JPS63108208A - 物体等の形状計測方法 - Google Patents

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、車両積載物やその他の堆積物等の形状を光
学的に計測する方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、物体の形状を光学的に計測する方法として光切断
三角計測法が良く知られている。この方法は、被計測物
体に扇形状の光帯を上部より照射することによって被計
測物体のＸ方向（たとえば幅方向）に現れる光のライン
を、投光部から一定角度隔てた箇所に配備された受光部
で検出しながら、被計測物体又は投光部や受光部を２方
向（たとえば縦方向）に移動させ、上記受光部にとり込
んだ検出信号を二次源情報として所定の手続きにより演
算又は計算することによって被計測物体の全体形状を算
出するものであった。このような計測方法は、たとえば
特開昭５７−８０５１０号公報に開示されており、投光
部にはレーザ発振器やスキャナー等、受光部には一次元
又は二次元センサーやビデオカメラ等が用いられている
。また、演算にはインターフェースやパソコン等のコン
ピュータが用いられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、叙述した光切断三角計測法は被計測物体に現
れる光のラインを一箇所に配備した受光部で検出するか
ら、第４図に説明的に示したように、被計測物体の高さ
Ｈを微小区画に分割した場合に、その−区画の幅ΔＨ内
の微小区画部分によって反射される光の収束角度θが、
被計測物体の下方の区画はど大きくなり、分解能が悪く
なる。

また、演算には反射光の左右の振れ角の補正を考慮した
複雑な計算式を用いる必要があり、斜め投射を行う場合
にはさらに複雑な計算式を用いる必要があるので、実際
の被計測物体の像を計測するのに総じて複雑な計算が必
要になる。さらに、屋外では強力な大陽光などによる外
乱光の影響を受けやすく、その影響を少なくするために
は強力な投光パワーが必要になる。しかし、そうすると
人体に危険が及ぶことになり、むやみに投光パワーを上
げることはできない。こうしたことから光切断三角計測
法は戸外で使用しにくいものである。

これらの事情から、従来の方法では被計測物体の形状を
正確に把握することができないという問題があった。

この発明は、叙述した光切断三角計測法を用いず、投射
波と反射波の位相差と光速から被計測物体までの距離を
算出することによって、被計測物体の形状を正確に計測
することを技術的課題とし、かつ、その課題を解決し得
る方法を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記技術的課題を解決するためにこの発明が講じた手段
は、一定周波数に変調された投射波を放物面鏡の焦点で
分散させて上記放物面鏡の反射面に照射し、この反射面
で反射した投射波の平行成分を走査ビームとして被計測
物体を走査し、被計測物体によって反射される走査ビー
ムの反射光を投射経路と同一の経路を経て帰還させるこ
とにより投射波と反射波の位相差を検出し、その検出値
から求められる光ビームの往復に要した時間により被計
測物体の各部までの距離を計測し、この計測値を基準面
までの距離と比較演算して被計測物体の形状を算出する
ことである。

〔作　用〕

この技術的手段は次のように作用する。

焦点から出た光を放物面鏡の反射面で反射させて基準面
に到達させた場合の投射経路の長さ、すなわち焦点から
基準面までの距離は、放物面の性質上、反射面での光の
反射位置に関係なく一定であるから、被計測物体の高さ
は、投射波と反射波の位相差の検出値から求められる光
ビームの往復に要した時間により被計測物体の各部まで
の距離を計測し、この計測値を上記基準面までの距離と
比較演算すると、被計測物体の正確な高さが計測される
。従って、被計測物体の各部においてその高さを計測す
れば、被計測物体の正確な形状が算出される。

Ｃ実施例〕 第１図はこの発明方法を実施するための計測装置を原理
的に示した説明図である。同図において、ｌは放物面鏡
、２はその反射面、３はスキャナーが配備される放物面
鏡の焦点位置、４は光学式測距装置、５は被計測物体、
６は被計測物体５が置かれた基準面を示している。

光学式測距装置４は、通常、一定周波数に変調された正
弦波、矩形波、パルス波等を照射する投光機能と、入射
光を受光する受光機能とを併有している。この光学式測
距装置４の投光信号と受光信号は図外のコンピュータ等
のデータ処理装置に入力されて投光波と受光波の位相差
がヰ食出され、さらに、その位相差が長さ因子に換算さ
れる。放物面鏡の焦点位置３に配備されるスキャナーと
しては、たとえば第２図に例示したように、回転駆動装
置１０の回転軸にポリゴンミラー１１を取り付けたもの
が用いられる。なお、第２図において、イは入射光、口
は反射光を示している。

光学式測距装置４の投光部から一定周波数に変調された
投射波をスキャナーに投射し、このスキャナーで投射光
を分散させて放物面鏡ｌの反射面２で照射させ、その反
射光の平行成分を走査ビームとして被計測物体５を走査
すると共に、被計測物体５によって反射される走査ビー
ムの反射光を投射経路と同一の経路を経て光学式測距装
置４の受光部へ帰遷させると、上記データ処理装置によ
って投射波と反射波の位相差が検出され、その検出値か
ら求められる光ビームの往復に要した時間により光学式
測距装置４から被計測物体５の各部までの距離が計測さ
れる。この距離は、ｅｏ＋ａ＋ｂ （但し、ａ　＋　ｂ　＝　ａ　１　＋　ｂ　Ｌ　＝　ａ
　２　＋　ｂ　２　＝ａ３　＋ｂ３　：３＋　＋ｂ＋） である。この計測値を光学式測距装置４から基準面６ま
での距離と比較演算すると、被計測物体５の各部の高さ
が検出され、それにより被計測物体の形状が算出される
。この場合に、上記投射経路の長さは放物面鏡１の反射
面２における投射波の反射位置に関係なく一定であるの
で、被計測物体５の各部の高さは、光学式測距装置４か
ら被計測物体５の各部までの距離から一定値を差し引く
だけで複雑な計算なしで得られる。

ここで、この発明方法の理解を容易にするため、放物面
鏡の反射面、すなわち放物面について説明する。

第３図はｘ、ｙ座標系″にｙ’＝４ｆｘで表される放物
線を表示したもので、点（ｆ、０）を焦点、直線ｘ＝−
ｆを準線Ｈと称する。放物線上の一点から準線Ｈへ垂線
を垂ろしたときの長さｈと焦点ｆまでの距離は等しく、
ｈｌ　＝ａｌ　、　　ｈ２　＝ａ２である。今、新しい
基準線Ｋ　（ｘ＝ｋ）を考え、放物線上の一点から基準
線Ｋまでの垂線の長さをｂとすると、 ｈ、＋ｂｌ　＝ｆ＋ｋ ｈ２　＋ｂ２−ｆ＋ｋ ａｌ　＋ｂ１＝ｆ　＋ｋ　　　（’、’ｈｌ　＝ａＬ）
ａ２　＋ｂ２　＝ｆ　＋ｋ　　　（’、’ｈ２　＝ａ２
　）このことから、放物面鏡の反射面で反射して基準線
Ｋに到るまでの距離は常に一定であり、準線Ｈと基準線
にの距離ｋｏに等しい。

従って、第１図に示したスキャナーから光学式測距装置
４までの距離をｅ。とじ、光学式測距装置４の測距デー
タをｄとすれば、被計測物体５の高さＨは、 Ｈ＝に□　＋ｅＯ−ｄ となる。なお、上記基準線には被計測物体が置かれる基
準面と考えることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明方法は、従来より行われ
ていた光切断三角計測法に比べ、物体の高さを減算処理
のみによって正確に計測できるため、演算処理が簡単で
、そのための機構も簡単になるばかりでなく、上記三角
計測法を用いず、投射波と受光波の位相差と光速を利用
して被計測物体の各部の高さを計測し、その計測値から
被計測物体の形状を算出するものであるから、計測精度
が外乱光の影響を受けず、かつ、各部の精度にばらつき
が無くなり分解能が向上する。

従って、この発明は、製造業分野におけるコンベア上の
製品形状検査、土木・鉱業分野における堆積物形状検査
等のほか、車両や車両積載物の形状・体積計測等を非接
触式に光学的に行う上で極めて有益である。なお、この
発明において堆積物等とは、玉揚の製品、車両等以外の
種々の物体を含む意味である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明方法を実施するための計測装置を原理
的に示した説明図、第２図はスキャナーの概略斜視図、
第３図はこの発明方法の理解を容易にするための説明図
、第４図は従来方法の原理　　　。 を示す説明図である。 １・・・放物面鏡、２・・・放物面鏡の反射面、３・・
・焦点位置、５・・・被計測物体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）一定周波数に変調された投射波を放物面鏡の焦点
   で分散させて上記放物面鏡の反射面に照射し、この反射
   面で反射した投射波の平行成分を走査ビームとして被計
   測物体を走査し、被計測物体によって反射される走査ビ
   ームの反射光を投射経路と同一の経路を経て帰還させる
   ことにより投射波と反射波の位相差を検出し、その検出
   値から求められる光ビームの往復に要した時間により被
   計測物体の各部までの距離を計測し、この計測値を基準
   面までの距離と比較演算して被計測物体の形状を算出す
   ることを特徴とする物体等の形状計測方法。