JPH0886622A - Apparatus for measuring shape - Google Patents
Apparatus for measuring shapeInfo
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- JPH0886622A JPH0886622A JP6247091A JP24709194A JPH0886622A JP H0886622 A JPH0886622 A JP H0886622A JP 6247091 A JP6247091 A JP 6247091A JP 24709194 A JP24709194 A JP 24709194A JP H0886622 A JPH0886622 A JP H0886622A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、計測対象物の三次元形
状を光学的手段を用いて非接触で計測する形状計測装置
に関し、更に詳細には、スキャナの駆動とレーザ光の点
滅パターンとに補正を施して測定精度を向上させ測定時
間を短縮したことを特徴とする形状計測装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a shape measuring apparatus for measuring a three-dimensional shape of an object to be measured in a non-contact manner by using optical means. More specifically, the invention relates to driving a scanner and a blinking pattern of laser light. The present invention relates to a shape measuring apparatus characterized in that measurement accuracy is improved by shortening the measurement time by correcting the measurement.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、代表的な光学的形状計測方法の一
つとして空間コード化法が知られている。空間コード化
法は、計測機側に投光装置を有し、投光した光の計測対
象による反射光を計測する能動的計測法の一つである。
従来の空間コード化法による形状計測装置の一例とし
て、特開平５−３３２７３７号公報に開示されているも
のを図９を参照して説明する。図９の形状計測装置は、
レーザ光源８７と、レーザ光をスリット形に整形するレ
ンズ系８８と、整形されたレーザ光を計測対象物Ｑに走
査して照射するスキャニング装置８９と、計測対象物Ｑ
による反射光を検出するＣＣＤカメラ８１と、これらを
制御するコントロール部８２とを有している。2. Description of the Related Art Conventionally, a spatial coding method is known as one of typical optical shape measuring methods. The spatial coding method is one of the active measurement methods in which a measuring device has a light projecting device and measures reflected light from a measurement target of projected light.
As an example of a conventional shape measuring apparatus using the spatial coding method, the one disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-332737 will be described with reference to FIG. The shape measuring device of FIG.
A laser light source 87, a lens system 88 that shapes the laser light into a slit shape, a scanning device 89 that scans and irradiates the measured object Q with the shaped laser light, and a measurement object Q.
It has a CCD camera 81 for detecting the reflected light by and a control section 82 for controlling these.
【０００３】レーザ光源８７は、所定の規則に従って点
滅するように制御されている。従って、計測対象物Ｑの
表面には、レーザ光が照射された部分と照射されなかっ
た部分との縞模様が生ずる。スキャニング装置８９によ
るレーザ光の走査は、ＣＣＤカメラ８１の１フレーム分
の蓄積時間内に１回の走査が行なわれるようになってい
るので、１フレーム分の画像データには計測対象物Ｑの
縞模様状のデータが蓄積される。そして、異なる点滅パ
ターンによる複数回の走査がなされると、異なる複数の
縞模様データが空間コードごとに蓄えられる。これらの
縞模様データに基づき、コントロール部８２に内蔵され
る演算装置が三角測量の原理を利用して各画素に対応す
る計測対象物Ｑ上の点の座標を算出し、形状が計測され
る。この形状計測装置は、レーザ光源８７を点滅させる
ことにより、機械的なパターンマスク及びその入れ替え
操作を不要として、装置の小形化と迅速な計測とを実現
しようとするものである。The laser light source 87 is controlled to blink according to a predetermined rule. Therefore, on the surface of the measuring object Q, a striped pattern is formed between a portion irradiated with laser light and a portion not irradiated with laser light. Since the scanning of the laser light by the scanning device 89 is performed once within the accumulation time of one frame of the CCD camera 81, the stripe of the measurement object Q is included in the image data of one frame. Pattern data is accumulated. Then, when scanning is performed a plurality of times with different blinking patterns, a plurality of different striped pattern data are stored for each spatial code. Based on these striped pattern data, the arithmetic unit incorporated in the control unit 82 calculates the coordinates of the point on the measurement object Q corresponding to each pixel using the principle of triangulation, and the shape is measured. This shape measuring apparatus is intended to realize the downsizing of the apparatus and the quick measurement by blinking the laser light source 87 without the need for a mechanical pattern mask and its replacement operation.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
形状計測装置によってもなお解決されないいくつかの問
題点があった。第１に、スキャニング装置８９によるレ
ーザ光の角度偏向の精度の問題がある。計測対象物Ｑ上
の点座標の算出にはレーザ光の偏向角度のデータを使用
するので、これに誤差があることにより、算出された座
標も誤差を含むこととなり形状計測の精度が低下するか
らである。スキャニング装置８９は、例えばガルバノミ
ラーまたはポリゴンミラーのような反射鏡を所定のパタ
ーンで揺動させるものであるが、一般には高精度の揺動
運動を得にくいことからかかる問題を生ずる。反射鏡の
揺動角度の精度が低いのは、慣性その他の理由による駆
動に対する時間遅れ等の非線形関係があるためと考えら
れる。However, there are some problems that cannot be solved even by the above-mentioned shape measuring device. First, there is a problem of accuracy of angular deflection of laser light by the scanning device 89. Since the data of the deflection angle of the laser light is used to calculate the point coordinates on the measurement object Q, if there is an error in this, the calculated coordinates will also include an error, and the accuracy of shape measurement will decrease. Is. The scanning device 89 oscillates a reflecting mirror such as a galvano mirror or a polygon mirror in a predetermined pattern. However, in general, it is difficult to obtain a highly accurate oscillating motion, which causes such a problem. The accuracy of the swing angle of the reflecting mirror is considered to be low because of a non-linear relationship such as time delay with respect to driving due to inertia or other reasons.
【０００５】図３に、指令値に対する反射鏡の実際の追
従角度の関係を示す。図３では、横軸に時間をとり、縦
軸に角度をとっている。実線で示す三角波形の指令値に
対し、破線で示す追従値が時間的にやや遅れていること
が理解できる。この時間遅れが偏向角度のデータの無視
できない誤差要因となるために、形状計測の精度低下を
招くのである。FIG. 3 shows the relationship between the command value and the actual follow-up angle of the reflecting mirror. In FIG. 3, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents angle. It can be understood that the follow-up value shown by the broken line is slightly behind in time the command value of the triangular waveform shown by the solid line. This time delay causes a non-negligible error factor of the deflection angle data, which leads to a decrease in accuracy of shape measurement.
【０００６】第２に、空間コードが計測の基準面（ＣＣ
Ｄカメラ８１の光軸に垂直な面）上等間隔でないという
問題がある。この問題は、前記した偏向角度の非線形性
によるものではない。空間コードとは、図１０に示すよ
うに、スキャニング装置８９により分散されるレーザ光
の角度範囲をレーザ光の点滅間隔で分割したときの各区
切りごとの基準面上での位置に付与した一連番号のこと
である。レーザ光の点滅は時間的に等間隔で行なうのが
最も制御しやすいことはいうまでもないが、その場合に
は図１０中にφで示す各角度が等しくなる一方、基準面
上での各区間幅（図中ｌ1〜ｌ6）は一定にならない。空
間コードの番号が大きいほどスキャニング装置８９から
基準面までの距離が大きくなり、かつ、レーザ光と基準
面との交差角が小さくなるからである。Second, the spatial code is a reference plane for measurement (CC
There is a problem that they are not evenly spaced on the surface perpendicular to the optical axis of the D camera 81. This problem is not due to the non-linearity of the deflection angle described above. As shown in FIG. 10, the space code is a serial number assigned to a position on the reference plane for each division when the angular range of the laser light dispersed by the scanning device 89 is divided by the blinking interval of the laser light. That is. Needless to say, it is easiest to control the blinking of the laser light at equal intervals in time. In that case, the angles indicated by φ in FIG. The section width (l 1 to l 6 in the figure) is not constant. This is because the larger the space code number, the larger the distance from the scanning device 89 to the reference plane and the smaller the angle of intersection between the laser beam and the reference plane.
【０００７】このために、基準面において、スキャニン
グ装置８９からの距離が遠い部分と近い部分とでは、Ｃ
ＣＤカメラ８１に取り込まれる空間コードのコード幅に
差が生ずる。従って、距離が遠くなるにつれて空間コー
ドデータの分解能が粗くなる。このため、空間分解能を
視野上で一意的に定めることができず、機械的パターン
マスクを不要としたことの効果が十分活かされない。ま
た、視野内においてレーザ光の照度が不均一となる問題
点もある。図１１に示すように、スリット形のレーザ光
の広がり角ωが一定であっても、スキャニング装置８９
からの距離の遠近により、スリット光の長さｄ1、ｄ2に
差を生じるからである。このため、ＣＣＤカメラ８１で
取り込む輝度値が視野内で一定とならず、測定条件とし
ては理想的でない。For this reason, in the reference plane, the distance C from the scanning device 89 is far from the distance C from the scanning device 89.
A difference occurs in the code width of the space code taken in by the CD camera 81. Therefore, the resolution of the spatial code data becomes coarser as the distance increases. Therefore, the spatial resolution cannot be uniquely determined in the visual field, and the effect of eliminating the need for the mechanical pattern mask cannot be fully utilized. There is also a problem in that the illuminance of the laser light becomes non-uniform within the field of view. As shown in FIG. 11, even if the spread angle ω of the slit-shaped laser light is constant, the scanning device 89
This is because there is a difference in the lengths d 1 and d 2 of the slit light depending on the distance from. Therefore, the brightness value captured by the CCD camera 81 is not constant within the field of view, and is not ideal as a measurement condition.
【０００８】本発明は、前記従来技術の問題点を解決す
るためになされたものであり、その目的とするところ
は、レーザ光の偏向角度の誤差を予めキャリブレートし
てこれを考慮した補正をしつつ座標演算を行なうととも
に、計測の基準面上で等間隔をなすようにレーザ光の点
滅間隔を制御して演算処理を単純化することにより、測
定精度を向上して、空間分解能や照度を均一化した形状
計測装置を提供することにある。The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art. The object of the present invention is to calibrate an error in the deflection angle of laser light in advance and perform correction in consideration of the error. While performing coordinate calculation while controlling the blinking interval of the laser light so that it is evenly spaced on the reference plane for measurement and simplifying the calculation process, the measurement accuracy is improved and the spatial resolution and illuminance are uniform. It is to provide a simplified shape measuring device.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
本発明の形状計測装置（１）は、スリット状に整形され
たレーザ光を点滅して発生するレーザ光源と、前記レー
ザ光を被測定面に置いた被測定物体に向けて偏向走査す
る偏向照射装置と、前記レーザ光の照射により被測定物
体の表面に生じるストライプパターンを撮像する撮像手
段とを有する形状計測装置であって、前記偏向照射装置
による測定範囲全体にわたる偏向走査が前記撮像手段の
１フレーム分の撮像時間に行われるように前記偏向照射
装置を駆動する駆動手段と、前記駆動手段による駆動信
号と前記偏向照射装置の実際の偏向角との間の非線形関
係を補正するように前記駆動手段の駆動信号の発信を調
整する駆動タイミング手段と、前記撮像手段による撮像
データと偏向角データとから被測定物体の形状を算出す
る形状演算手段とを有する構成とされる。In order to achieve the above object, a shape measuring apparatus (1) of the present invention comprises a laser light source for generating a slit-shaped laser beam by blinking it, and the laser beam to be measured. A shape measuring device comprising: a deflection irradiating device that deflects and scans an object to be measured placed on a surface; and an image capturing unit that captures an image of a stripe pattern generated on the surface of the object to be measured by the irradiation of the laser beam. Driving means for driving the deflection irradiation device so that deflection scanning by the irradiation device over the entire measurement range is performed in the imaging time of one frame of the imaging means, a drive signal by the driving means, and an actual deflection irradiation device Drive timing means for adjusting the transmission of the drive signal of the drive means so as to correct the non-linear relationship with the deflection angle, the image pickup data by the image pickup means and the deflection angle data. It is configured to have a shape operation means for calculating the shape of the measured object from the data.
【００１０】また、本発明の形状計測装置（２）は、
（１）の形状計測装置であって、前記駆動タイミング手
段が、被測定物体がない状態で前記撮像手段の光軸に垂
直な基準面のみの計測を行ったときの前記撮像手段によ
る撮像データから、駆動信号の補正量を算出することを
特徴とする。また、本発明の形状計測装置（３）は、
（１）または（２）の形状計測装置であって、前記レー
ザ光により被測定物体の表面に生じるストライプパター
ンが前記撮像手段の光軸に垂直な基準面上等間隔をなす
ように前記レーザ光源の点滅発光を制御する点滅タイミ
ング手段を有し、前記形状演算手段が、撮像データと偏
向角データとから空間座標系における位置座標を算出す
ることにより被測定物体の形状を決定することを特徴と
する構成とされる。Further, the shape measuring device (2) of the present invention is
The shape measuring apparatus according to (1), wherein the drive timing means measures the image data of the image pickup means when only the reference plane perpendicular to the optical axis of the image pickup means is measured in the absence of the object to be measured. , The amount of correction of the drive signal is calculated. Further, the shape measuring device (3) of the present invention is
The shape measuring apparatus according to (1) or (2), wherein the laser light source is such that stripe patterns generated on the surface of the object to be measured by the laser light are evenly spaced on a reference plane perpendicular to the optical axis of the image pickup means. Blinking timing means for controlling blinking light emission, and the shape calculation means determines the shape of the object to be measured by calculating the position coordinates in the spatial coordinate system from the imaging data and the deflection angle data. It is configured to do.
【００１１】また、本発明の形状計測装置（４）は、
（３）の形状計測装置であって、前記点滅タイミング手
段が、被測定物体がない状態で前記基準面のみの計測を
行ったときの前記撮像手段による撮像データから、スト
ライプパターンが前記基準面上等間隔をなす点滅パター
ンを決定することを特徴とする。The shape measuring apparatus (4) of the present invention is
In the shape measuring apparatus according to (3), the flashing timing means has a stripe pattern on the reference surface based on image data obtained by the image capturing means when the reference surface is measured in the absence of an object to be measured. It is characterized by determining blinking patterns that are evenly spaced.
【００１２】また、本発明の形状計測装置（５）は、
（３）または（４）の形状計測装置であって、前記レー
ザ光源の点滅発光パターンを偏向走査１回ごとに変更す
る点滅パターン変更手段と、前記撮像手段による撮像デ
ータを複数フレーム分格納可能な画像データ記憶手段と
を有し、前記形状演算手段が、異なる点滅パターンによ
り撮像された複数の撮像データとそれぞれに対応する偏
向角データとに基づいて被測定物体の形状を算出するこ
とを特徴とする構成とされる。また、本発明の形状計測
装置（６）は、（５）の形状計測装置であって、前記点
滅パターン変更手段がグレイコードに従いレーザ光源の
点滅発光パターンを変更することを特徴とする。The shape measuring apparatus (5) of the present invention is
The shape measuring apparatus according to (3) or (4), wherein blinking pattern changing means for changing the blinking light emission pattern of the laser light source for each deflection scan, and the image pickup data by the image pickup means can be stored for a plurality of frames. Image data storage means, wherein the shape calculation means calculates the shape of the object to be measured based on a plurality of imaging data captured by different blinking patterns and deflection angle data corresponding to each of the plurality of imaging data. It is configured to do. The shape measuring apparatus (6) of the present invention is the shape measuring apparatus according to (5), characterized in that the blinking pattern changing means changes the blinking light emitting pattern of the laser light source according to a gray code.
【００１３】[0013]
【作用】前記の構成を有する本発明の形状計測装置
（１）では、レーザ光源が点滅して発生するスリット状
のレーザ光が、偏向照射装置により被測定物体に向けて
偏向走査して照射される。そして、撮像手段の１フレー
ム分の撮像時間に測定範囲全体にわたる偏向走査が行わ
れるように駆動手段が偏向照射装置を駆動するので、被
測定物体の表面に生ずるストライプパターンが、撮像手
段に撮像される。ここで、駆動タイミング手段が、駆動
手段による駆動信号と偏向照射装置の実際の偏向角との
間の非線形関係を補正するように駆動手段の駆動信号の
発信を調整しているので、偏向照射装置は理想的な動き
を示す。そして、撮像手段の撮像データと実際の偏向角
データとから形状演算手段が被測定物体の形状を算出す
る。In the shape measuring device (1) of the present invention having the above-mentioned structure, the slit-shaped laser light generated by the blinking of the laser light source is deflected and scanned toward the object to be measured by the deflection irradiation device and is irradiated. It Then, the driving means drives the deflection irradiation device so that the deflection scanning is performed over the entire measurement range during the image pickup time of one frame of the image pickup means, so that the stripe pattern generated on the surface of the object to be measured is imaged by the image pickup means. It Here, since the drive timing means adjusts the transmission of the drive signal of the drive means so as to correct the nonlinear relationship between the drive signal by the drive means and the actual deflection angle of the deflection irradiation apparatus, the deflection irradiation apparatus Indicates ideal movement. Then, the shape calculation means calculates the shape of the object to be measured from the image pickup data of the image pickup means and the actual deflection angle data.
【００１４】また、本発明の形状計測装置（２）では、
被測定物体がない状態で計測を行い、そのデータから駆
動タイミング手段が駆動信号の補正量を算出する。ま
た、本発明の形状計測装置（３）では、点滅タイミング
手段が、基準面上等間隔にストライプパターンが生ずる
ようにレーザ光の点滅発光を制御しており、形状演算手
段は撮像データと偏向角データとから空間座標系におけ
る位置座標を算出する。また、本発明の形状計測装置
（４）では、被測定物体がない状態で計測を行い、その
データから点滅タイミング手段が等間隔にストライプパ
ターンを生ずる点滅パターンを決定する。Further, in the shape measuring device (2) of the present invention,
The measurement is performed in the absence of the measured object, and the drive timing means calculates the correction amount of the drive signal from the data. Further, in the shape measuring apparatus (3) of the present invention, the blinking timing means controls the blinking emission of the laser light so that the stripe pattern is generated at equal intervals on the reference plane, and the shape calculating means is the imaging data and the deflection angle. The position coordinate in the spatial coordinate system is calculated from the data. Further, in the shape measuring apparatus (4) of the present invention, the measurement is performed in the absence of the object to be measured, and the blinking timing means determines the blinking pattern that produces the stripe pattern at equal intervals from the data.
【００１５】また、本発明の形状計測装置（５）では、
点滅パターン変更手段がレーザ光源の点滅発光パターン
を偏向走査１回ごとに変更し、異なる点滅パターンによ
る複数フレームの撮像データが画像データ記憶手段に格
納される。そして、かかる複数の撮像データとそれぞれ
の対応する偏向角データとに基づき、形状演算手段が被
測定物体の形状を算出する。また、本発明の形状計測装
置（６）では、点滅パターン変更手段はグレイコードに
従ってレーザ光源の点滅発光パターンを変更する。Further, in the shape measuring apparatus (5) of the present invention,
The blinking pattern changing means changes the blinking light emitting pattern of the laser light source every deflection scanning, and the image data of a plurality of frames with different blinking patterns are stored in the image data storage means. Then, the shape calculation means calculates the shape of the object to be measured based on the plurality of imaging data and the corresponding deflection angle data. Further, in the shape measuring device (6) of the present invention, the blinking pattern changing means changes the blinking light emitting pattern of the laser light source according to the gray code.
【００１６】[0016]
【実施例】以下、本発明の形状計測装置を具体化した一
実施例を図面を参照しながら詳細に説明する。図１に、
本実施例に係る形状計測装置の概略構成を示す。図１に
示す形状計測装置は、照射系Ｌと撮像系Ｐと制御系Ｃと
に大別される。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT An embodiment of the shape measuring apparatus of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. In Figure 1,
1 shows a schematic configuration of a shape measuring apparatus according to this embodiment. The shape measuring apparatus shown in FIG. 1 is roughly divided into an irradiation system L, an imaging system P, and a control system C.
【００１７】照射系Ｌは、レーザ光を発生するレーザ光
源１と、レーザ光源１が発生するレーザ光をスリット形
に整形するレンズ系２と、スリット形に整形されたレー
ザ光を偏向して被測定物Ｑ上を走査するように照射させ
る偏向照射装置３とを有している。レーザ光源１は、半
導体レーザ、気体レーザ、固体レーザ、液体レーザ等公
知のレーザ光源であれば何でもよいが、装置の小形化お
よび高速スイッチングが可能であることという観点から
半導体レーザが最も適している。偏向照射装置３は、レ
ンズ系２でスリット形に整形されたレーザ光を被測定物
Ｑに向けて反射するものであり、揺動または回転運動し
て反射光４を偏向走査し、被測定物Ｑ上を走査する機能
を有している。かかる機能を有する偏向照射装置３とし
ては、公知のガルバノミラーやポリゴンミラー等が考え
られる。The irradiation system L includes a laser light source 1 for generating a laser beam, a lens system 2 for shaping the laser beam generated by the laser light source 1 into a slit shape, and a laser beam shaped into the slit shape for deflection. A deflection irradiation device 3 for irradiating the measurement object Q so as to scan it is included. The laser light source 1 may be any known laser light source such as a semiconductor laser, a gas laser, a solid-state laser, and a liquid laser, but the semiconductor laser is most suitable from the viewpoint that the device can be downsized and high-speed switching can be performed. . The deflection irradiation device 3 reflects the laser light shaped into a slit shape by the lens system 2 toward the object to be measured Q, and swings or rotates to deflect and scan the reflected light 4 to measure the object to be measured. It has a function of scanning on Q. As the deflection irradiation device 3 having such a function, a known galvanometer mirror, polygon mirror, or the like can be considered.
【００１８】撮像系Ｐは、被測定物Ｑ上に照射されるレ
ーザ光４の像を撮像するＣＣＤカメラ６と、被測定物Ｑ
とＣＣＤカメラ６との間にあってバックグラウンド光等
のノイズ成分を除去するフィルター５とを有している。
バックグラウンド光が十分少ない環境下で使用する場合
にはフィルター５はなくてもよい。制御系Ｃは、演算処
理装置１０を中心に、レーザ光源１におけるレーザ光の
点滅発光を制御する点滅制御部Ｆと、偏向照射装置３の
変更走査を制御する偏向角制御部Ｓと、ＣＣＤカメラ６
が撮像した被測定物Ｑの画像データの記憶や処理を行う
画像処理部Ｄとを有している。演算処理装置１０は、公
知のＣＰＵにＲＯＭやＲＡＭを組み合わせたものであ
る。The image pickup system P includes a CCD camera 6 for picking up an image of the laser beam 4 irradiated on the object to be measured Q, and the object to be measured Q.
And a CCD camera 6 and a filter 5 for removing noise components such as background light.
The filter 5 may be omitted when used in an environment where the background light is sufficiently small. The control system C is centered on the arithmetic processing unit 10, a blinking control unit F that controls blinking and emitting of laser light in the laser light source 1, a deflection angle control unit S that controls change scanning of the deflection irradiation device 3, and a CCD camera. 6
And an image processing unit D that stores and processes the image data of the object to be measured Q captured. The arithmetic processing unit 10 is a combination of a known CPU and a ROM or a RAM.
【００１９】点滅制御部Ｆは、レーザ光源１のレーザ発
振を司る発振アンプ７と、発振アンプ７に送信する点滅
信号のデータを蓄える点滅パターンメモリ８と、点滅の
同期を司るタイミング回路９とを有している。偏向角制
御部Ｓは、偏向照射装置３に駆動信号を送信する駆動ア
ンプ１１と、偏向照射装置３に最適な動作をさせるため
の駆動パターンのデータを蓄える駆動パターンメモリ１
２と、駆動の同期を司るタイミング回路１３とを有して
いる。画像処理部Ｄは、ＣＣＤカメラ６で撮像した画像
データをデジタル化するＡ／Ｄ変換器１４と、そのデー
タの記憶等を行うメモリ類１５、１６、１７と、データ
の比較演算を行う演算部１８と、位置情報の発生を行う
デコーダ１９とを有している。The blinking control section F includes an oscillation amplifier 7 that controls the laser oscillation of the laser light source 1, a blinking pattern memory 8 that stores data of a blinking signal that is transmitted to the oscillation amplifier 7, and a timing circuit 9 that controls blinking synchronization. Have The deflection angle control unit S includes a drive amplifier 11 that transmits a drive signal to the deflection irradiation device 3, and a drive pattern memory 1 that stores drive pattern data for causing the deflection irradiation device 3 to perform an optimum operation.
2 and a timing circuit 13 that controls driving synchronization. The image processing unit D includes an A / D converter 14 for digitizing image data captured by the CCD camera 6, memories 15, 16 and 17 for storing the data, and an arithmetic unit for performing a data comparison operation. 18 and a decoder 19 for generating position information.
【００２０】次に、前記概略構成を有する形状計測装置
の作用を説明する。まず、偏向照射装置３及び偏向角制
御部Ｓの作用を説明する。偏向角制御部Ｓの駆動アンプ
１１は、ＣＣＤカメラ６における１フレーム分の撮像時
間内に測定範囲全体にわたって偏向走査がなされるよう
に偏向照射装置３に駆動信号を送信することを基本機能
とするものである。ここでタイミング回路１３は、ＣＣ
Ｄカメラ６の映像取り込みタイミングに同期して、駆動
パターン読み出し信号を発生する。この信号に基づき駆
動パターンメモリ１２が、駆動アンプ１１に駆動指令を
送信する。Next, the operation of the shape measuring apparatus having the above-mentioned schematic structure will be described. First, the operation of the deflection irradiation device 3 and the deflection angle control unit S will be described. The drive amplifier 11 of the deflection angle control unit S has a basic function of transmitting a drive signal to the deflection irradiation device 3 so that deflection scanning is performed over the entire measurement range within an imaging time of one frame in the CCD camera 6. It is a thing. Here, the timing circuit 13 is CC
A drive pattern read signal is generated in synchronization with the video capture timing of the D camera 6. Based on this signal, the drive pattern memory 12 transmits a drive command to the drive amplifier 11.
【００２１】この駆動指令は、予めキャリブレーション
して設定したデータにより行われる。駆動アンプ１１に
よる指令値に対する偏向照射装置３の実際の追従角度が
図３に示したような時間遅れを有することからこれを補
正するためのデータが必要となるからである。更にいえ
ば、偏向照射装置３の時間遅れは計測周波数による影響
や個体差もあり理論的に正しく求めることが困難なの
で、予めキャリブレーションして設定する必要があるの
である。尚、キャリブレーションの方法等は後述する。This drive command is given by data which is calibrated and set in advance. This is because the actual follow-up angle of the deflection irradiation device 3 with respect to the command value from the drive amplifier 11 has a time delay as shown in FIG. 3, and therefore data for correcting this is required. Furthermore, the time delay of the deflection irradiation device 3 is theoretically difficult to accurately obtain due to the influence of the measurement frequency and individual differences, so it is necessary to calibrate and set in advance. The calibration method and the like will be described later.
【００２２】図２に、時間遅れに対する補正を含めた駆
動指令とそれに対する実際の偏向照射装置３の追従角度
との関係を、追従角度が三角波形となるようにした場合
を例にとって示す。図２では図３と同様に横軸に時間を
とり、縦軸に角度をとっている。破線で示す追従角度が
理想的な三角波形となるように、指令値が若干先行して
いることが理解できる。図２で追従角度が三角波形の例
を示したのは、三角波形には、折返し点付近を除き偏向
角の時間変化が一定であるため、偏向角度の時間的な把
握が容易であり、また折返し点から折返し点までのほぼ
全範囲を測定に有効に利用できるという利点があるから
である。ただし、偏向角制御部Ｓにより偏向照射装置３
を非常に高精度に制御できるので、正弦波形のような三
角波形以外の波形で駆動することもできる。FIG. 2 shows the relationship between the drive command including the correction for the time delay and the actual follow-up angle of the deflection irradiation device 3 for the case where the follow-up angle has a triangular waveform. In FIG. 2, as in FIG. 3, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents angle. It can be understood that the command value is slightly advanced so that the follow-up angle indicated by the broken line has an ideal triangular waveform. In FIG. 2, an example in which the follow-up angle is a triangular waveform is shown. In the triangular waveform, except for the vicinity of the turning point, the change in deflection angle with time is constant, so that it is easy to grasp the deflection angle with time. This is because there is an advantage that almost the entire range from the turning point to the turning point can be effectively used for measurement. However, the deflection irradiation device 3 is controlled by the deflection angle control unit S.
Can be controlled with extremely high precision, so that it is possible to drive with a waveform other than a triangular waveform such as a sine waveform.
【００２３】ここで、三角波形以外の波形を採用する場
合の得失を説明する。まず利点としては、折返し点にお
ける偏向照射装置３の慣性の影響を小さくできる点が挙
げられる。三角波形では折返し点での角加速度が非常に
大きいため、補正を考慮した駆動指令を行ってもなお、
オーバーシュートやハンチングの発生を皆無にはし難い
からである。正弦波形等を用いれば、かかる影響を受け
ずに済む。また、この形状計測装置では後述するように
空間コードが測定の基準面上等間隔をなすようにレーザ
光の点滅を行うが、三角波形以外の駆動波形を採用する
と、これに加えて測定視野内の照度の均一化をも図るこ
とが可能となる。図１１に示すように、スリット形のレ
ーザ光の広がり角ωが一定であっても、偏向照射装置３
からの距離の遠近により、スリット光の長さｄ1、ｄ2に
差を生じるので、ＣＣＤカメラ６で取り込む輝度値を視
野内で一定とするためには、これを考慮した波形で偏向
照射装置３の駆動しなければならないからである。The advantages and disadvantages of employing a waveform other than the triangular waveform will be described. First, as an advantage, it is possible to reduce the influence of the inertia of the deflection irradiation device 3 at the turning point. With the triangular waveform, the angular acceleration at the turnaround point is very large, so even if a drive command that considers correction is performed,
This is because it is difficult to eliminate the occurrence of overshoot and hunting. If a sine waveform or the like is used, it will not be affected. In addition, in this shape measuring device, as will be described later, the laser light blinks so that the spatial codes are evenly spaced on the reference plane for measurement, but if a drive waveform other than a triangular waveform is adopted, in addition to this, the measurement field of view It is also possible to make the illuminance uniform. As shown in FIG. 11, even if the spread angle ω of the slit-shaped laser light is constant, the deflection irradiation device 3
Since the slit light lengths d 1 and d 2 differ depending on the distance from the distance, in order to make the luminance value taken in by the CCD camera 6 constant within the visual field, the deflection irradiation device is designed with a waveform taking this into consideration. This is because 3 must be driven.
【００２４】一方、三角波形以外の波形の欠点として
は、有効な測定範囲が狭いことと、偏向角度の時間的な
把握が煩雑であることの問題がある。折返し点付近と中
点付近とで角速度が異なるためである。このためレーザ
光の全てを有効に測定に利用することができない。実際
の測定では、上記の各事項を考慮して、最適な駆動波形
を決定する。以下の説明では、特に示さないかぎり三角
波形により種々の計測を行うものとする。On the other hand, the disadvantages of waveforms other than the triangular waveform are that the effective measurement range is narrow and that the grasping of the deflection angle over time is complicated. This is because the angular velocity is different near the turning point and near the midpoint. Therefore, not all the laser light can be effectively used for measurement. In actual measurement, the above-mentioned matters are taken into consideration to determine the optimum drive waveform. In the following description, various measurements are made with a triangular waveform unless otherwise specified.
【００２５】続いて、レーザ光源１及び点滅制御部Ｆの
作用を説明する。点滅制御部Ｆの発振アンプ７は、レー
ザ光源１を発振させレーザ光の発射を行わせることを基
本機能とするものであるが、点滅パターンメモリ８から
点滅信号を受けるので、発射されるレーザ光は、点滅光
となる。被測定物Ｑに照射されるレーザ光４を明と暗と
が反復する点滅光とすることにより、被測定物Ｑの表面
上に明と暗とのストライプパターンを生じさせるためで
ある。このストライプパターンが被測定物Ｑの形状を反
映して歪むことから形状計測が可能となるものである。
このためにタイミング回路９は、ＣＣＤカメラ６の映像
取り込みタイミングに同期して、点滅パターン読み出し
信号を発生する。この信号に基づき点滅パターンメモリ
８が、記憶している所定の点滅パターンデータに従って
点滅信号を発振アンプ７に送信する。Next, the operation of the laser light source 1 and the blinking control section F will be described. The oscillation amplifier 7 of the blinking control unit F has a basic function of oscillating the laser light source 1 to emit laser light. However, since it receives a blinking signal from the blinking pattern memory 8, the emitted laser light is emitted. Becomes a flashing light. This is because the laser beam 4 applied to the object to be measured Q is a blinking light in which light and dark are repeated so that a stripe pattern of light and dark is generated on the surface of the object to be measured Q. Since this stripe pattern is distorted by reflecting the shape of the object to be measured Q, the shape can be measured.
Therefore, the timing circuit 9 generates a blinking pattern read signal in synchronization with the image capturing timing of the CCD camera 6. Based on this signal, the blinking pattern memory 8 transmits a blinking signal to the oscillation amplifier 7 according to the stored predetermined blinking pattern data.
【００２６】かかるレーザ発光の点滅は、最適な空間コ
ードデータが得られるようなパターンで行われる。即
ち、レーザ発光の点滅を時間的に等間隔とした場合に
は、図１０に示した如く測定の基準面における間隔が等
間隔とならないため、画像データからの座標の決定に複
雑な数値変換の必要を生じ、最適な空間コードが得られ
ないからであり、また、空間分解能が視野内で一定とな
らないからである。このため、図４に示すように測定の
基準面において等間隔が得られるような点滅パターンデ
ータが必要とされる。図４にｌで示す基準面上の距離
は、 ｌ ＝ ｈtanθ （１） で表される。ここで、ｈは偏向照射装置３から基準面ま
での距離、θはレーザ光の偏向角である。従って、ｌを
等間隔とするためには、θが大きい領域では点滅間隔を
小さくしなければならない。この様子を図５に示す。図
５では、縦軸にｌをとり、横軸に時間ｔをとっている。The blinking of the laser emission is performed in a pattern so that optimum space code data can be obtained. That is, when the blinking of the laser emission is set at equal intervals in time, the intervals on the reference plane for measurement do not become equal as shown in FIG. 10, so that complicated numerical conversion is required to determine the coordinates from the image data. This is because it is necessary to obtain the optimum spatial code, and the spatial resolution is not constant in the field of view. Therefore, as shown in FIG. 4, blinking pattern data is required so that equal intervals can be obtained on the reference plane for measurement. The distance on the reference plane indicated by l in FIG. 4 is represented by l = htan θ (1). Here, h is the distance from the deflection irradiation device 3 to the reference surface, and θ is the deflection angle of the laser light. Therefore, in order to make l evenly spaced, the blinking interval must be reduced in a region where θ is large. This state is shown in FIG. In FIG. 5, the vertical axis represents 1 and the horizontal axis represents time t.
【００２７】この点滅パターンデータは、偏向照射装置
３を三角波形で駆動しているときには（１）式のような
三角関数により理論的に計算することも可能であるが、
実際には偏向照射装置３の駆動パターンと同様キャリブ
レーションして設定するのがよい。その理由は、必ずし
もレーザ光の角度偏向の振幅全体を計測に使用するとは
限らないこと、三角波形以外の波形で偏向照射装置３を
駆動する場合もあること、等である。キャリブレーショ
ンの方法等は後述する。かかるレーザ発光の点滅パター
ンにより測定面は、１２８、２５６、５１２等２のｎ乗
個に分割され、各々に明又は暗の状態が割り当てられる
ことによりストライプパターンが形成される。This blinking pattern data can be theoretically calculated by a trigonometric function as shown in equation (1) when the deflection irradiation device 3 is driven with a triangular waveform.
In practice, it is better to calibrate and set the same as the drive pattern of the deflection irradiation device 3. The reason is that the entire amplitude of the angular deflection of the laser beam is not always used for measurement, and the deflection irradiation device 3 may be driven with a waveform other than the triangular waveform. The calibration method and the like will be described later. The measurement surface is divided into 2 n-th power of 128, 256, 512, etc. by such a blinking pattern of laser emission, and a stripe pattern is formed by assigning a bright or dark state to each.
【００２８】点滅パターンメモリ８は、明暗のパターン
を多数有しており、偏向走査１回ごとに明暗のパターン
を変える。従って、被測定物Ｑには、毎回の偏向走査ご
とに異なるストライプパターンが投影される。かかる明
暗パターンの変更は、図８に示すグレイコードに従って
行われる。規則性を持ったコードであればグレイコード
以外のコードでもよく、例えばバイナリコード（２進法
コード）等も考えられる。この形状計測装置では、規則
性を有し空間コードの識別が可能ないかなるコードでも
採用できる。ただ、グレイコードは、ある明暗パターン
から次の明暗パターンに移る際に常に１ビットのみが明
暗反転するのでノイズによる桁上げ誤差が少ないという
点で他のコードより優れている。また、この形状計測装
置では、数ＭＨｚのオーダーでその調整が可能であると
いう利点もあり、これらの点で機械的な方法より優れて
いる。The blinking pattern memory 8 has a large number of bright and dark patterns, and changes the bright and dark pattern every deflection scanning. Therefore, a different stripe pattern is projected on the object to be measured Q for each deflection scan. The change of the light-dark pattern is performed according to the gray code shown in FIG. A code other than the Gray code may be used as long as it has regularity, and a binary code (binary code) or the like is also conceivable. In this shape measuring device, any code having regularity and capable of identifying the spatial code can be adopted. However, the gray code is superior to other codes in that carry error due to noise is small because only one bit is bright / dark inverted at the time of shifting from one light / dark pattern to the next light / dark pattern. Further, this shape measuring device has an advantage that the adjustment can be performed on the order of several MHz, and is superior to the mechanical method in these points.
【００２９】続いて、撮像系Ｐ及び画像処理部Ｄの作用
について説明する。ＣＣＤカメラ６は、被測定物Ｑの表
面上に投影されたストライプパターンを撮像する。ＣＣ
Ｄカメラ６の１フレーム分の撮像時間内に偏向照射装置
３が測定範囲全体にわたり偏向走査を行うように調整さ
れている。従ってＣＣＤカメラ６は、被測定物Ｑの表面
上のストライプパターン全体を１フレームに収めて撮像
を行う。偏向照射装置３の駆動パターン及びレーザの点
滅パターンのキャリブレーションがすでに行われていれ
ば、ＣＣＤカメラ６の撮像データは以下のように取り扱
われる。Next, the operation of the image pickup system P and the image processing section D will be described. The CCD camera 6 images the stripe pattern projected on the surface of the object to be measured Q. CC
The deflection irradiation device 3 is adjusted so as to perform deflection scanning over the entire measurement range within an image pickup time of one frame of the D camera 6. Therefore, the CCD camera 6 captures the entire stripe pattern on the surface of the object to be measured Q in one frame. If the driving pattern of the deflection irradiation device 3 and the blinking pattern of the laser have been calibrated, the image data of the CCD camera 6 is handled as follows.
【００３０】ＣＣＤカメラ６により撮像された被測定物
Ｑ上のストライプパターンは、Ａ／Ｄ変換器１４により
２値化された上で比較メモリ１５に格納される。そして
演算部１８を経由して空間メモリ１６の任意のビットと
して蓄えられる。また、空間メモリ１６には、演算処理
装置１０を介して駆動パターンメモリ１２から供給され
る偏向角データも蓄えられる。これを複数フレームにつ
いて繰り返し行うことにより、空間メモリ１６内には空
間コードデータが格納される。かかる空間コードデータ
を基に、三角測量法の原理を用いて被測定物Ｑの表面上
の各点における三次元座標Ｒ（ｘ，ｙ，ｚ）が演算さ
れ、形状が計測される。かかる三次元座標の計算で最も
重要なのはｚの決定であり、次式による。 ｚ ＝ ｛χ・Ｈ−ｆ（Ｌ−Ｍ・tanθ）｝／（χ＋ｆ・tanθ） （２）The stripe pattern on the object to be measured Q imaged by the CCD camera 6 is binarized by the A / D converter 14 and then stored in the comparison memory 15. Then, it is stored as an arbitrary bit in the spatial memory 16 via the operation unit 18. Further, the deflection angle data supplied from the drive pattern memory 12 via the arithmetic processing unit 10 is also stored in the spatial memory 16. By repeating this for a plurality of frames, the spatial code data is stored in the spatial memory 16. Based on the spatial code data, the three-dimensional coordinates R (x, y, z) at each point on the surface of the object to be measured Q are calculated by using the principle of triangulation, and the shape is measured. The most important factor in the calculation of such three-dimensional coordinates is the determination of z, according to the following equation. z = {χ · H−f (LM−tan θ)} / (χ + f · tan θ) (2)
【００３１】ここで、χはＣＣＤカメラ６の撮像面上で
の位置、Ｈは計測基準面からレンズ主点までの距離、ｆ
は撮像系の焦点距離、Ｌは偏向照射装置３とＣＣＤカメ
ラ６との間の計測基準面に平行な距離、Ｍは計測基準面
から偏向照射装置３の偏向軸までの距離、θは偏向角、
をそれぞれ表す。この中で、ｆ、Ｈ、Ｌ、Ｍ、は予めキ
ャリブレーション時に求められ既知である。従って、撮
像データから得られるχと空間コードから得られるθと
により、ｚが求められる。この形状計測装置では、空間
メモリ１６からθに対応する値の転送を受け、デコーダ
１９からχの値を供給される変換メモリ１７が設けられ
ているので演算処理装置１０の負担が小さい。Here, χ is the position on the image pickup surface of the CCD camera 6, H is the distance from the measurement reference plane to the principal point of the lens, and f
Is the focal length of the imaging system, L is the distance parallel to the measurement reference plane between the deflection irradiation device 3 and the CCD camera 6, M is the distance from the measurement reference plane to the deflection axis of the deflection irradiation device 3, and θ is the deflection angle. ,
Respectively. Among these, f, H, L, and M are previously obtained at the time of calibration and are known. Therefore, z can be obtained from χ obtained from the imaging data and θ obtained from the spatial code. In this shape measuring apparatus, since the conversion memory 17 to which the value corresponding to θ is transferred from the spatial memory 16 and the value of χ is supplied from the decoder 19 is provided, the load on the arithmetic processing apparatus 10 is small.
【００３２】次に、この形状計測装置で形状計測を行う
前に必要なキャリブレーションについて説明する。前記
のようにキャリブレーションは、偏向照射装置３の駆動
及びレーザ発光の点滅パターンを最適化するために行わ
れるものである。キャリブレーションの動作フローを図
６、図７のフローチャートに示す。キャリブレーション
測定は、被測定物Ｑを置かないで基準面について行う。
基準面は、ＣＣＤカメラ６の光軸に対して垂直な面であ
る。図６は、駆動パターンのキャリブレーションのフロ
ーである。まずステップ（以下、「Ｓ」と記す）１にお
いて、偏向照射装置３の駆動パターンデータの書き込み
を行う。この書き込みは、演算処理装置１０から駆動パ
ターンメモリ１２に対して行われる。このとき書き込ま
れる駆動パターンは、前記のように三角波形パターンや
正弦波形パターン等種々のものがあるが、補正を考慮す
る前のパターンである。Next, the calibration necessary before performing the shape measurement with this shape measuring apparatus will be described. As described above, the calibration is performed to optimize the driving of the deflection irradiation device 3 and the blinking pattern of laser emission. The operation flow of calibration is shown in the flowcharts of FIGS. The calibration measurement is performed on the reference surface without placing the object to be measured Q.
The reference plane is a plane perpendicular to the optical axis of the CCD camera 6. FIG. 6 is a flow of drive pattern calibration. First, in step (hereinafter referred to as “S”) 1, the drive pattern data of the deflection irradiation device 3 is written. This writing is performed from the arithmetic processing unit 10 to the drive pattern memory 12. The drive pattern written at this time includes various patterns such as the triangular waveform pattern and the sine waveform pattern as described above, but it is the pattern before considering the correction.
【００３３】次にＳ２において、レーザ光点滅の明暗パ
ターンデータの書き込みを行う。この書き込みは、演算
処理装置１０から点滅パターンメモリ８に対して行われ
る。このとき書き込まれるパターンは、補正を考慮する
前のものである。そしてＳ３で、レーザ光の発射と偏向
とを行う。このときの偏向照射装置３の駆動パターンと
点滅の明暗パターンは、Ｓ１及びＳ２で書き込んだもの
であり、いずれもＣＣＤカメラ６における画像データ取
り込みと同期して行う。このとき基準面上にはストライ
プパターンが生じ、ＣＣＤカメラ６により輝度データと
して取り込まれる（Ｓ４）。取り込まれたデータは、Ａ
／Ｄ変換器１４により２値化される。Next, in S2, the light and dark pattern data for blinking the laser light is written. This writing is performed from the arithmetic processing unit 10 to the blinking pattern memory 8. The pattern written at this time is before correction is taken into consideration. Then, in S3, the laser light is emitted and deflected. At this time, the driving pattern of the deflecting irradiation device 3 and the blinking light and dark pattern are written in S1 and S2, and both are performed in synchronization with the image data acquisition by the CCD camera 6. At this time, a stripe pattern is generated on the reference surface and is taken in as brightness data by the CCD camera 6 (S4). The imported data is A
It is binarized by the / D converter 14.
【００３４】Ｓ５では、８ビット分の映像データが取り
込まれたか否かを判断する。未だ８ビット取り込まれて
いない場合には（Ｓ５：Ｎｏ）、Ｓ３に戻りデータ取得
を継続する。８ビット分取り込まれている場合には（Ｓ
５：Ｙｅｓ）、Ｓ６へ進み偏向照射装置３の駆動の遅れ
量を算出する。駆動遅れの算出は、Ｓ３からＳ５で取り
込んだ映像データと、Ｓ１で書き込んだ駆動パターンデ
ータとを比較することにより行われる。In S5, it is determined whether 8-bit video data has been fetched. If 8 bits have not yet been fetched (S5: No), the process returns to S3 to continue data acquisition. If 8 bits have been captured (S
5: Yes), the process proceeds to S6, and the delay amount of driving the deflection irradiation device 3 is calculated. The drive delay is calculated by comparing the video data captured in S3 to S5 with the drive pattern data written in S1.
【００３５】Ｓ７では、Ｓ６で算出した駆動遅れが所定
の許容値以下であるかどうかを判断する。許容値を越え
ていて形状計測に無視できない誤差を生ずる場合には
（Ｓ７：Ｎｏ）、Ｓ８へ進む。Ｓ８では、遅れ量を補正
するための補正データを作成し、駆動パターンメモリ１
２に書き込む。そしてＳ３へ戻り、補正後の駆動パター
ンデータに従ってＳ３以下の測定をやり直す。Ｓ７で遅
れ量が所定の許容値以下である場合には（Ｓ７：Ｙｅ
ｓ）、駆動キャリブレーションが終了したことを示すの
で、次工程である点滅キャリブレーションへ進む。In S7, it is determined whether the drive delay calculated in S6 is less than or equal to a predetermined allowable value. If the allowable value is exceeded and a non-negligible error occurs in the shape measurement (S7: No), the process proceeds to S8. In S8, correction data for correcting the delay amount is created, and the drive pattern memory 1
Write to 2. Then, the process returns to S3, and the measurement after S3 is performed again according to the corrected drive pattern data. When the delay amount is less than or equal to the predetermined allowable value in S7 (S7: Ye
s), since it indicates that the drive calibration is completed, the process proceeds to the next step of blink calibration.
【００３６】図７に、点滅キャリブレーションのフロー
を示す。点滅キャリブレーションに入るとまずＳ９にお
いて、点滅パターンメモリ８にメモリの最高分解能のコ
ードパターンを書き込む。このときの最高分解能とは、
メモリとしての最高分解能を意味し、ＣＣＤカメラ６の
画素より小さい。またこのときのコードパターンは任意
である。そしてＳ１０で、１ビットずつのレーザ照射を
行う。レーザ照射は、偏向照射装置３を駆動しつつ、か
つＣＣＤカメラ６における画像データ取り込みと同期し
て行う。このとき生じるレーザ映像は、ＣＣＤカメラ６
により輝度データとして取り込まれ、Ａ／Ｄ変換器１４
により２値化される（Ｓ１１）。FIG. 7 shows a flow of blink calibration. When the flashing calibration is started, first in S9, the code pattern of the highest resolution of the flashing memory 8 is written in the flashing pattern memory 8. The maximum resolution at this time is
It means the highest resolution as a memory and is smaller than the pixels of the CCD camera 6. The code pattern at this time is arbitrary. Then, in S10, laser irradiation is performed bit by bit. The laser irradiation is performed while driving the deflection irradiation device 3 and in synchronization with the image data acquisition by the CCD camera 6. The laser image generated at this time is the CCD camera 6
Are taken in as luminance data by the A / D converter 14
Is binarized by (S11).
【００３７】Ｓ１２では、８ビット分の映像データが取
り込まれたか否かを判断する。未だ８ビット取り込まれ
ていない場合には（Ｓ１２：Ｎｏ）、Ｓ１０に戻りデー
タ取得を継続する。８ビット分取り込まれている場合に
は（Ｓ１２：Ｙｅｓ）、Ｓ１３へ進み、メモリの最高分
解能に至るまでの全面のデータの取り込みがなされたか
否かを判断する。未だ最高分解能に至っていない場合に
は（Ｓ１３：Ｎｏ）、Ｓ１０に戻りデータ取得を継続す
る。最高分解能に至った場合には（Ｓ１３：Ｙｅｓ）、
Ｓ１４へ進む。Ｓ１４では、取り込んだデータに基づ
き、レーザの点滅の補正表を作成する。この補正表に基
づいた新たな点滅パターンデータを作成して、点滅パタ
ーンメモリ８に書き込むと（Ｓ１５）、点滅キャリブレ
ーションが終了する。In S12, it is determined whether 8-bit video data has been captured. If 8 bits have not yet been fetched (S12: No), the process returns to S10 to continue data acquisition. If 8 bits have been fetched (S12: Yes), the process proceeds to S13, and it is determined whether or not all the data up to the maximum resolution of the memory has been fetched. If the maximum resolution has not yet been reached (S13: No), the process returns to S10 to continue data acquisition. When the maximum resolution is reached (S13: Yes),
Proceed to S14. In S14, a correction table for laser blinking is created based on the captured data. When new blinking pattern data is created based on this correction table and written in the blinking pattern memory 8 (S15), the blinking calibration ends.
【００３８】かくして偏向照射装置３の駆動及びレーザ
発光の点滅パターンの最適化が完了する。その後、実際
の被測定物Ｑを置いて本測定を行うと、キャリブレーシ
ョンにより得られた補正データに基づいて、高精度な形
状計測を行うことができるものである。Thus, the driving of the deflection irradiation device 3 and the optimization of the blinking pattern of laser emission are completed. After that, when the actual measurement object Q is placed and main measurement is performed, highly accurate shape measurement can be performed based on the correction data obtained by the calibration.
【００３９】以上詳細に説明したように、本実施例の形
状計測装置においては、駆動パターンメモリ１２を設
け、偏向照射装置３の実際の駆動特性を補正するキャリ
ブレーションを行い、補正データに基づいて被測定物Ｑ
の測定を行うようにしたので、偏向照射装置３の駆動に
誤差がない。また、点滅パターンメモリ８を設け、レー
ザ点滅パターンのキャリブレーションを行い、点滅によ
る明暗縞が測定の基準面上で等間隔をなすような点滅パ
ターンで被測定物Ｑの測定を行うようにしたので、最適
な空間コードが得られ、分解能が視野内で一定となり、
かつ形状決定のための三次元座標の算出の演算素子への
負担が小さい。このため、被測定物Ｑの形状計測が高精
度にかつ迅速に行われる。また、偏向照射装置３の駆動
波形の選択により、測定視野内での照度の均一化も可能
である。尚、前記実施例は本発明を何ら限定するもので
はなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲にいて種々の変
形・改良が可能であることはもちろんである。As described in detail above, in the shape measuring apparatus of the present embodiment, the drive pattern memory 12 is provided, the calibration for correcting the actual drive characteristics of the deflection irradiation apparatus 3 is performed, and based on the correction data. DUT Q
Therefore, there is no error in driving the deflection irradiation device 3. Further, since the flashing pattern memory 8 is provided and the laser flashing pattern is calibrated, the object to be measured Q is measured in a flashing pattern in which bright and dark fringes due to the flashing are evenly spaced on the measurement reference plane. , The optimal spatial code is obtained, the resolution is constant within the field of view,
Moreover, the load on the arithmetic element for calculating the three-dimensional coordinates for determining the shape is small. Therefore, the shape of the object Q to be measured can be measured with high accuracy and speed. Further, by selecting the drive waveform of the deflection irradiation device 3, it is possible to make the illuminance uniform in the measurement visual field. It is needless to say that the above embodiments do not limit the present invention and various modifications and improvements can be made without departing from the gist of the present invention.
【００４０】[0040]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の形状計測
装置では、偏向照射装置を駆動する駆動手段による駆動
信号の発信にあたり、偏向照射装置の実際の偏向角を考
慮した補正を行わせる駆動タイミング手段を設けたの
で、偏向照射装置の偏向角の精度がよく形状計測を高精
度に行うことができる。かかる偏向照射装置の駆動信号
の補正は、予め背景計測の撮像データを用いたキャリブ
レーションを行うことにより測定条件に合わせて行われ
る。As described above, in the shape measuring apparatus of the present invention, when the drive means for driving the deflection irradiation device transmits the drive signal, the drive for performing the correction in consideration of the actual deflection angle of the deflection irradiation device. Since the timing means is provided, the deflection angle of the deflection irradiation device is high and the shape measurement can be performed with high precision. The correction of the drive signal of the deflection irradiation device is performed according to the measurement condition by performing the calibration using the image pickup data of the background measurement in advance.
【００４１】また、本発明の形状計測装置では、被測定
物の表面に生じるストライプパターンが測定の基準面上
等間隔をなすようにレーザ光源の点滅発光を制御する点
滅タイミング手段を設けたので、一定の空間分解能が得
られ、測定された空間コードデータから座標データへの
変換がしやすく、形状演算手段における演算時間を短縮
できる。かかる点滅発光パターンの最適化は、予め背景
計測の撮像データを用いたキャリブレーションを行うこ
とにより測定条件に合わせて行われる。また、本発明の
形状計測装置では、レーザ光の点滅パターンを偏向走査
１回ごとに変更して、異なる点滅パターンによる複数の
撮像データに基づいて被測定物体の形状を算出する。こ
こで、グレイコードに従いレーザ光の点滅パターンを変
更するので、ノイズの桁上げによる余計な誤差成分の発
生がない。Further, since the shape measuring apparatus of the present invention is provided with the blinking timing means for controlling the blinking emission of the laser light source so that the stripe patterns formed on the surface of the object to be measured are evenly spaced on the reference plane for measurement, A constant spatial resolution can be obtained, the measured spatial code data can be easily converted into coordinate data, and the calculation time in the shape calculation means can be shortened. The optimization of the blinking light emission pattern is performed according to the measurement condition by performing calibration using the image pickup data of the background measurement in advance. Further, in the shape measuring apparatus of the present invention, the blinking pattern of the laser light is changed every deflection scanning, and the shape of the measured object is calculated based on a plurality of imaged data with different blinking patterns. Here, since the blinking pattern of the laser light is changed according to the gray code, no extra error component is generated due to carry of noise.
【図１】本実施例に係る形状計測装置の構成を示す図で
ある。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a shape measuring apparatus according to an embodiment.
【図２】補正を考慮した場合の偏向照射装置の駆動指令
と実際の追従角度との関係を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing a relationship between a drive command of the deflection irradiation device and an actual follow-up angle in consideration of correction.
【図３】補正を考慮しない場合の偏向照射装置の駆動指
令と実際の追従角度との関係を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the relationship between the drive command of the deflection irradiation device and the actual following angle when correction is not considered.
【図４】レーザの点滅が測定面上において等間隔をなす
状態を説明する図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a state where the blinking of laser light is equidistant on the measurement surface.
【図５】偏向照射装置を三角波形で駆動した場合の駆動
時間と測定面上の照射位置の基準点からの距離との関係
を説明するグラフである。FIG. 5 is a graph illustrating the relationship between the drive time and the distance of the irradiation position on the measurement surface from the reference point when the deflection irradiation device is driven with a triangular waveform.
【図６】偏向照射装置の駆動パターンのキャリブレーシ
ョンのフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart for calibrating a drive pattern of the deflection irradiation device.
【図７】レーザ光の点滅パターンのキャリブレーション
のフローチャートである。FIG. 7 is a flowchart of calibration of a blinking pattern of laser light.
【図８】グレイコードを示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a Gray code.
【図９】従来の形状計測装置の構成を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a conventional shape measuring device.
【図１０】レーザの点滅により偏向角が等間隔をなし測
定面上等間隔とならない状態を説明する図である。FIG. 10 is a diagram for explaining a state in which the deflection angles are not evenly spaced and are not evenly spaced on the measurement surface due to blinking of the laser.
【図１１】光源から測定面までの距離の相違によりレー
ザ光の照度が視野内で一定とならない様子を説明する図
である。FIG. 11 is a diagram illustrating a state in which the illuminance of laser light is not constant in the field of view due to the difference in the distance from the light source to the measurement surface.
１ レーザ光源 ２ レンズ系 ３ 偏向照射装置 ６ ＣＣＤカメラ ７ 発振アンプ ８ 点滅パターンメモリ ９ タイミング回路 １０ 演算処理装置 １１ 駆動アンプ １２ 駆動パターンメモリ １３ タイミング回路 1 Laser Light Source 2 Lens System 3 Deflection Irradiation Device 6 CCD Camera 7 Oscillation Amplifier 8 Flashing Pattern Memory 9 Timing Circuit 10 Arithmetic Processing Device 11 Drive Amplifier 12 Drive Pattern Memory 13 Timing Circuit
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石榑 克範 愛知県小牧市大字北外山字早崎3005番地 シーケーディ株式会社内 (72)発明者 佐藤 幸男 愛知県名古屋市千種区観月町１丁目29番地 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Katsunori Ishigure 3005 Hayasaki, Kita Sotoyama, Komaki City, Aichi Prefecture CKD Co., Ltd. (72) Inventor Yukio Sato 1-29, Mitsuki-cho, Chikusa-ku, Nagoya, Aichi Prefecture
Claims (6)
して発生するレーザ光源と、前記レーザ光を被測定面に
置いた被測定物体に向けて偏向走査する偏向照射装置
と、前記レーザ光の照射により被測定物体の表面に生じ
るストライプパターンを撮像する撮像手段とを有する形
状計測装置において、 前記偏向照射装置による測定範囲全体にわたる偏向走査
が前記撮像手段の１フレーム分の撮像時間に行われるよ
うに前記偏向照射装置を駆動する駆動手段と、 前記駆動手段による駆動信号と前記偏向照射装置の実際
の偏向角との間の非線形関係を補正するように前記駆動
手段の駆動信号の発信を調整する駆動タイミング手段
と、 前記撮像手段による撮像データと偏向角データとから被
測定物体の形状を算出する形状演算手段とを有すること
を特徴とする形状計測装置。1. A laser light source for generating a slit-shaped laser beam by blinking, a deflection irradiation device for deflecting and scanning the laser beam toward an object to be measured placed on a surface to be measured, and the laser beam. In a shape measuring device having an image pickup means for picking up a stripe pattern formed on the surface of an object to be measured by irradiating the object, the deflection irradiation device performs deflection scanning over the entire measurement range in an image pickup time of one frame of the image pickup means. Adjusting the transmission of the drive signal of the drive means so as to correct the non-linear relationship between the drive means for driving the deflection irradiation device and the drive signal by the drive means and the actual deflection angle of the deflection irradiation device. And a shape calculation means for calculating the shape of the object to be measured from the image data obtained by the image pickup means and the deflection angle data. Shape measuring device to be collected.
て、 前記駆動タイミング手段が、被測定物体がない状態で前
記撮像手段の光軸に垂直な基準面のみの計測を行ったと
きの前記撮像手段による撮像データから、駆動信号の補
正量を算出することを特徴とする形状計測装置。2. The shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the drive timing means measures only a reference plane perpendicular to an optical axis of the image pickup means in the absence of an object to be measured. A shape measuring device, characterized in that a correction amount of a drive signal is calculated from image pickup data by the means.
計測装置において、 前記レーザ光により被測定物体の表面に生じるストライ
プパターンが前記撮像手段の光軸に垂直な基準面上等間
隔をなすように前記レーザ光源の点滅発光を制御する点
滅タイミング手段を有し、 前記形状演算手段が、撮像データと偏向角データとから
空間座標系における位置座標を算出することにより被測
定物体の形状を決定することを特徴とする形状計測装
置。3. The shape measuring device according to claim 1 or 2, wherein the stripe patterns formed on the surface of the object to be measured by the laser light are equally spaced on a reference plane perpendicular to the optical axis of the image pickup means. The shape calculation means determines the shape of the object to be measured by calculating the position coordinates in the spatial coordinate system from the imaging data and the deflection angle data so that the shape calculation means controls the blinking light emission of the laser light source. A shape measuring device characterized by:
て、 前記点滅タイミング手段が、被測定物体がない状態で前
記基準面のみの計測を行ったときの前記撮像手段による
撮像データから、ストライプパターンが前記基準面上等
間隔をなす点滅パターンを決定することを特徴とする形
状計測装置。4. The shape measuring device according to claim 3, wherein the blinking timing unit is a stripe pattern based on image data obtained by the image capturing unit when measuring only the reference plane in the absence of an object to be measured. Determines a blinking pattern having equal intervals on the reference plane.
計測装置において、 前記レーザ光源の点滅発光パターンを偏向走査１回ごと
に変更する点滅パターン変更手段と、 前記撮像手段による撮像データを複数フレーム分格納可
能な画像データ記憶手段とを有し、 前記形状演算手段が、異なる点滅パターンにより撮像さ
れた複数の撮像データとそれぞれに対応する偏向角デー
タとに基づいて被測定物体の形状を算出することを特徴
とする形状計測装置。5. The shape measuring device according to claim 3 or 4, wherein a plurality of blinking pattern changing means for changing the blinking light emission pattern of the laser light source for each deflection scan, and a plurality of image data obtained by the image pickup means. An image data storage unit capable of storing frames, and the shape calculation unit calculates the shape of the object to be measured based on a plurality of imaging data captured by different blinking patterns and deflection angle data corresponding to each of the plurality of imaging data. A shape measuring device characterized by:
て、 前記点滅パターン変更手段がグレイコードに従いレーザ
光源の点滅発光パターンを変更することを特徴とする形
状計測装置。6. The shape measuring device according to claim 5, wherein the blinking pattern changing means changes the blinking light emitting pattern of the laser light source according to a gray code.
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
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| JP6247091A JP2568388B2 (en) | 1994-09-15 | 1994-09-15 | Shape measuring device |
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|---|---|
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