JPH0797020B2

JPH0797020B2 - 座標測定装置

Info

Publication number: JPH0797020B2
Application number: JP62235293A
Authority: JP
Inventors: 修小関; 和則樋口; 新山本
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1987-09-19
Filing date: 1987-09-19
Publication date: 1995-10-18
Anticipated expiration: 2010-10-18
Also published as: JPS6478109A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は座標測定装置、特に対象物表面の座標を高速で
測定する装置の改良に関する。

［従来の技術］機械部品や製品の生産工程などにおいては、その寸法計
測や検査あるいはロボットによる自動組付を行うため、
対象物までの距離を高速に検出したいという要望が多
い。

特に、対象物が三次元形状をしている場合には、その形
状的な特徴を把握するため、対象物表面の多点における
三次元座標を高速検出したいという要望が強い。

第２図には、三次元対象物10の表面形状を光学的に測定
する装置の一例が示されている。この装置は、対象物10
の表面に向けスリット光100を所定角度で投射するスリ
ット光源12と、このスリット光100により対象物表面上
に形成される光切断線200を撮影するTVカメラ14と、を
含む。

そして、光切断線200に沿った対象物表面各点の三次元
座標を三角測量の手法を用いて検出している。

第３図には、TVカメラ14で撮影された光切断線200の映
像が示されており、同図から明らかなように、この光切
断線200は各水平走査線ｙ＝0,1,2,…と交差する各点P0,
P1,P2,…の情報として把握することができる。例えば水
平走査線の本数が480本存在する通常のTVカメラ14を想
定すると、各光切断線200は最大で480ポイントの三次元
座標データとして検出されることになる。

従って、スリット光源12とTVカメラ14とを固定し、例え
ばベルトコンベア等を用いて三次元対象物10を図中Ｘ軸
方向へ定速移動すれば、光切断線200によって走査され
る対象物全表面の三次元形状を正確に測定することがで
きる。

三角測量の測定原理第４図には、光切断線200に沿った各点Ｐの三次元座標
を測定する三角測量の測定原理が示されている。同図
（ａ）は、第２図に示す所定位置のXZ平面図、同図
（ｂ）は第２図に示す所定位置のYZ平面図をそれぞれ表
している。

スリット光源12から投射されたスリット光100は、対象
物10上の点Ｐで反射され、レンズ14aを通って撮像素子1
4b上に結像する。

この結像点の撮像素子14b上の水平・垂直アドレスを、
それぞれKs,Lsとし、Ksを水平光切断位置、Lsを垂直光
切断位置と定義する。

同図において、Ks、Lsの値は点Ｐの空間上の位置に比例
して変化するので、Ks、Lsの値を求めれば点Ｐの三次元
座標値（X,Y,Z）を測定することができる。

ところで、このような測定装置に対しては、例えば30mm
/secで定速移動するベルトコンベア上に搭載された対象
物10の表面を、光切断線200を用いて1mmピッチ間隔で走
査し、表面各点の三次元座標を実時間測定する程度の能
力が実用上要求される。

この場合に、１本の光切断線を480ポイントの測定点P0,
P1,…P479で測定するとすれば、１点当りの三次元座標
測定を、約63.5μsec以下の短時間で行うことが必要と
なる。

［発明が解決しようとする問題点］しかし、従来の三次元座標測定値は、TVカメラ14から出
力されるビデオ信号を全てソフトウエア処理し、三次元
座標の演算を行っている。このため、光切断線200を構
成する各点P0,P1,P2…の演算を実用上必要とされる63.5
μsec以下という短時間で行うことができないという問
題があった。

すなわち、従来の測定装置では、まずTVカメラ14から出
力されるビデオ信号を一旦フレームメモリに格納し、そ
の後これをソフトウェア処理することにより水平切断位
置Ksを求めている。

しかし、標準的な画像メモリ［水平512画素×垂直480画
素」を用いた場合、このようなソフトウエア処理を行う
と、１本の水平ラインを処理して一点Ｐの水平光切断位
置Ksを検出するために700〜800μsecも処理時間が必要
となるという問題があった。

更に、このような従来装置では、Ks,Lsと三次元座標値
との関係を表す演算式を、理論的あるいは実験的にもも
とめておく。そして、該演算式に基づき、前述のように
して検出した水平光切断位置Ksおよび垂直光切断位置Ls
をソフトウエア処理し三次元座標を求めている。

しかし、このようなソフトウエア処理を行うと、その演
算に約数百μsecも処理時間が必要となるという問題が
あった。

従って、このような従来装置では、１個の点Ｐの座標測
定に、合計千数百μsecの処理時間が必要となる。この
ため実際の生産工程で要求される処理時間63.5μsec以
下という条件を到底満足することができず、その有効な
対策が望まれている。

［発明の目的］本発明は、このような従来の課題に鑑みなされたもので
あり、その目的は、三次元対象物の表面各点における座
標測定を高速で行うことの可能な三次元座標測定装置を
提供することにある。

本発明の他の目的は、三次元対象物表面の各点における
二次元座標の測定を高速で行うことが可能な多次元座標
測定装置を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］第１図には、本発明の三次元座標測定装置のクレーム対
応図が示されている。

第１の発明本発明の装置は、対象物表面に向けスリット光を所定角度で投光するスリ
ット光源と、このスリット光により対象物表面上に形成される光切断
線を撮影するTVカメラと、この水平走査に同期してTVカメラから出力されるビデオ
信号をデジタルビデオ信号Viに変換出力するA/D変換回
路と、ビデオ信号から光切断線を抽出するためのしきい値を設
定するしきい値設定回路と、デジタルビデオ信号Viが前記しきい値を越えている間だ
け光切断線抽出信号を出力する光切断線抽出回路と、 TVカメラの撮像素子の水平方向画素の位置を表す水平方
向アドレスKiを発生する水平アドレス発生回路と、光切断線抽出回路から光切断線抽出信号が出力されてい
る期間、A/D変換回路を介して出力されるビデオ信号Vi
を累積演算する累積加算回路と、光切断線抽出回路から光切断線抽出信号が出力されてい
る期間、A/D変換回路を介して出力されるビデオ信号Vi
と、水平アドレス発生回路から出力される水平方向アド
レスKiとの積Vi×Kiを累積演算する累積乗算回路と、前記累積乗算回路の出力ΣVi×Kiを前記累積加算回路の
出力ΣViで割算し、この演算値Ksを水平光切断位置とし
て出力する水平光切断位置検出回路と、 TVカメラの水平同期信号をカウントし、垂直光切断位置
Lsを検出する垂直光切断検出回路と、予め水平光切断位置および垂直光切断位置と実際の対象
物表面の三次元座標値との対応関係がテーブル化して記
憶され、検出された水平光切断位置Ksおよび垂直光切断
位置Lsに基づき、対象物表面の３次元座標値を出力する
ルックアップテーブルと、ルックアップテーブルから出力される三次元座標値を記
憶する記憶回路と、各水平走査毎に、光切断線が抽出されている期間TVカメ
ラのクロック信号をカウントし光切断線幅を検出する光
切断線幅検出回路と、各水平走査毎に検出された光切断線幅に基づき、スリッ
ト光の強度を適切な値に制御する制御回路と、を含み、光切断線に沿って対象物表面の三次元座標を実
時間で測定することを特徴とする。

第２の発明また、本発明の装置は、対象物表面に向けスリット光を所定角度で投光するスリ
ット光源と、このスリット光により対象物表面上に形成される光切断
線を撮影するTVカメラと、この水平走査に同期してTVカメラから出力されるビデオ
信号をデジタルビデオ信号Viに変換出力するA/D変換回
路と、ビデオ信号から光切断線を抽出するためのしきい値を設
定するしきい値設定回路と、デジタルビデオ信号Viが前記しきい値を越えている間だ
け光切断線抽出信号を出力する光切断線抽出回路と、 TVカメラの撮像素子の水平方向画素の位置を表す水平方
向アドレスKiを発生する水平アドレス発生回路と、光切断線抽出回路から光切断線抽出信号が出力されてい
る期間、A/D変換回路を介して出力されるビデオ信号Vi
を累積演算する累積加算回路と、光切断線抽出回路から光切断線抽出信号が出力されてい
る期間、A/D変換回路を介して出力されるビデオ信号Vi
と、水平アドレス発生回路から出力される水平方向アド
レスKiとの積Vi×Kiを累積演算する累積乗算回路と、前記累積乗算回路の出力ΣVi×Kiを前記累積加算回路の
出力ΣViで割算し、この演算値Ksを水平光切断位置とし
て出力する水平光切断位置検出回路と、 TVカメラの水平同期信号をカウントし、垂直光切断位置
Lsを検出する垂直光切断位置検出回路と、予め水平光切断位置および垂直光切断位置と実際の対象
物表面の三次元座標値との対応関係がテーブル化して記
憶され、検出された水平光切断位置Ksおよび垂直光切断
位置Lsに基づき、対象物表面の３次元座標値を出力する
ルックアップテーブルと、ルックアップテーブルから出力される三次元座標値を記
憶する記憶回路と、各水平走査毎に、抽出された光切断線の最大強度を検出
する光切断線強度最大値検出回路と、各水平走査毎に検出された光切断線の最大強度に基づ
き、スリット光の強度を適切な値に制御する制御回路
と、を含み、光切断線に沿って対象物表面の三次元座標を実
時間で測定することを特徴とする。

［作用］本発明は以上の構成からなり、次のその作用を説明す
る。

第２図に示すように、対象物の表面に向けスリット光10
0を投光すると、このスリット光により対象物表面上に
形成された光切断線200は、TVカメラにより撮影され
る。そして、TVカメラからは、その水平走査に同期して
ビデオ信号が順次出力される。

本発明の第１の特徴は、TVカメラから１本の水平走査ビ
デオ信号の出力が終了する毎に、速やかにその水平走査
ライン上にある光切断線200の水平光切断位置Ksおよび
垂直光切断位置Lsを検出することにある。

特に、本発明は水平光切断位置Ksの検出に荷重平均法を
用い、精度の良い位置検出を実現している。

また、本発明の第２の特徴は、各切断位置KsおよびLsに
対応してこの走査ライン上に存在する光切断線測定ポイ
ントＰの三次元座標値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を、Ks、Lsの検出
とほとんど同時に求め、実時間で光切断線200に沿う多
数点P₀、P₁、…の三次元座標値を得ることにある。

特に、本発明は、水平光切断位置Kstおよび垂直光切断
位置Lsと実際の対象物表面の三次元座標値（X,Y,Z）と
の対応関係を、予めルックアップテーブル内にテーブル
化して記憶しておく。そして、検出された水平光切断装
置Ksおよび垂直光切断位置Lsに基づき、特別な演算をす
ることなく対象物表面の三次元座標値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を
出力することを特徴とする。

以下本発明の作用を、前記光切断位置KsおよびLsの検出
動作と、三次元座標値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の検出動作とに分
けて説明する。

Ksの検出本発明の装置は、水平光切断位置Ksを荷重平均法を用い
て検出する。

第５図（ａ）には、水平走査に同期してTVカメラから出
力されるビデオ信号が示されている。通常、市販のTVカ
メラの水平走査周期は63.5μsecで、このうちビデオ信
号が出力される有効走査期間は52.7μsec、残りの10.8
μsecは帰線期間である。

図において、ビデオ信号の凸部分が光切断線の表示部分
を表している。ここにおいて、正確な座標測定を行うた
めには、水平光切断位置Ksとして、この凸部分のピーク
位置を正確に求めることが必要である。

文献１（成瀬央、野村田司彦“スリット光投影位置の高
精度計測”昭和60年度電子通信学会情報システム部門全
国大会１−165頁）によれば光切断線200の凸部分の形状
は左右対象の正規分布で近似される。

従って、第５図（ａ）に示すように、ビデオ信号がしき
い値Vsを越えている期間（この期間の開始点および終了
点を水平方向画素アドレスでKis、Kieと定義する）、次
式に基づき水平方向画素アドレスKiを荷重平均した値Ks
は、凸部のピーク位置を精度良く近似できることが理解
され、これについては文献２（岡田、杉本、岡部、秦
“ITVカメラとスリット光レンジファインダによる三次
元物体認識（１）”昭和60年電子通信学会全国大会５−
54頁）からも実験的に確められている。

このため、本発明の装置は、まずTVカメラが出力する水
平走査ビデオ信号を光切断線抽出回路に入力し、当該水
平走査線上における光切断線200の表示位置を抽出出力
している。このような光線断線200の抽出は、第５図
（ａ）に示すごとく、水平走査ビデオ信号を所定のしき
い値Vsと比較することにより容易に行われる。

また、本発明において、A/D変換回路から出力される水
平走査ビデオ信号Viは、前記第１式の分母と分子をそれ
ぞれ演算する累積加算回路および累積乗算回路にそれぞ
れ入力されている。

そして、前記累積加算回路は、光切断線抽出回路が各水
平走査線上における光切断線200を抽出出力している期
間、A/D変換回路の出力Viを順次累積演算する。

従って、この累積加算回路からは、前記第１式の分母、
すなわちビデオ信号Viの累積値が演算出力されることになる。

また、前記累積乗算回路は、光切断線抽出回路が各水平
走査線上における光切断線200を抽出出力している間、A
/D変換回路の出力Viと水平アドレス発生回路の出力Kiと
の積Vi×Kiを順次累積演算する。

従って、この累積乗算回路からは、前記第１式に示す分
子、すなわちビデオ信号Viと水平方向画素アドレスKiと
の積の累積値が演算出力されることになる。

そして、各累積加算回路および累積乗算回路から出力さ
れる値は、水平光切断位置検出回路に入力され、ここで
前記第１式に基づく演算が行われ水平光切断位置Ksが求
められる。

次に、水平光切断装置Ksの演算時間についての検討を行
う。

まず本発明に用いられる累積加算回路および累積乗算回
路として市販の乗算累積器を用い、さらに水平光切断位
置検出のための割算に市販の割算器を用い、前記第１式
に示す荷重平均をハードウェア演算する場合について検
討する。

この場合には、累積乗算器の遅れ時間は約100nsec、割
算器の遅れ時間は数μsce程度である。このため本発明
によれば前記第５図（ａ）に示す有効水平走査期間終了
後約５〜６μsce以内の短時間で水平光切断位置Ksの検
出を完了することができる。

Lsの検出また、垂直光切断位置Lsは、水平光切断位置Ksを検出す
るための走査している水平走査ラインの行数に相当する
ものである。

本発明においては、TVカメラから各水平走査ビデオ信号
が出力される毎に、垂直光切断位置検出回路を用い、前
記TVカメラの水平同期信号をカウントし、その垂直光切
断位置Lsの検出を行っている。

このようにすることにより、本発明によれば、TVカメラ
を有効水平走査時間の終了後約５〜６μsec以内に、当
該水平ライン上における光切断線ポイントＰの水平切断
位置Ksおよび垂直光切断位置Lsを検出することができ
る。

三次元座標次に、検出された光切断位置KsおよびLsに対応した三次
元座標値を求める動作を説明する。

本発明の特徴は、前記光切断位置Ks、Lsと実際の対象物
表面の三次元座標値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）との対応関係を予め理論的またはは実験的に求め、その関
係をテーブル化してルックアップテーブルに記憶してお
くことにある。

このようにすることにより、検出されたKs,Lsから対象
物表面の三次元座標値を求めるのに、演算式に利用した
ソフトウェア処理を行う必要がなくなり、単にルックア
ップテーブルから光切断位置Ks、Lsに対応した三次元座
標値を読み出すだけですむ。

従って、本発明によれば、Ks、Lsを検出すると同時に、
ルックアップテーブルから、Ks、Lsに対応するＸ、Ｙ、
Ｚ座標値を即座に出力できる。

ここにおいて、前記ルックアップテーブルを、現在使用
できる電子部品、例えばROMなどを用いて構成すれば、
このルックアップテーブルからは、数百nsec程度の極め
て短い処理時間でＸ、Ｙ、Ｚ座標値を出力できる。

そして、ルックアップテーブルから出力されるＸ、Ｙ、
Ｚ座標値は、TVカメラの水平走査に同期して順次記憶回
路に記憶される。

この記憶回路に、例えば市販のRAMを用いDMA（ダイレク
トメモリアドレッシング）でデータを書き込めば、
ルックアップテーブルからのＸ、Ｙ、Ｚ座標出力から数
百nsec後には、１点の三次元座標値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の記
憶を完了する。

従って、TVカメラの有効水平走査期間終了後、最大６〜
７μsec程度以内、すなわち帰線期間内に当該水平ライ
ン上の光切断線の対応する一点の三次元座標値の検出記
憶を完了することができる。

このようにして、本発明によればTVカメラの水平走査周
期（63.5μsec）以内で一点の三次元座標値の検出を充
分余裕を持って行うことが可能となり、光切断線200に
沿った各点P0、P1、P2…の三次元座標値の実時間測定を
行うことができる。

なお、前記水平光切断位置Ksの検出のための割算と、
Ｘ、Ｙ、Ｚ座標値の記憶回路への書込みに、マイクロコ
ンピュータを用したソフトウェア処理を利用することも
可能である。

この時は、割算に約20μsec、記憶回路への記憶に約20
μsec必要となり、このままでは帰線期間内にこれらの
処理を完了することができない。

しかし、第５図（ｂ）に示すように、ルックアップテー
ブルの出力を１水平走査期間保持するよう構成すれば、
記憶回路への記憶を当該水平走査の次の水平走査期間に
行うようにすることで、TVカメラの有効水平走査周期
（63.5μsec）での実時間測定が可能となる。

また、このようにすれば、ハードウェア割算器を用い水
平光切断位置検出回路を形成したり、またDMAで記憶回
路への書込みを行わせるよりも、装置全体の回路構成を
より簡単にすることができるというメリットもある。

従来技術との比較（イ）従来従来装置は、TVカメラから出力される水平走査ビデオ信
号を全てソフトウェア処理することにより、三次元座標
値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の演算を行っていた。

従って、例えば１本の水平走査ビデオ信号を処理して１
点Ｐの水平光切断位置Ksを求めるのに700〜800μsec時
間を必要とする。さらに、この切断位置Ksを基にして行
う演算式を用いたソフトウェア処理に約数百μsecの処
理時間を必要とした。

このため、結局１つの点Ｐの三次元座標の演算に数千μ
secの処理時間が必要となり、実際の生産工程に要求さ
れる63.5μsecという処理時間を満足することは全くで
きなかった。

（ロ）本発明これに対し、本発明は、累積加算回路、累積乗算回路お
よび光切断線位置検出回路を用いて水平光切断位置Ks
を、加重平均法により求めている。このため、前述した
ように、有効水平走査の終了とほぼ同時にあるいは当該
水平走査の次の水平走査期間内に、水平光切断位置Ksを
求めることができる。

また、本発明では、切断位置Ks、Lsに対応した対象物表
面の三次元座標を予め理論的または実験的に求め、その
関係をルックアップテーブル内にテーブル化して記憶し
ている。

このため、対象物表面における測定点Ｐの切断位置Ks、
Lsが求まると同時に、これに対応した三次元座標値
（Ｘ、Ｙ、Ｚ）をルックアップテーブルから直接出力す
ることができ、しかもこの三次元座標の出力を、当該水
平走査期間内または次の水平走査期間内に充分余裕をも
って完了することができる。

このように、本発明によれば、スリット光とTVカメラを
用いる三次元座標測定装置で、従来問題となっていた座
標の演算処理時間を大幅に短縮し、三次元対象物表面の
座標検出を高速で行うことができる。

特に、本発明によれば、１点当りの座標検出をTVカメラ
の１水平走査時間（63.5μsec）以内で行うことができ
る。従って、例えば従来不可能であった数十mm/secで定
速移動する三次元対象物の表面全体についてもその座標
測定を良好に行うことができ、例えば生産工程における
部品、製品の検査、寸法の計測、ロボットによる自動組
付けのためのセンサ等として各種分野に広範囲に利用す
ることが可能となる。

先行技術との比較なお、本発明の先行技術として、昭和61年３月20日付に
て三次元座標測定装置の提案（特願昭61−64565）が本
出願人によってなされている。

この先行技術は、Ｘ、Ｙ、Ｚの三次元座標のうち、Ｘ、
Ｙの二次元座標のみをKs、Lsと予め対応付けて２軸座標
用ルックアップテーブルにテーブル化して記憶してい
る。しかし、残りの１軸、すなわちＺ軸座標は、係数用
ルックアップテーブルと演算回路とを用いた演算処理に
より求めている。このため、装置全体の構成が複雑とな
ることは避けられなかった。

これに対し、本発明の装置は、Ｘ、Ｙ、Ｚの全ての三次
元座標をKs、Lsと対応付けて予めルックアップテーブル
に記憶している。このため、前記の係数用ルックアップ
テーブル、演算回路などは全く不用となり、装置全体の
回路構成を簡単なものとすることができる。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば、光切断線に沿う
三次元対象物の表面各点における三次元座標を、高速で
しかも精度良く測定することができる。

また、本発明によれば、水平光切断位置Ksの検出の荷重
平均法を用いているため、精度の良い位置検出を行なう
ことができる。

さらに、本発明によれば、水平光切断位置Ksおよび垂直
光切断位置Lsと、対象物表面の三次元座標値とを予めル
ックアップテーブル内にテーブル化して記憶している。
このため、測定ポイントＰの切断位置Ks、Lsが求まる
と、特別な演算処理を必要とすることなく、対応した三
次元座標位置をルックアップテーブルから直接出力する
ことができる。従って、本発明によれば、検出した切断
位置Ks、Lsの三次元座標値への変換を簡単に行うことが
でき、装置全体の構成を簡単なさらに、本発明によれ
ば、光切断線の幅または強度に基づき、スリット光の強
度を適切な値に制御することにより、高精度の座標測定
が可能となる。

第３の発明本発明は、対象物表面に向けスリット光を三次元座標系の二軸が形
成する平面に平行な角度で投光するスリット光源と、このスリット光により対象物表面上に形成される光切断
線を撮影するTVカメラと、この水平走査に同期してTVカメラから出力されるビデオ
信号をデジタルビデオ信号Viに変換出力するA/D変換回
路と、ビデオ信号から光切断線を抽出するためのしきい値を設
定するしきい値設定回路と、デジタルビデオ信号Viが前記しきい値を越えている間だ
け光切断線抽出信号を出力する光切断線抽出回路と、 TVカメラの撮影素子の水平方向画素の位置を表す水平方
向アドレスKiを発生する水平アドレス発生回路と、光切断線抽出回路から光切断線抽出信号が出力されてい
る期間、A/D変換回路を介して出力されるビデオ信号Vi
を累積演算する累積加算回路と、光切断線抽出回路から光切断線抽出信号が出力されてい
る期間、A/D変換回路を介して出力されているビデオ信
号Viと、水平アドレス発生回路から出力される水平方向
アドレスKiとの積Vi×Kiを累積演算する累積乗算回路
と、前記累積乗算回路の出力ΣVi×Kiを前記累積加算回路の
出力ΣViで割算し、この演算値Ksを水平光切断位置とし
て出力する水平光切断位置検出回路と、 TVカメラの水平同期信号をカウントし、垂直光切断位置
Lsを検出する垂直光切断位置検出回路と、予め水平切断位置および垂直切断位置と前記三次元座標
系の二軸で形成される平面上の位置の二次元座標値との
対応関係がテーブル化して記憶され、検出された水平光
切断位置Ksおよび垂直光切断位置Lsに基づき、前記対象
物表面上に形成される光切断線の二次元座標値を出力す
るルックアップテーブルと、ルックアップテーブルから出力される二次元座標値を記
憶する記憶回路と、各水平走査毎に、光切断線が抽出されている期間TVカメ
ラのクロック信号をカウントし光切断線幅を検出する光
切断線幅検出回路と、各水平走査毎に検出された光切断線幅に基づき、スリッ
ト光の強度を適切な値に制御する制御回路と、を含み、光切断線に沿って対象物表面の二次元座標を実
時間で測定することを特徴とする。

第４の発明また、本発明は、対象物表面に向けスリット光を三次元座標系の二軸が形
成する平面に平行な角度で投光するスリット光源と、このスリット光により対象物表面上に形成される光切断
線を撮影するTVカメラと、この水平走査に同期してTVカメラから出力されるビデオ
信号をデジタルビデオ信号Viに変換出力するA/D変換回
路と、ビデオ信号から光切断線を抽出するためのしきい値を設
定するしきい値設定回路と、デジタルビデオ信号Viが前記しきい値を越えている間だ
け光切断線抽出信号を出力する光切断線抽出回路と、 TVカメラの撮影素子の水平方向画素の位置を表す水平方
向アドレスKiを発生する水平アドレス発生回路と、光切断線抽出回路から光切断線抽出信号が出力されてい
る期間、A/D変換回路を介して出力されるビデオ信号Vi
を累積演算する累積加算回路と、光切断線抽出回路から光切断線抽出信号が出力されてい
る期間、A/D変換回路を介して出力されているビデオ信
号Viと、水平アドレス発生回路から出力される水平方向
アドレスKiとの積Vi×Kiを累積演算する累積乗算回路
と、前記累積乗算回路の出力ΣVi×Kiを前記累積加算回路の
出力ΣViで割算し、この演算値Ksを水平光切断位置とし
て出力する水平光切断位置検出回路と、 TVカメラの水平同期信号をカウントし、垂直光切断位置
Lsを検出する垂直光切断位置検出回路と、予め水平切断位置および垂直切断位置と前記三次元座標
系の二軸で形成される平面上の位置の二次元座標値との
対応関係がテーブル化して記憶され、検出された水平光
切断位置Ksおよび垂直光切断位置Lsに基づき、前記対象
物表面上に形成される光切断線の二次元座標値を出力す
るルックアップテーブルと、ルックアップテーブルから出力される二次元座標値を記
憶する記憶回路と、各水平走査毎に、抽出された光切断線の最大強度を検出
する光切断線強度最大値検出回路と、各水平走査毎に検出された光切断線の最大強度に基づ
き、スリット光の強度を適切な値に制御する制御回路
と、を含み、光切断線に沿って対象物表面の二次元座標を実
時間で測定することを特徴とする。

第3,4の発明によれば、例えば、対象物表面に向け、ス
リット光をYZ平面に平行な角度で投光し、このスリット
光の投光面を、例えばＸ＝０の基準面として用いる。こ
れにより、検出対象となる座標は、Ｘ軸に垂直なＹおよ
びＺ座標の二つとなるため、使用する座標テーブルの個
数を減らし、回路構成を簡単化することができる。

さらに、第３、４の発明によれば、光切断線の幅または
強度に基づき、スリット光の強度を適切な値に制御する
ことにより、高精度の座標測定が可能となる。

［実施例］次に本発明の好適な実施例を図面に基づき説明する。な
お、前記第２図および第３図と対応する部材には同一符
号を付しその説明は省略する。

第１実施例第６図には本発明に係る三次元座標測定装置の好適な第
１実施例が示されている。

実施例の装置は、スリット光源12とTVカメラ14とを含
む。

そして、第２図に示すごとく、スリット光源12から三次
元対象物10に向けスリット光100を所定角度で投光し、
対象物10上に構成される光切断線200をTVカメラ14を用
いて撮影する。

このTVカメラ14から出力されるビデオ信号300は、TVカ
メラ14のクロック周期に同期してA/D変換回路20により
デジタルビデオ信号Viに変換され、光切断線抽出回路2
2、累積加算回路30、累積乗算回路32に入力される。

また、しきい値設定回路24には、ビデオ信号から光切断
線200を抽出するためのしきい値Vsが設定されており、
設定されたしきい値Vsは光切断線抽出回路22へ入力され
ている。

実施例の光切断線抽出回路22は比較器を用いて形成さ
れ、第５図（ａ）に示すように、入力されるビデオ信号
Viとしきい値Vsとを比較し、ビデオ信号Viがしきい値Vs
を上回っている期間だけ、光切断線抽出信号を累積加算
回路30および累積乗算回路32へ向け出力する。

また、本実施例の水平アドレス発生回路28は、カウンタ
を用いて形成され、TVカメラ14から出力されるクロック
信号をカウントし、このカウント値Kiを撮像素子14bの
水平方向位置を表す水平方向アドレスとして累積乗算回
路32へ向け出力する。

前記累積加算回路30は、ハードウエアの乗算累積器を用
いて構成されている。そして光切断線抽出回路22が光切
断線200を抽出出力している間、A/D変換回路20の出力Vi
と値「１」とを乗算し、その累積値、を順次演算出力する。

この累積演算は、TVカメラ14から水平同期信号が出力さ
れる毎に新たに繰り返して行われる。

従って、この累積加算回路30からは、TVカメラ14が水平
走査ビデオ信号を出力する毎に、前記第１式の分母が演
算出力されることになる。

また、前記累積乗算回路32はハードウェアの乗算累積器
を用いて構成されている。そして、光切断線抽出回路22
が光切断線抽出信号を出力している間、A/D変換回路20
から出力される信号Viと水平アドレス発生回路28の出力
する水平方向アドレスKiとを乗算し、その累積値を順次演算出力する。

この累積演算は、TVカメラ14から水平同期信号が出力さ
れる毎にあらたに繰り返して行われる。

従って、この累積乗算回路32は、TVカメラ14が水平走査
ビデオ信号を出力する毎に前記第１式の分子が演算出力
されることになる。

そして、前記２つの累積演算値ΣViおよびΣVi×Kiは、
割算器で構成された水平光切断位置検出回路26に入力さ
れ、ここで後者を前者で割算する演算が行われ、前記第
１式に示す水平光切断位置Ksが求められる。

また、実施例の垂直光切断位置検出回路38は、カウンタ
を用いて形成され、TVカメラ14から出力される水平同期
信号をカウントし、TVカメラ14が現在走査している水平
ラインの番号、すなわち垂直光切断位置Lsを検出する。

実施例においては、累積加算回路30、累積乗算回路32が
ハードウエアで構成され、その演算遅れ時間は数十nsec
である。このため、本実施例においては、最も遅い場合
でも第５図（ａ）の有効水平走査の終了後数十nsecでΣ
Vi、ΣVi×Ki、Lsを検出することができる。

さらに、本実施例において、水平光切断位置検出回路38
として市販の標準的なハードウェア割算器を用いると、
割算時間は数μsecであるため、第５図（ａ）の有効水
平走査終了後５〜６μsec以内で水平光切断位置Ksを検
出することができる。

そして、このようにして検出された各ポイントＰの水平
光切断位置Ksおよび垂直光切断位置Lsはルックアップテ
ーブル40へ入力される。

本発明のルックアップテーブル40は、水平光切断位置Ks
および垂直光切断位置Lsと、実際の三次元対象物10の表
面各点における三次元座標値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）との対応関
係が予めテーブル化して記憶されている。そして、水平
光切断位置Ksおよび垂直光切断位置Lsが入力される毎
に、対応する三次元座標値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を記憶回路48
に向け出力する。

従って、本発明によれば、水平および垂直光切断位置K
s、Lsが検出されるごとに、何ら特別な演算やソフトウ
ェア処理を行うことなく、対象物10の測定点Ｐにおける
三次元座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を迅速に出力することができ
る。

本実施例において、このルックアップテーブル40はＸ座
標テーブル42、Ｙ座標テーブル44、Ｚ座標テーブル46か
ら構成される。各テーブル42、44、46は、それぞれ前記
Ks、Lsと各三次元座標値Ｘ、Ｙ、Ｚの対応テーブルが予
め記憶されたROMを用いて形成されている。

そして、第５図（ａ）に示す各有効水平走査期間が終了
すると同時に、Ks、Lsが各テーブル42、44、46に入力さ
れると、これら各テーブル42、44、46からは、その後数
100nsec後に対応した三次元座標値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）が出
力され記憶回路48に書込まれる。

実施例において、この記憶回路48は、TVカメラ14の水平
ライン各番号と対応するアドレスをもった半導体メモリ
50を用いて構成されている。

そして、垂直光切断位置回路38から出力される垂直光切
断位置Ls（TVカメラ14の水平ラインの番号）で指定され
たアドレスに、テーブル42、44、46から出力される三次
元座標値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を順次記憶する。このようにコ
ンピュータを介さないでメモリ50のアドレスを直接指定
することをDMA（ダイレクトメモリアドレシング）
という。

なお、このように半導体メモリ50に直接データを記憶さ
せる場合には、メモリ50に座標値が入力されてから数10
0nsecでデータ記憶が終了する。すなわち、前記有効水
平走査期間終了後約１μsec以内で一点の三次元座標値
（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の記憶が完了する。

このようにして、本実施例の装置によれば、水平ライン
上の光切断線200に対応する一点の三次元座標値（Ｘ、
Ｙ、Ｚ）の検出記憶動作を、TVカメラ14の有効水平走査
期間終了後、約６〜７μsec程度、すなわちその帰線期
間内に完了することができる。

この結果、本実施例によれば、TVカメラ14の水平走査周
期（63.5μsec）で一点の三次元座標値の検出が可能と
なり、光切断線200に沿った各点P0,P1…の三次元座標値
を実時間で測定することができる。

マイクロコンピュータを用いた場合また、本実施例においては、水平光切断位置Ksの検出の
ための割算と、Ｘ、Ｙ、Ｚ座標値の半導体メモリ50への
書込みに、マイクロコンピュータによるソフトウェア処
理を利用することもできる。

このときは、割算に約20μsec、メモリ50への書込みに2
0μsec必要なため、そのままでは帰線時間内にこれらの
処理を行えない。

しかし、第５図（ｂ）に示す如く、まずΣViとΣViKiを
マイクロコンピュータに取り込み割算を行って水平光切
断位置Ksを求め、次にこのKsを別途設けられたラッチ回
路に１水平走査期間だけ記憶させ、そのラッチ出力をル
ックアップテーブル40に入力する。

このようにすれは、ルックアップテーブル40の出力は第
５図（ｂ）に示すように１水平走査期間保持される。

従って、この保持期間の間に、ルックアップテーブル40
から出力されるＸ、Ｙ、Ｚ座標値をマイクロコンピュー
タを用い半導体メモリ50へ書き込めば良い。

このような手法は、当該水平ライン上に存在する測定点
Ｐの座標データを、次の水平ライン走査期間中に記憶す
るものであり、パイプライン処理の１つである。

このような処理を行うことにより、水平光切断位置Ksの
演算と半導体メモリ50へのデータの書込みにマイクロコ
ンピュータを用いた場合でも、一水平走査分の遅れはあ
るものの、１点の三次元座標値の検出記憶を水平走査時
間（63.5μsec）周期で行い、光切断線200に沿った各点
P0、P1、…の三次元座標値を実時間で測定することがで
きる。

第２実施例第７図には、本発明に係る三次元座標測定装置の好適な
第２実施例が示されている。本実施例の特徴的事項は、
光切断線200が１本の水平走査線上に２本以上存在する
ときに、光切断線抽出回路22から出力される２つ以上の
抽出信号のうち最初か最後のいずれか１つを選択して、
累積加算回路30および累積乗算回路32へ向け出力する光
切断線指定回路60を設けたことにある。

すなわち、スリット光100を用いた三次元座標の測定
は、１つの水平走査線上に光切断線200が１本しか発生
しないことを前提に行っている。

しかし、対象物10によっては多重反射などにより１つの
水平走査線上に２つ以上の光切断線200が生じることが
ある。

第９図（ａ）には、二重反射のためにＰ、Ｐ′、の２個
所から反射光が返り、１つの水平走査線上に２つの光切
断線200が生じる場合の一例が示されている。

このようなとき、従来は、フレームメモリなどに蓄えた
ビデオ信号をソフトウェア処理し、主反射成分であるＰ
点からの反射成分だけを抽出できるようなしきい値Vsを
設定するか、あるいはＰ点からの反射成分が発生してい
る区間を切り出すなどして、光切断位置Ksを正しく抽出
していた。

しかし、このようなソフトウェア処理による方法では、
１つの水平走査線の処理に非常に多くの時間を必要と
し、実際の生産工程で要求される63.5μsec以下の処理
時間を満足することは到底不可能であった。

ところが、実際の測定では、測定対象物10のおおまかな
形状が事前に分っていることが多く、このような場合に
は、第９図（ｂ）に示すように、ビデオ信号Viに２つ以
上のピークがあっても、どちらのピークが真値であるか
を測定者が予め判断することができる。

そこで、本実施例においては、光切断線指定回路60を用
い、最初か最後の光切断線200のいずれを採用するかを
予め指定しておき、指定された光切断線を選択的に出力
し、座標測定に行っている。

このようにすることにより、多重反射により２つ以上の
光切断線200が発生しても対象物表面の三次元座標を正
確に測定することができる。

本実施例においてこの光切断線指定回路60は、具体的に
はフリップフロップ62、インバータ64、フリップフロッ
プ66、インバータ68、アンドゲート70、スイッチ72から
構成されている。

そして、光切断線抽出回路22の出力は、フリップフロッ
プ62へ直接入力されると共に、インバータ64を介して反
転され他方のフリップフロップ66へ入力されている。

従って、第９図（ｂ）に示すように、光切断線抽出回路
22が最初の光切断線200を検出すると、この検出立上り
点Kisでフリップフロップ62がセットされ、立下り点Kie
で他方のフリップフロップ68がセットされる。

また、アンドゲート72には、一方のフリップフロップ62
の出力が直接入力されると共に、他方のフリップフロッ
プ66の出力がインバータ68を介して反転入力されてい
る。このため、アンドゲート70からは最初の光切断線20
0に対応したパルス信号が選択出力されることになる。

従って、スイッチ72を用いて、アンドゲート70の出力を
選択すれば最初の光切断線が選択され、光切断線抽出回
路22の出力を選択すれば累積加算回路30と累積乗算回路
32は光切断線抽出回路22から抽出信号が出力される度に
演算を繰り返すので、最後の光切断線200が選択され、
このようにすることにより対象物表面から多重反射で２
つ以上の光切断線200が発生しても、高速性を失うこと
なく対象物表面各点における三次元座標を実時間でかつ
正確に測定することができる。

第３実施例また、第９図（ａ）に示すように、多重反射が発生した
際対象物表面の谷部からも反射があると、第10図（ｂ）
に示すように、ビデオ信号のピーク値の裾の部分が持上
げられてしまい、固定しきい値Vsで光切断線200を抽出
していたのではこの光切断線位置を正しく検出すること
ができなくなる。

本実施例の装置は、このような場合にも正しい光切断線
位置を検出可能とするものであり、その特徴は、ビデオ
信号のピーク値Vpをｑ倍した比例しきい値を設定するこ
とにある。

ここにおいて、前記ｑは、対象物10の反射係数などを考
慮してその値を初期設定すればよく、このようにするこ
とによりビデオ信号のピーク値Vpの値が変化しても、そ
の裾の部分の反射信号の影響を受けることなく光切断位
置を正確に検出することができる。

第８図には、本実施例に係る三次元座標測定装置の具体
的な回路構成が示されており、実施例の装置は、比例し
きい値設定回路74、しきい値選択回路76およびデュアル
ラインメモリ78を含む。

前記デュアルラインメモリ78は、A/D変換回路20を介し
て出力される１水平走査分のビデオ信号Viを各水平走査
毎に対応するメモリエリアに交互に記憶する。そして、
前回の水平走査期間に記憶されたビデオ信号、すなわち
１水平走査前のビデオ信号Viを光切断線抽出回路22、累
積加算回路30および累積乗算回路32へ向け出力する。

従って、このデュアルラインメモリ78は、A/D変換回路2
0から第Ｎ行めの水平走査ビデオ信号Viが出力されてい
るときには、これを一方のメモリエリアに順次書込み、
他方のメモリエリアから、前回の水平走査、すなわち第
（Ｎ−１）行目の水平走査ビデオ信号Viを同時に出力す
ることになる。

このため、実施例の装置では、常に１水平走査前の水平
走査ビデオ信号に基づき、測定点Ｐの水平光切断位置K
s、すなわち三次元座標値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を求めること
になる。

従って、この１水平走査分の遅れを利用して、ビデオ信
号Viのピーク値Vpに応じた最適なしきい値を設定できれ
ば、対象物10の谷部からの多重反射によりピーク信号の
裾の部分が持上げられた場合でも、光切断線位置を正し
く検出できることが理解できよう。

このため、比例しきい値設定回路74は、TVカメラ14の１
水平走査毎に、ビデオ信号Viの最大値V_pを検出し、その
最大値V_pに予め設定した比例係数ｑを乗算した値qV_pを
比例しきい値として出力している。

実施例において、この比例しきい値設定回路74は、最大
値記憶回路74a、シフトレジスタ74bから構成されてい
る。

そして、最大値記憶回路74aは、A/D変換回路20から出力
される１水平走査分のビデオ信号Viから光切断線部分の
最大値Vpを検出記憶し、当該有効水平走査の終了と同時
に、その値Vpをシフトレジスタ74bに出力する。

シフトレジスタ74bは、入力された最大値Vpに予め定め
られた係数ｑを乗算し、その値qVpを比例しきい値とし
てしきい値選択回路76へ向け出力する。ここにおいて、
シフトレジスタ74bによる比例しきい値の演算は、入力
された最大値Vpを予め定められた係数ｑに対応するビッ
ト数分だけビットシフトすることにより行なわれる。例
えば、係数がｑ＝0.125＝1/2³であれば３ビット分だけ
ビットシフトを行うことで比例しきい値を演算出力す
る。

そして、比例しきい値選択回路76は、比例しきい値設定
回路74から出力される比例しきい値qVpとしきい値設定
回路24から出力される固定しきい値Vsとを比例し、大き
い方を基準しきい値として光切断線抽出回路22へ向け出
力している。

実施例においてこのしきい値選択回路76は比較器76aと
ディジタルスイッチ76とから構成されている。

そして、前記比較器76aは両設定回路24および74から出
力されるしきい値を比較し、その比較データをディジタ
ルスイッチ76bに向け出力する。

ディジタルスイッチ76bは、この比較結果に基づき、qVp
が固定しきい値Vsより大きいときはqVpを出力し、また
これとは逆の場合には固定しきい値Vsを選択出力する。

ここにおいて、前記比例しきい値設定回路74およびしき
い値選択回路76をハードウェアで構成した場合、その遅
れ時間は合計で数百nsceであるので、当該水平ライン
（第Ｎ行）の帰線時間内に充分余裕を持って基準しきい
値の選択設定を行うことができる。

このようにして、本実施例の装置によれば、TVカメラ14
からＮ行目の水平走査ビデオ信号300は出力されると、
この第Ｎ行目のビデオ信号Viをデュアルラインメモリ78
の一方のメモリエリアに順次書き込み、これと共に、当
該ビデオ信号Viに対する最適な基準しきい値Vsをその水
平ライン（第Ｎ行）の帰線時間内にしきい値設定回路76
から出力する。

従って、TVカメラ14の水平走査がＮ行から（Ｎ＋１行）
に切り変ると同時に、デュアルラインメモリ78の出力す
る前回の水平走査ライン、すなわち第Ｎ行の水平走査ビ
デオ信号Viから真の光切断線200が抽出され、前記第１
実施例と同様にして水平光切断位置Ksが演算出力される
ことになる。

このようにして、本実施例によれば、対象物表面からの
多重反射により、ビデオ信号中に含まれる光切断線200
の裾の部分が持上げられ、固定しきい値Vsだけでは光切
断線200を抽出することができないような場合でも、光
切断線200の水平切断位置Ksを確実に検出し、三次元座
標値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の実時間測定を行うことができる。

また、本実施例においては半導体メモリ50への三次元座
標値の書込みをDMAで行っているため、１水平走査分の
時間遅れがあるものの、光切断線200に沿った対象物表
面各点P0,P1…三次元座標値を水平走査毎にほぼ実時間
で測定することができる。

また、このとき垂直光切断位置Lsは、一水平走査前の値
を出力することが必要であるから、垂直光切断位置検出
回路38を構成するカウンタに予めマイナス１をプリセッ
トしておき、水平周期信号をカウトさせればよい。

なお、本実施例の装置はこれに限らず、例えば半導体メ
モリ50への三次元座標の書込みにマイクロコンピュータ
を介在させることも可能である。

この場合には、半導体メモリ50へのデータの書込み数十
μsec必要とするため、例えば第Ｎ行の水平走査ビデオ
信号Viについての三次元座標値の書込みは、第Ｎ＋２行
の水平走査終了時に完了することになる。

このようなパイプライン処理を行うことにより、マイク
ロコンピュータを用いた場合でも、谷部からの反射の影
響を受けることなく、各測定点における三次元座標の実
時間測定を行うことができる。

第４実施例また、対象物表面に多重反射が発生すると、例えば第10
図（ｃ）に示すように、１水平走査分のビデオ信号に２
つ以上のピークが存在したり、あるいはピークが２つで
もどちらが真の光切断線200に対応したものかを一概に
判断できない場合もある。

本実施例の装置はこのような場合においても測定対象と
する光切断線200を確実に選択し、対象物表面各点にお
ける三次元座標の実時間測定を可能とするものである。

第11図には、本実施例に係る三次元座標測定装置が示さ
れている。

本実施例の装置は、１水平走査分のビデオ信号に複数の
ピークが含まれていても、真の光切断線200に対応する
ピークのΣVi値は最大となることに着目し、求めたい光
切断線200に対応するピークを選択することを特徴とす
るものである。

このため、実施例の装置には、ΣVi最大値記憶回路84
と、ΣViKi記憶回路86とが設けられている。

そして、前記ΣVi最大値記憶回路84は、光切断線200が
１本の水平走査線200上に２本以上存在するときに、累
積加算回路30から出力されるΣViの最大値を検出記憶す
ると共に、検出時に同期して最大値検出信号を出力する
よう形成されている。

実施例において、このΣVi最大値記憶回路84は、比較器
84aおよびラッチ回路84bから構成されている。

前記ラッチ回路84bは、１水平走査が終了した時点でク
リアされ、その後累積加算回路30から出力されるΣViを
ラッチする。

また、比較器84aは、累積加算回路30の出力とラッチ回
路84の出力とを比較し、累積加算回路30の出力が大きい
ときにラッチ回路84の内容を更新させ、しかもΣViKi記
憶回路86に向け最大値検出信号を出力する。

この結果、ラッチ回路84bにはΣViの最大値、すなわち
真の光切断線200に対応したΣViがラッチされ、そのラ
ッチ出力が水平光切断位置検出回路26に向け出力される
こととなる。

また、前記ΣViKi記憶回路86は、累積乗算回路32から出
力されるΣVi×Kiを、前記最大値検出信号に同期して記
憶するよう形成されており、具体的には各種水平走査終
了と同時にその内容がクリアされ、しかも前記最大値検
出信号によりその記憶内容が更新されるラッチ回路を用
いて構成されている。

従って、これら記憶回路84および86からは、真の光切断
線200に対応するΣViおよびΣVi×Kiが水平光切断位置
検出回路26に向け出力されることとなる。

例えば、第10図（ｃ）に示すように、１水平走査期間中
にイロハの３つのピーク値を含むビデオ信号が出力され
た場合を想定する。

この場合には、まず（イ）の光切断線200に対応したΣV
iおよびΣViKiが演算され各記憶回路84、86に書き込ま
れる。

これに続いて、（ロ）の光切断線200に対応するΣViお
よびΣViKiが演算され、これが記憶回路84、86に入力さ
れるが、この値は前記（イ）の光切断線200に対応する
値に比べ小さいため、記憶回路84、86の内容は更新され
ない。

次に、（ハ）の光切断線200に対応したΣViおよびΣViK
iが演算出力されるが、この値も前記（イ）の光切断線2
00に対応した値よりも小さいため、記憶回路84、86内容
は更新されない。

このようにして、同図に示す場合においては、ΣViが最
も大きい（イ）の光切断線200に対応したΣViおよびΣV
iKiが各記憶回路84、86に書き込まれ、水平光切断位置
検出回路26に向け出力されることになる。

以上の構成とすることにより、本発明によれば第10図
（ｃ）に示すように、１水平光走査期間中に複数のピー
クが存在し、どのピークが真の光切断線200を表すもの
か一概に判定できないような場合でも、前記各記憶回路
84、86を用いることにより真の光切断線200に対応した
ピーク値を確実に選択し、三次元座標値を演算すること
ができる。

本実施例において、前記記憶回路84、86をハードウェア
で構成すると、その遅れ時間は100nsec程度であるか
ら、各水平走査ラインの有効水平走査終了時点から数百
nsec後にはΣViが最大となる光切断線のΣViおよびΣVi
Kiを記憶することができる。

従って、本実施例の装置を用いれば、１水平走査期間内
に複数のピークが存在する場合でも、高速性を失うこと
なく対象物表面の三次元座標の実時間測定を正確に行う
ことが可能となる。

また、本実施例の装置に、例えば第12図に示すように、
比例しきい値設定回路74、しきい値選択回路76およびデ
ュアルラインメモリ78を設けることも可能である。

このようにすることにより、例えば第９図（ａ）に示す
ように、多重反射の様子が複雑で、谷部からの反射とＰ
点からの強い光反射があるような場合でも、第10図
（ｄ）に示すごとく、谷部からの反射の影響を受けない
よう比例しきい値qVpを設定することができる。しかも
比例しきい値qVpを越える多重反射信号があったとして
も、ΣVi最大値記憶回路84が主反射点Ｐに対応したピー
クを選択することができる。

従って、このような構成とすることにより、多重反射の
影響をより低減し、対象物表面の三次元座標を、高速性
を失うことなくより高い制度で精度することが可能とな
る。

第５実施例また、本発明のように、スリット光100とTVカメラ14と
を用いた三角測量による座標測定では、TVカメラ14を用
いて検出される光切断線200の幅Ｗが測定精度に大きな
影響を与える。

第13図には、TVカメラ14の撮像素子14bの上に受光され
る光切断線幅Ｗとビデオ信号Viとの関係が示されてい
る。

同図において、光切断線幅Ｗが狭く、例えばTVカメラ14
の撮像素子14bの１画素分しかないような場合には、水
平光切断位置の演算に加重平均処理を行っても、１画素
の量子化誤差以上にその測定精度を上げることはできな
い。

これとは逆に、光切断線幅Ｗが広過ぎると、空間分解能
が低下するという問題がある。

そこで、最適な光切断線Ｗ幅は３画素〜５画素であるこ
とが実験的に確認されている（文献１）。

従って、光切断線200の幅Ｗは、その値が撮像素子14bの
３〜５画素に入っている座標データのみを有効データだ
とするような座標データの良否の評価指標として、また
はその値が小さすぎるときはスリット光強度を弱くする
ためのフィードバック情報として、精度の高い座標測定
を実現するための有効なデータとなり得る。

また、本発明のようにスリット光100とTVカメラ14を用
いた三角測量による座標測定では、検出される光切断線
200の最大値VpがTVカメラ14の撮像素子14bの飽和レベル
以下か否かがその測定精度に大きく影響する。

しかも、光切断線200の最大値Vpは、その値が撮像素子1
4bの飽和レベルをやや下回っている座標データのみを有
効データだとするような座標データの良否の評価指標、
または飽和レベルに達しているときはスリット光強度を
弱くするなどのフィードバック情報など、精度の高い座
標測定を実現するための有効なデータとなり得る。

すなわち、第14図（ａ）に示すように、反射信号強度が
最適で反射信号波形が左右対象の正規分布に近い形とな
っている場合には、精度、空間分解能ともよい条件で水
平光切断線位置Ksを求めることができる。

これに対し、第14図（ｂ）に示すように、反射光信号強
度が強すぎると、撮像素子14bが飽和し、波形は台形状
となる。このときに求められる光切断位置Ksは、精度、
空間分解能とも悪くなる。

また第14図（ｃ）に示すように、反射信号強度が弱すぎ
るとS/N比が低下し、その測定精度が悪くなる。

本実施例の特徴的事項は、光切断線幅Ｗと反射信号強度
が適切がどうかを判断するために、各水平走査ごとの光
切断線幅Ｗと光切断線強度最大値Vpとを、座標測定と同
時に高速で検出することにある。

第15図には、本実施例の三次元測定装置の具体的な回路
構成が示されており、実施例の装置は、光切断線強度最
大値検出回路90と、光切断線幅検出回路92とを有する。

前記光切断線強度最大値検出回路90は、各水平走査ごと
に、抽出された光切断線200の最大強度Vpを検出するよ
う形成されており、実施例においてはラッチ回路90aお
よび比較器90bから構成されている。

そして、前記ラッチ回路90aは、光切断線200が抽出され
た時点でクリアされ、その後A/D変換回路20から出力さ
れるビデオ信号Viをラッチする。

また、比較器90bは、A/D変換回路20から出力されるビデ
オ信号Viとラッチ回路90aのラッチ出力と比較し、ビデ
オ信号Viが大きいとき、ラッチ回路90aの内容を更新す
る。

この結果、ラッチ回路90aには、光切断線強度の最大値V
pがラッチされ、そのラッチ出力は記憶回路48に向け出
力されることとなる。

また、前記光切断線幅検出回路92は、各水平走査ごと
に、光切断線幅Ｗを検出するよう形成されている。

実施例においてこの光切断線幅検出回路92はカウンタを
用いて構成され、光切断線抽出回路22から光切断線抽出
信号が出力されている期間、TVカメラ14のクロック信号
をカウントする。このようにして、光切断線200を受光
する撮像素子14bの画素数、すなわち光切断線幅Ｗを検
出し、その検出信号Ｗを記憶回路48に向け出力してい
る。

ここにおいて、光切断線強度最大値検出回路90を構成す
るラッチ回路90a、比較器90bおよび光切断線幅検出回路
92を構成するカウンタの遅れ時間は、それぞれ数10nsec
であるから、これら各検出回路90および92は、遅くても
有効水平走査終了後数10nsec〜100nsecで光切断線強度
最大値Vpおよび光切断線幅Ｗを検出することができる。

そして、検出された光切断線強度最大値Vpおよび光切断
線幅Ｗは、DMA（ダイレクトメモリアドレスシン
グ）で半導体メモリ50に書き込まれる。

この結果、実施例の装置では光切断線強度最大値Vpおよ
び光切断線幅Ｗを、有効水平走査終了後数100nsecでメ
モリ50へ書き込むことができる。

以上説明したように、本実施例によれば、光切断線強度
最大値Vpおよび光切断線幅Ｗの測定と、三次元座標値
（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の測定とをTVカメラ14の各水平走査ごと
に充分余裕をもって高速で行うことができる。

また、本実施例においても、必要に応じ光切断線指定回
路60を設けることもでき、また必要に応じ例えば半導体
メモリ50へのデータの書き込みにマイクロコンピュータ
を用いることもできる。

従来技術との比較次に、第５実施例の装置に用いられる光切断線強度最大
値検出回路90および光切断線幅検出回路92を従来技術と
対比して説明する。

従来、反射信号強度や光切断線幅が適切かどうかを判断
する場合には、ビデオ信号を一旦フレームメモリに蓄
え、ソフトウェア処理で光切断線強度最大値V_p、光切断
線幅Ｗを求めていた。このため、その検出に一点当り数
100μsec以上かかってしまい、実用上要求される63.5μ
secの処理時間を実現することはできなかった。

これに対し、本実施例の装置では、光切断線強度最大値
検出回路90および光切断線幅検出回路92をハードウェア
で構成することで、座標測定と並列に光切断線強度最大
値および光切断線幅検出を行うことができ、しかも一点
当り63.5μsec以下の高速検出を実現することができ
た。

なお、本実施例においては、三次元座標測定装置に光切
断線強度最大値検出回路90および光切断線幅検出回路92
の双方を設ける場合を例に取り説明したが、本発明はこ
れに限らず必要に応じていずれか一方の検出回路90また
は92のみを設けても良い。

第６実施例第16図には本発明の好適な第６実施例が示されている。
本実施例の特徴は、光切断線200が１本の水平走査線上
に２本以上存在するときに、真の光切断線200（累積加
算回路の出力ΣViが最大となる光切断線200）の幅Ｗお
よびその強度の最大値Vpを検出出力することにある。

このため、実施例の装置には、光切断線幅一時記憶回路
96および光切断線強度最大値一時記憶回路94が設けられ
ている。

そして、光切断線幅一時記憶回路96はラッチ回路を用い
て構成され、ΣVi最大値記憶回路84から出力される最大
値検出信号に同期して、光切断線幅検出回路92から出力
される光切断線幅Ｗをラッチし、その値を記憶回路48に
書き込む。

また、光切断線強度最大値一時記憶回路94はラッチ回路
を用いて構成され、ΣVi最大値記憶回路84から出力され
る最大値検出信号に同期して、光切断線強度最大値検出
回路90から出力される光切断線強度最大値Vpをラッチ
し、その値を記憶回路48に書き込む。

このようにして、実施例の装置によれば、光切断線200
が１本の水平走査線上に２本以上存在する場合でも、そ
のピーク値が最大となる光切断線200を特定し、その幅
Ｗおよびその強度の最大値Vpを検出することができる。

なお、前記各記憶回路94、96を構成するラッチ回路の遅
れ時間はいずれも数十nsec程度であるため、実施例の装
置によれば、有効水平走査が終了した後約百nsec程度
で、光切断線200の幅Ｗおよびその強度の最大値Vpをラ
ッチすることができる。

このとき、記憶回路48へのデータの書き込みはDMAで行
うことができ、これにより座標測定と同時に、一点あた
り63.5μsec以内で光切断線幅Ｗと強度最大値Vpとを検
出できる。

第７実施例第17図には本発明の好適な第７実施例が示されている。

本実施例の特徴的事項は、各水平走査ごとに検出される
光切断線幅Ｗまたは光切断線の最大強度Vpに基づき、ス
リット光の幅または強度を適切な値に制御する制御回路
110を設けたことにある。

実施例において、この制御回路110は比較器112、光切断
線強度最大値設定器114、記憶回路116、比較器118、光
切断線幅設定器120およびマイクロコンピュータ122から
構成されている。

そして、比較器112は、光切断線強度最大値検出回路90
から検出出力される光切断線の最大強度Vpと、最大値設
定器114を用いて設定された光切断線強度の最大値V_spと
を比較し、その比較結果（Vp≫V_sp,Vp≒V_sp,Vp≪V_sp）
を各水平走査毎に記憶回路116に順次書き込む。

同様にして、比較器118は、光切断線幅検出回路92から
出力される光切断線幅Ｗと、設定器120で設定された光
切断線幅Wsとを比較し、その比較結果（Ｗ≫Ws,W≒Ws,W
≪Ws）を各水平走査毎に記憶回路116に書き込む。

このようにして、実施例の装置では、各水平走査ごとに
検出された光切断線強度最大値Vpおよび光切断線幅Wsの
設定結果を記憶回路116に書き込み記憶する。

そして、マイクロコンピュータ122は、このようにして
記憶回路116に書き込まれた判定結果に基づき、スリッ
ト光源12から投光されるスリット光100の幅ｗおよび強
度Vpを最適な値に制御する。

すなわち、実施例の制御回路110は、光切断線強度最大
値検出回路90から出力される光切断強度最大値Vpに基づ
き、その値が撮像素子14bの飽和レベルV_satをやや下回
る（例えば0.8〜0.9×V_sat）ように、スリット光投射強
度を制御し、高精度の座標測定を実現している。

同様にして、実施例の制御回路110は、光切断線幅検出
回路92から出力される光切断線幅Ｗに基づき、その値Ｗ
が撮像素子14bの３〜５画素程度となるようスリット光
を制御し、光精度の座標測定を実現可能としている。

ここにおいて、スリット光100の制御は、前記三次元座
標測定に先立って行っても良く、また三次元座標測定と
平行して行っても良い。

すなわち、検出されたスリット光100の最大値Vpおよび
幅Ｗが適切であるか否かを判定し、適切であると判定さ
れた場合にはその条件で三次元測定を行い、また不適切
であると判定された場合には、スリット光100の強度Vp
または幅Ｗを適切な値に制御した後三次元座標測定を開
始する。

また、これ以外に、このような光切断線200の判定動作
と座標測定動作とを平行して行うこともできる。

例えば、光切断線200が適切であると判定されたときの
三次元座標データを有効データとし、不適切であると判
定されたときの三次元座標データを無効データとして記
憶しておき、不適切な三次元座標データについてはスリ
ット光を適切な強度または幅に制御した後、再度座標測
定を行い有効な三次元座標データに書き替えればよい。

このような動作を繰り返して行うことにより、実施例の
三次元座標測定装置は、適切な強度および幅をもったス
リット光100を用いて、対象物10表面の三次元座標測定
をより高精度で行うことが可能となる。

なお、本実施例においては、検出された光切断線200の
最大値Vpおよび幅Ｗの双方を最適値となるように制御す
る場合を例に取り説明したが、本発明はこれに限らず必
要に応じて光切断線強度最大値検出回路90から出力され
る光切断線の最大値Vpのみに基づきスリット光100の強
度を最適制御するよう構成することもでき、またこれと
は逆に光切断線幅検出回路92から出力される光切断線幅
Ｗに基づき、スリット光100の幅を最適制御するよう形
成することもできる。

また、本実施例の装置は、前記第６実施例に示す装置に
対しても適用できることはいうまでもない。

第８実施例第18図〜第20図には本発明に係る三次元座標測定装置の
好適な第８実施例が示されている。本実施例の特徴的事
項は、例えば三次元形状をした機械部品や製品の生産工
程などにおいて、ロボットによる自動組付けや各種寸法
計測を行うため、対象物の姿勢検出や丸孔、丸棒の径測
定や中心位置測定を高速に行おうとしたことにある。

第18図には、三次元対象物10の姿勢制御や丸穴の中心位
置を検出するために、その表面三次元座標を光学的に測
定する場合の好適な一例が示されている。

実施例の装置は、対象物10の表面に向け互いに平行でな
い２本のスリット光100−１、100−２を所定角度で投射
することができる光源12と、この２本のスリット光100
−１、100−２のうち１本のみを選択して投射できるよ
うにするスリット光選択回路80と、を含む。

そして、スリット光選択回路80により対象物10表面上に
選択投射されたスリット光100−１または100−２によ
り、対象物表面上に形成される光切断線200−１または2
00−２を、TVカメラ14を用いて撮影している。

本実施例においては、第18図（ａ）に示すように１個の
スリット光源12から複数のスリット光源100−１、100−
２を投射しても良く、また第18図（ｂ）に示すように、
複数のスリット光源12−１、12−２から互いに平行でな
い別個のスリット光100−１、100−２を投射してもよ
い。なお、本実施例では２本のスリット光100−１、100
−２を選択的に投射する場合を例に取り説明したが、必
要に応じて３本以上のスリット光を選択的に投射するよ
う形成してもよい。

第19図には、TVカメラ14で撮影された２本の光切断線20
0−１、200−２の映像が示されている。（実際には、ス
リット光100−１、100−２が１本ずつ投射されるため、
TVカメラ14は光切断線200−１、200−２を１本ずつ撮影
することになる。）いま、対象物10が円筒状のものであるとすると、光切断
線200の端点P_a、P_b、P_c、P_dの三次元座標がわかれば、
円筒の丸孔中心座標と孔径およびこの円筒上面の姿勢
（傾き）を検出することができる。

ここにおいて、P_a〜P_dの各三次元座標は、スリット光10
0−１、100−２が投射されるごとに、TVカメラ14の水平
走査線に沿って順次光切断線位置Ks、Lsを検出すること
により得ることができる。

従って、このような測定装置をロボットなどの移動機構
に取り付け、対象物10に対し位置決めしその三次元座標
測定を行うことで、対象物10の姿勢検出や丸孔寸法計測
を行うことができる。

第20図には、本実施例の具体的に回路構成が示されてい
る。

本実施例の装置は、スリット光源12から投射される各ス
リット光100−１および100−２のそれぞれに対応した２
組のルックアップテーブル40−１、40−２と、使用する
ルックアップテーブル40−1,40−２を適宜切り変える座
標テーブル選択回路82と、を有する。

ここにおいて、前記一方のルックアップテーブル40−１
には、スリット光100−１を投射した際得られる光切断
位置Ks、Lsと、実際の対象物10の表面における三次元座
標との対応関係がテーブル化して記憶されている。

同様にして、他のルックアップテーブル40−２には、ス
リット光100−２を投射した際得られる光切断位置Ks、L
sと、実際の対象物表面の三次元座標値との対応関係が
テーブル化して記憶されている。

なお、本実施例においては、100−１および100−２の合
計２本のスリット光を使用するため２組のルックアップ
テーブル40−１、40−２を設けたが、本発明はこれに限
らず、スリット光100が３本以上使用される場合には使
用されるスリット光の本数に対応した個数だけルックア
ップテーブル40を設ければ良い。

また実施例のスリット光選択回路80はフリップフロップ
を用いて構成され、TVカメラ14から出力される奇数／偶
数フィールド信号により、１フレーム時間（33.3mmse
c）周期で投射するスリット光を100−１、100−２の順
に交互に切替える。

また、前記座標テーブル選択回路82は、ラインセレクタ
を用いて形成され、TVカメラ14から出力される奇数／偶
数フィールド信号により１フレーム時間周期で使用する
ルックアップテーブル40−1,40−２を適宜切り変える。

このようにして、選択されたスリット光100に対応した
ルックアップテーブル40に向け、水平切断位置検出回路
26および垂直光切断位置検出回路38から出力される切断
位置Ks、Lsが入力される。

従って、本実施例の装置によれば、複数のスリット光10
0−１、100−２を用いて対象物表面の三次元座標を測定
することができ、例えば、本実施例の装置をロボットな
どの移動機構に取り付け、対象物中の三次元座標測定を
行うことにより、対象物10の姿勢検出や第18図に示す丸
穴測定などを高速で行うことができる。

また、本実施例の装置は、前記第７実施例に示す装置に
対しても適用することができ、この場合には対象物10に
形成される複数の光切断線200−１、200−２、…を最適
な強度および幅に制御することができる。

また、前記各実施例においては、スリット光源12とTVカ
メラ14の設定を任意としたが、本発明においては、スリ
ット光100のなす平面を第４図（ｂ）のYZ面と一致さ
せ、Ｘ座標を常に０と定義し、座標出力をＹ、Ｚ座標の
２つとして座標テーブルの個数を減らし、回路構成を簡
単化することもできる。なお、図４の三次元座標軸の決
め方に替えて、同図のＸ軸をＹ軸に、Ｙ軸をＺ軸に、Ｚ
軸をＸ軸と決め、前記スリット光100のなす平面をZX面
と一致させ、Ｙ座標を常に０と定義し、座標出力をＺ、
Ｘ座標の２つとすること、さらにまた、同図のＸ軸をＺ
軸に、Ｙ軸をＸ軸に、Ｚ軸とＹ軸と決め、前記スリット
光100のなす平面をXY面と一致させ、Ｚ座標を常に０と
定義し、座標出力をＸ、Ｙ座標の２つとすることで、座
標テーブルの個数を減らし回路構成を簡単化することが
できることはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る三次元座標測定装置の説明図、第２図はスリット光源とTVカメラとの相対位置関係を示
す説明図、第３図はTVカメラから出力されるビデオ信号の説明図、第４図はスリット光とTVカメラを用いた三角測量の原理
説明図、第５図はTVカメラから出力されるビデオ信号の説明図で
あり、同図（ａ）はビデオ信号としきい値との関係を示
す説明図、同図（ｂ）はビデオ信号とルックアップテー
ブルから出力される三次元座標値との出力タイミングを
示す説明図、第６図は本発明に係る三次元座標測定装置の好適な第１
実施例のブロック図、第７図は本発明に係る三次元座標測定装置の好適な第２
実施例のブロック図、第８図は本発明に係る三次元座標測定装置の好適な第３
実施例のブロック図、第９図は第７図に示す第２実施例の反射光およびそのタ
イミングチャートの説明図であり、同図（ａ）はスリッ
ト光の多重反射により、対象物の表面に複数の光切断線
が形成される場合の説明図、同図（ｂ）はこのような多
重反射が発生した場合における前記第７図の回路各部に
おけるタイミングチャート図、第10図は多重反射が生じたときのビデオ信号としきい値
との関係を示す説明図、第11図は本発明に係る三次元座標測定装置の好適な第４
実施例のブロック図、第12図は前記第４実施例の装置に比例しきい値設定回路
を設けた場合のブロック図、第13図はビデオ信号とTVカメラの撮像素子上に受光され
る光切断線幅との関係を示す説明図、第14図はビデオ信号の説明図であり、同図（ａ）は光切
断線の反射信号強度が適切なときの信号説明図、同図
（ｂ）は反射信号強度が強過ぎるときの信号説明図、同
図（ｃ）は反射信号強度が弱過ぎるときの信号説明図、第15図は本発明に係る三次元座標測定装置の好適な第５
実施例を示すブロック図、第16図は本発明に係る三次元座標測定装置の好適な第６
実施例を示すブロック図、第17図は本発明に係る三次元座標測定装置の好適な第７
実施例を示すブロック図、第18図は本発明に係る三次元座標測定値の好適な第８実
施例の説明図であり、同図（ａ）は１個のスリット光源
から複数のスリット光を投射する場合の説明図、同図
（ｂ）は複数のスリット光源を用いて複数のスリット光
を投射する場合の説明図、第19図は前記第18図に示す装置を用いて得られるTVカメ
ラの画像説明図、第20図は第８実施例に係る装置のブロック図である。 10……三次元対象物 12……スリット光源 14……TVカメラ 20……A/D変換回路 22……光切断線抽出回路 24……しきい値設定回路 26……水平光切断位置検出回路 28……水平アドレス発生回路 30……累積加算回路 28……累積乗算回路 38……垂直光切断位置検出回路 40……ルックアップテーブル 42……Ｘ座標テーブル 44……Ｙ座標テーブル 46……Ｚ座標テーブル 48……記憶回路 60……光切断線指定回路 74……比例しきい値設定回路 76……しきい値選択回路 78……デュアルラインメモリ 82……スリット光選択回路 90……光切断線強度最大値検出回路 92……光切断線幅検出回路 94……ΣVi最大値記憶回路 96……ΣViKi記憶回路 100……スリット光 110……制御回路 200……光切断線 300……ビデオ信号

フロントページの続き (56)参考文献特開昭61−95203（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−89504（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−130808（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−80008（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対象物表面に向けスリット光を所定角度で
投光するスリット光源と、このスリット光により対象物表面上に形成される光切断
線を撮影するTVカメラと、この水平走査に同期してTVカメラから出力されるビデオ
信号をデジタルビデオ信号Viに変換出力するA/D変換回
路と、ビデオ信号から光切断線を抽出するためのしきい値を設
定するしきい値設定回路と、デジタルビデオ信号Viが前記しきい値を越えている間だ
け光切断線抽出信号を出力する光切断線抽出回路と、 TVカメラの撮像素子の水平方向画素の位置を表す水平方
向アドレスKiを発生する水平アドレス発生回路と、光切断線抽出回路から光切断線抽出信号が出力されてい
る期間、A/D変換回路を介して出力されるビデオ信号Vi
を累積演算する累積加算回路と、光切断線抽出回路から光切断線抽出信号が出力されてい
る期間、A/D変換回路を介して出力されるビデオ信号Vi
と、水平アドレス発生回路から出力される水平方向アド
レスKiとの積Vi×Kiを累積演算する累積乗算回路と、前記累積乗算回路の出力ΣVi×Kiを前記累積加算回路の
出力ΣViで割算し、この演算値Ksを水平光切断位置とし
て出力する水平光切断位置検出回路と、 TVカメラの水平同期信号をカウントし、垂直光切断位置
Lsを検出する垂直光切断検出回路と、予め水平光切断位置および垂直光切断位置と実際の対象
物表面の三次元座標値との対応関係がテーブル化して記
憶され、検出された水平光切断位置Ksおよび垂直光切断
位置Lsに基づき、対象物表面の３次元座標値を出力する
ルックアップテーブルと、ルックアップテーブルから出力される三次元座標値を記
憶する記憶回路と、各水平走査毎に、光切断線が抽出されている期間TVカメ
ラのクロック信号をカウントし光切断線幅を検出する光
切断線幅検出回路と、各水平走査毎に検出された光切断線幅に基づき、スリッ
ト光の強度を適切な値に制御する制御回路と、を含み、光切断線に沿って対象物表面の三次元座標を実
時間で測定することを特徴とする座標測定装置。
【請求項２】対象物表面に向けスリット光を所定角度で
投光するスリット光源と、このスリット光により対象物表面上に形成される光切断
線を撮影するTVカメラと、この水平走査に同期してTVカメラから出力されるビデオ
信号をデジタルビデオ信号Viに変換出力するA/D変換回
路と、ビデオ信号から光切断線を抽出するためのしきい値を設
定するしきい値設定回路と、デジタルビデオ信号Viが前記しきい値を越えている間だ
け光切断線抽出信号を出力する光切断線抽出回路と、 TVカメラの撮像素子の水平方向画素の位置を表す水平方
向アドレスKiを発生する水平アドレス発生回路と、光切断線抽出回路から光切断線抽出信号が出力されてい
る期間、A/D変換回路を介して出力されるビデオ信号Vi
を累積演算する累積加算回路と、光切断線抽出回路から光切断線抽出信号が出力されてい
る期間、A/D変換回路を介して出力されるビデオ信号Vi
と、水平アドレス発生回路から出力される水平方向アド
レスKiとの積Vi×Kiを累積演算する累積乗算回路と、前記累積乗算回路の出力ΣVi×Kiを前記累積加算回路の
出力ΣViで割算し、この演算値Ksを水平光切断位置とし
て出力する水平光切断位置検出回路と、 TVカメラの水平同期信号をカウントし、垂直光切断位置
Lsを検出する垂直光切断位置検出回路と、予め水平光切断位置および垂直光切断位置と実際の対象
物表面の三次元座標値との対応関係がテーブル化して記
憶され、検出された水平光切断位置Ksおよび垂直光切断
位置Lsに基づき、対象物表面の３次元座標値を出力する
ルックアップテーブルと、ルックアップテーブルから出力される三次元座標値を記
憶する記憶回路と、各水平走査毎に、抽出された光切断線の最大強度を検出
する光切断線強度最大値検出回路と、各水平走査毎に検出された光切断線の最大強度に基づ
き、スリット光の強度を適切な値に制御する制御回路
と、を含み、光切断線に沿って対象物表面の三次元座標を実
時間で測定することを特徴とする座標測定装置。
【請求項３】対象物表面に向けスリット光を三次元座標
系の二軸が形成する平面に平行な角度で投光するスリッ
ト光源と、このスリット光により対象物表面上に形成される光切断
線を撮影するTVカメラと、この水平走査に同期してTVカメラから出力されるビデオ
信号をデジタルビデオ信号Viに変換出力するA/D変換回
路と、ビデオ信号から光切断線を抽出するためのしきい値を設
定するしきい値設定回路と、デジタルビデオ信号Viが前記しきい値を越えている間だ
け光切断線抽出信号を出力する光切断線抽出回路と、 TVカメラの撮影素子の水平方向画素の位置を表す水平方
向アドレスKiを発生する水平アドレス発生回路と、光切断線抽出回路から光切断線抽出信号が出力されてい
る期間、A/D変換回路を介して出力されるビデオ信号Vi
を累積演算する累積加算回路と、光切断線抽出回路から光切断線抽出信号が出力されてい
る期間、A/D変換回路を介して出力されているビデオ信
号Viと、水平アドレス発生回路から出力される水平方向
アドレスKiとの積Vi×Kiを累積演算する累積乗算回路
と、前記累積乗算回路の出力ΣVi×Kiを前記累積加算回路の
出力ΣViで割算し、この演算値Ksを水平光切断位置とし
て出力する水平光切断位置検出回路と、 TVカメラの水平同期信号をカウントし、垂直光切断位置
Lsを検出する垂直光切断位置検出回路と、予め水平切断位置および垂直切断位置と前記三次元座標
系の二軸で形成される平面上の位置の二次元座標値との
対応関係がテーブル化して記憶され、検出された水平光
切断位置Ksおよび垂直光切断位置Lsに基づき、前記対象
物表面上に形成される光切断線の二次元座標値を出力す
るルックアップテーブルと、ルックアップテーブルから出力される二次元座標値を記
憶する記憶回路と、各水平走査毎に、光切断線が抽出されている期間TVカメ
ラのクロック信号をカウントし光切断線幅を検出する光
切断線幅検出回路と、各水平走査毎に検出された光切断線幅に基づき、スリッ
ト光の強度を適切な値に制御する制御回路と、を含み、光切断線に沿って対象物表面の二次元座標を実
時間で測定することを特徴とする座標測定装置。
【請求項４】対象物表面に向けスリット光を三次元座標
系の二軸が形成する平面に平行な角度で投光するスリッ
ト光源と、このスリット光により対象物表面上に形成される光切断
線を撮影するTVカメラと、この水平走査に同期してTVカメラから出力されるビデオ
信号をデジタルビデオ信号Viに変換出力するA/D変換回
路と、ビデオ信号から光切断線を抽出するためのしきい値を設
定するしきい値設定回路と、デジタルビデオ信号Viが前記しきい値を越えている間だ
け光切断線抽出信号を出力する光切断線抽出回路と、 TVカメラの撮影素子の水平方向画素の位置を表す水平方
向アドレスKiを発生する水平アドレス発生回路と、光切断線抽出回路から光切断線抽出信号が出力されてい
る期間、A/D変換回路を介して出力されるビデオ信号Vi
を累積演算する累積加算回路と、光切断線抽出回路から光切断線抽出信号が出力されてい
る期間、A/D変換回路を介して出力されているビデオ信
号Viと、水平アドレス発生回路から出力される水平方向
アドレスKiとの積Vi×Kiを累積演算する累積乗算回路
と、前記累積乗算回路の出力ΣVi×Kiを前記累積加算回路の
出力ΣViで割算し、この演算値Ksを水平光切断位置とし
て出力する水平光切断位置検出回路と、 TVカメラの水平同期信号をカウントし、垂直光切断位置
Lsを検出する垂直光切断位置検出回路と、予め水平切断位置および垂直切断位置と前記三次元座標
系の二軸で形成される平面上の位置の二次元座標値との
対応関係がテーブル化して記憶され、検出された水平光
切断位置Ksおよび垂直光切断位置Lsに基づき、前記対象
物表面上に形成される光切断線の二次元座標値を出力す
るルックアップテーブルと、ルックアップテーブルから出力される二次元座標値を記
憶する記憶回路と、各水平走査毎に、抽出された光切断線の最大強度を検出
する光切断線強度最大値検出回路と、各水平走査毎に検出された光切断線の最大強度に基づ
き、スリット光の強度を適切な値に制御する制御回路
と、を含み、光切断線に沿って対象物表面の二次元座標を実
時間で測定することを特徴とする座標測定装置。
【請求項５】特許請求の範囲（１）記載の装置におい
て、光切断線が１本の水平走査線上に２本以上存在するとき
に、光切断線抽出回路から出力される２つ以上の光切断
線抽出信号のうち最初か最後のいずれか一つを選択して
累積加算回路および累積乗算回路に向け出力する光切断
線指定回路を含むことを特徴とする座標測定装置。
【請求項６】特許請求の範囲（１）に記載の装置におい
て、 A/D変換回路を介して出力される１水平走査分のビデオ
信号Viを交互に記憶し、前回の水平走査期間に記憶した
ビデオ信号を光切断線抽出回路、累積加算回路および累
積乗算回路に向け出力するデュアルラインメモリと、 TVカメラの１水平走査毎に、ビデオ信号Viの最大値を検
出し、その最大値に予め設定した比例係数を値を乗算し
た比例しきい値として出力する比例しきい値設定回路
と、比例しきい値設定回路で設定した比例しきい値が、前記
しきい値設定回路で設定した通常のしきい値より大きい
ときは比例しきい値を、小さいときは通常のしきい値を
基準しきい値として光切断線抽出回路へ向け出力するし
きい値選択回路と、を含むことを特徴とする座標測定装置。
【請求項７】特許請求の範囲（１），（６）のいずれか
に記載の装置において、光切断線が１本の水平走査線上に２本以上存在するとき
に、累積加算回路から出力されるΣViの最大値を検出し
記憶するとともに、最大値検出信号を出力するΣVi最大
値記憶回路と、 ΣVi記憶回路から出力される最大値検出信号に同期し
て、累積乗算回路の出力ΣVi×Kiを記憶するΣViKi記憶
回路と、を含むことを特徴とする座標測定装置。
【請求項８】特許請求の範囲（７）に記載の装置におい
て、 ΣVi最大値記憶回路から出力される最大値検出信号に基
づき、光切断線幅検出回路から出力される光切断線幅を
一時記憶する光切断線幅一時記憶回路を含み、光切断線が１本の水平走査線上に２本以上存在するとき
に、累積加算回路の出力ΣViが最大となる光切断線の幅
を検出出力することを特徴とする座標測定装置。
【請求項９】特許請求の範囲（２）に記載の装置におい
て、 ΣVi最大値記憶回路から出力される最大値検出信号に基
づき、光切断線強度最大値検出回路から出力される光切
断線強度最大値を一時記憶する光切断線強度最大値一時
記憶回路を含み、光切断線が１本の水平走査線上に２本以上存在するとき
に、累積加算回路の出力ΣViが最大となる光切断線の強
度の最大値を検出出力することを特徴とする座標測定装
置。
【請求項１０】特許請求の範囲（５）〜（９）のいずれ
かに記載の装置において、前記スリット光源は、対象物表面に向け互いに平行でな
い２本以上のスリット光を所定角度で投光するよう形成
され、また前記２本以上のスリット光のうち、いずれか１本の
スリット光を選択的に対象物表面に向け投光させるスリ
ット光選択回路を設け、前記ルックアップテーブルは、スリット光の本数分設け
られ、選択されたスリット光に対応したルックアップテ
ーブルから対象物表面の三次元座標値を出力するよう形
成されたことを特徴とする座標測定装置。