JPH08304040A - 3次元形状測定装置 - Google Patents
3次元形状測定装置Info
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- JPH08304040A JPH08304040A JP13734495A JP13734495A JPH08304040A JP H08304040 A JPH08304040 A JP H08304040A JP 13734495 A JP13734495 A JP 13734495A JP 13734495 A JP13734495 A JP 13734495A JP H08304040 A JPH08304040 A JP H08304040A
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Abstract
(57)【要約】 (修正有)
【目的】 被測定面の傾きに起因する測定誤差を低減
し、安定して高い精度で被測定物の3次元形状を測定す
る。 【構成】 被測定物13に対して照射光14aを照射す
る照射部14と、2次元配列された受光素子からなる受
光部と、照射光14aによる反射光を受光する受光部1
5,15’とを備えた光距離測定器12と、光距離測定
器12と被測定物13との間の位置設定変更機構11
と、2次元受光センサの出力信号及び2次元受光センサ
の出力信号を用いて、被測定物13からの反射光像の幅
及び最大輝度が所定範囲内にあるか否かを検知すること
により、相対位置におけるデータ作成用の出力信号及び
相対位置を変更したときのデータ作成用の出力信号を選
択する信号選択部18bと、18bにより選択された出
力信号に基づいて、被測定物13の3次元形状データを
作成する形状データ作成部18cと、を備えた3次元形
状測定装置。
し、安定して高い精度で被測定物の3次元形状を測定す
る。 【構成】 被測定物13に対して照射光14aを照射す
る照射部14と、2次元配列された受光素子からなる受
光部と、照射光14aによる反射光を受光する受光部1
5,15’とを備えた光距離測定器12と、光距離測定
器12と被測定物13との間の位置設定変更機構11
と、2次元受光センサの出力信号及び2次元受光センサ
の出力信号を用いて、被測定物13からの反射光像の幅
及び最大輝度が所定範囲内にあるか否かを検知すること
により、相対位置におけるデータ作成用の出力信号及び
相対位置を変更したときのデータ作成用の出力信号を選
択する信号選択部18bと、18bにより選択された出
力信号に基づいて、被測定物13の3次元形状データを
作成する形状データ作成部18cと、を備えた3次元形
状測定装置。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、スリット状の照射光を
利用した光距離測定器(例えば、レーザー変位計)を用
いて、被測定物の3次元形状を測定する3次元形状測定
装置に関するものである。
利用した光距離測定器(例えば、レーザー変位計)を用
いて、被測定物の3次元形状を測定する3次元形状測定
装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、3次元形状測定の対象は、従来の
高さ測定、長さ測定等の1次元測定を組み合わせたもの
だけでなく、自由曲面を有する3次元物体にも及んでき
ておりそれらに関する研究も進んでいる。測定方法とし
ては、接触式プローブを被測定物に接触させながら行う
従来の接触式の測定方法に加えて、最近めざましく発展
しているレーザ変位計等の光距離測定器を用いた非接触
の測定方法がある。
高さ測定、長さ測定等の1次元測定を組み合わせたもの
だけでなく、自由曲面を有する3次元物体にも及んでき
ておりそれらに関する研究も進んでいる。測定方法とし
ては、接触式プローブを被測定物に接触させながら行う
従来の接触式の測定方法に加えて、最近めざましく発展
しているレーザ変位計等の光距離測定器を用いた非接触
の測定方法がある。
【0003】このような非接触の測定方法では、プロー
ブを被測定物に接触させる必要がないので、ゴムのよう
に軟らかい物でも精度よく測定を行うことが可能であ
り、また従来の接触式の測定方法と比較して、測定時間
が短縮できるという利点を有する。しかしながら、レー
ザ変位計等の光距離測定器を用いた非接触の測定方法で
も任意の自由曲面を有する物体を精度良く、全周にわた
ってくまなく測定できるまでには至っていない。
ブを被測定物に接触させる必要がないので、ゴムのよう
に軟らかい物でも精度よく測定を行うことが可能であ
り、また従来の接触式の測定方法と比較して、測定時間
が短縮できるという利点を有する。しかしながら、レー
ザ変位計等の光距離測定器を用いた非接触の測定方法で
も任意の自由曲面を有する物体を精度良く、全周にわた
ってくまなく測定できるまでには至っていない。
【0004】その理由は、被測定物上にある点(被測定
点)の法線の傾きは不可知であり、レーザー等の光を照
射して行う測定では、被測定物への光の照射角度や被測
定物からの反射光の角度に(即ち、被測定点がある面の
傾きにより)測定精度が大きく左右され、前記角度が所
定の大きさ以上になると、測定不能となる場合があるか
らである。
点)の法線の傾きは不可知であり、レーザー等の光を照
射して行う測定では、被測定物への光の照射角度や被測
定物からの反射光の角度に(即ち、被測定点がある面の
傾きにより)測定精度が大きく左右され、前記角度が所
定の大きさ以上になると、測定不能となる場合があるか
らである。
【0005】なお、当然のことながら、照射光の届かな
い範囲にある被測定物の測定は不可能である。
い範囲にある被測定物の測定は不可能である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】光投射による3次元形
状測定においては、例えばスリット状の照射光を被測定
物の被測定面に投射して、その反射光をCCD等の受光
部により受けて照射光の反射像を検出し、その反射像の
中心位置から3次元座標を求めている。しかし、同じ測
定装置を用いても、被測定物の被測定面の傾き(即ち、
被測定物への光の照射角度や被測定物からの反射光の角
度)により、測定精度が大きく影響を受ける場合がある
という問題点があった。
状測定においては、例えばスリット状の照射光を被測定
物の被測定面に投射して、その反射光をCCD等の受光
部により受けて照射光の反射像を検出し、その反射像の
中心位置から3次元座標を求めている。しかし、同じ測
定装置を用いても、被測定物の被測定面の傾き(即ち、
被測定物への光の照射角度や被測定物からの反射光の角
度)により、測定精度が大きく影響を受ける場合がある
という問題点があった。
【0007】例えば、被測定面の傾きによっては、反射
像が非常に幅広になる、反射像の輝度が極度に低下す
る、反射光が受光部に入射しない、などの事態が発生し
て、その結果、被測定物の一部の測定ができない、測定
できたとしても測定精度が悪く測定誤差の原因となると
いう問題点があった。本発明は、かかる問題点に鑑みて
なされたものであり、被測定物の被測定面の傾きに起因
する測定誤差を低減し、安定して高い精度で被測定物の
3次元形状を測定することができる3次元形状測定装置
を提供することを目的とする。
像が非常に幅広になる、反射像の輝度が極度に低下す
る、反射光が受光部に入射しない、などの事態が発生し
て、その結果、被測定物の一部の測定ができない、測定
できたとしても測定精度が悪く測定誤差の原因となると
いう問題点があった。本発明は、かかる問題点に鑑みて
なされたものであり、被測定物の被測定面の傾きに起因
する測定誤差を低減し、安定して高い精度で被測定物の
3次元形状を測定することができる3次元形状測定装置
を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】そのため、本発明は第一
に「少なくとも、被測定物に対してスリット状の照射光
を照射する照射部と、2次元配列された複数の受光素子
からなる2次元受光センサを有する受光部であって、前
記照射光による前記被測定物からの反射光を前記2次元
受光センサ上で受光する複数の受光部とを備えた光距離
測定器と、前記光距離測定器と前記被測定物との間の相
対位置を設定する位置設定機構と前記相対位置における
前記2次元受光センサの出力信号を用いて、被測定物か
らの反射光像の幅及び最大輝度が所定範囲内にあるか否
かを検知することによりデータ作成用の出力信号を選択
する信号選択部と、前記信号選択部により選択された出
力信号に基づいて、前記被測定物の3次元形状データを
作成する形状データ作成部と、を備えた3次元形状測定
装置(請求項1)」を提供する。
に「少なくとも、被測定物に対してスリット状の照射光
を照射する照射部と、2次元配列された複数の受光素子
からなる2次元受光センサを有する受光部であって、前
記照射光による前記被測定物からの反射光を前記2次元
受光センサ上で受光する複数の受光部とを備えた光距離
測定器と、前記光距離測定器と前記被測定物との間の相
対位置を設定する位置設定機構と前記相対位置における
前記2次元受光センサの出力信号を用いて、被測定物か
らの反射光像の幅及び最大輝度が所定範囲内にあるか否
かを検知することによりデータ作成用の出力信号を選択
する信号選択部と、前記信号選択部により選択された出
力信号に基づいて、前記被測定物の3次元形状データを
作成する形状データ作成部と、を備えた3次元形状測定
装置(請求項1)」を提供する。
【0009】また、本発明は第二に「少なくとも、被測
定物に対してスリット状の照射光を照射する照射部と、
2次元配列された複数の受光素子からなる2次元受光セ
ンサを有する受光部であって、前記照射光による前記被
測定物からの反射光を前記2次元受光センサ上で受光す
る複数の受光部とを備えた光距離測定器と、前記光距離
測定器と前記被測定物との間の相対位置を設定及び変更
する位置設定変更機構と、前記相対位置における前記2
次元受光センサの出力信号及び前記相対位置を変更した
ときの前記2次元受光センサの出力信号を用いて、被測
定物からの反射光像の幅及び最大輝度が所定範囲内にあ
るか否かを検知することにより、前記相対位置における
データ作成用の出力信号及び前記相対位置を変更したと
きのデータ作成用の出力信号をそれぞれ選択する信号選
択部と、前記信号選択部により選択された出力信号に基
づいて、前記被測定物の3次元形状データを作成する形
状データ作成部と、を備えた3次元形状測定装置(請求
項2)」を提供する。
定物に対してスリット状の照射光を照射する照射部と、
2次元配列された複数の受光素子からなる2次元受光セ
ンサを有する受光部であって、前記照射光による前記被
測定物からの反射光を前記2次元受光センサ上で受光す
る複数の受光部とを備えた光距離測定器と、前記光距離
測定器と前記被測定物との間の相対位置を設定及び変更
する位置設定変更機構と、前記相対位置における前記2
次元受光センサの出力信号及び前記相対位置を変更した
ときの前記2次元受光センサの出力信号を用いて、被測
定物からの反射光像の幅及び最大輝度が所定範囲内にあ
るか否かを検知することにより、前記相対位置における
データ作成用の出力信号及び前記相対位置を変更したと
きのデータ作成用の出力信号をそれぞれ選択する信号選
択部と、前記信号選択部により選択された出力信号に基
づいて、前記被測定物の3次元形状データを作成する形
状データ作成部と、を備えた3次元形状測定装置(請求
項2)」を提供する。
【0010】また、本発明は第三に「前記位置設定機構
及び前記照射部の動作を制御する制御部と前記位置設定
機構の位置または駆動量を検出する位置検出機構とを更
に備えたことを特徴とする請求項1記載の3次元形状測
定装置(請求項3)」を提供する。また、本発明は第四
に「前記位置設定変更機構及び前記照射部の動作を制御
する制御部と前記位置設定変更機構の位置または駆動量
を検出する位置検出機構とを更に備えたことを特徴とす
る請求項2記載の3次元形状測定装置(請求項4)」を
提供する。
及び前記照射部の動作を制御する制御部と前記位置設定
機構の位置または駆動量を検出する位置検出機構とを更
に備えたことを特徴とする請求項1記載の3次元形状測
定装置(請求項3)」を提供する。また、本発明は第四
に「前記位置設定変更機構及び前記照射部の動作を制御
する制御部と前記位置設定変更機構の位置または駆動量
を検出する位置検出機構とを更に備えたことを特徴とす
る請求項2記載の3次元形状測定装置(請求項4)」を
提供する。
【0011】
【作用】本発明の3次元形状測定装置(請求項1〜4)
では、被測定物からの反射光像の幅及び最大輝度が所定
範囲内にある(条件)か否かを検知することにより、デ
ータ作成用の出力信号を選択し、即ち、複数の2次元受
光センサの出力信号の中から前記条件を満たす最適な出
力信号を選択し、該選択した出力信号に基づいて、被測
定物の3次元形状データを作成するので、被測定物の被
測定面の傾きに起因する測定誤差を低減し、安定して高
い精度で被測定物の3次元形状を測定することができ
る。
では、被測定物からの反射光像の幅及び最大輝度が所定
範囲内にある(条件)か否かを検知することにより、デ
ータ作成用の出力信号を選択し、即ち、複数の2次元受
光センサの出力信号の中から前記条件を満たす最適な出
力信号を選択し、該選択した出力信号に基づいて、被測
定物の3次元形状データを作成するので、被測定物の被
測定面の傾きに起因する測定誤差を低減し、安定して高
い精度で被測定物の3次元形状を測定することができ
る。
【0012】本発明の3次元形状測定装置は、前記位置
設定機構及び前記照射部の動作を制御する制御部と前記
位置設定機構の位置または駆動量を検出する位置検出機
構とを更に備えていることが好ましい(請求項3)。ま
た、本発明の3次元形状測定装置は、前記位置設定変更
機構及び前記照射部の動作を制御する制御部と前記位置
設定変更機構の位置または駆動量を検出する位置検出機
構とを更に備えていることが好ましい(請求項4)。
設定機構及び前記照射部の動作を制御する制御部と前記
位置設定機構の位置または駆動量を検出する位置検出機
構とを更に備えていることが好ましい(請求項3)。ま
た、本発明の3次元形状測定装置は、前記位置設定変更
機構及び前記照射部の動作を制御する制御部と前記位置
設定変更機構の位置または駆動量を検出する位置検出機
構とを更に備えていることが好ましい(請求項4)。
【0013】さらに、本発明の3次元形状測定装置は、
データ作成用の出力信号が選択できないときに、測定不
能を示す信号を出力する機構を更に設けることが好まし
い。或いは、本発明の3次元形状測定装置は、データ作
成用の出力信号が選択できないときに、測定不能を示す
信号を出力する機構、及び/または、前記位置変更設定
機構に相対位置の変更を指示する信号を出力する機構を
更に設けることが好ましい。
データ作成用の出力信号が選択できないときに、測定不
能を示す信号を出力する機構を更に設けることが好まし
い。或いは、本発明の3次元形状測定装置は、データ作
成用の出力信号が選択できないときに、測定不能を示す
信号を出力する機構、及び/または、前記位置変更設定
機構に相対位置の変更を指示する信号を出力する機構を
更に設けることが好ましい。
【0014】かかる機構をさらに設けると、誤った形状
測定データが作成されることがなくまた、再測定が必要
な測定点を知ることができる。或いは、再測定が必要な
測定点を知ることができると共に、再測定が必要な測定
点に対して、相対位置を変えて再測定を行うことによ
り、データ作成用の出力信号が得られるようにすること
ができるので、より正確な形状測定データを得ることが
できる。
測定データが作成されることがなくまた、再測定が必要
な測定点を知ることができる。或いは、再測定が必要な
測定点を知ることができると共に、再測定が必要な測定
点に対して、相対位置を変えて再測定を行うことによ
り、データ作成用の出力信号が得られるようにすること
ができるので、より正確な形状測定データを得ることが
できる。
【0015】以下、本発明にかかる測定原理を図を参照
して説明するが、本発明はこの図の例に限定されるもの
ではない。測定方法は、光切断法をベースにしている。
先ず、スリット状のレーザー照射光2が被測定物1の被
測定面に向けて照射部3から照射される。被測定面によ
り反射された光の一部は、各受光部4、5により受光さ
れる(図1参照)。
して説明するが、本発明はこの図の例に限定されるもの
ではない。測定方法は、光切断法をベースにしている。
先ず、スリット状のレーザー照射光2が被測定物1の被
測定面に向けて照射部3から照射される。被測定面によ
り反射された光の一部は、各受光部4、5により受光さ
れる(図1参照)。
【0016】図1の例においては、各受光部4、5の各
光軸4a、5aまわりの位置関係は被測定物1の被測定
面が照射光2の光軸3aに対して垂直な平面である場合
に、被測定物1からの反射光の像が各受光部4、5の2
次元受光素子受光面7上の走査線8に垂直になるように
設定されている。被測定面が平面であり、しかも照射光
2の光軸3aに対して垂直であるならば受光された反射
光の像6は直線的な帯状となり、2次元受光素子の受光
面7の中央部に位置するようになるが(図2(a)参
照)、図3の被測定物13のように被測定面が曲面であ
る場合の反射光の像6’は、歪曲した帯状となる(図2
(b)参照)。
光軸4a、5aまわりの位置関係は被測定物1の被測定
面が照射光2の光軸3aに対して垂直な平面である場合
に、被測定物1からの反射光の像が各受光部4、5の2
次元受光素子受光面7上の走査線8に垂直になるように
設定されている。被測定面が平面であり、しかも照射光
2の光軸3aに対して垂直であるならば受光された反射
光の像6は直線的な帯状となり、2次元受光素子の受光
面7の中央部に位置するようになるが(図2(a)参
照)、図3の被測定物13のように被測定面が曲面であ
る場合の反射光の像6’は、歪曲した帯状となる(図2
(b)参照)。
【0017】反射光の像6、6’の幅(X1方向)は、
照射光2,14aの幅、被測定面の形状、被測定面の焦
点面からの距離等によって変化するが、おおよそ数ピク
セル(素子)から数十ピクセル程度となる。反射光の像
は、複数の受光部の各受光面に投影されるので、被測定
物の各被測定点について複数の像がそれぞれ得られる。
照射光2,14aの幅、被測定面の形状、被測定面の焦
点面からの距離等によって変化するが、おおよそ数ピク
セル(素子)から数十ピクセル程度となる。反射光の像
は、複数の受光部の各受光面に投影されるので、被測定
物の各被測定点について複数の像がそれぞれ得られる。
【0018】図1のように、二つの受光部4、5がその
光軸4a,5aと照射部3の光軸3aとなす角度θ1 ,
θ2 が等しくなるように配置されているときに、被測定
面が平面である場合には、各受光部4、5の受光面には
同じ(または略同じ)像が投影される。しかし、被測定
面が3次元自由曲面である場合には、同一被測定点から
の像であっても、被測定点がある面(被測定面)が傾斜
しているので、各受光面には異なる像が投影される。そ
の違いとして顕著なものは、像の幅と最大輝度である。
光軸4a,5aと照射部3の光軸3aとなす角度θ1 ,
θ2 が等しくなるように配置されているときに、被測定
面が平面である場合には、各受光部4、5の受光面には
同じ(または略同じ)像が投影される。しかし、被測定
面が3次元自由曲面である場合には、同一被測定点から
の像であっても、被測定点がある面(被測定面)が傾斜
しているので、各受光面には異なる像が投影される。そ
の違いとして顕著なものは、像の幅と最大輝度である。
【0019】例えば、被測定面が右下がりに傾斜してい
る場合、反射光は受光部5よりも受光部4の方に向かい
やすい。そのため、受光部4で高輝度の像が得られる一
方、受光部5では低輝度の像しか得られないので、ノイ
ズの影響を受けやすくなって測定の信頼性が低下する。
また、受光部4で得られる高輝度の像も前記傾斜が特に
大きい場合には、像の幅が大きくなりすぎて、像の中心
位置を求めることが困難となり、測定の信頼性が低下す
ることもある。
る場合、反射光は受光部5よりも受光部4の方に向かい
やすい。そのため、受光部4で高輝度の像が得られる一
方、受光部5では低輝度の像しか得られないので、ノイ
ズの影響を受けやすくなって測定の信頼性が低下する。
また、受光部4で得られる高輝度の像も前記傾斜が特に
大きい場合には、像の幅が大きくなりすぎて、像の中心
位置を求めることが困難となり、測定の信頼性が低下す
ることもある。
【0020】従って、反射光像の幅及び最大輝度が適切
な範囲にあるときに、測定の信頼性が高いということが
できる。そこで、本発明では、複数の受光部に投影され
た反射光像の幅及び最大輝度を目安として測定の信頼性
を判断することで、複数の受光部からの出力信号の中か
ら最も信頼性が高い信号を選択して、これを形状データ
とするのである。
な範囲にあるときに、測定の信頼性が高いということが
できる。そこで、本発明では、複数の受光部に投影され
た反射光像の幅及び最大輝度を目安として測定の信頼性
を判断することで、複数の受光部からの出力信号の中か
ら最も信頼性が高い信号を選択して、これを形状データ
とするのである。
【0021】ところで、反射光の像6、6’の輝度分布
はガウス分布となるので、中央部で高輝度、周辺部で低
輝度となる。反射光の像6、6’の中心位置(X1方
向)をサブピクセル処理により推定することで、被測定
点までの距離を求める。ここで、サブピクセル処理につ
いて図2、3を参照して説明する。被測定物13に照射
部14からスリット状の照射光14aを照射させると、
被測定物13の形状に沿った切断線13aが形成され、
この切断線13aが受光部15、15’により撮像され
る。即ち、例えば図2(b)に示すように、受光部1
5、15’の2次元受光素子の受光面7上には、前記切
断線13aの像6’が投影される。
はガウス分布となるので、中央部で高輝度、周辺部で低
輝度となる。反射光の像6、6’の中心位置(X1方
向)をサブピクセル処理により推定することで、被測定
点までの距離を求める。ここで、サブピクセル処理につ
いて図2、3を参照して説明する。被測定物13に照射
部14からスリット状の照射光14aを照射させると、
被測定物13の形状に沿った切断線13aが形成され、
この切断線13aが受光部15、15’により撮像され
る。即ち、例えば図2(b)に示すように、受光部1
5、15’の2次元受光素子の受光面7上には、前記切
断線13aの像6’が投影される。
【0022】図2(a)、(b)中の縦軸は、図1中の
Y方向(即ち、スリット状の照射光14aの拡がり方
向)に対応するY1方向の前記受光面上の位置を示して
いる。図2(a)、(b)中の横軸は、前記Y1方向に
垂直なX1方向の位置を示している。像6’の幅(X1
方向)は、通常一つの受光素子のX1方向の長さよりも
大きく、例えば約10素子(ピクセル)分程度の長さに
なっている。図2(b)のY1方向のある位置において
X1方向に並んだ1列の受光素子に対応する2次元受光
素子の出力レベルの分布(2次元受光素子の受光面7上
の、Y1方向のある位置においてX1方向に沿った、受
光量の分布に相当)は、図2(c)に示すようになる。
Y方向(即ち、スリット状の照射光14aの拡がり方
向)に対応するY1方向の前記受光面上の位置を示して
いる。図2(a)、(b)中の横軸は、前記Y1方向に
垂直なX1方向の位置を示している。像6’の幅(X1
方向)は、通常一つの受光素子のX1方向の長さよりも
大きく、例えば約10素子(ピクセル)分程度の長さに
なっている。図2(b)のY1方向のある位置において
X1方向に並んだ1列の受光素子に対応する2次元受光
素子の出力レベルの分布(2次元受光素子の受光面7上
の、Y1方向のある位置においてX1方向に沿った、受
光量の分布に相当)は、図2(c)に示すようになる。
【0023】Y1方向のこの位置における像6’のX1
方向の位置は、図2(c)中の出力レベルが大きい位置
に相当することになる。図2(c)に示すような分布の
形状から像6’のX1方向の中心位置を推定する処理
が、いわゆるサブピクセル処理である。具体的には、図
2(c)中の所定の閾値(受光量)以上の部分の加重平
均を以て、像6’のX1方向の中心位置とする。この中
心位置がY1方向のある位置に対応する被測定物13の
測定点までの距離を示すことになる。
方向の位置は、図2(c)中の出力レベルが大きい位置
に相当することになる。図2(c)に示すような分布の
形状から像6’のX1方向の中心位置を推定する処理
が、いわゆるサブピクセル処理である。具体的には、図
2(c)中の所定の閾値(受光量)以上の部分の加重平
均を以て、像6’のX1方向の中心位置とする。この中
心位置がY1方向のある位置に対応する被測定物13の
測定点までの距離を示すことになる。
【0024】本発明では、信号選択部18bにより選択
された出力信号に基づいて、前記被測定物13の3次元
形状データを作成する形状データ作成部18cにより前
記サブピクセル処理が行われる。即ち、本発明では、信
号選択部18bにより、複数の受光部の2次元受光素子
の出力信号の中から、反射光像の幅及び最大輝度が所定
範囲内にある(条件)か否かを検知することにより、前
記条件を満たす最適な出力信号を選択した上で、形状デ
ータ作成部18cにより、前記サブピクセル処理を行っ
て各距離データを求めている。
された出力信号に基づいて、前記被測定物13の3次元
形状データを作成する形状データ作成部18cにより前
記サブピクセル処理が行われる。即ち、本発明では、信
号選択部18bにより、複数の受光部の2次元受光素子
の出力信号の中から、反射光像の幅及び最大輝度が所定
範囲内にある(条件)か否かを検知することにより、前
記条件を満たす最適な出力信号を選択した上で、形状デ
ータ作成部18cにより、前記サブピクセル処理を行っ
て各距離データを求めている。
【0025】以下、本発明を実施例により更に詳細に説
明するが、本発明はこの例に限定されるものではない。
明するが、本発明はこの例に限定されるものではない。
【0026】
【実施例】図3は、本実施例の3次元形状測定装置の全
体構成を模式的に示す図である。本実施例の3次元形状
測定装置は、図3に示すように、本体基板(不図示)の
上に取り付けられたX方向に移動可能なXステージ11
と、Xステージ11の上方において前記本体基板に取り
付けられたレーザー変位計(光距離測定器の一例)12
とを備えている。
体構成を模式的に示す図である。本実施例の3次元形状
測定装置は、図3に示すように、本体基板(不図示)の
上に取り付けられたX方向に移動可能なXステージ11
と、Xステージ11の上方において前記本体基板に取り
付けられたレーザー変位計(光距離測定器の一例)12
とを備えている。
【0027】被測定物13は、Xステージ11の上に載
せられる。Xステージ11は、レーザー変位計12と被
測定物13との間の相対位置を設定及び変更する位置設
定変更機構を構成している。なお、図3において、Xス
テージ11の動きの理解を容易にするため、Xステージ
11の固定部を11aで示し、Xステージ11の可動部
を11bで示している。
せられる。Xステージ11は、レーザー変位計12と被
測定物13との間の相対位置を設定及び変更する位置設
定変更機構を構成している。なお、図3において、Xス
テージ11の動きの理解を容易にするため、Xステージ
11の固定部を11aで示し、Xステージ11の可動部
を11bで示している。
【0028】レーザー変位計12は、被測定物13に対
して、Y方向(X方向に垂直)に拡がったスリット状の
照射光14aを照射する照射部14と、被測定物13か
らの反射光を受光する二つの受光部15、15’を有し
ている。照射部14から照射されるレーザー光は、67
0nmの半導体レーザー光であるが、感度特性が大きい
受光部15、15’とすることにより、他の波長のレー
ザーを用いることもできる。
して、Y方向(X方向に垂直)に拡がったスリット状の
照射光14aを照射する照射部14と、被測定物13か
らの反射光を受光する二つの受光部15、15’を有し
ている。照射部14から照射されるレーザー光は、67
0nmの半導体レーザー光であるが、感度特性が大きい
受光部15、15’とすることにより、他の波長のレー
ザーを用いることもできる。
【0029】本実施例ではシリンドリカルレンズを用い
て、半導体レーザー光をスリット状の照射光14aとし
ている。そのため、スリットを用いてスリット状にする
場合のように、輝度が低下することがなく、またポリゴ
ンミラーを用いる場合のように、装置の大型化を招くこ
とがない。二つの受光部15、15’は、その各光軸1
5a、15a’が照射光14aの光軸に対して、それぞ
れ角度θ1,θ2をなすように配置されている。
て、半導体レーザー光をスリット状の照射光14aとし
ている。そのため、スリットを用いてスリット状にする
場合のように、輝度が低下することがなく、またポリゴ
ンミラーを用いる場合のように、装置の大型化を招くこ
とがない。二つの受光部15、15’は、その各光軸1
5a、15a’が照射光14aの光軸に対して、それぞ
れ角度θ1,θ2をなすように配置されている。
【0030】図には示していないが、各受光部15、1
5’は、2次元配列された複数の受光素子からなる2次
元CCDなどの2次元受光センサを有し、各受光部1
5、15’として例えばCCDカメラを使用することが
できる。各受光部15、15’の各光軸15a、15
a’まわりの位置関係は、被測定物の被測定面が照射光
14aの光軸に対して垂直な平面である場合に、被測定
物からの反射光の像が各受光部15、15’の2次元受
光センサ面の走査線8に垂直になるように設定されてい
る。
5’は、2次元配列された複数の受光素子からなる2次
元CCDなどの2次元受光センサを有し、各受光部1
5、15’として例えばCCDカメラを使用することが
できる。各受光部15、15’の各光軸15a、15
a’まわりの位置関係は、被測定物の被測定面が照射光
14aの光軸に対して垂直な平面である場合に、被測定
物からの反射光の像が各受光部15、15’の2次元受
光センサ面の走査線8に垂直になるように設定されてい
る。
【0031】なお、照射部14及び各受光部15、1
5’は、両方とも前記本体基板に固定されている。ま
た、本実施例の3次元形状測定装置は、図3に示すよう
に、Xステージ11の駆動モータ(不図示)を駆動する
モータ駆動回路16と、レーザー変位計12の照射部1
4を駆動する照射部駆動回路17と、制御・処理部18
と、測定者が制御・処理部18に各種の指令を与えるた
めの入力部(例えば、キーボード)19と、Xステージ
11の位置(または駆動量)を検出する位置検出機構
(例えばエンコーダ、不図示)と、を備えている。
5’は、両方とも前記本体基板に固定されている。ま
た、本実施例の3次元形状測定装置は、図3に示すよう
に、Xステージ11の駆動モータ(不図示)を駆動する
モータ駆動回路16と、レーザー変位計12の照射部1
4を駆動する照射部駆動回路17と、制御・処理部18
と、測定者が制御・処理部18に各種の指令を与えるた
めの入力部(例えば、キーボード)19と、Xステージ
11の位置(または駆動量)を検出する位置検出機構
(例えばエンコーダ、不図示)と、を備えている。
【0032】ここで、制御・処理部18は、不図示の記
憶装置やCPU等を内蔵したマイクロコンピュータ等か
ら構成され、モータ駆動回路16及び照射部駆動回路
17の動作を制御する制御部18aとしての機能、各
受光部15、31を構成する2次元受光素子の出力信号
を用いて、被測定物からの反射光像の幅及び最大輝度が
所定範囲内にあるか否かを検知することにより、データ
作成用の出力信号を選択する(即ち、複数の2次元受光
センサの出力信号の中から最適な出力信号を選択する)
信号選択部18bとしての機能、信号選択部18bに
より選択された出力信号に基づいて、前記サブピクセル
処理を行うとともに、信号選択部18bにより選択され
た出力信号と位置検出機構からの出力信号(Xステージ
11の位置検出信号)に基づいて、被測定物の3次元形
状データを作成する形状データ作成部18cとしての機
能、などの各種の機能を担う。
憶装置やCPU等を内蔵したマイクロコンピュータ等か
ら構成され、モータ駆動回路16及び照射部駆動回路
17の動作を制御する制御部18aとしての機能、各
受光部15、31を構成する2次元受光素子の出力信号
を用いて、被測定物からの反射光像の幅及び最大輝度が
所定範囲内にあるか否かを検知することにより、データ
作成用の出力信号を選択する(即ち、複数の2次元受光
センサの出力信号の中から最適な出力信号を選択する)
信号選択部18bとしての機能、信号選択部18bに
より選択された出力信号に基づいて、前記サブピクセル
処理を行うとともに、信号選択部18bにより選択され
た出力信号と位置検出機構からの出力信号(Xステージ
11の位置検出信号)に基づいて、被測定物の3次元形
状データを作成する形状データ作成部18cとしての機
能、などの各種の機能を担う。
【0033】なお、本実施例では、形状データ作成部1
8cにて作成された3次元形状測定データは、これを利
用するCAD装置20に供給されるようになっている。
以下、本実施例の3次元形状測定装置の動作の一例につ
いて説明する。先ず、被測定物13である歯科用模型の
測定に必要な測定箇所は、歯の咬合面及び側面であるか
ら、測定不要な面が下になるように、被測定物13をX
ステージ11に仮り止めする。
8cにて作成された3次元形状測定データは、これを利
用するCAD装置20に供給されるようになっている。
以下、本実施例の3次元形状測定装置の動作の一例につ
いて説明する。先ず、被測定物13である歯科用模型の
測定に必要な測定箇所は、歯の咬合面及び側面であるか
ら、測定不要な面が下になるように、被測定物13をX
ステージ11に仮り止めする。
【0034】この状態で、制御・処理部18の中の制御
部18aは、測定者により入力部19から与えられた測
定開始指令に応答して、照射部駆動回路17に制御信号
を与えて、照射部14から被測定物13にスリット光1
4aを照射させる。そして被測定物13の形状に沿った
切断線13aが形成される。この切断線13aが受光部
15、15’により斜めから撮像される。即ち、図2
(b)に示すように、受光部15、15’の各2次元受
光センサの受光面7上には、切断線13aの像6’がそ
れぞれ投影される。その結果、それらの像に応じた出力
信号が受光部15、15’の各2次元受光センサから得
られる。
部18aは、測定者により入力部19から与えられた測
定開始指令に応答して、照射部駆動回路17に制御信号
を与えて、照射部14から被測定物13にスリット光1
4aを照射させる。そして被測定物13の形状に沿った
切断線13aが形成される。この切断線13aが受光部
15、15’により斜めから撮像される。即ち、図2
(b)に示すように、受光部15、15’の各2次元受
光センサの受光面7上には、切断線13aの像6’がそ
れぞれ投影される。その結果、それらの像に応じた出力
信号が受光部15、15’の各2次元受光センサから得
られる。
【0035】制御・処理部18の中の信号選択部18b
は、受光部15、15’の各2次元受光センサからの出
力の中から、反射光像の幅及び最大輝度が所定範囲内に
ある(条件)か否かを検知することにより、前記条件を
満たす最適な出力信号を選択する。また、制御・処理部
18の中の形状データ作成部18cは、信号選択部18
bにより選択された出力信号をフレームメモリ(不図
示)に一旦記憶する。そして、この出力信号としての画
像データに対して、前記サブピクセル処理を行うことに
より、Y1方向の各位置において切断線13aの像6’
のX1方向の中心位置を求め、そのデータをXステージ
の位置データと対応させてメモリ(不図示)に記憶させ
る。
は、受光部15、15’の各2次元受光センサからの出
力の中から、反射光像の幅及び最大輝度が所定範囲内に
ある(条件)か否かを検知することにより、前記条件を
満たす最適な出力信号を選択する。また、制御・処理部
18の中の形状データ作成部18cは、信号選択部18
bにより選択された出力信号をフレームメモリ(不図
示)に一旦記憶する。そして、この出力信号としての画
像データに対して、前記サブピクセル処理を行うことに
より、Y1方向の各位置において切断線13aの像6’
のX1方向の中心位置を求め、そのデータをXステージ
の位置データと対応させてメモリ(不図示)に記憶させ
る。
【0036】これで、一つの切断線13aに対する測定
が終了する。被測定物13の全体を測定するためには、
Xステージ11を所定量のピッチで動かした後、同様の
手順で測定を繰り返せば良い。被測定物13の全域が所
定のピッチで測定できたならば、すべての測定が終了し
たことになる。すべての測定により得られた各測定デー
タは、同様にメモリに記憶させる。そして、メモリに記
憶された各データを用いて、形状データ作成部18c
は、被測定物13の3次元形状データを作成する。
が終了する。被測定物13の全体を測定するためには、
Xステージ11を所定量のピッチで動かした後、同様の
手順で測定を繰り返せば良い。被測定物13の全域が所
定のピッチで測定できたならば、すべての測定が終了し
たことになる。すべての測定により得られた各測定デー
タは、同様にメモリに記憶させる。そして、メモリに記
憶された各データを用いて、形状データ作成部18c
は、被測定物13の3次元形状データを作成する。
【0037】本実施例の3次元形状測定装置では、被測
定物からの反射光像の幅及び最大輝度が所定範囲内にあ
るか否かを検知することにより、データ作成用の出力信
号を選択し、即ち、複数の2次元受光センサの出力信号
の中から最適な出力信号を選択し、該選択した出力信号
に基づいて、被測定物の3次元形状データを作成するの
で、被測定物の被測定面の傾きに起因する測定誤差を低
減し、安定して高い精度で被測定物の3次元形状を測定
することができる。
定物からの反射光像の幅及び最大輝度が所定範囲内にあ
るか否かを検知することにより、データ作成用の出力信
号を選択し、即ち、複数の2次元受光センサの出力信号
の中から最適な出力信号を選択し、該選択した出力信号
に基づいて、被測定物の3次元形状データを作成するの
で、被測定物の被測定面の傾きに起因する測定誤差を低
減し、安定して高い精度で被測定物の3次元形状を測定
することができる。
【0038】以上、本実施例について説明したが、本発
明はこの実施例に限定されるものではない。例えば、本
実施例では、単一のレーザー変位計(光距離測定器)を
用いているが、複数のレーザー変位計を用いてもよい。
また、本実施例では、レーザー変位計と被測定物との間
の相対位置を設定及び変更させる位置設定変更機構とし
てXステージを採用しているが、その相対位置を所望の
3次元形状を得るのに必要な位置に設定及び変更するこ
とができれば、位置設定変更機構として任意の構成を採
用することができる。
明はこの実施例に限定されるものではない。例えば、本
実施例では、単一のレーザー変位計(光距離測定器)を
用いているが、複数のレーザー変位計を用いてもよい。
また、本実施例では、レーザー変位計と被測定物との間
の相対位置を設定及び変更させる位置設定変更機構とし
てXステージを採用しているが、その相対位置を所望の
3次元形状を得るのに必要な位置に設定及び変更するこ
とができれば、位置設定変更機構として任意の構成を採
用することができる。
【0039】
【発明の効果】以上詳しく説明した通り、本発明の3次
元形状測定装置によれば、被測定物からの反射光像の幅
及び最大輝度が所定範囲内にあるか否かを検知すること
によりデータ作成用の出力信号を選択し、即ち、複数の
2次元受光センサの出力信号の中から最適な出力信号を
選択し、該選択した出力信号に基づいて、被測定物の3
次元形状データを作成するので、被測定物の被測定面の
傾きに起因する測定誤差を低減し、安定して高い精度で
被測定物の3次元形状を測定することができる。
元形状測定装置によれば、被測定物からの反射光像の幅
及び最大輝度が所定範囲内にあるか否かを検知すること
によりデータ作成用の出力信号を選択し、即ち、複数の
2次元受光センサの出力信号の中から最適な出力信号を
選択し、該選択した出力信号に基づいて、被測定物の3
次元形状データを作成するので、被測定物の被測定面の
傾きに起因する測定誤差を低減し、安定して高い精度で
被測定物の3次元形状を測定することができる。
【図1】は、本発明にかかる測定原理を説明するための
概略側面図である。
概略側面図である。
【図2】は、受光部の受光面に投影された像の様子を示
す説明図(a),(b)と像におけるX1方向の輝度分
布を示す説明図(c)である。
す説明図(a),(b)と像におけるX1方向の輝度分
布を示す説明図(c)である。
【図3】は、実施例の3次元形状測定装置の全体構成を
模式的に示す図である。
模式的に示す図である。
1・・・被測定物 2・・・スリット状の照射光 3・・・照射部 3a・・照射光2の光軸 4・・・受光部 4a・・受光部4の光軸 5・・・受光部 5a・・受光部5の光軸 6・・・被測定物からの反射光像 6’・・被測定物からの反射光像 7・・・2次元受光素子の受光面 8・・・走査線 11・・Xステージ 12・・光距離測定器 13・・被測定物 13a・・切断線 14・・照射部 15・・受光部 15a・・受光部15の光軸 15’・・受光部 15’a・・受光部15’の光軸 16・・モータ駆動回路 17・・照射部駆動回路 18・・制御処理部 18a・・制御部 18b・・信号選択部 18c・・データ作成部 19・・入力部 20・・・CAD装置 以 上
Claims (4)
- 【請求項1】 少なくとも、 被測定物に対してスリット状の照射光を照射する照射部
と、2次元配列された複数の受光素子からなる2次元受
光センサを有する受光部であって、前記照射光による前
記被測定物からの反射光を前記2次元受光センサ上で受
光する複数の受光部とを備えた光距離測定器と、 前記光距離測定器と前記被測定物との間の相対位置を設
定する位置設定機構と前記相対位置における前記2次元
受光センサの出力信号を用いて、被測定物からの反射光
像の幅及び最大輝度が所定範囲内にあるか否かを検知す
ることによりデータ作成用の出力信号を選択する信号選
択部と、 前記信号選択部により選択された出力信号に基づいて、
前記被測定物の3次元形状データを作成する形状データ
作成部と、を備えた3次元形状測定装置。 - 【請求項2】 少なくとも、 被測定物に対してスリット状の照射光を照射する照射部
と、2次元配列された複数の受光素子からなる2次元受
光センサを有する受光部であって、前記照射光による前
記被測定物からの反射光を前記2次元受光センサ上で受
光する複数の受光部とを備えた光距離測定器と、 前記光距離測定器と前記被測定物との間の相対位置を設
定及び変更する位置設定変更機構と、 前記相対位置における前記2次元受光センサの出力信号
及び前記相対位置を変更したときの前記2次元受光セン
サの出力信号を用いて、被測定物からの反射光像の幅及
び最大輝度が所定範囲内にあるか否かを検知することに
より、前記相対位置におけるデータ作成用の出力信号及
び前記相対位置を変更したときのデータ作成用の出力信
号をそれぞれ選択する信号選択部と、 前記信号選択部により選択された出力信号に基づいて、
前記被測定物の3次元形状データを作成する形状データ
作成部と、を備えた3次元形状測定装置。 - 【請求項3】 前記位置設定機構及び前記照射部の動作
を制御する制御部と前記位置設定機構の位置または駆動
量を検出する位置検出機構とを更に備えたことを特徴と
する請求項1記載の3次元形状測定装置。 - 【請求項4】 前記位置設定変更機構及び前記照射部の
動作を制御する制御部と前記位置設定変更機構の位置ま
たは駆動量を検出する位置検出機構とを更に備えたこと
を特徴とする請求項2記載の3次元形状測定装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13734495A JPH08304040A (ja) | 1995-05-11 | 1995-05-11 | 3次元形状測定装置 |
US08/647,147 US5671056A (en) | 1995-05-11 | 1996-05-09 | Three-dimensional form measuring apparatus and method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13734495A JPH08304040A (ja) | 1995-05-11 | 1995-05-11 | 3次元形状測定装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08304040A true JPH08304040A (ja) | 1996-11-22 |
Family
ID=15196453
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP13734495A Pending JPH08304040A (ja) | 1995-05-11 | 1995-05-11 | 3次元形状測定装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH08304040A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103267491A (zh) * | 2012-07-17 | 2013-08-28 | 深圳大学 | 自动获取物体表面完整三维数据的方法及系统 |
JP2019510227A (ja) * | 2016-03-22 | 2019-04-11 | フラウンホッファー−ゲゼルシャフト ツァ フェルダールング デァ アンゲヴァンテン フォアシュンク エー.ファオ | イメージに基づいたトリガーを持つ対象物の三次元測定のための装置および方法およびコンピュータプログラム |
PL126694U1 (pl) * | 2017-10-11 | 2019-04-23 | Gg Tech W Garus I T Gromek Spolka Jawna | Urządzenie do pomiaru przedmiotów trójwymiarowych |
PL423137A1 (pl) * | 2017-10-11 | 2019-04-23 | Gg Tech W Garus I T Gromek Spolka Jawna | Urządzenie do pomiaru przedmiotów trójwymiarowych |
-
1995
- 1995-05-11 JP JP13734495A patent/JPH08304040A/ja active Pending
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103267491A (zh) * | 2012-07-17 | 2013-08-28 | 深圳大学 | 自动获取物体表面完整三维数据的方法及系统 |
JP2019510227A (ja) * | 2016-03-22 | 2019-04-11 | フラウンホッファー−ゲゼルシャフト ツァ フェルダールング デァ アンゲヴァンテン フォアシュンク エー.ファオ | イメージに基づいたトリガーを持つ対象物の三次元測定のための装置および方法およびコンピュータプログラム |
US11287247B2 (en) | 2016-03-22 | 2022-03-29 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Apparatus for three-dimensional measurement of an object, method and computer program |
US11885612B2 (en) | 2016-03-22 | 2024-01-30 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Apparatus for three-dimensional measurement of an object, method and computer program with image-based triggering |
PL126694U1 (pl) * | 2017-10-11 | 2019-04-23 | Gg Tech W Garus I T Gromek Spolka Jawna | Urządzenie do pomiaru przedmiotów trójwymiarowych |
PL423137A1 (pl) * | 2017-10-11 | 2019-04-23 | Gg Tech W Garus I T Gromek Spolka Jawna | Urządzenie do pomiaru przedmiotów trójwymiarowych |
PL235302B1 (pl) * | 2017-10-11 | 2020-06-29 | Gg Tech W Garus I T Gromek Spolka Jawna | Urządzenie do pomiaru przedmiotów trójwymiarowych |
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