JPS59231403A - 非接触型３次元測定器 - Google Patents
非接触型３次元測定器Info
- Publication number
- JPS59231403A JPS59231403A JP10642883A JP10642883A JPS59231403A JP S59231403 A JPS59231403 A JP S59231403A JP 10642883 A JP10642883 A JP 10642883A JP 10642883 A JP10642883 A JP 10642883A JP S59231403 A JPS59231403 A JP S59231403A
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- JP
- Japan
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- mirror
- measured
- pattern
- measurement
- curved surface
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-
- 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
- G01B11/2513—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 with several lines being projected in more than one direction, e.g. grids, patterns
-
- 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
- G01B11/30—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
- G01B11/303—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces using photoelectric detection means
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- 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、微小な曲面を有する物体を計測する測定器に
関し、特に、立体的に測定するのに適した非接触型３次
元測定器に関する。
関し、特に、立体的に測定するのに適した非接触型３次
元測定器に関する。
従来より、多曲面を持つ部品として使用するに際して、
その曲率が適正であるか否かを確認したい場合がしばし
ばあるが、物体の曲率は１０〜５０ミクロンの微細な精
度を要し、かつ−例を上げれば不規則な細管類独特のノ
・ネ返り性質もあって、決定的な測定法がなく、加工や
組立の現場と設計部課とを往復運搬しての繰返し作業に
よって体験的に確定するという手間のかかる方法が普通
であった。
その曲率が適正であるか否かを確認したい場合がしばし
ばあるが、物体の曲率は１０〜５０ミクロンの微細な精
度を要し、かつ−例を上げれば不規則な細管類独特のノ
・ネ返り性質もあって、決定的な測定法がなく、加工や
組立の現場と設計部課とを往復運搬しての繰返し作業に
よって体験的に確定するという手間のかかる方法が普通
であった。
本発明は、上記の問題虚を解決して、微小な曲率の曲面
を有する物体の表面の測定に適した３次元測定器を提供
すること、を目的とする。
を有する物体の表面の測定に適した３次元測定器を提供
すること、を目的とする。
本発明は、上記の目的を達成するために、レーザ光の直
進性と収束性、おまひ焦点深度の深さに着目し、レーザ
光を使用して、スポット状の平面パターンを被測定体の
微小な曲面に投影し、レーザ光によって高解像度に結像
されたパターンを回転センサで検出して、前記平面パタ
ーンとこの結像パターンとの歪みを中央処理装置で３次
元の数値として算出することにより被測定体の表面の形
状を測定することを特徴とする。
進性と収束性、おまひ焦点深度の深さに着目し、レーザ
光を使用して、スポット状の平面パターンを被測定体の
微小な曲面に投影し、レーザ光によって高解像度に結像
されたパターンを回転センサで検出して、前記平面パタ
ーンとこの結像パターンとの歪みを中央処理装置で３次
元の数値として算出することにより被測定体の表面の形
状を測定することを特徴とする。
以下、本発明を図面によって詳刊に説明する。
第１図は、本発明の詳細な説明する構成図である。図に
おいて、光源１かも発された元りは平面パターンＡを被
測定体４に投影する。被測定体４０表面は曲面であるた
め、結像パターンＢは、平面パターンＡのように２次元
ではなく、３次元の座標で構成される。第２図は、その
平面パターンおよび結像パターンの一例を示す斜視図で
ある。平面パターンＡは文字どおり２次元の平面である
のに対し、結像パターンＢは被測定体の形状に従って歪
みを受け１こ３次元の曲面である。そして、この歪みを
数値的に検出することが、すなわち被測定体の曲面を測
定することになる。本発明は、この原４埋を応用して、
物体表面の微小な曲面を計測しようとするもので、パタ
ーンは当然スポット状のものであり、これを高解像度に
投影・結像させるためには、直線性と収束性に優れたレ
ーザ光を使用する必要がある。また、比１図における被
測定体４０表面上のＰ点と２１点とでは焦点深度が異な
って来るので、これについてもレーザ光の適性が重視さ
れる。なお、結像パターンＢの検出は、光の到来方向と
同一方向から測定しなければデータとしての基準が曖昧
になるので、ノ・−フ・ミラー２を利用して、センサ３
にとり出すものとする。
おいて、光源１かも発された元りは平面パターンＡを被
測定体４に投影する。被測定体４０表面は曲面であるた
め、結像パターンＢは、平面パターンＡのように２次元
ではなく、３次元の座標で構成される。第２図は、その
平面パターンおよび結像パターンの一例を示す斜視図で
ある。平面パターンＡは文字どおり２次元の平面である
のに対し、結像パターンＢは被測定体の形状に従って歪
みを受け１こ３次元の曲面である。そして、この歪みを
数値的に検出することが、すなわち被測定体の曲面を測
定することになる。本発明は、この原４埋を応用して、
物体表面の微小な曲面を計測しようとするもので、パタ
ーンは当然スポット状のものであり、これを高解像度に
投影・結像させるためには、直線性と収束性に優れたレ
ーザ光を使用する必要がある。また、比１図における被
測定体４０表面上のＰ点と２１点とでは焦点深度が異な
って来るので、これについてもレーザ光の適性が重視さ
れる。なお、結像パターンＢの検出は、光の到来方向と
同一方向から測定しなければデータとしての基準が曖昧
になるので、ノ・−フ・ミラー２を利用して、センサ３
にとり出すものとする。
次に、上記の実施態様について説明する。
第３図は、本発明を実施した非接触型３次元測定器の一
例を示す概略構成図である。図において、３次元測定器
は光源部１、光学系２、受光部３、および中央処理装置
（爾後ＣＰＵと記載する）５で構成され、光源１から発
された“レーザ光は平面パターンＡを透光し、光学系２
を軽力して、被測定体４に投射され、その表面に曲面パ
ターンを結像させる。受光部３は、光学系２を介して、
この結１象パターンＢを測定し、検出したデータをＣＰ
Ｕ５に入力する。ＣＰＬＩ５は、その検出データを平面
パターンＡのデータおよび光学系の情報と参照し、結像
パターンＨの歪みを３次元に構成する。
例を示す概略構成図である。図において、３次元測定器
は光源部１、光学系２、受光部３、および中央処理装置
（爾後ＣＰＵと記載する）５で構成され、光源１から発
された“レーザ光は平面パターンＡを透光し、光学系２
を軽力して、被測定体４に投射され、その表面に曲面パ
ターンを結像させる。受光部３は、光学系２を介して、
この結１象パターンＢを測定し、検出したデータをＣＰ
Ｕ５に入力する。ＣＰＬＩ５は、その検出データを平面
パターンＡのデータおよび光学系の情報と参照し、結像
パターンＨの歪みを３次元に構成する。
第４図は、本発明を実施した３次元測定器の部分を更に
詳細に示す構成図である。図にお（・て、光源部はレー
ザ発振管１１を備え、その発振管１１に一体的に平面）
くターンＡを取付けている。本実施例に使用するレーザ
光スポットビームで、内装レンズでビームを（罵ったん
拡大して前記平面パターンＡを透光したのち別な内装レ
ンズでビームを再び絞って、スポットビームとして発射
するので、）くターンがターゲット上に結像される際に
きわめて高解像度である。光学系は、１枚の／１−ツー
ミラー２１、反射ミラー２２および２３、ポリゴン・ミ
ラー２４、シリンドリカル−レンズ２５で構成されて（
する。
詳細に示す構成図である。図にお（・て、光源部はレー
ザ発振管１１を備え、その発振管１１に一体的に平面）
くターンＡを取付けている。本実施例に使用するレーザ
光スポットビームで、内装レンズでビームを（罵ったん
拡大して前記平面パターンＡを透光したのち別な内装レ
ンズでビームを再び絞って、スポットビームとして発射
するので、）くターンがターゲット上に結像される際に
きわめて高解像度である。光学系は、１枚の／１−ツー
ミラー２１、反射ミラー２２および２３、ポリゴン・ミ
ラー２４、シリンドリカル−レンズ２５で構成されて（
する。
発射され１こレーザ光は／・−）・６ミラー２１で直角
に屈折させられＫのち、２個の反射ミラー２２および２
３で制御されて、ポリゴン−ミラー２４の反射面に達す
る。ポリゴン・ミラー２４は公知の回転多面鏡であって
、本実施例においては回転軸に直交する断面が正六角形
である六面鏡であり、シリンドリカル・レンズ２５の焦
点を回転する貌面上で移動させることによって前記スポ
ットビームの光軸を振らせ、フライング−スポットビー
ムとして被測定体４０表面に投射するものである。この
光軸の移動によって、レーザ光の結像は測定の中心部Ｐ
ばかりでなく、その周辺部ｐ＋、ｐｎ などにもＸ複
させることができ、測定の精度を高めることができる。
に屈折させられＫのち、２個の反射ミラー２２および２
３で制御されて、ポリゴン−ミラー２４の反射面に達す
る。ポリゴン・ミラー２４は公知の回転多面鏡であって
、本実施例においては回転軸に直交する断面が正六角形
である六面鏡であり、シリンドリカル・レンズ２５の焦
点を回転する貌面上で移動させることによって前記スポ
ットビームの光軸を振らせ、フライング−スポットビー
ムとして被測定体４０表面に投射するものである。この
光軸の移動によって、レーザ光の結像は測定の中心部Ｐ
ばかりでなく、その周辺部ｐ＋、ｐｎ などにもＸ複
させることができ、測定の精度を高めることができる。
なお、ポリゴン−ミラー２４の回転は言うまでもなくＣ
ＰＵによって制御され、またモニタされて、レーザの発
振とデータ検出との同期に利用される。受光部は、光路
ミラー３１、ワイドレンズ部３２、および回転センサ３
３で概略構成され、回転センサ３３はスキャン用の元フ
ァイバ３３ａを備えている。本実施例にお（・て、゛フ
ライング・スポットビーム結像）くターンの測光は、前
記光学系をそっくりそのまま使用して行われるが、これ
は光の投射方向と測光方向を同軸方向とすることで共通
のノくラメータを得るにめであり、また、前記ポリゴン
・ミラー２４の回転とデータ関係変動ファクタとの同期
をとり易いためでもある。なお、測光の際は投射の際と
異なり、ハーフ争ミラー２１は透光される。光路ミラー
３１は回転センサ３３の位置によっては必ずしも要しな
いが、回転センサの光軸と光学系の光軸を一致させるた
めのものである。ワイドレンズ部３２は光路ミラー３１
によってもたらされる結像パターンを数倍から１０倍以
上に拡大する。−転センサ３３は、元ファイバ３３ａを
備えていて、−例として前記直径５ミリに拡大されたス
ポットの半径０．５ミリの部分をスキーＹンさせる。こ
７しは、スポットの中心に近いほど精度はよ（なる代り
パターンの弁別は困難になり、中心から遠いほどパター
ンの弁別は容易（・τなる代り精度は甘（なる傾向に対
して、精度と弁別との均衡な保つスキャン位１４を選ん
だものであるが、この場合には同時に、直径５ミリ中の
直径１ミリ分にスキャンをしぼることによって、更に５
倍の精度を追求し、例えばワイドレンズの１０倍に来じ
て、５０倍の精度を獲イＵすることにも１よる。
ＰＵによって制御され、またモニタされて、レーザの発
振とデータ検出との同期に利用される。受光部は、光路
ミラー３１、ワイドレンズ部３２、および回転センサ３
３で概略構成され、回転センサ３３はスキャン用の元フ
ァイバ３３ａを備えている。本実施例にお（・て、゛フ
ライング・スポットビーム結像）くターンの測光は、前
記光学系をそっくりそのまま使用して行われるが、これ
は光の投射方向と測光方向を同軸方向とすることで共通
のノくラメータを得るにめであり、また、前記ポリゴン
・ミラー２４の回転とデータ関係変動ファクタとの同期
をとり易いためでもある。なお、測光の際は投射の際と
異なり、ハーフ争ミラー２１は透光される。光路ミラー
３１は回転センサ３３の位置によっては必ずしも要しな
いが、回転センサの光軸と光学系の光軸を一致させるた
めのものである。ワイドレンズ部３２は光路ミラー３１
によってもたらされる結像パターンを数倍から１０倍以
上に拡大する。−転センサ３３は、元ファイバ３３ａを
備えていて、−例として前記直径５ミリに拡大されたス
ポットの半径０．５ミリの部分をスキーＹンさせる。こ
７しは、スポットの中心に近いほど精度はよ（なる代り
パターンの弁別は困難になり、中心から遠いほどパター
ンの弁別は容易（・τなる代り精度は甘（なる傾向に対
して、精度と弁別との均衡な保つスキャン位１４を選ん
だものであるが、この場合には同時に、直径５ミリ中の
直径１ミリ分にスキャンをしぼることによって、更に５
倍の精度を追求し、例えばワイドレンズの１０倍に来じ
て、５０倍の精度を獲イＵすることにも１よる。
さて、回転センサ３３の元ファイバ３３ａが転センサ３
３に備えられているフォト・デテクタによって光電変換
され、ＣＰＵへ送られる。
３に備えられているフォト・デテクタによって光電変換
され、ＣＰＵへ送られる。
このデータ検出作業について、次に説明する。
第５図は、前記結像パターンと回転センサの関係を説明
する図である。図において、回転センサ３３の元ファイ
バ３３ａは、結像パターンＢの例えば直径５０のうち直
径１グ分の部分をスキャンする。結像パターンＢは、本
実施例においては、スポットの中心より同一の角度間隔
で放射状に伸びる８本の直線Ｂ１ およびメツシュＣ，
Ｃｔである。パターンの形状は同心円を初め任意のもの
でよく、また平面パターンがスリットであることにより
もたらされた漏光パターンでもよい。回転センサ３３に
備えられたフォト・デテクタ３３ｂは、パターンの黒線
部分や白面部分、光量の多い部分や少ない部分を忠実に
測光し、光電変換して、ＣＰＵへ送る。
する図である。図において、回転センサ３３の元ファイ
バ３３ａは、結像パターンＢの例えば直径５０のうち直
径１グ分の部分をスキャンする。結像パターンＢは、本
実施例においては、スポットの中心より同一の角度間隔
で放射状に伸びる８本の直線Ｂ１ およびメツシュＣ，
Ｃｔである。パターンの形状は同心円を初め任意のもの
でよく、また平面パターンがスリットであることにより
もたらされた漏光パターンでもよい。回転センサ３３に
備えられたフォト・デテクタ３３ｂは、パターンの黒線
部分や白面部分、光量の多い部分や少ない部分を忠実に
測光し、光電変換して、ＣＰＵへ送る。
ＣＰＵへ送られる電流の波形は、仮に、被測定表面が平
面であって元軸と直交する角度で向き合っているとすれ
ば第６図ビ）に示すような正領域の正弦曲線になるし、
被測定表面が微小な曲率の歪みを有しているとすれば第
６図（ハ）に示すような歪みに対応する不規則曲線にな
る。この電流は、ＣＰＵへ入力される前に、アンプで増
巾され、かつ５０チデユーテイで波形の頂部をカットさ
れて、第６図（ロ）もしくはに）に示すようなデジタル
波形にされる。このデジタル波形は、被測定表面が平滑
であればＨ部分とＬ部分とが規則正しいタイミングで交
互するパルス波形と７えるが、被測定表面に微細な凹凸
が存在するとその歪みに対応してＨ部分の時間ｔｌ＋ｔ
８とＬ部分の時間”２＋’４はそれぞれ異なる不規則な
タイミングでＣＰＵへ入力される。しかし、ＣＰＵ側に
予め基準被測定曲面の曲率に対応し１こ曲面係数がコー
ド化して記憶されていれば、’Ｉ 、ｔ、 ｌｔ３１’
４などをそのコードと対応させることにより、結像パタ
ーンを計算上の３次元座標に構成することができ、すな
わち被測定体の表面の形状を算出することができる。
面であって元軸と直交する角度で向き合っているとすれ
ば第６図ビ）に示すような正領域の正弦曲線になるし、
被測定表面が微小な曲率の歪みを有しているとすれば第
６図（ハ）に示すような歪みに対応する不規則曲線にな
る。この電流は、ＣＰＵへ入力される前に、アンプで増
巾され、かつ５０チデユーテイで波形の頂部をカットさ
れて、第６図（ロ）もしくはに）に示すようなデジタル
波形にされる。このデジタル波形は、被測定表面が平滑
であればＨ部分とＬ部分とが規則正しいタイミングで交
互するパルス波形と７えるが、被測定表面に微細な凹凸
が存在するとその歪みに対応してＨ部分の時間ｔｌ＋ｔ
８とＬ部分の時間”２＋’４はそれぞれ異なる不規則な
タイミングでＣＰＵへ入力される。しかし、ＣＰＵ側に
予め基準被測定曲面の曲率に対応し１こ曲面係数がコー
ド化して記憶されていれば、’Ｉ 、ｔ、 ｌｔ３１’
４などをそのコードと対応させることにより、結像パタ
ーンを計算上の３次元座標に構成することができ、すな
わち被測定体の表面の形状を算出することができる。
以上、説明したとおり、本発明は、レーザ光を使用して
、平面パターンを被測定体の微小な曲面に投影し、その
曲面に対応した結像パターンの歪みを回転センサで検出
し、ＣＰＵで３次元の座標に構成することにより、細管
の微小な曲率や物体表面の微細な凹凸を測定できる非接
触型３次元測定器を提供し、計測技術の向上と作業能率
の増進、ひいては品質管理の全面にわたって犬なる効果
なＭげるものである。
、平面パターンを被測定体の微小な曲面に投影し、その
曲面に対応した結像パターンの歪みを回転センサで検出
し、ＣＰＵで３次元の座標に構成することにより、細管
の微小な曲率や物体表面の微細な凹凸を測定できる非接
触型３次元測定器を提供し、計測技術の向上と作業能率
の増進、ひいては品質管理の全面にわたって犬なる効果
なＭげるものである。
第１図は本発明の原理図、第２図は平面パターンおよび
結像パターンの一例の斜視図、第３図は本発明を実施し
た非接触型３次元測定器の一例の概略構成図、第４図は
その一部分の詳細な構成図、第５図は結像パターンと回
転センサの説明図、第６図はタイムチャートである。 Ａ・・・平面パターン Ｂ・・・結像バｐ −ンＬ
０．．九線 １・・・光源部２・・・光学
系 ３・・・受光部３３・・・回転センサ
４・・・被測足体５ ・・・ＣＰＵ ユ４・ｌ「４ 第２璽 」・５しｊ １４、 オＧ図 −ぞ＼ノへツバ！ （ロ） （ニ） −８１１ Ｓｔｌ−←ｔ２寸ｔ３すｔ４−ｉ
結像パターンの一例の斜視図、第３図は本発明を実施し
た非接触型３次元測定器の一例の概略構成図、第４図は
その一部分の詳細な構成図、第５図は結像パターンと回
転センサの説明図、第６図はタイムチャートである。 Ａ・・・平面パターン Ｂ・・・結像バｐ −ンＬ
０．．九線 １・・・光源部２・・・光学
系 ３・・・受光部３３・・・回転センサ
４・・・被測足体５ ・・・ＣＰＵ ユ４・ｌ「４ 第２璽 」・５しｊ １４、 オＧ図 −ぞ＼ノへツバ！ （ロ） （ニ） −８１１ Ｓｔｌ−←ｔ２寸ｔ３すｔ４−ｉ
Claims (1)
- レーザ光を使用して、微小な曲面を有する被測定体の表
面に平面パターンを投影する光学系と、その結像バタ・
−ンを回転センサで検出する受光部と、回転センサから
の信号に基づいて前記結像パターンを３次元座標に構成
し、前記平面パターンに対ずろ歪みを数値的に算出する
中央処理装置とを倫えて、前記被測定体の表面の形状を
測定することを特徴とする非接触型３次元測定器。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10642883A JPS59231403A (ja) | 1983-06-14 | 1983-06-14 | 非接触型３次元測定器 |
| DE19843410377 DE3410377A1 (de) | 1983-06-14 | 1984-03-21 | Dreidimensionale messvorrichtung der kontaktlosen bauart |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10642883A JPS59231403A (ja) | 1983-06-14 | 1983-06-14 | 非接触型３次元測定器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59231403A true JPS59231403A (ja) | 1984-12-26 |
Family
ID=14433384
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10642883A Pending JPS59231403A (ja) | 1983-06-14 | 1983-06-14 | 非接触型３次元測定器 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59231403A (ja) |
| DE (1) | DE3410377A1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01165907A (ja) * | 1987-12-22 | 1989-06-29 | Asahi Glass Co Ltd | 反射像歪の測定方法 |
| CN107869963A (zh) * | 2017-11-16 | 2018-04-03 | 深圳立仪科技有限公司 | 测量装置 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1990009559A1 (en) * | 1989-02-15 | 1990-08-23 | Josef Zybert | Position determination method and apparatus |
| DE4027328B4 (de) * | 1990-08-29 | 2004-07-22 | Sirona Dental Systems Gmbh | 3D-Kamera zur Erfassung von Oberflächenstrukturen, insbesondere für zahnmedizinische Zwecke |
| CN105300318A (zh) * | 2015-11-10 | 2016-02-03 | 重庆大学 | 双光源昆虫翼面三维扫描与力学测试系统 |
| CN114858082B (zh) * | 2022-05-07 | 2023-09-29 | 交通运输部公路科学研究所 | 一种露石混凝土路表功能检测装置及其检测方法 |
-
1983
- 1983-06-14 JP JP10642883A patent/JPS59231403A/ja active Pending
-
1984
- 1984-03-21 DE DE19843410377 patent/DE3410377A1/de not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01165907A (ja) * | 1987-12-22 | 1989-06-29 | Asahi Glass Co Ltd | 反射像歪の測定方法 |
| CN107869963A (zh) * | 2017-11-16 | 2018-04-03 | 深圳立仪科技有限公司 | 测量装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3410377A1 (de) | 1984-12-20 |
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