JPS6217604A - 3次元計測における補助光の校正方式 - Google Patents

3次元計測における補助光の校正方式

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JPS6217604A
JPS6217604A JP15522485A JP15522485A JPS6217604A JP S6217604 A JPS6217604 A JP S6217604A JP 15522485 A JP15522485 A JP 15522485A JP 15522485 A JP15522485 A JP 15522485A JP S6217604 A JPS6217604 A JP S6217604A
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equation
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slit
light
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Fuminobu Furumura
文伸 古村
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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】 〔発明の利用分野〕 本発明は3次元空間における物体位置、寸法の計測方式
に係り、特に光切断法における計測精度を高めるため補
助光面とセンサとの相対的位置関係を高精度に推定する
に好適な補助光校正方式に関する。
〔発明の背景〕
生産における検査、組立工程において、対象物の3次元
空間におけろ位置、寸法の計測が必要な場合が多い、こ
の目的のための非接触計測方法のうち比較的簡易で高い
精度の得られる方法として、光切断法がある。方法と原
理については例えば文献、シライヨシアキによるパレン
ジファインダを用いた多面体の認識”パターンリコグニ
ッション。
ペルガモン出版、4巻、243頁−250頁。
1972年 (Yoshiaki  5hirai、 
 ”Recognitionof Po1yhedro
n、s tzith a Range Finder”
+Pattern Recognition、 Per
gamon Press、 vo14、pp、243−
250.1972)を参照されたい。これは光源とテレ
ビカメラ等のセンサを設け、光源からスリットを通して
作られた平面状の補助光が測定対象物体面に交わって作
る光切断線の像をセンサでとらえ、該像の各点のセンサ
が撮した画像中の位置から三角測量の原理により、対応
する光切断線上の点の3次元空間における位置を算出す
る。この処理を、光源とスリットを回転させ補助光面の
位置を変えて繰り返すことにより対象物体表面の各点の
位置を計測することができる。
この計測方法において、センサに対する補助光面の位置
をあらかじめ校正しておく必要がある。
通常は、同一の治具の上にセンサと光源を固定し、スリ
ットの回転角に対し、センサと補助光面との相対位置関
係が再現性を持つように制御される。
この位置関係を記憶しておき、上記の対象物の位置計算
処理に利用する。ところが作業環境、装置の設置条件に
よっては上述のごときセンサと光源を固定した治具を用
いることができず、センサと光源を切離して独立に設置
しなければならない場合もある。また、最適な計測条件
を決定するため、センサと光源との相対位置関係を種々
変更し、計測を繰返す必要が生ずる場合がある。このよ
うな場合に、現場にセンサと光源とを設置した状態で補
助光面の校正、すなわちセンサと補助光面との相対位置
関係の測定を行なう必要がある。この際、校正方法とし
ては簡易で高精度を得られるものが望ましい。
(発明の目的〕 本発明の目的は、光切断法による3次元計測方法におい
て、光源とセンサを任意の位置に設置した場合に、光源
による補助光とセンサとの相対位置関係を簡易かつ高精
度に測定する手段を提供することにある。
〔発明の概要〕
上記目的を達成するため本発明では、既知の位置に基準
マークをつけたテストチャート板を用いる点に特徴があ
る。該チャート板を空間内の任意の、補助光面と交わる
位置に設置しこれをセンサで撮像して得られた像中の基
準マークからチャート板の空間内における位置、姿勢を
推定し、鎖板の平面の方程式を決定する6次に同じく像
中の補助光面による鎖板の切断線の位置から、この切断
線の空間内の位置を決定する。さらにチャート板を空間
内の別の任意の位置に移動し、上記と同様の処理により
鎖板の平面の方程式と該板上の光切断線の位置を決定す
る。この結果得られた2つの光切断線は同一の補助光面
内にあることから、2つの線の位置情報から該補助光面
の空間における位置が決定できる。これが所望のセンサ
と補助光との相対位置関係を与える。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例を図を用いて説明する。
第1図は本発明による3次元計測方式の全体構成図であ
る。測定対象物1の上に、光源2がらスリット3を通し
て作られた補助光面4が交わって作る光切断線5をセン
サ6で撮像する。像はAD変換機7によりディジタルデ
ータに変換されたのち処理装置8に送られる。処理袋[
8は後述の処理により光面4の3次元空間における方程
式を決定する。駆動装[110はスリット3を光源2の
前で回転させることにより光面4の位置を回転させるた
めのものである。処理装置8は駆動装置1oの回転角を
変えるたびに光面4の方程式決定処理を行ない結果の方
程式と装置10から送られた回転角とを合わせ記憶装置
9に格納する。格納されたデータは測定対象物1上の光
切断線5の各点の3次元座標算出に使用される。方法に
ついては後述する1図中のテストチャート板12は本発
明による補助光面の校正に使用される。使用方法につい
ては後述する。該板上には所定の既知の位置に複数の基
準マーク13が付けられている。この基準マークの位置
は外部11から処理装置i!f8に与えられ、光面4の
方程式決定に利用される。線14は・板12上の補助光
の切断線である。
ここで、第2図を用いて光切断法による計測の原理を説
明する。センサ光学系の内心に固定した座標系2 i 
 (x+ yt z)を考える。z軸は光軸と一致させ
ておく、この座標系をセンサ座標系と呼ぶ。いま光面4
のセンサ座標系における方程式%式% が既知であるとする。ここに上は座標ベクトル。
土はパラメータベクトル、bはスカラーのパラメータで
ある。Z軸方向に原点よりf (焦点距離)だけ離れた
ところに焦点面22を考え、画像座標系23 (x+ 
y)を考える。光面4上の切断線5上の点20について
像24の位!(x、y)が与えられたとき1点20の座
標は次のようにして求められる。像24に対応する視線
ベクトル25をQと表わすと、 で与えられる6点20の座標二は未知パラメータmを用
いて r=mQ           (3)で表わされる。
これと(1)式を連立させて解くとパラメータmは で与えられる。
さて本発明による補助光面の方程式決定のための処理袋
W8における処理手順のフローチャートを第3図に示す
。ステップ31は空間内のある任意の位置にチャート板
12を置いてその板の平面方程式を決定する処理、ステ
ップ32はチャート板を同位置に置いたまま該板上の光
切断線14の位置を決定する処理、ステップ33はチャ
ート板12を上記とは相異なる任意の位置に置いてその
板の平面方程式を決定する処理、ステップ34はステッ
プ33と同位置にチャート板を置いたまま該板上の光切
断線14の位置を決定する処理、ステップ35はステッ
プ32.34の処理結果から補助光面の平面方程式を決
定する処理である。以下に各処理の内容を詳述する。
ステップ31.33の処理は次の如くである。
i4図に示すごとくチャート板12に固定したチ漏−ト
板座標系41  (Xc+ VC+ zc)を考える。
この座標系における位置ベクトルをrcと表わす。原点
42はチャート板12の上にあり座標はり。0とする。
軸Xc+ ycは板12上にあり。
ZC軸43は板の法線に沿うものとする。いま板12上
の基準マーク13のうちセンサ6で観測されだ第1番目
のマークの座標を、センサ座標系で上1、チャート板座
標系でmciとすると、これらの間に r i ”G(r c 1−1co)       (
5)なる関係が成立つ、但しi=1・・・、N、Gは座
標系の直立回転マトリツカ毛、各軸まわりのオイラ角O
X+  θア、OKの関数として与えら九る。このとき
第1基準マークのセンサの焦点面22の座一方該像の画
像処理により得られる実測位置を(Xよ、Yl)とする
と、これは上記計算式により句、えられる値と必ずしも
一致しない、これは(5)式のパラメータθX、θア、
θZとrcoが必ずしも正確に知られないためである。
そこで処理装置8は、AD変換器から与えられる(Xi
+Y1)と外部11から与えられる基準マークのチャー
ト板上の座標rCLから次の処理により、未知パラメー
タ を推定する6すなわち評価関数 を最小にする五を求める。ここに誤差上1はで与えられ
る。またWiは重みマトリックスである。この最小2乗
推定問題は例えばニュートン法により解くことができ、
解として五の推定値が得られる。王からマトリックスG
とベクトルrc。
が得られる。このとき所望のチャート板12の平面方程
式を a−r=b            (9)と表わせば
、 で与えられる。
ステップ32.34の処理は次の如くである。
センサの焦点面の光切断fi14の像を画像処理により
検出しその上の任意の点(X、Y)をとる。
このとき対応する線14上の空間における位置すなわち
センサ座標系における座標は、(2)〜(4)式で計算
できる。但しa、bは(10)式により与えられた値を
用いる。ステップ32.34でそれぞれ1つ以上、合計
3つ以上の点についてこの座標計算をしておく。
ステップ35の処理は次の如くである。上記ステップ3
2.34の処理結果として得られた互に独立な位置にあ
る3点の座標を工1  (!=1+ 2+3)とする。
このときこの3点を通る平面の方程式を a−r=b             (+1)と表わ
すと、 で与えられる。これが所望の補助光面の方程式を与える
以上の処理をスリット3の回転角毎に行なえば各角度に
対応する方程式の係数が得られる。これを記憶装置9に
蓄えておき、対象物体計測の際スリットの回転角度に応
じて方程式の係数を記憶装置i!9から読み出し利用す
ればよい。
〔発明の効果〕
本発明によれば、平板に基準マークを印したチャート板
を用意するだけで1画像処理、データ処理により補助光
面の方程式を決定することができるので、環境に合わせ
て任意の位置に光源を設置した場合も光切断法による計
測精度を高めることを可能にする効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による3次元計測における補助光の校正
方式の全体構成を示す図、第2図は3次元計測の原理を
示す図、第3図は本発明におけるデータ処理手順のフロ
ーチャート、第4図は本発明に使用するチャート板上の
座標系を説明するための図である。 1・・・計測対象物体、2・・・光源、3・・・スリッ
ト。 4・・・補助光面、5・・・光切断線、6・・・センサ
。 8・・・処理装置、12・・・チャート板、13・・・
基準マーク。 躬/圀

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 光源とスリットとセンサとデータ処理装置とより成る3
    次元計測システムにおいて、表面に基準マークを記した
    平板を用いて補助光面の3次元空間における方程式を決
    定することを特徴とする3次元計測における補助光の校
    正方式。
JP15522485A 1985-07-16 1985-07-16 3次元計測における補助光の校正方式 Granted JPS6217604A (ja)

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JP15522485A JPS6217604A (ja) 1985-07-16 1985-07-16 3次元計測における補助光の校正方式

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JP15522485A JPS6217604A (ja) 1985-07-16 1985-07-16 3次元計測における補助光の校正方式

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JPS6217604A true JPS6217604A (ja) 1987-01-26
JPH0364801B2 JPH0364801B2 (ja) 1991-10-08

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6444805A (en) * 1987-08-14 1989-02-17 Nippon Telegraph & Telephone Calibrating method of position and posture of pattern projector
JPS6468677A (en) * 1987-09-10 1989-03-14 Komatsu Mfg Co Ltd Position detecting method for moving body
JPH08110807A (ja) * 1995-09-04 1996-04-30 Omron Corp 自動キャリブレーション方法およびその装置

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JPS6468677A (en) * 1987-09-10 1989-03-14 Komatsu Mfg Co Ltd Position detecting method for moving body
JPH08110807A (ja) * 1995-09-04 1996-04-30 Omron Corp 自動キャリブレーション方法およびその装置

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