JPH07117384B2 - 立体形状測定装置及び測定方法 - Google Patents
立体形状測定装置及び測定方法Info
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- JPH07117384B2 JPH07117384B2 JP1038881A JP3888189A JPH07117384B2 JP H07117384 B2 JPH07117384 B2 JP H07117384B2 JP 1038881 A JP1038881 A JP 1038881A JP 3888189 A JP3888189 A JP 3888189A JP H07117384 B2 JPH07117384 B2 JP H07117384B2
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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、立体物の形状を測定する装置及び方法に関す
るものであって、簡単な機構の装置により、容易に立体
形状を測定して、迅速に等高線図や輪郭線図を得ること
のできる手段を提供するものである。
るものであって、簡単な機構の装置により、容易に立体
形状を測定して、迅速に等高線図や輪郭線図を得ること
のできる手段を提供するものである。
種々の要請から、特定の立体物の形状を測定して、その
結果を等高線図や輪郭線図等として表現することが必要
な場合がある。
結果を等高線図や輪郭線図等として表現することが必要
な場合がある。
従来、立体物の等高線図を描くには、所定間隔だけ離れ
た数個所から対称立体物を撮像し、得られた複数の画像
を立体図化器で処理して等高線図を作成するということ
が行われている。
た数個所から対称立体物を撮像し、得られた複数の画像
を立体図化器で処理して等高線図を作成するということ
が行われている。
ところが、従来の立体図化器は、構造が複雑で効果の装
置であるのみならず、取り扱いが難しくてその操作には
熟練を要し、作業時間も長くかかるという欠点がある。
そのため、簡単な機構で、誰にでも容易に立体形状の測
定を行える手段の提供が望まれていた。
置であるのみならず、取り扱いが難しくてその操作には
熟練を要し、作業時間も長くかかるという欠点がある。
そのため、簡単な機構で、誰にでも容易に立体形状の測
定を行える手段の提供が望まれていた。
本発明は、上記課題に鑑みて創案されたものであって、
簡単且つ安価な装置で、迅速容易に立体の形状を測定で
きる手段を提供せんとするものである。
簡単且つ安価な装置で、迅速容易に立体の形状を測定で
きる手段を提供せんとするものである。
本発明は、被測定物に光平面を照射するようになされた
立体形状測定装置又は方法において、後述するような改
良を加えたところに特色を有している。
立体形状測定装置又は方法において、後述するような改
良を加えたところに特色を有している。
なお、本発明を適用する立体形状測定装置の基本構成と
しては、次の３種類が考えられる。
しては、次の３種類が考えられる。
A:被測定物を保持する保持装置、被測定物の全周に光平
面を照射する光平面照射装置、前記光平面照射装置が形
成する光平面から所定距離を置いて設置され且つ光軸が
当該光平面に対して垂直に配置された撮像装置、及び、
被測定物に対する光平面の照射位置を当該光平面に垂直
な方向へ相対移動させる照射位置変更手段から成る立体
形状測定装置 B:被測定物を保持すると共に所定角度ずつ回転させるこ
とが可能な回転保持装置、被測定物の回転軸に平行な光
平行を被測定物の全周に照射する光平面照射装置、及
び、前記光平面照射装置が形成する光平面から所定距離
を置いて設置され且つ光軸が当該光平面に対して垂直に
配置された撮像装置から成る立体形状測定装置 C:被測定物保持する保持装置、被測定物の全周に所要間
隔を置いて互いに平行に形成された複数の光平面を照射
する多層光平面照射装置、及び、前記多層光平面照射装
置が形成する多層光平面から所定距離を置いて設置され
且つ光軸が当該多層光平面に対して垂直に配置された撮
像装置から成る立体形状測定装置 本発明による改良点の第一は、前掲の立体形状測定装置
Ａ〜Ｃにおいて、前記光平面照射装置を、単一の光源
と、光源から投射される光線を平面状に拡散する拡散器
と、反射鏡とより構成したことにある。なお被測定物の
多層光平面を照射するＣ装置にあっては、前記多層光平
面照射装置を、単一の光源と、光源から投射される光線
を複数の平行光線に分割する光線分割器と、各複数光線
とそれぞれを平面状に拡散する拡散器と、反射鏡とより
構成すればよい。
面を照射する光平面照射装置、前記光平面照射装置が形
成する光平面から所定距離を置いて設置され且つ光軸が
当該光平面に対して垂直に配置された撮像装置、及び、
被測定物に対する光平面の照射位置を当該光平面に垂直
な方向へ相対移動させる照射位置変更手段から成る立体
形状測定装置 B:被測定物を保持すると共に所定角度ずつ回転させるこ
とが可能な回転保持装置、被測定物の回転軸に平行な光
平行を被測定物の全周に照射する光平面照射装置、及
び、前記光平面照射装置が形成する光平面から所定距離
を置いて設置され且つ光軸が当該光平面に対して垂直に
配置された撮像装置から成る立体形状測定装置 C:被測定物保持する保持装置、被測定物の全周に所要間
隔を置いて互いに平行に形成された複数の光平面を照射
する多層光平面照射装置、及び、前記多層光平面照射装
置が形成する多層光平面から所定距離を置いて設置され
且つ光軸が当該多層光平面に対して垂直に配置された撮
像装置から成る立体形状測定装置 本発明による改良点の第一は、前掲の立体形状測定装置
Ａ〜Ｃにおいて、前記光平面照射装置を、単一の光源
と、光源から投射される光線を平面状に拡散する拡散器
と、反射鏡とより構成したことにある。なお被測定物の
多層光平面を照射するＣ装置にあっては、前記多層光平
面照射装置を、単一の光源と、光源から投射される光線
を複数の平行光線に分割する光線分割器と、各複数光線
とそれぞれを平面状に拡散する拡散器と、反射鏡とより
構成すればよい。
本発明の第二の改良点は、前記Ａ装置を用いて、被測定
物の全周に単一平面をなす光平面を照射し、光軸が当該
光平面に対して垂直に配置された撮像装置で前記被測定
物を撮像する立体形状測定方法において、被測定物を所
定位置に固定し、前記光平面及び撮像装置を両者の間隔
を所定距離に保持しつつ光平面に対し垂直な方向へ所要
距離ずつ段階的に移動させながら前記撮像装置で順次被
測定物の撮像を行うことである。
物の全周に単一平面をなす光平面を照射し、光軸が当該
光平面に対して垂直に配置された撮像装置で前記被測定
物を撮像する立体形状測定方法において、被測定物を所
定位置に固定し、前記光平面及び撮像装置を両者の間隔
を所定距離に保持しつつ光平面に対し垂直な方向へ所要
距離ずつ段階的に移動させながら前記撮像装置で順次被
測定物の撮像を行うことである。
本発明に係る第三の改良点は、前記装置Ａ又はＢを用い
る立体形状測定方法において、得られた複数の画像を１
個の撮像面に多重露光するところにある。なお、装置Ａ
を用いる場合は、被測定物又は光平面を垂直方向へ所要
距離ずつ段階的に相対移動させながら前記撮像装置で順
次被測定物の撮像を行う。装置Ｂを用いる場合は、被測
定物を光平面と平行な軸を中心にして所要角度ずつ段階
的に回転させながら前記撮像装置で順次被測定物の撮像
を行う。
る立体形状測定方法において、得られた複数の画像を１
個の撮像面に多重露光するところにある。なお、装置Ａ
を用いる場合は、被測定物又は光平面を垂直方向へ所要
距離ずつ段階的に相対移動させながら前記撮像装置で順
次被測定物の撮像を行う。装置Ｂを用いる場合は、被測
定物を光平面と平行な軸を中心にして所要角度ずつ段階
的に回転させながら前記撮像装置で順次被測定物の撮像
を行う。
本発明による第四の改良点は、前記立体形状測定装置Ａ
〜Ｃにおいて、前記撮像装置を、光平面照射装置により
形成される光平面又は多層光平面照射装置により形成さ
れる多層光平面と平行であって且つ所定距離だけ離れた
仮想平面上を、前記光平面又は多層光平面に対して光軸
を垂直に保ちつつ平行移動可能になし、同撮像装置を上
記仮想平面上を平行移動させて被測定物の撮像を行うと
ころにある。
〜Ｃにおいて、前記撮像装置を、光平面照射装置により
形成される光平面又は多層光平面照射装置により形成さ
れる多層光平面と平行であって且つ所定距離だけ離れた
仮想平面上を、前記光平面又は多層光平面に対して光軸
を垂直に保ちつつ平行移動可能になし、同撮像装置を上
記仮想平面上を平行移動させて被測定物の撮像を行うと
ころにある。
本発明の営む作用を、実施例を示す図面を参照して説明
する。
する。
第１図乃至第３図に示すように、被測定物10の全周に光
平面Ｐを照射すると、被測定物10の表面において光平面
Ｐが交差する個所で光の散乱が生ずる。この交差部Ｓ
を、光軸Ｌが光平面Ｐに垂直な撮像装置７で撮像する
と、光平面Ｐの照射位置における被測定物10の切断面の
輪郭線の画像が得られる。次いで、光平面Ｐと撮像装置
７との間隔を所定距離に保ちつつ、光平面Ｐの照射位置
を該光平面Ｐに垂直な方向へ所要距離だけ移動させる
（第３図参照）。この状態で再び撮像を行うと、被測定
物10の異なる切断面における輪郭線図が得られる。引き
続き光平面照射位置を所要距離ずつ段階的に移動させて
順次撮像を行う。こうして得られた複数の画像を合成す
れば、被測定物10を前記光平面Ｐに垂直な方向から平面
視した場合の等高線図を容易に作成することができる。
なお、得られる複数の画像を、一個の撮像面に多重露光
させて等高線図を得ることも可能である。
平面Ｐを照射すると、被測定物10の表面において光平面
Ｐが交差する個所で光の散乱が生ずる。この交差部Ｓ
を、光軸Ｌが光平面Ｐに垂直な撮像装置７で撮像する
と、光平面Ｐの照射位置における被測定物10の切断面の
輪郭線の画像が得られる。次いで、光平面Ｐと撮像装置
７との間隔を所定距離に保ちつつ、光平面Ｐの照射位置
を該光平面Ｐに垂直な方向へ所要距離だけ移動させる
（第３図参照）。この状態で再び撮像を行うと、被測定
物10の異なる切断面における輪郭線図が得られる。引き
続き光平面照射位置を所要距離ずつ段階的に移動させて
順次撮像を行う。こうして得られた複数の画像を合成す
れば、被測定物10を前記光平面Ｐに垂直な方向から平面
視した場合の等高線図を容易に作成することができる。
なお、得られる複数の画像を、一個の撮像面に多重露光
させて等高線図を得ることも可能である。
また単一な光平面に代え、第11図及び第12図に示す如
く、所要間隔に置いて互いに平行に形成した多層光平面
Ｑを被測定物10に照射し、これを撮像して等高線図を得
ることもできる。この場合、被測定物10と撮像装置７と
の距離が充分に有り且つ撮像装置７の焦点深度が深けれ
ば、多層光平面Ｑを照射した状態で被測定物10を撮像し
た画像が、そのまま等高線図となる。また、撮像装置７
の焦点進度が浅い場合には、多層光平面Ｑの各光平面層
Q1〜Q6のすべてにピントを合わせるのが難しいので、各
光平面層Q1〜Q6に順番に被測定物10に照射して順次撮像
を行い、得られた複数の画像を合成して構想線図を作成
する。なおこのとき、被測定物10と撮像装置７との距離
が短ければ、各光平面層Q1〜Q6それぞれと撮像装置７と
の距離の違いに応じた距離補正を各画像に施す。あるい
は、撮像装置７を多層光平面Ｑに垂直な方向へ移動可能
であるならば、各光平面層Q1〜Q6と撮像装置７との間隔
を所定距離に保つようにして撮像を行うことにより、上
記の距離補正を不用とすることができる。
く、所要間隔に置いて互いに平行に形成した多層光平面
Ｑを被測定物10に照射し、これを撮像して等高線図を得
ることもできる。この場合、被測定物10と撮像装置７と
の距離が充分に有り且つ撮像装置７の焦点深度が深けれ
ば、多層光平面Ｑを照射した状態で被測定物10を撮像し
た画像が、そのまま等高線図となる。また、撮像装置７
の焦点進度が浅い場合には、多層光平面Ｑの各光平面層
Q1〜Q6のすべてにピントを合わせるのが難しいので、各
光平面層Q1〜Q6に順番に被測定物10に照射して順次撮像
を行い、得られた複数の画像を合成して構想線図を作成
する。なおこのとき、被測定物10と撮像装置７との距離
が短ければ、各光平面層Q1〜Q6それぞれと撮像装置７と
の距離の違いに応じた距離補正を各画像に施す。あるい
は、撮像装置７を多層光平面Ｑに垂直な方向へ移動可能
であるならば、各光平面層Q1〜Q6と撮像装置７との間隔
を所定距離に保つようにして撮像を行うことにより、上
記の距離補正を不用とすることができる。
さらに第13図に示す如く、所定位置に保持した被測定物
10に光平面Ｒを照射し、被測定物10を光平面Ｒと平行な
軸を中心にして所要角度ずつ段階的に回転させながら順
次撮像を行った場合には、被測定物10を様々な角度から
見たときの輪郭線に相当する画像が得られる。すなわ
ち、立体形状に関する球座標方式又は極座標方式の情報
を得ることになる。この場合にも、多重露光により、複
数の画像を一個の撮像面に納めることができる。
10に光平面Ｒを照射し、被測定物10を光平面Ｒと平行な
軸を中心にして所要角度ずつ段階的に回転させながら順
次撮像を行った場合には、被測定物10を様々な角度から
見たときの輪郭線に相当する画像が得られる。すなわ
ち、立体形状に関する球座標方式又は極座標方式の情報
を得ることになる。この場合にも、多重露光により、複
数の画像を一個の撮像面に納めることができる。
なお、第14図に例示するように、被測定物10の表面にく
びれ20等が有るため、光軸Ｌが被測定物10を通るような
位置からは光平面Ｐと被測定物10との交差部Ｓ撮像でき
ないことがある。このような場合には、撮像装置７を、
光軸Ｌを光平面Ｐに対して垂直に保ちつつ、前記光平面
Ｐから所定距離にある平行な仮想平面Ｍ上を移動させる
ことにより撮像が可能である。その原理を簡単に説明す
ると、被測定物10にくびれ20が有る場合、撮像装置７を
平面Ｍ上で適当な距離だけ移動させることにより、前記
交差部Ｓを撮像できる位置を見いだすことができる。こ
のとき、光軸Ｌは光平面Ｐに垂直であり、且つ撮像装置
７と光水面Ｐとは常に所定距離に保たれている。それ
故、撮像装置７をいずれの位置へ平行移動させたとして
も、得られる画像G,gは、交差部Ｓの形状と相似な形状
となり、しかも両者の相似比は一定である。言い換える
ならば、撮像装置７が平面Ｍ上のどの位置に有っても、
元の画像Ｇと移動後の画像ｇとは合同である。但し、撮
像装置７を平行移動させた場合には、前記交差部Ｓの一
部を撮像した画像しか得られない。そこで、撮像装置７
を光平面Ｐに垂直な適当軸線を中心に周回移動させ、所
要角度ごとに撮像を行う。或いは、被測定物10を所要角
度ずつ回転させて撮像を行ってもよい。こうして得られ
た複数の画像を合成することにより、くびれ20を有する
ような被測定物10でも正確な等高線図を作成することが
できる。
びれ20等が有るため、光軸Ｌが被測定物10を通るような
位置からは光平面Ｐと被測定物10との交差部Ｓ撮像でき
ないことがある。このような場合には、撮像装置７を、
光軸Ｌを光平面Ｐに対して垂直に保ちつつ、前記光平面
Ｐから所定距離にある平行な仮想平面Ｍ上を移動させる
ことにより撮像が可能である。その原理を簡単に説明す
ると、被測定物10にくびれ20が有る場合、撮像装置７を
平面Ｍ上で適当な距離だけ移動させることにより、前記
交差部Ｓを撮像できる位置を見いだすことができる。こ
のとき、光軸Ｌは光平面Ｐに垂直であり、且つ撮像装置
７と光水面Ｐとは常に所定距離に保たれている。それ
故、撮像装置７をいずれの位置へ平行移動させたとして
も、得られる画像G,gは、交差部Ｓの形状と相似な形状
となり、しかも両者の相似比は一定である。言い換える
ならば、撮像装置７が平面Ｍ上のどの位置に有っても、
元の画像Ｇと移動後の画像ｇとは合同である。但し、撮
像装置７を平行移動させた場合には、前記交差部Ｓの一
部を撮像した画像しか得られない。そこで、撮像装置７
を光平面Ｐに垂直な適当軸線を中心に周回移動させ、所
要角度ごとに撮像を行う。或いは、被測定物10を所要角
度ずつ回転させて撮像を行ってもよい。こうして得られ
た複数の画像を合成することにより、くびれ20を有する
ような被測定物10でも正確な等高線図を作成することが
できる。
〔実施例〕 以下に本発明の詳細を、実施例を示す図面に基づいて説
明する。
明する。
（第一実施例） 第１図〜第３図に示す如く、本発明に係る立体形状測定
装置（以下、単に測定装置と言う）は、光平面照射装置
1,被測定物10を保持する保持装置５及び撮像装置７から
構成されている。
装置（以下、単に測定装置と言う）は、光平面照射装置
1,被測定物10を保持する保持装置５及び撮像装置７から
構成されている。
光平面照射装置１は、光源2,光源２から投射される光線
を平面状に拡散させる拡散器3,光平面Ｐを反射させて被
測定物10の全周に照射させるように配置した反射鏡３よ
りなり、必要に応じ、拡散器３と被測定物10との間へ、
拡散された光線から単一光平面Ｐを取り出すスリット４
を設ける。光源２には指向性の良いレーザーを用いるの
が望ましいが、限定的なものではない。
を平面状に拡散させる拡散器3,光平面Ｐを反射させて被
測定物10の全周に照射させるように配置した反射鏡３よ
りなり、必要に応じ、拡散器３と被測定物10との間へ、
拡散された光線から単一光平面Ｐを取り出すスリット４
を設ける。光源２には指向性の良いレーザーを用いるの
が望ましいが、限定的なものではない。
光線の拡散器３とは、例えば光源１がレーザーの場合に
は、図示の如き柱状レンズや柱状の平凸レンズ或いはポ
リゴンミラーを用いればよい。レーザー光を上記レンズ
を通過させたり、ミラーに反射させたりすることによ
り、容易に光平面Ｐを発生させることができる。なお、
この場合、光平面Ｐも指向性が高いから、前記スリット
４は必ずしも必要ではない。また、光源１として電球等
の通常光源ろ使用する場合には、凹面鏡やレンズ等を用
いて集光したのち、図示したスリット４を通過させて光
平面を得ることができる。このように、拡散器３の種類
は、用いられる光源１の種類によっても適宜のものが選
択される。
は、図示の如き柱状レンズや柱状の平凸レンズ或いはポ
リゴンミラーを用いればよい。レーザー光を上記レンズ
を通過させたり、ミラーに反射させたりすることによ
り、容易に光平面Ｐを発生させることができる。なお、
この場合、光平面Ｐも指向性が高いから、前記スリット
４は必ずしも必要ではない。また、光源１として電球等
の通常光源ろ使用する場合には、凹面鏡やレンズ等を用
いて集光したのち、図示したスリット４を通過させて光
平面を得ることができる。このように、拡散器３の種類
は、用いられる光源１の種類によっても適宜のものが選
択される。
反射鏡６には平面鏡のほか、第４図に示す凸面鏡６（6
0）、第５図の凹面鏡６（61）のいずれでも用いること
ができる。さらには第６図（ａ）及び（ｂ）に示す如
き、平面鏡63の表面に柱状の平凸レンズ64を取着したよ
うな反射鏡６（62）も使用可能である。この反射鏡62
は、拡散光Ｊを反射する際に、第６図（ｂ）に示す如
く、平凸レンズ64部分がさらに広角度に光を拡散させる
作用を有している。
0）、第５図の凹面鏡６（61）のいずれでも用いること
ができる。さらには第６図（ａ）及び（ｂ）に示す如
き、平面鏡63の表面に柱状の平凸レンズ64を取着したよ
うな反射鏡６（62）も使用可能である。この反射鏡62
は、拡散光Ｊを反射する際に、第６図（ｂ）に示す如
く、平凸レンズ64部分がさらに広角度に光を拡散させる
作用を有している。
反射鏡６の配置は、第７図〜第10図に例示するように、
被測定物10の全周を隙間取り取り囲むように設置する
か、又は全周に適宜の間隔を置いて多数配置するのが好
ましい。なお、全周に適宜間隔を置いて多数の反射鏡６
を配置するときには、第10図の如く、各反射鏡６に角度
調節機構70を取りつけ、それぞれの面角度を、被測定物
10の形状等に応じて変更できるようにするとよい。
被測定物10の全周を隙間取り取り囲むように設置する
か、又は全周に適宜の間隔を置いて多数配置するのが好
ましい。なお、全周に適宜間隔を置いて多数の反射鏡６
を配置するときには、第10図の如く、各反射鏡６に角度
調節機構70を取りつけ、それぞれの面角度を、被測定物
10の形状等に応じて変更できるようにするとよい。
このように、反射鏡６の数及び配置等は、決して限定さ
れるものではない。勿論、使用する光の波長や強度等
も、測定条件に応じて適宜決定される。いずれにして
も、被測定物10の全周に光平面Ｐが確実に照射されるよ
うにすることが肝要である。
れるものではない。勿論、使用する光の波長や強度等
も、測定条件に応じて適宜決定される。いずれにして
も、被測定物10の全周に光平面Ｐが確実に照射されるよ
うにすることが肝要である。
前記保持装置５は、被測定物10を保持すると共に、被測
定物10を光平面照射装置１により形成される光平面Ｐに
対して垂直な方向へ所要距離ずつ段階的に移動させるこ
とができるようになされている。移動距離は一定であっ
ても、変更可能であってもよい。
定物10を光平面照射装置１により形成される光平面Ｐに
対して垂直な方向へ所要距離ずつ段階的に移動させるこ
とができるようになされている。移動距離は一定であっ
ても、変更可能であってもよい。
前記撮像装置７は、その光軸Ｌが光平面Ｐに対して垂直
であって、且つ光平面Ｐ上の像に焦点が合う距離に設置
されている。この撮像装置７の例としては、光学レンズ
とフィルムとを備えた通常のカメラの他、CCD素子を用
いた、CCDカメラとフロッピィディスクや磁器テープ等
の記録媒体との組合せ等を採用することができる。
であって、且つ光平面Ｐ上の像に焦点が合う距離に設置
されている。この撮像装置７の例としては、光学レンズ
とフィルムとを備えた通常のカメラの他、CCD素子を用
いた、CCDカメラとフロッピィディスクや磁器テープ等
の記録媒体との組合せ等を採用することができる。
次に、上述の測定装置により、被測定物10の等高線図を
作成する手順を説明する。
作成する手順を説明する。
はじめに、保持装置５により被測定物10を保持せしめ、
光平面Ｐが被測定物10の測定基準位置を通るように設定
する。次いで、水平面照射装置１から光平面Ｐを被測定
物10に向けて照射する。被測定物10における光源２側は
直接光で照射されるが、反対側及び側方は、反射鏡６で
反射された二次光で照射され、結果的に被測定物10の全
周が光平面Ｐにより照射される。この状態で、撮像装置
７により、光平面Ｐと被測定物10との交差部Ｓを撮像す
る。前記交差部Ｓでは、被測定物10の表面に沿って光が
散乱しており、これが第２図に示す如く、光平面Ｐの位
置における被測定物10の断面の輪郭線として撮像され
る。続いて、保持装置５を操作し、第３図に示すよう
に、被測定物10を光平面Ｐに対して垂直な方向へ所要距
離だけ移動させる。移動距離は、作成しようとする等高
線図の間隔に応じて適宜設定される。被測定物10の移動
が終わったならば、上述と同様にして撮像を行う。
光平面Ｐが被測定物10の測定基準位置を通るように設定
する。次いで、水平面照射装置１から光平面Ｐを被測定
物10に向けて照射する。被測定物10における光源２側は
直接光で照射されるが、反対側及び側方は、反射鏡６で
反射された二次光で照射され、結果的に被測定物10の全
周が光平面Ｐにより照射される。この状態で、撮像装置
７により、光平面Ｐと被測定物10との交差部Ｓを撮像す
る。前記交差部Ｓでは、被測定物10の表面に沿って光が
散乱しており、これが第２図に示す如く、光平面Ｐの位
置における被測定物10の断面の輪郭線として撮像され
る。続いて、保持装置５を操作し、第３図に示すよう
に、被測定物10を光平面Ｐに対して垂直な方向へ所要距
離だけ移動させる。移動距離は、作成しようとする等高
線図の間隔に応じて適宜設定される。被測定物10の移動
が終わったならば、上述と同様にして撮像を行う。
このようにして、被測定物10を所要距離ずつ移動させて
は順次撮像を行うことにより、被測定物10を所要間隔ご
とに断面した図形の輪郭線の画像が得られる。そして、
得られた複数の画像を重ね合わせれば、目的とする被測
定物10の等高線図を作成することができる。また、複数
の画像を一枚のフィルムに多重露光して、等高線図を作
成する。ことも可能である。
は順次撮像を行うことにより、被測定物10を所要間隔ご
とに断面した図形の輪郭線の画像が得られる。そして、
得られた複数の画像を重ね合わせれば、目的とする被測
定物10の等高線図を作成することができる。また、複数
の画像を一枚のフィルムに多重露光して、等高線図を作
成する。ことも可能である。
なお、被測定物10を移動させる代わりに、光平面照射装
置１と撮像装置７とを、両者の相互位置関係は変更しな
いようにして、光平面Ｐに対して垂直な方向へ所要距離
ずつ段階的に移動させることにより、光平面Ｐの照射位
置を変更するようにしても全く差し支えない。
置１と撮像装置７とを、両者の相互位置関係は変更しな
いようにして、光平面Ｐに対して垂直な方向へ所要距離
ずつ段階的に移動させることにより、光平面Ｐの照射位
置を変更するようにしても全く差し支えない。
（第二実施例） 前記第一実施例は、単一な光平面Ｐを被測定物10に照射
するというものであったが、これに代えて、複数の光平
面を用いることも可能である。
するというものであったが、これに代えて、複数の光平
面を用いることも可能である。
第11図及び第12図は、所要間隔を置いて互いに平行な複
数の光平面からなる多層光平面Ｑを用いて等高線図を作
成する実施例を示すものである。当該実施例において、
多層光平面Ｑを形成する多層光平面照射装置11は、光源
12と、該光源12から投射される光線を所要間隔をおいて
平行な複数の光線に分割する光線分割器18と、複数の光
線それぞれを平面状に拡散する拡散器13と、反射鏡16と
からなっている。この場合、所望により、各光平面相Q1
〜Q6相互の間隔を調節できるとしてもよい。また、この
実施例では、拡散器13として柱状の平凸レンズを使用し
てある。さらに、光平面層を選択的に被測定物10へ照射
できるようにすると至便である。
数の光平面からなる多層光平面Ｑを用いて等高線図を作
成する実施例を示すものである。当該実施例において、
多層光平面Ｑを形成する多層光平面照射装置11は、光源
12と、該光源12から投射される光線を所要間隔をおいて
平行な複数の光線に分割する光線分割器18と、複数の光
線それぞれを平面状に拡散する拡散器13と、反射鏡16と
からなっている。この場合、所望により、各光平面相Q1
〜Q6相互の間隔を調節できるとしてもよい。また、この
実施例では、拡散器13として柱状の平凸レンズを使用し
てある。さらに、光平面層を選択的に被測定物10へ照射
できるようにすると至便である。
次に、上記多層光平面照射装置11を用いた等高線図の作
成要領を説明する。
成要領を説明する。
撮像装置７の焦点深度が充分に深く、且つ多層光平面Ｑ
から撮像装置７までの距離が充分である場合には、所定
位置に保持した被測定物10に多層光平面Ｑを照射し、各
光平面層Q1〜Q6と被測定物10との各交差部T1〜T6を、多
層光平面Ｑに対して光軸Ｌを垂直に保持した撮像装置７
で撮像すればよい。この場合、一度に撮像で、目的とす
る等高線図を得ることができる。
から撮像装置７までの距離が充分である場合には、所定
位置に保持した被測定物10に多層光平面Ｑを照射し、各
光平面層Q1〜Q6と被測定物10との各交差部T1〜T6を、多
層光平面Ｑに対して光軸Ｌを垂直に保持した撮像装置７
で撮像すればよい。この場合、一度に撮像で、目的とす
る等高線図を得ることができる。
それ以外の場合、例えば撮像装置７の焦点深度が浅いと
きには、全光平面層Q1〜Q6に同時にピントを合わせるの
が難しい。そこで光平面層Q1〜Q6を順番に被測定物10へ
照射し、形成される各交差部T1〜T6にその都度ピントを
合わせて撮像を行う。そして、得られた複数の画像を合
成するか又は一枚のフィルムに多重露光することによ
り、等高線図を得ることができる。
きには、全光平面層Q1〜Q6に同時にピントを合わせるの
が難しい。そこで光平面層Q1〜Q6を順番に被測定物10へ
照射し、形成される各交差部T1〜T6にその都度ピントを
合わせて撮像を行う。そして、得られた複数の画像を合
成するか又は一枚のフィルムに多重露光することによ
り、等高線図を得ることができる。
さらに、多層光平面Ｑと撮像装置７との距離が短い場合
には、撮像装置７に近い光水平層Q1と離れた光平面層Q6
とで、得られる画像の縮倍率が大きく異なる。そこで、
通常は、等高線図を作成するにあたり、得られた各画像
に距離補正を施すことが必要である。しかし、撮像装置
７を、多層光平面Ｑに対して垂直方向に移動させること
ができるときには、各光平面層Q1〜Q6からの距離が一定
となるように撮像装置７を移動させて順次撮像を行えば
よい。このようにすれば、得られる画像の縮倍率が常に
一定となるから、上記の距離補正は不要となる。
には、撮像装置７に近い光水平層Q1と離れた光平面層Q6
とで、得られる画像の縮倍率が大きく異なる。そこで、
通常は、等高線図を作成するにあたり、得られた各画像
に距離補正を施すことが必要である。しかし、撮像装置
７を、多層光平面Ｑに対して垂直方向に移動させること
ができるときには、各光平面層Q1〜Q6からの距離が一定
となるように撮像装置７を移動させて順次撮像を行えば
よい。このようにすれば、得られる画像の縮倍率が常に
一定となるから、上記の距離補正は不要となる。
（第三実施例） 本発明に係る測定装置は、等高線図を作成するためばか
りでなく、極座標方式又は球座標方式を輪郭線図を得る
場合にも適用される。これを、第13図を用いて説明す
る。
りでなく、極座標方式又は球座標方式を輪郭線図を得る
場合にも適用される。これを、第13図を用いて説明す
る。
同図に示す測定装置において、前述の実施例と大きく異
なるところは、被測定物10を光平面Ｒと平行な軸の回り
に所定角度ずつ回転させるように構成されていることで
ある。図示した測定装置の基本的構成は前記実施例と同
様である。但し、被測定物10を保持すると共に所要角度
ずつ回転させる回転保持装置25が用いられ、光平面照射
装置１は被測定物10の鉛直上方に配置され、これによっ
て形成される光平面Ｒに対して光軸Ｌが垂直となるよう
に撮像装置７が設置されている。そして、回転保持装置
25の回転軸は、光平面Ｒと平行になされている。
なるところは、被測定物10を光平面Ｒと平行な軸の回り
に所定角度ずつ回転させるように構成されていることで
ある。図示した測定装置の基本的構成は前記実施例と同
様である。但し、被測定物10を保持すると共に所要角度
ずつ回転させる回転保持装置25が用いられ、光平面照射
装置１は被測定物10の鉛直上方に配置され、これによっ
て形成される光平面Ｒに対して光軸Ｌが垂直となるよう
に撮像装置７が設置されている。そして、回転保持装置
25の回転軸は、光平面Ｒと平行になされている。
このように構成された測定装置により、被測定物10に光
平面Ｒを照射し、被測定物10を所要角度ずつ段階的に回
転させながら、光平面Ｒとの交差部Ｕを撮像装置７で順
次撮像する。これにより、回転角度に対応した輪郭線の
画像が得られる。即ち、被測定物10の立体形状に関する
極座標方式で表された情報を得ることができる。
平面Ｒを照射し、被測定物10を所要角度ずつ段階的に回
転させながら、光平面Ｒとの交差部Ｕを撮像装置７で順
次撮像する。これにより、回転角度に対応した輪郭線の
画像が得られる。即ち、被測定物10の立体形状に関する
極座標方式で表された情報を得ることができる。
（第四実施例） 第14図に例示する如く、被測定物10の表面にくびれ20が
有るために、撮像装置７の光軸Ｌが被測定物10のほぼ中
心を通るような位置からは、光平面Ｐと被測定物10との
交差部Ｓを撮像することができないことがある。そのよ
うな場合には、次のようにして等高線図等を作成する。
有るために、撮像装置７の光軸Ｌが被測定物10のほぼ中
心を通るような位置からは、光平面Ｐと被測定物10との
交差部Ｓを撮像することができないことがある。そのよ
うな場合には、次のようにして等高線図等を作成する。
まず撮像装置７を、光軸Ｌを光平面Ｐに対して垂直に保
ちつつ、光平面Ｐから一定の距離にある平行な仮想平面
Ｍ上を適当距離だけ移動させ、前記交差部Ｓを撮像でき
る位置を見いだす。このとき得られる画像ｇは、元の位
置における画像Ｇと合同である。その理由を以下に説明
する。図面において、交差部Ｓを線分AB,画像Ｇを線分E
F,画像ｇを線分efで表し、AFとBEとが平面Ｍ上で交わる
点をＤ、AfとBeとが平面Ｍ上で交わる点をｄとする。但
し、画像C,gはいずれも、光平面Ｐに対して平行な仮想
平面Ｎ上にある。図面から容易にわかるように、△DAB
と△DFEとは相似であり、△dABと△dfeもまた相似であ
る。ところで、それぞれの相似比は、いずれも各三角形
の高さの比、つまり光平面Ｐと平面Ｍとの距離Ｈに対す
る平面Ｍと平面Ｎとの距離ｈの比であるから、互いに等
しい。故に、線分ABに共通して対応する線分FEと線分fe
の長さは等しくなる。従って、撮像装置７が平面Ｍ上を
平行移動する限りは、得られる画像はすべて合同であ
る。
ちつつ、光平面Ｐから一定の距離にある平行な仮想平面
Ｍ上を適当距離だけ移動させ、前記交差部Ｓを撮像でき
る位置を見いだす。このとき得られる画像ｇは、元の位
置における画像Ｇと合同である。その理由を以下に説明
する。図面において、交差部Ｓを線分AB,画像Ｇを線分E
F,画像ｇを線分efで表し、AFとBEとが平面Ｍ上で交わる
点をＤ、AfとBeとが平面Ｍ上で交わる点をｄとする。但
し、画像C,gはいずれも、光平面Ｐに対して平行な仮想
平面Ｎ上にある。図面から容易にわかるように、△DAB
と△DFEとは相似であり、△dABと△dfeもまた相似であ
る。ところで、それぞれの相似比は、いずれも各三角形
の高さの比、つまり光平面Ｐと平面Ｍとの距離Ｈに対す
る平面Ｍと平面Ｎとの距離ｈの比であるから、互いに等
しい。故に、線分ABに共通して対応する線分FEと線分fe
の長さは等しくなる。従って、撮像装置７が平面Ｍ上を
平行移動する限りは、得られる画像はすべて合同であ
る。
但し、撮像装置７を平行移動させたときの画像ｇの結像
位置は、もとの画像Ｇの位置とは異なる。そこで、撮像
装置７に蛇腹機構８を設け、光学レンズ7aとフィルム,C
CD素子等の撮像面7bとを相対移動できるように構成す
る。こうすれば、撮像面7bにおける結像位置を一定に保
つことができる。また実際に撮像し得る画像は、交差部
Ｓのうちの一部である。そこで、撮像装置７を、平面Ｍ
上において光平面Ｐに垂直な軸の回りを適当角度ずつ周
回させながら撮像を行い、得られた複数枚の画像を合成
すれば目的の等高線図を得ることができる。
位置は、もとの画像Ｇの位置とは異なる。そこで、撮像
装置７に蛇腹機構８を設け、光学レンズ7aとフィルム,C
CD素子等の撮像面7bとを相対移動できるように構成す
る。こうすれば、撮像面7bにおける結像位置を一定に保
つことができる。また実際に撮像し得る画像は、交差部
Ｓのうちの一部である。そこで、撮像装置７を、平面Ｍ
上において光平面Ｐに垂直な軸の回りを適当角度ずつ周
回させながら撮像を行い、得られた複数枚の画像を合成
すれば目的の等高線図を得ることができる。
なお撮像装置７を周回させるのに代え、撮像装置７を平
面Ｍ上で適当距離だけ平行移動させたのち、比測定物10
を光平面Ｐに垂直な軸の回りに適当角度ずつ回転させな
がら撮像することにより、等高線図を作成してもよい。
面Ｍ上で適当距離だけ平行移動させたのち、比測定物10
を光平面Ｐに垂直な軸の回りに適当角度ずつ回転させな
がら撮像することにより、等高線図を作成してもよい。
本発明の実施例は、以上のものに限定されるものではな
く、実施の態様に応じて適宜変更することが可能であ
る。
く、実施の態様に応じて適宜変更することが可能であ
る。
本発明に係る立体形状測定装置は、構成が簡単であるか
ら、安価に提供することができる。そして、その操作が
非常に容易であるから、本発明に係る立体形状測定方法
を用いれば、等高線図や極座標方式の輪郭線図等を、熟
練を要することなく迅速に作成することができる。
ら、安価に提供することができる。そして、その操作が
非常に容易であるから、本発明に係る立体形状測定方法
を用いれば、等高線図や極座標方式の輪郭線図等を、熟
練を要することなく迅速に作成することができる。
要するに、本発明は、立体物の形状測定を容易且つ確実
な行える実用性に富んだ手段を提供するものである。
な行える実用性に富んだ手段を提供するものである。
【図面の簡単な説明】 図面はいずれも本発明に係るものであって、第１図乃至
第３図は第一実施例を示す斜視図，平面図，側面図、第
４図及び第５図は反射鏡の実施例を示す斜視図、第６図
（ａ）及び（ｂ）は反射鏡のその他の実施例を示す斜視
図及び平面図、第７図乃至第10図は反射鏡の配置例を示
す平面図である。第11図及び第12図は第二実施例を示す
斜視図及び側面図、第13図は第三実施例を示す斜視図、
第14図は第四実施例を示す側面図である。 Ｐ……光平面、Ｑ……多層光平面、Q1〜Q2……光平面層 Ｒ……光平面、Ｓ……交差部、Ｔ（T1〜T6）……交差部 Ｕ……交差部、Ｌ……光軸 １……光平面照射装置、２……光源、３……拡散器 ４……スリット、５……保持装置、６……反射鏡 ７……撮像装置、10……被測定物 11……多層光平面照射装置、12……光源、13……拡散器 14……スリット、16……反射鏡、18……光線分割器 25……回転保持装置
第３図は第一実施例を示す斜視図，平面図，側面図、第
４図及び第５図は反射鏡の実施例を示す斜視図、第６図
（ａ）及び（ｂ）は反射鏡のその他の実施例を示す斜視
図及び平面図、第７図乃至第10図は反射鏡の配置例を示
す平面図である。第11図及び第12図は第二実施例を示す
斜視図及び側面図、第13図は第三実施例を示す斜視図、
第14図は第四実施例を示す側面図である。 Ｐ……光平面、Ｑ……多層光平面、Q1〜Q2……光平面層 Ｒ……光平面、Ｓ……交差部、Ｔ（T1〜T6）……交差部 Ｕ……交差部、Ｌ……光軸 １……光平面照射装置、２……光源、３……拡散器 ４……スリット、５……保持装置、６……反射鏡 ７……撮像装置、10……被測定物 11……多層光平面照射装置、12……光源、13……拡散器 14……スリット、16……反射鏡、18……光線分割器 25……回転保持装置
Claims (10)
- 【請求項１】被測定物を保持する保持装置、被測定物の
全周に光平面に照射する光平面照射装置、前記光平面照
射装置が形成する光平面から所定距離を置いて設置され
且つ光軸が当該光平面に対して垂直に配置された撮像装
置、及び、被測定物に対する光平面の照射位置に当該光
平面に垂直な方向へ相対移動させる照射位置変更手段か
ら成り、前記光平面照射装置は、単一の光源と、光源か
ら投射される光線を平面状に拡散する拡散器と、反射鏡
とより構成されていることを特徴とする立体形状測定装
置。 - 【請求項２】被測定物を保持すると共に所定角度ずつ回
転させることが可能な回転保持装置、被測定物の回転軸
に平行な光平面を被測定物の全周に照射する光平面照射
装置、及び、前記光平面照射装置が形成する光平面から
所定距離を置いて設置され且つ光軸が当該光平面に対し
て垂直に配置された撮像装置から成り、前記光平面照射
装置は、単一の光源と、光源から投射される光線を閉面
状に拡散する拡散器と、反射鏡とにより構成されている
ことを特徴とする立体形状測定装置。 - 【請求項３】被測定物を保持する保持装置、被測定物の
全周に所要間隔を置いて互いに平行に形成された複数の
光平面を照射する多層光平面照射装置、及び、前記多層
光平面照射装置が形成する多層光平面から所定距離を置
いて設置され且つ光軸が当該多層光平面に対して垂直に
配置された撮像装置から成り、前記多層光平面照射装置
は、単一の光源と、光源から投射される光線を複数の平
行光線に分割する光線分割器と、各複数光線それぞれを
平面状に拡散する拡散器と、反射鏡とより構成されてい
ることを特徴とする立体形状測定装置。 - 【請求項４】被測定物を保持すると共に所定角度ずつ回
転させることが可能な回転保持装置、被測定物の回転軸
に平行な光平面を被測定物の全周に照射する光平面照射
装置、及び、前記光平面照射装置が形成する光平面から
所定距離を置いて設置され且つ光軸が当該光平面に対し
て垂直に配置された撮像装置から成り、前記撮像装置
は、光平面照射装置により形成される光平面と平行であ
って所定距離だけ離れた仮想平面上を、前記光平面に対
して光軸を垂直に保ちつつ平行移動可能になされている
ことを特徴とする立体形状測定装置。 - 【請求項５】前記撮像装置は、光平面照射装置により形
成される光平面又は多層光閉返照射装置により形成され
る多層光平面と平行であって且つ所定距離だけ離れた仮
想平面上を、前記光平面又は多層光平面に対して光軸を
垂直に保ちつつ平行移動可能になされている請求項１乃
至３のいずれか１項に記載の立体形状測定装置。 - 【請求項６】被測定物の全周に単一平面をなす光平面を
照射し、光軸が当該光平面に対して垂直に配置された撮
像装置で前記被測定物を撮像する方法において、被測定
物を所定位置に固定し、前記光平面及び撮像装置を両者
の間隔を所定距離に保持しつつ光平面に対し垂直な方向
へ所要距離ずつ段階的に移動させながら前記撮像装置で
順次被測定物の撮像を行うことを特徴とする立体形状測
定方法。 - 【請求項７】撮像装置によって得られる複数の画像を１
個の撮像面に多重露光する請求項６に記載の立体形状測
定方法。 - 【請求項８】被測定物の全周に単一平面をなす光平面を
照射し、光軸が当該光平面に対して垂直に配置された撮
像装置で前記被測定物を撮像する方法において、被測定
物を光平面と平行な軸を中心にして所要角度ずつ段階的
に回転させながら前記撮像装置で順次被測定物の撮像を
行い、得られた複数の画像を１個の撮像面に多重露光す
ることを特徴とする立体形状測定方法。 - 【請求項９】被測定物の全周に単一平面をなす光平面を
照射し、光軸が当該光平面に対して垂直に配置された撮
像装置で前記被測定物を撮像した後、被測定物を光平面
と平行な軸を中心にして所定角度ずつ段階的に回転させ
ながら前記撮像装置で順次被測定物の撮像を行う方法に
おいて、前記撮像装置を、光軸を前記光平面に対して垂
直に保持しつつ、前記光平面に対して平行であって所定
距離だけ離れた仮想平面上に平行移動させること特徴と
する立体形状測定方法。 - 【請求項１０】前記撮像装置を、光軸を前記光平面に対
して垂直に保持しつつ、前記光平面に対して平行であっ
て所定距離だけ離れた仮想平面上を平行移動させること
により、被測定物の撮像を行う請求項６乃至８のいずれ
か１項に記載の立体形状測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1038881A JPH07117384B2 (ja) | 1989-02-17 | 1989-02-17 | 立体形状測定装置及び測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1038881A JPH07117384B2 (ja) | 1989-02-17 | 1989-02-17 | 立体形状測定装置及び測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02216406A JPH02216406A (ja) | 1990-08-29 |
| JPH07117384B2 true JPH07117384B2 (ja) | 1995-12-18 |
Family
ID=12537554
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1038881A Expired - Lifetime JPH07117384B2 (ja) | 1989-02-17 | 1989-02-17 | 立体形状測定装置及び測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07117384B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005189204A (ja) * | 2003-12-26 | 2005-07-14 | Fuji Xerox Co Ltd | ３次元形状計測装置および方法 |
| JP2008164572A (ja) * | 2007-01-05 | 2008-07-17 | Nikon Corp | 測定装置および測定方法 |
| CN104390598A (zh) * | 2013-12-30 | 2015-03-04 | 北京中天荣泰科技发展有限公司 | 一种基于机器视觉的异面直线测量方法 |
| JP6657654B2 (ja) * | 2015-08-18 | 2020-03-04 | ブラザー工業株式会社 | 立体物読取システム |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60118399A (ja) * | 1983-12-01 | 1985-06-25 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 対象物体からこれと同形の物体を形成する方法及び装置 |
| JPH0723848B2 (ja) * | 1985-10-25 | 1995-03-15 | オムロン株式会社 | 物体認識方法およびその装置 |
-
1989
- 1989-02-17 JP JP1038881A patent/JPH07117384B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02216406A (ja) | 1990-08-29 |
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