JPH0654228B2 - 立体形状の作製方法及び作製装置 - Google Patents
立体形状の作製方法及び作製装置Info
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- JPH0654228B2 JPH0654228B2 JP59210775A JP21077584A JPH0654228B2 JP H0654228 B2 JPH0654228 B2 JP H0654228B2 JP 59210775 A JP59210775 A JP 59210775A JP 21077584 A JP21077584 A JP 21077584A JP H0654228 B2 JPH0654228 B2 JP H0654228B2
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- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
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- G05B2219/30—Nc systems
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、立体形状を有する対象物体から立体形状を作
製する方法及び装置に関する。
製する方法及び装置に関する。
［従来の技術］ 従来、立体形状を有する物体から、これを同等の立体形
状を作製するために、倣い工作機械、鋳型、あるいは反
転型等を用いていた。
状を作製するために、倣い工作機械、鋳型、あるいは反
転型等を用いていた。
［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、工作機械、鋳型や反転型等の寸法的制限
により、立体形状を複製できる対象物体にはおのずと制
約があり、複雑な形状を有し、凹凸の顕著な対象物体か
らそれと同一または相似の立体形状を複製するのは困難
であるという問題点が伴つた。また、対象物体が軟質で
ある場合に、その物体を複製するためには高度な特徴的
熟練とともに芸術的なセンスも要求されるという問題点
があつた。
により、立体形状を複製できる対象物体にはおのずと制
約があり、複雑な形状を有し、凹凸の顕著な対象物体か
らそれと同一または相似の立体形状を複製するのは困難
であるという問題点が伴つた。また、対象物体が軟質で
ある場合に、その物体を複製するためには高度な特徴的
熟練とともに芸術的なセンスも要求されるという問題点
があつた。
これらの問題点を解決するための新たな提案としては、
本出願と同一出願人による特願昭59−77212号及び特願
昭77−7213号の立体形状成形装置があるが、それは、１
条のスリツト光もしくは１本のビーム光とITVカメラを
用いた光切断法による３次元計測により立体形状を形成
する装置である。この装置は、スリツト光の線分方向あ
るいはビーム光の走査方向とITVカメラの走査線方向を
平行にする構成により３次元計測を行なうものであつ
て、複雑な形状で凹凸の顕著な対象物体からも容易に立
体形状を複製することが可能になる。本願はこれらの先
行発明の基本思想をさらに拡張し発展させたものであつ
て、その目的とするところは、複雑な形状を有する対象
物体、あるいは、全体的または部分的に比較的柔軟性を
有する対象物体の場合であつても、それと同形あるいは
相似形の立体形状を作製する方法と装置において、３次
元計測のための所要時間を短縮し、かつ、計測精度を向
上せしめることにある。
本出願と同一出願人による特願昭59−77212号及び特願
昭77−7213号の立体形状成形装置があるが、それは、１
条のスリツト光もしくは１本のビーム光とITVカメラを
用いた光切断法による３次元計測により立体形状を形成
する装置である。この装置は、スリツト光の線分方向あ
るいはビーム光の走査方向とITVカメラの走査線方向を
平行にする構成により３次元計測を行なうものであつ
て、複雑な形状で凹凸の顕著な対象物体からも容易に立
体形状を複製することが可能になる。本願はこれらの先
行発明の基本思想をさらに拡張し発展させたものであつ
て、その目的とするところは、複雑な形状を有する対象
物体、あるいは、全体的または部分的に比較的柔軟性を
有する対象物体の場合であつても、それと同形あるいは
相似形の立体形状を作製する方法と装置において、３次
元計測のための所要時間を短縮し、かつ、計測精度を向
上せしめることにある。
［問題点を解決するための手段］ 本発明は、上述の問題点を解決し前述の目的を達成する
ために、立体形状を有する対象物体から立体形状を作製
する方法において、下記の構成要件(Ａ)〜(Ｅ)を採択し
結合したことを特徴とする。
ために、立体形状を有する対象物体から立体形状を作製
する方法において、下記の構成要件(Ａ)〜(Ｅ)を採択し
結合したことを特徴とする。
(Ａ) 前記対象物体の外側表面に複数のスリツト光を平
行に照射すること。
行に照射すること。
(Ｂ) 前記スリツト光で形成されるスリツト光平面に対
して所定角度で交差する光軸を有する走査形２次元撮像
装置で照射された前記対象物体の複数個の光像を撮像す
ること。
して所定角度で交差する光軸を有する走査形２次元撮像
装置で照射された前記対象物体の複数個の光像を撮像す
ること。
(Ｃ) 撮像された各々のスリツト光の光像の形状から、
各々の光像に対する前記対象物体の断面形状を計測する
こと。
各々の光像に対する前記対象物体の断面形状を計測する
こと。
(Ｄ) 前記スリツト光と前記走査形２次元撮像装置とを
垂直方向にスリツト光の厚み分ずつ移動させて、前記対
象物体の隣接した断面形状を順次計測すること。
垂直方向にスリツト光の厚み分ずつ移動させて、前記対
象物体の隣接した断面形状を順次計測すること。
(Ｅ) 前記対象物体の全体の断面形状を計測した後に、
計測された断面と薄板とから、前記対象物体の各々の断
面に対応した型板を形成すること。
計測された断面と薄板とから、前記対象物体の各々の断
面に対応した型板を形成すること。
前記型板を重ね合せることにより前記対象物体と同一も
しくは相似の立体形状を作製すること。
しくは相似の立体形状を作製すること。
上記立体形状作製方法を実施するための装置として、下
記の構成要件(Ａ′)〜(Ｅ′)を採択し結合したことを特
徴とする。
記の構成要件(Ａ′)〜(Ｅ′)を採択し結合したことを特
徴とする。
(Ａ′) 前記対象物体に一定角度の広がり角を有し、相
互に平行なスリツト光を複数照射するスリツト光照射装
置。
互に平行なスリツト光を複数照射するスリツト光照射装
置。
(Ｂ′)前記対象物体に照射したスリツト光を撮像する２
次元撮像装置。
次元撮像装置。
(Ｃ′) 前記２次元撮像装置により撮像されたスリツト
光像から前記対象物体の断面形状を計測する手段。
光像から前記対象物体の断面形状を計測する手段。
(Ｄ′) 前記対象物体の全体の断面形を計測した後に、
所定の厚さを有する薄板から前記断面形状の各々に対応
する型板を形成する手段。
所定の厚さを有する薄板から前記断面形状の各々に対応
する型板を形成する手段。
(Ｅ′) 前記スリツト光と前記２次元撮像装置とを一体
的に垂直方向に移動させる移動装置。
的に垂直方向に移動させる移動装置。
［実施例］ 本発明の立体形状作製方法及び装置を具現する一実施例
を添付図面により説明する。
を添付図面により説明する。
第1a図及び第1b図はこの実施例の構成の一部を示す図
で、説明を容易にするために人物像の頭部を簡略化した
モデル１を対象物体としている。そして、モデル１に対
する座標軸X,Y,Zを設定して、それを以後に説明するス
リツト光の照射位置及び光像の撮像装置の位置の基準と
する。座標軸はモデル１の底面中心を原点Ｇとし、第1a
図の立面図において原点Ｇから水平の方向をＸ軸とし、
原点からＸ軸に垂直な方向をＹ軸とし、第1b図の正面図
において、原点を通りＸ軸及びＹ軸に垂直な、モデル１
の垂直中心線をＺ軸としている。
で、説明を容易にするために人物像の頭部を簡略化した
モデル１を対象物体としている。そして、モデル１に対
する座標軸X,Y,Zを設定して、それを以後に説明するス
リツト光の照射位置及び光像の撮像装置の位置の基準と
する。座標軸はモデル１の底面中心を原点Ｇとし、第1a
図の立面図において原点Ｇから水平の方向をＸ軸とし、
原点からＸ軸に垂直な方向をＹ軸とし、第1b図の正面図
において、原点を通りＸ軸及びＹ軸に垂直な、モデル１
の垂直中心線をＺ軸としている。
スリツト光照射装置２は、複数個の発光源(例えば10個
のレーザ発光器)と光学系［例えば、第２図に示す光学
レンズ(シリンドカルレンズ)あるいは凹面鏡］とで構成
され、図中、2aで示すスリツト光のごとく、対象物体た
るモデル１に厚みΔh(例えば0.5mm)で拡がり角(θ)の複
数(10本)のスリツト光2a1〜2a10を照射する。スリツト
光2a1〜2a10は、対象物体たるモデル１の垂直中心線(Ｚ
軸)に下した垂線をその中心線としており、スリツト光2
a1〜2a10は相互に平行で、かつ垂直方向に等ピツチ(例
えば30mm)で並んでモデル１に向けて照射されるように
配置されている。
のレーザ発光器)と光学系［例えば、第２図に示す光学
レンズ(シリンドカルレンズ)あるいは凹面鏡］とで構成
され、図中、2aで示すスリツト光のごとく、対象物体た
るモデル１に厚みΔh(例えば0.5mm)で拡がり角(θ)の複
数(10本)のスリツト光2a1〜2a10を照射する。スリツト
光2a1〜2a10は、対象物体たるモデル１の垂直中心線(Ｚ
軸)に下した垂線をその中心線としており、スリツト光2
a1〜2a10は相互に平行で、かつ垂直方向に等ピツチ(例
えば30mm)で並んでモデル１に向けて照射されるように
配置されている。
再び第1a図において、２次元撮像装置であるITVカメラ
３はスリツト光照射装置２と一定の距離をおいて配置さ
れており、ITVカメラ３の光軸は対象物体であるモデル
１に指向されており、光軸はスリツト光2a1〜2a10と所
定の角度をなすように配置されている。例えばスリツト
光2a5の光面に対してはβの角度をなしている。ここ
で、ITVカメラ３の有効視野角をαとする。図から明ら
かなように、ITVカメラ３の光学レンズの主点Ａから前
記Ｚ軸に下した線分がＺ軸と交点する点がＧで、Ｚ軸及
びＺ軸に直交する線分がＹ軸である。点Ｇが各座標軸の
原点となることは上述のとおりである。
３はスリツト光照射装置２と一定の距離をおいて配置さ
れており、ITVカメラ３の光軸は対象物体であるモデル
１に指向されており、光軸はスリツト光2a1〜2a10と所
定の角度をなすように配置されている。例えばスリツト
光2a5の光面に対してはβの角度をなしている。ここ
で、ITVカメラ３の有効視野角をαとする。図から明ら
かなように、ITVカメラ３の光学レンズの主点Ａから前
記Ｚ軸に下した線分がＺ軸と交点する点がＧで、Ｚ軸及
びＺ軸に直交する線分がＹ軸である。点Ｇが各座標軸の
原点となることは上述のとおりである。
スリツト光照射装置２及びITVカメラ３は案内柱上を摺
動案内される架台４に固定され、該架台４はボールネジ
軸５に螺合するボールナツト６に固定されている。ボー
ルネジ軸５にはステツプモータ(図示しない)が接続さ
れ、該ステツプモータはスリツト光2aの厚さΔhの高さ
づつボールナツト６を段階的に上下に駆動する。即ち、
対象物体たるモデル１に対してスリツト光を段階に照射
できる。
動案内される架台４に固定され、該架台４はボールネジ
軸５に螺合するボールナツト６に固定されている。ボー
ルネジ軸５にはステツプモータ(図示しない)が接続さ
れ、該ステツプモータはスリツト光2aの厚さΔhの高さ
づつボールナツト６を段階的に上下に駆動する。即ち、
対象物体たるモデル１に対してスリツト光を段階に照射
できる。
対象物体であるモデル１の外周全体をスリツト光2aで照
射し、かつITVカメラ３で撮像するには、それぞれ複数
台のスリツト照射装置２とITVカメラ３とをモデルを囲
んで配置すればよい。
射し、かつITVカメラ３で撮像するには、それぞれ複数
台のスリツト照射装置２とITVカメラ３とをモデルを囲
んで配置すればよい。
この場合、すべてのITVカメラ３から対象物体であるモ
デル１の中心線であるＺ軸までの距離を等しくするとと
もに、それらすべての光学的倍率を等しくすると、それ
ぞれのITVカメラ３によつて撮像されたスリツト光の光
像を直接比較できるため、計測結果からＮＣデータを作
成するための演算が簡単化されるが、必らずしもこのよ
うな条件下における実施にのみ制限されるわけではな
い。例えば、始めに対象物体の１断面の形状のみを実測
してその実測データを記憶しておき、この断面形状をIT
Vカメラ３群で撮像したデータを前記の実測データと比
較することにより、各々のカメラの計測データを校正す
るようにして具現することも可能である。
デル１の中心線であるＺ軸までの距離を等しくするとと
もに、それらすべての光学的倍率を等しくすると、それ
ぞれのITVカメラ３によつて撮像されたスリツト光の光
像を直接比較できるため、計測結果からＮＣデータを作
成するための演算が簡単化されるが、必らずしもこのよ
うな条件下における実施にのみ制限されるわけではな
い。例えば、始めに対象物体の１断面の形状のみを実測
してその実測データを記憶しておき、この断面形状をIT
Vカメラ３群で撮像したデータを前記の実測データと比
較することにより、各々のカメラの計測データを校正す
るようにして具現することも可能である。
次に第３図で、対象物体であるモデル１に対するスリツ
ト光2aをITVカメラ３で撮像したものを示す。第1a図及
び第1b図に示すように、ITVカメラ３の走査線の走査方
向がＸ軸とＺ軸とで形成される平面(Ｘ−Ｚ平面という)
に平行となるようITVカメラ３を配置し、ITVカメラ３で
モデル１に照射されたスリツト光2aの構造を撮像する
と、第３図に示すように10本の円弧状のスリツト像が得
られる。第３図における光輝点Ｐiは第1a図及び第1b図
で示す点Ｐi(スリツト光像に含まれる）、すなわち、モ
デル１の表面に照射されたスリツト光2a2の任意の一点
の像であり、またy,zは第1a図及び第1b図におけるＸ軸
及びＺ軸に符合する。なお、第３図でＳ1〜Ｓi〜ＳrはI
TVカメラ３の走査線を示し、Ｋaは撮像される信号レベ
ルを明・暗の２値に量子化するためのしきい値である。
ト光2aをITVカメラ３で撮像したものを示す。第1a図及
び第1b図に示すように、ITVカメラ３の走査線の走査方
向がＸ軸とＺ軸とで形成される平面(Ｘ−Ｚ平面という)
に平行となるようITVカメラ３を配置し、ITVカメラ３で
モデル１に照射されたスリツト光2aの構造を撮像する
と、第３図に示すように10本の円弧状のスリツト像が得
られる。第３図における光輝点Ｐiは第1a図及び第1b図
で示す点Ｐi(スリツト光像に含まれる）、すなわち、モ
デル１の表面に照射されたスリツト光2a2の任意の一点
の像であり、またy,zは第1a図及び第1b図におけるＸ軸
及びＺ軸に符合する。なお、第３図でＳ1〜Ｓi〜ＳrはI
TVカメラ３の走査線を示し、Ｋaは撮像される信号レベ
ルを明・暗の２値に量子化するためのしきい値である。
次に、ITVカメラ３で撮像した第３図に示す像から光切
断面を求めるために、光輝点ＰiのＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸
に関する座標を算出する手段を説明する。第３図に示す
ようにITVカメラ３の一画面は、該カメラ３の映像をｒ
本(一般に250本〜500本程度)の走査線上で走査すること
により出力された映像信号で形成される。走査線は走査
順序に従つて左端から記号Ｓ1,Ｓ2,Ｓ3〜Ｓi〜Ｓrを付
してある。
断面を求めるために、光輝点ＰiのＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸
に関する座標を算出する手段を説明する。第３図に示す
ようにITVカメラ３の一画面は、該カメラ３の映像をｒ
本(一般に250本〜500本程度)の走査線上で走査すること
により出力された映像信号で形成される。走査線は走査
順序に従つて左端から記号Ｓ1,Ｓ2,Ｓ3〜Ｓi〜Ｓrを付
してある。
モデル１の光像をITVカメラ３で撮像することにより、
第４図に示すようなITVカメラ３から出力信号が得られ
る。出力信号は同図に示すように、映像信号Ｉ1に先だ
つて一画面の開始信号(以下、垂直同期信号という)ＶBL
が出力され、次いで第１回目の水平走査開始信号(以
下、水平同期信号という)ＨBLが出力された後に、モデ
ル１の光像の明暗に応じた映像信号Ｉ1が一定時間taで
走査線Ｓ1上を走査することにより出力される。第１回
目の走査がすべて終了すると、第２回目の水平同期信号
ＨBLに続いて、映像信号Ｉ2が走査線Ｓ2上の走査により
出力される。以下、映像信号Ｉrが同様に走査線Ｓr上の
走査で出力されるまで走査が行われて一画面が形成され
る。
第４図に示すようなITVカメラ３から出力信号が得られ
る。出力信号は同図に示すように、映像信号Ｉ1に先だ
つて一画面の開始信号(以下、垂直同期信号という)ＶBL
が出力され、次いで第１回目の水平走査開始信号(以
下、水平同期信号という)ＨBLが出力された後に、モデ
ル１の光像の明暗に応じた映像信号Ｉ1が一定時間taで
走査線Ｓ1上を走査することにより出力される。第１回
目の走査がすべて終了すると、第２回目の水平同期信号
ＨBLに続いて、映像信号Ｉ2が走査線Ｓ2上の走査により
出力される。以下、映像信号Ｉrが同様に走査線Ｓr上の
走査で出力されるまで走査が行われて一画面が形成され
る。
第５図は、このITVカメラ３を用いて第３図で示した光
輝点ＰiのＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸に関する座標(xi,yi,zi)
を求めるための制御回路ブロツク図を示すものである。
第５図において、３はITVカメラで、31は同期分離回路
であり、ITVカメラで撮影したスリツト光2aによるモデ
ル１の光像に関し、映像信号Ｉ、と水平同期信号ＨBL及
び垂直同期信号ＶBLを含む出力信号を同期分離回路31に
入力し、該同期分離回路31で映像信号Ｉと水平同期信号
ＨBLと垂直同期信号ＶBLとをそれぞれ分離する。
輝点ＰiのＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸に関する座標(xi,yi,zi)
を求めるための制御回路ブロツク図を示すものである。
第５図において、３はITVカメラで、31は同期分離回路
であり、ITVカメラで撮影したスリツト光2aによるモデ
ル１の光像に関し、映像信号Ｉ、と水平同期信号ＨBL及
び垂直同期信号ＶBLを含む出力信号を同期分離回路31に
入力し、該同期分離回路31で映像信号Ｉと水平同期信号
ＨBLと垂直同期信号ＶBLとをそれぞれ分離する。
21はカウンタで、カウント入力端子(in)には同期分離回
路31からの水平同期信号ＨBLが接続され、またリセツト
入力端子(reset)には垂直同期信号ＶBLが接続されてい
る。カウンタ21では、まず一画面の走査に先だつて出力
される垂直同期信号ＶBLによつて０にリセツトされ、次
いでＳ1〜Ｓrの各走査線への走査開始の前に出力される
水平同期信号ＨBLを計数する。即ち、カウンタ21の計数
内容はITVカメラ３の出力信号が現在走査している走査
線の番号を示すことになる。
路31からの水平同期信号ＨBLが接続され、またリセツト
入力端子(reset)には垂直同期信号ＶBLが接続されてい
る。カウンタ21では、まず一画面の走査に先だつて出力
される垂直同期信号ＶBLによつて０にリセツトされ、次
いでＳ1〜Ｓrの各走査線への走査開始の前に出力される
水平同期信号ＨBLを計数する。即ち、カウンタ21の計数
内容はITVカメラ３の出力信号が現在走査している走査
線の番号を示すことになる。
次に発振回路22は、１本の走査線が走査される時間taを
ｍ等分した時間間隔ta/ｍ毎にパルスを連続的に出力す
る回路である。カウンタ23はこの発振器22のパルス計数
するためのものであつてそれらは水平同期信号ＨBLで０
にリセツトされるから、このパルスは走査線に対する水
平同期信号ＨBLが出力されるまで、カウンタ23によつて
計数される。従つて、ITVカメラ３の映像面上の走査点
を算出することができる。そして、カウンタで計数され
たパルス数はゲート回路25を経て記憶回路27に記憶され
る。
ｍ等分した時間間隔ta/ｍ毎にパルスを連続的に出力す
る回路である。カウンタ23はこの発振器22のパルス計数
するためのものであつてそれらは水平同期信号ＨBLで０
にリセツトされるから、このパルスは走査線に対する水
平同期信号ＨBLが出力されるまで、カウンタ23によつて
計数される。従つて、ITVカメラ３の映像面上の走査点
を算出することができる。そして、カウンタで計数され
たパルス数はゲート回路25を経て記憶回路27に記憶され
る。
同期分離回路31でITVカメラの出力から垂直同期信号Ｖ
BL、水平同期信号ＨBLを除去して得られた映像信号Ｉは
２値化回路28で所定の信号レベル(Ｋa)(第３図)を基準
として、明部“１”、暗部“０”の２値のデイジタル信
号(以下、２値化信号という)に変換される。即ち、対象
物体であるモデル１の外側表面の明るいスリツト光像部
分“１”、その他の部分を“０”として表わされる。こ
の２値化信号は、ゲート回路24,25のゲート開閉制御端
子Ｎに接続されており、２値化信号が“１”の場合のみ
ゲート回路24,25は開となり、カウンタ21,23の内容は記
憶回路26,27に記憶される。即ち、対象物体であるモデ
ル１の光像を撮像したときの、走査線番号を表わすカウ
ンタ21の内容及び１本の走査線上の位置を表わすカウン
タ23の内容を、それぞれ対応の記憶回路26,27に記憶さ
せることができる。ここで、記憶回路26の記憶内容をΔ
Ｙiとし、記憶回路27の記憶内容をΔＺiとする。
BL、水平同期信号ＨBLを除去して得られた映像信号Ｉは
２値化回路28で所定の信号レベル(Ｋa)(第３図)を基準
として、明部“１”、暗部“０”の２値のデイジタル信
号(以下、２値化信号という)に変換される。即ち、対象
物体であるモデル１の外側表面の明るいスリツト光像部
分“１”、その他の部分を“０”として表わされる。こ
の２値化信号は、ゲート回路24,25のゲート開閉制御端
子Ｎに接続されており、２値化信号が“１”の場合のみ
ゲート回路24,25は開となり、カウンタ21,23の内容は記
憶回路26,27に記憶される。即ち、対象物体であるモデ
ル１の光像を撮像したときの、走査線番号を表わすカウ
ンタ21の内容及び１本の走査線上の位置を表わすカウン
タ23の内容を、それぞれ対応の記憶回路26,27に記憶さ
せることができる。ここで、記憶回路26の記憶内容をΔ
Ｙiとし、記憶回路27の記憶内容をΔＺiとする。
なお、１本の走査線についてΔＹi，ΔＺiが複数(例え
ばＰ4)得られる場合もあるが、これらはΔＹi〜ΔＹip,
ΔＺi〜ΔＺipとして全てを記憶回路26,27に記憶する。
また、１本の走査線に複数のスリツト光像の光輝点が存
在する可能性もある。このためにマイクロコンピユータ
40からスリツト光照射装置２に対して、スリツト光2a1
〜2a10の点灯指令を順次一つづつ与え、これと同期させ
てΔＹi，ΔＺiを識別している。
ばＰ4)得られる場合もあるが、これらはΔＹi〜ΔＹip,
ΔＺi〜ΔＺipとして全てを記憶回路26,27に記憶する。
また、１本の走査線に複数のスリツト光像の光輝点が存
在する可能性もある。このためにマイクロコンピユータ
40からスリツト光照射装置２に対して、スリツト光2a1
〜2a10の点灯指令を順次一つづつ与え、これと同期させ
てΔＹi，ΔＺiを識別している。
ΔＹi，ΔＺiが求められることにより、第1a図に示すよ
うにモデル１の点ＰiのＸ−Ｙ座標に関する位置(Ｘi,Ｙ
i)は以下のように求める。即ち、第1a図及び第1b図の点
Ｐiは線分▲▼と線分Ｚ＝Ｚlとの交点であり、Ｘi
は次の(1)式、(2)式で求まる。
うにモデル１の点ＰiのＸ−Ｙ座標に関する位置(Ｘi,Ｙ
i)は以下のように求める。即ち、第1a図及び第1b図の点
Ｐiは線分▲▼と線分Ｚ＝Ｚlとの交点であり、Ｘi
は次の(1)式、(2)式で求まる。
ただし、▲▼；点Ｏと点Ｑ間の長さ Ｌ；ＴＶ用カメラのレンズの中心Ａと原点Ｇ間の長さ Ｚl；スリツト光2a2とＺ軸間の長さ また(1)式における▲▼は次式から求まる。
ただし、α；ＴＶ用カメラの視野角 γ；ＴＶ用カメラの最下端の視野がＸ軸となす角 ｍ；サンプリング時間 次にＹiは以下の(3)式で求まる。
ただし、ｒ；１画面の走査線の総数 Ｘi：(1)(2)式により得られる値 上記(1)式、(2)式及び(3)式の演算はマイクロコンピユ
ータ40で演算する。そして演算結果はメモリ41に格納す
る。
ータ40で演算する。そして演算結果はメモリ41に格納す
る。
ITVカメラ３の一画面に関するすべての(Ｘi,Ｙi)を演算
し、演算結果をメモリ41に格納すると、第1a図で架台４
をスリツト光の厚さΔhだけステツプモータの駆動によ
り上昇または下降させて、前述と同様の処理を行なう。
架台４の移動は互いに隣接するスリツト光間の間隔、す
なわちその厚さΔhに等しいステツプで行われる。
し、演算結果をメモリ41に格納すると、第1a図で架台４
をスリツト光の厚さΔhだけステツプモータの駆動によ
り上昇または下降させて、前述と同様の処理を行なう。
架台４の移動は互いに隣接するスリツト光間の間隔、す
なわちその厚さΔhに等しいステツプで行われる。
上述の説明はITVカメラ３を含む計測装置１台分につい
て示した。対象物体であるモデル１の外側表面全体につ
いて立体的に計測する場合には、複数台のITVカメラ３
を対象物体であるモデル１のＺ軸から等距離に設置し、
かつ第５図の計測処理部30を複数設けることにより、そ
れぞれのΔＹi,ΔＺiを求める。そして、各々のΔＹi,
ΔＺiをマイクロコンピユータ40に入力して各々の(Ｘi,
Ｙi)を演算してメモリ41に格納することによつて、モデ
ルの外側表面全体についての立体的計測ができる。この
とき、複数台のITVカメラ３によつて複数の画像が得ら
れ、隣り合う画像間で重なりが生ずるがあらかじめ１台
のITVカメラ３で撮像する範囲を設定することでデータ
(Ｘi,Ｙi)の重複は避けられる。例えば、ｎ台のITVカメ
ラを対象物体であるモデル１の周囲に等間隔に設置する
場合、各ITVカメラ３が光軸を中心にＺ軸の回りに±360
゜/2nの範囲に設定すればよい。また、本実施例では演
算処理の容易化を図るため、すべてのITVカメラをＺ軸
に同一高さとなるように移動させている。
て示した。対象物体であるモデル１の外側表面全体につ
いて立体的に計測する場合には、複数台のITVカメラ３
を対象物体であるモデル１のＺ軸から等距離に設置し、
かつ第５図の計測処理部30を複数設けることにより、そ
れぞれのΔＹi,ΔＺiを求める。そして、各々のΔＹi,
ΔＺiをマイクロコンピユータ40に入力して各々の(Ｘi,
Ｙi)を演算してメモリ41に格納することによつて、モデ
ルの外側表面全体についての立体的計測ができる。この
とき、複数台のITVカメラ３によつて複数の画像が得ら
れ、隣り合う画像間で重なりが生ずるがあらかじめ１台
のITVカメラ３で撮像する範囲を設定することでデータ
(Ｘi,Ｙi)の重複は避けられる。例えば、ｎ台のITVカメ
ラを対象物体であるモデル１の周囲に等間隔に設置する
場合、各ITVカメラ３が光軸を中心にＺ軸の回りに±360
゜/2nの範囲に設定すればよい。また、本実施例では演
算処理の容易化を図るため、すべてのITVカメラをＺ軸
に同一高さとなるように移動させている。
次に前述のようにして得られた対象物体であるモデル１
の光輝点(Ｘi,Ｙi)から立体像を複製する手段とプロセ
スを説明する。ここで、複数台のITVカメラ31〜3nの走
査線を１Ｓi〜nＳiとし、メモリ41に格納された走査線
１Ｓiに関するスリツト光２a1〜２a10の座標を（Ｘi2
a1，Ｙi2a1）１Ｓi〜（Ｘi2a10,Ｙi2a10）１Ｓiとす
る。本実施例では、第６図に示すようにマイクロコンピ
ユータ40に10台の薄板切断用ＮＣレーザ切断機501〜50
10を接続し、該ＮＣレーザ切断機321〜3210はマイクロ
コンピユータ40からのＮＣ指令によつて制御される加工
システムを構成している。各レーザ切断機501〜5010に
Δhの厚みの薄板をセツトしたのち、それぞれのITVカメ
ラの走査線１Ｓ1〜10Ｓ1に関する指令値（Ｘi2a1,Ｙi2a
1）１Ｓ1〜（Ｘi2a10,Ｙi2a10）１Ｓ1をそれぞれに与え
て、前記の薄板の切断を開始する。次いで各レーザ切断
機501〜5010に（Ｘi2a1,Ｙi2a1）１Ｓ2〜(Ｘi2a10,Ｙi2
a10)１Ｓ2を指令値として与えて切断し、（Ｘi2a10,Ｙi
2a10）１Ｓrまでこれをくり返す。ＴＶ用カメラ３1に関
するＮＣ切断が終了すると、次にITVカメラ３2に関して
同様に（Ｘi2a1,Ｙi2a1）２Ｓ1〜(Ｘi2a10,Ｙi2a10）２
Ｓrの切断をおこない、これをITVカメラ３nまでくり返
す。これで最初の計測位置におけるスリツト光平面２a1
〜２a10に関する対象物の断面形状と同一形状でΔhの厚
みを有する型板がそれぞれ得られる。次いで２番目の計
測位置に関するデータについても同様の処理をおこな
い、これを計測回数分くり返すと、対象物体に関するす
べての断面形状に対応した前記の型板が得られる。
の光輝点(Ｘi,Ｙi)から立体像を複製する手段とプロセ
スを説明する。ここで、複数台のITVカメラ31〜3nの走
査線を１Ｓi〜nＳiとし、メモリ41に格納された走査線
１Ｓiに関するスリツト光２a1〜２a10の座標を（Ｘi2
a1，Ｙi2a1）１Ｓi〜（Ｘi2a10,Ｙi2a10）１Ｓiとす
る。本実施例では、第６図に示すようにマイクロコンピ
ユータ40に10台の薄板切断用ＮＣレーザ切断機501〜50
10を接続し、該ＮＣレーザ切断機321〜3210はマイクロ
コンピユータ40からのＮＣ指令によつて制御される加工
システムを構成している。各レーザ切断機501〜5010に
Δhの厚みの薄板をセツトしたのち、それぞれのITVカメ
ラの走査線１Ｓ1〜10Ｓ1に関する指令値（Ｘi2a1,Ｙi2a
1）１Ｓ1〜（Ｘi2a10,Ｙi2a10）１Ｓ1をそれぞれに与え
て、前記の薄板の切断を開始する。次いで各レーザ切断
機501〜5010に（Ｘi2a1,Ｙi2a1）１Ｓ2〜(Ｘi2a10,Ｙi2
a10)１Ｓ2を指令値として与えて切断し、（Ｘi2a10,Ｙi
2a10）１Ｓrまでこれをくり返す。ＴＶ用カメラ３1に関
するＮＣ切断が終了すると、次にITVカメラ３2に関して
同様に（Ｘi2a1,Ｙi2a1）２Ｓ1〜(Ｘi2a10,Ｙi2a10）２
Ｓrの切断をおこない、これをITVカメラ３nまでくり返
す。これで最初の計測位置におけるスリツト光平面２a1
〜２a10に関する対象物の断面形状と同一形状でΔhの厚
みを有する型板がそれぞれ得られる。次いで２番目の計
測位置に関するデータについても同様の処理をおこな
い、これを計測回数分くり返すと、対象物体に関するす
べての断面形状に対応した前記の型板が得られる。
このようにして得られた型板を計測の順に重ねて、例え
ば接着剤などで固定することにより、対象物体と同形の
複製が容易に作成できる。
ば接着剤などで固定することにより、対象物体と同形の
複製が容易に作成できる。
本実施例によれば、対象物体であるモデルのＺ軸に対し
て、複数のスリツト光を照射できる構成にしてあるの
で、スリツト光源の移動が少なくて済み、かつ、スリツ
ト光の照射時間が短縮されて、迅速な演算処理が可能と
なる。また、ITVカメラの走査線を垂直方向になるよう
に配置したために、横方向より縦方向の分解能を少なく
とも２倍以上にとり得るので、人物像などのように縦方
向に長い対象物体の場合にも、その計測精度を向上させ
ることができる。
て、複数のスリツト光を照射できる構成にしてあるの
で、スリツト光源の移動が少なくて済み、かつ、スリツ
ト光の照射時間が短縮されて、迅速な演算処理が可能と
なる。また、ITVカメラの走査線を垂直方向になるよう
に配置したために、横方向より縦方向の分解能を少なく
とも２倍以上にとり得るので、人物像などのように縦方
向に長い対象物体の場合にも、その計測精度を向上させ
ることができる。
なお、実施例においては、演算処理の容易化をはかるた
め、すべてのＴＶ用カメラをＺ軸に関して同一の高さと
なるように移動させているが、必らずしもこのような条
件に制約されるものではなく、例えばITVカメラのＺ軸
に関する高さをエンコーダ等で計測した結果をマイクロ
コンピユータに与えて各ＴＶ用カメラから得られるデー
タ（xi,yi）をＺ軸に関する同一高さに整合させること
もできる。また、データ(xi,yi)をＮ倍あるいは1/Ｎ倍
として、ＮＣ切断機で切断する薄板の厚さΔhを各々Ｎ
ΔhまたはΔh/Ｎとすれば任意の大きさに拡大または縮
小することもできる。
め、すべてのＴＶ用カメラをＺ軸に関して同一の高さと
なるように移動させているが、必らずしもこのような条
件に制約されるものではなく、例えばITVカメラのＺ軸
に関する高さをエンコーダ等で計測した結果をマイクロ
コンピユータに与えて各ＴＶ用カメラから得られるデー
タ（xi,yi）をＺ軸に関する同一高さに整合させること
もできる。また、データ(xi,yi)をＮ倍あるいは1/Ｎ倍
として、ＮＣ切断機で切断する薄板の厚さΔhを各々Ｎ
ΔhまたはΔh/Ｎとすれば任意の大きさに拡大または縮
小することもできる。
［発明の効果］ 本発明によれば、立体形状を有する人物を複数のスリッ
ト光とＩＴＶカメラとによって、人物の全体の断面形状
の計測時間を著しく短縮できるので、動きのある人物で
もその断面形状を正確に計測でき、人物がぶれない短時
間で人物の全体の断面形状の計測ができ、正確な人物像
を作製できる。
ト光とＩＴＶカメラとによって、人物の全体の断面形状
の計測時間を著しく短縮できるので、動きのある人物で
もその断面形状を正確に計測でき、人物がぶれない短時
間で人物の全体の断面形状の計測ができ、正確な人物像
を作製できる。
又複数のスリット光を用いているので、走査形２次元撮
像装置として普通の２０コマ取りの工業用ＴＶカメラを
用いても、短時間で人物の全体の断面形状の計測ができ
るので、本願の発明の安価に実現できる。
像装置として普通の２０コマ取りの工業用ＴＶカメラを
用いても、短時間で人物の全体の断面形状の計測ができ
るので、本願の発明の安価に実現できる。
第1a図および第1b図は、本発明の一実施例の平面及び立
面の概略図である。 第２図は、同実施例のスリット光照射装置の一部を示す
図である。 第３図は、同実施例のITVカメラの画像を示す図であ
る。 第４図は、第３図に示す画像の走査状態を示す図であ
る。 第５図は、同実施例の断面形状演算のための計測処理部
を示すブロツク図である。 第６図は、同実施例の薄板切断のため加工システムの概
略図である。 （符合の説明） １……対象物体(モデル)、２……スリツト光照射装置 2a(2a1〜2a10)……スリツト光、３……ITVカメラ ４……架台、501〜5010……ＮＣレーザ切断機 Ｓ1〜Ｓr……走査線。
面の概略図である。 第２図は、同実施例のスリット光照射装置の一部を示す
図である。 第３図は、同実施例のITVカメラの画像を示す図であ
る。 第４図は、第３図に示す画像の走査状態を示す図であ
る。 第５図は、同実施例の断面形状演算のための計測処理部
を示すブロツク図である。 第６図は、同実施例の薄板切断のため加工システムの概
略図である。 （符合の説明） １……対象物体(モデル)、２……スリツト光照射装置 2a(2a1〜2a10)……スリツト光、３……ITVカメラ ４……架台、501〜5010……ＮＣレーザ切断機 Ｓ1〜Ｓr……走査線。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−179613（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−26706（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−114264（ＪＰ，Ａ) 米国特許3884577（ＵＳ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】立体形状を有する対象物体から立体形状を
作製する方法であって： 対象物体の外側表面に向けて複数のスリット光を同時に
平行に照射して、各スリット光平面における前記対象物
体の輪郭を表す光切断面輪郭を形成し、 前記スリット光平面に対して所定角度で交差する方向を
光軸として、前記対象物体の複数の光切断面輪郭を二次
元撮像面に撮像し、 撮像面における光輝点に対し各スリット光平面と撮像面
の位置関係および撮像手段の光学的倍率に基づく演算を
施してスリット光平面における二次元位置を算出し、 前記撮像面における光輝点のスリット光平面における二
次元位置を集積して、各スリット光平面毎に該対象物体
の光切断面形状を形成し、 前記複数のスリット光平面と前記光軸および撮像面とを
一体的に垂直方向にスリット光の幅ずつ移動させては、
前記複数のスリット光を照射して光切断面輪郭を形成
し、これを撮像し、撮像面における光輝点のスリット光
平面における二次元位置を算出し、各スリット光平面に
おける該対象物体の光切断面形状を形成する工程を対象
部分全体にわたるまで繰返して、前記対象物体の対象部
分のスリット光幅間隔毎の光切断面形状を形成し、 前記形成されたスリット光幅間隔毎の光切断面形状に対
応した型板を作製し、 前記型板をスリット光幅間隔毎の光切断面形状の重なり
の順に重ね合わせて固定すること を特徴とする、対象物体と同一もしくは相似の立体形状
の作製方法。 - 【請求項２】立体形状を有する対象物体から立体形状を
作製する方法を実施するための装置であって： レーザビーム光を光学的に変換して、一定角度の広がり
角度を有するスリット光を発生する複数のスリット光照
射器を、該スリット光が相互に平行でかつ一定の間隔で
対象物体表面を照射するように構成したスリット光照射
装置と、 前記スリット光照射装置に対して一定の距離及び所定の
角度を持って固定され、前記対象物体で反射した複数の
スリット光の光像を撮像する二次元撮像装置と、 前記スリット光照射装置と前記二次元撮像装置とを一体
的に垂直方向に該スリット光の幅ずつ移動させる移動装
置と、 前記二次元撮像装置により撮像されたスリット光像に対
し各スリット光平面撮像面の位置関係および撮像手段の
光学的倍率に基づく演算を施して光輝点のスリット光平
面における二次元位置を算出し、前記撮像面における光
輝点のスリット光平面における二次元位置を集積して、
各スリット光平面毎に該対象物体の断面形状を計測する
手段と、 前記移動装置を移動させながら対象物体の対象部分全体
の断面形状を計測した後に、所定の厚さを有する薄板か
ら前記断面形状の各々に対応する型板を断面形状の重な
りの順に形成する手段と、 前記対象物体の全体についてその各々の断面形状に対応
した型板を前記断面形状の重なりの順に固定する手段
と、 を含んで成ることを特徴とする対象物体と同一もしくは
相似の立体形状を形成する立体形状の作製装置。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59210775A JPH0654228B2 (ja) | 1984-10-08 | 1984-10-08 | 立体形状の作製方法及び作製装置 |
| US06/721,451 US4752964A (en) | 1984-04-17 | 1985-04-09 | Method and apparatus for producing three-dimensional shape |
| EP85104269A EP0163076B1 (en) | 1984-04-17 | 1985-04-09 | Apparatus for producing a three-dimensional copy of an object |
| DE8585104269T DE3584642D1 (de) | 1984-04-17 | 1985-04-09 | Einrichtung zum erzeugen einer dreidimensionalen kopie eines gegenstandes. |
| AT85104269T ATE69400T1 (de) | 1984-04-17 | 1985-04-09 | Einrichtung zum erzeugen einer dreidimensionalen kopie eines gegenstandes. |
| CA000478699A CA1257682A (en) | 1984-04-17 | 1985-04-10 | Method and apparatus for producing three-dimensional shape |
| CN85102933A CN85102933B (zh) | 1984-10-08 | 1985-04-17 | 产生三维形状的方法和装置 |
| KR1019850004193A KR910000185B1 (ko) | 1984-10-08 | 1985-06-14 | 3차원적 입체형상의 형성방법과 형성장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59210775A JPH0654228B2 (ja) | 1984-10-08 | 1984-10-08 | 立体形状の作製方法及び作製装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6189505A JPS6189505A (ja) | 1986-05-07 |
| JPH0654228B2 true JPH0654228B2 (ja) | 1994-07-20 |
Family
ID=16594933
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59210775A Expired - Lifetime JPH0654228B2 (ja) | 1984-04-17 | 1984-10-08 | 立体形状の作製方法及び作製装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0654228B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02223810A (ja) * | 1989-02-25 | 1990-09-06 | Yunisun:Kk | 光切断法による三次元形状測定装置 |
| JPH04176543A (ja) * | 1990-11-08 | 1992-06-24 | Fanuc Ltd | デジタイジング制御装置 |
| JP3855756B2 (ja) | 2001-12-07 | 2006-12-13 | ブラザー工業株式会社 | ３次元色形状検出装置及び３次元スキャナー |
| CN116379960B (zh) * | 2023-05-31 | 2023-09-15 | 天津宜科自动化股份有限公司 | 一种获取物体轮廓信息的数据处理系统 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3884577A (en) | 1973-01-08 | 1975-05-20 | Richard A Carpentier | Methods and apparatus for object reproduction |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2189592A (en) * | 1937-03-11 | 1940-02-06 | Perera Bamunuarchige Victor | Process of making relief maps |
| US3539410A (en) * | 1967-11-20 | 1970-11-10 | Gen Photogrammetric Services L | Relief models |
| JPS54114264A (en) * | 1978-02-27 | 1979-09-06 | Nippon Steel Corp | Screw inspection method |
| JPS5726706A (en) * | 1980-07-24 | 1982-02-12 | Mitsubishi Electric Corp | Detector for shape of body |
| JPH0216842A (ja) * | 1988-07-05 | 1990-01-19 | Komatsu Ltd | 平衡伝送線断線検出回路 |
-
1984
- 1984-10-08 JP JP59210775A patent/JPH0654228B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3884577A (en) | 1973-01-08 | 1975-05-20 | Richard A Carpentier | Methods and apparatus for object reproduction |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6189505A (ja) | 1986-05-07 |
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