JPH03248004A - Configuration measuring apparatus - Google Patents

Configuration measuring apparatus

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JPH03248004A
JPH03248004A JP4694690A JP4694690A JPH03248004A JP H03248004 A JPH03248004 A JP H03248004A JP 4694690 A JP4694690 A JP 4694690A JP 4694690 A JP4694690 A JP 4694690A JP H03248004 A JPH03248004 A JP H03248004A
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JP
Japan
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slit light
light
slit
identification information
measured
Prior art date
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JP4694690A
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Japanese (ja)
Inventor
Takaaki Tabuki
田吹 隆明
Masaki Hirano
平野 政喜
Azumasuke Shimizu
清水 吾妻介
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KIYADEITSUKUSU KK
Original Assignee
KIYADEITSUKUSU KK
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Publication date
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Publication of JPH03248004A publication Critical patent/JPH03248004A/en
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Abstract

PURPOSE:To simplify the constitution of an image sensing element by specifying the space coordinates of the surface of a body to be measured based on the identified data of slit light and the position data of received light, and converting a part of digital processing into analog processing. CONSTITUTION:The laser light from a laser light source 1 forms the slit light through a lens system 2. The light is projected on the surface of the a body to be measured 4 through a polygon mirror 3. When the slit light crosses a photosensor 5, a reset signal 6 is outputted. A sawtooth wave generator 7 is reset with this signal. The identified data of the slit light n(t) are outputted as the crest values of the sawtooth waves. The reflected light from the surface of the body 4 is received with an image sensing device 9. The slit-shaped optical image of the surface of the body 4 corresponding to the slit light n(t) is formed on a photosensor group 11 forming a non-scanning type image sensor element 10. Therefore, the scanning control for the sensor group 11 for every time is not required in detecting the position data of the optical image on the surface of the body 4. The position data and the identified data which are transferred from a CCD array 12 are matched in a matching-operation processing part 13. Thereafter, the data are converted into the space coordinates of the surface of the body.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は形状計測装置、特に光ビームを被測定物体の表
面に照射し、これを偏向走査することによってその被測
定物体表面の光学像から物体の形状を計HP)する非接
触による形状計測装置の改良に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a shape measuring device, in particular, to irradiate a light beam onto the surface of an object to be measured, and deflect and scan the light beam to obtain an optical image of the surface of the object to be measured. This invention relates to an improvement of a non-contact shape measuring device that measures the shape of an object.

[従来の技術] 光学系を利用した3次元物体の形状計71!IJは、C
AD/CAM、 コンピュータビジョンあるいはロボッ
トの目をはじめ医学、服飾学等の分野における生体や自
然物の計測と解析あるいは、グラフィックデザインなど
の各方面においてその応用が期待されている。
[Prior art] Three-dimensional object shape meter using optical system 71! IJ is C
Applications are expected in various fields such as AD/CAM, computer vision, robot eyes, measurement and analysis of biological and natural objects in fields such as medicine and fashion, and graphic design.

従来の光学的方法による形状計測は幾つかの方式に分け
られるが、代表的な方法としてはステレオ法が知られて
いる。このステレオ法によれば、いったん被測定物体を
複数の工業用カメラなどによって複数の視方向から撮像
し、その画面がら被測定物体の形状を抽出するものであ
る。
Shape measurement using conventional optical methods can be divided into several methods, and the stereo method is known as a representative method. According to this stereo method, images of an object to be measured are first captured from a plurality of viewing directions using a plurality of industrial cameras, and the shape of the object to be measured is extracted from the images.

この方式は、両眼立体視の原理に基づくものであり、撮
像された画像データは撮像面全域にわたっての濃淡信号
データとして取り込まれており、このような情報から必
要な形状のみを抽出するためには、対応点検出処理が不
可避であり、そのためには各種画像処理を必要とし、膨
大な記憶容量と長い処理時間を必要とするため、高速か
つ簡便な装置としての具体化は未だ実現していない状態
にある。
This method is based on the principle of binocular stereopsis, and the captured image data is captured as grayscale signal data over the entire imaging surface, and in order to extract only the necessary shape from this information, , corresponding point detection processing is unavoidable, and this requires various image processing, huge storage capacity, and long processing time, so it has not yet been realized as a high-speed and simple device. in a state.

従来の他の方式としては、光切断法が最も一般的で実用
性が高いと考えられている。この光切断法では、被測定
物体に対してスポット状あるいはスリット状の光ビーム
を照射し、その光ビームに対応する被測定物体表面の光
学像に基づく映像信号を撮像装置にて計算機に入力し、
これを処理した結果として得られる撮像面上での光学像
の位置情報と、光ビームと撮像装置との相対的配置関係
とから被測定物体表面の空間座標が求められる。
Among other conventional methods, the optical cutting method is considered to be the most common and highly practical. In this optical cutting method, a spot-shaped or slit-shaped light beam is irradiated onto the object to be measured, and a video signal based on an optical image of the surface of the object to be measured corresponding to the light beam is input into a computer using an imaging device. ,
The spatial coordinates of the surface of the object to be measured are determined from the positional information of the optical image on the imaging surface obtained as a result of processing this information and the relative positional relationship between the light beam and the imaging device.

すなわち、前記従来の光切断法によれば、例えば、偏向
走査される光ビームを被測定物体の表面に照射し、この
光ビームによる被測定物体表面の光学像をITVカメラ
にて映像信号の形で計算機内に取り込む。
That is, according to the conventional optical cutting method, for example, a deflected and scanned light beam is irradiated onto the surface of an object to be measured, and an optical image of the surface of the object to be measured by this light beam is converted into a video signal using an ITV camera. to import it into the computer.

従って、この従来方式によれば、被測定物体表面の光学
像の位置は、前記撮像面全体を順次電気的に走査するこ
とによって特定され、これを偏向走査されている各光ビ
ーム毎に行い、このようにして得られた多数のデータか
ら3次元物体の形状が測定される。
Therefore, according to this conventional method, the position of the optical image on the surface of the object to be measured is specified by sequentially electrically scanning the entire imaging surface, and this is performed for each light beam being deflected and scanned. The shape of the three-dimensional object is measured from a large amount of data obtained in this way.

しかしながら、前記従来の光切断法によれば、前述した
ごとく、被測定物体表面の各点を検出し特定するために
は、その都度、撮像面全体を走査する必要があり、この
結果、形状計測に著しく長い時間がかかり、リアルタイ
ムの計測が不可能であるという問題があった。通常、一
画面の走査に要する時間は、例えば、通常の工業用テレ
ビカメラの場合、1/60〜1/30秒程度であり、こ
のような遅い計測動作では、リアルタイムで被測定物体
の形状計測をしたり、あるいは動きのある被測定物体の
計測を行うことはほとんど不可能であった。
However, according to the conventional light sectioning method, as mentioned above, in order to detect and specify each point on the surface of the object to be measured, it is necessary to scan the entire imaging plane each time, and as a result, shape measurement The problem was that it took an extremely long time and real-time measurement was impossible. Normally, the time required to scan one screen is about 1/60 to 1/30 seconds in the case of a normal industrial television camera, for example, and in such a slow measurement operation, the shape of the object to be measured cannot be measured in real time. It has been almost impossible to perform measurements on moving objects.

特に、実際上十分な分解能を持つ3次元物体の形状計測
のためには計測点数が多くなければならず、前述したご
とき撮像面全体の走査を必要とする従来の光切断法によ
れば、光ビームの偏向走査自体を極めてゆっくりとしな
ければならず、十分な分解能をもつ計測をリアルタイム
で行うことはできなかった。
In particular, in order to measure the shape of a three-dimensional object with practically sufficient resolution, the number of measurement points must be large. The beam deflection scanning itself had to be extremely slow, making it impossible to measure with sufficient resolution in real time.

上記課題を解決するために、従来において、特開昭62
−228106号で示される形状i″ln1ln1方法
が提案されており、この従来装置によれば、被測定物に
照射されるスリット光の偏向角度をスリット光識別情報
とし、これを受光した位置情報と突き合わせ演算し、こ
れによって、高速読み出し制御を必要としない改良され
た形状計a11が行われている。
In order to solve the above problems, in the past, Japanese Unexamined Patent Publication No. 62
The shape i''ln1ln1 method shown in No. 228106 has been proposed, and according to this conventional device, the deflection angle of the slit light irradiated onto the object to be measured is used as the slit light identification information, and this is used as the position information of the received light. A matching calculation is performed, thereby providing an improved shape meter a11 that does not require high-speed readout control.

[発明が解決しようとする課題] しかしながら、前述した従来装置によれば、受光位置情
報とスリット光識別情報とを同時に処理するために、撮
像素子の構造が極めて複雑となり、特に画情報を記憶す
る記憶保持部の記憶容量及びデータバスのために撮像素
子の構造が複雑化し、また素子自体が大型化してしまい
、実際のロボットその他に搭載することが困難になると
いう問題があった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, according to the conventional device described above, the structure of the image sensor becomes extremely complicated in order to simultaneously process light receiving position information and slit light identification information, and in particular, it is difficult to store image information. There is a problem in that the structure of the image sensor becomes complicated due to the storage capacity of the memory holding section and the data bus, and the device itself becomes large, making it difficult to mount it on an actual robot or the like.

本発明は上記従来の課題に鑑みなされたものであり、そ
の目的は、前述した従来装置を改良して従来装置で行わ
れていたデジタル処理の一部をアナログ処理に置換した
撮像素子を用いた構成が簡単な計測装置を提供すること
にある。
The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and its purpose is to improve the conventional device described above and use an image sensor in which a part of the digital processing performed in the conventional device is replaced with analog processing. An object of the present invention is to provide a measuring device with a simple configuration.

[課題を解決するための手段] 上記目的を達成するために、本発明は、スリット光を所
定の走査制御下で被測定物体の表面に向けて偏向走査す
る偏向照射装置と、前記偏向照射装置によって偏向され
たスリット光の偏向周期と同期した鋸歯状波をスリット
光識別情報として出力する鋸歯状波発生器と、前記スリ
ット光による前記被測定物体の表面の光学像を結像させ
る1次元あるいは2次元状に配列されたフォトセンサ群
と、前記フォトセンサ群と対応して設けられ、光学像が
結像したフォトセンサ出力をトリガとしてこのときの鋸
歯状波の波高値をスリット光識別情報として転送するC
CDアレイと、前記CCDアレイにて転送されるフォト
センサの位置情報とスリット光識別情報を突き合わせ演
算して被測定物の形状を求める演算処理部と、を含むこ
とを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention provides a deflection irradiation device that deflects and scans a slit light toward the surface of an object to be measured under predetermined scanning control, and the deflection irradiation device. a sawtooth wave generator that outputs a sawtooth wave synchronized with the deflection period of the slit light deflected by the slit light as slit light identification information, and a one-dimensional or A group of photosensors arranged in a two-dimensional manner are provided corresponding to the group of photosensors, and the output of the photosensor on which an optical image is formed is used as a trigger, and the peak value of the sawtooth wave at this time is used as slit light identification information. Transfer C
The apparatus is characterized in that it includes a CD array, and an arithmetic processing unit that calculates the shape of the object to be measured by comparing and calculating the position information of the photosensor and the slit light identification information transferred by the CCD array.

[作用] 以上のように、本発明では、スリット光を偏向走査させ
ながら被測定物体表面に照射して、物体表面を当該スリ
ット光にてなで回し、これに対応して撮像面上を移動す
る被測定物体表面の光学像の撮像面上での位置情報を、
撮像面を構成する互いに独立した多数のフォトセンサの
光受信を検出する。そして、一方で、スリット光の偏向
角度をスリット光の偏向周期と同期した鋸歯状波形とし
て出力し、この鋸歯状波形からなるアナログ波高値をス
リット光識別情報として求め、このスリット光の識別情
報と受光位置情報とから被測定物体表面の空間座標を特
定する。この結果、被測定物体にスリット光を高速度で
走査しても充分に追従できる計測装置の構成を可能とす
るので、本発明によれば、3次元物体表面形状を高速度
で計ハ1することが可能となる。
[Function] As described above, in the present invention, the slit light is irradiated onto the surface of the object to be measured while being deflected and scanned, the object surface is stroked by the slit light, and the object surface is moved on the imaging plane correspondingly. The position information on the imaging plane of the optical image of the surface of the object to be measured is
It detects the light received by a large number of mutually independent photosensors that make up the imaging surface. On the other hand, the deflection angle of the slit light is output as a sawtooth waveform synchronized with the deflection period of the slit light, and the analog peak value of this sawtooth waveform is obtained as slit light identification information. The spatial coordinates of the surface of the object to be measured are specified from the light receiving position information. As a result, it is possible to construct a measuring device that can sufficiently track the object to be measured even when the slit light is scanned at high speed.According to the present invention, the surface shape of a three-dimensional object can be measured at high speed. becomes possible.

[実施例] 以下図面に基づいて本発明の好適な実施例を説明する。[Example] Preferred embodiments of the present invention will be described below based on the drawings.

第1図にはスリット光から成る光ビームにて被測定物体
4の表面形状を計測する基本的なシステム構成例が示さ
れている。
FIG. 1 shows an example of a basic system configuration for measuring the surface shape of an object to be measured 4 using a light beam consisting of slit light.

レーザ光源1からのレーザ光はシリンドリカルレンズを
含むレンズ系2によって垂直に拡大されてスリット光を
成し、ポリゴンミラー3.を経て被測定物体4の表面に
照射される。スリット光は前記ポリゴンミラー3の回転
によって順次図のごとくその照射角を時間的に変化させ
ることによって偏向され、被測定物体4の表面をなでて
いくことができる。スリット光の偏向角はポリゴンミラ
ーの回転角によって一義的に定まる。従って、スリット
光の識別にあたってはポリゴンミラーの回転角を直接的
にΔ−1定してもよいが、ポリゴンミラーは通常、一定
角速度の回転運動として制御され、それゆえスリット光
も等角速度ωで偏向走査されるため、スリット光の識別
は、ある基準位置を光が通過したときに出力されるリセ
ット信号6からの経過時間tを計測することによって実
現され得る。このようにして偏向されたスリット光の識
別情報は時間tに依存するから時間tをスリット光の識
別情報としてその後の演算に用いることができる。第1
図においてスリット光をn (t)として示す。
A laser beam from a laser light source 1 is vertically expanded by a lens system 2 including a cylindrical lens to form a slit beam, and a polygon mirror 3. The surface of the object to be measured 4 is irradiated with the light. The slit light is deflected by sequentially changing its irradiation angle over time as shown in the figure by rotating the polygon mirror 3, and can stroke the surface of the object to be measured 4. The deflection angle of the slit light is uniquely determined by the rotation angle of the polygon mirror. Therefore, when identifying the slit light, the rotation angle of the polygon mirror may be directly determined by Δ-1, but the polygon mirror is usually controlled as a rotational motion with a constant angular velocity, and therefore the slit light also has a constant angular velocity ω. Since deflection scanning is performed, identification of the slit light can be realized by measuring the elapsed time t from the reset signal 6 output when the light passes a certain reference position. Since the identification information of the slit light beam deflected in this manner depends on the time t, the time t can be used as the identification information of the slit light for subsequent calculations. 1st
In the figure, the slit light is shown as n (t).

本発明において特徴的なことは、前記スリット光の識別
情報をアナログ信号として提供することにあり、このた
めに、前述した経過時間tはリセット信号6によってリ
セットされる鋸歯状波の波高値から得られる。
A feature of the present invention is that the identification information of the slit light is provided as an analog signal, and for this reason, the elapsed time t described above can be obtained from the peak value of the sawtooth wave reset by the reset signal 6. It will be done.

第1図の例では基準位置検出用にフォトセンサ5、例え
ばフォトトランジスタが設けられており、前記スリット
光が、このフォトセンサ5を横切るときにリセット信号
6が出力され、この信号によって鋸歯状波発生器7をリ
セットし、スリット光n (t)の識別情報を鋸歯状波
の波高値として出力することができる。
In the example shown in FIG. 1, a photosensor 5, such as a phototransistor, is provided for detecting the reference position, and when the slit light crosses this photosensor 5, a reset signal 6 is output, and this signal generates a sawtooth waveform. The generator 7 can be reset and the identification information of the slit light n (t) can be output as the peak value of the sawtooth wave.

従って、本発明によれば、被測定物体4の表面をなで回
すスリット光n (t)はその偏向角がそれぞれ前記鋸
歯状波の波高値、■なるアナログ識別情報によって特定
されていることが理解される。
Therefore, according to the present invention, the deflection angle of the slit light n (t) that strokes the surface of the object to be measured 4 is specified by the peak value of the sawtooth wave, and the analog identification information . be understood.

一方、物体4の表面から反射した反射光は、この実施例
において、撮像装置9にて受光され、スリット光n (
t)に対応した被測定物体4の表面のスリット状光学像
が撮像装置9の撮像素子10を形成するフォトセンサ群
11上に結像される。
On the other hand, in this embodiment, the reflected light reflected from the surface of the object 4 is received by the imaging device 9, and the slit light n (
A slit-shaped optical image of the surface of the object to be measured 4 corresponding to time t) is formed on the photosensor group 11 forming the image sensor 10 of the imaging device 9 .

実施例において、この撮像素子10は映像同期型撮像素
子などの非走査型撮像素子から形成されており、そのフ
ォトセンサ群11は整列して配置された互いに独立した
フォトセンサの1次元あるいは2次元状の配列として構
成されている。このため、フォトセンサ群11の映像情
報を各画素ごとに個々独立して検出できるので、並列的
な処理が可能となる。従って、そのフォトセンサ群11
上を前記スリット状光学像が移動するとき、前記フォト
センサ群11を構成する各フォトセンサの光学的映像受
信に基づいて前記スリラット状光学像全体の位置情報、
すなわちスリット状光学像に対応する画素全部のアドレ
スを検出することができる。
In the embodiment, the image sensor 10 is formed of a non-scanning type image sensor such as a video synchronization type image sensor, and the photosensor group 11 is a one-dimensional or two-dimensional array of mutually independent photosensors arranged in a line. It is configured as an array. Therefore, the video information of the photosensor group 11 can be detected independently for each pixel, making parallel processing possible. Therefore, the photosensor group 11
When the slit-shaped optical image moves above, position information of the entire slit-shaped optical image is based on the optical image reception of each photosensor constituting the photosensor group 11;
That is, the addresses of all pixels corresponding to the slit-shaped optical image can be detected.

従って、物体4の表面の光学像の位置情報の検出におい
て従来の如きフォトセンサ群11のその都度の走査制御
を必要とせず短時間で検出できる利点がある。
Therefore, in detecting the position information of the optical image on the surface of the object 4, there is an advantage that the detection can be performed in a short time without requiring scanning control of the photosensor group 11 each time as in the conventional method.

一方、前述した如く、鋸歯状波発生器7からは、スリッ
ト光の識別情報が鋸歯状波の波高値Vとして出力され、
この結果、前記フォトセンサ群11の受光時の波高値V
をスリット光に対応づけて記憶することによって、位置
情報とスリット光識別情報とを同時に得ることができる
。本実施例において、この両情報はCCDアレイ12の
転送作用によって読み出される。
On the other hand, as described above, the sawtooth wave generator 7 outputs the identification information of the slit light as the peak value V of the sawtooth wave.
As a result, the peak value V at the time of light reception by the photosensor group 11
By storing the information in association with the slit light, the position information and the slit light identification information can be obtained at the same time. In this embodiment, both pieces of information are read out by the transfer action of the CCD array 12.

そして、CCDアレイ12から構成される装置情報と識
別情報とは、次に突き合わせ演算処理部13で突き合わ
せ演算された後、被測定物体表面の空間座標に変換され
る。
The device information and identification information constituted by the CCD array 12 are then subjected to a matching operation in a matching calculation processing section 13, and then converted into spatial coordinates of the surface of the object to be measured.

すなわち、本発明によれば、前記スリット光n(1)の
アナログ識別情報Vと、それに対応するスリット状光学
像の位置情報の両者がリアルタイムで、かつ、対応づけ
て検出でき、両情報から物体4の表面形状を高速で計測
することが可能となる。
That is, according to the present invention, both the analog identification information V of the slit light n(1) and the corresponding position information of the slit-shaped optical image can be detected in real time and in association with each other, and the object can be determined from both information. It becomes possible to measure the surface shape of No. 4 at high speed.

第1図において、偏向照射装置1.2. 3、撮像装置
9及び撮像素子10の相対位置が固定しており、また予
めその位置関係が既知であるならば、本発明による偏向
走査を高速度で行うことによって物体4自体が測定期間
中静止しているものと考えることができ、この測定時間
を物体4のそれ自体の動きより充分に高速度で行うこと
によって動きのある物体4に対しても測定時間中は静止
状態と見なし、その形状を測定することが可能である。
In FIG. 1, polarized irradiation devices 1.2. 3. If the relative positions of the image pickup device 9 and the image pickup element 10 are fixed and the positional relationship is known in advance, the object 4 itself remains stationary during the measurement period by performing deflection scanning according to the present invention at high speed. By performing this measurement at a speed sufficiently higher than the movement of the object 4 itself, even the moving object 4 is considered to be in a stationary state during the measurement period, and its shape is It is possible to measure

第2.3図には前記第1図に示した実施例において、物
体4の表面形状が前記スリット光の識別情報と光学像の
位置情報とから特定できることが示されている。すなわ
ち、第2図、第3図は第1図に示したミラー反射中心M
 (xm 、  ym 、  z+n)から反射された
スリット光n(t)、それによって照射される被測定物
体4の表面上の点P (X。
FIG. 2.3 shows that in the embodiment shown in FIG. 1, the surface shape of the object 4 can be specified from the identification information of the slit light and the position information of the optical image. That is, FIGS. 2 and 3 are based on the mirror reflection center M shown in FIG.
Slit light n(t) reflected from (xm, ym, z+n), a point P (X) on the surface of the object to be measured 4 irradiated by it.

Y、Z)、及びその光学像!  (x、O,zi )の
間の幾何光学的関係をxy平面(第2図)及びX2平面
(第3図)へ投影したものである。
Y, Z) and its optical image! The geometric optical relationship between (x, O, zi) is projected onto the xy plane (FIG. 2) and the X2 plane (FIG. 3).

第2,3囚において実線は単一の偏向照射装置を用いて
被測定物体に対して単一スリット光を走査する状態を示
し、また鎖線は更に第2の偏向照射装置を異なる位置に
配置して第2のスリット光によって被ilJ定物体を偏
向走査するものであり、このように2つの偏向照射装置
を用いれば被測定物体に凹凸がある場合においても一方
のスリット光走査では影となる形状計測不能な表面を大
幅に除去することが可能となる。
In the second and third cases, the solid line shows the state in which a single slit beam is scanned on the object to be measured using a single deflection irradiation device, and the chain line shows the situation in which the second deflection irradiation device is further placed at a different position. By using two deflection irradiation devices in this way, even if the object to be measured has irregularities, scanning with one slit light will scan the object with a shadow. It becomes possible to largely eliminate unmeasurable surfaces.

第2,3図において、直交座標系(x、y、z)の原点
を例えばフォトセンサ群11の中心Oとし、X軸は水平
方向であって更にフォトセンサ群11と平行に設定され
、y軸は撮像装置9のレンズ光軸と一致して設定され、
更にZ軸は鉛直方向に設定されている。
In FIGS. 2 and 3, the origin of the orthogonal coordinate system (x, y, z) is, for example, the center O of the photosensor group 11, the X axis is horizontal and is set parallel to the photosensor group 11, and the y The axis is set to coincide with the lens optical axis of the imaging device 9,
Furthermore, the Z axis is set in the vertical direction.

従って、物体4の表面上の点Pの座標値(X。Therefore, the coordinate value (X) of point P on the surface of object 4.

Y、Z)は図示のごとく、スリット光n (t)と反射
光R(t)とによって特定され、計測条件として設定で
きるレンズ位置り、 ミラー位置Mの座標値及びスリッ
ト光の回転角速度ωと、計測結果として得られるスリッ
ト光n (t)の識別情報を及び点Pの光学像Iの座標
値(xi、0.zi)を使って以下のごとく求められる
As shown in the figure, Y, Z) are specified by the slit light n(t) and the reflected light R(t), and can be set as the measurement conditions by the lens position, the coordinate value of the mirror position M, and the rotational angular velocity ω of the slit light. , is obtained as follows using the identification information of the slit light n (t) obtained as a measurement result and the coordinate values (xi, 0.zi) of the optical image I of the point P.

なお、以下の第2.3図で示す本発明の測定原理では、
識別情報はリセット信号6からの経過時間tとして説明
する。もちろん、本発明では、この識別情報tはアナロ
グ信号として処理するために、鋸歯状波発生器7の出力
波高値Vとして処理されることは明らかである。
In addition, in the measurement principle of the present invention shown in Figure 2.3 below,
The identification information will be explained as the elapsed time t from the reset signal 6. Of course, in the present invention, it is clear that this identification information t is processed as an output peak value V of the sawtooth wave generator 7 in order to be processed as an analog signal.

0:フオトセンサ群中心(直角座標系原点)0 (0,
0,O) L:撮像装置9のレンズ中心 L (0,!/J!、0) M、M−:ミラー反射中心 M(xw、ym、zw)。
0: Center of photo sensor group (orthogonal coordinate system origin) 0 (0,
0, O) L: Lens center L of the imaging device 9 (0,!/J!, 0) M, M-: Mirror reflection center M (xw, ym, zw).

M−(xe −、+  zw−) ym P、P−:被測定物体表面上の点 P (X、 Y、  Z) 。M-(xe-, +zw-) ym P, P-: Point on the surface of the object to be measured P (X, Y, Z).

P(X、YZ) 1.1−:点21点P′の光学像 1 (xi、yl、zi) 1 = (xl −、yi  −、zi −)P、D、
:光ビームの基準位置(カウンタリセットタイミング位
置) 0’  0−”スリット光の基準位置がX軸となす角度 α、α′ニスリット光が前記スリット光基準位置となす
角度 ω、ω′ニスリット光の回転角速度 1.1−ニスリット光基準位置通過後の経過時間添字x
y、添字xz:前記り、 M、 M−、P、 PI及び
■゛各点xy平面、xz平面への投影点を表す 直線 I xyLxyPxy : 直線 MxyPxyニ −ym jan (α+α0) (x−xia) よって、 − tan (α+α0) (X−xlm)+yl (2) 直線 IxzLxzPxz: よって I (1) (2) より X調 XI会(y−yIll)+x111XII@tan(α
十αo)前記(2)、(4)式において、αはスリット
光の回転角速度ωと識別情報tとの積すなわちα−ω・
tであり、この結果(2)、  (4)式はY−tan
(ωt+cro)   (X−xm)+7m(5) 一 従って、上記(3)、(5)、(6)式により、物体4
の表面上の点Pの3次元座標値(x、 y。
P(X, YZ) 1.1-: Optical image 1 of point 21 point P' (xi, yl, zi) 1 = (xl -, yi -, zi -) P, D,
: Reference position of light beam (counter reset timing position) 0'0-" Angle α between the reference position of the slit light and the X-axis, α' Angle ω between the Nislit light and the reference position of the slit light, ω' The angle between the Nislit light and the X-axis Rotational angular velocity 1.1 - Elapsed time after passing the Nislit light reference position Subscript x
y, subscript xz: As above, M, M-, P, PI and ■゛ Straight line I representing the projection point on each point xy plane, xz plane Therefore, - tan (α+α0) (X-xlm)+yl (2) Straight line IxzLxzPxz: Therefore, I (1) (2) From
(10αo) In equations (2) and (4) above, α is the product of the rotational angular velocity ω of the slit light and the identification information t, that is, α−ω・
t, and as a result, equations (2) and (4) become Y-tan
(ωt+cro) (X-xm)+7m(5) 1 Therefore, according to the above equations (3), (5), and (6), the object 4
The three-dimensional coordinate values of point P on the surface of (x, y.

2)はスリット光n (t)の識別情報すなわち所定の
リセットタイミングからの経過時間tと光学像Iのフォ
トセンサ群11上における位置情報(xi 、  0.
  z)の両者によって決定されることが理解される。
2) is the identification information of the slit light n (t), that is, the elapsed time t from the predetermined reset timing, and the position information (xi, 0.
It is understood that it is determined by both z).

第4図には前記光スリツト光n (t)の識別情報Vと
撮像素子10のフォトセンサ群11上の光学像の位置情
報を同時にラッチして記憶する非走査型撮像素子の好適
な実施例が示されている。
FIG. 4 shows a preferred embodiment of a non-scanning image pickup device that simultaneously latches and stores identification information V of the optical slit light n (t) and position information of an optical image on the photosensor group 11 of the image pickup device 10. It is shown.

この非走査型撮像素子は基本的には、第1図に示したフ
ォトセンサ群11とCCDアレイ12より成る。
This non-scanning type image sensor basically consists of a photosensor group 11 and a CCD array 12 shown in FIG.

第4図において、フォトセンサ群は複数の整列配置され
た互いに独立した(MXN)個のフォトトランジスタ1
5によって構成されている。
In FIG. 4, the photosensor group includes a plurality of (MXN) phototransistors 1 arranged in a row and independent of each other.
It is composed of 5.

従って、前述した説明から明らかな如く、物体4の表面
からの反射光は撮像装置9によって受光され、物体4の
表面の光学像がフォトセンサ群11のいずれかのフォト
トランジスタ15上に結像することとなる。
Therefore, as is clear from the above description, the reflected light from the surface of the object 4 is received by the imaging device 9, and an optical image of the surface of the object 4 is formed on one of the phototransistors 15 of the photosensor group 11. That will happen.

そして、このフォトトランジスタ15の光応答出力は、
CCDアレイ12べ送られる。
The photoresponse output of this phototransistor 15 is
12 CCD arrays are sent.

第4図において、CCDアレイ12は前記フォトセンサ
群11と対応して設けられており、図において水平方向
に配列されたM個のCCDアレイ12を含み、各アレイ
はN個の要素CCDに区分けされている。
In FIG. 4, a CCD array 12 is provided corresponding to the photosensor group 11, and includes M CCD arrays 12 arranged horizontally in the figure, and each array is divided into N element CCDs. has been done.

実施例において、撮像素子10は2次元(MXN)の受
光面を有するので、前記各水平方向に配置されたCCD
アレイ12の各情報はそれらの出力が垂直方向に配置さ
れたCCDアレイ20によって順次垂直方向に変換され
、かつ読み出される。
In the embodiment, since the image sensor 10 has a two-dimensional (MXN) light receiving surface, each of the CCDs arranged in the horizontal direction
Each piece of information in array 12 is sequentially vertically converted and read out by a CCD array 20 whose output is vertically arranged.

受光したいずれかのフォトセンサ15の出力が、本発明
においてサンプルホールド回路22のトリガ信号として
用いられている。サンプルホールド回路22の他方の信
号入力には前記鋸歯状波発生器7からの鋸歯状波出力V
が供給されており、この結果、いずれかのフォトセンサ
15が受光したときにそのときの鋸歯状波の波高値Vが
サンプルホールド回路22に記憶される。そして、この
記憶された波高値■をCCDアレイ12が転送すると、
その転送順が位置情報を、また転送波高値が識別情報を
示すことが理解される。
The output of one of the photosensors 15 that receives light is used as a trigger signal for the sample and hold circuit 22 in the present invention. The other signal input of the sample and hold circuit 22 receives the sawtooth wave output V from the sawtooth wave generator 7.
As a result, when any of the photosensors 15 receives light, the peak value V of the sawtooth wave at that time is stored in the sample and hold circuit 22. Then, when the CCD array 12 transfers this stored peak value ■,
It is understood that the transfer order indicates position information, and the transfer peak value indicates identification information.

以上のように、本発明によれば、スリット光識別情報と
してアナログ波高値Vが用いられているので、従来のよ
うにデジタル信号として処理する場合に比して、信号入
力を1本で行うことができ、撮像素子10を小型・軽量
とし、ロボット等の視覚装置として極めて実現性の高い
撮像素子を得ることが可能である。
As described above, according to the present invention, since the analog peak value V is used as the slit light identification information, it is possible to input the signal using only one signal, compared to the conventional case where the signal is processed as a digital signal. It is possible to make the image sensor 10 small and lightweight, and to obtain an image sensor that is highly practical as a visual device for a robot or the like.

第5図には前記位置情報、すなわちいずれかのフォトセ
ンサ15の受光出力とアナログスリット光識別情報とに
よるCCDセンサ12の記憶作用が示され、リセット信
号6によって鋸歯状波が同期制御されており、リセット
信号6出力後の経過時間tに比例した波高値Vが各サン
プルホールド回路22へ供給されている。
FIG. 5 shows the memory action of the CCD sensor 12 based on the position information, that is, the light reception output of one of the photosensors 15 and the analog slit light identification information, and the sawtooth wave is synchronously controlled by the reset signal 6. , a peak value V proportional to the elapsed time t after the output of the reset signal 6 is supplied to each sample and hold circuit 22.

いずれかのフォトセンサ15、第5図によれば、j番目
のフォトセンサが受光すると、受光出力100により、
サンプルホールド回路22に、リセット信号6を基点と
する受光時の時刻に比例した鋸歯状波の波高値Vがサン
プルホールドされる。
According to any of the photosensors 15, FIG. 5, when the j-th photosensor receives light, the received light output is 100;
The sample and hold circuit 22 samples and holds the peak value V of the sawtooth wave, which is proportional to the time of light reception with the reset signal 6 as the reference point.

サンプルホールド回路22に蓄えられている電圧を第5
図の200に示す。スリット光の偏向走査が終了した段
階で、サンプルホールド回路にホールドされていた電圧
(第5図200)はCCDアレイ12へ移され、順次外
部へ転送される。
The voltage stored in the sample and hold circuit 22 is
It is shown at 200 in the figure. When the deflection scanning of the slit light is completed, the voltage held in the sample and hold circuit (200 in FIG. 5) is transferred to the CCD array 12 and sequentially transferred to the outside.

イ12にそれぞれ鋸歯状波の波高値Vを識別情報として
転送制御することができる。
The peak value V of each sawtooth wave can be transferred and controlled as identification information to (12).

従って、フォトセンサ15により定まる位置情報と前記
波高値Vからなる識別情報とを突き合わせ演算すること
によって所望の形状nl定が可能であり、この突き合わ
せ演算が第1図に示した演算処理部13にて行われてい
る。
Therefore, a desired shape nl can be determined by comparing the position information determined by the photosensor 15 and the identification information consisting of the peak value V, and this matching calculation is performed by the calculation processing section 13 shown in FIG. It is being done.

以上のようにして、スリット光の1回の偏向走査にて受
光したフォトセンサがそのときの波高値をサンプルホー
ルド回路22の電圧値として記憶することが理解され、
次にこのような記憶情報の読出しを説明する。
As described above, it is understood that the photosensor that receives the slit light in one deflection scan stores the peak value at that time as the voltage value of the sample and hold circuit 22.
Next, reading out such stored information will be explained.

第4図において、φXが各CCDアレイ12の水平方向
(1〜N)の読出し駆動パルスを示し、一方、垂直CC
Dアレイ20の読出し駆動パルスとしてφyが供給され
ている。
In FIG. 4, φX indicates the readout drive pulse in the horizontal direction (1 to N) of each CCD array 12, while the vertical CC
φy is supplied as a read drive pulse for the D array 20.

第6図にはこれら両駆動パルスφX、φyの波形が示さ
れており、図示の如く、水平方向の駆動に対して垂直方
向の駆動がより高速度で行われていることが理解される
FIG. 6 shows the waveforms of both drive pulses φX and φy, and as shown in the figure, it is understood that the vertical drive is performed at a higher speed than the horizontal drive.

従って、本実施例によれば、N桁のM個の信号が読み出
され、次に(N−1)桁のM個の信号が順次読み出され
る。
Therefore, according to this embodiment, M signals of N digits are read out, and then M signals of (N-1) digits are sequentially read out.

また、実施例において、垂直方向のCCDアレイ20の
出力はアンプ23を通って前述した第1図の突き合わせ
演算処理部13へ供給され、このとき実施例によれば、
アンプ23の出力はAD変換されて演算処理部13に供
給される。従って、本実施例によれば、演算処理部13
へ供給されるデータの順番が受光したフォトセンサの位
置情報を示し、そのときの波高値Vがスリット光の識別
情報を示す。
Further, in the embodiment, the output of the vertical CCD array 20 is supplied to the above-mentioned matching calculation processing section 13 of FIG. 1 through the amplifier 23, and at this time, according to the embodiment,
The output of the amplifier 23 is AD converted and supplied to the arithmetic processing section 13. Therefore, according to this embodiment, the arithmetic processing section 13
The order of the data supplied to indicates the position information of the photosensor that received the light, and the peak value V at that time indicates the identification information of the slit light.

従って、前述した第2.3図の原理を用いて突き合わせ
演算処理部13では所望の形状計測演算を行うことがで
きる。
Therefore, the matching calculation processing section 13 can perform desired shape measurement calculations using the principle shown in FIG. 2.3 described above.

f発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、スリット光によ
り被測定物体の表面をなで回し、これにともなってフォ
トセンサ群上を移動する被測定物体表面の光学像のフォ
トセンサ群上での位置情報を、各フォトセンサの光受信
に基づいてリアルタイムで検出できる。一方、スリット
光の偏向周期と同期して得られる鋸歯状波の波高値から
スリット光の識別情報を求め、前記位置情報と識別情報
とから物体表皿の形状が高速で計測可能となり、高速度
で物体表面をスリット光にて走査することによって、動
きのある物体に対しても極めて良好な形状計測が可能と
なる。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, the surface of the object to be measured is stroked by the slit light, and a photo of the optical image of the surface of the object to be measured moves on the photosensor group accordingly. Position information on the sensor group can be detected in real time based on the light reception of each photosensor. On the other hand, the identification information of the slit light is obtained from the peak value of the sawtooth wave obtained in synchronization with the deflection period of the slit light, and the shape of the object surface can be measured at high speed from the position information and identification information. By scanning the surface of an object with slit light, it is possible to measure the shape of a moving object very well.

【図面の簡単な説明】 第1図は本発明に係る物体表面計測方式の好適な実施例
を示す計測装置の説明図、 第2.3図は第1図による物体表面計測方式の原理を示
す説明図、 第4図は第1図に好適な撮像素子の具体例を示す説明図
、 第5図は第4図に示した撮像素子の識別情報取込み作用
を示す説明図、 第6図はCCDアレイのデータ読出し作用を示す説明図
である。 1 ・・・ レーザ源 0 1 2 3 ・・・ ポリゴンミラー ・・・ 被測定物体 ・・・ 鋸歯状波発生器 ・・・ 撮像装置 ・・・ 撮像素子 ・・・ フォトセンサ ・・・ CCDアレイ 演算処理部
[Brief Description of the Drawings] Fig. 1 is an explanatory diagram of a measuring device showing a preferred embodiment of the object surface measurement method according to the present invention, and Fig. 2.3 shows the principle of the object surface measurement method according to Fig. 1. 4 is an explanatory diagram showing a specific example of the image sensor suitable for FIG. 1, FIG. 5 is an explanatory diagram showing the identification information capture function of the image sensor shown in FIG. 4, and FIG. 6 is a CCD. FIG. 3 is an explanatory diagram showing the data read operation of the array. 1... Laser source 0 1 2 3... Polygon mirror... Object to be measured... Sawtooth wave generator... Imaging device... Imaging element... Photo sensor... CCD array calculation processing section

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)スリット光を所定の走査制御下で被測定物体の表
面に向けて偏向走査する偏向照射装置と、前記偏向照射
装置によって偏向されたスリット光の偏向周期と同期し
た鋸歯状波をスリット光識別情報として出力する鋸歯状
波発生器と、 前記スリット光による前記被測定物体の表面の光学像を
結像させる1次元あるいは2次元状に配列されたフォト
センサ群と、 前記フォトセンサ群と対応して設けられ、光学像が結像
したフォトセンサ出力をトリガとしてこのときの鋸歯状
波の波高値をスリット光識別情報として転送するCCD
アレイと、 前記CCDアレイにて転送されるフォトセンサの位置情
報とスリット光識別情報を突き合わせ演算して被測定物
の形状を求める演算処理部と、を含むことを特徴とする
形状計測装置。
(1) A deflection irradiation device that deflects and scans a slit light toward the surface of an object to be measured under predetermined scanning control, and a sawtooth wave that is synchronized with the deflection period of the slit light deflected by the deflection irradiation device. a sawtooth wave generator that outputs identification information; a group of photosensors arranged in one or two dimensions that forms an optical image of the surface of the object to be measured using the slit light; and a group of photosensors that correspond to the group of photosensors. A CCD which is provided as a slit light identification information and transmits the peak value of the sawtooth wave at this time as a slit light identification information using the photo sensor output on which an optical image is formed as a trigger.
A shape measuring device comprising: an array; and a calculation processing unit that calculates the shape of the object by matching the position information of the photosensor transferred by the CCD array with the slit light identification information.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58171611A (en) * 1982-04-02 1983-10-08 Hitachi Ltd Method and device for detecting shape
JPS62228106A (en) * 1985-12-03 1987-10-07 Yukio Sato Method and apparatus for measuring shape of three-dimensional object

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