JPH02223809A - 光切断法による三次元形状測定装置 - 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、光切断法による三次元形状測定装置の改良
に関する。

〈従来の技術〉 第５図は光切断法による三次元形状測定装置の概要を示
したものである。光源１１からスリット光１２が照射さ
れると被測定物１３の表面に光切断ｍ１４が得られ、こ
れをＣＣＤカメラ等の撮像装置１５で撮像する。そして
撮・像装置１５で得られた光切断像のデータを三角測量
法を用いて処理することにより、被測定物１３の表面各
点の三次元座標上の位置を求めて三次元形状のデータを
得るのである。

〈発明が解決しようとする課題〉 このような光切断法による測定では、光源１１と撮像装
置１５との角度θが９０’に近付くほど被測定物１３の
表面の凹凸が検出されやすくなるので測定精度が向上す
る。しかしながら、被測定物１３が凹凸の大きなもので
ある場合には、角度θが大きくなると死角となる部分が
生じてデータの得られない欠落箇所が多くなるため、角
度θを大きくすることξこよる測定精度の向上には一定
の限度があった。

また従来の測定装置では、スリット光以外の光線による
外乱などのノイズを防止するために装置全体と被測定物
を暗室内に入れて測定する等の対°策が採られており、
装置の大型化や高価格化の一因となっていた。

この発明はこのような問題点に着目し、比較的簡単な構
成によって光切断法による測定精度を向上することを目
的としてなされたものである。

く課題を解決するための手段〉 上述の目的を達成するために、この発明の光切断法によ
る三次元形状測定装置は、被測定物の光切断線を得るた
めのスリット光照射手段と、（・０互に離隔して配置さ
れ、且つ上記スリット光照射手段に対して一定の位置関
係を保ちつつスリット光照射手段と共に被測定物の周囲
を周回する２個の光切断線撮像手段と、各撮像手段で得
られる２個の光切断像から被測定物の三次元形状の認識
処理を行う処理手段、とを備えている。そしてこの処理
手段は、２個の光切断像の認識結果の差が所定の基準値
以内の場合には両者の平均値を処理結果とし、認識結果
の差が基準値を越える場合にはそれぞれの認識結果をそ
のまま処理結果とするように構成されている。

また第２の発明においては、認識結果の差が基準値を越
える場合にそれぞれの認識結果の連続性を判定し、連続
性の有る方の認識結果を処理結果として採用するようし
こ構成されている。

なお、上記の各発明において認識結果の差が基準値を越
える場合とは、得られた各データの差が大きい場合のほ
か、一方のデータが欠落したような場合も含んでいる。

第１図はこの発明の構成を示す図であり、Ａはスリット
光照射手段、Ｂ□及びＢ２は光切断線撮像手段、Ｃは処
理手段、Ｄは被測定物、Ｅは回転装置である。なお、ス
リット光照射手段Ａと光切断線撮像手段Ｂ工及びＢ２の
周回は、被測定物りとの間の相対的なものであり、固定
された被測定物りの回りを光照射手段Ａと撮像手段Ｂ工
ｌＢ２を公転させ−Ｃもよく、逆に光照射手段Ａと撮像
手段Ｂ　１１Ｂ２を固定して被測定物りをその位置で自
転させてもよい。Ｆは上記各手段の動作を同期させるた
めの外部同期装置、Ｇは処理手段Ｃの出力を記憶する記
憶装置、Ｈは記憶装置Ｇに記憶されたデータを必・要に
応じて出力する出力装置である。

く作用〉 各撮像手段はそれぞれ異なる方向から光切断線を撮像し
ており、両方の撮像手段に同時に死角が発生する確率は
撮像手段が１個の場合と比軟して非常に小さくなるので
、前述の角度θをある程度大きくすることが可能となり
、測定精度の向上が容易となる。また、各撮像手段で得
た光切断像の平均値によって三次元形状が認識され、認
識結果の差が大きい場合には個々の結果がそのまま区分
されて出力されるので、一方の撮像手段のデータに異常
があっても他方の撮像手段によってデータを補完するこ
とが可能となる。

また第２の発明では、認識結果の差が大きい場合に連続
性の有る方の認識結果が採用されるので、一方の撮像手
段のデータに異常があっても他方の撮像手段によってデ
ータが自動的に補完される。

このためノイズの影響を受ける確率が低くなり、欠落箇
所がなく、あるいは欠落箇所の少ないデータが得られ、
特別な暗室などを設けなくても測定が可能になると共に
、測定精度が向上される。

〈実施例〉 次に図示の一実施例について説明する。第２図は装置の
概要を示した平面図、第３図はブロック図、第４図は制
御手順のフローチャーＩ・である。

第２図において、ｌはスリット光照射手段である光源、
２ａ及び２ｂは光切断線撮像手段である撮像カメラ、３
は被測定物である。

光源ｌは原点Ｏを中心とした半径ｒの円周１′上に原点
○を含む図の紙面に垂直な方向に広がるスリット光４を
照射する姿勢で配置され、且つ常に原点０に向いた状態
で円周１′上を所定の速度で回転するように設けられて
いる。また撮像カメラ２ａ及び２ｂは、光源１を通る円
周１′の接線上の光源１から等距離の位置に光ｇ１との
角度θで配置されており、且つ常に原点Ｏに向いた状態
で光ｇ１と共に回転するように設けられている。

上記のθは例えば４５°に選定される。また、被測定物
３は原点○を含む位置に固定されており、各撮像カメラ
２ａ及び２ｂは、その視野にスリット光４によって被測
定物３上に生ずる光切断線５が入るように構成されてい
る。

なお光源１としては、従来の光切断法による三次元形状
ｆｌｌｆｆ定装置で使用されているものと同種の光源を
適宜用いることができ、また撮像カメラ２ａ及び２ｂと
しては、従来の光切断法による三次元形状測定装置で使
用されているもの、例えばＣＯＤカメラ等を適宜用いる
ことができる。

第３図のブロック図において、６は画像処理装置、７は
回転駆動部、８は出力装置である。画像処理装置６の主
要部はコンピュータで構成されており、演算や各種制御
の中心となるＣＰＵ６１、制御プログラム等を記憶させ
であるＲＯＭ６２、得られた諸データを記憶するＲＡＭ
６３、同期信号を発生するクロック回路６４のほか、適
宜の入出力回路（図示せず）等を備えている。また回転
駆動部７は、画像処理装置６からの制御信号によって光
源ｌと撮像カメラ２ａ及び２ｂを駆動するように適宜構
成されている。更に出力装置８は、画像処理装置６で得
られた三次元形状の認識結果のデータを出力するもので
１例えばＣＲＴデイスプレィやプリンタ等で構成されて
いる。

この実施例の測定装置は上述のように構成されており、
まず第１の発明の動作を第４図のフローチャートにより
説明する。

各撮像カメラ２ａ、２ｂは同期信号により制御されてお
り、まずステップＳ１でそれぞれの画像信号、すなわち
光切断像５ａ、５ｂが交互に入力される。この人力の切
り換えは例えば１／３０秒ごとに行われる。ステップ＄
２では信号の高速処理を可能とするために、光切断像５
ａ、５ｂをコンパレータにより２値化し、ステップＳ３
で２値化された各データ５１ａ、５１ｂを処理して被測
定物３の表面の三次元座標上の位置を演算し、三次元座
標の認識結果５２ａ、５２ｂを得る。なお。

光ｇ１と被測定物３との距離や表面の傾斜等によって光
切断線５の幅が異なるたあ、演算は線の中心を構成する
画素の座標を検出するように行われる。このステップＳ
３の処理は、原点Ｏを中心とした半径ｒとスリット光４
に対する撮像カメラ２ａ、２ｂの角Ｊ！ｊｔＯが既知で
あるので、従来の光切断法で一般に行われている公知の
手順によって適宜実施することができる。

ステップＳ４では、上記の認識結果５２ａ、５２ｂとし
て求められた各点の座標データをその直前の他方のカメ
ラによる座標データと比較し、両者の差があらかじめ設
定されている基準値以内であればステップＳ５で両者の
平均値を求め、これを処理結果５３として出力する。ま
た差が基準値を越える場合には、ステップＳ６でそれぞ
れの認識結果５２ａ、５２ｂをそのまま処理結果５３ａ
。

５３ｂとし、両データを区分して出力する。以上の処理
が被測定物３の表面の各点について順次行われ、これら
の出力データはステップＳ７でＲＡＭ６３に記憶され、
以後の利用に備えられるのである。

従って、平均された処理結果５３が出力される場合には
、従来の１個のカメラを用いる場合よりも信頼性が高く
、精度のよい測定結果を得ることができる。

また、認識結果５２ａ、５２ｂの差が基準値を越えたた
めにそのまま処理結果５３ａ、５３ｂとして出力された
場合には、例えば出力装置８で出力された結果を技術者
が見比べて取捨選択したり、取捨選択する手順をプログ
ラムに入れておいて画像処理装置６で処理したりするの
である。これにより、各撮像カメラ２ａ、２ｂによる測
定結果を相互に補完することが可能となるので、測定結
果を全く得ることができないという確率は従来の装置と
比較して大幅に低減されることになる。なお。

このように認識結果５２ａ、５２ｂの差が基準値を越え
る場合というのは、例えば外乱によるノイズが一方の撮
像カメラの出力に重畳された場合や、一方の撮像カメラ
に死角が生じて光切断線の一部が欠落したような場合な
どである。

また、第２の発明は上記の取捨選択をデータの連続性を
考慮して行うようにしたものであり、第４図のステップ
Ｓ４で認識結果５２ａ、５２ｂの差が基準値を越えた場
合には、破線で示すようにステップＳ８に移って各認識
結果５２ａ、５２ｂの連続性を判定し、連続性を有する
方の認識結果を採用してこれを処理結果５３′として出
力するのである。この連続性は、例えば対応する箇所の
前後のデータを一定期間順次比較してデータの変動が一
定の基準値内にあるか否かで判定するのであり、比較の
期間や基準値を被測定物３の形状などに応じて適切に選
定しておくことにより、ノイズや欠落のない測定結果を
得ることができる。

なお、実施例では撮像カメラ２ａ及び２ｂを光ｒＡ１の
両側に対称に配置しているが、この発明はカメラが光源
に対して非対称に、あるいは光源に対して同じ側に配置
された場合にも適用することができる。

〈発明の効果〉 上述の実施例から明らかなように、この発明の三次元形
状測定装置は、２個の光切断線撮像手段で異なる方向か
ら光切断線を撮像し、各撮像手段で得た光切断像の差が
小さい場合にはその平均値によって、差が大きい場合に
はそれぞれの撮像手段の光切断像によって、被測定物の
三次元形状を認識するようにしたものである。

また、各撮像手段で得た光切断像の差が大きい場合には
、連続性を考慮して被測定物の三次元形状を認工哉する
ようにしたものである。

従って、２個の光切断像の平均値が用いられるためノイ
ズの影響を受けにくく、特別な暗室などを設けなくても
高精度な測定が可能となる。また同時に両方の撮像手段
に死角が発生する確率は小さく、一方力撮像手段に死角
が生じても他方の撮像手段でデータを補完することがで
きるので、スリット光源との角度を大きくすることによ
る測定精度の向上が可能となる。

更に、連続性の有るデータを採用する場合にはデータが
自動的に補完され、ノイズの影響や欠落のない測定結果
を得ることが容易となる。

この発明には以上のような利点があり、光切断法による
高精度な三次元形状測定装置を比較的簡単な構成によっ
て安いコストで実現することができるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の構成を示す図、第２図は一実施例の
概略平面図、第３図はブロック図、第４図は制御手順の
フローチャート、第５図は光切断法による一般的な三次
元形状測定装置の説明図である。 １・・・光源（スリット光照射手段）、２ａ、２ｂ・・
撮像カメラ（光切断線撮像手段）、３・・・被測定物、
４・・スリット光、５・・・光切断線、６・・・画像処
理装置（処理手段）、７・・・回転駆動部、８・・・出
力装置、６１・・ｃｐｕ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定物の光切断線を得るためのスリット光照射
   手段と、 相互に離隔して配置され、且つ上記スリット光照射手段
   に対して一定の位置関係を保ちつつスリット光照射手段
   と共に被測定物の周囲を周回する２個の光切断線撮像手
   段と、 上記各撮像手段で得られる２個の光切断像から被測定物
   の三次元形状の認識処理をそれぞれ行い、認識結果の差
   が所定の基準値以内の場合には両者の平均値を処理結果
   とし、認識結果の差が基準値を越える場合にはそれぞれ
   の認識結果をそのまま処理結果とする処理手段、 とを備えたことを特徴とする光切断法による三次元形状
   測定装置。
2. （２）被測定物の光切断線を得るためのスリット光照射
   手段と、 相互に離隔して配置され、且つ上記スリット光照射手段
   に対して一定の位置関係を保ちつつスリット光照射手段
   と共に被測定物の周囲を周回する２個の光切断線撮像手
   段と、 上記各撮像手段で得られる２個の光切断像から被測定物
   の三次元形状の認識処理をそれぞれ行い、認識結果の差
   が所定の基準値以内の場合には両者の平均値を処理結果
   とし、認識結果の差が基準値を越える場合にはそれぞれ
   の連続性を判定し、連続性の有る認識結果を処理結果と
   して採用する処理手段、 とを備えたことを特徴とする光切断法による三次元形状
   測定装置。