JPH07218229A - 三次元形状入力装置 - Google Patents

三次元形状入力装置

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JPH07218229A
JPH07218229A JP6009264A JP926494A JPH07218229A JP H07218229 A JPH07218229 A JP H07218229A JP 6009264 A JP6009264 A JP 6009264A JP 926494 A JP926494 A JP 926494A JP H07218229 A JPH07218229 A JP H07218229A
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JP
Japan
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rotation
coordinate
calculation
input device
shape data
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Application number
JP6009264A
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English (en)
Inventor
Atsushi Kitamachi
篤志 北町
Tadashi Okamoto
匡史 岡本
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Kubota Corp
Original Assignee
Kubota Corp
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Publication date
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Publication of JPH07218229A publication Critical patent/JPH07218229A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 装置本体に回転機構を取り付ける際に生じる
取り付け誤差等の製造誤差がある場合であっても、測定
対象物の断面形状を正確に計測できる三次元形状入力装
置を提供することを目的とする。 【構成】 光源8からの測定用光線束を測定対象物2に
向けて照射し、表面で散乱した光線束を検出する光学機
構3を設け、回転機構4による測定対象物2の所定角度
の回転姿勢毎に検出された散乱光線束の検出データに基
づいて得られた表面形状データを、回転機構4の回転中
心周りに座標回転して断面形状データを演算導出する演
算機構5を設け、前記回転機構4の回転軸芯に重ならせ
て取り付けた半径Rの円筒に対して、前記演算機構5に
より得られた断面形状データと、任意の中心点から描い
た半径Rの円との重なり度合いが最も大きい円の中心点
を求め、その点を以後の座標回転演算を行うための回転
中心とする回転中心座標補正機構6を設けて構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光源からの測定用光線
束を測定対象物に向けて照射し、前記測定対象物の表面
で散乱した光線束を検出する光学機構と、前記光学機構
から臨む前記測定対象物の測定面を変化させる回転機構
と、前記回転機構による所定角度の回転姿勢毎に前記光
学機構により検出された散乱光線束の検出データに基づ
いて、前記測定対象物の表面形状データを演算導出し、
且つ、演算導出された表面形状データを前記回転機構の
回転中心周りに座標回転して断面形状データを演算導出
する演算機構とを設けて構成してある三次元形状入力装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】この種の三次元形状入力装置としては、
測定対象物の断面形状を入力すべく、演算機構を、回転
機構による所定角度の回転姿勢毎に光学機構により検出
された散乱光線束の検出データに基づいて、前記測定対
象物の表面の座標を求める第一演算機構と、第一演算機
構による座標値を回転機構の回転中心周りに座標回転演
算して得られた値を合成して断面形状データを求める第
二演算機構とで構成していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
技術によれば、第二演算機構を、第一演算機構による値
を回転機構の回転中心周りに座標回転演算して得られた
値をそのまま合成して断面形状データを求めるものであ
ったために、測定対象物本来の断面形状とは異なったも
のになるおそれがあった。回転機構を装置本体に取り付
ける際の取り付け誤差等により、回転機構による測定対
象物の回転中心が設計された値と異なる場合があるため
である。本発明の目的は上述した従来欠点を解消し、装
置本体に回転機構を取り付ける際に生じる取り付け誤差
等の製造誤差がある場合であっても、測定対象物の断面
形状を正確に計測できる三次元形状入力装置を提供する
点にある。
【0004】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明による三次元形状入力装置の特徴構成は、前
記回転機構の回転軸芯に重ならせて取り付けた基準測定
対象物としての半径Rの円筒に対して、前記演算機構に
より得られた断面形状データと、任意の中心点から描い
た半径Rの円との重なり度合いが最も大きい円の中心点
を演算導出して、その値を以後の座標回転演算を行うた
めの回転中心とする回転中心座標補正機構を設けてある
点にある。
【0005】前記回転機構の回転軸芯に重ならせて取り
付けた基準測定対象物としての半径Rの円筒に対して、
前記演算機構により得られた断面形状データと、仮想回
転中心座標の周囲で分割された複数領域毎の代表点から
描いた半径Rの円との重なり度合いが最も大きい円の中
心点を演算導出して、その代表点を以後の座標回転演算
を行うための回転中心座標とする回転中心座標補正機構
を設けてある点にある。上述の構成において、前記回転
中心座標補正機構を、求められた代表点をさらに仮想回
転中心座標として補正演算を繰り返すように構成してあ
ることが好ましい。
【0006】
【作用】一般の測定対象物を計測する前に、基準測定対
象物としての半径Rの円筒をその軸芯を回転機構の回転
軸芯に重ならせて取り付けて、光学機構により散乱光線
束を検出する。次に、検出データに基づいて演算機構に
より断面形状データ(基準測定対象物が半径Rの円筒で
あるので半径Rの円弧となる)を演算導出する。回転中
心座標補正機構は、任意の中心点から描いた半径Rの円
との重なり度合いが最も大きい円の中心点を、例えば、
最小二乗法により演算導出して、その値を以後の座標回
転演算を行うための回転中心として設定し、以後、演算
機構は、一般の測定対象物を計測する際には、補正後の
値を中心座標として座標回転演算を行うのである。
【0007】このとき、上述の任意の点として、回転座
標の設計値である仮想回転中心座標の周囲の領域を複数
に分割して、各領域毎の代表点を採用することにより、
仮想回転中心座標の近傍にあると想定される真の回転座
標に容易に近づけることができる。さらに、これを繰り
返すことにより、真の回転座標に限りなく近づけること
が可能になる。
【0008】
【発明の効果】従って、本発明によれば、装置本体に回
転機構を取り付ける際に生じる取り付け誤差等の製造誤
差がある場合であっても、測定対象物の断面形状を正確
に計測できる三次元形状入力装置を提供することができ
るようになった。
【0009】
【実施例】以下実施例を説明する。図1に示すように、
三次元形状入力装置は、光源8からの測定用光線束をX
−Y参照面1上の測定対象物2に向けて照射し、前記測
定対象物2の表面で散乱した光線束を検出する光学機構
3と、前記光学機構3から臨む前記測定対象物2の測定
面を変化させる回転機構4と、前記回転機構4による所
定角度の回転姿勢毎に前記光学機構3により検出された
散乱光線束の検出データに基づいて、前記測定対象物2
の表面形状データを演算導出し、且つ、演算導出された
表面形状データを前記回転機構4の回転中心周りに座標
回転して前記測定対象物2の断面形状データを演算導出
する演算機構5とを設けて構成してある。
【0010】前記光学機構3は、レーザを用いた光源8
とCCDリニアセンサを用いた受光素子9とを、走査用
の両面ミラー7を挟んで対向配置して、光源8から出力
された光線束を走査用ミラー7及び固定ミラー10を介
して測定用の光線束として測定対象物2に照射するとと
もに、測定対象物2の表面で散乱した光線束を固定ミラ
ー10’、走査用ミラー7及び集光レンズ11を介して
受光素子9に導くように構成してある。
【0011】前記演算機構5は、前記光学機構3を駆動
制御するマイクロコンピュータ及びその周辺回路でなる
制御手段Cに組み込まれ、前記光学機構3の駆動に同期
して得られる受光素子9による検出データに基づいて、
測定対象物2の三次元形状を演算導出する。即ち、前記
制御手段Cは、前記光学機構3全休をY軸方向へ移動さ
せる機構(図示せず)を駆動制御してY軸方向に副走査
しながら、モータM1により走査用の両面ミラー7をY
軸に平行な軸心p周りに回動させて測定用光線束をX軸
方向に主走査する操作制御機構C1と、図2に示すよう
に、受光素子9で検出される測定対象物2の表面からの
散乱光線束の位置X1 と参照面1の表面からの散乱光線
束の位置X0 (既知である)との距離X0 1 が、測定
用の光線束の測定対象物2と参照面1との照射位置のX
方向への位置ずれΔX0 に比例すること、及び、参照面
1からの測定対象物2の表面までのZ軸方向への距離Z
0 がZ0 ×θ=ΔX0 なる関係を有することから、測定
用の光線束が照射された点のX,Y,Z座標を演算導出
する演算機構5とで構成してある。
【0012】前記操作制御機構C1により、前記回転機
構4に取り付けられた測定対象物2をY軸に並行な軸心
q周りに例えば90°ずつ回転させて、一回転で測定対
象物2の表面形状データを四方向から計測し、前記演算
機構5により、四方向からのそれぞれの表面形状データ
を、前記回転機構4の回転軸心座標周りに適宜回転演算
して、前記測定対象物2の断面形状データを演算導出す
る。
【0013】上述の回転演算を行う場合に、前記回転機
構4の製造誤差や組み付け誤差を考慮すると、図3に示
すように、真の回転中心Cからずれた設計値の回転軸心
座標である点C0 を中心に回転演算すると演算誤差を生
じて、真の断面形状を再現できずに歪んだ断面形状とな
るので好ましくない。そこで、回転演算の基準となる真
の回転中心Cに補正する必要があり、そのために前記演
算機構5に回転中心位置補正機構6を設けてある。
【0014】前記回転中心座標補正機構6は、初期に、
前記回転機構4の回転軸に基準測定対象物2としての半
径Rの円筒を互いの軸心を重ならせて取り付けて計測
し、前記演算機構5により得られた断面形状データと、
任意の中心点から描いた半径Rの円との重なり度合いが
最も大きい円の中心点を演算導出して、その値を以後の
座標回転演算を行うための回転中心とするのである。
【0015】以下に詳述する。図4及び図5に示すよう
に、真の回転中心点Cは設計値の近傍にあると想定され
るので、真の回転中心点Cの座標が設計値の回転中心点
0 の座標(x0 ,z 0 )から各座標軸方向に±Δ
1 ,±Δz1 で囲まれる方形の領域にあると考え、そ
の領域を中心点C0 の座標(x0 ,z0 )の周りで四分
割し、各領域の中心座標(方形の対角線の交点)である
(xtm , ztn ),{m,n=1,2}の四点を考え
る。それぞれの中心座標(xtm ,ztn ),{m,n
=1,2}を数1の(xt,zt)に、且つ、一方向か
ら計測した表面形状のk個の有効な測定データ(回転軸
心と円筒の軸心とが一致するので、如何に回転しても同
一のデータが得られることになる)を(xci ,z
i ),{i=1,2………k}に代入して、その二乗
誤差和の平均を求め、その値が最小になる領域の中心座
標(xtm , zt n )を演算の回転中心の基準座標とす
るのである。ここに、|xci −xt|>Rの場合は、
無効データとなり採用しないことにする。
【0016】
【数1】
【0017】好ましくは、図5 に示すように、上述の通
りに求められた基準座標C1(xtm , ztn )を中心と
する各座標軸方向に±Δx2 ,±Δz2 (Δx1 >Δy
2,Δx1 >Δz2 )の領域を考えて、上述と同様の演
算操作を繰り返すことにより求まる基準座標(C1,C2
………)をより真の回転中心座標Cに近づけることがで
きるのである。
【0018】上述の実施例では、真の回転中心点Cの座
標が設計値の回転中心点R0 の座標(x0 ,z0 )から
各座標軸方向に±Δx1 ,±Δz1 で囲まれる方形の領
域にあると考え、その領域を中心点C0 の座標(x0
0 )の周りで四分割し、各領域の中心座標(方形の対
角線の交点)である(xtm , ztn ),{m,n=
1,2}の四点に対して数1の式を用いるものを説明し
たが、±Δx1 ,±Δz 1 の値は特に限定するものでは
なく、想定される誤差の最大値、或いは、若干大きな値
とすればよいし、四分割にこだわるものではなく、さら
に多くの領域に分割して、それぞれの領域の代表点に対
して数1の式を用いるものであってもよい。
【0019】上述の実施例では、求められた回転中心座
標(xtm , ztn )を中心とする各座標軸方向に±Δ
2 ,±Δz2 (Δx1 >Δy2 ,Δx1 >Δz2 )の
領域を考えて、上述と同様の演算操作を繰り返すことに
より、基準座標をより真の回転中心座標に近づけること
ができる旨説明したが、繰り返し回数は特に限定するも
のではない。
【0020】上述の実施例で用いた式、数1は、この表
現に限定されるものではない。例えば、数2に示すもの
であってもよい。
【0021】
【数2】
【0022】先の実施例では、最小二乗法を用いたもの
を説明したが、円の一致度合いの判定はこの方法に限定
するものではなく、他の方法を用いてもよい。
【0023】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にする為に符号を記すが、該記入により本発明は添
付図面の構成に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】三次元形状入力装置の全体構成図
【図2】原理を示す説明図
【図3】要部の説明図
【図4】要部の説明図
【図5】要部の説明図
【符号の説明】
2 測定対象物 3 光学機構 4 回転機構 5 演算機構 6 回転中心座標補正機構 8 光源
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成6年6月15日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0016
【補正方法】変更
【補正内容】
【0016】
【数1】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0017
【補正方法】変更
【補正内容】
【0017】好ましくは、図5に示すように、上述の通
りに求められた基準座標C1(xtm , ztn )を中心と
する各座標軸方向に±Δx2 ,±Δz2 (Δx1 Δx
2 Δz1 >Δz2 )の領域を考えて、上述と同様の演
算操作を繰り返すことにより求まる基準座標(C1,C2
………)をより真の回転中心座標Cに近づけるこができ
るのである。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0019
【補正方法】変更
【補正内容】
【0019】上述の実施例では、求められた回転中心座
標(xtm , ztn )を中心とする各座標軸方向に±Δ
2 ,±Δz2 (Δx1 Δx2 Δz1 >Δz2 )の
領域を考えて、上述と同様の演算操作を繰り返すことに
より、基準座標をより真の回転中心座標に近づけること
ができる旨説明したが、繰り返し回数は特に限定するも
のではない。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0021
【補正方法】変更
【補正内容】
【0021】
【数2】
【手続補正5】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図4
【補正方法】変更
【補正内容】
【図4】
【手続補正6】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図5
【補正方法】変更
【補正内容】
【図5】

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源(8)からの測定用光線束を測定対
    象物(2)に向けて照射し、前記測定対象物(2)の表
    面で散乱した光線束を検出する光学機構(3)と、前記
    光学機構(3)から臨む前記測定対象物(2)の測定面
    を変化させる回転機構(4)と、前記回転機構(4)に
    よる所定角度の回転姿勢毎に前記光学機構(3)により
    検出された散乱光線束の検出データに基づいて、前記測
    定対象物(2)の表面形状データを演算導出し、且つ、
    演算導出された表面形状データを前記回転機構(4)の
    回転中心周りに座標回転して断面形状データを演算導出
    する演算機構(5)とを設けて構成してある三次元形状
    入力装置であって、 前記回転機構(4)の回転軸芯に重ならせて取り付けた
    基準測定対象物としての半径Rの円筒に対して、前記演
    算機構(5)により得られた断面形状データと、任意の
    中心点から描いた半径Rの円との重なり度合いが最も大
    きい円の中心点を演算導出して、その値を以後の座標回
    転演算を行うための回転中心とする回転中心座標補正機
    構(6)を設けてある三次元形状入力装置。
  2. 【請求項2】 光源(8)からの測定用光線束を測定対
    象物(2)に向けて照射し、前記測定対象物(2)の表
    面で散乱した光線束を検出する光学機構(3)と、前記
    光学機構(3)から臨む前記測定対象物(2)の測定面
    を変化させる回転機構(4)と、前記回転機構(4)に
    よる所定角度の回転姿勢毎に前記光学機構(3)により
    検出された散乱光線束の検出データに基づいて、前記測
    定対象物(2)の表面形状データを演算導出し、且つ、
    演算導出された表面形状データを前記回転機構(4)の
    回転中心周りに座標回転して断面形状データを演算導出
    する演算機構(5)とを設けて構成してある三次元形状
    入力装置であって、 前記回転機構(4)の回転軸芯に重ならせて取り付けた
    基準測定対象物としての半径Rの円筒に対して、前記演
    算機構(5)により得られた断面形状データと、仮想回
    転中心座標の周囲で分割された複数領域毎の代表点から
    描いた半径Rの円との重なり度合いが最も大きい円の中
    心点を演算導出して、その代表点を以後の座標回転演算
    を行うための回転中心座標とする回転中心座標補正機構
    (6)を設けてある三次元形状入力装置。
  3. 【請求項3】 前記回転中心座標補正機構(6)を、求
    められた代表点をさらに仮想回転中心座標として補正演
    算を繰り返すように構成してある請求項2記載の三次元
    形状入力装置。
JP6009264A 1994-01-31 1994-01-31 三次元形状入力装置 Pending JPH07218229A (ja)

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