JPH05180632A - 三次元形状測定方法及びその装置 - Google Patents
三次元形状測定方法及びその装置Info
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- JPH05180632A JPH05180632A JP36138191A JP36138191A JPH05180632A JP H05180632 A JPH05180632 A JP H05180632A JP 36138191 A JP36138191 A JP 36138191A JP 36138191 A JP36138191 A JP 36138191A JP H05180632 A JPH05180632 A JP H05180632A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 測定面の傾斜等による影響を少なくし、測定
誤差を少なくした精密測定を行なう。 【構成】 被測定体５にレーザービームを照射するレー
ザー発振器と、被測定体５の測定点から発生する赤外線
を検出する赤外線センサと、測定点からの反射波により
位置測定する位置検出センサとを備えた測定ヘッド１を
被測定体５の測定点を中心とする球面上に走査させるア
ーム３と回転モータ４とＮＣ制御装置１０によりなる角
度走査装置を設け、又、テーブル６と駆動モータ７、
８、９及び、ＮＣ制御装置１０よりなる位置走査装置を
設け、角度走査装置による角度走査において、赤外線セ
ンサからの信号により測定点の傾斜角度が一定の範囲内
にあることが判定されたとき、位置走査装置による測定
点の移動位置情報と位置検出センサからの信号とによ
り、三次元形状信号を演算出力する演算処理装置１１を
設けて成る。
誤差を少なくした精密測定を行なう。 【構成】 被測定体５にレーザービームを照射するレー
ザー発振器と、被測定体５の測定点から発生する赤外線
を検出する赤外線センサと、測定点からの反射波により
位置測定する位置検出センサとを備えた測定ヘッド１を
被測定体５の測定点を中心とする球面上に走査させるア
ーム３と回転モータ４とＮＣ制御装置１０によりなる角
度走査装置を設け、又、テーブル６と駆動モータ７、
８、９及び、ＮＣ制御装置１０よりなる位置走査装置を
設け、角度走査装置による角度走査において、赤外線セ
ンサからの信号により測定点の傾斜角度が一定の範囲内
にあることが判定されたとき、位置走査装置による測定
点の移動位置情報と位置検出センサからの信号とによ
り、三次元形状信号を演算出力する演算処理装置１１を
設けて成る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、三次元形状測定方法及
びその装置に関する。
びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、光学式非接触で三次元形状の測定
を行うのに、三角測量法により反射光のスポット位置を
ＰＳＤとかＣＣＤの光位置検出器で検出して変位を測定
する方式のものが知られている。
を行うのに、三角測量法により反射光のスポット位置を
ＰＳＤとかＣＣＤの光位置検出器で検出して変位を測定
する方式のものが知られている。
【０００３】これは図７に示すごとく、反射面Ｓの変位
ｚにより光位置検出器上を反射スポットが移動（ａ）す
るので、このａを検出して変位子を測定することが三角
法の原理である。この場合、投光系と受光系とが２軸光
学系を形成しているために、反射面Ｓの傾き方向及び形
状等による影響が大きくなり、これが測定誤差として現
れる欠点がある。即ち、例えば、図８に示すように、測
定面が傾斜するＳ１面と水平面Ｓ２がある場合に、照射
ビームｌ０が傾斜Ｓ１のＰ１点に当たったとき、反射光
ｌ１はラインセンサのａ１位置に検出されるが、このと
きＰ１点の反射光が水平面Ｓ２に当たって２次反射した
光ｌ２も強くセンサのａ２位置に検出される。したがっ
てこのときセンサ上の光スポット位置はａ１とａ２の中
間位置にあるように検出処理されることになり、点ａ１
からずれた位置を検出してしまうことになる。
ｚにより光位置検出器上を反射スポットが移動（ａ）す
るので、このａを検出して変位子を測定することが三角
法の原理である。この場合、投光系と受光系とが２軸光
学系を形成しているために、反射面Ｓの傾き方向及び形
状等による影響が大きくなり、これが測定誤差として現
れる欠点がある。即ち、例えば、図８に示すように、測
定面が傾斜するＳ１面と水平面Ｓ２がある場合に、照射
ビームｌ０が傾斜Ｓ１のＰ１点に当たったとき、反射光
ｌ１はラインセンサのａ１位置に検出されるが、このと
きＰ１点の反射光が水平面Ｓ２に当たって２次反射した
光ｌ２も強くセンサのａ２位置に検出される。したがっ
てこのときセンサ上の光スポット位置はａ１とａ２の中
間位置にあるように検出処理されることになり、点ａ１
からずれた位置を検出してしまうことになる。
【０００４】
【本発明が解決しようとする課題】本発明は、前記の形
状測定における測定面の傾斜等による影響を少なくし、
測定誤差を少なくして精密測定ができるようにすること
を目的とするものである。
状測定における測定面の傾斜等による影響を少なくし、
測定誤差を少なくして精密測定ができるようにすること
を目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】被測定体に一定エネルギ
ーの光ビームを照射したとき、前記被測定体から発生す
る赤外線を検出して測定点の傾斜角度を判定すると共
に、前記測定点に光ビームを照射して反射波により位置
測定をすることを特徴とする。
ーの光ビームを照射したとき、前記被測定体から発生す
る赤外線を検出して測定点の傾斜角度を判定すると共
に、前記測定点に光ビームを照射して反射波により位置
測定をすることを特徴とする。
【０００６】又、被測定体に一定エネルギーのレーザー
ビームを照射するレーザー発振器と、前記被測定体の測
定点から発生する赤外線を検出する赤外線センサと、前
記測定点からの反射波により位置測定する位置検出セン
サとを備えた測定ヘッドを設け、該測定ヘッドを被測定
体の測定点を中心とする球面上に走査させる角度走査装
置を設け、該角度走査装置による角度走査において前記
赤外線センサからの信号により前記測定点の傾斜角度が
一定の範囲内にあることが判定されたとき、前記位置検
出センサからの信号を演算出力する演算処理装置を設け
て成ることを特徴とする。
ビームを照射するレーザー発振器と、前記被測定体の測
定点から発生する赤外線を検出する赤外線センサと、前
記測定点からの反射波により位置測定する位置検出セン
サとを備えた測定ヘッドを設け、該測定ヘッドを被測定
体の測定点を中心とする球面上に走査させる角度走査装
置を設け、該角度走査装置による角度走査において前記
赤外線センサからの信号により前記測定点の傾斜角度が
一定の範囲内にあることが判定されたとき、前記位置検
出センサからの信号を演算出力する演算処理装置を設け
て成ることを特徴とする。
【０００７】又、被測定体に一定エネルギーのレーザー
ビームを照射するレーザー発振器と、前記被測定体の測
定点から発生する赤外線を検出する赤外線センサと、前
記測定点からの反射波により位置測定する位置検出セン
サとを備えた測定ヘッドを設け、該測定ヘッドを被測定
体の測定点を中心とする球面上に走査させる角度走査装
置を設けると共に、前記被測定体の測定点を移動させる
位置走査装置を設け、前記角度走査装置による角度走査
において前記赤外線センサからの信号により前記測定点
の傾斜角度が一定の範囲内にあることが判定されたと
き、前記位置走査装置による測定点の移動位置情報と前
記位置検出センサからの信号とにより三次元形状信号を
演算出力する演算処理装置を設けて成ることを特徴とす
る。
ビームを照射するレーザー発振器と、前記被測定体の測
定点から発生する赤外線を検出する赤外線センサと、前
記測定点からの反射波により位置測定する位置検出セン
サとを備えた測定ヘッドを設け、該測定ヘッドを被測定
体の測定点を中心とする球面上に走査させる角度走査装
置を設けると共に、前記被測定体の測定点を移動させる
位置走査装置を設け、前記角度走査装置による角度走査
において前記赤外線センサからの信号により前記測定点
の傾斜角度が一定の範囲内にあることが判定されたと
き、前記位置走査装置による測定点の移動位置情報と前
記位置検出センサからの信号とにより三次元形状信号を
演算出力する演算処理装置を設けて成ることを特徴とす
る。
【０００８】
【作用】本発明は、前記のように被測定体に一定エネル
ギーの光ビームを照射したとき、前記被測定体から発生
する赤外線を検出して測定点の傾斜角度を判定すると共
に、前記測定点に光ビームを照射して反射波により位置
測定を行うようにしたから、前記赤外線の強度によりそ
れが測定点の傾斜角度によって変化する時間特性から赤
外線を検出判別することにより測定点の傾斜角度を容易
に正確に判定することができ、これが一定の範囲内にあ
ることが判定されたとき測定点からの光ビームの反射波
による位置測定をすることによって精密測定ができる。
位置測定は光ビームの反射波を利用することによりビー
ムを充分微小に絞り、非接触で測定でき、しかも測定点
の傾斜角度が一定の範囲内、即ち測定点に光ビームがほ
ぼ垂直に入射する状態の時のみ位置測定をすることによ
って極めて精密測定をすることができる。
ギーの光ビームを照射したとき、前記被測定体から発生
する赤外線を検出して測定点の傾斜角度を判定すると共
に、前記測定点に光ビームを照射して反射波により位置
測定を行うようにしたから、前記赤外線の強度によりそ
れが測定点の傾斜角度によって変化する時間特性から赤
外線を検出判別することにより測定点の傾斜角度を容易
に正確に判定することができ、これが一定の範囲内にあ
ることが判定されたとき測定点からの光ビームの反射波
による位置測定をすることによって精密測定ができる。
位置測定は光ビームの反射波を利用することによりビー
ムを充分微小に絞り、非接触で測定でき、しかも測定点
の傾斜角度が一定の範囲内、即ち測定点に光ビームがほ
ぼ垂直に入射する状態の時のみ位置測定をすることによ
って極めて精密測定をすることができる。
【０００９】又、被測定体に一定エネルギーのレーザー
ビームを照射するレーザー発振器と、前記被測定体の測
定点から発生する赤外線を検出する赤外線センサと、前
記測定点からの反射波により位置測定する位置検出セン
サとを備えた測定ヘッドを、角度走査装置により被測定
体の測定点を中心とする球面上に走査させることによ
り、前記赤外線センサからの信号により前記測定点の傾
斜角度が一定の範囲内にあることが判定されたとき、前
記位置検出センサからの信号を演算出力する被測定体の
任意の傾斜面等をも常に光ビームを垂直に当てて、散乱
光等による影響を少なくして精密に測定することができ
る。
ビームを照射するレーザー発振器と、前記被測定体の測
定点から発生する赤外線を検出する赤外線センサと、前
記測定点からの反射波により位置測定する位置検出セン
サとを備えた測定ヘッドを、角度走査装置により被測定
体の測定点を中心とする球面上に走査させることによ
り、前記赤外線センサからの信号により前記測定点の傾
斜角度が一定の範囲内にあることが判定されたとき、前
記位置検出センサからの信号を演算出力する被測定体の
任意の傾斜面等をも常に光ビームを垂直に当てて、散乱
光等による影響を少なくして精密に測定することができ
る。
【００１０】又、前記測定ヘッドを角度走査装置により
被測定体の測定点を中心とする球面上に走査させると共
に、被測定体の測定点を位置走査装置によって走査し、
前記赤外線センサからの信号により前記測定点の傾斜角
度が一定の範囲内にあることが判定されたとき、前記位
置走査装置による測定点の移動位置情報と、前記位置検
出センサからの信号とにより演算処理装置により三次元
形状信号を演算出力するようにしたから、被測定体の各
部全面形状を精密に自動的に測定することができる。
被測定体の測定点を中心とする球面上に走査させると共
に、被測定体の測定点を位置走査装置によって走査し、
前記赤外線センサからの信号により前記測定点の傾斜角
度が一定の範囲内にあることが判定されたとき、前記位
置走査装置による測定点の移動位置情報と、前記位置検
出センサからの信号とにより演算処理装置により三次元
形状信号を演算出力するようにしたから、被測定体の各
部全面形状を精密に自動的に測定することができる。
【００１１】
【実施例】以下、図面の一実施例により本発明を説明す
ると、図１において１は測定ヘッドで、これは図２に示
すように一定エネルギーのレーザービームを発振するレ
ーザー発振器２１と、赤外線強度を検出する赤外線セン
サ２３と、位置検出センサ２５と、各々光軸に集光レン
ズ２２、２４、２６を設けて成る。尚、半導体レーザー
の照射系とラインセンサ２５の受光系は所要の角度を有
する２軸ｌ０、ｌ１上に設けられ、三角測量の原理を利
用して位置測定をする。３は前記ヘッド１を支持するア
ームで、このアームの基点を中心にモータ４により回転
することによってヘッド１を照射点を中心とする円弧を
回動させるもので、非測定体の測定点を中心とする球面
状にヘッド１を移動させる角度走査装置を構成する。５
は被測定体で、Ｘ、Ｙ軸駆動テーブル６に固定され、こ
のテーブル６はＸ軸駆動モータ７及びＹ軸駆動モータ８
により被測定体の測定点を移動させる測定位置走査装置
を構成する。９はテーブルの上下Ｚ軸位置の制御用駆動
モータ、１０は各モータ４、７、８、９の自動制御を行
うＮＣ制御装置である。１１は演算処理装置で、ＮＣ制
御装置１０から測定位置情報が、又、測定ヘッドの赤外
線センサ２３及び位置検出センサ２５から各々の検出信
号が演算情報として供給され、測定点の傾斜角度検出に
より判定結果からそれが一定の範囲内にあるときのみ、
測定点の移動位置情報と位置検出センサ２５からの信号
とにより、三次元形状信号を演算出力する。１２は演算
装置１１の演算出力をテープ等にプリントアウトするプ
リンターである。
ると、図１において１は測定ヘッドで、これは図２に示
すように一定エネルギーのレーザービームを発振するレ
ーザー発振器２１と、赤外線強度を検出する赤外線セン
サ２３と、位置検出センサ２５と、各々光軸に集光レン
ズ２２、２４、２６を設けて成る。尚、半導体レーザー
の照射系とラインセンサ２５の受光系は所要の角度を有
する２軸ｌ０、ｌ１上に設けられ、三角測量の原理を利
用して位置測定をする。３は前記ヘッド１を支持するア
ームで、このアームの基点を中心にモータ４により回転
することによってヘッド１を照射点を中心とする円弧を
回動させるもので、非測定体の測定点を中心とする球面
状にヘッド１を移動させる角度走査装置を構成する。５
は被測定体で、Ｘ、Ｙ軸駆動テーブル６に固定され、こ
のテーブル６はＸ軸駆動モータ７及びＹ軸駆動モータ８
により被測定体の測定点を移動させる測定位置走査装置
を構成する。９はテーブルの上下Ｚ軸位置の制御用駆動
モータ、１０は各モータ４、７、８、９の自動制御を行
うＮＣ制御装置である。１１は演算処理装置で、ＮＣ制
御装置１０から測定位置情報が、又、測定ヘッドの赤外
線センサ２３及び位置検出センサ２５から各々の検出信
号が演算情報として供給され、測定点の傾斜角度検出に
より判定結果からそれが一定の範囲内にあるときのみ、
測定点の移動位置情報と位置検出センサ２５からの信号
とにより、三次元形状信号を演算出力する。１２は演算
装置１１の演算出力をテープ等にプリントアウトするプ
リンターである。
【００１２】以上において、半導体レーザー２１からは
一定のエネルギーのレーザーをパルス照射し、レンズ２
２で集束した微細スポットを被測定体５の測定点に照射
すると、測定点は急激に温度上昇して赤外線を発生する
から、これを赤外線センサ２３で検出する。センサには
Ｐ６Ｓ、Ｐ６Ｓｅ、ＨｇＣｄＴｅ、ＩｎＳｂ、その他が
用いられる。照射点の温度上昇度∂Ｔ／∂ｔと温度傾斜
変化率∂２Ｔ／∂ｘ２との間の関係は で表される。比熱Ｃは 今、レーザー照射を始めてｔ秒後の上昇温度Ｔは で表される。ここで、ｔｃ＝Ｌ２／π２ｔ１／２、Ｌは
厚さを示し、ｔ１／２はＴｍａｘになる時間の１／２を
示す。図３にＴの理論曲線を示す。温度Ｔと時間ｔの関
係グラフで、これはｔ１／２法で求めたものである。一
方、Ｔｍａｘは
一定のエネルギーのレーザーをパルス照射し、レンズ２
２で集束した微細スポットを被測定体５の測定点に照射
すると、測定点は急激に温度上昇して赤外線を発生する
から、これを赤外線センサ２３で検出する。センサには
Ｐ６Ｓ、Ｐ６Ｓｅ、ＨｇＣｄＴｅ、ＩｎＳｂ、その他が
用いられる。照射点の温度上昇度∂Ｔ／∂ｔと温度傾斜
変化率∂２Ｔ／∂ｘ２との間の関係は で表される。比熱Ｃは 今、レーザー照射を始めてｔ秒後の上昇温度Ｔは で表される。ここで、ｔｃ＝Ｌ２／π２ｔ１／２、Ｌは
厚さを示し、ｔ１／２はＴｍａｘになる時間の１／２を
示す。図３にＴの理論曲線を示す。温度Ｔと時間ｔの関
係グラフで、これはｔ１／２法で求めたものである。一
方、Ｔｍａｘは
【００１３】そこで、レーザー照射したときの上昇温度
は Ｔ＝２αＰ（ｔ）１／２（πＫＣρ）１／２ であり、α；熱吸収係数、Ｐ；Ｗａｔｔ／ｃｍ２で、被
照射体を鋼とすればα≒１、Ｋ＝０．１１、Ｃ＝０．１
２、ρ＝７．８、ｔ＝１０μｓ、Ｐ＝５×１０４Ｗ／ｃ
ｍ２であるとＴ≒２００℃となる。又、石膏（茶色）の
場合は同一時間（ｔ＝１０μｓ）に３２０℃以上に発熱
する。このように照射点の材質、条件を一定にすれば発
熱温度ＴはＰ（ビームのＷ／ｃｍ２）に比例するので、
照射点へのレーザービーム入射角度により照射面積ｃｍ
２が変化し、例えば図４に示すようにビームが面に垂直
入射（ａ）したときは面積が最小になり、傾斜入射
（ｂ）したときは面積が広がり、更に傾斜角度が増加
（ｃ）すると面積が増加しエネルギーＰが次第に低減す
るから、したがって、同一時間中に照射点の発熱温度が
低下することになる。一方、発熱部からの赤外線の発生
は、そのエネルギー及びスペクトルが物体の種類と温度
だけで定まり、サーマルエミッションを特定波長域の赤
外線センサで検出することにより、レーザー照射点の発
熱温度を間接的に検出測定することができる。
は Ｔ＝２αＰ（ｔ）１／２（πＫＣρ）１／２ であり、α；熱吸収係数、Ｐ；Ｗａｔｔ／ｃｍ２で、被
照射体を鋼とすればα≒１、Ｋ＝０．１１、Ｃ＝０．１
２、ρ＝７．８、ｔ＝１０μｓ、Ｐ＝５×１０４Ｗ／ｃ
ｍ２であるとＴ≒２００℃となる。又、石膏（茶色）の
場合は同一時間（ｔ＝１０μｓ）に３２０℃以上に発熱
する。このように照射点の材質、条件を一定にすれば発
熱温度ＴはＰ（ビームのＷ／ｃｍ２）に比例するので、
照射点へのレーザービーム入射角度により照射面積ｃｍ
２が変化し、例えば図４に示すようにビームが面に垂直
入射（ａ）したときは面積が最小になり、傾斜入射
（ｂ）したときは面積が広がり、更に傾斜角度が増加
（ｃ）すると面積が増加しエネルギーＰが次第に低減す
るから、したがって、同一時間中に照射点の発熱温度が
低下することになる。一方、発熱部からの赤外線の発生
は、そのエネルギー及びスペクトルが物体の種類と温度
だけで定まり、サーマルエミッションを特定波長域の赤
外線センサで検出することにより、レーザー照射点の発
熱温度を間接的に検出測定することができる。
【００１４】今、半導体レーザ１１に２００ｍＷ、８３
９ｎｍ波長のレーザーを用い、これをパルス幅１００μ
ｓ、休止幅１０ｍｓのパルスで１５μｍφのビーム径に
絞り、電力密度Ｐ≒１０３Ｗ／ｃｍ２のビーム照射し、
被測定体材料に鉄材の表面粗さ２０μＲｍａхを用い、
測定距離５０ｍｍで赤外線の検出をした。検出センサ１
３にはＩｎＳｂを用い、これは波長５μｍ付近に感度の
ピークがあり、３〜５μｍ域の赤外線検出ができる。図
５は測定面の傾斜角度を色々に変化し、検出センサの検
出信号強度を温度２００℃以上に対応する赤外線強度を
基準にして判定し、パルスビームを照射してから検出セ
ンサが所定値の赤外線を検出するまでの遅れ時間を測定
したものである。被測定体としては鉄以外に石膏も測定
した。照射点の温度上昇は鉄の場合、大体１０３Ｗ／ｃ
ｍ２の電力密度、１００μｓで照射したとき５０μｍ半
径の球形が少なくとも２００℃以上になって、中心は約
６００〜７００℃になっているはずで、ここから発生す
る赤外線を検出して測定したものである。測定結果から
分かるように、ビーム照射が測定面に垂直（９０℃）に
入射したときが最も短時間に所定強度が検出され、角度
が小さくなって傾斜照射されるようになると次第に時間
が長くなっている。尚、照射ビームの電力密度を下げる
かパルス幅を狭めることによって被測定体の破壊をまぬ
がれることができ、材料によって変更設定するが、材料
の破壊を起こさない範囲で測定時間を短くするためには
電力密度を高めるようにする。一般に、測定時間は１ｍ
ｓ程度の時間で測定できるように設定することがよい。
又、照射ビームのパルス幅は一般的に１０〜１００μｓ
程度がよい。
９ｎｍ波長のレーザーを用い、これをパルス幅１００μ
ｓ、休止幅１０ｍｓのパルスで１５μｍφのビーム径に
絞り、電力密度Ｐ≒１０３Ｗ／ｃｍ２のビーム照射し、
被測定体材料に鉄材の表面粗さ２０μＲｍａхを用い、
測定距離５０ｍｍで赤外線の検出をした。検出センサ１
３にはＩｎＳｂを用い、これは波長５μｍ付近に感度の
ピークがあり、３〜５μｍ域の赤外線検出ができる。図
５は測定面の傾斜角度を色々に変化し、検出センサの検
出信号強度を温度２００℃以上に対応する赤外線強度を
基準にして判定し、パルスビームを照射してから検出セ
ンサが所定値の赤外線を検出するまでの遅れ時間を測定
したものである。被測定体としては鉄以外に石膏も測定
した。照射点の温度上昇は鉄の場合、大体１０３Ｗ／ｃ
ｍ２の電力密度、１００μｓで照射したとき５０μｍ半
径の球形が少なくとも２００℃以上になって、中心は約
６００〜７００℃になっているはずで、ここから発生す
る赤外線を検出して測定したものである。測定結果から
分かるように、ビーム照射が測定面に垂直（９０℃）に
入射したときが最も短時間に所定強度が検出され、角度
が小さくなって傾斜照射されるようになると次第に時間
が長くなっている。尚、照射ビームの電力密度を下げる
かパルス幅を狭めることによって被測定体の破壊をまぬ
がれることができ、材料によって変更設定するが、材料
の破壊を起こさない範囲で測定時間を短くするためには
電力密度を高めるようにする。一般に、測定時間は１ｍ
ｓ程度の時間で測定できるように設定することがよい。
又、照射ビームのパルス幅は一般的に１０〜１００μｓ
程度がよい。
【００１５】以上のようにして、レーザー発振器２１か
ら一定エネルギーのレーザービームのパルスを照射して
からセンサ２３によって赤外線を検出し、検出信号を演
算処理装置１１に入力してその赤外線強度を判別し、そ
れが所定値以上を判別したときレーザー照射してからこ
の判別までの経過時間ｔによって、図５のように予め試
験してメモリしたデータから被測定体５の照射点Ｐの傾
斜角度を判定することができる。演算処理装置１１の判
別結果がレーザー照射軸に対して、例えば９０°±１０
°が許容範囲と設定し、今判定結果がこの範囲を越えて
いると装置１１からＮＣ装置１０に信号が加えられ、モ
ータ４を駆動してヘッド１を測定点Ｐを中心とした円弧
回動を行わせ、照射角度を変更制御する。この回動によ
る角度制御によって測定点に照射するレーザービーム角
度が所要の許容範囲にあることが判別されたとき、この
ときはＰ点に照射するレーザービームの照射角度が面に
ほぼ垂直に当たっていることを判定したわけであり、こ
のときは装置１１からＮＣ装置１０に回動停止信号を送
ってモータ４の回転を停止する。
ら一定エネルギーのレーザービームのパルスを照射して
からセンサ２３によって赤外線を検出し、検出信号を演
算処理装置１１に入力してその赤外線強度を判別し、そ
れが所定値以上を判別したときレーザー照射してからこ
の判別までの経過時間ｔによって、図５のように予め試
験してメモリしたデータから被測定体５の照射点Ｐの傾
斜角度を判定することができる。演算処理装置１１の判
別結果がレーザー照射軸に対して、例えば９０°±１０
°が許容範囲と設定し、今判定結果がこの範囲を越えて
いると装置１１からＮＣ装置１０に信号が加えられ、モ
ータ４を駆動してヘッド１を測定点Ｐを中心とした円弧
回動を行わせ、照射角度を変更制御する。この回動によ
る角度制御によって測定点に照射するレーザービーム角
度が所要の許容範囲にあることが判別されたとき、この
ときはＰ点に照射するレーザービームの照射角度が面に
ほぼ垂直に当たっていることを判定したわけであり、こ
のときは装置１１からＮＣ装置１０に回動停止信号を送
ってモータ４の回転を停止する。
【００１６】以上の角度制御により、ヘッド１のＰ点の
対向照射方向がほぼ垂直になった位置で固定し、図２の
発振器２１のレーザービームｌ０は面Ｓの測定点Ｐにほ
ぼ垂直に当たり、その反射波をレンズ２６を通してライ
ンセンサ２５で検出するので、図７で説明したように反
射面Ｓの変位ｚによりラインセンサ２５上の光スポット
位置ａが移動し、三角測量法の原理により位置ａを検出
して変位ｚを測定することができる。即ち、演算処理装
置１１はラインセンサ２５の検出信号をＡ−Ｄ変換して
入力し、そのデジタル信号を複数のＣＰＵでリニア補正
や平均処理などのデータ処理する。データ処理された測
定結果は一旦メモリされると共に、前記ＮＣ制御装置１
０からの測定点ＰのＸ、Ｙ平面上の位置情報とともに三
次元形状信号を演算出力し、プリンターによりプリント
アウトする。
対向照射方向がほぼ垂直になった位置で固定し、図２の
発振器２１のレーザービームｌ０は面Ｓの測定点Ｐにほ
ぼ垂直に当たり、その反射波をレンズ２６を通してライ
ンセンサ２５で検出するので、図７で説明したように反
射面Ｓの変位ｚによりラインセンサ２５上の光スポット
位置ａが移動し、三角測量法の原理により位置ａを検出
して変位ｚを測定することができる。即ち、演算処理装
置１１はラインセンサ２５の検出信号をＡ−Ｄ変換して
入力し、そのデジタル信号を複数のＣＰＵでリニア補正
や平均処理などのデータ処理する。データ処理された測
定結果は一旦メモリされると共に、前記ＮＣ制御装置１
０からの測定点ＰのＸ、Ｙ平面上の位置情報とともに三
次元形状信号を演算出力し、プリンターによりプリント
アウトする。
【００１７】このようにレーザービームによる位置測定
は、Ｐ点に対してほぼ垂直にレーザー照射が行われたと
きのラインセンサ２５による検出信号のみが演算処理装
置１１によってデータ処理されるので、傾斜面に鋭角を
もってレーザー照射し、位置測定することによる２次、
３次反射等の乱反射による測定誤差を少なくして極めて
高精度な測定が行えるようになる。測定点Ｐの測定が終
えたら、Ｘ軸モータ７又はＹ軸モータ８の駆動により被
測定体５の測定点を順次移動し、変更して前記測定操作
を繰り返し、赤外線センサ２３による測定点の傾斜角度
判定によりそれが一定の範囲内、即ち、測定面にほぼ垂
直に対向するときのラインセンサ２５によりレーザービ
ームを照射し、測定点からの反射波を利用した位置の検
出測定値を有効とし、この測定制御を被測定体５の全表
面に亘って行い、有効データの演算処理によって三次元
形状を精密に測定することができる。尚、測定点の移動
は熱の拡散移動による影響を少なくするために、約０．
１ｍｍ程度以上の間隔で移動させることが好ましい。
は、Ｐ点に対してほぼ垂直にレーザー照射が行われたと
きのラインセンサ２５による検出信号のみが演算処理装
置１１によってデータ処理されるので、傾斜面に鋭角を
もってレーザー照射し、位置測定することによる２次、
３次反射等の乱反射による測定誤差を少なくして極めて
高精度な測定が行えるようになる。測定点Ｐの測定が終
えたら、Ｘ軸モータ７又はＹ軸モータ８の駆動により被
測定体５の測定点を順次移動し、変更して前記測定操作
を繰り返し、赤外線センサ２３による測定点の傾斜角度
判定によりそれが一定の範囲内、即ち、測定面にほぼ垂
直に対向するときのラインセンサ２５によりレーザービ
ームを照射し、測定点からの反射波を利用した位置の検
出測定値を有効とし、この測定制御を被測定体５の全表
面に亘って行い、有効データの演算処理によって三次元
形状を精密に測定することができる。尚、測定点の移動
は熱の拡散移動による影響を少なくするために、約０．
１ｍｍ程度以上の間隔で移動させることが好ましい。
【００１８】図６は被測定体５の上面の測定走査形状の
実施例で、測定点をＳｔａｒｔ位置からスタートし、矢
印のようにＸ軸を左方向に移動し、被測定体５端部で所
定単位長さＹ軸に移動して折り返しＸ軸を右方向に移動
させるよう、これを繰り返してＳｔｏｐ位置まで全面走
査する。この走査はＮＣ装置１０によるＸ軸モータ７及
びＹ軸モータ８の駆動によって行い、この走査中、被測
定体５の凹部５１、５２、凸部５３、５４に移動したと
きはモータ４の駆動によって照射角度の制御によって測
定点の面が垂直になる角度からの測定をすることにより
精度向上も計る。
実施例で、測定点をＳｔａｒｔ位置からスタートし、矢
印のようにＸ軸を左方向に移動し、被測定体５端部で所
定単位長さＹ軸に移動して折り返しＸ軸を右方向に移動
させるよう、これを繰り返してＳｔｏｐ位置まで全面走
査する。この走査はＮＣ装置１０によるＸ軸モータ７及
びＹ軸モータ８の駆動によって行い、この走査中、被測
定体５の凹部５１、５２、凸部５３、５４に移動したと
きはモータ４の駆動によって照射角度の制御によって測
定点の面が垂直になる角度からの測定をすることにより
精度向上も計る。
【００１９】勿論、Ｘ、Ｙ走査により被測定体５の全面
走査して、予め凹凸部５１〜５４の位置をメモリしてお
き、その後、凹凸部５１〜５４だけを角度制御しながら
測定するようにしてもよい。尚、前記角度走査装置は実
施例以外の球面上の任意の移動装置を利用することがで
き、又、被測定体を回動させる構成でもよい。又、測定
位置走査装置はヘッド１側を移動させるものであっても
よい。移動位置情報は実際の移動をスチール、エンコー
ダで検出した信号を利用することができる。又、測定ヘ
ッドの赤外線検出による測定点の傾斜角度検出と、反射
光による位置測定のレーザービーム照射を各々別個のレ
ーザー発振器を備えて照射させることでもよい。又、照
射するレーザービームはパルス時照射する以外にスキャ
ニング照射させることでもよい。
走査して、予め凹凸部５１〜５４の位置をメモリしてお
き、その後、凹凸部５１〜５４だけを角度制御しながら
測定するようにしてもよい。尚、前記角度走査装置は実
施例以外の球面上の任意の移動装置を利用することがで
き、又、被測定体を回動させる構成でもよい。又、測定
位置走査装置はヘッド１側を移動させるものであっても
よい。移動位置情報は実際の移動をスチール、エンコー
ダで検出した信号を利用することができる。又、測定ヘ
ッドの赤外線検出による測定点の傾斜角度検出と、反射
光による位置測定のレーザービーム照射を各々別個のレ
ーザー発振器を備えて照射させることでもよい。又、照
射するレーザービームはパルス時照射する以外にスキャ
ニング照射させることでもよい。
【００２０】以上のようにして、形状測定信号はプリン
タ１２によってテープ等にプリントアウトされるが、こ
のテープを用いて工作機械を駆動すればＮＣ制御により
容易にモデル形状の機械加工ができ、高精度の測定によ
って高精度の製造が得られる。
タ１２によってテープ等にプリントアウトされるが、こ
のテープを用いて工作機械を駆動すればＮＣ制御により
容易にモデル形状の機械加工ができ、高精度の測定によ
って高精度の製造が得られる。
【００２１】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、被測定体
に一定エネルギーの光ビームを照射したとき、被測定体
から発生する赤外線を検出して測定点の傾斜角度を判定
すると共に、前記測定点に光ビームを照射して反射波に
より位置測定を行うようにしたから、前記発生する赤外
線強度が測定点の傾斜角度により変化する時間特性から
赤外線の検出判別によって測定点の傾斜角度を容易に正
確に判定することができ、これが一定の範囲内にあるこ
とが判定されたとき、即ち、光ビームが測定面にほぼ垂
直に当たるような傾斜角度にある時のみ、測定点からの
光ビームの反射波による位置測定をすることによって光
の乱反射による測定誤差を少なくして極めて精度の高い
精密測定をすることができる。位置測定はレーザー等の
光ビームを利用するから微小スポットに集束することが
容易であり、これを測定面に垂直に当てることによって
散乱光を排除して測定でき、位置の測定が極めて高精度
にできる効果がある。
に一定エネルギーの光ビームを照射したとき、被測定体
から発生する赤外線を検出して測定点の傾斜角度を判定
すると共に、前記測定点に光ビームを照射して反射波に
より位置測定を行うようにしたから、前記発生する赤外
線強度が測定点の傾斜角度により変化する時間特性から
赤外線の検出判別によって測定点の傾斜角度を容易に正
確に判定することができ、これが一定の範囲内にあるこ
とが判定されたとき、即ち、光ビームが測定面にほぼ垂
直に当たるような傾斜角度にある時のみ、測定点からの
光ビームの反射波による位置測定をすることによって光
の乱反射による測定誤差を少なくして極めて精度の高い
精密測定をすることができる。位置測定はレーザー等の
光ビームを利用するから微小スポットに集束することが
容易であり、これを測定面に垂直に当てることによって
散乱光を排除して測定でき、位置の測定が極めて高精度
にできる効果がある。
【図１】本発明の一実施例構成図である。
【図２】図１の一部詳細図である。
【図３】レーザースポットの発熱特性図である。
【図４】レーザースポット形状説明図である。
【図５】赤外線時間特性図である。
【図６】図１の走査説明図である。
【図７】従来例の説明図である。
【図８】従来例の説明図である。
１ 測定ヘッド ２１ レーザー発振器 ２３ 赤外線センサ ２５ 位置検出センサ ２２、２４、２６ レンズ ３ アーム ４ 回動モータ ５ 被測定体 ６ テーブル ７ Ｘ軸モータ ８ Ｙ軸モータ ９ Ｚ軸モータ １０ ＮＣ制御装置 １１ 演算処理装置 １２ プリンター
Claims (3)
- 【請求項１】 被測定体に一定エネルギーの光ビームを
照射したとき、前記被測定体から発生する赤外線を検出
して測定点の傾斜角度を判定すると共に、前記測定点に
光ビームを照射して反射波により位置測定をすることを
特徴とする三次元形状測定方法。 - 【請求項２】 被測定体に一定エネルギーのレーザービ
ームを照射するレーザー発振器と、前記被測定体の測定
点から発生する赤外線を検出する赤外線センサと、前記
測定点からの反射波により位置測定する位置検出センサ
とを備えた測定ヘッドを設け、該測定ヘッドを被測定体
の測定点を中心とする球面上に走査させる角度走査装置
を設け、該角度走査装置による角度走査において、前記
赤外線センサからの信号により前記測定点の傾斜角度が
一定の範囲内にあることが判定されたとき、前記位置検
出センサからの信号を演算出力する演算処理装置を設け
て成ることを特徴とする三次元形状測定装置。 - 【請求項３】 被測定体に一定エネルギーのレーザービ
ームを照射するレーザー発振器と、前記被測定体の測定
点から発生する赤外線を検出する赤外線センサと、前記
測定点からの反射波により位置測定する位置検出センサ
とを備えた測定ヘッドを設け、該測定ヘッドを被測定体
の測定点を中心とする球面上に走査させる角度走査装置
を設けると共に、前記被測定体の測定点を移動させる位
置走査装置を設け、前記角度走査装置による角度走査に
おいて前記赤外線センサからの信号により前記測定点の
傾斜角度が一定の範囲内にあることが判定されたとき、
前記位置走査装置による測定点の移動位置情報と前記位
置検出センサからの信号とにより三次元形状信号を演算
出力する演算処理装置を設けて成ることを特徴とする三
次元形状測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36138191A JPH05180632A (ja) | 1991-12-26 | 1991-12-26 | 三次元形状測定方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36138191A JPH05180632A (ja) | 1991-12-26 | 1991-12-26 | 三次元形状測定方法及びその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05180632A true JPH05180632A (ja) | 1993-07-23 |
Family
ID=18473347
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP36138191A Pending JPH05180632A (ja) | 1991-12-26 | 1991-12-26 | 三次元形状測定方法及びその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05180632A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5995206A (en) * | 1995-04-12 | 1999-11-30 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Thermal object measuring apparatus |
| JP2012512400A (ja) * | 2008-12-19 | 2012-05-31 | アイメス サービシーズ ゲーエムベーハー | 高反射物質あるいは透過性物質の三次元光学測定装置および方法 |
| WO2017050226A1 (zh) * | 2015-09-22 | 2017-03-30 | 重庆塞拉雷利科技有限公司 | 铝材的激光成形方法 |
| KR20180043891A (ko) * | 2016-10-20 | 2018-05-02 | 한국원자력연구원 | 표면 프로파일의 평탄도 측정장치 |
-
1991
- 1991-12-26 JP JP36138191A patent/JPH05180632A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5995206A (en) * | 1995-04-12 | 1999-11-30 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Thermal object measuring apparatus |
| JP2012512400A (ja) * | 2008-12-19 | 2012-05-31 | アイメス サービシーズ ゲーエムベーハー | 高反射物質あるいは透過性物質の三次元光学測定装置および方法 |
| WO2017050226A1 (zh) * | 2015-09-22 | 2017-03-30 | 重庆塞拉雷利科技有限公司 | 铝材的激光成形方法 |
| KR20180043891A (ko) * | 2016-10-20 | 2018-05-02 | 한국원자력연구원 | 표면 프로파일의 평탄도 측정장치 |
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