JPH05157525A - 物体形状測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アーク光等の周囲光の影響を除去しうる物体
形状の測定、通常の半導体レーザと電荷蓄積形ＣＣＤラ
イセンサにより構成 【構成】 レーザ光を物体表面１に投射しその輝点像を
電荷蓄積形一次元受光素子列７により検出して該輝点像
の位置座標を求める装置において、一次元受光素子列７
の受光及び読み出し走査に同期してレーザ光を投射する
走査期間と投射しない走査期間を交互に生成するための
パルス光投射手段と、受光素子列７の読みだし出力を１
読み出し走査周期だけ遅延させる回路手段と、パルス光
投射により生ずる輝点像の読みだし出力とパルス光投射
のない期間の蓄積電荷の読みだし出力との間でどちらか
一方を上記遅延回路の出力から得ることによって減算処
理を行う回路手段と、該減算処理出力の加算処理手段と
を有する物体形状測定装置

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アーク溶接、シーリン
グ作業、バリ取り作業等を人手に代わってロボットある
いは自動装置により行う場合に必要な、作業対象物の位
置・形状を測定するための物体形状測定装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】アーク溶接を例に取って従来技術につい
て説明する。アーク溶接を自動化するためにはロボット
等が把持する溶接トーチを作業対象に倣って移動させる
ために、対象表面の形状を測定し溶接部位（溶接線）の
位置を検出する必要がある。このようなロボット視覚セ
ンサとしては、非接触形のセンサが溶接対象との干渉が
なく、種々の形状に対する適用柔軟性及び測定速度の点
ですぐれている。非接触形視覚センサとしては、これま
でスリット光を対象に投射し、対象表面に現れる輝線の
形状をテレビカメラで捉えて対象表面の形状を測定する
方法や投射レーザ光の輝点によって対象表面を走査し
て、対象表面を移動する輝点の位置を位置検出器（Ｐｏ
ｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｖｉｃｅ，略
称ＰＳＤ、例えば応用物理学会懇話会発行「光学」、１
２巻５号、頁３６７〜頁３７３，１９８３年「半導体二
次位置検出器の改良」寺田、山本共著を参照）で捉え、
三角測量の原理により輝点の三次元位置を求める方法が
知られている。また、アーク光強度の変動周波数が一定
の周波数（１００ｋＨｚ）以下に集中していることを利
用し、レーザ光の強度を十分高い周波数（例えば数百ｋ
Ｈｚ）で変調し、一次元に配列されたホトダイオード列
で輝点像を受け、各ホトダイオードの光電変換出力の中
から変調周波数成分のみをフィルタで取り出して輝点の
信号のみを分離検出する方法が開発されている（例え
ば、日本産業用ロボット工業界発行Ｒｏｂｏｔ，Ｎｏ．
５４，頁５８〜頁６５，「アーク溶接ロボット用視覚セ
ンサの開発」伊藤義一著を参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
非接触形視覚センサで対象表面の形状を測定する方法は
アーク光等の強い外来光の妨害を受けやすい。特にＰＳ
Ｄを用いる方法では、単一の受光面上で捉えた輝点像の
光分布の重心を輝点の中心像として検出するため、Ｖ形
溝の表面をレーザ光により走査する際に生じる多重反射
による複数の輝点像（迷光）の同時検出により正しい真
の輝点位置の測定が妨げられ、正確な形状測定を実現で
きない傾向があるという欠点がある。また、アーク光強
度の変動周波数を利用する方法は、アーク光の影響を除
去する能力に優れているが、ＣＣＤセンサ、ＰＳＤなど
の一般に製造され普及している受光器と異なる、変調光
を検出するための特有の構造を持つ特殊な検出器を用い
ているため設計製造上の自由度を欠く難点を有してい
る。また、非蓄積形の受光素子を用いているため、光の
検出感度が低い欠点を有している。本発明が解決しよう
とする課題は、上記の従来技術の実情に鑑み、アーク光
等の周囲光の影響を除去しうる距離及び形状の測定法を
確立することであり、特に通常の半導体レーザと電荷蓄
積形ＣＣＤライセンサにより構成できる物体形状測定装
置を実現することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】周囲光の影響を低減する
ため、ＣＣＤライセンサにより投射レーザ光の輝点像を
周期的にライン走査すると共に、輝点像の走査周期に同
期して投射レーザ光を交互に断続（オンオフ）変調し
て、隣接するライン走査間で減算処理を行い、さらにこ
のような隣接するライン走査の対を連続して複数個取得
し、各々の減算処理結果を加算平均することにより輝点
像の読みだし出力からアーク光等の周囲光の影響を除去
する手段を有する物体形状測定装置を構成したもので、
請求項１に於いて、レーザ光を物体表面に投射し、その
輝点像を電荷蓄積形一次元受光素子列により検出して、
三角測量の原理に基ずき輝点像の位置座標を求め、物体
の表面形状を測定する物体形状測定装置において、一次
元受光素子列の受光及び読みだし走査に同期してレーザ
光を投射する走査期間と投射しない走査期間を交互に生
成するためのパルス光投射手段と、受光素子列の読みだ
し出力を１読み出し走査周期だけ遅延させる回路手段
と、パルス光投射により生ずる輝点像の読みだし出力と
パルス光投射のない期間の蓄積電荷の読みだし出力との
間で、どちらか一方を上記遅延回路手段の出力から得る
ことによって、減算処理をおこなう回路手段と、該減算
処理出力を複数回加算する加算手段を有し、読みだし出
力中の輝点像以外の外来妨害成分に対し、減算処理によ
り主としてその低周波成分を、加算処理により主として
その高周波成分を除去するようにした物体形状測定装置
と、請求項２に於いて、１読み出し走査周期分の遅延を
与える回路手段として、先入れ先出し形式の記憶手段を
用いる請求項１の物体形状測定装置と、請求項３に於い
て、光偏向周期毎に書き込み動作状態と読みだし動作状
態に交互に切り替えられる２つのメモリ面からなるダブ
ルバッファメモリ構成をとる輝点像の画素データまたは
座標データの記憶手段を有する請求項１の物体形状測定
装置と、請求項４に於いて、測定対象の形状に依存して
偏向角の異なる各輝点毎に受光素子列上に設定された輝
点像非出現領域に従って、画素信号の値または画素アド
レスのしきい値処理により各画素信号の取捨選択を行い
雑音成分及び迷光を除去する回路手段を有する請求項１
の物体形状測定装置と、請求項５に於いて、輝点の画素
信号分布の重心を算出する回路手段を有する請求項１の
物体形状測定装置と、請求項６に於いて、光偏向動作定
数の再設定機能を有する光偏向器駆動手段を有する請求
項１の物体形状測定装置とを構成した。

【０００５】

【作用】ＣＣＤラインセンサを制御して、レーザ光パル
スのパルス幅に相当する期間に光電子蓄積期間を制限す
る（通常のＣＣＤセンサの電子シャッタ機能を利用）こ
とにより、ＣＣＤラインセンサの周囲光に対する感度を
抑え、レーザ光に対する感度を選択的に高めることがで
きる。このようなレーザ光照射条件で、レーザ光パルス
はライン走査に同期しているから、レーザ光パルス照射
時のライン走査出力とレーザ光パルスがない期間のライ
ン走査出力の差を取ると、ライン走査周期が十分短く、
例えばアーク光の変動周波数スペクトル成分の上限１０
０ｋＨｚに対応して１０μｓ以下であると、連続するラ
イン走査出力中の周囲光の低周波成分にはほとんど変動
がないから、減算出力中の周囲光の低周波成分のみ除去
されレーザパルス光による信号成分には影響がない。こ
のままでは高周波成分が残るが多数の減算出力を加算す
ることにより平均化効果により加算回数に応じ高周波成
分を低減されることができる。

【０００６】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面と共に説明す
る。図１は、測定対象の表面を走査するレーザ光の輝点
を検出して物体表面の形状を測定する物体形状測定装置
の一実施例を示す図である。図１において、１は形状測
定対象、２はレーザダイオード、２−１は投射レンズ、
２−２は投射されたレーザ光、３はレーザダイオード駆
動回路、４はレーザ光を偏向して測定対象をレーザ光で
走査するためのミラー式光偏向器で、ガルバノメータ式
スキャナ、ミラーをモータ軸に搭載したモータなどの周
知の光偏向手段により実現できる。また用途によって
は、非機械式偏向器として偏向角は小さいが高速動作が
可能な超音波光偏向器により代替することも可能であ
る。４−１はミラー式光偏向器４に搭載されたミラー、
５は光偏向器駆動回路である。６は投射レンズ２−１を
介して対象表面に投射されたレーザ光２−２によって生
ずる輝点Ｐを検出するための受光レンズである。７は輝
点像を電気信号に変換するための受光素子列でＣＣＤラ
インセンサが代表的な例である。ここでは具体的な記述
を得るために、１２８個の有効な受光素子を有するＣＣ
Ｄラインセンサを想定する。各受光素子は輝点像を表現
する画素信号を生成する。８はＣＣＤラインセンサ７を
動作させるために必要な各種駆動信号を生成してライン
センサ７に供給し、読み出された画素信号を増幅し出力
するラインセンサ駆動読み取り回路である。ここでＣＣ
Ｄラインセンサ７の構成例として、画素信号の読み出し
速度を２倍にするために、奇数番目と偶数番目の受光素
子の蓄積電荷を同時に並行読み出しできるように、それ
ぞれ奇数番目と偶数番目の受光素子から電荷の並列転送
を受けることができる２個のＣＣＤシフトレジスタを有
するものを採り上げる。９と１０は、ラインセンサ駆動
読み取り回路８から出力される２つの信号で、それぞれ
奇数番目の受光素子列の画素信号と偶数番目の受光素子
列の画素信号とする。ここでは、画素信号を読み出すこ
めにＣＣＤラインセンサに加えられる画素クロック信号
の周波数を２０ＭＨｚとする。１１は本実施例の物体形
状測定装置が動作するために必要な各種信号を生成する
タイミング回路で、その出力信号の中、１２は画素クロ
ック信号φ、１３はＣＣＤラインセンサの読み出しの繰
り返し周期を与えるライン走査スタート信号ＳＴ、１４
はミラー式光偏向器４のミラー４−１の回転により光偏
向角度θ₁ を設定するためのミラー歩進信号ＭＰ、１５
はミラーによる光偏向走査の初期位置から最終位置まで
の間の有効光偏向期間を示す信号ＭＡで、信号１２、１
３、１４、１５は互いに同期している。１６は信号ＭＡ
が示す有効光偏向期間のみミラー歩進信号ＭＰを通過さ
せるゲート回路である。１７は一定のレーザ発光時間に
相当するパルス幅を有する発光信号ＬＰで、レーザダイ
オード駆動回路３は発光信号１７の入力を受けてレーザ
ダイオード２に必要なパルス発光出力を与えるための駆
動電流パルスを供給する。光偏向器駆動回路５はミラー
歩進信号１４（ＭＰ）を入力するアップダウンカウンタ
を有し、その出力に三角波状の駆動電流波形を生成して
ミラー式光偏向器４のミラー４−１に揺動回転を与え、
輝点Ｐに往復運動を行わしめ形状測定対象１を走査す
る。またラインセンサ駆動読み取り回路８は画素クロッ
ク信号（φ）１２及びライン走査スタート信号（ＳＴ）
１３の入力を受けてＣＣＤラインセンサ７を動作させる
ために必要な各種駆動信号を生成する。

【０００７】１９、２０は本発明の主要な部分をなす回
路ブロックで、それぞれＣＣＤラインセンサ７の奇数番
目の受光素子列の読み出し出力９および偶数番目の受光
素子列の読み出し出力１０の入力に対し、測定対象上の
レーザ投射による輝点像の画像信号を外来光及び各種妨
害信号から分離し検出するものであり、以下に述べるよ
うに動作する。回路ブロック２０は同１９と同じ構造を
有するので、内部の図示は省略し、又回路ブロック１９
についてのみ説明する。１９−１はアナログ・ディジタ
ル変換器（以下Ａ−Ｄ変換器と呼ぶ）、１９−２はレジ
スタで、Ａ−Ｄ変換器１９−１はアナログの画素信号９
をｎビット（ｎの値は扱う画素信号のレベル数に依存
し、例えばｎ＝１０）のディジタル信号に変換する。そ
の変換出力は１９−２のレジスタに保持される。１９−
３は第１の先入れ先出し形式のメモリ（以下ＦＩＦＯと
呼ぶことにする）で、レーザダイオード２の発光がない
ため輝点像のないライン走査期間の画像信号を有効画素
信号区間（６４画素）だけ、次のライン走査期間にレー
ザダイオード２の発光により得られる輝点像の画像信号
がＡ−Ｄ変換器１９−１から出力される時まで一時記憶
する。２１と２２は、タイミング回路１１が、輝点像が
現れない有効画素信号区間と輝点像が現れる有効画素信
号区間を識別するために、それぞれの区間に対応してラ
イン走査スタート信号１３（ＳＴ）に同期し供給してい
る有効画素区間信号ＶＡ１とＶＡ２である。２３はゲー
ト回路で、有効画素区間信号２１（ＶＡ１）がオンの間
だけ画素クロック信号１２（φ）を通過させ、その通過
クロック信号をＦＩＦＯ１９−３の書き込み制御端子Ｗ
に加え、上記一時記憶動作を行わしめる。１９−４と１
９−５はレジスタ、１９−６はレジスタ１９−４と１９
−５の内容をそれぞれ被減数および減数とする減算器、
１９−７は減算器出力を保持するレジスタである。前記
一時記憶動作期間の次のライン走査期間には、輝点像に
背景光あるいは妨害光の画像信号が重畳した有効画素信
号区間のＡ−Ｄ変換器（１９−１）出力がレジスタ１９
−４に入力されると共に、前のライン走査期間中に記憶
された輝点像のない、すなわち背景光あるいは妨害光の
画像信号だけからなる有効画素信号区間のデータが１ラ
イン走査期間遅れて（１Ｈ遅延して）ＦＩＦＯ１９−３
からレジスタ１９−５に読み込れ、減算器１９−６より
これら隣接ライン走査出力間の差分が出力される。２４
はゲート回路で、有効画素区間信号２２（ＶＡ２）がオ
ンの間だけ画素クロック信号１２（φ）を通過させる。
その通過クロック信号はＦＩＦＯ１９−３の読み出し制
御端子Ｒに加えられ上記減算器１９−６への１Ｈ遅延画
像信号の読みだし動作が行なわれる。図２は、輝点像の
画素信号を減算処理により換出する時の主要な信号のタ
イミング関係を示す図であり以上の動作における主要な
信号のタイミング関係を示している。有効画素区間信号
２２（ＶＡ２）がオンの期間の上記減算処理の結果、ラ
イン走査周期（本実施例では画素数／ラインを７９、有
効画素数６４、画素クロック周波数を２０ＭＨｚとして
３．９５μｓ）に比して低周波数の背景光あるいは妨害
光成分はライン走査周期間の変動がほとんどないため隣
接ライン走査出力間で相殺され、輝点像の画素信号と妨
害光成分の高周波の残差成分だけが残る。

【０００８】高周波の残差成分は減算処理出力を加算平
均することにより低減することができる。具体的には、
多数回（本実施例ではＮ回とする）生起する発光信号Ｌ
Ｐの各々に対して生ずる減算器出力を加算平均して行
う。以下引続き、加算平均のための回路ブロック１９の
後半部の動作を説明する。図１において、１９−８は加
算器、１９−９は加算器１９−８の出力を保持するレジ
スタ、１９−１０は（Ｎ−１）回までの加算結果を一時
記憶するための第２のＦＩＦＯ（先入れ先出し形式のメ
モリ）、１９−１１はＦＩＦＯ１９−１０の読み出し結
果を保持するレジスタで、その内容は加算器１９−８の
被加数を与える。１９−１２はＮ回目の加算結果を一時
記憶する第３のＦＩＦＯである。有効光偏向期間信号Ｍ
Ａがオン（ハイレベル）の期間中にｉ番目に発生する有
効ミラー歩進信号ＭＰの直後に連続して発生するＮ個の
有効画素区間信号２２（ＶＡ２）の中、最初のＶＡ２信
号の期間はレジスタ１９−１１の内容（被加数）はクリ
アされた初期状態にあり（値は０）、またＦＩＦＯ１９
−１０の読み出しもこの期間は行われず、１回目の加算
結果はレジスタ１９−７の内容がそのままレジスタ１９
−９に出力され、ＦＩＦＯ１９−１０に一時記憶され
る。２回目以降の加算はＦＩＦＯ１９−１０に記憶して
いる前回の加算結果をレジスタ１９−１１に被加数とし
て読み出し、これと加数となる新たな減算出力であるレ
ジスタ１９−７の内容を加算器１９−８に入力し、加算
結果をレジスタ１９−９を介してＦＩＦＯ１９−１０に
読み込み、加算結果を更新して行く。Ｎ回目の加算で
は、加算結果は、妨害成分の除去をした奇数番目の受光
素子出力として後に読み出すために、ＦＩＦＯ１９−１
０ではなくＦＩＦＯ１９−１２に記憶される。以上の加
算処理動作を実現するために、ＦＩＦＯ１９−１０、１
９−１２およびレジスタ１９−１１に供給されるクロッ
ク信号および制御信号の生成手段の実施例をやはり図１
について引続き説明する。

【０００９】２５はゲート回路で、ミラー歩進信号（Ｍ
Ｐ）１４の生起直後に有効画素区間信号（ＶＡ２）２２
の通過を許し、Ｎ個のミラー歩進信号（ＭＰ）の通過の
後、通過を阻止する。２６はカウンタ回路で、１個目、
（Ｎ−１）個目及びＮ個目の有効画素区間信号（ＶＡ
２）をカウントする毎にカウント信号を出力する。２７
はＲＳフリップ・フロップで、ゲート回路２５のゲート
制御信号はＲＳフリップ・フロップ２７の出力Ｑにより
与えられ、同フリップ・フロップの出力状態はミラー歩
進信号（ＭＰ）１４によりハイレベル（”１”）にセッ
トされ、カウンタ回路２６のＮ個目の有効画素区間信号
（ＶＡ２）に対するカウント出力によってローレベ
ル（”０”）にリセットされる。２８はゲート回路、２
９はＲＳフリップ・フロップでカウンタ回路２６の（Ｎ
−１）個のカウンタ出力をセット入力（Ｓ）とし、ゲー
ト回路１６を通過したミラー歩進信号（ＭＰ）をリセッ
ト入力（Ｒ）として、その負論理出力Ｑによりゲート回
路２８を制御し、１個目から（Ｎ−１）個目までの有効
画素区間信号（ＶＡ２）についてゲート回路２４の出力
を通過させＦＩＦＯ１９−１０の書き込み制御端子Ｗに
クロック信号を供給する。この結果、第１回目から第
（Ｎ−１）回目までの加算結果だけをＦＩＦＯ１９−１
０に記憶させることができる。３０はゲート回路、３１
はカウンタ回路２６の１個目の入力に対するカウント出
力をセット入力とし、Ｎ個目の入力に対するカウント出
力をリセット入力とするＲＳフリップ・フロップで、そ
の出力はレジスタ１９−１１のクリア（ＣＬＲ）端子へ
の入力およびゲート回路３０の制御入力となっている。
これによりレジスタ１９−１１を１回目の加算ではクリ
ア状態に保つとともに、ゲート回路３０におけるゲート
回路２４の出力の通過を制御している。このゲート回路
３０の出力は、第１回目から第（Ｎ−１）回目までの各
加算結果を、それぞれ加算器１９−８における第２回目
から第Ｎ回目までの各加算に用いるため、ＦＩＦＯ１９
−１０から読み出すために必要な同ＦＩＦＯの読み出し
制御端子Ｒへ入力されるクロック信号となっている。３
２はゲート回路で第Ｎ回目の加算結果をＦＩＦＯ１９−
１２に書き込むために同ＦＩＦＯの書き込み制御端子Ｗ
に入力するクロック信号をゲート回路２４の出力の通過
を制御して生成するものである。そのゲート制御入力は
ＲＳフリップ・フロップ２９と３１の出力で、第Ｎ個目
の有効画素区間信号（ＶＡ２）に対応するクロック信号
のみ通過させる。３３はゲート回路、３４はＲＳフリッ
プ・フロップで、そのセット入力はカウンタ回路２６の
Ｎ個目の入力に対するカウント・アップ出力である。３
５は画素アドレスカウンタでゲート回路３３の出力をカ
ウントして読み出し中の加算結果の対応する受光素子の
配列位置ｊをカウント値として出力するとともに、ＣＣ
Ｄラインセンサ７の奇数列および偶数列の有効受光素子
の総数に等しい数（本実施例では１２８）の入力をカウ
ントするとカウント・アップ信号Ｃ_j を出力し、この出
力によりＲＳフリップ・フロップ３４をリセットする。
図３は、上記の主要な信号についてタイミング関係を示
したものである。ゲート回路３３はＲＳフリップ・フロ
ップ３４の出力を制御入力として画素クロック信号
（φ）１２の通過を制御し、ＦＩＦＯ１９−１２への第
Ｎ回目の加算結果の書き込みが終わると直ちに、ＦＩＦ
Ｏ１９−１２の読み出しを行うために同ＦＩＦＯの読み
出し制御端子Ｒに入力される読み出しクロック信号の生
成に必要なクロック信号の供給を開始する。３６はフリ
ップ・フロップで、ゲート回路３３の出力から画素クロ
ック信号を受けて、その半分の繰り返し周波数を有し、
互いに半周期位相のずれた２つのクロック信号をそれぞ
れ出力端子ＱとＱから出力する。３７と３８はフリップ
・フロップ３６から出力されるクロック信号、３９と４
０はそれぞれ回路ブロック１９と２０から読み出される
Ｎ回目の加算結果、４１は加算結果３９、４０を保持す
るレジスタである。クロック信号３７は奇数番目の受光
素子の画素信号を処理する回路ブロック１９中のＦＩＦ
Ｏ１９−１２の読み出し制御端子Ｒに入力され、クロッ
ク信号３８は同様に回路ブロック２０中のＦＩＦＯ１９
−１２と対をなす最終段のＦＩＦＯの読み出し制御端子
Ｒに入力される。この結果、回路ブロック１９と２０の
各々からＮ回目の加算結果が出力３９、４０として交互
に読み出される。４２は有効光偏向期間中のミラー歩進
信号ＭＰをカウントしてカウント値ｉを光偏向角θ_i に
対応する輝点Ｐの偏向アドレスとして出力する偏向アド
レスカウンタである。４３は加算平均結果＜Ｉ_ij＞を記
憶するダブルバッファ構成をとる画素メモリ、４４はそ
の書き込み制御回路で、ＲＳフリップ・フロップ３４の
セット状態の出力はゲート回路３３を開いてＮ回加算の
結果の読み出しを開始させるとともに、書き込み制御回
路４４の書き込み制御端子ＷＥに加わり、レジスタ４１
に保持された加算結果の画素メモリ４３への書き込みを
可能にする。これと並行して偏向アドレスカウンタ４２
と画素アドレスカウンタ３５のカウンタ値の組（ｉ，
ｊ）が加算平均結果＜Ｉ_ij＞の画素メモリ４３上のアド
レスとして書き込み制御回路４４のアドレス入力端子
Ｉ，Ｊに入力される。本実施例では、加算回数ＮをＮ＝
２^q と設定し、レジスタ４１に保持された加算結果を加
算平均結果＜Ｉ_ij＞として画素メモリ４３へ書き込むと
き、特にＮによる割算を行うことなしに、レジスタ４１
の読み出し位置をｑビットずらす（シフトする）だけで
加算平均結果＜Ｉ_ij＞を得ている。加算結果と加算平均
結果の違いは演算桁数の点で演算回路の設計上重要であ
るが、本発明の目的に対しては本質的ではない。

【００１０】４５はシステム制御インタフェース回路、
４６はシステムバス、４７は中央処理装置（ＣＰＵ）、
４８は入出力インタフェース回路である。偏向アドレス
カウンタ４２は有効光偏向期間にあるミラー歩進信号Ｍ
Ｐを予め設定した最大値までカウントすると、カウント
アップ信号Ｃ_i を出力する。カウント・アップ信号Ｃ_i
は輝点Ｐによる形状測定対象１の１回の走査を終了した
ことを示し、これが書き込み制御回路４４のメモリバン
ク切り替え制御端子Ｃに入力すると、２面のダブルバッ
ファ構成をとる画素メモリ４３のそれまでデータ書き込
みに使用していたメモリ面がデータ読み出しの状態に切
り替えられるとともに、他方のメモリ面がデータ書き込
み用に切り替えられ、次の光偏向走査による新たな加算
平均結果の書き込みが準備される。またカウント・アッ
プ信号Ｃ_i はシステム制御インタフェース回路４５にも
入力され、システムバス４６を経由してＣＰＵ４７に通
知される。ＣＰＵ４７は、これにより１回の光偏向走査
の終了と、２面の画素メモリの中、その時に読み出すべ
き面を知ることができる。ＣＰＵ４７は、画素メモリ４
３のアドレス（ｉ，ｊ）（ｊは１，２，・・，１２８の
各値をとる）の内容を読み取ることによって、各光偏向
角θ_i に対する輝点Ｐの像の画素信号＜Ｉ_ij＞（加算平
均値）（ｊは１，２，・・，１２８の各値をとる）を取
得することができる。輝点Ｐの３次元位置を３角測量法
により決定するためには画素信号分布のＣＣＤラインセ
ンサ７上の中心位置を求める必要がある。中心位置は分
布の重心として求められる。画素アドレス（ｉ，ｊ）の
重心ｊ_giは次の式によって計算される。 ｊ_gi＝Σｊ×（＜Ｉ_ij＞−Ｔ_ij）／（Σ（＜Ｉ_ij＞−Ｔ_ij）） （１） ここでΣは＜Ｉ_ij＞−Ｔ_ij＞０となる場合のみ積算する
ことを意味する。ｉの値は有効光偏向期間中のミラー歩
進信号ＭＰにより更新される光偏向角θ_i をもつ輝点Ｐ
に対応し、本実施例ではｉ＝１からｉ＝２５６までの総
数２５６の輝点の各々の重心が上式により計算される。
Ｔ_ijはしきい値を表し、外来妨害光や回路雑音による一
般雑音成分の除去と、投射レーザ光の形状測定対象１で
の多重反射等により本来輝点の像が結像するはずのない
受光素子の位置に入射する迷光の出力成分の除去を目的
として、予め測定対象の形状に応じて、すなわち輝点Ｐ
の移動軌跡に応じて設定するものである。輝点像の出現
領域外として計算対象外とするところでは＜Ｉ_ij＞−Ｔ
_ij＜０となるように十分大きく設定し、その他の領域で
は雑音成分を除去する程度に信号光に対しては＜Ｉ_IJ＞
−Ｔ_ij＞０となるような適切な値に設定される。例え
ば、輝点が受光レンズ６の光軸から離れる方向にあれば
あるほど、輝点の受光素子列上の結像位置は光軸から離
れ、決して光軸に近づくことはない。このような場合に
は、光軸に近いアドレス領域を計算対象外とするため、
その領域のしきい値Ｔ_ijを十分大きく設定する。このよ
うな計算対象外の領域は、形状測定対象１の大体の形状
あるいは形状のタイプが予め分かっていればおおよその
推定は可能である。また過誤の推定により真の輝点像を
排除してしまう危険を回避するために、絶対に輝点像が
存在しえい領域に限定した場合でも、雑音成分および迷
光に対し相応の排除効果が得られる。換言すれば、事前
にできるだけ正確に排除領域を算定して、最大限の排除
領域を設定しておけば、より大きな排除効果が得られ
る。なお、ここでは加算平均に対してしきい値処理をし
たが、レジスタ４１の内容をＮ回加算結果とし、これに
しきい値処理を行って、その結果をレジスタ５４から取
り出すときに読み出し位置をｑビットシフトして（ただ
しＮ＝２^q の場合）、最終的にしきい値処理された加算
平均を得るようにしても良い。また上記説明では、間接
的に画素信号の値に関するしきい値処理により雑音成分
および迷光を除去する方法を示したが、輝点像の出現領
域の画素アドレスの下限および上限をそれぞれｊ_i1とｊ
_i2とし、生起する画素信号＜Ｉ_ij＞の画素アドレスｊが
ｊ_i1＜ｊ＜ｊ_i2の関係を満たすときのみ当該画素信号を
計算対象として取り込み、その他は計算対象外として除
外する領域の直接的な比較による方法も可能で、この場
合は画素アドレスに関するしきい値処理となる。従っ
て、輝点像のＣＣＤラインセンサ７上の実空間における
位置座標ｕ_i は次式によって与えられる。 ｕ_i ＝ｕ_o ＋ｋ×ｊ_gi （２） ここでｕ_o は定数、ｋは受光素子配列間隔である。次に
位置座標ｕ_i を使って輝点Ｐの形状測定対象１上の空間
座標（ｘ_i ，ｚ_i ）を求める方法を述べる。図４は本実
施例におけるミラー式光偏向器４の周辺の光学系の構成
を少し詳しく示したもので、図４（ａ）では受光レンズ
６とＣＣＤラインセンサ７との間の距離ｌ、投射レーザ
光２−２の中心軸と受光レンズ６の光軸の間の距離ｄ、
ミラー４−１の回転軸に一致する座標軸ｙ，および受光
レンズ６の中心を通って光軸に垂直な座標軸ｕと受光レ
ンズ６の光軸に一致する垂直な座標軸ｖが示されてい
る。本実施例では、説明を簡略にするため、投射レーザ
光２−２の中心軸、受光レンズ６の光軸、および座標軸
ｕ、ｖは同一平面上にあり、また座標軸ｙは座標軸ｕに
平行で、かつ投射レーザ光２−２の中心軸と受光レンズ
６の光軸は互いに平行であるものとする。図４（ｂ）は
図４（ａ）の視点に対して直角の方向から見た光学系の
構成図で、光学レンズ６と回転するミラー４−１の間に
投射レーザ光２−２をミラー４−１に適切な角度で入射
させるために光炉変更用の固定ミラー４−２が設置され
ている様子を示している。またミラー４−１の回転軸に
一致するｙ軸（図４（ａ））とともにデカルト座標系を
構成する座標軸ｘ，ｚが紙面内に設定されている様子
と、受光レンズ６、固定ミラー４−２、回転するミラー
４−１、および輝点Ｐ相互間の光路長ｖ_a 、ｖ_b 、ｖ_c
がそれぞれ示されている。図４（ｃ）は、図４（ｂ）の
配置条件で、受光レンズ６のｕ軸から投射レーザ光２−
２に沿って輝点Ｐまでの全光路長ｖ_piを計算するための
等価光路図である。本図に従えば、３角測量の原理によ
り全光路長ｖ_piは、 ｖ_pi＝ｌｄ／ｕｉ （３） 従って、回転するミラー４−１の回転軸（ｙ軸）から輝
点Ｐまでの光路長ｖ_c （＝ｖ_pi−ｖ_a −ｖ_b ）は、 ｖ_c ＝ｌｄ／ｕ_i −（ｖ_a ＋ｖ_b ）（４） また光偏向角θ_i は、 θ_i ＝θ_o −Δθ×ｉ （５） ここでｉは偏向アドレスカウンタ４２のカウンタ値、Δ
θは偏向角の更新間隔を表す定数、θ_o は偏向角の初期
値で定数である。従って、偏向を受ける投射レーザビー
ム２−２の走査面、すなわちｘ−ｚ平面内における輝点
Ｐの座標（ｘ_i ，ｚ_i ）は、図４（ｂ）を参照して、次
の式によって与えられる。 ｘ_i ＝ｖ_c ×ｓｉｎθ_i （６） ｚ_i ＝ｖ_c ×ｃｏｓθ_i （７） これまで述べてきた輝点Ｐの像中心ｊ_gi（実空間座標で
はｕ_i ）の計算から形状測定対象１をなぞる輝点Ｐの座
標（ｘ_i ，ｚ_i ）の計算までは、ＣＵＰ４７により行う
ことができる。４９は測定開始信号で、ＣＰＵ４７は測
定開始信号４９をシステム制御インタフェース回路４５
を通じてタイミング回路１１に与え、上記輝点Ｐの画像
信号検出動作を開始させ、カウント・アップ信号Ｃ_i を
偏向アドレスカウンタ４２からシステム制御インタフェ
ース回路４５を介して受信すると、システムバス４６を
介して画素メモリ４３から輝点Ｐの画像信号を読み出
し、上記計算式に基づくプログラム処理により輝点の座
標（ｘ_i ，ｚ_i ）を算出する。一回の光偏向走査により
得られる輝点Ｐの座標の系列（ｘ_i ，ｚ_i）（ｉ＝１，
２，・・，２５６）は形状測定対象１の走査平面内にお
ける表面の形状、すなわち断面形状を表している。以上
の動作により本発明の目的が達成されるが、その応用と
して、例えばアーク溶接において、２枚の鋼板がつくる
コーナの隅部を溶接する場合、コーナのＬ字型形状を本
発明になる形状測定装置により測定し、その形状データ
を計算機処理してコーナの隅部の溶接位置を決定するこ
とができる。溶接位置が決定されると、そのデータは入
出力インタフェース回路４８を介して外部に転送され、
例えば溶接トーチを把持するロボットに伝達されると、
ロボットは指示された溶接位置に溶接トーチを運び正し
く溶接を行うことができる。したがって形状測定装置を
溶接トーチとともにロボットに搭載し溶接線に沿って移
動しつつ、溶接線に垂直な対象断面の形状をレーザ光に
よる繰り返し走査により連続測定することによって、溶
接トーチを正しく溶接線に沿って導くことが可能とな
り、ロボットによるアーク溶接の自動化が達成される。

【００１１】ＣＰＵ４７は、上に述べた座標計算、形状
認識処理、あるいは外部との通信の他に、動作開始前の
装置構成要素の初期設定、動作中の状態監視など、本形
状測定装置全体の動作を管理し制御する機能を果たすこ
とができる。５０は光偏向器駆動回路５へシステム制御
インタフェース回路４５を介してＣＰＵ４７より与えら
れるミラー式光偏向器４に対する光偏向動作定数で、光
偏向角の初期値θ_o を決定する定数、偏向角の更新間隔
Δθを決定する光偏向器駆動電流増幅利得定数、および
ミラー歩進信号ＭＰに対するアップダウンカウンタの最
大カウント値からなる。光偏向動作定数５０は装置の初
期設定時に与えられることは当然であるが、ＣＰＵ４７
にプログラムとして予め与えられている、あるいは外部
から指示された形状計測手順に従って、測定途中で定数
の変更として与えることもできる。測定途中に光偏向動
作定数を変更できる利点としては、一連の形状測定の開
始段階では広範囲に形状データを取得するように、例え
ば有効光偏向期間の偏向点数が上記実施例のように２５
６点になるように、光偏向動作定数５０を設定し、得ら
れた広範囲の形状データから以後継続的に形状測定すべ
き領域を特定して、その範囲に限って、例えば有効偏向
点数が１２８の範囲で、光偏向走査を行うように光偏向
動作定数を変更することによって、具体的にはアップダ
ウンカウンタの最大カウント値を小さくして、無駄な光
偏向走査を省き測定効率を上げることができる。上記の
ように光偏向動作定数５０の変更によりアップダウンカ
ウンタの最大カウント値を設定しなおした時には有効光
偏向期間が変わるため、図１には明示していないが、Ｃ
ＰＵ４７よりタイミング回路１１に制御信号を送って、
有効光偏向期間を示す信号（ＭＡ）１５のパルス幅と生
起するタイミングをミラー歩進信号ＭＰが必要な数だけ
ゲート回路１６を通過するように適正な値に変更せしめ
る。これと併せて、偏向アドレスカウンタ４２のカウン
ト・アップ値Ｃ_i の値もゲート回路１６を通過するミラ
ー歩進信号ＭＰの総数に合わせ再設定する。やはり図１
の実施例では明示していないが、本物体形状測定装置の
操作者が通常の計算機入出力機器または特別に製作した
専用機器を使用してＣＰＵ４７に加算回数Ｎを指示する
ことができる。ＣＰＵ４７は、指定された加算回数Ｎに
応じて、カウンタ回路２６のカウント・アップ値ＮとＮ
−１の値を設定する。このとき加算回数Ｎに応じて隣接
するミラー歩進信号ＭＰに挟まれる発光信号ＬＰの数が
増減するため、これに合わせてミラー歩進信号ＭＰの生
起間隔を調整する必要がある。これもＣＰＵ４７よりタ
イミング回路１１に制御信号を送って制御することがで
きる。

【００１２】以上、輝点Ｐの座標の系列（ｘ_i ，ｚ_i ）
（ｉ＝１，２，・・，２５６）を求めるのにプログラム
処理による実施例を示したが、演算回路を用いたハード
ウェアによっても実施できることは当然である。図１
で、５１は上記プログラム処理を実施するための回路ブ
ロック（点線で囲んだ部分）であるが、この部分に演算
回路を導入することにより上記座標計算を高速に行うこ
とができる。図５は、輝点の位置座標を加算器、乗算器
および座標変換テーブルを用いて算出する実施例の部分
図である。図５において、５１’は演算回路を用いて輝
点Ｐの座標（ｘ_i ，ｚ_i ）を算出する回路ブロックの実
施例を示していて、図１の回路ブロック５１に対応する
ものである。以下、その回路動作を説明する。５２はデ
ィジタル・コンパレータ、５３はしきい値Ｔ_ij（ｉ＝
１，２，・・，２５６，ｊ＝１，２，・・，１２８）を
記憶するしきい値テーブルである。レジスタ４１から加
算平均値＜Ｉ_ij＞が、しきい値テーブル５３からしきい
値Ｔ_ijがディジタル・コンパレータ５２に入力される
と、コンパレータ５２は、＜Ｉ_ij＞−Ｔ_ijの正値のみ出
力し、その出力値はレジスタ５４に保持される。しきい
値Ｔ_ijの読み出しは、偏向アドレスカウンタ４２が出力
するカウンタ値ｉと画素アドレスカウンタが出力するカ
ウンタ値ｊをテーブルアドレスとしてしきい値テーブル
５３をアタセスして行う。以上の動作は画素信号の値の
しきい値処理に基づく雑音成分および迷光の除去手段に
よるものであるが、画素信号の画素アドレスのしきい値
処理に基づく構成も可能である。例えば、ディジタル・
コンパレータ５２は雑音成分の除去のための固定しきい
値Ｔ_h により動作させ（＜Ｉ_ij＞−Ｔ_h の正値を出
力）、５３には、しきい値テーブルの替わりに輝点像の
非出現領域の境界画素のアドレスｊ_i1，ｊ_i2（本実施例
ではｉ＝１，２，・・，２５６の２５６組が必要）を比
較値とする画素アドレスのコンパレータを用意し、画素
アドレス（ｉ，ｊ）をその入力として出力にハイとロー
の２値を取る比較出力を得て、この比較出力によりレジ
スタ５４を制御し（具体的にはそのクリア端子に入力し
て）、ディジタル・コンパレータ５２の出力を保持する
か、あるいはレジスタ５４をクリア状態に保つかして画
像信号の取捨選択を行なう構成とすればよい。まず重心
演算部の動作を説明する。５５は乗算器、５６は加算
器、５７、５８はレジスタである。画素アドレスカウン
タ３５のカウンタ値ｊとレジスタ５４に保持されている
しきい値処理された加算平均値（＜Ｉ_ij＞−Ｔ_ij）との
積ｊ×（＜Ｉ_ij＞−Ｔ_ij）が乗算器５５から次々と出力
され、加算器５６に入力されると、それらの累積値Σｊ
×（＜Ｉ_ij＞−Ｔ_ij）がレジスタ５７およびレジスタ５
８に一時記憶される。一方、５９は加算器、６０はレジ
スタ、６１は入力された数値に対し予め計算して記憶し
てある逆数値を出力する逆数変換テーブルである。６２
はレジスタである。加算器５９にしきい値処理された加
算平均値＜Ｉ_ij＞−Ｔ_ijが次々と入力されると、その累
積値Σ（＜Ｉ_ij＞−Ｔ_ij）がレジスタ６０に出力され
る。レジスタ６０に一時記憶された累積値Σ（＜Ｉ_ij＞
−Ｔ_ij）は逆数変換テーブル６１に入力されると、その
逆数値（Σ（＜Ｉ_ij＞−Ｔ_ij）^-1が出力されレジスタ６
２に保持される。さらに６３は乗算器、６４はレジスタ
で、レジスタ５８に保持されている累積値Σｊ×（＜Ｉ
_ij＞−Ｔ_ij）とレジスタ６２に保持されている累積値の
逆数値（Σ（＜Ｉ_ij＞−Ｔ_ij））^-1が乗算器６３に入力
され、それらの積Σｊ×（＜Ｉ_ij＞−Ｔ_ij）（Σ（＜Ｉ
_ij＞−Ｔ_ij））^-1すなわち重心ｊ_gi（式（１）参照）が
レジスタ６４上に得られる。

【００１３】次に、輝点Ｐの座標（ｘ_i ，ｚ_i ）を算出
する回路動作を説明する。６５は座標変換テーブル、６
６は輝点座標メモリである。前に述べた式（２）から式
（７）までの関係から重心ｊ_gi、偏向アドレスｉ、およ
び定数ｕ_o 、ｋ、ｌ、ｄ、ｖ_a 、ｖ_b 、θ_o 、Δθの値
が与えられれば、輝点Ｐの座標（ｘ_i ，ｚ_i ）は一意に
決定される。座標変換テーブル６５は、このような関係
を利用して、（ｉ，ｊ_gi）の全ての組み合せについて予
め計算しておいた輝点座標（ｘ_i ，ｚ_i ）を記憶してい
るもので、レジスタ６４に保持された重心アドレスｊ_gi
と偏向アドレスカウンタ４２のカウンタ値ｉを入力とし
て、対応する輝点座標（ｘ_i ，ｚ_i ）を出力する。輝点
座標（ｘ_i ，ｚ_i ）の輝点座標メモリ６６への書き込み
動作は次のように行われる。

【００１４】６７は輝点座標メモリ６６の書き込み制御
回路で、画素アドレスカウンタ３５は一ライン操作の有
効画素区間中の画素クロック信号を最大値（本実施例で
は１２８個）までカウントするカウント・アップ信号Ｃ
_j を出力するので、これを書き込み制御回路６７の書き
込み制御端子ＷＥに入力して書き込み可能な状態にし、
アドレス端子Ｉに入力される偏向アドレスカウンタ４２
のカウンタ値ｉをメモリアドレスとして、座標変換テー
ブル６５から出力される座標計算結果を輝点座標メモリ
６６に書き込み。６８はレジスタクリア信号で、輝点座
標メモリ６６へ１つの輝点座標（ｘ_i ，ｚ_i ）を書き込
む毎に書き込み制御回路６７からレジスタクリア信号６
８を出力し、これをレジスタ５７、６０のクリア端子Ｃ
ＬＲに入力してレジスタ５７、６０をクリア状態に戻し
て次の重心計算に備える。輝点座標メモリ６６も画素メ
モリ４３と同様にダブルバッファ構成になっていて、書
き込み制御回路６７のメモリバンク切り替え制御端子Ｃ
に入力される偏向アドレスカウンタ４２のカウントアッ
プ信号Ｃ_i により各構成メモリの動作状態が書き込み動
作と読み出し動作に交互に切り替えられ、光偏向走査の
繰り返しにより、連続して形状測定対象１の新しい断面
形状データを取得することができる。ＣＰＵ４７はシス
テム制御インタフェース回路４５（図１）を介して上記
カウントアップ信号Ｃ₁ の割り込みを受けると、輝点座
標メモリ６６の内容を読み取り、例えばＶ溝形状をなす
アーク溶接部のＶ溝の頂点を検出して、その座標値を外
部に出力し、溶接トーチを把持するロボットに転送して
溶接作業を行わしめるなどのデータ処理や外部機器への
処理結果の転送を行うことが可能なことは図１の実施例
で説明したとと同様である。また実際上、不可抗力的に
生じる外乱により誤った画素データを検出したり、輝点
像が極めて弱いため検出されず画素データが欠落するこ
とは確率的にあり得ることで、そのため輝点座標メモリ
６６の内容は理想状態に比べデータとして欠陥を含んで
いることが少なくない。従って、輝点座標メモリ６６の
座標データに対しＣＰＵにより前処理を行って不要情報
を除去したり、欠落情報を補ったりすることが多くの場
合有効である。この時、どの様な前処理が適切かは具体
的な形状測定対象と測定条件による。また前処理の実現
手段はＣＰＵ４７の具体的な構成法に依存し、汎用プロ
セッサによるプログラム制御で実現したり、高速性が要
求される場合には回路的手段を用いたり、種々の既存の
データ処理技術が適用できる。以上のことは、ＣＰＵ４
７において必要に応じて行われる断面形状の輪郭線の勾
配や対象のＶ溝形断面形状の頂点等の幾何学的特徴を検
出する形状認識処理についても同様に言えることであ
る。

【００１５】上に述べたライン走査信号の一ライン周期
遅延読み出し手段、隣接ライン走査信号間の減算処理手
段、減算処理出力の加算平均処理手段、加算平均された
減算処理出力の重心アドレス計算手段、メモリの構成
法、３角測量原理に基づく座標計算手段などの種々の回
路手段の変形した実施例は、本発明の基本的内容に基づ
けば、当該分野の業者により容易に発明しうるものであ
り、上記図面に示した実施例に止まらない。

【００１６】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、請求項１〜
６の本発明による物体形状測定装置によれば、ＣＣＤラ
インセンサの出力とその１ライン走査期間遅延させた出
力の間で減算を行い、さらに減算結果を加算平均するこ
とによって、外来妨害光や環境雑音による不要信号成分
の低周波数成分および高周波数成分を除去した走査輝点
の画像信号を得ることができるので、測定対象の表面が
低反射係数のため光強度が弱い、あるいは反射係数の変
動が大きいため光強度の場所による変動が大きい走査輝
点の検出が容易となる。また、ＣＣＤラインセンサの動
作に同期してパルス発光するレーザ光を用いているか
ら、背景光によるＣＣＤラインセンサ出力への寄与が相
対的に抑圧され、レーザ光による信号光のみが効率的に
検出され、一層の信号出力対不要信号出力比の向上が期
待できる。さらに電荷蓄積形の受光素子を用いているか
ら、非蓄積形の受光素子を必要とする従来の光変調形妨
害光除去方式に比較して、輝点の検出感度が高く、低反
射率の計測対象にも広く適用できる利点がある。このよ
うな特徴を有する本発明になる物体形状測定装置は、特
に、アーク溶接光の強い妨害の中で動作する必要がある
アーク溶接ロボット用視覚センサとして有用であるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】測定対象の表面を走査するレーザ光の輝点を検
出して物体表面の形状を測定する物体形状の測定装置の
本発明における一実施例を示す構成図。

【図２】輝点像の画素信号を減算処理により検出する時
の主要な信号のタイミング関係を示す図。

【図３】一回のミラーによる光偏向走査期間中におい
て、ミラーの偏向動作、レーザ光のパルス発光動作およ
び画素信号の読み出しに関係する主要信号のタイミング
関係を示す図。

【図４】通常、物体形状測定装置に用いられる光学系の
構成と輝点の位置座標の算出原理を示す図。

【図５】輝点の位置座標を加算器、乗算器および座標変
換テーブルを用いて算出する実施例の部分図。

【符号の説明】

１ 形状測定対象 ２ レーザダイオード ２−１ 投射レンズ ２−２ 投射されたレーザ光 ３ レーザダイオード駆動回路 ４ ミラー式光偏向器 ４−１ ミラー ５ 光偏向器駆動回路 ６ 受光レンズ ７ 輝点像を電気信号に変換するための受光素子列ま
たはＣＣＤラインセンサ ８ ラインセンサ駆動読み取り回路 ９，１０ 画素信号 １１ タイミング回路 １２ 画素クロック信号φ １３ ライン走査スタート信号ＳＴ １４ ミラー歩進信号ＭＰ １５ 有効光偏向期間を示す信号ＭＡ １６ ゲート回路 １７ 発光信号ＬＰ １９ 回路ブロック １９−１ アナログ・ディジタル変換器（Ａ−Ｄ変換
器） １９−２ レジスタ １９−３ 先入れ先だし形式のメモリ（ＦＩＦＯ） １９−４ レジスタ １９−５ レジスタ １９−６ 減算器 １９−７ レジスタ １９−８ 加算器 １９−９ レジスタ １９−１０ 先入れ先だし形式のメモリ（ＦＩＦＯ） １９−１１ レジスタ １９−１２ 先入れ先だし形式のメモリ（ＦＩＦＯ） ２１ 有効画素区間信号ＶＡ１ ２２ 有効画素区間信号ＶＡ２ ２３ ゲート回路 ２４ ゲート回路 ２５ ゲート回路 ２６ カウンタ回路 ２７ ＲＳフリップ・フロップ ２８ ゲート回路 ２９ ＲＳフリップ・フロップ ３０ ゲート回路 ３１ ＲＳフリップ・フロップ ３２ ゲート回路 ３３ ゲート回路 ３４ ＲＳフリップ・フロップ ３５ 画素アドレスカウンタ ３６ フリップ・フロップ ３７，３８ クロック信号 ３９，４０ 加算結果 ４１ レジスタ ４２ 偏向アドレスカウンタ ４３ ダブルバッファ構成をとる画素メモリ ４４ 書き込み制御回路 ４５ システム制御インタフェース回路 ４６ システムバス ４７ 中央処理装置（ＣＰＵ） ４８ 入出力インタフェース回路 ４９ 測定開始信号 ５０ 光偏向動作定数 ５１ 回路ブロック ５１’ 回路ブロック ５２ ディジタル・コンパレータ ５３ しきい値テーブル ５４ レジスタ ５５ 乗算器 ５６ 加算器 ５７，５８ レジスタ ５９ 加算器 ６０ レジスタ ６１ 逆数変換テーブル ６２ レジスタ ６３ 乗算器 ６４ レジスタ ６５ 座標変換テーブル ６６ 輝点座標メモリ ６７ 書き込み制御回路 ６８ レジスタクリア信号 Ｐ 輝点 φ 画素クロック信号 ＳＴ ライン走査スタート信号 ＭＰ ミラー歩進信号 ＭＡ 有効光偏向期間を示す信号 ＬＰ 発光信号 ＶＡ１ 輝点がないときの有効画素区間信号 ＶＡ２ 輝点があるときの有効画素区間信号 ＦＩＦＯ 先入れ先だし形式のメモリ Ｗ 書き込み制御端子 Ｒ 読み出し制御端子 ＷＥ 書き込み制御端子 ＜Ｉ_ij＞ 加算平均値 ｉ 偏向アドレスカウンタ値 ｊ 画素アドレスカウンタ値 Ｉ，Ｊ アドレス入力端子 Ｃ_i ，Ｃ_j カウントアップ信号 Ｃ メモリバンク切り替え制御端子 Ｔ_ij 雑音成分および迷光の除去のための画素信号に
対するしきい値 ｊ_gi 輝点像の重心アドレス ｕ_i 輝点像のＣＣＤラインセンサ上の実空間座標 Ｘ_i ，ｚ_i 輝点の空間座標 ｌ 受光レンズとＣＣＤラインセンサとの間の距離 ｄ 投射レーザ光の中心軸と受光レンズの光軸との間
の距離 ｘ，ｙ，ｚ 光偏向器のミラーの回転軸に固定したデ
カルト座標軸 ｕ，ｖ 受光レンズに設定された直交座標軸 θ_o 光偏向角の初期値 Δθ 偏向角の更新間隔 ＣＬＲ レジスタのクリア端子

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光を物体表面に投射し、その輝点
   像を電荷蓄積形一次元受光素子列により検出して、三角
   測量の原理に基ずき輝点像の位置座標を求め、物体の表
   面形状を測定する物体形状測定装置において、一次元受
   光素子列の受光及び読みだし走査に同期してレーザ光を
   投射する走査期間と投射しない走査期間を交互に生成す
   るためのパルス光投射手段と、受光素子列の読みだし出
   力を１読み出し走査周期だけ遅延させる回路手段と、パ
   ルス光投射により生ずる輝点像の読みだし出力とパルス
   光投射のない期間の蓄積電荷の読みだし出力との間で、
   どちらか一方を上記遅延回路の出力から得ることによっ
   て、減算処理を行う回路手段と、該減算処理出力を複数
   回加算する加算処理手段を有し、読みだし出力中の輝点
   像以外の外来妨害成分に対し、減算処理により主として
   その低周波成分を、加算処理により主としてその高周波
   成分を除去することを特徴とする物体形状測定装置
2. 【請求項２】 １読み出し走査周期分の遅延を与える回
   路手段として、先入れ先出し形式の記憶手段を用いる請
   求項１の物体形状測定装置
3. 【請求項３】 光偏向周期毎に書き込み動作状態と読み
   だし動作状態に交互に切り替えられる２つのメモリ面か
   らなるダブルバッファメモリ構成をとる輝点像の画素デ
   ータまたは座標データの記憶手段を有する請求項１の物
   体形状測定装置
4. 【請求項４】 測定対象の形状に依存して偏向角の異な
   る各輝点毎に受光素子列上に設定された輝点像非出現領
   域に従って、画素信号の値または画素アドレスのしきい
   値処理により各画素信号の取捨選択を行い雑音成分及び
   迷光を除去する回路手段を有する請求項１の物体形状測
   定装置
5. 【請求項５】 輝点の画素信号分布の重心を算出する回
   路手段を有する請求項１の物体形状測定装置
6. 【請求項６】 光偏向動作定数の再設定機能を有する光
   偏向器駆動手段を有する請求項１の物体形状測定装置