JPS6180008A - 形状測定方法 - Google Patents
形状測定方法Info
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- JPS6180008A JPS6180008A JP20331284A JP20331284A JPS6180008A JP S6180008 A JPS6180008 A JP S6180008A JP 20331284 A JP20331284 A JP 20331284A JP 20331284 A JP20331284 A JP 20331284A JP S6180008 A JPS6180008 A JP S6180008A
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- Japan
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- dimensional
- plane
- symmetry
- cameras
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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
- G01B11/2545—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 one projection direction and several detection directions, e.g. stereo
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- 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。
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〕
本発明は、光を用いて３次元物体の形状を測定する方法
に関する。
に関する。
近年、光を用いて三角測量を行う手段に複雑な計算を電
子計算機に依存して速やかに処理を行うことが可能とな
り、これが発展して３次元物体の形状を非接触で測定す
る手段が生まれた。しかしながら現状では計算式が複雑
であって高速処理を阻害し、かつ、誤測定の判別が困難
であってこれらの対策が望まれている。
子計算機に依存して速やかに処理を行うことが可能とな
り、これが発展して３次元物体の形状を非接触で測定す
る手段が生まれた。しかしながら現状では計算式が複雑
であって高速処理を阻害し、かつ、誤測定の判別が困難
であってこれらの対策が望まれている。
第４図に光切断法の測定原理図を示す。図において、ス
リット光３を測定物体９０に照射する。そのとき測定物
体９０の表面上にできる輝線４の軌跡をレンズ２によっ
て２次元撮像素子１上に結像し、その変形スリット像５
の２次元逼像素子１上の位置から三角測量で輝線４の軌
跡の形状を計算するものである。
リット光３を測定物体９０に照射する。そのとき測定物
体９０の表面上にできる輝線４の軌跡をレンズ２によっ
て２次元撮像素子１上に結像し、その変形スリット像５
の２次元逼像素子１上の位置から三角測量で輝線４の軌
跡の形状を計算するものである。
第５図は従来の形状測定方法の原理図を示す。
なお、構成、動作の説明を理解し易くするために全図を
通じて同一部分には同一符号を付してその重複説明を省
略する。
通じて同一部分には同一符号を付してその重複説明を省
略する。
図において、スリット光が垂直走査方向につくる面を対
称面３として左右対称に配置した２組のカメラ（レンズ
２，２゛と２次元撮像素子１，１゛とからなる）を構成
する。２組のカメラを用いる理由は、輝線４の軌跡が片
方のカメラからは影になり測定出来ないときでも、もう
一方のカメラで影にならなければ測定できるからである
。
称面３として左右対称に配置した２組のカメラ（レンズ
２，２゛と２次元撮像素子１，１゛とからなる）を構成
する。２組のカメラを用いる理由は、輝線４の軌跡が片
方のカメラからは影になり測定出来ないときでも、もう
一方のカメラで影にならなければ測定できるからである
。
この光学系の欠点は、２組のカメラのレンズの光軸を対
称面３の方向に対して角度θだけ傾けていることによっ
て、２次元撮像素子１上の座標から輝点の空間座標を計
算する式が後述するように複雑となることである。傾け
ている理由は、測定範囲を光学系から近くして計算精度
を向上させるためである。
称面３の方向に対して角度θだけ傾けていることによっ
て、２次元撮像素子１上の座標から輝点の空間座標を計
算する式が後述するように複雑となることである。傾け
ている理由は、測定範囲を光学系から近くして計算精度
を向上させるためである。
第６図は誤測定を説明する原理図である。図において、
３次元物体９０上の点Ａが光沢面であると仮定してスリ
ット光３が点Ａに入射して反射し、点Ｂを照射したとす
ると、左の光学系では点Ａを点へ°と誤測定する。右の
光学系では点Ａを点Ａ”と誤測定する。従来の形状測定
方法ではこの誤測定を判別する機能を備えていなかった
。
３次元物体９０上の点Ａが光沢面であると仮定してスリ
ット光３が点Ａに入射して反射し、点Ｂを照射したとす
ると、左の光学系では点Ａを点へ°と誤測定する。右の
光学系では点Ａを点Ａ”と誤測定する。従来の形状測定
方法ではこの誤測定を判別する機能を備えていなかった
。
第７図は従来の形状測定方法の座標計算式を求めるため
の座標図を示す。図において、空間座標を点（ｘ、ｙ、
ｚ）とし、原点Ｏは、両レンズ像側主点を結ぶ直線と対
称面３との交点とし、光学系は、スポット光を対称面３
とする左右対称な配置とする２次元撮像素子上の座標を
左右それぞれ（Ｘｌ、 Ｙｌ）、（Ｘｒ、 Ｙｒ）とす
る。また、原点Ｏとレンズ像側主点との距離をＶ、レン
ズ像側主点と２次元撮像素子１の面までの距離をし、レ
ンズの光軸と対称面のなす角度をθとする。
の座標図を示す。図において、空間座標を点（ｘ、ｙ、
ｚ）とし、原点Ｏは、両レンズ像側主点を結ぶ直線と対
称面３との交点とし、光学系は、スポット光を対称面３
とする左右対称な配置とする２次元撮像素子上の座標を
左右それぞれ（Ｘｌ、 Ｙｌ）、（Ｘｒ、 Ｙｒ）とす
る。また、原点Ｏとレンズ像側主点との距離をＶ、レン
ズ像側主点と２次元撮像素子１の面までの距離をし、レ
ンズの光軸と対称面のなす角度をθとする。
このとき、点Ｐ （ｘ、＞・Ｏ，ｙｐ、ｚｐ）を三角測
量の計算手段にて（Ｘｉ、 Ｙｌ）、（Ｘｒ、 Ｙｒ）
の式であられすと、 ｙ、 ＝Ｖ（Ｌｃｏｓθ＋χｌ５ｉｎθ）／（Ｌｓｉｎ
θ−Ｘｌｃｏｓθ）＝ Ｖ （Ｌｃｏｓθ−Ｘｒｓｉｎ
θ）／（Ｌｓｉｎθ＋Ｘｒｃｏｓθ） 、 （１）ｚ、
＝ＶＹ１バしｓｉｎθ−Ｘｌｃｏｓ θ）＝ＶＹｒ／（
Ｌｓｉｎθ＋Ｘｒｃｏｓθ）−・・−−・・＋２１とな
る。これは複雑な式である。
量の計算手段にて（Ｘｉ、 Ｙｌ）、（Ｘｒ、 Ｙｒ）
の式であられすと、 ｙ、 ＝Ｖ（Ｌｃｏｓθ＋χｌ５ｉｎθ）／（Ｌｓｉｎ
θ−Ｘｌｃｏｓθ）＝ Ｖ （Ｌｃｏｓθ−Ｘｒｓｉｎ
θ）／（Ｌｓｉｎθ＋Ｘｒｃｏｓθ） 、 （１）ｚ、
＝ＶＹ１バしｓｉｎθ−Ｘｌｃｏｓ θ）＝ＶＹｒ／（
Ｌｓｉｎθ＋Ｘｒｃｏｓθ）−・・−−・・＋２１とな
る。これは複雑な式である。
第８図と第９図は従来のカメラの光軸が対称面に対して
傾き角度θを持つ理由を説明するための図である。両図
は左側の光学系だけを示している。
傾き角度θを持つ理由を説明するための図である。両図
は左側の光学系だけを示している。
第８図において２次元撮像素子１の左端を通る直線ｍと
ｙ軸の交点をＭとし、点Ｍと原点Ｏの距離をｙｏとする
と、ｙｏの領域は測定不可能である。
ｙ軸の交点をＭとし、点Ｍと原点Ｏの距離をｙｏとする
と、ｙｏの領域は測定不可能である。
また、一般に距離■が大きいほど、奥行きｙが小さいほ
ど測定精度がよいことを考慮に入れると、ｙｏは小さい
方がよ＜ｙｏを小さくするためには角度θを大きくする
必要がある。角度θを小さくすると第９図のようにｙｏ
が太き（なり、光学系の近くでの測定が不可能になる。
ど測定精度がよいことを考慮に入れると、ｙｏは小さい
方がよ＜ｙｏを小さくするためには角度θを大きくする
必要がある。角度θを小さくすると第９図のようにｙｏ
が太き（なり、光学系の近くでの測定が不可能になる。
以上が従来の形状測定方法で傾き角度θを設ける理由で
あった。
あった。
本発明は上記従来の欠点に鑑み、対称面と２台のカメラ
の光軸を平行とすることにより座標計算式を簡単とし、
また、誤測定判別機能を設けることにより高速で信頼性
の高い測定を行う方法の提供を目的とする。
の光軸を平行とすることにより座標計算式を簡単とし、
また、誤測定判別機能を設けることにより高速で信頼性
の高い測定を行う方法の提供を目的とする。
そしてこの目的は、スリット光を３次元物体に照射して
できる輝線を、前記スリット光のつくる面を対称面とし
て、左右対称に配置した２次元撮像素子を有する２台の
カメラで撮像し、前記２次元撮像素子上の像の位置から
前記輝線の空間座標を測定することによって前記３次元
物体の形状を測定する方法において、前記各カメラの光
軸を前記対称面に平行配置すると共に、前記２台のカメ
ラが有する２次元撮像素子の中心をそれぞれカメラのレ
ンズの光軸に対して前記対称面から遠くなる位置に配置
し、かつ、前記２つの２次元Ｉ最像素子上で得られる像
の位置を互いに比較することにより誤測定を判別するこ
とを特徴とする本発明の形状測定方法を提供することに
より達成される。
できる輝線を、前記スリット光のつくる面を対称面とし
て、左右対称に配置した２次元撮像素子を有する２台の
カメラで撮像し、前記２次元撮像素子上の像の位置から
前記輝線の空間座標を測定することによって前記３次元
物体の形状を測定する方法において、前記各カメラの光
軸を前記対称面に平行配置すると共に、前記２台のカメ
ラが有する２次元撮像素子の中心をそれぞれカメラのレ
ンズの光軸に対して前記対称面から遠くなる位置に配置
し、かつ、前記２つの２次元Ｉ最像素子上で得られる像
の位置を互いに比較することにより誤測定を判別するこ
とを特徴とする本発明の形状測定方法を提供することに
より達成される。
すなわち、カメラの光軸を対称面に平行にすることによ
り、座標の計算式は２次元Ｉ最像素子１゜１゛から得ら
れる座標位置と、カメラのレンズの設定位置から三角函
数も不要の簡単な除算式となり、前記２台のカメラが有
する２次元撮像素子の中心をそれぞれカメラのレンズの
光軸に対して前記対称面から遠くなる位置に配置するこ
とにより測定領域を拡大し、かつ、前記２つの２次元撮
像素子上で得られる像の位置を互いに比較することによ
り誤測定を判別する処理方法を設定し、誤測定要素を排
除する制御を行うことができる。
り、座標の計算式は２次元Ｉ最像素子１゜１゛から得ら
れる座標位置と、カメラのレンズの設定位置から三角函
数も不要の簡単な除算式となり、前記２台のカメラが有
する２次元撮像素子の中心をそれぞれカメラのレンズの
光軸に対して前記対称面から遠くなる位置に配置するこ
とにより測定領域を拡大し、かつ、前記２つの２次元撮
像素子上で得られる像の位置を互いに比較することによ
り誤測定を判別する処理方法を設定し、誤測定要素を排
除する制御を行うことができる。
以下本発明の実施例を図面によって詳述する。
第１図は本発明による形状測定方法の原理図を示す。図
示するように２台のカメラ（レンズ２．２゛２次元逼像
素子１．１’）の光軸を対称面３と平行するように光学
系を配置する。左右の光学系は対称面３に対してすべて
対称的に配置する。このときの座標計算式は式（１）、
（２）において、角度θ−〇とおいて得られる。
示するように２台のカメラ（レンズ２．２゛２次元逼像
素子１．１’）の光軸を対称面３と平行するように光学
系を配置する。左右の光学系は対称面３に対してすべて
対称的に配置する。このときの座標計算式は式（１）、
（２）において、角度θ−〇とおいて得られる。
ｙ、＝−ｖＬ／ｘｌ寓ｖＬ／ｘｒ・・・・・・（３）ｚ
、、＝−ｖＹｌ／Ｘ１＝ｖＹｒ／ｘｒ・・・・・・（４
）但し、Ｘ１＝ −Ｘｒ、 Ｙｌ＝Ｙｒとする。
、、＝−ｖＹｌ／Ｘ１＝ｖＹｒ／ｘｒ・・・・・・（４
）但し、Ｘ１＝ −Ｘｒ、 Ｙｌ＝Ｙｒとする。
これらの式は、＋１）． （２）に比べて非常に簡単な
式となる。
式となる。
また、従来の方法では２次元撮像素子１，１”の各中心
がそれぞれの光軸上に配置されていたが、第１図に示す
ように２次元盪像素子１，１゛の中心を光軸からずらす
（左側の光学系は左側に、右側の光学系は右側に）こと
によってｙｏを小さくすることができる。
がそれぞれの光軸上に配置されていたが、第１図に示す
ように２次元盪像素子１，１゛の中心を光軸からずらす
（左側の光学系は左側に、右側の光学系は右側に）こと
によってｙｏを小さくすることができる。
第２図は本発明の実施例のブロック図を示す。
図において、光学系の構成は２台のＴＶカメラ１０゜ｌ
Ｏ゛（レンズ２，２”、邊像管あるいは固体盪像素子等
の２次元撮像素子１．１’）と、線状光源部１）（図示
しないレーザ走査機、スリット投影機、しＥＤアレイ等
）からなる。第１図で説明したように、２台のＴＶカメ
ラはレンズの焦点距離、レンズと２次元撮像素子との距
離等が同じでスリット光を対称面３となるように配置す
る。
Ｏ゛（レンズ２，２”、邊像管あるいは固体盪像素子等
の２次元撮像素子１．１’）と、線状光源部１）（図示
しないレーザ走査機、スリット投影機、しＥＤアレイ等
）からなる。第１図で説明したように、２台のＴＶカメ
ラはレンズの焦点距離、レンズと２次元撮像素子との距
離等が同じでスリット光を対称面３となるように配置す
る。
２つの２次元撮像素子１．１°上にできる変形スリット
像は、式（３＋、 （４１よりＸ１＝−Ｘｒであるから
互いに対称図形である。３次元物体に照射された輝点の
ｙ軸座標はＹｌ＝Ｙｒから計算できる。すべてのＹｌ
（Ｙｒ）について座標計算を行えば、輝線の空間座標、
が求められる。
像は、式（３＋、 （４１よりＸ１＝−Ｘｒであるから
互いに対称図形である。３次元物体に照射された輝点の
ｙ軸座標はＹｌ＝Ｙｒから計算できる。すべてのＹｌ
（Ｙｒ）について座標計算を行えば、輝線の空間座標、
が求められる。
３次元物体９０の形状全体を求めるには、回転テーブル
２０等を回転させながら、上記の測定を操り返せばよい
。２台のＴＶカメラは同期信号発生部３０にて同期して
動作させ、ビデオ信号出力を演算部４０に入力し、演算
部４０においては、後述する誤測定判別と座標演算を行
う。回転テーブル２０の回転制御と同期信号発生部３０
の同期信号から演算部４０のサンプリングのタイミング
を制御部５０が司る。
２０等を回転させながら、上記の測定を操り返せばよい
。２台のＴＶカメラは同期信号発生部３０にて同期して
動作させ、ビデオ信号出力を演算部４０に入力し、演算
部４０においては、後述する誤測定判別と座標演算を行
う。回転テーブル２０の回転制御と同期信号発生部３０
の同期信号から演算部４０のサンプリングのタイミング
を制御部５０が司る。
３次元物体９０に光沢面があり、スリット光がその光沢
面に反射して対称面（ｘ−ｚ平面）３以外の３次元物体
９０の表面を照射した場合、１つの２次元撮像素子上ま
たは１゛の１ライン走査に２つの輝点像が現れる可能性
がある。
面に反射して対称面（ｘ−ｚ平面）３以外の３次元物体
９０の表面を照射した場合、１つの２次元撮像素子上ま
たは１゛の１ライン走査に２つの輝点像が現れる可能性
がある。
第３図は誤測定判別手段を説明するための原理図を示す
。図において、例えばＹ１＝Ｙｒがある値のときにスリ
ット光が点Ａを照射し、点Ａが光沢面であったために反
射して点Ｂを照射したとする。
。図において、例えばＹ１＝Ｙｒがある値のときにスリ
ット光が点Ａを照射し、点Ａが光沢面であったために反
射して点Ｂを照射したとする。
このとき、左右の２次元撮像素子上および１゛上ではＸ
１＋ 、 Ｘｈ 、Ｘｒｌ 、 Ｘｒｚのそれぞれ２つ
ずつの輝点像が観測される。対称面（ｙ−ｚ平面）３上
の輝点はＹ１＝Ｙｒのとき必ずＸ１＝−Ｘｒを満足する
。
１＋ 、 Ｘｈ 、Ｘｒｌ 、 Ｘｒｚのそれぞれ２つ
ずつの輝点像が観測される。対称面（ｙ−ｚ平面）３上
の輝点はＹ１＝Ｙｒのとき必ずＸ１＝−Ｘｒを満足する
。
第３図の場合は、Ｘｌ、 −−Ｘｒ、であるからＸＩ、
とＸｒｚとを誤測定要素として取り除くような制御を行
えば、誤測定を防止することができ、点Ａの座標を正し
く測定できる。
とＸｒｚとを誤測定要素として取り除くような制御を行
えば、誤測定を防止することができ、点Ａの座標を正し
く測定できる。
３次元物体９０の形状によって輝点が影になって観測で
きない等のいろいろな場合についての処理方法は下記に
よればよい。
きない等のいろいろな場合についての処理方法は下記に
よればよい。
（ａ） 両方共輝点像を観測できない場合は、測定不
能とする。
能とする。
（ｂ） 一方だけ輝点像１個を観測した場合は、座標
演算を行いその結果を測定値とする。
演算を行いその結果を測定値とする。
（Ｃ１一方だけ輝点像を２個以上観測し他方が観測され
ない場合は、 座標演算を行い、その付近の形状データ
から不 適当なデータと予想されるものを取り除く。
ない場合は、 座標演算を行い、その付近の形状データ
から不 適当なデータと予想されるものを取り除く。
（ｄｌ 両方共輝点像を１個以上観測した場合は、座
積演算を行いその値が両方一致するものを測定値とし、
それ以外を誤測定として取り除く。
積演算を行いその値が両方一致するものを測定値とし、
それ以外を誤測定として取り除く。
以上詳細に説明したように本発明の形状測定方法によれ
ば、座標演算式が簡単になるため、演算回路あるいは演
算アルゴリズムが簡単となり、計算処理時間が短縮され
ると共に、誤測定判別機能をもっているので信頼性の高
い形状測定が可能になる効果がある。
ば、座標演算式が簡単になるため、演算回路あるいは演
算アルゴリズムが簡単となり、計算処理時間が短縮され
ると共に、誤測定判別機能をもっているので信頼性の高
い形状測定が可能になる効果がある。
第１図は本発明による形状測定方法の原理図、第２図は
本発明の実施例のブロック図、第３図は誤測定判別手段
を説明するための原理図、 第４図は光切断法の測定原理図、 第５図は従来の形状測定方法の原理図、第６図は誤測定
を説明する原理図、 第７図は従来の形状測定方法の座標計算式を求めるため
の座標図、 第８図と第９図は従来のカメラの光軸が対称面に対して
傾き角度θを持つ理由を説明するための図を示す。 図において、１と１゛は２次元撮像素子、２と２′はレ
ンズ、３はスリット光（対称面）、４は輝線、１０と１
０′はカメラ、９０は３次元物体、θはカメラの光軸と
対称面がなす角度、■はカメラと対称面との距離、Ｌは
レンズと２次元撮像素子との距離をそれぞれ示す。 第３図 八「１ 第４１Ｉ！ｌ
本発明の実施例のブロック図、第３図は誤測定判別手段
を説明するための原理図、 第４図は光切断法の測定原理図、 第５図は従来の形状測定方法の原理図、第６図は誤測定
を説明する原理図、 第７図は従来の形状測定方法の座標計算式を求めるため
の座標図、 第８図と第９図は従来のカメラの光軸が対称面に対して
傾き角度θを持つ理由を説明するための図を示す。 図において、１と１゛は２次元撮像素子、２と２′はレ
ンズ、３はスリット光（対称面）、４は輝線、１０と１
０′はカメラ、９０は３次元物体、θはカメラの光軸と
対称面がなす角度、■はカメラと対称面との距離、Ｌは
レンズと２次元撮像素子との距離をそれぞれ示す。 第３図 八「１ 第４１Ｉ！ｌ
Claims (3)
- （１）スリット光を３次元物体に照射してできる輝線を
、前記スリット光のつくる面を対称面として、左右対称
に配置した２次元撮像素子を有する２台のカメラで撮像
し、前記２次元撮像素子上の像の位置から前記輝線の空
間座標を測定することによって前記３次元物体の形状を
測定する方法において、前記各カメラの光軸を前記対称
面に平行配置したことを特徴とする形状測定方法。 - （２）前記２台のカメラが有する２次元撮像素子の中心
をそれぞれカメラのレンズの光軸に対して前記対称面か
ら遠くなる位置に配置することを特徴とする特許請求の
範囲第（１）項記載の形状測定方法。 - （３）前記２つの２次元撮像素子上で得られる像の位置
を互いに比較することにより誤測定を判別することを特
徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の形状測定方法
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20331284A JPS6180008A (ja) | 1984-09-27 | 1984-09-27 | 形状測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20331284A JPS6180008A (ja) | 1984-09-27 | 1984-09-27 | 形状測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6180008A true JPS6180008A (ja) | 1986-04-23 |
Family
ID=16471939
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20331284A Pending JPS6180008A (ja) | 1984-09-27 | 1984-09-27 | 形状測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6180008A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6478109A (en) * | 1987-09-19 | 1989-03-23 | Toyota Central Res & Dev | Three-dimensional coordinate measuring instrument |
| EP2862148A4 (en) * | 2012-12-14 | 2016-01-27 | Gii Acquisition Llc Dba General Inspection Llc | FAST 3D METHOD AND SYSTEM FOR THE OPTICAL MEASUREMENT OF A GEOMETRIC SIZE OF MANUFACTURED PARTS |
-
1984
- 1984-09-27 JP JP20331284A patent/JPS6180008A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6478109A (en) * | 1987-09-19 | 1989-03-23 | Toyota Central Res & Dev | Three-dimensional coordinate measuring instrument |
| EP2862148A4 (en) * | 2012-12-14 | 2016-01-27 | Gii Acquisition Llc Dba General Inspection Llc | FAST 3D METHOD AND SYSTEM FOR THE OPTICAL MEASUREMENT OF A GEOMETRIC SIZE OF MANUFACTURED PARTS |
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