JPS63127106A - 立体形状の測定方法 - 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】 〔概　要〕 光切断法と三角測量方式の原理を利用して被測定立体物
の形状を非接触で測定する立体形状の測定方法であって
、予め被測定物の被測定面に一定の光強度の照射光を光
走査し、この、時形成される輝線像からの反射光の光強
度を２台の光検知器で測定し、その測定データに基づい
てレーザ光源部と、その直後の光アッテネータ部を用い
て光強度を制御して被測定物上に光走査し、できる輝線
像の２台の撮像カメラによる像の明るさを２台のカメラ
のレンズの前に設置した光アッテネータ部を制御するこ
とによって像の位置、カメラの違いによらずほぼ一定と
することで被測定立体物の距離、表面状態、色合い等に
かかわりなく精度の良い形状測定を可能とする。

〔産業上の利用分野〕

本発明は２台の撮像カメラで光切断法と三角測量方式の
原理を利用して立体物の形状を非接触で測定する方法に
関するもので、さらに詳しく言えば、被測定物の形状、
色合い、距離等にかかわりなく精度の良い形状測定がで
きる立体形状の測定方法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、立体形状物の形状を非接触である程度離れたとこ
ろから測定する方法において、被測定立体物に線状光を
照射する方法としては ■スリットパターンを投影する方法 ■単純にスポット状のレーザビーム等を光走査する方法 ■シリンドリカルレンズでレーザビーム等をスリット状
として投影する方法 などが用いられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記■の単純にスポット状のレーザビーム等を光走査す
る方法では、被測定立体物の被測定面にレーザ光等を光
走査した際に、該被測定面に形成される輝線像から反射
してくる反射光の光強度は撮像カメラと被測定点の距離
、角度、被測定面の表面状態、材質、色等によって大き
く変化し、該輝線像に明るい輝線部分と暗い部分が生じ
る。そしてこの明暗の差が著しくなると、該輝線像を撮
像した撮像カメラ中の撮像素子の出力に飽和や不足等が
起こる。

この出力の飽和により輝線像の幅が太くなり、原像の位
置測定の精度が低下する。また出力不足により輝線像が
不明確となり原像の位置測定が不可能になる欠点があっ
た。

本発明はこのような点に鑑みて創作されたもので、被測
定立体物の被測定面にレーザ光を走査した際に形成され
る輝線像の撮像カメラによる像の出力が該被測定立体物
の性状、色合い等にかかわりなくほぼ一定レベルになる
ように制御して精度良く形状測定を行なうことを可能と
した立体形状の測定方法を提供することを目的としてい
る。

Ｃ問題点を解決するための手段〕 このため本発明においては、第１図に例示するように、
半導体レーザを含む光源部１により出射した照射光２を
被測定立体物３の被測定面に光走査するに先立って、予
め一定光強度の照射光２′を被測定立体物３の被測定面
に光偏向器４によって光走査する。

この光走査に伴なって該測定面から反射される反射光を
カメラ１２　、１２　’にそれぞれ隣接して配置した光
検知器６．６′にレンズ７．７′によって集光せしめ（
光検知器２１．２１’）、−走査分の検出出力に関する
データを制御系８の記憶部に記憶しておく。これらのデ
ータに基づいて光強度の制御を行ないながら光走査して
、被測定立体物３にできる輝線像１１の２台の撮像カメ
ラによる像の明るさを制御して、明るさが像の位置、カ
メラの違いによらずほぼ一定となるようにする。

像の光強度の制御は ■照射光強度の制御 ■個々のカメラの入射光の光強度の制御に分けて考える
。

■は■光源 ■光アッテネータ部５０ で行なう。

■は■光アッテネータ部５１　、５１　’で行なう。

この光アッテネータ部５０が必要なのは光源に半導体レ
ーザを用いたとき、ある閾値以下の光出力を出せないか
らである。半導体レーザの電流と光強度の関係は一般に
第２図のようになる。電流がある値１ｔｈを越えるまで
ＬＥＤ発光し、輝線を作るのに用いることはできない。

したがって半導体レーザだけではｐｔｈ以下の光出力を
レーザ発光で得ることはできない。そこで光アッテネー
タで光の出力を全体に低下させることによって小さい出
力をレーザ発光領域で得ることができる。

光検知器２１と光検知器２１′の一走査分の出力をそれ
ぞれｇｔ（ｔ）　　、ｇｔ（ｔ）とする。ｔは時間で走
査開始が１＝０である。

ここでｇ（ｔ）なる関数を定義する。

εは反射光の光検知器２１　、２１　’の出力が無いと
みなすかどうかの閾値である。反射光が被測定立体物自
身にかくれて見えない場合や照射光が被測定立体物に当
たらない場合にεを定義した効果がある。第３図ａ、ｂ
にｇｔ（ｔ）、ｇｚ（ｔ）１ｇ（ｔ）の−例を示す。

ここでｆ（ｔ）ｇ（ｔ）　＝　Ｃなるｆ　（ｔ）を定義
する。

すなわち ｆ（ｔ）で照射光を■光源、■光アッテネー２部５０を
制御して強度変調しながら光走査する。

１＝０は走査開始時間、走査は光検知の時と同じ速度と
する。ここまでが前述の■照射光強度の制御の方法の説
明である。

次に前述の■個々のカメラの入射光の光強度の制御の方
法について説明する。ｆ（ｔ）で照射光を強度変調しな
がら光走査したとき、各撮像カメラ１２　、１２　’の
それぞれの光ア・ノテネータ部５１　、５１　’がｏｆ
ｆならば、各撮像カメラ１２　、１２　’による像の明
るさはほぼ第３図Ｃのようになる。すなわちが、はぼあ
る一定値Ｃ′となる。（ただしｆ（ｔ）−？０のとき）
Ｃ′は撮像素子の出力が飽和しないような値にＣを選ん
でお（。

このとき るさは、Ｃ′以上となり、撮像素子の出力が飽和する可
能性がある。飽和するのを防ぐために光アッテネータ部
５０　、５１　’を必要に応じて制御する。

多段のアッテネータ部が全部ＯＦＦしたときとＯＮした
ときの比すなわち相対透過率ηはであられされる。

アッテネータ部５１　、５１　’の制御は撮像カメラ１
２　、１２　’の前の相対透過率であられし、それぞれ
ｈ＋　（ｔ）　　、　ｈｚ（ｔ）とすればを満たす最小
のＯあるいは正整 数Ｓは撮像素子出力の飽和値　・・・（４）を満たす最
小の０あるいは正整 数Ｓは撮像素子出力の飽和値　・・・（５）となる。

〔作　用〕

このような光強度の制御法と走査により被測定面に形成
された輝線像１１の撮像カメラ１２　、１２　’の１フ
レーム中に受光する像の明るさが像に沿って被測定立体
物３の表面の状態、色合い、距離、カメラの違いによら
ずほぼ一定となり、２台の撮像カメラにより輝線像１１
を撮像して像の位置から被測定面部分の位置測定を被測
定立体物３の表面状態、色合い、距離等にががねりなく
精度良く行なうことができる。

〔実施例〕

第１図は本発明の詳細な説明するための図である。

本実施例は、第１図に示すように、半導体レーザとレン
ズからなるレーザ光源部１より出射した一定光強度の照
射光２′を被測定面に、例えばガルバノミラ−或いは回
転多面鏡である光偏向器４によって光走査する。この光
走査によって該被測定面から反射される反射光は撮像カ
メラ１２　、１２　’にそれぞれ隣接して配置されたレ
ンズ７．７′を介して例えば光電子増倍管なる光検知器
６，６′に集光されこの一走査分のデータから前述の式
（２）のｆ　（ｔ）のデータを導いて制御回路８の記憶
部に記憶しておく。

ここで、この一定の光強度の光走査、光検知の過程を光
強度を変えて複数回行なえば、光強度検知のグイナミソ
クレンジを上げることができる。

詳しく説明すれば光検知器の一般的特性として光が強す
ぎれば光検知の出力は飽和し、弱すぎればＳ／Ｎ比が悪
くなる。そこで走査する光強度を走査ごとに変えて光検
知出力を比べて光検知出力をより正確に測定することが
できる。光検知器の光強度は前述したようにレーザ光源
部１とＰＬＺＴあるいは液晶等から成る多段のアッテネ
ータ部５ｏで制御する。−走査分のデータは複数回分か
ら正確なように合成し、式（２）の値を求めれば良い。

Ｌｏｏｋ−ｕｐ　ｔａｂｌｅを用いれば、演算の必要が
ない。

次に式（２）のデータに基づいて照射光２を半導体レー
ザ光源１と光アッテネータ部５０で光強度変調し、同じ
に光走査を行なう。走査は撮像カメラのフレームに同期
していれば１フレーム中に１回でも複数回でもかまわな
い。

また光走査と同期して、光アッテネータ部５１゜５１′
をそれぞれ式（４）、（５）のように制御する。

この時前記被測定立体物３の被測定面に形成された輝線
像１１をレーザ光源部１の両側に配置された２台の撮像
カメラ１２　、１２　’により撮像して該輝線像１１の
被測定面部分の位置測定を行ないその形状を計算する。

以下被測定立体物３の被測定面を移動しながら上記測定
操作を繰り返すことにより、被測定立体物３の形状測定
を精度良く行なうことが可能になる。

ミラー１５、スリット１６、光検知器１７は各−走査に
おける走査開始の準備時間を検知するためのものでスリ
ットは光の走査に垂直に設置する。

−走査ごとにスリットを光が横切るときは光をＯＮにす
る必要がある。

撮像カメラ１２と光検知器２１、撮像カメラ１２′と光
検知器２１’はそれぞれ近い方が好ましいが、第４図の
ようにハーフミラ−２２（或いは２２′）を用いて撮像
カメラ１２　（或いは１２′のレンズと光検知器２１　
（或いは２１′）のレンズ７　（或いは７′）を共有す
ることも考えられる。

〔発明の効果〕

以上述べてきたように、本発明によれば、被測定立体物
の被測定面にレーザ光等を光走査した際に形成される輝
線像の光強度が該被測定立体物の表面の状態、色合い、
距離等にかかわりなく一定レベルとなるように制御する
ことが可能となり、該輝線像の位置及び立体物の形状を
光切断法と三角測量の原理を利用して精度よく測定する
ことができ、実用的には極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するための図、第２図は一
般的な半導体レーザの電流−光出力特性を示す図、 第３図は問題点を解決するための手段を説明するための
図、 第４図は本発明の実施例の変形例を示す図である。 第１図、第４図において、 １はレーザ光源部、　２．２′は照射光、３は被測定立
体物、　４は光偏向器、 ５．９は反射光、　　６．６’、１７は光検知器、７．
７′はレンズ　、　８は制御系、 １１は輝線像、　　　　１２　、１２　’は撮像カメラ
、１５はミラー、　　　　１６はスリット、２１　、２
１　’は光検知器、３０は移動テーブル、５０　、５１
　、５１　’はアッテネータ部である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、レーザ光源部（１）からの照射光（２）を被測定立
   体物（３）の被測定面に光走査した際に形成される輝線
   像（１１）を２台の撮像カメラ（１２、１２′）で光切
   断法により計測し、三角測量の原理を利用して該被測定
   立体物（３）の形状を測定する方法において、 上記照射光（２）を被測定面に光偏向器（４）により走
   査するに先立って、予めレーザ光源部（１）から一定強
   度の照射光（２′）を被測定立体物（３）の被測定面に
   光偏向器（４）により走査し、この時形成される輝線像
   （１１）からの反射光（５）の光強度を、前記撮像カメ
   ラ（１２、１２′）の付近にそれぞれ設置した光検知器
   （２１、２１′）で測定し、その測定データに基づいて
   輝線像（１１）の前記撮像カメラ（１２、１２′）によ
   る像の明るさがほぼ一定になるようにレーザ光源部（１
   ）と該光源部の後に設置した電気的に制御できる光アッ
   テネータ部（５０）と、各々の撮像カメラ（１２、１２
   ′）の前に設置した電気的に制御できる光アッテネータ
   部（５１、５１′）を制御し、被測定立体物（３）の表
   面の状態、色合い、距離等にかかわりなく該輝線像（１
   １）の撮像カメラ（１２、１２′）による像の明るさが
   ほぼ一定となるようにすることを特徴とした立体形状の
   測定方法。