JPS63127107A - 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
光検知器で測定し、その測定データに基いて、撮像カメ
ラの１フレーム中め複数回の走査ごとに光強度変調を行
ない、１フレームで撮像カメラに蓄積された輝線像の光
強度が、該被測定立体物の性状、色合、距離等にかかわ
りなくほぼ均一に制御釦することにより精度の良い測定
を可能とする。

〔産業上の利用分野〕

本発明は光切断法と三角測量方式の原理を利用しｔ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、被測定物の性状、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、原波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、該輝線パター
ンを撮像した描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
した立体形状の側車方法を提供することを目的としてい
る。

〔問題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、
レーザ光源部１より出射した照射光２を被測定物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
走査する。

この光走査に伴って該測定面から反射される反射光５を
撮像カメラ１２に隣接して配置した光検知系２１　（レ
ンズ７、光検知器６）によって結像せしめ、その−走査
分の検出出力を制御回路８の記憶部に一旦記憶しておき
、その検出データに基づいて、撮像カメラの１フレーム
中の複数回の走査ごとに光変調を行ない、１フレームで
撮像カメラ中の撮像素子に蓄積された輝線像の光エネル
ギーが、被測定立体物３の性状、色合い、距離等にかか
わりなくほぼ一定になるようにする。撮像カメラの１フ
レーム中に複数回の走査を行なうのは光出力のグイナミ
ソクレンジを大きくとるためである。例えば半導体レー
ザを光源としたときを考える。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
Ｉいを越えるまでＬＥＤ発光で輝線を作るには用いられ
ない。

半導体レーザではＰい以下の出力を出すことができず、
半導体レーザの最大出力をＰ　ＩＩｍＸとすると、であ
る。ところがｎ回の繰り返し走査である位置に与えられ
る光エネルギーの最小エネルギーと最被測定立体物体に
与える光エネルギーを細かく制御できる。

最初に光強度Ｐを有する照射光２を被測定面に一走査し
た際に光検知器６に受光された反射光の光強度を時間関
数１（ｔ）（ｔ＝ｏは走者の開始時）とし、光の減衰率
をｆ（ｔ）とすれば １　（ｔ）　＝　ｆ　（ｔ）・Ｐ　　　　・・・・・・
・・・（１）ここで複数回露光後の輝線像が一定の光エ
ネルギーになるための条件は次の弐 ｒ（ｔ）　　ΣＧ、　（ｔ）　＝Ｃ（一定）　・・・・
・・（２）【、、１．Ｘは吾疋企に要する時間 があらゆるすべてのｔに対して成り立つことである。

〔作　用〕

このような光走査方法により、前記被測定物体３の被測
定面に形成された輝線像１１の撮像カメラ中の像の１フ
レーム中受光する光エネルギーが被測定立体物３の性状
、色合い、距離等にかかわりなく一定となり該輝線像１
１を発光光源１の両側方向に配置された２台の撮像カメ
ラ１２　、１２　’により撮像して輝線像ｌｌ上の被測
定面部分の位置測定を被測定立体物３の性状、色合い、
距離等にかかわりなく精度良く行なうことができる。

〔実施例〕

第１図は本発明に係る立体形状の測定方法を説明するた
めの測定光学系の一実施例を示す構成図である。

図示のように例えば半導体レーザとレンズから成るレー
ザ光源部゛１より出射した一定光強度の照射光２′を被
測定立体物３の被一定面に、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５は
レンズ７を介して例えば撮像カメラ１２に隣接して配置
された光電子増倍管等からなる光検知器６に集光され、
この−走査分の反射光５の検出光強度をサンプリング、
或いは逆数回路演算後サンプリング、或いはサンプリン
グ後逆数演算して制御系８の記憶部に一旦記憶しておく
。また演算はＬｏｏｋｕｐ−Ｔａｂｌｅを用いれば、実
際の演算はしなくてすむ。

次にそのデータに基づいて照射光２を光源ｌが半導体レ
ーザの場合は半導体レーザを光源が気体レーザの場合は
光変調器を駆動して光強度変調を行なう。走査は撮像カ
メラの１フレーム中に複数回行ない、走査に同期して光
強度変調を行なう。

強度変調は前述の式（２）にのっとって行なう。

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ｌの両端に配置された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
を精度よく行なうことが可能になる。上述の実施例は光
検知系２１′を用いていない例である。次に光検知系２
１′を用いた系を考える。被測定立体物３からの反射光
の強度は受光する位置により異なるため、撮像カメラ１
２と光検知系２１　（光検知器６とレンズ７）は近い方
が良い。上述の実施例では光検知系２１で得られたデー
タを走査光の光強度変調に用いて、撮像カメラ１２で輝
線パターンの像１１の１フレーム間の光エネルギーがほ
ぼ同じになるようにしている。しかしｔ静像カメラ１２
′による輝線像１１の１フレーム間の光エネルギーは同
じにならない可能性がある。そこで撮像カメラ１２′の
近くにも光検知系２１’を設け、光検知系２１と同様に
カメラ１２’で輝線像１１の１フレーム間の光エネルギ
ーがほぼ同じとなるように走査光を強度変調する。ただ
し描像カメラ１２用と撮像カメラ１２′用の光強度変調
は、同時には成立しないのでカメラ１２での位置測定と
カメラ１２’での位置測定は代わる代わる行なうことに
なる。

ミラー１５、スリット１６、光検知器１７は各−走査に
おける走査開始の基準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と光検知系２１、撮像カメラ１２’と光
検知系２１′はそれぞれ近い方が好ましいが、第３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′）のレンズと光検知系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、該被測定立体物の性状、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図は本発明の実施例を示す図、 第２図は一般的な半道体レーザの電流−出力特性を示す
図、 第３図は本発明の実施例の変形例を示す図である。 第１図、第３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（静像カメラ、　　１５はミラー、１６はスリット、
　　　　２１　、２１　’は光検知系、３０は移動テー
ブルである。 本発明の詳細な説明するだめの図 第１図

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
   査するのに先立って予め、レーザ光源部（１）からの一
   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）により走査し、この時形成される
   輝線像（１１）からの反射光の光強度を光検知系（２１
   ）で測定し、その測定データに基づいて、撮像カメラの
   １フレーム間に複数回走査を行なう走査毎に光変調を行
   ない、１フレームで撮像カメラ中の撮像素子に蓄積され
   た輝線像の光エネルギーが被測定立体物の性状、色合い
   、距離等にかかわりなくほぼ一定となるようにすること
   を特徴とする立体形状の測定法。