JP7081941B2 - 3D shape measuring device and 3D shape measuring method - Google Patents

3D shape measuring device and 3D shape measuring method Download PDF

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Description

本発明は、三次元形状計測装置及び三次元形状計測方法に関する。 The present invention relates to a three-dimensional shape measuring device and a three-dimensional shape measuring method.

水力発電所の水車に用いられる水車羽根は、長期間の運転に伴い局所的に摩耗を生じることがある。そのため、定期的に水車羽根の摩耗度合を計測し、摩耗状況の管理を行っている。
水車羽根の摩耗状況を管理する方法の一つとして、デプスゲージを用いる方法がある。すなわち、デプスゲージを用いて摩耗部の最大深さを計測し、さらに、摩耗部の縦横の長さを計測することで摩耗部の大きさの管理指標としている。摩耗度合をより正確に計測する方法として、例えば摩耗部に樹脂を詰めて摩耗部のレプリカをとり、レプリカの形状から摩耗の状況を評価する方法等も提案されている。
The turbine blades used in the turbines of hydroelectric power plants may wear locally with long-term operation. Therefore, the degree of wear of the turbine blades is measured regularly to manage the wear status.
As one of the methods for managing the wear condition of the turbine blades, there is a method using a depth gauge. That is, the maximum depth of the worn portion is measured using a depth gauge, and the vertical and horizontal lengths of the worn portion are measured to use it as a control index for the size of the worn portion. As a method of measuring the degree of wear more accurately, for example, a method of filling a wear part with resin, taking a replica of the wear part, and evaluating the state of wear from the shape of the replica has been proposed.

しかしながら、水車羽根の形状によっては水車羽根周囲の空間が狭いことや人が近付ける位置から距離があること等により、観察したい部位まで手が届かず、ゲージによる計測、レプリカ採取、目視確認を行うことができない場合がある。
また、例えば、スリット光のスリット長を拡張し、強い光学パワーのレンズを用いることなくスリット光発生手段から被測定物までの光路長を長くすることで測定装置の小型化を図った三次元測定装置(例えば、特許文献1参照。)、さらに、測定装置下部にローラを設け、測定対象物にローラを当接させた状態で測定を行うことで測定装置と測定対象物との間の距離を一定に保ち測定精度を向上させるようにした、タイヤの溝の深さを測定するトレッド深さ測定装置(例えば、特許文献2参照。)等も提案されている。
However, depending on the shape of the turbine blades, the space around the turbine blades is narrow and there is a distance from the position where people approach, so it is difficult to reach the part you want to observe, so you should measure with a gauge, collect replicas, and visually check. May not be possible.
Further, for example, three-dimensional measurement aimed at downsizing the measuring device by expanding the slit length of the slit light and lengthening the optical path length from the slit light generating means to the object to be measured without using a lens having a strong optical power. A device (for example, refer to Patent Document 1), and a roller provided at the bottom of the measuring device, and the measurement is performed with the roller in contact with the measuring object to reduce the distance between the measuring device and the measuring object. A tread depth measuring device (for example, see Patent Document 2) for measuring the groove depth of a tire, which is kept constant and has improved measurement accuracy, has also been proposed.

特開2008-175625号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-175625 特開2006-242674号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-242674

しかしながら、上記従来の方法にあっては、例えば、特許文献1に記載の小型の三次元測定装置は光切断線の当たっている部位の断面形状を計測するものであるため、摩耗部全体の評価を行うことは困難である。さらにハンディタイプの形状測定装置であるため、手振れ等により、形状測定装置と測定対象物との間の距離を一定に維持することは困難である。そのため、形状測定装置と測定対象物との間の距離情報を安定して得ることができず、その結果、測定対象物の三次元形状を精度良く構築することが困難であるという問題がある。 However, in the above-mentioned conventional method, for example, the small three-dimensional measuring device described in Patent Document 1 measures the cross-sectional shape of the portion hit by the optical cutting line, and therefore evaluates the entire worn portion. Is difficult to do. Further, since it is a handy type shape measuring device, it is difficult to maintain a constant distance between the shape measuring device and the object to be measured due to camera shake or the like. Therefore, it is not possible to stably obtain distance information between the shape measuring device and the object to be measured, and as a result, there is a problem that it is difficult to accurately construct a three-dimensional shape of the object to be measured.

また、特許文献2に記載の測定装置下部にローラを設けることで、測定装置と測定対象物との間の距離を一定に保つようにした測定装置においては、タイヤの溝が形成された面のように曲率一定の曲面又は平面に測定部位が存在する場合には光切断線投影部と測定対象物との間の距離は略一定となる。しかしながら、水車羽根のように測定面が曲面をなし、測定面の傾きが位置によって異なるような複雑な形状の曲面に測定部位が存在する場合には、測定面に測定装置のローラを当接させたとしても、各ローラが接する箇所における測定面の形状によっては、測定面に対する測定装置の傾きが変化する場合があり、測定装置と測定面との間の距離を一定に保つことが困難である。そのため、曲面上の局所的な測定や曲面上の微小な形状の測定等が困難であり、特に、水車羽根は曲面を含んでいるため、曲面等からなる基準面に対する凹凸変化の測定が困難であり、水車羽根の摩耗状況を高精度に評価することができない。 Further, in the measuring device in which the distance between the measuring device and the object to be measured is kept constant by providing a roller under the measuring device described in Patent Document 2, the surface on which the groove of the tire is formed is formed. When the measurement site is present on a curved surface or a plane having a constant curvature, the distance between the optical cutting line projection unit and the measurement object is substantially constant. However, when the measurement surface has a curved surface such as a water wheel blade and the measurement site exists on a curved surface having a complicated shape in which the inclination of the measurement surface differs depending on the position, the roller of the measuring device is brought into contact with the measurement surface. Even so, the inclination of the measuring device with respect to the measuring surface may change depending on the shape of the measuring surface at the point where each roller contacts, and it is difficult to keep the distance between the measuring device and the measuring surface constant. .. Therefore, it is difficult to measure locally on a curved surface or to measure a minute shape on a curved surface. In particular, since the turbine blade contains a curved surface, it is difficult to measure the change in unevenness with respect to the reference surface composed of the curved surface. Therefore, it is not possible to evaluate the wear condition of the turbine blades with high accuracy.

また、測定対象物の形状そのものを精度良く測定することが困難であるだけでなく、測定装置の測定レンジを外れる可能性もある。
さらに、上記の装置は撮像装置を搭載しているものの外観画像を表示する機能は搭載していない。
本発明は、上記未解決の問題に着目してなされたものであり、測定部位の外観観察を行い、かつ、対象形状に依存せずに局所的な摩耗形状を高精度に測定することの可能な三次元形状計測装置及び三次元形状計測方法を提供することを目的としている。
Not only is it difficult to accurately measure the shape of the object to be measured, but it may also be out of the measurement range of the measuring device.
Further, although the above-mentioned device is equipped with an image pickup device, it does not have a function of displaying an external image.
The present invention has been made by paying attention to the above-mentioned unsolved problem, and it is possible to observe the appearance of the measurement site and to measure the local wear shape with high accuracy without depending on the target shape. It is an object of the present invention to provide a three-dimensional shape measuring device and a three-dimensional shape measuring method.

本発明の一態様によれば、測定対象物にスリット光を照射するスリット光源と、撮像装置と、照明光源と、撮像装置用のミラーと、照明光源の照射光及びスリット光を折り曲げる光源用のミラーと、を有するヘッド部と、ヘッド部に固定され、ヘッド部の走査方向に対して直交する方向に間隔を空けた一対の脚部と、を備え、ヘッド部は、その走査時には、一対の脚部のみを介して測定対象物との間の距離を保った状態で測定対象物上を移動するようになっており、撮像装置は撮像面側にレンズを有し、撮像装置用のミラーは、レンズと向かい合うように設けられ、光源用のミラーは、脚部を平面に当接し、撮像装置の光軸が平面と平行となるように維持した場合に、撮像装置用のミラーで折り曲げられた撮像装置の光軸と、光源用のミラーで折り曲げられたスリット光とが、脚部と平面との接点間を結ぶ直線と平行となるように配置され、照明光源は、スリット光を照射することにより得られる測定対象物上の光切断線を除く測定対象物上の領域のみを照射し、撮像装置は、光切断線と照明光源の照明光による照射領域とを同時に同一の視野内に含む三次元形状計測装置、が提供される。
本発明の他の態様によれば、測定対象物にスリット光を照射するスリット光源と、撮像装置と、照明光源と、撮像装置用のミラーと、照明光源の照射光及びスリット光を折り曲げる光源用のミラーと、を有するヘッド部と、撮像装置による撮像画像を表示する表示装置と、ヘッド部に固定され、ヘッド部の走査方向に対して直交する方向に間隔を空けた一対の脚部と、を備え、ヘッド部は、その走査時には、一対の脚部のみを介して測定対象物との間の距離を保った状態で測定対象物上を移動するようになっており、撮像装置は撮像面側にレンズを有し、撮像装置用のミラーは、レンズと向かい合うように設けられ、光源用のミラーは、脚部を平面に当接し、撮像装置の光軸が平面と平行となるように維持した場合に、撮像装置用のミラーで折り曲げられた撮像装置の光軸と、光源用のミラーで折り曲げられたスリット光とが、脚部と平面との接点間を結ぶ直線と平行となるように配置され、照明光源は、スリット光を照射することにより得られる測定対象物上の光切断線を含む測定対象物上の領域を照射し、撮像装置は、光切断線を含む照明光源の照明光による照射領域を視野内に含み、照明光源は、スリット光を照射することにより得られる測定対象物上の光切断線を、表示装置に表示された画面上において認識可能な照明光を照射する三次元形状計測装置、が提供される。
According to one aspect of the present invention, there is a slit light source that irradiates a measurement object with slit light, an image pickup device, an illumination light source , a mirror for the image pickup device, and a light source that bends the irradiation light and the slit light of the illumination light source. A head portion having a mirror, and a pair of legs fixed to the head portion and spaced apart from each other in a direction orthogonal to the scanning direction of the head portion, the head portion includes a pair of legs at the time of scanning. The image pickup device has a lens on the image pickup surface side, and the mirror for the image pickup device is designed to move on the measurement target object while maintaining the distance from the measurement target object only through the legs. , The mirror for the light source was provided to face the lens and was bent by the mirror for the imager when the legs were in contact with the plane and the optical axis of the imager was kept parallel to the plane. The optical axis of the image pickup device and the slit light bent by the mirror for the light source are arranged so as to be parallel to the straight line connecting the contact points between the legs and the plane, and the illumination light source irradiates the slit light. Only the area on the measurement object excluding the light cut line on the measurement object obtained by the An original shape measuring device, is provided.
According to another aspect of the present invention, a slit light source that irradiates a measurement object with slit light, an image pickup device, an illumination light source , a mirror for the image pickup device, and a light source that bends the irradiation light and the slit light of the illumination light source. A head unit having a The head unit moves on the measurement object while maintaining a distance from the measurement object via only a pair of legs during the scanning, and the image pickup apparatus is an imaging surface. It has a lens on the side and the mirror for the image pickup device is provided so as to face the lens, and the mirror for the light source abuts the legs on the plane and keeps the optical axis of the image pickup device parallel to the plane. In this case, the optical axis of the image pickup device bent by the mirror for the image pickup device and the slit light bent by the mirror for the light source should be parallel to the straight line connecting the contact points between the legs and the flat surface. Arranged, the illumination light source illuminates the area on the measurement object including the light cut line on the measurement object obtained by irradiating the slit light, and the image pickup device illuminates the illumination light of the illumination light source including the light cut line. The illumination light source irradiates the light cut line on the measurement object obtained by irradiating the slit light with the illumination light recognizable on the screen displayed on the display device. An original shape measuring device, is provided.

本発明の他の態様によれば、測定対象物にスリット光を照射するスリット光源と、撮像装置と、照明光源と、撮像装置用のミラーと、照明光源の照射光及びスリット光を折り曲げる光源用のミラーと、を有するヘッド部と、ヘッド部に固定され、ヘッド部の走査方向に対して直交する方向に間隔を空けた一対の脚部と、撮像装置による撮像画像を表示する表示装置と、を備え、ヘッド部は、その走査時には、一対の脚部のみを介して測定対象物との間の距離を保った状態で測定対象物上を移動するようになっており、撮像装置は撮像面側にレンズを有し、撮像装置用のミラーは、レンズと向かい合うように設けられ、光源用のミラーは、脚部を平面に当接し、撮像装置の光軸が平面と平行となるように維持した場合に、撮像装置用のミラーで折り曲げられた撮像装置の光軸と、光源用のミラーで折り曲げられたスリット光とが、脚部と平面との接点間を結ぶ直線と平行となるように配置され、照明光源は、スリット光を照射することにより得られる測定対象物上の光切断線を含む測定対象物上の領域を照射し、撮像装置は、光切断線を含む照明光源の照明光による照射領域を視野内に含み、照明光源は、間欠的に照明光を照射する三次元形状計測装置、が提供される。
本発明の他の態様によれば、測定対象物にスリット光を照射するスリット光源と、撮像装置と、撮像装置用のミラーと、スリット光を折り曲げる光源用のミラーと、を有するヘッド部と、ヘッド部に固定され、ヘッド部の走査方向に対して直交する方向に間隔を空けて設けられた一対の脚部と、を備え、撮像装置は撮像面側にレンズを有し、撮像装置用のミラーは、レンズと向かい合うように設けられ、光源用のミラーは、脚部を平面に当接し、撮像装置の光軸が平面と平行となるように維持した場合に、撮像装置用のミラーで折り曲げられた撮像装置の光軸と、光源用のミラーで折り曲げられた前記スリット光とが、脚部と平面との接点間を結ぶ直線と平行となるように配置され、ヘッド部はその走査時には、一対の脚部のみを介して測定対象物との間の距離を保った状態で測定対象物上を移動する三次元形状計測装置、が提供される。
According to another aspect of the present invention, a slit light source that irradiates a measurement object with slit light, an image pickup device, an illumination light source , a mirror for the image pickup device, and a light source that bends the irradiation light and the slit light of the illumination light source. A head portion having a light source, a pair of legs fixed to the head portion and spaced apart in a direction orthogonal to the scanning direction of the head portion, a display device for displaying an image captured by an image pickup device, The head unit moves on the measurement object while maintaining a distance from the measurement object via only a pair of legs during the scanning, and the image pickup apparatus is an imaging surface. It has a lens on the side and the mirror for the image pickup device is provided so as to face the lens, and the mirror for the light source abuts the legs on the plane and keeps the optical axis of the image pickup device parallel to the plane. In this case, the optical axis of the image pickup device bent by the mirror for the image pickup device and the slit light bent by the mirror for the light source should be parallel to the straight line connecting the contact points between the legs and the flat surface. Arranged, the illumination light source illuminates the area on the measurement object including the light cut line on the measurement object obtained by irradiating the slit light, and the image pickup device illuminates the illumination light of the illumination light source including the light cut line. The illumination light source is provided with a three-dimensional shape measuring device that intermittently irradiates the illumination light.
According to another aspect of the present invention, a head portion having a slit light source that irradiates a measurement object with slit light , an image pickup device, a mirror for the image pickup device, and a mirror for a light source that bends the slit light . It is provided with a pair of legs fixed to the head portion and provided at intervals in a direction orthogonal to the scanning direction of the head portion, and the image pickup device has a lens on the image pickup surface side and is used for the image pickup device. The mirror is provided so as to face the lens, and the mirror for the light source is bent by the mirror for the image pickup device when the legs are in contact with the plane and the optical axis of the image pickup device is maintained to be parallel to the plane. The optical axis of the image pickup device and the slit light bent by the mirror for the light source are arranged so as to be parallel to the straight line connecting the contact points between the leg and the plane, and the head portion is arranged at the time of scanning. Provided is a three-dimensional shape measuring device that moves on a measurement object while maintaining a distance from the measurement object only through a pair of legs.

本発明の他の態様によれば、三次元形状計測装置を用いた三次元形状計測方法であって、作業者がヘッド部を直接把持するか又は治具を介して間接的に把持した状態で、脚部の先端を測定対象物の表面に当接させ、その当接を維持したまま測定対象物の表面に沿ってヘッド部を走査方向に移動させつつ、撮像装置により測定対象物を撮影し、ヘッド部が走査されることによって得られた撮像装置による撮像画像に含まれる、スリット光を照射することにより得られた測定対象物上の光切断線に基づき測定対象物の三次元形状を演算する三次元形状計測方法、が提供される。 According to another aspect of the present invention, it is a three-dimensional shape measuring method using a three-dimensional shape measuring device, in a state where an operator directly grips the head portion or indirectly grips the head portion via a jig. , The tip of the leg is brought into contact with the surface of the object to be measured, and the head is moved in the scanning direction along the surface of the object to be measured while maintaining the contact, and the object to be measured is photographed by the image pickup device. , The three-dimensional shape of the measurement object is calculated based on the optical cut line on the measurement object obtained by irradiating the slit light included in the image captured by the image pickup device obtained by scanning the head portion. A three-dimensional shape measuring method is provided.

本発明の他の態様によれば、三次元形状計測装置を用いた三次元形状計測方法であって、作業者が前記ヘッド部を直接把持するか又は治具を介して間接的に把持した状態で、前記脚部の先端を測定対象物の表面に当接させ、その当接を維持したまま前記測定対象物の表面に沿って前記ヘッド部を走査方向に移動させつつ、前記撮像装置により前記測定対象物を撮影する三次元形状計測方法、が提供される。 According to another aspect of the present invention, it is a three-dimensional shape measuring method using a three-dimensional shape measuring device, in which an operator directly grips the head portion or indirectly grips the head portion via a jig. Then, the tip of the leg portion is brought into contact with the surface of the object to be measured, and the head portion is moved in the scanning direction along the surface of the object to be measured while maintaining the contact with the surface of the object to be measured. A three-dimensional shape measuring method for photographing an object to be measured is provided.

本発明の一態様によれば、三次元形状の計測や表面形状の画像の取得を容易に行うことができ、測定対象物の三次元形状を精度よく構築することができる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to easily measure a three-dimensional shape and acquire an image of a surface shape, and it is possible to accurately construct a three-dimensional shape of an object to be measured.

本発明の一実施形態における三次元形状計測装置の一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of the 3D shape measuring apparatus in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における三次元形状計測装置の一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of the 3D shape measuring apparatus in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における三次元形状計測装置の使用方法を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the use method of the 3D shape measuring apparatus in one Embodiment of this invention. 撮像画像の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the captured image. LED照射領域の照射方法を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the irradiation method of the LED irradiation area. 光切断線とヘッド部の位置情報の合成方法を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the method of synthesizing the optical cut line and the position information of a head part. 計測時の処理手順の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the processing procedure at the time of measurement. 解析時の処理手順の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the processing procedure at the time of analysis. 罫線の表示方法を説明するための撮像画像の模式図の一例である。This is an example of a schematic diagram of a captured image for explaining a method of displaying ruled lines. 本発明における三次元形状計測装置のその他の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other example of the 3D shape measuring apparatus in this invention. 本発明における三次元形状計測装置のその他の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other example of the 3D shape measuring apparatus in this invention. 本発明における三次元形状計測装置のその他の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other example of the 3D shape measuring apparatus in this invention. 本発明における三次元形状計測装置のその他の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other example of the 3D shape measuring apparatus in this invention. 撮像画像のその他の例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the other example of the captured image. 本発明における三次元形状計測装置のその他の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other example of the 3D shape measuring apparatus in this invention. 凹凸量演算時の処理手順の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the processing procedure at the time of the unevenness amount calculation.

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
なお、以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の具体的な構成について記載されている。しかしながら、このような特定の具体的な構成に限定されることなく他の実施形態が実施できることは明らかである。また、以下の実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
It should be noted that the following detailed description describes many specific specific configurations to provide a complete understanding of the embodiments of the present invention. However, it is clear that other embodiments can be implemented without being limited to such a particular specific configuration. Further, the following embodiments do not limit the invention according to the claims. Also, not all combinations of features described in the embodiments are essential to the means of solving the invention.

図1は、本発明の一実施形態に係る三次元形状計測装置1の一例を示す概略構成図であって、ヘッド部は、側面視で表している。また、図2は、ヘッド部を正面、つまり、ヘッド部の走査方向から見た図である。
三次元形状計測装置1は、測定対象物の計測を行うヘッド部2と、ヘッド部2で得られたデータを解析する解析処理部3と、を備える。
ヘッド部2は、撮像装置11と、撮像装置11用のミラー12と、レーザスリット光源13と、レーザスリット光源13用のミラー14と、白色LED光源15と、を備える。さらに、ヘッド部2は、架台5と架台5に一端が固定された一対の脚部6a、6bを備える。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of a three-dimensional shape measuring device 1 according to an embodiment of the present invention, and the head portion is shown in a side view. Further, FIG. 2 is a view of the head portion as viewed from the front, that is, from the scanning direction of the head portion.
The three-dimensional shape measuring device 1 includes a head unit 2 that measures an object to be measured, and an analysis processing unit 3 that analyzes the data obtained by the head unit 2.
The head unit 2 includes an image pickup device 11, a mirror 12 for the image pickup device 11, a laser slit light source 13, a mirror 14 for the laser slit light source 13, and a white LED light source 15. Further, the head portion 2 includes a gantry 5 and a pair of leg portions 6a and 6b whose one end is fixed to the gantry 5.

架台5は略長方形の板状を有する。ここで、架台5の長手方向をY軸方向、短手方向をX軸方向とし、架台5の上面をXY平面とし、XY平面と垂直な方向をZ軸方向とする。架台5の下面はXY平面と平行な面である。なお、架台5は板状に限るものではなく、ヘッド部2の構成要素を支持することが可能な筐体等であってもよく、その形状は制限されない。 The gantry 5 has a substantially rectangular plate shape. Here, the longitudinal direction of the gantry 5 is the Y-axis direction, the lateral direction is the X-axis direction, the upper surface of the gantry 5 is the XY plane, and the direction perpendicular to the XY plane is the Z-axis direction. The lower surface of the gantry 5 is a plane parallel to the XY plane. The gantry 5 is not limited to a plate shape, and may be a housing or the like capable of supporting the components of the head portion 2, and the shape thereof is not limited.

脚部6a、6bは、架台5の長手方向の一端寄りの位置に設けられ、且つ、短手方向両端に、XY平面と垂直に固定される。脚部6a、6bの、架台5とは逆側の端部には車輪7a、7bが設けられている。
また、脚部6a、6bは、XY平面と垂直な方向に固定され、架台5から車輪7a、7bの下端までの長さが等しく設定されている。なお、脚部6a、6bは、架台5から車輪7a、7bの下端までの垂直方向の長さが等しければ、正面から見た場合に、脚部6a、6bの先端側、つまり下端側が外側に多少広がっていてもよい。
The legs 6a and 6b are provided at positions near one end in the longitudinal direction of the gantry 5, and are fixed to both ends in the lateral direction perpendicular to the XY plane. Wheels 7a and 7b are provided at the ends of the legs 6a and 6b on the opposite side of the gantry 5.
Further, the legs 6a and 6b are fixed in a direction perpendicular to the XY plane, and the lengths from the gantry 5 to the lower ends of the wheels 7a and 7b are set to be equal. If the lengths of the legs 6a and 6b in the vertical direction from the gantry 5 to the lower ends of the wheels 7a and 7b are equal, the tips of the legs 6a and 6b, that is, the lower ends are outward when viewed from the front. It may be spread a little.

なお、車輪7aと7bとの間隔は次のように設定される。つまり、車輪7a、7bが、測定対象物の表面の凹凸が形成されている領域上に当接され、例えば車輪7aは凸部分に当接し、車輪7bは平坦部分に当接した場合には、ヘッド部2がY軸周りに左右に傾くことになる。そのため、測定対象物とヘッド部2との間の距離を一定に保つことができない可能性があり、三次元形状の計測誤差を生じる可能性がある。したがって、車輪7a、7bの間隔を、測定対象物の表面に生じると予測される凹凸が形成される領域を跨ぐ間隔に設定することで、計測誤差を抑制することができる。 The distance between the wheels 7a and 7b is set as follows. That is, when the wheels 7a and 7b are in contact with the region where the unevenness of the surface of the object to be measured is formed, for example, the wheel 7a is in contact with the convex portion and the wheel 7b is in contact with the flat portion. The head portion 2 is tilted to the left and right around the Y axis. Therefore, it may not be possible to keep the distance between the object to be measured and the head portion 2 constant, which may cause a measurement error of the three-dimensional shape. Therefore, by setting the distance between the wheels 7a and 7b to a distance that straddles the region where the unevenness that is expected to occur on the surface of the object to be measured is formed, the measurement error can be suppressed.

撮像装置11及びミラー12は架台5の上面に固定され、レーザスリット光源13とミラー14と白色LED光源15は架台5の下面に固定される。少なくとも撮像装置11及びミラー12は、図3に示すようにカバー10で覆われている。そして、図3(a)に示すようにヘッド部2を直接把持するか、又は図3(b)に示すようにヘッド部2に、ヘッド部2の走査方向後方に延びる棒状の治具28を取り付け、この治具28を介してヘッド部2を間接的に把持した状態で、車輪7を測定対象物の表面に当接させたまま測定対象物の表面に沿って移動させることにより計測を行うようになっている。 The image pickup apparatus 11 and the mirror 12 are fixed to the upper surface of the gantry 5, and the laser slit light source 13, the mirror 14, and the white LED light source 15 are fixed to the lower surface of the gantry 5. At least the image pickup apparatus 11 and the mirror 12 are covered with a cover 10 as shown in FIG. Then, as shown in FIG. 3A, the head portion 2 is directly gripped, or as shown in FIG. 3B, a rod-shaped jig 28 extending rearward in the scanning direction of the head portion 2 is attached to the head portion 2. Measurement is performed by attaching the wheel 7 and moving the wheel 7 along the surface of the object to be measured while the wheel 7 is in contact with the surface of the object to be measured while the head portion 2 is indirectly gripped through the jig 28. It has become like.

撮像装置11は、レンズ11aが取り付けられた小型テレビカメラを含む。撮像装置11は、撮像装置11の光軸が側面視でXY平面と平行となるように架台5に固定される。撮像装置11は、USBケーブル11bを介して解析処理部3と接続される。
ミラー12は、架台5の上面にレンズ11aと向かい合うように固定され、撮像装置11の光軸をXY平面に対して垂直方向に折り曲げるように配置される。
レーザスリット光源13は、XY平面と平行にレーザスリット光が出力されるように配置される。レーザスリット光源13は、電源ケーブル13aにより解析処理部3に接続され、解析処理部3から電力供給を受ける。
The image pickup apparatus 11 includes a small television camera to which the lens 11a is attached. The image pickup device 11 is fixed to the gantry 5 so that the optical axis of the image pickup device 11 is parallel to the XY plane in a side view. The image pickup apparatus 11 is connected to the analysis processing unit 3 via the USB cable 11b.
The mirror 12 is fixed to the upper surface of the gantry 5 so as to face the lens 11a, and is arranged so that the optical axis of the image pickup apparatus 11 is bent in the direction perpendicular to the XY plane.
The laser slit light source 13 is arranged so that the laser slit light is output in parallel with the XY plane. The laser slit light source 13 is connected to the analysis processing unit 3 by the power cable 13a, and receives power from the analysis processing unit 3.

ミラー14は、レーザスリット光源13の出力側と向かい合うように固定され、レーザスリット光を車輪7が当接される面側に折り曲げる。
レーザスリット光源13とミラー14とは、車輪7を平面に当接させ、ヘッド部2を撮像装置11の光軸が、車輪7が当接された平面と平行となるように維持した場合に、ミラー12で折り曲げられた撮像装置11の光軸と、ミラー14で折り曲げられたレーザスリット光とが、車輪7a、7bと平面との接点間を結ぶ直線と重なるように配置される。
このように、レーザスリット光が、撮像装置11の光軸に対して所定の角度をなして車輪7が当接された平面に投光されるようにすることによって、凹凸のある測定対象物表面に車輪7を当接させたときに光切断線が形成され、測定対象物の表面の凹凸の大きさを視覚化することができ、凹凸の大きさを判読できるようになっている。
The mirror 14 is fixed so as to face the output side of the laser slit light source 13, and bends the laser slit light toward the surface side with which the wheel 7 abuts.
The laser slit light source 13 and the mirror 14 are used when the wheel 7 is brought into contact with a plane and the head portion 2 is maintained so that the optical axis of the image pickup device 11 is parallel to the plane with which the wheel 7 is abutted. The optical axis of the image pickup apparatus 11 bent by the mirror 12 and the laser slit light bent by the mirror 14 are arranged so as to overlap with a straight line connecting the contact points between the wheels 7a and 7b and the plane.
In this way, the laser slit light is projected onto the plane on which the wheels 7 are in contact at a predetermined angle with respect to the optical axis of the image pickup device 11, so that the surface of the object to be measured has irregularities. When the wheel 7 is brought into contact with the wheel 7, a light cutting line is formed, the size of the unevenness on the surface of the object to be measured can be visualized, and the size of the unevenness can be read.

白色LED光源15は、レーザスリット光源13の近傍に配置され、車輪7を平面に当接させ、撮像装置11の光軸が車輪7が当接された平面と平行となるように維持した場合に、図4に示すように、白色LED光源15の照射光のうちミラー14により折り曲げられた照射光によって照射される平面上の領域(以後、LED照射領域ともいう。)a1が、レーザスリット光により照射される平面上の領域、つまり光切断線a2とは異なる領域に位置するように配置される。
また、白色LED光源15は、車輪7を平面上に当接させ、ヘッド部2を、撮像装置11の光軸が、車輪7が当接された平面と平行となるように維持した状態で、撮像装置11により車輪7が当接された平面を撮影したときに得られた撮像画像に、LED照射領域a1と光切断線a2とが含まれる位置に配置される。
When the white LED light source 15 is arranged in the vicinity of the laser slit light source 13 and the wheels 7 are brought into contact with a plane, the optical axis of the image pickup apparatus 11 is maintained so as to be parallel to the plane with which the wheels 7 are abutted. As shown in FIG. 4, of the irradiation light of the white LED light source 15, a region on a plane (hereinafter, also referred to as an LED irradiation region) a1 irradiated by the irradiation light bent by the mirror 14 is formed by the laser slit light. It is arranged so as to be located in a region on a plane to be irradiated, that is, a region different from the light cutting line a2.
Further, the white LED light source 15 is in a state where the wheel 7 is brought into contact with the plane and the head portion 2 is maintained so that the optical axis of the image pickup apparatus 11 is parallel to the plane with which the wheel 7 is abutted. It is arranged at a position including the LED irradiation region a1 and the optical cut line a2 in the captured image obtained when the plane in which the wheels 7 are in contact with the image pickup device 11 is photographed.

さらに、白色LED光源15の光量は、撮像装置11による撮像画像に含まれるLED照射領域a1の明るさが、後述の撮像画像に含まれる光切断線a2を抽出し形状変換する画像処理演算及び作業者による形状観測に影響を与えることのない明るさであり、且つ撮像画像に含まれるLED照射領域a1の明るさが、作業者による測定対象物の形状観測に支障のない明るさに設定される。白色LED光源15は、白色LED光源15の照射光のうち、比較的明るい光軸近傍の照射光部分のみをミラー14が折り曲げ、折り曲げられた照射光が、車輪7を当接させた平面におけるレーザスリット光による照射領域を避けた位置を照射するように配置される。 Further, the amount of light of the white LED light source 15 is an image processing calculation and work in which the brightness of the LED irradiation region a1 included in the image captured by the imaging device 11 extracts the light cutting line a2 included in the captured image described later and converts the shape. The brightness is set so as not to affect the shape observation by the operator, and the brightness of the LED irradiation area a1 included in the captured image is set to the brightness that does not interfere with the shape observation of the object to be measured by the operator. .. The white LED light source 15 is a laser in a plane in which the mirror 14 bends only the irradiation light portion near the relatively bright optical axis of the irradiation light of the white LED light source 15, and the bent irradiation light abuts the wheels 7. It is arranged so as to irradiate a position avoiding the irradiation area by the slit light.

つまり、図5に示すように、白色LED光源15の照射光は照射光全体が同一の光量ではなく、照射光の周縁部に近づくほど光量が小さくなり暗くなる。そのため、目的の領域を白色LED光源15で直接照射すると、目的の領域だけでなくその周辺もぼんやりと明るくなる。そこで、白色LED光源15の照射光のうちの比較的明るい部分、つまり光軸近傍の照射光のみをミラー14によって反射させ、比較的暗い周縁部の照射光は反射させない。その結果、ミラー14で反射された照射光により照射される特定領域のみを局所的に明るくすることができる。そして、特定領域の周囲に対して照射は行われず特定領域よりも暗いため、光切断線a2とLED照射領域a1とを撮像装置11の視野内に収まるように比較的接近して配置したとしても、白色LED光源15の照射光が、画像処理演算及び光切断線a2の観測に影響を及ぼすことを抑制することができる。光切断線a2とLED照射領域a1とを一つの撮像画像内に表示することにより、車輪7を測定対象物に当接させたときに、一つの撮像画像において、画像処理演算による光切断線a2による測定対象物の計測と、LED照射領域a1における測定対象物の観察とを同時に行うことができる。 That is, as shown in FIG. 5, the irradiation light of the white LED light source 15 does not have the same amount of light as the whole irradiation light, but the amount of light becomes smaller and darker as it approaches the peripheral edge of the irradiation light. Therefore, when the target area is directly irradiated with the white LED light source 15, not only the target area but also the surrounding area becomes vaguely bright. Therefore, only the relatively bright portion of the irradiation light of the white LED light source 15, that is, the irradiation light near the optical axis is reflected by the mirror 14, and the irradiation light of the relatively dark peripheral portion is not reflected. As a result, it is possible to locally brighten only a specific region irradiated by the irradiation light reflected by the mirror 14. Since the surroundings of the specific area are not irradiated and are darker than the specific area, even if the light cutting line a2 and the LED irradiation area a1 are arranged relatively close to each other so as to be within the field of view of the image pickup apparatus 11. , It is possible to suppress that the irradiation light of the white LED light source 15 affects the image processing calculation and the observation of the optical cut line a2. By displaying the light cutting line a2 and the LED irradiation area a1 in one captured image, when the wheel 7 is brought into contact with the measurement object, the light cutting line a2 by the image processing calculation is performed in one captured image. The measurement of the object to be measured and the observation of the object to be measured in the LED irradiation area a1 can be performed at the same time.

また、車輪7を平面に当接させ、ヘッド部2を、撮像装置11の光軸が、車輪7が当接された平面と平行となるように維持した場合に、ミラー12で折り曲げられた撮像装置11の光軸と、ミラー14で折り曲げられたレーザスリット光とが、車輪7a、7bと平面との接点間を結ぶ直線上で重なるように配置される。そのため、撮像装置11により得られる撮像画像は、図4に示すように、撮像画像の上下方向略中央部に左右に延びる高輝度な光切断線a2が位置し、撮像画像の光切断線a2の左右の延長線上近傍に車輪7a、7bが位置し、さらに光切断線a2の下方にLED照射領域a1が配置された画像となる。なお、測定対象物が平坦面である場合には、光切断線a2は高輝度な略直線となる。 Further, when the wheel 7 is brought into contact with a plane and the head portion 2 is maintained so that the optical axis of the image pickup device 11 is parallel to the plane with which the wheel 7 is abutted, the image is bent by the mirror 12. The optical axis of the device 11 and the laser slit light bent by the mirror 14 are arranged so as to overlap each other on a straight line connecting the contact points between the wheels 7a and 7b and the plane. Therefore, as shown in FIG. 4, the captured image obtained by the imaging device 11 has a high-intensity optical cutting line a2 extending to the left and right at substantially the center of the captured image in the vertical direction, and the optical cutting line a2 of the captured image. The image is an image in which the wheels 7a and 7b are located in the vicinity of the left and right extension lines, and the LED irradiation region a1 is further arranged below the light cutting line a2. When the object to be measured is a flat surface, the optical cut line a2 is a high-intensity substantially straight line.

撮像装置11及びレーザスリット光の焦点は、車輪7を平面に当接させ、撮像装置11の光軸が、車輪7が当接された平面と平行となるようにヘッド部2を維持した状態で、車輪7を当接させた平面にピントが合うように調整される。
このようにミラー14を設けることによって、本来フィルタ等を用いて外乱光が入ることを極力避けるようにする光切断線a2と、明るい照明で測定対象物を観察するためのLED照射領域a1とを、フィルタを用いずに撮像装置11の視野内に共存させることができる。
The focal point of the image pickup device 11 and the laser slit light is such that the wheel 7 is brought into contact with a plane and the head portion 2 is maintained so that the optical axis of the image pickup device 11 is parallel to the plane to which the wheel 7 is abutted. , The wheel 7 is adjusted so as to be in focus on the plane in contact with the wheel 7.
By providing the mirror 14 in this way, the light cutting line a2 that originally uses a filter or the like to avoid the entry of ambient light as much as possible, and the LED irradiation area a1 for observing the object to be measured with bright illumination are provided. , Can coexist in the field of view of the image pickup apparatus 11 without using a filter.

ヘッド部2を走査することにより、先に光切断線a2のパターンを撮影した部位が、ヘッド部2の移動に伴い、次のタイミングでLED照射領域a1に移動することになるため、光切断線a2のパターンを観察した部位の外観を、次のタイミングでLED照射領域a1により観察することができる。つまり、計測部位の凹凸形状と外観とを同一視野内で目視確認することができる。 By scanning the head portion 2, the portion where the pattern of the optical cut line a2 was previously photographed moves to the LED irradiation region a1 at the next timing as the head portion 2 moves. The appearance of the portion where the pattern of a2 is observed can be observed by the LED irradiation area a1 at the following timing. That is, the uneven shape and appearance of the measurement portion can be visually confirmed within the same visual field.

図1及び図2に戻って、車輪7は、磁石等、磁性体を引きつける特性を有する部材からなり、例えば鋼等の磁性体からなる水車羽根等の測定対象物との間で引き合うようになっている。
さらに、一方の脚部6例えば6aには、ロータリエンコーダ8が取り付けられ、脚部6aに設けられた車輪7aと一体に回転するプーリー或いは滑車等の回転部材8aとロータリエンコーダ8とがタイミングベルト8bで連結されている。車輪7の回転角度情報は、タイミングベルト8bを介してロータリエンコーダ8に伝達され、ロータリエンコーダ8は、車輪7の回転数に応じたパルス信号を出力する。ロータリエンコーダ8から出力されるパルス信号は、信号ケーブル8cを介して解析処理部3に入力される。
Returning to FIGS. 1 and 2, the wheel 7 is made of a member having a property of attracting a magnetic material such as a magnet, and is attracted to a measurement object such as a water wheel blade made of a magnetic material such as steel. ing.
Further, a rotary encoder 8 is attached to one leg portion 6 such as 6a, and a rotary member 8a such as a pulley or a pulley that rotates integrally with the wheel 7a provided on the leg portion 6a and the rotary encoder 8 form a timing belt 8b. It is connected by. The rotation angle information of the wheel 7 is transmitted to the rotary encoder 8 via the timing belt 8b, and the rotary encoder 8 outputs a pulse signal according to the rotation speed of the wheel 7. The pulse signal output from the rotary encoder 8 is input to the analysis processing unit 3 via the signal cable 8c.

解析処理部3は、図1に示すように、タブレット型パーソナルコンピュータ(以下、タブレットPCともいう。)21と、USBハブ22等の接続機器と、カウンターボード等からなるカウンタ部23と、バッテリ部24とを備える。
USBハブ22は、USBケーブル11bを介して撮像装置11と接続され、撮像装置11による撮像情報をタブレットPC21に出力する。また、USBハブ22は、カウンタ部23でのカウント数をタブレットPC21に出力する。
As shown in FIG. 1, the analysis processing unit 3 includes a tablet-type personal computer (hereinafter, also referred to as a tablet PC) 21, a connected device such as a USB hub 22, a counter unit 23 including a counter board, and a battery unit. 24 and.
The USB hub 22 is connected to the image pickup device 11 via the USB cable 11b, and outputs the image pickup information by the image pickup device 11 to the tablet PC 21. Further, the USB hub 22 outputs the count number in the counter unit 23 to the tablet PC 21.

カウンタ部23は、ロータリエンコーダ8から入力される、車輪7の回転数に応じたパルス信号をカウントする。カウンタ部23でカウントしたカウント数はUSBハブ22を経由してタブレットPC21に出力される。
バッテリ部24は、タブレットPC21に電力供給を行うと共に、電源ケーブル13aを介してレーザスリット光源13に電力供給を行う。また、電源ケーブル15aを介して白色LED光源15に電力供給を行う。
The counter unit 23 counts the pulse signal input from the rotary encoder 8 according to the rotation speed of the wheel 7. The count number counted by the counter unit 23 is output to the tablet PC 21 via the USB hub 22.
The battery unit 24 supplies electric power to the tablet PC 21 and also supplies electric power to the laser slit light source 13 via the power cable 13a. Further, power is supplied to the white LED light source 15 via the power cable 15a.

タブレットPC21は、入力装置、表示装置、演算処理部、メモリ等の記憶部等を含んで構成され、作業者の入力操作に応じて、三次元形状計測装置1全体を制御する。また、タブレットPC21は、例えば図4に示すように、撮像装置11からの撮像情報をもとに撮像画像をタブレットPC21の表示画面に表示する。つまり、ヘッド部2の移動に伴い、測定対象物上の各位置において撮像装置11により撮影された測定対象物の撮像画像が順次タブレットPC21に入力され、タブレットPC21の表示画面に、各位置における撮像画像が順次表示される。作業者は、表示画面を見ることによって、測定対象物上の各位置における測定対象物の表面の状況を観測することができる。 The tablet PC 21 includes an input device, a display device, an arithmetic processing unit, a storage unit such as a memory, and the like, and controls the entire three-dimensional shape measuring device 1 according to an input operation of an operator. Further, as shown in FIG. 4, for example, the tablet PC 21 displays the captured image on the display screen of the tablet PC 21 based on the captured information from the imaging device 11. That is, as the head portion 2 moves, the captured images of the measurement object taken by the image pickup device 11 at each position on the measurement object are sequentially input to the tablet PC 21, and the image is captured at each position on the display screen of the tablet PC 21. Images are displayed in sequence. By looking at the display screen, the operator can observe the state of the surface of the measurement object at each position on the measurement object.

なお、撮像装置11に入力される撮像情報はミラー12で反転されるため、この撮像情報をそのまま用いて撮像画像を表示すると、上下反転した撮像画像が表示されることになる。そのため、タブレットPC21では、撮像情報に対し上下反転する反転処理を実行し、この反転処理後の撮像情報に基づき撮像画像を表示画面に表示する。これによって、あたかもミラー12が存在せず、撮像装置11により測定対象物表面を真上から直接撮影しているような撮像画像を表示することができる。そのため、作業者は違和感なく、測定対象面を直接目視しているかのように観察することができる。 Since the image pickup information input to the image pickup apparatus 11 is inverted by the mirror 12, if the image pickup image is displayed using this image pickup information as it is, the image pickup image inverted upside down will be displayed. Therefore, the tablet PC 21 executes an inversion process of flipping the image pickup information upside down, and displays the captured image on the display screen based on the image pickup information after the inversion process. As a result, it is possible to display an image captured as if the mirror 12 does not exist and the surface of the object to be measured is directly photographed by the image pickup device 11. Therefore, the operator can observe the surface to be measured as if he / she is directly visually observing it without any discomfort.

また、タブレットPC21は、撮像装置11の撮像情報をカウント数と対応付けて所定の記憶部に順次記憶する。そして、タブレットPC21は、ヘッド部2の走査終了後、記憶領域に記憶した撮像装置11の撮像情報とカウンタ部23によるカウント数とをもとに、撮像情報が、測定対象物上のどの位置にヘッド部2が位置するときに撮影した撮像情報であるかを検出し、これに基づき、測定対象物の三次元形状を解析し、三次元形状画像を表示する。
タブレットPC21では、例えば、車輪7を平面に当接させ、撮像装置11の光軸が車輪7が当接された平面と平行となるように維持した状態で、ヘッド部2を平面に沿って走査方向に移動させたときの、ヘッド部2の移動量と、カウンタ部23におけるカウント数とから、ロータリエンコーダ8から入力されるパルス信号1パルスあたりの移動量を予め検出しておく。そして、タブレットPC21では、この1パルスあたりの移動量と、計測時のカウント数とを乗算することで、測定対象物上におけるヘッド部2の移動量を演算する。
Further, the tablet PC 21 sequentially stores the image pickup information of the image pickup apparatus 11 in a predetermined storage unit in association with the count number. Then, after the scanning of the head unit 2 is completed, the tablet PC 21 places the image pickup information at any position on the measurement object based on the image pickup information of the image pickup device 11 stored in the storage area and the count number by the counter unit 23. It detects whether it is the image pickup information taken when the head portion 2 is positioned, analyzes the three-dimensional shape of the object to be measured based on this, and displays the three-dimensional shape image.
In the tablet PC 21, for example, the head portion 2 is scanned along the plane while the wheels 7 are brought into contact with the plane and the optical axis of the image pickup apparatus 11 is maintained so as to be parallel to the plane with which the wheels 7 are abutted. The amount of movement per pulse signal input from the rotary encoder 8 is detected in advance from the amount of movement of the head unit 2 and the number of counts in the counter unit 23 when the head unit 2 is moved in the direction. Then, in the tablet PC 21, the movement amount of the head portion 2 on the measurement object is calculated by multiplying the movement amount per pulse by the count number at the time of measurement.

また、タブレットPC21では、光切断法を用いて測定対象物の三次元形状を算出する。例えば以下の手順で算出する。
まず、撮像装置11により撮影された撮像画像毎に、レーザスリット光パターンから光切断線a2を抽出し、光切断線a2が抽出された部位の各点の直交座標系上の位置を算出する。ここで抽出された光切断線a2上の各点の直交座標系上の位置を(x,y,z)とする。この直交座標系は、撮像装置11により撮影された撮像画像に設定される座標系であって、図4に示すように、撮像画像において、撮像装置11の光軸の延びる方向であるY軸と平行な方向、つまり、撮像画像の上下方向をy軸、y軸と直交する方向をx軸、つまり撮像画像の左右方向をx軸、とし、撮像画像においてx軸及びy軸と直交する方向をz軸としている。
Further, in the tablet PC 21, the three-dimensional shape of the object to be measured is calculated by using the optical cutting method. For example, it is calculated by the following procedure.
First, the optical cut line a2 is extracted from the laser slit light pattern for each image captured by the image pickup device 11, and the positions of the points where the light cut line a2 is extracted on the orthogonal coordinate system are calculated. Let (x, y, z) be the position of each point on the optical cut line a2 extracted here on the Cartesian coordinate system. This Cartesian coordinate system is a coordinate system set for the captured image captured by the image pickup device 11, and as shown in FIG. 4, the orthogonal coordinate system is the Y axis which is the direction in which the optical axis of the image pickup device 11 extends in the captured image. The parallel direction, that is, the vertical direction of the captured image is the y-axis, the direction orthogonal to the y-axis is the x-axis, that is, the left-right direction of the captured image is the x-axis, and the direction orthogonal to the x-axis and the y-axis in the captured image is It is the z-axis.

抽出された光切断線a2上の各点の直交座標系上の位置を(x,y,z)とすると、図6に示すように、ヘッド部2が、Y軸方向の位置がY0の地点にあるタイミングで撮影された光切断線a2の画像からは、光切断線a2単独で求めたxyz直交座標系上の各点の座標値(x,y,z)に、ヘッド部2の測定対象物上の位置Y0を加算したデータ(x,Y0+y,z)が、三次元データとして求まる。同様に、ヘッド部2の位置をY軸方向ミラー12側に移動させn番目の位置Ynで計測したときの光切断線a2上の各点の位置は(x,Yn+y,z)として求まる。したがって、ヘッド部2を移動させながら計測した各光切断線a2の画像から光切断線a2の位置情報を検出し、ヘッド部2の位置情報を統合し、これを、計測した全撮像画像について合成すれば、計測した全領域における測定対象物の三次元形状を得ることができる。なお、図6は三次元形状の算出方法を説明するため模式的に表した図であるため、光切断線抽出のピッチを粗くしているが、実際には密なピッチでの計測を行っている。 Assuming that the position of each point on the extracted optical cutting line a2 on the Cartesian coordinate system is (x, y, z), the position of the head portion 2 in the Y-axis direction is Y0 as shown in FIG. From the image of the optical cutting line a2 taken at a certain timing, the coordinate values (x, y, z) of each point on the xyz Cartesian coordinate system obtained by the optical cutting line a2 alone are set to the measurement target of the head portion 2. The data (x, Y0 + y, z) obtained by adding the position Y0 on the object is obtained as three-dimensional data. Similarly, the position of each point on the optical cut line a2 when the position of the head portion 2 is moved to the Y-axis direction mirror 12 side and measured at the nth position Yn is obtained as (x, Yn + y, z). Therefore, the position information of the optical cutting line a2 is detected from the image of each optical cutting line a2 measured while moving the head unit 2, the position information of the head unit 2 is integrated, and this is synthesized for all the measured captured images. Then, it is possible to obtain a three-dimensional shape of the object to be measured in the entire measured area. Since FIG. 6 is a schematic representation for explaining the calculation method of the three-dimensional shape, the pitch of the optical cutting line extraction is roughened, but in reality, the measurement is performed at a dense pitch. There is.

図7及び図8は、タブレットPC21における画像処理演算の処理手順の一例を示すフローチャートである。
ここで、作業者は、三次元形状を計測する場合には、例えば図3(a)に示すようにヘッド部2を把持し、車輪7を測定対象物の表面に当接させ、撮像装置11の光軸が、測定対象物の表面と平行となるようにヘッド部2を維持した状態で、測定対象物の表面に沿ってヘッド部2をY軸方向に移動させる。
図7に示すように、タブレットPC21は、計測時には、撮像装置11により予め設定したタイミングで測定対象物を撮影させる。
7 and 8 are flowcharts showing an example of the processing procedure of the image processing operation in the tablet PC 21.
Here, when measuring the three-dimensional shape, the operator grips the head portion 2 as shown in FIG. 3A, brings the wheel 7 into contact with the surface of the object to be measured, and causes the image pickup apparatus 11. While maintaining the head portion 2 so that the optical axis of the object is parallel to the surface of the object to be measured, the head portion 2 is moved along the surface of the object to be measured in the Y-axis direction.
As shown in FIG. 7, at the time of measurement, the tablet PC 21 causes the image pickup device 11 to take a picture of the object to be measured at a preset timing.

そして、撮像装置11から撮像情報を読み込むと共に、カウンタ部23からカウント数を読み込む(ステップS1)。なお、カウンタ部23では計測開始時にカウント数を零にリセットするようになっている。
そして、撮像情報に基づき撮像画像をタブレットPC21の表示装置に表示すると共に、ステップS1で読み込んだ撮像情報とカウント数とを対応付けて記憶部に格納する(ステップS2)。
ステップS1及びステップS2の処理を繰り返し行い、所定数のデータ読み込みを行ったならば(ステップS3)計測を終了する。例えば、予め設定したタブレットPC21内の記憶部の記憶容量に応じたデータ数のデータ読み込みが行われたとき、或いは、タブレットPC21において作業者により計測終了を指示する操作が行われたとき等に、計測を終了する。
Then, the image pickup information is read from the image pickup apparatus 11, and the count number is read from the counter unit 23 (step S1). The counter unit 23 resets the count number to zero at the start of measurement.
Then, the captured image is displayed on the display device of the tablet PC 21 based on the captured information, and the captured image read in step S1 and the count number are associated and stored in the storage unit (step S2).
When the processes of steps S1 and S2 are repeated and a predetermined number of data are read (step S3), the measurement is terminated. For example, when the number of data is read according to the storage capacity of the storage unit in the tablet PC 21 set in advance, or when the tablet PC 21 is operated by the operator to instruct the end of measurement. End the measurement.

これにより、撮像装置11によって撮影された、測定対象物のレーザスリット光源13及び白色LED光源15により照射されている領域が、ヘッド部2の移動に伴って順次更新されつつタブレットPC21の表示装置に表示される。
タブレットPC21は、このようにして計測した撮像情報を用いて解析を行う場合には、図8に示すように、まず記憶部からカウント数と対応付けられた撮像情報を読み出す(ステップS11)。
撮像情報に基づき撮像画像から光切断線a2を抽出し(ステップS12)、光切断線a2を、撮像画像におけるxyz直交座標上の形状データに変換する(ステップS13)。
As a result, the area illuminated by the laser slit light source 13 and the white LED light source 15 of the measurement object photographed by the image pickup device 11 is sequentially updated as the head portion 2 moves, and is displayed on the display device of the tablet PC 21. Is displayed.
When the tablet PC 21 performs analysis using the image pickup information measured in this way, first, as shown in FIG. 8, the tablet PC 21 first reads the image pickup information associated with the count number from the storage unit (step S11).
The optical cut line a2 is extracted from the captured image based on the captured information (step S12), and the optical cut line a2 is converted into shape data on xyz Cartesian coordinates in the captured image (step S13).

続いて、カウント数に、予め設定したパルス信号1パルスあたりの移動距離を乗算し、ヘッド部2の位置情報Ynに変換する。このYnは、計測開始時点におけるヘッド部2の位置からの移動距離を表す(ステップS14)。
ステップS13で得た撮像画像上のxyz直交座標系における形状データと、ステップS14で得たヘッド部2の位置とを合成することにより、ヘッド部2がY0からYnにあるときまでの測定対象物の光切断線a2に対応する部位における三次元データを構築する(ステップS15)。
Subsequently, the count number is multiplied by the moving distance per pulse of the preset pulse signal, and converted into the position information Yn of the head unit 2. This Yn represents the moving distance from the position of the head portion 2 at the start of measurement (step S14).
By synthesizing the shape data in the xyz orthogonal coordinate system on the captured image obtained in step S13 and the position of the head portion 2 obtained in step S14, the object to be measured from Y0 to Yn. Three-dimensional data is constructed at the portion corresponding to the optical cut line a2 of (step S15).

そして、所定の撮像画像全てについて三次元データを生成するまでステップS11からステップS15の処理を繰り返し行い、所定の撮像画像全てについて三次元データを作成したならば(ステップS16)、撮影開始時から撮影終了時までの間に走査した測定対象物の表面上の領域に対応する三次元形状を、例えばタブレットPC21が有する表示装置に表示する。また、得られた三次元形状に基づき解析を行い、解析結果を表示装置に表示する。そして処理を終了する(ステップS17)。
三次元形状に基づく解析では、例えば、測定対象物の三次元形状から得られる摩耗領域と予測される凹凸等について最大深さや摩耗部位の面積等の算出を行う。
Then, if the processing of steps S11 to S15 is repeated until the three-dimensional data is generated for all the predetermined captured images and the three-dimensional data is created for all the predetermined captured images (step S16), the image is taken from the start of shooting. The three-dimensional shape corresponding to the region on the surface of the object to be measured scanned until the end time is displayed on, for example, the display device of the tablet PC 21. In addition, analysis is performed based on the obtained three-dimensional shape, and the analysis result is displayed on the display device. Then, the process is terminated (step S17).
In the analysis based on the three-dimensional shape, for example, the maximum depth, the area of the wear portion, and the like are calculated for the unevenness and the like predicted to be the wear region obtained from the three-dimensional shape of the object to be measured.

次に、上記実施形態の動作を説明する。
作業者は、図3に示すように、ヘッド部2を直接把持するか又はヘッド部2に棒状の治具28を取り付け、この治具28を介してヘッド部2を間接的に把持した状態で、車輪7を測定対象物の表面に当接させ、撮像装置11の光軸が、測定対象物の表面と平行となるようにヘッド部2を維持した状態で、ヘッド部2を測定対象物の表面に沿って移動させる。
ヘッド部2の移動に伴い、撮像装置11による撮影が行われ、測定対象物上におけるヘッド部2の現在位置に対応した撮像画像がタブレットPC21の表示装置に表示される。具体的には、図4に示すように、測定対象物の光切断線a2とLED照射領域a1とが表示される。
Next, the operation of the above embodiment will be described.
As shown in FIG. 3, the operator directly grips the head portion 2 or attaches a rod-shaped jig 28 to the head portion 2 and indirectly grips the head portion 2 via the jig 28. The head portion 2 is placed on the object to be measured while the wheel 7 is brought into contact with the surface of the object to be measured and the head portion 2 is maintained so that the optical axis of the image pickup apparatus 11 is parallel to the surface of the object to be measured. Move along the surface.
As the head unit 2 moves, an image is taken by the image pickup device 11, and an image captured image corresponding to the current position of the head unit 2 on the measurement object is displayed on the display device of the tablet PC 21. Specifically, as shown in FIG. 4, the light cut line a2 and the LED irradiation area a1 of the measurement target are displayed.

作業者は、ヘッド部2を移動させつつタブレットPC21で撮像画像を観察することにより、光切断線a2のパターンから測定対象物の凹凸の発生状況を認識することができ、LED照射領域a1の表示画像を観察することによって、測定対象物の凹凸が生じている部位近傍の外観を認識することができる。つまり、光切断線a2とLED照射領域a1とから、測定対象物をあたかも目視しているかのようにその形状を認識することができる。
また、ヘッド部2の移動に伴い、測定対象物の表面の各時点における撮像情報と、カウンタ部23でのカウント数とが対応付けられてタブレットPC21の記憶部に記憶される。
By observing the captured image with the tablet PC 21 while moving the head portion 2, the operator can recognize the occurrence state of the unevenness of the measurement object from the pattern of the optical cut line a2, and display the LED irradiation area a1. By observing the image, it is possible to recognize the appearance of the vicinity of the portion where the unevenness of the measurement object is generated. That is, the shape of the object to be measured can be recognized from the light cutting line a2 and the LED irradiation area a1 as if the object to be measured is visually observed.
Further, as the head unit 2 moves, the imaging information at each time point on the surface of the object to be measured is associated with the count number in the counter unit 23 and stored in the storage unit of the tablet PC 21.

計測終了後、作業者が、例えばタブレットPC21で、解析処理の開始を指示する操作を行うと、記憶部に記憶された撮像情報に対して解析処理が行われ、測定対象物の三次元形状が表示装置に表示され、また、測定対象物に存在する凹凸の最大深さ或いは、凹凸が生じている部位の面積等が表示される。
作業者はこの表示を見ることによって、測定対象物の凹凸の発生状況や凹凸の生じている面積、深さ等を認識することができる。
After the measurement is completed, when the operator performs an operation instructing the start of the analysis process, for example, on the tablet PC 21, the analysis process is performed on the image pickup information stored in the storage unit, and the three-dimensional shape of the object to be measured is formed. It is displayed on the display device, and the maximum depth of the unevenness existing in the object to be measured, the area of the portion where the unevenness is generated, and the like are displayed.
By looking at this display, the operator can recognize the state of occurrence of unevenness of the object to be measured, the area where the unevenness is generated, the depth, and the like.

このように、車輪7を測定対象物の表面に当接させた状態でヘッド部2を測定対象物の表面に沿って移動させることにより、測定対象物の表面の状況が、光切断線a2及びLED照射領域a1の撮像画像として表示装置に表示される。そのため、作業者は実際に測定対象物を目視しなくても、撮像画像を見ることにより、測定対象物の表面の三次元形状を容易に認識することができる。また、光切断線a2の取得と、測定対象物の表面の撮像画像の取得とを、個別に行うようにした場合、光切断線a2に対応する、測定対象物の表面の撮像画像を得るためには、光切断線a2の取得のための走査を行った箇所をもう一度走査する必要があり、走査箇所がずれた場合には、光切断線a2に対応した表面の撮像画像を得ることができない。図1に示す三次元形状計測装置1の場合、一度の走査で光切断線a2とこの光切断線a2に対応する表面の撮像画像を得ることができ、使い勝手を向上させることができると共に、光切断線a2に対応する表面の撮像画像を容易に得ることができる。 In this way, by moving the head portion 2 along the surface of the measurement object with the wheel 7 in contact with the surface of the measurement object, the state of the surface of the measurement object can be changed to the light cutting line a2 and the light cutting line a2. It is displayed on the display device as an captured image of the LED irradiation area a1. Therefore, the operator can easily recognize the three-dimensional shape of the surface of the measurement object by looking at the captured image without actually visually observing the measurement object. Further, when the acquisition of the optical cut line a2 and the acquisition of the captured image of the surface of the measurement target are individually performed, in order to obtain the captured image of the surface of the measurement target corresponding to the optical cut line a2. In order to obtain the optical cut line a2, it is necessary to scan the scanned portion again, and if the scanned portion is displaced, the captured image of the surface corresponding to the optical cut line a2 cannot be obtained. .. In the case of the three-dimensional shape measuring device 1 shown in FIG. 1, the optical cut line a2 and the captured image of the surface corresponding to the optical cut line a2 can be obtained by one scanning, the usability can be improved, and the light can be improved. An image of the surface corresponding to the cutting line a2 can be easily obtained.

また、ヘッド部2は、図1に示すように、図1においてY軸方向に長い撮像装置11及びレーザスリット光源13を、Y軸方向に沿って配置し、ミラー12及びミラー14を設けることにより、Z軸方向、つまり高さ方向の光路長を短くしている。そのため、撮像装置11の光軸及びレーザスリット光源13の照射方向が測定対象物の表面に対して垂直となるように配置される場合と比較して、ヘッド部2及び脚部6のZ軸方向の長さをより短くすることができ、その分、ヘッド部2の薄型化及び小型化を図ることができる。 Further, as shown in FIG. 1, the head portion 2 is formed by arranging an image pickup device 11 and a laser slit light source 13 which are long in the Y-axis direction in FIG. 1 along the Y-axis direction and providing a mirror 12 and a mirror 14. , The optical path length in the Z-axis direction, that is, in the height direction is shortened. Therefore, the Z-axis direction of the head portion 2 and the leg portion 6 is compared with the case where the optical axis of the image pickup apparatus 11 and the irradiation direction of the laser slit light source 13 are arranged so as to be perpendicular to the surface of the object to be measured. The length of the head portion 2 can be made shorter, and the head portion 2 can be made thinner and smaller accordingly.

そのため、水力発電所の水車羽根の形状計測を行う場合等、測定対象物の周囲の空間が狭い場所に存在する測定対象物の計測を行う場合等であっても、車輪7a、7bを測定対象物に接した状態で移動させることができる。そして、作業者は、目視を行うことはできないものの、ヘッド部2の現在位置における測定対象物の状況は撮像画像としてタブレットPC21に表示されるため、撮像画像を見ながらヘッド部2を移動させることによって、目視ができない部位の凹凸状況等も容易に把握することができる。つまり、目視はできない水車羽根の実際の摩耗状況を把握することができるため、水車羽根の修理のタイミングを的確に判断することができ、結果的に水車羽根の点検と修理の周期を延長することができる。 Therefore, even when measuring the shape of the turbine blades of a hydropower plant, or when measuring an object to be measured that exists in a narrow space around the object to be measured, the wheels 7a and 7b are to be measured. It can be moved while in contact with an object. Then, although the operator cannot visually check the state of the object to be measured at the current position of the head portion 2, the tablet PC 21 displays the status of the measurement target at the current position of the head portion 2, so that the operator moves the head portion 2 while looking at the captured image. Therefore, it is possible to easily grasp the unevenness of the portion that cannot be visually observed. In other words, since the actual wear status of the turbine blades, which cannot be visually observed, can be grasped, the timing of repairing the turbine blades can be accurately determined, and as a result, the cycle of inspection and repair of the turbine blades can be extended. Can be done.

水力発電所の水車羽根等大型の部材の形状計測を行う場合には、タブレットPC21とヘッド部2とを携帯し、ヘッド部2を走査しながらタブレットPC21に表示される撮像画像を参照しながら計測を行えばよい。
また、車輪7を測定対象物の表面に当接させた状態でヘッド部2を測定対象物の表面に沿って移動させるという簡易な操作で計測を行うことができ、また、ヘッド部2と解析処理部3という簡易な構成で安価に実現することができるため、使い勝手を向上させることができ、汎用性の高い三次元形状計測装置を実現することができる。
When measuring the shape of a large member such as a water turbine blade of a hydroelectric power plant, the tablet PC 21 and the head portion 2 are carried, and the measurement is performed while scanning the head portion 2 and referring to the captured image displayed on the tablet PC 21. You just have to do.
Further, the measurement can be performed by a simple operation of moving the head portion 2 along the surface of the measurement target in a state where the wheel 7 is in contact with the surface of the measurement target, and the measurement can be performed with the head portion 2. Since it can be realized at low cost with a simple configuration of the processing unit 3, usability can be improved and a highly versatile three-dimensional shape measuring device can be realized.

また、ヘッド部2の走査方向であるY軸方向と直交するX軸方向に配置された2つの脚部6a、6bを架台5に固定し、脚部6a、6bに設けられた車輪7a、7bを測定対象物の表面に当接させた状態で、撮像装置11の光軸が測定対象物の表面と平行となるようにヘッド部2を維持するようにしている。ここで、測定対象物が平坦面と曲率の異なる曲面とが組み合わさったような複雑な形状であるとき、ヘッド部2を四輪で支持するようにした場合、各輪が接する部分に形状の異なる凹凸が生じている時等には、架台5を四輪で支持することはできるものの、撮像装置11の光軸が測定対象物の表面と平行となるようにヘッド部2を保持することが困難となる。そのため、測定対象物とヘッド部2とを一定距離に保つことができず、得られる光切断線a2に、測定対象物に生じた凹凸に起因する振動だけでなく、測定対象物の形状そのものに起因する振動も含まれる可能性がある。 Further, the two legs 6a and 6b arranged in the X-axis direction orthogonal to the Y-axis direction which is the scanning direction of the head portion 2 are fixed to the gantry 5, and the wheels 7a and 7b provided on the legs 6a and 6b are provided. The head portion 2 is maintained so that the optical axis of the image pickup apparatus 11 is parallel to the surface of the object to be measured in a state of being in contact with the surface of the object to be measured. Here, when the object to be measured has a complicated shape such as a combination of a flat surface and a curved surface having a different curvature, when the head portion 2 is supported by four wheels, the shape is formed at the portion where each wheel contacts. When different irregularities occur, the gantry 5 can be supported by four wheels, but the head portion 2 can be held so that the optical axis of the image pickup apparatus 11 is parallel to the surface of the object to be measured. It will be difficult. Therefore, the object to be measured and the head portion 2 cannot be kept at a constant distance, and the obtained optical cut line a2 has not only the vibration caused by the unevenness generated in the object to be measured but also the shape of the object to be measured itself. The resulting vibration may also be included.

これに対し、図1に示すヘッド部2では、2つの車輪7a、7bを測定対象物の表面に当接させた状態で、撮像装置11の光軸が測定対象物の表面と平行となるようにヘッド部2を維持するようにしており、測定対象物とヘッド部2との間の距離を、脚部6a、6bのみを介して保つようにしている。そのため、ヘッド部2を四輪で支持する場合と比較して、測定対象物とヘッド部2との間の距離を、より一定に保つことができ、測定対象物の形状そのものに起因する測定対象物とヘッド部2との間の距離変動を抑制することができる。その結果、撮像装置11やレーザスリット光の焦点が合った条件下で測定対象物の計測を行うことができるため、測定対象物の表面の微小な凹凸形状等をより精度良く検出することができる。さらに四輪を設ける場合と比較して二輪を設ける方が三次元形状計測装置1の小型化を図ることができる。 On the other hand, in the head portion 2 shown in FIG. 1, the optical axis of the image pickup apparatus 11 is parallel to the surface of the measurement object in a state where the two wheels 7a and 7b are in contact with the surface of the measurement object. The head portion 2 is maintained, and the distance between the object to be measured and the head portion 2 is maintained only through the legs 6a and 6b. Therefore, the distance between the object to be measured and the head portion 2 can be kept more constant as compared with the case where the head portion 2 is supported by four wheels, and the measurement object due to the shape of the object to be measured itself can be maintained. It is possible to suppress the fluctuation of the distance between the object and the head portion 2. As a result, since the measurement object can be measured under the condition that the image pickup device 11 and the laser slit light are in focus, it is possible to more accurately detect the minute uneven shape of the surface of the measurement object. .. Further, it is possible to reduce the size of the three-dimensional shape measuring device 1 by providing two wheels as compared with the case where four wheels are provided.

また、ミラー12で直角に折り曲げられた撮像装置11の光軸と、ミラー14で折り曲げられたレーザスリット光源13から出射されたレーザスリット光とが、車輪7a、7bと車輪7が当接される平面との接点間を結ぶ直線上で重なるようにすることによって、ミラー14で折り曲げられたレーザスリット光源13の照射光が、車輪7a、7bと測定対象物との接点間を結ぶ直線上を照射するようにしている。そのため、撮像装置11の光軸が測定対象物の表面と平行となるように作業者がヘッド部2を保持している状態で、手振れ等によりヘッド部2がヘッド部2の走査方向前後に傾いたとしても、ヘッド部2の姿勢変化に伴うレーザスリット光の照射位置の変化は、ミラー14で折り曲げられたレーザスリット光源13の照射光が、車輪7a、7bと測定対象物との接点間を結ぶ直線よりもY軸方向に離れた位置を照射する場合に比較して小さい。 Further, the optical axis of the image pickup apparatus 11 bent at a right angle by the mirror 12 and the laser slit light emitted from the laser slit light source 13 bent by the mirror 14 are brought into contact with the wheels 7a and 7b. By overlapping on a straight line connecting the contacts with the flat surface, the irradiation light of the laser slit light source 13 bent by the mirror 14 illuminates the straight line connecting the contacts between the wheels 7a and 7b and the object to be measured. I try to do it. Therefore, while the operator holds the head portion 2 so that the optical axis of the image pickup apparatus 11 is parallel to the surface of the object to be measured, the head portion 2 tilts back and forth in the scanning direction of the head portion 2 due to camera shake or the like. Even so, the change in the irradiation position of the laser slit light due to the change in the posture of the head portion 2 is such that the irradiation light of the laser slit light source 13 bent by the mirror 14 causes the contact between the wheels 7a and 7b and the object to be measured. It is smaller than the case of irradiating a position farther in the Y-axis direction than the connecting straight line.

このため、手振れ等によりヘッド部2の姿勢を一定に保つことができず測定対象物とヘッド部2との間の距離を一定とすることができないことに起因した、光切断線a2に生じる誤差を低減することができ、結果的に、三次元形状の計測精度の低下を抑制することができる。
また、ミラー12で直角に折り曲げられた撮像装置11の光軸と、ミラー14で折り曲げられたレーザスリット光とが、車輪7a、7bと車輪7が当接される平面との接点間を結ぶ直線上で重なるようにすることにより、撮像装置11が、車輪7と車輪7が当接される平面との接点間を結ぶ直線を中心としてこの接点間を結ぶ直線を含む領域を撮影するようにしている。そのため、撮像画像において、光切断線a2が上下方向中央に位置して表示され、撮像画像において上下方向中央が光切断線a2の基準となるため、光切断線a2の振幅方向を視覚的に容易に認識することができ、その結果、測定対象物が凹状であるのか凸状であるのかを容易に認識することができる。
For this reason, an error occurs in the optical cut line a2 due to the fact that the posture of the head portion 2 cannot be kept constant due to camera shake or the like and the distance between the object to be measured and the head portion 2 cannot be kept constant. As a result, it is possible to suppress a decrease in the measurement accuracy of the three-dimensional shape.
Further, the optical axis of the image pickup device 11 bent at a right angle by the mirror 12 and the laser slit light bent by the mirror 14 are a straight line connecting the contact points between the wheels 7a and 7b and the plane on which the wheels 7 abut. By overlapping on the above, the image pickup device 11 takes an image of a region including a straight line connecting the contact points with the straight line connecting the contact points between the wheels 7 and the plane on which the wheels 7 are in contact. There is. Therefore, in the captured image, the optical cut line a2 is displayed located at the center in the vertical direction, and in the captured image, the center in the vertical direction serves as a reference for the optical cut line a2, so that the amplitude direction of the optical cut line a2 is visually easy. As a result, it is possible to easily recognize whether the object to be measured is concave or convex.

また、水車羽根の摩耗計測においては、水車羽根全体の曲面形状そのものを計測することを目的としておらず、水車羽根全体の曲面形状のうちの、局所的な摩耗形状を計測することを目的としている。本実施形態では、前述のように、車輪7を測定対象物の表面に当接させ、撮像装置11の光軸が測定対象物の表面と平行となるようにヘッド部2を維持した状態で測定対象物の表面に沿って移動させることにより、測定対象物とヘッド部2との間の距離が一定となるようにすることができるため、水車羽根全体の曲面形状の変化は検出せずに、局所的な摩耗形状のみを計測することができる。 Further, in the wear measurement of the turbine blades, the purpose is not to measure the curved surface shape of the entire turbine blades themselves, but to measure the local wear shape of the curved surface shapes of the entire turbine blades. .. In the present embodiment, as described above, the wheel 7 is brought into contact with the surface of the object to be measured, and the head portion 2 is maintained so that the optical axis of the image pickup apparatus 11 is parallel to the surface of the object to be measured. By moving along the surface of the object, the distance between the object to be measured and the head portion 2 can be made constant, so that the change in the curved shape of the entire turbine blade is not detected. Only local wear shapes can be measured.

また、車輪7は磁石等によって構成されているため、測定対象物が鉄や、磁性を持つステンレス等の鋼からなる素材の場合には、車輪7が常に測定対象物に吸着し、車輪7がスリップすることなく回転する。そのため、ロータリエンコーダ8から出力されるパルス信号は、車輪7の回転数を高精度に反映した信号となり、測定対象物上におけるヘッド部2の位置を高精度に検出することができる。
また、車輪7が磁石によって常に測定対象物に吸着しているため、常に車輪7の測定対象物との接点を基準とする測定対象表面の形状計測を行うことができる。
Further, since the wheel 7 is composed of a magnet or the like, when the object to be measured is made of iron or a material made of steel such as stainless steel having magnetism, the wheel 7 is always attracted to the object to be measured and the wheel 7 is generated. Rotates without slipping. Therefore, the pulse signal output from the rotary encoder 8 becomes a signal that reflects the rotation speed of the wheel 7 with high accuracy, and the position of the head portion 2 on the measurement object can be detected with high accuracy.
Further, since the wheel 7 is always attracted to the object to be measured by the magnet, the shape of the surface of the object to be measured can always be measured with reference to the contact point of the wheel 7 with the object to be measured.

さらに、車輪7が測定対象物に吸着しているため、ヘッド部2の走査方向が車輪7の向きで制約される。そのため、左右方向のスリップを抑制することがないため、ヘッド部2を前後方向に安定して移動させることができ、垂直な面や天井等、水平な面ではない場所であっても計測することができる。
また、車輪7が測定対象物に吸着するため、図3(b)に示すようにヘッド部2に治具28を取り付けて測定対象物を走査する場合等でも、車輪7を常に測定対象物の表面に当接させた状態で移動させることができ安定した計測を行うことができる。
Further, since the wheel 7 is attracted to the object to be measured, the scanning direction of the head portion 2 is restricted by the direction of the wheel 7. Therefore, since slip in the left-right direction is not suppressed, the head portion 2 can be stably moved in the front-rear direction, and measurement can be performed even in a place other than a horizontal surface such as a vertical surface or a ceiling. Can be done.
Further, since the wheel 7 is attracted to the object to be measured, the wheel 7 is always the object to be measured even when the jig 28 is attached to the head portion 2 to scan the object to be measured as shown in FIG. 3 (b). It can be moved while in contact with the surface, and stable measurement can be performed.

また、測定対象物上におけるヘッド部2の現在位置を、ロータリエンコーダ8を用いて計測している。そのため、ヘッド部2を作業者が手で移動させたときに、ヘッド部2の移動速度が一定でなくとも、測定対象物上におけるヘッド部2の現在位置を高精度に検出することができる。したがって、このヘッド部2の現在位置に基づき検出される測定対象物の三次元形状をより高精度に構築することができる。
また、本実施形態における三次元形状計測装置1を用いることにより、測定対象物の外観を撮像画像上で観察することができるため、例えば水車羽根等において、従来目視確認することができないような奥まった部位についても、摩耗状況を容易に観察することができる。さらに、光切断線から摩耗の発生を認めた部位について、その外観をLED照射領域a1において観察することができるため、摩耗部の目視検出と形状計測とを容易に行うことができる。
Further, the current position of the head portion 2 on the object to be measured is measured by using the rotary encoder 8. Therefore, when the head portion 2 is manually moved by the operator, the current position of the head portion 2 on the object to be measured can be detected with high accuracy even if the moving speed of the head portion 2 is not constant. Therefore, it is possible to construct the three-dimensional shape of the measurement object detected based on the current position of the head portion 2 with higher accuracy.
Further, by using the three-dimensional shape measuring device 1 in the present embodiment, the appearance of the object to be measured can be observed on the captured image. It is possible to easily observe the wear condition of the damaged part. Further, since the appearance of the portion where the occurrence of wear is recognized from the light cutting line can be observed in the LED irradiation region a1, the visually detected and shape measurement of the worn portion can be easily performed.

なお、上記実施形態においては、取得した所定データ数分の撮像画像に基づき測定対象物の三次元形状を演算し、この三次元形状に基づき測定対象物の凹凸の深さ等を検出する場合について説明したが、これに限るものではない。例えば、図9に示すように、撮像画像に対し、光切断線の変動状況から測定対象物の凹凸量を目視で判断するための罫線L1を重畳表示するようにしてもよい。
つまり、車輪7を平面に当接させ、撮像装置11の光軸が、車輪7が当接された平面と平行となるようにヘッド部2を維持した状態で、車輪7が当接された平面を撮影した撮像画像においては、光切断線a2は常に車輪7間を通る直線と重なる位置に表示される。そこで、この直線に相当する基準線L2と、基準線L2に平行な、所定の凹凸量に相当する複数の罫線L1とを、重畳表示する。
In the above embodiment, the three-dimensional shape of the measurement object is calculated based on the captured images for the number of acquired predetermined data, and the depth of the unevenness of the measurement object is detected based on the three-dimensional shape. I explained, but it is not limited to this. For example, as shown in FIG. 9, a ruled line L1 for visually determining the amount of unevenness of the measurement target from the fluctuation state of the optical cut line may be superimposed and displayed on the captured image.
That is, the wheel 7 is brought into contact with the plane, and the head portion 2 is maintained so that the optical axis of the image pickup device 11 is parallel to the plane with which the wheel 7 is abutted. In the captured image of the image, the optical cut line a2 is always displayed at a position overlapping the straight line passing between the wheels 7. Therefore, the reference line L2 corresponding to this straight line and a plurality of ruled lines L1 parallel to the reference line L2 and corresponding to a predetermined amount of unevenness are superimposed and displayed.

これによって、得られる光切断線a2と罫線L1との関係から、撮像画像において凹凸量を速やかに認識することができる。例えば、罫線L1のピッチを測定対象物の凹凸1mm相当に設定すれば、何mmの凹凸が形成されているのかを撮像画像から容易に認識することができる。
特に、水車羽根の摩耗部位の評価を行う場合、摩耗部位の最大深さで摩耗程度を評価する場合がある。その場合、摩耗部位を含む領域を含むようにヘッド部2を走査させ、撮像画像から、光切断線a2の振幅状況を観察して光切断線a2の振幅が最大となる位置を見つけることで、三次元形状演算を行うことなく、おおよその最大深さを容易に認識することができる。
As a result, the amount of unevenness can be quickly recognized in the captured image from the relationship between the obtained optical cut line a2 and the ruled line L1. For example, if the pitch of the ruled line L1 is set to correspond to the unevenness of 1 mm of the object to be measured, it is possible to easily recognize from the captured image how many mm of the unevenness is formed.
In particular, when evaluating the worn portion of the turbine blade, the degree of wear may be evaluated based on the maximum depth of the worn portion. In that case, the head portion 2 is scanned so as to include the area including the worn portion, and the amplitude state of the optical cutting line a2 is observed from the captured image to find the position where the amplitude of the optical cutting line a2 is maximized. The approximate maximum depth can be easily recognized without performing three-dimensional shape calculation.

さらに、撮像画像には、光切断線a2とLED照射領域a1とが含まれ、LED照射領域a1は測定対象物の光切断線a2に相当する部分近傍の領域を撮影したものであるから、LED照射領域a1を参照することによって、光切断線a2に対応する部位近傍の外観形状を観察することができる。すなわち光切断線a2により最大深さを判断された部位近傍の外観をLED照射領域a1で観察することができるため、測定対象物を目視している場合と同様に観察することができる。 Further, since the captured image includes the light cut line a2 and the LED irradiation area a1, the LED irradiation area a1 is a photograph of a region in the vicinity of the portion corresponding to the light cut line a2 of the measurement target, and therefore the LED. By referring to the irradiation region a1, the appearance shape in the vicinity of the portion corresponding to the light cutting line a2 can be observed. That is, since the appearance of the vicinity of the portion whose maximum depth is determined by the light cutting line a2 can be observed in the LED irradiation region a1, it can be observed in the same manner as when the object to be measured is visually observed.

また、このとき、LED照射領域a1についてのみ局所的に照射するようにしているため、LED照射領域a1用の照射と、光切断線a2用の照射とを同時に行ったとしても、LED照射領域a1の明るさによって光切断線a2が見えにくくなる等が生じることはなく、LED照射領域a1と光切断線a2とを同時に一つ撮像画像に含めることができる。そのため、例えば、LED照射領域a1撮影用の撮像装置と光切断線a2撮影用の撮像装置とを個別に設ける必要はなく、一つの撮像装置11によって、LED照射領域a1及び光切断線a2を共に撮影することができる。つまり、三次元形状計測装置1の構成品の削減を図ることができるため、その分、ヘッド部2の小型化を図ることができる。また、レーザスリット光を折り曲げるためのミラー14を利用して、白色LED光源15の照射光も反射させているため、別途白色LED光源15の照射光を反射させるためのミラーを設ける必要がなく、その分、ヘッド部2の小型化を図ることができる。 Further, at this time, since only the LED irradiation area a1 is locally irradiated, even if the irradiation for the LED irradiation area a1 and the irradiation for the light cutting line a2 are performed at the same time, the LED irradiation area a1 The light cut line a2 does not become difficult to see due to the brightness of the LED irradiation region a1 and the light cut line a2 can be included in the captured image at the same time. Therefore, for example, it is not necessary to separately provide an image pickup device for shooting the LED irradiation area a1 and an image pickup device for shooting the light cut line a2, and the LED irradiation area a1 and the light cut line a2 are both provided by one image pickup device 11. You can shoot. That is, since the number of components of the three-dimensional shape measuring device 1 can be reduced, the size of the head portion 2 can be reduced accordingly. Further, since the mirror 14 for bending the laser slit light is used to reflect the irradiation light of the white LED light source 15, it is not necessary to separately provide a mirror for reflecting the irradiation light of the white LED light source 15. Therefore, the size of the head portion 2 can be reduced.

また、上記実施形態においては、ミラー12で折り曲げられた撮像装置11の光軸と、ミラー14で折り曲げられたレーザスリット光源13の照射光とが、車輪7a、7bと車輪7が当接される平面との接点間を結ぶ直線上で重なるようにすることで、撮像装置11の撮像画像において、その上下方向中央部に光切断線a2が位置するようにしている。したがって、ヘッド部2が測定対象面から傾いても、傾きの支点がタイヤ中心軸となるために、基準高さ(タイヤ接地面)ではヘッド部2の傾きによる光切断線位置のずれは少なく、形状演算による高さ誤差は少ない。
また、ヘッド部2を測定対象物に沿って走査することで、三次元形状を構築することができるため、ヘッド部2によって走査することができれば水車羽根に限らず、自由形状の測定対象物の三次元計測を行うことができる。
Further, in the above embodiment, the optical axis of the image pickup apparatus 11 bent by the mirror 12 and the irradiation light of the laser slit light source 13 bent by the mirror 14 are brought into contact with the wheels 7a and 7b. By overlapping on a straight line connecting the contact points with the plane, the optical cut line a2 is located at the center of the image captured by the image pickup device 11 in the vertical direction. Therefore, even if the head portion 2 is tilted from the measurement target surface, the fulcrum of the tilt becomes the tire central axis, so that the deviation of the optical cutting line position due to the tilt of the head portion 2 is small at the reference height (tire contact patch). There is little height error due to shape calculation.
Further, since the three-dimensional shape can be constructed by scanning the head portion 2 along the measurement object, if the head portion 2 can be scanned, the measurement object is not limited to the water turbine blade and has a free shape. Three-dimensional measurement can be performed.

<変形例1>
上記実施形態においては、ミラー12で折り曲げられた撮像装置11の光軸と、ミラー14で折り曲げられたレーザスリット光源13の照射光とが、車輪7a、7bと車輪7が当接する平面との接点間を結ぶ直線上で重なるようにした場合について説明したがこれに限るものではない。車輪7を平面に当接させ、カメラ光軸のラスタ方向とレーザスリット光とが平行になるように調整した状態で、車輪7a、7bと平面との接点間を結ぶ直線が、車輪7が当接された平面上でY軸方向に平行に前後していても構わない。つまり、例えば、図10(a)に示すように、ミラー12で折り曲げられた撮像装置11の光軸とミラー14で折り曲げられたレーザスリット光の中心との位置関係はそのままで、脚部6のみをヘッド部2のミラー12側の先端部に設けてもよく、逆に、図10(b)に示すように、脚部6のみをレーザスリット光源13の近傍に設けてもよい。このように、脚部6を移動させたとしてもヘッド部2が測定対象物の表面に対して平行であれば測定精度は同等であるが、光軸線と脚部位置が異なっているためヘッド部2の傾きが大きくなると、高さの測定誤差が大きくなる。そのため、ヘッド部2は測定対象物の表面に対して平行となるように走査させることが好ましい。
<Modification 1>
In the above embodiment, the optical axis of the image pickup device 11 bent by the mirror 12 and the irradiation light of the laser slit light source 13 bent by the mirror 14 are the points of contact between the wheels 7a and 7b and the plane on which the wheels 7 abut. The case where they overlap on a straight line connecting the spaces has been described, but the present invention is not limited to this. With the wheel 7 in contact with a flat surface and adjusted so that the raster direction of the camera optical axis and the laser slit light are parallel to each other, the straight line connecting the contact points between the wheels 7a and 7b and the flat surface corresponds to the wheel 7. It may be back and forth parallel to the Y-axis direction on the tangent plane. That is, for example, as shown in FIG. 10A, the positional relationship between the optical axis of the image pickup apparatus 11 bent by the mirror 12 and the center of the laser slit light bent by the mirror 14 remains the same, and only the leg portion 6 is used. May be provided at the tip of the head portion 2 on the mirror 12 side, or conversely, as shown in FIG. 10B, only the leg portion 6 may be provided in the vicinity of the laser slit light source 13. In this way, even if the leg portion 6 is moved, if the head portion 2 is parallel to the surface of the object to be measured, the measurement accuracy is the same, but the optical axis and the leg portion position are different, so that the head portion The larger the inclination of 2, the larger the height measurement error. Therefore, it is preferable that the head portion 2 is scanned so as to be parallel to the surface of the object to be measured.

なお、図10(a)、(b)では、三次元形状計測装置1を簡略化しているが、図1に示す三次元形状計測装置1と配置位置は異なるが同一構成を有する。
同様に、ミラー12で折り曲げられた撮像装置11の光軸が、車輪7a、7bと測定対象物との接点間を結ぶ直線よりもY軸方向に離れた位置、つまり、車輪7a、7bと測定対象物との接点間を結ぶ直線を含む予め設定した領域内で測定対象物と交差するようにしてもよい。この場合、撮像画像における光切断線の表示位置が、撮像画像の上下方向にずれるため、撮像画像における光切断線の表示位置を考慮して、撮像装置11の光軸が撮像対象物と交差する位置、つまり、撮像装置11の撮像中心を設定すればよい。
Although the three-dimensional shape measuring device 1 is simplified in FIGS. 10A and 10B, it has the same configuration as the three-dimensional shape measuring device 1 shown in FIG. 1, although the arrangement position is different.
Similarly, the optical axis of the image pickup device 11 bent by the mirror 12 is measured at a position distant from the straight line connecting the contact points between the wheels 7a and 7b and the object to be measured in the Y-axis direction, that is, the wheels 7a and 7b. It may intersect with the object to be measured within a preset area including a straight line connecting the points of contact with the object. In this case, since the display position of the optical cut line in the captured image shifts in the vertical direction of the captured image, the optical axis of the image pickup device 11 intersects with the image pickup object in consideration of the display position of the optical cut line in the captured image. The position, that is, the image pickup center of the image pickup apparatus 11 may be set.

<変形例2>
上記実施形態においては、磁石等からなる車輪7を用いた場合について説明したが、車輪に限らず、ローラ、ボールキャスター等、走査方向に回転することの可能な回転体であれば適用することができる。ヘッド部2を測定対象物に対して一方向に走査させる観点から、車輪やローラ等、回転方向が一方向に制限される回転体を用いれば、走査時の手振れ等を低減することができる。
<Modification 2>
In the above embodiment, the case where the wheel 7 made of a magnet or the like is used has been described, but the present invention is not limited to the wheel, and can be applied to any rotating body such as a roller or a ball caster that can rotate in the scanning direction. can. From the viewpoint of scanning the head portion 2 in one direction with respect to the object to be measured, if a rotating body such as a wheel or a roller whose rotation direction is restricted to one direction is used, camera shake or the like during scanning can be reduced.

また、磁石に限らず、例えば、車輪7の表面に吸盤シート等の吸着性のある部材を配置する等、測定対象物に対して張り付く性質を有する素材で回転体を形成することで、車輪7を測定対象物に張り付いた状態に維持するようにしてもよい。
また、例えば、車輪7を設けずに脚部6を測定対象物の表面に直接当接させるようにしてもよい。車輪7を設けない場合、脚部6の測定対象物との接点が支点となってヘッド部2が傾く。車輪7を設けた場合、車輪7の回転中心が支点となってヘッド部2が傾くため、車輪7を設けない場合の方が、ヘッド部2が傾くことにより生じる光切断線の誤差を低減することができる。
Further, the wheel 7 is not limited to a magnet, but is formed by forming a rotating body with a material having a property of sticking to an object to be measured, for example, by arranging an attractive member such as a suction cup sheet on the surface of the wheel 7. May be kept stuck to the object to be measured.
Further, for example, the legs 6 may be brought into direct contact with the surface of the object to be measured without providing the wheels 7. When the wheel 7 is not provided, the head portion 2 tilts with the contact point of the leg portion 6 with the object to be measured as a fulcrum. When the wheel 7 is provided, the head portion 2 is tilted with the rotation center of the wheel 7 as a fulcrum. Therefore, when the wheel 7 is not provided, the error of the optical cutting line caused by the tilting of the head portion 2 is reduced. be able to.

<変形例3>
上記実施形態においては、ロータリエンコーダ8により、測定対象物上におけるヘッド部2の現在位置を検出する場合について説明したがこれに限るものではない。例えば、ヘッド部2の移動量を検出する移動量検出部としてリニアエンコーダを用い、測定対象物の表面の一部に固定点を設け、ヘッド部2にリニアエンコーダのセンサ部を設け測定対象物の固定点を基準としてリニアエンコーダのスケール部を設けること、或いは、ヘッド部に距離センサを設け、固定点からの移動距離を距離センサで検出すること等により、固定点からの移動距離を計測するようにしてもよい。車輪7を設けない場合には、このような距離センサによりヘッド部2の位置を検出するようにすればよい。
<Modification 3>
In the above embodiment, the case where the current position of the head portion 2 on the measurement object is detected by the rotary encoder 8 has been described, but the present invention is not limited to this. For example, a linear encoder is used as a movement amount detection unit for detecting the movement amount of the head unit 2, a fixed point is provided on a part of the surface of the measurement object, and a sensor unit of the linear encoder is provided on the head unit 2 to provide the measurement object. The movement distance from the fixed point is measured by providing a scale part of the linear encoder with the fixed point as a reference, or by providing a distance sensor in the head part and detecting the movement distance from the fixed point with the distance sensor. You may do it. When the wheels 7 are not provided, the position of the head portion 2 may be detected by such a distance sensor.

また、例えば、ヘッド部2の移動量を簡易的に検出するため、撮影画像の取り込みを等時間間隔で行うようにしてもよい。この場合、予めヘッド部2の移動距離を決めておき、決めておいた移動距離の範囲を、ヘッド部2が一定速度で移動するようにすれば、移動量を簡易に検出することができる。 Further, for example, in order to easily detect the amount of movement of the head portion 2, the captured images may be captured at equal time intervals. In this case, if the moving distance of the head portion 2 is determined in advance and the head portion 2 moves at a constant speed within the range of the determined moving distance, the moving amount can be easily detected.

<変形例4>
上記実施形態においては、ヘッド部2に2つの脚部6a、6bのみを固定し、この脚部6a、6bに設けられた車輪7a、7bを測定対象物の表面に当接させることにより、測定対象物とヘッド部2との間の距離を一定に保つ場合について説明しているがこれに限るものではない。例えば、測定対象物の表面が比較的なだらかな曲面或いは平面である場合には、脚部6a、6bとは別に、Y軸方向の位置が脚部6a、6bとは異なる位置に、脚部6a、6bと同じ長さの脚部を新たに設け、これら全ての脚部を測定対象物の表面に当接させる。これによって、ヘッド部2を、撮像装置11の光軸が測定対象物の表面と平行となるように維持するようにしてもよい。この場合、新たに設ける脚部を取り外し可能に構成し、測定対象物の表面が比較的なだらかな曲面或いは平面であるときには、取り外し可能な脚部を取り付けることによって、測定対象物の表面がなだらかな場合用の三次元形状計測装置と、測定対象物の表面が比較的複雑な凹凸形状である場合用の三次元形状計測装置とで、切り替え可能に構成してもよい。
<Modification example 4>
In the above embodiment, only two legs 6a and 6b are fixed to the head portion 2, and the wheels 7a and 7b provided on the legs 6a and 6b are brought into contact with the surface of the object to be measured for measurement. The case where the distance between the object and the head portion 2 is kept constant has been described, but the present invention is not limited to this. For example, when the surface of the object to be measured is a relatively gentle curved surface or a flat surface, the position in the Y-axis direction is different from that of the legs 6a and 6b, apart from the legs 6a and 6b. , 6b is newly provided with legs having the same length, and all these legs are brought into contact with the surface of the object to be measured. As a result, the head portion 2 may be maintained so that the optical axis of the image pickup apparatus 11 is parallel to the surface of the object to be measured. In this case, the newly provided legs are configured to be removable, and when the surface of the object to be measured has a relatively gentle curved surface or a flat surface, the removable legs are attached so that the surface of the object to be measured is smooth. It may be configured to be switchable between a three-dimensional shape measuring device for cases and a three-dimensional shape measuring device for cases where the surface of the object to be measured has a relatively complicated uneven shape.

また、Y軸方向の位置が脚部6a、6bとは異なる位置に、脚部6a、6bよりも多少長さの短い脚部を新たに設け、測定対象物の計測を行うときには脚部6a、6bのみを測定対象物の表面に当接させ、計測中に、一時的にヘッド部2の移動を停止する場合等には、脚部6a、6bと、新たに設けたより短い脚部とを、測定対象物の表面に当接させることによって、計測中ではないときにヘッド部2が自立できるように構成してもよい。 Further, a leg portion having a length slightly shorter than the leg portions 6a and 6b is newly provided at a position different from the leg portions 6a and 6b in the Y-axis direction, and the leg portion 6a and 6b are used when measuring the object to be measured. When only 6b is brought into contact with the surface of the object to be measured and the movement of the head portion 2 is temporarily stopped during the measurement, the legs 6a and 6b and the newly provided shorter legs are provided. The head portion 2 may be configured to be self-supporting when the measurement is not in progress by bringing it into contact with the surface of the object to be measured.

<変形例5>
上記実施形態においては、撮像装置11から常時撮像情報が出力される場合について説明したがこれに限るものではない。例えば、カウンタ部23から所定の移動距離毎にトリガ信号を発生させて撮像装置11に出力し、撮像装置11がトリガ信号を受信するタイミングで撮像情報をタブレットPC21に送信する。これによって、ヘッド部2が一定距離移動する毎に画像情報をタブレットPC21に出力する構成としてもよい。
<Modification 5>
In the above embodiment, the case where the image pickup information is constantly output from the image pickup apparatus 11 has been described, but the present invention is not limited to this. For example, a trigger signal is generated from the counter unit 23 for each predetermined movement distance and output to the image pickup device 11, and the image pickup information is transmitted to the tablet PC 21 at the timing when the image pickup device 11 receives the trigger signal. As a result, the image information may be output to the tablet PC 21 each time the head portion 2 moves a certain distance.

<変形例6>
上記実施形態においては、白色LED光源15を設けることによりLED照射領域a1の画像も得るようにしているが、必ずしもLED照射領域a1の画像を取得しなくともよい。例えば、曲面に細工された装飾品等の三次元形状を構築することができればよく、表面の状態は目視することができるような場合には、撮像装置11によりレーザスリット光による光切断線を収集すれば三次元形状を構築することができる。この場合、必ずしも撮像画像を表示装置に表示しなくともよい。この場合、図9と同様に、光切断線a2の変動状況から測定対象物の凹凸量を目視で判断するための罫線を重畳表示するようにすれば、表示画面上において、測定対象物の凹凸の程度を容易に認識することができる。
<Modification 6>
In the above embodiment, the image of the LED irradiation area a1 is also obtained by providing the white LED light source 15, but it is not always necessary to acquire the image of the LED irradiation area a1. For example, if it is only necessary to be able to construct a three-dimensional shape such as an ornament crafted on a curved surface and the state of the surface can be visually observed, the image pickup device 11 collects light cut lines by laser slit light. Then, a three-dimensional shape can be constructed. In this case, it is not always necessary to display the captured image on the display device. In this case, as in FIG. 9, if a ruled line for visually determining the amount of unevenness of the object to be measured is superimposed and displayed from the fluctuation state of the optical cut line a2, the unevenness of the object to be measured is displayed on the display screen. The degree of can be easily recognized.

<変形例7>
上記実施形態においては、ヘッド部2を、Y軸方向、つまり、ミラー12側に走査するようにした場合について説明したが、これに限らず、ミラー12とは逆側に走査するようにしてもよい。ヘッド部2をミラー12側及び逆側共に走査する場合には、例えばタブレットPC21において、走査方向を入力するようにし、設定された走査方向を考慮して三次元形状を構築すればよい。
<Modification 7>
In the above embodiment, the case where the head portion 2 is scanned in the Y-axis direction, that is, on the mirror 12 side has been described, but the present invention is not limited to this, and the head portion 2 may be scanned on the opposite side to the mirror 12. good. When scanning the head portion 2 on both the mirror 12 side and the opposite side, for example, in the tablet PC 21, the scanning direction may be input, and the three-dimensional shape may be constructed in consideration of the set scanning direction.

<変形例8>
図1に示すように架台5の上側に配置された撮像装置11及びミラー12と、架台5の下側に配置されたレーザスリット光源13とミラー14と白色LED光源15とを備えたヘッド部2において、架台5を挟んで上下を入れ替え、例えば、図11に示すように、架台5の上側に、レーザスリット光源13とミラー14と白色LED光源15とを配置し、架台5の下側に、撮像装置11及びミラー12とを配置してもよい。
また、図11において、撮像装置11とレーザスリット光源13とを入れ替えてもよい。
<Modification 8>
As shown in FIG. 1, a head portion 2 including an image pickup device 11 and a mirror 12 arranged on the upper side of the gantry 5, a laser slit light source 13 arranged on the lower side of the gantry 5, a mirror 14, and a white LED light source 15. The laser slit light source 13, the mirror 14, and the white LED light source 15 are arranged on the upper side of the pedestal 5, for example, as shown in FIG. The image pickup device 11 and the mirror 12 may be arranged.
Further, in FIG. 11, the image pickup device 11 and the laser slit light source 13 may be interchanged.

図11では、撮像装置11として、ビデオカメラやWEBカメラ等のUSBカメラを用いている。
図11に示すように、架台5の下側に撮像装置11を配置し、架台5の上側にレーザスリット光源13を配置することによって、レーザスリット光源13のスリット光による光切断線を、この光切断線よりも内側から撮像するように、レーザスリット光源13やミラー14、また、撮像装置11やミラー12を配置することができる。つまり、レーザスリット光による光切断線を、ヘッド部2の、走査方向先端により近い位置に配置することができる。
In FIG. 11, a USB camera such as a video camera or a WEB camera is used as the image pickup device 11.
As shown in FIG. 11, by arranging the image pickup apparatus 11 on the lower side of the gantry 5 and arranging the laser slit light source 13 on the upper side of the gantry 5, the light cut line due to the slit light of the laser slit light source 13 is obtained by this light. The laser slit light source 13, the mirror 14, and the image pickup device 11 and the mirror 12 can be arranged so as to take an image from the inside of the cutting line. That is, the optical cutting line due to the laser slit light can be arranged at a position closer to the tip in the scanning direction of the head portion 2.

ここで、例えば図1に示すヘッド部2の場合には、形成される光切断線がヘッド部2の走査方向先端よりも内側に形成されるため、例えば、ヘッド部2を突き当たりまで走査させたとしても、ヘッド部2の走査方向先端とレーザスリット光により形成される光切断線との距離相当だけヘッド部2の走査方向先端から内側の位置までしか計測を行うことができない。これに対し、図11に示すヘッド部2の場合には、ヘッド部2の走査方向の先端により近い位置に光切断線を形成することができる。そのため、計測可能な範囲をより広げることができ、例えば、ヘッド部2を壁に突き当たるまで走査させた場合には、より壁に近い位置まで測定対象物の計測を行うことができる。 Here, for example, in the case of the head portion 2 shown in FIG. 1, since the formed optical cutting line is formed inside the tip of the head portion 2 in the scanning direction, for example, the head portion 2 is scanned to the end. Even so, measurement can be performed only from the tip in the scanning direction of the head portion 2 to the inner position by the distance corresponding to the distance between the tip in the scanning direction of the head portion 2 and the optical cutting line formed by the laser slit light. On the other hand, in the case of the head portion 2 shown in FIG. 11, an optical cutting line can be formed at a position closer to the tip of the head portion 2 in the scanning direction. Therefore, the measurable range can be further expanded, and for example, when the head portion 2 is scanned until it hits the wall, the measurement object can be measured to a position closer to the wall.

<変形例9>
上記実施形態においては、ミラー12及び14によって、撮像装置11の光軸やレーザスリット光を折り曲げることによって、これら撮像装置11の光軸及びレーザスリット光を、車輪7が当接される平面上で重なるようにした場合について説明したがミラー12及び14を設けずに構成することも可能である。
<Modification 9>
In the above embodiment, the mirrors 12 and 14 bend the optical axis and the laser slit light of the image pickup device 11 so that the optical axis and the laser slit light of the image pickup device 11 are brought into contact with the wheel 7 on a plane. Although the case of overlapping is described, it is also possible to configure the mirrors 12 and 14 without providing them.

例えば図12に示すように、撮像装置11としてボードカメラ等のUSBカメラを用い、撮像装置11のレンズ11aを下側に向け、撮像装置11の光軸がXY平面に対して垂直となるように撮像装置11を架台5に配置する。また、レーザスリット光源13を、レーザスリット光が、車輪7が当接される平面上で撮像装置11の光軸と重なるように傾けて架台5に配置する。さらに、白色LED光源15を、照射側を下側に向け、照射位置がレーザスリット光の照射位置と重ならないように架台5に配置する。そして、ヘッド部2の撮像装置11のレンズ11aと重なる位置に脚部6を設ける。
これによって、側面からみて、撮像装置11の光軸とレーザスリット光と脚部6とが、測定対象物の表面で重なり、さらにレーザスリット光の照射位置と重ならない領域が、白色LED光源15により照射されることになり、この場合も、図1と同等の作用効果を得ることができる。
For example, as shown in FIG. 12, a USB camera such as a board camera is used as the image pickup device 11, the lens 11a of the image pickup device 11 is directed downward, and the optical axis of the image pickup device 11 is perpendicular to the XY plane. The image pickup apparatus 11 is arranged on the gantry 5. Further, the laser slit light source 13 is tilted and arranged on the gantry 5 so that the laser slit light overlaps with the optical axis of the image pickup device 11 on the plane on which the wheels 7 are in contact. Further, the white LED light source 15 is arranged on the gantry 5 so that the irradiation side faces downward and the irradiation position does not overlap with the irradiation position of the laser slit light. Then, the leg portion 6 is provided at a position where the head portion 2 overlaps with the lens 11a of the image pickup device 11.
As a result, when viewed from the side surface, the optical axis of the image pickup device 11, the laser slit light, and the leg portion 6 overlap on the surface of the object to be measured, and the region that does not overlap with the irradiation position of the laser slit light is formed by the white LED light source 15. It will be irradiated, and in this case as well, the same effect as in FIG. 1 can be obtained.

また、図12の場合、撮像装置11のレンズ11aは測定対象物の表面を向いているため、得られる撮像画像は作業者が測定対象物を見た場合と同等の画像となる。そのため、ミラー12を設けた場合等のように、撮像画像の向きを調整する等の処理を行う必要はなく、その分、処理負荷を軽減することができる。
図12の場合、ミラー12及び14を設けなくてすむため、その分、光軸調整を容易に行うことができると共に、部品数の削減を図ることができる。また、ミラー12、14に付着する汚れ等を考慮する必要がなく、使い勝手を向上させることができる。
Further, in the case of FIG. 12, since the lens 11a of the image pickup apparatus 11 faces the surface of the measurement object, the obtained captured image is the same as when the operator sees the measurement object. Therefore, unlike the case where the mirror 12 is provided, it is not necessary to perform processing such as adjusting the orientation of the captured image, and the processing load can be reduced accordingly.
In the case of FIG. 12, since it is not necessary to provide the mirrors 12 and 14, the optical axis can be easily adjusted and the number of parts can be reduced accordingly. Further, it is not necessary to consider the dirt and the like adhering to the mirrors 12 and 14, and the usability can be improved.

<変形例10>
上記実施形態においては、レーザスリット光により形成される測定対象物の光切断線a2とレーザスリット光が照射されている領域とは異なる領域であるLED照射領域a1とを並べて表示する場合について説明したが、例えば、レーザスリット光の照射領域を含む領域をLED光源により照射し、レーザスリット光により形成される光切断線a2と、レーザスリット光の照射領域の撮像画像とを重畳表示するようにしてもよい。
<Modification 10>
In the above embodiment, a case where the light cutting line a2 of the object to be measured formed by the laser slit light and the LED irradiation area a1 which is a region different from the region irradiated with the laser slit light are displayed side by side has been described. However, for example, the area including the irradiation area of the laser slit light is irradiated with the LED light source, and the light cutting line a2 formed by the laser slit light and the captured image of the irradiation area of the laser slit light are superimposed and displayed. May be good.

つまり、例えば図13に示すように、図12に示す三次元形状計測装置において、レーザスリット光源13に代えて、赤色半導体レーザ等で構成される赤色のレーザ光を照射するレーザスリット光源16を用い、レーザスリット光源16を、レーザスリット光が、車輪7が当接される平面上で撮像装置11の光軸と重なるように傾けて架台5に配置する。さらに、白色LED光源15に代えて、例えば青色光を発する青色LED光源17を用いる。青色LED光源17は、レーザスリット光の照射領域を含む領域を照射するように架台5に配置する。このとき、青色LED光源17による照射領域をLED照射領域a11としたとき、LED照射領域a11を、撮像装置11の視野内に含むように各装置を配置する。また、撮像装置11として単板式のカラーカメラを用いる。このように単板式のカラーカメラを用いることによって、3板式のカラーカメラを用いる場合に比較して小型化を図ることができる。 That is, for example, as shown in FIG. 13, in the three-dimensional shape measuring device shown in FIG. 12, a laser slit light source 16 that irradiates a red laser beam composed of a red semiconductor laser or the like is used instead of the laser slit light source 13. The laser slit light source 16 is tilted and arranged on the gantry 5 so that the laser slit light overlaps with the optical axis of the image pickup device 11 on the plane on which the wheels 7 abut. Further, instead of the white LED light source 15, for example, a blue LED light source 17 that emits blue light is used. The blue LED light source 17 is arranged on the gantry 5 so as to irradiate an area including an irradiation area of the laser slit light. At this time, when the irradiation area by the blue LED light source 17 is the LED irradiation area a11, each device is arranged so that the LED irradiation area a11 is included in the field of view of the image pickup device 11. Further, a single-panel color camera is used as the image pickup apparatus 11. By using the single-panel color camera in this way, it is possible to reduce the size as compared with the case of using the three-panel color camera.

解析処理部3では、図14に示すように、LED照射領域a11の撮像画像を表示する。なお、この場合には、解析処理部3では、撮像装置11の撮像情報から、レーザスリット光に対応する赤色画像を抽出し、この赤色画像、すなわち、光切断線a2を表す画像をもとに、測定対象物の三次元形状を解析する。
図14に示すように、レーザスリット光が照射されている領域を含むLED照射領域a11を画面表示することによって、作業者は、測定対象物の表面の状況と、この表面上に形成される光切断線a2とを画面上で認識することができ、実際に測定対象物上に形成される光切断線a2の状況を認識することができるため、直接測定対象物を視認することができない状況であっても、直接視認している場合と同等の画像を画面上で認識することができ、使い勝手を向上させることができる。
As shown in FIG. 14, the analysis processing unit 3 displays the captured image of the LED irradiation region a11. In this case, the analysis processing unit 3 extracts a red image corresponding to the laser slit light from the image pickup information of the image pickup device 11, and based on this red image, that is, an image representing the optical cut line a2. , Analyze the three-dimensional shape of the object to be measured.
As shown in FIG. 14, by displaying the LED irradiation area a11 including the area irradiated with the laser slit light on the screen, the operator can see the condition of the surface of the object to be measured and the light formed on the surface. Since the cutting line a2 can be recognized on the screen and the situation of the optical cutting line a2 actually formed on the measurement object can be recognized, the measurement target cannot be directly visually recognized. Even if there is, it is possible to recognize on the screen the same image as when directly visually recognizing it, and it is possible to improve usability.

また、レーザスリット光の画像を、LED照射領域a11の撮像画像から分離することができるため、例えば、レーザスリット光つまり光切断線a2のみを表示するモードと、LED照射領域a11の撮像画像を表示するモードと、を切替可能に構成してもよい。
なお、ここでは、赤色のレーザ光を照射するレーザスリット光源16と、青色光を発する青色LED光源17とを用いた場合について説明したが、これに限るものではない。レーザスリット光源16の発するレーザスリット光の波長と、LED光源が発するLED照明光の波長とが異なっていればよく、要は、LED照射領域a11の撮像画像から、光切断線a2を抽出することができればどのような組み合わせであってもよく、波長が離れていることが好ましい。例えばレーザスリット光を緑色とし、LED照明光を赤色又は青色としてもよい。
Further, since the image of the laser slit light can be separated from the captured image of the LED irradiation region a11, for example, a mode of displaying only the laser slit light, that is, the light cutting line a2 and the captured image of the LED irradiation region a11 are displayed. It may be configured so that the mode to be used can be switched.
Although the case where the laser slit light source 16 that irradiates the red laser light and the blue LED light source 17 that emits the blue light are used is described here, the present invention is not limited to this. It is sufficient that the wavelength of the laser slit light emitted by the laser slit light source 16 and the wavelength of the LED illumination light emitted by the LED light source are different. In short, the light cutting line a2 is extracted from the captured image of the LED irradiation region a11. Any combination can be used as long as it can be used, and it is preferable that the wavelengths are separated. For example, the laser slit light may be green and the LED illumination light may be red or blue.

また、測定対象物が金属である場合、金属表面では、光の波長が短い方が反射光が拡散しにくいため、比較的明瞭な撮像画像を得ることができる。そのため、測定対象物の素材に応じて、レーザスリット光の波長とLED照射光の波長とを選択するようにしてもよい。
また、レーザスリット光の波長とLED照明光の波長とを異なる波長とする場合に限るものではなく、例えば、レーザスリット光の強度と、LED照明光の強度とを異なる強度にすることで、レーザスリット光により形成される光切断線を、LED照明光の撮像画像から抽出するように構成してもよい。
Further, when the object to be measured is a metal, the reflected light is less likely to diffuse on the metal surface when the wavelength of the light is short, so that a relatively clear captured image can be obtained. Therefore, the wavelength of the laser slit light and the wavelength of the LED irradiation light may be selected according to the material of the object to be measured.
Further, the wavelength of the laser slit light and the wavelength of the LED illumination light are not limited to different wavelengths. For example, by making the intensity of the laser slit light and the intensity of the LED illumination light different, the laser is used. The light cutting line formed by the slit light may be configured to be extracted from the captured image of the LED illumination light.

また、レーザスリット光は常時照射するようにし、LED照明光は間欠的に照射することで、レーザスリット光により形成される光切断線をLED照明光の撮像画像から抽出するようにしてもよい。例えば、レーザスリット光は常時照射するようにし、LED照明光は例えばフレームを切り替えるタイミングでオンオフすることで、LED照明光がオフとなっているときのLED照射領域a11の撮像画像を取得し、この撮像画像をレーザスリット光に相当する画像として、三次元形状の計測を行うように構成してもよい。
なお、ここでは、図12に示す三次元形状計測装置において、レーザスリット光により形成される光切断線a2と、レーザスリット光の照射領域の撮像画像とを重畳表示する場合について説明したが、これに限るものではなく、図1に示す三次元形状計測装置において、レーザスリット光により形成される光切断線a2と、レーザスリット光の照射領域の撮像画像とを重畳表示するように構成することも可能である。
Further, the laser slit light may be constantly irradiated, and the LED illumination light may be intermittently irradiated so that the light cutting line formed by the laser slit light is extracted from the captured image of the LED illumination light. For example, the laser slit light is constantly irradiated, and the LED illumination light is turned on and off at the timing of switching the frame, for example, to acquire an image of the LED irradiation region a11 when the LED illumination light is off. The captured image may be configured to measure the three-dimensional shape as an image corresponding to the laser slit light.
Here, in the three-dimensional shape measuring device shown in FIG. 12, the case where the light cutting line a2 formed by the laser slit light and the captured image of the irradiation region of the laser slit light are superimposed and displayed has been described. In the three-dimensional shape measuring device shown in FIG. 1, the optical cutting line a2 formed by the laser slit light and the captured image of the irradiation region of the laser slit light may be superimposed and displayed. It is possible.

<変形例11>
図14に示すようにレーザスリット光が照射されている領域を含むLED照射領域a11を画面表示する場合において、さらに、図9と同様に、撮像画像に対し、光切断線a2の変動状況から測定対象物の凹凸量を目視で判断するための罫線を重畳表示するようにしてもよい。
このように、測定対象物の凹凸量を判断するための罫線を重畳表示することによって、正確な凹凸量は検出することはできないものの、測定対象物の実際の表面形状と、この表面形状にレーザスリット光が照射されることで形成される光切断線a2と、罫線とが同時に表示されるため、作業者は測定対象物の計測を行うと同時に凹凸量の概算値を容易に認識することができ、より使い勝手を向上させることができる。
<Modification 11>
When the LED irradiation area a11 including the area irradiated with the laser slit light is displayed on the screen as shown in FIG. 14, further, as in FIG. 9, the captured image is measured from the fluctuation state of the light cut line a2. A ruled line for visually determining the amount of unevenness of the object may be superimposed and displayed.
In this way, although it is not possible to detect the exact amount of unevenness by superimposing and displaying the ruled lines for determining the amount of unevenness of the object to be measured, the actual surface shape of the object to be measured and the laser on this surface shape. Since the light cutting line a2 formed by irradiating the slit light and the ruled line are displayed at the same time, the operator can easily recognize the approximate value of the unevenness amount at the same time as measuring the object to be measured. It can be done and the usability can be further improved.

また、このように、測定対象物の凹凸量を目視で判断するための罫線を重畳表示する場合、測定対象物の凹凸量の概算値を得ることができるため、例えば、三次元形状の算出までを行う通常の計測モードと、三次元形状の算出は行わずに、計測時に測定対象物の実際の表面形状と、この表面形状にレーザスリット光が照射されることで形成される光切断線a2と、罫線とを表示することで、作業者が凹凸量の概算値を視認する簡易的な計測モードと、を切替可能に構成し、作業者が、計測時にいずれかのモードを選択するように構成してもよい。
また、簡易的な計測モードのみを実行する機能のみを備えた三次元形状計測装置を構成してもよい。簡易的な計測モードのみを実行する機能のみを備えた三次元形状計測装置の場合、ロータリエンコーダ8やカウンタ部23等を設ける必要がないため、三次元形状計測装置の小型化やコスト削減を図ることができる。
Further, in the case of superimposing and displaying the ruled line for visually determining the unevenness amount of the measurement object in this way, an approximate value of the unevenness amount of the measurement object can be obtained. Therefore, for example, up to the calculation of the three-dimensional shape. The actual surface shape of the object to be measured at the time of measurement and the optical cutting line a2 formed by irradiating this surface shape with laser slit light without performing the calculation of the three-dimensional shape And, by displaying the ruled line, it is possible to switch between a simple measurement mode in which the operator visually recognizes the approximate value of the unevenness amount, and the operator can select either mode at the time of measurement. It may be configured.
Further, a three-dimensional shape measuring device having only a function of executing only a simple measurement mode may be configured. In the case of a three-dimensional shape measuring device having only a function of executing only a simple measurement mode, it is not necessary to provide a rotary encoder 8 or a counter unit 23, so that the size of the three-dimensional shape measuring device can be reduced and the cost can be reduced. be able to.

<変形例12>
上記実施形態において、タブレットPC21の記憶部に、カウント数と対応付けられて格納された撮像情報をもとに、図15に示すように、測定対象物の凹凸量を簡易的に演算し画面表示できるように構成してもよい。
例えば、作業者がタブレットPC21を操作することによって、例えば再生モードを指示し、図15に示すように、LED照射領域a11を撮影した撮像情報を順に記憶部から読み出し、撮像情報を表示する。また、図9と同様に、目視での凹凸量の計測を可能とする、複数の罫線L1と基準線L2とを重畳表示する。
<Modification 12>
In the above embodiment, as shown in FIG. 15, the amount of unevenness of the measurement target is simply calculated and displayed on the screen based on the image pickup information stored in the storage unit of the tablet PC 21 in association with the count number. It may be configured so that it can be done.
For example, by operating the tablet PC 21, the operator indicates, for example, a reproduction mode, and as shown in FIG. 15, the image pickup information obtained by photographing the LED irradiation area a11 is sequentially read out from the storage unit, and the image pickup information is displayed. Further, similarly to FIG. 9, a plurality of ruled lines L1 and a reference line L2, which enable visual measurement of the amount of unevenness, are superimposed and displayed.

そして、タブレットPC21の表示装置をタッチパネルを備えた表示装置で構成しておき、作業者がタブレットPC21の表示画面を指でタッチすると、その箇所の凹凸量を演算し、画面に表示するように構成する。例えば、作業者がタッチした箇所に矩形の計測マークMが表示されるようにする。この計測マークMは、縦長の長方形からなるボックス部と、ボックス部の幅方向中央を通る縦方向基準線とで構成される。解析処理部3では、縦方向基準線とボックス部内で検出された光切断線a2との交点位置に対応する、測定対象物上の位置の高さを、基準線L2の位置を基準として演算し、画面表示する。作業者は、計測マークMを指でドラッグし、計測マークMの縦方向基準線を、光切断線a2の凹凸量を検出したい位置に合わせることで、光切断線a2の位置に対応する測定対象物上の位置の凹凸量を画面表示させることができる。 Then, the display device of the tablet PC 21 is configured to be a display device equipped with a touch panel, and when the operator touches the display screen of the tablet PC 21 with a finger, the amount of unevenness at that portion is calculated and displayed on the screen. do. For example, a rectangular measurement mark M is displayed at a place touched by the operator. The measurement mark M is composed of a box portion formed of a vertically long rectangle and a vertical reference line passing through the center of the box portion in the width direction. The analysis processing unit 3 calculates the height of the position on the measurement object corresponding to the intersection position of the vertical reference line and the optical cutting line a2 detected in the box unit with the position of the reference line L2 as a reference. , Display on the screen. The operator drags the measurement mark M with a finger and aligns the vertical reference line of the measurement mark M with the position where the uneven amount of the optical cutting line a2 is to be detected, so that the measurement target corresponding to the position of the optical cutting line a2 The amount of unevenness at the position on the object can be displayed on the screen.

図16は、凹凸量演算時におけるタブレットPC21の演算処理部での処理手順の一例を示すフローチャートである。
タブレットPC21では、表示画面においてタッチ入力がされたことを検出すると、タッチ位置を検出し(ステップS21)、タッチ位置近傍に計測マークMを表示する(ステップS22)。そして、作業者が計測マークMをドラッグすること等により計測マークMの位置決めが行われ、計測位置が確定したと判断したならば(ステップS23)、ステップS24に移行する。
FIG. 16 is a flowchart showing an example of a processing procedure in the calculation processing unit of the tablet PC 21 at the time of unevenness calculation.
When the tablet PC 21 detects that a touch input has been made on the display screen, it detects the touch position (step S21) and displays the measurement mark M in the vicinity of the touch position (step S22). Then, when the operator determines that the measurement mark M is positioned by dragging the measurement mark M or the like and the measurement position is confirmed (step S23), the process proceeds to step S24.

ステップS24では、縦方向基準線とボックス内で検出された光切断線との交点位置に対応する、測定対象物上の位置の高さを演算する。すなわち、光切断線a2上の各点の座標値(x,y,z)を三次元データ算出時と同様の手順で演算し、この座標値と基準点、すなわち基準線L2からの距離を求める。
そして、求めた距離を、計測マークMの近傍に表示する(ステップS25)。これによって、図15に示すように、計測マークMで指定される、光切断線a2上の点における距離、つまり高さが表示される。
In step S24, the height of the position on the measurement object corresponding to the intersection position of the vertical reference line and the optical cut line detected in the box is calculated. That is, the coordinate values (x, y, z) of each point on the optical cutting line a2 are calculated by the same procedure as when calculating the three-dimensional data, and the coordinate values and the reference point, that is, the distance from the reference line L2 are obtained. ..
Then, the obtained distance is displayed in the vicinity of the measurement mark M (step S25). As a result, as shown in FIG. 15, the distance, that is, the height at the point on the optical cut line a2 designated by the measurement mark M is displayed.

なお、ここでは、光切断線a2を含むLED照射領域a11を撮影した撮像情報に対して、光切断線a2の高さを表示する場合について説明したが、例えば、図1に示す三次元形状計測装置において、光切断線a2の高さを表示するように構成してもよい。
また、光切断線a2の高さを自動的に演算して表示する場合には、目視での凹凸量の計測に用いられる罫線L1を必ずしも表示しなくともよい。
Here, a case where the height of the light cut line a2 is displayed with respect to the image pickup information obtained by photographing the LED irradiation area a11 including the light cut line a2 has been described. For example, the three-dimensional shape measurement shown in FIG. 1 has been described. The device may be configured to display the height of the optical cut line a2.
Further, when the height of the optical cutting line a2 is automatically calculated and displayed, the ruled line L1 used for visually measuring the unevenness amount does not necessarily have to be displayed.

<変形例13>
また、上記実施形態において、撮像装置11として、携帯電話やスマートホン等を適用することも可能である。
ここで、上記実施形態において、レーザスリット光源13が特許請求の範囲に記載のスリット光源に対応し、白色LED光源15が照明光源に対応し、ロータリエンコーダ8、カウンタ部23及びステップS14の処理が位置検出部に対応し、車輪7が回転体に対応し、ロータリエンコーダ8が回転数検出部に対応し、タブレット型パーソナルコンピュータ21が解析処理部に対応している。
<Modification 13>
Further, in the above embodiment, it is also possible to apply a mobile phone, a smart phone, or the like as the image pickup device 11.
Here, in the above embodiment, the laser slit light source 13 corresponds to the slit light source described in the scope of the patent claim, the white LED light source 15 corresponds to the illumination light source, and the rotary encoder 8, the counter unit 23, and the step S14 process. The wheel 7 corresponds to the rotating body, the rotary encoder 8 corresponds to the rotation number detecting unit, and the tablet-type personal computer 21 corresponds to the analysis processing unit.

なお、本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらす全ての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、全ての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画され得る。 It should be noted that the scope of the present invention is not limited to the exemplary embodiments illustrated and described, but also includes all embodiments that bring about an effect equal to that of the object of the present invention. Moreover, the scope of the invention can be defined by any desired combination of specific features of all disclosed features.

1 三次元形状計測装置
2 ヘッド部
3 解析処理部
5 架台
6、6a、6b 脚部
7、7a、7b 車輪
8 ロータリエンコーダ
11 撮像装置
12 ミラー
13 レーザスリット光源
14 ミラー
15 白色LED光源
16 レーザスリット光源
17 青色LED光源
21 タブレット型パーソナルコンピュータ(タブレットPC)
1 Three-dimensional shape measuring device 2 Head part 3 Analysis processing part 5 Stand 6, 6a, 6b Legs 7, 7a, 7b Wheels 8 Rotary encoder 11 Imaging device 12 Mirror 13 Laser slit light source 14 Mirror 15 White LED light source 16 Laser slit light source 17 Blue LED light source 21 Tablet-type personal computer (tablet PC)

Claims (18)

測定対象物にスリット光を照射するスリット光源と、撮像装置と、照明光源と、前記撮像装置用のミラーと、前記照明光源の照射光及び前記スリット光を折り曲げる光源用のミラーと、を有するヘッド部と、
前記ヘッド部に固定され、前記ヘッド部の走査方向に対して直交する方向に間隔を空けた一対の脚部と、を備え、
前記ヘッド部は、その走査時には、前記一対の脚部のみを介して前記測定対象物との間の距離を保った状態で前記測定対象物上を移動するようになっており、
前記撮像装置は撮像面側にレンズを有し、
前記撮像装置用のミラーは、前記レンズと向かい合うように設けられ、
前記光源用のミラーは、前記脚部を平面に当接し、前記撮像装置の光軸が前記平面と平行となるように維持した場合に、前記撮像装置用のミラーで折り曲げられた前記撮像装置の光軸と、前記光源用のミラーで折り曲げられた前記スリット光とが、前記脚部と前記平面との接点間を結ぶ直線と平行となるように配置され、
前記照明光源は、前記スリット光を照射することにより得られる前記測定対象物上の光切断線を除く前記測定対象物上の領域のみを照射し、
前記撮像装置は、前記光切断線と前記照明光源の照明光による照射領域とを同時に視野内に含むことを特徴とする三次元形状計測装置。
A head having a slit light source for irradiating a measurement object with slit light, an image pickup device, an illumination light source , a mirror for the image pickup device, an irradiation light of the illumination light source, and a mirror for a light source that bends the slit light. Department and
A pair of legs fixed to the head portion and spaced apart from each other in a direction orthogonal to the scanning direction of the head portion .
At the time of scanning, the head portion moves on the measurement object while maintaining a distance from the measurement object via only the pair of legs.
The image pickup device has a lens on the image pickup surface side and has a lens.
The mirror for the image pickup device is provided so as to face the lens.
The mirror for the light source of the image pickup device is bent by the mirror for the image pickup device when the leg portion is in contact with the plane and the optical axis of the image pickup device is maintained so as to be parallel to the plane. The optical axis and the slit light bent by the mirror for the light source are arranged so as to be parallel to a straight line connecting the contact points between the legs and the plane.
The illumination light source irradiates only the region on the measurement object excluding the optical cut line on the measurement object obtained by irradiating the slit light.
The image pickup device is a three-dimensional shape measuring device, characterized in that the light cutting line and the irradiation region of the illumination light source of the illumination light source are simultaneously included in the visual field.
測定対象物にスリット光を照射するスリット光源と、撮像装置と、照明光源と、前記撮像装置用のミラーと、前記照明光源の照射光及び前記スリット光を折り曲げる光源用のミラーと、を有するヘッド部と、
前記撮像装置による撮像画像を表示する表示装置と、
前記ヘッド部に固定され、前記ヘッド部の走査方向に対して直交する方向に間隔を空けた一対の脚部と、を備え、
前記ヘッド部は、その走査時には、前記一対の脚部のみを介して前記測定対象物との間の距離を保った状態で前記測定対象物上を移動するようになっており、
前記撮像装置は撮像面側にレンズを有し、
前記撮像装置用のミラーは、前記レンズと向かい合うように設けられ、
前記光源用のミラーは、前記脚部を平面に当接し、前記撮像装置の光軸が前記平面と平行となるように維持した場合に、前記撮像装置用のミラーで折り曲げられた前記撮像装置の光軸と、前記光源用のミラーで折り曲げられた前記スリット光とが、前記脚部と前記平面との接点間を結ぶ直線と平行となるように配置され、
前記照明光源は、前記スリット光を照射することにより得られる前記測定対象物上の光切断線を含む前記測定対象物上の領域を照射し、
前記撮像装置は、前記光切断線を含む前記照明光源の照明光による照射領域を視野内に含み、
前記照明光源は、前記スリット光を照射することにより得られる前記測定対象物上の光切断線を、前記表示装置に表示された画面上において認識可能な前記照明光を照射することを特徴とする三次元形状計測装置。
A head having a slit light source for irradiating a measurement object with slit light, an image pickup device, an illumination light source , a mirror for the image pickup device, an irradiation light of the illumination light source, and a mirror for a light source that bends the slit light. Department and
A display device that displays an image captured by the image pickup device, and
A pair of legs fixed to the head portion and spaced apart from each other in a direction orthogonal to the scanning direction of the head portion .
At the time of scanning, the head portion moves on the measurement object while maintaining a distance from the measurement object via only the pair of legs.
The image pickup device has a lens on the image pickup surface side and has a lens.
The mirror for the image pickup device is provided so as to face the lens.
The mirror for the light source of the image pickup device is bent by the mirror for the image pickup device when the leg portion is in contact with the plane and the optical axis of the image pickup device is maintained so as to be parallel to the plane. The optical axis and the slit light bent by the mirror for the light source are arranged so as to be parallel to a straight line connecting the contact points between the legs and the plane.
The illumination light source irradiates a region on the measurement object including a light cut line on the measurement object obtained by irradiating the slit light.
The image pickup apparatus includes an irradiation region of the illumination light source including the optical cut line by the illumination light in the field of view.
The illumination light source is characterized in that the optical cut line on the measurement object obtained by irradiating the slit light is irradiated with the illumination light that can be recognized on the screen displayed on the display device. Three-dimensional shape measuring device.
前記照明光源は、波長又は強度が前記スリット光と異なる前記照明光を照射することを特徴とする請求項2に記載の三次元形状計測装置。 The three-dimensional shape measuring device according to claim 2, wherein the illumination light source irradiates the illumination light having a wavelength or intensity different from that of the slit light. 測定対象物にスリット光を照射するスリット光源と、撮像装置と、照明光源と、前記撮像装置用のミラーと、前記照明光源の照射光及び前記スリット光を折り曲げる光源用のミラーと、を有するヘッド部と、
前記ヘッド部に固定され、前記ヘッド部の走査方向に対して直交する方向に間隔を空けた一対の脚部と、
前記撮像装置による撮像画像を表示する表示装置と、を備え、
前記ヘッド部は、その走査時には、前記一対の脚部のみを介して前記測定対象物との間の距離を保った状態で前記測定対象物上を移動するようになっており、
前記撮像装置は撮像面側にレンズを有し、
前記撮像装置用のミラーは、前記レンズと向かい合うように設けられ、
前記光源用のミラーは、前記脚部を平面に当接し、前記撮像装置の光軸が前記平面と平行となるように維持した場合に、前記撮像装置用のミラーで折り曲げられた前記撮像装置の光軸と、前記光源用のミラーで折り曲げられた前記スリット光とが、前記脚部と前記平面との接点間を結ぶ直線と平行となるように配置され、
前記照明光源は、前記スリット光を照射することにより得られる前記測定対象物上の光切断線を含む前記測定対象物上の領域を照射し、
前記撮像装置は、前記光切断線を含む前記照明光源の照明光による照射領域を視野内に含み、
前記照明光源は、間欠的に前記照明光を照射することを特徴とする三次元形状計測装置。
A head having a slit light source for irradiating a measurement object with slit light, an image pickup device, an illumination light source , a mirror for the image pickup device, an irradiation light of the illumination light source, and a mirror for a light source that bends the slit light. Department and
A pair of legs fixed to the head portion and spaced apart from each other in a direction orthogonal to the scanning direction of the head portion.
A display device for displaying an image captured by the image pickup device is provided.
At the time of scanning, the head portion moves on the measurement object while maintaining a distance from the measurement object via only the pair of legs.
The image pickup device has a lens on the image pickup surface side and has a lens.
The mirror for the image pickup device is provided so as to face the lens.
The mirror for the light source of the image pickup device is bent by the mirror for the image pickup device when the leg portion is in contact with the plane and the optical axis of the image pickup device is maintained so as to be parallel to the plane. The optical axis and the slit light bent by the mirror for the light source are arranged so as to be parallel to a straight line connecting the contact points between the legs and the plane.
The illumination light source irradiates a region on the measurement object including a light cut line on the measurement object obtained by irradiating the slit light.
The image pickup apparatus includes an irradiation region of the illumination light source including the optical cut line by the illumination light in the field of view.
The illumination light source is a three-dimensional shape measuring device characterized by intermittently irradiating the illumination light.
測定対象物にスリット光を照射するスリット光源と、撮像装置と、前記撮像装置用のミラーと、前記スリット光を折り曲げる光源用のミラーと、を有するヘッド部と、
当該ヘッド部に固定され、前記ヘッド部の走査方向に対して直交する方向に間隔を空けて設けられた一対の脚部と、を備え、
前記撮像装置は撮像面側にレンズを有し、
前記撮像装置用のミラーは、前記レンズと向かい合うように設けられ、
前記光源用のミラーは、前記脚部を平面に当接し、前記撮像装置の光軸が前記平面と平行となるように維持した場合に、前記撮像装置用のミラーで折り曲げられた前記撮像装置の光軸と、前記光源用のミラーで折り曲げられた前記スリット光とが、前記脚部と前記平面との接点間を結ぶ直線と平行となるように配置され、
前記ヘッド部はその走査時には、前記一対の脚部のみを介して前記測定対象物との間の距離を保った状態で当該測定対象物上を移動することを特徴とする三次元形状計測装置。
A head portion having a slit light source that irradiates a measurement object with slit light , an image pickup device, a mirror for the image pickup device, and a mirror for a light source that bends the slit light .
It is provided with a pair of legs fixed to the head portion and provided at intervals in a direction orthogonal to the scanning direction of the head portion .
The image pickup device has a lens on the image pickup surface side and has a lens.
The mirror for the image pickup device is provided so as to face the lens.
The mirror for the light source of the image pickup device is bent by the mirror for the image pickup device when the leg portion is in contact with the plane and the optical axis of the image pickup device is maintained so as to be parallel to the plane. The optical axis and the slit light bent by the mirror for the light source are arranged so as to be parallel to a straight line connecting the contact points between the legs and the plane.
A three-dimensional shape measuring device, characterized in that, at the time of scanning, the head portion moves on the measurement target while maintaining a distance from the measurement target via only the pair of legs.
前記スリット光源は、前記ヘッド部の走査方向に対して直交する方向に延びる予め設定した領域内を照射し、
前記撮像装置は、前記スリット光を照射することにより得られる前記測定対象物上の光切断線を視野内に含むことを特徴とする請求項に記載の三次元形状計測装置。
The slit light source illuminates a preset area extending in a direction orthogonal to the scanning direction of the head portion.
The three-dimensional shape measuring device according to claim 5 , wherein the image pickup device includes an optical cut line on the measurement object obtained by irradiating the slit light in the field of view.
前記脚部は、前記ヘッド部とは逆側の端部に、前記ヘッド部の走査方向と直交する軸回りに回転する回転体を備えることを特徴とする請求項から請求項のいずれか一項に記載の三次元形状計測装置。 One of claims 1 to 6 , wherein the leg portion is provided with a rotating body that rotates about an axis orthogonal to the scanning direction of the head portion at an end portion opposite to the head portion. The three-dimensional shape measuring device according to item 1. 前記回転体は前記測定対象物に対して張り付く性質を有することを特徴とする請求項に記載の三次元形状計測装置。 The three-dimensional shape measuring device according to claim 7 , wherein the rotating body has a property of sticking to the object to be measured. 前記ヘッド部に設けられ前記回転体の回転数を検出する回転数検出部と、
前記測定対象物上における前記ヘッド部の位置情報を検出する位置検出部と、
を備え、
当該位置検出部は、前記回転数検出部の検出値に基づき前記ヘッド部の位置情報を検出することを特徴とする請求項又は請求項に記載の三次元形状計測装置。
A rotation speed detection unit provided on the head unit to detect the rotation speed of the rotating body, and a rotation speed detection unit.
A position detection unit that detects the position information of the head unit on the measurement object, and a position detection unit.
Equipped with
The three - dimensional shape measuring device according to claim 7 , wherein the position detecting unit detects the position information of the head unit based on the detection value of the rotation speed detecting unit.
前記測定対象物に設けられた固定点を基準として前記ヘッド部の移動量を検出する移動量検出部と、
前記測定対象物上における前記ヘッド部の位置情報を検出する位置検出部と、
を備え、
当該位置検出部は、前記移動量検出部の検出量に基づき前記ヘッド部の位置情報を検出することを特徴とする請求項1から請求項のいずれか一項に記載の三次元形状計測装置。
A movement amount detection unit that detects the movement amount of the head unit with reference to a fixed point provided on the measurement object, and a movement amount detection unit.
A position detection unit that detects the position information of the head unit on the measurement object, and a position detection unit.
Equipped with
The three-dimensional shape measuring device according to any one of claims 1 to 8 , wherein the position detecting unit detects the position information of the head unit based on the detected amount of the moving amount detecting unit. ..
前記撮像装置による撮像画像を表示する表示装置を備えることを特徴とする請求項1又は請求項に記載の三次元形状計測装置。 The three-dimensional shape measuring device according to claim 1 or 5 , further comprising a display device for displaying an image captured by the image pickup device. 前記表示装置は、前記撮像画像に含まれる光切断線で表される前記測定対象物の凹凸量を表す罫線と、前記光切断線とを重畳表示することを特徴とする請求項2から請求項4及び請求項11のいずれか一項に記載の三次元形状計測装置。 The second aspect of the present invention is characterized in that the display device superimposes and displays a ruled line representing the amount of unevenness of the measurement object represented by the optical cutting line included in the captured image and the optical cutting line. 4. The three-dimensional shape measuring device according to any one of claims 11 . 前記撮像装置による撮像画像から光切断線を抽出し、当該光切断線と前記位置検出部で検出した位置情報とに基づき前記測定対象物の三次元形状を演算する解析処理部を備えることを特徴とする請求項又は請求項10に記載の三次元形状計測装置。 It is characterized by including an analysis processing unit that extracts a light cut line from an image captured by the image pickup device and calculates a three-dimensional shape of the measurement object based on the light cut line and the position information detected by the position detection unit. The three-dimensional shape measuring device according to claim 9 or 10 . 前記撮像装置による撮像画像を表示するタッチパネルを備えた表示装置を有し、
前記解析処理部は、前記撮像画像に含まれる前記光切断線のうち、前記タッチパネルを操作することにより指示された位置における凹凸量を演算し、演算結果を前記表示装置に表示することを特徴とする請求項13に記載の三次元形状計測装置。
It has a display device provided with a touch panel for displaying an image captured by the image pickup device.
The analysis processing unit is characterized in that, among the optical cutting lines included in the captured image, the amount of unevenness at a position designated by operating the touch panel is calculated, and the calculation result is displayed on the display device. 13. The three-dimensional shape measuring device according to claim 13 .
前記測定対象物は、水車やタービン等を含む流体機械の羽根であって、前記三次元形状から前記羽根の摩耗形状を計測することを特徴とする請求項13又は請求項14に記載の三次元形状計測装置。 The three-dimensional object according to claim 13 or 14 , wherein the measurement object is a blade of a fluid machine including a water turbine, a turbine, or the like, and the wear shape of the blade is measured from the three-dimensional shape. Shape measuring device. 請求項から請求項のいずれか一項に記載の三次元形状計測装置を用いた三次元形状計測方法であって、
作業者が前記ヘッド部を直接把持するか又は治具を介して間接的に把持した状態で、前記脚部の先端を測定対象物の表面に当接させ、その当接を維持したまま前記測定対象物の表面に沿って前記ヘッド部を走査方向に移動させつつ、前記撮像装置により前記測定対象物を撮影し、
前記ヘッド部が走査されることによって得られた前記撮像装置による撮像画像に含まれる、前記スリット光を照射することにより得られた前記測定対象物上の光切断線に基づき前記測定対象物の三次元形状を演算することを特徴とする三次元形状計測方法。
A three-dimensional shape measuring method using the three-dimensional shape measuring device according to any one of claims 1 to 9 .
While the operator directly grips the head portion or indirectly grips the head portion via a jig, the tip of the leg portion is brought into contact with the surface of the object to be measured, and the measurement is performed while maintaining the contact. While moving the head portion in the scanning direction along the surface of the object, the image pickup device captures the object to be measured.
The tertiary of the measurement object is based on the optical cut line on the measurement object obtained by irradiating the slit light included in the image captured by the image pickup device obtained by scanning the head portion. A three-dimensional shape measurement method characterized by calculating the original shape.
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の三次元形状計測装置を用いた三次元形状計測方法であって、
作業者が前記ヘッド部を直接把持するか又は治具を介して間接的に把持した状態で、前記脚部の先端を測定対象物の表面に当接させ、その当接を維持したまま前記測定対象物の表面に沿って前記ヘッド部を走査方向に移動させつつ、前記撮像装置により前記測定対象物を撮影することを特徴とする三次元形状計測方法。
A three-dimensional shape measuring method using the three-dimensional shape measuring device according to any one of claims 1 to 4 .
While the operator directly grips the head portion or indirectly grips the head portion via a jig, the tip of the leg portion is brought into contact with the surface of the object to be measured, and the measurement is performed while maintaining the contact. A three-dimensional shape measuring method characterized in that an image pickup device captures an image of a measurement object while moving the head portion in a scanning direction along the surface of the object.
前記測定対象物は、水車やタービン等を含む流体機械の羽根であって、The object to be measured is a blade of a fluid machine including a water turbine, a turbine, or the like.
前記撮像装置を、その光軸が前記ヘッド部の走査方向と平行となるように設け、 The image pickup device is provided so that its optical axis is parallel to the scanning direction of the head portion.
前記三次元形状計測装置を、前記流体機械の設置現場で用いることを特徴とする請求項16又は請求項17に記載の三次元形状計測方法。 The three-dimensional shape measuring method according to claim 16 or 17, wherein the three-dimensional shape measuring device is used at the installation site of the fluid machine.
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