JPH02300608A

JPH02300608A - ３次元形状計測装置

Info

Publication number: JPH02300608A
Application number: JP12257889A
Authority: JP
Inventors: Akio Kono; 河野　明夫; Junichi Fujiwara; 淳一藤原; Noriyuki Fukaya; 典行深谷; Mitsuo Hirashima; 平島　充雄
Original assignee: O G JOHO SYST KK; O G JOHO SYST SOKEN KK
Current assignee: O G JOHO SYST KK; O G JOHO SYST SOKEN KK
Priority date: 1989-05-16
Filing date: 1989-05-16
Publication date: 1990-12-12

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】産業上の利用分野本発明は、たとえば産業用ロホットの目なととして好適
に実施することがてきる被計測物体の３次元形状を計測
するための装置に関する。

従来の技術典型的な先行技術では、被計測物体の形状を計測するな
めに、たとえばブローｙなどを被計測物体に当接し一〕
−）移動を行い、アームの関節の角度などから被計測物
体の形状を計測していた。

この先行技術では、プローブか被計測物体に接触する必
要があり、したか−）で被計測物体が柔らかいものや高
温なものあるいは危険なものなとであるときには、計測
を行うことができない。また被計測物体の表面を、少し
ず−）ずれて何回も走査しなければならず、したか−）
で計測精度を向上するためには、前記走査の間隔を密に
しなければならず、計測に長時間要することになる。ま
た構成大がかりである。

他の先行技術は、本件出願人による特願昭６２−２１１
．５５４に開示されている。こび）先行技術ては、被計
測物体に光パターンを複数の各照射手段によ−）で順次
的に照射し、その照射手段に個別的に対応してその対応
する照射手段とは異なる位置に設けられた撮像手段によ
−）で、光パターン照射期間中にその照射されている被
計測物体を撮像し、この撮像手段の出力に基−）いて、
三角法に従い、被計測物体の形状を演算して求める。

発明か解決しようとする課題このような先行技術では、複数の各照射手段を順次的に
切換えて、被計測物体に光を照射しなければならず、そ
のため計測に長時間を必要とする。

したか−）でたとえは被計測物体か人間なとであるとき
には、その被計測物体を長時間に亘−）で静止状態に保
−）ことが困難であり、このような人間なとのような被
計測物体の形状計測は難しい。

本発明の目的は、被計測物体の３次元形状を、簡単な構
成て高速に計測することができるようにした３次元形状
計測装置を提供ずろことである。

課題を解決ずろための手段本発明は、複数の異なる位置にそれぞれ配置され、相互
に異なる波長を有するパターン光またはスリブ■・光を
被計測物体に同時に照射する複数の照射手段と、前記照射手段に個別的に対応してその対応する照射手段
とは異なる位置にそれぞれ配置され、前記対応する照射
手段からの前記波長を有する光が照射されている被計測
物体を撮１象する複数の撮像手段と、前記撮像手段からの出力に応答して、撮像して得られる
画面を多数の画素に分けて明暗の二Ｉａ（ヒを行い、そ
の二値化信号をメモリにストアし、そのストア内容を読
出して三角法に基づいて被計測物体の３次元の形状を演
算して求める処理手段とを含むことを特徴とする３次元
形状計測装置である。

ま）Ｓ本発明は、光照射手段と撮像手段とは、バンドパ
ス色フィルタを備えることを特徴とする３−３＝次元形状計測装置である。

作　　用本発明に従えば、被計測物体に複数グ）照射手段から同
時にパターン光またはスリブ■・光を照射し、これらの
各照射手段からの光は、相互に異なる波長を有している
。複数の各撮像手段は、照射手段に個別的に対応してお
り、その対応する照射手段からの前記波長を有する光が
照射されている被計測物体を、撮像する。したか−）て
各撮像手段は、その対応する照射手段からのバター〉光
また（」スリット光が被計測物体に照射されている状態
で、その対応する照射手段からの前記波長を有する先に
よる画像のみを撮像することがてきる。各照射手段は、
同時に光を照射する。したが−）で被計測物体がたとえ
ば人間なとのように長時間静止状態を保−）ことか困難
である場６に才）いても、短時間に、計測を行うことが
可能である。

各撮像手段の出力は、二値化されてメモリにストアされ
、その、メモリのストア内容を読出して三角法に基づい
て被計測物体グ）３次元の形状を演算して求める。

実施例第１図は、本発明の一実施例の計測装置２０の平面配置
図である。被計測物体１の周囲には、複数（この実施例
では３）の照射手段６ａ、６に＋。

６ｃ（総称するときは６）が周方向に間隔をあけて（こ
の実施例では１−）の仮想円上で等間隔に）配置される
。被計測物体１の周囲にはまた、前記照射手段６に個別
的に対応したテレビカメラ８ａ。

８ｂ、８ｃ：（総称するときは８）が、対応する照射手
段６とは異な−）た位置に配置される。

照射手段６ａ、、６ｂ、６ｃの前方には、バンドパス色
フィルタ２　ａ　１　、２　ｔ＋　１　、２　ｃ：　１
がそれぞれ配Ｗされる。またテレビカメラ８εｔ、８ｂ
、８Ｃの前方には、バンドパス色フィルタ２ａ、２．２
ｂ２．２（，２がそれぞれ配置される。照射手段６εｔ
とそれに対応するテレビカメラ８ａの前方にそれぞれ配
置されているバンドパス色フィルタ２ａ１．２ｉｔ２は
、第２図のラインＲ１で示されるような透過率特性を有
している。また照射手段６　ｂと、それに対応するテレ
ビカメラ８ｂとの各前方位置に配置されているバンドパ
ス色フィルタ２　ｂｌ、２ｂ２は、第２図のラインＧ１
で示される透過率特性を有する。さらにまた照射手段６
（とそれに対応するテレビ力、メラ８（の各前方位置に
配置されるバンドパス色フィルタ２ｃ１．２ｃ＋２は、
第２図のラインＢ１て示される透過率特性を有する。こ
れらの各バンドパス色フィルタ２　ａ　１　＋　　２ａ
２；２ｂｌ、２ｂ２；２ｃｌ、２ｃ２の透過率が高い値
を有する波長の帯域は相互に異な−）でいる。

第３図は、計測装置２０のブロック図である。

各照射手段６εＬ、６ｂ、６ｃは同時に光パターン７＝
ｔ、７ｂ、７ｃ　（総称するときは７）を有するパター
ン光の照射を行う。これに対応してテレビ力、メラ８ａ
、８１：＋、８ｃで撮像された画像は、処理回路９に与
えられる。処理回路９に関連して、画像メモリ１０と、
後述の二値化パターン１７をストアするメモリ１　］、
　ａ　、　１１　Ｉ：＋　、　　１１　ｃ：　（総称す
るときは１１）とが設けられる。

第４図は、照射手段６ａの構成を示す図である。

照射手段６ａは、液晶スリット板２１と、処理回路９か
らのパターン信号をデコードして、前記液晶スリブ■・
板２１のスリットパターンを変化するデコーダ２２と、
光源２３とを含んで構成される。

液晶スリット板２１の一方の表面には、縦方向に複数（
この実施例では８）に分割されたアノード側透明電極２
５　ａ　、　２５　ｂ　、　−、２５ｈ　（総称すると
きは２５）が形成されており、デコーダ２２から個別的
に電力が与えられる。液晶スリット板２１の他方の表面
には、共通にカソード側透明電極２６が形成されており
、この電極２６は接地される。電極２５．２６間に充填
される液晶は、電界を印加することによって遮光性とな
るものと、透光性となるものとどちらであってもよい。

本実施例では遮光性となるものを用いる。残余の照射手
段６ｂ、６ｃも同様にして構成される。

第５図は、計測装置２０を用いた計測方法を説明するた
めの図であり、この第５図と前述の第３図とを参照して
計測方法を説明する。なお説明の簡略化のため、照射手
段６ａとテレビカメラ８ａとを用いた計測動作のみを示
す。前記液晶スリット板２１の電極２５に選択的に電力
を導出ずろことによって、第５図において参照符２．７
　ａ、　２７ｂ、２７ｃで示される透光領域と、参照符
２８ε１゜２８ｂ、２８Ｃで示される非透光領域とが形
成され、これによって光源２３からの光は、ダレイコー
ドに従ってコード化された光パターン７ａとして非計測
物体１に照射される。透光領域２７ａ。

２７１：１，２７Ｃ（総称するときは２７）と、非透光
領域２８ａ、２８ｂ、２８ｃ　（総称するときは２８）
とによってそれぞれスリットパターン２９ａ、２９ｂ、
２９ｃ　（総称するときは２９）が構成される。

たとえば電極２５　ａ、　、　２５　ｄ　、　２５　ｅ
　、　２５　ｈに電力が与えられて形成されるスリン１
゛〜パターン２９ｃが用いられて、光パターン７ａの照
射が行われたときには、゛第５図で示されるような陰影
が現れる。ずなわち透光領域２７ｃを透過した光の帯が
照射されている部分は白抜きとなっており、非透光領域
２８ｃによって光が遮断された陰の部分にはハツチング
が施されている。

これらのスリットパターン２９の透光領域２７および非
透光領域２８は、非計測物体１の形状計測が可能な領域
に対応して示すと、第６図（１）。

第６図（２）および第６図（３）のようにそれぞれなる
。こうして被計測物体１の形状計測が可能な領域は、１
計８つの領域部分ＰＯ〜Ｐ７に分割することが可能にな
る。なお第６図において「０」で示される部分は影の部
分であり、「１」で示される部分は光の帯が照射されて
いる部分である。

被計測物体１の形状を計測する場き、先ず被計測物体１
を照射手段６ａによって光を照射しない状態においてテ
レビカメラ８ａで撮像を行い、その画像１５をメモリ１
０にストアしておく。次に、電極２５　ａ　、　２５　
ｄ　＋’　２５　ｅ　、　　２５　ｈをハイレベルとし
てスリットパターン２９（を形成し、被計測物体１に光
の帯の照射を行う。これによって撮像した画像１６を処
理回路９に読込む。照射手段６ａによる光の帯を用いな
い無投影時の画像１５と、照射手段６ａによる光の帯の
照射時にＪ）ける画像１６とでは、被計測物体１の色や
その色の濃淡などによって各画面１５．１６の画素のし
ヘルが、たとえば１００段階に分けられて構成される。

処理回路９は、照射手段６ａからの光の帯の照射時にお
ける画像１６の各画素毎の濃淡レベルＲから、照射手段
１’）　Ｆ、ｔを使用しない無投影時の画像１５の濃淡
レベルＳを各画素毎に引算して、各画素毎の差Ｔ　（Ｔ
＝Ｒ−３）を演算し、この差Ｔを予め定めた値でレベル
弁別して、二値化パターン１７を演算して求める。こう
して得られる二値化パターン１７を、スリットパターン
２９　ａ、　、　２９ｂ、２９ｃの使用の度毎に求め、
メモリ１　］ａにス■−アする。

被計測物体１が暗室にあるときには、無投影時の濃淡画
像１５を得る必要がなく、投影時の濃淡画像】６の各画
素をレベル弁別して二値化ノ゛；ターン１７を作成する
ようにすればよい。

波計？１１Ｉ物体１の形状が計測可能な領域における分
割された領域部分ＰＯ〜Ｐ７のグレイコードによる分離
値は、第１表のとおりとなる。

第７図は本発明の詳細な説明するための図であり、第７
図および第５図を参照して１．メモリ１１ａから読出し
な二値化パターン１７に基づいて、被計測物体１の特定
部分の位ＷＱを求める原理を説明する。先ずスリットパ
ターン２９ａ、２９ｂ。

２９（を用いて、光の帯をグレイコードに従′）で照射
することによ−）て、前述のように形状計測可能な領域
は、領域部分ＰＯ〜Ｐ７に分割される。

、二の各スリットパターン２９ａ、２９ｂ、２９Ｃによ
る光の帯の各照射状態は、テレビカメラ８ａによって個
別的に撮像される。

次に、メモリ１１５１の特定の位置Ｑに対応した画素Ｑ
　ａ　、　Ｑ　ｂ　、　Ｑ　ｃ　ｅ）二値化された論理
値を読取る。たとえば、論理値かｒ　］、　Ｏ］、　Ｊ
であるときには、第１表から位置Ｑは領域部分Ｐ６に存
在するにとが分かる。

こうして、照射手段６ａとテレビカメラ８ａとを結ぶ直
線１８と、領域部分Ｐ６と照射手段６２１とを結ぶ直線
１９との成す角度Ｑ１と画素Ｑε１゜Ｑｂ、Ｑｃに基づ
く位置Ｑとテレビ力、メラ８ａとを結ぶ直線２０との成
す角度Ｑ２と、予め計測しておいた照射手段６ａとテレ
ビカメラ！３　＝ｔとの間の距離りとに基づいて、三角
法に従って位置Ｑを演算して求めることが可能となる。

こうして求められた各画素毎の位置Ｑを、メモリ１１　
ａにストアし、残余の照射手段６ｂ、６ｃおよびテレビ
カメラ８１：＋、８ｃについても、照射手段６ａおよび
テレビカメラ８ａと同時に、同様の動作を行い、各画素
毎の位置Ｑをそれぞれメモリ１］、ｔ＋、ｌｌｃにス■
・アする。各照射手段０およびテレビカメラ８の相互の
位置関係は予め分かつており、被計測物体１の近傍の空
間をコード化することができ、したが−）てこうして得
られた各画素の位置Ｑの情報を処理回路９で相互に関連
づけることによって被計測物体１０３次元形状を求める
ことができる。また各カメラ８の画角の周縁部は相互に
重なっており、したか−）てこの周縁部のデータを切捨
てることによって正確な３次元情報を得るにとができる
。

このように、本件計測装置２０では、被計測物体１を複
数のコード化された各光パターン７でそれぞれ照射し、
各光パターン７毎の被計測物体１の画面を多数の画素に
分けて明暗の二値化パターン１７を作成し、被計測物体
１の位置からその３次元形状を演算して求めるようにし
たのて、非接触で計測を行うことができる。また比較的
少ない数の光パターン７で被計測物体１を多数の領域部
分ＰＯ〜Ｐ７に分割して、高精度に３次元形状の計測を
行うことができる。

また液晶スリット板２１を用いて光パターン７を形成す
るようにしたので、高速度にスリットパターン２９を変
更することができ、したが′）で被計測物体１の３次元
形状を簡単な構成で高速度に計測することができる。

さらにまた、ダレイコードに従うスリン１へパターン２
つによって光パターン７が作成されるので、光の帯の境
界付近における論理ビットの読誤りＣＪ、隣接する領域
部分ＰＯ〜Ｐ７が１−）ずれるたけてあり、計測誤差を
減少することがてきる。

上述の実施例ては、光パターン７は縦縞であ−）たけれ
とも、横縞てあ−）でもよく、またドラ■−てあ−）で
もよい。また液晶スリット板２１に代えて、たとえは陰
極線管の画面上に明暗の光パターンを形成し、この陰極
線管からの画面を被計測物体１に直接または集光レンズ
を介して照射するようにしてもよい。この場音、陰極線
管上の画面の光パターンは、画像形成手段によ−）で各
種変化可能であるのて、被計測物体１の形状に最適な光
パターンを比較的容易に実現することができる。さらに
また、陰極線管に代えて、フ゛ラスマ表示手段や多数の
発光ダイオードによって構成された表示手段などが用い
られてもよい。

上述の実施例では、光パターンを有するパターン光が用
いられたけれとも、本発明の他の実施例として、単一ま
たは複数のスリット光を用いて被計測物体の３次元形状
を計測するようにしてもよい。

パターン光およびスリット光は、可視光であってもよい
し、赤外線などであってもよい。

発明の効果以上のように本発明によれば、被計測物体の３次元形状
を非接触で計測することができ、しかも各照射手段から
同時に、か−）、相互に波長の異なる光を照射して、高
速に計測を行うことができ、しかも構成が簡単である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の計測装置２０の平面配置図
、第２図はバンドパス色フィルタ２ａ１２　ａ　２　：
　２　ｂ　１　、２　Ｌ＋　２　；　２　ｃ　１　、２
　ｃ　２の各透過率特性を示すグラフ、第３図は計測装
置２０のフロック図、第４図は照射手段６εｔの構成を
示す図、第５図は計測方法を説明するための図、第６図
はスリットパターン２つを用いた計測可能な領域の分割
状態を示す図、第７図は本発明グ）原理を説明するだめ
の平面ｌである。１・・・被計測物体、２ａ、１．２ａ２；２し）］、２
ｂ２；２ｃｌ、２ｃ２・・バンドパス色フィルタ、６−
・・照射手段、７・・・光パターン、８・・・テしビカ
メラ、９・・処理回路、１０，１．１・・、メモリ、］
５゜１６・・・画像、１７・・・二値化パターン、２０
・・計測装置、２１・・・液晶スリット板、２２・・・
デコーダ、２３・・・光源、２７・・・透光領域、２８
・・非透光領域、２９・・・スリットパターン代理人　　弁理士　画数　圭一部第１図ｆ−ＯＦ　ＯＦＱ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）複数の異なる位置にそれぞれ配置され、相互に異
なる波長を有するパターン光またはスリット光を被計測
物体に同時に照射する複数の照射手段と、前記照射手段に個別的に対応してその対応する照射手段
とは異なる位置にそれぞれ配置され、前記対応する照射
手段からの前記波長を有する光が照射されている被計測
物体を撮像する複数の撮像手段と、前記撮像手段からの出力に応答して、撮像して得られる
画面を多数の画素に分けて明暗の二値化を行い、その二
値化信号をメモリにストアし、そのストア内容を読出し
て三角法に基づいて被計測物体の３次元の形状を演算し
て求める処理手段とを含むことを特徴とする３次元形状
計測装置。
（２）光照射手段と撮像手段とは、バンドパス色フィル
タを備えることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の３次元形状計測装置。