JPH0352804B2 - - Google Patents
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- JPH0352804B2 JPH0352804B2 JP2088584A JP2088584A JPH0352804B2 JP H0352804 B2 JPH0352804 B2 JP H0352804B2 JP 2088584 A JP2088584 A JP 2088584A JP 2088584 A JP2088584 A JP 2088584A JP H0352804 B2 JPH0352804 B2 JP H0352804B2
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は比較的複雑な形状をした対象物体の立
体形状を必接触、不侵襲的に測定する装置とそれ
を利用して該対象物体の立体像を形成する方法と
装置に関する。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Field of Application] The present invention provides a device for measuring the three-dimensional shape of a target object having a relatively complex shape in a contactless and non-invasive manner, and a device for measuring the three-dimensional shape of the target object using the same. The present invention relates to a method and apparatus for forming a three-dimensional image.
従来、比較的複雑な形状を有する対象物体の複
製品を製作する場合、倣いフライス盤等を用いた
り、又は、鋳型やデマスク等の反転型を用いて来
たが、このような従来技術においては、例えば人
体像のように比較的複雑かつデリケートな対象物
体に対しては、極めて高度な熟練技術と芸術的セ
ンスが要求され、工業的水準で複製品を製作する
ことは困難であつた。そこで、本願発明者はこの
ような対象物体についても正確、容易、かつ迅速
に複製が可能な、新しい複製方法を開発して来
た。この新しい方法は、対象物体を適当なピツチ
の断面形状の集積で近似し、この断面形状を有す
る板材を切り出して、元の順序に板材を重ね合わ
せることにより、対象物体の立体像を複製しよう
とするものである。この方法によれば、板材の切
り出しが出来れば良いだけの簡単な構造の数値制
御式工作機械を活用して、比較的複雑な立体形状
を有する物体の複製品を容易に製作出来るように
なる。ところが、この複製方法を使用するため
に、対象物体の立体形状を正確に測定する方法が
必須であるが、これが例えば触針を用いた接触測
定方法であつたり、非接触測定であつても例えば
モアレ縞による立体計測のように極めて高度な情
報処理機能を必要とする測定方法によるならば、
せつかくの複製方法が、比較的複雑かつデリケー
トな対象物体に対して容易に実施出来ることにな
らない。さらに、対象物体の完全な全体像を得た
後に、複雑な演算的処理により上記複製方法に適
用するための一断面毎の断面形状を算出する必要
があるのでは、測定装置に要求される演算処理機
能、データ収納容量等が高度なものとなつて、到
底工業的、経済的な意味において実施可能なもの
とはならないから、計測に必要な情報処理が簡単
で、測定の過程で保持する必要のあるデータ量が
僅少であるような計測装置が要求されていた。
Conventionally, when producing a replica of a target object having a relatively complex shape, copy milling machines or the like or inverted molds such as molds or demasks have been used, but in such conventional techniques, For example, relatively complex and delicate objects such as human figures require extremely high skill and artistic sense, and it has been difficult to produce reproductions at an industrial level. Therefore, the inventors of the present application have developed a new duplication method that enables accurate, easy, and quick duplication of such objects. This new method attempts to reproduce a three-dimensional image of the target object by approximating the target object with a collection of cross-sectional shapes of appropriate pitches, cutting out plates with this cross-sectional shape, and superimposing the plates in the original order. It is something to do. According to this method, a replica of an object having a relatively complex three-dimensional shape can be easily produced by using a numerically controlled machine tool with a simple structure that only requires cutting out a plate. However, in order to use this replication method, a method to accurately measure the three-dimensional shape of the target object is essential, but even if this is a contact measurement method using a stylus, or a non-contact measurement method, for example, If the measurement method requires an extremely advanced information processing function, such as 3D measurement using moiré fringes,
This does not mean that the reproduction method can be easily applied to relatively complex and delicate objects. Furthermore, after obtaining a complete overall image of the target object, it is necessary to calculate the cross-sectional shape of each cross-section to be applied to the above duplication method through complex arithmetic processing. As processing functions, data storage capacity, etc. become more sophisticated, it is no longer practical in an industrial or economical sense, so it is necessary to process the information necessary for measurement easily and retain it during the measurement process. There was a need for a measuring device that could handle only a small amount of data.
本発明は、少なくとも対象物体を断面形状の集
積で表現できる、比較的簡便な、非接触的かつ不
侵襲的な立体形状計測装置を提供することを課題
とする。またさらに、断面形状を取得するために
要求されるデータ量が僅かであつて、情報処理に
複雑な論理と装置を必要としない、立体形状の計
測装置を提供しようとするものである。これら計
測装置を利用して、前述の比較的複雑な立体形状
を有する対象物体の新しい複製方法および装置を
構成することにより、その複製方法の機能が十分
に発揮されるようになるのである。
An object of the present invention is to provide a relatively simple, non-contact, and non-invasive three-dimensional shape measuring device that can represent at least a target object as a collection of cross-sectional shapes. Furthermore, it is an object of the present invention to provide a three-dimensional shape measuring device that requires a small amount of data to obtain a cross-sectional shape and does not require complicated logic and equipment for information processing. By utilizing these measuring devices to construct a new method and device for duplicating the aforementioned target object having a relatively complex three-dimensional shape, the functions of the duplication method can be fully utilized.
本発明が指向する上述の技術的課題は、特許請
求の範囲第1項ないし第3項に明記したとおりの
下記構成により、有効に解決される。なお、本発
明者は先に、上と同様の課題に対して、特願昭58
−200987号(特開昭60−93424号)の発明をその
基本的な解決手段として提案したが、本発明はさ
らに、この先行発明の利点を維持しつつ、その着
想を拡張し、かつ発展せしめたものである。 The above-mentioned technical problems to which the present invention is directed are effectively solved by the following configurations as specified in claims 1 to 3. In addition, the present inventor previously filed a patent application in 1983 for the same problem as above.
The invention of No. 200987 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 60-93424) was proposed as a basic solution, but the present invention further expands and develops the idea while maintaining the advantages of this prior invention. It is something that
すなわち、本発明による対象物体の立体形状を
計測する装置は、上端縁もしくは下端縁の少なく
とも一方が平坦な平面を形成する板状遮光体であ
つて、対象物体を据える測定位置に対向して垂直
に配設された板状遮光体と、該板状遮光体の平坦
平面を形成する端縁を含む平面上、該端縁に関し
該測定位置の反対側に、該遮光体の外側から所定
の間隔をへだてた位置に配設され、光を該測定位
置に向けて照射する点光源と、前記端縁を含む平
面に対して一定の角度で交叉する光軸を有し、該
遮光体ならびに該点光源と所定の関係を有するよ
うに位置決めされた2次元撮像手段と、該2次元
撮像手段と前記遮光体と前記点光源を固定した支
持台と、該支持台を垂直方向に一定の微小ピツチ
Δhづつ移動できる案内装置と、前記2次元撮像
手段で撮像された「かげ」の形状を表わす映像か
ら前記対象物体の断面の形状を計測して該断面の
形状に関するデータを求めるデータ処理装置とを
備えることを特徴とする。 That is, the device for measuring the three-dimensional shape of a target object according to the present invention is a plate-shaped light shielding body whose upper edge or lower edge forms a flat plane, and which is perpendicular to the measurement position where the target object is placed. A plate-shaped light-shielding body disposed on a plane including an edge forming a flat plane of the plate-shaped light-shielding body, on the opposite side of the measurement position with respect to the edge, at a predetermined distance from the outside of the light-shielding body. a point light source that is arranged at a position separated from the measurement position and emits light toward the measurement position; and an optical axis that intersects at a constant angle with respect to a plane that includes the edge; A two-dimensional imaging means positioned to have a predetermined relationship with the light source, a support stand to which the two-dimensional imaging means, the light shielding body, and the point light source are fixed, and the support stand is arranged vertically at a constant minute pitch Δh. a guide device that can move step by step, and a data processing device that measures the shape of a cross section of the target object from an image representing the shape of a "shade" captured by the two-dimensional imaging means and obtains data regarding the shape of the cross section. It is characterized by
本発明の装置は、当該対象物体を測定位置に据
え、前記案内装置により前記支持台を一定の微小
ピツチΔhで順次に一方向に移動させ、移動する
度に、前記点光源により光を照射して該遮光体の
「かげ」を前記対象物体の表面上に投影して、前
記2次元撮像手段により前記「かげ」の形状を撮
像し、前記データ処理装置により、前記撮像され
た映像から前記の対象物体の一断面の形状を計測
して該断面の形状に関するデータを求める手順を
実施することにより、対象物体の立体形状を計測
するものである。 In the apparatus of the present invention, the target object is placed at a measurement position, and the guide device sequentially moves the support base in one direction at a constant minute pitch Δh, and each time it moves, it irradiates light with the point light source. The "shadow" of the light shielding body is projected onto the surface of the target object, the shape of the "shadow" is imaged by the two-dimensional imaging means, and the data processing device calculates the shape of the "shadow" from the captured image. The three-dimensional shape of the target object is measured by performing a procedure of measuring the shape of one cross section of the target object and obtaining data regarding the shape of the cross section.
なお、「かげ」の平面と二次元撮像装置の光軸
との交叉角度を一定にしているから、二次元撮像
手段によつて撮像された映像について簡単な情報
処理を施すことによつて、対象物体の断面形状を
容易に計測出来るのである。 Furthermore, since the intersection angle between the plane of the "shadow" and the optical axis of the two-dimensional imaging device is kept constant, it is possible to determine the object by performing simple information processing on the image captured by the two-dimensional imaging means. The cross-sectional shape of an object can be easily measured.
本発明によれば、対象物体表面に投影された遮
光板の「かげ」によりできる遮光板の端縁を含む
水平面で切断した時の対象物体の二次元的断面形
状を、順次一定の微小ピツチΔh毎に計測するこ
とができるから、対象物体が任意の比較的複雑な
形状をしていても、対象物体の上端から下端まで
物体の高さ全体に亙り微小ピツチ毎の計測を繰り
返すことにより、非接触かつ不浸襲的にその立体
形状を計測することが出来る。 According to the present invention, the two-dimensional cross-sectional shape of the target object when cut along a horizontal plane including the edge of the light shielding plate created by the "shading" of the light shielding plate projected onto the surface of the target object is sequentially measured at a constant minute pitch Δh. Even if the target object has an arbitrary and relatively complex shape, it can be measured at every minute pitch over the entire height of the target object from the top to the bottom. Its three-dimensional shape can be measured in a contact and non-invasive manner.
また、本願の第2の発明による、対象物体と同
形の立体像を形成する方法は、対象物体の外周を
板状遮光体で包囲し、前記遮光体の端縁を含む水
平面上の点光源からの光で該遮光体ならびに前記
対象物体を照射して、前記対象物体の表面上に前
記遮光体の「かげ」を投影するとともに、前記水
平面に対して一定の角度で交叉する光軸を有する
2次元撮像手段により、前記対象物体表面上の
「かげ」の形状を撮像し、この撮像された「かげ」
の形状を表わす映像から前記の対象物体の一断面
の形状を計測して該断面の形状に関するデータを
求め、次いで、遮光体と点光源を一定の微小ピツ
チΔhで順次に移動させながら対象物体における
前記の一断面と隣接する断面に対しても順次に前
述と同様の手順による計測を繰り返して実行し、
かくして前記対象物体の各断面に対する計測によ
り得られた断面形状データを用いて、前記遮光体
の1回の微小移動ピツチΔhと同一の厚み、もし
くは、それと所定の関係を有する厚みの薄板材料
から前記対象物体の各断面に対応した同形の型板
をそれぞれ作成し、これらの型板を、前述の手順
でそれぞれ実行された各計測の順序にしたがつて
順次に積層すること、を特徴とする。 Further, in the method of forming a three-dimensional image having the same shape as a target object according to the second invention of the present application, the outer periphery of the target object is surrounded by a plate-like light shield, and a point light source on a horizontal plane including the edge of the light shield is irradiating the light shielding body and the target object with light to project the “shadow” of the light shielding body onto the surface of the target object, and having an optical axis that intersects at a certain angle with respect to the horizontal plane. The dimensional imaging means images the shape of the "shadow" on the surface of the target object, and the imaged "shadow"
The shape of one cross section of the target object is measured from an image representing the shape of the target object to obtain data regarding the shape of the cross section, and then the light shield and the point light source are sequentially moved at a constant minute pitch Δh to measure the shape of the target object. Repeat the same procedure as above for the cross section and the adjacent cross section, and
Thus, using the cross-sectional shape data obtained by measuring each cross-section of the target object, the thin plate material having the same thickness as the one-time micro-movement pitch Δh of the light shielding body or a thickness having a predetermined relationship therewith is used. The method is characterized in that templates of the same shape are created corresponding to each cross section of the target object, and these templates are sequentially stacked in accordance with the order of each measurement performed in the aforementioned procedure.
さらに、本願の第3の発明による対象物体と同
形の立体像を形成する装置は、上記第2の発明に
よる対象物体と同形の立体像を形成する方法を実
施するための装置であつて、上記第1の発明によ
る計測装置の構成を含んで構成されることを特徴
とする。 Furthermore, a device for forming a three-dimensional image having the same shape as a target object according to a third invention of the present application is an apparatus for implementing a method for forming a three-dimensional image having the same shape as a target object according to the second invention, which comprises: The present invention is characterized in that it is configured to include the configuration of the measuring device according to the first invention.
本発明によれば、高さのきざみΔh毎に得られ
る対象物体の断面形状計測データを、例えば数値
制御方式のレーザ切断機等に与えて、一定の厚み
Δhを有する薄板材を加工すれば、前記二次元的
断面形状と同形の型板を高さのきざみΔh毎に切
り出すことが出来る。従つて、対象物体の上端か
ら下端まで遮光体と点光源を移動させつつ、移動
の度に切り出して得た型板を、計測順に従つて重
ね合わせることにより、容易かつ迅速に対象物体
と同形の立体像を複製することが可能になるので
ある。 According to the present invention, if cross-sectional shape measurement data of a target object obtained for each height increment Δh is fed to, for example, a numerically controlled laser cutting machine, etc., and a thin plate material having a constant thickness Δh is processed, Templates having the same shape as the two-dimensional cross-sectional shape can be cut out in height increments of Δh. Therefore, by moving the light shield and the point light source from the upper end to the lower end of the target object and overlapping the templates cut out each time in the measurement order, it is possible to easily and quickly obtain the same shape as the target object. This makes it possible to reproduce 3D images.
本発明の測定方法と装置を活用することによ
り、高速でかつ高精度な対象物体の立体像を形成
することが容易に可能となるのである。 By utilizing the measuring method and apparatus of the present invention, it becomes possible to easily form a three-dimensional image of a target object at high speed and with high precision.
次に図示の実施例により本発明を詳細に説明す
る。
Next, the present invention will be explained in detail with reference to illustrated embodiments.
本発明の着想を具現した一実施例の構成を示す
第1a図及び第1b図において、対象物体4に対
し、点光源2から照射された照明光は、点光源2
と、対象物体4とのあいだに位置し、かつ、点光
源と機械的に連結され、案内柱7に沿つて摺動案
内される支持台1に固定された遮光板11によつ
てその一部がさえぎられる結果、対象物体表面に
は遮光板11の“かげ”が投影されることにな
る。 In FIGS. 1a and 1b showing the configuration of an embodiment embodying the idea of the present invention, illumination light irradiated from a point light source 2 to a target object 4 is
A part of the light shielding plate 11 is fixed to the support base 1 which is located between the target object 4 and the point light source, and which is slidably guided along the guide column 7. As a result, the "shadow" of the light shielding plate 11 is projected onto the surface of the target object.
この“かげ”は対象物体の表面の凹凸に対応し
て、例えば第3図に示されるような映像として撮
像される。なお、第3図の映像は2次元撮像装置
の映像信号を2値化して表示したものである。す
なわち、対象物体の表面をTV用カメラで撮像す
ると、“かげ”の部分は真つ暗に写るが、光の当
つている部分は明るかつたり、少し暗かつたりし
て、一様の明るさにならないのが普通である。し
たがつて、このような画像計測を行なう場合に
は、“かげ”の部分の暗さ以上の明るい部分(灰
色の部分をも含む)をすべて白となるような処理
をほどこすが、これが2値化であつて、第3図は
このような2値化をおこなつたあとの画像であ
り、真つ白の部分、すなわち、明部と真つ黒の部
分、すなわち、暗部とから成るパターンになつて
いる。本発明は要するに、第3図に示す明部と
“かげ”の境界線の形状を利用して該対象物体4
からこれと同形の立体的物体像を形成するもので
ある。 This "shadow" corresponds to the unevenness of the surface of the target object, and is captured as an image as shown in FIG. 3, for example. Note that the image shown in FIG. 3 is a binarized and displayed image signal from a two-dimensional imaging device. In other words, when you take an image of the surface of a target object with a TV camera, the "shadow" parts appear completely dark, but the illuminated parts are bright, sometimes slightly dark, and have a uniform brightness. It is normal that it does not. Therefore, when performing image measurements like this, processing is applied so that all areas that are brighter than the "shadow" area (including gray areas) become white, but this is Fig. 3 shows the image after such binarization, and shows a pattern consisting of a pure white part, that is, a bright part, and a pure black part, that is, a dark part. It's getting old. In short, the present invention utilizes the shape of the boundary line between the bright area and the "shadow" shown in FIG.
From this, a three-dimensional object image of the same shape is formed.
再び第1a図及び第1b図において、支持台1
は、ボールネジ軸5にネジ結合するボールナツト
6に結合され、かつ、ボールネジ軸5には、図示
していないステツプモーターが接続され、該ステ
ツプモーターはスリツト光の厚みΔhの高さだけ
ボールナツト6、即ち支持台1を段階的に上下に
駆動する。 1a and 1b again, the support base 1
is connected to a ball nut 6 which is screwed to the ball screw shaft 5, and a step motor (not shown) is connected to the ball screw shaft 5, and the step motor moves the ball nut 6 by the height of the thickness Δh of the slit light. The support stand 1 is driven up and down in stages.
いま説明を容易にするために、対象物体4の垂
直中心線をZ軸と呼称し、Z軸に垂直であり、か
つ、対象物体4の最下端点を含む平面上で互いに
垂直に交叉する2つの軸をそれぞれX軸及びY軸
と呼称するとともに、前記平面をX−Y平面と呼
称することにする。 For ease of explanation, the vertical center line of the target object 4 will be referred to as the Z-axis, and two lines that are perpendicular to the Z-axis and intersect perpendicularly to each other on a plane containing the lowest point of the target object 4 will be referred to as the Z-axis. The two axes will be referred to as the X-axis and the Y-axis, respectively, and the plane will be referred to as the X-Y plane.
またここでは都合上、遮光板1の上端縁によつ
て投影される“かげ”を用いる方法と装置の場合
についてのみ図示して説明するが、下端縁による
“かげ”を用いる場合にも、これと全く同様の手
法によつて本発明の着想を具現できることはいう
までもない。このほかにも、一つの遮光板の上下
の端縁を利用し、これ等の端縁で投影される二つ
の「かげ」を同時に利用する手法によつて、本発
明を実施することもできる。 Also, for convenience, only the method and apparatus that use the "shadow" projected by the upper edge of the light shielding plate 1 will be illustrated and explained, but this also applies when using the "shadow" caused by the lower edge. It goes without saying that the idea of the present invention can be implemented using exactly the same method as described above. In addition to this, the present invention can also be implemented by a method that uses the upper and lower edges of one light shielding plate and simultaneously utilizes two "shades" projected by these edges.
さて、点光源2の上方には、2次元撮像装置
3、たとえば、TV用カメラ3が、X−Y平面に
対して一定の角度βの光軸を有し、かつ、該光軸
がZ軸と交叉するように配置されている。 Now, above the point light source 2, a two-dimensional imaging device 3, for example, a TV camera 3, has an optical axis at a constant angle β with respect to the X-Y plane, and the optical axis is parallel to the Z-axis. It is arranged so that it intersects with the
なお、前記TV用カメラ3の視野角はαとす
る。この場合、図示のようにTV用カメラ3は点
光源と遮光板11を固定した支持装置1に固定さ
れ、点光源2、遮光板11、およびTV用カメラ
3とがお互いに一定の幾何学的な関係を保ちなが
ら移動するように構成してもよい。 Note that the viewing angle of the TV camera 3 is α. In this case, as shown in the figure, the TV camera 3 is fixed to a support device 1 to which a point light source and a light shielding plate 11 are fixed, and the point light source 2, the light shielding plate 11, and the TV camera 3 are arranged in a fixed geometrical manner with respect to each other. It may also be configured to move while maintaining the same relationship.
対象物体4の外周側の全面にわたつて同時に遮
光板の“かげ”を投影し、かつ、TV用カメラ3
によつて外周側の全面を撮像するためには、対象
物体4を包囲する円筒状の遮光板(筒)の上端縁
が形成する円周の同心円上に複数個の点光源2,
21,〜2oを配設し、かつ、これらの各点光源に
対応する複数個のTV用カメラを、対象物体を包
囲するように配設すればよい。この場合、すべて
のTV用カメラ3の光学系の主点Sから対象物体
4の中心軸であるZ軸までの距離を等しくすると
ともに、これらTV用カメラ3群の光学的倍率を
等しくすれば、各々のTV用カメラで撮像された
“かげ”の像の形状を同一比率で計測できるため、
断面形状を求めるための演算を単純化することが
可能になるが、かならずしもこのような条件に制
約されるのではない。例えば、対象物体4の1つ
の断面形状を、いわゆる接触式などの別の計測方
法によつて予め実測しておき、上記断面部分を
TV用カメラ3群で撮像したデータを前記の実測
データと比較することにより、各々のカメラの計
測データを較正することも可能である。 The “shadow” of the light-shielding plate is simultaneously projected over the entire outer circumferential side of the target object 4, and the TV camera 3
In order to image the entire outer circumferential side, a plurality of point light sources 2,
2 1 , to 2 o , and a plurality of TV cameras corresponding to each of these point light sources may be arranged so as to surround the target object. In this case, if the distances from the principal point S of the optical system of all TV cameras 3 to the Z axis, which is the central axis of the target object 4, are made equal, and the optical magnifications of these three groups of TV cameras are made equal, then Since the shape of the "shadow" image captured by each TV camera can be measured at the same ratio,
Although it becomes possible to simplify the calculation for determining the cross-sectional shape, it is not necessarily limited to such conditions. For example, one cross-sectional shape of the target object 4 is measured in advance using another measurement method such as a so-called contact method, and the cross-sectional shape is measured in advance.
It is also possible to calibrate the measurement data of each camera by comparing the data captured by the three groups of TV cameras with the above-mentioned actual measurement data.
また、複数台のTV用カメラを用いる場合にお
いて、複数の点光源からの光相互間の干渉をさけ
るためには、それぞれの系の光源、TV用カメラ
及び遮光板を搭載した複数の支持台1はすべて同
一水平面の高さとなるように位置決めするととも
に、これらの系の動作を正確に同期させることが
必要とされるが、このような要請に対しては、例
えば、各支持台に位置検出器を設け、各支持台を
案内摺動せしめる案内柱にあらかじめ設定した原
点位置からの支持台の移動量が等しくなるように
制御するという手法によつて容易にそれに応える
ことができる。この場合に各案内柱の原点位置は
当然、そのすべてが同一水平面となるように設定
されなければならない。また、もう1つの例とし
ては、円筒状の遮光板の場合には複数の支持台の
うちの1つのみを駆動し、その他の支持台はそれ
に従動するようにして、このような主従の支持台
を含むそれぞれの系を機械的に連動ないし同期さ
せることも可能である。 In addition, when using multiple TV cameras, in order to avoid interference between lights from multiple point light sources, it is necessary to install multiple support stands 1 on which the light sources, TV cameras, and light shielding plates of each system are mounted. It is necessary to position the systems so that they are all at the same horizontal height and to precisely synchronize the operations of these systems. This can be easily met by providing a guide column that guides and slides each support base so that the amount of movement of the support bases from a preset origin position is equalized. In this case, the origin positions of each guide column must naturally be set so that they all lie on the same horizontal plane. In addition, as another example, in the case of a cylindrical light shielding plate, only one of the plurality of support stands is driven, and the other support stands follow it, so that such master and slave support is achieved. It is also possible to mechanically interlock or synchronize each system including the stand.
次に第3図及び第4図により、対象物体4の表
面に形成された“かげ”の像をTV用カメラ3で
撮像した画像ならびにそれと映像信号との関係な
どについて説明する。TV用カメラ3の走査線の
走査方向がY軸と平行となるように設置し、該
TV用カメラ3で対象物体4の表面に形成された
“かげ”の像を撮像すると、第3図に示すように
円弧状の画像となる。同図において点P′i(すなわ
ち、P′i1,P′i2′など−図示しない)は第2a図、
第2b図に示す点Pi(スリツト光像に含まれる)
の像であり、また線分′′nは第2b図において
点Ziを通りY軸と平行な線、つまり、第2a図の
OYnに符合する。また第3図におけるS1,S2,
…SrはTV用カメラ3の画像を形成する走査線で
あり1画面r本(一般に250本〜500本程度)で構
成されている。 Next, referring to FIGS. 3 and 4, an explanation will be given of an image taken by the TV camera 3 of a "shadow" image formed on the surface of the target object 4, and the relationship between the image and the video signal. Install the TV camera 3 so that the scanning direction of the scanning line is parallel to the Y axis, and
When the TV camera 3 captures an image of the "shade" formed on the surface of the target object 4, it becomes an arc-shaped image as shown in FIG. In the figure, the points P′ i (i.e. P′ i1 , P′ i2 ′, etc. – not shown) are shown in FIG. 2a,
Point P i shown in Figure 2b (included in the slit light image)
, and the line segment '' n is the line passing through point Z i in Figure 2b and parallel to the Y axis, that is, the line in Figure 2a.
Matches OY n . Also, S 1 , S 2 ,
... S r is a scanning line that forms an image of the TV camera 3, and one screen consists of r lines (generally about 250 to 500 lines).
第4図は、第3図における走査線Siに対応した
TV用カメラ3の出力信号であり、まず映像信号
Isに先だつて水平走査が開始されたタイミングを
示す水平同期信号HBLが出力されたのち映像信号
が出力される。映像信号Isは、明かるい光像に相
当する部分ではその振幅が大きく、その他の部分
では振幅が小さい。なお、1つの画面の走査が開
始される直前にはそのタイミングを示す垂直同期
信号VBLが出力される。 Figure 4 corresponds to the scanning line S i in Figure 3.
This is the output signal of the TV camera 3, and first the video signal
A video signal is output after a horizontal synchronization signal HBL indicating the timing at which horizontal scanning is started is output prior to Is . The video signal I s has a large amplitude in a portion corresponding to a bright optical image, and a small amplitude in other portions. Note that immediately before scanning of one screen is started, a vertical synchronizing signal V BL indicating the timing is output.
第5図は、このTV用カメラ3を用いて第2a
図、第2b図で示した点PiのX軸、Y軸、Z軸に
関する座標(Xi,Yi,Zi)を求めるための制御回
路ブロツク図を示すものである。第5図におい
て、対象物体4の表面の“かげ”の像の映像信号
Is、ならびに水平同期信号HBL、垂直同期信号VBL
を含むTV用カメラ3の出力信号を同期分離回路
31に入力し、該同期分離回路31で映像信号Is
と前記HBL、ならびにVBLの各信号をそれぞれ分
離する。21はカウンタで、カウント入力端子
in1には同期分離回路31からの水平同期信号HBL
を接続し、また、リセツト入力端子reset1には垂
直同期信号VBLを接続している。カウンタ21
は、まず画面の走査に先だつて出力される垂直同
期信号VBLによつて0にリセツトされ、次いでS1
〜Srの各走査線への走査に先だつて出力される水
平同期信号HBLを計数する。即ち、カウンタ21
の計数内容はTV用カメラ3が現在走査している
走査線の番号を示すことになる。 FIG. 5 shows how to use this TV camera 3 to
This is a block diagram of a control circuit for determining the coordinates (X i , Y i , Z i ) of point P i shown in FIGS. In FIG. 5, a video signal of a "shadow" image on the surface of the target object 4 is shown.
I s , as well as horizontal synchronization signal H BL and vertical synchronization signal V BL
The output signal of the TV camera 3 including
The H BL , and V BL signals are separated. 21 is a counter, count input terminal
In 1 is the horizontal synchronization signal H BL from the synchronization separation circuit 31.
, and the vertical synchronizing signal V BL is connected to the reset input terminal reset 1 . counter 21
is first reset to 0 by the vertical synchronizing signal V BL that is output before the screen is scanned, and then S 1
The horizontal synchronizing signal HBL outputted prior to scanning each scanning line of ~ Sr is counted. That is, the counter 21
The content of the count indicates the number of the scanning line that the TV camera 3 is currently scanning.
次に、発振回路22は、1本の走査線が走査さ
れる時間taをf等分した時間間隔ta/fごとに電圧
パルスを連続的に出力する回路である。カウンタ
23のカウント入力端子in2には、前記の発振回
路22の出力を接続し、またリセツト入力端子
reset2には同期分離回路31からの水平同期信号
HBLを接続している。したがつて前記カウンタ2
3はまず各水平走査に先だつて出力される水平同
期信号HBLで0にリセツトされ、次いで、発振回
路22から出力される電圧パルスを計数する。即
ち、カウンタ23の計数内容によつてTV用カメ
ラ3の映像面上の走査点を算出することができ
る。 Next, the oscillation circuit 22 is a circuit that continuously outputs voltage pulses at time intervals t a /f, which is obtained by dividing the time t a during which one scanning line is scanned into f equal parts. The output of the oscillation circuit 22 is connected to the count input terminal in 2 of the counter 23, and the reset input terminal
Reset 2 is the horizontal synchronization signal from the synchronization separation circuit 31.
H BL is connected. Therefore, the counter 2
3 is first reset to 0 by the horizontal synchronizing signal HBL outputted prior to each horizontal scan, and then counts the voltage pulses outputted from the oscillation circuit 22. That is, the scanning point on the image plane of the TV camera 3 can be calculated based on the count of the counter 23.
一方、同期分離回路31で垂直同期信号VBL、
水平同期信号HBLが除去されたTV用カメラ3の
映像信号は、2値化回路28で第4図に示す所定
の信号レベルKaを基準として明部(信号の大き
い部分)“1”、暗部(信号の小さい部分)“0”
の2値のデイジタル信号(2値化信号)に変換さ
れる。この2値化信号はゲート回路24,26の
ゲート開閉制御端子N1,N2に接続している。ゲ
ート回路24,26は前記の開閉制御端子N1,
N2に与えられた信号が“0”から“1”に、あ
るいは“1”から“0”に変化した瞬間から一定
の微小時間だけ閉の状態となり、入力と出力とが
接続される。 On the other hand, the vertical synchronization signal V BL ,
The video signal of the TV camera 3 from which the horizontal synchronization signal HBL has been removed is converted into a bright part (a large part of the signal) "1" by the binarization circuit 28 based on a predetermined signal level K a shown in FIG. Dark part (small signal part) “0”
is converted into a binary digital signal (binarized signal). This binary signal is connected to gate opening/closing control terminals N 1 and N 2 of gate circuits 24 and 26. The gate circuits 24 and 26 are connected to the opening/closing control terminals N 1 ,
From the moment the signal applied to N2 changes from "0" to "1" or from "1" to "0", it remains closed for a certain minute period of time, and the input and output are connected.
したがつて、TV用カメラ3によつて対象物体
4の表面の“かげ”の像を撮像したときの任意の
点Piが存在する走査線番号(カウンタ21の計数
内容)および1本の走査線内の位置(カウンタ2
3の計数内容)が前記のゲート回路24,26を
通して記憶回路26,27に記憶される。ここで
記憶回路26の内容をmi、記憶回路27の内容
をniとする。なお1本の走査線について前記のni
が複数(たとえばp個)得られる場合があるがこ
れらはni1〜nipとしてそのすべてを記憶回路27
に記憶させる。 Therefore, when a "shadow" image on the surface of the target object 4 is captured by the TV camera 3, the scanning line number (counting content of the counter 21) where an arbitrary point P i exists and one scanning line Position within the line (counter 2
3) is stored in the memory circuits 26 and 27 through the gate circuits 24 and 26. Here, the contents of the memory circuit 26 are assumed to be m i , and the contents of the memory circuit 27 are assumed to be n i . Note that the above n i for one scanning line
In some cases, a plurality of (for example, p) are obtained, and all of them are stored in the memory circuit 27 as n i1 to n ip .
to be memorized.
以下、前記のmi,niを用いて第2a図、第2b
図における対象物体4の表面上の点PiのX,Y座
標(Xi,Yi)の求め方を説明する。 Hereinafter, using the above m i and n i , Fig. 2a and Fig. 2b
A method of determining the X, Y coordinates (X i , Y i ) of point P i on the surface of the target object 4 in the figure will be explained.
いま三角形ZiPiZLにおいて次の関係が成立す
る。 Now, the following relationship holds true in triangle Z i P i Z L.
L tan[γ+(α/ν)×j]−ZLZQ/L tan[γ
+(α/ν)×j]=Xi/L
……
ここで、
L;レンズの主点SからZ軸までの長さ
γ;レンズの主点Sを含む水平面とTV用カメ
ラの視野の上端線とがなす角度
α;TV用カメラの視野角度
ν;1画面の走査線の数(したがつてα/νは
隣り合う走査線間の角度)
J;点Pが存在する走査線の番号
ZQ;レンズの主点Sを含む水平面がZ軸と交わ
る点
L Q;点光源2を含む水平面がZ軸と交わる点
ZLと上記ZQとの間の長さ
式は次のように変形することができる。 L tan[γ+(α/ν)×j]−Z L Z Q /L tan[γ
+(α/ν)×j]=X i /L... Here, L: Length from the principal point S of the lens to the Z axis γ: Distance between the horizontal plane including the principal point S of the lens and the field of view of the TV camera Angle formed by the upper edge line α: Viewing angle of the TV camera ν: Number of scanning lines in one screen (therefore, α/ν is the angle between adjacent scanning lines) J: Number of the scanning line where point P exists Z Q ; Point where the horizontal plane containing the principal point S of the lens intersects with the Z-axis L Q ; Point where the horizontal plane containing point light source 2 intersects with the Z-axis
The equation for the length between Z L and Z Q above can be transformed as follows.
Xi=L tan[γ+(α/ν)×j]−ZLZQ/tan[γ+
(α/ν)×j]……
このとき、L,γ,L Qは各機器の設置、調節
時点で計測してその値を知ることが可能であり、
またα,ν、はTV用カメラおよび光学系の構成
によつて決まる定数であることから、点PiのX座
標Xiは上記のjの値によつて求めることができ
る。X i =L tan[γ+(α/ν)×j]−Z L Z Q /tan[γ+
(α/ν)×j]... At this time, L, γ, and L Q can be measured and known at the time of installation and adjustment of each device,
Furthermore, since α and ν are constants determined by the configuration of the TV camera and optical system, the X coordinate X i of the point P i can be determined from the above value of j.
また、Yiの座標は次のようにして求めることが
できる。 Furthermore, the coordinates of Y i can be determined as follows.
第2a図から
Yi/Δyi=Yi′S/Zi′S
=(ZLS−Xicosβ)/Zi′S ……
だだしL=Ltan(γ+α/2)
Δyi=ni×Δt ……
ただし、
Δt:TV用カメラ3の撮像面10における1本
の走査線の長さをf等分した長さ
式から
Yi=(ni×Δt)×(ZLS−Xicos β/Zi′S ……
このときL,γ、は前記のごとく計測によつて
求まり、i′,ΔtはTV用カメラおよび光学系
の構成によつて決まる定数であることから、点Pi
のY座標Yiはni,jの値によつて求めることがで
きる。 From Figure 2a, Y i /Δy i =Y i ′S/Z i ′S = (Z L S−X i cosβ)/Z i ′S …… Dashi L = Ltan(γ+α/2) Δy i =n i × Δt ... However, Δt: Length obtained by dividing the length of one scanning line on the imaging surface 10 of the TV camera 3 into f equal parts From the formula, Y i = (n i × Δt) × (Z L S− X i cos β/Z i ′S ... At this time, L and γ are determined by measurement as described above, and i ′ and Δt are constants determined by the configuration of the TV camera and optical system, so Point P i
The Y coordinate Y i of can be determined from the values of n i and j.
及び式の各々の演算は第7図のフローチヤ
ートにしたがつて第5図の計算装置40、たとえ
ばマイクロコンピユータ等で実現が可能である。
なお、本実施例では幾何学的に、あるいは物理的
に,i,,i,sinβ,cosβ,Δq,Δtの値なら
びに,i・sinβの値は既知の定数としてマイク
ロコンピユータ40のメモリにあらかじめ入力し
記憶させているが、図示していないキーボードス
イツチ等の数値入力装置をマイクロコンピユータ
40に接続すれば設定値の変更も容易に可能とな
る。 The calculations of each of the equations and can be realized by the calculation device 40 shown in FIG. 5, such as a microcomputer, according to the flowchart shown in FIG.
In this embodiment, geometrically or physically, the values of i ,, i , sinβ, cosβ, Δq, Δt and the value of i ·sinβ are input in advance into the memory of the microcomputer 40 as known constants. However, if a numerical input device such as a keyboard switch (not shown) is connected to the microcomputer 40, the set values can be easily changed.
TV用カメラ3の1画面に関するすべての
(Xi,Yi)を計算し、かつ、その計算結果をマイ
クロコンピユータ40のメモリ41内に格納した
のち、第1b図に示す架台1を一定のピツチ、例
えばΔhだけ移動させて前記と同様の計測および
計算処理をおこない、マイクロコンピユータ40
のメモリ41に格納する。 After calculating all (X i , Y i ) regarding one screen of the TV camera 3 and storing the calculation results in the memory 41 of the microcomputer 40, the mount 1 shown in FIG. , for example, by Δh and performs the same measurement and calculation process as above, and the microcomputer 40
The data is stored in the memory 41 of.
上述の説明は1つのTV用カメラ3を含む計測
装置1台分についてこれを行なつた。対象物体4
の全周にわたつて立体的に計測するには、対象物
体4を乗せるための架台9をZ軸を中心線として
回動可能な構造として前記の架台をあらかじめ定
めた角度づつ順に回動させて順に計測してもよ
い。また、別の本発明の実施例では、高速化をは
かるため複数台のTV用カメラ3(第1a図では
4台)を対象物体4の中心線であるZ軸から等距
離に設置し、かつ、第5図の計測処理部30を
TV用カメラ3の台数に等しい数だけ設けること
により、それぞれ前述のmi,niを求める。そして
各々のmi,niをマイクロコンピユータ40に入力
して各々の(Xi,Yi)を計算してマイクロコンピ
ユータ40のメモリ41に格納することで対象物
体4の全周の“かげ”の上端縁または下端縁を含
む水平面に関する形状を計測できる。このとき、
複数台のTV用カメラ3によつて複数の画像が得
られ、隣り合う画像間で重なりが生ずるが、あら
かじめ各々のTV用カメラ3で撮像する範囲を設
定することでデータ(Xi,Yi)の重複は避けられ
る。 The above explanation was made for one measuring device including one TV camera 3. Target object 4
In order to three-dimensionally measure the entire circumference of the target object, the mount 9 on which the target object 4 is placed has a structure that can be rotated about the Z-axis as a center line, and the mount is sequentially rotated by predetermined angles. It may be measured in order. In another embodiment of the present invention, in order to increase the speed, a plurality of TV cameras 3 (four in FIG. 1a) are installed at equal distances from the Z axis, which is the center line of the target object 4, and , the measurement processing section 30 in FIG.
By providing a number equal to the number of TV cameras 3, the aforementioned m i and n i are respectively determined. Then, by inputting each m i and n i into the microcomputer 40 and calculating each (X i , Y i ) and storing it in the memory 41 of the microcomputer 40, the "shadow" of the entire circumference of the target object 4 is calculated. The shape of the horizontal plane including the top or bottom edge can be measured. At this time,
Multiple images are obtained by multiple TV cameras 3, and overlap occurs between adjacent images, but by setting the range to be captured by each TV camera 3 in advance, data (X i , Y i ) can be avoided.
次に、前述の手段により得られた対象物体4の
各断面データ(Xi,Yi,Zi)から立体像を複製す
る手段を説明する。 Next, a means for duplicating a three-dimensional image from each section data (X i , Y i , Z i ) of the target object 4 obtained by the above-described means will be explained.
いま、第1a図に示す4台のTV用カメラで撮
像し、計測した断面のデータをそれぞれ(Xi,
Yi,Zi)1〜(Xi,Yi,Zi)4とする。 Now, the data of the cross sections taken and measured by the four TV cameras shown in Figure 1a are expressed as (X i ,
Y i , Z i ) 1 to (X i , Y i , Z i ) 4 .
マイクロコンピユータ40には第5図に示すよ
うにNCレーザ切断機制御装置42が接続され、
さらに該制御装置42には薄板切断用NCレーザ
切断機43が接続されており、マイクロコンピユ
ータ40からのNC指令によつて制御される加工
システムを構成している。まず、前記のレーザ切
断機43の加工テープルにΔhの厚みを有する薄
板(レーザにより切断可能な材質のもの)をセツ
トしたのち、マイクロコンピユータ40から、前
記のNCレーザ切断機用制御装置42に切断原点
としてNC指令(X1,Y1,Z1)1を与えてNC切断
を開始し、順次(X2,Y2,Z1)1、…(Xl,Yl,
N1)1を与えて、次いで(X1,Y1,Z1)2、…(Xl,
Yl,Z1)2、(X1,Y1,Z1)3、…(Xl,Yl,Z1)3、
(X1,Y1,Z1)4、…(Xl,Yl,Zl)4、……の順に
切断すれば、Z軸に関する高さZ1における対象物
体4の断面形状と同形の型板を作成することがで
きる。 As shown in FIG. 5, an NC laser cutting machine control device 42 is connected to the microcomputer 40.
Furthermore, an NC laser cutting machine 43 for cutting thin plates is connected to the control device 42, forming a processing system controlled by NC commands from the microcomputer 40. First, a thin plate (made of a material that can be cut by a laser) having a thickness of Δh is set on the processing table of the laser cutting machine 43, and then cut by the microcomputer 40 to the NC laser cutting machine control device 42. Start NC cutting by giving NC command (X 1 , Y 1 , Z 1 ) 1 as the origin, and sequentially (X 2 , Y 2 , Z 1 ) 1 , ... (X l , Y l ,
N 1 ) 1 , then (X 1 , Y 1 , Z 1 ) 2 ,...(X l ,
Y l , Z 1 ) 2 , (X 1 , Y 1 , Z 1 ) 3 ,...(X l , Y l , Z 1 ) 3 ,
By cutting in the order of (X 1 , Y 1 , Z 1 ) 4 , ... (X l , Y l , Z l ) 4 , ..., the cross-sectional shape of the target object 4 at the height Z 1 with respect to the Z axis is the same. Templates can be created.
次に再び前記のレーザ切断機43の加工テーブ
ルにΔhの厚みの薄板をセツトし、前回と同様に
マイクロコンピユータ40からNC指令(X1,
Y1,Z2)1、…(Xl,Yl,Z2)4を与えてZ軸に関す
る高さZ2における対象物体4の断面形状と同形の
型板を作成し、これを対象物体4のZ軸方向の長
さ分(計測されたZiの最大値)だけ繰りかえすこ
とによつて対象物体4のすべての断面の型板を作
成できる。かくして作成された型板を、計測デー
タのうち、Z軸に関する高さZiの大きい順または
小さい順に重ね合わせ、これらを糊付等により固
定すれば複製像を作成することができる。さらに
データ(Xi,Yi)をマイクロコンピユータ40に
よつてN倍あるいは1/N倍とし、前記のNC切断
機で切断する薄板の厚さΔhをN×Δhあるいは
1/N×Δhとすれば、任意の大きさに拡大縮小する
こともできる。 Next, the thin plate having a thickness of Δh is set on the processing table of the laser cutting machine 43 again, and the NC commands (X 1 ,
By giving Y 1 , Z 2 ) 1 , ... (X l , Y l , Z 2 ) 4 , create a template with the same cross-sectional shape as the target object 4 at the height Z 2 with respect to the Z axis, and use this as the target object. Templates for all cross sections of the target object 4 can be created by repeating the process for the length of the target object 4 in the Z-axis direction (maximum value of the measured Z i ). A duplicate image can be created by superimposing the templates thus created in the order of increasing or decreasing height Z i with respect to the Z axis among the measurement data and fixing them by gluing or the like. Furthermore, the data (X i , Y i ) are multiplied by N or 1/N by the microcomputer 40, and the thickness Δh of the thin plate to be cut by the NC cutting machine is set to N×Δh or 1/N×Δh. For example, it can be enlarged or reduced to any size.
第6a図及び第6b図に示した第2の実施例で
は、2次元撮像装置であるTV用カメラ3を一定
の位置に固定配置し、その光軸を、遮光板11の
上端縁を含む水平面に対して一定の角度βで交叉
させている。 In the second embodiment shown in FIGS. 6a and 6b, the TV camera 3, which is a two-dimensional imaging device, is fixedly arranged at a fixed position, and its optical axis is set on a horizontal plane including the upper edge of the light shielding plate 11. are intersected at a constant angle β.
点光源2は、第1の実施例の場合と同様に、遮
光板11の上端縁または下端縁を含むいずれか一
方の水平面、あるいは両方の水平面に位置するよ
うに支持台1に固定され、また、点光源2と対象
物体4のあいだに垂直に位置するように支持台1
に固定されている。 As in the case of the first embodiment, the point light source 2 is fixed to the support base 1 so as to be located on either one of the horizontal planes including the upper edge or the lower edge of the light shielding plate 11, or on both horizontal planes. , the support stand 1 is positioned vertically between the point light source 2 and the target object 4.
is fixed.
支持台1も第1実施例の場合と同様にボールネ
ジ軸5に螺合するボールナツトに固定されてい
て、ボールネジ軸5は図示していないモーターに
接続され、該モーターはスリツト光の厚みΔhの
高さだけ支持台1を段階的に上下に駆動する。 The support base 1 is also fixed to a ball nut screwed onto a ball screw shaft 5, as in the case of the first embodiment, and the ball screw shaft 5 is connected to a motor (not shown), which controls the height of the thickness Δh of the slit light. The support stand 1 is driven up and down in stages.
点光源2は、例えば発光ダイオードや小形の白
色電球などでもよい。 The point light source 2 may be, for example, a light emitting diode or a small white light bulb.
点光源2からの照射光は遮光板11でその一部
がさえぎられ、対象物体の表面に“かげ”を投影
し、この“かげ”は、TV用カメラ3によつて撮
像されてそのスクリーン上に、対象物体の凹凸に
対応して第3図のような映像として現出される。
この映像は、前述の第1の実施例の場合と同じよ
うに、TV用カメラの映像信号を2値化し、中間
明度のない白、黒の画像に変換したものである。
この第6a図、第6b図に示す本発明の第2実施
例は、第3図における明部と“かげ”の境界線の
形状を利用して、該対象物体4から、これと同一
の形状の物体を生成する方法・装置であることに
おいては、第1の実施例の場合と同様である。説
明を容易にするために、対象物体4の垂直中心線
をZ軸と呼称し、Z軸に垂直で対象物体4の最下
端点を含む平面上で、Z軸で直交する軸をそれぞ
れX軸、Y軸と呼称するとともに、前記平面を
「基準X−Y平面」と呼称し、さらに、この基準
X−Y平面ならびにこれと平行な面を「X−Y軸
系平面」と呼称する。また、ここでは遮光板の上
端縁によつて投影される“かげ”の境界線を利用
する方法についてのみ記述するが、下端縁による
“かげ”の場合にも、全く同じ手法で実現できる
ことは容易に理解されるであろう。 Part of the irradiated light from the point light source 2 is blocked by the light shielding plate 11, projecting a "shadow" on the surface of the target object, and this "shadow" is imaged by the TV camera 3 and displayed on the screen. Then, an image as shown in FIG. 3 appears corresponding to the unevenness of the target object.
This video is obtained by binarizing the video signal of the TV camera and converting it into a black and white image with no intermediate brightness, as in the case of the first embodiment described above.
The second embodiment of the present invention shown in FIGS. 6a and 6b utilizes the shape of the boundary line between the bright part and the "shade" in FIG. The second embodiment is the same as the first embodiment in that it is a method and apparatus for generating an object. For ease of explanation, the vertical center line of the target object 4 will be referred to as the Z-axis, and on a plane that is perpendicular to the Z-axis and includes the lowest point of the target object 4, the axes perpendicular to the Z-axis will be referred to as the X-axis. , the Y-axis, and the plane is called the "reference X-Y plane", and the reference X-Y plane and the plane parallel thereto are called the "X-Y axis system plane". In addition, here we will only describe a method that uses the boundary line of the "shading" projected by the upper edge of the light shielding plate, but it is easy to realize the "shading" by the lower edge using exactly the same method. will be understood.
点光源2から遮光板11によりその光束の一部
を遮断された光が対象物体に照射されると、対象
物体4のこの断面における“かげ”の像は第3図
に示した様な画像としてTV用カメラが撮像す
る。これを第1実施例の場合と同様に“かげ”の
断面平面、即ちX−Y軸系平面の座標系として計
測する。 When the target object is irradiated with light from the point light source 2, part of whose luminous flux is blocked by the light shielding plate 11, the "shadow" image in this cross section of the target object 4 becomes an image as shown in Fig. 3. A TV camera captures the image. As in the case of the first embodiment, this is measured as the coordinate system of the "shadow" cross-sectional plane, that is, the X-Y axis plane.
この様に本発明においては、点光源2と遮光板
11及びTV用カメラ等の2次元撮像装置3を用
い、前出の方程式,,を用いることにより
“かげ”の平面、即ちX−Y軸系平面における対
象物体の断面形状を求めることができ、これを対
象物体4の最上端ZTから最下端Z0まで一定の微
少ピツチΔhごとに順次支持台1を動かして、そ
の“かげ”の形状データ(xi,yi)を求め、それ
ぞれの“かげ”の平面における形状データ(Xi,
Yi)を例えばNCレーザー切断機等に入力し、Δh
の厚みの板から同一形状の型板を切出し、これら
の型板を計測の順序にしたがつて順次に重ね合せ
ることにより、対象物体と全く同一の形状の立体
像を形成することができる。 As described above, in the present invention, by using the point light source 2, the light shielding plate 11, and the two-dimensional imaging device 3 such as a TV camera, and by using the above equation, the "shadow" plane, that is, the X-Y axis The cross-sectional shape of the target object in the system plane can be determined, and this can be determined by sequentially moving the support base 1 by a constant minute pitch Δh from the top end ZT to the bottom end Z0 of the target object 4, and calculating the shape of its "shadow". Obtain the data (x i , y i ), and calculate the shape data (X i , y i ) on each “shadow” plane.
Y i ) is input into, for example, an NC laser cutting machine, and Δh
By cutting out templates of the same shape from a plate with a thickness of , and sequentially overlapping these templates in the order of measurement, it is possible to form a three-dimensional image with exactly the same shape as the target object.
また、念のため付言しておくと、上述の演算は
第6b図の下方に示したTV用カメラ3にも適用
でき、この場合、遮光板11の上端縁及び下端縁
に相対応してそれぞれ点光源を配置することによ
り、同時的に上下の“かげ”のデータを採ること
ができるので、計測時間をほぼ1/2に短縮するこ
とが可能となる。また、下方のTV用カメラ3の
光軸と“かげ”の平面との交叉角を変えること
も、像の形状如何によつては利点があるものであ
る。 Also, just to be sure, the above calculation can be applied to the TV camera 3 shown in the lower part of FIG. By arranging a point light source, data on the upper and lower shadows can be collected simultaneously, making it possible to reduce measurement time by approximately half. Also, depending on the shape of the image, it may be advantageous to change the intersection angle between the optical axis of the lower TV camera 3 and the plane of the "shadow".
これ等の演算はまた、同様の汎用のマイクロコ
ンピユータにより容易に計算することができる。 These operations can also be easily computed by similar general-purpose microcomputers.
敢えて付言するに、本発明の技術的範囲におい
て、点光源と遮光板の端縁により生じる“かげ”
をその像の全周に亘つて撮像するために、適宜の
数の2次元撮像装置を用いることも包含している
ことは勿論である。 I would venture to add that within the technical scope of the present invention, "shading" caused by a point light source and the edge of a light shielding plate is not covered.
Of course, this also includes the use of an appropriate number of two-dimensional imaging devices in order to image the entire circumference of the image.
また、2次元撮像装置の感度は“かげ”を認識
して、これを明部と弁別できるという機能が得ら
れる程度のものでよく、他方、点光源もこのよう
な程度の光度を有するものであればよい。更に上
述のX−Y軸系平面における値については、相似
の物体を形成する場合には、2次元撮像装置の倍
率ないし測定データーを所定の定数で処理するこ
とにより、任意の大きさの物体を形成できるよう
になすことも、本発明の原理に照らして自明なこ
とである。 In addition, the sensitivity of the two-dimensional imaging device only needs to be able to recognize shadows and distinguish them from bright areas.On the other hand, point light sources do not have such a luminous intensity. Good to have. Furthermore, regarding the values on the X-Y axis plane mentioned above, when forming similar objects, it is possible to form objects of arbitrary size by processing the magnification of the two-dimensional imaging device or the measurement data with a predetermined constant. It is also obvious in light of the principles of the present invention that it can be formed.
以上の説明を通じて明らかとなつたように、本
発明の方法及び装置によれば、その技術的課題の
すべてがきわめて有効に解決されて、次のごとく
特有の顕著な効果がもたらされる。
As has become clear through the above description, according to the method and apparatus of the present invention, all of the technical problems are solved very effectively and the following unique and remarkable effects are brought about.
(イ) 外観的形状が単純な対象物体の場合は勿論の
こと、この形状が比較的に複雑である対象物体
であつても、また対象物体それ自体が様々の材
質から成るものであつても、本発明の方法・装
置を適用することにより、容易かつ迅速に、し
かも高い精度でもつて、その複製立体像が得ら
れる。(b) Not only in the case of a target object with a simple external shape, but also in the case of a target object with a relatively complex shape, and even in the case of a target object itself made of various materials. By applying the method and apparatus of the present invention, a reproduced three-dimensional image can be obtained easily, quickly, and with high precision.
(ロ) 本発明では、光源としては通常の点光源を利
用すればよいので、所定の微小厚みのスリツト
光を得るのに必要な、特段の光学系を省略で
き、光源を含む関係部分の構成が簡素となる。(b) In the present invention, since a normal point light source can be used as the light source, a special optical system required to obtain slit light with a predetermined minute thickness can be omitted, and the configuration of related parts including the light source can be omitted. becomes simple.
(ハ) 本発明では、対象物体表面上に遮光体の端縁
の“かげ”を順次一定ピツチで投影し、この
“かげ”を撮影して断面形状データを得るが、
“かげ”と明部との境界は画然としているため、
2次元撮像手段によつてそれを識別することは
容易であるので、かくして得られる対象物体の
断面形状データにもとづく複製立体像には、き
わめて高い精度を期待することができる。(c) In the present invention, the "shading" of the edge of the light shielding body is sequentially projected onto the surface of the target object at a constant pitch, and the "shading" is photographed to obtain cross-sectional shape data.
The boundary between the “shadow” and the bright area is clear, so
Since it is easy to identify it using a two-dimensional imaging means, extremely high accuracy can be expected from the reproduced three-dimensional image based on the cross-sectional shape data of the target object obtained in this way.
(ニ) 本発明においては、対象物体の基準X−Y平
面に対し2次元撮像手段の光軸がなす角度は、
その一計測プロセス全体を通じて一定であり、
しかも、この2次元撮像手段は点光源ならびに
遮光体と相互に所定の幾何学的(つまり、空間
的)関係をもつように一体的に結合され、単一
の支持台に支持されており、その計測プロセス
を通じてそのままの状態でこれらを一体的に所
定の微小ピツチで移動させればよいのであるか
ら、主要構成要素の位置決めや、それらの設置
ないし支持のための構成が簡単であるのみなら
ず、移動機構それ自体ならびにその移動のため
の制御回路もまた、簡易なもので済むことにな
る。(d) In the present invention, the angle formed by the optical axis of the two-dimensional imaging means with respect to the reference X-Y plane of the target object is
that is constant throughout the measurement process;
Moreover, this two-dimensional imaging means is integrally coupled with the point light source and the light shielding body so as to have a predetermined geometric (that is, spatial) relationship with each other, and is supported by a single support base. Since it is only necessary to move these components integrally in a predetermined minute pitch throughout the measurement process, it is not only easy to position the main components and configure their installation or support. The moving mechanism itself and the control circuit for its movement can also be simple.
第1a図及び第1b図は、立体像形成方法及び
装置に関する本発明の着想を具現した第1の実施
例装置の構成を示す図面で、第1a図は該装置の
平面図、第1b図はその側面図である。第2a図
及び第2b図は、本発明の基本原理を説明するた
めの図面で、それぞれ上記第1a図と第1b図に
対応しており、両図面によつて第1の実施例にお
ける対象物体の“かげ”の計測を明らかにするも
のである。第3図は、本発明の上記実施例におい
て2次元撮像装置として用いるTV用カメラの表
示スクリーン上に現出した明部及び“かげ”の映
像を走査線とともに、概念的に例示した図面であ
る。第4図は、同じく上記実施例装置において、
TV用カメラからの出力信号の波形図の一例を示
す図面である。第5図は、上記実施例装置におい
て、TV用カメラからの出力信号を処理するため
の制御回路を示すブロツク図である。第6a図及
び第6b図は、本発明の方法と装置の着想を具現
した第2の実施例装置の構成を示す図面で、それ
ぞれ該実施例装置の平面図及び側面図である。ま
た、第7図は上記第5図におけるマイクロコンピ
ユータ内の演算処理プロセスを示すフローチヤー
トである。
図中の参照番号の説明、1……支持台、2……
点光源、3……2次元撮像装置(例えば、TV用
カメラ)、4……対象物体、5……ボールネジ軸、
6……ボールナツト、7……案内柱、11……遮
光板。
1a and 1b are drawings showing the configuration of a first embodiment of an apparatus embodying the idea of the present invention regarding a three-dimensional image forming method and apparatus, FIG. 1a is a plan view of the apparatus, and FIG. 1b is a FIG. Figures 2a and 2b are drawings for explaining the basic principle of the present invention, and correspond to the above-mentioned figures 1a and 1b, respectively. This clarifies the measurement of the "shadow" of FIG. 3 is a drawing conceptually illustrating bright areas and "shadow" images appearing on the display screen of a TV camera used as a two-dimensional imaging device in the above embodiment of the present invention, together with scanning lines. . FIG. 4 also shows the device of the above embodiment,
3 is a drawing showing an example of a waveform diagram of an output signal from a TV camera. FIG. FIG. 5 is a block diagram showing a control circuit for processing an output signal from a TV camera in the above-mentioned embodiment. FIGS. 6a and 6b are drawings showing the configuration of a second embodiment of the apparatus embodying the idea of the method and apparatus of the present invention, and are a plan view and a side view of the embodiment, respectively. Further, FIG. 7 is a flowchart showing the arithmetic processing process within the microcomputer in FIG. 5 above. Explanation of reference numbers in the figures: 1...Support stand, 2...
point light source, 3... two-dimensional imaging device (for example, TV camera), 4... target object, 5... ball screw shaft,
6...ball nut, 7...guide pillar, 11...shading plate.
Claims (1)
坦な平面を形成する板状遮光体であつて、対象物
体を据える測定位置に対向して垂直に配設された
板状遮光体と、 該板状遮光体の平坦平面を形成する端縁を含む
平面上、該端縁に関し該測定位置の反対側に、該
遮光体の外側から所定の間隔をへだてた位置に配
設され、光を該測定位置に向けて照射する点光源
と、 前記端縁を含む平面に対して一定の角度で交叉
する光軸を有し、該遮光体ならびに該点光源と所
定の関係を有するように位置決めされた2次元撮
像手段と、 該2次元撮像手段と前記遮光体と前記点光源を
固定した支持台と、 該支持台を垂直方向に一定の微小ピツチΔhづ
つ移動できる案内装置と、 前記2次元撮像手段で撮像された「かげ」の形
状を表わす映像から前記対象物体の断面の形状を
計測して該断面の形状に関するデータを求めるデ
ータ処理装置と を備える対象物体の立体形状を計測する装置であ
つて、 当該対象物体を測定位置に据え、 前記案内装置により前記支持台を一定の微小ピ
ツチΔhで順次に一方向に移動させ、移動する度
に、 前記点光源により光を照射して該遮光体の「か
げ」を前記対象物体の表面上に投影して、 前記2次元撮像手段により前記「かげ」の形状
を撮像し、 前記データ処理装置により、前記撮像された映
像から前記の対象物体の一断面の形状を計測して
該断面の形状に関するデータを求める手順を実施
する、 対象物体の立体形状を計測する装置。 2 対象物体の外周を板状遮光体で包囲し、前記
遮光体の端縁を含む水平面上の点光源からの光で
該遮光体ならびに前記対象物体を照射して、前記
対象物体の表面上に前記遮光体の「かげ」を投影
するとともに、前記水平面に対して一定の角度で
交叉する光軸を有する2次元撮像手段により、前
記対象物体表面上の「かげ」の形状を撮像し、こ
の撮像された「かげ」の形状を表わす映像から前
記の対象物体の一断面の形状を計測して該断面の
形状に関するデータを求め、次いで、遮光体と点
光源を一定の微小ピツチΔhで順次に移動させな
がら対象物体における前記の一断面と隣接する断
面に対しても順次に前述と同様の手順による計測
を繰り返して実行し、かくして前記対象物体の各
断面に対する計測により得られた断面形状データ
を用いて、前記遮光体の1回の微小移動ピツチ
Δhと同一の厚み、もしくは、それと所定の関係
を有する厚みの薄板材料から前記対象物体の各断
面に対応した同形の型板をそれぞれ作成し、これ
らの型板を、前述の手順でそれぞれ実行された各
計測の順序にしたがつて順次に積層すること、を
特徴とする前記対象物体と同形の立体像を形成す
る方法。 3 対象物体の外周を包囲する板状遮光体の端縁
を含む水平面上の点光源からの光照射により、前
記対象物体の表面上に前記遮光体の「かげ」を投
影するとともに、前記水平面に対して一定の角度
で交叉する光軸を有する2次元撮像装置により、
前記対象物体表面上の「かげ」の形状を撮像し、
この撮像された「かげ」の形状を表わす映像から
前記の対象物体の一断面の形状を計測して該断面
の形状に関するデータを求め、次いで、遮光体と
点光源を一定の微小ピツチΔhで順次に移動させ
ながら対象物体における前記の一断面と隣接する
断面に対しても順次に上述と同様の手順による計
測を繰り返して実行し、かくして前記対象物体の
各断面に対する計測により得られた断面形状デー
タを用いて、前記の微小移動ピツチΔhと同一の
厚み、もしくは、それと所定の関係を有する厚み
の薄板材料から前記対象物体の各断面に対応した
同形の型板をそれぞれ作成し、これらの型板を、
前述と同様の手順でそれぞれ実行された各計測の
順序にしたがつて順次に積層することによつて、
前記対象物体と同形の立体像を形成する装置であ
つて: 前記板状遮光体は、前記対象物体と前記点光源
との間に少くともその一部が介在するごとく該対
象物体の外周を包囲して垂直に配設され、かつ、
その上方もしくは下方の端縁の少くとも一方は平
坦な平面を形成していること、 前記点光源は、前記遮光体の端縁と同一平面上
にあり、かつ、該遮光体の外側から所定の間隔を
へだててそれと一体的に支持台上に取り付けられ
ていること、 前記2次元撮像装置は、前記点光源からの光照
射により前記対象物体の表面上に生じた前記遮光
体の「かげ」の形状を撮像するために、該遮光体
ならびに該点光源と所定の関係を有するように位
置決めして前記支持台上に取り付けてあること、 前記2次元撮像装置により撮像された「かげ」
の形状を計測し、該計測によつて得られた断面形
状データを処理する処理装置を有すること、 前記点光源および遮光体が一体的に取り付けら
れている前記支持台を、垂直方向に前記の一定の
微小ピツチΔhづつ移動させるための案内装置を
備えていること、 を特徴とする対象物体と同形の立体像を形成する
装置。[Scope of Claims] 1. A plate-shaped light-shielding body having at least one of its upper edge and lower edge forming a flat plane, the plate-shaped light-shielding body being disposed vertically opposite to a measurement position where a target object is placed. and disposed on a plane including an edge forming a flat plane of the plate-shaped light shield, on the opposite side of the edge to the measurement position, at a position spaced apart from the outside of the light shield by a predetermined distance, a point light source that emits light toward the measurement position; and an optical axis that intersects at a constant angle with respect to a plane including the edge, and has a predetermined relationship with the light shield and the point light source. a positioned two-dimensional imaging means; a support stand to which the two-dimensional imaging means, the light shielding body, and the point light source are fixed; a guide device that can move the support stand by a constant minute pitch Δh in the vertical direction; A device for measuring the three-dimensional shape of a target object, comprising: a data processing device that measures the shape of a cross section of the target object from an image representing the shape of a "shadow" captured by a dimensional imaging means and obtains data regarding the shape of the cross section. The target object is placed at a measurement position, and the guide device sequentially moves the support stand in one direction at a certain minute pitch Δh, and each time it moves, the point light source irradiates the support stand to measure the target object. Projecting the "shadow" of the light shield onto the surface of the target object, capturing an image of the shape of the "shadow" by the two-dimensional imaging means, and determining the target object from the captured image by the data processing device. A device for measuring the three-dimensional shape of a target object, which measures the shape of one cross section of a target object and obtains data regarding the shape of the cross section. 2. Surrounding the outer periphery of the target object with a plate-shaped light shielding body, and irradiating the light shielding body and the target object with light from a point light source on a horizontal plane including the edge of the light shielding body, so as to illuminate the surface of the target object. Projecting the "shadow" of the light shielding body, and imaging the shape of the "shadow" on the surface of the target object using a two-dimensional imaging means having an optical axis intersecting at a certain angle with respect to the horizontal plane; The shape of one cross section of the target object is measured from the image showing the shape of the "shade" created, data regarding the shape of the cross section is obtained, and then the light shield and the point light source are sequentially moved at a constant minute pitch Δh. The same procedure as described above is sequentially repeated for the cross-sections of the target object adjacent to the above-mentioned one cross-section while Then, templates of the same shape corresponding to each cross section of the target object are created from a thin plate material having the same thickness as the one-time micro-movement pitch Δh of the light shielding body, or a thickness having a predetermined relationship therewith. A method for forming a three-dimensional image having the same shape as the target object, comprising sequentially stacking templates according to the order of each measurement performed in the above-described procedure. 3. Projecting the "shadow" of the light shield onto the surface of the target object by irradiating light from a point light source on a horizontal plane including the edge of the plate-shaped light shield surrounding the outer periphery of the target object, and With a two-dimensional imaging device that has optical axes that intersect at a certain angle,
imaging the shape of a “shadow” on the surface of the target object;
The shape of one cross section of the target object is measured from the captured image representing the shape of the "shade" to obtain data regarding the shape of the cross section, and then the light shield and the point light source are sequentially moved at a constant minute pitch Δh. While moving the target object, the same procedure as described above is repeated for the cross section adjacent to the one cross section of the target object, and the cross-sectional shape data obtained by the measurement for each cross section of the target object is thus obtained. Using the above, templates of the same shape corresponding to each cross section of the target object are created from a thin plate material having the same thickness as the minute movement pitch Δh or a thickness having a predetermined relationship therewith, and these templates are of,
By sequentially stacking the layers according to the order of each measurement performed in the same procedure as described above,
The device forms a three-dimensional image having the same shape as the target object, wherein the plate-like light shield surrounds the outer periphery of the target object such that at least a part of it is interposed between the target object and the point light source. arranged vertically, and
At least one of its upper or lower edges forms a flat plane; The two-dimensional imaging device is mounted on a support stand integrally with the object at a distance, and the two-dimensional imaging device detects the shadow of the light shielding body generated on the surface of the target object by light irradiation from the point light source. In order to image the shape, it is positioned and mounted on the support base so as to have a predetermined relationship with the light shield and the point light source, and the "shadow" imaged by the two-dimensional imaging device
and a processing device that measures the shape of the cross-sectional shape and processes the cross-sectional shape data obtained by the measurement; A device for forming a three-dimensional image having the same shape as a target object, characterized in that the device is equipped with a guide device for moving the object by a constant minute pitch Δh.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2088584A JPS60165505A (en) | 1984-02-09 | 1984-02-09 | Method and device for forming body in the same shape with objective body |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2088584A JPS60165505A (en) | 1984-02-09 | 1984-02-09 | Method and device for forming body in the same shape with objective body |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60165505A JPS60165505A (en) | 1985-08-28 |
| JPH0352804B2 true JPH0352804B2 (en) | 1991-08-13 |
Family
ID=12039654
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2088584A Granted JPS60165505A (en) | 1984-02-09 | 1984-02-09 | Method and device for forming body in the same shape with objective body |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60165505A (en) |
-
1984
- 1984-02-09 JP JP2088584A patent/JPS60165505A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60165505A (en) | 1985-08-28 |
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