JPH01250707A - ３次元曲面形状の測定方法及び装置 - 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］ この発明は、３次元曲面の形状を非接触で測定する方法
及び装置に関するものである。

［従来の技術］ ３次元曲面形状の計測は、３次元ＣＡＤ入力、ロボット
ビジョン、或いは医用乃至服飾デザイン用人体形状計測
等、広い分野への応用が考えられることから、従来より
様々な手法が提案されてきている。

中でも光切断法として一般に知られる方法は、例えば「
画像処理ハンドブック（株式会社昭晃堂）」の第３９８
，３９９頁にも記載されているが、第２図に示すように
被測定物（５１）に対して、スリット光を（５２）から
のスリット光（５３）を照射した時に物体表面に形成さ
れる光ビームバタンか、これを照射方向と異なる方向か
ら観察した時、被ａｒＩｔ定物体（５１）のスリット光
照射位置での断面形状に対応するという現象に着目した
方式であり、その簡便性、非接触性及び定量性故に従来
より広く用いられている方法である。

この光切断法を用いて３次元自由曲面の形状を測定する
にあたっては、第２図においてスリット光（５３）を回
転ミラー（５８）等を用いて矢印（５４）の方向に移動
させながら、光ビームバクンをテレビカメラ（５５）で
観察し、得られたビデオ信号を処理することによって、
時々刻々画面内の光切断線（光ビームバタンの形）を抽
出しく５Ｂ）　、これを再構成することにより曲面形状
を構築する（５７）。

光学系の構成としては、光をとしてスリット光を（５２
）の替りに光スポツトスキャナを用い、撮像系として、
テレビカメラ（５５）の代わりに例えばＰＳ　Ｄ　（Ｐ
ｏｓｉｔｉｏｎ　５ｅｎｓｉｔｉｖｅ　Ｄｅｔｅｃｔｏ
ｒ）センサとして知られているような高速の光スポツト
位置検出装置を用いる方法もあるが、基本原理としては
、第２図のものと同一である。

［発明が解決しようとする課８］ 前述の光切断法は種々の利点をもった方法ではあるが、
被測定物上の各点を検出し特定するためには、各画面毎
に画面内の光切断線を抽出するプロセスが不可欠であり
、これに起因して以下に示すように測定精度の上で、或
いは信頼性の上での問題点が生じている。

（１）被ΔＩ１１定対象の形状によるｉ’ｌｌＪ定精度
及び空間分解能の劣化； 光切断法においては第３図（ａ）に示すようにスリット
光（５３）の光軸に対して、被測定物（５１）の面が直
角に近い角度の斜面である場合には、物体表面での光ビ
ームパタンの幅Ｗが狭いため、精度の高い測定が可能で
ある。しかしながら、第３図（ｂ）に示すように被測定
物の面がスリット光（５３）の光軸に平行に近い角度の
斜面になると、物体表面での光ビームパタンの幅Ｗが拡
がり、光切断線抽出時の位置の不確定性が増し、精度が
劣化すると共に、スリット光［（５３）を移動した時の
物体表面上での光ビームバタンの移動量が大きくなり、
これによって空間的な測定の分解能も同時に劣化する。

（２）被測定対象の表面反射率による測定信頼性の低下
； 光切断法においては、画面内の光切断線を抽出するプロ
セスにおいて、光ビームバタンか周囲よりも十分明るい
ことが前提となっているために、例えば物体表面に、反
射率の大きなムラがあったり、また、物体表面の斜面角
度がスリット光の光軸に近く、反射光強度が低い場合に
は、光切断線抽出時に往々にして断点を生じたり、或い
は、全（別の点を光切断線と誤検出するケースが起きる
。

このような現象は測定時に、スリット光以外の背景光が
存在する場合にも生じ、いずれも測定の信頼性の低下や
適用対象測定環境に対する制約となっている。

このように光切断法には、光切断線抽出プロセスに起因
して生じる測定上のいくつかの問題のために、被測定対
象の形状、表面性状或いは測定環境など適用上の制約が
多く、その簡便性、非接触性、定量性等の優位性の割に
は、その用途が限定されており、これまで汎用の３次元
曲面形状計測装置としてアセンブルされて広く実用化さ
れる迄には至っていなかった。

この発明は、光切断法の有する前述の問題点を解消する
ためになされたものであり、光切断法と同様の光学系を
用いながらも、スリット光を媒体として被測定対象表面
をスリット光投光角度でコーティングするという新しい
方式を導入することにより、光切断線抽出プロセスを全
く必要としない新たなｎ１定原理に基づいた３次元曲面
形状の測定方法及び装置を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る３次元曲面形状の測定方法は、線状のス
リット光を被測定対象の全面に亘って回転走査する工程
と、スリット光投光角度を測定する工程と、被測定対象
表面を撮像して得られるビデオ信号の画面内の各画素に
対応する被測定対象表面の各位置毎に、その点をスリッ
ト光が通過したスリット光投光角度又はそれに相当する
値をその画素の値とする画像を合成する工程とを有し、
更に、前記合成画像に基づいて被測定対象の３次元曲面
形状を測定する工程とを有する（請求項１）。

また、この発明に係る３次元自由曲面形状の７１１１１
定装置は、被測定対象表面に線状のスリット光を投光す
るスリット光投光手段と、スリット光線の面内で、かつ
基準面に平行な直線を回転軸としてスリット光投光手段
を回転させ、被測定対象表面の全面に亘ってスリット光
を走査させるスリット光回転走査手段と、スリット光の
投光角度をｄｐ１定するスリット光投光角度測定手段と
、被測定対象表面を、前記スリット光投光手段とは異な
る方向から撮像するテレビカメラとを有する。

更に、該テレビカメラからのビデオ信号を処理して、画
面内の各画素に対応する被測定対象表面の各位置毎に、
その点をスリット光が通過した瞬間の投光角度を、スリ
ット光角度測定手段から読み込んで、その角度又はそれ
に相当する値をその画素の値とする画像を合成する画像
合成手段と、前記合成画像をもとに演算処理して被測定
対象の３次元曲面形状を１ｌｌｌＪ定する画像演算手段
とを有する（請求項２）。

そして、テレビカメラは、基準面に対して垂直な方向か
ら被測定対象を撮像するように配置される（ａ求項３）
。

また、この発明に係る３次元自由曲面形状の１１−１定
装置は、被測定対象表面に対してスリット光を走査した
時に画像合成手段によって得られるスリット光投光角度
合成画像θ（ｘ、ｙ）　　（（ｘ、ｙ）は基準面の座標
）をもとに、被測定対象表面の３次元形状ｆ　（ｘ、ｙ
）を、基準面の原点に対するスリット光回転中心軸の水
平変位Ｘ　及び垂直変位ｚ０を用いて、 ｆ　（ｘ、ｙ）　−ｚ　　−（ｘ−Ｘ（１）　ｔａｎθ
（ｘ、ｙ）なる式に基づいて求める画像演算手段を備え
ている（請求項４）。

また、この発明に係る３次元曲面形状の測定装置は、被
測定対象表面に対してスリット光を走査した時に画像合
成手段によって得られるスリット光投光角度合成画像θ
（ｘ、ｙ）と、基準面に対して不すット先を走査した時
に画像合成手段によって得られる合成画像θ　（ｘ、ｙ
）とをもとにして、彼測定対象表面の３次元形状ｆ　（
ｘ、ｙ）を、基準面の原点に対するスリット光回転中心
軸の水平変位ＸＯを用いて、 ｆ　（ｘ、ｙ）　　− （ｔａｎθ（、（ｘ、ｙ）　−ｔａｎ　’θ（ｘ、ｙ）
）（ｘｏ−ｘ）なる式に基づいて求める画像演算手段を
備えている（請求項５）。

また、この発明に係る３次元自由曲面形状の測定装置は
、被測定対象表面に対してスリット光を走査した時に画
像合成手段によって得られるスリット光投光角度合成画
像θ（ｘ、ｙ）と、基準面に対してスリット光を走査し
た時に画像合成手段によって得られる合成画像θ０（ｘ
、ｙ）とをもとにして、被測定対象表面の３次元形状ｆ
　（＊、ｙ）を、基準面の原点に対するスリット光回転
中心軸の垂直変位ｚ０を用いて、 なる式に基づいて求める画像演算手段を備えている（ニ
ア請求項６）。

また、この発明に係る３次元自由曲面形状の測定装置は
、被測定対象表面に対してスリット光を走査した時に画
像合成手段によって得られるスリット光投光角度合成画
像θ（ｘ、ｙ）と、基準面に対してスリット光を走査し
た時に画像合成手段によって得られる合成画像θ０（ｘ
、ｙ）と、更に、基準面と平行でかつ距１１１ｄ　（テ
レビカメラに近づく側を＋、遠ざかる側を−とする）離
れた第２基準面に対してスリット光を走査した時に画像
合成手段によって得られる合成画像θ１　（ｘ、ｙ）と
を用いて、被測定対象面の３次元形状ｔ　（ｘ、ｙ）を
なる式に基づいて求める画像演算手段を備えている（請
求項７）。

〔作用］ この発明においては、スリット光の線状の反射バタンか
被測定対象物表面上を移動していく状態をテレビカメラ
で撮像し、画面内の各画素毎にその画素に対応する被測
定対象物表面の位置をスリット光が通過した瞬間のスリ
ット光投光角度をその画素の値とするスリット光投光角
度合成画像を作成する。そして、その合成画像に基づい
て被測定対象の３次元形状が測定される。

また、基準面又は第２基準面についても同様にして合成
画像を作成して、これらの合成画像も利用して被測定対
象の３次元形状が測定される。この場合には計測定数の
一部又は全部が省略される。

［実施例］ この発明の詳細な説明に先立って、以下この発明の測定
原理を第１図に基づいて先ず概念的に説明する。

第１図に示すように、基準面（１）上に置かれた彼１１
ＰＪ定対象物（２）の表面に斜め上方から紙面に垂直方
向に拡がったスリット光（３ａ）を投光し、このスリッ
ト光（３ａ）を例えば回転ミラー（４）を用いて紙面溝
方向に移動させながら、例えば被測定対象（２）直上よ
りテレビカメラ（８）で撮像する。この時、テレビカメ
ラ（８）に接続されたモニタテレビ（８ａ）上では、物
体表面でのスリット光の線状の反射バタンか画面横方向
に移動していく様子が観察される。

前述のように、このスリット光（３ａ）の反射バタンの
線形状は、物体表面の凹凸情報を反映しており、従来の
光切断法においては、反射バタンの線形状を時々刻々抽
出し、これを再構成することにより、被測定対象の３次
元形状を測定していた。

この発明においては、スリット光（３ａ）の線状の・反
射バタンか物体表面上を移動していく様子を写すテレビ
カメラ（８）から出力されるビデオ信号をもとにして、
画面内の各画素毎に、その画素に対応する物体表面の位
置をスリット光が通過した瞬間のスリット光投光角度を
その画素の値とする画像を合成する。

このようにして合成された画像は、その各画像における
値が、その画素に対応する物体表面の位置から回転ミラ
ー（４）のスリット光回転中心を見上げた時の仰角に対
応した画像となっている。従って、合成画像を、それに
対応する物体表面の座標系（ｘ、ｙ）を用いてθ（ｘ、
ｙ）で表現すると、物体表面のプロフィルｆ　（ｘ、ｙ
）は、第１図を基にした簡単な幾何計算により、次式に
より求めことができる。

ｆ　（ｘ、ｙ）−ｚｏ−（ｘｏ−ｘ）ｔａｎθ（ｘ、ｙ
）−（Ｄなお、このｎ１定原理の応用例として、以下の
ａ＋定方法も容易に考えられる。まず、第１の応用例と
しては、基準面（１）について上記測定を行ない、得ら
れる合成画像を用いることにより、パラメータＸ。乃至
ｚ０を省略する方法である。即ち、基準面（１）におけ
る合成画像θ０（ｘ、ｙ）は、（１）式％式％ 従って（１）式からＺｏ或いはＸｏを消去することによ
り、物体面プロフィルｆ　（ｘ、ｙ）は次式の関係で求
まる。

ｆ　　（ｘ、ｙ）　　＝　　（ｔａｎ　　θ　ｇ　　（
ｘ、ｙ）−ｔａｎ　　θ　（ｘ、ｙ）ＩＸ　（ｘ　ｏ　
−ｘ　）　　　　　　　　・・・（３）更に、第２の応
用例としては、２つの基準面ｆ（ｘ、ｙ）　−０及びｆ
　（ｘ、ｙ）　−ｄについて上記測定を行ない、得られ
る合成画像を用いることにより、パラメータＸｏ及びＺ
ｏの両方を省略する方法である。即ち、第２の基準面に
おける合成画像θ１（ｘ　、　ｙ）は、（１）式におい
てｆ　（ｘ、ｙ）　−ｄとおくことにより次式が得られ
る。

従って、（２）式及び（５）式の関係を（１）式に代入
することによりＸｏ及びｚ０を消去してｆ　（ｘ、ｙ）
は次式の形に求まる。

ｆ（ｘ、ｙ）−ｔａｎθｌ（ｘ、ｙ）・・・（６） なお、この発明おいては、彼ａｌｌＪ定対象表面をスリ
ット光投光角度でコーディングするが、その手段として
は、必ずしも直接スリット光投光角度を７１Ｉｌｊ定す
る必要はなく、それと等価な例えば回転ミラーの回転角
度、あるいは回転ミラーの回転角速度が等速であるとい
う前提のもとに回転ミラーの走査開始後の時間等で披ａ
）Ｊ定対象表面を一旦コーディングした後、これを演算
処理してスリット光投光角度に変換してもよい。

更に、（１）弐〜（８）式からも分かるように、スリッ
ト光投光角度でコーディングした合成画像θ（ｘ、ｙ）
は、以後の形状演算では全てその正接であるｔａｎθ（
ｘ、ｙ）の形で用いられるので、当初の画像合成時に、
スリット光投光角度の代わりに−１いきなりスリット光
投光角度の正接でコーディングしておいてもよい。

次に、この発明の一実施例を第４図〜第６図に基づいて
説明する。

第４図は前記実施例に係る３次元形状計測装置の構成図
である。測定の基準となる基準面（１）上に被ａ？Ｊ定
対象（２）が載置される。スリット光を（３）からでた
スリット光は、回転ミラー（４）で反射されて被測定対
象（２）に斜め上方より投光される。回転ミラー（４）
はモータコントローラ（５）によって制御されるモータ
（６）によって駆動され、スリット光（３ａ）が基準面
（１）上の被測定対象（２）を全面に亘って走査するよ
うに駆動される。

この時、回転ミラー（４）の回転中心軸の基準面（１）
に対する位置（ｘ、ｚ）は正確に測定されるものとする
。また、回転ミラー（４）の基準面（１）に対する角度
は、モータ（６）のシャフトに連動して取り付けられた
回転角度センサ（７）により検出されるように構成され
ており、モータコントローラ（５）を介して形状計測装
置（９）に入力されて、被測定対象（２）に対する時々
刻々のスリット光投光角度θが演算できるようになって
いる。

一方、被測定対象物（２）の表面は、光軸が基準面（１
）と直交するようにに配設されたテレビカメラ（８）に
よって撮影され、得られるビデオ信号は形状計測袋ｆｉ
ｔ　（９）に入力される。

形状計測装置（９）は、大別して画像合成による形状演
算を行なう画像演算手段としての形状演算回路（ｌＯ）
と、回転角度センサ（７）の出力からスリット光投光角
度θを演算して形状演算回路（ｌＯ）に入力する投光角
度演算回路（１１）と、モータコントローラ（５）に対
する指令や形状演算回路（１０）に対する演算タイミン
グ制御を行なうシーケンスコントローラ（１１）からな
っている。

形状測定に際しては、形状計測袋ｆｉｔ　（９）は外部
から与えられるスタート信号に基づいて、シーケンスコ
ントローラ（ｌｌ）を介してモータ（８）を駆動し、回
転ミラー（４）を初期位置にセットする。しかる後、回
転ミラー（４）の回転を開始し、スリット光（３ａ）に
よる走査を開始する。

形状演算回路（ｌＯ）はその入力部に、後述する画像合
成回路（１３）を有しており、スリット光を（３）の走
査開始と同時に、テレビカメラ（８）より入力されるビ
デオ信号を時々刻々処理して、画面内の各画素毎に、そ
の画素をスリット光が通過した瞬間の投光角度を、投光
角度演算回路（１１）より読み込んでその画素の値とす
る画像合成演算をスリット光（３ａ）の１走査期間中行
なう。

合成画像θ（ｘ、ｙ）演算完了後、形状演算回路（１０
）はシーケンスコントローラ（１２）の指示に基づいて
、高さ演算回路（１４）を用いて（１）式に従って高さ
プロフィルｆ　（ｘ、ｙ）を演算し、このデータを３次
元形状メモリ（１５）に格納し、蓄積する。

３次元形状メモリ（１５）に蓄えられた高さプロフィル
データは、上位の計算機乃至ＣＡＤシステムからの指令
に基づいて適宜計算機乃至ＣＡＤシステムに転送される
。

この実施例においては、例えば第５図に示すようにスリ
ット光の投光角度に近い角度の斜面をもった被測定対象
（２）について測定すると、斜面の傾きがスリット光の
投光角度に非常に近いので、スリット光が図中“１°で
示す位置に来た時、斜面全体が一様に明るくなる。しか
、シ、この角度コーディングされた合成画像を（１）式
に基づいて演算すれば、図示のような測定結果が得られ
る。このことから、スリット光の角度に近い面をもった
形状に対しても十分高い分解能が得られていることが分
かる。

従来このような画像から光切断線を抽出することは先に
も説明したように困難であり、このような斜面に対して
光切断法を適用しようとすると、ｌｌ−１定精度、空間
分解能共に期待できなかったが、この実施例では、この
ような斜面に対しても、スリット光のビーム幅乃至サン
プリングピッチ程度のａ＞＋定精度及び空間分解能での
測定が可能であり、一般に、被測定対象の形状に依らな
い形状測定が実現できる。

第６図は形状計測装置（９）の−構成要素である画像合
成回路（１３）の−例を示す構成図である。

画像合成回路（１３）は、テレビカメラ（８）より入力
されるビデオ信号を処理して各画素毎に、最も明るくな
った瞬間の輝度を演算する最大輝度画像演算部（１８）
と、各画素が時間的に最大の輝度をとる瞬間のスリット
光投光角度θをその画素の値とする画像合成演算を行な
う画像合成演算部（１９）とから構成されており、これ
らの制御用として同期回路（２０）、メモリアドレス発
生回路（２１）及び出力制御回路（２２）を備えている
。

最大輝度演算部（１８）は、最大輝度画像演算のバッフ
７メモリである最大輝度画像メモリ（２３）を中心とし
て同期回路（２０）より出力されるタイミング信号に基
づいてビデオ信号をＡ／Ｄ変換しディジタル化するＡ／
Ｄ変換回路（２４）、メモリアドレス発生回路（２１）
より指定される最大輝度画像メモリのアドレスのデータ
の読出し、書込みを制御する最大輝度画像メモリ（２５
）、更に、テレビカメラから入力される画像と最大輝度
メモリの画像の対応する画素の値を比較し、大きい方の
値を選択出力する比較回路（２６）及びスイッチ回路（
２７）より構成されている。

一方、合成画像演算部（１９）は、合成画像演算結果を
格納する合成画像メモリ（２８）を中心として構成され
ており、最大輝度画像演算部（１８）の中の比較回路（
２Ｂ）の出力信号に基づいて、テレビカメラから入力さ
れる信号レベルがそれに対応する最大輝度画像メモリ（
２３）のアドレスの画素の値よりも大きかった時にその
スリット光投光角度θを合成画像メモリ（２８）に書込
む機能を有する合成画像メモリ制御回路（２９）を備え
ている。

この回路は、演算の開始のタイミングで、最大輝度画像
メモリ（１３）及び合成画像メモリ（２８）が零にクリ
アされた状態からスタートし、テレビカメラから入力さ
れるビデオ信号をＡ／Ｄ変換回路（２４）を用いてディ
ジタル化しながら、ビデオ信号の値と、その画素の位置
に対応する最大輝度画像メモリ（１３）の画素の値とを
比較してビデオ信号の値のほうが大きい時にのみ最大輝
度画像メモリ（１３）のその画素の値をビデオ信号の値
で更新すると同時に、合成画像の対応する画素にその時
のスリット光投光角度θを書込む機能を有している。

このようにして外部からの演算制御信号によって指示さ
れている間、上記の演算が行なわれる結果、演算終了時
に、合成画像メモリ（２８）に、先に説明した所定の画
像が生成されている。このようにして演算された合成画
像は、出力制御回路（２２）を介して、次の演算回路へ
と転送される。

ところで、上記の実施例においては高さ演算回路（１４
）において（１）式を演算しているが、上述したように
演算精度を高めるために、この（１）式の２　又はＸｏ
を省略する事ができる。

この場合は、基準面（１）についても被測定対象と同様
にして合成画像を求め、その合成画像をθ０（ｘ、ｙ）
とし、第７図に示すように被測定対象の合成画像θ（ｘ
、ｙ）と基準面の合成画像θ０（ｘ、ｙ）とをそれぞれ
−旦物体面合成メモリ（３０）及び基準面合成メモリ（
３１）にそれぞれ格納した後、高さ演算回路（１４ａ）
で（３）式又は（４）式を演算することにより３次元形
状を得る。

更に、この（１）式の２　及びＸ。の双方を省略するこ
ともできる。この場合は、基準面（１）の池に、第２の
基準面を設け（基準面（１）に対して平行で、距離ｄだ
け離れている）、被測定対象（２）の合成画像θ（ｘ−
ｙ）　、基準面（１）の合成画像θ。

（ｘ、ｙ）及び第２の基準面の合成画像θ１（ｘ、ｙ）
をそれぞれ同様にして求め、第７図に示すようにそれぞ
れ一旦物体面合成メモリ（３０）、基準面合成メモリ（
３１）及び第２基準面合成メモリ（３２）に格納した後
、高さ演算回路（１４ａ）で（６）式を演算することに
より３次元形状を得る。

なお、基準面（１）及び第２の基準面の合成画像は一度
作成すればよいから、２回目以降の測定時には最初に作
成した合成画像をそのまま使用すればよい。また、この
基準面（１）及び第２の基準面の合成画像は単純な構成
であるから、形状演算回路（１０）に演算機能を付加し
、仮想の基準面を（２）式及び（５）式により計算で求
めてその合成画像を作成し、それぞれメモリ（ａｔ）（
３２）に格納するようにしてもよい。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、光切断法と同様の光学
系を用いながらも、スリット光投光角度をコーディング
した被測定対象の合成画像により３次元形状を得るよう
にしたーので、例えば被測定対象がスリット光の投光角
度に近い角度の斜面の形状をもっている場合であっても
、そのような斜面に対してもスリット光のビーム幅乃至
サンプリングピッチ程度の測定精度及び空間分解能での
測定が可能であり、被測定対象の形状に依らない形状ａ
？Ｊ定ができる。

また、この発明によれば、スリット光の線状の反射パタ
ンが被測定対象面上を移動していく様子をテレビカメラ
で撮像し、画面内の各画素毎にその画素に対応する物体
表面の位置をスリット光が通過した瞬間のスリット光投
光角度をその画素の値とする画像合成演算を行うが、こ
の画像合成演算が成立し、形状情報が正しく求まるため
の必要条件は、各画素に対応する物体表面の各位置の明
るさが、スリット光がその位置を通過した瞬間に最大に
なるという条件のみである。

従って、被測定対象の空間的な表面反射率のむらは測定
に影響を及ぼさないばかりでなく、背景光があったとし
ても、その光量が時間的に一定でかつテレビカメラの信
号が飽和しない程度の明る奎でありさえすれば、物体表
面上の各点の明るさはやはりスリット光が通過した瞬間
に最大になることから、測定対象の表面反射率や背景光
の影響を受けない測定が可能である。

更に、この発明によれば基準面の合成画像、或いは第２
の合成画像も被測定対象の場合と同様にして作成してこ
れらの合成画像を用いて被測定対象の３次元形状を求め
るので、高さプロフィルを演算する際の計測定数の一部
を省略することができ、このためＪ？Ｊ定精度が高めら
れている。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の測定原理を示す説明図、第２図は従
来の光切断法の概念図、第３図（ａ）（ｂ）は従来の光
切断法の斜面角度による測定精度の変化を示す説明図で
ある。 第４図はこの発明の一実施例に係る３次元形状計ａ′ｌ
１１装置の構成図、第５図は斜面形状の測定例を示す説
明図、第６図は第４図の画像合成回路の詳細を示したブ
ロック図、第７図は形状演算回路の他の例を示すブロッ
ク図である。 （１）二基卓面、（２）：被測定対象、（３）ニスリッ
ト光を、（４）二回転ミラー、（５）：モータコントロ
ーラ、（６）：モータ、（７）：回転角度センサ、（８
）：テレビカメラ、（９）：形状計測装置、（１０）　
：形状演算回路、（１１）　：投光角度演算凹路、（１
２）ニジ−ケンスコントローラ、（１３）：画像合成演
算回路、（１４）　：高さ演算回路、（１５）：３次元
形状メモリ、（１８）　：最大輝度画像演算部、（１９
）　：合成画像演算部、（２０）：同期回路、（２１）
：メモリアドレス発生回路、（２２）　：出力制御回路
、（２３）　：最大輝度画像メモリ、（２４）：Ａ／Ｄ
変換回路、（２５）　：最大輝度画像メモリ制御回路、
（２Ｂ）　：比較回路、（２７）　：スイッチ回路、（
２８）　：合成画像メモリ。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）線状のスリット光を被測定対象の全面に亘って回
   転走査する工程と、 スリット光投光角度を測定する工程と、 被測定対象表面を撮像して得られるビデオ信号の画面内
   の各画素に対応する被測定対象表面の各位置毎に、その
   点をスリット光が通過した瞬間のスリット光投光角度又
   はそれに相当する値をその画素の値とする画像を合成す
   る工程と、 前記合成画像に基づいて被測定対象の３次元曲面形状を
   測定する工程と を有することを特徴とする３次元曲面形状の測定方法。
2. （２）被測定対象表面に線状のスリット光を投光するス
   リット光投光手段と、 スリット光線の面内で、かつ基準面に平行な直線を回転
   軸としてスリット光投光手段を回転させ、被測定対象表
   面の全面に亘ってスリット光を走査させるスリット光回
   転走査手段と、 スリット光の投光角度を測定するスリット光角度測定手
   段と、 被測定対象表面を、前記スリット光投光手段とは異なる
   方向から撮像するテレビカメラと、該テレビカメラから
   のビデオ信号を処理して、画面内の各画素に対応する被
   測定対象表面の各位置毎に、その点をスリット光が通過
   した瞬間の投光角度を、スリット光角度測定手段から読
   み込んで、その角度又はそれに相当する値をその画素の
   値とする画像を合成する画像合成手段と、 前記合成画像をもとに演算処理して被測定対象の３次元
   曲面形状を測定する画像演算手段とを有することを特徴
   とする３次元曲面形状の装置。
3. （３）テレビカメラは、基準面に対して垂直な方向から
   被測定対象を撮像することを特徴とする請求項２記載の
   ３次元曲面形状の測定装置。
4. （４）被測定対象表面に対してスリット光を走査した時
   に画像合成手段によって得られるスリット光投光角度合
   成画像θ（ｘ、ｙ）（（ｘ、ｙ）は基準面の座標）をも
   とに、、被測定対象表面の３次元形状ｆ（ｘ、ｙ）を、
   基準面の原点に対するスリット光回転中心軸の水平変位
   ｘ＿０及び垂直変位ｚ＿０を用いて、ｆ（ｘ、ｙ）＝２
   ＿０−（ｘ−ｘ＿０）ｔａｎθ（ｘ、ｙ）なる式に基づ
   いて求める画像演算手段を備えたことを特徴とする請求
   項２記載の３次元曲面形状の測定装置。
5. （５）被測定対象表面に対してスリット光を走査した時
   に画像合成手段によって得られるスリット光投光角度合
   成画像θ（ｘ、ｙ）と、基準面に対してスリット光を走
   査した時に画像合成手段によって得られる合成画像θ＿
   ０（ｘ、ｙ）とをもとにして、被測定対象表面の３次元
   形状ｆ（ｘ、ｙ）を、基準面の原点に対するスリット光
   回転中心軸の水平変位ｘ＿０を用いて、 ｆ（ｘ、ｙ）＝ ｛ｔａｎθ＿０（ｘ、ｙ）−ｔａｎθ（ｘ、ｙ）｝（ｘ
   ＿０−ｘ）なる式に基づいて求める画像演算手段を備え
   たことを特徴とする請求項２記載の３次元曲面形状の測
   定装置。
6. （６）被測定対象表面に対してスリット光を走査した時
   に画像合成手段によって得られるスリット光投光角度合
   成画像θ（ｘ、ｙ）と、基準面に対してスリット光を走
   査した時に画像合成手段によって得られる合成画像θ＿
   ０（ｘ、ｙ）とをもとにして、被測定対象表面の３次元
   形状ｆ（ｘ、ｙ）を、基準面の原点に対するスリット光
   回転中心軸の垂直変位ｚ＿０を用いて、 ｆ（ｘ、ｙ）＝｛１−ｔａｎθ（ｘ、ｙ）／ｔａｎθ＿
   ０（ｘ−ｙ）｝ｚ＿０なる式に基づいて求める画像演算
   手段を備えたことを特徴とする請求項２記載の３次元曲
   面形状の測定装置。
7. （７）被測定対象表面に対してスリット光を走査した時
   に画像合成手段によって得られるスリット光投光角度合
   成画像θ（ｘ、ｙ）と、基準面に対してスリット光を走
   査した時に画像合成手段によって得られる合成画像θ＿
   ０（ｘ、ｙ）と、更に、基準面と平行でかつ距離ｄ（テ
   レビカメラに近づく側を＋、遠ざかる側を−とする）離
   れた第２基準面に対してスリット光を走査した時に画像
   合成手段によって得られる合成画像θ＿１（ｘ、ｙ）と
   を用いて、被測定対象面の３次元形状ｆ（ｘ、ｙ）を ｆ（ｘ、ｙ）＝｛ｔａｎθ＿０（ｘ、ｙ）−ｔａｎθ（
   ｘ、ｙ）｝／｛ｔａｎθ＿０（ｘ、ｙ）−ｔａｎθ＿１
   （ｘ、ｙ）｝・ｄなる式に基づいて求める画像演算手段
   を備えたことを特徴とする請求項２記載の３次元曲面形
   状の測定装置。