JPH1073421A - 三次元曲面測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】三次元曲面を高い精度で測定できるようにす
る。 【解決手段】ＣＣＤカメラ２０はレーザ投光器２７から
投射されてワークＷから反射した光のみを取り込み、Ｃ
ＣＤカメラ２１はレーザ投光器２８から投射されてワー
クＷから反射した光のみを取り込む。ＣＣＤカメラ２０
は受光量に応じた値の電気信号を画像処理回路３２に出
力し、ＣＣＤカメラ２１は受光量に応じた値の電気信号
を画像処理回路３３に出力する。画像処理回路３２，３
３はスリット画像の情報を主制御ＣＰＵ３８に転送す
る。主制御ＣＰＵ３８は転送されたスリット画像を数値
演算処理部３９に転送する。数値演算処理部３９は転送
されたスリット画像Ｇｄの情報を前記電気信号の最大値
を用いて補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スリット光を投射
された被測定対象曲面を２次元撮像素子を備えた撮像手
段で撮像し、前記被測定対象曲面に対して前記スリット
光を平行移動して得られる多数のスリット画像から被測
定対象曲面の形状を測定する三次元曲面測定方法及び装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の三次元曲面測定装置では、測定基
準面と直交しない角度を成す方向から被測定対象表面に
スリット光が投射され、スリット光を投射された前記被
測定対象表面がテレビカメラによって撮像される。テレ
ビカメラは多数の画素からなる２次元撮像素子を備えた
ＣＣＤカメラである。このような従来装置では、撮像さ
れた画像のデータの最大値のみを取り込み、これを曲面
データとしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような被測定対象
表面の三次元曲面の測定では、以下のような問題があ
る。

【０００４】被測定対象表面の三次元曲面における計測
点の法線が計測点におけるレーザ光とＣＣＤカメラの指
向方向との成す角度を２等分する場合には、計測点に対
応する画素における揮度信号値が最も高くなる。しか
し、前記角度を２等分する法線と他の計測点における法
線との成す角度が増える程、この計測点に対応する画素
における揮度信号値が低くなる。前記角度を２等分する
法線と他の計測点における法線との成す角度が９０°に
近くなると、スリット光として識別することは難しい。

【０００５】被測定対象表面が鏡面に近い場合には、２
重反射の影響が生じる。そのため、画素面上にはスリッ
ト光投射領域以外の領域にも揮度信号値の高い領域が発
生し、実際の被測定対象曲面におけるスリット光の判別
が難しくなる。

【０００６】画素の揮度信号値が飽和するような明るい
被測定対象表面を撮像すると、飽和画素の低位にある画
素の揮度信号値も飽和してしまう。そのため、スリット
画像内に信号値の高い複数本の縦線（スミアと言われ
る）が現れる。このスミアはスリット光との識別が難し
い。

【０００７】本発明は、三次元曲面を高い精度で測定す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そのために請求項１の発
明では、２次元撮像素子における同一画素において前記
スリット光を平行移動する毎に撮像された揮度信号とそ
の次に撮像された揮度信号とのレベルを順次比較し、先
の揮度信号よりその次の揮度信号のレベルが高いときに
は前記画素における信号レベルの最大値を更新して記憶
し、前記２次元撮像素子における一水平画素列上の信号
レベルの最大値と、この最大値に続く少なくとも１つの
信号レベルの値とを前記スリット画像毎に記憶し、この
スリット画像毎に記憶された信号レベルの最大値及びこ
の最大値に続く少なくとも１つの信号レベルの値と、同
一の画素における前記更新記憶された最大値との間で比
例演算し、この比例演算によって得られた最大比率の画
素を結ぶ撮像線を被測定対象曲線とするようにした。

【０００９】被測定対象曲面に対してスリット光を平行
移動することによって多数のスリット画像が得られる。
各スリット画像において比例演算によって得られた最大
比率の画素における信号レベルの最大値は、投射された
光がこの画素に対応する被測定対象曲面上の計測点に当
たったときに得られる。従って、最大比率の画素を結ん
で得られる撮像線のスリット画像情報は被測定対象曲面
の形状を高精度で反映する。

【００１０】請求項２の発明では、前記スリット画像毎
に記憶された一水平画素列上の信号レベルの最大値及び
この最大値に続く少なくとも１つの信号レベルの値を、
これらと同一画素で得られた前記更新記憶された最終の
最大値で割り算するという比例演算を採用した。

【００１１】割り算値が１となる前記信号レベルの値を
得た画素を結んて得られる撮像線のスリット画像情報
は、被測定対象曲面の形状を正確に反映する。請求項３
の発明では、２次元撮像素子から得られる揮度信号を順
次取り込んで記憶する第１の記憶手段と、前記２次元撮
像素子における同一画素において得られて前記第１の記
憶手段に記憶された先に撮像された揮度信号とその次に
撮像された揮度信号とのレベルを順次比較し、先の揮度
信号よりその次の揮度信号のレベルが高いときには前記
画素における信号レベルの最大値を抽出する最大値抽出
手段と、前記最大値抽出手段によって抽出された最大値
を順次更新して記憶する第２の記憶手段と、前記２次元
撮像素子の一水平画素列における信号レベルの最大値
と、同じ一水平画素列上でこの最大値に続く少なくとも
１つの信号レベルの値とを前記スリット画像毎に記憶す
る第３の記憶手段と、第３の記憶手段に記憶された信号
レベルの最大値及びこの最大値に続く少なくとも１つの
信号レベルの値と、これらと同一の画素で得られて第２
の記憶手段に更新記憶された最終の最大値との間で比例
演算する比較判定手段と、前記比例演算によって得られ
た最大比率の画素を結ぶ撮像線を被測定対象曲線として
記憶する第４の記憶手段とを備えた三次元曲面測定装置
を構成した。

【００１２】第２の記憶手段は、最終的には各画素毎に
信号レベルの真の最大値を記憶する。第３の記憶手段
は、スリット画像毎に２次元撮像素子の一水平画素列に
おける信号レベルの最大値と、同じ一水平画素列でこの
最大値に続く少なくとも１つの信号レベルの値とのみを
スリット画像毎かつ水平画素列毎に記憶する。比較判定
手段は、最終的に更新記憶された真の最大値と、これと
同じ画素について第３の記憶手段に記憶された信号レベ
ルの最大値及びこの最大値に続く少なくとも１つの信号
レベルの値との間で比例演算する。第４の記憶手段は、
前記比例演算によって得られた最大比率の画素を結ぶ撮
像線を被測定対象曲線として記憶する。

【００１３】請求項４の発明では、第３の記憶手段に記
憶された信号レベルの最大値及びこの最大値に続く少な
くとも１つの信号レベルの値を、これらと同一の画素で
得られて第２の記憶手段に更新記憶された最終の最大値
で割り算して行なうという比例演算を採用した。

【００１４】割り算値が１の場合には、割られた信号レ
ベルの値が真の最大値であり、最大値は割られた信号値
をもたらしたスリット画像において得られたものであ
る。比較判定手段はこのスリット画像における真の最大
値をスリット画像の撮像線に採用する。

【００１５】請求項５の発明では、被測定対象曲面の一
部の領域の走査を受け持つ第１の投光手段と、被測定対
象曲面の残りの領域の走査を受け持つ第２の投光手段
と、被測定対象曲面を撮像する２次元撮像素子を備えた
第１の撮像手段と、被測定対象曲面を撮像する２次元撮
像素子を備えた第２の撮像手段と、前記第１の投光手段
から投射された光の通過を許容すると共に、第２の投光
手段から投射された光の通過を遮断する第１のバンドパ
スフィルタと、前記第２の投光手段から投射された光の
通過を許容すると共に、第１の投光手段から投射された
光の通過を遮断する第２のバンドパスフィルタとを備え
た三次元曲面測定装置を構成し、第１の投光手段の投射
光の周波数と第２の投光手段の周波数とを異ならせ、第
１の投光手段から投射された光の被測定対象曲面からの
反射光を第１のバンドパスフィルタを経由して第１の撮
像手段で受光し、第２の投光手段から投射された光の被
測定対象曲面からの反射光を第２のバンドパスフィルタ
を経由して第２の撮像手段で受光するようにした。

【００１６】それぞれ異なる周波数の光を投射する第１
及び第２の投光手段は被測定対象曲面の領域の一部と残
りの部分との走査を別々に受け持つ。従って、走査時間
は従来よりも半分で済む。第１の撮像手段は第１の投光
手段から投射されて被測定対象曲面から反射した光のみ
を取り込み、第２の撮像手段は第２の投光手段から投射
されて被測定対象曲面から反射した光のみを取り込む。
従って、各投光手段から投射される光が接近している場
合にも、一方の光の反射光が他方の光の反射光の受光に
影響を与えることはなく、高精度の測定が行える。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した第１の
実施の形態を図１〜図６に基づいて説明する。

【００１８】図４に示すように、基台１１上にはガイド
体１２が取り付けられており、ガイド体１２にはレール
１３が止着された支持台１９がスライド可能に支持され
ている。支持台１９上にはワークテーブル１４が止着さ
れており、ワークテーブル１４上には測定対象となるワ
ークＷが治具９に固定されて載せられる。この実施の形
態ではワークＷはシリンダヘッドであり、図１に示すよ
うに被測定対象曲面はエンジン燃焼室を形成する凹壁面
Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３である。ワークテーブル１４は支持台
１９と一体的に図４の鎖線で示すワークＷの測定対象搬
出入位置に配置され、この測定対象搬出入位置に配置さ
れたワークテーブル１４上の治具９にワークＷが固定さ
れる。ワークＷを載せたワークテーブル１４は図４に実
線で示す基台１１上の測定位置に配置される。

【００１９】図１は本発明の容積測定装置のブロック構
成を示す。前記測定位置に配置されたワークＷの上方に
は送りねじ支持枠１５が配置されている。支持枠１５は
基台１１に支持されている。支持枠１５にはボールねじ
軸１６が水平状態で回転可能に支持されている。ボール
ねじ軸１６はモータ１７により正逆回転される。ボール
ねじ軸１６にはボールねじナット１８が螺合されてお
り、ボールねじナット１８には支持台１９がボールねじ
軸１６と平行に取り付けられている。モータ１７の作動
に伴うボールねじ軸１６の回転により支持台１９が左右
動する。モータ１７は駆動回路３４を介してモータコン
トローラ３５の駆動信号を受け、レーザ投光器２７，２
８を移動するためのモータ２４は駆動回路３６を介して
モータコントローラ３５の駆動信号を受ける。モータコ
ントローラ３５は、モータ１７，２４に取り付けられた
ロータリエンコーダ１７１，２４１から得られる回転角
度情報に基づいてモータ１７，２４の回転量をフィード
バック制御する。

【００２０】支持台１９の両端部にはＣＣＤカメラ２
０，２１が取り付けられている。両ＣＣＤカメラ２０，
２１はワークＷの上面の被測定対象曲面を指向する。各
ＣＣＤカメラ２０，２１の指向方向はレーザ投光器２
７，２８の投射経路に対して互いに逆方向に角度θの傾
斜を成している。ＣＣＤカメラ２０，２１はモータ１７
の作動によって一体的に移動する。ＣＣＤカメラ２０，
２１はワークＷの凹壁面Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３のいずれか１
つのみを撮像する。ＣＣＤカメラ２０，２１は撮像を終
えた凹壁面から次の凹壁面の撮像に移行するときに移動
する。

【００２１】支持台１９の中央部の上面には支持枠２２
が取り付けられており、支持枠２２にはボールねじ軸２
３が水平状態で回転可能に支持されている。ボールねじ
軸２３はモータ２４により正逆回転される。ボールねじ
軸２３にはボールねじナット２５が螺合されている。ボ
ールねじナット２５にはレーザ投光器２７，２８が止着
されている。各レーザ投光器２７，２８は図２に示すよ
うにスリット状の光を投射する。各レーザ投光器２７，
２８の投射方向はいずれもワークテーブル１４に対して
垂直方向である。レーザ投光器２７，２８はモータ２４
の作動によって移動しながらレーザ光を投射するが、レ
ーザ投光器２７，２８がワークＷの凹壁面Ｗ１，Ｗ２，
Ｗ３のいずれかを走査しているときにはＣＣＤカメラ２
０，２１が移動することはない。

【００２２】レーザ投光器２７，２８は出力制御回路２
９の出力制御を受ける。レーザ投光器２７，２８はそれ
ぞれ異なる周波数Ｆ１，Ｆ２のレーザを投射する。ＣＣ
Ｄカメラ２０，２１にはそれぞれ異なるバンドパスフィ
ルタ２０１，２１１が取り付けられている。バンドパス
フィルタ２０１は周波数Ｆ１のレーザ光の通過を許容す
るが、周波数Ｆ２のレーザ光の通過を遮断する。バンド
パスフィルタ２１１は周波数Ｆ２のレーザ光の通過を許
容するが、周波数Ｆ１のレーザ光の通過を遮断する。従
って、ＣＣＤカメラ２０はレーザ投光器２７から投射さ
れてワークＷから反射した光のみを取り込み、ＣＣＤカ
メラ２１はレーザ投光器２８から投射されてワークＷか
ら反射した光のみを取り込む。

【００２３】ＣＣＤカメラ２０は図３に示す２次元撮像
素子３０上に結像する。レーザ投光器２７はスリット状
の光をワークＷ上に垂直に投射しており、多数の画素Ｐ
（ｍ，ｎ）からなる２次元撮像素子３０はレーザ投光器
２７の投射光の反射光を受光する。同様に、ＣＣＤカメ
ラ２１は図３に示す２次元撮像素子３１上に結像する。
レーザ投光器２８はスリット状の光をワークＷ上に垂直
に投射しており、多数の画素Ｐ（ｍ，ｎ）からなる２次
元撮像素子３１はレーザ投光器２８の投射光の反射光を
受光する。ｍは水平画素列方向Ｘの画素の番地を表し、
ｎは垂直画素列方向Ｙの画素の番地を表す。即ち、
（ｍ，ｎ）は２次元撮像素子３０，３１上の画素Ｐ
（ｍ，ｎ）の番地を表す。ｍは１から最大Ｍ（本実施の
形態ではＭ＝５１２）まであり、ｎは１から最大Ｎ（本
実施の形態ではＮ＝５１２）まである。垂直画素列方向
Ｙはスリット光の投光方向であり、水平画素列方向Ｘは
スリット光の投光方向に対して直交する方向、即ちレー
ザ投光器２７，２８の移動方向である。２次元撮像素子
３０上の画素Ｐ（ｍ，ｎ）は受光量に応じた値の電気信
号を画像処理回路３２に出力し、２次元撮像素子３１上
の画素Ｐ（ｍ，ｎ）は受光量に応じた値の電気信号を画
像処理回路３３に出力する。画像処理回路３２は画像処
理回路３３に同期信号を出力する。

【００２４】画像処理回路３２は２次元撮像素子３０の
半分の画素Ｐ（ｍ，ｎ）から得られる電気信号に基づい
て図５（ａ）に示す各スリット画像Ｇ１〜ＧＤの半分と
なる前半ｇ１を生成する。画像処理回路３３は２次元撮
像素子３１の半分の画素Ｐ（ｍ，ｎ）から得られる電気
信号に基づいて図５（ａ）に示すスリット画像Ｇｄ（ｄ
は１からＤまでの整数）の残りの半分となる後半ｇ２を
生成する。即ち、レーザ投光器２７は被測定対象曲面の
半分の領域の走査を受け持つ第１の投光手段であり、レ
ーザ投光器２８は被測定対象曲面の残りの半分の領域の
走査を受け持つ第２の投光手段である。

【００２５】整数ｄはスリット画像の番号を表す。スリ
ット光は画素ピッチよりも広いピッチで移動しており、
スリット画像Ｇｄの枚数Ｄは垂直画素列の列数Ｍよりも
少ない。スリット画像Ｇｄの情報は、画像番号ｄの画素
Ｐ（ｍ，ｎ）における揮度値Ｓ（ｄ，ｍ，ｎ）の群とし
て表わされる。画像処理回路３２，３３は生成したスリ
ット画像Ｇｄの情報を主制御ＣＰＵ３８に転送する。主
制御ＣＰＵ３８にはモータコントローラ３５、出力制御
回路２９、数値演算処理部３９及び容積演算処理部４０
が信号接続されている。容積演算処理部４０には表示装
置４１が信号接続されている。主制御ＣＰＵ３８はモー
タコントローラ３５、出力制御回路２９、数値演算処理
部３９及び容積演算処理部４０を統制する。数値演算処
理部３９は、最大値抽出手段となる最大値抽出部３９１
と、上位値抽出部３９２と、比較判定手段となる比較判
定部３９３と、水平画素演算部３９４と、数値情報出力
部３９５と、数値記憶部３７とからなる。数値記憶部３
７は、第１の記憶手段となる第１のメモリ３７１と、第
２の記憶手段となる第２のメモリ３７２と、第３の記憶
手段となる第３のメモリ３７３と、第４の記憶手段とな
る第４のメモリ３７４と、第５のメモリ３７５とからな
る。

【００２６】図６は主制御ＣＰＵ３８、数値演算処理部
３９及び容積演算処理部４０による１つの凹壁面の容積
を測定するプログラムを表すフローチャートである。レ
ーザ投光器２７，２８の移動する毎に撮像され、主制御
ＣＰＵ３８は画像処理回路３２，３３から転送されたス
リット画像Ｇｄの前半ｇ１と後半ｇ２とを合わせて数値
演算処理部３９の第１のメモリ３７１に転送する（ステ
ップＳ１）。数値演算処理部３９の第１のメモリ３７１
は転送されたスリット画像Ｇｄの揮度情報を記憶する
（ステップＳ２）。次いで、第１のメモリ３７１内の情
報は次に撮像されたときに全ての画素の揮度情報を更新
する。

【００２７】次に、最大値抽出部３９１は第１のメモリ
３７１に記憶されたスリット画像Ｇｄの揮度信号に基づ
いて各画素Ｐ（ｍ，ｎ）の最大の揮度値Ｓ（ｍ，ｎ）ma
x を抽出する（ステップＳ３）。最大値抽出部３９１
は、２次元撮像素子における同一画素において得られて
第１のメモリ３７１に記憶された先の揮度信号とその次
に転送された揮度信号とのレベルを順次比較し、先の揮
度信号よりその次の揮度信号のレベルが高いときには前
記画素における信号レベルの最大値Ｓ（ｍ，ｎ）max を
抽出する。これら最大値Ｓ（ｍ，ｎ）max は第２のメモ
リ３７２に更新記憶される。第２のメモリ３７２は、最
終的には各画素毎に信号レベルの真の最大値を記憶す
る。最終的に第２のメモリ３７２に記憶された全ての画
素Ｐ（ｍ，ｎ）における最大値Ｓ（ｍ，ｎ）max の群は
図５（ａ）に示すレベル最大スリット画像Ｇmax の情報
を構成する。

【００２８】上位値抽出部３９２は、２次元撮像素子の
一水平画素列〔図５（ｂ），（ｃ）においてＸ方向の画
素列〕における信号レベルの最大値と、同じ一水平画素
列上でこの最大値に続く１つの信号レベルの値という上
位値をスリット画像Ｇｄ毎に演算して第３のメモリ３７
３に記憶する（ステップＳ４）。例えば図５（ｂ），
（ｃ）における水平画素列ｎ＝ｎ１では、画素Ｐ３にお
ける信号レベルが水平画素列ｎ＝ｎ１上の最大値として
記憶され、画素Ｐ２における信号レベルが最大値に続く
信号レベルの値として記憶される。即ち、第３のメモリ
３７３は各スリット画像Ｇｄにおける各水平画素列毎に
最大値及びこれに続く信号レベルの値を記憶する。

【００２９】比較判定部３９３は、第３のメモリ３７３
に記憶された信号レベルの最大値及びこの最大値に続く
１つの信号レベルの値と、これらと同一の画素〔図５
（ｂ），（ｃ）の例では画素Ｐ３，Ｐ２〕で得られて第
２のメモリ３７２で最終的に記憶された最大値との間で
比例演算する。この場合の比例演算は、スリット画像
（画像番号ｄ＝１）から順に第２のメモリ３７２及び第
３のメモリ３７３の同じ番地（ｍ，ｎ）の画素Ｐ（ｍ，
ｎ）における揮度値Ｓ（ｄ，ｍ，ｎ）を最大の揮度値Ｓ
（ｍ，ｎ）max によって割り算（ステップＳ５）するこ
とである。この割り算値が１であれば、割られた揮度値
Ｓ（ｄ，ｍ，ｎ）は最大値Ｓ（ｍ，ｎ）maxであり、割
り算値が１より小さければ割られた揮度値Ｓ（ｄ，ｍ，
ｎ）は最大値Ｓ（ｍ，ｎ）max ではない。この割り算は
割り算値が１という結果を得るまで画像番号ｄの順に遂
行される（ステップＳ６）。この比例演算によって得ら
れた最大比率、即ち割り算値１の画素を結ぶ撮像線がワ
ークＷの被測定対象曲面の被測定対象曲線となる。

【００３０】割り算値が１という結果を得た場合、比較
判定部３９３は、最大値Ｓ（ｍ，ｎ）max である揮度値
Ｓ（ｄ，ｍ，ｎ）をもたらした画像番号ｄの画素Ｐ
（ｍ，ｎ）における信号レベルを１とすると共に、他の
画像番号の画素Ｐ（ｍ，ｎ）における信号レベルを０と
する２値化を行なう（ステップＳ７）。信号レベルを１
とした情報はＰ（ｍ，ｎ，１）と表し、信号レベルを０
とした情報はＰ（ｍ，ｎ，０）と表すことにする。

【００３１】２値化処理は、１つの画像番号ｄについて
番地ｍ毎に番地ｎが最大値Ｎになるまで遂行される（ス
テップＳ８及びステップＳ９）。図５（ｄ）は図５
（ｂ），（ｃ）のスリット画像Ｇｄを２値化に基づいて
補正した補正スリット画像情報を表す。比較判定部３９
３は画像番号ｄ毎に補正スリット画像情報を第４のメモ
リ３７４に送り、第４のメモリ３７４は１つのスリット
画像Ｇｄ毎に補正スリット画像情報を記憶する（ステッ
プＳ１０）。水平画素演算部３９４は第４のメセリ３７
４に記憶された補正スリット画像情報に基づいて被測定
対象曲面の深さΔｘを演算して第５のメモリ３７５に記
憶する（ステップ１１）。

【００３２】数値情報出力部３９５は第５のメモリ３７
５に記憶された深さΔｘの情報を主制御ＣＰＵ３８を介
して容積演算処理部４０に転送する（ステップＳ１
２）。容積演算処理部４０は１つの凹壁面（Ｗ１，Ｗ
２，Ｗ３のいずれか１つ）のワーク面の深さΔｘの情報
に基づいて凹壁面の形状を演算すると共に、この演算さ
れた形状を用いて容積を演算する（ステップＳ１３）。
表示装置４１はこの演算された容積を表示する。

【００３３】第１の実施の形態では以下の効果が得られ
る。 （１-1）図５（ａ）では、スリット画像Ｇｅにおける曲
線Ｅ１上の画素Ｐ１，Ｐ２の輝度は他のスリット画像に
おける画素Ｐ１，Ｐ２の輝度よりも大きいと仮定してい
る。又、画素Ｐ３において２重反射が生じていると仮定
している。

【００３４】第３のメモリ３７３に記憶された画素Ｐ
（ｍ，ｎ）において得られた揮度値Ｓ（ｄ，ｍ，ｎ）
は、この画素Ｐ（ｍ，ｎ）における最大値Ｓ（ｍ，ｎ）
max によって割り算することによって最大値Ｓ（ｍ，
ｎ）max と比較される。割り算値が１であれば、前記揮
度値Ｓ（ｄ，ｍ，ｎ）を２値化した情報Ｐ（ｍ，ｎ，
１）がスリット画像Ｇｄにおける補正スリット画像情報
として採用される。割り算値が１でない場合には、前記
揮度値Ｓ（ｄ，ｍ，ｎ）を２値化した情報Ｐ（ｍ，ｎ，
０）がスリット画像Ｇｄにおける補正スリット画像情報
としては採用されない。即ち、画素Ｐ（ｍ，ｎ）におけ
る最大の揮度値Ｓ（ｍ，ｎ）max をもたらしたスリット
画像であっても、この画素Ｐ（ｍ，ｎ）が補正スリット
画像情報としては採用されず、次に揮度の大きい画素Ｐ
（ｍ，ｎ）が採用される場合がある。図５（ｂ），
（ｃ）の例では信号レベルが一水平画素列ｎ＝ｎ１上の
画素Ｐ３よりも小さい画素Ｐ２が補正スリット画像情報
として採用される。図５（ｄ）に示す２値化されたスリ
ット画像Ｎｄ１は、図５（ａ）のスリット画像Ｇｅを補
正処理した得られた補正スリット画像情報である。

【００３５】画素Ｐ（ｍ，ｎ）における最大の信号値
は、投射されたスリット光がこの画素に対応する被測定
対象曲面上の計測点に直接当たったときに得られる。従
って、正規化情報は被測定対象曲面の形状を正確に反映
し、凹壁面Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３という三次元曲面の形状は
高い精度で測定される。三次元曲面の形状の高精度測定
は容積の高精度測定をもたらす。 （１-2）図３はＣＣＤカメラ２０，２１を略体的に示
す。２次元撮像素子３０，３１上の画素Ｐと画素Ｐとの
間Ｐｅでは受光した光を受光する素子のない部分であ
り、この部分Ｐｅでは電気信号に変換できない。この部
分Ｐｅは人間の目でいえば盲点に相当し、前記した画素
Ｐと画素Ｐとの間という盲点部分Ｐｅでは輝度測定がで
きない。仮に、レーザ投光器２７，２８とＣＣＤカメラ
２０，２１とが互いに相対位置不変であるとすると、レ
ーザ投光器２７，２８の走査動作に伴って盲点部分Ｐｅ
が図３の被測定対象曲面Ｗo に対して相対移動する。被
測定対象曲面Ｗ上の計測点からの反射光がＣＣＤカメラ
２０，２１の相対移動に伴って画素Ｐと盲点部分Ｐｅと
に交互に受光される。そのため、画素Ｐに受光された場
合には前記計測点における輝度レベルはハイレベルとな
り、盲点部分Ｐｅに受光された場合には前記計測点にお
ける輝度レベルはローレベルとなる。このような輝度レ
ベルの変化は正規のスリット画像情報の生成の妨げとな
る。

【００３６】本実施の形態では、レーザ投光器２７，２
８がワークＷの表面の被測定対象曲面を走査していると
きにはＣＣＤカメラ２０，２１は移動しない。従って、
計測点における前記した輝度レベルの変化が生じず、正
規のスリット画像情報の生成は精度良く行われる。 （１-3）それぞれ異なる周波数Ｆ１，Ｆ２のレーザを投
射するレーザ投光器２７，２８は被測定対象曲面の前半
と後半との走査を別々に受け持つ。従って、走査時間は
従来よりも半分で済む。ＣＣＤカメラ２０はレーザ投光
器２７から投射されてワークＷから反射した光のみを取
り込み、ＣＣＤカメラ２１はレーザ投光器２８から投射
されてワークＷから反射した光のみを取り込む。従っ
て、各レーザ投光器２７，２８から投射されるスリット
光の計測点位置が互いに接近している場合にも、一方の
スリット光の反射光が他方のスリット光の反射光の受光
に影響を与えることはなく、高精度の測定が行える。
又、測定時間が従来よりも半分で済む。しかも、照明光
のような外乱光を遮断する効果もある。 （１-4）ワークテーブル１４はレール１３をスライドさ
せることによって基台１１からはみ出した測定対象搬出
入位置に配置でき、測定対象であるワークＷが重い場合
にもワークテーブル１４にワークＷを載せ易い。従来で
はワークテーブルを支持するレールは基台１１側に固定
されており、ワークテーブルを測定対象搬出入位置に配
置するにはレールを基台１１から常にはみ出しておく必
要があった。このようなはみ出しレールには不用意に接
触し易く、この接触によってワークが振動する。又、ワ
ークＷを測定する場合に一般にＣＣＤカメラ２７，２８
より重いワークＷを移動するとワークに振動が発生し、
ワークの振動は測定精度を低下させる。本実施の形態で
は、測定時には支持台１９が基台１１上の測定位置に引
っ込んでいるため、基台１１からはみ出したレールに不
用意に接触してワークＷを振動させるようなおそれもな
い。又、ワークＷよりも軽いＣＣＤカメラ２７，２８を
移動しているので、基台１１や支持台１９及びワークＷ
が振動することが極端に低減される。

【００３７】本発明では、スリット光を投射する投光手
段の代わりにビーム光を投射する投光手段を用い、この
ビームの投射方向を被測定対象曲面の垂直方向に移動し
て光走査を行なうようにしてもよい。

【００３８】

【発明の効果】以上詳述したように本発明では、任意の
画素において得られた信号の値の内の最大値と、その画
素位置におけるスリット光を投光した位置での水平画素
における信号の値とを比較し、両信号値が一致する場合
には前記スリット画像における前記信号値を採用すると
共に、両信号値が一致しない場合には前記スリット画像
における前記信号値を排除して正規のスリット画像情報
を生成し、正規化されたスリット画像情報から被測定対
象曲面の形状を測定するようにしたので、三次元曲面を
高い精度で測定することができる。

【００３９】又、第１の投光手段の投射光の周波数と第
２の投光手段の周波数とを異ならせ、第１の投光手段か
ら投射された光の被測定対象曲面からの反射光を第１の
バンドパスフィルタを経由して第１の撮像手段で受光
し、第２の投光手段から投射された光の被測定対象曲面
からの反射光を第２のバンドパスフィルタを経由して第
２の撮像手段で受光するようにした発明では、２種類の
投光手段による撮像ノイズがカットオフされ、しかも測
定時間を短くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態を示す制御ブロック図。

【図２】一対のレーザ投光器による走査を示す斜視図。

【図３】２次元撮像素子上の盲点部分による影響を説明
するための略体図。

【図４】三次元測定装置全体を示す側面図。

【図５】（ａ）は多数のスリット画像を示す斜視図。
（ｂ）は被測定対象曲面の半分を撮像して得られた１つ
のスリット画像を示す画像図。（ｃ）は被測定対象曲面
の残りの半分を撮像して得られた１つのスリット画像を
示す画像図。（ｄ）は補正されたスリット画像を示す画
像図。

【図６】測定プログラムを表すフローチャート。

【符号の説明】

２０…第１の撮像手段となるＣＣＤカメラ、２１…第２
の撮像手段となるＣＣＤカメラ、２０１…第１のバンド
パスフィルタ、２０２…第２のバンドパスフィルタ、２
７…第１の投光手段となるレーザ投光器、２８…第２の
投光手段となるレーザ投光器、３０，３１…２次元撮像
素子、３７１…第１の記憶手段となる第１のメモリ、３
７２…第２の記憶手段となる第２のメモリ、３７３…第
３の記憶手段となる第３のメモリ、３７４…第４の記憶
手段となる第４のメモリ、３９１…最大値抽出手段とな
る最大値抽出部、３９３…比較判定手段となる比較判定
部、Ｗ…測定対象となるワーク、Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３…被
測定対象曲面となる凹壁面。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】スリット光を投射された被測定対象曲面を
   ２次元撮像素子を備えた撮像手段で撮像し、前記被測定
   対象曲面に対して前記スリット光を平行移動して得られ
   る多数のスリット画像から被測定対象曲面の形状を測定
   する三次元曲面測定方法において、 前記２次元撮像素子における同一画素において前記スリ
   ット光を平行移動する毎に撮像された揮度信号とその次
   に撮像された揮度信号とのレベルを順次比較し、先の揮
   度信号よりその次の揮度信号のレベルが高いときには前
   記画素における信号レベルの最大値を更新して記憶し、
   前記２次元撮像素子における一水平画素列上の信号レベ
   ルの最大値と、この最大値に続く少なくとも１つの信号
   レベルの値とを前記スリット画像毎に記憶し、このスリ
   ット画像毎に記憶された信号レベルの最大値及びこの最
   大値に続く少なくとも１つの信号レベルの値と、同一の
   画素における前記更新記憶された最大値との間で比例演
   算し、この比例演算によって得られた最大比率の画素を
   結ぶ撮像線を被測定対象曲線とする三次元曲面測定方
   法。
2. 【請求項２】前記比例演算は、前記スリット画像毎に記
   憶された一水平画素列上の信号レベルの最大値及びこの
   最大値に続く少なくとも１つの信号レベルの値を、これ
   らと同一画素で得られた前記更新記憶された最終の最大
   値で割り算することによって行なう請求項１に記載の三
   次元曲面測定方法。
3. 【請求項３】スリット光を投射された被測定対象曲面を
   ２次元撮像素子を備えたカメラで撮像し、前記被測定対
   象曲面に対して前記スリット光を平行移動して得られる
   多数のスリット画像から被測定対象曲面の形状を測定す
   る三次元曲面測定装置において、 前記２次元撮像素子から得られる揮度信号を順次取り込
   んで記憶する第１の記憶手段と、 前記２次元撮像素子における同一画素において得られて
   前記第１の記憶手段に記憶された先に撮像された揮度信
   号とその次に撮像された揮度信号とのレベルを順次比較
   し、先の揮度信号よりその次の揮度信号のレベルが高い
   ときには前記画素における信号レベルの最大値を抽出す
   る最大値抽出手段と、 前記最大値抽出手段によって抽出された最大値を順次更
   新して記憶する第２の記憶手段と、 前記２次元撮像素子の一水平画素列における信号レベル
   の最大値と、同じ一水平画素列でこの最大値に続く少な
   くとも１つの信号レベルの値とを前記スリット画像毎か
   つ水平画素列毎に記憶する第３の記憶手段と、 第３の記憶手段に記憶された信号レベルの最大値及びこ
   の最大値に続く少なくとも１つの信号レベルの値と、こ
   れらと同一の画素で得られて第２の記憶手段に更新記憶
   された最終の最大値との間で比例演算する比較判定手段
   と、 前記比例演算によって得られた最大比率の画素を結ぶ撮
   像線を被測定対象曲線として記憶する第４の記憶手段と
   を備えた三次元曲面測定装置。
4. 【請求項４】比較判定手段における比例演算は、第３の
   記憶手段に記憶された信号レベルの最大値及びこの最大
   値に続く少なくとも１つの信号レベルの値を、これらと
   同一の画素で得られて第２の記憶手段に更新記憶された
   最終の最大値で割り算して行なう請求項３に記載の三次
   元曲面測定装置。
5. 【請求項５】被測定対象曲面の一部の領域の走査を受け
   持つ第１の投光手段と、 被測定対象曲面の残りの領域の走査を受け持つ第２の投
   光手段と、 被測定対象曲面を撮像する２次元撮像素子を備えた第１
   の撮像手段と、 被測定対象曲面を撮像する２次元撮像素子を備えた第２
   の撮像手段と、 前記第１の投光手段から投射された光の通過を許容する
   と共に、第２の投光手段から投射された光の通過を遮断
   する第１のバンドパスフィルタと、 前記第２の投光手段から投射された光の通過を許容する
   と共に、第１の投光手段から投射された光の通過を遮断
   する第２のバンドパスフィルタとを備え、 第１の投光手段の投射光の周波数と第２の投光手段の周
   波数とを異ならせ、第１の投光手段から投射された光の
   被測定対象曲面からの反射光を第１のバンドパスフィル
   タを経由して第１の撮像手段で受光し、第２の投光手段
   から投射された光の被測定対象曲面からの反射光を第２
   のバンドパスフィルタを経由して第２の撮像手段で受光
   するようにした請求項３及び請求項４のいずれか１項に
   記載の三次元曲面測定装置。