JPH0684305U - 色表示機能を有する形状測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被測定面の座標と色とを測定する。 【構成】 光源装置６２が被測定面に光を照射する。カ
ラーＣＣＤセンサ４０が、前記光源装置６２から照射さ
れ被測定面で反射した光を受光し、被測定面を微小領域
に分割してこの微小領域における反射光の光強度に応じ
た映像信号と前記微小領域における反射光の３原色に応
じた色信号を光強度信号に多重させたカラー画像信号と
を出力する。マイクロコンピュータ１４は、前記映像信
号に基づいて前記微小領域の座標を検出する。また、マ
イクロコンピュータ１４は、表示装置３８に、前記座標
と前記色信号とに基づいて被測定面の形状と被測定面の
色とを表示する。このように、カラーＣＣＤセンサ４０
が色信号も出力することができるため、被測定面の色も
被測定面の形状とともに表示することができる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、形状測定装置にかかり、より詳しくは、光を被測定面に照射し被測 定面からの反射光を受光することにより被測定面の座標及び色彩を測定する色表 示機能を有する形状測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来より、非接触にて被測定面の凸凹等の形状を三角測量法を用いて測定する レンジファインダ等の形状測定装置が提供されている（特公昭５０−３６３７４ 号公報、特開昭５６−１３８２０４号公報、特開昭５７−２２５０８号公報、特 開昭５８−５２５０８号公報等）。

【０００３】 これらの形状測定装置において、照射手段は、スリット状の光ビームまたはス ポット光を被測定面へ照射し、照射手段により照射された光の光軸と所定の角度 θをもって設けられた受光手段であるＣＣＤセンサは被測定面で反射した光を受 光する。また、このセンサは、被測定面を微小領域に分割し、前記微小領域にお ける反射光の光強度に応じた光強度信号を出力する。そして、マイクロコンピュ ータは、光強度信号を基に前記微小領域の座標を検出し、この検出された座標を 演算して被測定面の形状を表示している。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

しかし、上記説明した形状測定装置は、ＣＣＤセンサにより被測定面で反射し た光の光強度に応じた光強度信号のみを出力し、これを基に被測定面の微小領域 の座標のみを測定するものであるため、被測定面の色を測定することができない 。

【０００５】 そこで、本考案は、上記事実を考慮して、被測定面の微小領域の座標を求める とともに被測定面の色も測定することのできる色表示機能を有する形状測定装置 を提供することを目的とする。

【０００６】

【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考案の色表示機能を有する形状測定装置は、被測 定面に光を照射する照射手段と、前記照射手段から照射され被測定面で反射した 光を受光し、被測定面を微小領域に分割してこの微小領域における反射光の光強 度に応じた光強度信号と前記微小領域における反射光の３原色に応じた色信号と を出力する映像検出手段と、前記光強度信号に基づいて前記微小領域の座標を検 出する座標検出手段と、前記座標と前記色信号とに基づいて被測定面の形状と被 測定面の色とを表示する表示手段と、を備えている。

【０００７】

【作用】

本考案によれば、被測定面には照射手段によって光が照射される。映像検出手 段は、前記照射手段から照射され被測定面で反射した光を受光し、被測定面を微 小領域に分割してこの微小領域における反射光の光強度に応じた光強度信号と前 記微小領域における反射光の３原色に応じた色信号とを出力する。座標検出手段 は、前記光強度信号に基づいて前記微小領域の座標を検出する。表示手段は、前 記座標と前記色信号とに基づいて被測定面の形状と被測定面の色とを表示する。

【０００８】 このように、色表示機能を有する形状測定装置は、映像検出手段から反射光の ３原色に応じた色信号が出力されるため、この色信号に基づいて被測定面の色を 表示することができる。

【０００９】

【実施例】

以下、図面を参照して、本考案の実施例を詳細に説明する。図１は、本考案の 色表示機能を有する形状測定装置の実施例のブロック図を示している。この図１ に示すように色表示機能を有する形状測定装置１２は、照射手段である光源装置 ６２と、映像検出手段である受光レンズ５６及びカラーＣＣＤセンサ４０と、こ のカラーＣＣＤセンサ４０に接続された座標検出手段である演算回路１０と、こ の演算回路１０に接続された表示手段である表示装置３８とから構成される。

【００１０】 ここで、光源装置６２は、半導体レーザー５０及び白色（昼光色）ランプ４８ とからなる光源部５１を有し、半導体レーザー５０の射出側には、照射されたレ ーザービームを平行光線束として通過させるコリメートレンズ５２と、コリメー トレンズ５２を通過した平行光線束を円柱軸と同一の方向にスリット状に照射さ せる円柱形状となっているロッドレンズ５４とを有している。

【００１１】 また、受光レンズ５６は、ロッドレンズ５４からスリット状に照射され被測定 面６０Ａで反射したレーザービーム及び白色ランプ４８から照射され被測定面６ ０Ａで反射した光を集光する。この受光レンズ５６の焦点位置にはカラーＣＣＤ センサ４０が配設されており、受光レンズ５６により集光された光はこのカラー ＣＣＤセンサ４０に結像する。カラーＣＣＤセンサ４０は、被測定面を微小領域 に分割し走査線を走査することにより、光源装置６２からレーザービームが照射 された場合には、被測定面６４で反射した光の強度に応じた映像信号（光強度信 号に対応）を出力し、また、光源装置６２から白色光が照射された場合には、被 測定面６４で反射した光の３原色に応じた色信号を光強度信号に多重させたカラ ー映像信号を出力する。さらに、このカラーＣＣＤセンサ４０は、走査線を走査 する毎に水平同期信号を出力し、また、アドレス検出用のクロック信号を出力す る。

【００１２】 図２に示したように、演算回路１０は、増幅回路（ＡＭＰ）３２を備えており 、増幅回路３２の入力端はカラーＣＣＤセンサ４０に接続されている。増幅回路 ３２はカラーＣＣＤセンサ４０から出力された映像信号及びカラー映像信号を所 定の増幅率で増幅して出力する。

【００１３】 映像信号分離回路３４は、入力した映像信号をディジタル変換するアナログデ ィジタル（Ａ／Ｄ）変換回路３５に接続されている。このアナログディジタル変 換回路３５は、累積演算回路３６に接続されている。また、映像信号分離回路３ ４は、色信号を３原色に分解するＲ、Ｇ、Ｂデコーダ４２にも接続されている。

【００１４】 カラーＣＣＤセンサ４０から出力される水平同期信号は、カウンタ１６と累積 演算回路３６に入力される。このカウンタ１６は、この水平同期信号をカウント し、カラーＣＣＤセンサ４０を走査している走査線の行数ｎを出力する。また、 カラーＣＣＤセンサ４０から出力されるクロック信号は、水平アドレス発生回路 ３３に入力される。この水平アドレス発生回路３３は、このクロック信号を基に カラーＣＣＤセンサ４０の走査線の水平方向アドレスを表すｕ_i と水平方向画素 間隔に対応する周期をもつ信号とを出力する。ここで、この水平方向は、カラー ＣＣＤセンサ４０の走査線方向である。

【００１５】 累積演算回路３６は、カラーＣＣＤセンサ４０から出力される水平同期信号を 基に１走査線ごとに後述する加重平均を行うための累積演算を行い、累積演算値 を出力する。

【００１６】 ルックアップテーブル２２には、カラーＣＣＤセンサ４０の各走査線毎の走査 で行われる加重平均により求められるカラーＣＣＤセンサ４０上のスリット像の 位置ｕ_a （後述する加重平均値）が入力された際、被測定面の座標の内、この位 置ｕ_a のみの関数である座標が出力されるよう、予め３角測量に基づいた座標演 算式により求められる座標値がテーブル化して記憶されている。すなわち、本実 施例では、Ｚ及びＸ座標である。

【００１７】 ルックアップテーブル２３には、カラーＣＣＤセンサ４０上のスリット像の位 置ｕ_a が入力された際、被測定面の座標の内、残りの座標値、すなわち、本実施 例ではＹ座標を演算するために、カラーＣＣＤセンサ４０を走査した走査線の行 数ｎと乗算され、かつ、位置ｕ_a のみの関数として表される係数Ａが出力される よう、予め３角測量に基づいた座標演算式により求められる係数Ａがテーブル化 して記憶されている。

【００１８】 映像信号分離回路３４は、入力した色信号を３原色に分解するＲ、Ｇ、Ｂデコ ーダ４２にも接続されている。このＲ、Ｇ、Ｂデコーダ４２は、入力した３原色 の各色信号をそれぞれディジタル変換するアナログデジタル変換器４４ａ、４４ ｂ、４４ｃに接続されている。このアナログデジタル変換器４４ａ、４４ｂ、４ ４ｃは、バッファメモリ４６に接続されている。

【００１９】 マイクロコンピュータ１４は、データ及びコマンドの相互やりとりを可能にす るバス２４を介して中央演算処理装置（ＣＰＵ）３０、ランダムアクセスメモリ （ＲＡＭ）２８及びリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）２６を備えており、さらに 、このバス２４を介して入出力（Ｉ／Ｏ）回路２０を備えている。この入出力（ Ｉ／Ｏ）回路２０は、累積演算回路３６から出力される累積演算値であるΣＩ_i ・ｕ_i とΣｕ_i とを、カウンタ１６から出力される走査線の行数ｎを、さらに、 バスライン２５によってバッファメモリ４６に記憶されたディジタル値とをそれ ぞれ入力する。さらに、マイクロコンピュータ１４は、この入出力（Ｉ／Ｏ）回 路２０からスリット像の位置ｕ_a をルックアップテーブル２２、２３に出力する ことにより、ルックアップテーブル２２から座標Ｘ及びＺと、ルックアップテー ブル２３から係数Ａとを入力する。さらに、マイクロコンピュータ１４は、切換 信号を光源装置６２に出力する。また、マイクロコンピュータ１４の入出力（Ｉ ／Ｏ）回路２０には、表示装置３８が接続されている。

【００２０】 次に、本実施例の被測定面の微小領域の座標を求めるための原理について説明 する。３角測量の原理を応用すると、図３に示すようにカラーＣＣＤセンサ４０ 上のスリット像の位置（ｕ_i0、ｖ_i0）を特定すると、この位置ｕ_i0から被測定面 のＸ及びＺ座標値、また、位置ｖ_i0が対応する走査線の行数ｎから被測定面のＹ 座標値が求められることになる。なお、測定対称物の座標は図１に示す通りとす る。

【００２１】 まず、このＸ、Ｚ座標値を求める原理について説明する。図１に示すように受 光装置の光軸は光源装置６２の光軸と所定の角度θをもって取り付けられている 。このため、被測定面６０Ａが光源装置６２の光軸方向に段差がある場合には、 被測定面６０Ａ上の光点の位置は、段差に応じて光源装置６２の光軸方向に変位 することになり、カラーＣＣＤセンサ４０上でのスリット像６４は、図３（１） に示したように、光軸方向の段差が測定方向（図３のｕ方向）の変位となって現 れることになる。このカラーＣＣＤセンサ４０の図３のｕ方向に対応する任意の 走査線５９Ａ、５９Ｂの出力信号（映像信号）は、図３（２）、（３）に示すよ うになる。カラーＣＣＤセンサ４０は、このような映像信号を演算回路１０に出 力する。この映像信号の振幅（光強度）が大きい部位がこの走査線におけるスリ ット像の位置となる。すなわち、出力信号の振幅が大きい部位が走査線とスリッ ト像との交点（光点）位置に対応する。また、カラーＣＣＤセンサ４０上の画素 位置ｕ_i0は、カラーＣＣＤセンサ４０から出力されるクロック信号を基に水平ア ドレス発生回路３３により出力される水平方向アドレスｕ_i から特定することが できる。

【００２２】 従って、演算回路１０は、カラーＣＣＤセンサ４０から入力した信号（映像信 号）に基づいて、上記カラーＣＣＤセンサ４０上の全ての走査線とスリット像６ ４との交点位置（光点位置）を求め、この位置をルックアップテーブル２２に出 力することにより、被測定面のＸ及びＺ座標値が求められることになる。

【００２３】 ここで、被測定面６０Ａに照射されるスリット光線は所定の幅を有するため、 カラーＣＣＤセンサ４０の走査線上のスリット像も所定の幅を有することになる 。このスリット像の幅は、走査線上に沿って数画素にまたがったものとなる。従 って、被測定面の座標を正確に求めるためには、映像信号の振幅の大きい部分の 中心位置を正確に求めることが必要となる。

【００２４】 そこで、以下に示す式（１）から求められる加重平均により、カラーＣＣＤセ ンサ４０の映像信号の振幅（被測定面で反射したスリット像の光強度に対応）Ｉ _i を重みとし各走査線におけるスリット像の幅の中心位置ｕ_a を特定するもので ある。

【００２５】 ｕ_a ＝Σ（Ｉ_i ・ｕi ）／Σｕ_i ・・・（１） 但し、ｉ＝０、１、・・・である。

【００２６】 次にＹ座標求める原理について説明する。このＹ座標は、３角測量の原理から 、カラーＣＣＤセンサ４０上のスリット像の位置ｕ_a のみの関数である係数Ａと 、スリット像の位置ｖ_i （図３参照）と対応する走査線の行数ｎとの乗算値であ る。ここで、この走査線の行数ｎは、カウンタ１６がカラーＣＣＤセンサ４０か ら出力される水平同期信号をカウントすることにより求められる。

【００２７】 次に、本実施例の作用を図４に示したフローチャートを参照して説明する。こ こで、本実施例では、この座標を求めた後、被測定面の形状に関する距離を求め るようにしている。

【００２８】 先ず、ステップ１０２では、光源装置６２に切換信号を出力して半導体レーザ ー５０からコリメートレンズ５２及びロッドレンズ５４を介して被測定面６０Ａ にレーザービームをスリット状に照射する。被測定面６０Ａで反射したスリット 状の光は、受光レンズ５６により集光されカラーＣＣＤセンサ４０上に、被測定 面６０Ａの段差に応じたスリット像６４として結像する。

【００２９】 ステップ１０４では、カラーＣＣＤセンサ４０上のスリット像の位置ｕ_a を演 算する。すなわち、スリット像６４が結像されたカラーＣＣＤセンサ４０は、被 測定面を微小領域（画素に対応）に分割し、走査線の走査によって微小領域にお けるスリット像の光強度に応じた映像信号を増幅回路３２へ出力する。また、カ ラーＣＣＤセンサ４０は、クロック信号を水平アドレス発生回路３３に出力する とともに水平同期信号をカウンタ１６に出力する。水平アドレス発生回路３３は 、このクロック信号を基にカラーＣＣＤセンサ４０における走査線上の水平方向 アドレスｕ_i を発生させてこれを順次累積演算回路３６に出力する。また、増幅 回路３２に入力され所定の増幅率で増幅された映像信号がアナログディジタル変 換回路３５でディジタル変換され累積演算回路３６に出力される。累積演算回路 ３６は、水平アドレス発生回路３３から順次出力される画素ｕ_i を累積演算（Σ ｕ_i ）するとともに、ディジタル変換された映像信号の振幅（光強度に対応）Ｉ _i と前記水平アドレス発生回路３３から順次出力される画素ｕ_i とを乗算して累 積演算（ΣＩ_i ・ｕ_i ）を行う。なお、この累積演算は、前記カラーＣＣＤセン サ４０から出力される水平同期信号を基に１走査線毎に行われる。このように累 積演算されたΣＩ_i ・ｕ_i とΣｕ_i とは、マイクロコンピュータ１４に出力され る。マイクロコンピュータ１４は、この入力したΣＩ_i ・ｕ_i をΣｕ_i で除算す ることにより（加重平均）、スリット像の位置ｕ_a を演算する。

【００３０】 ステップ１０６では、この演算されたスリット像の位置ｕ_a をルックアップテ ーブル２２に出力する。ルックアップテーブル２２は、入力した位置ｕ_a に対応 するＸ及びＺ座標をマイクロコンピュータ１４に出力する。これにより、被測定 面のＸ及びＺ座標が求められることになる。

【００３１】 ステップ１０８では、ステップ１０４で演算されたスリット像の位置ｕ_a をル ックアップテーブル２３に出力する。ルックアップテーブル２３は、入力した位 置ｕ_a に対応する係数Ａをマイクロコンピュータ１４に出力する。

【００３２】 ステップ１１０では、ルックアップテーブル２３から入力した係数Ａとカウン タ１６から入力した走査線の行数ｎとを乗算する処理が行われる。これにより、 被測定面のＹ座標が求められることになる。

【００３３】 以上のステップ１０４からステップ１１０までの処理は、カラーＣＣＤセンサ ４０の全ての走査線について行われ、さらに、レーザービームを被測定面の全体 に亘って行われることから、被測定面のスリット像の各座標が求められることに なる。そこで、ステップ１１２では、これら求められた座標から被測定面の奥行 き及び巾方向の距離を求める。なお、この距離は、ルックアップテーブル等を用 いた座標補正法で較正を行っている。

【００３４】 ステップ１１４では、光源装置６２に切換信号を出力することにより光源装置 ６２は被測定面に白色光を照射する。この白色光が照射され被測定面で反射した 光は、受光レンズ５６により集光されカラーＣＣＤセンサ４０上に結像される。 カラーＣＣＤセンサ４０は走査線を走査して、カラーＣＣＤ上に結像した反射光 に応じた色信号を光強度信号に多重させたカラー映像信号を増幅回路３２に出力 する。この増幅回路３２は、入力したカラー映像信号を所定の増幅率で増幅して 映像信号分離回路３４に出力する。この映像信号分離回路３４は、入力したカラ ー映像信号の内色信号のみをＲ、Ｇ、Ｂデコーダ４２に出力する。Ｒ、Ｇ、Ｂデ コーダ４２が色信号を３原色に分解してアナログディジタル変換器４４ａ〜ｃに 出力する。アナログディジタル変換器４４ａ〜ｃは、分解された３原色のそれぞ れの色信号をディジタル変換してバッファメモリ４６に出力する。バッファメモ リ４６は、それぞれのディジタル値を記憶する。

【００３５】 ステップ１１６では、ステップ１０６とステップ１１０で求められた座標を基 に被測定面の形状を表示装置３８に表示してステップ１１８に進む。このステッ プ１１８では、バッファメモリ４６に記憶された色信号のディジタル値を読み出 してこのディジタル値に対応する色を表示装置３８に表示する。本実施例におけ る色表示機能を有する形状測定装置１２は、カラーＣＣＤセンサ４０により被測 定面を微小領域に分割し、この微小領域に対応して被測定面の座標を求めており 、また、この微小領域毎に被測定面の色を記憶していることから、この微小領域 を介してバッファメモリ４６に記憶された色信号のディジタル値を読み出し表示 すれば、被測定面の形状と一致して被測定面の色を表示することになる。なお、 この被測定面の色を表示する際の色感度補正等は、マイクロコンピュータ１４に よって行う。

【００３６】 ステップ１２０では、ステップ１１２で求められた被測定面の奥行き、巾方向 の距離を表示装置３８に表示する。

【００３７】 以上の処理が終了し、表示装置３８には図５に示すように被測定面の形状及び 色、さらに、距離が表示される。

【００３８】 以上説明した本考案の色表示機能を有する形状測定装置では、従来形状のみ求 めていた形状測定装置とは異なり、さらに、色彩も求められる。これにより、被 測定面の色彩や素材、さらに、表面形状に現れない被測定面の構造の決定等が可 能となる。

【００３９】 さらに、本実施例の色表示機能を有する形状測定装置１２では、被測定面で反 射した光の強度に対応した光強度信号をカラーＣＣＤセンサ４０が出力し、これ をマイクロコンピュータ１４が処理していることから、照射した光の光強度と受 光した反射光の光強度とを測定することもできる。これにより、本実施例の色表 示機能を有する形状測定装置１２では、被測定面の反射率を求めることもできる 。

【００４０】 以上説明した実施例では、被測定面の座標を検出し、次いで色を検出していた が、これに限られるものでなく、まず、被測定面の色彩を測定した後、距離を測 定しても同様の効果を得ることができる。

【００４１】 また、本実施例では、被測定面の座標をルックアップテーブルから求めていた が、これに限られるものでなく、所定の座標演算式を記憶して被測定面の座標を 求めてもよい。

【００４２】 なお、本実施例ではロッドレンズを利用してスリット状の光を得る例について 説明したが、スリット状の光を得る素子としてシリンドリカルレンズやシリンド リカルミラーを用いることもでき、回転多面鏡等を用いてレーザービームをスキ ャンすることによりスリット状の光を得ることもできる。

【００４３】 また、前述した実施例では、光源装置６２からスリット状のレーザービーム線 を被測定面に照射する例について説明したが、これに限られるものでなく、光源 装置６２からスポット光を被測定面に照射することもできる。

【００４４】 さらに、前述した実施例では、光源装置６２における白色ランプ４８から白色 光線を照射する例について説明したが、白色ランプを用いずに、白色レーザー、 多色レーザービーム等を照射することもできる。

【００４５】 また、本実施例では受光素子としてカラーＣＣＤセンサ４０を用いた場合につ いて説明したが、これに限定されるものではなく、撮像管を用いたテレビジョン システムによる位置検出方法を用いてセンサ上で２次元の位置及び色信号を出力 することのできる素子を利用してもよい。

【００４６】

【考案の効果】

以上説明したように本考案の色表示機能を有する形状測定装置によれば、被測 定面の座標と色を求めることができる、という優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例にかかる色表示機能を有する形
状測定装置１２の構成を示すブロック図である。

【図２】本考案の実施例にかかる演算回路１０を詳細に
表した図である。

【図３】（１）は、本実施例にかかるカラーＣＣＤセン
サ４０上における被測定面で反射したスリット像を示す
線図である。（２）、（３）は、２次元ＣＣＤセンサ４
０の出力信号を示す線図である。

【図４】本実施例の制御の流れを示すフローチャートで
ある。

【図５】本実施例により被測定面の形状と色とを表示し
た図である。

【符号の説明】

１０ 演算回路 １２ 色表示機能を有する形状測定装置 ４０ カラーＣＣＤセンサ ６０ 測定対象物 ６０Ａ 被測定面

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定面に光を照射する照射手段と、 前記照射手段から照射され被測定面で反射した光を受光
   し、被測定面を微小領域に分割してこの微小領域におけ
   る反射光の光強度に応じた光強度信号と前記微小領域に
   おける反射光の３原色に応じた色信号とを出力する映像
   検出手段と、 前記光強度信号に基づいて前記微小領域の座標を検出す
   る座標検出手段と、 前記座標と前記色信号とに基づいて被測定面の形状と被
   測定面の色とを表示する表示手段と、 を備えた色表示機能を有する形状測定装置。