JPH0641851B2 - ３次元曲面形状の測定装置 - Google Patents
３次元曲面形状の測定装置Info
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- JPH0641851B2 JPH0641851B2 JP1084875A JP8487589A JPH0641851B2 JP H0641851 B2 JPH0641851 B2 JP H0641851B2 JP 1084875 A JP1084875 A JP 1084875A JP 8487589 A JP8487589 A JP 8487589A JP H0641851 B2 JPH0641851 B2 JP H0641851B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は３次元曲面の形状を非接触で測定する装置、
特にそのテレビカメラの遠近効果による歪みの補正に関
する。
特にそのテレビカメラの遠近効果による歪みの補正に関
する。
［従来の技術］ ３次元曲面形状の測定方法として、特願昭63-76389号、
特願昭63-76390号及び特願昭63-76391号には、線状のス
リット光を被測定対象の全面に亘って走査し、被測定対
象表面を撮像して得られるビデオ信号の画面間の各画素
に対応する被測定対象表面の各位置毎に、その点をスリ
ット光が通過した瞬間のスリット光の位置に関する情報
をその画素の値とする画像を合成し、この合成画像を演
算処理して被測定対象の３次元曲面形状を測定する方法
が提案されている。
特願昭63-76390号及び特願昭63-76391号には、線状のス
リット光を被測定対象の全面に亘って走査し、被測定対
象表面を撮像して得られるビデオ信号の画面間の各画素
に対応する被測定対象表面の各位置毎に、その点をスリ
ット光が通過した瞬間のスリット光の位置に関する情報
をその画素の値とする画像を合成し、この合成画像を演
算処理して被測定対象の３次元曲面形状を測定する方法
が提案されている。
第３図は特願昭63-76389号及び特願昭63-76390号に記載
されているスリット光直線走査型の３次元曲面形状の測
定装置の測定原理を示した図である。図に示すように、
基準面(1)上に置かれた被測定対象物(2)の表面に斜め上
方から紙面に垂直方向に拡がったスリット光(3a)を投光
し、このスリット光(3a)を紙面横方向に移動させなが
ら、例えば被測定対象(2)直上よりテレビカメラ(8)で撮
像する。この時、テレビカメラ(8)に接続されたモニタ
テレビ(18)上では、物体表面でのスリット光の線状の反
射パタンが画面横方向に移動していく様子が観察され
る。
されているスリット光直線走査型の３次元曲面形状の測
定装置の測定原理を示した図である。図に示すように、
基準面(1)上に置かれた被測定対象物(2)の表面に斜め上
方から紙面に垂直方向に拡がったスリット光(3a)を投光
し、このスリット光(3a)を紙面横方向に移動させなが
ら、例えば被測定対象(2)直上よりテレビカメラ(8)で撮
像する。この時、テレビカメラ(8)に接続されたモニタ
テレビ(18)上では、物体表面でのスリット光の線状の反
射パタンが画面横方向に移動していく様子が観察され
る。
このスリット光(3a)の反射パタンの線形状は、物体表面
の凹凸情報を反映しており、スリット光(3a)の線状の反
射パタンが物体表面上を移動していく様子を写すテレビ
カメラ(8)から出力されるビデオ信号をもとにして、画
面内の各画素毎に、その画素に対応する物体表面の位置
をスリット光が通過した瞬間、即ちその位置の輝度が最
も明るくなった瞬間をその画素の値とする画像を合成す
る。
の凹凸情報を反映しており、スリット光(3a)の線状の反
射パタンが物体表面上を移動していく様子を写すテレビ
カメラ(8)から出力されるビデオ信号をもとにして、画
面内の各画素毎に、その画素に対応する物体表面の位置
をスリット光が通過した瞬間、即ちその位置の輝度が最
も明るくなった瞬間をその画素の値とする画像を合成す
る。
このようにして合成された画像は、その各画素における
値が第３図の一点鎖線で示す面Ａ（以後仮基準面と呼
ぶ）を基準とした物体表面の高さプロフィルを表わして
いる。このようにして物体表面の仮基準面Ａを基準とし
た高さプロフィルが測定される。
値が第３図の一点鎖線で示す面Ａ（以後仮基準面と呼
ぶ）を基準とした物体表面の高さプロフィルを表わして
いる。このようにして物体表面の仮基準面Ａを基準とし
た高さプロフィルが測定される。
しかしながら、物体の３次元形状の測定は一般に第３図
における仮基準面Ａに対するプロフィルではなく、被測
定対象物(2)が置かれた基準面(1)を基準としたプロフィ
ルを測定しなければならない。
における仮基準面Ａに対するプロフィルではなく、被測
定対象物(2)が置かれた基準面(1)を基準としたプロフィ
ルを測定しなければならない。
このような要請を満たすためには、先ず、物体表面につ
いて前述の測定を行って仮基準面Ａを基準とした高さプ
ロフィルを測定し、次に、被測定対象を取払った上、基
準面(1)について同じ測定を行なって、仮基準面Ａを基
準とした高さプロフィルを測定し、しかる後これら２つ
の高さプロフィル画像、即ち物体面合成画像ｕ(x,y)と
基準面合成画像u0(x,y)との対応する画素値の差を演算
する。この演算により、基準面(1)を基準とした高さプ
ロフィル画像が得られ、この高さプロフィル画像の各画
素の値は、その画素に対応する測定対象表面位置の基準
面(1)を基準とした高さに比例したものとなる。
いて前述の測定を行って仮基準面Ａを基準とした高さプ
ロフィルを測定し、次に、被測定対象を取払った上、基
準面(1)について同じ測定を行なって、仮基準面Ａを基
準とした高さプロフィルを測定し、しかる後これら２つ
の高さプロフィル画像、即ち物体面合成画像ｕ(x,y)と
基準面合成画像u0(x,y)との対応する画素値の差を演算
する。この演算により、基準面(1)を基準とした高さプ
ロフィル画像が得られ、この高さプロフィル画像の各画
素の値は、その画素に対応する測定対象表面位置の基準
面(1)を基準とした高さに比例したものとなる。
第４図は特願昭63-76391号に記載されているスリット光
回転型の３次元曲面形状測定装置の測定原理を示した図
である。図に示すように、基準面(1)上に置かれた被測
定対象物(2)の表面に斜め上方から紙面に垂直方向に拡
がったスリット光(3a)を投光し、このスリット光(3a)を
例えば回転ミラー(4)を用いて紙面横方向に移動させな
がら、例えば被測定対象(2)直上よりテレビカメラ(8)で
撮像する。この時、テレビカメラ(8)に接続されたモニ
タテレビ(18)上では、物体表面でのスリット光の線状の
反射パタンが画面横方向に移動していく様子が観察され
る。
回転型の３次元曲面形状測定装置の測定原理を示した図
である。図に示すように、基準面(1)上に置かれた被測
定対象物(2)の表面に斜め上方から紙面に垂直方向に拡
がったスリット光(3a)を投光し、このスリット光(3a)を
例えば回転ミラー(4)を用いて紙面横方向に移動させな
がら、例えば被測定対象(2)直上よりテレビカメラ(8)で
撮像する。この時、テレビカメラ(8)に接続されたモニ
タテレビ(18)上では、物体表面でのスリット光の線状の
反射パタンが画面横方向に移動していく様子が観察され
る。
前述の場合と同様に、このスリット光(3a)の反射パタン
の線形状は、物体表面の凹凸情報を反映しており、スリ
ット光(3a)の線状の反射パタンが物体表面上を移動して
いく様子を写すテレビカメラ(8)から出力されるビデオ
信号をもとにして、画面内の各画素毎に、その画素に対
応する物体表面の位置をスリット光が通過した瞬間のス
リット光投光角度をその画素の値とする画像を合成す
る。
の線形状は、物体表面の凹凸情報を反映しており、スリ
ット光(3a)の線状の反射パタンが物体表面上を移動して
いく様子を写すテレビカメラ(8)から出力されるビデオ
信号をもとにして、画面内の各画素毎に、その画素に対
応する物体表面の位置をスリット光が通過した瞬間のス
リット光投光角度をその画素の値とする画像を合成す
る。
このようにして合成された画像は、その各画像における
値が、その画素に対応する物体表面の位置から回転ミラ
ー(4)のスリット光回転中心を見上げた時の仰角に対応
した画像となっている。従って、合成画像を、それに対
応する物体表面の座標系(x,y)を用いてθ(x,y)で表現す
ると、物体表面のプロフィルｆ(x,y)は、第４図を基に
した簡単な幾何計算により、次式により求めことができ
る。
値が、その画素に対応する物体表面の位置から回転ミラ
ー(4)のスリット光回転中心を見上げた時の仰角に対応
した画像となっている。従って、合成画像を、それに対
応する物体表面の座標系(x,y)を用いてθ(x,y)で表現す
ると、物体表面のプロフィルｆ(x,y)は、第４図を基に
した簡単な幾何計算により、次式により求めことができ
る。
ｆ(x,y)＝ｚ０−（ｘ０−ｘ）tanθ(x,y) ［発明が解決しようとする課題］ 上述のように、特願昭63-76389号、特願昭63-76390号及
び特願昭63-76391号のそれぞれには、得られた合成画像
から被測定対象表面の３次元形状ｆ(x,y)を求める方法
が記載されている。
び特願昭63-76391号のそれぞれには、得られた合成画像
から被測定対象表面の３次元形状ｆ(x,y)を求める方法
が記載されている。
しかしながら、これらの形状演算方法はテレビカメラと
被測定対象間の距離が無限大乃至無限大であると見做せ
ることが暗黙の前提として入ってあり、現実の測定系の
ようにテレビカメラと被測定対象間の距離が有限であり
テレビカメラから被測定対象を観察した時の遠近効果が
無視できない場合には、これらの形状演算方法をそのま
ま適用すると、得られた形状測定結果に、遠近効果に起
因する歪みが生じてしまという問題点があった。
被測定対象間の距離が無限大乃至無限大であると見做せ
ることが暗黙の前提として入ってあり、現実の測定系の
ようにテレビカメラと被測定対象間の距離が有限であり
テレビカメラから被測定対象を観察した時の遠近効果が
無視できない場合には、これらの形状演算方法をそのま
ま適用すると、得られた形状測定結果に、遠近効果に起
因する歪みが生じてしまという問題点があった。
これらの問題点を第５図（特願昭63-0385号、特願昭63-
0386号に対応）及び第６図（特願昭63-0387号に対応）
を用いて説明する。
0386号に対応）及び第６図（特願昭63-0387号に対応）
を用いて説明する。
第５図は第３図のスリット光直線走査型の測定方法に対
応した図である。被測定点Ａ点の基準面(1)上の像は、
もしテレビカメラ(8)と被測定対象(2)との距離が無限大
であるとすれば、Ｂ点に観察される。そして、特願昭63
-0385号に記載されている形状演算式 ｆ(x,y)＝{u0(x,y)-u(x,y)}tanθ を適用すると、 u0(x,y)＝ｘ０，u(x,y)＝ｘ であることを考えれば、 ｆ(x,y)＝(x0-x)tanθ となり、これはＡ点の高さｚに一致する。
応した図である。被測定点Ａ点の基準面(1)上の像は、
もしテレビカメラ(8)と被測定対象(2)との距離が無限大
であるとすれば、Ｂ点に観察される。そして、特願昭63
-0385号に記載されている形状演算式 ｆ(x,y)＝{u0(x,y)-u(x,y)}tanθ を適用すると、 u0(x,y)＝ｘ０，u(x,y)＝ｘ であることを考えれば、 ｆ(x,y)＝(x0-x)tanθ となり、これはＡ点の高さｚに一致する。
ところが、テレビカメラと被測定対象との距離が有限に
ある場合には、被測定点Ａ点の基準面上の像はＢ′点と
なり、これに前記の形状演算式 ｆ(x,y)＝{u0(x,y)-u(x,y)}tanθをそのまま適用する
と、u0(x,y)＝x0、u(x,y)＝ｘ′であることから、 ｆ(x,y)＝(x0-x′)tanθ となり、これはＡ点の高さｚ＝x0-x)tanθでなく、Ａ′
点（Ｂ′点から立てた重線がスリット光面と交わる点）
の高さｚ′を表わすことになる。即ち、ビデオカメラの
遠近効果が無視できない場合には、従来の形状演算方法
では、以下に示す２つの属性の歪みを生ずる。
ある場合には、被測定点Ａ点の基準面上の像はＢ′点と
なり、これに前記の形状演算式 ｆ(x,y)＝{u0(x,y)-u(x,y)}tanθをそのまま適用する
と、u0(x,y)＝x0、u(x,y)＝ｘ′であることから、 ｆ(x,y)＝(x0-x′)tanθ となり、これはＡ点の高さｚ＝x0-x)tanθでなく、Ａ′
点（Ｂ′点から立てた重線がスリット光面と交わる点）
の高さｚ′を表わすことになる。即ち、ビデオカメラの
遠近効果が無視できない場合には、従来の形状演算方法
では、以下に示す２つの属性の歪みを生ずる。
(1)高さ歪み：本来Ａ点の高さｚが測定さるれべきとこ
ろが、Ａ点の基準面上の像Ｂ′点から基準面に立てた重
線がスリット光面と交わる点Ａ′点の高さｚ′が測定さ
れる。
ろが、Ａ点の基準面上の像Ｂ′点から基準面に立てた重
線がスリット光面と交わる点Ａ′点の高さｚ′が測定さ
れる。
(2)位置歪み：本来Ａ点の基準面上のｘ座標はＢ点の座
標のｘであるべきところが、あたかもＢ′点の座標ｘ′
であるかのように見做されかつｘ′はＡ点の高さにより
変動する。
標のｘであるべきところが、あたかもＢ′点の座標ｘ′
であるかのように見做されかつｘ′はＡ点の高さにより
変動する。
第６図は第４図のスリット光回転走査型による測定方法
に対応した図である。テレビカメラの遠近効果が無視で
きない場合には、特願昭63-76391号に記載されている形
状演算式 ｆ(x,y)＝z0-(x-x0)tanθ(x,y) をそのまま用いたのでは第６図中Ａ点のｘ座標であるｘ
がｘ′と見做されることから、上述の場合と同様に、測
定結果に前記の高さ歪みと位置歪みとを生じ、正確な測
定ができなかった。
に対応した図である。テレビカメラの遠近効果が無視で
きない場合には、特願昭63-76391号に記載されている形
状演算式 ｆ(x,y)＝z0-(x-x0)tanθ(x,y) をそのまま用いたのでは第６図中Ａ点のｘ座標であるｘ
がｘ′と見做されることから、上述の場合と同様に、測
定結果に前記の高さ歪みと位置歪みとを生じ、正確な測
定ができなかった。
［課題を解決するための手段］ この発明に係る３次元曲面形状測定装置は、スリット光
直線走査型の測定装置において、被測定対象表面に対し
てスリット光を走査した時に画像合成手段によって得ら
れる合成画像ｕ(x,y)と、基準面に対する合成画像の測
定値乃至は計算値u0(x,y)とに基づいて、被測定対象表
面の３次元曲面形状ｆ(x,y)を、基準面に対する投光角
度θと基準面−テレビカメラ間距離ａとを用いて、後述
する形状演算方法により求める画像演算手段を備えたも
のである。この画像演算手段により、テレビカメラの遠
近効果に基づく歪みをなくすようにしている。以下その
形状演算方法を説明する。
直線走査型の測定装置において、被測定対象表面に対し
てスリット光を走査した時に画像合成手段によって得ら
れる合成画像ｕ(x,y)と、基準面に対する合成画像の測
定値乃至は計算値u0(x,y)とに基づいて、被測定対象表
面の３次元曲面形状ｆ(x,y)を、基準面に対する投光角
度θと基準面−テレビカメラ間距離ａとを用いて、後述
する形状演算方法により求める画像演算手段を備えたも
のである。この画像演算手段により、テレビカメラの遠
近効果に基づく歪みをなくすようにしている。以下その
形状演算方法を説明する。
(1)高さ歪みの補正； 第５図のＡ点の高さｚは、この図より ｚ＝(x-x0)tanθ ……（１） で表わされる。ところがＡ点の基準面上への投影点が
Ｂ′点であるために、従来の方法では ｚ′＝（ｘ′−ｘ０）tanθ ……（２） がＡ点の高さとして出力されていた。この歪みを補正す
るには、実際に観測されるＡ点の基準面への投影座標
ｘ′から、Ａ点の本来の基準面上の座標ｘが演算できれ
ばよい。ｘ′とｘとの関係は第５図から簡単な幾何計算
により以下の(3)式の形に求まる。（ａ：基準面−テレ
ビカメラ間距離） これを(1)式に代入し整理することにより、Ａ点の高さ
ｚは の形に求まる。
Ｂ′点であるために、従来の方法では ｚ′＝（ｘ′−ｘ０）tanθ ……（２） がＡ点の高さとして出力されていた。この歪みを補正す
るには、実際に観測されるＡ点の基準面への投影座標
ｘ′から、Ａ点の本来の基準面上の座標ｘが演算できれ
ばよい。ｘ′とｘとの関係は第５図から簡単な幾何計算
により以下の(3)式の形に求まる。（ａ：基準面−テレ
ビカメラ間距離） これを(1)式に代入し整理することにより、Ａ点の高さ
ｚは の形に求まる。
(3)式において、ｘ０は被測定対象表面に対してスリッ
ト光を走査した時に得られる合成画像ｕ(x′,y′）に対
応し、また、ｘ′は基準面に対する合成画像u0(x′,
y′）に対応することから、(4)式は容易に一般化され、
高さ歪みを補正した形状演算式が次式の形に求まる。
ト光を走査した時に得られる合成画像ｕ(x′,y′）に対
応し、また、ｘ′は基準面に対する合成画像u0(x′,
y′）に対応することから、(4)式は容易に一般化され、
高さ歪みを補正した形状演算式が次式の形に求まる。
(2)位置歪みの補正； (5)式によりＡ点の真の高さが求まったが、Ａ点の位置
座標については、直交座標系におけるＡ点の投影点Ｂ点
の座標(x,y)ではなく、カメラレンズを中心としたＡ点
の基準面上への投影点Ｂ′点の座標(x′,y′）となって
いる。
座標については、直交座標系におけるＡ点の投影点Ｂ点
の座標(x,y)ではなく、カメラレンズを中心としたＡ点
の基準面上への投影点Ｂ′点の座標(x′,y′）となって
いる。
この座標の歪みは、第５図から容易に判るように以下の
式で補正される。
式で補正される。
(3)形状演算式； 以上の高さ及び位置の歪み補正式(5),(6),(7)式を用い
て、カメラの遠近効果の補正を考慮した被測定対象表面
の３次元形状ｆ(x,y)の形状演算式は、次式で与えられ
る。
て、カメラの遠近効果の補正を考慮した被測定対象表面
の３次元形状ｆ(x,y)の形状演算式は、次式で与えられ
る。
ｆ(x,y)＝ｚ（ｘ′，ｙ′） ……（８） また、この発明に係る他の３次元曲面形状の測定装置
は、スリット光回転型の測定装置において、被測定対象
画面に対してスリット光を走査した時に画像合成手段に
よって得られる合成画像θ(x,y)をもとに、被測定対象
表面の３次元形状のｆ(x,y)を、基準面の原点に対する
スリット光回転軸の水平変位ｘ０及び垂直変位ｚ０を用
いて後述する形状演算方法に基づいて求める画像演算手
段を備えたものである。この画像演算手段により、テレ
ビカメラの遠近効果に基づく歪みをなくすようにしてい
る。以下その形状演算方法を説明する。
は、スリット光回転型の測定装置において、被測定対象
画面に対してスリット光を走査した時に画像合成手段に
よって得られる合成画像θ(x,y)をもとに、被測定対象
表面の３次元形状のｆ(x,y)を、基準面の原点に対する
スリット光回転軸の水平変位ｘ０及び垂直変位ｚ０を用
いて後述する形状演算方法に基づいて求める画像演算手
段を備えたものである。この画像演算手段により、テレ
ビカメラの遠近効果に基づく歪みをなくすようにしてい
る。以下その形状演算方法を説明する。
スリット光回転走査の場合（第６図参照）は、前述のス
リット光直線走査型の場合と同じ考え方に基づいて、
(1),(2),(3),(4),(5)式を以下の(1)′，(2)′，(3)′，
(4)′，(5)′式にそれぞれ変更すればよい。なお、(6),
(7),(8)式は全く同じである。
リット光直線走査型の場合と同じ考え方に基づいて、
(1),(2),(3),(4),(5)式を以下の(1)′，(2)′，(3)′，
(4)′，(5)′式にそれぞれ変更すればよい。なお、(6),
(7),(8)式は全く同じである。
ｚ＝ｚ０−（ｘ０−ｘ）tanθ ……(1)′ ｚ′＝ｚ０−（ｘ０−ｘ′）tanθ ……(2)′ ［作用］ この発明においては、テレビカメラと被測定対象との距
離が有限であることにより生じるテレビカメラの遠近効
果に起因する形状の歪みが、画像演算手段により完全に
補正される。
離が有限であることにより生じるテレビカメラの遠近効
果に起因する形状の歪みが、画像演算手段により完全に
補正される。
［実施例］ 第１図はこの発明の一実施例に係るスリット光直線走査
型の３次元形状計測装置の構成図である。測定の基準と
なる基準面(1)上に被測定対象(2)が載置される。スリッ
ト光源(3)は、リニアステージ(4)の上に搭載されてお
り、基準面(1)及び被測定対象(2)上に、角度θなる投光
角でスリット光(3a)を投光する。スリット光源(3)を搭
載しているリニアステージ(4)は、モータコントローラ
(5)によって制御されるモータ(6)によって駆動され、ス
リット光源(3)を基準面(1)に対して平行方向に移動す
る。
型の３次元形状計測装置の構成図である。測定の基準と
なる基準面(1)上に被測定対象(2)が載置される。スリッ
ト光源(3)は、リニアステージ(4)の上に搭載されてお
り、基準面(1)及び被測定対象(2)上に、角度θなる投光
角でスリット光(3a)を投光する。スリット光源(3)を搭
載しているリニアステージ(4)は、モータコントローラ
(5)によって制御されるモータ(6)によって駆動され、ス
リット光源(3)を基準面(1)に対して平行方向に移動す
る。
この時、スリット光源(3)の位置は、リニアステージ(4)
に組込まれている位置センサ(7)によって測定され、モ
ータコントローラ(5)を介して形状測定装置(9)に入力さ
れる。
に組込まれている位置センサ(7)によって測定され、モ
ータコントローラ(5)を介して形状測定装置(9)に入力さ
れる。
基準面(1)及び被測定対象物(2)は、光軸が基準面(1)と
直交するように配設されたテレビカメラ(8)によって撮
影され、得られるビデオ信号は形状測定装置(9)に入力
される。
直交するように配設されたテレビカメラ(8)によって撮
影され、得られるビデオ信号は形状測定装置(9)に入力
される。
形状測定装置(9)は、大別して画像合成による形状演算
を行なう画像演算手段としての形状演算回路(10)と、モ
ータコントローラ(5)に対する指令や形状演算回路(10)
に対する演算タイミング制御を行なうシーケンスコント
ローラ(11)とからなっている。
を行なう画像演算手段としての形状演算回路(10)と、モ
ータコントローラ(5)に対する指令や形状演算回路(10)
に対する演算タイミング制御を行なうシーケンスコント
ローラ(11)とからなっている。
形状測定に際しては、形状測定装置(9)は外部から与え
られるスタート信号に基づく、シーケンスコントローラ
(11)を介してリニアステージ(4)を駆動し、スリット光
源(3)を初期位置にセットする。しかる後、スリット光
源(3)の走査を開始する。
られるスタート信号に基づく、シーケンスコントローラ
(11)を介してリニアステージ(4)を駆動し、スリット光
源(3)を初期位置にセットする。しかる後、スリット光
源(3)の走査を開始する。
形状演算回路(10)はその入力部に、画像合成回路(12)を
有しており、スリット光源(3)走査開始と同時に、テレ
ビカメラ(8)より入力されるビデオ信号を時々刻々処理
して、画面内の各画素毎に、その画素をスリット光の像
が通過した瞬時のステージ位置信号をその画素の値とす
る画像合成演算を行ない、スリット光源(3)の１走査の
完了と同時にその結果ｕ(x,y)を物体面合成画像メモリ
(13)に転送する。
有しており、スリット光源(3)走査開始と同時に、テレ
ビカメラ(8)より入力されるビデオ信号を時々刻々処理
して、画面内の各画素毎に、その画素をスリット光の像
が通過した瞬時のステージ位置信号をその画素の値とす
る画像合成演算を行ない、スリット光源(3)の１走査の
完了と同時にその結果ｕ(x,y)を物体面合成画像メモリ
(13)に転送する。
次に、基準面(1)から被測定対象物(2)を取払った後、シ
ーケンスコントローラ(11)は、スリット光源(3)を初期
位置に戻した後、再度スリット光源(3)の走査を開始す
る。画像合成回路(12)は、被測定対象物(2)に対して行
なったのと同じ画像合成演算を基準面(1)に対して行な
い、スリット光源の走査完了と同時にその結果ｕ０(x,
y)を基準面合成画像メモリ(14)に転送する。
ーケンスコントローラ(11)は、スリット光源(3)を初期
位置に戻した後、再度スリット光源(3)の走査を開始す
る。画像合成回路(12)は、被測定対象物(2)に対して行
なったのと同じ画像合成演算を基準面(1)に対して行な
い、スリット光源の走査完了と同時にその結果ｕ０(x,
y)を基準面合成画像メモリ(14)に転送する。
これらの画像合成演算完了後、形状演算回路(10)はシー
ケンスコントローラ(11)の指示に基づいて、高さ演算回
路(15)により、物体面合成画像メモリ(13)の画像と、基
準面合成画像メモリ(14)の画像とから、(5)式に従って
高さz(x′,y′）を演算する。しかる後、歪み補正回路
(16)により、(6),(7),(8)式に従って、歪みを補正して
得られる高さプロフィルデータｆ(x,y)を３次元形状メ
モリ(17)に蓄積する。
ケンスコントローラ(11)の指示に基づいて、高さ演算回
路(15)により、物体面合成画像メモリ(13)の画像と、基
準面合成画像メモリ(14)の画像とから、(5)式に従って
高さz(x′,y′）を演算する。しかる後、歪み補正回路
(16)により、(6),(7),(8)式に従って、歪みを補正して
得られる高さプロフィルデータｆ(x,y)を３次元形状メ
モリ(17)に蓄積する。
３次元形状メモリ(17)に蓄えれた高さプロフィルデータ
は、上位の計算機乃至ＣＡＤシステムからの指令に基づ
いて適宜計算機乃至ＣＡＤシステムに転送される。
は、上位の計算機乃至ＣＡＤシステムからの指令に基づ
いて適宜計算機乃至ＣＡＤシステムに転送される。
なお、上記の実施例では測定時に基準面(1)の合成画像
を作成しているが、基準面(1)の合成画像は一度作成す
ればよいから、２回目以降の測定時には最初に作成した
基準面(1)の合成画像をそのまま使用すればよい。ま
た、この基準面(1)の合成画像は単純な構成であるか
ら、形状演算回路(10)に演算機能を付加し、仮想の基準
面を(5)式により計算で求めてその合成画像を作成し、
基準面合成画像メモリ(14)に格納するようにしてもよ
い。
を作成しているが、基準面(1)の合成画像は一度作成す
ればよいから、２回目以降の測定時には最初に作成した
基準面(1)の合成画像をそのまま使用すればよい。ま
た、この基準面(1)の合成画像は単純な構成であるか
ら、形状演算回路(10)に演算機能を付加し、仮想の基準
面を(5)式により計算で求めてその合成画像を作成し、
基準面合成画像メモリ(14)に格納するようにしてもよ
い。
また、上記の実施例では、画像合成回路(12)において、
ステージ位置信号を直接合成信号として用いているが、
例えばステージを等速移動させるという前提の下で、ス
テージの走査を開始してからの経過時間のように、ステ
ージ位置に対応する信号でありさえすれば、特にステー
ジ位置信号そのものでなくても構わない。但し、その場
合には画像合成回路(12)の後にステージ位置変換回路を
設けることが必要である。
ステージ位置信号を直接合成信号として用いているが、
例えばステージを等速移動させるという前提の下で、ス
テージの走査を開始してからの経過時間のように、ステ
ージ位置に対応する信号でありさえすれば、特にステー
ジ位置信号そのものでなくても構わない。但し、その場
合には画像合成回路(12)の後にステージ位置変換回路を
設けることが必要である。
第６図はこの発明の他の実施例に係るスリット光回転走
査型の３次元形状測定装置の構成図である。測定の基準
となる基準面(1)上に被測定対象(2)が載置される。スリ
ット光源(3)からでたスリット光(3a)は、回転ミラー(4)
で反射されて被測定対象(2)に斜め上方より投光され
る。回転ミラー(4)はモータコントローラ(5)によって制
御されるモータ(6)によって駆動され、スリット光(3a)
が基準面(1)上の被測定対象(2)を全面に亘って走査する
ように駆動される。
査型の３次元形状測定装置の構成図である。測定の基準
となる基準面(1)上に被測定対象(2)が載置される。スリ
ット光源(3)からでたスリット光(3a)は、回転ミラー(4)
で反射されて被測定対象(2)に斜め上方より投光され
る。回転ミラー(4)はモータコントローラ(5)によって制
御されるモータ(6)によって駆動され、スリット光(3a)
が基準面(1)上の被測定対象(2)を全面に亘って走査する
ように駆動される。
この時、回転ミラー(4)の回転中心軸の基準面(1)に対す
る位置（ｘ０，ｚ０）は正確に測定されるものとする。
また、回転ミラー(4)の基準面(1)に対する角度は、モー
タ(6)のシャフトに連動して取り付けられた回転角度セ
ンサ(7A)により検出されるように構成されており、モー
タコントローラ(5)を介して形状測定装置(9)に入力され
て、被測定対象(2)に対する時々刻々のスリット光投光
角度θが演算できるようになっている。
る位置（ｘ０，ｚ０）は正確に測定されるものとする。
また、回転ミラー(4)の基準面(1)に対する角度は、モー
タ(6)のシャフトに連動して取り付けられた回転角度セ
ンサ(7A)により検出されるように構成されており、モー
タコントローラ(5)を介して形状測定装置(9)に入力され
て、被測定対象(2)に対する時々刻々のスリット光投光
角度θが演算できるようになっている。
一方、被測定対象物(2)の表面は、光軸が基準面(1)と直
交するように配設されたテレビカメラ(8)によって撮影
され、得られるビデオ信号は形状測定装置(9)に入力さ
れる。
交するように配設されたテレビカメラ(8)によって撮影
され、得られるビデオ信号は形状測定装置(9)に入力さ
れる。
形状測定装置(9)は、大別して画像合成による形状演算
を行なう画像演算手段としての形状演算回路(10)と、回
転角度センサ(7A)の出力からスリット光投光角度θを演
算して形状演算回路(10)に入力する投光角度演算回路(2
0)と、モータコントローラ(5)に対する指令や形状演算
回路(10)に対する演算タイミング制御を行なうシーケン
スコントローラ(11)からなっている。
を行なう画像演算手段としての形状演算回路(10)と、回
転角度センサ(7A)の出力からスリット光投光角度θを演
算して形状演算回路(10)に入力する投光角度演算回路(2
0)と、モータコントローラ(5)に対する指令や形状演算
回路(10)に対する演算タイミング制御を行なうシーケン
スコントローラ(11)からなっている。
形状測定に際しては、形状測定装置(9)は外部から与え
られるスタート信号に基づいて、シーケンスコントロー
ラ(11)を介してモータ(6)を駆動し、回転ミラー(4)を初
期位置にセットする。しかる後、回転ミラー(4)の回転
を開始し、スリット光(3a)による走査を開始する。
られるスタート信号に基づいて、シーケンスコントロー
ラ(11)を介してモータ(6)を駆動し、回転ミラー(4)を初
期位置にセットする。しかる後、回転ミラー(4)の回転
を開始し、スリット光(3a)による走査を開始する。
形状演算回路(10)はその入力部に、後述する画像合成回
路(12)を有しており、スリット光源(3)の走査開始と同
時に、テレビカメラ(8)より入力されるビデオ信号を時
々刻々処理して、画面内の各画素毎に、その画素をスリ
ット光が通過した瞬間の投光角度を、投光角度演算回路
(11)より読み込んでその画素の値とする画像合成演算を
スリット光(3a)の１走査期間中行なう。
路(12)を有しており、スリット光源(3)の走査開始と同
時に、テレビカメラ(8)より入力されるビデオ信号を時
々刻々処理して、画面内の各画素毎に、その画素をスリ
ット光が通過した瞬間の投光角度を、投光角度演算回路
(11)より読み込んでその画素の値とする画像合成演算を
スリット光(3a)の１走査期間中行なう。
合成画像θ(x,y)演算完了後、形状演算回路(10)はシー
ケンスコントローラ(11)の指示に基づいて、高さ演算回
路(15)を用いて(5)′式に従って高さｚ(x′,y′）を演
算する。しかる後、歪み補正回路(16)により(6),(7),
(8)式に従って歪みを補正して得られる高さプロフィル
データｆ(x,y)を３次元形状メモリ(17)に蓄積する。
ケンスコントローラ(11)の指示に基づいて、高さ演算回
路(15)を用いて(5)′式に従って高さｚ(x′,y′）を演
算する。しかる後、歪み補正回路(16)により(6),(7),
(8)式に従って歪みを補正して得られる高さプロフィル
データｆ(x,y)を３次元形状メモリ(17)に蓄積する。
３次元形状メモリ(17)に蓄えられた高さプロフィルデー
タは、上位の計算機乃至ＣＡＤシステムからの指令に基
づいて適宜計算機乃至ＣＡＤシステムに転送される。
タは、上位の計算機乃至ＣＡＤシステムからの指令に基
づいて適宜計算機乃至ＣＡＤシステムに転送される。
なお、上記の第２図の実施例では画像合成回路(12)にお
いて、投光角度θを直接合成信号として用いているが、
例えば回転ミラーを等速回転させるという前提の下で、
回転を開始してからの経過時間のように、投光角度θに
対応する量でありさえすれば特に投光角度そのものでな
くても構わない。但し、その場合には画像合成回路(13)
の後に、投光角度変換回路を設けることが必要である。
また、高さ演算にあたって、投光角度θは必ずその正接
tanθの形でしか使用しないことから、画像合成回路(1
3)において、投光角度θの代わりにtanθを合成しても
構わない。
いて、投光角度θを直接合成信号として用いているが、
例えば回転ミラーを等速回転させるという前提の下で、
回転を開始してからの経過時間のように、投光角度θに
対応する量でありさえすれば特に投光角度そのものでな
くても構わない。但し、その場合には画像合成回路(13)
の後に、投光角度変換回路を設けることが必要である。
また、高さ演算にあたって、投光角度θは必ずその正接
tanθの形でしか使用しないことから、画像合成回路(1
3)において、投光角度θの代わりにtanθを合成しても
構わない。
［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれが、テレビカメラの遠近効
果による歪みを考慮した形状演算が可能となり、従来法
に比べ、より一段と精度の高い３次元形状の測定が可能
になっている。
果による歪みを考慮した形状演算が可能となり、従来法
に比べ、より一段と精度の高い３次元形状の測定が可能
になっている。
第１図はこの発明の一実施例に係るスリット光直線走査
型の３次元形状測定装置の構成図、第２図はこの発明の
他の実施例に係るスリット光回転走査型の３次元形状測
定装置の構成図、第３図は特願昭63-76389号及び特願昭
63-76390号に記載のスリット光直線走査型の３次元形状
測定装置の測定原理を示した図、第４図は特願昭63-763
91号に記載のスリット光回転走査型の３次元形状測定装
置の測定原理を示した図、第５図はスリット光直線走査
型の形状測定方法おける測定の歪みとその補正方法を説
明する図、第６図はスリット光回転走査型の形状測定方
法における測定の歪みとその補正方法を説明する図であ
る。 (1)：基準面、(2)：被測定対象、(3)：スリット光源、
(4)：回転ミラー、(5)：モータコントローラ、(6)：モ
ータ、(7)：位置センサ、(7A)：回転角度センサ、(8)：
テレビカメラ、(9)：形状測定装置、(10)：形状演算回
路、(11)：シーケンスコントローラ、(12)：画像合成回
路、(15)：高さ演算回路、(16)：歪み補正回路、(17)：
３次元形状メモリ。
型の３次元形状測定装置の構成図、第２図はこの発明の
他の実施例に係るスリット光回転走査型の３次元形状測
定装置の構成図、第３図は特願昭63-76389号及び特願昭
63-76390号に記載のスリット光直線走査型の３次元形状
測定装置の測定原理を示した図、第４図は特願昭63-763
91号に記載のスリット光回転走査型の３次元形状測定装
置の測定原理を示した図、第５図はスリット光直線走査
型の形状測定方法おける測定の歪みとその補正方法を説
明する図、第６図はスリット光回転走査型の形状測定方
法における測定の歪みとその補正方法を説明する図であ
る。 (1)：基準面、(2)：被測定対象、(3)：スリット光源、
(4)：回転ミラー、(5)：モータコントローラ、(6)：モ
ータ、(7)：位置センサ、(7A)：回転角度センサ、(8)：
テレビカメラ、(9)：形状測定装置、(10)：形状演算回
路、(11)：シーケンスコントローラ、(12)：画像合成回
路、(15)：高さ演算回路、(16)：歪み補正回路、(17)：
３次元形状メモリ。
Claims (2)
- 【請求項１】被測定対象表面に基準面と直交しない角度
θをなす方向から線状のスリット光を投光するスリット
光投光手段と、被測定対象表面の全面に亘ってスリット
光を直線的に走査するスリット光走査手段と、スリット
光の時々刻々の位置を測定するスリット光位置測定手段
と、被測定対象表面を前記スリット光投光手段とは異な
る方向から撮像するテレビカメラと、該テレビカメラか
らのビデオ信号を時々刻々処理して画面内の各画素に対
応する被測定対象表面の各位置毎にその点をスリット光
が通過した瞬間のスリット光の位置又はそれに相当する
値をその画素の値とする画像を合成する画像合成手段
と、前記合成画像をもとに演算処理して被測定対象の３
次元曲面形状を測定する画像演算手段とを有する３次元
曲面形状の測定装置において、 被測定対象表面に対してスリット光を走査した時に画像
合成手段によって得られる合成画像ｕ(x,y)と、基準面
に対する合成画像の測定値乃至は計算値ｕ０(x,y)とに
基づいて、被測定対象表面の３次元形状ｆ(x,y)を、基
準面に対する投光角度θと、基準面とテレビカメラとの
間の距離ａとを用いて なる式に基づいて求める画像演算手段を備えたことを特
徴とする３次元曲面形状の測定装置。 - 【請求項２】被測定対象画面に線状のスリット光を投光
するスリット光投光手段と、スリット光線内の画間で、
かつ基準面に平行な直線を回転軸としてスリット光投光
手段を回転させ、被測定対象表面の全面に亘ってスリッ
ト光を走査させるスリット光回転走査手段と、スリット
光の投光角度を測定するスリット光角度測定手段と、被
測定対象画面を前記スリット光投光手段とは異なる方向
から撮像するテレビカメラと、該テレビカメラからのビ
デオ信号を処理して、画面内の各画素に対応する被測定
対象画面の各位置毎にその点をスリット光が通過した瞬
間の投光角度をスリット光角度測定手段から読み込ん
で、その角度又はそれに相当する値をその画素の値とす
る画像を合成する画像合成手段と、前記合成画像をもと
に演算処理して被測定対象の３次元曲面形状を測定する
画像演算手段とを有する３次元曲面形状測定装置におい
て、 被測定対象画面に対してスリット光を走査した時に画像
合成手段によって得られる合成画像θ(x,y)をもとに、
被測定対象表面の３次元形状ｆ(x,y)を、基準面の原点
に対するスリット光回転軸の水平変位ｘ０及び垂直変位
ｚ０を用いて なる式に基づいて求める画像演算手段を備えたことを特
徴とする３次元曲面形状の測定装置。
Priority Applications (11)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1084875A JPH0641851B2 (ja) | 1989-04-05 | 1989-04-05 | ３次元曲面形状の測定装置 |
| CA002011165A CA2011165A1 (en) | 1989-04-05 | 1990-02-28 | Apparatus for measuring three-dimensional curved surface shapes |
| CA002011166A CA2011166A1 (en) | 1989-04-05 | 1990-02-28 | Apparatus for measuring three-dimensional curved surface shapes |
| EP90302324A EP0391531B1 (en) | 1989-04-05 | 1990-03-05 | Apparatus for measuring three-dimensional curved surface shapes |
| EP90302325A EP0391532B1 (en) | 1989-04-05 | 1990-03-05 | Apparatus for measuring three-dimensional curved surface shapes |
| DE69012868T DE69012868T2 (de) | 1989-04-05 | 1990-03-05 | Apparat für das Messen dreidimensionaler gekrümmter Formen. |
| DE69020033T DE69020033T2 (de) | 1989-04-05 | 1990-03-05 | Apparat für das Messen dreidimensionaler gekrümmter Formen. |
| US07/496,217 US5104227A (en) | 1989-04-05 | 1990-03-20 | Apparatus for measuring three-dimensional curved surface shapes |
| US07/496,336 US5102224A (en) | 1989-04-05 | 1990-03-20 | Apparatus for measuring three-dimensional curved surface shapes |
| KR1019900004053A KR940004917B1 (ko) | 1989-04-05 | 1990-03-26 | 3차원 곡면형상의 측정장치 |
| KR1019900004054A KR940003917B1 (ko) | 1989-04-05 | 1990-03-26 | 3차원 곡면형상의 측정장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1084875A JPH0641851B2 (ja) | 1989-04-05 | 1989-04-05 | ３次元曲面形状の測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02264808A JPH02264808A (ja) | 1990-10-29 |
| JPH0641851B2 true JPH0641851B2 (ja) | 1994-06-01 |
Family
ID=13842966
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1084875A Expired - Fee Related JPH0641851B2 (ja) | 1989-04-05 | 1989-04-05 | ３次元曲面形状の測定装置 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5104227A (ja) |
| EP (2) | EP0391532B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0641851B2 (ja) |
| KR (2) | KR940004917B1 (ja) |
| CA (2) | CA2011165A1 (ja) |
| DE (2) | DE69020033T2 (ja) |
Families Citing this family (46)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4102721A1 (de) * | 1991-01-30 | 1992-08-06 | Rosenthal Ag | Verfahren und vorrichtung zur erzeugung einer sollkontur an einem werkstueck |
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| JP3186799B2 (ja) * | 1991-09-17 | 2001-07-11 | 興和株式会社 | 立体形状測定装置 |
| US5495337A (en) * | 1991-11-06 | 1996-02-27 | Machine Vision Products, Inc. | Method of visualizing minute particles |
| JPH05266146A (ja) * | 1992-03-19 | 1993-10-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 物体形状の表現装置 |
| GB9209594D0 (en) * | 1992-05-02 | 1992-06-17 | British United Shoe Machinery | Apparatus for digitising a surface portion of a three-dimensional article |
| US5212390A (en) * | 1992-05-04 | 1993-05-18 | Motorola, Inc. | Lead inspection method using a plane of light for producing reflected lead images |
| DE4218219C2 (de) * | 1992-06-03 | 1998-05-07 | Geyer Medizin Und Fertigungste | Vorrichtung zum berührungslosen Vermessen eines schlecht zugänglichen, dreidimensionalen medizinischen oder zahntechnischen Objektes |
| GB2278678B (en) * | 1993-05-25 | 1996-10-16 | Toyota Motor Co Ltd | A chamber volume correcting method for a cylinder head of an engine |
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| US6407817B1 (en) | 1993-12-20 | 2002-06-18 | Minolta Co., Ltd. | Measuring system with improved method of reading image data of an object |
| US5669871A (en) * | 1994-02-21 | 1997-09-23 | Olympus Optical Co., Ltd. | Endoscope measurement apparatus for calculating approximate expression of line projected onto object to measure depth of recess or the like |
| US5513276A (en) * | 1994-06-02 | 1996-04-30 | The Board Of Regents Of The University Of Oklahoma | Apparatus and method for three-dimensional perspective imaging of objects |
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| US5991437A (en) * | 1996-07-12 | 1999-11-23 | Real-Time Geometry Corporation | Modular digital audio system having individualized functional modules |
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| US6648640B2 (en) | 1999-11-30 | 2003-11-18 | Ora Metrix, Inc. | Interactive orthodontic care system based on intra-oral scanning of teeth |
| CN1115546C (zh) * | 1999-12-29 | 2003-07-23 | 宝山钢铁股份有限公司 | 表面三维形貌检测方法和装置 |
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