JPH11101621A - 三次元視覚センサ - Google Patents

三次元視覚センサ

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JPH11101621A
JPH11101621A JP28142897A JP28142897A JPH11101621A JP H11101621 A JPH11101621 A JP H11101621A JP 28142897 A JP28142897 A JP 28142897A JP 28142897 A JP28142897 A JP 28142897A JP H11101621 A JPH11101621 A JP H11101621A
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JP
Japan
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light
slit
image
slit light
return
Prior art date
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Pending
Application number
JP28142897A
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English (en)
Inventor
Yukio Yoshikawa
幸男 吉川
Kazunori Noso
千典 農宗
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Nidec Tosok Corp
Original Assignee
Nidec Tosok Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光切断法による形状測定等に際して、輝度の
変化が少なく、より鮮明なスリット像を取得することが
でき、かつ対象物の適応範囲を広げことができる三次元
視覚センサを提供する。 【解決手段】 レーザー3が発するスリット光L1を第
1のミラーM1をにより対象物Wに照射する。スリット
光L1の光路を中心とする対称位置に、第1及び第2の
ミラーM2,M3を設ける。対象物Wの表面からスリッ
ト光L1の光路を中心とする対称方向にそれぞれ反射し
た互いに異なる戻り光L2,L3を、ビームスプリッタ
ー5によって合成し、CCDカメラ6に受光させる。互
いに異なる戻り光L2,L3が合成された戻り光L4に
基づき、対象物Wの表面におけるスリット光L1の画像
(スリット像)を得るようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光切断法による形
状測定等に際して用いられ、対象物の表面に投影された
スリット像を取得する三次元視覚センサに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、対象物の三次元形状を測定する形
状測定装置においては、光切断法を用いたものがある。
すなわち、かかる形状測定装置は、図5及び図6に示す
ように、高輝度のスリット光L1を対象物Wの表面に照
射するスリット光源51、及び対象物Wの表面に照射さ
れたスリット光の画像すなわちスリット像を、スリット
光L1の光学系と別の方向、例えばスリット光L1の光
路と45度の角度をなす方向から撮像するカメラ52か
らなる三次元視覚センサと、前記カメラ52が接続され
た画像処理装置53とから構成されている。
【0003】そして、こうした形状測定装置は、対象物
Wの表面形状に従って変形したスリット像の画像データ
から輝度情報を取り出す等の画像処理を行うことによっ
て対象物Wの形状を測定する。また、形状測定装置は形
状測定に限らず、例えば高さ測定、隙間測定、段差測
定、突起検出にも用いられている。より具体的な用途と
しては、例えば、図7に示したような対象物Wの表面に
刻設された刻印文字(a)、その表面に突設された鋳出
し文字(b)の認識、対象物Wの表面におけるシール剤
N(c)の塗布状況の検査がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た三次元視覚センサにおいては、カメラ52がスリット
光L1の光学系と別の方向に設置されているため、例え
ば前述した刻印文字や鋳出し文字の認識に際して、スリ
ット光源51及びカメラ52と対象物Wとを相対的に移
動させながらスリット像を撮影する場合、図8(a〜
c)に示すように、スリット光L1の照射方向に対する
対象物Wの表面の傾きが変わると、カメラ52に入る対
象物Wの表面からの戻り光L2(散乱光の一部)の強度
が安定せず、輝度情報が安定した良好なスリット像が得
られない。
【0005】また、図9に示すように、対象物Wの表面
に、スリット光L1の照射位置からカメラ52へ向かう
戻り光L2の光路を遮る部分が存在しているとスリット
像が全く得られない。
【0006】また、図10に示すように、カメラ52に
は、スリット光L1の照射位置からの直接の戻り光L2
に加え、他の位置からの戻り光L3が入ると、鮮明なス
リット像が得られず、その結果、前述した各種の測定や
検査における精度が低下するといった問題があった。
【0007】本発明は、かかる従来の課題に鑑みてなさ
れたものであり、光切断法による形状測定等に際して、
輝度の変化が少なく、より鮮明なスリット像を取得する
ことができるとともに、対象物表面の適応範囲を広げこ
とができる三次元視覚センサの提供を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に請求項1の三次元視覚センサにあっては、対象物にス
リット光を照射するスリット光源と、前記対象物の表面
における前記スリット光の画像を撮像し出力する撮像手
段と、前記対象物の表面から前記スリット光の光路を中
心とする対称方向に互いに異なる戻り光をそれぞれ反射
させる2つの光学系と、前記2つの光学系でそれぞれ反
射された戻り光を重ね合わせ前記撮像手段に受光させる
光学系とを備えたものとした。
【0009】かかる構成において、撮像手段によって撮
像されるスリット光の画像は、スリット光の光路の両側
に形成された2つの光学系から撮像手段に達する互いに
異なる戻り光に基づく画像となる。ここで、対象物の表
面の傾きの違いによって双方の戻り光に強弱の変化が生
じた場合、その変化は互いに逆になる。このため、撮像
されるスリット光の画像においては、前記傾きの違いに
起因する輝度の変化がごく僅かとなる。
【0010】また、2つの光学系の一方による戻り光
が、対象物におけるスリット光の照射位置と異なる部位
に存在する凸部等により撮像手段に達しない場合であっ
ても、他方の光学系による戻り光に基づきスリット光の
画像が撮像される。
【0011】また、撮像手段によって撮像されるスリッ
ト光の画像は、スリット光の照射位置から異なる方向に
反射した戻り光に基づくものであるため、スリット光の
照射位置と異なる部分からの戻り光が撮像手段に達する
場合であっても、その戻り光によるスリット光の画像へ
の影響が少ない。
【0012】これに加え、請求項2の発明にあっては、
前記2つの光学系が、前記スリット光の光路と前記戻り
光を重ね合わせる光学系とを中心とする対称位置に配置
されたものとした。
【0013】かかる構成においては、光学系が単純であ
るため、製造時等における光学系の調整作業が極めて容
易である。
【0014】また、請求項3の発明にあっては、前記2
つの光学系が、一対のミラーと、この一対のミラーによ
りそれぞれ反射された戻り光を重ね合わせ前記撮像手段
に受光させるビームスプリッターとからなるものとし
た。
【0015】かかる構成においては、一対のミラーがそ
れぞれ反射した戻り光は、ビームスプリッターによっ
て、その向きが一致した状態で合成された後、撮像手段
に達することとなる。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
にしたがって説明する。図1は、本発明にかかる三次元
視覚センサを示す図であって、この三次元視覚センサ
は、光学ガラスにより窓1が形成されているケース2を
有している。
【0017】ケース2内にはレーザー3と、レーザー3
に電源を供給するレーザーアンプ4と、レーザー3が発
するとともに、それに組み込まれた図示しないシリンド
リカルレンズにより成形されたスリット光L1を前記窓
1からケース2外へ向けて反射する第1のミラーM1と
が設けられている。さらにケース2内には、第2及び第
3のミラーM2,M3と、ビームスプリッター5と、C
CDカメラ6とが設けられており、CCDカメラ6に
は、カラーフィルター7が装着された焦点距離の調整が
可能なレンズ8が取り付けられている。
【0018】前記第2及び第3のミラーM2,M3は、
本発明の一対のミラーであって、第1のミラーM1が反
射したスリット光L1の光路を中心とする対称位置に設
けられている。そして、第2及び第3のミラーM2,M
3は、前記窓1から出たスリット光L1が対象物Wに照
射されたとき、対象物Wの表面でスリット光L1の光路
を中心とする対称方向にそれぞれ反射された互いに異な
る戻り光L2,L3を、ビームスプリッター5に向けて
それぞれ反射する。また、ビームスプリッター5は、前
記戻り光L2,L3を合成するとともに、合成した戻り
光L4をCCDカメラ6に受光させる。また、CCDカ
メラ6は、第2のミラーM2とビームスプリッター5か
らなる一方の光学系と、第3のミラーM3とビームスプ
リッター5からなる他方の光学系を介して対象物Wの表
面に投影されたスリット光L1の画像すなわちスリット
像を撮影し、その画像データを、光切断法により対象物
Wの三次元形状に関する各種の測定や検査を行う画像処
理装置(図示せず)に出力するようになっている。
【0019】以上の構成からなる本実施の形態におい
て、CCDカメラ6が撮像するスリット像は、スリット
光L1の光路の両側における前述した2つの光学系得ら
れる互いに異なる戻り光L2,L3に基づく画像とな
る。ここで、例えば従来技術で既説した刻印文字や鋳出
し文字の認識に際して、三次元視覚センサを対象物Wに
対して移動させながらスリット像を撮影する場合には、
図2(a〜c)に示すように、対象物Wの表面の傾きの
違いによって双方の戻り光L2,L3に強弱の変化が生
じたとしても、その変化は互いに逆になる。このため、
ビームスプリッター5によって合成される戻り光L4の
強弱の変化がごく僅かとなる。よって、CCDカメラ6
により、輝度の変化が少ないスリット光の画像を取得す
ることができる。したがって、光切断法によるスリット
像に基づく各種の測定や検査における精度を向上させる
ことができる。
【0020】また、図3に示すように、前述した2つの
光学系の一方による戻り光L3が、対象物Wにおけるス
リット光L1の照射位置と異なる部位に存在する凸部W
a等によりCCDカメラ6に達しない場合であっても、
他方の光学系による戻り光L2に基づきスリット像を撮
像できる。よって、対象物Wの表面形状に対する適応範
囲が従来のものよりも広い。
【0021】また、図4に示すように、対象物Wの表面
におけるスリット光L1の照射位置と異なる部分からの
戻り光L5がCCDカメラ6に達する場合であっても、
その戻り光L5によるスリット画像への影響が少ないこ
とから、より鮮明なスリット像を撮像することができ
る。これによっても、光切断法によるスリット像に基づ
く各種の測定や検査における精度を向上させることがで
きる。
【0022】しかも、CCDカメラ6を複数必要としな
いため低コストであり、三次元視覚センサを安価に提供
することができる。また、本実施の形態においては、一
対のミラーM2,M3を、スリット光L1の光路とビー
ムスプリッター5とを中心とする対称位置に配置したこ
とから、光学系が単純である。従って、製造時における
光学系の調整作業が極めて容易であるため、製造コスト
のさらなる低コスト化を図ることができ、同時に、安定
した精度及び高い精度を確保することができる。
【0023】さらに、本実施の形態においては、一対の
ミラーM2,M3がそれぞれ反射した戻り光L2,L3
が、ビームスプリッター5によって、スリット像の向き
が一致した状態で合成された後、撮像手段に達すること
となる。よって、スリット像に基づく各種の測定や検査
を行う場合に、画像処理装置側での画像処理が簡単であ
り、同時に各種の測定や検査を短時間で行わせることが
できる。また、前述した2つの光学系が単純であるとと
もに、その構成部品も汎用的なものとしたことから、こ
れによっても低コスト化を図ることができる。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように請求項1の三次元視
覚センサにおいては、対象物の表面におけるスリット光
の画像を、スリット光の光路の両側に形成される2つの
光学系を介して撮像手段に受光させることにより、撮像
手段が撮像するスリット光の画像における、対象物の表
面の傾きの違いに起因する輝度の変化がごく僅かとなる
ようにした。よって、輝度の変化が少ないスリット光の
画像を取得することが可能となる。その結果、光切断法
によるスリット光の画像に基づく各種の測定や検査にお
ける精度を向上させることができる。
【0025】また、2つの光学系の一方による戻り光
が、スリット光の照射位置よりも突出する凸部等に遮断
され撮像手段に達しない場合であっても、他方の光学系
による戻り光に基づきスリット光の画像が撮像されるこ
とから、対象物の表面形状に対する適応範囲を広げるこ
とが可能となる。
【0026】また、スリット光の照射位置と異なる部分
からの戻り光が撮像手段に達する場合であっても、その
戻り光によるスリット光の画像への影響が少ないことか
ら、より鮮明なスリット光の画像を取得することができ
る。これによっても、前記各種の測定や検査における精
度を向上させることができる。しかも、撮像手段を複数
必要としないため低コストであり、それを安価に提供す
ることができる。
【0027】これに加え、請求項2の発明においては、
光学系を単純にし、製造時等における光学系の調整作業
が極めて容易となるようにした。よって、製造コストの
さらなる低コスト化を図ることができ、同時に、安定し
た精度及び高い精度を確保することができる。
【0028】また、請求項3発明においては、一対のミ
ラーがそれぞれ反射した戻り光は、その向きが一致した
状態で合成された後、撮像手段に達するようにした。よ
って、前記各種の測定や検査を行う場合における画像処
理が複雑にならず、その処理速度の高速化を図ることが
できる。しかも、光学系が単純であるとともに、その構
成部品も汎用的なものが使用できるため、より安価な三
次元視覚センサの提供が可能となる。
【0029】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態を示す三次元視覚センサ
の平面図である。
【図2】図8に対応する説明図である。
【図3】図9に対応する説明図である。
【図4】図10に対応する説明図である。
【図5】従来技術を示す光切断法を用いた形状測定装置
の構成図である。
【図6】従来の三次元視覚センサを示す平面図である。
【図7】光切断法の用途例を示す説明図である。
【図8】従来技術の問題を示す説明図である。
【図9】従来技術の問題を示す説明図である。
【図10】従来技術の問題を示す説明図である。
【符号の説明】
3 レーザー(スリット光源) 5 ビームスプリッター 6 CCDカメラ M2 第2のミラー(一対のミラー) M3 第3のミラー(一対のミラー) L1 スリット光 L2 戻り光 L3 戻り光

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 対象物にスリット光を照射するスリット
    光源と、 前記対象物の表面における前記スリット光の画像を撮像
    し出力する撮像手段と、 前記対象物の表面から前記スリット光の光路を中心とす
    る対称方向に互いに異なる戻り光をそれぞれ反射させる
    2つの光学系と、 前記2つの光学系でそれぞれ反射された戻り光を重ね合
    わせ前記撮像手段に受光させる光学系とを備えたことを
    特徴とする三次元視覚センサ。
  2. 【請求項2】 前記2つの光学系が、前記スリット光の
    光路と前記戻り光を重ね合わせる光学系とを中心とする
    対称位置に配置されたことを特徴とする請求項1記載の
    三次元視覚センサ。
  3. 【請求項3】 前記2つの光学系が、一対のミラーと、
    この一対のミラーによりそれぞれ反射された戻り光を重
    ね合わせ前記撮像手段に受光させるビームスプリッター
    とからなることを特徴とする請求項1又は2記載の三次
    元視覚センサ。
JP28142897A 1997-09-29 1997-09-29 三次元視覚センサ Pending JPH11101621A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005050131A1 (ja) * 2003-11-19 2005-06-02 Kabushiki Kaisha Bridgestone 被検体の形状及び明暗の検出方法とその装置
KR101099138B1 (ko) 2009-08-12 2011-12-27 지스캔(주) 3차원 형상 측정장치

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