JPH03259704A - ３次元形状計測装置 - 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〕 本発明は３次元形状測定装置、特に光切断線に沿って対
象物の３次元形状を高速で測定する装置の改良に関する
。

〔従来技術〕

機械部品や製品の生産工程などにおいては、その寸法計
測や検査を行うため、対象物の３次元形状を高速に検出
したいという要望が多い。特に対象物が３次元形状をし
ている場合にはその形状的な特徴を把握するため、対象
物表面の多点における３次元座標を高速検出し当該対象
物の３次元形状を効率良く正確に測定したいという要望
が強い。

従来の測定手法としては、物体の表面に投射した光線の
反射光を受光して対象物との距離を検出する変位計によ
り、この変位計を駆動テーブルに取り付けて３次元的に
駆動すると共に変位計の取付角度を角度変化機構により
変更し、演算制御機構により変位計による距離の測定値
と駆動テーブルの駆動量及び変位計の取付角度を入力し
て演算し駆動テーブルと角度変化機構の動きを制御する
ことにより、対象物の断面形状を測定点の集合として連
続的に測定し、各測定点で求めた変位計と測定点との距
離及び測定点における物体断面の法線と照射光軸のなす
角が測定限定範囲内か否かを測定し、範囲外の場合には
次の測定前に前記範囲内に戻す制御を行うものがある（
特開昭５９−１．５４３０８号）。

上記構成からなる従来の測定手法は対象物の形状を測定
点の集合として測定するため、また測定限度範囲内外の
判別を行うと共に範囲外の場合には範囲内へと修正制御
を必要とし長時間を要する不都合がある。

測定に長時間を要する特に、対象物の端部を測定すると
きは、端部を測定データから見つけるために、駆動テー
ブルと変位計の位置・角度・制御を細かく行う必要があ
り測定に極めて長い時間がかかる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、３次元座標検出センサの測定範囲を越
える任意の大きさで、かつ自由曲面を有する対象物の３
次元形状や輪郭形状や幅、高さ等の寸法諸元を高速でか
つ高精度に測定し得る３次元形状計測装置を提供するに
ある。

〔発明の構成〕

本発明の３次元形状計測装置は、対象物表面に６ 向け所定角度で投光されるスリット光源からのスリット
光により対象物表面に形成される光切断線を撮像するＴ
Ｖカメラを有する撮像部と、前記ＴＶカメラのビデオ信
号から光切断線の水平走査方向の中心位置を水平切断位
置として検出する水平光切断位置検出回路により検出し
、ＴＶカメラの水平走査方向の中心位置を水平光切断位
置を垂直光切断位置検出回路により検出し、予め水平光
切断位置および垂直光切断位置と実際の対象物表面の３
次元座標値との対応関係をテーブル化して記憶し、検出
した水平光切断位置および垂直光切断位置に基づき、対
象物表面の３次元座標値をテーブルより出力し当該出力
される３次元座標値を記憶回路により記憶する座標演算
部と、前記撮像部と対象物の少なくとも一方を移動・位
置決めさせる直交３軸および回転３軸のうちの少なくと
もｌ軸をもつアクチュエータを駆動して撮像部、または
対象物を移動・位置決めする駆動制御部と、撮像部、ま
たは対象物の移動・位置決め終了を判断した後、撮像部
のＴＶカメラのＦＬＤ信号を検出してから、前記座標演
算部による３次元座標演算を座標演算部に実行させ、得
られた３次元座標値と、アクチュエータの位置から求め
られた対象物表面の３次元座標を記憶させ、さらに座標
演算部による座標演算が終了したことを検出した後、次
の計測位置にアクチュエータにより対象物を移動・位置
決めさせ、座標演算をさせることを順次繰り返し制御す
る演算制御部とから構成される。

〔発明の作用・効果〕

」二記構成からなる本発明の３次元形状計測装置は、駆
動制御部がモータコントローラとモータトライバからな
り、演算制御部からの制御命令により例えば予めプログ
ラムされた３次元位置情報に、アクチュエータを駆動し
撮像部をパルスステージ上の対象物との関連で、所定の
位置に位置決めする。演算制御部は、座標演算部と駆動
制御部を制御する。そして、演算制御部は予め決められ
た３次元位置に撮像部を移動・位置決めするように駆動
制御部に制御命令を送る。この制御命令に従い、駆動制
御部はアクチュエータを駆動する。駆動側細部はアクチ
ュエータの駆動を終了すると演算制御部に駆動終了信号
を出力する。演算制御部は、駆動制御部からの駆動終了
信号を検出した後、座標演算部のＴＶカメラのＦＬＤ信
号の立ち上がりに同期して座標演算部に３次元座標演算
の開始を命令する。座標演算部は、テレビカメラのｌフ
レム時間（ＦＬＤ信号の立ち上がりからの次の立ち上が
りまで）の間、座標演算を実行する。演算制御部は、座
標演算部の１フレ一ム時間の座標演算の終了をＦＬＤ信
号の立ち上がりまたは立ち下がりから検出すると、座標
演算部に３次元座標演算の終了を命令する。ついで演算
制御図は、次の計測すべき３次元位置に撮像部を移動・
位置決めするように駆動制御部に制御命令を送る。さら
に、演算制御部は、駆動制御部への制御命令送出後、座
標演算部で検出された３次元座標値を演算制御部内の記
憶装置に記憶させる。そして、上記の繰り返しにより測
定すべき対象物の３次元形状を正確かつ高速に計測する
。

〔その他の発明の構成〕

その他の発明の３次元形状計測装置は、対象物表面に向
け所定角度で投光されるスリット光源からのパルススリ
ット光により対象物表面に形成される光切断線をパルス
スリット光の投射と同期して撮像するＴＶカメラを有す
る撮像部と前期ＴＶカメラのビデオ信号から光切断線の
水平走行方向の中心位置を水平光切断位置として検出す
る水平光切断位置検出回路により検出し、ＴＶカメラの
水平走査方向の中心位置をラフラン卜し、垂直光切断位
置を垂直光切断位置検出回路により検出し、予め水平光
切断位置および垂直光切断位置と実際の対象物表面の３
次元座標値との対応関係をテーブル化して記憶し検出し
た水平光切断位置とよび垂直光切断位置に基づき、対象
物表面の３次元座標値をルックアップテーブルにより出
力し当該出力される３次元座標値を記憶回路により記憶
する座標演算部と、前記撮像部と対象物の少なくとも一
方を移動・位置決めさせる直交３軸および回転３軸のう
ちの少なくとも１軸をもつアクチュエータを駆動して撮
像部、または対象物を移動・位置決めする駆０ 動制御部と、撮像部、または対象物の移動時に、撮像部
のＴＶカメラのＦＬＤ信号に同期してパルススリット光
を投射し、さらにこのパルススリット光投射と同期して
前記座標演算部による３次元座標演算を座標演算部に実
行させ、このパルススリット光の投射した瞬間のアクチ
ュエータの位置を検出し得られた３次元座標値とアクチ
ュエータの位置から求めた対象物の３次元形状を表示あ
るいは記憶させることを順次繰り返し制御する演算制御
部とから構成される。

〔その他の発明の作用・効果〕

上記構成からなるその他の発明の３次元形状測定装置は
、前記発明に比してより高速に３次元形状を計測できる
。すなわち、撮像部のＴＶカメラはＣＣＤ撮像素子でつ
くられている。撮像部は、演算制御部からの測定開始信
号により駆動制御部に例えば、予めプログラムされた３
次元位置情報にしたがって連続移動する。演算制御部は
、ＴＶカメラのＦＬＤ信号（例えば立ち下がり）に同期
して撮像部のスリット光源にパルス信号を送る。

このパルス信号によりパルススリット光が対象物に投射
される。このパルススリット光の投射された後の最初の
１フレ一ム期間の間、座標演算部により３次元座標が演
算される。撮像部のＴＶカメラがＣＣＤであるので、演
算されたこれらの３次元座標はパルススリット光が投射
された瞬間の対象物の３次元座標となる。一方このパル
ススリット光の投射の瞬間と同時にアクチュエータの位
置情報が駆動制御部から演算制御部に出力される。

このアクチュエータの位置情報と３次元座標値は、座標
演算部による３次元座標演算の終了と同時に記憶装置に
記憶される。これらの動作の繰り返しにより、撮像部を
１回ずつ位置決めしないで連続移動させなから対象物の
３次元形状を計測できるので、より高速の３次元形状計
測が可能となる。

上記各発明にあっては対象物の倣い計測（３次元位置情
報が予めプログラムされていない）の場合には、座標演
算部、演算制御部より得られる対象物の３次元座標値よ
り対象物又は撮像部の少なくとも一方をアクチュエータ
により位置決め制御　１− １２ して対象物の３次元形状を計測することもできる。

また、上記構成からなる各発明の３次元形状計測装置は
、代表的な例の対象物について説明する。

すなわち、平滑状や円弧状、屈曲状の板状部材の場合、
対象物の全体又は部分に対する測定範囲を座標演算部、
演算制御部に入力し撮像部に対し駆動制御部としてのス
テージ上の対象物をＸ−Ｙ方向に移動させ、当該対象物
の３次元形状を計測する。このとき、撮像部のＸ方向撮
影範囲内に対象物があればＸ方向（高さ）は一定でよい
。すなわち、撮像部又は対象物のＺ方向高さ一定として
測定できる。また、対象物形状が自らによって死角を形
成するもの、すなわち対象物が凸状もしくは凹状又はこ
れらの組み合わせ形状からなる物体の場合には、該物体
上面よりＴＶカメラから見て段付根部は死角となり撮像
部による撮影ができない。

かかる場合には撮像部をＺ軸まわりに例えば、１８０°
回転させて当該段付根部における形状を計測する。なお
、前記物体の上面と段付面が一度に測定できない場合（
撮像部のＸ方向の測定範囲以上）は前記上面と段付面の
Ｘ方向に関する位置と範囲を座標演算部、演算制御部に
入力し撮像部に対しステージ上の対象物をＸ−Ｙ方向に
移動して当該対象物の３次元形状を計測する。さらに、
対象物が表面溝らかに変化している大型なものは当該対
象物をＸ方向に移動しなから撮像部で測定した場合、撮
像部で計測したデータがしきい値以上の測定範囲外（Ｘ
方向）となったとき、当該方向と逆方向に撮像部を移動
させて、測定を継続する。

すなわち、対象物がＸ方向におけるＸｌに移行したら該
対象物をＸ方向におけるＺ、に降下し、さらにＸ２に移
行したらＺ２に降下して当該対象物の３次元形状を計測
する。

また、撮像部のスリット方向における凸状対象物の側面
を計測するには、該撮像部の測定値の隣接するデータの
２点間の３次元的距離がしきい値以上となる場合、当該
点のデータが存在しないのは、当該部位に物体がないの
か、それとも垂直に近いのか或いはオーバハングになっ
ていて死角となっているのか明らかでないことがある。

この場３ １４ 合には、外部からの入力或いは予め用意するＣＡＤデー
タを用いて判断し、もし死角によるデータ欠落ならば撮
像部をＸ軸まわりに回転させて当該対象物の３次元形状
を計測する。なお、前記回転方向け凸状面が観察できる
方向ゆえ一義的に決定される。さらに対象物が立方体の
垂直面（Ｘ−Ｚ面）を計測する場合、ＣＡＤデータから
撮像部をＺ軸、Ｘ軸まわりに回転させたのみでは、他の
データとの整合が難しく正規のデータが得られないとき
はＹ軸まわりに撮像部を回転させることにより正規のデ
ータを得ることができる。

また本発明装置は、前記死角を少なくかつ精度良く測定
するには、上記の他に、撮像部のＹ軸まわりの角度制御
を、対象物が互いに隣合うＸ方向の２断面が大きな差が
なく連続的にＸ方向に形状が変化する場合に対応して各
断面毎をＸ方向に比較して対象物のＹ−Ｘ方向の平均的
な又は注目する特徴点間の法線方向を計算し当該方向か
ら３次元形状を測定する。これによっても見出せなけれ
ば同じ角度或いは上面より測定することにより計測すべ
き３次元形状を測定することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例の３次元形状測定装置を図面に
基づき説明する。

第１図、第２図はその装置全体構成を示す概要図で、基
板１にはアクチュエータ２を介して３次元的に移動可能
（直交３軸）とし平滑面を有する各ステージ３Ｘ、３Ｙ
、３Ｚ、が設置されている。

すなわち、基台１上には、アクチュエータとしてノハル
スモータ２Ｚが取付けられ、該パルスモータ２Ｚにより
回転駆動され直交３軸のＺ軸方向に沿って連接する送り
ねじ４Ｚと螺合してステージ３ＺをＺ軸方向に移動可能
とされている。

ステージ３Ｚ上には、ステージ３Ｙが取付けられパルス
モータ２Ｙにより回転駆動され直交３軸中のＹ軸方向に
沿って連接する送りねじ４Ｙと螺合してステージ３Ｙを
Ｙ軸方向に移動可能とされている。

ステージ３Ｙ上にはステージ３ｘが取付けられパルスモ
ータ２ｘにより回転駆動され直交３軸中５ ６ 野Ｘ軸方向に沿って連接する送りねじ４Ｘと螺合してス
テージ３ＸをＸ軸方向に移動可能とされている。このス
テージ３Ｘ上には測定すべき対象物が設置される。こき
対象物４の上方には、撮像部らが３次元的に角度を変更
可能（回転３軸）にアクチュエータ６を介してクロスヘ
ツド７に取付けられている。このクロスヘツド７はその
一端をステージ３Ｚに取付けられＺ軸方向に移動可能と
されている。そして、クロスヘツド７はその他端にＹ軸
方向に沿って連接する回転軸８Ｙを結合して回転駆動す
るアクチュエータ６としてのモータ６Ｙが取付けられて
いる。これにより撮像部５はＹ軸回り回転可能とされＹ
軸回りの角度を変更し得る。回転軸８Ｙはその他端にク
ロスヘツド７Ｙを取付け、このクロスヘツド７ＹにはＺ
軸方向に沿って連接する回転軸８Ｚを結合して回転駆動
するモータ６Ｚが取付けられている。これにより撮像部
５はＸ軸回り回転可能とされＸ軸回りの角度を変更し得
る。回転軸８Ｚはその他端にクロスヘツド７Ｚを取付け
このクロスヘツド７ＺにはＸ軸方向に沿って連接する回
転軸８ｘを結合して回転駆動するモータ６ｘが取付けら
れている。この回転軸８Ｘには撮像部５がＸ軸回り回転
可能に設けられＸ軸回りの角度を変更し得る。撮像部５
は、第２図、第３図々示のようにスリット光源１２とＴ
Ｖ左カメラ４とを含む。

そして、第４図に示すごと（、スリット光源１２から３
次元対象物４に向けスリット光１００を所定角度で投光
し、対象物４上に構成される光切断２００をＴＶ左カメ
ラ４を用いて撮影する。

このＴＶ左カメラ４から出力され（ビデオ信号３００は
、ＴＶ左カメラ４のクロック周期に同期してＡ／Ｄ変換
回路２０によりデジタルビデオ信号Ｖｉに変換され、光
切断線抽出回路２２、累積加算回路３０、累積乗算回路
３２に入力される。

また、しきい値設定回路２４には、ビデオ信号から光切
断線２００を抽出するためのしきい値ＶＳが設定されて
おり、設定されたしきい値Ｖｓとは光切断線抽出回路２
２へ入力されている。

本実施例の光切断線抽出回路２２は比較器を用７ ８ いて形成され、第５図に示すように、入力されるビデオ
信号Ｖｉとしきい値Ｖｓとを比較し、ビデオ信号Ｖｉが
しきい値Ｖｓを上回っている期間だけ、光切断線抽出信
号を累積加算回路３０および累積乗算回路３２へ向け出
力する。

また、本実施例の水平アドレス発生回路２８は、カウン
タを用いて形成され、ＴＶ左カメラ４から出力されるク
ロック信号をカウントし、このカウント値Ｋ　ｉを撮像
素子１４ｂの水平方向位置を表す水平方向アドレスとし
て累積乗算回路３２へ向け出ノＪする。

前期累積加算回路３０は、ハードウェアの乗算累積器を
用いて構成されている。そして光切断線抽出回路２２が
光切断線２００を抽出出力している間、Ａ／Ｄ変換回路
２０の出力Ｖｉと値「１」とを乗算し、その累積値、 ｅ Σ　　　Ｖｉ ｉ＝＋ｓ を順次演算出力する。

この累積演算は、ＴＶ左カメラ４から水平走査方向の中
心位置が出力される毎に新たに繰り返して行われる。

従って、この累積加算回路３０からは、ＴＶ左カメラ４
が水平走査ビデオ信号を出力する毎に、前期第１式の分
母が演算出力されることになる。

また、前期累積乗算回路３２はハードウェアの乗算累積
器を用いて構成されている。そして、光切断線抽出回路
２２が光切断線抽出回路信号を出力している間、Ａ／Ｄ
変換回路２０から出力される信号Ｖｉと水平アドレス発
生回路２８の出力する水平方向アドレスＫｉとを乗算し
、その累積値ｅ Σ　　　ＶｉＸＫｉ ｉ＝ｉｓ を順次演算出力する。

この累積演算は、ＴＶ左カメラ４から水平走査方向の中
心位置が出力される毎にあらたに繰り返して行われる。

従って、この累積乗算回路３２からは、ＴＶ左カメラ４
が水平走査ビデオ信号を出力する毎に前期第１式の分子
が演算出力されることになる。

そして、前記２つの累積演算値ΣＶｉおよびΣ９ ０ Ｖ　ｉ　ＸＫ　ｉは、割算器で構成された水平光切断位
置検出回路２６に入力され、ここで後者を前者で割算す
る演算か行われ、前記第１式に示す水平光切断位置Ｋ　
ｓが求められる。

また本実施例の垂直光切断位置検出回路３８は、カウン
タを用いて形成され、ＴＶ左カメラ４から出力される水
平走査方向の中心位置をカウントし、ＴＶ左カメラ４が
現在走査している水平ラインの番号、すなわち垂直光切
断位置Ｌ　ｓを検出する。

本実施例においては、累積加算回路３０、累積乗算回路
３２がハードウェアで構成され、その演算遅れ時間は数
十ｎ５ｅＣである。このため、本実施例においては、最
も遅い場合でも第５図（ａ）の有効水平走査の終了数十
ｎ５ｅｃでΣ■１１ΣＶｉＸＫｉ、Ｌｓを検出すること
ができる。

さらに、本実施例において、水平光切断位置検出回路３
８として市販の標準的なハードウェア割算器を用いると
、割算時間は数μｓｅｃであるため、第５図（ａ）の有
効水平走査終了後５〜６μｓｅｃ以内で水平光切断位置
Ｋｓを検出することができる。

そして、このようにして検出された各ポイントＰの水平
光切断位置Ｋｓおよび垂直光切断位置ＬＳはルックアッ
プテーブル４０へ入力される。

本実施例のルックアップテーブル４ｏは、水平光切断位
置Ｋｓおよび垂直光切断位置Ｌｓと、実際の３次元対象
物１０の表面各点における３次元座標値（Ｘ、ＹＸＺ）
との対応関係が予めテーブル化して記憶されている。そ
して、水平光切断位置Ｋｓおよび垂直光切断位置Ｌｓが
入力される毎に、対応する３次元座標値（Ｘ、Ｙ、Ｚ’
）を記憶回路４８に向け出力する。

従って、本実施例によれば、水平および垂直光切断位置
Ｋｓ、Ｌｓが検出されるごとに、何ら特別な演算やソフ
トウェア処理を行うことなく、対象物１０の測定点Ｐに
おける３次元座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を迅速に出力すること
ができる。

本実施例において、このルックアップテーブル４０はＸ
座標テーブル４２、Ｘ座標テーブル４４、Ｘ座標テーブ
ル４６から構成される。各テーブル、１ ２ そして、垂直光切断位置回路３８から出力される垂直光
切断位置Ｌｓ（ＴＶ右カメラ４の水平ラインの番号）で
指定されたアドレスに、テーブル４２．４４．４６から
出力される３次元座標値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を順次記憶する
。このようにコンピュータを介さないでメモリ５０のア
ドレスを直接指定することをＤＭＡ　（ダイレクト　メ
モリ　アドレシング）という。

なお、このように半導体メモリ５０に直接データを記憶
さける場合には、メモリ５０に座標値が入力されてから
数１００ｎｓｅｃでデータ記憶が終了する。すなわち、
前記有効水平走査期間終了後約１μｓｅｃ以内で一点の
３次元座標値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の記憶が完了する。

このようにして、本実施例の装置によれば、水平ライン
上の光切断２００に対応する一点の３次元座標値（Ｘ、
Ｙ、Ｚ）の検出記憶動作を、ＴＶ右カメラ４の有効水平
走査期間終了後、約６〜７μＳｅＣ程度、すなわちその
帰線期間内に完了することができる。４２．４４．４６
は、それぞれ前記Ｋｓ、Ｌｓと各３次元座標値Ｘ、、Ｙ
１Ｚの対応テーブルが予め記憶されたＲＯＭを用いて形
成されている。

そして、第５図（ａ）に示す各有効水平走査期間が終了
すると同時に、Ｋｓ、Ｌｓが各テーブル４２．４４．４
６に入力されると、これら各テーブル４２．４４．４６
、からは、その後数１００ｎｓｅｃ後に対応した３次元
座標値（Ｘ、Ｙ。

Ｚ）が出力され記憶回路４８に書き込まれる。

実施例において、この記憶回路４８は、ＴＶ右カメラ４
の水平ラインの各番号と対応するアドレスをもった半導
体メモリ５０を用いて構成されている。

この結果、本実施例によれば、ＴＶ右カメラ４の水平走
査周期（６３，５μ５ｅｃ）で−点の３次元座標値の検
出が可能となり、光切断２００に沿った各点ＰＯ１Ｐ１
・・・の３次元座標値を実時間で測定することができる
。また、本実施例においては、水平光切断位置Ｋｓの検
出のための割算と、ＸＸＹ、Ｚ座標値の半導体メモリ５
０への書３− ４ 込みに、マイクロコンピュータによるソフトウェア処理
を利用することもできる。

このときは、割算に約２０μＳｅＣ、メモリ５０への書
込み２０μｓｅｃ必要なため、そのままでは帰線時間内
にこれらの処理を行えない。

しかし、第５図（ｂ）に示す如（、まずΣＶｉとΣＶ　
ｉ　Ｋ　ｉをマイクロコンピュータに取込み割算を行っ
て水平光切断位置Ｋ　ｓを求め、次にこのＫｓを別途設
けられたラッチ回路に１水平走査期間だけ記憶させ、そ
のラッチ出力をルックアップテーブル４０に入力する。

このようにすれば、ルックアップテーブル４０の出ツＪ
は第６図に示すように１水平走査期間保持される。

従って、この保持時間の間に、ルックアップテーブル４
０から出力されるＸ、Ｙ、Ｚ座標値をマイクロコンピュ
ータを用い半導体メモリ５０へ書き込めば良い。

このような手法は、当該水平ライン上に存在する測定点
Ｐの座標データを次の水平ライン走査期間中に記憶する
ものであり、パイプライン処理の１つである。

このような処理を行うことにより、水平光切断位置Ｋｓ
の演算と半導体メモリ５０へのデータの書込みにマイク
ロコンピュータを用いた場合でも一水平走査分の遅れは
あるものの、１点の３次元座標値の検出記憶を水平走査
時間（６３，５μ５ｅｃ）周期で行い、光切断線２００
に沿った各点ＰＯ１Ｐ１、・・・の３次元座標値を実時
間で測定することができる。

上記構成からなる本実施例の３次元形状計測装置は、駆
動制御部が、モータコントローラとモータドライバから
なり、演算制御部からの制御命令に従いアクチュエータ
を駆動し撮像部を所定の位置に位置決めする。演算制御
部は、座標演算部と駆動制御部を制御する。以下第７図
、第８図に基づき作用効果を説明する。

演算制御部は予め決められた３次元位置に撮像部を移動
・位置決めするように駆動制御部に制御命令を送る。こ
の制御命令に従い、駆動制御部は２５ ６ アクチュエータを駆動する駆動制御部はアクチュエータ
の駆動を終了すると演算制御部に駆動終了信号を出力す
る。演算制御部は、駆動制御部からの駆動終了信号を検
出した後、座標演算部のＴＶカメラのＦ　Ｌ　Ｄ信号の
立ち上がりに同期して座標演算部に３次元座標演算の開
始を命令する。座標演算部は、■フレーム時間（ＦＬＤ
信号の立ち上がりから次の立ち上がりまで）の間の、座
標演算を実行する。演算制御部は、演算部の１フレ一ム
時間または１フイ一ルド時間の座標演算の終了をＦＬＤ
信号の立ち上がりまたは立ち上がりから検出すると、座
標演算部に３次元座標演算の終了を命令する。ついで演
算制御図は、次の計測すべき３次元位置に撮像部を移動
・位置決めするように駆動制御部に制御命令を送る。さ
らに、演算制御部は、駆動制御部への制御命令送出後、
座標演算部で検出された３次元座標値を演算制御部内の
記憶装置に記憶させる。そして、上記の繰り返しにより
対象物の３次元形状を正確かつ高速に計測する。

次にその他の実施例を第９図、第１０図、１１．１２．
１３図に基づき説明する。

その他の実施例は前記実施例に比してより高速に３次元
形状を計測できる。すなわち、その他の実施例の撮像部
のＴＶカメラはＣＣＤ撮像素子で作られている。撮像部
は、演算制御部からの測定開始信号により駆動制御部に
予めプログラムされた３次元位置情報にしたがって連続
移動する。演算制御部は、座標演算部のＦＬＤ信号（例
えば立ち下がり）に同期して撮像部のスリット光源にパ
ルス信号を送る。このパルス信号によりパルススリット
光が対象物に投射される。こきパルススリット光の投射
された後の最初の１フレ一ム期間の間、座標演算部によ
り３次元座標が演算される。

撮像部のＴＶカメラがＣＣＤであるので、演算されたこ
れらの３次元座標はパルススリット光が投射された瞬間
の対象物の３次元座標となる。一方このパルススリット
光の投射の瞬間と同時にアクチュエータ内に取付けられ
たエンコーダからの位置情報が演算制御部に出力される
。このアクチュ７ ８ 二一夕の位置情報と３次元座標値は、座標演算部による
３次元座標演算の終了と同時に記憶装置に記憶される。

これらの動作の繰り返しにより、撮像部を１回ずつ位置
決めしないで連続移動させなから対象物の３次元形状を
計測できるので、より高速の３次元形状計測が可能とな
る。上記実施例に限らず測定部位が予めプログラムされ
ていない、すなわち、倣い測定するような対象物の３次
元形状を計測することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の３次元形状計測装置の斜視
図、第２図は本発明の一実施例装置のブロック線図、第
３図は本発明に係る３次元形状計測装置の好適な一実施
例のブロック図、第４図はスリット光源とＴＶカメラと
の相対位置関係を示す説明図、第５図及び第６図はＴＶ
カメラから出力されるビデオ信号の説明図であり第５図
はビデオ信号としきい値との関係を示す説明図、第６図
はビデオ信号とルックアップテーブルから出力される３
次元座標値との出力タイミングを示す説明図、第７図及
び第８図は本発明の一実施例をそれぞれ示すフローチャ
ート図及びタイミングチャート図、第９図、第１０図及
び第１１図は本発明のその他の実施例装置をそれぞれ示
す斜視図及びブロック線図、第１２図及び第１３図はそ
の他の実施例をそれぞれ示すフローチャート図及びタイ
ミングチャート図である。 １　＠　◆ ２　・　・ ２Ｘ。 ３Ｘ。 ５　・　・ ＴＸ。 ８Ｘ。 ・基板、 ・アクチュエータ、 ２Ｙ、２Ｚ−中・パルスモータ、 ３Ｙ、３Ｚ　・・・ステージ、 ・撮像部、 ７Ｙ、７Ｚ　・・・クロスヘツド、 ８Ｙ、８Ｚ　・・・回転軸

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）対象物表面に向け所定角度で投光されるスリット
   光源からのスリット光により対象物表面に形成される光
   切断線を撮像するＴＶカメラを有する撮像部と、 前記ＴＶカメラのビデオ信号から光切断線の水平走査方
   向の中心位置を水平光切断位置として検出する水平光切
   断位置検出回路により検出し、ＴＶカメラの水平同期信
   号をカウントし、垂直光切断位置を垂直光切断位置検出
   回路により検出し、予め水平光切断位置および垂直光切
   断位置と実際の対象物表面の３次元座標値との対応関係
   をテーブル化して記憶し、検出した水平光切断位置およ
   び垂直光切断位置に基づき、対象物表面の３次元座標値
   をテーブルより出力し当該出力される３次元座標値を記
   憶回路により記憶する座標演算部と、前記撮像部と対象
   物の少なくとも一方を移動・位置決めさせる直交３軸お
   よび回転３軸のうち少なくとも１軸をもつアクチュエー
   タを駆動して撮像部、または対象物を移動・位置決めす
   る駆動制御部と、 撮像部、または対象物の移動・位置決め終了を判断した
   後、撮像部のＴＶカメラのＦＬＤ信号を検出してから、
   前記座標演算部による３次元座標演算を座標演算部に実
   行させ、得られた３次元座標値とアクチュエータの位置
   から求められた対象物表面の３次元座標を記憶させ、さ
   らに座標演算部による座標演算が終了したことを検出し
   た後、次の計測位置にアクチュエータにより対象物を移
   動・位置決めさせ、座標演算をさせることを順次繰り返
   し制御する演算制御部 とからなり、 光切断線に沿って対象物の３次元形状を実時間で計測す
   ることを特徴とする３次元形状計測装置。
2. （２）対象物表面に向け所定角度で投光されるスリット
   光源からのパルススリット光により対象物表面に形成さ
   れる光切断線をパルススリット光の投射と同期して撮像
   するＴＶカメラを有する撮像部と、 前記ＴＶカメラのビデオ信号から光切断線の水平走査方
   向の中心位置を水平光切断位置として検出する水平光切
   断位置検出回路により検出し、ＴＶカメラの水平同期信
   号をカウントし、垂直光切断位置を垂直光切断位置検出
   回路により検出し、予め水平光切断位置および垂直光切
   断位置と実際の対象物表面の３次元座標値との対応関係
   をテーブル化して記憶し検出した水平光切断位置および
   垂直光切断位置に基づき、対象物表面の３次元座標値を
   ルックアップテーブルにより出力し当該出力される３次
   元座標値を記憶回路により記憶する座標演算部と、 前記撮像部と対象物の少なくとも一方を移動・位置決め
   させる直交３軸および回転３軸のうちの少なくとも１軸
   をもつアクチュエータを駆動して撮像部、または対象物
   を移動・位置決めする駆動制御部と、 撮像部、または対象物の移動時に、撮像部のＴＶカメラ
   のＦＤＬ信号に同期してパルススリット光を投射し、さ
   らにこのパルススリット光投射と同期して前記座標演算
   部による３次元座標演算を座標演算部に実行させ、この
   パルススリット光の投射した瞬間のアクチュエータの位
   置を検出し得られた３次元座標値とアクチュエータの位
   置から求めた対象物の３次元形状を表示あるいは記憶さ
   せることを順次繰り返し制御する演算制御部とからなり
   、光切断線に沿って対象物の３次元形状を実時間で計測
   することを特徴とする３次元形状計測装置。