JPH01213506A - 光ビームによる物体形状計測法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 普通の光ビームを用いる三角測量法では、光沢表面をも
つ■溝の測定は、光ビームが片側の斜面に著しく斜入射
する場合、入射点からの反射散乱光が得られないことが
多く、さらにまた、光ビームが複数回反射されてから受
光器に入るために誤測定値が得られるなど、測定不能に
なることが少なくなかった。

本発明の測定法は、従来の測定法の欠点を除去して■溝
の測定を可能ならしめるもので、溶接ロボット用視覚セ
ンサ、部品識別用視覚センサ等に有効に利用できる。

（従来の技術と問題点） 第１図は従来から用いられている光ビームを用いる三角
測量により■溝を測定する場合の測定原理を示す。図に
おいて、測定ヘッドＭは投光器りと受光器Ｒよりなり、
投光器りはＯＬを中心として方向を変化する細い光ビー
ムｌを放射し、被測定物表面に入射して輝点Ａを生ずる
。光ビームｌはＡで反射され、その１部が受光器Ｒへ入
射する。

受光器Ｒは結像レンズ（図示せず）と受光センサＳをも
ち、輝点Ａの像を受光センサＳ上に結び。

結像位置に対応する電気出力を生じ、それから受光方向
すなわちＯＲＡの方向を知ることができる。

受光方向ＯＲＡ　、光ビームｌおよび測定基線０ＲＯＬ
は常に同一平面内にあるように構成されている。光ビー
ムｌの方向、受光方向および測定基線長ｄから三角測量
法により輝点Ａの位置を求める。

光ビーム１の方向を変えて物体表面を走査して上記測定
を行うことにより、物体の断面の形が求められる。　物
体の断面形状が図のように■溝になっていると、光ビー
ムＩの輝点Ａにおける反射散乱光の強度は、正反射方向
ＡＢを中心軸とする細長いループとなり、この反射散乱
光の１部は直接受光器Ｒに入り、三角測量に有効な成分
となるが。

大部分は他方の斜面に入射して１反射散乱され。

その一部が受光器Ｒに入り、誤った測定値を与える。輝
点Ａからの反射散光を一次反射光、一次反射光で受光器
へ入射するものを有効一次反射光。

一次反射光が他方の斜面に入射して反射散乱される光を
二次反射光、二次反射光で受光器Ｒに入射する成分を有
効二次反射光と称し、有効一次反射光をｒＡで、有効二
次反射光を反射点Ｂ、Ｃを付けてｒｌｌ＋ｒｃで表す。

有効一次反射光ｒＡと光ビームｌとの交点Ａは物体表面
上の点を与えるので真測定値と称し、有効二次反射光ｒ
ｌ＋ｒｃ等と光ビームｌとの交点は物体表面上でない点
を与えるのでこれを虚測定値と称することにする。物体
の表面が光沢面（平滑で鏡面に近い面）になると、光ビ
ームｌの一次反射光の指向性が鋭くなるので、光ビーム
ｌが著しく斜入射になると（すなわち入射角が大きくな
ると）、有効一次反射光ｒＡが微弱になり、有効二次反
射光ｒｌ＋’ｃが強くなり、真測定値が得られなくなる
。したがって。

従来の三角測量法では光沢面で形成された■溝の測定は
困難であった。つまり、従来技術の問題点は次の２つに
要約される。（ｉ）虚測定値と真測定値が識別できない
。（ｉｉ）光沢面をもつ■溝の測定ができない。

（本発明が解決しようとする問題点） 本発明が解決しようとする問題点は、従来の光ビームに
よる三角測量法の問題点を解決することである。すなわ
ち、■溝の測定において９次の２点 （ｉ）虚測定値と真測定値とを識別し、真測定値をとる
こと。

（ｉ　ｉ）光沢面で構成されたＶ溝でも測定可能にする
こと。

を達成することである。

（問題を解決するための本発明の方法）（１）測定で得
られる測定値。

光ビームｌを用いて■溝の三角測量を行う場合、真測定
値と虚測定値を得ることは前に述べた。光ビームを用い
る三角測量では、測定点は投光器の光ビーム放射方向と
受光器が光ビームの反射光成分を受光した受光方向と、
測定基線長とから三角法により測定点の位置を算出する
ので、■溝のように光ビームが複数回反射される場合は
、複数個の測定値が得られる。

実験の結果によると、測定上考慮すべき測定値として次
の３種類の測定値が問題になることがわかった。これを
第２図により説明する。（ａ）図は光ビームｌが斜面Ｕ
■に入射する場合で。

（ｂ）図は光ビームｌが斜面ＶＷに入射する場合であり
１図の投光器、受光器、■溝等は第１図の場合と同様で
ある。

（ｉ）真測定値二投光器により投射された光ビームｌが
表面に輝点Ａを生じ、Ａか らの反射散乱光（一次反射光とい う）の１部が受光器Ｒに入射して 受光センサＳ上に像ｆＡを結び。

その位置から受光方向を求めて得 られる測定値で、求めたい測定値 である。上記の輝点Ａを次に述べ る輝点と区別する必要のある場合 は一次輝点と称し、Ａから受光器 に入射する光成分を有効一次反射 光と称しｒＡで示す。

（ｉ　ｉ）虚測定（Ｉｌ！二次の２種類の虚測定値があ
る。

（ｉｉ−１）虚測定値Ｐ、：光ビーム１が一次輝点Ａに
おいて反射散乱されたとき、そ の正反射方向の近傍の光成分が。

他の斜面に入射して、二次輝点Ｂ を生じＢからの反射散乱光（二次 反射光という）の１部が受光器Ｒ に入射し、（この入射光を有効二 次反射光ｒＩｌという）、受光セン サＳ上に像ｆ、を結び、これから 受光方向を求めて算出される測定 値で、被測定物表面上にない誤っ た測定値である。

（ｉｉ−２）虚測定値Ｐ、ニー次輝点Ａからの一次反射
光を対向斜面で正反射して、受 光器Ｒへ入射し、受光センサＳ上 に像ｆ、を結び、これから受光器 向を求めて、算出される測定値で。

被測定物表面上にない誤った測定 値である。この場合の受光方向は。

受光器Ｒの点ＯＲに眼をおき、前 記対向斜面を鏡として、一次輝点 を鏡にうつして見る場合の視線力 向になっており、鏡面にうる点Ｃ を二次正反射点と称し、Ｃからの 反射光を有効二次反射光ｒ、と称 する。

上記の測定値のうち真測定値は求める測定値であり、他
の虚測定値は誤りの測定値であるので真測定値と虚測定
値を識別して虚測定値を捨てなければならない。

■溝の表面が光学的に粗であれば光ビームｌは入射点Ａ
でよく乱反射され、真測定値が得易くなり、虚測定値は
出にくくなり、測定が容易になる。

しかし、■溝の表面が光学的に平滑になり光沢面になる
と、測定ヘッドＭとＶ溝との関係位置により、すなわち
、光ビーム１が■溝表面に著しく斜入射になると、その
斜面からの有効一次反射光ｒＡが微弱になり、他の斜面
からの有効二次反射光ｒ。

およびｒ、が強くなり、真測定値が得られず、虚測定値
のみが得られるようになる。

第２図（ａ）、　（ｂ）におけるＩｓ、Ｉｃはそれぞれ
。

光ビームｌの方向が変化する時、虚測定値ＰＩＩ。

Ｐ、が描く軌跡を示し＋’Ｂ’＋　　Ｉｍ−’等の＋■
は１、がＶ溝の内側にあることを示し、−■は■溝の外
側にあることを示す記号である。ＩＩｖは必ず■および
ＯＬを通り、■♂は必ず■およびＯＲを通る単純な曲線
になり＋　　ＩＩｖとｌ　、Ｖの位置関係は主としてＶ
溝の頂角ψ９．測定基線長ｄおよび測定距離Ｏ１ｌ■に
よりきまる。Ｉ　Ｂ−’Ｚ　　ｒ　Ｃ−’はともにＶを
通り■溝の下側へ伸びる直線に近い形の曲線になり２図
のような測定器の配置ではｌ　！ｌ−Ｖはｌ　、−Ｖの
右側でＶに近い位置を占める。また。

図から明らかなように＋　　Ｉ！ｌｖ＋　　Ｉｃｖは光
ビームが斜面ＵＶに入射する場合に対応し＋　　Ｉｎ−
ｖ＋　　ＩＣ−ｖは光ビームが斜面ＶＷに入射する場合
に対応し。

光ビーム入射点すなわち輝点Ａが斜面上をＵ→■→Ｗと
移動すると、Ｐ、は上（０１）から下（■の方向）へ移
動し、輝点Ａが頂点Ｖに重なるとＰ。

も頂点■に重なり、輝点ＡがＶＷ面へうつりＷの方へ移
動すると、Ｐ、は頂点Ｖから下方へ下がっていく。また
、Ｐ、は輝点ＡがＵ−Ｖと移動するとＩｃｖをＯＩＩを
通って上から下へ移動し、ＡがＶに重なるとＰｃもＶに
重なり、Ａが■からＷへ移動すると、Ｐ、はｌ　ｃ−Ｖ
上を■から下の方へおりていく。さらにまた、Ａに対し
てＢおよびＣは必ず対向する斜面上にあり、Ａが斜面Ｕ
ＶをＵ→■と移動すれば、ＢおよびＣはＷ→■と移動し
。

Ａが斜面ＶＷ上を■→Ｗと移動すれば、ＢおよびＣは■
→Ｕと移動する。かつ、Ａが■に重なるときＢおよびＣ
もＶに重なる。ＡがＷ→■→Ｕと移動する場合も容易に
わかるので説明を省略する。

（２）■溝斜面の測定法 （２−１）測定問題の分類 第２図に示すようにして■溝を測定する場合。

測定により求められるのは、光ビームで■溝表面を走査
し、光ビームの方向θ　、有効−火攻射光の方向θ　、
、有効二次反射光の方向θ　８およびθ　。を求めるこ
とである。ここに、θθ　１．θ　、およびθ　、はそ
れぞれの光がＸ軸となす角であり、角は反時計力を正と
して測るものとする。測定で得られる問題を分類すると
表のようになる。表は光ビームが■溝表面を走査し、光
ビームが斜面ＵＶあるいはＶＷに入射している時、有効
な反射光が検知されたかどうかを示すものである。

（２−２）　Ｖ溝斜面の算出力 表の各ケースにつきＶ溝斜面の算出を行う。

ここに計算に必要な数式表示を第２図について与えてお
く。

ここに、に、、に、は斜面の方向係数。

ケース■：ｖ溝両斜面でθ　、θ　、が測定可能の場合
。

この場合は普通の三角測量法により両斜面が求められる
。１次輝点Ａの座標ＸＡ、ＹＡは式（３）。

（４）を解き 光ビームの走査につれてＸＡ、ＹＡを求めれば。

■溝の形が求められる。

ケース■−１＝光ビームが斜面ＵＶを走査する時θａ　
　Ａ、　　ｅ　　ｓ　　（Ｉｎｖ）カ求メラレ、斜面Ｖ
Ｗを走査する時は何も測定されない場合。

この場合は斜面ＵＶは式（７）で求められるから式（１
）が求められる。斜面ＶＷ上の点は光ビームの点Ａにお
ける正反射光と、有効二次反射光ｒ、との交点として求
められ、Ｂの座標は次により与えられる。

ここにγ８は１吹止反射光ｒＡＩの方向係数で次により
与えられる。

上式により２個以上のｘ、、ｙＢを求めれば斜面ＶＷが
決定される。

ケースＵ−２７光ビームが斜面ＵＶを走査する時。

θ　、θ　、、θ　ｃ（ｒｅｖ）が求められ。

斜面ＶＷを走査する時、何も測定されない場合。

この場合は、斜面ＵＶはケースＩと同様にして測定され
、その表示式（１）が求められる。斜面ＶＷを求めるた
めには、斜面ＵＶ上の２個以上の一次輝点Ａ、　（ｉ＝
１．２．・・・）に関連する測定値を用いる。

Ａ８に関連する測定値にはサフィックスをつける。

第２図（ａ）において−火攻射光ｒＡｉＣｉの方向係数
をｒｃｉとすると。

上式でβ６．は測定から得られる有効二次反射光ｒＣｉ
の方向係数、に１は斜面ＶＷの方向係数で、求めたい未
知数である。ＴｃＬがＡ、とＣ１を結ぶ直線の傾斜であ
ること、および、有効二次反射光ｒｃｉＯ式（６）を用
いてＸ　Ｃｉ＋　ＹＣＬを求めるとＹｃＡ＝βｅｉＸｃ
ｉ 例えばｉ＝１．２をとり、ＣＩとＣｚを結ぶ直線をつく
ればその傾斜はに、に等しいから ＸＣＩ　　ｘｃｚ 上式のＸ　Ｃ４＋　Ｙ　Ｃｉに式（１１）を入れ２分母
を持って整理すると未知数に、に関する５次方程式が得
られる。これを解いてに、を求め、さらにｘＣ４，ｙｃ
ｉを通り方向係数に８をもつ面を求めれば斜面ＶＷにな
る。しかし、５次方程式を解く計算が面倒であるので、
ロボット用視覚センサのようにリアルタイムで測定する
場合には適しない。

ケー、ｌ−３：光ビームが斜面ＵＶを走査する時。

θ　、θ　、が求められ、斜面ＶＷを走査する時、θ　
−（Ｉｓ−ｖ）がもとめられる場合。

この場合も斜面ＵＶすなわち式（１）は容易に求められ
る。二次輝点Ｂは斜面ＶＵ上にあり、θ　８が測定され
るので１点Ｂは式（１）と（５）から求められ光ビーム
ｌは斜面ＶＷ上の一次輝点Ａで正反射されて、−吹止反
射光ｒ□８．を生じ、その方向は。

一次輝点Ａ、は、Ｂ、を通り方向係数ＴＢｉなる直線と
光ビーム１．との交点として求められを結ぶ直線の方向
係数を求めればこれかに８となる。

ＹＡＩ−ＹＡ２ ＝に、　　　　　　　　（１６） ＸＡＩ　　　ｘａｚ 式側を０５）に入れ、さらに０６）に入れ整理するとＫ
。

に関する５次方程式が得られる。これを解いてに８を求
めれば斜面ＶＷを求めることができる。しかし、計算は
面倒となる。

ケースロー４：光ビームが斜面ＵＶを走査する時。

θ　θ　１が求められ、斜面ｖｗを走査する時θ　ｃ　
、（Ｔ　ｃ−ｖ）が求められる場合。

この場合斜面ＵＶは容易に求められ式（１）が求められ
る。二次正反射点Ｃ３は式（１）と（６）をｘ、Ｙにつ
き解いて 一火攻射光ＴＡｉＣｉは次により与えられる斜面ＶＷ上
の一次輝点Ａは弐θ８）と（３）との交点として求めら
れ。

ｉ　＝１．２につき＋　　ＸＡｉ＋　ＹＡｉを求め、そ
の２点を結ぶ直線を求めればこれが斜面ＶＷになる。こ
の方法は計算が簡単で実用的である。

ケース■：Ｖ溝の側斜面ともに、有効−火攻射光ｒａが
得られない場合。

この場合は側斜面ともに、普通の三角測量法では求めら
れない。この場合、１ＢあるいはＩ、の何れか一方が求
められておれば、それを用いて側斜面を求めることは可
能であるが計算は著しく複雑になり、実用性に乏しい。

（２−３）斜面算出法の比較 前記の■溝斜面算出法で実用性のあるのはケースＩ、ケ
ース■−１，ケースｌｌ−４の場合であり、ケースＩは
側斜面とも普通の三角測量で求められる場合、ケース■
−１，ケースｎ−４は、三角測量で決定されて既知とな
った面で正反射する光路を有する場合となっている。す
なわち、ケースｎ−１では斜面Ｕ■が既知で、その上に
一次輝点Ａがあり。

光ビームｌがＡで正反射されている。ケースｌｌ−４で
は斜面ＵＶが既知で一火攻射光ｒａｃが斜面ＵＶ上の二
次正反射点Ｃで正反射されている。

上記のケース■は第２図において、普通の三角測量が斜
面Ｕ■について可能で斜面ＶＷについて不可能の場合で
あるが、斜面ＶＷで可能で斜面Ｕ■て不可能の場合でも
全く同様で、説明中の諸式はに、とに、とを交換すれば
そのまま成り立つ。

（３）真測定値と虚測定値との識別 前の（１）において、光ビーム１がＯＬを中心に反時計
方向に回転して■溝の斜面を走査した場合。

一次輝点Ａ、二次輝点Ｂ、二次正反射点Ｃの移動と虚測
定値の軌跡１ｓ、Ｉｃの現れ方について説明した。これ
らの移動の様子を第２図の受光センサ上の像ｆＡ＋　　
ｆｌｉｔ　　ｒＣの移動に結びつけて考えると、ｆ＾と
ｆｌ＋、ｆｃとは移動方向がたがいに逆方向であり、ｆ
ｍとｆｃとは同方向になっている。この性質を利用して
真測定値と虚測定値とを識別することができる。

（４）虚測定値軌跡Ｉ、とＩＣの識別 前記（２）の測定法において有効二次反射光ｒＩｌおよ
びｒ、を利用しているので、その識別をして用いること
が必要であ。有効二次反射光とそれが生ずる虚測定値軌
跡１ｓ、Ｉｃの位置から識別するのが都合がよい。

■溝につきｒｇ、ｒｃの位置を調べると＋　　ＩＲと１
．の位置は測定ヘッドＭの測定基線長ｄ、　　Ｖ溝の頂
角ψ９および測定距離ＯＲ■に依存して定まる。その例
を第３図に示す。図かられかるように、ＯＬがｏｎより
右にある場合は９次の特徴をもっている。

（ｉ）　Ｖ溝の頂角ψ９が大きい場合はＩ８とＩ、とは
分離して存在し２図の場合はｌｌ１ｖはＩｃｖの右にあ
り、頂角ψ９が減少するにつれて＋　　ＩＩＩｖとＩ、
ｖとが接近し、ψ９のある値ψ９゜において、頂点■の
近くでＩ［ｌｖとｌ、Ｖが殆ど重なリ、さらにψ９が減
少するとｌＢＶとｌ、Ｖとが交叉し、頂点の近くではｌ
ＢＶはＩ、ｖの左に存在するようになる。〔図（ａ）〜
（ｆ）の比較〕（ｉｉ）　Ｉ　ａｖ（！：　Ｉ　ｃｖ（
７）関係位置は、Ｘ軸と斜面Ｕ■とのなす角Φ、（測定
ヘッドのＸ軸に対する■溝の傾き）が変わっても殆ど変
わらない。（図（ａ）と（ｂ）の比較、その他の場合も
同様であるが図は省略した） （ｉｉｉ）　　Ｉ　ＢｖとＩ、ｖとの関係位置は測定距
離を一定すると測定基線長ｄにより異なり、ｄが短くな
るにつれて＋　　ＩＩｖは左方へ＋　　ＩＣｖは右べう
つる。そのため、頂点Ｖの近くで＋　　ＩＩｖと■♂と
がほとんど重なる■溝の頂角ψ９は大きくなる。〔図（
Ｃ）と（（至）１図（ｄ）と（ｈ）の比較〕（ｉｖ）Ｖ
溝の外では、測定基線長ｄ、Ｖ溝の頂角の如何にかかわ
らず＋　　ＩＭ−９は常に１．−９の右側に存在する。

（Ｖ）Ｉａｖ、Ｉｃｖ、Ｉｍ−’、Ｉｃ−’ｌ！頂点Ｖ
で一点に会し、また　ｌ　ｌＶはＯＬを通り　ｌｃＶは
０えを通る。また、頂点Ｖの近くでは、何れも直線に近
い形となる。

以上（ｉ）〜（ｖ）の特徴は測定において片斜面の測定
値と虚測定値しか得られないで、前記（２−２）の方法
で他の斜面を算出する場合、どの虚測定値を採るかを識
別する上に極めて重要である。

実測においては、■溝表面における光ビームの反射方向
と指向性から推定されるように１表面が光沢面になると
、殆ど全ての場合に、ｒ、と■。

とが観測される。さらにまた、実際の測定において、利
用されるＩｓ、Ｉｃは頂点■の近くだけであり＋　　Ｉ
Ｂｖ＋　　ＩＣｖの交叉点付近を用いることはない。

実際に１本測定法を用いる視覚センサ（測定器）では、
あらかじめ、その視覚センサ固有の特性値としてｌ１ｌ
ｖとＩｃｖの重なる頂角ψ９゜を求めておきｒ　　’ｌ
’＋　　ＩＣｖの何れを選ぶか、また１、−９をとるか
、誤りなく選択できるソフトウェアを造っておくことが
必要である。

次に、実際の測定において１片斜面ＵＶおよび虚測定値
軌跡１１１．Ｉｃが得られ、他の斜面ＶＷを前記（２−
２）の方法で求める場合、Ｉｓ、Ｉｔの選択を誤って用
いるとどんな結果が得られるかを例により説明しておく
。

第４図（ａ）は斜面Ｕ■が測定で得られ、斜面ＶＷの算
出にｒ　　ＩＩｖを採るべきところ、誤ってＩＣｖをと
った場合の例を示し１図（ｂ）は１ｃ−Ｖを採るべきと
ころを、誤って■、−９を採った場合の例を示した。図
（ａ）、　（ｂ）に示すように何れの場合も、得られた
斜面の形は著しく曲がっておるが、一次Ｈ点Ａが頂点Ｖ
に近づくにつれて得られた曲線も■に近づき■に会する
。したがって１曲線の形から虚測定値のとりちがいを知
ることが可能であり、また誤って採っても、得られた斜
面ＵＶと算出した曲線との交点から頂点■を求めること
ができる。

上記の他に、■溝の表面の反射特性、頂角の大きさ、光
ビームの入射角等によっては、有効３次反射光による虚
測定値も生ずる可能性があるが。

実測の結果によると有効３次反射光による虚測定値は殆
ど得られなかった。

（５）測定法のまとめ 投光器から一平面内で方向を変化する細い光ビームを物
体表面に投射して、その表面を輝点て走査し、その輝点
を受光器で捉えて、三角測量法により輝点の位置を算出
することにより、物体表面の形を求める物体形状測定器
によって、■溝を測定する場合は１次のようにして測定
する。

（ｉ）　Ｖ溝の両斜面から、一次輝点からの有効一次反
射光および有効二次反射光が得られる場合は。

有効一次反射光と有効二次反射光を識別して。

有効一次反射光のみをとって、三角測量法により、一次
輝点の位置を計算することにより両斜面を求める。有効
一次反射光と有効二次反射光との識別は、受光センサ上
の有効一次反射光による像と有効二次反射による像とが
、互いに逆方向に移動することを利用して行う。

（ｉｆ）Ｖ溝の一方の斜面ＵＶから有効一次反射光が検
知され、他の斜面ＶＷからはそれが検知されず、かつ、
有効二次反射光が検知される場合は。

まず斜面ＵＶを三角測量法により算出し２次に。

斜面ＵＶ上で正反射される光路をもつ有効二次反射光（
ＩＢｖまたはｒｃ−ｖ）を利用して、斜面ＶＷ上の点を
複数個算出することにより斜面ＶＷを求める。

（ｉｉｉ）有効二次反射光による虚測定値ｌ１ｌｖとＩ
、ｖの関係位置、および１．−１とＩ、−９の関係位置
は、主として測定基線長と測定距離、および■溝の頂角
によりきまるから、あらかじめ調べておき、　（ｉｉ）
における１、、ＩＣの選択を容易にしておく。

〔実施例〕

本発明の実施例を第５図により説明する。図においてＭ
は測定へンドであって、測定基線長ｄをへだてて投光器
りおよび受光器Ｒを具え、投光器りは例えばレーザダイ
オードＬＤより光ビームｌを発射し２回転鏡ＲＭにより
、その方向を変えて■溝の表面を走査する。光ビーム１
が一方の斜面ＵＶに入射して一次輝点Ａを生じ、輝点Ａ
からの反射散乱光は１部が有効一次反射光ｒＡとなって
受光器に入射し、１部は正反射方向に反射して他の斜面
ＶＷに入射して二次耀点Ｂを生し、そこから反射ｎｋ乱
されて、その１部が有効二次反射光ｒ。

として受光器に入射する他に、一次輝点Ａからの反射散
乱光の１部は二次正反射点Ｃに入射し、そこから反射さ
れて、その正反射光成分が有効二次反射光ｒｅとなって
受光器に入射する。上記の有効−火攻射光ｒＡ＋有効二
次反射光ｒ、およびｒｅは受光器Ｒの結像レンズＬを通
って受光センサＳ上に、それぞれ像ｆＡ、ｆａおよびｆ
、を結び。

受光センサＳの電気出力端子に、対応電気出力を生じ、
それから有効−火攻射光ｒａ、有効二次反射光ｒ、およ
びｒｃの方向を知ることができる。

上記３つの通行反射光の強さは■溝表面の平滑度（反射
特性）、光ビームの入射角、入射点、■溝の頂角等によ
り異なり９強度が著しく小さい場合はその像が得られな
くなる。

受光センサＳは９例えばシリコンホトダイオードを直線
上に、多数等間隔に並べて構成され、そのシリコンホト
ダイオードの電気出力から結像位置を知り、受光方向を
求めることができる。雑音光の測定妨害を除くために、
光ビームとして高周波変調されたものを用い、受光セン
サＳのシリコンホトダイオードの電気出力を高速電子ス
イッチＳＷで高速切換して、直列信号列とし、復調回路
ＤＭを通して復調して、変調成分を信号検出回路ＳＤに
より検出し、その出力をマイクロプロセッサμＰＲへ送
り込む。上記の高周波変調周波数を約８０　ＫＨｚ以上
にえらんでおけば、前記変復調過程を通じて、外部雑音
光の測定妨害を除去することができる。図のＬＤＤはレ
ーザダイオードに高周波変調電流を供給し、高周波変調
された光ビームを発生させる回路である。

回転鏡駆動回路ＲＭＤは回転鏡ＲＭを回転させるための
電力を供給するとともに２回転角を検知して、その信号
をマイクロプロセッサμＰＲへ送り込む回路である。

基準タイミングパルス発生回路ＴＧは測定系の各回路が
同期してうまく動作するに必要な基準タイミングパルス
を発生し、供給する回路で、その供給先は９回転鏡駆動
回路ＲＭＤ、　　レーザダイオード駆動回路ＬＤＤ、信
号検出回路ＳＤ、復調回路ＤＭ、高速電子スイッチＳＷ
、マイクロプロセッサμＰＲ等である。

マイクロプロセッサ（または普通のコンピュータでもよ
い）μＰＲは回転鏡駆動回路ＲＭＤから受入れた回転鏡
ＲＭの回転角すなわち光ビーム１の方向θ　、信号検出
回路ＳＤより受入れた有効−火攻射光ｒＡ＋有効二次反
射光ｒｓおよびｒ。

の結像点にあるオートダイオードの番号すなわちθ　、
、θ　８およびθ　、を示す信号を受入れ。

前に説明した真測定値と虚測定値の識別、および有効一
次反射光’Ａ＋　有効二次反射光を用いて行う■溝斜面
の算出、２つの虚測定値軌跡１ｇ、Ｉｃの識別等を行う
。

第６図に２枚の磨き鋼板で形成したＶ溝（頂角ψ９＝９
０°）につき１本発明の測定法を適用した・例を示す。

同図の図（ａ）、　（ｂ）ともに、斜面ＵＶが普通の三
角測量法により求められ、斜面−ＵＶと虚測定値１ｌｌ
ｖを利用して求めた斜面ＶＷを破線で示した。磨き鋼板
の表面が平滑であるため斜面ＵＶ面については三角測量
による測定値が多数求められているが、斜面ＶＷについ
ては図（ａ）では３個しか求められず１図（ｂ）では全
然求められて−いない。

斜面ＵＶの測定値と、虚測定値ｌ１ｌｖを利用して求め
た斜面ＶＷは破線で示されているが１図（ａ）では破線
と白丸○で示す三角測量で得た測定値とはよく一致して
いる。図（ｂ）では三角測量による測定値はえられてい
ないが、斜面ＵＶを示す実線と斜面ＶＷを示す破線とは
、はぼ９０″になっている。

上述の例により３本発明の測定法により、■溝の三角測
量が一方の斜面にしか適用できない場合でも、虚測定値
を用いれば他の斜面を精度よく求められることがわかる
。また、虚測定値は光ビームの反射方向とその指向性を
考えると、比較的測定され易い条件になっていることを
付は加えておく。

〔発明の効果〕

光ビームを用いる物体形状測定は非接触形測定器であり
、大変便利であるので、ロボット用視覚センサ、工場に
おける部品測定器として広い用途があり、工程の自動化
に欠くべからざるものである。多くの機関でその研究開
発が行われているが。

前記の真測定値と虚測定値の識別、光沢面をもつ■溝測
定における虚測定値利用による■溝斜面の゛算出法が開
発されていないため、実用化するまでに至っていない。

本測定法は上記の問題点を全面的に解決するもので、平
滑な光沢面をもつ部品あるいは溶接におけるＴ−継手、
Ｖ開先の測定等を可能にするので。

工場における工程の自動化に著しい効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は光ビームによる三角測量法の原理を示す図、第
２図は真測定値と虚測定値を示す図で。 図（ａ）は光ビームが斜面Ｕ■に入射する場合９図（ｂ
）は斜面ＶＷに入射する場合である。第３図は虚測定値
軌跡１１ｖ＋　　ＩＣｖの位置を示す図で１図（ａ）は
ψ、　＝９０’　、　Φｏ＝２０°＋ｄ＝６８ｍｎ＋の
場合１図（ｂ）はψ、＝９０°、Φ。＝５０°、ｄ＝６
８１の場合。 図（Ｃ）はψ９＝８０°、Φ１＝４０°、　　ｄ　＝６
８ｍｍの場合。 図（ｄ）はψ、　＝７５＠、　　Φｕ　＝３７．５°＋
　　ｄ＝６８ｍｍの場合１図（ｅ）はψ、　＝７０＠、
　　Φｕ　＝３５”　、　　ｄ　＝６８ｍｍの場合、（
ｆ）はψ、　＝６０”　、　　Φｕ　＝３０’　、　　
ｄ　＝６８ｍｍの場合９図（（至）はψ９＝８０°、Φ
。＝４０°、　　ｄ　＝３４ｍｍの場合１図ら）はψ９
＝７５°、Φ。＝３７．５＠ｄ＝３４ｍｍの場合である
。第４図は斜面算出で、虚測定値の選択を誤った場合を
示す図で１図（ａ）はｌ、Ｖをとるべきところ誤って［
、Ｖをとった場合１図［有］）はｌ　ｃ−Ｖをとるべき
ところ誤ってｌ　ｌ−Ｖをとった場合を示す。第５図は
測定回路系を示す図、第６図は本発明の測定法により磨
き鋼板で形成したψ。 −９０°の■溝の形を算出した例を示し１図（ａ）は斜
面ＶＷの算出値と三角測量値との比較を示し１図（ｂ）
は斜面ＶＷに三角測量値が得られない場合を示す図であ
る。 用いた主な記号は９Ｍは測定ヘッド、Ｌは投光器、Ｒは
受光器、Ｓは受光センサ、Ｘ、Ｙは直交座標、ｌは光ビ
ーム＋ｒＡは一次輝点からの有効−火攻射光、ｒ、は二
次輝点からの有効二次反射光＋　　ｒＣは二次正反射点
からの有効二次反射光。 ＵＶＷは■溝、Ａは一次輝点、Ｂは二次輝点、Ｃは二次
正反射点、　　Ｐｌ、Ｐｃは虚測定値　１．ＶＩｃｖは
■溝内に生ずる虚測定値軌跡、　　Ｉｓ−ゞ。 ■、−９は■溝の外に生ずる虚測定値軌跡、Ｌは結像レ
ンズ、Ｓは受光センサ、ｆＡ、ｆｉ、ｒｅはそれぞれ一
次輝点Ａ、二次輝点Ｂ、二吹止反射点Ｃからの反射光が
結ぶ像、ＬＤはレーザダイオード、ＲＭは回転鏡、ＳＷ
は高速電子スイッチ、ＤＭは復調回路、ＳＤは信号検出
回路、ＬＤＤはレーザダイオード駆動回路、ＲＭＤは回
転鏡駆動回路、ＴＧは基準タイミングパルス発生回路、
μＰＲはマイクロプロセッサまたは通常のコンピュータ
である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）一平面内に、一定長の測定基線と、その両端にそ
   れぞれ、前記平面内において方向を変化する細い光ビー
   ムを放射する投光器および前記平面内に受光方向をもち
   受光方向に対応する電気信号を発生する受光器を具え、
   その面内における光ビームの方向を示す電気信号と受光
   方向を示す電気信号および測定基線長とを用いて、光ビ
   ームと受光方向との交点の位置を、三角測量法により算
   出する光ビームを用いる物体形状測定器により、Ｖ溝の
   測定を行う光ビームによる物体形状計測法において、 （ｉ）光ビームによりＶ溝表面を走査した時、受光器が
   料斜面からの有効一次反射光を検 知できる場合は、それの受光方向と光ビームの方向を用
   いて、三角測量法により、両斜面の形を算出し、さらに
   また、 （ｉｉ）光ビームによりＶ溝表面を走査した時、受光器
   が一方の斜面からの有効一次反射光、および、その斜面
   で正反射する光路をもつ 有効二次反射光を検知し、他方の斜面から は十分な有効一次反射光を検知できない場 合は、前者の斜面の形状をその面から得ら れた有効一次反射光および光ビームの方向 を用いて三角測量法により算出し、後者の 斜面を前記の計算された斜面の形および前 記の有効二次反射光を用いて計算する ことを特徴とする光ビームによる物体形状測定法。
2. （２）前記特許請求の範囲第１項において、光ビームの
   方向変化に対して、それと同じ向きの方向変化を示す有
   効反射光を有効一次反射光とし、逆向きの方向変化を示
   す有効反射光を有効二次反射光として識別することを特
   徴とする光ビームによる物体形状測定法。
3. （３）前記特許請求の範囲第１項において、測定ヘッド
   の測定基線長、測定ヘッドとＶ溝との相対位置およびＶ
   溝の頂角に対応して、二次輝点からの有効二次反射光の
   方向角と、二次正反射点からの有効二次反射光の方向角
   との大小関係を求めておいて、この大小関係を用いて、
   実測で得られた有効二次反射光が、二次輝点からの反射
   光か、を識別することを特徴とする光ビームによる物体
   形状測定法。