JPH0560518A - 三次元座標計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 非接触で被測定物の三次元座標を精度良く測
定する三次元座標計測装置に関し、一度の測定で数回の
平均計算を行ったことと同等の成果をあげることがで
き、高精度で効率のよい処理が可能な三次元座標計測装
置を提供する。 【構成】 スポット光源１０３、及びスポット光偏光部
１０４により被測定物１０１上に偏光した十字形の反射
光を発生させ、一方、被測定物の複数の測定領域に投射
された十字形スポット反射光をＣＣＤカメラ１０７で撮
像し、映像信号をＡ／Ｄ変換しディジタル画像として画
像メモリ１０９に格納した後、十字形スポット反射光中
心位置演算部１１０で前記デジタル画像より十字形スポ
ット反射光の輝度値をＸ軸、Ｙ軸に投射して得るヒスト
グラムを用いて重心計算により十字形スポット反射光の
中心位置を求め、前記中心位置より三角測量の原理に基
づき測定点の三次元座標値を座標演算部１１２で算出す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は非接触で被測定物の高さ
を精度良く測定する三次元座標計測装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】近年、工業製品の生産の合理化、品質の
向上のため、組立・検査工程の自動化が急速に進展して
いる。このため視覚認識技術は不可欠であり、組立部品
の微細化に伴い更に高精度な視覚認識技術の開発が要望
されている。

【０００３】視覚認識技術の中の一つにスポット光投影
法を用いた非接触式の三次元測定技術があり、この技術
を応用した三次元形状測定装置が実用化され始めてい
る。例えば、特開昭６３−１８２５０３号公報記載の非
接触三次元座標計測装置が提案されている。

【０００４】以下、従来の三次元座標計測装置について
説明する。図１０は、従来の三次元座標計測装置の基本
構成を示すものである。１００１はレーザスポット光を
生成するスポット光源、１００２はスポット光源１００
１より投射されたスポット光、１００３は被測定物、１
００４は被測定物１００３を撮影するＣＣＤカメラ、１
００５はＣＣＤカメラ１００４で撮影した被測定物１０
０３の映像情報をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバ−タであ
る。１００６はＡ／Ｄ変換された画像情報の雑音成分を
除去する雑音除去回路、１００７は画像メモリ、１００
８は画像情報の中で最大値をもつアドレス情報を検出す
るアドレス検出器、１００９は画像メモリ１００７に記
憶されている画像情報の中からアドレス検出器１００８
で検出されたアドレス情報をもとに小領域の画像情報を
抽出し重心座標を計算する重心座標演算器である。１０
１０は装置の制御を行うＣＰＵ、１０１１はＣＰＵメモ
リ、１０１２は測定点の三次元座標を演算する座標演算
器である。

【０００５】以上のように構成された三次元座標計測装
置について、以下その動作を説明する。まず、スポット
光源１００１は被測定物１００３上にスポット光１００
２を照射し、ＣＣＤカメラ１００４はその反射光を撮影
する。この場合、撮像されたＣＣＤカメラ１００６上の
スポット像の位置は被測定物１００４の表面の凹凸形状
に応じ変化する。Ａ／Ｄコンバ−タ１００５はＣＣＤカ
メラ１００４で撮影された映像をＡ／Ｄ変換し、雑音除
去回路１００６は前記画像情報において、定められた値
より小さい画像情報を”０”に変換し、画像メモリ１０
０７は雑音除去回路によって処理された画像情報を格納
する。雑音除去された画像情報はアドレス検出器１００
８に入力され、画像情報が最大のときのＸおよびＹ座標
をアドレスとして出力する。重心演算器１００９は前記
アドレスを受取りスポット反射光の中心位置を計算す
る。以下図６、図７を用いて説明する。図６において、
６１はＣＣＤ受光素子、６２はスポット反射光、図７に
おいて７１はＣＣＤ受光素子、７１はＣＣＤ受光素子に
受光される光強度の部分的な積分値である。スポット反
射光を撮像するＣＣＤ受光面には図６で示すように受光
部６１の窓が間隔を空けて配列されているため、受光部
と受光部の間は光を感じることができず、スポット反射
光６２の映像信号は離散値となり図７で示すように光強
度の部分的な積分値（図７の斜線部）７２で与えられ
る。従ってスポット光７２の中心位置を求めるために、
前記アドレスが示す画素を中心に水平走査方向（Ｘ方
向）、垂直方向（Ｙ方向）ともに±ｎ画素の画像情報を
用いてそれぞれ重心座標の計算を行う。スポット光の輝
度分布をＸ，Ｙ軸に投射した時、図９のようなヒストグ
ラム９３、９４となる。

【０００６】図９において９１はＣＣＤカメラの受光素
子、９２はスポット反射光である。このヒストグラムか
ら重心座標のＸ成分は座標毎の輝度値Ｄｉを用いて（数
１）により計算される。

【０００７】

【数１】

【０００８】重心座標のＹ成分も同様にして輝度値Ｄｉ
を用いて（数２）により計算される。

【０００９】

【数２】

【００１０】座標演算器１０１２はこの重心座標値によ
り基線長（スポット光源からＣＣＤカメラまでの距離）
と、切断角（スポット光を含みカメラの水平走査方向に
垂直な面とＣＣＤカメラの光軸のなす角）とＣＣＤカメ
ラの光軸と測定点のなす角とを用いて三角測量法の原理
により測定点の三次元座標値を計算する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記のような三角測量
法を用いて測定点の座標値を求める従来の三次元形状測
定装置では、被測定物の三次元座標値を算出する際に、
ＣＣＤカメラ撮像面におけるスポット反射光の中心位置
を使用する。従って、被測定物の三次元座標値の測定精
度は、スポット反射光の中心位置の測定精度に大きく依
存している。従来例ではスポット反射光の中心位置を精
度良く検出するために重心計算を用いているが、重心計
算だけでは精度の向上に限界があった。また、反射光の
中心位置精度を高めるために、スポット反射光の半径を
比較的小さくすることが望まれるが、上記の従来例の構
成では、ＣＣＤカメラの受光面上には図６で示すような
受光部６１の窓が間隔を空けて配列されているため、ス
ポット光の半径を小さくすることにより図８（ａ）に示
されるように光を感じることができない受光部８２と受
光部８２の間にスポット反射光８１が当たりスポット光
の位置が検出されない場合や、図８（ｂ）に示すように
そのスポット光８１を撮像するＣＣＤカメラ上の画素が
１画素にしかならないため重心計算ができず、画素より
微小な単位でスポット光中心位置を検出できないという
場合があった。すなわち、スポット光の半径を小さくす
ることに限界が存在していたため、スポット光中心位置
の位置精度を向上できないという問題点を有していた。

【００１２】

【課題を解決するための手段】これらの課題を解決する
ために本発明は、被測定物上に十字形のレーザスポット
光を投射するスポット光発生手段と、前記十字形スポッ
ト光を測定箇所に投射する十字形スポット光偏向手段
と、被測定物上の十字形スポット反射光を撮像する撮像
手段と、前記撮像手段からの映像信号をディジタル化し
画像メモリに記憶する画像入力手段と、前記画像メモリ
に記憶された十字形スポット反射光の中心位置を求める
十字形スポット反射光中心位置演算手段と、前記十字形
スポット反射光の中心位置より三角測量の原理に基づき
被測定物の三次元座標値を計算する座標演算手段と、装
置全体を制御する全体制御手段とを具備し、スポット光
発生手段によって少なくとも撮像面の任意の位置におい
て検出可能な大きさの十字形を測定箇所に描くようにス
ポット光を制御して、十字形スポット反射光を形成し、
その中心位置を高精度で検出することにより、高精度で
確実に被測定物の三次元座標を測定することができる三
次元座標計測装置を提供するものである。

【００１３】

【作用】本発明は上記構成により、スポット半径の比較
的小さいレーザスポット光を測定箇所に十字形に投射す
ると十字の一辺に並ぶ数画素はその周辺画素を含めて図
５（ｂ）のようにそれぞれ正規分布をなしているため、
その輝度値をＸ，Ｙ軸に投影しそれぞれ重心座標を求め
ることにより、一度の測定で数回の平均計算を行ったこ
とと同じ効果を実現し、中心位置精度を向上した測定が
可能になる。従って、被測定物の三次元座標値測定精度
が向上する。又、十字形スポット反射光が撮像面の離散
的に位置する受光部の少なくとも数個には受光されるた
め、反射光がまったく受光されないという状況を回避す
ることができ、確実にスポット反射光の位置を得ること
ができる。

【００１４】

【実施例】

（実施例１）以下、本発明の第１の実施例について図面
を参照しながら説明する。

【００１５】図１は本発明の第１の実施例における三次
元座標計測装置の構成図である。図１において、１０１
は被測定物、１０２は被測定物１０１を設置・固定する
被測定物固定台、１０３はスポット光を発生する半導体
レーザとレーザビームを整形し被測定物上で焦点を結ば
せるための光学レンズとから構成されるスポット光源、
１０４はスポット光１０６を測定箇所を中心とした十字
形を描くように高速に偏向させ、更にスポット光を他の
測定箇所に高速に移動させるスポット光偏向部、１０５
はスポット光、１０６は測定領域の位置情報が予め格納
されている測定領域マップテーブルからなるスポット制
御部、１０７は被測定物１０１の複数の測定領域に投射
された十字形スポット反射光を撮像するＣＣＤカメラ、
１０８は前記画像情報をＡ／Ｄ変換するカメラ入力部、
１０９は前記デジタル画像を格納する画像メモリ、１１
０は前記画像メモリに一時記憶された前記画像情報から
十字形スポット反射光の中心位置を求める十字形スポッ
ト反射光中心位置演算部、１１１は前記十字形スポット
反射光の中心位置の基準からのずれ量を算出し三角測量
の原理に基づき被測定物の三次元座標値を算出する座標
演算部、１１２は装置全体を制御しスポット制御部１０
６内の測定領域マップテーブルに格納されている全ての
測定領域の三次元座標値を取得し、蓄積する全体制御部
である。

【００１６】以上のように構成された三次元座標計測装
置の動作を説明する。図１において、まず被測定物１０
１を被測定物固定台１０２上に設置・固定する。被測定
物１０１上の測定領域は予め位置が概ね定められてお
り、かつ複数個分散している。スポット制御部１０６内
に設けられている測定領域マップテーブルには測定領域
の位置情報が予め格納されており、これを順次読みだし
スポット光偏向部１０４に与え、スポット光投射位置の
位置決めを行っている。図２（ａ）は、測定領域と十字
形スポット光の投射位置を示す斜視図である。図２
（ａ）において、２０１は被測定物、２０２は被測定物
２０１における各測定領域、２０３はスポット光偏向
部、２０４はＣＣＤカメラである。スポット光源１０３
より発生されたスポット光はスポット光偏向部１０４に
よりスポット制御部１０６に設けられている測定領域マ
ップテーブルを参照して予め位置が概ね定められて測定
箇所に高速に移動する。さらに、スポット光偏向部１０
４はスポット光を測定箇所を中心とした十字形を描くよ
うに高速に偏向させる。図３はスポット光偏向部の構成
図である。図３において、３０１はスポット照射領域、
３０２はスポット光源、３０３は光スポット偏向部、３
０３ー１はスポット光偏向部３０３を構成する向きの変
更が可能なガルバノミラに依って構成されるＸ方向ガル
バノスキャナ、３０３ー２はＸ方向ガルバノスキャナ３
０３ー１と同様な構成を持つＹ方向ガルバノスキャナ、
３０３ー３はＸ方向ガルバノスキャナ３０３ー１とＹ方
向ガルバノスキャナ３０３ー２を測定領域マップテーブ
ルに格納されている測定領域の位置情報に応じて駆動制
御するもので、入力された電圧に応じた偏向角が得られ
る偏向制御部である。スポット光源３０２から発生した
スポット光は、Ｘ方向ガルバノスキャナ３０３ー１にあ
たって反射し、さらにＹ方向ガルバノスキャナ３０３ー
２に当たり反射することにより所定の位置に照射され
る。この時スポット光照射位置のＸ座標はＸ方向ガルバ
ノスキャナの向きに依存し、Ｙ座標はＹ方向ガルバノス
キャナ３０３ー２の向きに依存する。このようにＸ方向
ガルバノスキャナ３０３ー１とＹ方向ガルバノスキャナ
３０３ー２を組み合わせて二次元の偏向を実現してい
る。以上の構成を持つスポット光偏向部１０４によって
スポット光を高速に十字形を描くように偏向し、更に変
更制御部１０６に格納されている測定領域位置情報を順
次読みだしこれら全ての測定領域にスポット光を偏向し
十字形スポット光を発生することにより、その高速性か
ら見かけ上複数の十字形スポット光を一度に被測定物上
に照射したことになり、それらをＣＣＤカメラ１０７で
撮像する。この場合、スポット光のオン／オフ制御が必
要であり、測定領域の位置にある時のみスポット光をオ
ンし十字形の一辺を描きスポット光をオフにしてもう一
辺の端に移動し、再びスポット光をオンにして一辺を描
く。ＣＣＤカメラ１０７は１シーンを１／３０秒で撮像
することができるため、この測定時間内にこれらオンオ
フ制御と測定箇所を順次高速に照射することを繰り返
す。ＣＣＤカメラ１０７は前記複数の十字形スポット反
射光を撮像する。図２（ｂ）は十字形スポット反射光を
撮像した画像である。

【００１７】次に十字形スポット反射光中心位置演算部
１１０はＣＣＤカメラ１０７で撮像された図２（ｂ）に
示される前記画像から十字形スポット反射光中心位置を
検出する。十字形スポット反射光の中心が測定箇所に当
たるため、この検出には十分な精度が必要とされる。ま
ず、ＣＣＤ受光面上には図６で示すような受光部６１の
窓が間隔を空けて配列されているため、スポット光の半
径を小さいと図８（ａ）に示されるように光を感じるこ
とができない受光部と受光部の間にスポット反射光が当
たりスポット光８１の位置が検出されない場合がある
が、本実施例ではスポット光の半径は位置精度向上のた
め比較的小さいものとし、成形する十字は受光部と受光
部の間の非受光部に十字の中心が位置してもスポット光
が検出される程度の大きさを少なくとも持つことによ
り、スポット反射光がＣＣＤカメラにより撮像されない
という状況は回避することができる。また、撮像面に平
行な平面上の一点を撮像したとき一辺が９画素程度の大
きさを持つ十字形が適当であることが経験的にわかって
いるため、その程度の大きさの十字を成形する。

【００１８】以下、図５を用いて説明する。図５におい
て５１、５２は、位置と輝度を座標軸にもつヒストグラ
ム、５３は受光素子、５４はスポット光による形成され
る十字形の反射光である。十字形スポット反射光５４
は、図５（ａ）に示すようにＣＣＤカメラの撮像面上に
撮像されている。この輝度情報をＸ軸に対し投影すると
ヒストグラム５１を得る。ヒストグラム５１上で最大輝
度値を持つ画素を検出し、その最大輝度の画素と±２画
素の合計５画素の輝度値を用いて重心座標のＸ成分を計
算する。重心座標の計算式は（数１）を用いる。十字の
一辺に並ぶ９画素は、その周辺画素を含めて図５（ｂ）
のようにそれぞれ正規分布をなしているため、Ｘ軸に対
し各輝度値を投射して輝度値の和を取りヒストグラム５
５を得、ヒストグラム５５の重心計算を行うことで、一
度の測定で約９回の平均計算を行ったことと同じ効果を
実現し、高速に中心位置精度を約２５パーセント改善し
た測定が可能になる。次に重心座標のＹ成分を求める
が、輝度情報をＹ軸に対し投影して図５（ａ）のヒスト
グラム５２を得、Ｘ成分の計算と同様に（数２）を用い
て算出することができる。

【００１９】次に座標演算部１１１は前記十字形スポッ
ト反射光中心位置より、基線長（スポット光源からＣＣ
Ｄカメラまでの距離）と、切断角（十字形の中心を投射
するスポット光を含み、カメラの水平走査方向に垂直な
面とＣＣＤカメラの光軸のなす角）とＣＣＤカメラの光
軸と測定点のなす角とを用いて三角測量法の原理により
測定点の三次元座標値を計算する。ＣＣＤカメラの光軸
と測定点のなす角がほぼ９０度であれば、さらに簡便な
方法で三次元座標値を求めることも可能である。すなわ
ち、図２（ｂ）において各組立部品の上部の測定点とそ
の近傍のベース測定点との十字形スポット反射光の中心
位置のＸ軸方向（水平走査方向）のずれ量ｄa、ｄb、…
…、ｄe をそれぞれ求め、その値から座標値を換算する
方法で計算が簡単で高速化が図れる。

【００２０】以上のように本実施例に依れば、レーザス
ポット光を生成するスポット光源と、スポット光を測定
箇所を中心とした十字形を描くように高速に偏向させ、
更にスポット光を他の測定箇所に高速に移動させる２枚
のガルバノスキャナより構成されるスポット光偏向部
と、測定領域の位置情報が予め格納されているスポット
制御部と、被測定物の複数の測定領域に投射された十字
スポット反射光を撮像するＣＣＤカメラと、前記画像情
報をＡ／Ｄ変換するカメラ入力部と、前記ディジタル画
像を格納する画像メモリと、前記画像メモリに一時記憶
された前記画像情報から十字形スポット反射光の中心位
置を求める十字形スポット反射光中心位置演算部と、前
記十字形スポット反射光の中心位置から三角測量の原理
を用いて被測定物の三次元座標値を算出する座標演算部
と、装置全体を制御し前記スポット制御部内の測定領域
マップテーブルに格納されている全ての測定領域の三次
元座標値を取得し、蓄積する全体制御部とを具備し、被
測定物上の複数の測定領域に投射された十字形スポット
反射光を同時に撮像することにより測定の高速化が可能
になる。また、スポット半径の比較的小さいレーザスポ
ット光を測定箇所に十字形に投射し十字形スポット反射
光の輝度値をＸ，Ｙ軸に投影して輝度値の和を取り、そ
のヒストグラムを用いて重心計算を行って中心座標を求
めることにより、十字形スポット反射光の中心位置の演
算に数回の平均計算を行ったこととなり中心位置を高精
度で検出できるため、被測定物の三次元座標値測定精度
が向上する。さらに、十字形スポット反射光が撮像面の
離散的に位置する受光部の少なくとも数個には受光され
るため、反射光がまったく受光されないという状況を回
避することができ、確実にスポット反射光の位置を得る
ことができる。すなわち高精度で被測定物の三次元座標
値を測定することができる三次元座標計測装置を提供す
るものである。ただし本実施例で測定箇所に投射される
十字形スポット光の十字の各線分が撮像面のＸ，Ｙ軸に
平行になるようにしたが、十字の方向を回転させること
は本発明の主旨から逸脱するものではない。

【００２１】（実施例２）以下、本発明の第２の実施例
について図面を参照しながら説明する。第２の実施例
は、第１の実施例において十字形スポット光を発生し、
更にスポット光を複数の測定領域に偏向するスポット光
偏向部１０４の構成を音響光学素子を用いた偏向器（Ａ
ＯＤ）としたもので、その他の構成は図１に示した第１
の実施例と同様である。

【００２２】音響光学偏向素子を用いた偏向器は、高速
でランダムな走査が可能であり、本発明に用いた場合、
１フレーム間に投射できるスポット光の数はガルバノス
キャナを使用した第１の実施例では数十点であることに
対し、ＡＯＤを使用した第２の実施例では最低でも１０
０点以上可能である。従って、第１の実施例に加えてよ
り高速な測定を可能にするものである。以下、一次元の
音響光学偏向素子（ＡＯＤ）を２つ組み合わせた二次元
の偏向器によって構成されるスポット光偏向部１０４を
図４を用いて説明する。図４はＡＯＤによって構成され
るスポット光偏向部の構成図である。図４において、４
０１はスポット照射領域、４０２はスポット光源、４０
３はスポット光偏向部、４０３ー１はスポット光偏向部
４０３の構成要素である一次元ＡＯＤを用いたＸ方向偏
向器、４０３ー２はＸ方向偏向器４０３ー１と垂直方向
にスポット光を偏向する一次元ＡＯＤによって構成され
るＹ方向偏向器、４０３ー３はＸ方向偏向器４０３ー１
とＹ方向偏向器４０３ー２を測定領域マップテーブルに
格納されている測定領域の位置情報に応じて駆動制御す
る偏向制御器で、周波数変調器で構成されている。スポ
ット光源３０２からでたレーザ光をＸ方向偏向器３０３
ー１とＹ方向偏向器３０３ー２で偏向し、半径の小さい
ほぼ円形のレーザスポット光を十字の軌跡を描くように
高速に被測定物上を移動させる。この時、十字形の中心
にあたる交点は被測定物の測定点にあたるようにする。
さらに、Ｘ方向偏向器３０３ー１とＹ方向偏向器３０３
ー２によって、スポット光はスポット照射領域３０１内
の各測定領域に移動しそれぞれ十字形の軌跡を描くよう
に偏向される。このようにスポット照射領域３０１内の
各測定領域にランダムにスポット光を投射することがで
きる。以上の構成を持つスポット光偏向部１０４によっ
てスポット光を高速に十字形を描くように偏向し、更に
スポット制御部１０６に格納されている測定領域位置情
報を順次読みだしこれら全ての測定領域にスポット光を
偏向し十字形スポット光を発生することにより、その高
速性から見かけ上複数の十字形スポット光を一度に被測
定物上に照射したことになり、それらをＣＣＤカメラ１
０７で撮像する。この場合、スポット光のオン、オフ制
御が必要であり、測定領域の位置にある時のみスポット
光をオンし十字形の一辺を描きスポット光をオフにして
もう一辺の端に移動し、再びスポット光をオンにして一
辺を描く。ＣＣＤカメラ１０７は１シーンを１／３０秒
で撮像することができるため、この測定時間内にこれら
オンオフ制御と測定箇所を順次高速に照射することを繰
り返す。ＣＣＤカメラ１０７は前記複数の十字形スポッ
ト反射光を撮像する。十字形スポット反射光を撮像した
画像は第１の実施例と同様に図２（ｂ）のようになり、
以下第１の実施例と同様な方法で図１の構成により測定
領域の三次元座標値を測定することができる。

【００２３】以上説明したように、本実施例はレーザス
ポット光を生成するスポット光源と、スポット光を測定
箇所を中心とした十字形を描くように高速に偏向させ、
更にスポット光を他の測定箇所に高速に移動させる機能
を持ち、ＡＯＤによって構成されるスポット光偏向部
と、測定領域の位置情報が予め格納されているスポット
制御部と、被測定物の複数の測定領域に投射された十字
スポット反射光を撮像するＣＣＤカメラと、前記画像情
報をＡ／Ｄ変換するカメラ入力部と、前記ディジタル画
像を格納する画像メモリと、前記画像メモリに一時記憶
された前記画像情報から十字形スポット反射光の中心位
置を求める十字形スポット反射光中心位置演算部と、前
記十字形スポット反射光の中心位置から三角測量の原理
を用いて被測定物の三次元座標値を算出する座標演算部
と、装置全体を制御し前記スポット制御部内の測定領域
マップテーブルに格納されている全ての測定領域の三次
元座標値を取得し、蓄積する全体制御部とを具備するこ
とにより、第１の実施例の効果に加えてより高速な測定
が可能になる。ただし本実施例で測定箇所に投射される
十字形スポット光の十字の各線分が撮像面のＸ，Ｙ軸に
平行になるようにしたが、十字の方向を回転させること
は本発明の主旨から逸脱するものではない。

【００２４】

【発明の効果】以上のように本発明は、被測定物上に十
字形のレーザスポット光を投射するスポット光発生手段
と、被測定物における複数の測定領域を記憶する測定領
域記憶手段と、前記十字形スポット光を前記測定領域記
憶手段からの位置情報に従い被測定物の複数の測定箇所
へ時分割的に投射する十字形スポット光偏向手段と、被
測定物上の複数の十字形スポット反射光を撮像する撮像
手段と、前記撮像手段からの映像信号をディジタル化し
画像メモリに記憶する画像入力手段と、前記画像メモリ
に記憶された画像より十字形スポット反射光の中心位置
を求める十字形スポット反射光中心位置演算手段と、前
記十字形スポット反射光の中心位置より三角測量の原理
に基づき被測定物の三次元座標値を計算する座標演算手
段と、装置全体を制御する全体制御手段とで構成するこ
とにより、十字形スポット光を被測定物の複数の測定箇
所に同時に投射することができるため、一度の撮像で被
測定物上からの複数の十字形スポット反射光を同時に取
り込むことができ、測定の高速化が可能になる。また、
スポット半径の比較的小さいレーザスポット光を測定箇
所に十字形に高速に投射し十字スポット光を発生させ、
十字形スポット反射光の輝度値をＸ，Ｙ軸に投影してそ
の和を得てヒストグラムを作り、そのヒストグラムから
重心計算により中心位置座標を求めることにより、十字
形スポット光の中心位置の演算に数回の平均計算を行っ
たことになり中心位置を高精度で検出できるため、被測
定物の三次元座標値測定精度が向上する。さらに、十字
形スポット反射光が撮像面の離散的に位置する受光部の
少なくとも数個には受光されるため、反射光がまったく
受光されないという状況を回避することができ、確実に
スポット反射光の位置を得ることができる。また、本発
明は不要な部分のデータが少ないため、効率のよい処理
が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における三次元座標計測
装置のブロック結線図

【図２】（ａ）同実施例における三次元座標計測装置の
測定領域と十字形スポット光の投射位置を示す斜視図 （ｂ）本発明の第１、第２の実施例における十字形スポ
ット反射光を撮像した画像を示した図

【図３】本発明の第１の実施例における三次元座標計測
装置のスポット偏向手段の斜視図

【図４】本発明の第２の実施例における三次元座標計測
装置のスポット偏向手段の斜視図

【図５】同実施例における三次元座標計測装置の十字形
スポット反射光の輝度分布状態を示した図

【図６】同実施例における三次元座標計測装置のＣＣＤ
受光面の外観図

【図７】同実施例における三次元座標計測装置の画素に
おける輝度分布の垂直走査方向断面図

【図８】従来の三次元座標計測装置の計測の概念図

【図９】従来の三次元座標計測装置のスポット反射光を
撮像した画像を示した図

【図１０】従来の三次元座標計測装置のブロック結線図

【符号の説明】

１０１ 被測定物 １０２ 被測定物固定台 １０３ スポット光源 １０４ スポット光偏向部 １０５ スポット光 １０６ スポット制御部 １０７ ＣＣＤカメラ １０８ カメラ入力部 １０９ 画像メモリ １１０ 十字形スポット反射光中心位置演算部 １１１ 座標演算部 １１２ 全体制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池谷 和俊 神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番１ 号 松下技研株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定物上に十字形のレーザスポット光
   を投射するスポット光発生手段と、前記十字形スポット
   光を測定箇所に投射する十字形スポット光偏向手段と、
   被測定物上からの十字形スポット反射光を撮像する撮像
   手段と、前記撮像手段からの映像信号をディジタル化し
   画像メモリに記憶する画像入力手段と、前記画像メモリ
   に記憶された画像より十字形スポット反射光の中心位置
   を求める十字形スポット反射光中心位置演算手段と、前
   記十字形スポット反射光の中心位置より三角測量の原理
   に基づき被測定物の三次元座標値を計算する座標演算手
   段と、装置全体を制御する全体制御手段とを具備するこ
   とを特徴とする三次元座標計測装置。
2. 【請求項２】 被測定物における複数の測定領域を記憶
   する測定領域記憶手段と、十字形スポット光偏向手段と
   して十字形スポット光を前記測定領域記憶手段からの位
   置情報に従い被測定物の複数の測定箇所へ時分割的に投
   射する十字形スポット光偏向手段と、撮像手段として被
   測定物上からの複数の十字形スポット反射光を同時に撮
   像する撮像手段と、前記十字形スポット反射光中心位置
   演算手段として画像メモリに記憶された複数の十字形ス
   ポット反射光の中心位置を求める十字形スポット反射光
   中心位置演算手段を用いることを特徴とする請求項１記
   載の三次元座標計測装置。
3. 【請求項３】 スポット光発生手段および十字形スポッ
   ト光偏向手段として、レーザスポット光を生成するスポ
   ット光源とスポット光の二次元の偏向を行う音響光学偏
   向素子を用いることを特徴とする請求項１および請求項
   ２記載の三次元座標計測装置。