JPH0525043B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0525043B2
JPH0525043B2 JP10148185A JP10148185A JPH0525043B2 JP H0525043 B2 JPH0525043 B2 JP H0525043B2 JP 10148185 A JP10148185 A JP 10148185A JP 10148185 A JP10148185 A JP 10148185A JP H0525043 B2 JPH0525043 B2 JP H0525043B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light source
signal generator
laser scanner
modulated
laser
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.)
Expired - Lifetime
Application number
JP10148185A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS61260106A (en
Inventor
Shigeru Kawai
Keiichi Kubota
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Agency of Industrial Science and Technology filed Critical Agency of Industrial Science and Technology
Priority to JP10148185A priority Critical patent/JPS61260106A/en
Publication of JPS61260106A publication Critical patent/JPS61260106A/en
Publication of JPH0525043B2 publication Critical patent/JPH0525043B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/2441Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures using interferometry

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、時に、モアレトポグラフイに代表
されるような縞模様を利用した3次元計測に関す
るものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to three-dimensional measurement using striped patterns, sometimes typified by moiré topography.

(従来技術とその問題点) モアレトポグラフイは、物理面上に縞模様を投
影し、物体の形状により変型した縞模様と基準の
縞模様とを重ね合わせ、その差周波数として生じ
る等高線を示すモアレ縞を観測することにより、
物体の形状を測定する方法である。詳しくは、例
えば、雑誌「アプライド・オプテイツクス」
(Applied Optics),9巻,1970年,1467〜1472
ページに記載の論文「モアレ・トポグラフイ
(Moire Topography)」に述べられている。こ
の方法には、第6図示すような物体23の直前に
置いた格子22を点光源21によつて照射する格
子照射型と、第7図に示すように格子24の像を
物体面上に結像させる格子投影型がある。両方法
を比較した場合、操作性において、後者のほうに
柔軟性があり、応用範囲が広い。格子投影型モア
レトポグラフイについては、例えば雑誌「アプラ
イド・オプテイツクス(Applied Optics)22巻,
1983年,850〜855ページに記載の論文「自動3次
元トポグラフイにおける移動格子法を用いた投影
法モアレ(Projection Moire′ with moving
grantings for antomated 3−D
topography)」に詳しく述べられている。投影法
モアレ法は、格子が光源およびカメラ25の近く
に存在し、照射型モアレ法にくらべ、操作性は良
い。しかし、両方法共固定されている格子を使用
するために、縞の間隔を変化させることは難し
い。モアレ縞は、縞間隔に比例する。従つて、モ
アレ縞の数が多くなると情報が多くなるため、複
雑な物体の解析が可能になるが、一方、モアレ縞
の画像処理の際に多大の時間を要する。従つて、
物体の形状に応じて縞のピツチを変えることが有
効である。しかし、従来の方法でこれを実現する
には、ピツチの異なる格子を多数用意し、物体の
形状によつてそれらの格子を交換し、精度良く装
置内に固定しなければならない。従つて、測定に
多大の時間を要すると共に、自動計測に用いるこ
とはできない。
(Prior art and its problems) Moiré topography projects a striped pattern onto a physical surface, superimposes the striped pattern deformed by the shape of the object and the standard striped pattern, and shows the contour lines generated as the difference frequency. By observing the stripes,
This is a method of measuring the shape of an object. For more information, see the magazine ``Applied Optics''.
(Applied Optics), 9 volumes, 1970, 1467-1472
It is described in the paper ``Moire Topography'' listed on the page. This method includes a grating irradiation type in which a point light source 21 illuminates a grating 22 placed just in front of an object 23 as shown in FIG. There is a grid projection type that forms an image. When comparing both methods, the latter is more flexible and has a wider range of applications in terms of operability. Regarding grid projection moiré topography, see, for example, the magazine "Applied Optics", Vol. 22,
1983, pp. 850-855, "Projection Moire' with moving grid method in automatic three-dimensional topography"
grantings for antomated 3-D
topography)”. In the projection moiré method, the grating is located near the light source and the camera 25, and the operability is better than in the irradiation moiré method. However, since both methods use a fixed grid, it is difficult to vary the stripe spacing. Moiré fringes are proportional to the fringe spacing. Therefore, as the number of moire fringes increases, the amount of information increases, making it possible to analyze complex objects, but on the other hand, it takes a lot of time to process images of moire fringes. Therefore,
It is effective to change the pitch of the stripes depending on the shape of the object. However, in order to achieve this using conventional methods, it is necessary to prepare a large number of gratings with different pitches, to exchange the gratings depending on the shape of the object, and to precisely fix them in the device. Therefore, it takes a lot of time to measure and cannot be used for automatic measurement.

(発明の目的) この発明の目的は、格子を用いることなく、任
意のピツチの縞模様を物体面上に、物体の形状に
合わせて最適なピツチとなるよう短時間で発生さ
せ、自動計測を可能にした3次元計測方法と装置
を提供することにある。
(Object of the invention) The object of the invention is to generate a striped pattern of arbitrary pitch on the object surface in a short time without using a grid, with the optimum pitch according to the shape of the object, and to perform automatic measurement. The purpose of this invention is to provide a three-dimensional measurement method and device that make it possible.

(発明の構成) この発明の計測方法は、強度変調光の変調周波
数を被測定物体形状に合わせて変化させながら前
記強度変調光で被測定物体上を走査して物体各部
で最適なピツチの縞模様を前記被測定物体上に形
成することを特徴としている。また、その3次元
計測装置は、半導体レーザから成る光源と、複数
のホログラムレンズをデイスク上に配置したホロ
グラフイツクレーザスキヤナと、前記光源から出
射された単色光のビームを整形して前記ホログラ
ムレンズに導く光学系と、前記光源への注入電流
を変化せしめる信号発生器と、前記信号発生器を
制御する制御装置と、前記ホログラフイツクレー
ザスキヤナにより走査される走査ビームを観測す
るためのカメラと、走査縞パターンと前記カメラ
12より得られた物体面上で変形した縞パターン
とからモアレ縞を抽出する画像処理装置とを備え
ている構成となつている。
(Structure of the Invention) The measurement method of the present invention scans an object to be measured with the intensity-modulated light while changing the modulation frequency of the intensity-modulated light according to the shape of the object to be measured, and creates stripes of optimal pitch in each part of the object. The method is characterized in that a pattern is formed on the object to be measured. The three-dimensional measuring device also includes a light source consisting of a semiconductor laser, a holographic laser scanner in which a plurality of hologram lenses are arranged on a disk, and a beam of monochromatic light emitted from the light source that is shaped to form the hologram lens. a signal generator for changing the current injected into the light source, a control device for controlling the signal generator, and a camera for observing the scanning beam scanned by the holographic laser scanner. , and an image processing device that extracts moiré fringes from the scanning fringe pattern and the deformed fringe pattern on the object plane obtained by the camera 12.

(発明の作用・原理) ホログラフイツクレーザスキヤナに代表される
ホログラフイツクレーザビーム走査装置において
は、いくつかのホログラムをデイスクの円周上に
配置固定し、それを高速回転することによりレー
ザビームを走査する。ホログラフイツクレーザス
キヤナの前置光学系において、走査ビームが物体
面上で走査方向に収束、副走査方向に発散するよ
うに調整すれば、副走査方向のビーム幅により、
走査長として決められ長さを一面に走査する。こ
の時、レーザの出力を強度変調することにより、
従来技術と同様の縞状パターンを物体面上に生成
することができる。さらに、レーザへ注入する電
流の周波数を可変に制御することにより、任意の
位相および振幅を持つた縞を投影することがで
き、物体の形状に最適なピツチの縞を自由に発生
できる。通常は矩形波で強度変調するが、正弦波
で変調した場合は、高次のモアレ縞の発生を防ぐ
ことができる。
(Operation/Principle of the Invention) In a holographic laser beam scanning device such as a holographic laser scanner, several holograms are arranged and fixed on the circumference of a disk, and the laser beam is transmitted by rotating them at high speed. scan. If the front optical system of a holographic laser scanner is adjusted so that the scanning beam converges in the scanning direction on the object plane and diverges in the sub-scanning direction, the beam width in the sub-scanning direction
The length determined as the scan length is scanned over the entire surface. At this time, by intensity modulating the laser output,
A striped pattern similar to the prior art can be generated on the object plane. Furthermore, by variably controlling the frequency of the current injected into the laser, it is possible to project fringes with arbitrary phase and amplitude, and it is possible to freely generate fringes with the optimum pitch for the shape of the object. Usually, the intensity is modulated with a rectangular wave, but when modulated with a sine wave, it is possible to prevent the occurrence of high-order moiré fringes.

(実施例) 第1図は、この発明の一実施例である。半導体
レーザ1から発振された光は、コリメーテイング
レンズ2でコリメートされた後、円筒レンズ3に
より楕円ビームに変換された後ホログラフイツク
レーザスキヤナ4のホログラムレンズ5によつて
物体6を走査する。例えば、GP−IBインタフエ
イスを持つたマイコンなどの演算制御装置12に
よつて制御される例えばGP−IBインタフエイス
を持つたフアンクシヨンジエネレーターなどの信
号発生器11によりGP−IBなどのインタフエイ
スを持つた電源10の出力電圧が変化され、半導
体レーザ1が変調される。この際、ホログラムレ
ンズ5による走査ビームの一部をビームスプリツ
タ7により取り出し、走査面と同じ距離の面上の
走査端に位置検出器8を2つ置く。位置検出器8
からの信号はその出力の差動をとる演算回路(オ
ペアンプにより構成した。)13を通して演算制
御装置12に送られる。演算制御装置12は、第
4図に示す流れ図のように動作する。すなわち走
査端の上側の位置検出器8をビームが走査した時
に、半導体レーザの変調を開始する信号を発生
し、走査端の下側の位置検出器8をビームが通過
した時に、半導体レーザの変調を終了する信号を
発生して信号発生器11を制御する。変調を終了
した後には、次の走査の変調開始位置を検出する
ために、信号発生器11より一定の電流を流し、
レーザを連続発振するように制御する。この時の
各装置を制御する信号を第5図に示す。走査端上
側の位置検出器からの信号aを受けて、演算制御
装置12は信号発生器11に対して変調開始制御
信号cを送る。これを受けて、信号発生器11は
電源10に対してレーザ変調信号eを送り、電源
は、この信号をレーザを駆動するのに必要な電流
に変換してレーザに注入する。レーザ注入電流の
時間変化の様子を第2図に示す。変調周波数は、
物体各部で最適なピツチの縞模様となるように演
算制御装置12より制御される。第5図に示され
た走査端下側の位置検出器からの信号bを受けた
演算制御装置12は、信号発生器に対して変調終
了制御信号dを送る。これを受けて、信号発生器
は電流に対してレーザ変調信号の送信を終了し電
源はレーザに対してしきい値以上の一定の電流を
注入する。レーザのしきい値電流Ithよりも大き
い電流Iaをパルス状にレーザに注入すると物体面
に縞模様が生成される。例えば、20個のホログラ
ムレンズより構成されるホログラフイツクレーザ
スキヤナ4を6000rpmで回転した場合には
500msecで走査面上全体に、縞を発生させること
ができる。従つて、500msec以上の間、光を蓄積
することのできるTVカメラ9を使用すれば、物
体面上で変型した縞を撮像することができる。フ
レームメモリとGP−IBなどのインタフエイスを
備え画像の加減算、積算機能を有する画像処理装
置14には、あらかじめ演算制御装置12より信
号発生器11によつて発生される信号に対応する
縞模様を入力しておき、TVカメラ9によつて撮
像した画像と重ね合わせることにより、モアレ縞
を発生させ、例えばCRTなどのデータ出力装置
15に表示する。画像の四則演算とは、画像の階
調をデジタル表現し、ドツト毎に階調の演算をお
こなうことである。制御装置12により半導体レ
ーザ1を変調できるので、任意のピツチを有する
縞模様を生成させることができる。第3図は、こ
の発明を従来例と比較した場合の効果を示す図で
ある。従来の方法では、一定周期の縞を発生させ
るのみであるので、例えば、第3図aに示すよう
な、形状変化の大きい部分と小さい部分を持つ物
体においても、bのように両部分で同程度の精度
の測定しかおこなえない。一方、この発明ではレ
ーザ光を強度変調しているので、縞ピツチを任意
に変化させることができるcに示すように、形状
変化の大きい部分では密な縞模様を発生させ、形
状変化の小さい部分では疎な縞模様を発生させる
ことができるので精度、形測時間共に効率良く測
定できる。
(Example) FIG. 1 shows an example of the present invention. The light emitted from the semiconductor laser 1 is collimated by a collimating lens 2, converted into an elliptical beam by a cylindrical lens 3, and then scanned onto an object 6 by a hologram lens 5 of a holographic laser scanner 4. . For example, a signal generator 11 such as a function generator having a GP-IB interface is controlled by an arithmetic control unit 12 such as a microcomputer having a GP-IB interface. The output voltage of the power source 10 having a face is changed, and the semiconductor laser 1 is modulated. At this time, a part of the scanning beam by the hologram lens 5 is taken out by the beam splitter 7, and two position detectors 8 are placed at the scanning end on a plane at the same distance as the scanning plane. Position detector 8
The signals are sent to the arithmetic control unit 12 through an arithmetic circuit (consisting of an operational amplifier) 13 that takes the differential of the output. The arithmetic and control unit 12 operates as shown in the flowchart shown in FIG. That is, when the beam scans the position detector 8 above the scanning end, a signal is generated to start modulating the semiconductor laser, and when the beam passes the position detector 8 below the scanning end, the modulation of the semiconductor laser is generated. The signal generator 11 is controlled by generating a signal to terminate the process. After finishing the modulation, a constant current is applied from the signal generator 11 in order to detect the modulation start position of the next scan.
Control the laser so that it oscillates continuously. FIG. 5 shows the signals that control each device at this time. Upon receiving the signal a from the position detector above the scanning end, the arithmetic and control unit 12 sends a modulation start control signal c to the signal generator 11. In response, the signal generator 11 sends a laser modulation signal e to the power source 10, which converts this signal into a current necessary to drive the laser and injects it into the laser. Figure 2 shows how the laser injection current changes over time. The modulation frequency is
It is controlled by the arithmetic and control unit 12 so that each part of the object has a striped pattern with an optimal pitch. The arithmetic and control unit 12, which has received the signal b from the position detector at the lower scanning end shown in FIG. 5, sends a modulation end control signal d to the signal generator. In response to this, the signal generator finishes transmitting the laser modulation signal to the current, and the power supply injects a constant current above the threshold into the laser. When a pulsed current Ia larger than the threshold current Ith of the laser is injected into the laser, a striped pattern is generated on the object surface. For example, when a holographic lens scanner 4 consisting of 20 hologram lenses is rotated at 6000 rpm,
Stripes can be generated over the entire scanning surface in 500 msec. Therefore, by using the TV camera 9 that can accumulate light for 500 msec or more, it is possible to image the deformed stripes on the object plane. The image processing device 14, which is equipped with a frame memory and an interface such as GP-IB and has image addition/subtraction and integration functions, has a striped pattern corresponding to the signal generated by the signal generator 11 from the arithmetic and control device 12 in advance. By inputting this information and superimposing it on an image captured by the TV camera 9, moiré fringes are generated and displayed on the data output device 15, such as a CRT. The four arithmetic operations for an image are to digitally represent the gradation of an image and perform gradation calculations for each dot. Since the semiconductor laser 1 can be modulated by the control device 12, a striped pattern having an arbitrary pitch can be generated. FIG. 3 is a diagram showing the effects of this invention when compared with the conventional example. The conventional method only generates stripes with a constant period, so even if an object has a large and small shape change as shown in Figure 3a, both parts will be the same as shown in b. It can only measure with a certain degree of accuracy. On the other hand, since the intensity of the laser beam is modulated in this invention, the stripe pitch can be changed arbitrarily. Since it is possible to generate a sparse striped pattern, it is possible to efficiently measure both accuracy and shape measurement time.

(発明の効果) 以上述べたように、この発明の3次元計測方法
および装置によれば、光源の変調周波数を変化さ
せるだけで縞のピツチを格子面内で任意に制御
し、物体の形状に最適なピツチの縞を短時間で発
生できる。この結果わずらわしい格子の取り換え
作業が無くなるため自動計測が可能となる。
(Effects of the Invention) As described above, according to the three-dimensional measurement method and apparatus of the present invention, the pitch of the stripes can be arbitrarily controlled within the lattice plane simply by changing the modulation frequency of the light source, and the pitch of the stripes can be adjusted to the shape of the object. Stripes with optimal pitch can be generated in a short time. As a result, automatic measurement becomes possible because the troublesome work of replacing the grid is eliminated.

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

第1図は、この発明の実施例を示す図、第2図
は半導体レーザに注入する電流の時間変化を示す
図、第3図は、この発明と従来例との効果を比較
した図、第4図は装置の流れ図、第5図はタイミ
ングチヤート、第6図は格子照射型モアレトポグ
ラフイの従来例を示す図、第7図は格子投影型モ
アレトポグラフイの従来例を示す図である。 図において、1……半導体レーザ、2……コリ
メーテイングレンズ、3……円筒レンズ、4……
ホログラフイツクレーザスキヤナ、5……ホログ
ラムレンズ、6……物体、7……ビームスプリツ
タ、8……位置検出器、9……TVカメラ、10
……電源、11……信号発生器、12……演算制
御装置、13……演算回路、14……画像処理装
置、15……データ出力装置。
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing the time change of the current injected into a semiconductor laser, and FIG. 3 is a diagram comparing the effects of the present invention and a conventional example. 4 is a flowchart of the apparatus, FIG. 5 is a timing chart, FIG. 6 is a diagram showing a conventional example of grating irradiation type moire topography, and FIG. 7 is a diagram showing a conventional example of grating projection type moire topography. In the figure, 1... semiconductor laser, 2... collimating lens, 3... cylindrical lens, 4...
Holographic lens scanner, 5... Hologram lens, 6... Object, 7... Beam splitter, 8... Position detector, 9... TV camera, 10
. . . power supply, 11 . . . signal generator, 12 . . . arithmetic control device, 13 .

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 強度変調光の変調周波数を被測定物体形状に
合わせて変化させながら前記強度変調光で被測定
物体上を走査して物体各部で最適なピツチの縞模
様を前記被測定物体上に形成することを特徴とす
る3次元計測方法。 2 半導体レーザから成る光源と、複数のホログ
ラムレンズをデイスク上に配置したホログラフイ
ツクレーザスキヤナと、前記光源から出射された
単色光のビームを整形して前記ホログラムレンズ
に導く光学系と、前記光源への注入電流を変化せ
しめる信号発生器と、前記信号発生器を制御する
制御装置と、前記ホログラフイツクレーザスキヤ
ナにより走査される走査ビームを観測するための
カメラと、走査縞パターンと前記カメラにより得
られた物体面上で変形した縞パターンとからモア
レ縞を抽出する画像処理装置とを備え、前記制御
装置が、一定の周波数、あるいは可変の周波数に
よつて変調された矩形波または正弦波を出力する
ことを特徴とする3次元計測装置。
[Scope of Claims] 1. The intensity-modulated light scans the object to be measured while changing the modulation frequency of the intensity-modulated light in accordance with the shape of the object to be measured, and creates a striped pattern with an optimal pitch in each part of the object. A three-dimensional measurement method characterized by forming on an object. 2. A light source consisting of a semiconductor laser, a holographic laser scanner including a plurality of hologram lenses arranged on a disk, an optical system that shapes a monochromatic light beam emitted from the light source and guides it to the hologram lens, and the light source. a signal generator for changing the current injected into the holographic laser scanner; a control device for controlling the signal generator; a camera for observing the scanning beam scanned by the holographic laser scanner; an image processing device that extracts moiré fringes from the obtained fringe pattern deformed on the object surface, and the control device generates a rectangular wave or a sine wave modulated by a constant frequency or a variable frequency. A three-dimensional measurement device characterized by output.
JP10148185A 1985-05-15 1985-05-15 Method and device for three-dimensional measurement Granted JPS61260106A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10148185A JPS61260106A (en) 1985-05-15 1985-05-15 Method and device for three-dimensional measurement

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10148185A JPS61260106A (en) 1985-05-15 1985-05-15 Method and device for three-dimensional measurement

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS61260106A JPS61260106A (en) 1986-11-18
JPH0525043B2 true JPH0525043B2 (en) 1993-04-09

Family

ID=14301906

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10148185A Granted JPS61260106A (en) 1985-05-15 1985-05-15 Method and device for three-dimensional measurement

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS61260106A (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4962852B2 (en) * 2007-03-05 2012-06-27 株式会社ニコン Shape measuring method and shape measuring apparatus
CN109323665B (en) * 2018-01-31 2020-03-27 黑龙江科技大学 Precise three-dimensional measurement method for line-structured light-driven holographic interference

Also Published As

Publication number Publication date
JPS61260106A (en) 1986-11-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4212073A (en) Method and system for surface contouring
US4634879A (en) Method and system for determining surface profile information
EP1643210B1 (en) Method and apparatus for measuring shape of an object
US4813782A (en) Method and apparatus for measuring the floating amount of the magnetic head
JP2714152B2 (en) Object shape measurement method
NO20200134A1 (en) Motion compensation in phase-shifted structured light illumination for measuring dimensions of freely moving objects
JPH0525043B2 (en)
JPH0473523B2 (en)
Zhang et al. Spatiotemporal phase unwrapping and its application in fringe projection fiber optic phase-shifting profilometry
JPH0525044B2 (en)
EP0235941B1 (en) Surface measurement
JP2939944B2 (en) 3D object shape measurement device
JPH0719824A (en) Shape measuring apparatus
JP4177188B2 (en) Method, apparatus and optical element for simultaneous measurement of dynamic shape and dynamic position
JPS639877A (en) Three-dimensional measuring method
JPH03175303A (en) Measuring apparatus utilizing speckle
US3749492A (en) Interferometric hypsocline generator
JPH07503547A (en) Interferometric probe for distance measurement
JP3139862B2 (en) Surface defect inspection equipment
JP4187124B2 (en) Interferometer device using fringe scan
JPH01124785A (en) Laser distance measuring instrument
CA1263754A (en) Method and system for determining surface profile information
JPH05133725A (en) Surface shape measuring device
SU1717958A1 (en) Device and method for control of surface form
Zhang et al. Spatiotemporal phase unwrapping and its application in fringe projection fiber optic phase-shifting profilometry

Legal Events

Date Code Title Description
EXPY Cancellation because of completion of term