KR920010548B1 - Shape measuring method and system of three dimensional curved surface - Google Patents

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이사무 고미네
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닛뽕 고오깡 가부시기가이샤
야마시로 요시나리
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    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures

Abstract

내용 없음.No content.

Description

3차원 곡면 형상의 측정방법 및 장치3D curved shape measuring method and device

제1a,b도는 본 발명의 측정원리를 나타낸 설명도.1a and b are explanatory views showing the measuring principle of the present invention.

제2도는 종래의 빛 절단법의 개념도.2 is a conceptual diagram of a conventional light cutting method.

제3a,b도는 종래의 빛 절단법의 사면 각도에 의한 측정 정밀도의 변화를 나타낸 설명도.3A and 3B are explanatory diagrams showing a change in measurement accuracy due to a slope angle of a conventional light cutting method.

제4도는 본 발명의 광학시스템의 구성을 나타낸 설명도.4 is an explanatory diagram showing a configuration of an optical system of the present invention.

제5도는 본 발명의 한 실시예에 관한 3차원 형상 계측장치의 구성도.5 is a configuration diagram of a three-dimensional shape measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

제6도는 사면(斜面)형상의 측정예를 나타낸 설명도.6 is an explanatory diagram showing a measurement example of a slope shape.

제7도는 제 5도의 화상합성회로의 상세한 블록도.7 is a detailed block diagram of the image synthesis circuit of FIG.

제8도는 형상연산회로의 다른 예를 나타낸 블록도.8 is a block diagram showing another example of a shape calculation circuit.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

1:기준면 2:피측정대상1: Reference plane 2: Measured object

3:슬릿광원 4:리니어스테이지3: Slit light source 4: Linear stage

5:동력제어기 6:모우터5: power controller 6: motor

7:위치센서 8:텔레비젼 카메라7: Position sensor 8: TV camera

9:형상계측장치 10:형상연산회로9: Shape measuring device 10: Shape calculating circuit

11:순차제어기 12:화상합성 연산회로11: Sequential controller 12: Image synthesis calculation circuit

13:물체면 합성화상 메모리 14:기준면 합성화상 메모리13: Object plane image memory 14: Reference plane image memory

15:차화상 연산회로 16:높이보정회로15: difference image calculation circuit 16: height correction circuit

17:3차원 형상 메모리 18:최대휘도화상 연산부17: 3-D shape memory 18: Maximum luminance image calculating unit

19:합성화상 연산부 20:동기회로19: synthetic image calculation unit 20: synchronous circuit

21:메모리 애드레스 발생회로 22:출력제어회로21: memory address generation circuit 22: output control circuit

23:최대휘도화상 메모리 24:A/D변환회로23: Maximum luminance image memory 24: A / D conversion circuit

25:최대휘도화상 메모리 제어회로 26:비교회로25: Maximum luminance image memory control circuit 26: In comparison

27:스위치회로 28:합성화상 메모리27: switch circuit 28: synthetic image memory

본 발명은 3차원 곡면의 형상을 접촉함이 없이 측정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for measuring the shape of a three-dimensional curved surface without contact.

3차원 곡면 형상의 계측은 3차원 CAD입력, 로봇비젼, 그렇지 않으면 의료용 및 의류 디자인용 인체 형상 계측 등, 넓은 분야에의 응용을 생각할 수 있기 때문에, 종래부터 여러가지 기법이 제안되어 있다.Since the measurement of the three-dimensional curved shape can be considered in a wide range of applications, such as three-dimensional CAD input, robot vision, or human body shape measurement for medical and garment design, various techniques have been proposed in the past.

그 중에서도 빛 절단법으로서 일반에 알려져 있는 방법은, 예컨대 일본국에서 발행된「화상처리 안내서(가부시기 가이샤 쇼오고오도오)」의 제 398,399페이지에도 기재되어 있으나, 제2도에 나타낸 바와 같이, 피측정물(51)에 대하여 슬릿광원(52)으로부터의 슬릿광(53)을 조사하였을때에 물체 표면에 형성되는 빛 비임 패턴이, 이것을 조사 방향과 다른 방향으로부터 관찰하였을때 피측정물(51)의 슬릿광 조사 위치에서의 단면형상에 대응한다고 하는 현상에 착안한 방식이며, 그 간편성, 비접촉성 및 정량성 때문에 종래부터 널리 이용되고 있는 방법이다.Among them, a method known in general as a light cutting method is described on pages 398 and 399 of the "Image Processing Guide" issued by Japan, for example, but as shown in FIG. When the light beam pattern formed on the surface of the object when the slit light 53 from the slit light source 52 is irradiated to the object to be measured 51 is observed from a direction different from the irradiation direction, the object to be measured 51 This method focuses on the phenomenon of corresponding to the cross-sectional shape at the slit light irradiation position, and has been widely used in the past for its simplicity, non-contacting and quantitative property.

이 빛 절단법을 이용하여 3차원 곡면의 형상을 측정함에 있어서는, 제2도에서 슬릿광(53)을 화살표(54)의 방향으로 이동시키면서 빛 비임 패턴을 텔레비젼 카메라(55)로 관찰하여 얻은 비데오 신호를 처리함에 따라서 시시각각 화면내의 빛 절단선(빛 비임 패턴형)을 추출(56)하여, 이것을 재구성함에 따라 곡면 형상을 구축(57)한다.In measuring the shape of a three-dimensional curved surface using this light cutting method, a video obtained by observing a light beam pattern with a television camera 55 while moving the slit light 53 in the direction of the arrow 54 in FIG. As the signal is processed, the light cutting line (light beam pattern type) in the screen is extracted 56, and a curved shape is constructed 57 by reconstructing it.

광학시스템의 구성으로는, 광원으로서 슬릿광원(52) 대신에 빛 스폿 스캐너(spot scanner)를 이용하여 촬상시스템(撮像系)으로서, 텔레비젼 카메라(55) 대신에 예컨대 PSD(Position Sensitive Detector)센서로서 알려져 있는 바와 같은 고속의 빛 스폿 위치검출장치를 이용하는 방법도 있으나, 기본 원리로서는 제2도의 것과 동일하다.As an optical system, an image pickup system using a light spot scanner instead of the slit light source 52 as a light source, and a PSD (Position Sensitive Detector) sensor instead of the television camera 55, for example. There is also a method using a high speed light spot position detection device as is known, but the basic principle is the same as that of FIG.

상기한 빛 절단법은 여러가지 잇점을 지니고 있는 방법이기도 하지만, 피측정물상의 각 점을 검출하여 특정하기 위하여는 각 화면마다에 화면내의 빛 절단선을 추출하는 프로세스가 불가결하고, 이에 기인하여 다음에 나태낸 바와 같이 측정 정밀도라는 면에서, 혹은 신뢰성이라는 면에서의 문제점이 발생하고 있다.Although the above-described light cutting method has various advantages, the process of extracting the light cutting line in the screen is indispensable for detecting and specifying each point on the measured object. As shown, problems arise in terms of measurement accuracy or reliability.

(1) 피측정대상의 형상에 의한 측정 정밀도 및 공간 분해능의 열화(劣化) ; 빛 절단법에 있어서는 제3도(a)에 나타낸 바와 같이 슬릿광(53)의 광축에 대하여 피측정물(51)의 면이 직각에 가까운 각도의 사면인 경우에는, 물체 표면에서의 빛 비임 패턴의 폭(w)이 좁기 때문에 높은 정밀도의 측정이 가능하다. 그러나, 제3도(b)에 나타낸 바와 같이 피측정물면이 슬릿광(53)의 광축에 평행에 가까운 각도의 사면으로 되면, 물체 표면에서의 빛 비임 패턴의 폭(w)이 넓어져서 빛 절단선 추출시의 위치의 불확정성이 증대하여 정밀도가 열화함과 동시에, 슬릿광원(53)을 이동하였을때의 물체 표면상에서의 빛 비임 패턴의 이동량이 커져서, 이에 따라 공간적인 측정의 분해능도 동시에 열화 한다.(1) deterioration of measurement accuracy and spatial resolution due to the shape of the object to be measured; In the light cutting method, as shown in FIG. 3 (a), when the surface of the object to be measured 51 is a slope at an angle close to the right angle with respect to the optical axis of the slit light 53, the light beam pattern on the object surface Because of the narrow width w, high precision measurement is possible. However, as shown in FIG. 3 (b), when the object to be measured becomes a slope at an angle parallel to the optical axis of the slit light 53, the width w of the light beam pattern on the surface of the object is widened to cut the light. As the uncertainty of the position at the time of line extraction increases, the precision deteriorates, and the amount of movement of the light beam pattern on the object surface when the slit light source 53 is moved increases, thereby degrading the resolution of the spatial measurement at the same time. .

(2) 피측정대상의 표면 반사율에 의한 측정 신뢰성의 저하 ; 빛 절단법에 있어서는 화면내의 빛 절단선을 추출하는 프로세스에 있어서 빛 비임 패턴이 주위보다도 충분히 밝아야함이 전제로 되어 있기 때문에, 예컨대 물체 표면에 반사율의 큰 얼룩이 있다거나. 또 물체 표면의 사면 각도가 슬릿광의 광축에 가깝고 반사광 강도가 낮은 경우에는 빛 절단선 추출시에 왕왕 단점(斷点)이 발생한다거나, 혹은 전혀 다른 점을 빛 절단선이라고 잘못 검출하는 경우가 일어난다. 이와 같은 현상은, 측정시에 슬릿광 이외의 배경의 빛이 존재하는 경우에도 발생하며, 어느 경우에도 측정의 신뢰성의 저하나 적용대상 측정환경에 대한 제약으로 되어 있다.(2) deterioration of measurement reliability due to surface reflectance of the measurement target; In the light cutting method, it is assumed that the light beam pattern must be sufficiently brighter than the surroundings in the process of extracting the light cutting lines in the screen, and therefore, for example, the surface of the object has a large uneven reflectance. In addition, when the inclination angle of the surface of the object is close to the optical axis of the slit light and the reflected light intensity is low, there are some disadvantages when the light cutting line is extracted, or a wrong detection of a completely different point as the light cutting line occurs. Such a phenomenon occurs even when light of a background other than slit light is present at the time of measurement, and in either case, there is a reduction in the reliability of the measurement and a limitation on the application target measurement environment.

이와 같이 빛 절단법에는, 빛 절단선 추출 프로세스에 기인하여 측정상의 몇가지 문제 때문에, 피측정 대상의 형상, 표면상 상태 혹은 측정환경 등 적용상의 제약이 많고, 그 간편성, 비접촉성, 정량성 등의 우위성에 비하면 그 용도가 한정되어 있으며, 이제까지 널리 이용하는 3차원 곡면 형상 계측장치로서 조립되어 널리 실용화되기 까지에는 이르지 못하였다.As described above, the light cutting method has many application constraints such as the shape of the object to be measured, the state on the surface, or the measurement environment due to some problems in measurement due to the light cutting line extraction process. Compared with the superiority, its use is limited, and it has not yet been assembled until it is widely used as a three-dimensional curved shape measuring device widely used.

본 발명은, 빛 절단법이 지닌 상기한 문제점을 해소하기 위하여 이루어진 것으로, 빛 절단법과 마찬가지의 광학시스템을 이용하면서도, 일정한 속도로 슬릿광을 매체로 하여 피측정대상 표면을 시간으로 코우딩(coding)한다고 하는 새로운 방식을 도입함에 따라, 빛 절단선 추출 프로세스를 전혀 필요로 하지 않고 새로운 측정원리에 기초한 3차원 곡면 형상의 측정방법 및 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems with the light cutting method, and uses the same optical system as the light cutting method to encode the surface to be measured in time using slit light as a medium at a constant speed. With the introduction of a new method, it is aimed at obtaining a method and apparatus for measuring a three-dimensional curved shape based on the new measuring principle without requiring any light cutting line extraction process.

본 발명에 관한 3차원 곡면 형상의 측정방법은 피측정대상 표면에 기준면과 직교하지 않는 각도(θ)를 이루는 방향으로부터 투광한 선형의 슬릿광을 피측정대상 표면의 전체면에 걸쳐서 일정속도로 직선적으로 주사하는 공정과, 피측정대상 표면을 촬상하여 얻을 수 있는 비데오 신호의 화면내의 각 화소에 대응하는 피측정대상 표면의 각 위치마다에, 그 점을 슬릿광이 통과한 시각을 그 화소의 값으로 하는 화상을 합성하는 공정을 지녔으며, 나아가서 상기한 합성화상에 기초하여 피측정대상의 3차원 곡면 형상을 측정하는 공정등을 지니고 있다.According to the measuring method of the three-dimensional curved shape according to the present invention, linear slit light transmitted from a direction forming an angle (θ) not perpendicular to the reference surface on the surface to be measured is linear at a constant speed over the entire surface of the surface to be measured. And the time at which the slit light passes the point at each position of the surface under measurement corresponding to each pixel in the screen of the video signal obtained by imaging the surface under measurement and the image to be measured. And a step of measuring a three-dimensional curved shape of the object to be measured based on the above-described synthesized image.

또, 본 발명에 관한 3차원 곡면 형상 측정장치는, 피측정대상 표면에 기준면과 직교하지 않는 각도(θ)를 이루는 방향으로부터 투광한 선형의 슬릿광을 투광하는 슬릿광 투광수단과, 피측정대상 표면의 전채면에 걸쳐서 슬릿광을 일정한 속도로 직선적으로 주사하는 슬릿광 주사수단과, 피측정대상 표면을 상기한 슬릿광 투광수단과는 다른 방향으로부터 촬상하는 텔레비젼 카메라와, 이 텔레비젼 카메라로부터의 비데오 신호를 시시각각 처리하여 화면내의 각 화소에 대응하는 피측정대상 표면의 각 위치마다에, 그 점을 슬릿광이 통과한 시각을 그 화소의 값으로 하는 화상을 합성하는 화상합성수단등을 지니고 있다.In addition, the three-dimensional curved shape measuring device according to the present invention includes slit light transmitting means for transmitting a linear slit light projected from a direction forming an angle θ not perpendicular to the reference plane on the surface to be measured, and a target to be measured. Slit light scanning means for linearly scanning slit light at a constant speed over the entire surface of the surface, a television camera for imaging the surface to be measured from a direction different from the above-mentioned slit light transmitting means, and a video from the television camera. It has an image synthesizing means for synthesizing an image by processing a signal from time to time and for each position of the surface to be measured corresponding to each pixel in the screen, and synthesizing an image whose time the slit light passes as the value of the pixel.

나아가서 화상합성수단으로 얻을 수 있는 합성화상을 기초로 연산처리하여 피측정대상의 3차원 곡면 형상을 측정하는 화상연산수단등을 지니고 있다.Furthermore, it has image calculation means for calculating the three-dimensional curved shape of the object to be measured by performing arithmetic processing on the basis of the synthesized image obtained by the image synthesizing means.

또, 상기한 텔레비젼 카메라는 기준면에 대하여 수직한 방향으로부터 피측정대상물을 촬상한다.The television camera captures an object to be measured from a direction perpendicular to the reference plane.

또, 본 발명에 관한 3차원 곡면 형상 측정장치는 피측정대상 표면에 대하여 슬릿광을 주사하였을때에 화상합성수단으로 얻을 수 있는 합성화상 u(x,y)과 기준면에 대하여 슬릿광을 주사하였을때에 화상합성수단으로 얻을 수 있는 합성화상 u0(x,y)에 따라서 피측정대상 표면의 3차원 형성 f(x,y)을 기준면에 해한 슬릿광 투광각도(θ) 및 슬릿광 주사속도(v)를 사용하여In addition, the three-dimensional curved shape measuring device according to the present invention scans the slit light with respect to the reference image and the composite image u (x, y) obtained by the image synthesizing means when scanning the slit light with respect to the surface to be measured. Slit light projection angle (θ) and slit light scanning in which the three-dimensional formation f (x, y) of the surface to be measured on the reference plane is obtained according to the synthesized image u 0 (x, y) obtained by the image synthesizing means. Using speed (v)

Figure kpo00002
Figure kpo00002

의 식에 따라서 구하는 화상연산수단을 구비하고 있다.An image calculating means obtained according to the equation is provided.

또, 발명에 관한 3차원 곡면 형상 측정장치는, 피측정대상 표면에 대하여 슬릿광을 주사하였을때에 화상합성수단에 의하여 얻을 수 있는 합성화상 u(x,y)과 기준면에 대하여 슬릿광을 주사하였을때에 화상합성수단에 의하여 얻을 수 있는 합성화상 u0(x,y)과, 나아가서 상기 기준면과 평행이고, 또한 거리(d)(텔레비젼 카메라 가까운 쪽을 +, 멀리 떨어진 쪽을 -로 한다)만큼 떨어진 제2기준면에 대하여 슬릿광을 주사하였을때에 화상합성수단으로 얻을 수 있는 합성화상 u1(x,y)를 사용하여 피측정대상면의 3차원 형상 f(x,y)을Further, the three-dimensional curved shape measuring device according to the present invention scans the slit light with respect to the reference image and the composite image u (x, y) obtained by the image synthesizing means when scanning the slit light with respect to the surface to be measured. And a distance d (parallel to the near side of the television camera, + to the far side), parallel to the reference plane and obtained from the composite image u 0 (x, y) obtained by the image synthesizing means. The three-dimensional shape f (x, y) of the measurement target surface is determined by using the synthesized image u 1 (x, y) obtained by the image synthesizing means when scanning the slit light with respect to the second reference plane separated by

Figure kpo00003
Figure kpo00003

의 식에 따라서 구하는 화상연산수단을 구비하고 있다.An image calculating means obtained according to the equation is provided.

또, 본 발명에 관한 3차원 곡면 형상 측정장치는, 피측정대상 표면에 대하여 슬릿광을 주사하였을때에 화상합성수단에 의하여 얻을 수 있는 합성화상 u(x,y)과 가상적인 기준면에 대하여 텔레비젼 카메라 화면의 가로축과 슬릿광의 주사방향이 이루는 각(θ)을 사용하여 계산 처리함에 따라 구한 합성화상 u0(x,y)에 기초하여 피측정대상 표면의 3차원 형상 f(x,y)을 기준면에 대한 슬릿광 투광각도(θ) 및 슬릿광 주사속도(v)를 사용하여In addition, the three-dimensional curved shape measuring device according to the present invention has a television set for a virtual reference plane and a synthetic image u (x, y) obtained by the image synthesizing means when scanning the slit light onto the surface to be measured. The three-dimensional shape f (x, y) of the surface to be measured is calculated on the basis of the synthesized image u 0 (x, y) calculated by using the angle (θ) formed by the horizontal axis of the camera screen and the scanning direction of the slit light. Using the slit light transmission angle (θ) and the slit light scanning speed (v) with respect to the reference plane

Figure kpo00004
Figure kpo00004

의 식에 따라서 구하는 화상연산수단을 구비하고 있다.An image calculating means obtained according to the equation is provided.

본 발명에 있어서는, 슬릿광의 선형의 반사 패턴이 피측정대상물 표면상을 이동하여 가는 상태는 텔레비젼 카메라로 촬상하여, 화면내의 각 화소마다에 그 화소에 대응하는 피측정대상물 표면의 위치를 슬릿광이 통과한 시각을 그 화소의 값으로 하여 합성화상을 작성한다. 그리고, 예컨대 상기한 합성화상과 피측정대상물을 제외한 기준면에 대해서 마찬가지로 하여 작성된 합성화상에 대하여, 양 합성화상에 대응하는 화소의 값의 차를 구함에 따라 피측정대상물의 3차원 곡면 형상을 측정한다.In the present invention, the linear reflection pattern of the slit light moves on the surface of the object to be measured, which is captured by a television camera, and the slit light indicates the position of the object to be measured corresponding to the pixel for each pixel in the screen. A synthesized image is created by using the passing time as the pixel value. For example, the three-dimensional curved shape of the object under measurement is measured by obtaining the difference between the values of the pixels corresponding to the two synthetic images for the synthesized image created in the same manner with respect to the above-described synthetic image and the reference plane except the object to be measured. .

본 발명의 실시예의 설명에 앞서, 다음에 본 발명의 측정원리를 제1a,b도에 따라서 먼저 개념적으로 설명한다.Prior to the description of the embodiments of the present invention, the measuring principle of the present invention will first be conceptually explained according to FIGS. 1A and 1B.

제1a도에 나타낸 바와 같이, 기준면(1)위에 놓여진 피측정대상물(2)의 표면에 비스듬히 상방으로부터 지면에 수직방향으로 넓힌 슬릿광(3a)을 투광하고, 이 슬릿광(3a)을 지면 가로방향으로 이동시키면서 예컨대, 피측정대상(2) 바로 위로부터 텔레비젼 카메라(8)로 촬상한다. 이때, 텔레비젼 카메라(8)에 접속된 모니터 텔레비젼(8a)상에서는 물체 표면에서의 슬릿광의 선형의 반사 패턴이 화면 가로방향으로 이동하여 가는 모습을 관찰할 수 있다.As shown in FIG. 1A, the slit light 3a which is widened from the obliquely upward to the ground perpendicularly to the ground is transmitted to the surface of the measurement target object 2 placed on the reference plane 1, and the slit light 3a is horizontally horizontally grounded. For example, the image is captured by the television camera 8 from directly above the measurement target 2 while moving in the direction. At this time, on the monitor television 8a connected to the television camera 8, it can be observed that the linear reflection pattern of the slit light on the object surface moves in the horizontal direction of the screen.

상기한 바와 같이, 상기 슬릿광(3a)의 선형의 반사 패턴의 선형상(線形狀)은 물체 표면의 요철정보(凹凸情報)를 반영(反映)하고 있으며, 종래의 빛 절단법에 있어서는 반사 패턴의 선형상을 시시각각 추출하여 이것을 재구성함에 따라 피측정대상의 3차원 형상을 측정하여 왔다.As described above, the linear shape of the linear reflection pattern of the slit light 3a reflects the uneven information on the surface of the object, and in the conventional light cutting method, the reflection pattern The three-dimensional shape of the object to be measured has been measured by extracting the linear phase of and reconstructing it.

본 발명에 있어서는, 슬릿광(3a)의 선형의 반사 패턴이 물체 표면상을 이동하여 가는 모습을 찍는 텔레비젼 카메라(8)로부터 출력되는 비데오 신호를 기초로 하여, 화면내의 각 화소마다에 그 화소에 대응하는 물체 표면의 위치를 슬릿광이 통과한 순간의 시각, 즉 그 위치의 휘도가 가장 밝아졌을때의 순간의 시각을 그 화소의 값으로 하는 화상을 합성한다.In the present invention, based on the video signal output from the television camera 8 in which the linear reflection pattern of the slit light 3a moves on the object surface, the pixel is applied to each pixel in the screen. An image is synthesized in which the time of the moment when the slit light passes through the position of the corresponding object surface, that is, the time of the moment when the luminance of the position becomes the brightest, is the value of the pixel.

이와 같이 하여 합성된 화상은, 그 각 화소에 있어서의 값이 제1a도의 1점 쇄선으로 나타낸 면(A)(이하, 가기준면(假基準面)이라 칭한다)을 기준으로 한 물체 표면의 높이 프로우필을 나타내고 있다. 이와 같이 하여 물체 표면의 가기준면(A)을 기준으로 한 높이 프로우필을 측정할 수 있다.The image synthesized in this way has a height profile of the object surface based on the plane A (hereinafter, referred to as a temporary reference plane) whose value in each pixel is indicated by a dashed-dotted line in FIG. 1A. It shows the right pen. In this way, the height profile based on the provisional reference plane A of the object surface can be measured.

그러나, 물체의 3차원 형상 계측은 일반적으로 제1a도에 있어서의 가기준면(A)에 대한 프로우필은 아니고, 피측정대상물(1)이 놓인 면위치(제1a도의 기준면, 이하 기준면이라 칭한다)를 기준으로 한 프로우필을 측정하지 않으면 안된다.However, the three-dimensional shape measurement of an object is generally not a profile with respect to the provisional reference plane A in FIG. 1A, but a plane position on which the object to be measured 1 is placed (reference plane in FIG. 1A, hereinafter referred to as reference plane). You should measure the profile based on the standard.

이와 같은 요청을 만족하기 위하여는, 먼저 물체 표면에 대하여 상기한 측정을 하여 가기준면(A)을 기준으로 한 높이 프로우필을 측정하고, 다음에 피측정대상을 치운 다음, 기준면(1)에 대하여 같은 측정을 하고, 가기준면(A)을 기준으로 한 높이 프로우필을 측정하며, 그런 다음 제1b도에 나타낸 바와 같이, 이것들 2개의 높이 프로우필 화상, 즉 물체면 합성화상과 기준면 합성화상의 대응하는 화소값의 차를 연산한다. 이 연산에 따라 기준면(1)을 기준으로 한 높이 프로우필 화상을 얻을 수 있고, 이 높이 프로우필 화상의 각 화소의 값은 그 화소에 대응하는 측정대상 표면위치의 기준면(1)을 기준으로 한 높이에 비례한 것이된다.In order to satisfy such a request, first, the above-described measurement is performed on the object surface to measure the height profile based on the provisional reference plane A, and then the object to be measured is removed, and then the reference plane 1 is The same measurement is made, and the height profile based on the temporary reference plane A is measured, and then as shown in FIG. 1B, these two height profile images, that is, the correspondence between the object plane composite image and the reference plane composite image Compute the difference between the pixel values. According to this calculation, a height profile image based on the reference plane 1 can be obtained, and the value of each pixel of the height profile image is based on the reference plane 1 of the measurement target surface position corresponding to the pixel. It becomes proportional to the height.

제4a,b,c도는 본 발명의 광학시스템의 구성도로서, 제4a도는 사시도, 제4b도는 광면도, 제4c도는 측면도이다.4a, b, and c are schematic views of the optical system of the present invention. FIG. 4a is a perspective view, FIG. 4b is a light side view, and FIG. 4c is a side view.

제4a도에 있어서 x-y평면을 기준면(1)으로 하고, 그 위에 물체면 z=f(x,y)을 지닌 피측정대상물(2)을 놓는다. 텔레비젼 카메라(8)는 z축을 광축으로 하여 물체면을 소정의 각도, 예를 들면 바로 위에서 관찰한다. 슬릿광원(3)은 y축 방향으로 넓어지는 슬릿광(3a)을 x축에 대하여 각도(θ)에서 투광하고 있으며, x축 방향으로 주사하게 된다. 이때, 슬릿광원(3)의 위치를 슬릿광(3a)이 기준면(1)에 맞닿는 위치 x=x0로 정의한다.(슬릿광원(3)의 위치는 x-y 평면에 평행한 면(面)이면 어떤 면으로 정의하여도 다음의 이론은 마찬가지로 성립한다. 여기에서는 간단히 하기 위하여 x-y평면상에서 슬릿광원의 위치를 정의하였다).In FIG. 4A, the xy plane is referred to as the reference plane 1, and the object to be measured 2 having the object surface z = f (x, y) is placed thereon. The television camera 8 observes the object plane at a predetermined angle, for example, directly from the z axis as the optical axis. The slit light source 3 transmits the slit light 3a widening in the y-axis direction at an angle θ with respect to the x-axis and scans in the x-axis direction. At this time, the position of the slit light source 3 is defined as the position x = x 0 where the slit light 3a is in contact with the reference plane 1. (If the position of the slit light source 3 is a plane parallel to the xy plane) Whatever the definition, the following theory holds true: Here we define the position of the slit light source on the xy plane for simplicity).

따라서, 물체면과 슬릿광선면은 각각 다음의 식으로 정의할 수 있다.Therefore, the object plane and the slit beam plane can be defined by the following equations, respectively.

Figure kpo00005
Figure kpo00005

광선이 물체면에 닿는 선상에서는 (1) 및 (2)식이 동시에 성립하므로 다음 식의 관계가 성립한다.The equations (1) and (2) hold at the same time on the line where the ray hits the object plane, so the relationship of the following equation holds.

Figure kpo00006
Figure kpo00006

(x,y)좌표에 대응하는 합성화상 u(x,y)을 그때의 시각(t)으로 부여한다고 하면, u(x,y)=t라고 놓음에 따라 다음 식이 성립한다.If the composite image u (x, y) corresponding to the (x, y) coordinate is given at that time t, the following equation is established by setting u (x, y) = t.

Figure kpo00007
Figure kpo00007

한편, 측정대상물(1)을 치워버린 기준면(x-y 평면)에 있어서의 합성화상을 u0(x,y)라고 하면, (4)식에서 f(x,y)=0이라고 놓음에 따라 다음 식이 성립한다.On the other hand, if the synthesized image on the reference plane (xy plane) from which the measurement object 1 is removed is u 0 (x, y), the following equation is satisfied by setting f (x, y) = 0 in equation (4). do.

Figure kpo00008
Figure kpo00008

따라서, 물체 프로우필 f(x,y)은 (4)식 및 (5)식으로부터 다음 식으로 구할 수 있다.Therefore, the object profile f (x, y) can be calculated | required from following Formula (4) and (5).

Figure kpo00009
Figure kpo00009

더우기, 상기 측정원리의 응용예로서 다음의 방식도 용이하게 생각할 수 잇다. 먼저, 제1응용예로서는 기준면을 2개 설치하는 방식이다. 즉, 상기한 기준면의 이외에 이것과 평행하고, 또한 거리(d)(텔레비젼 카메라에 가까운 쪽을 +, 멀리 떨어진 쪽을 -로 한다)만큼 떨어진 제2기준면을 설치하며, 이 기준면에서 마찬가지로 합성화상을 연산한다. 상기 제2기준면에 있어서의 합성화상을 u1(x,y)라고 하면, (4)식에서 f(x,y)=d라고 놓음에 따라Moreover, the following method can be easily considered as an application example of the measuring principle. First, the first application example is a system in which two reference planes are provided. That is, in addition to the reference plane described above, a second reference plane is provided which is parallel to this and separated by a distance d (the side closer to the TV camera and the one farther away). Calculate If the composite image on the second reference plane is u 1 (x, y), the equation (4) gives f (x, y) = d.

Figure kpo00010
Figure kpo00010

따라서, 물체면 f(x,y)는 (4)식, (5)식 및 (7)식으로부터 다음 식으로 구할 수 있다.Therefore, the object plane f (x, y) can be obtained from the following equations from the equations (4), (5) and (7).

Figure kpo00011
Figure kpo00011

나아가서, 제2의 응용예로서는 기준면을 물리적으로 설치하지 않고, 가상적인 기준면에 대한 합성화상u0(x,y)을 (5)식을 사용하여 계산 처리함에 따라 생성하고, 이것을 (6)식에 대입함으로써 물체면 f(x,y)을 구하는 방식을 생각할 수 있다. 단, 이 경우에 텔레비젼 카메라 화면의 가로축(래스터방향)과 슬릿광원의 주사방향이 각도(ø)를 이루는 경우에는

Figure kpo00012
으로 되는 화상을 각도(ø)만큼 회전한 화상Furthermore, as a second application example, a physical image u 0 (x, y) for a virtual reference plane is generated by calculation processing using Equation (5) without physically installing a reference plane, and this is expressed in Equation (6). By substituting, the method of obtaining the object plane f (x, y) can be considered. In this case, however, when the horizontal axis (raster direction) of the television camera screen and the scanning direction of the slit light source form an angle ø
Figure kpo00012
Image which is rotated by an angle ø

Figure kpo00013
Figure kpo00013

을 사용하지 않으면 아니된다.You must use it.

다음에, 본 발명의 한 실시예를 제5도∼제7도에 따라서 설명한다.Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 to 7.

제5도는 상기한 실시예에 관한 3차원 형상 계측장치의 구성도이다. 측정의 기준으로 되는 기준면(1)상에 피측정대상(2)을 놓는다. 슬릿광원(3)은 리니어스테이지(4)위에 탑재되어 있으며, 기준면(1) 및 피측정대상(2)위에 각도(θ)인 투광각으로 슬릿광(3a)을 투광한다. 슬릿광원(3)을 탑재하고 있는 리니어스테이지(4)는 동력제어기(5)에 의하여 제어되는 모우터(6)에 의하여 구동되어, 슬릿광원(3)을 기준면(1)대하여 평행방향으로 일정속도에 따라 이동한다.5 is a configuration diagram of a three-dimensional shape measuring device according to the above-described embodiment. The object to be measured 2 is placed on the reference plane 1 on which the measurement is to be made. The slit light source 3 is mounted on the linear stage 4, and transmits the slit light 3a on the reference plane 1 and the object to be measured 2 at a light transmission angle having an angle θ. The linear stage 4 on which the slit light source 3 is mounted is driven by a motor 6 controlled by the power controller 5 so that the slit light source 3 is fixed at a constant speed in parallel with the reference plane 1. To move accordingly.

이때, 슬릿광원(3)의 위치는 리니어스테이지(4)에 조립되어 있는 위치센서(7)에 의하여 측정되고, 동력제어기(5)에 의한 위치제어가 가능하도록 구성되어 있다.At this time, the position of the slit light source 3 is measured by the position sensor 7 assembled to the linear stage 4, and is comprised so that position control by the power controller 5 is possible.

기준면(1) 및 피측정대상물 (2)은 광축이 기준면(1)과 직교하도록 배치된 텔레비젼 카메라(8)에 의하여 촬영하여 얻을 수 있는 비데오 신호는 형상계측장치(9)에 입력된다.The video signal obtained by photographing by the television camera 8 in which the reference plane 1 and the object to be measured 2 are arranged so that the optical axis is perpendicular to the reference plane 1 is input to the shape measuring apparatus 9.

형상계측장치(9)는, 대별하여 화상합성에 의한 형상연산을 하는 형상연산수단으로서의 형상연산회로(10)와, 동력제어기(5)에 대한 지령이나 형상연산회로(10)에 대한 연산타이밍제어를 하는 순차제어기(11)로 되어 있다.The shape measuring device 9 is divided into a shape calculation circuit 10 as shape calculation means for performing shape calculation by image synthesis, and a command to the power controller 5 and an operation timing control on the shape calculation circuit 10. A sequential controller 11 is provided.

형상 측정에 있어서는, 형상계측장치(9)는 외부로부터 부여되는 스타아트 신호에 기초한 순차제어기(Sequence Control)(11)을 개재하여 리니어스테이지(4)를 구동하여 슬릿광원(3)을 초기위치에 설정한다. 그런 다음, 슬릿광원(3)의 주사를 개시한다.In shape measurement, the shape measuring device 9 drives the linear stage 4 via a sequence control 11 based on a star art signal supplied from the outside to move the slit light source 3 to an initial position. Set it. Then, scanning of the slit light source 3 is started.

형상연산회로(10)는 그 입력부에 나중에 설명하는 화상합성회로(12)를 지니고 있으며, 슬릿광원(3)의 주사개시와 동시에 텔레비젼 카메라(8)에서 입력되는 비데오 신호를 시시각각 처리하여, 화면내의 각 화소마다에 그 화소를 슬릿광의 상이 통과한 순간의 시각을 그 화소의 값으로 하는 화상합성연산을 하고, 슬릿광원(3)의 1주사의 완료와 동시에 그 결과 u(x,y)를 물체면 합성화상 메모리(13)에 전송한다.The shape calculating circuit 10 has an image synthesizing circuit 12 which will be described later in its input section, and simultaneously processes the video signal input from the television camera 8 at the same time as the start of scanning of the slit light source 3, thereby allowing the inside of the screen. For each pixel, an image synthesis operation is performed in which the time at which the image of the slit light passes is set to the value of the pixel, and at the same time as the completion of one scan of the slit light source 3, the result is u (x, y). The image data is transferred to the surface composite image memory 13.

다음에, 기준면(1)으로부터 피측정대상물(2)을 치워버린 다음, 순차제어기(11)는 슬릿광원(3)을 초기위치에 되돌아오게 한 후, 재차 슬릿광원(3)의 주사를 개시한다. 화상합성회로(12)에는 피측정대상물(2)에 대하여 실시한 것과 같은 화상합성연산을 기준면(1)에 대하여도 하여, 슬릿광원의 주사완료와 동시에 그 결과 u0(x,y)를 기준면 합성화상 메모리(14)에 전송한다.Next, after removing the measurement target object 2 from the reference plane 1, the sequential controller 11 returns the slit light source 3 to the initial position, and then starts scanning the slit light source 3 again. . In the image synthesizing circuit 12, the image synthesizing operation performed on the object 2 to be measured is performed on the reference plane 1, and at the same time as the completion of scanning of the slit light source, the resultant u 0 (x, y) is synthesized by the reference plane. Transfer to image memory 14.

이것들의 화상합성연산을 완료 후, 형상연산회로(10)는 순차제어기(11)의 지시에 따라서 차화상(差??像)연산회로(15)를 사용하여 물체면 합성화상 메모리(13)의 화상과 기준면 합성화상 메모리(14)의 화상의 대응하는 화소값의 차의 화상{u0(x,y)-u(x,y)}을 연산한 다음, 높이보조회로(16)를 사용하여 높이 프로우필을 교정하고, 그 결과 얻을 수 있는 높이 프로우필 데이터{u0(x,y)-u(x,y)}v tanθ를 3차원 형상 메모리(17)에 축적한다.After completion of these image synthesis operations, the shape calculation circuit 10 uses the difference image calculation circuit 15 in accordance with the instruction of the sequential controller 11 to perform the operation of the object plane composite image memory 13. The image {u 0 (x, y) -u (x, y)} of the difference between the image and the corresponding pixel value of the image in the reference plane composite image memory 14 is calculated, and then the height auxiliary circuit 16 is used. The height profile is calibrated, and the resulting height profile data {u 0 (x, y) -u (x, y)} v tan θ is accumulated in the three-dimensional shape memory 17.

3차원 형상 메모리(17)에 축적된 높이 프로우필 데이터는 상위(上位)의 계산기 내지 CAD 시스템으로부터의 지령에 따라서 적당히 계산기 내지 CAD 시스템에 전송된다.The height profile data accumulated in the three-dimensional shape memory 17 is appropriately transmitted to the calculator to the CAD system according to instructions from the upper calculator to the CAD system.

이 실시예에 있어서는, 예컨대 제6도에 나타낸 바와 같이, 슬릿광의 투광각도에 가까운 각도의 사면을 지닌 피측정대상물(2)에 대해서 측정하면, 사면의 기울기가 슬릿광의 투광각도에 대단히 가까우므로 슬릿광을 도면중 “1”로 나타낸 위치에 왔을때 사면 전체가 똑같이 밝아져서 물체면 합성화상 메모리(13)의 기억내용은 부호(13a)로 나타낸 바와 같이 된다. 기준면 합성화상 메모리(14)의 기억내용은 부호(14a)로 나타낸 바와 같이 된다. 따라서, 이러한 화상 데이터를 차화상 연산회로(15) 및 높이보정회로(16)에 따라 연산처리 하여 3차원 형상 메모리(17)에 격납되는 데이터는 부호(17a)에 나타낸 바와 같이 된다. 이러한 사실로부터 슬릿광의 각도에 가까운 면을 지닌 형상에 대하여도 충분히 높은 분해능을 얻고 있음을 알 수 있다.In this embodiment, for example, as shown in FIG. 6, when the measurement object 2 has an inclined angle close to the light transmission angle of the slit light, the inclination of the slope is very close to the light transmission angle of the slit light. When the light arrives at the position indicated by " 1 " in the figure, the entire slope becomes equally bright, so that the stored contents of the object plane composite image memory 13 are as indicated by reference numeral 13a. The contents of the reference plane composite image memory 14 are as indicated by the reference numeral 14a. Therefore, the data stored in the three-dimensional shape memory 17 by arithmetic processing of such image data in accordance with the difference image calculating circuit 15 and the height correction circuit 16 becomes as shown by reference numeral 17a. From this fact, it can be seen that a sufficiently high resolution is obtained even for a shape having a surface close to the angle of the slit light.

종래 상기 화상(13a)으로부터 및 절단선을 추출하는 것은 이미 설명한 바와 같이 곤란하며, 이와 같은 사면에 대하여 빛 절단법을 적용하려할때, 측정 정밀도, 공간 분해능을 다같이 기대할 수 있었으나, 본 실시예에서는 이와 같은 사면에 대하여도 슬릿광의 비임폭 또는 샘프링 피치 정도의 측정 정밀도 및 공간 분해능에서의 측정이 가능하고, 슬릿광의 각도와 근사한 면을 가진 형상에 대하여도 충분히 높은 분해능이 얻어진다.Conventionally, it is difficult to extract the cut line from the image 13a as described above, and when the light cutting method is applied to such a slope, both measurement accuracy and spatial resolution can be expected, but this embodiment In such a slope, the measurement accuracy and spatial resolution of the non-width or sampling pitch of the slit light can be measured, and a sufficiently high resolution can be obtained even with a shape having an approximation of the angle of the slit light.

제7도는 형상 측정장치(9)의 하나의 구성요소인 화상합성회로(12)의 한 예를 나타낸 구성도이다.7 is a configuration diagram showing an example of the image synthesis circuit 12 that is one component of the shape measuring device 9.

화상합성회로(12)는 텔레비젼 카메라(8)에서 입력되는 비데오 신호를 처리하여 각 화소마다에 가장 밝아진 순간이 휘도를 연산하는 최대휘도화상 연산부(18)와, 각 화소가 시간적으로 최대의 휘도를 잡는 순간의 시각을 그 화소의 값으로 하는 화상합성연산을 하는 화상합성 연산부(19)등으로 구성되어 있으며, 이것들의 제어용으로서 동기회로(20), 메모리 애드레스 발생회로(21) 및 출력제어회로(22)를 구비하고 있다.The image synthesizing circuit 12 processes the video signal input from the television camera 8 to calculate the luminance at the brightest moment for each pixel, and the maximum luminance image calculating unit 18 calculates the luminance. And an image synthesizing operation unit 19 for performing image synthesizing operation which sets the time at the moment of capture as the value of the pixel. The synchronizing circuit 20, the memory address generation circuit 21, and the output control circuit are used for controlling these. (22) is provided.

최대휘도 연산부(18)는, 최대휘도 화상연산의 완충기억기(buffer memory)인 최대휘도화상 메모리(23)를 중심으로 하여 동기회로(20)에서 출력되는 타이밍 신호에 기초하여 비데오 신호를 A/D변환하여 디지틀화하는 A/D변화회로(24), 메모리 애드레스 발생회로(21)에서 지정하는 최대휘도화상 메모리의 애드레스의 데이터의 판독, 써넣기를 제어하는 최대휘도화상 메모리(25), 나아가서 텔레비젼 카메라로부터 입력되는 화상과 최대휘도 메모리의 화상의 대응하는 화소의 값을 비교하여 큰 쪽의 값을 선택 출력하는 비교회로(26) 및 스위치회로(27)로 구성되어 있다.The maximum luminance calculation unit 18 performs A / A video signal on the basis of the timing signal output from the synchronization circuit 20 centering on the maximum luminance image memory 23, which is a buffer memory of the maximum luminance image operation. An A / D change circuit 24 for converting D and digitizing, a maximum luminance image memory 25 for controlling the reading and writing of the address data of the maximum luminance image memory designated by the memory address generation circuit 21, Furthermore, it is comprised by the comparison circuit 26 and the switch circuit 27 which select and output the larger value by comparing the value of the corresponding pixel of the image input from a television camera with the image of a maximum luminance memory.

한편, 합성화상 연산부(19)는 합성화상 연산결과를 격납하는 합성화상 메모리(28)를 중심으로 하여 구성되어 있으며, 최대휘도화상 연산부(18)중의 비교회로(26)의 출력신호에 따라서 텔레비젼 카메라로보터 입력되는 신호레벨이 그에 대응하는 최대휘도화상 메모리(23)의 애드레스의 화소값보다도 커졌을때에 그 시각을 합성화상 메모리(28)에 써넣는 기능을 지닌 합성화상 메모리 제어회로(29)를 구비하고 있다.On the other hand, the synthesized image calculating unit 19 is composed mainly of the synthesized image memory 28 which stores the result of the synthesized image calculation, and is in accordance with the output signal of the comparison circuit 26 in the maximum luminance image calculating unit 18. Synthetic image memory control circuit 29 having a function of writing the time to the synthesized image memory 28 when the signal level input to the robot becomes larger than the pixel value of the address of the corresponding maximum luminance image memory 23. Equipped with.

이 회로는 연산개시의 타이밍에서 최대휘도화상 메모리(13) 및 합성화상 메모리(28)가 영으로 클리어된 상태에서 스타아트하여 텔레비젼 카메라에서 입력되는 비데오 신호를 A/D변환회로(24)를 사용하여 디지틀화 하면서 비데오 신호의 값과 그 화소의 위치에 대응하는 최대휘도화상 메모리(13)의 화소의 값을 비교하여, 비데오 신호의 값 쪽이 큰 때에만 최대휘도화상 메모리(13)의 그 화소의 값을 비데오 신호의 값으로 갱신함과 동시에, 합성화상의 대응하는 화소에 그 시각을 써넣는 기능을 지니고 있다.This circuit uses the A / D conversion circuit 24 to output a video signal input from a television camera by star art with the maximum luminance image memory 13 and the composite image memory 28 cleared at the start of computation. By comparing the value of the video signal with the value of the pixel of the maximum luminance image memory 13 corresponding to the position of the pixel while digitizing the image, and only when the value of the video signal is larger, the pixel of the maximum luminance image memory 13 The value of is updated to the value of the video signal, and the time is written in the corresponding pixel of the composite image.

이와 같이 하여 외부로부터의 연산제어신호에 따라서 지시되는 시간, 상기한 연산을 하게 되는 결과, 연산종료시에, 합성화상 메모리(28)에, 먼저 설명한 일정한 화상이 생성되어 있다. 이와 같이 하여 연산된 합성화상은, 출력제어회로(22)를 개재하여 다음의 연산회로에 전송된다.In this manner, the above-described calculation is performed in accordance with the operation control signal from the outside, and as a result of the above calculation, the constant image described above is generated in the synthesized image memory 28 at the end of the calculation. The synthesized image thus calculated is transmitted to the next calculation circuit via the output control circuit 22.

더욱이, 상기한 실시예에서는 측정시에 기준면(1)의 합성화상을 작성하고 있으나. 기준면(1)의 합성화상은 한번 작성하면 되므로, 2번째 이후의 측정시에는 최초에 작성한 기준면(1)의 합성화상을 그대로 사용하는 것이 좋다. 또, 상기 기준면(1)의 합성화상은 단순한 구성이기 때문에, 형상연산회로(10)에 연산기능을 부가하여 가상의 기준면을 (5)식에 의하여 계산하여 구하므로써 합성화상을 작성하고, 기준면 합성화상 메모리(14)에 격납하도록 하여도 좋다.Moreover, in the above embodiment, a composite image of the reference plane 1 is produced at the time of measurement. Since the synthesized image of the reference plane 1 may be created once, it is better to use the synthesized image of the first reference plane 1 as it is during the second and subsequent measurements. In addition, since the composite image of the reference plane 1 has a simple structure, a composite image is created by adding a calculation function to the shape calculation circuit 10 and calculating and calculating the virtual reference plane by the equation (5). It may be stored in the image memory 14.

또 상기한 실시예에서는 기준면을 1개 설치하는 예를 나타내었으나, 기준면(1)의 외에 제2기준면을 설치하도록 하여도 좋다. 이 제2기준면(도면에 없음)은 기준면(1)과 슬릿광원(3) 사이에 기준면(1)에 대하여 거리(d)를 두고 설치하게 된다. 이러한 경우의 형상연산회로(10a)는, 제 8도에 나타낸 바와 같이 제2기준면에 의한 합성화상 u1(x,y)을 상기한 바와 마찬가지로 화상합성회로(12)에 따라 작성하고, 이것을 격납하는 합성화상 메모리(14a)를 물체합성화상 메모리(13) 및 기준면 합성화상 메모리(14)외에 설치하고, 나아가서 차화상 연산회로(15) 및 높이보정회로(16)의 대신에 상기한 (8)식을 연산하는 연산회로(30)을 설치한다.In addition, in the above-described embodiment, an example in which one reference plane is provided is illustrated, but a second reference plane may be provided in addition to the reference plane 1. The second reference plane (not shown) is provided at a distance d with respect to the reference plane 1 between the reference plane 1 and the slit light source 3. In this case, the shape calculation circuit 10a creates a composite image u 1 (x, y) by the second reference plane in accordance with the image synthesis circuit 12 as described above, and stores it as shown in FIG. The synthesized image memory 14a is provided in addition to the object synthesized image memory 13 and the reference plane synthesized image memory 14, and furthermore, in place of the difference image calculation circuit 15 and the height correction circuit 16 described above (8). An operation circuit 30 for calculating an expression is provided.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 빛 절단법과 마찬가지의 광학시스템을 이용하면서도, 예컨대 피측정대상이 슬릿광의 투광각도에 가까운 각도의 사면의 형상을 지니고 있는 경우에 있어서도 피측정대상의 합성화상과 기준면의 합성화상의 대응하는 화소값의 차를 구하여 3차원 형상을 얻도록 하였으므로, 그와 같은 사면에 대하여도 슬릿광의 비임폭 및 샘프링 피치 정도의 측정 정밀도 및 공간 분해능에서의 측정이 가능하며, 슬릿광의 각도와 근사한 면을 가진 형상에 대하여도 충분히 높은 분해능이 얻어진다.As described above, according to the present invention, even when using the optical system similar to the light cutting method, even if the object to be measured has a shape of the slope at an angle close to the transmission angle of the slit light, for example, the composite image of the object to be measured and the reference plane Since the difference of the corresponding pixel value of the composite image is obtained to obtain a three-dimensional shape, the measurement accuracy and spatial resolution of the slit light and the sampling width of the slit light can be measured even on such a slope. A sufficiently high resolution is also obtained for shapes with angles and approximations.

또 본 발명에 의하면, 슬릿광의 선형의 반사 패턴이 피측정대상면상을 이동하여 가는 모습을 텔레비젼 카메라로 촬상하고, 화면내의 각 화소마다에 그 화소마다에 그 화소에 대응하는 물체 표면의 위치를 슬릿광의 통과한 순간의 시각을 그 화소의 값으로 하는 화상합성연산을 하지만, 이 화상합성연산이 성립하여 형상 정보를 정확히 구하기 위한 필요조건은 각 화소에 대응하는 피측정대상면의 각 위치의 밝기가 슬릿광이 그 위치를 통과한 순간에 최대로 된다고 하는 조건뿐이다.According to the present invention, the image of the linear reflection pattern of the slit light moving on the measurement target surface is captured by a television camera, and the position of the object surface corresponding to the pixel is slit for each pixel in the screen. The image synthesis operation is performed using the time at which the light passes through as the value of the pixel. However, the requirement for the image synthesis operation to be obtained accurately to obtain the shape information is that the brightness of each position on the measurement target surface corresponding to each pixel is different. The only condition is that the slit light is maximized at the moment it passes through the position.

따라서, 피측정대상의 공간적인 표면반사율의 얼룩은 측정에 영향을 미치지 않을뿐 아니라, 배경광(背景光)이 있었다하여도 그 광량이 시간적으로 일정하고, 또한 텔레비젼 카메라의 신호가 포화하지 않을 정도의 밝기만이라도 한다면 물체 표면상의 각 점의 밝기는 역시 슬릿광이 통과한 순간에 최대로 되기 때문에 측정대상의 표면반사율이나 배경광의 영향을 받지 않는 측정이 가능하다.Therefore, the unevenness of the spatial surface reflectivity of the object to be measured does not affect the measurement, and even if there is background light, the amount of light is constant in time and the signal of the television camera is not saturated. The brightness of each point on the surface of the object is maximized at the moment when the slit light passes, so that the measurement can be performed without being affected by the surface reflectance of the object or the background light.

나아가서 본 발명에 의하면, 기준면을 2개 설치하여 측정함에 따라 슬릿광의 투사각 및 주사속도에 의존하지 않는 측정이 가능하게 되어 측정 정밀도가 높게 된다.Furthermore, according to the present invention, by providing two reference planes and measuring them, the measurement can be performed without depending on the projection angle and the scanning speed of the slit light, resulting in high measurement accuracy.

나아가서, 본 발명에 의하면, 기준면의 합성화상을 얻음에 있어서 계산에 의하여 구하도록 하였으므로, 측정할때의 작업이 간략화 되었다.Furthermore, according to the present invention, since the calculation was performed to obtain a composite image of the reference plane, the work at the time of measurement was simplified.

Claims (6)

피측정대상 표면에 측정기준면과 직교하지 않는 가도(θ)를 이루는 방향으로부터 투광한 선형의 슬릿광을 피측정대상 표면의 전면에 걸쳐서 직선적으로 주사하는 공정과, 피측정대상 표면을 촬상하여 얻을 수 있는 비데오 신호의 화면내의 각 화소에 대응하는 피측정대상 표면의 각 위치마다에 그 점을 슬릿광이 통과한 시각을 그 화소의 값으로 하는 화상을 합성하는 공정과, 합성화상에 따라서 피측정대상의 3차원 곡면 형상을 측정하는 공정을 지닌 것을 특징으로 하는 3차원 고면 형상의 측정방법.The linear slit light projected from the direction of the pseudo-theta (θ) not perpendicular to the measurement reference plane on the surface to be measured can be linearly scanned over the entire surface of the surface to be measured, and the image to be obtained can be obtained by imaging the surface to be measured. A step of synthesizing an image having the time when the slit light passes the point as the value of the pixel at each position of the target object surface corresponding to each pixel in the screen of the video signal; The three-dimensional surface shape measuring method comprising the step of measuring a three-dimensional curved shape of the. 피측정대상 표면에 기준면(1)과 직교하지 않는 작도(θ)를 이루는 방향으로부터 선형의 슬릿광을 투광하는 슬릿광 투광수단과, 피측정대상 표면의 전면에 걸쳐서 슬릿광을 직선적으로 주사하는 슬릿광 주사수단과, 피측정대상 표면을 상기 슬릿광 투광수단과 다른 방향에서 촬상하는 텔레비젼 카메라(8)와, 이 텔레비젼 카메라(8)로부터의 비데오 신호를 시시각각 처리하여 화면내의 각 화소에 대응하는 피측정대상 표면의 상기 화상합성수단에 의하여 얻을 수 있는 합성화성을 기초로 연산처리하여서 피측정대상의 3차원 곡면 형상을 측정하는 화상연산수단을 지닌 것을 특징으로 하는 3차원 곡면 형상의 측정장치.Slit light transmitting means for transmitting a linear slit light from a direction forming a drawing θ not perpendicular to the reference plane 1 on the surface to be measured, and a slit for linearly scanning the slit light over the entire surface of the surface under measurement A television camera 8 which captures an optical scanning means, a surface to be measured in a direction different from the slit light transmitting means, and a video signal from the television camera 8 are processed at different times to correspond to each pixel in the screen. And an image calculating means for calculating a three-dimensional curved shape of the object to be measured by performing arithmetic processing on the basis of the compoundability obtained by the image synthesizing means on the surface to be measured. 제2항에 있어서 텔레비젼 카메라(8)는 기준면(1)에 대하여 수직한 방향으로부터 피측정대상을 촬상하는 것을 특징으로 하는 3차원 곡면 형상의 측정장치.The three-dimensional curved measuring device according to claim 2, wherein the television camera (8) captures an object to be measured from a direction perpendicular to the reference plane (1). 제2항에 있어서, 피측정대상 표면에 대하여 슬릿광을 주사하였을때에 화상합성수단에 의하여 얻을 수 있는 합성화상 u(x,y)과, 기준면(1)에 대하여 슬릿광을 주사하였을때에 화상합성수단에 의하여 얻을 수 있는 합성화상 u0(x,y)에 따라서 피측정대상 표면의 3차원 형상 f(x,y)을 기준면(1)에 대한 슬릿광 투광각도(θ) 및 슬릿광 주사속도(v)를 사용하여서The synthetic image u (x, y) obtained by the image synthesizing means when scanning the slit light on the surface to be measured and the slit light on the reference plane 1 according to claim 2 The slit light transmission angle θ and the slit light of the three-dimensional shape f (x, y) of the surface under measurement according to the synthesized image u 0 (x, y) obtained by the image synthesizing means with respect to the reference plane 1 Using scan rate (v) f(x,y)={u0(x,y)-u(x,y)}v tanθf (x, y) = {u 0 (x, y) -u (x, y)} v tanθ 의 식에 따라서 구하는 화상연산수단을 구비한 것을 특징으로 하는 3차원 곡면 형상의 측정장치.An apparatus for measuring a three-dimensional curved shape comprising an image calculating means obtained according to the equation. 제2항에 있어서, 피측정대상 표면에 대하여 슬릿광을 주사하였을때에 화상합성수단에 의하여 얻을 수 있는 합성화상 u(x,y)과, 기준면(1)에 대하여 슬릿광을 주사하였을때에 화상합성수단에 의하여 얻을 수 있는 합성화상 u0(x,y)과, 나아가서 기준면(1)과 평행이고 또한 거리(d)(텔레비젼 카메라(8)에 가까운 쪽을 +, 멀리 떨어진 쪽을 -로 한다)만큼 떨어진 제2기준면에 대하여 슬릿광을 주사하였을때에 화상합성수단에 의하여 얻을 수 있는 합성화상 u1(x,y)을 사용하여 피측정대상면의 3차원 형상 f(x,y)을The synthetic image u (x, y) obtained by the image synthesizing means when scanning the slit light on the surface to be measured and the slit light on the reference plane 1 according to claim 2 The synthesized image u 0 (x, y) obtained by the image synthesizing means, and further, parallel to the reference plane 1 and at a distance d (+ near the TV camera 8; 3D shape f (x, y) of the measurement target surface by using the synthesized image u 1 (x, y) obtained by the image synthesizing means when scanning the slit light with respect to the second reference plane separated by of
Figure kpo00014
Figure kpo00014
의 식에 따라서 구하는 화상연산수단을 구비한 것을 특징으로 하는 3차원 곡면 형상의 측정장치.An apparatus for measuring a three-dimensional curved shape comprising an image calculating means obtained according to the equation.
제2항에 있어서, 피측정대상 표면에 대하여 슬릿광을 주사하엿을때에 화상합성수단에 의하여 얻을 수 있는 합성화상 u(x,y)과, 가상적인 기준면(1)에 대하여 텔레비젼 카메라(8) 화면의 가로축과 슬릿광의 주사방향이 이루는 각(ø)을 사용하여 계산 처리함에 따라 구한 합성화상 u0(x,y)에 따라서 피측정대상 표면의 3차원 형상 f(x,y)을 기준면(1)에 대한 슬릿광 투광각도(θ) 및 슬릿광 주사속도(v)를 사용하여서3. The television camera (8) according to claim 2, wherein the composite image u (x, y) obtained by the image synthesizing means when scanning the slit light on the surface to be measured and the virtual reference plane (1). ) The reference plane is based on the three-dimensional shape f (x, y) of the surface to be measured according to the composite image u 0 (x, y) obtained by calculating using the angle (ø) formed by the horizontal axis of the screen and the scanning direction of the slit light. Using the slit light transmission angle (θ) and the slit light scanning speed (v) for (1) f(x,y)={u0(x,y)-u(x,y)}v tanθf (x, y) = {u 0 (x, y) -u (x, y)} v tanθ 의 식에 따라서 구하는 화상연산수단을 구비한 것을 특징으로 하는 3차원 곡면 형상의 측정장치.An apparatus for measuring a three-dimensional curved shape comprising an image calculating means obtained according to the equation.
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