JPH0560530A - 三次元位置測定装置 - Google Patents

三次元位置測定装置

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JPH0560530A
JPH0560530A JP22617391A JP22617391A JPH0560530A JP H0560530 A JPH0560530 A JP H0560530A JP 22617391 A JP22617391 A JP 22617391A JP 22617391 A JP22617391 A JP 22617391A JP H0560530 A JPH0560530 A JP H0560530A
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JP
Japan
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light
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reflected light
light receiving
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JP22617391A
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English (en)
Inventor
Kazuo Watabe
和雄 渡部
Susumu Inoue
享 井上
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高精度な三次元位置測定をすると共にその測
定時間の短縮化を図る三次元位置測定装置を提供する。 【構成】 He−Neレーザ光Lを出射するレーザ光線
101と、このHe−Neレーザ光Lを被検体102へ
反射する回転自在な反射鏡103とからなる光照射部A
と、被検体102でのレーザ光Lの反射光RLを受光素
子104へ導く回転自在な反射鏡105と反射鏡105
で反射した反射光を二分割するビームスプリッタ106
と、ビームスプリッタ106で分割された一方の反射光
RL1を検出する低倍率の撮像レンズ107及び受光素
子としてのCCDイメージセンサ104Aと、ビームス
プリッタ106で分割された他方の反射光RL2 を検出
する高倍率の撮像レンズ108及び受光素子としてのC
CDイメージセンサ104Bとからなる光検出部Bとが
設けられてなり、倍率の異なる受光部を併用することに
より、高精度測定と測定時間の短縮化を図る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、被検体の三次元形状を
高精度に測定しうる三次元位置測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、建造物,備蓄タンク等の歪を高
精度で測定する技術は、これらの保守の観点から重要で
ある。ここで歪は対称物の三次元形状の経時的な変化と
して把握されるが、保守点検においては、測定精度とし
て数mm程度の分解能が必要なため、高精度な三次元形状
測定技術が必要とされる。この三次元の形状測定技術の
一例を次に説明する。
【0003】図4に示す三次元位置測定装置は、本願出
願人が先に出願したものである(特開平2−30060
9号公報参照)。
【0004】同図に示すように、光照射部Aにおいて
は、He−Neレーザ光源1からの出射光が、可変アッ
テネータ2を介し、さらにレンズ3,4で構成されるビ
ームエクスパンダ5を介してミラー6で反射され、この
出射光が被検体7の表面aに結像する。ここで、可変ア
ッテネータ2は被検体7の表面の傾き、反射率の影響に
より観測系の受光レベルが変動するのを防止するための
ものである。また、エクスパンダ5はHe−Neレーザ
光の拡り角を小さくするためのものであり、レンズ4が
搭載されているレンズ搭載ステージ8を動かすことによ
り表面aにおけるビーム径が最小となるように調整され
ている。一方、ミラー6は回転ステージ9に搭載され、
モータ10により駆動されるようになっており、その回
動位置は反射光の光軸からの傾きである回転角θとして
ロータリーエンコーダ11により読取られる。
【0005】一方、被検体7からの反射光を検出する光
検出部Bでは、撮像光学系12が撮像レンズ13及び検
出器14で構成され、レンズ13を搭載するレンズ搭載
ステージ15を動かすことにより検出器13におけるス
ポット系が最小となるように調整されるようになってお
り、さらに撮像レンズ13,検出器14及びレンズ搭載
ステージ15は回転ステージ16に搭載されてモータ1
7により駆動され、その回転角ψはロータリーエンコー
ダ18により読取られるようになっている。
【0006】また、上述した光照射部A及び光検出部B
は架台19上に保持され、モータ20により駆動される
ようになっており、その回転中心はHe−Neレーザ光
の光軸に一致し、回転角ωはロータリーエンコーダ21
により読取られる。なお、上記ミラー6及び受光器14
の回転軸は平行であり、それぞれHe−Neレーザ光の
光軸と点b,cにおいて直角に交差している。
【0007】ここで、光照射部Aにおける可変アッテネ
ータ2、レンズ搭載ステージ8及びモータ10、光検出
部Bにおけるレンズ搭載ステージ15及びモータ17並
びにモータ20は、ドライバ22及びコントローラ23
により制御されており、また、ロータリーエンコーダ1
1,18,21のデータは読取カウンター24で読取ら
れる。そして、これらの一連の制御並びにデータによる
被検体7の表面aの位置の演算はCPU25により行わ
れている。
【0008】この装置においては、ビームエクスパンダ
5及び回転ステージ9を制御することにより被検体7の
測定すべき表面aにビーム径が最小となるように調整さ
れた像を形成し、この像が撮像光学系12の光軸中心に
なるように回転ステージ16を制御すると共に、レンズ
搭載ステージ15を動かすことにより検出器14におけ
るスポット径が最小となるように調整する。この際の回
転角θ,ψ及び点b,c間の距離xm を用い、三角測量
の原理により被検体7の表面aの位置を算出することが
できる。さらに、回転角θ,ωを変化させて同様に順次
測定することにより、被検体7の反射点位置の三次元マ
ッピングを行うことができる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前述した図
4に示す三次元位置測定装置においては、光検出部の検
出を検出を高倍率で行うと、高精度な三次元位置情報に
得られる反面、測定範囲が狭く、複雑な構造を持つ測定
対象では反射光を検出できない場合がある。 また一
方、光検出部の検出を低倍率で行うと測定範囲が広く、
複雑な構造を持つ測定対象でも反射光を検出できる確率
が高いので測定時間は短くなるものの、低精度の情報し
か得られないという問題がある。
【0010】本発明は上記事情に鑑み、高精度で三次元
位置の測定を可能とする三次元位置測定装置を提供する
ことを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明に係る三次元位置測定装置の構成は、平行光乃至収束
光をプローブ光として被検体に照射すると共にその照射
方向が2本の回転軸回りの回動により可変である光照射
部と、撮像レンズ及び受光素子からなりその光軸方向が
2本の回転軸回りの回動により可変であり且つ上記被検
体からの反射光をその反射点の像が当該光軸に一致する
よう回動調整して検出する光検出部と、上記プローブ光
の出射方向及び上記光検出部での受光方向並びに当該光
検出部と上記光照射部との相対的位置関係より三角測量
の原理で上記反射点の位置を検出する処理部とを備えて
なる三次元位置測定装置であって、反射光の検出を倍率
の異なる複数の検出部にて行うことを特徴とする。
【0012】
【作用】前記構成おいて、被検体からの反射散乱を例え
ば高倍率の検出部と低倍率の検出部とに導き、両者の検
出部によって高精度な三次元位置測定をすると共にその
測定時間の短縮化を図る。
【0013】
【実施例】以下、本発明の好適な一実施例を図面を参照
して説明する。図1は本実施例に係る三次元位置測定装
置の概略図である。
【0014】同図に示すように、枠体100の内部に
は、プローブ光としてのHe−Neレーザ光Lを出射す
るレーザ光源101と、このHe−Neレーザ光Lを被
検体102へ反射する回転自在な反射鏡103とからな
る光照射部Aと、被検体102でのレーザ光Lの反射光
RLを受光素子104へ導く回転自在な反射鏡105と
反射鏡105で反射した反射光を二分割するビームスプ
リッタ106と、ビームスプリッタ106で分割された
一方の反射光RL1 を検出する低倍率の撮像レンズ10
7及び受光素子としてのCCDイメージセンサ104A
と、ビームスプリッタ106で分割された他方の反射光
RL2 を検出する高倍率の撮像レンズ108及び受光素
子としてのCCDイメージセンサ104Bとからなる光
検出部Bとが設けられている。更に、光照射部Aの回転
軸であるθ軸と光検出部Bの回転軸であるψ軸とが、光
照射部Aの回転中心と光検出部の回転中心とを結ぶ直線
であるω軸と直交するように設けられている。従って、
図中、ω軸とθ軸及びψ軸はω⊥θ、ω⊥ψの関係とな
り、且つθ//ψの関係を有することとなる。尚、109
はレーザ光を調整するレンズである。
【0015】上記構成において、レーザ光源101から
出射されるHe−Neレーザ光Lは反射鏡103によっ
て反射されて被検体102に出射される。次いで被検体
102での反射光RLを反射鏡105の回動により受光
素子であるCCDイメージセンサ104A,104Bへ
導くようにしている。
【0016】この際の回転軸θ軸,ψ軸の回転角θ,ψ
及び反射鏡103,105間の距離xm を用い、三角測
量の原理により表面aの位置を算出することができる。
さらに、回転角θ,ωを変化させて同様にして順次測定
することにより被検体102の反射点位置の三次元マッ
ピングを行うことができる。
【0017】上記光検出機構を詳述すると、低倍率検出
部の場合(×1/1000)には図2(A)に示すよう
に2048画素(14μm/ピッチ)では28.7mの
範囲を測定することができ、また高倍率検出部の場合
(×1/100)には図2(B)に示すように2048
画素(14μm/ピッチ)では2.87mの範囲を測定
することができ、これらを併用することで高密度測定且
つ測定時間の短縮を図ることができる。
【0018】尚、上述した実施例においては低倍率と高
倍率の撮像レンズ107,108を用いた場合を示した
が、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば図
1(B)に示すように、1000素子のセンサを用い
て、一方は14μm/ピッチの高倍率のCCDイメージ
センサ104Cとし他方を50μm/ピッチの低倍率の
CCDイメージセンサ104Dとして、センサの画素の
長さを変化させるようにしてもよい。また検出倍率は低
倍率と高倍率の二種類に限定されず、例えば低,中,高
倍率と複数の倍率による検出としてもよい。さらにビー
ムスプリッタ106の代わりに反射光の光路を切り換え
て各々の倍率の受光素子へ導くようにしてもよい。
【0019】図3には、測定アルゴリズムを示し、図3
(A)は本実施例に係る低倍率と高倍率との組合せによ
るものを示す。図3(B)は従来例に係る高倍率のみの
アルゴリズムを示す。図3(A)に示すように低倍率と
高倍率との受光部を併用することにより、図3(B)に
示すように手間がかからず高精度測定を短時間で処理で
きることとなる。
【0020】上述したように本装置によれば、被検体か
らの反射光を二つ以上の倍率の異なる検出部へ送っての
処理となるので、高倍率検出によって高精度の測定がで
きると共に低倍率検出によって測定時間の短縮化を図る
ことができる。
【0021】
【発明の効果】以上実施例と共に述べたように、本発明
に係る三次元位置測定装置はプローブ光を被検体に照射
する際θ軸に設けた反射鏡を用いると共に被検体からの
反射光をψ軸に設けた反射鏡で受光素子へ導き、且つ倍
率の異なる検出をすることにより高精度測定と測定時間
の大幅な短縮化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例に係る三次元位置測定装置の概略図で
ある。
【図2】低倍率と高倍率検出の測定範囲を示す概説図で
ある。
【図3】測定アルゴリズムを示す図である。
【図4】従来技術に係る三次元位置測定装置の概略図で
ある。
【符号の説明】
100 枠体 101 レーザ光源 102 被検体 103,105 反射鏡 104 受光素子 104A,104B CCDイメージセンサ 106 ビームスプリッタ 107 低倍率の撮像レンズ 108 高倍率の撮像レンズ 109 レンズ L レーザ光 RL,RL1 ,RL2 反射光

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 平行光乃至収束光をプローブ光として被
    検体に照射すると共にその照射方向が2本の回転軸回り
    の回動により可変である光照射部と、撮像レンズ及び受
    光素子からなりその光軸方向が2本の回転軸回りの回動
    により可変であり且つ上記被検体からの反射光をその反
    射点の像が当該光軸に一致するよう回動調整して検出す
    る光検出部と、上記プローブ光の出射方向及び上記光検
    出部での受光方向並びに当該光検出部と上記光照射部と
    の相対的位置関係より三角測量の原理で上記反射点の位
    置を検出する処理部とを備えてなる三次元位置測定装置
    であって、反射光の検出を倍率の異なる複数の検出部に
    て行うことを特徴とする三次元位置測定装置。
JP22617391A 1991-09-05 1991-09-05 三次元位置測定装置 Withdrawn JPH0560530A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP22617391A JPH0560530A (ja) 1991-09-05 1991-09-05 三次元位置測定装置

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JP22617391A JPH0560530A (ja) 1991-09-05 1991-09-05 三次元位置測定装置

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Publication Number Publication Date
JPH0560530A true JPH0560530A (ja) 1993-03-09

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ID=16841028

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JP22617391A Withdrawn JPH0560530A (ja) 1991-09-05 1991-09-05 三次元位置測定装置

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JP (1) JPH0560530A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111578860A (zh) * 2020-04-22 2020-08-25 清华大学 基于反射镜及单目视觉的三维形貌测量方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111578860A (zh) * 2020-04-22 2020-08-25 清华大学 基于反射镜及单目视觉的三维形貌测量方法

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Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 19981203