JPH0843044A - ３次元座標測定装置 - Google Patents
３次元座標測定装置Info
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- JPH0843044A JPH0843044A JP6174502A JP17450294A JPH0843044A JP H0843044 A JPH0843044 A JP H0843044A JP 6174502 A JP6174502 A JP 6174502A JP 17450294 A JP17450294 A JP 17450294A JP H0843044 A JPH0843044 A JP H0843044A
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- Japan
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- dimensional
- slit
- end point
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- slit light
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 物体と図面の比較や物体同士の比較を容易
に、かつ正確に行う。 【構成】 コンピュータ２４では、スリット像の端点の
位置近傍を自動的に求めるに際し、スリット光源と２次
元ＣＣＤセンサとが両者間の位置関係を保持した状態で
少しずつ移動するように直交三軸アクチュエータ１４及
び旋回アクチュエータ部１６を制御し、各移動位置で得
られる２次元受光手段の出力信号に基づいて各移動位置
での端点位置を求め、これらの平均値を端点の２次元座
標値として決定する。これにより、スリット光の僅かな
光量変化や画素の感度のばらつきによる測定の誤差が、
測定位置を変えた測定値の平均化によって抑制される。
に、かつ正確に行う。 【構成】 コンピュータ２４では、スリット像の端点の
位置近傍を自動的に求めるに際し、スリット光源と２次
元ＣＣＤセンサとが両者間の位置関係を保持した状態で
少しずつ移動するように直交三軸アクチュエータ１４及
び旋回アクチュエータ部１６を制御し、各移動位置で得
られる２次元受光手段の出力信号に基づいて各移動位置
での端点位置を求め、これらの平均値を端点の２次元座
標値として決定する。これにより、スリット光の僅かな
光量変化や画素の感度のばらつきによる測定の誤差が、
測定位置を変えた測定値の平均化によって抑制される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、３次元座標測定装置に
係り、特に、対象物表面の３次元座標を三角測量の測定
原理により高速で測定する３次元座標測定装置に関す
る。
係り、特に、対象物表面の３次元座標を三角測量の測定
原理により高速で測定する３次元座標測定装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】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、このスリット光源により対
象物表面に形成される光切断線を撮影するＴＶカメラと
を備え、三角測量の測定原理により対象物表面の３次元
座標を高速で測定する３次元座標測定装置が特開昭６４
−７８１０９号公報に開示されている。
で投光するスリット光源と、このスリット光源により対
象物表面に形成される光切断線を撮影するＴＶカメラと
を備え、三角測量の測定原理により対象物表面の３次元
座標を高速で測定する３次元座標測定装置が特開昭６４
−７８１０９号公報に開示されている。
【０００３】この公報の第１０７頁左下欄第６行目〜第
１０行目には、「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３次元座標測定を
行うことにより、対象物の姿勢検出や丸穴測定などを高
速で行うことができる。」と記載されている。
１０行目には、「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３次元座標測定を
行うことにより、対象物の姿勢検出や丸穴測定などを高
速で行うことができる。」と記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開昭６４−７８１０９号公報に開示されたような３次元
座標測定装置にあっては、測定値はＴＶカメラの画素の
位置で決まってしまうので、画素に対応する測定座標値
は等間隔でなく、かつ切りの悪い値となる。このため、
物体と図面との比較や、物体同士の比較において、比較
の対応点を見つけることが困難であるという不都合があ
った。
開昭６４−７８１０９号公報に開示されたような３次元
座標測定装置にあっては、測定値はＴＶカメラの画素の
位置で決まってしまうので、画素に対応する測定座標値
は等間隔でなく、かつ切りの悪い値となる。このため、
物体と図面との比較や、物体同士の比較において、比較
の対応点を見つけることが困難であるという不都合があ
った。
【０００５】また、寸法測定で最も重要な（必要度の高
い）端点、即ち測定値が急激に変化する点で、スリット
光の僅かな光量変化や画素毎の受光感度の違いにより測
定値の誤差が大きくなってしまい、このことが比較の対
応点を一層見つけ難くしている。
い）端点、即ち測定値が急激に変化する点で、スリット
光の僅かな光量変化や画素毎の受光感度の違いにより測
定値の誤差が大きくなってしまい、このことが比較の対
応点を一層見つけ難くしている。
【０００６】本発明は、上記事情の下になされたもの
で、その目的は、物体と図面の比較や物体同士の比較を
容易に、かつ正確に行うことができる３次元座標測定装
置を提供することにある。
で、その目的は、物体と図面の比較や物体同士の比較を
容易に、かつ正確に行うことができる３次元座標測定装
置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
Ｘ，Ｙ座標軸をそれぞれ等間隔のピッチに採り、その位
置に対応するＺ座標値を補間により得、対象物の各端点
の３次元（Ｘ、Ｙ、Ｚ）座標を測定基準点からの距離と
して測定する３次元座標測定装置であって、対象物表面
に向けスリット光を投光するスリット光源と、前記スリ
ット光の光軸に対して所定角度傾斜した状態で設けら
れ、その受光面に前記対象物表面上に形成されるスリッ
ト像を受光する２次元受光手段と、スリット光源と前記
２次元受光手段の位置関係を保持しつつその全体を移動
させる移動手段と、前記受光手段の出力信号を前記スリ
ット像に対応する２次元座標データ列に変換し、この変
換後の座標データ列に基づいて所定の演算を行って対象
物の各端点の３次元（Ｘ、Ｙ、Ｚ）座標を測定基準点か
らの距離として演算すると共に、前記移動手段を制御す
る演算制御手段と、を備え、前記演算制御手段が、スリ
ット像の各端点の位置近傍を自動的に求めるに際し、前
記スリット光源と前記２次元受光手段とが両者間の位置
関係を保持した状態で少しずつ移動するように前記移動
手段を制御すると共に、各移動位置で得られる前記受光
手段の出力信号に基づいて各移動位置での端点位置を求
め、これらの平均値をその端点の２次元座標値として決
定することを特徴とする。
Ｘ，Ｙ座標軸をそれぞれ等間隔のピッチに採り、その位
置に対応するＺ座標値を補間により得、対象物の各端点
の３次元（Ｘ、Ｙ、Ｚ）座標を測定基準点からの距離と
して測定する３次元座標測定装置であって、対象物表面
に向けスリット光を投光するスリット光源と、前記スリ
ット光の光軸に対して所定角度傾斜した状態で設けら
れ、その受光面に前記対象物表面上に形成されるスリッ
ト像を受光する２次元受光手段と、スリット光源と前記
２次元受光手段の位置関係を保持しつつその全体を移動
させる移動手段と、前記受光手段の出力信号を前記スリ
ット像に対応する２次元座標データ列に変換し、この変
換後の座標データ列に基づいて所定の演算を行って対象
物の各端点の３次元（Ｘ、Ｙ、Ｚ）座標を測定基準点か
らの距離として演算すると共に、前記移動手段を制御す
る演算制御手段と、を備え、前記演算制御手段が、スリ
ット像の各端点の位置近傍を自動的に求めるに際し、前
記スリット光源と前記２次元受光手段とが両者間の位置
関係を保持した状態で少しずつ移動するように前記移動
手段を制御すると共に、各移動位置で得られる前記受光
手段の出力信号に基づいて各移動位置での端点位置を求
め、これらの平均値をその端点の２次元座標値として決
定することを特徴とする。
【０００８】
【作用】請求項１記載の発明によれば、予め設定された
位置に置かれた対象物の基準位置で決定される３次元直
交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）のＸＺ平面又はＹＺ平面にスリ
ット光が平行となるように、演算制御手段によって移動
手段が制御される。
位置に置かれた対象物の基準位置で決定される３次元直
交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）のＸＺ平面又はＹＺ平面にスリ
ット光が平行となるように、演算制御手段によって移動
手段が制御される。
【０００９】この状態でスリット光源からスリット光が
対象物表面に投光されると、対象物表面に光切断線の像
（スリット像）が形成され、このスリット像が２次元受
光手段で受光される。演算制御手段では、この２次元受
光手段の出力信号をスリット像に対応する２次元座標デ
ータ列に変換し、この変換後の座標データ列に基づいて
所定の演算を行って対象物の各端点の３次元（Ｘ、Ｙ、
Ｚ）座標を測定基準点からの距離として演算する。この
際、演算制御手段では、Ｘ，Ｙ座標軸をそれぞれ等間隔
のピッチに採り、その位置に対応するＺ座標値を補間に
より得る。
対象物表面に投光されると、対象物表面に光切断線の像
（スリット像）が形成され、このスリット像が２次元受
光手段で受光される。演算制御手段では、この２次元受
光手段の出力信号をスリット像に対応する２次元座標デ
ータ列に変換し、この変換後の座標データ列に基づいて
所定の演算を行って対象物の各端点の３次元（Ｘ、Ｙ、
Ｚ）座標を測定基準点からの距離として演算する。この
際、演算制御手段では、Ｘ，Ｙ座標軸をそれぞれ等間隔
のピッチに採り、その位置に対応するＺ座標値を補間に
より得る。
【００１０】この場合において、演算制御手段では、ス
リット像の端点の位置近傍を自動的に求めるに際し、ス
リット光源と２次元受光手段とが両者間の位置関係を保
持した状態で少しずつ移動するように移動手段を制御
し、各移動位置で得られる２次元受光手段の出力信号に
基づいて各移動位置での端点位置を求め、これらの平均
値を端点の２次元座標値として決定する。
リット像の端点の位置近傍を自動的に求めるに際し、ス
リット光源と２次元受光手段とが両者間の位置関係を保
持した状態で少しずつ移動するように移動手段を制御
し、各移動位置で得られる２次元受光手段の出力信号に
基づいて各移動位置での端点位置を求め、これらの平均
値を端点の２次元座標値として決定する。
【００１１】これにより、スリット光の僅かな光量変化
や画素の感度のばらつきによる測定の誤差が、測定位置
を変えた測定値の平均化によって抑制される。
や画素の感度のばらつきによる測定の誤差が、測定位置
を変えた測定値の平均化によって抑制される。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１ないし図８に
基づいて説明する。
基づいて説明する。
【００１３】図１には、一実施例に係る３次元測定装置
の全体構成が示されている。この３次元測定装置は、ベ
ース１２上に配置された移動手段としての直交三軸アク
チュエータ１４と、この直交三軸アクチュエータ１４の
一端（図１における左端）に別の移動手段としての旋回
アクチュエータ部１６を介して保持されたレンジファイ
ンダ１８と、このレンジファインダ１８から下方に所定
距離隔ててベース１２上に配置された測定物治具２０
と、直交三軸アクチュエータ１４にケーブル２２を介し
て接続されたコンピュータ２４と、このコンピュータ２
４に接続されたディスプレイ２６、テレビモニタ２８及
びキーボード３０とを有している。
の全体構成が示されている。この３次元測定装置は、ベ
ース１２上に配置された移動手段としての直交三軸アク
チュエータ１４と、この直交三軸アクチュエータ１４の
一端（図１における左端）に別の移動手段としての旋回
アクチュエータ部１６を介して保持されたレンジファイ
ンダ１８と、このレンジファインダ１８から下方に所定
距離隔ててベース１２上に配置された測定物治具２０
と、直交三軸アクチュエータ１４にケーブル２２を介し
て接続されたコンピュータ２４と、このコンピュータ２
４に接続されたディスプレイ２６、テレビモニタ２８及
びキーボード３０とを有している。
【００１４】測定物治具２０上には、予め定められた基
準位置に基準ブロック３２が配置され、また、その基準
位置が予め設定された位置となるように、この基準ブロ
ック３２から所定距離隔てた位置に対象物（測定対象
物）９０が配置されている。
準位置に基準ブロック３２が配置され、また、その基準
位置が予め設定された位置となるように、この基準ブロ
ック３２から所定距離隔てた位置に対象物（測定対象
物）９０が配置されている。
【００１５】前記直交三軸アクチュエータ１４は、ベー
ス１２上に固定された土台部３４と、この土台部３４の
上面に図１紙面直交方向に所定距離隔てて立設された一
対の支持部材３６（図１では、紙面手前側のみが示され
ている）と、これらの支持部材３６に直交して配設され
ると共にＺ軸方向（図１における紙面上下方向）及びＹ
軸方向（図１における紙面直交方向）に往復移動可能に
構成された第１アクチュエータ３８と、この第１アクチ
ュエータ３８にＸ軸方向（図１における紙面左右方向）
に往復移動可能に装備された第２アクチュエータ４０と
から構成されている。
ス１２上に固定された土台部３４と、この土台部３４の
上面に図１紙面直交方向に所定距離隔てて立設された一
対の支持部材３６（図１では、紙面手前側のみが示され
ている）と、これらの支持部材３６に直交して配設され
ると共にＺ軸方向（図１における紙面上下方向）及びＹ
軸方向（図１における紙面直交方向）に往復移動可能に
構成された第１アクチュエータ３８と、この第１アクチ
ュエータ３８にＸ軸方向（図１における紙面左右方向）
に往復移動可能に装備された第２アクチュエータ４０と
から構成されている。
【００１６】また、旋回アクチュエータ部１６は、第２
アクチュエータ４０の先端に取り付けられたＺ軸旋回ア
クチュエータ４２と、このＺ軸旋回アクチュエータ４２
によってＺ軸回りに旋回される旋回板４４の下端に取付
け部材４６を介して取付けられたＸ軸旋回アクチュエー
タ４８とを含んで構成されている。このＸ軸旋回アクチ
ュエータ４８には、前述したレンジファインダ１８が取
付けられ、Ｘ軸旋回アクチュエータ４８によってＸ軸回
りに旋回駆動されるようになっている。
アクチュエータ４０の先端に取り付けられたＺ軸旋回ア
クチュエータ４２と、このＺ軸旋回アクチュエータ４２
によってＺ軸回りに旋回される旋回板４４の下端に取付
け部材４６を介して取付けられたＸ軸旋回アクチュエー
タ４８とを含んで構成されている。このＸ軸旋回アクチ
ュエータ４８には、前述したレンジファインダ１８が取
付けられ、Ｘ軸旋回アクチュエータ４８によってＸ軸回
りに旋回駆動されるようになっている。
【００１７】前記各アクチュエータ３８，４０，４２，
４８は、図示しないそれぞれの駆動手段によって移動が
許容された方向に駆動されるようになっており、各駆動
手段がコンピュータ２４によって制御されるように構成
されている。
４８は、図示しないそれぞれの駆動手段によって移動が
許容された方向に駆動されるようになっており、各駆動
手段がコンピュータ２４によって制御されるように構成
されている。
【００１８】従って、Ｘ軸旋回アクチュエータ４８に取
り付けられたレンジファインダ１８は、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方
向の往復移動及びＸ，Ｚ軸回りの旋回が可能な構成とな
っている。
り付けられたレンジファインダ１８は、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方
向の往復移動及びＸ，Ｚ軸回りの旋回が可能な構成とな
っている。
【００１９】レンジファインダ１８は、図２に示される
ように、スリット光１００を投光する投光源としての投
光器５４と、この投光器５４から投光されるスリット光
１００の光軸に対し所定角度傾斜した状態でその受光部
５６が配置されたＴＶカメラ５８とを備えている。
ように、スリット光１００を投光する投光源としての投
光器５４と、この投光器５４から投光されるスリット光
１００の光軸に対し所定角度傾斜した状態でその受光部
５６が配置されたＴＶカメラ５８とを備えている。
【００２０】前記投光器５４は、レーザ光源６０と、こ
のレーザ光源６０からのレーザ光を平行光に変換するコ
リメートレンズ６２と、このコリメートレンズ６２によ
り平行光とされたレーザビームをスリット光１００に変
換する円筒レンズ６４等から構成される。
のレーザ光源６０からのレーザ光を平行光に変換するコ
リメートレンズ６２と、このコリメートレンズ６２によ
り平行光とされたレーザビームをスリット光１００に変
換する円筒レンズ６４等から構成される。
【００２１】前記ＴＶカメラ５８の受光部５６は、より
詳細には、スリット光１００の光軸に対し所定角度傾斜
した状態で円筒状のホルダ６６に保持された受光レンズ
６８と、この受光レンズ６８を介してスリット光１００
により対象物９０表面上に形成される光切断線の像（以
下、「スリット像」という）が結像される２次元受光手
段としての２次元ＣＣＤセンサ７０とから構成されてい
る。
詳細には、スリット光１００の光軸に対し所定角度傾斜
した状態で円筒状のホルダ６６に保持された受光レンズ
６８と、この受光レンズ６８を介してスリット光１００
により対象物９０表面上に形成される光切断線の像（以
下、「スリット像」という）が結像される２次元受光手
段としての２次元ＣＣＤセンサ７０とから構成されてい
る。
【００２２】また、この２次元ＣＣＤセンサ７０は、照
射されたスリット光１００の位置及び光強度に応じた電
気信号を画像処理回路７２に出力するようになってい
る。この画像処理回路７２は、２次元ＣＣＤセンサ７０
から走査ライン毎に出力されるビデオ信号を（照射され
たスリット光１００の位置及び光強度に応じた電気信
号）を所定の基準レベルと比較して当該基準レベル以上
の光強度を持つ範囲のビデオ信号のみを光点の２次元座
標列に変換してコンピュータ２４に出力するようになっ
ている。本実施例では、この画像処理回路７２とコンピ
ュータ２４とによって演算制御手段が構成されている。
射されたスリット光１００の位置及び光強度に応じた電
気信号を画像処理回路７２に出力するようになってい
る。この画像処理回路７２は、２次元ＣＣＤセンサ７０
から走査ライン毎に出力されるビデオ信号を（照射され
たスリット光１００の位置及び光強度に応じた電気信
号）を所定の基準レベルと比較して当該基準レベル以上
の光強度を持つ範囲のビデオ信号のみを光点の２次元座
標列に変換してコンピュータ２４に出力するようになっ
ている。本実施例では、この画像処理回路７２とコンピ
ュータ２４とによって演算制御手段が構成されている。
【００２３】前記基準ブロック３２はレンジファインダ
１８の位置決め用で、測定の最初に基準ブロック３２を
測定することにより、Ｘ，Ｙ，Ｚ各軸の方向と位置
（Ｘ，Ｙ，Ｚ座標系）を自動で決めることができるよう
になっている。
１８の位置決め用で、測定の最初に基準ブロック３２を
測定することにより、Ｘ，Ｙ，Ｚ各軸の方向と位置
（Ｘ，Ｙ，Ｚ座標系）を自動で決めることができるよう
になっている。
【００２４】次に、上記のように構成された３次元座標
計測装置１０による測定時の作用について説明する。
計測装置１０による測定時の作用について説明する。
【００２５】まず、測定開始の前提として、基準ブロッ
ク３２が測定され、Ｘ，Ｙ，Ｚ各軸の方向と位置（Ｘ，
Ｙ，Ｚ座標系）が自動的に決められているものとする。
ク３２が測定され、Ｘ，Ｙ，Ｚ各軸の方向と位置（Ｘ，
Ｙ，Ｚ座標系）が自動的に決められているものとする。
【００２６】測定対象物９０の基準位置で決まる３次元
直交座標系を（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とする。この座標系のＸＺ
平面又はＹＺ平面と、スリット光１００の面が平行とな
るように、コンピュータ２４では前記アクチュエータ３
８，４０，４２，４８を駆動する図示しない駆動手段を
制御する。これにより、各アクチュエータ（３８，４
０，４２，４８）がそれぞれの駆動手段により駆動さ
れ、レンジファインダ１８が所定の位置に位置決めされ
る。この状態で投光器５４からスリット光１００が投光
されると、このスリット光１００により対象物９０表面
上に形成されたスリット像が受光レンズ６８を介して２
次元ＣＣＤセンサ７０で受光され、測定が行われる。
直交座標系を（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とする。この座標系のＸＺ
平面又はＹＺ平面と、スリット光１００の面が平行とな
るように、コンピュータ２４では前記アクチュエータ３
８，４０，４２，４８を駆動する図示しない駆動手段を
制御する。これにより、各アクチュエータ（３８，４
０，４２，４８）がそれぞれの駆動手段により駆動さ
れ、レンジファインダ１８が所定の位置に位置決めされ
る。この状態で投光器５４からスリット光１００が投光
されると、このスリット光１００により対象物９０表面
上に形成されたスリット像が受光レンズ６８を介して２
次元ＣＣＤセンサ７０で受光され、測定が行われる。
【００２７】この測定により、レンジファインダ１８、
より具体的には２次元ＣＣＤセンサ７０で決まる２次元
直交座標系（ｙ，ｚ）の座標値で４８４点（走査線毎）
の座標データが１回の測定で得られる。
より具体的には２次元ＣＣＤセンサ７０で決まる２次元
直交座標系（ｙ，ｚ）の座標値で４８４点（走査線毎）
の座標データが１回の測定で得られる。
【００２８】ここで、（ｙ，ｚ）は（Ｘ，Ｚ）（又は
（Ｙ，Ｚ））に対応し、それぞれ、 Ｘ＝ｙ＋Ｘa ，Ｙ＝Ｙa ，Ｚ＝ｚ＋Ｚa ……（１） （又は、Ｘ＝Ｘa ，Ｙ＝ｙ＋Ｙa ，Ｚ＝ｚ＋Ｚa ）によ
り（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に容易に変換できる。
（Ｙ，Ｚ））に対応し、それぞれ、 Ｘ＝ｙ＋Ｘa ，Ｙ＝Ｙa ，Ｚ＝ｚ＋Ｚa ……（１） （又は、Ｘ＝Ｘa ，Ｙ＝ｙ＋Ｙa ，Ｚ＝ｚ＋Ｚa ）によ
り（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に容易に変換できる。
【００２９】ここで、Ｘa ，Ｙa ，Ｚa は ３次元直交
座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）におけるレンジファインダ１８の
測定原点，即ち２次元ＣＣＤセンサの原点｛（ｙ，ｚ）
＝（０，０）｝に対応する座標値である。
座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）におけるレンジファインダ１８の
測定原点，即ち２次元ＣＣＤセンサの原点｛（ｙ，ｚ）
＝（０，０）｝に対応する座標値である。
【００３０】このとき、コンピュータ２４では、ｙに対
応しないＹ＝Ｙa （又はｙに対応しないＸ＝Ｘa ）は切
りの良い値（例えば、１ｍｍ，０．１ｍｍ，０．０１ｍ
ｍなどの単位）と成るように、直交三軸アクチュエータ
１４及び旋回アクチュエータ部１６を構成する各アクチ
ュエータ（３８，４０，４２，４８）でレンジファイン
ダ１８を位置決めして測定する。
応しないＹ＝Ｙa （又はｙに対応しないＸ＝Ｘa ）は切
りの良い値（例えば、１ｍｍ，０．１ｍｍ，０．０１ｍ
ｍなどの単位）と成るように、直交三軸アクチュエータ
１４及び旋回アクチュエータ部１６を構成する各アクチ
ュエータ（３８，４０，４２，４８）でレンジファイン
ダ１８を位置決めして測定する。
【００３１】コンピュータ２４では、上記の測定で得ら
れた画像処理回路７２の出力である２次元座標列データ
を上記のように変換して得られたＸ＝ｙ＋Ｘa ，Ｙ＝Ｙ
a ，Ｚ＝ｚ＋Ｚa にスムージング（移動平均など）を施
した後、周知の３次スプライン又は単純補間により、ｙ
に対応するＸ＝ｙ＋Ｘa （又はＹ＝ｙ＋Ｙa ）を、例え
ば１ｍｍ，０．１ｍｍ，０．０１ｍｍなどの切りの良い
単位の値とした時のｚを求める。
れた画像処理回路７２の出力である２次元座標列データ
を上記のように変換して得られたＸ＝ｙ＋Ｘa ，Ｙ＝Ｙ
a ，Ｚ＝ｚ＋Ｚa にスムージング（移動平均など）を施
した後、周知の３次スプライン又は単純補間により、ｙ
に対応するＸ＝ｙ＋Ｘa （又はＹ＝ｙ＋Ｙa ）を、例え
ば１ｍｍ，０．１ｍｍ，０．０１ｍｍなどの切りの良い
単位の値とした時のｚを求める。
【００３２】この測定及びデータ処理により、図３
（Ａ）に示されるような等間隔の格子点（Ｘ，Ｙ）上で
の測定対象物のＺ位置（図３（Ｂ）中の・印）を測定す
ることができる。
（Ａ）に示されるような等間隔の格子点（Ｘ，Ｙ）上で
の測定対象物のＺ位置（図３（Ｂ）中の・印）を測定す
ることができる。
【００３３】図２に示されるような対象物９０を例にと
ると、通常はＡ点等の端点の位置を正確に測定する必要
がある。
ると、通常はＡ点等の端点の位置を正確に測定する必要
がある。
【００３４】この時の測定画像（モニタ画像）は図４の
ようになり、Ａ点付近で測定値が急激に変化するため、
ｚの方向の測定値の変化により自動でＡ点付近を見つけ
ることができる。
ようになり、Ａ点付近で測定値が急激に変化するため、
ｚの方向の測定値の変化により自動でＡ点付近を見つけ
ることができる。
【００３５】この変化点付近の画像を拡大した図５にお
いて、スリット像は、僅かなスリット光１００の明るさ
の差で像１（実線）となったり、像２（点線）となった
りする。このため、測定値が急激に変化する点がｙ方
向、即ちＪ方向で１画素ずれることがある。
いて、スリット像は、僅かなスリット光１００の明るさ
の差で像１（実線）となったり、像２（点線）となった
りする。このため、測定値が急激に変化する点がｙ方
向、即ちＪ方向で１画素ずれることがある。
【００３６】２次元ＣＣＤセンサ７０から各走査線毎に
出力されるビデオ信号（光量信号）に基づいてスリット
像の明るさの累積値（図６の（Ａ）参照）を算出し、端
方向にこの累積値の変化量を求めると、例えば、図６の
（Ｂ）のようになる。
出力されるビデオ信号（光量信号）に基づいてスリット
像の明るさの累積値（図６の（Ａ）参照）を算出し、端
方向にこの累積値の変化量を求めると、例えば、図６の
（Ｂ）のようになる。
【００３７】コンピュータ２４ではこの累積値の変化量
の山より、山の重心位置のＪ方向の値ｊを演算により求
める。ところで、Ｊは走査線単位で整数値であるが、ｊ
は走査線間の値をも採るため実数である。即ち、２次元
ＣＣＤセンサ７０の受光面全体で考えると、ｙは画素に
対応した値を採るため整数値であるが、ｊでのｙ方向の
値ｙj は実数である。
の山より、山の重心位置のＪ方向の値ｊを演算により求
める。ところで、Ｊは走査線単位で整数値であるが、ｊ
は走査線間の値をも採るため実数である。即ち、２次元
ＣＣＤセンサ７０の受光面全体で考えると、ｙは画素に
対応した値を採るため整数値であるが、ｊでのｙ方向の
値ｙj は実数である。
【００３８】そこで、コンピュータ２４ではその前後の
画素の値ｙ値より、ｊでのｙ方向の値ｙj を補間して求
める。このｙj を端点のｙ座標値とする。即ち、スリッ
ト像は一定の幅をもつが、理想的な形状測定のために
は、幅を持たないスリット像を測定する必要があるた
め、上記のような手法を採用して近似的に幅を持たない
スリット像の端点の値としてｙj を求めるのである。こ
のようにすれば、対象物９０の端点の位置をレンジファ
インダ１８の公称の測定精度内で測定することができ
る。
画素の値ｙ値より、ｊでのｙ方向の値ｙj を補間して求
める。このｙj を端点のｙ座標値とする。即ち、スリッ
ト像は一定の幅をもつが、理想的な形状測定のために
は、幅を持たないスリット像を測定する必要があるた
め、上記のような手法を採用して近似的に幅を持たない
スリット像の端点の値としてｙj を求めるのである。こ
のようにすれば、対象物９０の端点の位置をレンジファ
インダ１８の公称の測定精度内で測定することができ
る。
【００３９】更に、本実施例では、この端点の位置ｊ
（即ちｙj ）の測定精度を上げるため、図８のフローチ
ャートに示されるように、測定しようとする対象物９０
の端点を複数回（５〜３０回：スリット像の周囲が滑ら
かな場合ほど、回数を少なくすることができ、凸凹して
いるほど回数を多くしなければならない）測定してその
平均のｊを求めるようにしている。
（即ちｙj ）の測定精度を上げるため、図８のフローチ
ャートに示されるように、測定しようとする対象物９０
の端点を複数回（５〜３０回：スリット像の周囲が滑ら
かな場合ほど、回数を少なくすることができ、凸凹して
いるほど回数を多くしなければならない）測定してその
平均のｊを求めるようにしている。
【００４０】即ち、上記のような測定を、それぞれレン
ジファインダ１８をｙ方向へ僅かに移動させた複数
（ｎ）箇所で行う（ステップ１０２、１０４、１０
６）。レンジファインダ１８の移動範囲は、正規位置に
対し±１〜１．５画素で、＋側と−側での測定回数を同
じにする。このような測定を、＋側と−側で５回ずつ繰
り返し行った場合、スリット像の画像は図７に示される
実線（太い線）と２点鎖線のようになる。なお、ステッ
プ１０２における位置決めは、最初の測定時におけるレ
ンジファインダ１８の位置決めを意味し、微小距離移動
は、２回目移行の測定時における位置決めを意味する。
ジファインダ１８をｙ方向へ僅かに移動させた複数
（ｎ）箇所で行う（ステップ１０２、１０４、１０
６）。レンジファインダ１８の移動範囲は、正規位置に
対し±１〜１．５画素で、＋側と−側での測定回数を同
じにする。このような測定を、＋側と−側で５回ずつ繰
り返し行った場合、スリット像の画像は図７に示される
実線（太い線）と２点鎖線のようになる。なお、ステッ
プ１０２における位置決めは、最初の測定時におけるレ
ンジファインダ１８の位置決めを意味し、微小距離移動
は、２回目移行の測定時における位置決めを意味する。
【００４１】コンピュータ２４では、このようにして複
数（ｎ）回の測定で得られた各測定位置での端点値とし
てｙj1〜ｙjnの平均を求め、これを端点の値ｙj として
決定する（ステップ１０８）。
数（ｎ）回の測定で得られた各測定位置での端点値とし
てｙj1〜ｙjnの平均を求め、これを端点の値ｙj として
決定する（ステップ１０８）。
【００４２】そして、最後にコンピュータ２４では、こ
の得られたｙj ＝ｙを用いて端点の（Ｘ，Ｙ，Ｚ）座表
値を前述した式（１）に基づいて決定する（ステップ１
１０）。
の得られたｙj ＝ｙを用いて端点の（Ｘ，Ｙ，Ｚ）座表
値を前述した式（１）に基づいて決定する（ステップ１
１０）。
【００４３】以上説明した本実施例によると、スリット
光１００の僅かな光量変化や画素の感度のばらつきによ
る測定誤差を、撮像位置を変えた測定値の平均化によっ
て抑えることができ、実験では端点位置の繰り返し測定
の精度は、レンジファインダ１８の測定精度に比べ、格
段に（１０倍以上）良くなることが確認された。
光１００の僅かな光量変化や画素の感度のばらつきによ
る測定誤差を、撮像位置を変えた測定値の平均化によっ
て抑えることができ、実験では端点位置の繰り返し測定
の精度は、レンジファインダ１８の測定精度に比べ、格
段に（１０倍以上）良くなることが確認された。
【００４４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
演算制御手段では、Ｘ，Ｙ座標軸をそれぞれ等間隔のピ
ッチに採り、その位置に対応するＺ座標値を補間により
得ることにより、対象物の各端点の３次元座標を測定
し、スリット像の端点の位置近傍を自動的に求めるに際
し、スリット光源と２次元受光手段とが両者間の位置関
係を保持した状態で少しずつ移動するように移動手段を
制御し、各移動位置で得られる２次元受光手段の出力信
号に基づいて各移動位置での端点位置を求め、これらの
平均値を端点の座標値として決定する。
演算制御手段では、Ｘ，Ｙ座標軸をそれぞれ等間隔のピ
ッチに採り、その位置に対応するＺ座標値を補間により
得ることにより、対象物の各端点の３次元座標を測定
し、スリット像の端点の位置近傍を自動的に求めるに際
し、スリット光源と２次元受光手段とが両者間の位置関
係を保持した状態で少しずつ移動するように移動手段を
制御し、各移動位置で得られる２次元受光手段の出力信
号に基づいて各移動位置での端点位置を求め、これらの
平均値を端点の座標値として決定する。
【００４５】従って、画素に対応する測定値座標を等間
隔の値として得ることができると共に、端点測定に際し
スリット光の僅かな光量変化や画素の感度のばらつきに
よる測定の誤差が、測定位置を変えた測定値の平均化に
よって抑制され、これによって測定精度を飛躍的に向上
させることが出来、物体と図面の比較や物体同士の比較
を容易に、かつ正確に行うことが可能になるという、従
来にない優れた効果がある。
隔の値として得ることができると共に、端点測定に際し
スリット光の僅かな光量変化や画素の感度のばらつきに
よる測定の誤差が、測定位置を変えた測定値の平均化に
よって抑制され、これによって測定精度を飛躍的に向上
させることが出来、物体と図面の比較や物体同士の比較
を容易に、かつ正確に行うことが可能になるという、従
来にない優れた効果がある。
【図１】一実施例に係る３次元座標測定装置の全体構成
を示す正面図である。
を示す正面図である。
【図２】図１のレンジファインダの内部構成を概略的に
示す図である。
示す図である。
【図３】図１の装置による測定時の作用を説明するため
の図であって、（Ａ）は等間隔のＸ，Ｙ格子上に表され
た測定対象物のＸＹ断面を示す図、（Ｂ）は（Ａ）に対
応するＺ座標を示す図である。
の図であって、（Ａ）は等間隔のＸ，Ｙ格子上に表され
た測定対象物のＸＹ断面を示す図、（Ｂ）は（Ａ）に対
応するＺ座標を示す図である。
【図４】図２に示される対象物９０の測定画像を示す図
である。
である。
【図５】図５のｚ方向の測定値の変化点近傍を拡大して
示す線図である。
示す線図である。
【図６】２次元ＣＣＤセンサから各走査線毎に出力され
るビデオ信号に基づいて算出されたスリット像の明るさ
の累積値及びその変化量の一例を示す線図である。
るビデオ信号に基づいて算出されたスリット像の明るさ
の累積値及びその変化量の一例を示す線図である。
【図７】複数回の繰り返し測定を行った場合の図５に対
応する線図である。
応する線図である。
【図８】端点の位置を決定するためのコンピュータの制
御アルゴリズムを示すフローチャートである。
御アルゴリズムを示すフローチャートである。
１０ ３次元座標測定装置 １４ 直交三軸アクチュエータ（移動手段） １６ 旋回アクチュエータ部（移動手段） ２４ コンピュータ（演算制御手段の一部）） ５４ スリット光源 ７０ ２次元ＣＣＤセンサ（２次元受光手段） ７２ 画像処理回路（演算制御手段の一部） ９０ 対象物 １００ スリット光
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０６Ｔ 7/00 1/00
Claims (1)
- 【請求項１】Ｘ，Ｙ座標軸をそれぞれ等間隔のピッチに
採り、その位置に対応するＺ座標値を補間により得、対
象物の各端点の３次元（Ｘ、Ｙ、Ｚ）座標を測定基準点
からの距離として測定する３次元座標測定装置であっ
て、 対象物表面に向けスリット光を投光するスリット光源
と、 前記スリット光の光軸に対して所定角度傾斜した状態で
設けられ、その受光面に前記対象物表面上に形成される
スリット像を受光する２次元受光手段と、 スリット光源と前記２次元受光手段の位置関係を保持し
つつその全体を移動させる移動手段と、 前記受光手段の出力信号を前記スリット像に対応する２
次元座標データ列に変換し、この変換後の座標データ列
に基づいて所定の演算を行って対象物の各端点の３次元
（Ｘ、Ｙ、Ｚ）座標を測定基準点からの距離として演算
すると共に、前記移動手段を制御する演算制御手段と、
を備え、 前記演算制御手段が、スリット像の各端点の位置近傍を
自動的に求めるに際し、前記スリット光源と前記２次元
受光手段とが両者間の位置関係を保持した状態で少しず
つ移動するように前記移動手段を制御すると共に、各移
動位置で得られる前記受光手段の出力信号に基づいて各
移動位置での端点位置を求め、これらの平均値をその端
点の２次元座標値として決定することを特徴とした３次
元座標測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6174502A JPH0843044A (ja) | 1994-07-26 | 1994-07-26 | ３次元座標測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6174502A JPH0843044A (ja) | 1994-07-26 | 1994-07-26 | ３次元座標測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0843044A true JPH0843044A (ja) | 1996-02-16 |
Family
ID=15979627
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6174502A Pending JPH0843044A (ja) | 1994-07-26 | 1994-07-26 | ３次元座標測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0843044A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102375343A (zh) * | 2010-08-18 | 2012-03-14 | 上海微电子装备有限公司 | 一种工作台位置测量系统 |
| KR101303050B1 (ko) * | 2009-07-15 | 2013-09-04 | 주식회사 포스코 | 표면 검사 장치 및 이를 이용한 표면 검사 방법 |
| CN104786646A (zh) * | 2015-04-09 | 2015-07-22 | 中国电子科技集团公司第四十五研究所 | 一种多方位镜头ccd调节装置 |
| CN106767535A (zh) * | 2017-01-10 | 2017-05-31 | 杭州汉振科技有限公司 | 非接触式复合测量仪及其测量方法 |
| CN111829436A (zh) * | 2019-04-23 | 2020-10-27 | 卡尔蔡司工业测量技术有限公司 | 用于控制坐标测量机器的方法以及坐标测量机器 |
-
1994
- 1994-07-26 JP JP6174502A patent/JPH0843044A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101303050B1 (ko) * | 2009-07-15 | 2013-09-04 | 주식회사 포스코 | 표면 검사 장치 및 이를 이용한 표면 검사 방법 |
| CN102375343A (zh) * | 2010-08-18 | 2012-03-14 | 上海微电子装备有限公司 | 一种工作台位置测量系统 |
| CN104786646A (zh) * | 2015-04-09 | 2015-07-22 | 中国电子科技集团公司第四十五研究所 | 一种多方位镜头ccd调节装置 |
| CN106767535A (zh) * | 2017-01-10 | 2017-05-31 | 杭州汉振科技有限公司 | 非接触式复合测量仪及其测量方法 |
| CN111829436A (zh) * | 2019-04-23 | 2020-10-27 | 卡尔蔡司工业测量技术有限公司 | 用于控制坐标测量机器的方法以及坐标测量机器 |
| CN111829436B (zh) * | 2019-04-23 | 2022-08-09 | 卡尔蔡司工业测量技术有限公司 | 用于控制坐标测量机器的方法以及坐标测量机器 |
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