JPH01250706A - ３次元曲面形状の測定方法及び装置 - 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、３次元曲面の形状を非接触で測定する方法
及び装置に関するものである。

［従来の技術］ ３次元曲面形状の計測は、３次元ＣＡＤ入力、ロボット
ビジョン、或いは医用乃至服飾デザイン用人体形状計測
等、広い分野への応用が考えられることから、従来より
様々な手法が提案されてきている。

中でも光切断法として一般に知られる方法は、例えば「
画像処理ハンドブック（株式会社昭晃堂）」の第３９８
，３９９頁にも記載されているが、第２図に示すように
被測定物（５１）に対して、スリット光源（５２）から
のスリット光（５３）を照射した時に物体表面に形成さ
れる光ビームバタンか、これを照射方向と異なる方向か
ら観察した時、被測定物体（５１）のスリット光照射位
置での断面形状に対応するという現象に着目した方式で
あり、その簡便性、非接触性及び定量性故に従来より広
く用いられている方法である。

この光切断法を用いて３次元曲面の形状をΔ−１定する
にあたっては、第２図においてスリット光（５３）を矢
印（５４）の方向に移動させながら、光ビームバタンを
テレビカメラ（５５）で観察し、得られたビデオ信号を
処理することによって、時々刻々画面内の光切断線（光
ビームバタンの形）を抽出しく５Ｂ）　、これを再構成
することにより（５７）、曲面形状を構築する。

光学系の構成としては、光源としてスリット光源（５２
）の替りに光スポツトスキャナを用い、撮像累として、
テレビカメラ（５５）の代わりに例えばＰＳ　Ｄ　（Ｐ
ｏｓｉｔｉｏｎ　５ｅｎｓｉｔｉｖｅ　Ｄｅｔｅｃｔｏ
ｒ）センサとして知られているような高速の光スポツト
位置検出装置を用いる方法もあるが、基本原理としては
、第２図のものと同一である。

［発明が解決しようとする課題］ 前述の光切断法は種々の利点を有している方法ではある
が、被１１−１定物上の各点を検出し特定するためには
、各画面毎に画面内の光切断線を抽出するプロセスが不
可欠であり、これに起因して以下に示すようにΔ−１定
精度の上で、或いは信頼性の上での問題点が生じている
。

（１）被測定対象の形状による測定精度及び空間分解能
の劣化； 光切断法においては第３図（ａ）に示すようにスリット
光（５３）の光軸に対して、被測定物（５１）の面が直
角に近い角度の斜面である場合には、物体表面での光ビ
ームバタンの幅Ｗが狭いため、精度の高い測定が可能で
ある。しかしながら、第３図（ｂ）に示すように被１１
′ｌ１１定物の面がスリット光（５３）の光軸に平行に
近い角度の斜面になると、物体表面での光ビームパタン
の幅Ｗが拡がり、光切断線抽出時の位置の不確定性が増
し、精度が劣化すると共に、スリット光源（５３）を移
動した時の物体表面上での光ビームバタンの移動量が大
きくなり、これによって空間的な測定の分解能も同時に
劣化する。

（２）被４−１定対象の表面反射率による測定信頼性の
低下； 光切断法においては、画面内の光切断線を抽出するプロ
セスにおいて、光ビームパタンが周囲よりも十分明るい
ことが前提となっているために、例えば物体表面に、反
射率の大きなムラがあったり、また、物体表面の斜面角
度がスリット光の光軸に近く、反射光強度が低い場合に
は、光切断線抽出時に往々にして断点を生じたり、或い
は、全く別の点を光切断線と誤検出するケースが起きる
。

このような現象は測定時に、スリット光以外の背景光が
存在する場合にも生じ、いずれも測定の信頼性の低下や
適用対象測定環境に対する制約となっている。

このように光切断法には、光切断線抽出プロセスに起因
して生じる測定上のいくつかの問題のために、被ｎ１定
対象の形状、表面性状或いは測定環境など適用上の制約
が多く、その簡便性、非接触性、定量性等の優位性の割
には、その用途が限定されており、これまで汎用の３次
元曲面形状計測装置としてアセンブルされて広く実用化
される迄には至っていなかった。

この発明は、光切断法の有する前述の問題点を解消する
ためになされたものであり、光切断法と同様の光学系を
用いながらも、一定速度で移動するスリット光を媒体と
して被測定対象表面を時間で時間でコーティングすると
いう新しい方式を導入することにより、光切断線抽出プ
ロセスを全く必要としない新たな測定原理に基づいた３
次元曲面形状の測定方法及び装置を得ることを目的とす
る。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る３次元曲面形状の測定方法は、被測定対
象表面に基準面と直交しない角度θをなす方向から投光
した線状のスリット光を、被測定対象表面の全面に亘っ
て一定速度で直線的に走査する工程と、被測定対象表面
を撮像して得られるビデオ信号の画面内の各画素に、対
応する被測定対象表面の各位置毎に、その点をスリット
光が通過した時刻をその画素の値とする画像を合成する
工程とを有し、更に、前記合成画像に基づいて被ａ定対
象の３次元曲面形状を測定する工程とを有する（請求項
１）。

また、この発明に係る３次元曲面形状測定装置は、被測
定対象表面に基準面と直交しない角度θをなす方向から
投光した線状のスリット光を投光するスリット投光手段
と、被測定対象表面の全面に亘ってスリット光を一定速
度で直線的に走査するスリット光走査手段と、被測定対
象表面を、前記スリット光投光手段とは異なる方向から
撮像するテレビカメラと、該テレビカメラからのビデオ
信号を時々刻々処理して、画面内の各画素に対応する被
測定対象表面の各位置毎に、その点をスリット光源 を合成する画像合成手段とを有する。

更に、画像合成手段によって得られる合成画像をもとに
演算処理して被測定対象の３次元曲面形状を測定する画
像演算手段とを有する（請求項２）。

また、上記テレビカメラは、基準面に対して垂直な方向
から被測定対象物を特徴する請求項３）。

また、この発明に係る３次元曲面形状測定装置は、被測
定対象表面に対してスリット光を走査した時に画像合成
手段によって得られる合成画像ｕ　（ｘ、ｙ）と、基準
面に対してスリット光を走査した時に画像合成手段によ
って得られる合成画像ｕＯ（ｘ、ｙ）とに基づいて、被
測定対象表面の３次元形状ｆ　（ｘ、ｙ）を、基準面に
対するスリット光投光角度θ及びスリット光走査速度Ｖ
を用いて ｆ　（ｘ、ｙ） −ｆｕｏ　　　（ｘ、　　　ｙ）　　−ｕ　　　（ｘ、
　　　Ｙ）　　ｌ　　　ｖｔａｎ　　θなる式に基づい
て求める画像演算手段を備えている（請求項４）。

また、この発明に係る３次元曲面形状測定装置は、被Δ
ｐ１定対象表面に対してスリット光を走査した時に画像
合成手段によって得られる合成画像ｕ　（ｘ、ｙ）と基
準面に対してスリット光を走査した時に画像合成手段に
よって得られる合成画像ｕｏ　（ｘ、ｙ）と、更に該基
準面と平行でかつ距ａｄ　（テレビカメラに近づく側を
＋、遠ざかる側を−とする）離れた第２基準面に対して
スリット光を走査した時に画像合成手段によって得られ
る合成画像ｕｔ　　（ｘ、ｙ）とを用いて、被ΔＰ１定
対象面の３次元形状ｆ　（ｘ、ｙ）を Ｌｌｏ　　（ｘ、ｙ）−ｕｌ　（ｘ、ｙ）なる式に基づ
いて求める画像演算手段とを備えている（請求項５）。

また、この発明に係る３次元曲面形状測定装置は、被測
定対象表面に対してスリット光を走査しな時に画像合成
手段によって得られる合成画像Ｕ（ｘ、ｙ）と、仮想的
な基準面に対してテレビカメラ画面の横軸とスリット光
の走査方向とのなす角θを用いて計算処理により求めた
合成画（ｌｕ。

（ｘ、ｙ）とに基づいて、被７Ｉｌｌｌ定対象表面の３
次元形状ｆ　（ｘ、ｙ）を、基準面に対するスリット光
投光角度θ及びスリット光走査速度Ｖを用いてｆ　（ｘ
、ｙ） −（ｕ　　ロ　　（ｘ、　　　ｙ）−ｕ　　　（ｘ、　
　　ｙ）　　　ｌ　　　ｖｔａｎ　　　θなる式に基づ
いて求める画像演算手段を備えている（請求項６）。

［作用］ −この発明においては、スリット光の線状の反射バタン
か被測定対象物表面上を移動していく状態をテレビカメ
ラで撮像し、画面内の各画素毎にその画素に対応する被
測定対象物表面の位置をスリット光が通過した時刻をそ
の画素の値として合成画像を作成する。そして、例えば
前記の合成画像と、被測定対象物を取り除いた基準面に
ついて同様にして作成された合成画像とについて、再合
成画像の対応する画素の値の差を求めることにより被測
定対象物の３次元曲面形状を測定する。

［実施例］ この発明の詳細な説明に先立って、以下この発明の測定
原理を第１図（Ａ）（Ｂ）に基づいて先ず概念的に説明
する。

第１図（Ａ）に示すように、基準面（１）上に置かれた
被測定対象物（２）の表面に斜め上方から紙面に垂直方
向に拡がったスリット光（３ａ）を投光し、このスリッ
ト光（３ａ）を紙面横方向に移動させながら、例えば被
測定対象（２）直上よりテレビカメラ（８）で撮像する
。この時、テレビカメラ（８）に接続されたモニタテレ
ビ（８ａ）上では、物体表面でのスリット光の線状の反
射バタンか画面横方向に移動していく様子が観察される
。

前述のように、このスリット光（３ａ）の反射バタンの
線形状は、物体表面の凹凸情報を反映しており、従来の
光切断法においては、反射バタンの線形状を時々刻々抽
出し、これを再構成することにより、被７ＩＩｌｊ定対
象の３次元形状を測定していた。

この発明においては、スリット光（３ａ）の線状の反射
バタンか物体表面上を移動していく様子を写すテレビカ
メラ（８）から出力されるビデオ信号をもとにして、画
面内の各画素毎に、その画素に対応する物体表面の位置
をスリット光が通過した瞬間、即ちその位置の輝度が最
も明るくなった瞬間をその画素の値とする画像を合成す
る。

このようにして合成された画像は、その各画素における
値が第１図（Ａ）の−点鎖線で示す面Ａ（以後仮基準面
と呼ぶ）を基準とした物体表面の高さプロフィルを表わ
している。このようにして物体表面の葭基準面Ａを基準
とした高さプロフィルが７１１定される。

しかしながら、物体の３次元形状計測は一般に第１図（
Ａ）における仮基準面Ａに対するプロフィルではなく、
被測定対象物１が置かれた面位置（第１図（Ａ）の基準
面、以下基準面と呼ぶ）を基準としたプロフィルを測定
しなければならない。

このような要請を満たすためには、先ず、物体表面につ
いて前述のｉ’１ｌｌＪ定を行って仮基準面Ａを基準と
した高さプロフィルを測定し、次に、被測定対象を取払
った上、基準面（１）について同じ；ＩＩ定を行なって
、仮基準面Ａを基準とした高さプロフィルを１１Ｉ１１
定し、しかる後第１図（Ｂ）に示すように、これら２つ
の高さプロフィル画像、即ち物体面合成画像と基準面合
成画像との対応する画素値の差をを演算する。この演算
により、基準面（１）を基準とした高さプロフィル画像
が得られ、この高さプロフィル画像の各画素の値は、そ
の画素に対応する測定対象表面位置の基準面（１）を基
準とした高さに比例したものとなる。

第４図（ａ）（ｂ）（ｃ）にこの発明の光学系の構成図
であり、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は平面図、同
図（ｃ）は側面図である。

第４図（ａ）においてｘ−ｙ平面を基準面（１）とし、
この上に物体面ｚ＝ｆ　（ｘ、ｙ）を有する被測定対象
物（２）が載置される。テレビカメラ（８）はＺ軸を光
軸として物体面を所定の角度、例えば直上より観察する
。スリット光源（３）はＸ軸方向に拡がるスリット光（
３ａ）をＸ軸に対して角度θで投光しており、Ｘ軸方向
に一定速度Ｖでスキャンされる。この時、スリット光源
（３）の位置をスリット光（３ａ）が基準面（１）に当
たる位置ｘ　−Ｘｏで定義する（スリット光源（３）の
位置はＸ−ｙ平面に平行な面であればどの面で定義して
も以下の議論は同様に成立する。ここでは簡単のためｘ
−ｙ平面上でスリット光源の位置を定義した。）従って
、物体面とスリット光線面は各々以下の式で定義される
。

物体面：　ｚ−ｆ　（ｘ、　　ｙ）　　　　　・・・（
１）光線面：　ｚ　−（ｘ　−（ｘｏ＋ｖ　ｔ）　）　
ｔａｎθ・−・（２） 光線が物体面に当たる線上では（１）及び（２）式が同
時に成立するから、次式の関係が成り立つ。

・・・（３） （ｘ、ｙ）座標に対応する合成画像の値ｕ　（ｘ。

ｙ）を、その時の時刻ｔで与えるものとすると、ｕ　（
Ｘ、　　ｙ’）−ｔとおくことにより、次式が成立する
。

ｕ　　（ｘ、ｙ） ・・・（４） 一方、測定対象物（１）を取払った基準面（ｘ　−ｙ平
面）における合成画像をＵ。（ｘ、ｙ）とすると、（４
）式でｆ　（ｘ、ｙ）−０とおくことにより次式が成立
する。

ｕ（１（ｘ、ｙ）＝　−（ｘ−ｘｏ）　　・・・（５）
■ 従って、物体プロフィルｆ　（ｘ、ｙ）は、（４）式及
び（５）式から、次式の形に求めることができる。

ｆ　　（ｘ、ｙ） −（ｕｏ　（ｘ、　ｙ）−ｕ　（ｘ、　ｙ）｝ｖｔａｎ
θ・・・（８） なお、この測定原理の応用例として、以下の方式も容易
に考えられる。まず、第１の応用例としては、基準面を
２つ設ける方式である。即ち、前述の基準面のほかに、
これと平行でかつ距ｊｉｌｄ（テレビカメラに近づく側
を＋、遠ざかる側を−とする）離れた第２基準面を設け
、この基準面において同様に合成画像を演算する。この
第２基準面における合成画像をｕ１（ｘ、ｙ）とすると
、（４）式でｆ　（ｘ、ｙ）醜ｄとおくことによりｕ１
（ｘ、ｙ） ・・・（７） 従って物体面ｆ　（ｘ、ｙ）は、（４）式、（５）式、
及び（７）式から次式の形に求めることができる。

ｕ□　　（Ｘ、ｙ＞　　　ｕｔ　（ｘ、ｙ＞・・・（８
） 更に、第２の応用例としては基準面を物理的には設けず
、仮想的な基準面に対する合成画像ｕＯ（ｘ、ｙ）を（
５）式を用いて計算処理により生成し、これを（８）式
に代入することにより物体面ｆ（ｘ、ｙ）を求める方式
が考えられる。但し、この場合にテレビカメラ画面の横
軸（ラスク方向）と、スリット光源のスキャン方向とが
角度φをなす場合には、 ｕ　　　（ｘ、ｙ）＝　−（ｘ−ｘｏ）Ｖ なる画像を角度φだけ回転した画像 ｕ　ｏ　（ｘ　＊　　ｙ　）　１１１Ｉｘ　ｃｏｓφ＋
ｙ　ｓｉｎφ　−（９）を用いなければならない。

次に、この発明の一実施例を第５図〜第７図に基づいて
説明する。

第５図は前記実施例に係る３次元形状計測装置の構成図
である。測定の基準となる基準面（１）上に被測定対象
（２）が載置される。スリット光源（３）は、リニアス
テージ（４）の上に搭載されており、基準面（１）及び
被測定対象（２）上に、角度θなる投光角でスリット光
（３ａ）を投光する。スリット光源（３）を搭載してい
るリニアステージ（４）は、モータコントローラ（５）
によって制御されるモータ（６）によって駆動され、ス
リット光源（３）を基準面（１）に対して平行方向に一
定速度で移動する。

この時、スリット光源（３）の位置は、リニアステージ
（４）に組込まれている位置センサ（７）によって測定
され、モータコントローラ（５）による位置制御が可能
なように構成されている。

基準面（１）及び被ｉｌｌ定対象物（２）は、光軸が基
準面（１）と直交するようにに配設されたテレビカメラ
（８）によって撮影され、得られるビデオ信号は形状計
測装置（９）に入力される。

形状計ｎ１装置（９）は、大別して画像合成による形状
演算を行なう画像演算手段としての形状演算回路（ｌＯ
）と、モータコントローラ（５）に対する指令や形状演
算回路（ｌＯ）に対する演算タイミング制御を行なうシ
ーケンスコントローラ（１１）がらなっている。

形状測定に際しては、形状計測装置（９）は外部から与
えられるスタート信号に基づく、シーケンスコントロー
ラ（１１）を介してリニアステージ（４）を駆動し、ス
リット光源（３）を初期位置にセットする。しかる後、
スリット光源（３）の走査を開始する。

形状演算回路（ｌＯ）はその入力部に、後述する画像合
成回路（１２）を有しており、スリット光源（３）走査
開始と同時に、テレビカメラ（８）より入力されるビデ
オ信号を時々刻々処理して、画面内の各画素毎に、その
画素をスリット光の像が通過した瞬間の時刻をその画素
の値とする画像合成演算を行ない、スリット光源（３）
の１走査の完了と同時にその結果ｕ　（ｘ、ｙ）を物体
面合成画像メモリ（１３）に転送する。

この実施例においては、画像合成回路（１２）に対する
時刻信号は、テレビカメラ（８）より入力されるビデオ
信号の垂直同期信号を同期分離回路（１２ａ）により分
離し、この分離された信号をスリット光源（３）の走査
開始と同時にカウンタ回路（１２ｂ）により計数するこ
とにより生成される構成としている。

次に、基準面（１）から被測定対象（２）を取払った後
、シーケンスコントローラ（１１）は、スリット光源（
３）を初期位置に戻した後、再度スリット光源（３）の
走査を開始する。画像合成開路（１）には、被測定対象
（２）に対して行なったのと同じ画像合成演算を基準面
（１）に対して行ない、スリット光源の走査完了と同時
にその結果Ｕ。（ｘ、ｙ）を基準面合成画像メモリ（１
４）に転送する。

これらの画像合成演算完了後、形状演算回路（ｌＯ）は
、シーケンスコントローラ（１１）の指示に基づいて差
画像演算回路（１５）を用いて物体面合成画像メモリ（
１３）の画像と基準面合成画像メモリ（１４）の画像と
の対応する画素の値の差の画像ｌｕｏ　　（ｘ、ｙ）−
ｕ　（ｘ、ｙ）ｌ　を演算した後、高さ補正回路（１Ｂ
）を用いて高さプロフィルを較正し、その結果得られる
高さプロフィルデータ（ｕｏ　　（ｘ、　ｙ）　　ｕ　
（ｘ、ｙ）　］　ｖｔａｎθを３次元形状メモリ（１７
）に蓄積する。

３次元形状メモリ（１７）に蓄えられた高さプロフィル
データは、上位の計算機乃至ＣＡＤシステムからの指令
に基づいて適宜計算機乃至ＣＡＤシステムに転送される
。

この実施例においては、例えば第６図に示すようにスリ
ット光の投光角度に近い角度の斜面をもった被ｉｌｌ定
対象（２）について測定すると、斜面の傾きがスリット
光の投光角度に非常に近いので、スリット光が図中“１
“で示す位置に来た時、斜面全体が一様に明るくなり、
物体面合成画像メモリ（１３）の記憶内容は符号（１３
ａ）に示すようになる。

基準面合成メモリ（１４）の記憶内容は符号（１４ａ）
に示すようになる。従って、これらの画像データを差画
像演算回路（１５）及び高さ補正回路（１Ｂ）により演
算処理して３次元形状メモリ（１７）に格納されるデー
タは、符号（１７ａ）に示されるようになる。このこと
から、スリット光の角度に近い面をもった形状に対して
も十分高い分解能が得られていることが分かる。

従来この画（ｌ（１３ａ）から光切断線を抽出すること
は先にも説明したように困難であり、このような斜面に
対して光切断法を適用しようとすると、測定精度、空間
分解能共に期待できなかったが、二の実施例では、この
ような斜面に対しても、スリット光のビーム幅乃至サン
プリングピッチ程度の１（ｌｌＩｌ特定及び空間分解能
でのｌｐ１定が可能であり、一般に、被測定対象の形状
に依らない形状測定か実現できる。

第７図は形状測定装置（９）の−構成要素である画像合
成回路（１２）の−例を示す構成図である。

画像合成回路（１２）は、テレビカメラ（８）より入力
されるビデオ信号を処理して各画素毎に、最も明るくな
った瞬間の輝度を演算する最大輝度画像演算部（１８）
と、各画素が時間的に最大の輝度をとる瞬間の時刻をそ
の画素の値とする画像合成演算を行なう画像合成演算部
（１９）とから構成されており、これらの制御用として
同期回路（２０）、メモリアドレス発生回路（２１）及
び出力制御回路（２２）を備えている。

最大輝度演算部（１８）は、最大輝度画像演算のバッフ
７メモリである最大輝度画像メモリ（２３）を中心とし
て同期回路（２０）より出力されるタイミング信号に基
づいてビデオ信号をＡ／Ｄ変換しディジタル化するＡ／
Ｄ変換回路（２４）、メモリアドレス発生回路（２１）
より指定される最大輝度画像メモリのアドレスのデータ
の読出し、書込みを制御する最大輝度画像メモリ（２５
）、更に、テレビカメラから入力される画像と最大輝度
メモリの画像の対応する画素の値を比較し、大きい方の
値を選択出力する比較回路（２６）及びスイッチ回路（
２７）より構成されている。

一方、合成画像演算部（１９）は、合成画像演算結果を
格納する合成画像メモリ（２８）を中心として構成され
ており、最大輝度画像演算部（１８）の中の比較回路（
２６）の出力信号に基づいて、テレビカメラから入力さ
れる信号レベルがそれに対応する最大輝度画像メモリ（
２３）のアドレスの画素の値よりも大きかった時にその
時刻を合成画像メモリ（２８）に書込む機能を有する合
成画像メモリ制御回路（２９）を備えている。

この回路は、演算の開始のタイミングで、最大輝度画像
メモリ（１３）及び合成画像メモリ（２８）が零にクリ
アされた状態からスタートし、テレビカメラから入力さ
れるビデオ信号をＡ／Ｄ変換回路（２４）を用いてディ
ジタル化しながら、ビデオ信号の値と、その画素の位置
に対応する最大輝度画像メモリ（１３）の画素の値とを
比較してビデオ信号の値のほうが大きい時にのみ最大輝
度画像メモリ（１３）のその画素の値をビデオ信号の値
で更新すると同時に、合成画像の対応する画素にその時
刻を書込む機能を有している。

このようにして外部からの演算制御信号によって指示さ
れる時間、上記の演算が行なわれる結果、演算終了時に
、合成画像メモリ（２８）に、先に説明した所定の画像
が生成されている。このようにして演算された合成画像
は、出力制御回路（２２）を介して、次の演算回路へと
転送される。

なお、上記の実施例では測定時に基準面（１）の合成画
像を作成しているが、基準面（１）の合成画像は一度作
成すればよいから、２回目以降の測定時には最初に作成
した基準面（１）の合成画像をそのまま使用すればよい
。また、この基準面（１）の合成画像は単純な構成であ
るから、形状演算回路（ｌＯ）に演算機能を付加し、仮
想の基準面を（５）式により計算で求めてその合成画像
を作成し、基準面合成画像メモリ（１４）に格納するよ
うにしてもよい。

また、上記の実施例では基準面を１個設ける例を示した
が、基準面（１）の他に第２基準面を設けるようにして
もよい。この第２基準面（図示せず）は基準面（１）と
スリット光ｉ１ｉ！　（３）との間に、基準面（１）に
対して距離ｄをもって設置されるものである。

この場合の形状演算回路（１０ａ）は、第８図に示すよ
うに、この第２基準面による合成画像ｕｌ　　（ｘ、ｙ
）を上記と同様に画像合成回路（１２）より作成し、そ
れを格納する合成画像メモリ（１４ａ）を物体合成画像
メモリ（１３）及び基準面合成画像メモリ（１４）の他
に設け、更に差画像演算回路（１５）及び高さ補正回路
（１Ｂ）の代わりに、前述の（８）式を演算する演算回
路（３０）を設ける。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、光切断法と同様の光学
系を用いながらも、例えば被測定対象がスリット光の投
光角度に近い角度の斜面の形状をもっている場合であっ
ても、被測定対象の合成画像と基準面の合成画像との対
応する画素の値の差を求めて３次元形状を得るようにし
たので、そのような斜面に対してもスリット光のビーム
幅乃至サンプリングピッチ程度の測定精度及び空間分解
能での測定が可能であり、被測定対象の形状に依らない
形状測定ができる。

また、この発明によれば、スリット光の線状の反射バタ
ンか被測定対象面上を移動していく様子をテレビカメラ
で撮像し、画面内の各画素毎にその画素に対応する物体
表面の位置をスリット光が通過した瞬間の時刻をその画
素の値とする画像合成演算を行うが、この画像合成演算
が成立し、形状情報が正しく求まるための必要条件は、
各画素に対応する被測定対象面の各位置の明るさがスリ
ット光がその位置を通過した瞬間に最大になるという条
件のみである。

従って、被測定対象の空間的な表面反射率のむらは測定
に影響を及ぼさないばかりでなく、背景光があったとし
ても、その光量が時間的に一定でかつテレビカメラの信
号が飽和しない程度の明るさでありさえすれば、物体表
面上の各点の明るさはやはりスリット光が通過した瞬間
に最大になることから、測定対象の表面反射率や背景光
の影響を受けない測定が可能である。また、時刻を画素
の値として書込むようにしたので位置検出器を必要とせ
ず、テレビカメラの同期信８号を時刻信号として利用で
きる。

更に、この発明によれば基準面を２個設けて測定するこ
とにより、スリット光の投射角及び走査速度に依存しな
い測定が可能となり、測定精度が高められている。

更に、この発明によれば基準面の合成画像を得るのに際
して計算により求めるようにしたので、測定の際の作業
が簡略化されている。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）（Ｂ）はこの発明の測定原理を示す説明図
、第２図は従来の光切断法の概念図、第３図（ａ）（ｂ
）は従来の光切断法の斜面角度による測定精度の変化を
示す説明図、第４図はこの発明の光学系の構成を示す説
明図である。 第５図はこの発明の一実施例に係る３次元形状計測装置
の構成図、第６図は斜面形状の７１１１１定例を示す説
明図、第７図は第５図の画像合成回路の詳細を示したブ
ロック図、第８図は形状演算回路の他の例を示すブロッ
ク図である。 （１）二基卓面、（２）：被１ＴＩＩＩ定対象、（３）
ニスＩＪット光源、（４）：リニアステージ、（５）：
モータコントローラ、（６）：モータ、（７）：位置セ
ンサ、（８）：テレビカメラ、（９）：形状計測装置、
（１０）　：形状演算回路、（１１）ニジ−ケンスコン
トローラ、（１２）　：画像合成演算回路、（１３）　
：物体面合成画像メモリ、（１４）　：基準面合成画像
メモリ、（１５）　：差画像演算回路、（１Ｇ）　：高
さ補正回路、（１７）：３次元形状メモリ、（ｔｇ）　
：最大輝度画像演算部、（１９）　：合成画像演算部、
（２０）　：同期回路、（２１）：メモリアドレス発生
回路、（２２）　：出力制御回路、（２３）　：最大輝
度画像メモリ、（２４）　：　Ａ　／Ｄ変換回路、（２
５）　：最大輝度画像メモリ制御回路、（２６）　：比
較回路、（２７）　：スイッチ回路、（２Ｂ）　：合成
画像メモリ。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定対象表面に測定基準面と直交しない角度θ
   をなす方向から投光した線状のスリット光を、被測定対
   象表面の全面に亘って直線的に走査する工程と、 被測定対象表面を撮像して得られるビデオ信号の画面内
   の各画素に対応する被測定対象表面の各位置毎に、その
   点をスリット光が通過した時刻をその画素の値とする画
   像を合成する工程と、前記合成画像に基づいて被測定対
   象の３次元曲面形状を測定する工程と を有することを特徴とする３次元曲面形状の測定方法。
2. （２）被測定対象表面に基準面と直交しない角度θをな
   す方向から線状のスリット光を投光するスリット投光光
   手段と、 被測定対象表面の全面に亘ってスリット光を直線的に走
   査するスリット光走査手段と、 被測定対象表面を、前記スリット光投光手段とは異なる
   方向から撮像するテレビカメラと、該テレビカメラから
   のビデオ信号を時々刻々処理して、画面内の各画素に対
   応する被測定対象表面の各位置毎に、その点をスリット
   光が通過した時刻を、その画素の値とする画像を合成す
   る画像合成手段と、 前記画像合成手段によって得られる合成画像をもとに演
   算処理して被測定対象の３次元曲面形状を測定する画像
   演算手段と を有することを特徴とする３次元曲面形状の装置。
3. （３）テレビカメラは、基準面に対して垂直な方向から
   被測定対象を撮像することを特徴とする請求項２記載の
   ３次元曲面形状の測定装置。
4. （４）被測定対象表面に対してスリット光を走査した時
   に画像合成手段によって得られる合成画像ｕ（ｘ、ｙ）
   と、基準面に対してスリット光を走査した時に画像合成
   手段によって得られる合成画像ｕ＿０（ｘ、ｙ）とに基
   づいて、被測定対象表面の３次元形状ｆ（ｘ、ｙ）を、
   基準面に対するスリット光投光角度θ及びスリット光走
   査速度ｖを用いて ｆ（ｘ、ｙ） ＝｛ｕ＿０（ｘ、ｙ）−ｕ（ｘ、ｙ）｝ｖｔａｎθなる
   式に基づいて求める画像演算手段を備えたことを特徴と
   する請求項２記載の３次元曲面形状の測定装置。
5. （５）被測定対象表面に対してスリット光を走査した時
   に画像合成手段によって得られる合成画像ｕ（ｘ、ｙ）
   と基準面に対してスリット光を走査した時に画像合成手
   段によって得られる合成画像ｕ＿０（ｘ、ｙ）と、更に
   、基準面と平行でかつ距離ｄ（テレビカメラに近づく側
   を＋、遠ざかる側を−とする）離れた第２基準面に対し
   てスリット光を走査した時に画像合成手段によって得ら
   れる合成画像ｕ＿１（ｘ、ｙ）とを用いて、被測定対象
   面の３次元形状ｆ（ｘ、ｙ）を ｆ（ｘ、ｙ）＝｛ｕ＿０（ｘ、ｙ）−ｕ（ｘ、ｙ）｝／
   ｛ｕ＿０（ｘ、ｙ）−ｕ＿１（ｘ、ｙ）｝・ｄなる式に
   基づいて求める画像演算手段とを備えたことを特徴とす
   る請求項２記載の３次元曲面形状の測定装置。
6. （６）被測定対象表面に対してスリット光を走査した時
   に画像合成手段によって得られる合成画像ｕ（ｘ、ｙ）
   と、仮想的な基準面に対してテレビカメラ画面の横軸と
   スリット光の走査方向とのなす角θを用いて計算処理に
   より求めた合成画像ｕ＿０（ｘ、ｙ）とに基づいて、被
   測定対象表面の３次元形状を（ｘ、ｙ）を、基準面に対
   するスリット光投光角度θ及びスリット光走査速度ｖを
   用いて ｆ（ｘ、ｙ） ＝｛ｕ＿０（ｘ、ｙ）−ｕ（ｘ、ｙ）｝ｖｔａｎθなる
   式に基づいて求める画像演算手段を備えたことを特徴と
   する請求項２記載の３次元曲面形状の測定装置。