JPH068727B2 - 立体形状の形成方法及び形成装置 - Google Patents
立体形状の形成方法及び形成装置Info
- Publication number
- JPH068727B2 JPH068727B2 JP59253486A JP25348684A JPH068727B2 JP H068727 B2 JPH068727 B2 JP H068727B2 JP 59253486 A JP59253486 A JP 59253486A JP 25348684 A JP25348684 A JP 25348684A JP H068727 B2 JPH068727 B2 JP H068727B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- target object
- dimensional
- shape
- forming
- scanning
- 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
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/42—Recording and playback systems, i.e. in which the programme is recorded from a cycle of operations, e.g. the cycle of operations being manually controlled, after which this record is played back on the same machine
- G05B19/4202—Recording and playback systems, i.e. in which the programme is recorded from a cycle of operations, e.g. the cycle of operations being manually controlled, after which this record is played back on the same machine preparation of the programme medium using a drawing, a model
- G05B19/4207—Recording and playback systems, i.e. in which the programme is recorded from a cycle of operations, e.g. the cycle of operations being manually controlled, after which this record is played back on the same machine preparation of the programme medium using a drawing, a model in which a model is traced or scanned and corresponding data recorded
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/37—Measurements
- G05B2219/37048—Split beam, stripe projection on object, lines detected with cameras
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
- G05B2219/49011—Machine 2-D slices, build 3-D model, laminated object manufacturing LOM
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Machine Tool Copy Controls (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、人物等の立体形状を有する対象物体から立体
像等の立体形状を形成する方法及び装置に関する。
像等の立体形状を形成する方法及び装置に関する。
従来、立体形状を有する物体から、これを同等の立体形
状を形成するために、倣い工作機械、鋳型、反転型等を
用いていた。
状を形成するために、倣い工作機械、鋳型、反転型等を
用いていた。
しかしながら、工作機械、鋳型等の寸法的制限により、
立体形状を成形できる対象物に制約され、複雑な形状で
凹凸の顕著な対象物体から立体形状を複製するのは困難
であるという問題点を有していた。また、対象物体が軟
算である場合に、その物体を複製するためには高度な熟
練が要求される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。
立体形状を成形できる対象物に制約され、複雑な形状で
凹凸の顕著な対象物体から立体形状を複製するのは困難
であるという問題点を有していた。また、対象物体が軟
算である場合に、その物体を複製するためには高度な熟
練が要求される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。
本発明は上述の従来技術の有する問題点を解決するため
になされたもので、対象物体の形状の複雑さの如何を問
わず、また対象物体の硬度の如何を問わずに、測定方法
が容易で精度のよい対象物体となる立体形状に同等もし
くは一定倍率の立体形状を形成する形成方法及び形式装
置を提供することを目的とする。
になされたもので、対象物体の形状の複雑さの如何を問
わず、また対象物体の硬度の如何を問わずに、測定方法
が容易で精度のよい対象物体となる立体形状に同等もし
くは一定倍率の立体形状を形成する形成方法及び形式装
置を提供することを目的とする。
本発明は上述の問題点を解決するために、立体形状を有
する対象物体から立体形状を形成する方法であつて、前
記対象物体にレーザビーム光を走査しながら照射する段
階と、前記対象物体に照射されたレーザビーム光の光点
を撮像し、該光点の二次元位置を算出する段階と、前記
対象物体の光点の二次元位置を連続させて、前記対象物
体の一断面に関する輪郭形状を算出する段階と、 前記対象物体を微少角度づつ回動させて、前記対象物体
の回動時の各々の断面に関する輪郭形状を算出する段階
と、前記対象物体の各々の断面輪郭から前記レーザビー
ム光の走査平面と平行な平面に関する断面形状を算出す
る段階と、前記断面形状と一定倍率の型板を一定の厚さ
の薄板から形成する段階と、により、前記対象物体と一
定倍率の立体形状を形成することを特徴とする立体形状
の形成方法とした。
する対象物体から立体形状を形成する方法であつて、前
記対象物体にレーザビーム光を走査しながら照射する段
階と、前記対象物体に照射されたレーザビーム光の光点
を撮像し、該光点の二次元位置を算出する段階と、前記
対象物体の光点の二次元位置を連続させて、前記対象物
体の一断面に関する輪郭形状を算出する段階と、 前記対象物体を微少角度づつ回動させて、前記対象物体
の回動時の各々の断面に関する輪郭形状を算出する段階
と、前記対象物体の各々の断面輪郭から前記レーザビー
ム光の走査平面と平行な平面に関する断面形状を算出す
る段階と、前記断面形状と一定倍率の型板を一定の厚さ
の薄板から形成する段階と、により、前記対象物体と一
定倍率の立体形状を形成することを特徴とする立体形状
の形成方法とした。
また、他の手段によれば、立体形状を有する対象物体か
ら立体形状を形成する装置であつて、前記対象物体を微
少角度づつ回動できる回動装置と、 前記対象物体に対して、レーザビーム光を走査してビー
ム光平面を形成できるビーム光照射装置と、 前記ビーム光照射装置に対して一定の距離及び角度で固
定され、前記対象物体へのレーザビーム光の光点を撮像
する二次元撮像装置と、 前記二次元撮像装置で対象物体の微少角度ごとのレーザ
ビーム光で走査される光点の位置を算出し、レーザビー
ム光の走査平面と平行な前記対象物体の断面形状を算出
する装置と、 前記断面形状に基づいて、該断面形状と一定倍率の型板
を一定厚さの薄板を形成する装置とから成り、前記対象
物体と一定倍率の立体形状を形成することを特徴とする
立体形状の形成装置とした。
ら立体形状を形成する装置であつて、前記対象物体を微
少角度づつ回動できる回動装置と、 前記対象物体に対して、レーザビーム光を走査してビー
ム光平面を形成できるビーム光照射装置と、 前記ビーム光照射装置に対して一定の距離及び角度で固
定され、前記対象物体へのレーザビーム光の光点を撮像
する二次元撮像装置と、 前記二次元撮像装置で対象物体の微少角度ごとのレーザ
ビーム光で走査される光点の位置を算出し、レーザビー
ム光の走査平面と平行な前記対象物体の断面形状を算出
する装置と、 前記断面形状に基づいて、該断面形状と一定倍率の型板
を一定厚さの薄板を形成する装置とから成り、前記対象
物体と一定倍率の立体形状を形成することを特徴とする
立体形状の形成装置とした。
以下、本発明の一実施例を添付図面により説明する。第
１ａ図及び第１ｂ図は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の顔を簡略化したモデル１
を対象物体とした。そして、モデル１に対する座標軸を
設定して、以後に説明するビーム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、原点から垂直の方向をＹ軸、第
１ｂ図の正面図において、対象物体であるモデル１の垂
直中心線をＺ軸としている。
１ａ図及び第１ｂ図は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の顔を簡略化したモデル１
を対象物体とした。そして、モデル１に対する座標軸を
設定して、以後に説明するビーム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、原点から垂直の方向をＹ軸、第
１ｂ図の正面図において、対象物体であるモデル１の垂
直中心線をＺ軸としている。
同図において、２はレーザビーム発生器でレーザビーム
光を生起させて、Ｘ軸上の一点Ｒを回動中心とする回動
ミラー３でＸ−Ｚ軸平面内（レーザビーム光の走査平
面）を走査する。レーザビーム光は対象物体であるモデ
ル１の垂直方向（Ｚ軸）の全体を包む範囲（Ｐφ 1〜Ｐ
φ n）のをもつて走査される。４は位置検出用カメラ
であるが、１例として二次元光点検出器（PSD）を用い
た撮影装置であり、Ｘ−Ｙ軸平面上で中心点Ｇを通り、
Ｘ軸と角度θをなす線分の一点Ｑにレンズの主点を有
し、かつ、中心点Ｇと点Ｑとを結ぶ線分▲▼に一致
する光軸を有する。そして、モデル１に照射されるレー
ザビーム光の光像をPSDカメラ４により撮像する。い
ま、第１ａ図及び第１ｂ図において、Ｘ軸に対するレー
ザビーム光の走査角度が1（ｉ＝１〜ｎ）のときの光
点をＰ iとし、光点Ｐ iから線分GQに下した垂線の足
をＳとし、また光点Ｐ iからＸ軸に下した垂線の足をP
oとし、さらにPSDカメラ４の主点ＱからＸ軸への垂線の
足をQoとすれば、PSDカメラ４で撮像された光点Ｐ 1の
像Ｐ′ iの軌跡は第２図に示す如くになる。即ち、モ
デル１のＸ−Ｚ軸平面の切断形状の軌跡となる。同第２
図で、点Ｓ′及び点Po′はそれぞれ前記の点Ｓ及び点Ｐ
のPSDカメラ４で撮像された点であり、直線Ｘ′、
Ｙ′、Ｚ′はそれぞれＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に対応するもの
である。
光を生起させて、Ｘ軸上の一点Ｒを回動中心とする回動
ミラー３でＸ−Ｚ軸平面内（レーザビーム光の走査平
面）を走査する。レーザビーム光は対象物体であるモデ
ル１の垂直方向（Ｚ軸）の全体を包む範囲（Ｐφ 1〜Ｐ
φ n）のをもつて走査される。４は位置検出用カメラ
であるが、１例として二次元光点検出器（PSD）を用い
た撮影装置であり、Ｘ−Ｙ軸平面上で中心点Ｇを通り、
Ｘ軸と角度θをなす線分の一点Ｑにレンズの主点を有
し、かつ、中心点Ｇと点Ｑとを結ぶ線分▲▼に一致
する光軸を有する。そして、モデル１に照射されるレー
ザビーム光の光像をPSDカメラ４により撮像する。い
ま、第１ａ図及び第１ｂ図において、Ｘ軸に対するレー
ザビーム光の走査角度が1（ｉ＝１〜ｎ）のときの光
点をＰ iとし、光点Ｐ iから線分GQに下した垂線の足
をＳとし、また光点Ｐ iからＸ軸に下した垂線の足をP
oとし、さらにPSDカメラ４の主点ＱからＸ軸への垂線の
足をQoとすれば、PSDカメラ４で撮像された光点Ｐ 1の
像Ｐ′ iの軌跡は第２図に示す如くになる。即ち、モ
デル１のＸ−Ｚ軸平面の切断形状の軌跡となる。同第２
図で、点Ｓ′及び点Po′はそれぞれ前記の点Ｓ及び点Ｐ
のPSDカメラ４で撮像された点であり、直線Ｘ′、
Ｙ′、Ｚ′はそれぞれＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に対応するもの
である。
ここで、第２図により光点Ｐ iのＸ座標Ｘ i及びＺ座
標Ｚ iを求めると、Ｘ座標Ｘ iは線分 に等しく、Ｚ座標Ｚ iは線分 に等しくなり、次式により光点の座標は求まる。
標Ｚ iを求めると、Ｘ座標Ｘ iは線分 に等しく、Ｚ座標Ｚ iは線分 に等しくなり、次式により光点の座標は求まる。
但し、Ｋ：PSDカメラの光学的倍率 PSD画面（第２図に示す）における点Ｇ′と点Ｐ′との
間の長さ 但し、ｂ：レンズの主点からPSD撮像面までの距離 PSD画面（第２図に示す）における点Ｐ′と点Ｐ′ と
の間の長さ 次に、PSDカメラ４のPSD画面における光点の像Ｐ ′の
位置を求める方法について説明する。第３図に示すよう
にPSDの撮像面の１点、例えば点Ｗに光点が入射する
と、点Ｗの部分に光電流が生起される。この光電流はPS
Dの撮像面の４端に設けられた電極Ａ1，Ａ2，Ｂ1，Ｂ2
に向つて流れ、電流の大きさは点Ｗから各電極までの距
離に反比例する。同図に示すように撮像面の中心点Ｖを
通る横軸をａ軸とし、縦軸をｂ軸とし、また各電極
Ａ1，Ａ2，Ｂ1，Ｂ2に流れる電流をＩA1，ＩA2，ＩB1，
ＩB2とすれば、ａ軸及びｂ軸にする点Ｗの位置は次式で
求まる。
間の長さ 但し、ｂ：レンズの主点からPSD撮像面までの距離 PSD画面（第２図に示す）における点Ｐ′と点Ｐ′ と
の間の長さ 次に、PSDカメラ４のPSD画面における光点の像Ｐ ′の
位置を求める方法について説明する。第３図に示すよう
にPSDの撮像面の１点、例えば点Ｗに光点が入射する
と、点Ｗの部分に光電流が生起される。この光電流はPS
Dの撮像面の４端に設けられた電極Ａ1，Ａ2，Ｂ1，Ｂ2
に向つて流れ、電流の大きさは点Ｗから各電極までの距
離に反比例する。同図に示すように撮像面の中心点Ｖを
通る横軸をａ軸とし、縦軸をｂ軸とし、また各電極
Ａ1，Ａ2，Ｂ1，Ｂ2に流れる電流をＩA1，ＩA2，ＩB1，
ＩB2とすれば、ａ軸及びｂ軸にする点Ｗの位置は次式で
求まる。
但し ｌ1：電極Ａ1とＡ2との間の距離 ｌ2：電極Ｂ1とＢ2との間の距離 また、第３図に示すようにPSDカメラ４の撮像面にａ軸
及びｂ軸を定め、Ｘ軸及びＹ軸の像Ｘ′，Ｙ′に一致さ
れることで上述の式を用いて撮像面における点Ｐ′ i
の位置 を求めている。
及びｂ軸を定め、Ｘ軸及びＹ軸の像Ｘ′，Ｙ′に一致さ
れることで上述の式を用いて撮像面における点Ｐ′ i
の位置 を求めている。
即ち、レーザビーム光を回動ミラー３を介してモデル１
の最上端Ｐ 1から最下端Ｐ nまで走査し、Ｐ 1から
Ｐ nまで各位置に照射されたレーザビーム光の光像をP
SDカメラで撮像し、上述の式(i)（ｉｉ）（ｉｉｉ）
（ｉｖ）を用いて演算すると各位置のＸ i，Ｚ iを求
めることができる。そして、Ｐ 1からＰ nの計測順
に、各々のＸ i，Ｚ iを結合することにより、対象物
体であるモデル１のＸ−Ｚ軸平面に関する断面の約半周
に相当する２次元形状が得られることになる。また、モ
デル１の最上端Ｐ 1から最下端Ｐ nまでの各位置の計
測結果であるＸ−Ｚ軸平面の断面に関する２次元形状を
Ｘ i，Ｚ iとしてメモリに格納することにより、後述
する３次元形状（立体形状）の演算のためのデータにな
る。
の最上端Ｐ 1から最下端Ｐ nまで走査し、Ｐ 1から
Ｐ nまで各位置に照射されたレーザビーム光の光像をP
SDカメラで撮像し、上述の式(i)（ｉｉ）（ｉｉｉ）
（ｉｖ）を用いて演算すると各位置のＸ i，Ｚ iを求
めることができる。そして、Ｐ 1からＰ nの計測順
に、各々のＸ i，Ｚ iを結合することにより、対象物
体であるモデル１のＸ−Ｚ軸平面に関する断面の約半周
に相当する２次元形状が得られることになる。また、モ
デル１の最上端Ｐ 1から最下端Ｐ nまでの各位置の計
測結果であるＸ−Ｚ軸平面の断面に関する２次元形状を
Ｘ i，Ｚ iとしてメモリに格納することにより、後述
する３次元形状（立体形状）の演算のためのデータにな
る。
上述の説明において、モデル１に対するＸ−Ｚ軸平面に
関する二次元形状を計測する手段について説明した。し
かし、モデル１全体の二次元形状を計測しなければ、立
体形状の演算することはできない。そこで、モデル１を
回転させて、モデル１の全体の二次元形状を求めること
にする。
関する二次元形状を計測する手段について説明した。し
かし、モデル１全体の二次元形状を計測しなければ、立
体形状の演算することはできない。そこで、モデル１を
回転させて、モデル１の全体の二次元形状を求めること
にする。
即ち、第１ａ図に示すように、床などの固定物に取り付
けた固定支持装置７に配置した電動モータ５によつて回
動テーブル８を一定角度づつ回動させて、Ｘ−Ｚ軸平面
におけるモデル１の位置を移動させて、レーザビーム光
を走査して前述の二次元計測を行ないモデル１の新たな
半周分の断面の二次元形状を求める。そして、各断面に
ついての二次元形状（Ｘ i，Ｚ i）をメモリに記憶
し、モデル１全体の二次元形状を計測し、メモリに記憶
する。この際、回転テーブル８の回動角度は電動モータ
５に結合させたロータリエンコーダ６により検出し、前
記二次元形状とともにロータリエンコーダ６の値をメモ
リに記憶する。
けた固定支持装置７に配置した電動モータ５によつて回
動テーブル８を一定角度づつ回動させて、Ｘ−Ｚ軸平面
におけるモデル１の位置を移動させて、レーザビーム光
を走査して前述の二次元計測を行ないモデル１の新たな
半周分の断面の二次元形状を求める。そして、各断面に
ついての二次元形状（Ｘ i，Ｚ i）をメモリに記憶
し、モデル１全体の二次元形状を計測し、メモリに記憶
する。この際、回転テーブル８の回動角度は電動モータ
５に結合させたロータリエンコーダ６により検出し、前
記二次元形状とともにロータリエンコーダ６の値をメモ
リに記憶する。
第４図は、上述の二次元形状の計測を基礎として三次元
形状（立体形状）を求めるための電気回路のブロツク図
を示すもので、以下構成とともに作動を説明する。同図
において、１は対象物体であるモデル、２はレーザビー
ム発光器、３は回動ミラー、４はPSDカメラである。
形状（立体形状）を求めるための電気回路のブロツク図
を示すもので、以下構成とともに作動を説明する。同図
において、１は対象物体であるモデル、２はレーザビー
ム発光器、３は回動ミラー、４はPSDカメラである。
立体形状の形成のためのブロツクは、PSDカメラ４の撮
像した光点の位置検出のための光点位置算出回路１１，
１２、レーザビーム光を走査する回動ミラー３を制御す
るレーザビーム光走査制御回路１３、モデル１を微小角
度づつ回動させる電動モータ５を制御する電動モータ駆
動制御回路１４、及びデータを処理、演算、記憶、出力
するためのＡ／Ｄ変換器１５、１６、マイクロコンピユ
ータ１７、メモリ１８、１９、２０、２１、紙テープパ
ンチヤ３０などより構成される。
像した光点の位置検出のための光点位置算出回路１１，
１２、レーザビーム光を走査する回動ミラー３を制御す
るレーザビーム光走査制御回路１３、モデル１を微小角
度づつ回動させる電動モータ５を制御する電動モータ駆
動制御回路１４、及びデータを処理、演算、記憶、出力
するためのＡ／Ｄ変換器１５、１６、マイクロコンピユ
ータ１７、メモリ１８、１９、２０、２１、紙テープパ
ンチヤ３０などより構成される。
次に作用について説明する。まず、説明を容易にするた
めにモデル１の回動角度０゜から第１回目のレーザビー
ム光を照射する場合について述べる。レーザビーム光走
査制御回路１３からの出力により回動ミラー３がモデル
１の最上端Ｐ 1から最下端Ｐ nまでレーザビーム光を
照射する。
めにモデル１の回動角度０゜から第１回目のレーザビー
ム光を照射する場合について述べる。レーザビーム光走
査制御回路１３からの出力により回動ミラー３がモデル
１の最上端Ｐ 1から最下端Ｐ nまでレーザビーム光を
照射する。
そして、PSDカメラ４でＰ 1からＰ nまでの光点を撮
像し、PSDカメラ４から出力される光点の光電流ＩA1，
ＩA2及びＩＢ１，ＩＢ２はそれぞれ光点位置算出回路１
１、１２に入力する。光点位置算出回路１２ではＩA1，
ＩA2に基いて に相当するアナログ電圧に変換する。同様に光点位置算
出回路１２ではＩB1，ＩB2に基いて、 に相当するアナログ電圧に変換する。これらのアナログ
電圧はそれぞれＡ／Ｄ変換器１５、１６でデイジタル値
に変換したのちマイクロコンピユータ１７に入力され
る。
像し、PSDカメラ４から出力される光点の光電流ＩA1，
ＩA2及びＩＢ１，ＩＢ２はそれぞれ光点位置算出回路１
１、１２に入力する。光点位置算出回路１２ではＩA1，
ＩA2に基いて に相当するアナログ電圧に変換する。同様に光点位置算
出回路１２ではＩB1，ＩB2に基いて、 に相当するアナログ電圧に変換する。これらのアナログ
電圧はそれぞれＡ／Ｄ変換器１５、１６でデイジタル値
に変換したのちマイクロコンピユータ１７に入力され
る。
マイクロコンピユータ１７に入力された 及び のデイジタル値を用いて、前述の式(i)、式(ii)の演算
を実行し、光点Ｐ iのＸ座標、Ｚ座標〔Ｘ i,Z i〕
を求め、これらの値〔Ｘ i,Z i〕とともにロータリエ
ンコーダ６により検出される回動テーブル８の回動角度
（上述の説明では０゜）をメモリ１８に格納する。
を実行し、光点Ｐ iのＸ座標、Ｚ座標〔Ｘ i,Z i〕
を求め、これらの値〔Ｘ i,Z i〕とともにロータリエ
ンコーダ６により検出される回動テーブル８の回動角度
（上述の説明では０゜）をメモリ１８に格納する。
即ち、レーザビーム光を走査させて光点Ｐが対象物体で
あるモデル１の最上端Ｐ 1から最下端Ｐ nまで移動す
る間に一定時間（レーザビーム光が連続する範囲内の時
間）ごとに上述の計測を繰り返すことによつて、メモリ
１８に回動テーブル８の回動角度０゜のときのモデル１
のＸ−Ｚ軸平面に関する断面の二次元形状の約半分（PS
Dカメラ４で観測可能な部分）のＸ座標値及びＺ座標値
が記憶されることになる。
あるモデル１の最上端Ｐ 1から最下端Ｐ nまで移動す
る間に一定時間（レーザビーム光が連続する範囲内の時
間）ごとに上述の計測を繰り返すことによつて、メモリ
１８に回動テーブル８の回動角度０゜のときのモデル１
のＸ−Ｚ軸平面に関する断面の二次元形状の約半分（PS
Dカメラ４で観測可能な部分）のＸ座標値及びＺ座標値
が記憶されることになる。
次にマイクロコンピユータ１７から電動モータ駆動回路
１４に対して駆動信号を与え、電動モータ５を一定角度
△α＝３６０゜／ｍ（ｍはレーザビーム光が連続する範
囲内）だけ回動させる。電動モータ５で回動させる角度
△αは、電動モータ５に接続されたロータリエンコーダ
６を介してマイクロコンピユータ１７に入力する。
１４に対して駆動信号を与え、電動モータ５を一定角度
△α＝３６０゜／ｍ（ｍはレーザビーム光が連続する範
囲内）だけ回動させる。電動モータ５で回動させる角度
△αは、電動モータ５に接続されたロータリエンコーダ
６を介してマイクロコンピユータ１７に入力する。
電動モータ５でモデル１を角度△αだけ回動させた後
に、前述の二次元計測を行ないモデル１のＸ−Ｚ軸平面
に関する新たな断面の二次元形状のＸ座標値、Ｚ座標値
を求めメモリ１８に格納する。そして、これらの計測を
順次くり返す。
に、前述の二次元計測を行ないモデル１のＸ−Ｚ軸平面
に関する新たな断面の二次元形状のＸ座標値、Ｚ座標値
を求めメモリ１８に格納する。そして、これらの計測を
順次くり返す。
メモリ１８の格納例を第５図により説明すると、メモリ
番地はレーザビーム光で走査されるＰ 1からＰ nの光
点を示し、メモリの同一番地にはロータリエンコーダ６
の回動角度、Ｘ座標値、Ｚ座標値を格納している。
番地はレーザビーム光で走査されるＰ 1からＰ nの光
点を示し、メモリの同一番地にはロータリエンコーダ６
の回動角度、Ｘ座標値、Ｚ座標値を格納している。
このようにして得られたモデル１の二次元計測の結果の
二次元形状は、モデル１の中心から角度△αづつの断面
であり、これらの形状を重ね合せてもモデル１と同等の
形状とならない。そこで、計測されたＸ−Ｚ座標値〔Ｘ
i,Y i〕のメモリの内容を回動角度０゜のときの断面
形状と平行な断面の二次元形状にデータを変換する必要
がある。
二次元形状は、モデル１の中心から角度△αづつの断面
であり、これらの形状を重ね合せてもモデル１と同等の
形状とならない。そこで、計測されたＸ−Ｚ座標値〔Ｘ
i,Y i〕のメモリの内容を回動角度０゜のときの断面
形状と平行な断面の二次元形状にデータを変換する必要
がある。
データの変換は、まず回動角度０゜のときの断面をＸ−
Ｚ平面と一致したものとし、第６図に示すように回動角
度がjx△α（ｊ＝０，１，２，３，・・・ｍ）のときの
光点Ｐ iのＸ座標Ｘ i（ｊ△α）、Ｙ座標Ｙ i（ｊ
△α）、Ｚ座標Ｚ i（ｊ△α）の各値を以下によつて
メモリ１９に格納する。
Ｚ平面と一致したものとし、第６図に示すように回動角
度がjx△α（ｊ＝０，１，２，３，・・・ｍ）のときの
光点Ｐ iのＸ座標Ｘ i（ｊ△α）、Ｙ座標Ｙ i（ｊ
△α）、Ｚ座標Ｚ i（ｊ△α）の各値を以下によつて
メモリ１９に格納する。
Ｘ i（ｊ△α）＝Ｘ i×cos（ｊ△α） Ｙ i（ｊ△α）＝Ｘ i×sin（ｊ△α） Ｚ i（ｊ△α）＝Ｚ i（但し、メモリ１６の のＺ iの値） このようにして、光点iの三次元座標（Ｘ i，
Ｙ i，Ｚ i）はメモリ１９に記憶される。
Ｙ i，Ｚ i）はメモリ１９に記憶される。
メモリ１９の一例を第７図に示す。
三次元形状（立体形状）を形成させるために必要な光点
の座標は上述の演算により求める。次に立体形状を容易
に作成するために第８図に示すようにＹ軸を一定微少長
さ（△ｙ）ごとに区切り、各区分間のＹ座標値の範囲ご
とに第６図に示す三次形状の座標データであるメモリ１
９の内容のＹ i（ｊ△α）を次式に基いて分類する。
の座標は上述の演算により求める。次に立体形状を容易
に作成するために第８図に示すようにＹ軸を一定微少長
さ（△ｙ）ごとに区切り、各区分間のＹ座標値の範囲ご
とに第６図に示す三次形状の座標データであるメモリ１
９の内容のＹ i（ｊ△α）を次式に基いて分類する。
Ｋ・△ｙ≦Ｙ i（ｊ△α）＜（Ｋ＋１）△ｙ 但し、Ｋ＝０、±１、±２、±３……の整数 分類した結果は、例えば第９図に示す要領でメモリ２０
に格納する。即ち、ある一定のＹ座標値の範囲、例えば
Ｋ・△ｙ≦Ｙ＜（Ｋ＋１）△ｙのＹ座標値の範囲のＹ
i（ｊ△α）をメモリ１７からすべて抽出し、Ｙ i（ｊ
△α）に相当するＸ i（ｊ△α）、Ｚ j（ｊ△α）と
ともに順次メモリ２０に分類して格納する。この結果、
メモリ２０にＫ△ｙ≦Ｙ＜（Ｋ＋１）△ｙごとに格納さ
れた座標値Ｘ i（ｊ△α）、Ｚ i（ｊ△α）は、Ｙ＝
Ｋ・△ｙの式より原点Ｇo反対側へ厚さ△ｙの厚みでＸ
−Ｚ軸平面と平行な断面に関する対象物体であるモデル
１の断面の形状を表わすことになる。
に格納する。即ち、ある一定のＹ座標値の範囲、例えば
Ｋ・△ｙ≦Ｙ＜（Ｋ＋１）△ｙのＹ座標値の範囲のＹ
i（ｊ△α）をメモリ１７からすべて抽出し、Ｙ i（ｊ
△α）に相当するＸ i（ｊ△α）、Ｚ j（ｊ△α）と
ともに順次メモリ２０に分類して格納する。この結果、
メモリ２０にＫ△ｙ≦Ｙ＜（Ｋ＋１）△ｙごとに格納さ
れた座標値Ｘ i（ｊ△α）、Ｚ i（ｊ△α）は、Ｙ＝
Ｋ・△ｙの式より原点Ｇo反対側へ厚さ△ｙの厚みでＸ
−Ｚ軸平面と平行な断面に関する対象物体であるモデル
１の断面の形状を表わすことになる。
なお、上述の分類において、同一のＹ座標区間Ｋ・△ｙ
≦Ｙ＜Ｙ（Ｋ＋１）△ｙの間で、Ｘ座標値Ｘ i（ｊ△
α）の値が等しくＺ座標値Ｚ i（ｊ△α）の値が異な
る複数のデータが存在する場合もある。この場合には、
例えば複数のＺ i（ｊ△α）の平均としてＺ i（ｊ△
α）としてもよい。Ｘ i（ｊ△α）についても同様で
ある。
≦Ｙ＜Ｙ（Ｋ＋１）△ｙの間で、Ｘ座標値Ｘ i（ｊ△
α）の値が等しくＺ座標値Ｚ i（ｊ△α）の値が異な
る複数のデータが存在する場合もある。この場合には、
例えば複数のＺ i（ｊ△α）の平均としてＺ i（ｊ△
α）としてもよい。Ｘ i（ｊ△α）についても同様で
ある。
次に、厚さ△ｙでＹ座標区間ごとに分類されたＸ
i（ｊ△α）を正の最大値から小さい方へ負の最大値
まで順に整理してＺ i（ｊ△α）とともにメモリ２１
に格納する。この場合、Ｘ i（ｊ△α）のかわりにＺ
i（ｊ△α）を大きい順に整理してもよい。
i（ｊ△α）を正の最大値から小さい方へ負の最大値
まで順に整理してＺ i（ｊ△α）とともにメモリ２１
に格納する。この場合、Ｘ i（ｊ△α）のかわりにＺ
i（ｊ△α）を大きい順に整理してもよい。
従つて、メモリ２１には厚さ△ｙのＹ座標区間ごとに大
きい値から順に並べられたＸ座標値Ｘ i（ｊ△α）及
びＺ座標値Ｚ i（ｊ△α）の各値が格納される。そし
て、マイクロコンピユータ１７によりメモリ２１の内容
を読み出し、紙テープパンチヤ３０を用いてNCテープ３
１を作成する。そして、例えば紙テープリーダ（図示し
ない）を介して、NC薄板切断装置（図示しない）に入力
し、厚さ△ｙの薄板を切断することにより、対象物体で
あるモデル１のＸ−Ｚ軸平面に平行な断面と略同一の型
板を作成する。NC薄板切断装置において、薄板の厚さを
Ｘ座標値及びＹ座標値と同一比率により縮尺あるいは拡
大することによりモデル１に一定縮尺の型板を作成でき
る。
きい値から順に並べられたＸ座標値Ｘ i（ｊ△α）及
びＺ座標値Ｚ i（ｊ△α）の各値が格納される。そし
て、マイクロコンピユータ１７によりメモリ２１の内容
を読み出し、紙テープパンチヤ３０を用いてNCテープ３
１を作成する。そして、例えば紙テープリーダ（図示し
ない）を介して、NC薄板切断装置（図示しない）に入力
し、厚さ△ｙの薄板を切断することにより、対象物体で
あるモデル１のＸ−Ｚ軸平面に平行な断面と略同一の型
板を作成する。NC薄板切断装置において、薄板の厚さを
Ｘ座標値及びＹ座標値と同一比率により縮尺あるいは拡
大することによりモデル１に一定縮尺の型板を作成でき
る。
そして、これらの型板を順に重ね合わせることにより対
象物体であるモデル１と一定縮尺の大きさの立体形状を
作成できる。上述の立体形状の作成の際に、重ね合せを
容易にするために、NCテープ３１にあらかじめ複数の基
準穴などの情報を入力して、それぞれの型板にせん孔を
設け、せん孔に合わせて型板を重ね合せて接着固定する
ことで容易に立体形状を作成できる。
象物体であるモデル１と一定縮尺の大きさの立体形状を
作成できる。上述の立体形状の作成の際に、重ね合せを
容易にするために、NCテープ３１にあらかじめ複数の基
準穴などの情報を入力して、それぞれの型板にせん孔を
設け、せん孔に合わせて型板を重ね合せて接着固定する
ことで容易に立体形状を作成できる。
上述の実施例においては、立体形状の作成に際してNC薄
板切断装置を用いた場合について説明したが、例えばマ
イクロコンピユータ１７の出力をＸ−Ｙプロツタないし
はＸ−Ｙレコーダに接続することによりモデル１のＸ−
Ｚ軸平面の断面を描画できる。この描画をもとに薄板を
切断しても立体形状を作成することができる。
板切断装置を用いた場合について説明したが、例えばマ
イクロコンピユータ１７の出力をＸ−Ｙプロツタないし
はＸ−Ｙレコーダに接続することによりモデル１のＸ−
Ｚ軸平面の断面を描画できる。この描画をもとに薄板を
切断しても立体形状を作成することができる。
本発明によれば、対象物体を微少角度づつ回動させてレ
ーザビーム光を走査しつつの光点を撮像し、撮像の結果
よりレーザビーム光の走査平面に平行な断面を算出し、
これに基いて立体形成を作成するので立体形状を形成す
るために必要な計測が簡単でかつ精度よく立体形状を形
成できる。
ーザビーム光を走査しつつの光点を撮像し、撮像の結果
よりレーザビーム光の走査平面に平行な断面を算出し、
これに基いて立体形成を作成するので立体形状を形成す
るために必要な計測が簡単でかつ精度よく立体形状を形
成できる。
第１ａ図及び第１ｂ図は本発明の実施例の立面及び平面
の概要図である。 第２図は、実施例でしたPSDカメラで撮像した光軌を示
す図である。 第３図は、同実施例で用いたPSDカメラの撮像面を示す
図である。 第４図は、同実施例における立体形状の演算及び作成の
ためのブロツク図である。 第５図は、同実施例の二次元形状のメモリマツプを示す
図である。 第６図は、同実施例における二次元形状から三次元形状
への変換原理を示す図である。 第７図は、第５図に示した二次元形状から三次元形状へ
変換のためのメモリマツプを示す図である。 第８図は、実施例の立体形状の形成に用いる平行断面作
成の原理図である。 第９図は、第８図で示した平行断面作成に用いられるメ
モリマツプを示す図である。 〔符号の説明〕 １…モデル ２…レーザビーム発生器 ３…回動ミラー ４…PSDカメラ（二次元撮像装置） ５…電動モータ（回動装置） ６…ロータリエンコーダ １１，１２…光点位置算出回路 １３…レーザビーム光走査制御回路 １４…電動モータ駆動制御回路 １７…マイクロコンピユータ １８〜２１…メモリ
の概要図である。 第２図は、実施例でしたPSDカメラで撮像した光軌を示
す図である。 第３図は、同実施例で用いたPSDカメラの撮像面を示す
図である。 第４図は、同実施例における立体形状の演算及び作成の
ためのブロツク図である。 第５図は、同実施例の二次元形状のメモリマツプを示す
図である。 第６図は、同実施例における二次元形状から三次元形状
への変換原理を示す図である。 第７図は、第５図に示した二次元形状から三次元形状へ
変換のためのメモリマツプを示す図である。 第８図は、実施例の立体形状の形成に用いる平行断面作
成の原理図である。 第９図は、第８図で示した平行断面作成に用いられるメ
モリマツプを示す図である。 〔符号の説明〕 １…モデル ２…レーザビーム発生器 ３…回動ミラー ４…PSDカメラ（二次元撮像装置） ５…電動モータ（回動装置） ６…ロータリエンコーダ １１，１２…光点位置算出回路 １３…レーザビーム光走査制御回路 １４…電動モータ駆動制御回路 １７…マイクロコンピユータ １８〜２１…メモリ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭53−39158（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−99038（ＪＰ，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
形成する方法であって、 前記対象物体にレーザビーム光を走査平面内で走査しな
がら照射する段階と、 所定の走査角度毎に、前記対象物体に照射されたレーザ
ビーム光の光点を撮像し、撮像面における光点位置に対
し走査面と撮像面の位置関係および撮像装置の光学的倍
率に基づく演算を施して該光点の走査面における二次元
位置を算出する段階と、 前記走査角度毎の対象物体の光点の二次元位置を集積し
て、該対象物体の走査面に関する輪郭形状を形成する段
階と、 前記対象物体を微少角度づつ回動させて、回動角度毎に
該対象物体の走査面に関する輪郭形状を形成して集積
し、対象物体の三次元像を形成する段階と、 前記三次元像を変成して該対象物体における一定断面と
平行な複数の平面に関する断面形状に変換する段階と、 前記複数の平面に関する断面形状に対して一定倍率の形
状を有する型板を一定の厚さの薄板から形成する段階
と、 前記型板を前記平面と同順に重ねて固定する段階と、 により、前記対象物体と一定倍率の立体形状を形成する
ことを特徴とする立体形状の形成方法。 - 【請求項２】立体形状を有する対象物体にレーザビーム
光を平面内で走査しながら照射する段階、前記対象物体
に照射されたレーザビーム光の光点を撮像し、光学的配
置と光学的倍率に基づいて該光点の走査面における二次
元位置を算出する段階、前記対象物体の光点の二次元位
置を集積して、該対象物体の走査面に関する輪郭形状を
形成する段階、前記対象物体を微少角度づつ回動させ
て、該対象物体の回動時の各々の走査面に関する輪郭形
状を集積して三次元像を形成する段階、前記三次元像か
ら該対象物体の一定断面と平行な複数の平面に関する断
面形状に変換する段階、及び、前記断面形状と一定倍率
の型板を一定の厚さの薄板から形成する段階から成る、
立体形状を有する対象物体と一定倍率の立体形状を形成
する方法の実施に直接使用される立体形状の形成装置で
あって、 前記対象物体を微少角度づつ回動できる回動装置と、 前記対象物体に対して、レーザビーム光を走査してビー
ム光平面を形成できるビーム光照射装置と、 前記ビーム光照射装置に対して一定の距離及び角度で固
定され、前記対象物体へのレーザビーム光の光点を撮像
する二次元撮像装置と、 走査角度毎に前記二次元撮像装置の撮像面における光点
位置信号を入力し、該光点位置に対し走査面と撮像面の
位置関係および撮像装置の光学的倍率に基づく演算を施
して求めた該光点の前記走査面における二次元位置を集
積して該対象物体の走査面に関する輪郭形状を形成し、
前記回動装置の回動角度毎に得られる前記輪郭形状を集
積して対象物体の三次元像を形成し、該三次元像から該
対象物体における一定断面と平行な複数の平面に関する
断面形状に変換する演算装置と、 前記断面形状に基づいて、該断面形状と一定倍率の型板
を一定厚さの薄板を形成する装置と、 から成り、前記対象物体と一定倍率の立体形状を形成す
ることを特徴とする前記の立体形状の形成装置。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59253486A JPH068727B2 (ja) | 1984-11-30 | 1984-11-30 | 立体形状の形成方法及び形成装置 |
| EP85104269A EP0163076B1 (en) | 1984-04-17 | 1985-04-09 | Apparatus for producing a three-dimensional copy of an object |
| AT85104269T ATE69400T1 (de) | 1984-04-17 | 1985-04-09 | Einrichtung zum erzeugen einer dreidimensionalen kopie eines gegenstandes. |
| DE8585104269T DE3584642D1 (de) | 1984-04-17 | 1985-04-09 | Einrichtung zum erzeugen einer dreidimensionalen kopie eines gegenstandes. |
| US06/721,451 US4752964A (en) | 1984-04-17 | 1985-04-09 | Method and apparatus for producing three-dimensional shape |
| 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 |
|---|---|---|---|
| JP59253486A JPH068727B2 (ja) | 1984-11-30 | 1984-11-30 | 立体形状の形成方法及び形成装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61131859A JPS61131859A (ja) | 1986-06-19 |
| JPH068727B2 true JPH068727B2 (ja) | 1994-02-02 |
Family
ID=17252049
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59253486A Expired - Lifetime JPH068727B2 (ja) | 1984-04-17 | 1984-11-30 | 立体形状の形成方法及び形成装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH068727B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9810526B2 (en) | 2011-12-27 | 2017-11-07 | Sumco Corporation | Method for measuring three-dimensional shape of silica glass crucible, and method for producing monocrystalline silicon |
| JP5657515B2 (ja) * | 2011-12-27 | 2015-01-21 | 株式会社Sumco | シリカガラスルツボの三次元形状測定方法、シリコン単結晶の製造方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5816444B2 (ja) * | 1976-09-22 | 1983-03-31 | 日本電信電話株式会社 | 物体形状情報発生方法 |
| JPS5499038A (en) * | 1978-01-23 | 1979-08-04 | Aida Eng Ltd | Simple fabrication of master model |
| JPS6147620A (ja) * | 1984-08-15 | 1986-03-08 | 株式会社東芝 | エレクトレツト構体 |
-
1984
- 1984-11-30 JP JP59253486A patent/JPH068727B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61131859A (ja) | 1986-06-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2919284B2 (ja) | 物体認識方法 | |
| CN101738171B (zh) | 原木的三维形状测定装置以及方法 | |
| CA1257682A (en) | Method and apparatus for producing three-dimensional shape | |
| US6974964B1 (en) | Method and apparatus for three-dimensional surface scanning and measurement of a moving object | |
| US5414647A (en) | Non-contact method and system for building CAD models by integrating high density data scans | |
| JPH10124704A (ja) | 立体モデル作成装置、立体モデル作成方法および立体モデル作成プログラムを記録した媒体 | |
| Manthey et al. | Calibration of a laser range-finding coordinate-measuring machine | |
| EP0116561A1 (en) | Method and apparatus for performing operations on three-dimensional surfaces | |
| Hosni et al. | Laser based system for reverse engineering | |
| WO1994027198A1 (en) | A system and a method for the reproduction of three-dimensional objects | |
| JPH068727B2 (ja) | 立体形状の形成方法及び形成装置 | |
| KR910000185B1 (ko) | 3차원적 입체형상의 형성방법과 형성장치 | |
| CN111612071B (zh) | 一种从曲面零件阴影图生成深度图的深度学习方法 | |
| JP2567923B2 (ja) | 距離計測方法 | |
| KR100379948B1 (ko) | 3차원 형상 측정방법 | |
| JPH0534603B2 (ja) | ||
| JP2002005622A (ja) | 複数個の光切断式センサを備えた光学式形状計測装置における配置パラメータの検出方法 | |
| JPH0478924B2 (ja) | ||
| JPH0654228B2 (ja) | 立体形状の作製方法及び作製装置 | |
| JP2572637B2 (ja) | 表面状態検出用光学的距離センサの構成 | |
| JPH04164205A (ja) | 三次元像解析装置 | |
| JP3616187B2 (ja) | 試料形状の測定検査方法およびそのための装置 | |
| JPH11325853A (ja) | ３次元形状入力装置 | |
| JPH0755440A (ja) | 形状認識装置 | |
| JP4972281B2 (ja) | 非接触画像測定機の測定方法 |