JPH0665964B2 - 変位の測定方法および装置 - Google Patents
変位の測定方法および装置Info
- Publication number
- JPH0665964B2 JPH0665964B2 JP60279788A JP27978885A JPH0665964B2 JP H0665964 B2 JPH0665964 B2 JP H0665964B2 JP 60279788 A JP60279788 A JP 60279788A JP 27978885 A JP27978885 A JP 27978885A JP H0665964 B2 JPH0665964 B2 JP H0665964B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pixel
- output
- dimensional image
- image sensor
- displacement
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Closed-Circuit Television Systems (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、光切断法に用いた変位の測定方法および装置
に係り、被測定面が乱反射面である例えばセラミック部
品等の形状変位の測定に供される。
に係り、被測定面が乱反射面である例えばセラミック部
品等の形状変位の測定に供される。
従来の技術 光切断法を用いた変位の測定方法は、一般工業分野にお
いて広く利用されており、例えば、計測技術1985−２別
冊第176〜180頁に「非接触で微小高さを自動測定するレ
ベルメータ」として開示されている。この光切断法の原
理は第７図に示すように線状の投射光ａを非測定対象ｂ
上に照射してそこに線状の光マークを形成し、その光マ
ークの反射光像を投射光ａの長手側においてその投射方
向と異なる方向に設けた結像面ｄ上に結像させるように
したものである。これによれば、非測定対象ｂの変位
（図では高さ）に応じて光マークの形成位置が高さ方向
で変化し、その結果、その光マークの形成位置に応じて
結像面ｄ上での反射光像の位置が行方向（図の上下方
向）に変化することになり、この各列において結像した
行の位置変化から被測定対象ｂのある断面における変位
が判明する。
いて広く利用されており、例えば、計測技術1985−２別
冊第176〜180頁に「非接触で微小高さを自動測定するレ
ベルメータ」として開示されている。この光切断法の原
理は第７図に示すように線状の投射光ａを非測定対象ｂ
上に照射してそこに線状の光マークを形成し、その光マ
ークの反射光像を投射光ａの長手側においてその投射方
向と異なる方向に設けた結像面ｄ上に結像させるように
したものである。これによれば、非測定対象ｂの変位
（図では高さ）に応じて光マークの形成位置が高さ方向
で変化し、その結果、その光マークの形成位置に応じて
結像面ｄ上での反射光像の位置が行方向（図の上下方
向）に変化することになり、この各列において結像した
行の位置変化から被測定対象ｂのある断面における変位
が判明する。
この種の装置の基本的な構成は、第１図に示すようにレ
ーザ共振器１、その散乱レーザ光を線状のビームに変換
して被測定体象５上に照射する投光レンズ系２、そのレ
ーザビームの長手側においてその照射方向に対して適宜
角度を隔てた斜めの光路に介入された受光レンズ系３、
その受光レンズ系３の後方に配置された二次元画像セン
サ４よりなる。二次元画像センサ４としては、例えば、
MOS型、CCD型センサなどがあり、微小面積の画素を行列
配置（像の変化方向を行、それと直交する方向を列とす
る）したものが用いられている。
ーザ共振器１、その散乱レーザ光を線状のビームに変換
して被測定体象５上に照射する投光レンズ系２、そのレ
ーザビームの長手側においてその照射方向に対して適宜
角度を隔てた斜めの光路に介入された受光レンズ系３、
その受光レンズ系３の後方に配置された二次元画像セン
サ４よりなる。二次元画像センサ４としては、例えば、
MOS型、CCD型センサなどがあり、微小面積の画素を行列
配置（像の変化方向を行、それと直交する方向を列とす
る）したものが用いられている。
以上のものにおいて、従来技術は、前記画素の行の幅内
に光マーク反射光像の線幅が入るようにして測定分解能
を画素行間隔にしたのであり、先ず、レーザ共振器１か
ら投射される拡散レーザ光を円筒レンズとコリメーショ
ンレンズの組合わせよりなる投光レンズ２より第８図に
示すように断面形状がスリット状で、そのビームのウエ
スト（最小幅）の位置Ｂが変位の測定範囲Ａ−Ｃの中間
に位置し、スリットの長手側長さが適宜の大きさ（画素
列の長さによる制約がある）のビームを形成し、そのビ
ームを被測定体象５に対してその変位する方向と平行な
方向から照射する。これにより被測定体象５上にはスリ
ット状の光マークが形成され、その反射光像が受光レン
ズ３を介して二次元画像センサ４の画素行列状に結像
し、その結像画素の出力が変化する。そこで、次にはこ
の二次元画像センサ４を走査して各画素の列ごとの出力
変化した画素行番号を検出し、それに基づいて各画素の
列ごとに次式により基準変位位置に対する変位△ｚを検
出する。
に光マーク反射光像の線幅が入るようにして測定分解能
を画素行間隔にしたのであり、先ず、レーザ共振器１か
ら投射される拡散レーザ光を円筒レンズとコリメーショ
ンレンズの組合わせよりなる投光レンズ２より第８図に
示すように断面形状がスリット状で、そのビームのウエ
スト（最小幅）の位置Ｂが変位の測定範囲Ａ−Ｃの中間
に位置し、スリットの長手側長さが適宜の大きさ（画素
列の長さによる制約がある）のビームを形成し、そのビ
ームを被測定体象５に対してその変位する方向と平行な
方向から照射する。これにより被測定体象５上にはスリ
ット状の光マークが形成され、その反射光像が受光レン
ズ３を介して二次元画像センサ４の画素行列状に結像
し、その結像画素の出力が変化する。そこで、次にはこ
の二次元画像センサ４を走査して各画素の列ごとの出力
変化した画素行番号を検出し、それに基づいて各画素の
列ごとに次式により基準変位位置に対する変位△ｚを検
出する。
ここに、 △zi:画素列ｉにおける基準変位に対する変位 M:結像光学系の倍率（単位変位に対する光像の移動量の
割合） l:画素列の間隔 ni:画素列ｉにおいて基準変位位置と変位時に出力変化
を生じる画素行番号の差 θ：投射軸と受光軸のなす角度 Ｋ＝lsinθ／Ｍ（一定） 以上により被測定対象５のある断面において、光マーク
の長さに対応した部分の変位が求められる。
割合） l:画素列の間隔 ni:画素列ｉにおいて基準変位位置と変位時に出力変化
を生じる画素行番号の差 θ：投射軸と受光軸のなす角度 Ｋ＝lsinθ／Ｍ（一定） 以上により被測定対象５のある断面において、光マーク
の長さに対応した部分の変位が求められる。
発明が解決しようとする課題 ところで、この種の装置における測定分解能は光学系の
倍率と画像センサの画素間隔により定まり、その光学系
の倍率も変位測定範囲と画素の数に制約されており、結
局、測定分解能は画像センサの画素の数と間隔に制約を
受け、高い分解能を必要とする測定には適用できない問
題点があった。
倍率と画像センサの画素間隔により定まり、その光学系
の倍率も変位測定範囲と画素の数に制約されており、結
局、測定分解能は画像センサの画素の数と間隔に制約を
受け、高い分解能を必要とする測定には適用できない問
題点があった。
尚、例えば特開昭57−33304号（形状検査方法及びその
装置）に開示されるように、結像レンズとテレビカメラ
の組合せ、結像レンズとイメージディテクタの組合せ、
あるいは像走査器と一次元撮像素子の組合せのいずれか
の撮像装置により像の変化方向における像の中心位置を
求めるもの、すなわち、出力が所定の上限レベル以下の
場合はそのピーク位置の画素位置番号を、上限レベルを
越える場合は上限レベルと同一出力の二つの画素位置番
号の平均値により中心位置を求めるものもあるが、測定
分解能は前記と同様画素の間隔に制約されてしまう。こ
れに対し、画素の代わりに連続的に出力を取り出し、そ
のピークを求めることも考えられるが、その場合は、出
力に被測定対象の部分的な光学むらに起因するノイズ成
分も含まれている結果、ノイズの重畳した誤ったピーク
を検出してしまう恐れがある。
装置）に開示されるように、結像レンズとテレビカメラ
の組合せ、結像レンズとイメージディテクタの組合せ、
あるいは像走査器と一次元撮像素子の組合せのいずれか
の撮像装置により像の変化方向における像の中心位置を
求めるもの、すなわち、出力が所定の上限レベル以下の
場合はそのピーク位置の画素位置番号を、上限レベルを
越える場合は上限レベルと同一出力の二つの画素位置番
号の平均値により中心位置を求めるものもあるが、測定
分解能は前記と同様画素の間隔に制約されてしまう。こ
れに対し、画素の代わりに連続的に出力を取り出し、そ
のピークを求めることも考えられるが、その場合は、出
力に被測定対象の部分的な光学むらに起因するノイズ成
分も含まれている結果、ノイズの重畳した誤ったピーク
を検出してしまう恐れがある。
これを解決するものとして、レーザビームの幅を画素行
間隔より十分小にし、それにより画素上に結像した光像
が画素の中央か端部（像全体が結像されない）にあるか
により同一画素でも変化する出力に基づいて画素行間隔
より細かい間隔を測定するものが提案されている。しか
し、この場合には、変位（レーザ光源と被測定対象間距
離の変化）及び被測定対象面の反射効率の大きさにより
変化する光像の光強度に対する感度補正（第８図のＡ〜
Ｃ点で光マークが形成された場合、その反射光像の光強
度は第９図のように差異があり、それに対する補正）を
行なう必要があるが、正確な補正は難しく、測定分解能
の向上には限界がある。
間隔より十分小にし、それにより画素上に結像した光像
が画素の中央か端部（像全体が結像されない）にあるか
により同一画素でも変化する出力に基づいて画素行間隔
より細かい間隔を測定するものが提案されている。しか
し、この場合には、変位（レーザ光源と被測定対象間距
離の変化）及び被測定対象面の反射効率の大きさにより
変化する光像の光強度に対する感度補正（第８図のＡ〜
Ｃ点で光マークが形成された場合、その反射光像の光強
度は第９図のように差異があり、それに対する補正）を
行なう必要があるが、正確な補正は難しく、測定分解能
の向上には限界がある。
他方、例えば特開昭59−79105号（Ｈ形鋼の寸法形状測
定方法）に開示されるように、最大光強度を持つ画素の
出力とその両隣の画素の出力を２次曲線に近似させてピ
ークを求める方法も提案されているが、その近似は実際
の出力分布パターンとは異なる放物線関数によるもので
あり、それによる効果は、開示された実施例において
も、ばらつきを従来の三分の一程度に減少（0.9mmから
0.3mm）できるに過ぎない。
定方法）に開示されるように、最大光強度を持つ画素の
出力とその両隣の画素の出力を２次曲線に近似させてピ
ークを求める方法も提案されているが、その近似は実際
の出力分布パターンとは異なる放物線関数によるもので
あり、それによる効果は、開示された実施例において
も、ばらつきを従来の三分の一程度に減少（0.9mmから
0.3mm）できるに過ぎない。
問題点を解決するための手段 本発明は、上記問題点を解決するにあたり、ビームの光
強度分布パターンに着目したものである。すなわち、断
面スリット状のビームの幅を極小に絞る代わりに適宜の
幅を許すと、あるビームの高さ範囲では断面一様の平行
ビームとみなせるビームの形成が可能であること、ま
た、基礎モードのレーザ光等においてはその光強度の分
布パターンは、スリットの長手方向および幅方向のいず
れも正規分布し、そのパターンは、ビームが被測定対象
で反射し、レンズ系を介しても保存され、ただ、そのパ
ターンの振幅のみが、変位および反射面の反射効率によ
り変化するだけとみなせることに着目し、複数個の画素
にわたる分布パターンを正規分布の関数により近似して
その近似パターンの特定出力点と対応する画素行番号を
画素行の間隔より細かく求めようとするものであり、２
つの方法の発明とそれを実施する装置の発明とからな
る。
強度分布パターンに着目したものである。すなわち、断
面スリット状のビームの幅を極小に絞る代わりに適宜の
幅を許すと、あるビームの高さ範囲では断面一様の平行
ビームとみなせるビームの形成が可能であること、ま
た、基礎モードのレーザ光等においてはその光強度の分
布パターンは、スリットの長手方向および幅方向のいず
れも正規分布し、そのパターンは、ビームが被測定対象
で反射し、レンズ系を介しても保存され、ただ、そのパ
ターンの振幅のみが、変位および反射面の反射効率によ
り変化するだけとみなせることに着目し、複数個の画素
にわたる分布パターンを正規分布の関数により近似して
その近似パターンの特定出力点と対応する画素行番号を
画素行の間隔より細かく求めようとするものであり、２
つの方法の発明とそれを実施する装置の発明とからな
る。
その第１の発明は、断面スリット状の平行ビームを被測
定対象上と投射して光マークを形成し、その光マークを
前記平行ビームの投射方向と異なる方向に配置され、画
素が行列配置されてなる二次元画像センサに導入し、そ
の二次元画像センサの画素の出力に基づいて変位を算出
する変位の測定方法において、前記平行ビームの光強度
分布型を略正規分布型とすると共に、その幅を前記二次
元画像センサの多数行（ただし、光マークの入射像の変
化する方向を行、それと直交する方向を列とする）に跨
る大きさとし、前記二次元画像センサの画素の出力に基
づく変位の算出は、前記画素の列ごとに画素行番号とそ
の出力との関係を正規分布関数により近似してその特定
出力点と対応する画素行番号を画素行の間隔より細かく
求めて行うことを特徴とする。
定対象上と投射して光マークを形成し、その光マークを
前記平行ビームの投射方向と異なる方向に配置され、画
素が行列配置されてなる二次元画像センサに導入し、そ
の二次元画像センサの画素の出力に基づいて変位を算出
する変位の測定方法において、前記平行ビームの光強度
分布型を略正規分布型とすると共に、その幅を前記二次
元画像センサの多数行（ただし、光マークの入射像の変
化する方向を行、それと直交する方向を列とする）に跨
る大きさとし、前記二次元画像センサの画素の出力に基
づく変位の算出は、前記画素の列ごとに画素行番号とそ
の出力との関係を正規分布関数により近似してその特定
出力点と対応する画素行番号を画素行の間隔より細かく
求めて行うことを特徴とする。
すなわち、これにおいては、画素番号算出の基となる関
数近似を画素行の出力によりビームの光強度パターンに
合致した正規分布関数で行ない、その関数の特定出力点
を算出することにより画素行番号より細かい桁まで算出
するものである。ただし、これにおいては、被測定対象
上に極めて微小な反射むらがあった場合出力分布パター
ンに局所的な歪が生じ、それに伴ない近似に際しての多
少の誤差を生じる恐れがある。
数近似を画素行の出力によりビームの光強度パターンに
合致した正規分布関数で行ない、その関数の特定出力点
を算出することにより画素行番号より細かい桁まで算出
するものである。ただし、これにおいては、被測定対象
上に極めて微小な反射むらがあった場合出力分布パター
ンに局所的な歪が生じ、それに伴ない近似に際しての多
少の誤差を生じる恐れがある。
第２の発明は、この問題も解決したものであり、断面ス
リット状の平行ビームを被測定対象上に投射して光マー
クを形成し、その光マークを前記平行ビームの投射方向
と異なる方向に配置され、画素が行列配置されてなる二
次元画像センサに導入し、その二次元画像センサの画素
の出力に基づいて変位を算出する変位の測定方法におい
て、前記平行ビームの光強度分布型を略正規分布型とす
ると共に、その幅を前記二次元画像センサの多数行（た
だし、光マークの入射像の変化する方向を行、それと直
交する方向を列とする）に跨る大きさとし、前記二次元
画像センサの画素の出力に基づく変位の算出は、前記画
素の列ごとに画素行番号とその出力との関係を正規分布
関数により近似してその特定出力点と対応する画素行番
号を画素行の間隔より細かく求め、次いでその画素行番
号の複数列にわたる平均値を求めて行うことを特徴とす
る。すなわち、第２の発明は、同一変位部分において、
前記第１発明と同様にして求められた画素行間隔より細
かい単位の各列ごとの画素行番号の適宜複数個にわたる
２次元の関数近似を求め、その平均値に基づき変位を測
定するものである。しかして、これにおいては、各列ご
との画素行番号の誤差は空間平均効果により相殺され
る。
リット状の平行ビームを被測定対象上に投射して光マー
クを形成し、その光マークを前記平行ビームの投射方向
と異なる方向に配置され、画素が行列配置されてなる二
次元画像センサに導入し、その二次元画像センサの画素
の出力に基づいて変位を算出する変位の測定方法におい
て、前記平行ビームの光強度分布型を略正規分布型とす
ると共に、その幅を前記二次元画像センサの多数行（た
だし、光マークの入射像の変化する方向を行、それと直
交する方向を列とする）に跨る大きさとし、前記二次元
画像センサの画素の出力に基づく変位の算出は、前記画
素の列ごとに画素行番号とその出力との関係を正規分布
関数により近似してその特定出力点と対応する画素行番
号を画素行の間隔より細かく求め、次いでその画素行番
号の複数列にわたる平均値を求めて行うことを特徴とす
る。すなわち、第２の発明は、同一変位部分において、
前記第１発明と同様にして求められた画素行間隔より細
かい単位の各列ごとの画素行番号の適宜複数個にわたる
２次元の関数近似を求め、その平均値に基づき変位を測
定するものである。しかして、これにおいては、各列ご
との画素行番号の誤差は空間平均効果により相殺され
る。
第３の発明は、前記第１の発明の方法を実施するに際し
て好適な装置の発明であり、レーザ共振器と、そこから
放射される拡散レーザ光を断面がスリット状で光強度が
正規分布型の平行ビームに変換する投光レンズ系と、そ
の平行ビームの投射方向と適宜角度を隔てた斜めの光路
に介入されていて少なくとも所定の一側を拡大する拡大
レンズ系と、その拡大レンズ系の後方に配置され画素が
行列配置された二次元画像センサと、その二次元画像セ
ンサの各画素の出力を記憶する記憶器と、その記憶され
た各画素の出力を読出し画素の列ごとに多数個の画素の
行番号とその出力とに基づき、両者の関係を正規分布関
数により近似してその特定出力点と対応する画素行番号
を画素行の間隔より細かく算出する演算器とからなる。
て好適な装置の発明であり、レーザ共振器と、そこから
放射される拡散レーザ光を断面がスリット状で光強度が
正規分布型の平行ビームに変換する投光レンズ系と、そ
の平行ビームの投射方向と適宜角度を隔てた斜めの光路
に介入されていて少なくとも所定の一側を拡大する拡大
レンズ系と、その拡大レンズ系の後方に配置され画素が
行列配置された二次元画像センサと、その二次元画像セ
ンサの各画素の出力を記憶する記憶器と、その記憶され
た各画素の出力を読出し画素の列ごとに多数個の画素の
行番号とその出力とに基づき、両者の関係を正規分布関
数により近似してその特定出力点と対応する画素行番号
を画素行の間隔より細かく算出する演算器とからなる。
作用 第３の発明の装置を用いて第１発明の方法を実施する場
合を説明すると、レーザ共振器、投光レンズ系により断
面スリット状で、光強度分布が略正規分布する平行ビー
ムを形成し、それを被測定対象の変位方向と平行な方向
から被測定対象上に照射し、そこにスリット状の光マー
クを形成させる。これにより光マークの反射光像は受光
レンズに導入され、光像の少なくとも幅方向が拡大され
て二次元画像センサの複数行列上に結像する。その結
果、画素の出力が変化する。この画素の出力を画素の走
査を行なって検出し、画素の行列番号と対応させて記憶
器に記憶させておく。続いて、記憶器から画素の列ごと
に出力を読出し、演算器において画素行番号と出力の関
係を正規分布関数により近似させる。この近似関数は、
光強度分布パターンにより予め定められ、光学系に歪が
ない場合は正規分布しているので、正規分布関数とな
る。尚、光学系の歪により正規分布とずれた分布となる
場合には、正規分布関数とそのずれと対応させた初等関
数との組合せを選ぶ。その後、近似正規分布関数の特定
出力点（例えば関数の極値等、任意に設定可）と対応す
る画素行番号を画素の間隔より細かい桁まで求める。以
上により変位はスリット状光マークの長手方向全体にわ
たって求められる。また、第２の発明の方法は、その長
手方向の一部あるいは全部の平均変位を得るものであ
り、前記第１発明により求められた各画素列ごとの画素
行番号の複数個の平均値を行なう。
合を説明すると、レーザ共振器、投光レンズ系により断
面スリット状で、光強度分布が略正規分布する平行ビー
ムを形成し、それを被測定対象の変位方向と平行な方向
から被測定対象上に照射し、そこにスリット状の光マー
クを形成させる。これにより光マークの反射光像は受光
レンズに導入され、光像の少なくとも幅方向が拡大され
て二次元画像センサの複数行列上に結像する。その結
果、画素の出力が変化する。この画素の出力を画素の走
査を行なって検出し、画素の行列番号と対応させて記憶
器に記憶させておく。続いて、記憶器から画素の列ごと
に出力を読出し、演算器において画素行番号と出力の関
係を正規分布関数により近似させる。この近似関数は、
光強度分布パターンにより予め定められ、光学系に歪が
ない場合は正規分布しているので、正規分布関数とな
る。尚、光学系の歪により正規分布とずれた分布となる
場合には、正規分布関数とそのずれと対応させた初等関
数との組合せを選ぶ。その後、近似正規分布関数の特定
出力点（例えば関数の極値等、任意に設定可）と対応す
る画素行番号を画素の間隔より細かい桁まで求める。以
上により変位はスリット状光マークの長手方向全体にわ
たって求められる。また、第２の発明の方法は、その長
手方向の一部あるいは全部の平均変位を得るものであ
り、前記第１発明により求められた各画素列ごとの画素
行番号の複数個の平均値を行なう。
実施例 第１発明の方法を実施した装置における光学系は、前記
第１図において投光レンズ２を少なくとも所定の一側を
拡大する拡大レンズ系としたものであり、例えば第２図
および第３図に示すように円筒レンズ21、コリメーショ
ンレンズ22の組合わせとしたものであり、半導体レーザ
共振器１から放射される基礎モードの拡散レーザ光を円
筒レンズ21によりその一側のみの拡散幅を抑制し、続い
てそれをコリメーションレンズ22を介して光ビームに変
換（平行ビームであってもウエストを有するが、例えば
アウトフォーカスにし、ウエストの一側の実用上十分な
平行範囲を利用する）し、幅200μｍ、長さ40mmの断面
スリット状の平行ビームを形成し、被測定体５上に照射
する。その平行ビームの光強度は、基礎モードのレーザ
光の特性として第４図に示すように幅方向において正規
分布する（分布幅はビーム位置および長手方向で一定、
但し強度は異なる）と同時に、長手側においても正規分
布している。受光レンズ系３にはスリット状光像の幅方
向側を２〜10倍に拡大する円筒レンズを用い、二次元画
像センサ４には、辺長17μｍ×13μｍ（Ｈ×Ｖ）のホト
ダイオードを510行×492列配置し、出力転送部をCCDと
したCCDカメラを用い、投射軸と受光軸の角度を45度と
したものであり、二次元画像センサ４内に結像した光像
の幅は、各画素列において約60行の画素にわたるように
前記円筒レンズの倍率を調整した。また、画像センサ４
に常時ピントのあった像を結像させるため、受光レンズ
系３にスリット状絞りを介在させ、かつ画像センサも光
軸に対して所定角度を傾けている。第６図は第１発明の
方法を実施するための前記二次元画像センサ４の出力処
理系の実施例であり、クロック発振器61、水平、垂直同
期用カウンタ62,63を有し、二次元画像センサ４に走査
信号を送る走査回路６と、その走査により順次読出され
る各画素の出力をディジタル符号に変換するＡ／Ｄ変換
器７と、その変換値を前記走査回路６のカウンタ62,63
の出力により指定される番地と対応させて記憶するラン
ダムアクセスメモリ８と、そのランダムアクセスメモリ
８の記憶データに基づき、所定方向の画素の列と対応す
る番地の行ごとに、その出力分布を正規分布関数により
近似させてその極値と対応する番地の行を番地行番号の
間隔より３桁細かい単位まで算出し、続いてその各算出
値の平均値を算出するマイクロプロセッサ９よりなる。
尚、この他に電源回路および各要素の動作タイミングの
制御回路等も含むが、図の煩雑化を避けるために省略し
てある。
第１図において投光レンズ２を少なくとも所定の一側を
拡大する拡大レンズ系としたものであり、例えば第２図
および第３図に示すように円筒レンズ21、コリメーショ
ンレンズ22の組合わせとしたものであり、半導体レーザ
共振器１から放射される基礎モードの拡散レーザ光を円
筒レンズ21によりその一側のみの拡散幅を抑制し、続い
てそれをコリメーションレンズ22を介して光ビームに変
換（平行ビームであってもウエストを有するが、例えば
アウトフォーカスにし、ウエストの一側の実用上十分な
平行範囲を利用する）し、幅200μｍ、長さ40mmの断面
スリット状の平行ビームを形成し、被測定体５上に照射
する。その平行ビームの光強度は、基礎モードのレーザ
光の特性として第４図に示すように幅方向において正規
分布する（分布幅はビーム位置および長手方向で一定、
但し強度は異なる）と同時に、長手側においても正規分
布している。受光レンズ系３にはスリット状光像の幅方
向側を２〜10倍に拡大する円筒レンズを用い、二次元画
像センサ４には、辺長17μｍ×13μｍ（Ｈ×Ｖ）のホト
ダイオードを510行×492列配置し、出力転送部をCCDと
したCCDカメラを用い、投射軸と受光軸の角度を45度と
したものであり、二次元画像センサ４内に結像した光像
の幅は、各画素列において約60行の画素にわたるように
前記円筒レンズの倍率を調整した。また、画像センサ４
に常時ピントのあった像を結像させるため、受光レンズ
系３にスリット状絞りを介在させ、かつ画像センサも光
軸に対して所定角度を傾けている。第６図は第１発明の
方法を実施するための前記二次元画像センサ４の出力処
理系の実施例であり、クロック発振器61、水平、垂直同
期用カウンタ62,63を有し、二次元画像センサ４に走査
信号を送る走査回路６と、その走査により順次読出され
る各画素の出力をディジタル符号に変換するＡ／Ｄ変換
器７と、その変換値を前記走査回路６のカウンタ62,63
の出力により指定される番地と対応させて記憶するラン
ダムアクセスメモリ８と、そのランダムアクセスメモリ
８の記憶データに基づき、所定方向の画素の列と対応す
る番地の行ごとに、その出力分布を正規分布関数により
近似させてその極値と対応する番地の行を番地行番号の
間隔より３桁細かい単位まで算出し、続いてその各算出
値の平均値を算出するマイクロプロセッサ９よりなる。
尚、この他に電源回路および各要素の動作タイミングの
制御回路等も含むが、図の煩雑化を避けるために省略し
てある。
以上の装置を用い、被測定対象５としてのセラミック部
品上に前記のように約200μｍ×40mmのスリット状光マ
ークを形成し、その光像を画像センサ４の電荷結合素子
上に結像させた。この状態での各列において結像した画
像行の数は前記のように約60個である。
品上に前記のように約200μｍ×40mmのスリット状光マ
ークを形成し、その光像を画像センサ４の電荷結合素子
上に結像させた。この状態での各列において結像した画
像行の数は前記のように約60個である。
尚、被測定対象５の異なる高さに形成された光マークに
より生じた画素の出力分布α，βは第５図に示すように
いずれも正規分布し、その分布の位置が相対的な高さの
差に対応してずれｒを生じる（尚、このα，βは前記第
７図に示すように異なる画素列に位置する。）以下、こ
の各画素の出力を走査によりランダムアクセスメモリ８
に書込み、次いで、マイクロプロセッサ９において前記
画素の列と対応する番地の列ごとにその分布パターンを
正規関数により近似後、その極値と対応する番地行番号
を番地間隔より細かく算出し、それに基づき変位を求め
た。
より生じた画素の出力分布α，βは第５図に示すように
いずれも正規分布し、その分布の位置が相対的な高さの
差に対応してずれｒを生じる（尚、このα，βは前記第
７図に示すように異なる画素列に位置する。）以下、こ
の各画素の出力を走査によりランダムアクセスメモリ８
に書込み、次いで、マイクロプロセッサ９において前記
画素の列と対応する番地の列ごとにその分布パターンを
正規関数により近似後、その極値と対応する番地行番号
を番地間隔より細かく算出し、それに基づき変位を求め
た。
また、第２発明においては、上記マイクロプロセッサ９
にさらに上記の各列ごとの番地行番号を平均化する加算
演算式を組み込み、所定数の列における平均値を算出し
た。
にさらに上記の各列ごとの番地行番号を平均化する加算
演算式を組み込み、所定数の列における平均値を算出し
た。
尚、上記実施例においては、レーザ共振器に半導体レー
ザ共振器を用いた場合を例示したが、He−Neレーザ共振
器を用いても同様であり、さらにレーザ光に限らず、光
強度分布が正規分布する光源であればよく、例えば発光
ダイオード等を用いても同様である。
ザ共振器を用いた場合を例示したが、He−Neレーザ共振
器を用いても同様であり、さらにレーザ光に限らず、光
強度分布が正規分布する光源であればよく、例えば発光
ダイオード等を用いても同様である。
発明の効果 以上のとおりであり、本発明は二次元画像センサの画素
の複数行列の画素上にスリット状光像を結像させ、それ
による各画素行ごとの出力分布を正規分布関数近似して
その特定出力点と対応する画素行の番号を画素列間隔よ
り細かい単位で求めるようにしているので、測定分解能
を向上させることができ、それにより微小な変位まで正
確に測定できる。また、第２発明においては、さらに二
次元関数近似を行なうのでランダム誤差の相殺が行なわ
れ、ある所定の長さ範囲における平均変位がより高い測
定分解能と精度により得られる。
の複数行列の画素上にスリット状光像を結像させ、それ
による各画素行ごとの出力分布を正規分布関数近似して
その特定出力点と対応する画素行の番号を画素列間隔よ
り細かい単位で求めるようにしているので、測定分解能
を向上させることができ、それにより微小な変位まで正
確に測定できる。また、第２発明においては、さらに二
次元関数近似を行なうのでランダム誤差の相殺が行なわ
れ、ある所定の長さ範囲における平均変位がより高い測
定分解能と精度により得られる。
第１図は従来装置および第１、第２発明を実施する装置
における光学系の基本的な構成を示す光学系統図、第
２、第３図は第３発明の受光レンズの実施例であり、か
つ前記第１、第２発明の実施に際して第１図の受光レン
ズ系に用いられたレンズの一例を示す正面および平面
図、第４、第５図は平行ビームの光強度、画素出力の各
分布パターンを示す波形図、第６図は第３発明の実施例
を示すブロック線図、第７図は光切断法の原理を示す斜
視図、第８図は従来装置におけるビームの斜視図、第９
図は第８図のビームの光強度分布パターンを示す波形図
である。 1:レーザ共振器 2:投光レンズ系 21:円筒レンズ 22:コリメーションレンズ 3:受光レンズ 4:二次元画像センサ
における光学系の基本的な構成を示す光学系統図、第
２、第３図は第３発明の受光レンズの実施例であり、か
つ前記第１、第２発明の実施に際して第１図の受光レン
ズ系に用いられたレンズの一例を示す正面および平面
図、第４、第５図は平行ビームの光強度、画素出力の各
分布パターンを示す波形図、第６図は第３発明の実施例
を示すブロック線図、第７図は光切断法の原理を示す斜
視図、第８図は従来装置におけるビームの斜視図、第９
図は第８図のビームの光強度分布パターンを示す波形図
である。 1:レーザ共振器 2:投光レンズ系 21:円筒レンズ 22:コリメーションレンズ 3:受光レンズ 4:二次元画像センサ
Claims (3)
- 【請求項１】断面スリット状の平行ビームを被測定対象
上に投射して光マークを形成し、その光マークを前記平
行ビームの投射方向と異なる方向に配置され、画素が行
列配置されてなる二次元画像センサに導入し、その二次
元画像センサの画素の出力に基づいて変位を算出する変
位の測定方法において、前記平行ビームの光強度分布型
を略正規分布型とすると共に、その幅を前記二次元画像
センサの多数行（ただし、光マークの入射像の変化する
方向を行、それと直交する方向を列とする）に跨る大き
さとし、前記二次元画像センサの画素の出力に基づく変
位の算出は、前記画素の列ごとに画素行番号とその出力
との関係を正規分布関数により近似してその特定出力点
と対応する画素行番号を画素行の間隔より細かく求めて
行うことを特徴とする変位の測定方法。 - 【請求項２】断面スリット状の平行ビームを被測定対象
上に投射して光マークを形成し、その光マークを前記平
行ビームの投射方向と異なる方向に配置され、画素が行
列配置されてなる二次元画像センサに導入し、その二次
元画像センサの画素の出力に基づいて変位を算出する変
位の測定方法において、前記平行ビームの光強度分布型
を略正規分布型とすると共に、その幅を前記二次元画像
センサの多数行（ただし、光マークの入射像の変化する
方向を行、それと直交する方向を列とする）に跨る大き
さとし、前記二次元画像センサの画素の出力に基づく変
位の算出は、前記画素の列ごとに画素行番号とその出力
との関係を正規分布関数により近似してその特定出力点
と対応する画素行番号を画素行の間隔より細かく求め、
次いでその画素行番号の複数列にわたる平均値を求めて
行うことを特徴とする変位の測定方法。 - 【請求項３】レーザ共振器と、そこから放射される拡散
レーザ光を断面がスリット状で光強度が正規分布型の平
行ビームに変換する投光レンズ系と、その平行ビームの
投射方向と適宜角度を隔てた斜めの光路に介入されてい
て少なくとも所定の一側を拡大する拡大レンズ系と、そ
の拡大レンズ系の後方に配置され画素が行列配置された
二次元画像センサと、その二次元画像センサの各画素の
出力を記憶する記憶器と、その記憶された各画素の出力
を読出し画素の列ごとに多数個の画素の行番号とその出
力とに基づき、両者の関係を正規分布関数により近似し
てその特定出力点と対応する画素行番号を画素行の間隔
より細かく算出する演算器とからなるところの変位の測
定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60279788A JPH0665964B2 (ja) | 1985-12-12 | 1985-12-12 | 変位の測定方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60279788A JPH0665964B2 (ja) | 1985-12-12 | 1985-12-12 | 変位の測定方法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62138709A JPS62138709A (ja) | 1987-06-22 |
| JPH0665964B2 true JPH0665964B2 (ja) | 1994-08-24 |
Family
ID=17615924
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60279788A Expired - Lifetime JPH0665964B2 (ja) | 1985-12-12 | 1985-12-12 | 変位の測定方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0665964B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2630844B2 (ja) * | 1989-12-15 | 1997-07-16 | 株式会社豊田中央研究所 | ３次元形状寸法計測装置 |
| US5896195A (en) * | 1997-05-15 | 1999-04-20 | Owens-Brockway Glass Container Inc. | Container sealing surface area inspection |
| US6256095B1 (en) | 2000-01-21 | 2001-07-03 | Owens-Brockway Glass Container Inc. | Container sealing surface area inspection |
| CN114111570B (zh) * | 2021-11-01 | 2024-05-10 | 广东亚微伽科技有限公司 | 一种基于二维自准直仪的图像定位计算方法和装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5733304A (en) * | 1980-08-06 | 1982-02-23 | Hitachi Ltd | Method and device for shape inspection |
| JPS5979105A (ja) * | 1982-10-27 | 1984-05-08 | Kawasaki Steel Corp | Ｈ形鋼の寸法形状測定方法 |
-
1985
- 1985-12-12 JP JP60279788A patent/JPH0665964B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62138709A (ja) | 1987-06-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6624899B1 (en) | Triangulation displacement sensor | |
| US4490617A (en) | Optical width measuring system using two cameras | |
| US6369401B1 (en) | Three-dimensional optical volume measurement for objects to be categorized | |
| US6428171B1 (en) | Height measuring apparatus | |
| US6741082B2 (en) | Distance information obtaining apparatus and distance information obtaining method | |
| JPH0650720A (ja) | 高さ測定方法および装置 | |
| JPH0374763B2 (ja) | ||
| JPH0585845B2 (ja) | ||
| JP4043931B2 (ja) | ３次元情報取得システム | |
| US4979818A (en) | Apparatus for measuring movement of light scattering bodies in an object | |
| JP2000230807A (ja) | 平行光を利用した距離測定方法とその装置 | |
| JP2657505B2 (ja) | マーク位置検出装置およびマーク配置方法 | |
| CN106052585A (zh) | 一种面形检测装置与检测方法 | |
| US5003615A (en) | Optoelectronic system for determining surface irregularities of a workpiece having a nominally plane reflective surface | |
| JPH04319615A (ja) | 光学式高さ測定装置 | |
| JPH0665964B2 (ja) | 変位の測定方法および装置 | |
| JPS62138715A (ja) | 変位の測定方法および装置 | |
| EP0094522A2 (en) | Edge detection | |
| JP3245003B2 (ja) | 距離計測装置及びその方法 | |
| JP6215822B2 (ja) | デジタル移動測定装置 | |
| JP2969466B2 (ja) | スペックル測長計のモニタ装置 | |
| US20050002044A1 (en) | Method for determination of the level of two or more measurement points, and an arrangement for this purpose | |
| JP3728941B2 (ja) | 光式センサ | |
| US5631738A (en) | Laser ranging system having reduced sensitivity to surface defects | |
| WO2023119816A1 (ja) | 固体撮像装置、形状測定装置および形状測定方法 |