JPH05172538A - 光学的三次元形状測定方法と測定装置 - Google Patents
光学的三次元形状測定方法と測定装置Info
- Publication number
- JPH05172538A JPH05172538A JP35779591A JP35779591A JPH05172538A JP H05172538 A JPH05172538 A JP H05172538A JP 35779591 A JP35779591 A JP 35779591A JP 35779591 A JP35779591 A JP 35779591A JP H05172538 A JPH05172538 A JP H05172538A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- measured
- sensor
- light receiving
- position data
- light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 複雑な三次元形状も迅速且正確に測定でき、
システム構成も簡単なものにする。 【構成】 スポット光を被測定物上に照射するレンズ系
２６，２８とスポット状光源１０を有し、スポット光を
被測定物１８上で走査する光走査装置２０と、走査され
たスポット光の被測定物表面からのスポット光像を受光
する複数のセンサ１２，１４とを設ける。被測定物から
のスポット光像によるセンサ１２，１４の出力値から、
センサ上の受光位置データを抽出する二値化中心値算出
手段を設ける。抽出された受光位置データを各センサ間
で各々比較し、各センサ間での差が最小の受光位置デー
タどうしを基に被測定物の表面位置を各センサによる受
光位置データ毎に算出する表面位置演算手段と、表面位
置演算手段により得られたデータの平均値から被測定物
の形状を算出する三次元座標算出手段とを設ける。
システム構成も簡単なものにする。 【構成】 スポット光を被測定物上に照射するレンズ系
２６，２８とスポット状光源１０を有し、スポット光を
被測定物１８上で走査する光走査装置２０と、走査され
たスポット光の被測定物表面からのスポット光像を受光
する複数のセンサ１２，１４とを設ける。被測定物から
のスポット光像によるセンサ１２，１４の出力値から、
センサ上の受光位置データを抽出する二値化中心値算出
手段を設ける。抽出された受光位置データを各センサ間
で各々比較し、各センサ間での差が最小の受光位置デー
タどうしを基に被測定物の表面位置を各センサによる受
光位置データ毎に算出する表面位置演算手段と、表面位
置演算手段により得られたデータの平均値から被測定物
の形状を算出する三次元座標算出手段とを設ける。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、被測定物に光線を照
射し、被測定物からのスポット光像により被測定物の形
状等を測る光学的三次元形状測定方法と測定装置に関す
る。
射し、被測定物からのスポット光像により被測定物の形
状等を測る光学的三次元形状測定方法と測定装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、例えば、エンジンのシリンダヘッ
ドの内面形状、容積を測定するには、シリンダヘッドの
開口部を密閉し、内部に液体や気体を注入し、その注入
量又は圧力を測定してシリンダヘッドの容積を算出する
ものや、シリンダヘッド内面に沿って針を接触させ、各
地点での針の位置を測定して内面形状を算出し、容積を
出しているものもある。
ドの内面形状、容積を測定するには、シリンダヘッドの
開口部を密閉し、内部に液体や気体を注入し、その注入
量又は圧力を測定してシリンダヘッドの容積を算出する
ものや、シリンダヘッド内面に沿って針を接触させ、各
地点での針の位置を測定して内面形状を算出し、容積を
出しているものもある。
【０００３】また、特開平２−２２３８０９号公報に開
示されているように、被測定物にスリット光を照射する
スリット光照射手段と、被測定物に照射されたスリット
光を撮像する撮像装置とを設け、このスリット光による
撮像データを、被測定物の周囲を旋回しながら取り込
み、これを元に被測定物の三次元形状を算出するものが
提案されている。
示されているように、被測定物にスリット光を照射する
スリット光照射手段と、被測定物に照射されたスリット
光を撮像する撮像装置とを設け、このスリット光による
撮像データを、被測定物の周囲を旋回しながら取り込
み、これを元に被測定物の三次元形状を算出するものが
提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術の前者
において、液体を注入するものは、開口部の密閉が必要
であり、作業工数がかかる上、測定精度が悪いという問
題があった。しかも、測定に時間がかかり、測定を自動
化しようとすると、測定装置全体がきわめて複雑なもの
になってしまうという問題もある。また、針を用いる場
合も、測定時間がきわめて長いという欠点があった。
において、液体を注入するものは、開口部の密閉が必要
であり、作業工数がかかる上、測定精度が悪いという問
題があった。しかも、測定に時間がかかり、測定を自動
化しようとすると、測定装置全体がきわめて複雑なもの
になってしまうという問題もある。また、針を用いる場
合も、測定時間がきわめて長いという欠点があった。
【０００５】また、上記従来の技術の後者の場合、スリ
ット光を撮像する二次元撮像素子を必要とし、撮像デー
タを処理するプログラムも複雑なものになり、システム
全体が複雑で高価なものになる上、処理時間も長いとい
う問題がある。
ット光を撮像する二次元撮像素子を必要とし、撮像デー
タを処理するプログラムも複雑なものになり、システム
全体が複雑で高価なものになる上、処理時間も長いとい
う問題がある。
【０００６】この発明は上記従来の技術の問題点に鑑み
て成されたもので、複雑な三次元形状も迅速且正確に測
定でき、システム構成も簡単な光学的三次元形状測定方
法と測定装置を提供することを目的とする。
て成されたもので、複雑な三次元形状も迅速且正確に測
定でき、システム構成も簡単な光学的三次元形状測定方
法と測定装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明は、スポット光
により被測定物の表面を走査し、被測定物からのスポッ
ト光像を複数のセンサで検出し、上記スポット光像によ
って得られる各センサの出力値から受光位置データを抽
出し、この抽出データを各センサ間で比較し、各センサ
間で受光位置データの差が最小の受光位置データどうし
を基に被測定物の表面位置を各センサによる受光位置デ
ータ毎に算出し、その各表面位置データの平均値から被
測定物の形状を算出する光学的三次元形状測定方法であ
る。
により被測定物の表面を走査し、被測定物からのスポッ
ト光像を複数のセンサで検出し、上記スポット光像によ
って得られる各センサの出力値から受光位置データを抽
出し、この抽出データを各センサ間で比較し、各センサ
間で受光位置データの差が最小の受光位置データどうし
を基に被測定物の表面位置を各センサによる受光位置デ
ータ毎に算出し、その各表面位置データの平均値から被
測定物の形状を算出する光学的三次元形状測定方法であ
る。
【０００８】さらにこの発明は、上記複数のセンサのう
ち一のセンサのみから上記スポット光像の受光位置デー
タが得られた場合は、上記スポット光像による出力値の
受光位置データの内、最も受光位置の差が小さい二つの
受光位置データから受光位置を決定し、この位置を基に
被測定物の表面位置データを演算して、被測定物の形状
を算出する光学的三次元形状測定方法である。
ち一のセンサのみから上記スポット光像の受光位置デー
タが得られた場合は、上記スポット光像による出力値の
受光位置データの内、最も受光位置の差が小さい二つの
受光位置データから受光位置を決定し、この位置を基に
被測定物の表面位置データを演算して、被測定物の形状
を算出する光学的三次元形状測定方法である。
【０００９】またこの発明は、スポット光を被測定物上
に照射するレンズ系とスポット状光源を有し、このスポ
ット光を被測定物上で走査する光走査装置と、上記走査
されたスポット光の被測定物表面からのスポット光の像
を受光する複数のセンサとを設け、上記被測定物からの
スポット光像によるセンサの出力値から受光位置データ
を抽出する二値化中心値算出手段と、この抽出された中
心値である受光位置データを各センサ間で各々比較し、
受光位置データの各センサ間での差が最小の受光位置デ
ータどうしを基に被測定物の表面位置データを各センサ
による受光位置データ毎に算出する表面位置演算手段
と、この表面位置演算手段により各センサ毎に得られた
表面位置データの平均値を取り被測定物の形状を算出す
る三次元座標算出手段とを設けた光学的三次元形状測定
装置である。
に照射するレンズ系とスポット状光源を有し、このスポ
ット光を被測定物上で走査する光走査装置と、上記走査
されたスポット光の被測定物表面からのスポット光の像
を受光する複数のセンサとを設け、上記被測定物からの
スポット光像によるセンサの出力値から受光位置データ
を抽出する二値化中心値算出手段と、この抽出された中
心値である受光位置データを各センサ間で各々比較し、
受光位置データの各センサ間での差が最小の受光位置デ
ータどうしを基に被測定物の表面位置データを各センサ
による受光位置データ毎に算出する表面位置演算手段
と、この表面位置演算手段により各センサ毎に得られた
表面位置データの平均値を取り被測定物の形状を算出す
る三次元座標算出手段とを設けた光学的三次元形状測定
装置である。
【００１０】さらにこの発明は、上記スポット状光源に
レーザ光源を設け、上記スポット光のレーザ光源から被
測定物までの光軸に対して対称に上記センサを２箇所に
設け、レーザ光により走査される被測定物の表面の各位
置でのスポット光像の結像面に、各センサの受光領域が
位置するように、各センサをスポット光像の入射光光軸
に対して所定角度傾斜して取り付けた光学的三次元形状
測定装置である。
レーザ光源を設け、上記スポット光のレーザ光源から被
測定物までの光軸に対して対称に上記センサを２箇所に
設け、レーザ光により走査される被測定物の表面の各位
置でのスポット光像の結像面に、各センサの受光領域が
位置するように、各センサをスポット光像の入射光光軸
に対して所定角度傾斜して取り付けた光学的三次元形状
測定装置である。
【００１１】
【作用】この発明の光学的三次元形状測定方法及び測定
装置は、被測定物に照射されたスポット光を複数のセン
サで受光し、センサ上の受光位置から、三角測量の原理
により被測定物までの距離を算出し、その算出距離から
被測定物の表面の三次元形状を算出するようにしたもの
である。センサの受光位置は、二値化中心値算出手段に
より、最も受光中心に近い受光位置データが抽出され、
抽出された受光位置データが各々のセンサで一の場合
は、各センサ毎に被測定物までの距離を算出して平均値
をとり、この受光位置データが各センサ毎に複数ある場
合は、さらに各センサ毎の受光位置データどうしの比較
により各センサ間で差が最小の受光位置データを各々抽
出し、被測定物までの距離を算出して平均値をとり、一
のセンサのみから受光位置データが得られた場合は、そ
の受光位置データのうちの最も近接した二つの受光位置
データを平均して受光位置とし、被測定物までの距離を
算出する。これによって、複雑な形状の被測定物に対し
ても、確実に形状を測定することができ、演算処理速度
も早いものにすることができる。
装置は、被測定物に照射されたスポット光を複数のセン
サで受光し、センサ上の受光位置から、三角測量の原理
により被測定物までの距離を算出し、その算出距離から
被測定物の表面の三次元形状を算出するようにしたもの
である。センサの受光位置は、二値化中心値算出手段に
より、最も受光中心に近い受光位置データが抽出され、
抽出された受光位置データが各々のセンサで一の場合
は、各センサ毎に被測定物までの距離を算出して平均値
をとり、この受光位置データが各センサ毎に複数ある場
合は、さらに各センサ毎の受光位置データどうしの比較
により各センサ間で差が最小の受光位置データを各々抽
出し、被測定物までの距離を算出して平均値をとり、一
のセンサのみから受光位置データが得られた場合は、そ
の受光位置データのうちの最も近接した二つの受光位置
データを平均して受光位置とし、被測定物までの距離を
算出する。これによって、複雑な形状の被測定物に対し
ても、確実に形状を測定することができ、演算処理速度
も早いものにすることができる。
【００１２】
【実施例】以下この発明の一実施例について図面を基に
して説明する。この実施例の光学的三次元形状測定装置
は、図１、図３に示すように、Ｈｅ−Ｎｅレーザのスポ
ット状光源１０と、このスポット状光源１０の出射光光
軸と対称に配置された一対のセンサ１２，１４とが、測
定ヘッド１６に設けられている。センサ１２，１４は、
例えばＣＣＤラインセンサで、約１０００画素の素子を
用いる。測定ヘッド１６内には、さらに、レーザ光をエ
ンジンのシリンダヘッド等の被測定物１８表面上で走査
するポリゴンミラー２０が設けられ、ポリゴンミラー２
０には、これを所定の回転速度で回転させるミラー駆動
モータ２２と、ポリゴンミラー２０の回転角度を検知す
るロータリエンコーダ２４が取り付けられている。ま
た、被測定物１８表面に照射されたレーザ光のスポット
光像をセンサ１２，１４上に結像させるレンズ系２６，
２８が測定ヘッド１６内に設けられている。
して説明する。この実施例の光学的三次元形状測定装置
は、図１、図３に示すように、Ｈｅ−Ｎｅレーザのスポ
ット状光源１０と、このスポット状光源１０の出射光光
軸と対称に配置された一対のセンサ１２，１４とが、測
定ヘッド１６に設けられている。センサ１２，１４は、
例えばＣＣＤラインセンサで、約１０００画素の素子を
用いる。測定ヘッド１６内には、さらに、レーザ光をエ
ンジンのシリンダヘッド等の被測定物１８表面上で走査
するポリゴンミラー２０が設けられ、ポリゴンミラー２
０には、これを所定の回転速度で回転させるミラー駆動
モータ２２と、ポリゴンミラー２０の回転角度を検知す
るロータリエンコーダ２４が取り付けられている。ま
た、被測定物１８表面に照射されたレーザ光のスポット
光像をセンサ１２，１４上に結像させるレンズ系２６，
２８が測定ヘッド１６内に設けられている。
【００１３】センサ１２，１４は、レンズ系２６，２８
による、レーザ光により走査される被測定物１８の表面
の各位置でのスポット光の結像面に、センサ１２，１４
のほぼ全受光領域が位置するように、スポット光の入射
光光軸に対して約４２〜４３度傾斜して取り付けられて
いる。
による、レーザ光により走査される被測定物１８の表面
の各位置でのスポット光の結像面に、センサ１２，１４
のほぼ全受光領域が位置するように、スポット光の入射
光光軸に対して約４２〜４３度傾斜して取り付けられて
いる。
【００１４】この実施例の制御装置は、図４に示すよう
に、センサ１２，１４の出力値が入力され、その出力値
を所定のしきい値と比較する二値化比較器３０と、この
しきい値以上の出力値のセンサ上の画素位置を、センサ
１２，１４上の受光位置データとして、ディジタル信号
に変換するＡ／Ｄコンバータ３２とが設けられている。
さらに、このＡ／Ｄコンバータ３２のデータを取り込み
処理するとともに、ミラー駆動モータ２２と、測定ヘッ
ド１６を被測定物１８の上方で移動させるヘッド移動モ
ータ３４とを制御し、測定ヘッド１６の位置を検出する
リニアエンコーダ３６からのデータ及びロータリエンコ
ーダ２４からのデータを取り込むデータ処理用のＣＰＵ
３８を有する。ＣＰＵ３８にはさらに、データ記憶及び
処理プログラム用のＲＡＭ４０、ＲＯＭ４２が接続され
ている。また、周辺機器等の制御用のＣＰＵ４４が、Ｃ
ＰＵ３８に接続され、ＣＰＵ４４に、ハードディスク又
はフロッピィディスク等の外部記憶装置４６とＣＲＴ、
及びプリンタ等の出力機器４８が接続されている。
に、センサ１２，１４の出力値が入力され、その出力値
を所定のしきい値と比較する二値化比較器３０と、この
しきい値以上の出力値のセンサ上の画素位置を、センサ
１２，１４上の受光位置データとして、ディジタル信号
に変換するＡ／Ｄコンバータ３２とが設けられている。
さらに、このＡ／Ｄコンバータ３２のデータを取り込み
処理するとともに、ミラー駆動モータ２２と、測定ヘッ
ド１６を被測定物１８の上方で移動させるヘッド移動モ
ータ３４とを制御し、測定ヘッド１６の位置を検出する
リニアエンコーダ３６からのデータ及びロータリエンコ
ーダ２４からのデータを取り込むデータ処理用のＣＰＵ
３８を有する。ＣＰＵ３８にはさらに、データ記憶及び
処理プログラム用のＲＡＭ４０、ＲＯＭ４２が接続され
ている。また、周辺機器等の制御用のＣＰＵ４４が、Ｃ
ＰＵ３８に接続され、ＣＰＵ４４に、ハードディスク又
はフロッピィディスク等の外部記憶装置４６とＣＲＴ、
及びプリンタ等の出力機器４８が接続されている。
【００１５】この実施例の光学的三次元形状測定装置
は、上述のように、エンジンのシリンダヘッドの内面形
状の計測用のもので、図５に示すように、測定ヘッド１
６が設けられた測定装置５０を有し、この測定装置５０
の下方には、被測定物１８を測定毎に間欠的に矢印方向
に送るベルトコンベア５２が設けられている。また、Ｃ
ＰＵ３８，４４等の処理及び制御部が設けられた制御装
置５４が、測定装置５０の側方に設けられている。
は、上述のように、エンジンのシリンダヘッドの内面形
状の計測用のもので、図５に示すように、測定ヘッド１
６が設けられた測定装置５０を有し、この測定装置５０
の下方には、被測定物１８を測定毎に間欠的に矢印方向
に送るベルトコンベア５２が設けられている。また、Ｃ
ＰＵ３８，４４等の処理及び制御部が設けられた制御装
置５４が、測定装置５０の側方に設けられている。
【００１６】次に、この実施例の光学的三次元形状測定
装置による測定方法について説明する。先ず、この実施
例の測定原理について、図６に基づいて説明する。これ
は、いわゆる三角測量法の原理に基づくもので、被測定
物の基準面の所定位置をＯとし、レンズ系２６の主平面
Ｈと反射光光軸との交点をＫ、同じくレーザの出射光光
軸との交点をＥ、センサ１２上でのＯ点におけるスポッ
ト光の結像位置をＰとする。また、被測定物の表面位置
がセンサ１２側に距離λだけ近付いた場合の被測定物表
面位置をＯ1とし、この移動後のセンサ１２上の結像位
置をＰ1とする。そして、ＯＫ間をａ0，ＰＫ間をｂ0，
ＥＯ間をｃ0，Ｏ1Ｋ間をａ，Ｐ1Ｋ間をｂ，ＥＫ間を
ｅ0，ＥＰ間をｄ0とする。また、レンズ系２６の焦点距
離をｆ、センサ１２の入射光光軸に対する傾きをΩ、∠
ＯＫＯ1＝αとすると、以下の式が幾何学上及び光学上
の法則から導き出される。
装置による測定方法について説明する。先ず、この実施
例の測定原理について、図６に基づいて説明する。これ
は、いわゆる三角測量法の原理に基づくもので、被測定
物の基準面の所定位置をＯとし、レンズ系２６の主平面
Ｈと反射光光軸との交点をＫ、同じくレーザの出射光光
軸との交点をＥ、センサ１２上でのＯ点におけるスポッ
ト光の結像位置をＰとする。また、被測定物の表面位置
がセンサ１２側に距離λだけ近付いた場合の被測定物表
面位置をＯ1とし、この移動後のセンサ１２上の結像位
置をＰ1とする。そして、ＯＫ間をａ0，ＰＫ間をｂ0，
ＥＯ間をｃ0，Ｏ1Ｋ間をａ，Ｐ1Ｋ間をｂ，ＥＫ間を
ｅ0，ＥＰ間をｄ0とする。また、レンズ系２６の焦点距
離をｆ、センサ１２の入射光光軸に対する傾きをΩ、∠
ＯＫＯ1＝αとすると、以下の式が幾何学上及び光学上
の法則から導き出される。
【００１７】 ｃ0＝ｂ0／cosθ0 … （１），ｂ0＝ｆａ0／（ａ0−ｆ） … （２） ｅ0＝ｃ0sinθ0＝ａ0tanθ0 … （３）より ｄ0＝（ｅ0 2＋ｂ0 2）1/2 ＝〔(ａ0tanθ0)2＋｛ｆａ0／(ａ0−ｆ)｝2〕1/2 … （４） Ω＝cos-1(ｂ0／ｄ0) … （５）であるので、式
（２），（４）よりΩは、ａ0で表わされる。そして、
被測定物の測定位置がλだけ近付いたとすると、 ａ＝｛ｅ0 2＋(ｃ0−λ)2−２ｅ0(ｃ0−λ)cos(90°−θ0)｝1/2 … （６） また、 ｂ＝ｆａ／（ａ−ｆ） …（７） cosα＝（ａ2＋ａ0 2−λ2）／（２ａａ0） …（８） より、測定位置λの移動に対する結像位置の移動量ξ
は、 ξ=（ｂ2＋ｂ0 2−２ｂｂ0cosα）1/2 … （９）であ
る。よって、式（１）（２）（３）（６）（７）（８）
より、式（９）は、λ，ａ0，ｆ，θ0で表わされ、ξ=F
unction（λ，ａ0，ｆ，θ0）となる。ここで、ａ0，
ｆ，θ0は、固定値であり、λのみが変数である。従っ
て、λは、センサ１２上のスポット光の移動量ξを求め
ることにより算出することができる。
（２），（４）よりΩは、ａ0で表わされる。そして、
被測定物の測定位置がλだけ近付いたとすると、 ａ＝｛ｅ0 2＋(ｃ0−λ)2−２ｅ0(ｃ0−λ)cos(90°−θ0)｝1/2 … （６） また、 ｂ＝ｆａ／（ａ−ｆ） …（７） cosα＝（ａ2＋ａ0 2−λ2）／（２ａａ0） …（８） より、測定位置λの移動に対する結像位置の移動量ξ
は、 ξ=（ｂ2＋ｂ0 2−２ｂｂ0cosα）1/2 … （９）であ
る。よって、式（１）（２）（３）（６）（７）（８）
より、式（９）は、λ，ａ0，ｆ，θ0で表わされ、ξ=F
unction（λ，ａ0，ｆ，θ0）となる。ここで、ａ0，
ｆ，θ0は、固定値であり、λのみが変数である。従っ
て、λは、センサ１２上のスポット光の移動量ξを求め
ることにより算出することができる。
【００１８】次に、センサ１２，１４上のスポット光像
の位置ξを決定する方法について、図７、図８に基づい
て説明する。今、被測定物に照射されたスポット光によ
り各センサ１２，１４上での結像の強度分布は、各セン
サ１２，１４の画素数をｍとすると、例えば図７（Ａ）
のような形になる。これは、理想的にはスポット光像の
強度分布は、ガウス分布になり中心にピーク値を持つも
のであるが、被測定物表面性状や光学系の光路途中の汚
れ、多重反射、多重干渉、回折像等によって、通常は複
数のピーク値を有した強度分布になるからである。ま
た、例えばこの実施例では、センサ１２，１４上にでき
るスポット光像の直径は約０．５ｍｍ程度であり、セン
サ１２，１４の画素のピッチは約１０μｍ程度であるの
で、約５０画素でスポット光像を受光することになる。
の位置ξを決定する方法について、図７、図８に基づい
て説明する。今、被測定物に照射されたスポット光によ
り各センサ１２，１４上での結像の強度分布は、各セン
サ１２，１４の画素数をｍとすると、例えば図７（Ａ）
のような形になる。これは、理想的にはスポット光像の
強度分布は、ガウス分布になり中心にピーク値を持つも
のであるが、被測定物表面性状や光学系の光路途中の汚
れ、多重反射、多重干渉、回折像等によって、通常は複
数のピーク値を有した強度分布になるからである。ま
た、例えばこの実施例では、センサ１２，１４上にでき
るスポット光像の直径は約０．５ｍｍ程度であり、セン
サ１２，１４の画素のピッチは約１０μｍ程度であるの
で、約５０画素でスポット光像を受光することになる。
【００１９】センサ１２，１４で受光したスポット光像
による出力値は、二値化比較器３０により、図７（Ｂ）
に示すように、所定のしきい値と比較され、それ以上の
出力値の画素の画素位置を抽出する二値化処理を行な
う。そして、図７（Ｃ）に示すように、センサ１２の画
素位置を１からｍとし、センサ１４の画素位置をｍから
２ｍとして、二値化されたセンサ出力の画素位置が決定
され、この画素位置は、、後のディジタル処理のためＡ
／Ｄコンバータ３２によりディジタル化され、さらに種
々のコード化処理が行なわれて、ＣＰＵ３８に出力され
る。
による出力値は、二値化比較器３０により、図７（Ｂ）
に示すように、所定のしきい値と比較され、それ以上の
出力値の画素の画素位置を抽出する二値化処理を行な
う。そして、図７（Ｃ）に示すように、センサ１２の画
素位置を１からｍとし、センサ１４の画素位置をｍから
２ｍとして、二値化されたセンサ出力の画素位置が決定
され、この画素位置は、、後のディジタル処理のためＡ
／Ｄコンバータ３２によりディジタル化され、さらに種
々のコード化処理が行なわれて、ＣＰＵ３８に出力され
る。
【００２０】ＣＰＵ３８内での処理は、先ず、上記セン
サ出力の画素位置を、センサ１２，１４の受光領域の中
心値のデータである受光位置データとして記憶する。こ
こでは、センサ１２によるデータをａ1,ａ2，…ａi、セ
ンサ１４によるデータをｂ1，ｂ2…ｂjと表わす。ま
た、後述するように、抽出される受光位置データがセン
サの１画素からのみの場合もあり、センサ１２，１４の
いずれか又は両方ともデータがとれない場合もある。次
いで、図８のフローチャートに示すように、先ず、上述
の二値化中心値算出処理により抽出された受光位置デー
タは、センサ１２，１４の両方から同時に得られ、セン
サ１２によるデータａiはｍ以下であり、センサ１４に
よるデータｂjがｍ以上であるか否かを判断する。この
条件を満たしている場合は、センサ１２，１４より抽出
された各データａi，ｂj間で、各々全ての他方の値と互
いの差が最小となる受光位置データａi'，ｂj'を抽出す
る。そして、この差の最小値ｃk'が、所定のしきい値よ
り小さいか否かを判断する。この差ｃk'が所定のしきい
値以上である場合は、この抽出データに誤差が多いとい
うことであり、このデータは後の距離計算には使用しな
い。
サ出力の画素位置を、センサ１２，１４の受光領域の中
心値のデータである受光位置データとして記憶する。こ
こでは、センサ１２によるデータをａ1,ａ2，…ａi、セ
ンサ１４によるデータをｂ1，ｂ2…ｂjと表わす。ま
た、後述するように、抽出される受光位置データがセン
サの１画素からのみの場合もあり、センサ１２，１４の
いずれか又は両方ともデータがとれない場合もある。次
いで、図８のフローチャートに示すように、先ず、上述
の二値化中心値算出処理により抽出された受光位置デー
タは、センサ１２，１４の両方から同時に得られ、セン
サ１２によるデータａiはｍ以下であり、センサ１４に
よるデータｂjがｍ以上であるか否かを判断する。この
条件を満たしている場合は、センサ１２，１４より抽出
された各データａi，ｂj間で、各々全ての他方の値と互
いの差が最小となる受光位置データａi'，ｂj'を抽出す
る。そして、この差の最小値ｃk'が、所定のしきい値よ
り小さいか否かを判断する。この差ｃk'が所定のしきい
値以上である場合は、この抽出データに誤差が多いとい
うことであり、このデータは後の距離計算には使用しな
い。
【００２１】抽出された最適受光位置データａi'，ｂj'
の差ｃk'が所定のしきい値より小さい場合は、センサ１
２，１４ともにデータが得られたか否かを判断し、両方
から得られた場合は、被測定物表面でのＸ−Ｙ座標系の
値に変換演算を行なう。この変換演算は、ポリゴンミラ
ー２０のロータリエンコーダ２４からの角度ωの情報
と、上記最適受光位置データａi'，ｂj'とを基にして行
なう。ここでは、レーザ光の各照射によるスポット光像
のセンサ１２，１４上の位置に対する被測定物１８の表
面位置データを、センサ１２，１４毎にＲＯＭ４２内に
データテーブルとして記憶しておき、このデータテーブ
ルにより、各センサ１２，１４毎に別々に上記最適受光
位置データａi'，ｂj'から被測定物表面位置の極座標を
算出し、さらにこれをＸ−Ｙ座標系に変換するものであ
る。
の差ｃk'が所定のしきい値より小さい場合は、センサ１
２，１４ともにデータが得られたか否かを判断し、両方
から得られた場合は、被測定物表面でのＸ−Ｙ座標系の
値に変換演算を行なう。この変換演算は、ポリゴンミラ
ー２０のロータリエンコーダ２４からの角度ωの情報
と、上記最適受光位置データａi'，ｂj'とを基にして行
なう。ここでは、レーザ光の各照射によるスポット光像
のセンサ１２，１４上の位置に対する被測定物１８の表
面位置データを、センサ１２，１４毎にＲＯＭ４２内に
データテーブルとして記憶しておき、このデータテーブ
ルにより、各センサ１２，１４毎に別々に上記最適受光
位置データａi'，ｂj'から被測定物表面位置の極座標を
算出し、さらにこれをＸ−Ｙ座標系に変換するものであ
る。
【００２２】このようにして、最適受光位置データ
ａi'，ｂj'から被測定物表面のＸ−Ｙ座標位置が２組算
出され、この２組の算出値の平均値を出してそれを被測
定物の三次元形状データとする。またここで、受光位置
データａi，ｂjが、各々１個ずつの場合は、上記処理に
おいて受光位置データａi，ｂj間の差ｃkが所定のしき
い値より小さいか否かを判断して、後の上記処理を行な
う。
ａi'，ｂj'から被測定物表面のＸ−Ｙ座標位置が２組算
出され、この２組の算出値の平均値を出してそれを被測
定物の三次元形状データとする。またここで、受光位置
データａi，ｂjが、各々１個ずつの場合は、上記処理に
おいて受光位置データａi，ｂj間の差ｃkが所定のしき
い値より小さいか否かを判断して、後の上記処理を行な
う。
【００２３】また、抽出された受光位置データの内、セ
ンサ１２，１４の一方からのみ受光位置データが抽出さ
れた場合は、センサ１２によるデータａiであるのか、
または、センサ１４によるデータｂjであるのかを判断
し、さらに各々、抽出された受光位置データが２つ以上
であるかを判断する。上記条件を満たしている場合に
は、その一方のセンサからの受光位置データを基にし
て、図８のフローチャートに示すように、便宜的にデー
タの取れなかった他方のセンサの受光位置データを、互
いに隣接する受光位置データに置き換えて、上述の最小
差データを算出する処理を行なう。後は上記と同様に処
理される。これによって、センサ１２，１４の内の一方
からの受光位置データのみが有効でも、その受光位置デ
ータの内、最も近接した受光位置データどうしを被測定
物１８の形状算出用のデータとして用いるものである。
そして、センサ１２，１４の一方からのみ複数の受光位
置データが得られた場合は、上記最小差の受光位置デー
タの和の平均値（センサ１２からのデータの平均値ａ、
又はセンサ１４からのデータの平均値ｂ）を算出し、そ
の平均値の受光位置データを基に、データの得られた方
のセンサ用のデータテーブルを用いて、被測定物１８の
表面位置の座標を、上述と同様にＸ−Ｙ座標系に変換す
る。この場合、上記二個の近接受光位置データにより、
上述と同様にＸ−Ｙ座標系に変換した後平均値を求めて
もよい。
ンサ１２，１４の一方からのみ受光位置データが抽出さ
れた場合は、センサ１２によるデータａiであるのか、
または、センサ１４によるデータｂjであるのかを判断
し、さらに各々、抽出された受光位置データが２つ以上
であるかを判断する。上記条件を満たしている場合に
は、その一方のセンサからの受光位置データを基にし
て、図８のフローチャートに示すように、便宜的にデー
タの取れなかった他方のセンサの受光位置データを、互
いに隣接する受光位置データに置き換えて、上述の最小
差データを算出する処理を行なう。後は上記と同様に処
理される。これによって、センサ１２，１４の内の一方
からの受光位置データのみが有効でも、その受光位置デ
ータの内、最も近接した受光位置データどうしを被測定
物１８の形状算出用のデータとして用いるものである。
そして、センサ１２，１４の一方からのみ複数の受光位
置データが得られた場合は、上記最小差の受光位置デー
タの和の平均値（センサ１２からのデータの平均値ａ、
又はセンサ１４からのデータの平均値ｂ）を算出し、そ
の平均値の受光位置データを基に、データの得られた方
のセンサ用のデータテーブルを用いて、被測定物１８の
表面位置の座標を、上述と同様にＸ−Ｙ座標系に変換す
る。この場合、上記二個の近接受光位置データにより、
上述と同様にＸ−Ｙ座標系に変換した後平均値を求めて
もよい。
【００２４】ここで、センサ１２，１４の一方からのみ
受光位置データが得られた場合で、しかも１個の受光位
置データのみが抽出された場合は、その１個の受光位置
データを基にＸ−Ｙ座標系への変換を行ない、被測定物
１８の形状データとする。
受光位置データが得られた場合で、しかも１個の受光位
置データのみが抽出された場合は、その１個の受光位置
データを基にＸ−Ｙ座標系への変換を行ない、被測定物
１８の形状データとする。
【００２５】さらに、抽出された受光位置データの全て
が上記画素位置の条件を満たさない場合は、不良データ
であり、形状算出には用いない。
が上記画素位置の条件を満たさない場合は、不良データ
であり、形状算出には用いない。
【００２６】このレーザ光による被測定物１８表面の走
査は、ポリゴンミラー２０の一面により被測定物１８上
を１走査し、その１走査により、センサ１２，１４上で
は、所定のトリガータイミングで、例えば２４０ポイン
トの位置データを取り込む。この取り込んだデータは一
旦ＲＡＭ４０に記憶される。そして、測定ヘッド１６
が、ヘッド移動モータ３４により間欠駆動又は低速で微
小距離移動させられ、ポリゴンミラー２０の次の面で、
被測定物１８上を走査し、上記のように被測定物１８上
の表面位置データを取り込み記憶する。被測定物１８の
所定の範囲又は全体についての表面位置データの取り込
み記憶が終了した後、上述の三次元座標を算出する処理
を行なう。以上の走査及び処理により、被測定物の表面
形状が算出され、さらにこの表面形状から、例えば、上
記実施例のシリンダヘッドの場合は、シリンダヘッドの
容積を算出する。
査は、ポリゴンミラー２０の一面により被測定物１８上
を１走査し、その１走査により、センサ１２，１４上で
は、所定のトリガータイミングで、例えば２４０ポイン
トの位置データを取り込む。この取り込んだデータは一
旦ＲＡＭ４０に記憶される。そして、測定ヘッド１６
が、ヘッド移動モータ３４により間欠駆動又は低速で微
小距離移動させられ、ポリゴンミラー２０の次の面で、
被測定物１８上を走査し、上記のように被測定物１８上
の表面位置データを取り込み記憶する。被測定物１８の
所定の範囲又は全体についての表面位置データの取り込
み記憶が終了した後、上述の三次元座標を算出する処理
を行なう。以上の走査及び処理により、被測定物の表面
形状が算出され、さらにこの表面形状から、例えば、上
記実施例のシリンダヘッドの場合は、シリンダヘッドの
容積を算出する。
【００２７】以上述べたように、この実施例の光学的三
次元形状測定方法及び測定装置によれば、被測定物の表
面形状を非接触で迅速に計測することができる。特に、
２個のセンサを用いてレーザ光のスポット光像を検出し
ているので、被測定物の形状に死角がなく、正確なデー
タを取ることができる。また、レーザ光の走査をポリゴ
ンミラーを用いて行なっているので、迅速かつ正確に被
測定物上を走査することができる。さらに、上記受光位
置データの処理によって、簡単にかつ正確に形状値を算
出することができ、比較的簡単なプログラムで、正確な
形状データをとることができるものである。
次元形状測定方法及び測定装置によれば、被測定物の表
面形状を非接触で迅速に計測することができる。特に、
２個のセンサを用いてレーザ光のスポット光像を検出し
ているので、被測定物の形状に死角がなく、正確なデー
タを取ることができる。また、レーザ光の走査をポリゴ
ンミラーを用いて行なっているので、迅速かつ正確に被
測定物上を走査することができる。さらに、上記受光位
置データの処理によって、簡単にかつ正確に形状値を算
出することができ、比較的簡単なプログラムで、正確な
形状データをとることができるものである。
【００２８】尚、この発明の光学的三次元形状測定方法
と測定装置は、上記実施例に限定されるものではなく、
スポット光を走査する手段は、ポリゴンミラー以外のミ
ラーまたは、光学素子による走査でもよい。また、セン
サは、ＣＣＤラインセンサの外、他の光電変換センサそ
の他の二次元イメージセンサを用いてもよい。また、二
値化比較器のしきい値も適宜に設定できるものであり、
Ｘ−Ｙ座標への変換方法も、データテーブルを基にする
ものの外、所定の演算による方法も可能なものである。
と測定装置は、上記実施例に限定されるものではなく、
スポット光を走査する手段は、ポリゴンミラー以外のミ
ラーまたは、光学素子による走査でもよい。また、セン
サは、ＣＣＤラインセンサの外、他の光電変換センサそ
の他の二次元イメージセンサを用いてもよい。また、二
値化比較器のしきい値も適宜に設定できるものであり、
Ｘ−Ｙ座標への変換方法も、データテーブルを基にする
ものの外、所定の演算による方法も可能なものである。
【００２９】
【発明の効果】この発明は、スポット光により被測定物
の表面を走査し、複数のセンサでスポット光像をの入射
位置を検知し、各センサの出力値のうち、所定レベル以
上の値の受光位置データを抽出し、各センサ間で受光位
置データの差が最小の受光位置データどうしを基に被測
定物までの距離を算出し、各センサの距離データの平均
値から被測定物の形状データを算出するようししたの
で、距離計算の処理速度が速く、高価な光学系や高度な
処理を行なわなくても高精度に被測定物の形状を算出す
ることができる。また、複数のセンサによりスポット光
を検出するようにしたので、被測定物に測定不能点がで
きにくく、確実に形状データを得ることができる。
の表面を走査し、複数のセンサでスポット光像をの入射
位置を検知し、各センサの出力値のうち、所定レベル以
上の値の受光位置データを抽出し、各センサ間で受光位
置データの差が最小の受光位置データどうしを基に被測
定物までの距離を算出し、各センサの距離データの平均
値から被測定物の形状データを算出するようししたの
で、距離計算の処理速度が速く、高価な光学系や高度な
処理を行なわなくても高精度に被測定物の形状を算出す
ることができる。また、複数のセンサによりスポット光
を検出するようにしたので、被測定物に測定不能点がで
きにくく、確実に形状データを得ることができる。
【図１】この発明の一実施例の光学的三次元形状測定装
置の要部を示す斜視図である。
置の要部を示す斜視図である。
【図２】この実施例の光学的三次元形状測定装置の測定
原理示す斜視図である。
原理示す斜視図である。
【図３】この実施例の光学的三次元形状測定装置の使用
状態を示す斜視図である。
状態を示す斜視図である。
【図４】この実施例の光学的三次元形状測定装置の制御
装置のブロック線図である。
装置のブロック線図である。
【図５】この実施例の光学的三次元形状測定装置の使用
状態を示す斜視図である。
状態を示す斜視図である。
【図６】この実施例の光学的三次元形状測定装置の測定
原理を示す説明図である。
原理を示す説明図である。
【図７】この実施例の光学的三次元形状測定装置の二値
化中心値算出処理を示す波形図である。
化中心値算出処理を示す波形図である。
【図８】この実施例の光学的三次元形状測定装置の処理
方法を示すフローチャートである。
方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】 １０ スポット状光源 １２，１４ センサ １６ 測定ヘッド １８ 被測定物 ２０ ポリゴンミラー ２２ ミラー駆動モータ ２４ ロータリエンコーダ ２６，２８ レンズ系 ３０ 二値化比較器 ３４ ヘッド移動モータ ３６ リニアエンコーダ ３８，４４ ＣＰＵ
Claims (5)
- 【請求項１】 スポット光により被測定部の表面を走査
し、被測定物表面上のスポット光の像を複数のセンサで
検出し、上記スポット光像によって得られる各センサの
出力値からセンサ上での受光位置データを抽出し、各セ
ンサ間でこの抽出データを各々比較し、各センサ間で受
光位置データの差が最小の受光位置データどうしを基に
被測定物の表面位置データを各センサによる受光位置デ
ータ毎に算出し、その各表面位置データの平均値から被
測定物の形状を算出することを特徴とする光学的三次元
形状測定方法。 - 【請求項２】 スポット光により被測定部の表面を走査
し、被測定物表面上のスポット光の像を複数のセンサで
検出し、上記スポット光像によって得られる各センサの
出力値からセンサ上での受光位置データを抽出する際
に、上記複数のセンサのうち一のセンサのみから上記ス
ポット光像の受光位置データが複数得られた場合は、上
記スポット光像による受光位置データの内、互いに最も
受光位置の差が小さい二つの受光位置データから受光位
置を決定して、この位置を基に被測定物の表面位置デー
タを演算し、被測定物の形状を算出することを特徴とす
る光学的三次元形状測定方法。 - 【請求項３】 スポット光を被測定物上に照射するレン
ズ系とスポット状光源とを有し、このスポット光を被測
定物上で走査する光走査装置と、上記走査されたスポッ
ト光による被測定物表面からのスポット光の像を受光す
る複数のセンサとを設け、被測定物からの上記スポット
光像によるセンサの出力値から受光位置データを抽出す
る二値化中心値算出手段と、この抽出された中心値であ
る受光位置データを各センサ間で各々比較し各センサ間
での受光位置データの差が最小の受光位置データどうし
を基に被測定物の表面位置を各センサによる受光位置デ
ータ毎に算出する表面位置演算手段と、この表面位置演
算手段により得られた各センサ毎の表面位置データの平
均値から被測定物の形状を算出する三次元座標算出手段
とを設けたことを特徴とする光学的三次元形状測定装
置。 - 【請求項４】 上記スポット状光源にレーザ光源を設
け、上記スポット光のレーザ光源から被測定物までの光
軸に対して対称に上記センサを２箇所に設け、レーザ光
により走査される被測定物の表面の各位置でのスポット
光による結像面に、各センサの受光領域が位置するよう
に、各センサをスポット光像の入射光光軸に対して所定
角度傾斜して取り付けたことを特徴とする請求項３記載
の光学的三次元形状測定装置。 - 【請求項５】 上記光走査装置はポリゴンミラーとその
駆動装置から成り、上記センサにＣＣＤラインセンサを
設け、このポリゴンミラーの角度位置を知るロータリエ
ンコーダと、レーザ光源およびレンズ系を被測定物に対
して相対的に微小量づつ移動させる移動装置と、この移
動装置の移動量を検知するリニアエンコーダとを設けた
ことを特徴とする請求項３または４記載の光学的三次元
形状測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03357795A JP3112537B2 (ja) | 1991-12-25 | 1991-12-25 | 光学的三次元形状測定方法と測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03357795A JP3112537B2 (ja) | 1991-12-25 | 1991-12-25 | 光学的三次元形状測定方法と測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05172538A true JPH05172538A (ja) | 1993-07-09 |
| JP3112537B2 JP3112537B2 (ja) | 2000-11-27 |
Family
ID=18455964
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03357795A Expired - Fee Related JP3112537B2 (ja) | 1991-12-25 | 1991-12-25 | 光学的三次元形状測定方法と測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3112537B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008180646A (ja) * | 2007-01-25 | 2008-08-07 | Pulstec Industrial Co Ltd | 形状測定装置および形状測定方法 |
| JP2017146298A (ja) * | 2016-02-18 | 2017-08-24 | 株式会社ミツトヨ | 形状測定システム、形状測定装置及び形状測定方法 |
-
1991
- 1991-12-25 JP JP03357795A patent/JP3112537B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008180646A (ja) * | 2007-01-25 | 2008-08-07 | Pulstec Industrial Co Ltd | 形状測定装置および形状測定方法 |
| JP2017146298A (ja) * | 2016-02-18 | 2017-08-24 | 株式会社ミツトヨ | 形状測定システム、形状測定装置及び形状測定方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3112537B2 (ja) | 2000-11-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1942313B1 (en) | Apparatus and method of measuring distance using structured light | |
| US20040246473A1 (en) | Coded-light dual-view profile scanning apparatus | |
| US7602505B2 (en) | Method for the automatic parameterization of measuring systems | |
| KR19990081876A (ko) | 거리 및 위치 결정용 장치 | |
| JP3690260B2 (ja) | 車間距離計測方法 | |
| JPH05172538A (ja) | 光学的三次元形状測定方法と測定装置 | |
| KR100415796B1 (ko) | 스캐닝간격결정방법 | |
| JP3324809B2 (ja) | 三次元測定用測定点指示具 | |
| JP2526546B2 (ja) | 位置合わせ装置 | |
| CN107900562A (zh) | 一种用于焊缝跟踪的环形激光传感器 | |
| JPH10185514A (ja) | コイル位置検出装置 | |
| KR20150136036A (ko) | 3차원 스캐닝 방법 및 스캐너 장치 | |
| JP2630844B2 (ja) | ３次元形状寸法計測装置 | |
| JP3381420B2 (ja) | 突起検出装置 | |
| JP3692587B2 (ja) | 実装部品の検査方法及びそれを用いた検査装置 | |
| JPH10185515A (ja) | コイル位置検出装置 | |
| JP3201297B2 (ja) | コイル位置検出装置 | |
| JPH10185519A (ja) | コイル位置検出装置 | |
| JP2000329520A (ja) | コイル位置検出装置 | |
| JPS62168007A (ja) | 形状認識装置 | |
| KR20050077577A (ko) | 3차원 스캐닝 장치 | |
| JP2008180646A (ja) | 形状測定装置および形状測定方法 | |
| JPH0961117A (ja) | 三次元位置検出装置 | |
| JPH05215528A (ja) | 三次元形状測定装置 | |
| JPH0753056A (ja) | 撒物パイル形状検出装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |