JPS6131906A - 三次元測定装置 - Google Patents

三次元測定装置

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JPS6131906A
JPS6131906A JP15444984A JP15444984A JPS6131906A JP S6131906 A JPS6131906 A JP S6131906A JP 15444984 A JP15444984 A JP 15444984A JP 15444984 A JP15444984 A JP 15444984A JP S6131906 A JPS6131906 A JP S6131906A
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JP
Japan
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measured
point
light
shape
slit light
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Application number
JP15444984A
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English (en)
Inventor
Mitsuo Iso
三男 磯
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Hitachi Zosen Corp
Original Assignee
Hitachi Zosen Corp
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Publication date
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Publication of JPS6131906A publication Critical patent/JPS6131906A/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25Measuring 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
    • G01B11/2545Measuring 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 one projection direction and several detection directions, e.g. stereo

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、被測定体表面の各点の位置を導出して被測
定体の形状等を測定する測定方法に関する。
〔従来技術〕
従来、被測定体表面の各点の位置を導出して被測定体の
形状等を測定する手法として、センシングプローブを被
測定体に接触させて被測定体の形状を計測する接触法や
、2台のカメラにより同一対象物を同時に撮像しその両
画像の共通点を求めて被測定体の形状を測定するステレ
オ写真法、基準面におけるモアレ縞および被測定体表面
におけるモアレ縞にもとづき被測定体の形状を測定する
、モアレトポグラフィ法、および縦長のスリット光を被
測定体に照射して当該照射個所をテレビカメラにより撮
像し、当該画像の特徴的な点を求めて被測定体の形状を
測定する光切断法などの非接触法があり、これらの各手
法が産業用ロボットの物体認識技術として、あるいは各
種の検査装置等における物体認識技術として広く応用さ
れている。
ところが、前記した接触法では測定に長時間を要すると
いう欠点があシ、非接触式の場合も、被測定体の形状を
認識しているだけで、被測定体の位置、すなわち任意の
座標系における座標を直接計測しているのではないため
、被測定体の位置を求めるには、得られた画像から対象
とすべき点を求めたのち、求めた点の位置すなわち座標
を演算。
導出しなければならず、演算に時間がかかシ、しかもこ
れらの手法を実現する測定装置は分解能が非常に低いた
め、被測定体そのものが小さい場合。
あるいは被測定体表面に小さな凹凸がある場合には、精
度よく被測定体の形状や表面の凹凸の形態を認識できず
、信頼性に欠けるという欠点があシ、被測定体の形状等
を測定するには不十分である。
〔発明の目的〕
この発明は、前記の点に留意してなされたものであシ、
被測定体の寸法1表面状態、形状等を短時間で精度よく
測定できるようにすることを目的とする。
〔発明の構成〕
この発明は、複数個の受光素子が縦横に配列された撮像
面を有し被測定体を撮像する1対の撮像手段、と、前記
両撮像手段の重複視野内における前記被測定体の全表面
に線状のスリット光を順次照射する投光手段と、前記各
スリット光ごとの前記両撮像手段の前記各受光素子の受
光出力を順次処理して前記被測定体表面の各点の三次元
位置を導出、測定する処理手段とを備えたことを特徴と
する三次元測定装置である。
〔発明の効果〕
したがって、この発明の三次元測定装置によると、複数
個の受光素子が縦横に配列された撮像面を有する1対の
撮像手段を設け、線状のスリット光を照射する投゛光手
段、およびスリット光ごとの各受光素子の出力を順次処
理して被測短体表面の各点の三次元位置を導出、測定す
る画像処理手段を設けたことによシ、スリット光の照射
個所を移動させるのみで、被測定体表面の各点の三次元
位置を短時間で精度よく導出、測定することができ、必
要に応じ被測定体の寸法9表面状態、形状等を容易に測
定することができ、非常に実用的である。
〔実施例〕
つぎに、この発明を、そのl実施例を示した図面ととも
に詳細に説明する。
まず第1図において、(la)、(!b)はそれぞれM
 x N個の受光素子が縦M行、横N列に配列された第
1゜第2撮像面、(2a)、(2b)は被測定体(以下
ワークという)(図示せず)からの反射光を両撮像面(
la) 。
(Ib)に集光する第1.第2集光レンズであシ、第1
、第2撮像面(Ia)、(Ib)それぞれと第1.第2
集光レンズC2a)、(2b)それぞれとが本体内に収
納されてCCD型エリアイメージセンサ等からなる第1
.第2撮像手段(3a)、(9b)が構成され、両撮像
面(Ia)、(Ib) 17)横方向への各線、すなわ
ち各走査線における各受光素子からの受光出力である撮
像信号が合成され、前記各走査線ごとの合成撮像信号で
ある画像信号が両撮像手段(8B)、(8b)から連続
して出力される。
(4)は線状のスリット付きキセノンランプ等からな多
線状のスリット光を照射する光源、(5)は光源(4)
からの前記スリット光の長さを長くする凸面筒レンズ等
からなる拡張レンズ、(6)は反射鏡であシ、回転自在
に設けられ、レンズ(5)を介した光源(4)からQス
リット光を両撮像手段(8a)、(8b)の重複視野を
前後方向に横切るように照射するとともに、回転によシ
、前記重複視野へのスリット光を左右方向に平行移動さ
せてワークの全表面にスリット光を照射するようになっ
ておシ、光源(4)、レンズ(5)。
反射鏡(6)によ多投光手段(7)が構成されるととも
に、両撮像手段(3a)、(3b) 、投光手段(7)
および後述の画像処理手段により三次元測定装置(8)
が構成されている。
つぎに、両撮像処理手段を示す第2図について説明する
同図において、(9)はクロック信号を発生するクロッ
ク回路、(+oa) 、(+ob)は両撮像手段(3a
)、(3b)から順次出力される前記各走査線ごとのア
ナログ信号である前記画像信号を前記クロック信号によ
るタイミングで取り込み1画像信号をそれぞれ所定のス
ライスレベルでスライスしてデジタル画像信号に変換し
、出力するスライス回路等からなる第1゜第2信号処理
回路、(Ha)、(llb)はそれぞれ前記クロック信
号のタイミングで両撮像面(la)、(Ib)の各行に
おける左端部の各基準点から両信号処理回路(IOa)
(10b)からの各デジタル画像信号のハイレベルパル
スを出力する各受光素子までの撮像面(la)、(lb
)上での距離をカウントする第1.第2アドレスカウン
タ、(2)は両カウンタ(ha)、(nb)によシカラ
ントされた前記距離データにもとづき、ワーク表面の各
スリット光の照射個所における各点の三次元位置。
すなわち任意のXYz座標系における座標を算出する演
算回路、α躊は演算回路(6)によシ演算されたワーク
表面の前記各点の座標を記憶する記憶部、aΦは表示条
件設定部、0句は設定部α荀に設定された条件に従い、
記憶部α躊に記憶されたワーク表面の前記各点の座標に
もとづいてワークの寸法9表面状態、形状等を認識し、
導出する認識回路、OQは表示部であり、CRT等から
なシ、認識回路α椴により導出されたワークの寸法1表
面状態、形状等を表示するようになっておシ、クロック
回路(9)1両処理回路(+oa)、(Job) 、両
カウンタ(ha)、(ob) 、演算回路Q′4.記憶
部a′3.設定部αΦ、認識回路Q5および表示部α・
によシ画像処理手段αηが構成されている。
い凍、第1図中に示すように左右、上下9前後の各方向
に、任意の点を原点とするxYz座標系のx、y、zの
各軸をとシ、ワーク表面の各点の三次元位置すなわち前
記XYZ座標系における座標を導出して、たとえばワー
ク゛の形状を測定する場合、第1図に示すように投光手
段(7)によシ、両撮像手段(3a)、、(3b)の重
複視野に前後方向に線状のスリット光Sが照射され、両
撮像手段(8a)、(3b)によシ前記スリット光Sの
照射個所の近辺が撮像され、画撮像面(Ia)、(Ib
)に配列された走査線ごとの各受光素子からの撮像信号
が合成されて両撮像手段(8a)。
(3b)それぞれから画処理回路(IOa)、(Job
)へ走査線ごとの画像信号が連続的に出力される。
そして、たとえば第1図に示すようにスリット光Sを照
射したときに、両撮像手段(8a)、(8b)によシ撮
像されて得られる画像がそれぞれ第3図(a)。
(b)に示すようになシ、スリット光Sのワークによる
反射光が図中の太い実線のようになった場合、第1撮像
面(1a)における第1行から第M行まで。
すなわち番号1からMまでの各走査線ごとの画像信号V
a+ 、Vaz、 ・−、Vamが第1撮像手段(3a
)から第4図(a)に示すように連続的に出力されると
ともに、同様に第2撮像面(1b)における第1行から
第M行まで、すなわち番号1からMまでの各走査線ごと
の画像信号Vb+、Vb2. ・、 Vbmカ第2 m
像手19 (8b) カら第4図(0)に示すように連
続して出力され、画処理回路(10a)、(10b)に
よシ、同(a) 、 (C) vc示す両撮像手段(3
a)、(3b)からのアナログ信号である各画像信号が
スライスレベ/L/ lで順次スライスされ、レベ)v
lよシも高いレベル信号を出力する受光素子からの撮像
信号のみが取シ出されて同図(b) −、(d)にそれ
ぞれ示すように、デジタル画像信号に変換される。
づぎに、画カウンタ(I Ia)、(l lb)にょシ
、両撮像面(la)、(Ib)の各行における左端の各
基準点から第4図(b) 、 (d)にそれぞれ示す前
記各デジタル画像信号にオケるハイレベルパルスを出力
する受光素子までの距離Da+ 、Da2.Daa 、
−、Dam オよびDb+ 、Db2.Dba、 −・
−。
Dbmがカウントされ、カウントされた各距離データが
記憶部03に記憶されるとともに、反射鏡(6)により
スリット光SがX軸方向に移動するごとにこれら、の動
作が繰シ返されて記憶部′α葎に各距離データが記憶さ
れる。
さらに、第3図(a) 、 (b)に示すようなある走
査線とスリット光との交点であるワーク上の点Pの位置
を導出する際、第5図に示すようなXYz座標系を想定
し、両レンズ(2a)、(2b)の倍率をKl、に2と
し、Z軸の負方向から正方向を見たときのXY平面にお
いて、両撮像手段(3a)、(,1lb)の視野のY軸
に近方の限界線R1,R2とY軸とのそれぞれの交点V
+ 、Vp、の座標をそれぞれ(a、0) 、 (’b
、O)とし、L/ ン、x (2a)。
(2b) O中心点Ll、L2C+座標(7)X軸成分
をαo、βo、Y軸成分をKとするとともに、両撮像手
段(3a)、(8b)間の距離をLとすると、両撮像手
段(3a)、(’lb)と実際のワーク上の点Pとをそ
れぞれ結ぶ線とY軸とのそれぞれの交点Vl”、 V2
’の座標のY軸、Y軸成分α、βは、点Pに相当する点
の撮像面(Ia) 。
(lb)における両基準点からの距離をDap、Dbp
として、 α辷a + Kl −Dap         ・・・
■β=1)+に2・Dbp            ・
・・■となり、ワーク上の点PのXYz座標系における
X軸成分xp 、 Y軸成分ypは、Z軸の負方向から
正方向を見たときのXY平面における点V+’、L+を
結ぶ直線と点V2’ 、L2を結ぶ直線との交点として
与見られることになり、次の式で表わされる。
一方、前記点Pの座標の2軸成分zpは、点Pの近辺の
画像における点Pに対応する点を含む走査線番号をγ、
走査線の本数と幅とによシ定まる係数をに8とすると、 zp=Ks・γ・yp           ・・・■
と表わされる。
そして演算回路αつに、演算条件として各点Vl。
V2 、Ll 、L2および走査線ごとの同様の点の座
標データ、レンズの倍率Kl、に2 、距離り、係数に
8を予め与えておくことによシ、演算手段(2)により
、記憶部a]に記憶された距離データにもとづき、前記
0〜07式による演算が行なわれ、ワーク上の各点の座
標すなわち三次元位置が導出され、設定部α荀の設定条
件に従い、認識回路aFjによシワークの形状が認識、
導出されると同時に、表示部0Qによシ前記形状が表示
される。
したがって、前記実施例によると、スリット光の照射個
所を移動させるのみで、ワーク表面の各点の三次元位置
を短時間で精度よく導出、測定することができ、必要に
応じワークの寸法1表面状態、形状等を容易に測定する
ことができ、非常に実用的である。
また、ワークの形状を非接触で行なうため、ワークがゴ
ム等の柔軟で変形し易いものであっても、形状等を容易
に計測することができる。
さらに1.スポット光を使用しているため、エネルギー
密度が低く9弱い光でもよく、照明を使用したときの照
明熱によシ、ワークに歪が生じたりすることもない。
なお、投光手段(7)からのスリット光Sの光路を、電
子ビーム等により磁気的にスリ□ット光の光路を回転さ
せるようにしてもよい。
また、両撮像手段(3a)、(3b)としてCOD型イ
メージセンサを使用したが、MO8型イメージセンサや
撮像管等によシ構成してもよいことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
図面は、この発明の三次元測定装置の1実施例を示し、
第1図は斜視図、第2図は画像処理手段のブロック図、
第3図(a) 、 (b)はそれぞれ両撮像手段による
撮像画像を示す図、第4図(a)〜(d)はそれぞれ動
作説明用の各信号波形図、第5図は動作説明図である。 (Ia)、(lb)−・・撮像面、(aa)、(ab)
−・・撮像手段、(7)−・・投光手段、(8)・・・
三次元測定装置、αη・・・画像処理手段、S・・・ス
リット光。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)複数個の受光素子が縦横に配列された撮像面を有
    し被測定体を撮像する1対の撮像手段と、前記両撮像手
    段の重複視野内における前記被測定体の全表面に線状の
    スリット光を順次照射する投光手段と、前記各スリット
    光ごとの前記両撮像手段の前記各受光素子の受光出力を
    順次処理して前記被測定体表面の各点の三次元位置を導
    出、測定する処理手段とを備えたことを特徴とする三次
    元測定装置。
JP15444984A 1984-07-25 1984-07-25 三次元測定装置 Pending JPS6131906A (ja)

Priority Applications (1)

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JP15444984A JPS6131906A (ja) 1984-07-25 1984-07-25 三次元測定装置

Applications Claiming Priority (1)

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JP15444984A JPS6131906A (ja) 1984-07-25 1984-07-25 三次元測定装置

Publications (1)

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JPS6131906A true JPS6131906A (ja) 1986-02-14

Family

ID=15584455

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JP15444984A Pending JPS6131906A (ja) 1984-07-25 1984-07-25 三次元測定装置

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JP (1) JPS6131906A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02306108A (ja) * 1989-05-19 1990-12-19 Hamamatsu Photonics Kk 3次元位置認識装置
US7757946B2 (en) 2004-04-16 2010-07-20 Acme Scale Company, Inc. Material transport in-motion product dimensioning system and method

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02306108A (ja) * 1989-05-19 1990-12-19 Hamamatsu Photonics Kk 3次元位置認識装置
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