JPH08327338A - Three dimensional shape measuring apparatus - Google Patents

Three dimensional shape measuring apparatus

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JPH08327338A
JPH08327338A JP7159829A JP15982995A JPH08327338A JP H08327338 A JPH08327338 A JP H08327338A JP 7159829 A JP7159829 A JP 7159829A JP 15982995 A JP15982995 A JP 15982995A JP H08327338 A JPH08327338 A JP H08327338A
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JP
Japan
Prior art keywords
measured
light receiving
light
unit
output signal
Prior art date
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Application number
JP7159829A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Sato
剛 佐藤
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Technology Research Association of Medical and Welfare Apparatus
Original Assignee
Technology Research Association of Medical and Welfare Apparatus
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE: To a contact a stable and highly accurate measurement of three dimensional shape by detecting whether the position, the width and the maximum luminance of an image of the reflected light image from an object to be measured is within a specified range or not to lower measuring errors attributable to the inclination of measuring surface of the object to be measured. CONSTITUTION: A control/processing section 20 controls operations of a motor control circuit 18 and a sensor drive circuit 19 with a control section 20a" and controls stages 11 and 13-15 with a control section 20a so that the stages take a plurality of relative positions as specified. A signal selecting section 20b detects whether the position, the width and the maximum luminance of a reflected light image from an object to be measured are within a specified range or not by an output signal of a photodetecting part 16b to select an output signal for generating data. A shape data generating section 20c performs a subpixel processing based the output signal selected by the selecting section 20b while producing three dimensional shape data of the object to be measured based on the output signal selected and an output signal from a position detector.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a three-dimensional shape measuring device for measuring a three-dimensional shape of an object to be measured by using an optical distance measuring device (for example, a laser displacement meter) which uses slit-shaped irradiation light. It is a thing.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art In recent years, the object of three-dimensional shape measurement is not limited to a combination of conventional one-dimensional measurement such as height measurement and length measurement, but can be extended to a three-dimensional object having a free curved surface. And research on them is also in progress. As the measurement method, in addition to the conventional contact-type measurement method in which the contact-type probe is brought into contact with the object to be measured, non-contact measurement using an optical distance measuring device such as a laser displacement meter, which has recently been remarkably developed. There is a way.

【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。
In such a non-contact measuring method, since it is not necessary to bring the probe into contact with the object to be measured, it is possible to accurately measure even a soft object such as rubber. It has an advantage that the measuring time can be shortened as compared with the measuring method. However, even a non-contact measuring method using an optical distance measuring device such as a laser displacement meter has not been able to accurately measure an object having an arbitrary free-form surface over the entire circumference.

【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。
The reason is that the inclination of the normal line of a point on the object to be measured (point to be measured) is unknown, and in the measurement performed by irradiating light such as a laser, the light is radiated to the object to be measured. The accuracy of measurement greatly depends on the angle and the angle of the reflected light from the object to be measured (that is, due to the inclination of the surface on which the point to be measured is located), and when the angle exceeds a predetermined value, measurement may not be possible. Because.

【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。
As a matter of course, it is impossible to measure the object to be measured in a range where the irradiation light does not reach.

【0006】[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。
In the three-dimensional shape measurement by light projection, for example, slit-shaped irradiation light is projected on the surface to be measured of the object to be measured, and the reflected light is received by a light receiving portion such as a CCD. The reflected image of the irradiation light is detected, and the three-dimensional coordinates are obtained from the center position of the reflected image. However, even if the same measuring device is used, the inclination of the measured surface of the measured object (that is,
There is a problem that the measurement accuracy may be greatly affected by the irradiation angle of light to the object to be measured and the angle of reflected light from the object to be measured.

【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。特に、被測定面の傾きが大きくな
り照射光の斜入射角度がゼロに近づくと、反射像の全体
がCCD等の受光部に収まらなくなる場合があり、この
場合に、反射像の中心位置を正確に検出することができ
なかった。そのため、求めた3次元座標が不正確とな
り、測定誤差の原因となるという問題点があった。
For example, depending on the inclination of the surface to be measured, the reflected image becomes very wide, the brightness of the reflected image is extremely lowered, and the reflected light does not enter the light receiving portion. As a result, there is a problem that a part of the object to be measured cannot be measured, or even if the measurement is possible, the measurement accuracy is poor and causes a measurement error. In particular, when the inclination of the surface to be measured becomes large and the oblique incidence angle of the irradiation light approaches zero, the entire reflected image may not fit in the light receiving part such as CCD. In this case, the center position of the reflected image may be incorrect. Could not be detected. Therefore, the obtained three-dimensional coordinates are inaccurate, which causes a measurement error.

【0008】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。
The present invention has been made in view of the above problems, and reduces the measurement error caused by the inclination of the surface of the object to be measured, and enables stable and highly accurate three-dimensional shape of the object to be measured. An object of the present invention is to provide a three-dimensional shape measuring apparatus capable of measuring

【0009】[0009]

【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
が所定の複数の相対位置となるように前記位置設定変更
機構を制御する第1の制御部と、各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
する信号選択部であり、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能を
有する信号選択部と、前記信号選択部から測定不能を示
す信号が出力された相対位置に対して位置の修正を行う
と共に、修正した相対位置となるように前記位置設定変
更機構を制御する第2の制御部と、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。
Therefore, firstly, the present invention relates to "at least an irradiation section for irradiating an object to be measured with slit-shaped irradiation light and a plurality of two-dimensionally arranged light receiving elements. A light receiving unit having a three-dimensional light receiving sensor, the light distance measuring device including a light receiving unit for receiving reflected light from the object to be measured by the irradiation light on the two-dimensional light receiving sensor, and the light distance measuring device. A position setting changing mechanism for setting and changing a relative position between the object and the object to be measured, and a first control unit for controlling the position setting changing mechanism so that the relative position becomes a plurality of predetermined relative positions. , An output for data creation by detecting whether or not the width and the maximum brightness of the reflected light image from the object to be measured are within a predetermined range by using the output signal of the two-dimensional light receiving sensor at each relative position In the signal selection section to select the signal The position relative to the relative position where the signal indicating the measurement failure is output from the signal selection section having the function of outputting the signal indicating the measurement failure when the output signal for data creation cannot be selected. Of the three-dimensional object to be measured based on the output signal selected by the second control unit that controls the position setting change mechanism so that the corrected relative position is obtained and the signal selection unit. A three-dimensional shape measuring apparatus (claim 1) provided with a shape data creation unit for creating shape data.

【0010】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、前記相対位置が所定の複数の相対位
置となるように前記位置設定変更機構を制御する第1の
制御部と、各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位置、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
であり、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能を有する信号選
択部と、前記信号選択部から測定不能を示す信号が出力
された相対位置に対して修正を行うと共に、修正した相
対位置となるように前記位置設定変更機構を制御する第
2の制御部と、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。
The present invention secondly provides "at least an irradiation section for irradiating a measured object with slit-shaped irradiation light,
A light receiving unit having a two-dimensional light receiving sensor composed of a plurality of light receiving elements arranged two-dimensionally, the light receiving unit receiving the reflected light from the object to be measured by the irradiation light on the two-dimensional light receiving sensor. Optical distance measuring device, a position setting changing mechanism for setting and changing the relative position between the optical distance measuring device and the object to be measured, and the position so that the relative position becomes a plurality of predetermined relative positions. The position, width and maximum brightness of the reflected light image from the object to be measured are within a predetermined range by using the output signal of the two-dimensional light receiving sensor at each relative position and the first control unit that controls the setting change mechanism. A signal selection unit that selects an output signal for data creation by detecting whether or not the output signal for data creation cannot be selected, and a signal selection unit having a function of outputting a signal indicating that measurement is impossible. And the signal selection Selected by the second control unit that controls the position setting change mechanism so that the relative position is corrected and the relative position at which the signal indicating that measurement is impossible is output, and the signal selection unit is performed. A three-dimensional shape measuring apparatus (claim 2) including a shape data creating unit for creating three-dimensional shape data of the object to be measured based on the output signal thus obtained.

【0011】また、本発明は第三に「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第3の制御部と前
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1また
は2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「前記スリット状の照射光
は、半導体レーザー光をシリンドリカルレンズによりス
リット状にした照射光であることを特徴とする請求項1
〜3記載の3次元形状測定装置(請求項4)」を提供す
る。
Further, a third aspect of the present invention is to provide a "third control section for controlling the operation of the position setting changing mechanism and the irradiation section and a position detecting mechanism for detecting a position or a driving amount of the position setting changing mechanism. The three-dimensional shape measuring apparatus (claim 3) according to claim 1 or 2 is further provided. In a fourth aspect of the present invention, "the slit-shaped irradiation light is irradiation light obtained by forming semiconductor laser light into slits by a cylindrical lens.
The three-dimensional shape measuring device according to claim 3 is provided.

【0012】[0012]

【作用】本発明の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、或いは、被測定物からの反射
光像の位置、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、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。
In the three-dimensional shape measuring apparatus of the present invention, by detecting whether the width and the maximum brightness of the reflected light image from the object to be measured are within a predetermined range, or by the reflected light from the object to be measured. An output signal for data creation is selected by detecting whether the position, width, and maximum brightness of the image are within a predetermined range, and based on the selected output signal, three-dimensional shape data of the measured object. To create.

【0013】また、データ作成用の出力信号が選択でき
ないときは、測定不能を示す信号を出力し、測定不能を
示す信号が出力された相対位置に対して位置関係の修正
を行っている。そのため、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。
When the output signal for data creation cannot be selected, a signal indicating that measurement is impossible is output, and the positional relationship is corrected with respect to the relative position at which the signal indicating that measurement is impossible is output. Therefore, erroneous shape measurement data is not created, and it is possible to know the measurement points that require remeasurement. Alternatively, it is possible to know the measurement point that needs re-measurement and change the relative position to the measurement point that needs re-measurement and perform the re-measurement so that the output signal for data creation can be obtained. Therefore, more accurate shape measurement data can be obtained.

【0014】従って、本発明の3次元形状測定装置で
は、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。本発明の3次元形状測定装置は、位
置設定変更機構及び前記照射部の動作を制御する第3の
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3)。
Therefore, in the three-dimensional shape measuring apparatus of the present invention, the measurement error due to the inclination of the surface of the object to be measured can be reduced, and the three-dimensional shape of the object to be measured can be stably and highly accurately measured. You can The three-dimensional shape measuring apparatus of the present invention further includes a position setting change mechanism, a third control unit that controls the operation of the irradiation unit, and a position detection mechanism that detects the position or drive amount of the position setting change mechanism. Preferably (claim 3).

【0015】本発明の3次元形状測定装置にかかるスリ
ット状の照射光は、輝度の低下及び装置の大型化を抑制
するために、半導体レーザー光をシリンドリカルレンズ
によりスリット状にした照射光とすることが好ましい
(請求項4)。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。
The slit-shaped irradiation light applied to the three-dimensional shape measuring apparatus of the present invention is a semiconductor laser light which is slit-shaped irradiation light by a cylindrical lens in order to suppress a decrease in brightness and an increase in size of the apparatus. Is preferred (Claim 4). Hereinafter, the measurement principle according to the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the example of this drawing.

【0016】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)。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
の被測定面が照射光2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4、5の
2次元受光素子(センサ)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。
The measuring method is based on the light section method. First, the slit-shaped laser irradiation light 2 emits the DUT 1
The irradiation unit 3 irradiates the surface to be measured. Part of the light reflected by the surface to be measured is received by each of the light receiving sections 4 and 5 (see FIG. 1). In the example of FIG. 1, the positional relationship around the optical axes 4a and 5a of the light receiving units 4 and 5 is such that when the measured surface of the measured object is a plane perpendicular to the optical axis of the irradiation light 2, The image of the reflected light from the object to be measured is set to be perpendicular to the scanning line 8 on the light receiving surface 7 of the two-dimensional light receiving element (sensor) of each of the light receiving portions 4 and 5.

【0017】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4の被測定物17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)。
If the surface to be measured is a flat surface and is perpendicular to the optical axis 3a of the irradiation light 2, the image 6 of the reflected light received becomes a linear band, and the light receiving surface 7 of the two-dimensional light receiving element 7 is formed.
Will be located in the central part of (see FIG. 2 (a)),
An image 6'of the reflected light when the surface to be measured is a curved surface like the object 17 to be measured in FIG. 4 has a distorted strip shape (FIG. 2B).
reference).

【0018】反射光の像6、6’の幅(X1方向)は、
照射光の幅、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、受光
部の受光面に投影されるが、例えば図1に示すように受
光部が複数ある場合には、受光部4、5の各受光面に像
が投影されるので、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。
The widths (X1 direction) of the images 6 and 6'of the reflected light are
Although it varies depending on the width of the irradiation light, the shape of the surface to be measured, the distance of the surface to be measured from the focal plane, etc., it is approximately several pixels (elements) to several tens of pixels. The image of the reflected light is projected on the light receiving surface of the light receiving portion. For example, when there are a plurality of light receiving portions as shown in FIG. 1, the images are projected on the respective light receiving surfaces of the light receiving portions 4 and 5. A plurality of images are obtained for each measured point of the measured object.

【0019】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。
As shown in FIG. 1, the angle θ 1 formed by the two light receiving portions 4 and 5 between their optical axes 4a and 5a and the optical axis 3a of the irradiation portion 3,
When the surfaces to be measured are flat when they are arranged so that θ 2 becomes equal, the same (or substantially the same) image is projected on the light receiving surfaces of the respective light receiving units 4 and 5. However, when the measured surface is a three-dimensional free-form surface, even if the images are from the same measured point, the surface with the measured point (measured surface) is inclined, so that Different images are projected. The notable difference is the image width and maximum brightness.

【0020】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。
For example, when the surface to be measured is inclined downward to the right, the reflected light is more likely to be directed toward the light receiving section 4 than to the light receiving section 5. Therefore, while the light-receiving unit 4 can obtain a high-luminance image, the light-receiving unit 5 can obtain only a low-luminance image, so that it is easily affected by noise and the reliability of measurement is lowered.
Also, in the case of a high-intensity image obtained by the light-receiving unit 4, if the inclination is particularly large, the width of the image becomes too large, and it becomes difficult to obtain the center position of the image, and the reliability of measurement decreases. There is also.

【0021】像の中心位置を求める場合、輝度分布の図
形中心をサブピクセル処理により求めるが、像が受光面
7上の端部に接近した位置にあり、しかも像の幅が拡大
されると、像の一部が受光面の端にかかる場合が生じ
る。例えば、受光面7上の各走査線8における、受光面
端部にある数ピクセルの輝度が所定値以上である場合
に、像の位置が受光面7上の端部にかかっていると判断
することができる。
When obtaining the center position of the image, the center of the figure of the luminance distribution is obtained by sub-pixel processing. However, when the image is located close to the end on the light receiving surface 7 and the width of the image is enlarged, It may happen that part of the image hits the edge of the light receiving surface. For example, when the brightness of several pixels at the end of the light receiving surface in each scanning line 8 on the light receiving surface 7 is equal to or higher than a predetermined value, it is determined that the image position is at the end of the light receiving surface 7. be able to.

【0022】この場合には、サブピクセル処理により中
心位置を求めても、正確な値とはならず、測定の信頼性
が低下する。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、或いは、位置、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。
In this case, even if the center position is obtained by the sub-pixel processing, the value does not become an accurate value, and the reliability of measurement decreases. Therefore, it can be said that the reliability of the measurement is high when the width and the maximum brightness of the reflected light image are in the proper range, or when the position, the width and the maximum brightness are in the proper range.

【0023】そこで、本発明では、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、或いは、受光部に投影された反射光像
の位置、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、受光部からの出力信号の中から信頼性が
高い信号を選択して、これを形状データとするのであ
る。
Therefore, in the present invention, the reliability of the measurement is judged by using the width and the maximum brightness of the reflected light image projected on the light receiving portion as a guide, or the position of the reflected light image projected on the light receiving portion, By determining the reliability of the measurement by using the width and the maximum brightness as a guide, a signal with high reliability is selected from the output signals from the light receiving unit and used as the shape data.

【0024】また、データ作成用の出力信号が選択でき
ないときは、測定不能を示す信号を出力し、測定不能を
示す信号が出力された相対位置に対して位置関係の修正
を行っている。そのため、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。
When the output signal for data creation cannot be selected, a signal indicating that measurement is impossible is output, and the positional relationship is corrected with respect to the relative position at which the signal indicating that measurement is impossible is output. Therefore, erroneous shape measurement data is not created, and it is possible to know the measurement points that require remeasurement. Alternatively, it is possible to know the measurement point that needs re-measurement and change the relative position to the measurement point that needs re-measurement and perform the re-measurement so that the output signal for data creation can be obtained. Therefore, more accurate shape measurement data can be obtained.

【0025】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
いて図を参照して説明する。被測定物17に照射部16
aからスリット状の照射光を照射させると、被測定物1
7の形状に沿った切断線が形成され、この切断線が受光
部16b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16bの2次元受光素子の受光面7
上には、前記切断線の像6’が投影される。
By the way, since the luminance distribution of the images 6 and 6'of the reflected light is a Gaussian distribution, the central portion has high luminance and the peripheral portion has low luminance. The center position (X1 direction) of the images 6 and 6'of the reflected light is estimated by the sub-pixel processing to obtain the distance to the measured point. Here, the sub-pixel processing will be described with reference to the drawings. Irradiation part 16 to DUT 17
When the slit-shaped irradiation light is emitted from a, the DUT 1
A cutting line along the shape of 7 is formed, and the cutting line is imaged by the light receiving unit 16b. That is, for example, as shown in FIG. 2B, the light receiving surface 7 of the two-dimensional light receiving element of the light receiving portion 16b is formed.
An image 6'of the cutting line is projected on the top.

【0026】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X
1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。
2A and 2B, the vertical axis represents the position on the light receiving surface in the Y1 direction corresponding to the Y direction in FIG. 1 (that is, the spreading direction of the slit-shaped irradiation light). ing. The horizontal axis in FIGS. 2A and 2B is X perpendicular to the Y1 direction.
The position in one direction is shown. Width of image 6 '(X1 direction)
Is usually longer than the length of one light receiving element in the X1 direction, and is, for example, about 10 elements (pixels). X1 at a certain position in the Y1 direction in FIG.
The distribution of the output levels of the two-dimensional light-receiving elements corresponding to the one-row light-receiving elements arranged in the direction
The distribution of the amount of received light along the X1 direction at a certain position in the Y1 direction) is as shown in FIG.

【0027】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17の
測定点までの距離を示すことになる。
X1 of the image 6'at this position in the Y1 direction
The position in the direction corresponds to the position where the output level in FIG. 2C is high. The process of estimating the center position of the image 6 ′ in the X1 direction from the distribution shape shown in FIG. 2C is what is called sub-pixel process. Specifically, the center position of the image 6 ′ in the X1 direction is determined by using the weighted average of the portion having a predetermined threshold value (light receiving amount) or more in FIG. This center position indicates the distance to the measurement point of the DUT 17 corresponding to a certain position in the Y1 direction.

【0028】本発明では、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、信号選択部により、
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か否かを検知する
ことにより、或いは、反射光像の位置、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た上で、3次元形状データ
作成部により、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。
In the present invention, the sub-pixel processing is performed by the shape data creation unit that creates the three-dimensional shape data of the object to be measured based on the output signal selected by the signal selection unit. That is, in the present invention, by the signal selection unit,
By detecting whether or not the width and maximum brightness of the reflected light image are within a predetermined range from the output signals of the two-dimensional light receiving element of the light receiving unit, or by detecting the position, width and maximum brightness of the reflected light image. By detecting whether or not it is within a predetermined range, an output signal for data creation is selected, and then the subpixel processing is performed by the three-dimensional shape data creation unit to obtain each distance data.

【0029】また、データ作成用の出力信号が選択でき
ないときは、信号選択部が測定不能を示す信号を出力
し、第2の制御部が測定不能を示す信号が出力された相
対位置に対して位置関係の修正を行っている。そのた
め、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。
When the output signal for data creation cannot be selected, the signal selection section outputs a signal indicating that measurement is impossible, and the second control section outputs the signal indicating that measurement is impossible with respect to the relative position. The positional relationship is being corrected. Therefore, erroneous shape measurement data is not created, and it is possible to know the measurement points that require remeasurement. Alternatively,
To be able to know the measurement point that needs re-measurement and to obtain the output signal for data creation by changing the relative position to the measurement point that needs re-measurement and performing the re-measurement. Therefore, more accurate shape measurement data can be obtained.

【0030】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。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

【0031】[0031]

【実施例】図4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4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上に取り付けられ、X方向に延びる
回転軸13cの回りに回動可能な回転ステージ13と、
回転ステージ13の上方において前記本体基板に取り付
けられ、Xステージ11表面に垂直なZ方向に移動可能
なZステージ14と、Zステージ14に取り付けられY
方向に延びる回転軸15cの回りに回動可能な回転ステ
ージ15と、回転ステージ15に取り付けられた光距離
測定器としてのレーザー変位計16とを備えている。
EXAMPLE FIG. 4 is a diagram schematically showing the overall configuration of the three-dimensional shape measuring apparatus of this example. As shown in FIG. 4, the three-dimensional shape measuring apparatus of this embodiment has an X stage 11 mounted on a main body substrate (not shown) and movable in the X direction.
And a rotary stage 13 mounted on the X stage 11 and rotatable about a rotary shaft 13c extending in the X direction,
A Z stage 14 attached to the main body substrate above the rotary stage 13 and movable in the Z direction perpendicular to the surface of the X stage 11, and a Y stage attached to the Z stage 14.
A rotary stage 15 rotatable about a rotary shaft 15c extending in the direction, and a laser displacement meter 16 as an optical distance measuring device attached to the rotary stage 15 are provided.

【0032】被測定物17は、回転ステージ13の上に
載せられる。本実施例では、これらのステージ11、1
3〜15がレーザー変位計16と被測定物17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を構成
している。なお、図4において、各ステージ11、13
〜15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、Xステージ11の可動部を11b、
回転ステージ13の固定部を13a、回転ステージ13
の可動部を13b、Zステージ14の固定部を14a、
Zステージ14の可動部を14b、回転ステージ15の
固定部を15a、回転ステージ15の可動部を15b
で、それぞれ示している。
The object to be measured 17 is placed on the rotary stage 13. In this embodiment, these stages 11, 1
3 to 15 constitute a position setting changing mechanism for setting and changing the relative position between the laser displacement meter 16 and the object to be measured 17. In FIG. 4, each stage 11, 13
X stage 11 to facilitate understanding of the movement of
11a for the fixed part of the X stage, 11b for the movable part of the X stage 11,
The fixed part of the rotary stage 13 is 13a, and the rotary stage 13 is
13b is a movable part of the Z stage 14, 14a is a fixed part of the Z stage 14,
The movable part of the Z stage 14 is 14b, the fixed part of the rotary stage 15 is 15a, and the movable part of the rotary stage 15 is 15b.
, Respectively.

【0033】レーザー変位計16は、被測定物17に対
してX方向に垂直なY方向に拡がったスリット状の照射
光を照射する照射部16aと、被測定物17からの反射
光を受光する受光部16bを有している。照射部16a
から照射されるレーザー光は、670nmの半導体レー
ザー光であるが、感度特性が大きい受光部16b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。
The laser displacement meter 16 receives the reflected light from the object to be measured 17 and the irradiation section 16a which irradiates the object to be measured 17 with slit-shaped irradiation light spread in the Y direction perpendicular to the X direction. It has a light receiving portion 16b. Irradiator 16a
The laser light emitted from the semiconductor laser light is a 670 nm semiconductor laser light, but by using the light receiving portion 16b having a large sensitivity characteristic, a laser having another wavelength can be used.

【0034】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。図には示していないが、受光部16b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、受光部16bとして例えばC
CDカメラを使用することができる。
In this embodiment, a semiconductor lens light is used as slit-shaped irradiation light by using a cylindrical lens. Therefore, the brightness does not decrease as in the case of using a slit to form a slit, and the size of the device does not increase as in the case of using a polygon mirror. Although not shown in the figure, the light receiving unit 16b has a two-dimensional light receiving sensor such as a two-dimensional CCD including a plurality of two-dimensionally arranged light receiving elements, and the light receiving unit 16b may be, for example, C
A CD camera can be used.

【0035】受光部16bの光軸まわりの位置関係は、
被測定物17の被測定面が照射光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受光部
16bの2次元受光センサ面7の走査線8に垂直になる
ように設定されている。また、本実施例の3次元形状測
定装置は、図4に示すように、各ステージ11、13〜
15の駆動モータ(不図示)を駆動するモータ駆動回路
18と、レーザー変位計16を駆動するセンサ駆動回路
19と、制御・処理部20と、測定者が制御・処理部2
0に各種の指令を与えるための入力部(例えば、キーボ
ード)21と、各ステージ11、13〜15の位置(ま
たは駆動量)を検出する位置検出器(例えばエンコー
ダ、不図示)と、を備えている。
The positional relationship of the light receiving portion 16b around the optical axis is
When the measured surface of the DUT 17 is a plane perpendicular to the optical axis of the irradiation light, the image of the reflected light from the DUT is displayed on the scanning line 8 of the two-dimensional light receiving sensor surface 7 of the light receiving unit 16b. It is set to be vertical. Further, the three-dimensional shape measuring apparatus of the present embodiment, as shown in FIG.
A motor drive circuit 18 for driving a drive motor (not shown) 15; a sensor drive circuit 19 for driving the laser displacement meter 16; a control / processing unit 20; and a measurer controlling / processing unit 2
An input unit (e.g., keyboard) 21 for giving various commands to 0, and a position detector (e.g., encoder, not shown) for detecting the position (or drive amount) of each stage 11, 13-15. ing.

【0036】ここで、制御・処理部20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18及びセンサ駆動回路19の動作を
制御する第3の制御部20a’’としての機能、相対
位置が所定の複数の相対位置となるように位置設定変更
機構(各ステージ11、13〜15)を制御する第1の
制御部20aとしての機能、 受光部16b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、或いは、
被測定物からの反射光像の位置、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機能、データ作成用の出力信号
が選択できないときは、測定不能を示す信号を出力する
機能(信号選択部20bとしての機能)、 測定不能を示す信号が出力された相対位置に対して位
置関係の修正を行うと共に修正した相対位置となるよう
に、前記位置設定変更機構を制御する第2の制御部20
a’としての機能、 信号選択部20b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
20bにより選択された出力信号と位置検出器からの出
力信号(各ステージ11、13〜15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20cとしての機能、などの各種の機能
を担う。
Here, the control / processing section 20 is composed of a microcomputer or the like having a built-in storage device, CPU, etc., not shown, and a third control section for controlling the operation of the motor drive circuit 18 and the sensor drive circuit 19. 20a '', a function as a first control unit 20a for controlling the position setting change mechanism (each stage 11, 13 to 15) so that the relative position becomes a plurality of predetermined relative positions, and a light receiving unit 16b. By detecting whether or not the width and maximum brightness of the reflected light image from the object to be measured are within a predetermined range by using the output signal of the constituting two-dimensional light receiving element, or
A function to select the output signal for data creation by detecting whether the position, width and maximum brightness of the reflected light image from the DUT are within the specified range, and the output signal for data creation cannot be selected At this time, the function of outputting a signal indicating that measurement is impossible (function as the signal selection unit 20b) is performed so that the relative position is corrected with respect to the relative position at which the signal indicating that measurement is not possible, and the corrected relative position is obtained. And a second controller 20 for controlling the position setting change mechanism.
The function as a ', the sub-pixel processing is performed based on the output signal selected by the signal selection unit 20b, and the output signal selected by the signal selection unit 20b and the output signal from the position detector (each stage 11 , 13 to 15 position detection signals)
Based on the above, various functions such as a function as the shape data creating unit 20c for creating three-dimensional shape data of the object to be measured are performed.

【0037】なお、本実施例では、形状データ作成部2
0cにて作成された3次元形状データは、これを利用す
るCAD装置22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、被測定物である歯科用模型(図3参
照)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1
7を回転ステージ13に仮り止めする。なお、図4で
は、歯科用模型(図3参照)を構成する1歯牙のみを被
測定物17として図示している。
In the present embodiment, the shape data creation unit 2
The three-dimensional shape data created at 0c is supplied to the CAD device 22 using this. Hereinafter, an example of the operation of the three-dimensional shape measuring apparatus of this embodiment will be described. First, since the measurement points necessary for the measurement of the dental model (see FIG. 3), which is the object to be measured, are the occlusal surface and the side surface of the tooth, the object to be measured 1 is placed so that the surface not requiring measurement is facing downward.
7 is temporarily fixed to the rotary stage 13. Note that, in FIG. 4, only one tooth forming the dental model (see FIG. 3) is illustrated as the object to be measured 17.

【0038】次に、測定者は、入力部21により制御・
処理部20に指令を与えることにより、初期設定を行
う。即ち、制御・処理部20は、入力部21からの指令
に従って、モータ駆動回路18を介して各ステージ1
1、13〜15を制御し、回転ステージ13は水平位置
のまま、回転ステージ15はレーザー変位計16の照射
部16aからのレーザー照射光がXステージ11表面に
垂直となる原点位置、Zステージ14は、標準的な被測
定物がレーザー変位計16の受光部16bの受光レンズ
(不図示)の焦点深度の中に収まる原点位置にセットす
る。また、レーザー変位計16の照射部16aからのス
リット状のレーザー照射光が被測定物17に照射される
範囲に来るように、Xステージ11を用いて、被測定物
17を移動させる。
Next, the measurer controls the input unit 21.
Initialization is performed by giving a command to the processing unit 20. That is, the control / processing unit 20 follows the instruction from the input unit 21 and outputs each stage 1 via the motor drive circuit 18.
1, 13 to 15 are controlled, while the rotary stage 13 remains in the horizontal position, the rotary stage 15 has the origin position at which the laser irradiation light from the irradiation unit 16a of the laser displacement meter 16 is perpendicular to the surface of the X stage 11, the Z stage 14. Is set to the origin position where the standard object to be measured is within the depth of focus of the light receiving lens (not shown) of the light receiving portion 16b of the laser displacement meter 16. Further, the object 17 to be measured is moved by using the X stage 11 so that the slit-shaped laser irradiation light from the irradiation unit 16 a of the laser displacement meter 16 is in a range where the object 17 is irradiated.

【0039】次に、測定者は、入力部21により、制御
・処理部20に測定開始指令を与える。この状態で、制
御・処理部20の中の第3の制御部20a’’は、測定
者により入力装置21から与えられた測定開始指令に応
答して、センサ駆動回路19に制御信号を与えて、照射
部16aから被測定物17にスリット光を照射させる。
そして、被測定物17の形状に沿った切断線が形成され
る。
Next, the measurer gives a measurement start command to the control / processing unit 20 through the input unit 21. In this state, the third control unit 20a ″ in the control / processing unit 20 responds to the measurement start command given from the input device 21 by the measurer and gives a control signal to the sensor drive circuit 19. The slit light is emitted from the irradiation unit 16a to the DUT 17.
Then, a cutting line along the shape of the DUT 17 is formed.

【0040】この切断線が受光部16b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1
6bの2次元受光センサの受光面7上には、切断線の像
6’が投影される。その結果、その像に応じた出力信号
が受光部16bの2次元受光センサから得られる。制御
・処理部20の中の信号選択部20bは、受光部16b
の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か否かを検知すること
により、或いは、反射光像の位置、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。
The cutting line is obliquely imaged by the light receiving section 16b. That is, as shown in FIG.
An image 6 ′ of the cutting line is projected on the light receiving surface 7 of the two-dimensional light receiving sensor 6b. As a result, an output signal corresponding to the image is obtained from the two-dimensional light receiving sensor of the light receiving unit 16b. The signal selection unit 20b in the control / processing unit 20 is the light receiving unit 16b.
From the output from the two-dimensional light receiving sensor, it is possible to detect whether the width and the maximum brightness of the reflected light image are within a predetermined range, or the position, the width and the maximum brightness of the reflected light image are within the predetermined range. The output signal for data creation is selected by detecting whether or not the output signal is within.

【0041】データ作成用の出力信号が選択できないと
きは、信号選択部20bは、測定不能を示す信号を出力
する。また、制御・処理部20の中の形状データ作成部
20cは、信号選択部20b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
て切断線の像6’のX1方向の中心位置を求め、そのデ
ータを各ステージ11、13〜15の位置データと対応
させてメモリ(不図示)に記憶させる。
When the output signal for data creation cannot be selected, the signal selection section 20b outputs a signal indicating that measurement is impossible. The shape data creation unit 20c in the control / processing unit 20 temporarily stores the output signal selected by the signal selection unit 20b in a frame memory (not shown). And
By performing the sub-pixel processing on the image data as the output signal, the center position of the image 6'of the cutting line in the X1 direction is obtained at each position in the Y1 direction, and the data is stored in each of the stages 11, 13 to. It is stored in a memory (not shown) in association with the 15 position data.

【0042】これで、一つの切断線に対する測定が終了
する。被測定物17の全体を測定するためには、即ち、
被測定面1a(図3参照)の全域での測定を行うために
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。測定により得られた
各データは、同様にメモリに記憶させる。
This completes the measurement for one cutting line. To measure the entire DUT 17, namely,
In order to perform the measurement on the entire surface 1a to be measured (see FIG. 3), the X stage 11 may be moved at a predetermined pitch and then the measurement may be repeated in the same procedure. Each data obtained by the measurement is similarly stored in the memory.

【0043】被測定物17の全域が所定のピッチで測定
できたならば(被測定面1a全域での測定ができたなら
ば)、測定不能を示す信号が出力された相対位置に対し
て第2の制御部20a’は、位置関係の修正を行うと共
に、修正した相対位置となるように前記位置設定変更機
構を制御する。相対位置の修正は、例えば、照射部16
aから被測定物17に照射するスリット光2の照射角が
元の相対位置の場合に対して90°回転した関係になる
ように修正すればよい(スリット光2aとする、図3参
照)が、これに限定されるものではない。
If the entire area of the object to be measured 17 can be measured at a predetermined pitch (if the entire surface of the object to be measured 1a can be measured), the first position relative to the relative position at which the signal indicating that measurement is impossible is output. The second control unit 20a 'corrects the positional relationship and controls the position setting changing mechanism so that the corrected relative position is obtained. The relative position is corrected by, for example, the irradiation unit 16
It may be corrected so that the irradiation angle of the slit light 2 irradiating the object to be measured 17 from a is rotated by 90 ° with respect to the original relative position (referred to as slit light 2a, see FIG. 3). , But is not limited to this.

【0044】修正した相対位置における各測定を同様に
行うことにより、或いは、測定及び相対位置変更を繰り
返すことにより、必要なすべての測定データを得ること
ができる。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測
定データを用いて、形状データ作成部20cは、被測定
物17の3次元形状データを作成する。
All necessary measurement data can be obtained by performing each measurement in the corrected relative position in the same manner or repeating the measurement and the relative position change. Each measurement data obtained by the measurement is similarly stored in the memory. Then, using each measurement data stored in the memory, the shape data creation unit 20c creates three-dimensional shape data of the DUT 17.

【0045】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、或いは、被測定物から
の反射光像の位置、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、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している。
In the three-dimensional shape measuring apparatus of this embodiment, by detecting whether the width and the maximum brightness of the reflected light image from the object to be measured are within a predetermined range, or by reflecting from the object to be measured. An output signal for data creation is selected by detecting whether the position, width, and maximum brightness of the light image are within a predetermined range, and the three-dimensional shape of the measured object is selected based on the selected output signal. Creating data.

【0046】即ち、本実施例では、信号選択部20bに
より、受光部16b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か否
かを検知することにより、或いは、反射光像の位置、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た上で、形状
データ作成部20c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。
That is, in this embodiment, the signal selection unit 20b detects whether or not the width and the maximum brightness of the reflected light image are within the predetermined range from the output signals of the two-dimensional light receiving element of the light receiving unit 16b. Or by detecting whether or not the position, width and maximum brightness of the reflected light image are within a predetermined range, the output signal for data creation is selected, and then the shape data creation unit 20c The sub-pixel processing is performed to obtain each distance data.

【0047】また、データ作成用の出力信号が選択でき
ないときは、信号選択部20bが測定不能を示す信号を
出力し、第2の制御部20a’が測定不能を示す信号が
出力された相対位置に対して位置関係の修正を行ってい
る。そのため、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。
When the output signal for data creation cannot be selected, the signal selector 20b outputs a signal indicating that measurement is impossible, and the second controller 20a 'outputs a signal indicating that measurement is impossible. The positional relationship has been corrected. Therefore, erroneous shape measurement data is not created, and it is possible to know the measurement points that require remeasurement. Alternatively, it is possible to know the measurement point that needs re-measurement and change the relative position to the measurement point that needs re-measurement and perform the re-measurement so that the output signal for data creation can be obtained. Therefore, more accurate shape measurement data can be obtained.

【0048】従って、本実施例の3次元形状測定装置で
は、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。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。
Therefore, in the three-dimensional shape measuring apparatus of this embodiment, the measurement error due to the inclination of the surface of the object to be measured is reduced, and the three-dimensional shape of the object to be measured is stably and accurately measured. be able to. Although the present embodiment has been described above, the present invention is not limited to this embodiment.

【0049】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各ステージ11、13〜15
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。
For example, although a single laser displacement meter (optical distance measuring device) is used in this embodiment, a plurality of laser displacement meters may be used. Further, in this embodiment, each stage 11, 13 to 15 is used as a position setting changing mechanism for setting and changing the relative position between the laser displacement meter and the object to be measured.
However, if the relative position can be set to a position necessary for obtaining a desired three-dimensional shape, any structure can be adopted as the position setting changing mechanism.

【0050】[0050]

【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。
As described in detail above, according to the three-dimensional shape measuring apparatus of the present invention, the measurement error caused by the inclination of the surface of the object to be measured is reduced, and the object to be measured can be stably and highly accurately. The three-dimensional shape of can be measured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【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。
FIG. 1 is a schematic side view for explaining a measurement principle according to the present invention.

【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。
2A and 2B are explanatory views (a) and (b) showing a state of an image projected on a light receiving surface of a light receiving section and an explanatory view (c) showing a luminance distribution in the X1 direction in the image.

【図3】は、実施例の被測定物である歯科用模型を示す
平面図である。
FIG. 3 is a plan view showing a dental model that is an object to be measured in the example.

【図4】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。
FIG. 4 is a diagram schematically showing an overall configuration of a three-dimensional shape measuring apparatus according to an embodiment.

【主要部分の符号の説明】[Explanation of symbols for main parts]

1・・・被測定物 1a’・・被測定物である歯科用模型の被測定面 2・・・スリット状の照射光 2a・・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 13・・回転ステージ 14・・Zステージ 15・・回転ステージ 16・・光距離測定器 16a・・照射部 16b・・受光部 17・・被測定物 18・・モータ駆動回路 19・・センサ駆動回路 20・・制御処理部 20a・・第1の制御部 20a’・・第2の制御部 20a’’・・第3の制御部 20b・・信号選択部 20c・・形状データ作成部 21・・入力部 22・・CAD装置 以 上 1 ... Object to be measured 1a '... Surface to be measured of dental model which is object to be measured 2 ... Slit-shaped irradiation light 2a ... Slit-shaped irradiation light 3 ... Irradiation section 3a ... Optical axis 4 of light 2 ... Light receiving section 4a ... Optical axis of light receiving section 5 ... Light receiving section 5a ... Optical axis of light receiving section 6 ... Reflected light image 6 '.・ Image of reflected light from the object to be measured 7 ・ ・ ・ Light receiving surface of two-dimensional light receiving element 8 ・ ・ ・ Scanning line 11 ・ ・ X stage 13 ・ ・ Rotating stage 14 ・ ・ Z stage 15 ・ ・ Rotating stage 16 ・ ・ Light Distance measuring device 16a ... Irradiation unit 16b ... Light receiving unit 17 ... Object to be measured 18 ... Motor drive circuit 19 ... Sensor drive circuit 20 ... Control processing unit 20a ... First control unit 20a '... 2 control unit 20a '' ... third control unit 20b ... signal selection unit 20c ... shape data creation 21 ... input section 22 ·· CAD system than on the

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【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、 前記相対位置が所定の複数の相対位置となるように前記
位置設定変更機構を制御する第1の制御部と、 各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であり、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
信号を出力する機能を有する信号選択部と、 前記信号選択部から測定不能を示す信号が出力された相
対位置に対して修正を行うと共に、修正した相対位置と
なるように前記位置設定変更機構を制御する第2の制御
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。
1. A light receiving unit having at least an irradiation unit for irradiating an object to be measured with slit-shaped irradiation light and a two-dimensional light receiving sensor including a plurality of light receiving elements arranged two-dimensionally, the irradiation unit comprising: An optical distance measuring device including a light receiving section that receives reflected light from the object to be measured by light on the two-dimensional light receiving sensor, and a relative position between the optical distance measuring device and the object to be measured is set. And a position setting changing mechanism to be changed, a first control unit for controlling the position setting changing mechanism so that the relative position becomes a plurality of predetermined relative positions, and an output signal of the two-dimensional light receiving sensor at each relative position. Is a signal selection unit that selects an output signal for data creation by detecting whether or not the width and maximum brightness of the reflected light image from the DUT are within a predetermined range. Output signal can be selected When there is no signal, the signal selecting unit having a function of outputting a signal indicating that measurement is impossible, and the relative position at which the signal indicating that measurement is impossible are output from the signal selecting unit, and the corrected relative position is obtained. Based on the output signal selected by the second control unit for controlling the position setting change mechanism, and the signal selection unit,
A three-dimensional shape measuring apparatus comprising: a shape data creating unit that creates three-dimensional shape data of the object to be measured.
【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、 前記相対位置が所定の複数の相対位置となるように前記
位置設定変更機構を制御する第1の制御部と、 各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位置、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であり、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能を有する信号選択部と、 前記信号選択部から測定不能を示す信号が出力された相
対位置に対して位置の修正を行うと共に、修正した相対
位置となるように前記位置設定変更機構を制御する第2
の制御部と、 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。
2. A light receiving unit having at least an irradiation unit for irradiating an object to be measured with slit-shaped irradiation light and a two-dimensional light receiving sensor including a plurality of light receiving elements arranged two-dimensionally, An optical distance measuring device including a light receiving section that receives reflected light from the object to be measured by light on the two-dimensional light receiving sensor, and a relative position between the optical distance measuring device and the object to be measured is set. And a position setting changing mechanism to be changed, a first control unit for controlling the position setting changing mechanism so that the relative position becomes a plurality of predetermined relative positions, and an output signal of the two-dimensional light receiving sensor at each relative position. Is a signal selection unit that selects an output signal for data creation by detecting whether or not the position, width and maximum brightness of the reflected light image from the DUT are within a predetermined range. Select the output signal for creation When not possible, a signal selecting unit having a function of outputting a signal indicating that measurement is impossible, and performing a position correction with respect to the relative position at which a signal indicating that measurement is impossible is output from the signal selecting unit, and the corrected relative position Second for controlling the position setting changing mechanism so that
Based on the output signal selected by the control unit and the signal selection unit,
A three-dimensional shape measuring apparatus comprising: a shape data creating unit that creates three-dimensional shape data of the object to be measured.
【請求項3】 前記位置設定変更機構及び前記照射部の
動作を制御する第3の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1または2記載の3次元形状
測定装置。
3. A third control unit for controlling operations of the position setting changing mechanism and the irradiation unit, and a position detecting mechanism for detecting a position or a driving amount of the position setting changing mechanism. The three-dimensional shape measuring device according to claim 1 or 2.
【請求項4】 前記スリット状の照射光は、半導体レー
ザー光をシリンドリカルレンズによりスリット状にした
照射光であることを特徴とする請求項1〜3記載の3次
元形状測定装置。
4. The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the slit-shaped irradiation light is irradiation light in which a semiconductor laser light is slit-shaped by a cylindrical lens.
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