JPS5852508A - 形状測定装置 - Google Patents
形状測定装置Info
- Publication number
- JPS5852508A JPS5852508A JP15035881A JP15035881A JPS5852508A JP S5852508 A JPS5852508 A JP S5852508A JP 15035881 A JP15035881 A JP 15035881A JP 15035881 A JP15035881 A JP 15035881A JP S5852508 A JPS5852508 A JP S5852508A
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- JP
- Japan
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- sensor array
- optical sensor
- slit image
- measured
- signal
- Prior art date
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- Pending
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
- G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、光信号を利用した形状測定装置に関するもの
である。更に詳しくは、本発明は、例えば自動車のクレ
イモデルのような３次元の形状を測定する場合等に適用
して有効な光学式形状測定装置に関するものである。
である。更に詳しくは、本発明は、例えば自動車のクレ
イモデルのような３次元の形状を測定する場合等に適用
して有効な光学式形状測定装置に関するものである。
第１図は従来公知のならい測定による形状測定装置の一
例を示す構成図である。この装置は、電気マイクロメー
タＭＣを使用するものであって、ファイ２ＦＲの先端を
測定物１の表面に押し当て、その出力が常に一定になる
ように電気マイクロメータＭＣ本体を、ｘ、ｙ、ｚ軸方
向に移動させながら、各軸の座標値を測定し、測定物の
形状を認識するものである。このような装置においては
、測定精度を高くするには、ファイ２ＦＲの先端形状を
鋭利な針状にする必要があるが、あまり先鋭にすると、
測定物を傷つけるおそれがある等の問題がある。
例を示す構成図である。この装置は、電気マイクロメー
タＭＣを使用するものであって、ファイ２ＦＲの先端を
測定物１の表面に押し当て、その出力が常に一定になる
ように電気マイクロメータＭＣ本体を、ｘ、ｙ、ｚ軸方
向に移動させながら、各軸の座標値を測定し、測定物の
形状を認識するものである。このような装置においては
、測定精度を高くするには、ファイ２ＦＲの先端形状を
鋭利な針状にする必要があるが、あまり先鋭にすると、
測定物を傷つけるおそれがある等の問題がある。
また、多くの測定時間がかかるという欠点もある。
ここにおいて、本発明は、光信号を利用することによっ
て従来装置における問題点をなくするとともに、測定物
表面の反射率の影響を受けない形状測定装置を実現しよ
うとするものである。
て従来装置における問題点をなくするとともに、測定物
表面の反射率の影響を受けない形状測定装置を実現しよ
うとするものである。
本発明に係る装置は、公知の光切断法を使用するもので
あって、測定物表面に投射されたスリット像を一次元の
光センサアレイでとらえ、この光センサアレイから出力
される前記スリット像の位置を代表している輝度分布信
号の基本波の位相を測定することによって、形状測定を
行うようにしたものである。
あって、測定物表面に投射されたスリット像を一次元の
光センサアレイでとらえ、この光センサアレイから出力
される前記スリット像の位置を代表している輝度分布信
号の基本波の位相を測定することによって、形状測定を
行うようにしたものである。
第２図は本発明に係る装置の一例を示す構成斜視図であ
る。図において、１は測定物体、２は光源で、例えばレ
ーザ源、ＩＪＤ等が用いられる。３はレンズ系で、光源
１からの光は、このレンズ系３によってスリット状光束
となり、測定物体１の表面にスリット像が投影される。
る。図において、１は測定物体、２は光源で、例えばレ
ーザ源、ＩＪＤ等が用いられる。３はレンズ系で、光源
１からの光は、このレンズ系３によってスリット状光束
となり、測定物体１の表面にスリット像が投影される。
４は測定物１を捕えるカメラを総括的に示し、この中に
は例えばフォトダイオードを多数個配列して構成される
フォトダイオードアレイあるいはＣＯＤ等の光センサア
レイ５が設置されている。カメラ４の光軸は、光源２の
光軸に対して角度０をなすように設置されておυ、測定
物体１に投影されたスリット像が、カメラ４内の光セン
サアレイ５上に結像している。
は例えばフォトダイオードを多数個配列して構成される
フォトダイオードアレイあるいはＣＯＤ等の光センサア
レイ５が設置されている。カメラ４の光軸は、光源２の
光軸に対して角度０をなすように設置されておυ、測定
物体１に投影されたスリット像が、カメラ４内の光セン
サアレイ５上に結像している。
６は光センサアレイ５からの出力信号を入力している信
号処理回路で、光センサアレイ５から出力される輝度分
布信号の基本波の位相を測定することによって、測定物
体１の形状を測定する。
号処理回路で、光センサアレイ５から出力される輝度分
布信号の基本波の位相を測定することによって、測定物
体１の形状を測定する。
（５）
第３図はカメラ４内の光センサアレイ５によって捕えら
れたスリット像の輝度分布（スリット像の位置を代表し
ている）を示す線図で、このよう々信号が光センサアレ
イ５から得られる。
れたスリット像の輝度分布（スリット像の位置を代表し
ている）を示す線図で、このよう々信号が光センサアレ
イ５から得られる。
いま、第２図において、測定物体１が実線に示す位置Ｐ
から、二点鎖線に示す位置Ｑへ移動したとすれば、これ
に伴って光センサアレイ５に捕えられているスリット像
も移動する。この場合、光センサアレイ５から得られる
出力信号は、第３図の波形ンから波形Ｑ’のように変化
し、そのピーク位置が移動する。
から、二点鎖線に示す位置Ｑへ移動したとすれば、これ
に伴って光センサアレイ５に捕えられているスリット像
も移動する。この場合、光センサアレイ５から得られる
出力信号は、第３図の波形ンから波形Ｑ’のように変化
し、そのピーク位置が移動する。
第４図は、第２図装置の光学系の幾何学的位置を示した
図である。光源２の光軸ｅ１と、カメラ４の光軸ｅ２と
は角度θ（例えば７０°）で設置されている。測定物体
１が、実線で示す位置にあるとき、測定物体上に投影さ
れたスリット像は、Ｐ点にあυ、測定物体１が、二点鎖
線に示す位置に移動した場合、スリット像はＱ点に移動
する。光センサアレイ５において、スリット像の結像は
、測定物体１の移動に伴って、２１点から９１点へ移動
する。
図である。光源２の光軸ｅ１と、カメラ４の光軸ｅ２と
は角度θ（例えば７０°）で設置されている。測定物体
１が、実線で示す位置にあるとき、測定物体上に投影さ
れたスリット像は、Ｐ点にあυ、測定物体１が、二点鎖
線に示す位置に移動した場合、スリット像はＱ点に移動
する。光センサアレイ５において、スリット像の結像は
、測定物体１の移動に伴って、２１点から９１点へ移動
する。
（４）
ここで、線分角とｐ ｌ Ｑ ＋とは、Ｐ’Ｑ’ ＝
Ｔ’Ｑ ｘ ｓｉｎθの関係がある。しだがって、光セ
ンサアレイ５から得られる信号のピーク位置の移動量ｐ
ｌ Ｑ ＋から、ｐＱ＼すなわち測定物体１の移動量
（形状）を知ることができる。
Ｔ’Ｑ ｘ ｓｉｎθの関係がある。しだがって、光セ
ンサアレイ５から得られる信号のピーク位置の移動量ｐ
ｌ Ｑ ＋から、ｐＱ＼すなわち測定物体１の移動量
（形状）を知ることができる。
このようにして測定物体上にスリット像を投射し断面形
状を得、その移動量から形状を知る手法は、光切断法と
して公知である。
状を得、その移動量から形状を知る手法は、光切断法と
して公知である。
第５図は、本発明で特徴としている光センサアレイ５か
らの信号のピーク位置の移動量を位相で検出する信号処
理回路の構成ブロック図である。
らの信号のピーク位置の移動量を位相で検出する信号処
理回路の構成ブロック図である。
一般に光センサアレイ５において、ピーク位置の移動量
の検出精度は、光センサアレイ５自身の分解能で決まる
。光センサアレイ５として、ホトダイオードアレイやＣ
ＣＤのようなディジタル素子を用いる場合は、その画素
が分解能に相当し、またビジコンなどのようなアナログ
素子を使用する場合、偏向系の精度および安定度がこれ
に相当する。現在入手できる素子にあっては、２０４８
素子のＣＯＤが最も分解能が高い。
の検出精度は、光センサアレイ５自身の分解能で決まる
。光センサアレイ５として、ホトダイオードアレイやＣ
ＣＤのようなディジタル素子を用いる場合は、その画素
が分解能に相当し、またビジコンなどのようなアナログ
素子を使用する場合、偏向系の精度および安定度がこれ
に相当する。現在入手できる素子にあっては、２０４８
素子のＣＯＤが最も分解能が高い。
第５図においては、光センサアレイ５としてＣＣＤを使
用することを想定している。信号処理回路６において、
６１は制御回路で、光センサアレイ５のタイミング制御
をしている。６２は光センサアレイ５からの出力信号を
入力とするバンドパスフィルタ回路で、光センサアレイ
５からの信号の基本波信号だけを取り出す。６３はコン
パレータであって、バンドパスフィルタ回路６２からの
基本波信号を所定レベルの電圧Ｅｔｈと比較し、方形波
信号とする。６４はカウンタで、制御回路６１からのス
タート信号によってクロックパルスＣＬＫをｉｔ数Ｌ、
コンパレータ６３からの方形波信号の立上り（又は立下
り）で計数を停止する。これによって、光センサアレイ
５からの基本波の位相を測定する。すなわち、第３図に
おいて、スリット像の結像位置（ピーク位Ｗ）が、右側
に移れば移るほどカウンタ６４の計数値は大きくなり、
左側に移れば引数値は小さくなって、カウンタ６４の計
数値から基本波の位相、換言すれば、測定物体の形状を
知ることができる。
用することを想定している。信号処理回路６において、
６１は制御回路で、光センサアレイ５のタイミング制御
をしている。６２は光センサアレイ５からの出力信号を
入力とするバンドパスフィルタ回路で、光センサアレイ
５からの信号の基本波信号だけを取り出す。６３はコン
パレータであって、バンドパスフィルタ回路６２からの
基本波信号を所定レベルの電圧Ｅｔｈと比較し、方形波
信号とする。６４はカウンタで、制御回路６１からのス
タート信号によってクロックパルスＣＬＫをｉｔ数Ｌ、
コンパレータ６３からの方形波信号の立上り（又は立下
り）で計数を停止する。これによって、光センサアレイ
５からの基本波の位相を測定する。すなわち、第３図に
おいて、スリット像の結像位置（ピーク位Ｗ）が、右側
に移れば移るほどカウンタ６４の計数値は大きくなり、
左側に移れば引数値は小さくなって、カウンタ６４の計
数値から基本波の位相、換言すれば、測定物体の形状を
知ることができる。
このように構成される信号処理回路によれば、カウンタ
６４に印加されるクロ、クパルスＣＬＫの周期を速くす
ればするほど、光学センサアレイの分解能を越えて測定
精度を高くすることができる。
６４に印加されるクロ、クパルスＣＬＫの周期を速くす
ればするほど、光学センサアレイの分解能を越えて測定
精度を高くすることができる。
また、光センサアレイ５からの基本波信号をコンパレー
タによって方形波とし、その位相をカウンタ６４によっ
て計数するところから、反射率による光量の変化があっ
ても、それが測定誤差とはならない。
タによって方形波とし、その位相をカウンタ６４によっ
て計数するところから、反射率による光量の変化があっ
ても、それが測定誤差とはならない。
第６図〜第９図は本発明の他の実施例を示す構成斜視図
である。
である。
第６図の実施例は、カメラ４をレール７１．７２に沿っ
て移動するヘッド７上に塔載し、光センサアレイ上に結
像するスリット像の位置が常に定まった所定位置になる
ように、ヘッド７を直線駆動モータ８によって移動させ
るようにし、平衡点検出器を構成したものである。ヘッ
ド７の移動位置は、測定物１の凸凹位置（形状）に対応
しており、ヘッド７の下側に設置した位置変換器９によ
って検出され、出力信号となる。
て移動するヘッド７上に塔載し、光センサアレイ上に結
像するスリット像の位置が常に定まった所定位置になる
ように、ヘッド７を直線駆動モータ８によって移動させ
るようにし、平衡点検出器を構成したものである。ヘッ
ド７の移動位置は、測定物１の凸凹位置（形状）に対応
しており、ヘッド７の下側に設置した位置変換器９によ
って検出され、出力信号となる。
（７）
第７図の実施例は、へ、ドア上にレンズ５１を設置する
とともに、光ファイバ５０の一端を設置したものである
。測定物体１上のスリッｌ−像は、レンズ５１を介して
光ファイバ５０の一端に入射し、これがその１まの形で
光センサアレイ５上に照射される。他の構成は第６図実
施例装置と同様である。
とともに、光ファイバ５０の一端を設置したものである
。測定物体１上のスリッｌ−像は、レンズ５１を介して
光ファイバ５０の一端に入射し、これがその１まの形で
光センサアレイ５上に照射される。他の構成は第６図実
施例装置と同様である。
このような構成とすることによって、へ、ドアの重量を
軽くシ、応答性を向上させることができる。
軽くシ、応答性を向上させることができる。
第８図の実施例は、２系統のカメラ４１．４２を投射さ
れたスリット像を挾み、名光軸がスリット像に対して９
０°以下となるように設けたものでろって、これらのカ
メラ・４１．４２を切換えながら、あるいは互いに補正
しながら、測定物１上のスリット像を捕えるようにした
ものである。
れたスリット像を挾み、名光軸がスリット像に対して９
０°以下となるように設けたものでろって、これらのカ
メラ・４１．４２を切換えながら、あるいは互いに補正
しながら、測定物１上のスリット像を捕えるようにした
ものである。
このような構成とすることによって、カメラの光軸とス
リット光束とのなす角度が小さな場合でも、精度の良い
測定を可能にしている。
リット光束とのなす角度が小さな場合でも、精度の良い
測定を可能にしている。
第９図の実施例は、光センサアレイとしてエリアセンサ
５１を使用し、スリット像の長手方向の複（８） 数個所を同時に位置測定可能とし、３次元形状測定の高
速化を図るようにしたものである。なお、この実施例に
おいては、第６図〜第８図のような各種の構成をあわせ
てとることが可能である。なお、第６図実施例のような
サーボ系を構成する場合、サーボ信号としては、複数の
位置出力信号のうちの特定のひとつを使用するものとす
る。
５１を使用し、スリット像の長手方向の複（８） 数個所を同時に位置測定可能とし、３次元形状測定の高
速化を図るようにしたものである。なお、この実施例に
おいては、第６図〜第８図のような各種の構成をあわせ
てとることが可能である。なお、第６図実施例のような
サーボ系を構成する場合、サーボ信号としては、複数の
位置出力信号のうちの特定のひとつを使用するものとす
る。
以上説明したように、本発明に係る装置によれば、測定
物とは非接触で、この測定物体表面の反射率の影響を受
けず、しかも光センサアレイの分解能以上の高精度で形
状測定を行うことができる。
物とは非接触で、この測定物体表面の反射率の影響を受
けず、しかも光センサアレイの分解能以上の高精度で形
状測定を行うことができる。
第１図は従来公知の形状測定装置の一例を示す構成図、
第２図は本発明に係る装置の一例を示す構成斜視図、第
５図は第２図装置において、光センサアレイによって捕
えられたスリット像の輝度分布を示す特性線図、第４図
は第２図装置の光学系の幾何学的位置を示した図、第５
図は光センサアレイからの信号のピーク位置の移動量を
検出する信号処理回路の構成プロ、り図、第６図〜第９
図は本発明の他の実施例を示す構成斜視図である。 １・・・測定物体、２・・・光源、３・・・レンズ系、
４・・・カメラ、５・・・光学センサアレイ、６・・・
信号処理回路、５１・・・レンズ、５０・・・光ファイ
バ、７・・・ヘッド。
第２図は本発明に係る装置の一例を示す構成斜視図、第
５図は第２図装置において、光センサアレイによって捕
えられたスリット像の輝度分布を示す特性線図、第４図
は第２図装置の光学系の幾何学的位置を示した図、第５
図は光センサアレイからの信号のピーク位置の移動量を
検出する信号処理回路の構成プロ、り図、第６図〜第９
図は本発明の他の実施例を示す構成斜視図である。 １・・・測定物体、２・・・光源、３・・・レンズ系、
４・・・カメラ、５・・・光学センサアレイ、６・・・
信号処理回路、５１・・・レンズ、５０・・・光ファイ
バ、７・・・ヘッド。
Claims (6)
- （１） 測定物体上にスリット像を投射するとともに
このスリット像を少なくとも一次元の光センサアレイで
捕え、前記光センサアレイから出力される前記測定物体
表面のスリット像の位置を代表している輝度分布信号の
基本波の位相を測定することによって、前記測定物体の
形状を知るようにした形状測定装置。 - （２） スリット像を捕える位置を移動可能とし、光
センサアレイからの信号に関連して前記スリット像を捕
える位置を制御するようにした特許請求の範囲第１項記
載の形状測定装置。 - （３） 捕えたスリット像を光ファイバを介して光セ
ンサアレイに導びくようにした特許請求の範囲第１項記
載の形状測定装置〇 - （４） スリット像を捕える位置を、投射されたスリ
ット像を挾む２個所以上とした特許請求の範囲第１項記
載の形状測定装置。 - （５） 光センサアレイとしてエリアセンサを使用し
た特許請求の範囲第１項記載の形状測定装置。 - （６） 光センサアレイから出力される信号の基本波
の位相を測定する手段として、光センサアレイからの信
号を入力とするバンドパスフィルターと、このバンドパ
スフィルターからの信号と所定電圧とを比較するコンパ
レータと、前記光センサアレイの動作と同期してクロッ
クパルスを計数し前記コンパレータからの方形波の立上
シ又は立下りによって計数を停止するカウンタとで構成
されるものを用いた特許請求の範囲第１項記載の形状測
定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15035881A JPS5852508A (ja) | 1981-09-22 | 1981-09-22 | 形状測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15035881A JPS5852508A (ja) | 1981-09-22 | 1981-09-22 | 形状測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5852508A true JPS5852508A (ja) | 1983-03-28 |
Family
ID=15495236
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15035881A Pending JPS5852508A (ja) | 1981-09-22 | 1981-09-22 | 形状測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5852508A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5853704A (ja) * | 1981-09-26 | 1983-03-30 | Nippon Kogaku Kk <Nikon> | 位置検出装置 |
| JPS5942405A (ja) * | 1982-09-01 | 1984-03-09 | Nippon Kogaku Kk <Nikon> | 感度調整装置を有する光電的位置検出装置 |
| JPS6093904A (ja) * | 1983-10-28 | 1985-05-25 | Sanpa Kogyo Kk | イメ−ジセンサ上の光スポツト位置検出装置 |
| JPS60183507A (ja) * | 1984-02-29 | 1985-09-19 | Hokuyo Automatic Co | 光学式外形寸法測定器 |
| US5373362A (en) * | 1992-04-03 | 1994-12-13 | Kabushiki Kaisha Tokai-Rika-Denki-Seisakusho | Light source device for measuring shape |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54114264A (en) * | 1978-02-27 | 1979-09-06 | Nippon Steel Corp | Screw inspection method |
-
1981
- 1981-09-22 JP JP15035881A patent/JPS5852508A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPS60183507A (ja) * | 1984-02-29 | 1985-09-19 | Hokuyo Automatic Co | 光学式外形寸法測定器 |
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