JPH03248005A - Configuration measuring apparatus - Google Patents

Configuration measuring apparatus

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JPH03248005A
JPH03248005A JP4694790A JP4694790A JPH03248005A JP H03248005 A JPH03248005 A JP H03248005A JP 4694790 A JP4694790 A JP 4694790A JP 4694790 A JP4694790 A JP 4694790A JP H03248005 A JPH03248005 A JP H03248005A
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JP
Japan
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slit light
light
data
slit
identification information
Prior art date
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Pending
Application number
JP4694790A
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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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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

PURPOSE:To measure the configuration of the surface of a body at a high speed by specifying the space coordinates of the surface of the body to be measured based on the identifying data of slit light and position data. CONSTITUTION:Laser light forms the slit light through a lens system 2. The light is projected on a body to be measured 4 through a polygon mirror 3. When a reset signal 6 which is outputted when the slit light passes a reference position is supplied, an identified data generator 24 counts clock pulses phi0 and outputs identified data Q. The reflected light from the surface of the body is received with an image sensing device 9. The slit-shaped optical image of the surface corresponding to the slit light n(t) is formed on a photosensor group11 forming an image sensing element 10. A scanning-signal generator 22 into which the signal 6 and the pulses phi0 are supplied is synchronized with the pulses phi0 and outputs pulses phi2. A position-data reading part 21 outputs the received-light-position data of the sensor group 11 as a signal S at the position of each deflection angle of the slit light. The data S and the data Q are stored in a memory 25 together. The contents in the memory 25 are matched after the end of the deflecting scanning of the slit light in a matching operation processing part 26. The data are converted into the space coordinates of the surface of the body 4.

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測する非接触に
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 improvement of a non-contact shape measuring device for measuring the shape of an object.

[従来の技術] 光学系を利用した3次元物体の形状計測は、CAD/C
AM、  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。
[Conventional technology] Shape measurement of three-dimensional objects using optical systems is based on CAD/C.
It is expected to be applied in various fields such as AM, 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力向から撮像
し、その画面か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 screen.

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17P+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 the object to be measured (17P+), and an optical image of the surface of the object to be measured by this light beam is created by ITV.
A camera captures it into the computer in the form of a video signal.

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号で示される形状計測方法及び装置が提
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
状計測が行われている。
In order to solve the above problems, in the past, Japanese Unexamined Patent Publication No. 62
A shape measuring method and device disclosed in No. 228106 has been proposed. 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 improved shape measurement 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ta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 data storage unit 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
れていた位置情報と識別情報との同時処理を分離した、
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 separate the simultaneous processing of location information and identification information performed in the conventional device.
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、前記偏向照射装置の偏向走査角度を
スリット光識別情報として出力する識別情報発生器と、
前記スリッ]・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の位置を位置情報とし
て転送するCCDアレイと、前記CCDアレイをスリッ
ト光の偏向走査に比して高速度で読み出し走査し、スリ
ット光の各偏向走査位置において光学像が結像した位置
情報を出力する読み出し走査部と、前記CCDアレイの
記憶したフォトセンサの位置情報と識別情報発生器のス
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. an identification information generator that outputs the deflection scanning angle of as slit light identification information;
[slit] - A group of photosensors arranged in one or two dimensions to form an optical image of the surface of the object to be measured by light, and a group of photosensors arranged corresponding to the group of photosensors to form an optical image. A CCD array that transfers the position of the photo sensor as position information, and a CCD array that reads and scans the CCD array at a higher speed than the deflection scanning of the slit light, and a position where an optical image is formed at each deflection scanning position of the slit light. A reading scanning unit that outputs information; and a calculation processing unit that calculates the shape of the object by comparing and calculating the position information of the photosensor stored in the CCD array and the slit light identification information of the identification information generator. It is characterized by

[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
受光位置信号としてを検出する。そして、この位置情報
は前記フォトセンサ群と対応して設けられたCCDアレ
イにより転送され、このCCDアレイの転送読み出しは
スリット光の偏向走査に比して高速度で行われる。更に
、前記識別情報発生器から得られたスリット光の偏向走
査角度に対応したスリット光識別情報と前記位置情報と
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測することが可
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
The light receiving position signals of a large number of mutually independent photosensors making up the imaging surface are detected. Then, this position information is transferred by a CCD array provided corresponding to the photosensor group, and the transfer and readout of this CCD array is performed at a higher speed than the deflection scanning of the slit light. Furthermore, the spatial coordinates of the surface of the object to be measured are specified from the slit light identification information corresponding to the deflection scanning angle of the slit light obtained from the identification information generator and the position information. As a result,
According to the present invention, it is possible to configure a measurement device that can sufficiently follow the object to be measured even when the slit light is scanned at high speed, so the present invention makes it possible to measure the surface shape of a three-dimensional object at high speed. .

[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
に測定してもよいが、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1v!
J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, which passes through a polygon mirror 3 and is irradiated onto the surface of an object to be measured 4. 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 measured, but the polygon mirror is usually controlled as a rotational motion at a constant angular velocity, and therefore the slit light is also deflected and scanned at a constant angular velocity ω. Therefore, the identification of slit light is
This can be realized by measuring the elapsed time t from the reset signal 6 output when light passes through 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 v!
In J, the slit light is denoted as n (t).

本発明において、前記識別情報は第1図の識別情報発生
器24の出力として得られ、実施例においてこの識別情
報発生器24は前記リセット信号6に同期してリセット
されるカウンタからなり、前記リセット信号6がリセッ
ト人力Rに供給され、このとき識別情報発生器24に供
給されているクロックパルスφ0をカウントすることに
よって識別情報Qを出力することができる。
In the present invention, the identification information is obtained as the output of the identification information generator 24 shown in FIG. The signal 6 is supplied to the reset manual R, and the identification information Q can be outputted by counting the clock pulse φ0 being supplied to the identification information generator 24 at this time.

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、この信号によって識別情報発生器24を
リセットし、スリット光n (t)の識別情報をカウン
ト出力Q(例えば10ビツトのパラレル信号)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 a reference position, and when the slit light crosses this photosensor 5, a reset signal 6 is output, and this signal generates identification information. The device 24 can be reset and the identification information of the slit light n (t) can be output as a count output Q (for example, a 10-bit parallel signal).

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カ
ウント出力Q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, it is understood that the deflection angle of the slit light n (t) that strokes the surface of the object to be measured 4 is specified by the count output Q.

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のフォトセンサ群1
1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。
In the embodiment, photosensor group 1 of this image sensor 10
1 is configured as a one-dimensional or two-dimensional array of mutually independent photosensors arranged in alignment.

前記撮像素子10は更に位置情報読出部21を有し、こ
の読出部21は後に詳述する如<CCDアレイを含み、
前記フォトセンサ群11によって受光された信号をスリ
ット光の偏向走査に比して高速度で読み出すことができ
、この結果、位置情報読出部21の読出し走査はフォト
センサ群11面上に結像した光学像がほぼ静止した状態
で読出し作用を行う。
The image sensor 10 further includes a position information reading section 21, and this reading section 21 includes a CCD array, as will be described in detail later.
The signals received by the photosensor group 11 can be read out at a higher speed than the deflection scanning of the slit light, and as a result, the readout scanning of the position information reading section 21 forms an image on the surface of the photosensor group 11. A readout operation is performed with the optical image substantially stationary.

前記位置情報読出し部21の読出制御を行うため、前記
リセット信号6によってリセットされる走査信号発生器
22とこの走査信号をカウントするカウンタ23が設け
られている。
In order to control the reading of the position information reading section 21, a scanning signal generator 22 that is reset by the reset signal 6 and a counter 23 that counts the scanning signal are provided.

すなわち、走査信号発生器2,2はそれ自体カウンタか
らなり、前述した識別情報発生器24に供給されるクロ
ックパルスφ0を前記リセット信号6により識別情報発
生器24と同期してリセットされ、その出力としてパル
スφ2を得る。
That is, the scanning signal generators 2, 2 each consist of a counter, and the clock pulse φ0 supplied to the above-mentioned identification information generator 24 is reset in synchronization with the identification information generator 24 by the reset signal 6, and its output is The pulse φ2 is obtained as follows.

このパルスφ2は後述する如く位置情報読み出し部21
のCCDアレイ駆動パルスとして用いられ、また一方に
おいてパルスφ2は前記カウンタ23によって、例えば
8ビツトのパラレル信号qとして位置情報読み出し部2
1へ供給される。
This pulse φ2 is transmitted to the position information reading section 21 as described later.
On the other hand, the pulse φ2 is sent to the position information reading section 2 as an 8-bit parallel signal q by the counter 23.
1.

前記信号qはフォトセンサ群11上の受光位置を示すこ
ととなる。
The signal q indicates the light receiving position on the photosensor group 11.

本実施例において、前記位置情報読み出し部21、走査
信号発生器22及びカウンタ23は位置情報発生器20
を構成している。
In this embodiment, the position information reading unit 21, the scanning signal generator 22, and the counter 23 are connected to the position information generator 20.
It consists of

以上のようにしてスリット光の各偏向角位置において位
置情報読み出し部21からはフォトセンサ群11の受光
位置情報を信号Sとして出力し、実施例において、この
位置情報Sはメモリ25に一旦記憶され、同時にこのメ
モリ25へは前記識別情報発生器24からの識別情報Q
が記憶される。
As described above, at each deflection angle position of the slit light, the position information reading unit 21 outputs the light receiving position information of the photosensor group 11 as the signal S, and in the embodiment, this position information S is temporarily stored in the memory 25. , at the same time, the identification information Q from the identification information generator 24 is stored in this memory 25.
is memorized.

従って、メモリ25には前記位置情報と識別情報とがス
リット光の各偏向位置において記録されこの位置情報及
び識別情報の読出し及びメモリ25への画情報の対応記
憶はスリット光の偏向される各位置において行われ、こ
れが順次メモリ25へ記憶される。
Therefore, the position information and identification information are recorded in the memory 25 at each deflection position of the slit light, and the reading of this position information and identification information and the corresponding storage of image information in the memory 25 are performed at each deflection position of the slit light. , and this is sequentially stored in the memory 25.

そして、このメモリ25の内容はスリット光の偏向走査
が完了した後に、突き合わせ演算処理部26にて突き合
わせ演算され、被測定物体4の表面空間座標に変換され
る。
Then, after the deflection scanning of the slit light is completed, the contents of this memory 25 are subjected to a matching operation in a matching calculation processing section 26 and converted into surface space coordinates of the object to be measured 4.

すなわち、本発明によれば、前記スリット光n(1)の
識別情報Qと、それに対応するス1ハツト状光学像の位
置情報Sの両者が別個に対応づけて検出でき、画情報か
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 identification information Q of the slit light n(1) and the position information S of the corresponding slit-shaped optical image can be detected in a separate manner, and the object 4 can be detected from the image information. It becomes possible to measure the surface shape of the surface 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, a deflection irradiation device 1.2.3, an imaging device 9
If the relative positions of the image sensor 10 and the image sensor 10 are fixed, and the positional relationship is known in advance, the object 4 itself can be assumed to be stationary during the measurement period by performing deflection scanning at high speed according to the present invention. By performing this measurement at a speed sufficiently higher than the movement of the object 4 itself, even the moving object 4 can be regarded as stationary during the measurement period, and its shape can be measured. It is possible.

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、yIIl、z誼)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。
2 and 3 show that in the embodiment shown in FIG. 1, the surface shape of the object 4 can be identified 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 reflected from (xm, yIIl, zy)
(t), a point P (X) on the surface of the object to be measured 4 illuminated by it.

Y、Z)、及びその光学像1 (x、 0.  zl 
)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 1 (x, 0. zl
) on the xy plane (Fig. 2) and the
This is a projection onto a plane (Fig. 3).

第2,3図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測定物体を偏向走
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 Figures 2 and 3, the solid line shows the situation in which a single slit beam is scanned onto the object to be measured using a single deflection irradiation device, and the chain line shows the situation in which a second deflection irradiation device is further placed at a different position. The object to be measured is deflected and scanned by the second slit light, and by using two deflection irradiation devices in this way, even if the object to be measured has unevenness, it is possible to measure the shape of the object by scanning with one slit light, which would be a shadow. This makes it possible to largely eliminate impossible 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軸は撮像袋E9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 match the lens optical axis of the imaging bag E9,
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Δp1条件として設
定できるレンズ位置り、ミラー位IM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、Q、zi)を使って以下のごとく求められ
る。
As shown, Y, Z) are specified by the slit light n(t) and the reflected light R(t), and the coordinate values of the lens position, the mirror position IM, and the rotational angular velocity ω of the slit light can be set as a total of Δp1 conditions. , the identification information of the slit light n (t) obtained as a measurement result, and the coordinate values (xi, Q, zi) of the optical image I of the point P can be obtained as follows.

0:フォトセンサ群中心(直角座標系原点)0 (0,
0,0”) L:撮像袋に9のレンズ中心 L (0,Vl、0) M、M”:ミラー反射中心 M(xm、  y+n、  zm)。
0: Photo sensor group center (orthogonal coordinate system origin) 0 (0,
0, 0") L: Center of lens 9 on the imaging bag L (0, Vl, 0) M, M": Center of mirror reflection M (xm, y+n, zm).

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

P′ (X−、Y−Zi 1.1−:点21点P′の光学像 1 (xi、yl、zi) I−(xi  −yl−、zl ”) 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) α、α ニスリット光が前記スリット光話準位置となす
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
xy、添字xz:前記り、 M、 M=、  P、 P
I及びI゛各点xy平面、xz平面への投影点を表す 直線 1xyLxyPxy : 直線 MxyPxyニ −ym −tan(α+α0) (x −xIll ) よって、 Y腫tan(α+α0 ) (X−xm)+ym (2) 直線 IxzLxzPxz  : 1 よって I 一 1 (1)、  (2)より 一〇 (3) 一 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−xIII)+y
m(5) − y、+xttan(′1“0)−(6)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-, Y-Zi 1.1-: Point 21 Optical image 1 of point P' (xi, yl, zi) I- (xi -yl-, zl'') P, D,: Reference of light beam Position (counter reset timing position) α, α Angle ω, ω that the Nislit light makes with the quasi-position of the slit light beam Rotation angular velocity of the Nislit light 1.1., Elapsed time after passing the Nislit light reference position Subscript xy, Subscript xz: As above, M, M=, P, P
I and I゛ Straight line representing the projection point on each point 2) Straight line IxzLxzPxz: 1 Therefore, I -1 (1), 10 (3) from (2) (2) (4) In the above formula, 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-xIII)+y
m(5) − y, +xttan(′1“0)−(6) Therefore, the above (
3), (5), and (6), the three-dimensional coordinate values (X, Y.

Z)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l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。
Z) 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.z) of the optical image l on the photosensor group 11
It is understood that it is determined by both.

第4図には前記フォトセンサ群11上の光学像の位置情
報をラッチして記憶する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 scanning type image sensor that latches and stores positional information of the optical image on the photosensor group 11.

この走査型撮像素子は基本的には、′M1図に示したフ
ォトセンサ群11とCCDアレイ30より成る。
This scanning type image pickup device basically consists of a photosensor group 11 and a CCD array 30 shown in Figure 'M1.

ff14図において、フォトセンサ群11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
ジスタによって構成されている。
In FIG. ff14, the photosensor group 11 is composed of a plurality of (MXN) phototransistors that are arranged and independent of each other.

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のいずれかの素子上
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 elements of the photosensor group 11. Become.

そして、このフォトトランジスタの光応答出力は、CC
Dアレイ30へ送られる。
The photoresponse output of this phototransistor is CC
It is sent to D array 30.

第4図において、CCDアレイ30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30を含み、各アレイ
はN個の要素CODに区分けされている。
In FIG. 4, a CCD array 30 is provided corresponding to the photosensor group 11, and includes M CCD arrays 30 arranged horizontally in the figure, and each array is divided into N elements COD. has been done.

実施例において、撮像素子10は2次元(MXN)の受
光面を有し、前記各水平方向に配置されたCCDアレイ
30の各情報はそれらの出力が垂直方向に配置されたC
CD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。それぞれパルスφ2によって転送され、
アンプ31を介して(100)、まずAレジスタ32へ
記憶トリガ信号として供給される。
In the embodiment, the image sensor 10 has a two-dimensional (MXN) light-receiving surface, and the respective information of the CCD arrays 30 arranged in the horizontal direction are output from the CCD arrays 30 arranged in the vertical direction.
The data is sequentially converted vertically and read out by the CD array 20. transferred by pulse φ2, respectively,
Via the amplifier 31 (100), it is first supplied to the A register 32 as a storage trigger signal.

前記Aレジスタ32の入力端子には前記カウンタ23か
ら供給される8ビットパラレル信号qが供給されており
、前記アンプ出力200がrHJであるときの信号値q
はAレジスタ32に記憶される。
An 8-bit parallel signal q supplied from the counter 23 is supplied to the input terminal of the A register 32, and the signal value q when the amplifier output 200 is rHJ is
is stored in the A register 32.

従って、CCDアレイ30によって転送される信号は受
光したフォトセンサ11の位置データを含み、この位置
に対応したタイミングにてAレジスタ32にはそのとき
のq値200が記憶されることとなる。この結果、Aレ
ジスタ32の記憶内容は各CCDアレイ30によって転
送されたフォトセンサ群11の受光位置を示すこととな
り、これが本発明における位置情報として用いられるこ
とが理解される。
Therefore, the signal transferred by the CCD array 30 includes position data of the photosensor 11 that received the light, and the q value 200 at that time is stored in the A register 32 at a timing corresponding to this position. As a result, the contents stored in the A register 32 indicate the light receiving position of the photosensor group 11 transferred by each CCD array 30, and it is understood that this is used as position information in the present invention.

通常の場合、前述した説明から明らかなように、フォト
センサ群11上に結像される受光像は単一のフォトトラ
ンジスタに限定されることが好ましく、従って、Aレジ
スタ32の記憶内容もこの受光したフォトトランジスタ
と対応する。
In normal cases, as is clear from the above description, it is preferable that the received light image formed on the photosensor group 11 be limited to a single phototransistor, and therefore the contents stored in the A register 32 are also corresponds to a phototransistor.

もちろん、受光像等にぼけ等が生じた場合には、フォト
センサ群11の複数のフォトトランジスタが受光する場
合もあるが、このような場合にはAレジスタ32にはい
ずれかの位置情報を記憶することとなる。
Of course, if the received light image is blurred, etc., multiple phototransistors of the photosensor group 11 may receive light, but in such a case, the A register 32 stores the position information of one of them. I will do it.

このようなAレジスタ32の記憶モードとしてはラッチ
型あるいは更新型があり、前者においては、−旦アンプ
31の出力200によってAレジスタ32が位置情報q
を記憶すると、このデータを確定値としてラッチし、そ
れ以降の入力を受は付けない構成となる。
The storage mode of the A register 32 is either a latch type or an update type.
When stored, this data is latched as a fixed value and no further input is accepted.

一方、後者においては、Aレジスタ32は順次トリガ2
00によって入力を受付け、最終入力をその記憶値とす
る。本発明においていずれの形式のレジスタも用いるこ
とも可能である。
On the other hand, in the latter case, the A register 32 sequentially triggers the trigger 2
00 is accepted, and the final input is set as the stored value. Either type of register can be used in the present invention.

本発明において特徴的なことは、前記CCDアレイ30
の読出し走査をスリット光の偏向走査に比して高速度で
行うことであり、第4図において、読出し駆動パルスφ
2は識別情報Qのトリガ入力となるパルスφlより著し
く高周波の駆動パルスから形成されている。
A characteristic feature of the present invention is that the CCD array 30
This is to perform the readout scanning at a higher speed than the deflection scanning of the slit light, and in FIG.
2 is formed from a driving pulse having a significantly higher frequency than the pulse φl which is the trigger input for the identification information Q.

以上の結果、第4図におけるCCDアレイ30からAレ
ジスタ32へのデータ転送はスリット光がほぼ静止して
いると考えられる短時間に行われ、M行の光学像の位置
情報をAレジスタ32へ転送保持することができる。
As a result of the above, the data transfer from the CCD array 30 to the A register 32 in FIG. Transfer can be retained.

以上のようにして転送保持された位置情報は次にそれぞ
れAレジスタ32に対応して設けられたBレジスタ33
の読出しにより、順次メモリ25へ送られる。
The position information transferred and held in the above manner is then transferred to the B registers 33 provided corresponding to the A registers 32.
When read, the data are sequentially sent to the memory 25.

実施例においてBレジスタ33から構成される装置情報
Sは8ビツトのパラレル信号からなる。
In the embodiment, the device information S constituted by the B register 33 consists of an 8-bit parallel signal.

以上のように、本発明によれば、光学像の位置情報は識
別情報とは別個に検出され、スリット光がほぼ静止して
いると考えられる短時間にCCDアレイを高速走査して
データ転送を行うことにより実現可能である。
As described above, according to the present invention, the positional information of the optical image is detected separately from the identification information, and data is transferred by scanning the CCD array at high speed in a short time when the slit light is considered to be almost stationary. This can be achieved by doing this.

第5図には前記第4図に示した位置情報Sの検出作用が
示されている。
FIG. 5 shows the detection operation of the position information S shown in FIG. 4.

リセット信号6の発生によって新たなスリット光偏向周
期が開始され、識別情報発生器24はクロックパルスφ
0のカウントによって識別情報パルスφ を発生させ、
このクロックパルスφ1のカウントによって識別情報Q
を得る。
A new slit light deflection period is started by the generation of the reset signal 6, and the identification information generator 24 generates a clock pulse φ.
Generate an identification information pulse φ by counting 0,
The identification information Q is determined by counting this clock pulse φ1.
get.

一方、前記リセット信号6に同期して走査信号発生器2
0には前記パルスφlより十分に周波数の高いCCD駆
動パルスφ2を出力し、カウンタ23はこのパルスφ2
をカウントして信号qを得る。
Meanwhile, in synchronization with the reset signal 6, the scanning signal generator 2
0, a CCD drive pulse φ2 having a sufficiently higher frequency than the pulse φl is output, and the counter 23 outputs this pulse φ2.
is counted to obtain the signal q.

前記パルスφ2は前述した如く、CCDアレイ30の読
出し駆動パルスとして用いられ、一方、この読出し駆動
パルスφ2と同期して各スリット光偏向周期内で繰り返
し変化するパラレル信号qは位置情報のカウント値とし
て用いられる。
As mentioned above, the pulse φ2 is used as a readout drive pulse for the CCD array 30, and the parallel signal q, which repeatedly changes within each slit light deflection period in synchronization with this readout drive pulse φ2, is used as a count value of position information. used.

第5図の実施例において、信号qはパルスφ1の周期内
で256カウントする信号として示されている。
In the embodiment of FIG. 5, signal q is shown as a signal that counts 256 within the period of pulse φ1.

前述した如くフォトセンサ群11が受光すると、第5図
の符号100−1で示されるスリット光信号が得られ、
このスリット光信号100−1はCCDアレイ30から
アンプ31へ転送した信号として図示されている。
As described above, when the photosensor group 11 receives light, a slit optical signal indicated by reference numeral 100-1 in FIG. 5 is obtained,
This slit optical signal 100-1 is shown as a signal transferred from the CCD array 30 to the amplifier 31.

なお、第5図においては、第1行のCCDアレイについ
てのみ示しており、他の行も同様の読出し作用を行う。
Note that FIG. 5 only shows the CCD array in the first row, and the other rows perform similar readout operations.

アンプ31の波形整形された出力は符号20〇−1で示
され、このときにAレジスタ32の内容がラッチされる
The waveform-shaped output of the amplifier 31 is indicated by 200-1, and at this time the contents of the A register 32 are latched.

すなわち、Aレジスタ32の内容は信号20〇−1の出
力時の信号q値で定まり、実施例においては、1行目の
信号q(1〜1)となる。
That is, the contents of the A register 32 are determined by the signal q value when the signal 200-1 is output, and in this embodiment, it is the signal q (1 to 1) in the first row.

同様に、各偏向周期、すなわちパルスφ1で定められる
スリット光偏向周期内で受光したフォトセンサ位置に応
じてAレジスタ32には順次q(1−n)のデータが記
憶される。
Similarly, data q(1-n) is sequentially stored in the A register 32 according to the position of the photosensor that receives light within each deflection period, that is, the slit light deflection period determined by the pulse φ1.

前述したように、M行の全Aレジスタデータは次に、−
斉に各Bレジスタ33から読み出され、実施例において
は、スリット光の偏向位置を定めるパルスφlに同期し
てレジスタBの内容が順次位置情報Sとして読み出され
る。
As mentioned above, all A register data in M rows are then -
The information is read out from each B register 33 at the same time, and in the embodiment, the contents of the register B are sequentially read out as position information S in synchronization with the pulse φl that determines the deflection position of the slit light.

従って、この位置情報Sはパルスφ1の1周期分遅れた
データとして読み出されることが理解される。
Therefore, it is understood that this position information S is read out as data delayed by one period of the pulse φ1.

もちろん、この遅れは前記メモリ25において位置情報
Sと識別情報Qとを対応づけて記憶するときに調整され
ることとなる。
Of course, this delay will be adjusted when the memory 25 stores the position information S and the identification information Q in association with each other.

以上のようにして、メモリ25は位置情報Sと識別情報
Qとを別個に互いの同期関係を保ちながら記憶し、これ
を前述した第2.3図で示した原理を用いて突き合わせ
演算することにより所望の正常計測演算を行うことがで
きる。
As described above, the memory 25 stores the position information S and the identification information Q separately while maintaining a synchronized relationship with each other, and performs a matching operation using the principle shown in FIG. 2.3 described above. Accordingly, the desired normal measurement calculation can be performed.

[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面の形状が高速で
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 in synchronization with the deflection period of the slit light.
The shape of the object surface can be measured at high speed from the position information and identification information, and by scanning the object surface at high speed with slit light, extremely good shape measurement is possible even for moving objects. Become.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

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位置情報読み出し込
み作用を示す説明図である。 1 ・・・ レーザ源 3 ・・・ ポリゴンミラー 4 ・・・ 被測定物体 9 ・・・ 撮像装置 10 ・・・ 撮像素子 11 ・・・ フォトセンサ 20 ・・・ 読み出し走査部 24 ・・・ 識別情報発生器 26 ・・・ 演算処理部 30 ・・・ CCDアレイ
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, FIG. 2.3 is an explanatory diagram showing the principle of the object surface measurement method according to FIG. 1, and FIG. FIG. 1 is an explanatory diagram showing a specific example of a suitable image sensor, and FIG. 5 is an explanatory diagram showing a position information reading operation of the image sensor shown in FIG. 4. 1 ... Laser source 3 ... Polygon mirror 4 ... Measured object 9 ... Imaging device 10 ... Image sensor 11 ... Photo sensor 20 ... Readout scanning section 24 ... Identification information Generator 26... Arithmetic processing unit 30... CCD array

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
装置の偏向走査角度をスリット光識別情報として出力す
る識別情報発生器と、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
したフォトセンサの位置を位置情報として転送するCC
Dアレイと、 前記CCDアレイをスリット光の偏向走査に比して高速
度で読み出し走査し、スリット光の各偏向走査位置にお
いて光学像が結像した位置情報を出力する読み出し走査
部と、 前記CCDアレイの記憶したフォトセンサの位置情報と
識別情報発生器の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 beam toward the surface of an object to be measured under predetermined scanning control; and an identification information generator that outputs the deflection scanning angle of the deflection irradiation device as slit light identification information; A group of photosensors arranged in one or two dimensions to form an optical image of the surface of the object to be measured by the slit light, and a photo sensor provided corresponding to the group of photosensors and on which the optical image is formed. CC that transfers the sensor position as position information
D array; a readout scanning unit that reads out and scans the CCD array at a higher speed than the deflection scanning of the slit light and outputs positional information where an optical image is formed at each deflection scanning position of the slit light; and the CCD. 1. A shape measuring device comprising: a calculation processing unit that determines the shape of an object by comparing and calculating positional information of a photosensor stored in an array and slit light identification information of an identification information generator.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62228106A (en) * 1985-12-03 1987-10-07 Yukio Sato Method and apparatus for measuring shape of three-dimensional object
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