火物の厚みは、平均150mm、最小120mm、最大160mmであった。この溶鋼鍋をプロパー生産にて100ch操業した後、10chの操業毎に、操業の合間に本発明の装置(方法)で、内面の耐火物の3次元プロフィールデータの測定を行った。従来の知見から、耐火物の最小残厚が40mmとなった時点でプロパー生産を中止し、耐火物の再施工を図ることを、基準としている。   And the difference of these two three-dimensional profile data becomes the thickness of the constructed refractory. The thickness of the refractory was an average of 150 mm, a minimum of 120 mm, and a maximum of 160 mm. After this molten steel pan was operated for 100 ch by proper production, the three-dimensional profile data of the refractory on the inner surface was measured with the apparatus (method) of the present invention between the operations every 10 ch. Based on the conventional knowledge, the criterion is to stop proper production and reconstruct the refractory when the minimum remaining thickness of the refractory reaches 40 mm.

250ch操業後に本発明の装置(方法)による測定を行ったところ、耐火物の最小残厚が50mmであったので、耐火物の最小残厚の減少率は10ch毎に5mmと推定され、この時点で予想される耐火物の最大寿命は270chと考えられた。しかし、260ch操業後に行った測定で、耐火物に溝状の損耗が生じていることが見つかり、その損耗が生じている領域での耐火物の最小残厚は30mmであり、基準とする40mmを下回った。このため、生産を中止した。溝状の損耗の形状に起因して、耐火物の損耗速度が平均的な損耗速度の2倍程度となっていた。当初の予定通り270chまで生産を続行すると、鉄皮に溶鋼が浸食し、鉄皮の溶損に起因した溶鋼流出による生産損失と、作業環境の安全性の低下とが生じる可能性があったが、本発明の装置(方法)で、耐火物の残厚や損耗を、高精度かつ詳細に適宜測定できたので、生産損失と作業環境の安全性の低下とを回避できた。   When the measurement by the apparatus (method) of the present invention was performed after 250 ch operation, the minimum remaining thickness of the refractory was 50 mm. Therefore, the reduction rate of the minimum remaining refractory was estimated to be 5 mm every 10 ch. The maximum life expectancy of refractory was considered to be 270ch. However, in the measurement performed after 260 ch operation, it was found that the refractory had groove-like wear, and the minimum remaining thickness of the refractory in the region where the wear occurred was 30 mm, and the reference 40 mm Below. For this reason, production was discontinued. Due to the shape of the groove-like wear, the wear rate of the refractory was about twice the average wear rate. If the production was continued up to 270 ch as originally planned, the molten steel was eroded into the iron skin, and there was a possibility that production loss due to molten steel spilling due to the molten iron core and the safety of the work environment would be reduced. With the apparatus (method) of the present invention, the remaining thickness and wear of the refractory can be measured appropriately with high accuracy and in detail, so that it is possible to avoid production loss and a decrease in the safety of the work environment.

また、同様に本発明の装置(方法)を用いた測定により、耐火物の最小残厚が基準値である40mmに出来るだけ近くなるまでプロパー生産での使用を継続できるので、溶鋼鍋の交換による生産中断の機会を最小限にすることができ、生産コストを低減し、生産量を拡大することができた。
尚、実施例では、転炉の耐火物の損耗を測定するのに用いたものだが、本発明は、これに限るものではなく、高温であることによって自己発光する計測対象物であれば、どのような計測対象物の形状を測定することができる。例えば、加熱炉の内張りの耐火物や、加熱炉で加熱されるスラブの酸化による消耗を測定するのに本発明を用いてもよい。
Similarly, by using the apparatus (method) of the present invention, the use in proper production can be continued until the minimum remaining thickness of the refractory is as close as possible to the standard value of 40 mm. Opportunities for production interruptions were minimized, production costs were reduced, and production volumes were expanded.
In the examples, it was used to measure the wear of the refractory in the converter, but the present invention is not limited to this, and any measuring object that self-lumines at high temperatures can be used. The shape of such a measurement object can be measured. For example, the present invention may be used to measure consumption due to oxidation of a refractory on the lining of a heating furnace or a slab heated in the heating furnace.

尚、前述した各実施形態及び実施例は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。   It should be noted that each of the above-described embodiments and examples is merely an example of implementation in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed in a limited manner. Is. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or the main features thereof.

本発明の第1の実施形態を示し、ステレオ計測装置の外観の一例を示す斜視図であり、レーザースリット光による一対のステレオ画像を得る状態を説明する図である。It is a perspective view which shows the 1st Embodiment of this invention and shows an example of the external appearance of a stereo measurement apparatus, and is a figure explaining the state which obtains a pair of stereo image by a laser slit light. 本発明の第1の実施形態を示し、ステレオ計測装置におけるデータの流れと制御の概念の一例を示す図である。It is a figure which shows the 1st Embodiment of this invention and shows an example of the concept of the flow of data and control in a stereo measuring device. 本発明の第1の実施形態を示し、計測対象物の一例と、計測対象物にレーザー光を照射して得られるデータとレーザー光を照射せずに得られるデータとの融合の概念の一例とを示す図である。The 1st Embodiment of this invention is shown, An example of a measurement object, and an example of the concept of fusion of the data obtained by irradiating a measurement object with a laser beam, and the data obtained without irradiating a laser beam, FIG. 本発明の第2の実施形態を示し、ステレオ計測装置におけるデータの流れと制御の概念の一例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd Embodiment of this invention and shows an example of the concept of the flow of data and control in a stereo measuring device. 本発明の第3の実施形態を示し、計測対象物の一例と、計測対象物にレーザー光を照射して得られる第1の3次元プロフィールデータとレーザー光を照射せずに得られる第2の3次元プロフィールデータとを融合する方法の概念の一例とを示す図である。The 3rd Embodiment of this invention is shown, An example of a measurement object, 1st three-dimensional profile data obtained by irradiating a measurement object with a laser beam, and the 2nd obtained without irradiating a laser beam It is a figure which shows an example of the concept of the method which unites 3D profile data. 本発明の第3の実施形態を示し、第1の3次元プロフィールデータと第2の3次元プロフィールデータとを融合する方法の、図5に続く概念の一例を示す図である。It is a figure which shows the example of the concept following FIG. 5 of the method which shows the 3rd Embodiment of this invention and fuse | melts 1st three-dimensional profile data and 2nd three-dimensional profile data.

符号の説明Explanation of symbols

1 レーザー発光手段
2 スリット化手段
3 レーザースリット光
4 計測対象物
5 レーザー輝線
6 レーザー走査手段
7a、7b ステレオカメラ対
8 ベース線(各カメラの撮像素子の中心を結ぶ線分)
9a、9b 受光波長選択手段
10 ステレオ画像処理手段
11 第1の3次元プロフィールデータ
12 モード切替手段
13 シャッター手段
14 データ融合手段
15 撮像同期手段
16 第2の3次元プロフィールデータ
17 3次元プロフィールデータ
20 環境光
21 自発光
41 パルスレーザー発光手段
51 平行な段差
52 全体の平均より暗い領域(陰影)
53 全体の平均より明るい領域(陰影)
54 凹形状の領域(段差)
55 凸形状の領域(段差)
56a、56b、56c、56d 近傍点対
57 偏差距離
58 横軸
59 算術平均点又は重心点
60 縦軸
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser light emission means 2 Slit-izing means 3 Laser slit light 4 Measurement object 5 Laser bright line 6 Laser scanning means 7a, 7b Stereo camera pair 8 Base line (line segment which connects the center of the image sensor of each camera)
9a, 9b Light receiving wavelength selection means 10 Stereo image processing means 11 First three-dimensional profile data 12 Mode switching means 13 Shutter means 14 Data fusion means 15 Imaging synchronization means 16 Second three-dimensional profile data 17 Three-dimensional profile data 20 Environment Light 21 Self-emission 41 Pulse laser emission means 51 Parallel step 52 Area darker than average (shadow)
53 Area brighter than average (shade)
54 Recessed area (step)
55 Convex area (step)
56a, 56b, 56c, 56d Neighboring point pair 57 Deviation distance 58 Horizontal axis 59 Arithmetic mean point or barycentric point 60 Vertical axis

Claims (12)

所定の間隔で設置されたステレオカメラ対を用いて、発光する対象物を撮像して3次元プロフィールを求めるステレオ計測であり、400〜680nm間の一定波長のレーザースリット光を対象物に照射して行う計測である、発光する対象物の3次元プロフィールの計測方法において、
モード切替手段によって前記レーザースリット光を照射する撮像モード(以下、レーザー光撮像モードという)に撮像モードを切り替え、
前記レーザー光撮像モードに撮像モードが切り替えられた後に、前記対象物の表面に前記レーザースリット光を照射し、
前記ステレオカメラ対により、前記レーザースリット光の照射された前記対象物の表面の画像を撮像し、
当該撮像された画像をステレオ画像処理することにより、前記レーザースリット光に基づく第1の3次元プロフィールデータを得、
前記モード切替手段によって前記レーザースリット光の照射をしない撮像モード(以下、環境光撮像モードという)に撮像モードを切り替え、
前記環境光撮像モードに撮像モードが切り替えられた後に、前記ステレオカメラ対により、環境光と前記対象物の表面から自己発光している自発光とに基づき前記対象物の表面に生じている陰影を含む画像を撮像し、
当該撮像された画像をステレオ画像処理することにより、前記環境光および前記自発光に基づく第2の3次元プロフィールデータを得、
前記第1の3次元プロフィールデータを基準にして、前記第2の3次元プロフィールデータの位置を修正してから、前記第2の3次元プロフィールデータを前記第1の3次元プロフィールデータに融合することにより、前記対象物全体の3次元プロフィールデータを得ることを特徴とする、発光する対象物の3次元プロフィールの計測方法。
Stereo measurement using a pair of stereo cameras installed at a predetermined interval to obtain a three-dimensional profile by imaging a light emitting object, and irradiating the object with laser slit light having a constant wavelength between 400 and 680 nm. In the measurement method for measuring the three-dimensional profile of a light emitting object,
The imaging mode is switched to an imaging mode (hereinafter referred to as laser beam imaging mode) in which the laser slit light is irradiated by mode switching means,
After the imaging mode is switched to the laser light imaging mode, irradiate the laser slit light on the surface of the object,
Taking an image of the surface of the object irradiated with the laser slit light by the stereo camera pair,
By performing stereo image processing on the captured image, first three-dimensional profile data based on the laser slit light is obtained,
The imaging mode is switched to an imaging mode (hereinafter referred to as ambient light imaging mode) in which the laser slit light is not irradiated by the mode switching means,
After the imaging mode is switched to the ambient light imaging mode, a shadow generated on the surface of the object is generated by the stereo camera pair based on the ambient light and the self-light emitted from the surface of the object. Take an image containing
Stereo image processing is performed on the captured image to obtain second three-dimensional profile data based on the ambient light and the self-light emission,
The position of the second three-dimensional profile data is corrected with reference to the first three-dimensional profile data, and then the second three-dimensional profile data is merged with the first three-dimensional profile data. The three-dimensional profile data of the whole object is obtained by the above method, and the method for measuring the three-dimensional profile of the object to emit light is provided.
前記ステレオ画像処理によって、前記第1の3次元プロフィールデータを得る際において、前記レーザースリット光の反射光を優先的に通過させる受光波長選択手段を通して、前記レーザースリット光の照射された前記対象物の表面の画像を撮像することを特徴とする、請求項1に記載の発光する対象物の3次元プロフィールの計測方法。   When obtaining the first three-dimensional profile data by the stereo image processing, the light receiving wavelength selection means that preferentially allows the reflected light of the laser slit light to pass through the object irradiated with the laser slit light. The method for measuring a three-dimensional profile of a light-emitting object according to claim 1, wherein an image of a surface is taken. 前記第1の3次元プロフィールデータと前記第2の3次元プロフィールデータとにおいて、両データの乖離量を所定の方法で評価し、
事前に設定された限界値より前記乖離量が大きい場合、前記第2の3次元プロフィールデータ全体を前記ステレオカメラ対の光軸方向に平行移動させた後に、前記ステレオカメラ対の光軸に直交し、かつ互いに直交する2つの軸を回転軸として前記第2の3次元プロフィールデータ全体を回転移動させることを行って、前記乖離量が最小となるように前記第2の3次元プロフィールデータを修正して、修正第2の3次元プロフィールデータとし、
当該修正第2の3次元プロフィールデータを当初の第2の3次元プロフィールデータの代わりに用いて、前記第1の3次元プロフィールデータに融合して、前記対象物全体の3次元プロフィールデータを得ることを特徴とする、請求項1または2に記載の発光する対象物の3次元プロフィールの計測方法。
In the first three-dimensional profile data and the second three-dimensional profile data, a deviation amount between the two data is evaluated by a predetermined method,
If pre said deviation amount from the limits set in large, the entire second three-dimensional profile data after moving parallel to the optical axis of the stereo camera pair, perpendicular to the optical axis of the stereo camera pair and performing that you rotate moving the entire second three-dimensional profile data as the rotation axis of two mutually orthogonal axes, modifying said second three-dimensional profile data so that the deviation amount becomes minimum As a modified second 3D profile data,
The modified second three-dimensional profile data is used in place of the original second three-dimensional profile data and fused with the first three-dimensional profile data to obtain three-dimensional profile data of the entire object. wherein the three-dimensional profile of the measurement method of the object which emits according to claim 1 or 2.
前記ステレオカメラ対の光軸方向視で、前記第1の3次元プロフィールデータと前記第2の3次元プロフィールデータとの各点の位置を比較し、重なった点、又は、所定の距離より近い点の対を近傍点対とし、
前記近傍点対の前記光軸方向の距離を偏差距離とし、
前記第1および前記第2の3次元プロフィールデータ全体での前記近傍点対の集合である近傍点群の内から任意に選んだ少なくとも4個以上の前記近傍点対について、前記偏差距離を求め、
当該求めた各偏差距離の二乗和を前記乖離量として求めることを特徴とする、請求項に記載の発光する対象物の3次元プロフィールの計測方法。
Compare the positions of the points of the first three-dimensional profile data and the second three-dimensional profile data when viewed in the optical axis direction of the stereo camera pair, and the overlapping points or points closer than a predetermined distance A pair of neighbors,
The distance in the optical axis direction of the neighboring point pair as a deviation distance,
Obtaining the deviation distance for at least four or more neighboring point pairs arbitrarily selected from among neighboring point groups that are a set of neighboring point pairs in the entire first and second three-dimensional profile data;
4. The method for measuring a three-dimensional profile of a light-emitting object according to claim 3 , wherein a sum of squares of the obtained deviation distances is obtained as the deviation amount.
前記乖離量が最小となるように、前記第2の3次元プロフィールデータ全体を前記ステレオカメラ対の光軸方向に平行移動させ、これを平行移動修正3次元プロフィールデータとした後に
前記平行移動修正3次元プロフィールデータの重心、または、前記平行移動修正3次元プロフィールデータの各点の座標の値の算術平均を座標の値として持つ点を通り、かつ前記ステレオカメラ対の光軸に直交する任意の1軸を回転軸として、前記平行移動修正3次元プロフィールデータを回転移動させ、これを1軸回転移動修正3次元プロフィールデータとし、
当該1軸回転移動修正3次元プロフィールデータの重心を通り、かつ、前記ステレオカメラ対の光軸と前記任意の1軸とに直交する軸を回転軸として、前記1軸回転移動修正3次元プロフィールデータを、前記乖離量が最小となるように再度回転移動させ、これを前記修正第2の3次元プロフィールデータとすることを特徴とする、請求項またはに記載の発光する対象物の3次元プロフィールの計測方法。
Wherein such deviation amount becomes minimum, after the second three-dimensional profile data across moved parallel to the optical axis of the stereo camera pair, which translation modifications three-dimensional profile data,
It passes through the center of gravity of the translation correction three-dimensional profile data or the point having the arithmetic mean of the coordinate values of each point of the translation correction three-dimensional profile data as the coordinate value, and on the optical axis of the stereo camera pair Rotating and moving the translation correction three-dimensional profile data with an arbitrary one axis orthogonal to the rotation axis, this as one axis rotation movement correction three-dimensional profile data,
The one-axis rotational movement correction three-dimensional profile data with the axis passing through the center of gravity of the one-axis rotational movement correction three-dimensional profile data and orthogonal to the optical axis of the stereo camera pair and the arbitrary one axis as the rotation axis The three-dimensional object to be lit according to claim 3 or 4 , wherein the three-dimensional profile data is rotated again so that the amount of deviation is minimized, and this is used as the modified second three-dimensional profile data. Profile measurement method.
前記ステレオカメラ対は、前記レーザー光撮像モードで画像を撮像する第1のステレオカメラ対と、前記環境光撮像モードで画像を撮像する第2のステレオカメラ対とを備えることを特徴とする、請求項1〜のいずれか1項に記載の発光する対象物の3次元プロフィールの計測方法。 The stereo camera pair includes a first stereo camera pair that captures an image in the laser light imaging mode and a second stereo camera pair that captures an image in the ambient light imaging mode. Item 6. The method for measuring a three-dimensional profile of a light-emitting object according to any one of Items 1 to 5 . 発光する対象物に、400〜680nm間の一定波長のレーザースリット光を照射して、所定の間隔で設置されたステレオカメラ対を用いてステレオ計測する3次元プロフィールの計測装置において、
前記レーザースリット光を照射する撮像モード(以下、レーザー光撮像モードという)と、前記レーザースリット光を照射しない撮像モード(以下、環境光撮像モードという)とに撮像モードを切り替えるモード切替手段と、
前記対象物の表面に前記レーザースリット光を照射するレーザースリット光照射手段と、
前記レーザースリット光の照射された前記対象物の表面の画像、並びに、環境光と前記対象物の表面から自己発光している自発光とに基づき前記対象物の表面に生じている陰影を含む画像を撮像する前記ステレオカメラ対と、
前記レーザースリット光の照射された対象物の表面の画像を画像処理することにより第1の3次元プロフィールデータを得ると共に、前記環境光および前記自発光に基づき前記対象物の表面に生じている陰影を含む画像を画像処理することにより第2の3次元プロフィールデータを得るステレオ画像処理手段と、
前記第1の3次元プロフィールデータを基準にして、前記第2の3次元プロフィールデータの位置を修正してから、前記第2の3次元プロフィールデータを前記第1の3次元プロフィールデータに融合することにより、前記対象物全体の3次元プロフィールデータを得るデータ融合手段と、
を有することを特徴とする、発光する対象物の3次元プロフィールの計測装置。
In a three-dimensional profile measuring apparatus that irradiates an object to be emitted with laser slit light having a constant wavelength of 400 to 680 nm and performs stereo measurement using a pair of stereo cameras installed at predetermined intervals.
Mode switching means for switching an imaging mode between an imaging mode for irradiating the laser slit light (hereinafter referred to as a laser light imaging mode) and an imaging mode for not irradiating the laser slit light (hereinafter referred to as an ambient light imaging mode);
Laser slit light irradiation means for irradiating the surface of the object with the laser slit light;
The image of the surface of the object irradiated with the laser slit light, and the image including the shadow generated on the surface of the object based on the ambient light and the self-light emitted from the surface of the object. A pair of stereo cameras for imaging
The image of the surface of the object irradiated with the laser slit light is image-processed to obtain first three-dimensional profile data, and a shadow generated on the surface of the object based on the ambient light and the self-light emission. Stereo image processing means for obtaining second three-dimensional profile data by image processing an image including:
The position of the second three-dimensional profile data is corrected with reference to the first three-dimensional profile data, and then the second three-dimensional profile data is merged with the first three-dimensional profile data. By means of data fusion means for obtaining three-dimensional profile data of the entire object,
An apparatus for measuring a three-dimensional profile of an object that emits light.
前記レーザースリット光の反射光を優先的に通過させる受光波長選択手段を有し、
前記レーザースリット光の照射された対象物の表面の画像を前記ステレオカメラ対により撮像する際に、前記受光波長選択手段を介在させることを特徴とする、請求項に記載の発光する対象物の3次元プロフィールの計測装置。
Receiving wavelength selection means for preferentially passing the reflected light of the laser slit light,
The object for emitting light according to claim 7 , wherein when the image of the surface of the object irradiated with the laser slit light is picked up by the pair of stereo cameras, the light receiving wavelength selection means is interposed. 3D profile measuring device.
前記第1の3次元プロフィールデータと前記第2の3次元プロフィールデータとの乖離量を所定の方法で求め、当該求めた乖離量と事前に設定された限界値とを比較して、前記乖離量を評価する乖離量評価手段と、
前記第2の3次元プロフィールデータ全体を、前記ステレオカメラ対の光軸方向に平行移動をさせる第1のデータ変換手段と、
前記平行移動をさせた後に、前記ステレオカメラ対の光軸に直交し、かつ互いに直交する2つの軸を回転軸として前記第2の3次元プロフィールデータ全体を回転移動させる第2のデータ変換手段とを有し、
前記第1のデータ変換手段と前記第2のデータ変換手段とを用いて前記乖離量が最小となるように、前記第2の3次元プロフィールデータを修正して修正第2の3次元プロフィールデータとし、
当該修正第2の3次元プロフィールデータを当初の第2の3次元プロフィールデータの代わりに用いて、前記第1の3次元プロフィールデータとの和集合を計算して、前記対象物全体の3次元プロフィールデータを得ることを特徴とする、請求項7または8に記載の発光する対象物の3次元プロフィールの計測装置。
The amount of deviation between the first three-dimensional profile data and the second three-dimensional profile data is obtained by a predetermined method, and the amount of deviation is compared with a predetermined limit value. A deviation amount evaluation means for evaluating
First data conversion means for translating the entire second three-dimensional profile data in the optical axis direction of the stereo camera pair;
A second data conversion means for rotating the entire second three-dimensional profile data around two axes orthogonal to the optical axis of the stereo camera pair and orthogonal to each other after the parallel movement ; Have
Using the first data conversion means and the second data conversion means, the second three-dimensional profile data is corrected to be corrected second three-dimensional profile data so that the deviation amount is minimized. ,
The modified second three-dimensional profile data is used instead of the original second three-dimensional profile data, and a union with the first three-dimensional profile data is calculated to obtain a three-dimensional profile of the entire object. The apparatus for measuring a three-dimensional profile of a light-emitting object according to claim 7 or 8 , wherein data is obtained.
前記ステレオカメラ対の光軸方向視で、前記第1の3次元プロフィールデータと前記第2の3次元プロフィールデータとの各点の位置を比較し、重なった点、または、所定の距離より近い点の対を近傍点対として設定する近傍点対設定手段と、
前記近傍点対の集合である近傍点群の内から任意に選んだ少なくとも4個以上の前記近傍点対について、当該近傍点対の前記光軸方向の距離である偏差距離を求める偏差距離導出手段とを有し、
前記乖離量評価手段は、前記偏差距離の夫々の二乗和を前記乖離量として求めることを特徴とする、請求項に記載の発光する対象物の3次元プロフィールの計測装置。
Compare the position of each point of the first three-dimensional profile data and the second three-dimensional profile data in the optical axis direction view of the stereo camera pair, and the overlapping point or a point closer than a predetermined distance Neighboring point pair setting means for setting a pair of as neighboring point pairs;
Deviation distance deriving means for obtaining a deviation distance which is a distance in the optical axis direction of the neighboring point pair for at least four or more neighboring point pairs arbitrarily selected from the neighboring point group which is a set of the neighboring point pairs. And
10. The apparatus for measuring a three-dimensional profile of a light-emitting object according to claim 9 , wherein the deviation amount evaluation unit obtains each square sum of the deviation distances as the deviation amount.
前記第1のデータ変換手段は、前記乖離量が最小となるように、前記第2の3次元プロフィールデータ全体を、前記ステレオカメラ対の光軸方向に平行移動させ、これを平行移動修正3次元プロフィールデータとし、
前記第2のデータ変換手段は、前記平行移動をさせた後に、当該平行移動修正3次元プロフィールデータの重心、または、当該平行移動修正3次元プロフィールデータの各点の座標の値の算術平均を座標の値として持つ点を通り、かつ前記ステレオカメラ対の光軸に直交する任意の1軸を回転軸として、前記平行移動修正3次元プロフィールデータを、前記第2のデータ変換手段を用いて回転移動させ、これを1軸回転移動修正3次元プロフィールデータとし、当該1軸回転移動修正3次元プロフィールデータの重心を通り、かつ、前記ステレオカメラ対の光軸と前記任意の1軸とに直交する軸を回転軸として、前記1軸回転移動修正3次元プロフィールデータを、前記乖離量が最小となるように再度回転移動させ、これを前記修正第2の3次元プロフィールデータとすることを特徴とする、請求項または1に記載の発光する対象物の3次元プロフィールの計測装置。
The first data conversion means translates the entire second three-dimensional profile data in the direction of the optical axis of the stereo camera pair so as to minimize the deviation amount, and translates the same into the translation-corrected three-dimensional Profile data,
It said second data conversion means, After the translation, the translation modified three-dimensional profile data of the center of gravity, or coordinate the arithmetic mean of the coordinates of the values of each point of the translation modified three-dimensional profile data The parallel movement corrected three-dimensional profile data is rotated using the second data conversion means, with an arbitrary axis passing through the point having the value of and orthogonal to the optical axis of the stereo camera pair as a rotation axis. This is used as one-axis rotational movement corrected three-dimensional profile data, passes through the center of gravity of the one-axis rotational movement corrected three-dimensional profile data, and is orthogonal to the optical axis of the stereo camera pair and the arbitrary one axis. The rotational axis of the one-axis rotational movement correction 3D profile data is rotated again so that the amount of deviation is minimized, and the corrected second 3 Characterized by a source profile data, emitting three-dimensional profile of the measuring device of the object to be according to claim 9 or 1 0.
前記ステレオカメラ対は、前記レーザー光撮像モードで画像を撮像する第1のステレオカメラ対と、前記環境光撮像モードで画像を撮像する第2のステレオカメラ対とを備えることを特徴とする、請求項〜1のいずれか1項に記載の発光する対象物の3次元プロフィールの計測装置。 The stereo camera pair includes a first stereo camera pair that captures an image in the laser light imaging mode and a second stereo camera pair that captures an image in the ambient light imaging mode. emitting three-dimensional profile of the measuring device of the object to be according to any one of claim 7-1 1.
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