JPH09287927A - Projecting-point moving type range finder - Google Patents

Projecting-point moving type range finder

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JPH09287927A
JPH09287927A JP10167496A JP10167496A JPH09287927A JP H09287927 A JPH09287927 A JP H09287927A JP 10167496 A JP10167496 A JP 10167496A JP 10167496 A JP10167496 A JP 10167496A JP H09287927 A JPH09287927 A JP H09287927A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
range finder
projection point
projection
type range
moving type
Prior art date
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Pending
Application number
JP10167496A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takashi Obara
隆 小原
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
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Publication of JPH09287927A publication Critical patent/JPH09287927A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To measure the range data of a work without shadow part with high accuracy in a short time. SOLUTION: An image pickup holder 11 having the image pickup system of a lens 9 and a CCD 10 is supported by a fixing case 13 and a rotary stage 15 is supported by the fixing case 13 in such a way that they can be rotated about a central axis 29, respectively. A galvanmo-mirror 20 having a projecting point 32 is provided at the rotary stage 15, and the structuring light is scanned and projected on a work. The projected image reflected from the work is inputted into the CCD 10 separated by a center distance (m). The rotary stage 15 is rotated in the direction where the magnitude of the shadow by the scanning projection becomes minimum through an optical encoder 24 for detecting the rotating angle. The range-image data are composited by the structuring light, which is sequentially projected from the projecting point 32 at the arbitrarily specified angle. The range-image wherein the shadow part becomes minimum, is obtained by a triangulation method.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、投射点移動型レン
ジファインダ(3次元形状計測装置)に関し、より詳細
には、産業用ロボットの先端部に装架されるか、又は、
任意の位置に固定されて、末知物体の3次元形状計測を
行う計測装置であり、3次元形状入力装置(3次元デジ
タイザ)等に好適に利用できる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a projection point moving type range finder (three-dimensional shape measuring apparatus), and more specifically, it is mounted on the tip of an industrial robot, or
It is a measuring device that is fixed at an arbitrary position and measures the three-dimensional shape of a known object, and can be suitably used for a three-dimensional shape input device (three-dimensional digitizer).

【0002】[0002]

【従来の技術】産業用ロボットや極限作業用ロボットあ
るいは監視ロボット等の知能ロボットにとっては3次元
形状を認識する認識機能は不可欠であり、3次元形状の
認識機能の良否はこれら知能ロボットの性能を左右す
る。3次元形状の認識手段としては物体面上の3次元位
置を計測することにより得られる距離画像を用いること
が基本となっており、距離画像の計測手段としては、レ
ーザ光パルスの発射時点から反射光を受光するまでの時
間又は変調レーザビームの投射光と反射光との間の位相
差から求める等の光伝幡時間法がある。しかし、光伝幡
時間法は計測精度が一定である特徴を有するが装置が複
雑で計測時間が長いという問題点があるので、現状では
投射光と観測画像間の三角測量に基づく方法が多く用い
られている。
2. Description of the Related Art A recognition function for recognizing a three-dimensional shape is indispensable for an intelligent robot such as an industrial robot, a robot for ultimate work, or a surveillance robot. It depends. A distance image obtained by measuring a three-dimensional position on the object surface is basically used as a means for recognizing a three-dimensional shape, and a distance image is measured from a point of time when a laser light pulse is emitted. There is a light propagation time method such as obtaining from the time until the light is received or the phase difference between the projected light and the reflected light of the modulated laser beam. However, the optical propagation time method has a characteristic that the measurement accuracy is constant, but it has a problem that the device is complicated and the measurement time is long. Therefore, at present, the method based on triangulation between the projected light and the observed image is often used. Has been.

【0003】三角測量法基づく方法は、物体に対しスリ
ット光(構造化光)をスキャン(走査)投射して、投射
光を異なった角度から観測して、スリット像の位置から
三角測量法により距離画像を求めるものである。このよ
うに、構造化光を末知物体にスキャン投影して末知物体
の3次元形状を計測する3次元形状測定装置の構造に関
する従来技術としては、「空間コード化による距離画像
入力」(電子通信学会論文誌 1985/3.VS.J68-DNO3)や
「立体形状測定装置の計測時間」(日経メカニカル:19
94.12.26)および、特開平06-117835号公報に記載された
「三次元情報抽出方法」が提案されている。
The method based on the triangulation method scans (projects) slit light (structured light) onto an object, observes the projected light from different angles, and measures the distance from the position of the slit image by the triangulation method. It seeks an image. As described above, as a conventional technique related to the structure of the three-dimensional shape measuring apparatus that scans and projects the structured light onto the unknowable object to measure the three-dimensional shape of the unknowable object, “distance image input by spatial coding” (electronic IEICE Transactions 1985 / 3.VS.J68-DNO3) and "Measurement time of three-dimensional shape measuring device" (Nikkei Mechanical: 19
94.12.26) and the "three-dimensional information extraction method" described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 06-117835.

【0004】上記「空間コード化による画像入力」はパ
ターン光投影器から末知物体に対て交番2進符号化され
た縦縞状の2値パターン光を投光して物体空間を細いク
サビ状に分割したパターン光を作り、これをパターン光
投影器から距離dを距てたCCD(charge cvapled Dev
ice)カメラで撮影し、パターン光の明暗部境界でのコ
ード化の誤りを最小にし三角測量法により距離画像を得
るようにしたものである。
The above-mentioned "image input by space coding" is to project a binary pattern light in the form of vertical stripes, which has been subjected to alternating binary coding, from a pattern light projector to a suspicious object to make the object space into a thin wedge shape. CCD (charge cvapled Dev), which is a divided pattern light, is formed at a distance d from the pattern light projector.
The image is taken with a camera, and the range image is obtained by the triangulation method by minimizing the coding error at the boundary between the light and dark parts of the pattern light.

【0005】一方、「立体形状測定装置の計測時間」は
光源から出射された光を、シリンドリカルレンズ等で構
造化光にしてカルバノミラー等でスキャンしながら物体
に照射し、その反射光をCCD等の受光素子で影像化し
て、三角測量法により物体の距離方向を検出する方法で
あり、前述の「空間コード化による画像入力」の場合と
同様に光の出射位置に対する画像入力装置の受光素子C
CDの位置関係は固定である。
On the other hand, in the "measurement time of the three-dimensional shape measuring apparatus", the light emitted from the light source is made into structured light by a cylindrical lens or the like and irradiated onto an object while being scanned by a carbano mirror or the like, and the reflected light is reflected by a CCD or the like. This is a method of detecting a distance direction of an object by triangulation by imaging with a light receiving element, and the light receiving element C of the image input device with respect to the light emission position as in the case of "image input by spatial coding" described above.
The positional relationship of CDs is fixed.

【0006】また、「三次元情報抽出法は、対称物を回
転テーブルに載せて回転しながら対称部の異なる角度か
らテレビカメラで撮影して複数の画像を処理し、各画像
から特徴点を描出し、各特徴点とその画像の投影中心を
結び三次元空間の直線を計算して、特徴点を代表する対
象物の存在する三次元空間に想定した三次元のボクセル
を描出する方法である。
[3] In the three-dimensional information extraction method, a symmetric object is placed on a turntable and rotated, and a plurality of images are processed by photographing with a TV camera from different angles of the symmetric portion, and a feature point is drawn from each image. Then, each feature point is connected to the projection center of the image, a straight line in the three-dimensional space is calculated, and a three-dimensional voxel assumed in the three-dimensional space where the object representing the feature point exists is drawn.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のレンジ
ファインダでは、下記の課題がある。
The above-mentioned conventional range finder has the following problems.

【0008】第1の課題 従来技術のレンジファインダでは、構造化光の投射点
と、反射光を検出するCCDの位置が固定のため、ある
物体を計測した時に、構造化光の照射されない影部分が
生じ、抽出したい特徴点あるいは、特徴線等がその影部
分にあると、目的とする特徴点や、特徴線を抽出するこ
とができない。
First Problem In the range finder of the prior art, since the projection point of the structured light and the position of the CCD for detecting the reflected light are fixed, the shadow portion where the structured light is not illuminated when measuring an object. Occurs, and if the characteristic point or the characteristic line to be extracted is in the shadow portion, the target characteristic point or the characteristic line cannot be extracted.

【0009】第2の課題 構造化光の技射点を複数にする場合、構造化光を形成す
る光学系を複数設けるか、あるいは、光源を1つとし
て、その光源より出射された光を分けて用いる必要があ
り、結果的に光学系が大きくなり、レンジファインダが
大型化し、重量も大となる。
Second Problem When the structured light has a plurality of shooting points, a plurality of optical systems for forming the structured light are provided, or one light source is used and the light emitted from the light source is divided. As a result, the optical system becomes large, the range finder becomes large, and the weight becomes large.

【0010】第3の課題 従来技術においては、投射点とCCDの位置が固定とな
っており、構造化光の方向(縦方向)とCCDの画像方
向(X,Yいずれか方向)と一致させるための調整が必
要となるが、固定方式のために、その調整が困難で、組
立時間がかかる。
Third Problem In the prior art, the positions of the projection point and CCD are fixed, and the direction of structured light (longitudinal direction) and the image direction of CCD (either X or Y direction) are matched. However, because of the fixing method, the adjustment is difficult and the assembly time is long.

【0011】第4の課題 CCDの取付位置が固定で、構造化光を複数にした場
合、例えば、2ヶの場合、影部分をなくす配置として同
一平面内で、90°,180°,270°配置となる
が、出射光の数の分だけ組立時間を必要とし、上記第3
の課題同様に組立時間がかかる。
Fourth Problem When the CCD mounting position is fixed and a plurality of structured lights are used, for example, when there are two structured lights, 90 °, 180 ° and 270 ° are arranged in the same plane as an arrangement for eliminating shaded portions. However, the assembly time is required for the number of emitted lights, and
As with the above problem, it takes assembling time.

【0012】第5の課題 CCDの画素配列は、固定(例えば、画素配列がX:5
12,Y:256)で、従って方向別の分解能も固定で
ある。従って、CCDの取付位置が固定だと複数の構造
化光に対する検出分解能に高低を生じて、均一な測定分
解能が得られず精度低下を生じてしまう。
Fifth Problem The pixel array of the CCD is fixed (for example, the pixel array is X: 5).
12, Y: 256), and therefore the resolution for each direction is also fixed. Therefore, if the mounting position of the CCD is fixed, the detection resolution with respect to a plurality of structured lights becomes high and low, and uniform measurement resolution cannot be obtained, resulting in deterioration of accuracy.

【0013】第6の課題 従来技術の場合、測定視野内の物体の位置によって、影
部分の領域が変化する。(視野内で、投射点に近い程、
影は小さい)。従って、影部分の領域のデータを取得す
るには、装置全体を移動させるか、物体自体を動かす必
要が生じ、その移動機構が必要となり装置コストがかか
る。
Sixth Problem In the case of the conventional technique, the area of the shadow portion changes depending on the position of the object within the measurement visual field. (In the field of view, the closer to the projection point,
The shadow is small). Therefore, in order to acquire the data of the area of the shadow portion, it is necessary to move the entire apparatus or move the object itself, which requires a moving mechanism and increases the apparatus cost.

【0014】 第7の課題 従来技術の場合、影部分の距離画像を得るためには、装
置全体を移動させて複数枚の画像データを取り込み、影
部分の距離データを得るための処理が必要となり、処理
時間が長くなり、測定に要する時間がかかる。
Seventh Problem In the case of the conventional technique, in order to obtain the distance image of the shadow portion, it is necessary to move the entire apparatus to capture a plurality of pieces of image data and to obtain the distance data of the shadow portion. However, the processing time becomes long and the measurement takes time.

【0015】本発明は、上述した実情に鑑みなされたも
ので、影部分のない距離データを高精度で信頼性高く、
しかも短時間に測定可能で、更には、CCDの画素方向
に対する構造化光の照射方向調整等の諸調整を容易にし
て安価で小型なレンジファインダを提供することを目的
とするものである。
The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and it is possible to obtain distance data having no shadow portion with high accuracy and high reliability.
Moreover, it is an object of the present invention to provide an inexpensive and small range finder that can be measured in a short time and that facilitates various adjustments such as the irradiation direction of structured light with respect to the pixel direction of the CCD.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、未知
物体の3次元形状を計測する計測装置で、構造化光を形
成する光学系と、前記末知物体に対し前記構造化光を走
査投射する投射機構と、前記物体からの反射光を検出す
る撮像系を有するレンジファインダにおいて、前記構造
化光の投射点を、前記撮像系の中心軸に直角な平面上
の、該中心軸より一定距離離間した任意の所定角度範囲
に設定可能としたことを特徴とし、もって、影部分のな
い距離データが得られ、測定信頼性を高め精度を向上さ
せるようにしたものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a measuring device for measuring a three-dimensional shape of an unknown object, which comprises an optical system for forming structured light and the structured light for the unknowable object. In a range finder having a projection mechanism for scanning and projecting, and an imaging system for detecting reflected light from the object, the projection point of the structured light is on a plane perpendicular to the central axis of the imaging system from the central axis. The present invention is characterized in that it can be set within an arbitrary predetermined angle range separated by a certain distance, so that distance data without shadow can be obtained, and measurement reliability is improved and accuracy is improved.

【0017】請求項2の発明は、請求項1に記載の投射
点移動型レンジファインダにおいて、前記光学系と前記
投射機構を回転台に一体的に取り付け、該回転台を前記
撮像系の中心軸まわりに回転自在に支持したことを特徴
とし、もって、複数点投射に必要な光学系をなくすこと
を可能として装置を小型化しようとしたものである。
According to a second aspect of the present invention, in the projection point moving type range finder according to the first aspect, the optical system and the projection mechanism are integrally attached to a rotary table, and the rotary table is mounted on the central axis of the image pickup system. It is characterized in that it is rotatably supported around it, so that it is possible to eliminate the optical system necessary for projecting a plurality of points and to downsize the apparatus.

【0018】請求項3の発明は、請求項1又は2に記載
の投射点移動型レンジファインダにおいて、前記回転台
にスリットを有する光エンコーダを取り付け、前記撮像
系の前記反射光の検出素子と前記投射点の回転角度位置
を検出可能としたことを特徴とし、もって、構造化光の
方向のCCDの画素方向を容易に合わせることができ組
立時間を短縮するようにしたものである。
According to a third aspect of the present invention, in the projection point moving type range finder according to the first or second aspect, an optical encoder having a slit is attached to the rotary table, and the reflected light detecting element of the image pickup system and the detecting element. It is characterized in that the rotation angle position of the projection point can be detected, so that the direction of the structured light can be easily aligned with the pixel direction of the CCD and the assembling time can be shortened.

【0019】請求項4の発明は、請求項1又は2に記載
の投射点移動型レンジファインダにおいて、前記回転台
を回転自在に支持する固定ケースに該回転台を回転駆動
する回転モータを設け、前記反射光の検出素子に対する
前記投射点の角度位置を任意に制御することができる制
御手段を有することを特徴とし、もって、複数の位置に
おける投射点とCCDの角度関係を容易に調整でき組立
時間を短縮するようにしたものである。
According to a fourth aspect of the present invention, in the projection point moving type range finder according to the first or second aspect, a fixed case for rotatably supporting the rotary table is provided with a rotary motor for rotationally driving the rotary table. It is characterized by having a control means capable of arbitrarily controlling the angular position of the projection point with respect to the detection element of the reflected light, so that the angular relationship between the projection point and the CCD at a plurality of positions can be easily adjusted. Is shortened.

【0020】請求項5の発明は、請求項1又は2に記載
の投射点移動型レンジファインダにおいて、前記撮像系
全体を該撮像系の中心軸まわりに回転自在に前記固定ケ
ースに支持したことを特徴とし、もって、CCDの固定
位置が自由に選択でき、精度が必要な方向に対して装置
分解能を高くし精度を高めるようにしたものである。
According to a fifth aspect of the present invention, in the projection point moving type range finder according to the first or second aspect, the entire imaging system is supported by the fixed case so as to be rotatable about a central axis of the imaging system. As a feature, the fixed position of the CCD can be freely selected, and the device resolution is increased in the direction in which accuracy is required to improve the accuracy.

【0021】請求項6に発明は、請求項1又は2に記載
の投射点移動型レンジファインダにおいて、複数の前記
投射点より順次角度位置を変えて末知物体に投射された
前記構造化光による影の領域最小となる角度位置を検出
し制御する制御手段を有することを特徴とし、もって、
外部の物体移動機構を必要とせず装置を安く提供できる
ようにしたものである。
According to a sixth aspect of the present invention, in the projection point moving type range finder according to the first or second aspect, the structured light is projected on the unknowable object by sequentially changing the angular position from the plurality of projection points. Characterized by having control means for detecting and controlling the angular position that minimizes the shadow area,
The device can be provided inexpensively without the need for an external object moving mechanism.

【0022】請求項7の発明は、請求項1又は2に記載
の投射点移動型レンジファインダにおいて、前記構造化
光を複数の前記投射点より順次投射して得られた距離画
像データを合成して影部分の距離画像を生成する処理部
を設けたことを特徴とし、もって、測定に要する時間を
短縮できるようにしたものである。
According to a seventh aspect of the invention, in the projection point moving type range finder according to the first or second aspect, the range image data obtained by sequentially projecting the structured light from a plurality of the projection points is synthesized. The present invention is characterized in that a processing unit for generating a distance image of a shadow portion is provided so that the time required for measurement can be shortened.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】図1は、本発明による投影点移動
型レンジファインダを有するロボットのハンドリングシ
ステムの一例を説明するための図であり、図中、1は投
影点移動型レンジファインダ、(以後、レンジファイン
ダと記す。)2はハンド、3はロボット、4はワーク、
5は置き台、6は画像処理装置、7はロボットコントロ
ーラ、8はホストコンピュータである。
1 is a view for explaining an example of a robot handling system having a projection point moving type range finder according to the present invention, in which 1 is a projection point moving type range finder, Hereinafter, it will be referred to as a range finder.) 2 is a hand, 3 is a robot, 4 is a work,
Reference numeral 5 is a stand, 6 is an image processing apparatus, 7 is a robot controller, and 8 is a host computer.

【0024】図1に示すロボットのハンドリングシステ
ムは、ロボット3の先端部にレンジファインダ1が装架
されており、該レンジファインダ1より得られる画像情
報をもとにロボット3の先端部に取付けられたハンド2
により、置き台5に不規則な姿勢で置かれたワーク4を
ハンドリングするように構成されている。レンジファイ
ンダ1より得られた画像処理情報は画像処理装置6を介
してホストコンピュータ8に送られ、ワーク4の姿勢が
計算され、またワーク4の把持位置が算出される。これ
らの算出結果は、ロボットコントローラ7に送られ、ロ
ボットコントローラ7は、ロボット3及びハンド2を駆
動してワーク4を把持する。
In the robot handling system shown in FIG. 1, a range finder 1 is mounted on the tip of the robot 3, and the range finder 1 is attached to the tip of the robot 3 based on image information obtained from the range finder 1. Hand 2
Thus, the work 4 placed on the stand 5 in an irregular posture is handled. The image processing information obtained from the range finder 1 is sent to the host computer 8 via the image processing device 6, the posture of the work 4 is calculated, and the grip position of the work 4 is calculated. These calculation results are sent to the robot controller 7, and the robot controller 7 drives the robot 3 and the hand 2 to hold the work 4.

【0025】図2は、本発明による投射移動型レンジフ
ァインダの実施形態の一例を説明するための図で、図2
(A)は平面図、図2(B)は図2(A)の矢視B−B
線断面図、図2(C)は光エンコーダ24の斜視図、図
2(D)はワーク4の影部を示す斜視図、図2(E)は
CCD10と構造化光の関係を示す平面図であり、図
中、9は撮像系のレンズ、10は撮像系のCCD、11
はレンズ9、CCD10を収納する撮像ホルダ、12,
14は軸受、13は固定ケース、15は回転台、16は
回転台15に取り付けられた従動ギヤ、17は回転台1
5の駆動ギヤ、18,22はレーザダイオード(以後、
LDと記す)、19は光学系のシリンドリカルレンズ、
20は光走査機構のカルバノミラー、21は受光素子2
3の支持腕、23は受光素子、24は光エンコーダ、2
5は回転台15を駆動する回転モータ、26はカルバノ
ミラー20の駆動モータ、27は撮像ホルダ11の固定
ネジ、28は構造化光(スリット光)、29は撮像系の
中心軸、30は光学系、31は光走査機構(以後スキャ
ン機構と記す)、32は投射点である。
FIG. 2 is a view for explaining an example of the embodiment of the projection movement type range finder according to the present invention.
2A is a plan view and FIG. 2B is a view BB of FIG. 2A.
2C is a perspective view of the optical encoder 24, FIG. 2D is a perspective view showing the shadow of the work 4, and FIG. 2E is a plan view showing the relationship between the CCD 10 and structured light. In the figure, 9 is an image pickup system lens, 10 is an image pickup system CCD, and 11
Is an image pickup holder for housing the lens 9 and the CCD 10,
14 is a bearing, 13 is a fixed case, 15 is a turntable, 16 is a driven gear attached to the turntable 15, and 17 is the turntable 1.
5 is a drive gear, 18 and 22 are laser diodes (hereinafter,
LD)), 19 is an optical system cylindrical lens,
Reference numeral 20 is a carbano mirror of the optical scanning mechanism, and 21 is a light receiving element 2.
3, support arm 23, light receiving element 23, optical encoder 24,
Reference numeral 5 is a rotary motor for driving the rotary base 15, 26 is a drive motor for the carbano mirror 20, 27 is a fixing screw for the imaging holder 11, 28 is structured light (slit light), 29 is a central axis of the imaging system, and 30 is an optical system. , 31 is an optical scanning mechanism (hereinafter referred to as a scanning mechanism), and 32 is a projection point.

【0026】図2に示したレンジファインダ1は、レン
ズ9およびCCD10からなる撮像系の光軸を中心軸2
9とし、該撮像系を収納した撮像ホルダ11と、該撮像
ホルダ11を同軸に支持する固定ケース13と、該固定
ケース13に支持され中心軸29と同軸に回転する回転
台15と、回転台15に取り付けられた光学系30およ
び光走査機構31から構成されている。
In the range finder 1 shown in FIG. 2, the optical axis of the image pickup system including the lens 9 and the CCD 10 is the central axis 2.
9, an imaging holder 11 accommodating the imaging system, a fixed case 13 that coaxially supports the imaging holder 11, a rotary table 15 that is supported by the fixed case 13 and rotates coaxially with a central axis 29, and a rotary table. The optical system 30 and the optical scanning mechanism 31 are attached to the optical system 15.

【0027】撮像系を収納した撮像ホルダ11は、筒状
の固定ケース13内に軸受12を介して回転位置が調整
され固定ケース13に同軸に固定されている。すなわ
ち、撮像ホルダ11には固定ネジ27が設けられてお
り、該固定ネジ27を回動して固定ケース13に固定で
きるようになっている。また、筒状の固定ケース13の
外側には、同軸な軸受14が設けられ、回転台15が軸
受14を介して固定ケース13に回転自在に支持されて
いる。
The image pickup holder 11 accommodating the image pickup system is coaxially fixed to the fixed case 13 whose rotational position is adjusted via a bearing 12 in a cylindrical fixed case 13. That is, the image pickup holder 11 is provided with a fixing screw 27, and the fixing screw 27 can be rotated and fixed to the fixing case 13. A coaxial bearing 14 is provided outside the cylindrical fixed case 13, and a rotary base 15 is rotatably supported by the fixed case 13 via the bearing 14.

【0028】回転台15には、撮像系の中心軸29に直
角な面上に、その光軸が面平行となるように、光学系3
0とスキャン機構31が固定されている。光学系30は
LD18とシリンドリカルレンズ19からなり、スキャ
ン機構31は駆動モータ26で回転駆動されるカルバノ
ミラー20を有し、該ガルバノモラー20の投射点32
と撮像系中心軸29との間は一定距離mが保たれてい
る。また、回転台15には、中心軸29と同軸に従動ギ
ヤ16と光エンコーダ24が固着され、固定ケース13
には、駆動ギヤ17を軸に固着した回転モータ25が取
り付けられており、該駆動ギヤ17と回転台15に固着
された従動ギヤ16とは噛み合い位置に配置されてい
る。
On the rotary table 15, the optical system 3 is arranged so that its optical axis is parallel to the plane perpendicular to the central axis 29 of the image pickup system.
0 and the scanning mechanism 31 are fixed. The optical system 30 comprises an LD 18 and a cylindrical lens 19, a scanning mechanism 31 has a carbano mirror 20 which is driven to rotate by a drive motor 26, and a projection point 32 of the galvanometer mirror 20.
A constant distance m is maintained between the image pickup system central axis 29 and the image pickup system central axis 29. Further, the driven gear 16 and the optical encoder 24, which are coaxial with the central shaft 29, are fixed to the rotary base 15, and the fixed case 13
A rotary motor 25 having a drive gear 17 fixed to a shaft is attached to the drive gear 17, and the drive gear 17 and the driven gear 16 fixed to the rotary base 15 are arranged at a meshing position.

【0029】光エンコーダ24は、図2(C)に示すよ
うに円環状で、中心から放射方向に一定幅のスリット2
4aが等間隔に設けられ、固定ケース13に取り付けら
れたLD22と、該LD22と対向した位置に支持腕2
1に固着された受光素子23との間に設定されている。
一方、光学系30のLD18から出射されたレーザ光
は、シリンドリカルレンズ19により構造化光(スリッ
ト光)38にビーム整形され、カルバノミラー20の投
射点32で反射され、図2の紙面下方向きに投射され
る。
The optical encoder 24 has an annular shape as shown in FIG. 2C and has a slit 2 having a constant width in the radial direction from the center.
The LDs 4a are provided at equal intervals and are mounted on the fixed case 13, and the support arm 2 is provided at a position facing the LD22.
It is set between the light receiving element 23 and the light receiving element 23 fixed to 1.
On the other hand, the laser light emitted from the LD 18 of the optical system 30 is beam-shaped by the cylindrical lens 19 into structured light (slit light) 38, reflected at the projection point 32 of the carbano mirror 20, and projected downward in the plane of FIG. To be done.

【0030】以上の構成のもとで、回転モータ25に、
制御信号を印加して回転台15を固定ケース13に対し
同軸に回転させると、投射点32をCCD10に対して
固定距離mを保ちながら任意角度位置に設定可能とな
る。また、撮像ホルダ11に設けられた固定ネジ27を
緩め、撮像ホルダ11を固定ケース13に対して回転す
ることによりCCD10の回転位置を自在に変更可能と
なる。以上の構成により、ワーク4の位置が図2(D)
に示す位置にあり構造化光を投射したとき影部分が生じ
ても、例えば、回転台15を180°回転すると、影と
なってかくれてしまうワーク4の段差部分4aも計測可
能となる。更に、撮像ホルダ11を回転しCCD10に
対する投射点32の角度を変更できることにより、図2
(E)に示すようにCCD10に対する構造化光28が
矢印Y方向と一致するように調整することが容易に可能
となる。次に、投射点角度位置制御手段について述べ
る。
With the above construction, the rotary motor 25
When the rotary table 15 is rotated coaxially with respect to the fixed case 13 by applying a control signal, the projection point 32 can be set at an arbitrary angular position with respect to the CCD 10 while maintaining a fixed distance m. Further, by loosening the fixing screw 27 provided on the image pickup holder 11 and rotating the image pickup holder 11 with respect to the fixed case 13, the rotational position of the CCD 10 can be freely changed. With the above configuration, the position of the work 4 is shown in FIG.
Even if a shadow portion is generated when the structured light is projected at the position shown in, the stepped portion 4a of the work 4 which is hidden in the shadow can be measured, for example, when the rotary table 15 is rotated by 180 °. Further, by rotating the image pickup holder 11 and changing the angle of the projection point 32 with respect to the CCD 10, it is possible to change the angle shown in FIG.
As shown in (E), it is possible to easily adjust the structured light 28 for the CCD 10 so as to coincide with the direction of the arrow Y. Next, the projection point angular position control means will be described.

【0031】図3は、本発明の投射点移動型レンジファ
インダに係る投射点角度制御手段の実施形態を説明する
ためのブロック図であり、図中、33は投射点角度位置
制御手段、34はパルスカウンタ、35はモータドライ
バである。
FIG. 3 is a block diagram for explaining an embodiment of the projection point angle control means relating to the projection point moving type range finder of the present invention, in which 33 is the projection point angular position control means and 34 is the projection point angle position control means. A pulse counter, 35 is a motor driver.

【0032】図3に示した投射点角度位置制御手段33
は、パルスカウンタ34とモータドライバ35とからな
り、回転モータ25は、モータドライバ35に接続され
駆動される。例えば、回転モータ25としてパルスモー
タを用いた場合、投射点角度位置制御手段33のパルス
カウンタ34には、あらかじめ目標パルス数34bをセ
ットしておき、光エンコーダ24からエンコーダ信号3
4aを入力する。目標パルス数34bを、例えば、投射
点角度位置が90°,180°,270°となるパルス
数にセットしておき、これとエンコーダ24からのエン
コーダ信号34aの信号パルス数を比較することにより
セットされたパルス数に対応する回転角度に達したとき
回転モータ25に停止信号を送出することができる。こ
こで、撮像系全体は、中心軸29に対して回転自在なの
で、CCD10の持つX,Y方向の画素数が異っている
場合でも手動ではあるが分解能の選択が可能となる。こ
こで、方向分解能を常に最適にしたい場合は、撮像ホル
ダ11を固定ケース13に対しモータ等により回転自在
としておくとよい。
Projection point angular position control means 33 shown in FIG.
Is composed of a pulse counter 34 and a motor driver 35, and the rotary motor 25 is connected to and driven by the motor driver 35. For example, when a pulse motor is used as the rotary motor 25, the target pulse number 34b is set in advance in the pulse counter 34 of the projection point angular position control means 33, and the encoder signal 3 from the optical encoder 24 is set.
Enter 4a. The target pulse number 34b is set to, for example, the number of pulses at which the projection point angular position is 90 °, 180 °, 270 °, and is set by comparing this with the signal pulse number of the encoder signal 34a from the encoder 24. A stop signal can be sent to the rotary motor 25 when the rotation angle corresponding to the generated number of pulses is reached. Here, since the entire image pickup system is rotatable with respect to the central axis 29, even if the number of pixels of the CCD 10 in the X and Y directions is different, it is possible to manually select the resolution. Here, when it is desired to always optimize the directional resolution, the imaging holder 11 may be rotatable with respect to the fixed case 13 by a motor or the like.

【0033】次に、影領域最小化手段と、影部分距離デ
ータ生成処理部を図4、図5に基づいて説明する。
Next, the shadow area minimizing means and the shadow part distance data generation processing section will be described with reference to FIGS. 4 and 5.

【0034】図4は、本発明による投射点移動型レンジ
ファインダの影領域最小化手段の実施形態を説明するた
めのブロック付で、図中、36は影領域最小化手段、3
7はD/Aコンバータ、38はモータドライバ、39はス
イッチ回路、40はレーザダイオード(LD)ドライ
バ、41は静止メモリ、42はマイコンである。
FIG. 4 is a block diagram for explaining an embodiment of the shadow area minimization means of the projection point moving type range finder according to the present invention. In the figure, 36 is the shadow area minimization means, 3
7 is a D / A converter, 38 is a motor driver, 39 is a switch circuit, 40 is a laser diode (LD) driver, 41 is a static memory, and 42 is a microcomputer.

【0035】図4において、影領域最小化手段36は、
光走査機構31のガルバノミラー20を駆動する光走査
機構駆動手段と、光学系30のLD18を駆動する光学
系駆動手段と、図3に示した投射角度制御手段33と、
CCD10と、その輝度信号を記憶する静止メモリ41
およびマイコン42から構成される。以上の構成におい
て、ガルバノミラー20の光走査機構駆動手段は、駆動
モータ26とモータドライバ38および該モータドライ
バ38の制御信号を作るD/Aコンバータ37とからなっ
ている。LD18光学系駆動手段は、LD18の電源を
ON/OFFするスイッチ回路39およびLDドライバ40か
らなっている。次に図4示した影領域最小化手段36の
動作を図5に従って説明する。
In FIG. 4, the shadow area minimizing means 36 is
An optical scanning mechanism driving means for driving the galvano mirror 20 of the optical scanning mechanism 31, an optical system driving means for driving the LD 18 of the optical system 30, and a projection angle control means 33 shown in FIG.
CCD 10 and static memory 41 for storing its brightness signal
And a microcomputer 42. In the above structure, the optical scanning mechanism driving means of the galvanometer mirror 20 is composed of the drive motor 26, the motor driver 38, and the D / A converter 37 that produces a control signal for the motor driver 38. The LD18 optical system driving means turns on the power source of the LD18.
It is composed of a switch circuit 39 for turning on / off and an LD driver 40. Next, the operation of the shadow area minimizing means 36 shown in FIG. 4 will be described with reference to FIG.

【0036】図5は、図4に示す影領域最小化手段の動
作を説明するための図である。図5(A)に示すよう
に、置き台5上のワーク(検出物体)4に対し、LD1
8から出射されたレーザ光をガルバノミラー20を介し
て照射すると影5aが生ずる。例えば、ワーク4の形を
簡単な四角板として四角辺をX,Y方向、高さをZ方向
とし、X軸方向のワーク4の輝度をCCD10により検
出する。LD18からレーザ光を出射しない無照射の場
合の輝度は、図5(B)の点線LB0で示すレベルの輝度
となるが、レーザ光を出射した場合は図5(C)に示す
LC1のように低レベルの輝度である影5a部分が生ず
る。無照射の輝度LB0に対し、一定のわずかなオフセッ
トを加えたLB1(実線)と、図5(C)に示す輝度LC1
をマイコン42で比較する。この結果は図5(D)に示
すように区間X1〜X2において無照射の輝度LB1が全照
射の輝度LC1より大きくなり影5aであることを示す
る。この操作を、投射角度制御手段33を駆動し、ある
定められた角度、例えば、0°,90°,180°,2
70°を回転して投射点32を順次移動し、影領域が最
小となる投射点32の角度位置を検出する。
FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the shadow area minimizing means shown in FIG. As shown in FIG. 5A, the LD 1 is attached to the work (detection object) 4 on the stand 5.
When the laser beam emitted from 8 is irradiated through the galvano mirror 20, a shadow 5a is produced. For example, the shape of the work 4 is a simple square plate, the sides of the square are X and Y directions, and the height is Z direction. The brightness of the work 4 in the X axis direction is detected by the CCD 10. The luminance in the case of non-irradiation without emitting the laser light from the LD 18 is the luminance of the level shown by the dotted line LB 0 in FIG. 5B, but when the laser light is emitted, it is shown in FIG. 5C.
A shadow 5a portion having a low level of luminance like LC 1 is produced. The microcomputer 42 compares LB 1 (solid line) obtained by adding a certain slight offset to the non-illuminated brightness LB 0 with the brightness LC 1 shown in FIG. 5C. This result shows that the non-irradiated luminance LB 1 is larger than the total illuminated luminance LC 1 in the section X 1 to X 2 as shown in FIG. This operation is performed by driving the projection angle control means 33 to set a predetermined angle, for example, 0 °, 90 °, 180 °, 2
The projection point 32 is sequentially moved by rotating 70 °, and the angular position of the projection point 32 at which the shadow area is minimized is detected.

【0037】図6は、本発明による投射点移動形レンジ
ファインダの影部分の距離データ生成処理部の実施形態
を説明するための図で、図6(A)は影部分の距離デー
タ生成処理部のブロック図、図6(B)はワークに対し
構造化光の照射角度を変えた状態を示す斜視図であり、
図中、43は影部分の距離データ生成処理部、44は2
値化回路、45は空間コードメモリ、46はメモリであ
る。
FIG. 6 is a diagram for explaining an embodiment of a shadow portion distance data generation processing unit of the projection point moving type range finder according to the present invention. FIG. 6A shows a shadow portion distance data generation processing unit. FIG. 6B is a perspective view showing a state in which the irradiation angle of structured light with respect to the work is changed.
In the figure, 43 is a distance data generation processing unit of a shadow portion, and 44 is 2
A digitization circuit, 45 is a space code memory, and 46 is a memory.

【0038】図6に示した影部分の距離データ生成処理
部43は空間コード化法の原理に基づいて影を生じさせ
る部分のワークのZ軸上の高さを求めるもので、影部分
の距離データ生成処理部43は、2値化回路44、空間
コードメモリ45、静止メモリ41、マイコン42およ
びメモリ46からなっている。2値化回路44と空間コ
ードメモリ45は直列に接続され、CCD10と静止メ
モリ41との間に二方切換スイッチSW1とSW2の一方側の
接点を切換えて接続され、CCD10の画像入力信号を
2値化回路44で2値化してこれを空間コードメモリ4
5で2進コード化し静止メモリ41に入力される。スイ
ッチSW1,SW2の他方側の接点間は直接接続されて2進コ
ード化されない生画像が静止メモリ41に入力され生画
像の輝度変化により生ずる2値化誤差発生を取り除いて
いる。
The distance data generation processing unit 43 of the shadow portion shown in FIG. 6 obtains the height on the Z axis of the work of the portion which produces the shadow based on the principle of the space coding method. The data generation processing unit 43 includes a binarization circuit 44, a space code memory 45, a static memory 41, a microcomputer 42 and a memory 46. The binarization circuit 44 and the space code memory 45 are connected in series, and are connected by switching the contacts on one side of the two-way selector switches SW 1 and SW 2 between the CCD 10 and the stationary memory 41. Is binarized by the binarization circuit 44, and this is binarized in the space code memory 4
It is converted into a binary code at 5 and input to the static memory 41. The contacts on the other side of the switches SW 1 and SW 2 are directly connected to each other, and a raw image which is not binary coded is input to the static memory 41 to eliminate the occurrence of a binarization error caused by a change in luminance of the raw image.

【0039】空間コード化法は、撮像系の中心軸29か
ら軸直角方向の距離mを距てた位置にある投射点32か
らレーザ光による構造化光を測定範囲に亘って投射し、
この反射光をCCD10で検出した画像信号から三角測
量法により距離画像を求める一つの立体計測システムで
ある。具体的には、まず、測定範囲の半分の領域を構造
化光の電源OFFで照明せず、次の半分の領域を電源ONで
光走査し、次は、測定範囲の1/4領域ごとに構造化光の
電源をON,OFFさせて走査し、以後、順次、電源のON,OFF
の領域間隔を半減させ、画像入力信号の電源OFFの状態
を“0”、ONの状態を“1”として2進数でコード化す
る。測定面には、前記走査毎の2進コードにより走査さ
れた回数の桁をもった2進コードをもつ画像が定められ
る。測定面が平面があるときはコードは順序よく並ぶ
が、立体で高い部分があると影が生じ前記2進コード配
列が変る。この配列は高さに依存するので、三角測量と
同様の方法により高さを求めることができる。
In the space coding method, structured light by laser light is projected over a measurement range from a projection point 32 located at a position m away from the central axis 29 of the image pickup system in the direction perpendicular to the axis,
This is a stereoscopic measurement system that obtains a distance image by the triangulation method from the image signal of the reflected light detected by the CCD 10. Specifically, first, the area of half the measurement range is not illuminated by turning off the structured light power, the next half area is optically scanned by turning on the power, and then, for each 1/4 of the measurement range. Turn structured power on and off to scan, then power on and off sequentially
The area interval is halved and the power of the image input signal is set to "0" and the ON state is set to "1", and is coded in a binary number. An image having a binary code having a digit of the number of times of scanning by the binary code for each scan is defined on the measurement surface. When the measurement surface is flat, the codes are arranged in order, but when there is a high portion in the solid, a shadow is generated and the binary code array is changed. Since this array depends on the height, the height can be obtained by a method similar to triangulation.

【0040】本発明においては、図6(B)に示すよう
に、ワーク4に対し、最初にガルバノミラー20の投射
点32から実線で示す構造化光を投射して得られた照度
データからワーク4の影検出位置と端部の位置を記憶し
ておく。次に、例えば、実線で示す最初の投射点32の
位置から180°異なる位置の投射点32(図示せず)
において、点線で示す構造化光を投射した距離データで
は、影開始位置が端部の位置に概当するので、このとき
の位置データを取り込み、最初の距離データに追記す
る。ここで、最初の距離データでは影部分を0(零)と
するしが望ましい。更に、影部分を最小にするような角
度位置で照度データが得られるので空間コード化法にお
ける2枚目の距離画像は、全てを取り込む必要がなく、
測定時間の短縮がはかれる。
In the present invention, as shown in FIG. 6 (B), the work 4 is first subjected to structured light indicated by the solid line from the projection point 32 of the galvano mirror 20 to obtain the work from the illuminance data. The shadow detection position 4 and the end position are stored. Next, for example, the projection point 32 (not shown) at a position different by 180 ° from the position of the first projection point 32 shown by the solid line
In the distance data obtained by projecting the structured light shown by the dotted line, since the shadow start position approximately corresponds to the end position, the position data at this time is taken in and added to the first distance data. Here, it is desirable to set the shadow portion to 0 (zero) in the first distance data. Furthermore, since the illuminance data is obtained at the angular position that minimizes the shadow portion, it is not necessary to capture all of the second range image in the space coding method.
The measurement time can be shortened.

【0041】[0041]

【発明の効果】【The invention's effect】

請求項1に対応する効果:未知物体の3次元形状を計測
する計測装置で、構造化光を形成する光学系と、前記末
知物体に対し前記構造化光を走査投射する投射機構と、
前記物体からの反射光を検出する撮像系を有するレンジ
ファインダにおいて、前記構造化光の投射点を、前記撮
像系の中心軸に直角な平面上の該中心軸より一定距離離
間した任意の所定角度範囲に設定可能としたので、影部
分のない距離データが得られ、測定の信頼性および精度
の向上がはかれる。
Effect corresponding to claim 1: A measuring device for measuring a three-dimensional shape of an unknown object, an optical system for forming structured light, and a projection mechanism for scanning and projecting the structured light onto the unknowable object.
In a range finder having an imaging system that detects reflected light from the object, the projection point of the structured light is at an arbitrary predetermined angle with a certain distance from the central axis of the imaging system on a plane perpendicular to the central axis. Since the range can be set, distance data without shadow can be obtained, and the reliability and accuracy of measurement can be improved.

【0042】請求項2に対応する効果:請求項1に記載
の投射点移動型レンジファインダーにおいて、前記光学
系と前記投射機構を回転台に一体的に取り付け、該回転
台を前記撮像系の中心軸まわりに回転自在にし、複数点
投射に必要な光学系がないので装置を小型化できる。
Effect corresponding to claim 2: In the projection point moving type range finder according to claim 1, the optical system and the projection mechanism are integrally attached to a rotary base, and the rotary base is the center of the imaging system. The device can be miniaturized because it is rotatable about its axis and does not have an optical system necessary for projecting multiple points.

【0043】請求項3に対応する効果:請求項1に記載
の投射点移動型レンジファインダーにおいて、前記回転
台にスリットを有する光エンコーダを取り付け、前記撮
像系の前記反射光の検出素子と前記投射点の回転角度位
置を検出可能としたので、構造化光の方向とCCDの画
素配列方向を容易に合わせることができ、組立時間の短
縮がはかれる。
Effect corresponding to claim 3: In the projection point moving type range finder according to claim 1, an optical encoder having a slit is attached to the rotary table, and the detection element of the reflected light of the imaging system and the projection. Since the rotation angle position of the point can be detected, the direction of the structured light and the pixel array direction of the CCD can be easily matched, and the assembly time can be shortened.

【0044】請求項4に対応する効果:請求項1又は2
に記載の投射点移動型レンジファインダーにおいて、前
記回転台を回転自在に支持する固定ケースに該回転台を
回転駆動する回転モータを設け、前記反射光の検出素子
に対する前記投射点の角度位置を任意に制御することが
できる制御手段を設けたので、複数の位置における投射
点とCCDの角度関係を容易に調整でき、上記(3)同
様に組立時間の短縮がはかれる。
Effect corresponding to claim 4: Claim 1 or 2
In the projection point moving type range finder described in (1), a fixed case that rotatably supports the rotary table is provided with a rotary motor that rotationally drives the rotary table, and the angular position of the projection point with respect to the detection element of the reflected light is arbitrary. Since the control means capable of controlling the above is provided, the angular relationship between the projection point and the CCD at a plurality of positions can be easily adjusted, and the assembly time can be shortened as in the above (3).

【0045】請求項5に対応する効果:請求項1又は2
に記載の投射点移動型レンズファインダーにおいて、撮
像系中心軸まわりに該撮像系全体を回転自在に前記固定
ケースに支持したので、CCDの固定位置が自由に選択
でき、精度が必要な方向に対して、装置分解能を高くで
き、精度の向上がはかれる。
Effect corresponding to claim 5: claim 1 or 2
In the projection point movement type lens finder described in (3), since the entire image pickup system is rotatably supported by the fixed case around the central axis of the image pickup system, the fixed position of the CCD can be freely selected and the direction where accuracy is required is set. Therefore, the device resolution can be increased and the accuracy can be improved.

【0046】請求項6に対応する効果:請求項1又は2
に記載の投射点移動型レンジファインダーにおいて、複
数の前記投射点より順次角度位置を変えて末知物体に投
射された前記構造化光による影の領域最小となる角度位
置を検出し制御する制御手段を設けているので、外部の
物体移動機構を必要とせず装置コストを安価にできる。
Effect corresponding to claim 6: Claim 1 or 2
In the projection point moving type range finder according to claim 7, a control means for detecting and controlling an angular position that minimizes a shadow area due to the structured light projected on the unknowable object by sequentially changing angular positions from a plurality of the projection points. Since the device is provided, the cost of the device can be reduced without the need for an external object moving mechanism.

【0047】請求項7に対応する効果:請求項1又は2
に記載の投射点移動型レンジファインダーにおいて、前
記構造化光を複数の前記投射点より順次投射して得られ
た距離画像データを合成して影部分の距離画像を生成す
る処理部を設けたので測定に要する時間を短縮すること
ができる。
Effect corresponding to claim 7: claim 1 or 2
In the projection point movement type range finder described in (1), since the processing unit that generates the distance image of the shadow portion by synthesizing the distance image data obtained by sequentially projecting the structured light from the plurality of the projection points is provided. The time required for measurement can be shortened.

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

【図1】 本発明による投影点移動型レンジファインデ
を有するロボットのハンドリングシステムである。
FIG. 1 is a robot handling system having a projection point moving type range finder according to the present invention.

【図2】 本発明による投射移動型レンジファインダの
実施形態の一例を説明するための図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining an example of an embodiment of a projection movement type range finder according to the present invention.

【図3】 本発明の投射点移動型レンジファインダに係
る投射点角度制御手段の実施形態を説明するためのブロ
ック図である。
FIG. 3 is a block diagram for explaining an embodiment of projection point angle control means according to the projection point moving type range finder of the present invention.

【図4】 本発明による投射点移動型レンジファインダ
の影領域最小化手段の実施形態を説明するためのブロッ
ク図である。
FIG. 4 is a block diagram for explaining an embodiment of shadow area minimizing means of the projection point moving type range finder according to the present invention.

【図5】 図4に示すブロック図の影領域最小化手段の
動作を説明するための図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the shadow area minimizing means of the block diagram shown in FIG.

【図6】 本発明による投射点移動形レンジファインダ
の影部分の距離データ生成処理部実施形態を説明するた
めの図である。
FIG. 6 is a diagram for explaining an embodiment of a distance data generation processing unit of a shadow portion of a projection point moving type range finder according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…レンジファインダ、2…ハンド、3…ロボット、4
…ワーク、5…置き台、6…画像処理装置、7…ロボッ
トコントローラ、8…ホストコンピュータ、9…レン
ズ、10…CCD、11…撮像ホルダ、12,14…軸
受、13…固定ケース、15…回転台、16…従動ギ
ヤ、17…駆動ギヤ、18…レーザダイオード(L
D)、19…シリンドリカルレンズ、20…カルバノミ
ラー、21…支持腕、22…レーザダイオード、23…
受光素子、24…光エンコーダ、25…回転モータ、2
6…駆動モータ、27…固定ネジ、28…構造化光、2
9…撮像系の中心軸、30…光学系、31…走査機構
(スキャン機構)、32…投射点、33…投射点角度位
置制御手段、34…パルスカウンタ、35,38…モー
タドライバ、36…影部最小化手段、37…D/Aコンバ
ータ、39…スイッチ回路、40…LDドライバ、41
…静止メモリ、42…マイコン、43…距離データ生成
処理部、44…2値化回路、45…空間コードメモリ、
46…メモリ。
1 ... Range finder, 2 ... Hand, 3 ... Robot, 4
Work, 5 ... Stand, 6 ... Image processing device, 7 ... Robot controller, 8 ... Host computer, 9 ... Lens, 10 ... CCD, 11 ... Imaging holder, 12, 14 ... Bearing, 13 ... Fixed case, 15 ... Rotating table, 16 ... Driven gear, 17 ... Drive gear, 18 ... Laser diode (L
D), 19 ... Cylindrical lens, 20 ... Carbano mirror, 21 ... Support arm, 22 ... Laser diode, 23 ...
Light receiving element, 24 ... Optical encoder, 25 ... Rotation motor, 2
6 ... Drive motor, 27 ... Fixing screw, 28 ... Structured light, 2
9 ... Central axis of imaging system, 30 ... Optical system, 31 ... Scanning mechanism (scanning mechanism), 32 ... Projection point, 33 ... Projection point angular position control means, 34 ... Pulse counter, 35, 38 ... Motor driver, 36 ... Shadow portion minimizing means 37 ... D / A converter, 39 ... Switch circuit, 40 ... LD driver, 41
... static memory, 42 ... microcomputer, 43 ... distance data generation processing unit, 44 ... binarization circuit, 45 ... spatial code memory,
46 ... memory.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 未知物体の3次元形状を計測する計測装
置で、構造化光を形成する光学系と、前記末知物体に対
し前記構造化光を走査投射する投射機構と、前記物体か
らの反射光を検出する撮像系を有するレンジファインダ
において、前記構造化光の投射点を、前記撮像系の中心
軸に直角な平面上の該中心軸より一定距離離間した任意
の所定角度範囲に設定可能としたことを特徴とする投射
点移動型レンジファインダ。
1. A measuring device for measuring a three-dimensional shape of an unknown object, comprising: an optical system for forming structured light; a projection mechanism for scanning and projecting the structured light onto the unknowable object; In a range finder having an image pickup system for detecting reflected light, the projection point of the structured light can be set to an arbitrary predetermined angle range separated from the central axis of the image pickup system by a predetermined distance on the plane perpendicular to the central axis. This is a range finder with movable projection point.
【請求項2】 前記光学系と前記投射機構を回転台に一
体的に取り付け、該回転台を前記撮像系の中心軸まわり
に回転自在に支持したことを特徴とする請求項1に記載
の投射点移動型レンジファインダ。
2. The projection according to claim 1, wherein the optical system and the projection mechanism are integrally attached to a turntable, and the turntable is rotatably supported around a central axis of the image pickup system. Point move type range finder.
【請求項3】 前記回転台にスリットを有する光エンコ
ーダを取り付け、前記撮像系の前記反射光の検出素子と
前記投射点の回転角度位置を検出可能としたことを特徴
とする請求項1又は2に記載の投射点移動型レンジファ
インダ。
3. An optical encoder having a slit is attached to the rotary table so that a rotational angle position of the detection element of the reflected light of the imaging system and the projection point can be detected. The projection point moving type range finder described in.
【請求項4】 前記回転台を回転自在に支持する固定ケ
ースに該回転台を回転駆動する回転モータを設け、前記
反射光の検出素子に対する前記投射点の角度位置を任意
に制御することができる制御手段を有することを特徴す
る請求項1又は2に記載の投射点移動型レンジファイン
ダ。
4. A fixed case that rotatably supports the rotary table is provided with a rotary motor that rotationally drives the rotary table, and the angular position of the projection point with respect to the detection element of the reflected light can be arbitrarily controlled. The projection point moving type range finder according to claim 1 or 2, further comprising control means.
【請求項5】 前記撮像系全体を該撮像系の中心軸まわ
りに回転自在に前記固定ケースに支持したことを特徴と
する請求項1又は2に記載の投射点移動型レンジファイ
ンダ。
5. The projection point moving type range finder according to claim 1, wherein the entire imaging system is supported by the fixed case so as to be rotatable about a central axis of the imaging system.
【請求項6】 複数の前記投射点より順次角度位置を変
えて末知物体に投射された前記構造化光による影の領域
最小となる角度位置を検出し制御する制御手段を有する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の投射点移動型
レンジファインダ。
6. A control means for detecting and controlling an angular position that minimizes a shadow area of the structured light projected on the unknowable object by sequentially changing angular positions from a plurality of the projection points. The projection point moving type range finder according to claim 1 or 2.
【請求項7】 前記構造化光を複数の前記投射点より順
次投射して得られた距離画像データを合成して影部分の
距離画像を生成する処理部を設けたことを特徴とする請
求項1又は2に記載の投射点移動型レンジファインダ。
7. A processing unit for generating a distance image of a shadow portion by synthesizing distance image data obtained by sequentially projecting the structured light from a plurality of the projection points. The projection point moving type range finder described in 1 or 2.
JP10167496A 1996-04-23 1996-04-23 Projecting-point moving type range finder Pending JPH09287927A (en)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000137189A (en) * 1998-11-02 2000-05-16 Kansei Corp Head-up display device
US7627197B2 (en) 2003-04-07 2009-12-01 Honda Motor Co., Ltd. Position measurement method, an apparatus, a computer program and a method for generating calibration information
KR102159000B1 (en) * 2019-05-07 2020-09-23 오스템임플란트 주식회사 APPARATUS and method FOR 3D scanning

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