JPH0626827A - Three-dimensional measuring instrument - Google Patents

Three-dimensional measuring instrument

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JPH0626827A
JPH0626827A JP20609392A JP20609392A JPH0626827A JP H0626827 A JPH0626827 A JP H0626827A JP 20609392 A JP20609392 A JP 20609392A JP 20609392 A JP20609392 A JP 20609392A JP H0626827 A JPH0626827 A JP H0626827A
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JP
Japan
Prior art keywords
line sensor
axis
sensor
light
image processing
Prior art date
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Pending
Application number
JP20609392A
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Japanese (ja)
Inventor
Hideyuki Nagashima
英行 長嶋
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Nok Corp
Original Assignee
Nok Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Nok Corp filed Critical Nok Corp
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Publication of JPH0626827A publication Critical patent/JPH0626827A/en
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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain a noncontact type measuring instrument having high sensitivity and high resolution. CONSTITUTION:An optical system is constituted of a light source 1, a Y-axis displacing means 6, a substance P and a line sensor 3. The light emitted from the light source 1 is applied to the substance P through the Y-axis displacing means 6. The reflected light is received with the line sensor 3. The Y-axis displacing means 6 displaces the light from the light source into the direction of the Y axis of the substance. The substance is displaced in the X-axis direction with an X-axis displacing means 4. The X-Y coordinates of the substance are obtained in this way. The Z-axis coordinate is obtained with the position of the pixel of the line sensor. The line sensor 3 is constituted of the line sensor, Wherein the aspect ratio of unit pixel is large. The line sensor 3 is divided into a plurality of parts in the Y-axis direction. The image is processed with an image processing means 8 for every divided pixel.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、非接触状態で被検査物
の形状などを計測する際に用いて好ましい三次元計測装
置に関し、計測すべき物体の品質管理やFA(ファクト
リーオートメイション)の分野に利用することができ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a three-dimensional measuring apparatus which is preferable for measuring the shape of an object to be inspected in a non-contact state, and is useful for quality control of an object to be measured and FA (Factory Automation). It can be used in the field.

【0002】[0002]

【従来の技術】レーザ光を被検査物に照射し、この反射
光をCCDカメラなどに取り込むことにより、製品など
の物体の形状や欠陥を検査し、これによって製品の品質
管理を行うことが試みられている。従来では、CCDカ
メラにエリアセンサを採用したり、あるいはラインセン
サを用いて走査する方法が知られている。
2. Description of the Related Art By irradiating an object to be inspected with laser light and capturing the reflected light in a CCD camera or the like, it is attempted to inspect the shape and defects of an object such as a product and thereby control the quality of the product. Has been. Conventionally, a method of using an area sensor for a CCD camera or scanning using a line sensor is known.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般的なラ
インセンサの分解能は1/2000程度であるのに対
し、エリアセンサの分解能は1/500程度である。こ
のように、エリアセンサはラインセンサに比べて分解能
が低いため、エリアセンサを採用した計測装置では、被
検査物の細部の検査まで行うことができないという問題
があった。例えば、油封装置であるオイルシールのリッ
プの傷検査などは、極めて小さな傷をも検出する必要が
あるため、かかる低分解能の計測装置を用いることがで
きなかった。
By the way, the resolution of a general line sensor is about 1/2000, whereas the resolution of an area sensor is about 1/500. As described above, since the area sensor has a lower resolution than the line sensor, there is a problem that the measuring device employing the area sensor cannot perform even the detailed inspection of the inspection object. For example, in the inspection of a lip of an oil seal, which is an oil sealing device, it is necessary to detect even a very small scratch, so that such a low-resolution measuring device cannot be used.

【0004】一方、上述したようにラインセンサは高分
解能であるものの、感度が極めて低いため、走査速度を
低速に設定しないと充分な感度を得ることができないと
いう問題があった。すなわち、感度は受光面積に比例す
るため、エリアセンサのように受光面積が比較的大きい
センサは高感度であるが、ラインセンサは受光面積が小
さいため必然的に低感度となる。したがって、感度を増
加させようとすると光の蓄積時間を増加させる必要があ
り、その結果、計測に長時間を要するという問題があっ
た。仮に、計測時間を短縮しようとすると、ラインセン
サの低感度という欠点を補うために、高光量のレーザー
装置を配備する必要があった。
On the other hand, although the line sensor has a high resolution as described above, it has a very low sensitivity, so that there is a problem that sufficient sensitivity cannot be obtained unless the scanning speed is set to a low speed. That is, since the sensitivity is proportional to the light-receiving area, a sensor having a relatively large light-receiving area such as an area sensor has high sensitivity, but the line sensor has a small light-receiving area and thus necessarily has low sensitivity. Therefore, in order to increase the sensitivity, it is necessary to increase the light accumulation time, and as a result, there is a problem that it takes a long time for measurement. If it was attempted to shorten the measurement time, it was necessary to provide a laser device with a high light intensity in order to compensate for the low sensitivity of the line sensor.

【0005】また、上述したエリアセンサやラインセン
サによる非接触式計測方法以外にも、接触針を用いた接
触式計測方法も知られているが、接触式計測方法では、
単位面積当りの荷重が大きいため、被検査物に引っかき
傷などの損傷を与えるおそれがあった。特にオイルシー
ルなどにおいては、リップに傷付きが発生するとシール
性に極めて重大な影響を及ぼす結果となるので、かかる
被検査物に対しては接触式計測装置を用いることはでき
なかった。
In addition to the non-contact type measuring method using the area sensor and the line sensor described above, a contact type measuring method using a contact needle is also known.
Since the load per unit area is large, there is a risk that the inspection object may be damaged, such as scratched. Particularly in oil seals and the like, if the lip is scratched, it will have a very serious effect on the sealability, and therefore the contact type measuring device cannot be used for such an object to be inspected.

【0006】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、高感度で高分解能である非
接触式計測装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a non-contact type measuring apparatus having high sensitivity and high resolution.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の三次元計測装置は、光源からスリット光を
物体に照射して、この反射光をラインセンサで受光し、
前記物体の三次元形状を求める三次元計測装置であっ
て、前記物体をX軸方向に変位させるX軸変位手段と、
前記X軸変位手段のX軸方向の変位量を検出するX軸変
位センサと、前記スリット光を前記物体のY軸方向に変
位させるY軸変位手段と、前記Y軸変位手段のY軸方向
の変位量を検出するY軸変位センサと、前記ラインセン
サからの信号に基づいて画像処理を実行する画像処理手
段と、前記X軸変位センサ、前記Y軸変位センサ、およ
び前記画像処理手段からの信号に基づいて三次元座標の
再生を実行する座標再生演算手段とを有する三次元計測
装置において、前記ラインセンサを単位画素のアスペク
ト比が大きいラインセンサにより構成すると共に、該ラ
インセンサをY軸方向に複数に分割し、該分割された分
割画素毎に前記画像処理手段で画像処理を実行すること
を特徴としている。
In order to achieve the above object, a three-dimensional measuring apparatus of the present invention irradiates an object with slit light from a light source and receives the reflected light with a line sensor,
A three-dimensional measuring apparatus for determining a three-dimensional shape of the object, comprising: X-axis displacement means for displacing the object in the X-axis direction.
An X-axis displacement sensor that detects the amount of displacement of the X-axis displacement unit in the X-axis direction, a Y-axis displacement unit that displaces the slit light in the Y-axis direction of the object, and a Y-axis displacement unit in the Y-axis direction. A signal from the Y-axis displacement sensor that detects the amount of displacement, image processing means that performs image processing based on the signal from the line sensor, the X-axis displacement sensor, the Y-axis displacement sensor, and the image processing means. In a three-dimensional measuring device having coordinate reproduction calculation means for reproducing three-dimensional coordinates based on the above, the line sensor is formed of a line sensor having a large aspect ratio of a unit pixel, and the line sensor is arranged in the Y-axis direction. It is characterized in that it is divided into a plurality of parts, and the image processing is executed by the image processing means for each of the divided pixels.

【0008】[0008]

【作用】光源、Y軸変位手段、物体、ラインセンサを光
学系として構成し、光源から照射した光をY軸変位手段
を介して物体に照射し、この反射光をラインセンサに取
り込む。Y軸変位手段では、光源からの光を物体のY軸
方向に変位させ、一方、物体を載置したX軸変位手段に
よって物体をX軸方向に変位させる。これにより、物体
のX,Y座標を求めることができ、Z軸座標については
ラインセンサの画素位置により求めることができる。
The light source, the Y-axis displacement means, the object and the line sensor are constructed as an optical system, and the light emitted from the light source is applied to the object through the Y-axis displacement means, and the reflected light is taken into the line sensor. The Y-axis displacement means displaces the light from the light source in the Y-axis direction of the object, while the X-axis displacement means on which the object is placed displaces the object in the X-axis direction. Thus, the X and Y coordinates of the object can be obtained, and the Z axis coordinates can be obtained from the pixel position of the line sensor.

【0009】ここで、X軸変位手段の送りピッチを小さ
くすればX軸方向の分解能は向上し、また、Z軸方向の
分解能についてはラインセンサを用いているのでエリア
センサに比べて高分解能となる。ラインセンサを用いる
ことにより、Z軸方向の分解能は向上し、しかも高感度
であるため走査時間の短縮を図ることができるものの、
Y軸方向の分解能は低下する。しかしながら、本発明で
は、ラインセンサをY軸方向に複数に分割し、該分割さ
れた分割画素毎に画像処理手段で画像処理を実行するよ
うに構成しているので、見かけ上の分解能を向上させる
ことができる。
Here, if the feed pitch of the X-axis displacement means is reduced, the resolution in the X-axis direction is improved, and since the line sensor is used for the resolution in the Z-axis direction, the resolution is higher than that of the area sensor. Become. By using the line sensor, the resolution in the Z-axis direction is improved, and since the sensitivity is high, the scanning time can be shortened.
The resolution in the Y-axis direction decreases. However, in the present invention, the line sensor is divided into a plurality of parts in the Y-axis direction, and the image processing is executed by the image processing means for each of the divided pixels, so that the apparent resolution is improved. be able to.

【0010】[0010]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図1は本発明の一実施例に係る三次元計測装置
を示す構成図、図2(A)は画像処理手段に取り込まれ
るY−Z平面における画像を示す概念図、図2(B)は
本実施例に係る高感度ラインセンサを示す正面図、図3
は同実施例における分割画素毎の出力値の求め方を説明
する説明図、図4は同じく分割画素毎の画像処理を実行
する具体的回路を示す回路図、図5は同実施例に係る座
標再生演算手段における座標再生の原理を説明する説明
図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a three-dimensional measuring apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 (A) is a conceptual diagram showing an image on a YZ plane taken in by an image processing means, and FIG. 2 (B) is a book. FIG. 3 is a front view showing the high-sensitivity line sensor according to the embodiment.
Is an explanatory view for explaining a method of obtaining an output value for each divided pixel in the embodiment, FIG. 4 is a circuit diagram showing a concrete circuit for similarly executing image processing for each divided pixel, and FIG. 5 is a coordinate according to the embodiment. It is explanatory drawing explaining the principle of the coordinate reproduction in a reproduction calculation means.

【0011】まず、図1に示すように、本実施例の三次
元計測装置は、レーザー光を照射するレーザー発生器1
a(光源1)、該レーザー光をスリット光にするシリン
ドリカルレンズ1b(光源1)、スリット光となったレ
ーザー光を反射しながらY軸方向に変位させるスキャン
用ミラー(Y軸変位手段)6、レーザー光が照射されて
形状検査などの計測が行われる物体P、該物体Pで反射
した光が照射される高感度ラインセンサ3を有し、これ
らが一連の光学系を構成している。
First, as shown in FIG. 1, the three-dimensional measuring apparatus of the present embodiment comprises a laser generator 1 for irradiating laser light.
a (light source 1), a cylindrical lens 1b (light source 1) that turns the laser light into slit light, a scanning mirror (Y-axis displacement means) 6 that displaces the laser light that has become slit light in the Y-axis direction while reflecting the laser light, It has an object P that is irradiated with laser light and is subjected to measurement such as shape inspection, and a high-sensitivity line sensor 3 that is irradiated with light reflected by the object P, and these constitute a series of optical systems.

【0012】そして、レーザー発生器1aから照射され
たレーザー光は、シリンドリカルレンズ1bによってス
リット光になり、三角測量の原理によって物体Pの断面
形状が求められる。シリンドリカルレンズ1bによって
スリット光となったレーザー光は、スキャン用ミラー6
で反射し、物体Pに照射された後に、この反射光が高感
度ラインセンサ3に至り、ここで画像処理が実行され
る。
Then, the laser light emitted from the laser generator 1a becomes slit light by the cylindrical lens 1b, and the sectional shape of the object P is obtained by the principle of triangulation. The laser light that has become the slit light by the cylindrical lens 1b is scanned by the mirror 6 for scanning.
After being reflected by and reflected by the object P, the reflected light reaches the high-sensitivity line sensor 3, where image processing is executed.

【0013】スキャン用ミラー6は、回動自在に設けら
れており、この回動によってスリット光は物体Pに対し
てY軸方向に走査されることになる。このスキャン用ミ
ラー6の回動量はロータリーエンコーダなどにより構成
されるY軸変位センサ7によって検出され、物体Pにお
けるY軸方向の変位量として後述する座標再生演算手段
9に出力される。なお、本発明におけるY軸変位手段6
は、スキャン用ミラーにのみ限定されることはなく、他
の変位手段を用いても良い。要するに、光源1からのス
リット光を物体Pに照射する際に、該スリット光を物体
Pに対してY軸方向に走査できる手段であれば良い。ま
た、Y軸変位センサ7もロータリーエンコーダにのみ限
定されることはなく、他の手段を用いることも可能であ
る。
The scanning mirror 6 is rotatably provided, and the slit light scans the object P in the Y-axis direction by this rotation. The rotation amount of the scanning mirror 6 is detected by a Y-axis displacement sensor 7 configured by a rotary encoder or the like, and is output to a coordinate reproduction calculating unit 9 described later as a displacement amount of the object P in the Y-axis direction. The Y-axis displacement means 6 in the present invention
Is not limited to the scanning mirror, and other displacement means may be used. In short, any means can be used as long as it can scan the slit light from the light source 1 onto the object P in the Y-axis direction. Further, the Y-axis displacement sensor 7 is not limited to the rotary encoder, and other means can be used.

【0014】一方、物体PはX軸変位手段4であるX軸
テーブル上に固定されており、このX軸テーブル4は所
定の送りピッチでX軸方向にのみ移動する。また、この
X軸テーブル4のX軸方向の変位量はリニアエンコーダ
などにより構成されたX軸変位センサ5によって検出さ
れ、この情報も後述する座標再生演算手段9に出力され
るようになっている。このX軸テーブル4は、送りピッ
チを小さくすればするほど本実施例の三次元計測装置で
得られる計測結果の分解能が向上することから、計測す
べき物体Pの計測精度に応じて送りピッチを設定してお
くことが好ましい。なお、本発明のX軸変位手段4は、
上述したX軸テーブルにのみ限定されることなく他の手
段を用いることができ、また、X軸変位センサ5にあっ
てもリニアエンコーダにのみ何ら限定されることはな
い。
On the other hand, the object P is fixed on the X-axis table which is the X-axis displacement means 4, and the X-axis table 4 moves only in the X-axis direction at a predetermined feed pitch. Further, the amount of displacement of the X-axis table 4 in the X-axis direction is detected by an X-axis displacement sensor 5 composed of a linear encoder or the like, and this information is also output to a coordinate reproduction calculation means 9 described later. . In this X-axis table 4, the resolution of the measurement result obtained by the three-dimensional measuring apparatus of the present embodiment is improved as the feed pitch is made smaller. Therefore, the feed pitch is set according to the measurement accuracy of the object P to be measured. It is preferable to set it. The X-axis displacement means 4 of the present invention is
Other means can be used without being limited to the X-axis table described above, and the X-axis displacement sensor 5 is not limited to the linear encoder at all.

【0015】本実施例に係るラインセンサ3には、図2
(B)に示すように、単位画素の縦横比(以下、アスペ
クト比と称する)が比較的大きいラインセンサが採用さ
れている。一般的なラインセンサの単位画素は縦(ライ
ン方向)が13μm、横(幅方向)が13μm程度の大
きさであり、アスペクト比は、ほぼ1:1である。これ
に対して、本実施例に係るラインセンサ3には、縦(ラ
イン方向)が25μ、横(幅方向)が25mm(250
0μm)程度の大きさのラインセンサが用いられてお
り、アスペクト比がほぼ1:100である。
The line sensor 3 according to this embodiment has a structure shown in FIG.
As shown in (B), a line sensor in which an aspect ratio of a unit pixel (hereinafter, referred to as an aspect ratio) is relatively large is adopted. A unit pixel of a general line sensor has a length (line direction) of about 13 μm and a width (width direction) of about 13 μm, and an aspect ratio of about 1: 1. On the other hand, in the line sensor 3 according to the present embodiment, the vertical (line direction) is 25 μ, and the horizontal (width direction) is 25 mm (250
A line sensor having a size of about 0 μm is used, and the aspect ratio is approximately 1: 100.

【0016】縦横の具体的な寸法は、上述した値に何ら
限定されることなく種々のラインセンサを用いることが
できるが、アスペクト比が大きいラインセンサは、受光
面積が大きく、したがって高感度のセンサとなる。すな
わち、一般的なラインセンサに比べて感度が向上するた
め、光の蓄積時間を短縮することができ、その結果、計
測に要する時間を短縮することが可能となる。しかも、
Z軸方向(ライン方向)については、エリアセンサに比
較して高分解能となる。例えば、エリアセンサが540
×400画素から構成されている場合の分解能は1/5
40であるのに対し、本実施例の高感度ラインセンサ3
を2000画素から構成すれば、その分解能は1/20
00となって、エリアセンサに比べて数倍の分解能を得
ることが可能となる。これにより、計測精度を向上させ
ることができ、オイルシールの細かい傷の検査などに適
用することができる。
Various vertical and horizontal dimensions are not limited to the above-mentioned values, and various line sensors can be used. However, a line sensor having a large aspect ratio has a large light receiving area and therefore a high sensitivity sensor. Becomes That is, since the sensitivity is improved as compared with a general line sensor, the light accumulation time can be shortened, and as a result, the time required for measurement can be shortened. Moreover,
The Z-axis direction (line direction) has a higher resolution than the area sensor. For example, if the area sensor is 540
The resolution when it is composed of × 400 pixels is 1/5
40, the high-sensitivity line sensor 3 of this embodiment
If it consists of 2000 pixels, its resolution is 1/20
00, it is possible to obtain a resolution several times higher than that of the area sensor. As a result, the measurement accuracy can be improved, and it can be applied to inspection of fine scratches on the oil seal.

【0017】しかしながら、本実施例の高感度ラインセ
ンサ3は、横方向(幅方向)が大きいため、一般的なラ
インセンサに比べて幅方向の分解能が低下することにな
る。そこで、本発明においては、この欠点、すなわち、
幅方向の分解能の低下を補うために、画素分割、つまり
画素を幅方向に見かけ上分割するという手法を採用し、
図4に示す演算回路を含んだ画像処理手段8で求めてい
る。
However, since the high-sensitivity line sensor 3 of this embodiment is large in the lateral direction (width direction), the resolution in the width direction is lower than that of a general line sensor. Therefore, in the present invention, this drawback, namely,
In order to compensate for the decrease in resolution in the width direction, pixel division, that is, a method of apparently dividing pixels in the width direction is adopted,
The image processing means 8 including the arithmetic circuit shown in FIG.

【0018】この画素分割による画像情報の取り込み方
は、以下の通りである。すなわち、一つの画素からの出
力値は何ら変わらないが、この出力値を画像処理手段の
画像メモリに格納する前に、あたかも一つの画素が分割
されたかのような数値に演算するようにしている。
The method of capturing image information by this pixel division is as follows. That is, the output value from one pixel does not change at all, but before storing this output value in the image memory of the image processing means, it is calculated into a numerical value as if one pixel was divided.

【0019】具体的には、まず、図3(A)に示すよう
に、高感度ラインセンサ3の画素数をm、1画素当りの
分割数をnとし、第i番目の画素のj回目の測定位置の
高感度ラインセンサからの出力値をyi,j 、この第i番
目の画素の分割された画素の出力値をai,k とする。こ
こで、j回目の測定とは、スキャン用ミラー6を所定の
ピッチで回動させてゆく際に画像を取り込む回数をいう
ものとする。そして、一つの画素からの出力値は、分割
された画素の出力値の総和となることから、
Specifically, first, as shown in FIG. 3A, the number of pixels of the high-sensitivity line sensor 3 is m, the number of divisions per pixel is n, and the j-th pixel of the i-th pixel. The output value from the high-sensitivity line sensor at the measurement position is y i, j , and the output value of the divided pixel of the i-th pixel is a i, k . Here, the j-th measurement means the number of times of capturing an image when the scanning mirror 6 is rotated at a predetermined pitch. Then, since the output value from one pixel is the sum of the output values of the divided pixels,

【0020】[0020]

【数1】 [Equation 1]

【0021】上記式(1)(2)を辺々減じると、Subtracting the above equations (1) and (2),

【0022】[0022]

【数2】 [Equation 2]

【0023】となり、分割画素の初期値であるai,j
与えてやれば、画素の差分を意味するyi,j+1 −yi,j
は計測により求めることができるので、式(3)に基づ
いて分割画素の出力値ai,j+n を演算することができ
る。そこで、分割画素の初期値を設定するに際し、仮
に、ai,1 =ai,2 =……=ai,n =0、すなわち、画
像の濃度をゼロとすると、
If the initial value a i, j of the divided pixels is given , y i, j + 1 −y i, j which means the pixel difference.
Can be obtained by measurement, so that the output values a i, j + n of the divided pixels can be calculated based on the equation (3). Therefore, when setting the initial values of the divided pixels, if a i, 1 = a i, 2 = ... = a i, n = 0, that is, if the image density is zero,

【0024】[0024]

【数3】 [Equation 3]

【0025】となり、初期値さえ設定すれば分割画素の
出力値は簡単な演算で求めることができる。したがっ
て、この分割画素の出力値を求める演算回路はハードウ
ェアにより構成することができる。また、この初期値の
設定についても、画像処理の出力値は白黒のコントラス
トであることから、適当な初期値を設定しておくだけで
良く、仮に演算した結果が不適切な初期値であると判明
しても、簡単に初期位置を設定し直すことができる。例
えば、白黒の濃淡(明度)が定まっている基準板を予め
走査しておき、このときの値に基づいて初期値を設定し
ても良い。
Thus, the output values of the divided pixels can be obtained by a simple calculation if only the initial value is set. Therefore, the arithmetic circuit for obtaining the output value of this divided pixel can be configured by hardware. Also, regarding the setting of this initial value, since the output value of the image processing is black and white contrast, it is sufficient to set an appropriate initial value, and if the calculated result is an inappropriate initial value. Even if it becomes clear, the initial position can be easily reset. For example, it is possible to scan a reference plate in which the shade (brightness) of black and white is fixed in advance and set the initial value based on the value at this time.

【0026】図4は、上述した分割画素の出力値を求め
る演算をハードウェアにより構成した回路図であり、高
感度ラインセンサ3からの出力値は、A/D変換器10
によりディジタル値に変換された後、ラインバッファ1
に送られ、ここから順次ラインバッファ2に転送されて
ゆく。そして、ラインバッファ1とラインバッファ2の
それぞれのラインバッファから減算回路11に対して情
報を出力し、この減算回路11で上述した式(3)の右
辺のyi,j+1 −yi,j を求める。減算回路11からの演
算結果は、次に加算回路12に出力され、この加算回路
12に画像メモリ13から出力された適当な初期値a
i,j を取り込んで、これらを加算する。すなわち、式
(3)の演算を実行する。そして、この演算結果を画像
メモリ13に出力して対応する番地に格納する。
FIG. 4 is a circuit diagram in which the above-described calculation for obtaining the output value of the divided pixel is configured by hardware, and the output value from the high-sensitivity line sensor 3 is the A / D converter 10.
After being converted to a digital value by, the line buffer 1
Are sequentially transmitted to the line buffer 2. Then, information is output from the respective line buffers of the line buffer 1 and the line buffer 2 to the subtraction circuit 11, and the subtraction circuit 11 outputs y i, j + 1 −y i, on the right side of the above equation (3) . ask for j . The calculation result from the subtraction circuit 11 is then output to the addition circuit 12, and the appropriate initial value a output from the image memory 13 is output to the addition circuit 12.
Take i, j and add them. That is, the calculation of Expression (3) is executed. Then, the calculation result is output to the image memory 13 and stored in the corresponding address.

【0027】なお、適当な初期値を与えることにより演
算当初における演算結果は適当な値となるものの、各演
算結果の相対値は、とりもなおさず画像の濃淡を表わす
結果となる。したがって、最終的な計測値は相対的であ
っても、極めて高分解能な状態で求めることができる。
By giving an appropriate initial value, the operation result at the beginning of the operation will be an appropriate value, but the relative value of each operation result will be a result indicating the shade of the image. Therefore, even if the final measurement value is relative, it can be obtained in an extremely high resolution state.

【0028】このように、高感度ラインセンサ3の幅方
向(Y軸方向)を複数の分割画素に区画することによ
り、あたかも一般的なラインセンサが幅方向に複数並設
された状態と等価となる。その結果、高感度ラインセン
サが有する高感度という長所と、一般的なラインセンサ
が有する高分解能という長所を兼ね備えたセンサを得る
ことができる。
In this way, by dividing the high-sensitivity line sensor 3 in the width direction (Y-axis direction) into a plurality of divided pixels, it is equivalent to a state in which a plurality of general line sensors are arranged side by side in the width direction. Become. As a result, it is possible to obtain a sensor having both the advantage of the high sensitivity of the high sensitivity line sensor and the advantage of the high resolution of the general line sensor.

【0029】次に、既述したX軸変位センサ5、Y軸変
位センサ7、および画像処理手段8からの情報によっ
て、物体Pの三次元座標を再生する手法について説明す
る。本発明では、この三次元座標の再生を測量学におけ
る三角測量の原理を用いて座標再生演算手段9により求
めている。すなわち、図5(A)に示すように、光源か
らの光が物体Pに反射して受光素子(ラインセンサ)に
受光される光学系において、光源とレンズとのX−Y平
面における距離(基線長)をD、レンズの焦点距離を
f、受光素子上のスポット光の位置をXa,Ya、と
し、また、光の軌跡がX−Y平面となす角度をφb,φ
a、光の軌跡のX−Y平面上における角度をθb,θa
とすると、求める物体Pの三次元座標(X,Y,Z)
は、
Next, a method of reproducing the three-dimensional coordinates of the object P based on the information from the X-axis displacement sensor 5, the Y-axis displacement sensor 7 and the image processing means 8 described above will be described. In the present invention, the reproduction of the three-dimensional coordinates is obtained by the coordinate reproduction calculation means 9 using the principle of triangulation in surveying. That is, as shown in FIG. 5A, in the optical system in which the light from the light source is reflected by the object P and is received by the light receiving element (line sensor), the distance between the light source and the lens in the XY plane (baseline Length) is D, the focal length of the lens is f, the position of the spot light on the light receiving element is Xa, Ya, and the angle formed by the trajectory of the light with the XY plane is φb, φ.
a, θb and θa are the angles of the trajectory of the light on the XY plane.
Then, the three-dimensional coordinates (X, Y, Z) of the object P to be obtained
Is

【0030】[0030]

【数4】 [Equation 4]

【0031】[0031]

【数5】 [Equation 5]

【0032】このように、設定値であるf,D,θbと
実測値であるXa,Yaから、式(14)(15)(1
6)に基づいて、物体Pの三次元座標(X,Y,Z)を
演算することができる。この演算結果により求められた
座標(X,Y,Z)は、物体Pの三次元座標そのものを
表わすことから、これを一定の基準値に基づいて合否判
定などの検査装置として適用すれば、本発明の三次元計
測装置は高速・高精度の検査装置として応用することが
できる。
In this way, from the set values f, D, θb and the measured values Xa, Ya, the equations (14), (15), (1)
Based on 6), the three-dimensional coordinates (X, Y, Z) of the object P can be calculated. Since the coordinates (X, Y, Z) obtained from this calculation result represent the three-dimensional coordinates themselves of the object P, if this is applied as an inspection device for pass / fail judgment based on a certain reference value, The three-dimensional measuring device of the invention can be applied as a high-speed and highly accurate inspection device.

【0033】なお、本発明の三次元計測装置は、上述し
た実施例にのみ何ら限定されることなく種々に改変する
ことができる。また、本発明の三次元計測装置を用いる
方法についても検査装置のみに限定されることなく他の
種々の分野に適用することが可能である。
The three-dimensional measuring apparatus of the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment and can be variously modified. Further, the method using the three-dimensional measuring apparatus of the present invention is not limited to the inspection apparatus and can be applied to various other fields.

【0034】[0034]

【発明の効果】本発明の三次元計測装置は、ラインセン
サを単位画素のアスペクト比が大きいラインセンサによ
り構成すると共に、該ラインセンサをY軸方向に複数に
分割し、該分割された分割画素毎に画像処理手段で画像
処理を実行するように構成しているため、高感度となっ
て走査時間を短縮することができる。また、画素分割に
よって高分解能となり、その結果、微細な検査装置とし
ても用いることができる。
According to the three-dimensional measuring apparatus of the present invention, the line sensor is composed of a line sensor having a large unit pixel aspect ratio, and the line sensor is divided into a plurality of parts in the Y-axis direction. Since the image processing is executed by the image processing means for each time, the sensitivity is increased and the scanning time can be shortened. Further, the resolution of pixels is increased, and as a result, it can be used as a fine inspection apparatus.

【0035】さらに、画素分割の演算を実行するにあた
り、簡単なアルゴリズムを用いているので、この演算処
理をハードウェア化することができ、演算時間の短縮や
コストダウンを図ることができる。
Furthermore, since a simple algorithm is used to execute the pixel division calculation, this calculation process can be implemented by hardware, and the calculation time and cost can be shortened.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例に係る三次元計測装置を示す
構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a three-dimensional measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】(A)は画像処理手段に取り込まれるY−Z平
面における画像を示す概念図、(B)は本実施例に係る
高感度ラインセンサを示す正面図である。
FIG. 2A is a conceptual diagram showing an image on a YZ plane taken in by an image processing means, and FIG. 2B is a front view showing a high-sensitivity line sensor according to the present embodiment.

【図3】同実施例における分割画素毎の出力値の求め方
を説明する説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a method of obtaining an output value for each divided pixel in the embodiment.

【図4】同じく分割画素毎の画像処理を実行する具体的
回路を示す回路図である。
FIG. 4 is a circuit diagram showing a specific circuit that similarly executes image processing for each divided pixel.

【図5】同実施例に係る座標再生演算手段における座標
再生の原理を説明する説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating the principle of coordinate reproduction in the coordinate reproduction calculation means according to the embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…光源 1a…レーザー発生器 1b…シリンドリカルレンズ 3…高感度ラインセンサ 4…X軸テーブル(X軸変位手段) 5…X軸変位センサ 6…スキャン用ミラー(Y軸変位手段) 7…Y軸変位センサ 8…画像処理手段 9…座標再生演算手段 10…A/D変換器 11…減算回路 12…加算回路 13…画像メモリ P…物体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light source 1a ... Laser generator 1b ... Cylindrical lens 3 ... High-sensitivity line sensor 4 ... X-axis table (X-axis displacement means) 5 ... X-axis displacement sensor 6 ... Scanning mirror (Y-axis displacement means) 7 ... Y-axis Displacement sensor 8 ... Image processing means 9 ... Coordinate reproduction calculation means 10 ... A / D converter 11 ... Subtraction circuit 12 ... Addition circuit 13 ... Image memory P ... Object

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】光源(1)からスリット光を物体(P)に
照射して、この反射光をラインセンサ(3)で受光し、
前記物体(P)の三次元形状を求める三次元計測装置で
あって、 前記物体(P)をX軸方向に変位させるX軸変位手段
(4)と、 前記X軸変位手段(4)のX軸方向の変位量を検出する
X軸変位センサ(5)と、 前記スリット光を前記物体(P)のY軸方向に変位させ
るY軸変位手段(6)と、 前記Y軸変位手段(6)のY軸方向の変位量を検出する
Y軸変位センサ(7)と、 前記ラインセンサ(3)からの信号に基づいて画像処理
を実行する画像処理手段(8)と、 前記X軸変位センサ(5)、前記Y軸変位センサ
(7)、および前記画像処理手段(8)からの信号に基
づいて三次元座標の再生を実行する座標再生演算手段
(9)とを有する三次元計測装置において、 前記ラインセンサ(3)を単位画素のアスペクト比が大
きいラインセンサにより構成すると共に、該ラインセン
サ(3)をY軸方向に複数に分割し、該分割された分割
画素毎に前記画像処理手段(8)で画像処理を実行する
ことを特徴とする三次元計測装置。
1. An object (P) is irradiated with slit light from a light source (1), and the reflected light is received by a line sensor (3).
A three-dimensional measuring device for determining a three-dimensional shape of the object (P), comprising: an X-axis displacement means (4) for displacing the object (P) in the X-axis direction; and an X-axis displacement means (4) of the X-axis displacement means (4). An X-axis displacement sensor (5) that detects the amount of axial displacement, a Y-axis displacement unit (6) that displaces the slit light in the Y-axis direction of the object (P), and the Y-axis displacement unit (6). Y-axis displacement sensor (7) for detecting the amount of displacement in the Y-axis direction, image processing means (8) for performing image processing based on the signal from the line sensor (3), and the X-axis displacement sensor ( 5), a Y-axis displacement sensor (7), and coordinate reproduction calculation means (9) for executing reproduction of three-dimensional coordinates based on a signal from the image processing means (8), The line sensor (3) is a line with a large unit pixel aspect ratio. A three-dimensional structure comprising a sensor, the line sensor (3) is divided into a plurality in the Y-axis direction, and image processing is executed by the image processing means (8) for each of the divided pixels. Measuring device.
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