JPH04357406A - 三次元形状測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、スリット光を用いて
被測定物の外面形状を非接触で測定する三次元形状測定
方法の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６の（ａ）は従来の方法による測定要
領を例示した図である。すなわち、被測定物Ａにスリッ
ト光源Ｂからスリット光を照射して被測定物Ａの外周面
に光切断線Ｃを生じさせ、被測定物Ａを光源Ｂに対して
相対的に回転させながら光源Ｂに対して一定の位置関係
にあるカメラＤで上記光切断線Ｃを撮影し、得られたデ
ータを三角測量法で処理して被測定物Ａの外面形状を算
出するのである。

【０００３】この場合、スリット光は被測定物Ａの回転
軸Ｏと一致する方向に照射されるのであるが、（ｂ）図
に例示したように中心Ｏを通る半径方向の面を越えた凹
凸があると、その凹部Ａ´の部分は光源からは死角とな
り、スリット光Ｅが当たらないため測定不可能となる。 なお、（ａ）図のように別のカメラＤ´をスリット光源
Ｂの反対側に配置することにより、カメラからの死角に
なって撮影できない部分の発生を減らすことはできるが
、これはスリット光Ｅが当たって光切断線Ｃが生ずるこ
とが前提であり、光切断線Ｃが生じない場合の解決には
ならない。また、細長い形状の被測定物の場合には中心
から遠い部分の移動量が大きくなるため、測定ピッチが
粗くなって測定精度が低下するという問題点もある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この発明はこの点に着
目し、測定不可能な部分を極力少なくし、また測定精度
を容易に維持向上できるようにすることを課題としてな
されたものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を達成するた
めに、第１の発明では、被測定物の片側に少なくとも２
個のスリット光照射手段を互いに離れて配置し、同一平
面上に重なるようにスリット光を射出して被測定物の外
周面に光切断線を生じさせ、被測定物を一定の姿勢に保
持して上記スリット光照射手段と被測定物とをスリット
光の面に垂直な方向に相対的に直線移動させながら、上
記スリット光照射手段に対して一定の位置関係にある複
数個の撮像手段で上記光切断線を逐次撮影すると共に、
被測定物を回転させた複数の姿勢について上記の手順を
繰り返すことにより、被測定物の表面全体の形状を測定
するようにしている。

【０００６】また第２の発明では、被測定物の周囲に３
個以上のスリット光照射手段を互いに離れて配置し、同
一平面上に重なるようにスリット光を射出して被測定物
の外周面に光切断線を生じさせ、被測定物の姿勢を一定
に保持した状態で上記スリット光照射手段と被測定物と
をスリット光の面に垂直な方向に相対的に直線移動させ
ながら、上記スリット光照射手段に対して一定の位置関
係を保って被測定物の周囲に配置された複数個の撮像手
段で上記光切断線を逐次撮影することにより、被測定物
の表面全体の形状を測定するようにしている。

【０００７】

【作用】第１の発明では、被測定物を回転させながらで
はなく、直線移動させながら移動方向に対して垂直にス
リット光を照射して測定するため、従来は死角となって
いた部分にも図６の（ｂ）に示したようにスリット光Ｅ
´が当たるようになり、極端なオーバーハング部を除い
て測定不可能な部分が減少する。また、被測定物を回転
させて姿勢を変えることにより前回スリット光が当たら
なかった部分にもスリット光を当てることができ、複数
の姿勢について測定を繰り返すことで被測定物の全表面
の形状が測定される。

【０００８】また第２の発明では、被測定物をスリット
光の面で輪切りにしたような状態となって外周面に被測
定物を囲む光切断線が生じ、これを直線移動させながら
撮像することにより被測定物の全表面の形状が測定され
る。

【０００９】

【実施例】以下、図示の実施例について説明する。図１
及び図２は第１の発明を実施した一実施例の概略図であ
る。図において、１は被測定物、２ａ及び２ｂはスリッ
ト光照射手段である光源、３ａ，３ａ´及び３ｂ，３ｂ
´は撮像手段であるカメラ、４は基台、５はこの基台４
に設けられたＸ軸移動テーブル、６はＸ軸移動テーブル
５に設けられたＹ軸移動テーブル、７はＹ軸移動テーブ
ル６に設けられた被測定物保持部である。

【００１０】Ｘ軸移動テーブル５はモータ５ａによって
基台４上をＸ軸方向（図１の左右方向）に移動可能とな
っており、Ｙ軸移動テーブル６はモータ６ａによってＸ
軸移動テーブル５に対してＹ軸方向（図１の奥行き方向
）に移動可能となっている。また被測定物保持部７には
モータが内蔵されており、その出力軸７ａに被測定物１
が取り付けられ、出力軸７ａを回転させて被測定物１の
姿勢を変化できるようになっている。

【００１１】また光源２ａ，２ｂは例えばレーザ光源で
あって、Ｙ軸方向に適当な間隔を隔てて被測定物１の上
部に配置され、１点鎖線で示すスリット光８ａ及び８ｂ
が同一平面上に重なり、且つ面方向に傾かないように被
測定物１に向けて射出されるようになっており、カメラ
３ａ，３ａ´は光源２ａに対して一定の位置関係を保っ
てスリット光８ａの両側に、カメラ３ｂ，３ｂ´は光源
２ｂに対して一定の位置関係を保ってスリット光８ｂの
両側にそれぞれ配置されている。なお、光源２ａ，２ｂ
やカメラ３ａ，３ａ´，３ｂ，３ｂ´の構成及び光源２
ａに対するカメラ３ａ，３ａ´の配置、及び光源２ｂに
対するカメラ３ｂ，３ｂ´の配置は、従来から知られて
いるこの種の測定装置におけるものと基本的には同一で
あり、各カメラには例えばＣＣＤカメラが使用され、実
線で示すように被測定物１に生ずる光切断線９の全部が
視野に含まれるようにしてある。

【００１２】この実施例は上述のように構成されており
、測定は次のように行われる。まず、被測定物１をある
一定の姿勢に保持し、各光源２ａ，２ｂからスリット光
８ａ，８ｂを射出して光源２ａ，２ｂに面している被測
定物１の上面外周に光切断線９を生じさせる。そして、
被測定物１上を光切断線９が端から端まで移動するよう
にＸ軸移動テーブル５をＸ軸方向に移動させながら、各
カメラ３ａ，３ａ´，３ｂ，３ｂ´で光切断線９を逐次
撮影し、得られたデータを図示しない制御装置の記憶部
に記憶して被測定物１の上面の形状の測定を終了する。

【００１３】次いで、被測定物保持部７のモータを駆動
して被測定物１を例えば９０°回転させ、新たに光源２
ａ，２ｂに面する状態となった被測定物１の外面の形状
を上述と同様に測定し、その結果を記憶する。このよう
に、被測定物１を９０°ずつ回転させ、被測定物１の姿
勢を変えながら上記の手順を４回繰り返すことによって
、被測定物１の表面の全体の形状の測定を終える。具体
的な被測定物１の外面形状は、上記の測定で得られたデ
ータをＸ−Ｙ座標ごとのＺ軸座標の値に変換することに
よって算出される。このデータ処理は例えばコンピュー
タを利用して周知の手順に準じて行うことができ、上述
のように生のデータを一旦記憶させないで、リアルタイ
ムで逐次処理してその結果を記憶するようにしてもよい
。

【００１４】このように、被測定物１を直線移動させな
がら移動方向に対して垂直にスリット光８ａ，８ｂを照
射して一方向から測定するため、スリット光８ａ，８ｂ
が当たらない死角部分が少なくなり、また中心から遠い
部分の測定ピッチが粗くなることもなく、精度のよい測
定ができるのである。またカメラ系を回転させる場合に
は振動によるカメラ振れのために撮影された画像の振れ
が拡大されやすく、得られたデータの誤差が大きくなる
傾向が避けられないが、この実施例では被測定物１を移
動させているのでカメラ振れがなく、この点からも測定
精度の向上が可能となる。

【００１５】なお、上記では被測定物１を９０°ずつ回
転させて測定しているが、この回転角度は複数の各姿勢
ごとに撮影して最終的に全周をカバーできるように被測
定物１の形状に応じて適宜選定すればよく、上述の９０
°は回転角度の一例を示したものである。また、この実
施例ではＹ軸方向を軸として被測定物１を回転させてい
るが、この回転の軸はＹ軸方向に限られるものではなく
、原理的には例えばＸ軸方向を軸として回転させてもよ
い。

【００１６】図３は上記の実施例においてＹ軸方向の移
動も行って測定精度を高めた例である。すなわち、上述
の実施例では被測定物１に生ずる光切断線９の全部が各
カメラの視野に含まれるようにしているが、一般に視野
を広くするとカメラの分解能は低下する。そこで、図３
のように各カメラ３ａ，３ａ´，３ｂ，３ｂ´のＹ軸方
向の視野を狭くして光切断線９の一部のみが視野内に入
るようにし、各姿勢での測定をＹ軸移動テーブル６を少
しずつ移動させながら数回に分けて行うことにより、光
切断線９の全部についての測定を行うのである。これに
よってＹ軸方向の分解能が向上するので、測定精度を高
めることが可能となる。

【００１７】次に、図４及び図５により第２の発明の一
実施例について説明する。この発明は例えば人体のよう
に被測定物が縦に細長く、しかも完全な固定が困難な場
合の測定方法として適している。図において、１１は被
測定物、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄはスリット光
の光源、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄはカメラ、１
４は基台、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄは基台１４
の周囲に立設された支柱、１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１
６ｄは各支柱に上下方向に移動できるように支持された
測定ユニット保持部である。

【００１８】各光源１２ａ〜１２ｄと各カメラ１３ａ〜
１３ｄは各測定ユニット保持部１６ａ〜１６ｄにそれぞ
れ取り付けられ、測定ユニット保持部１６ａ〜１６ｄは
図示しない駆動機構によりそれぞれの支柱に沿って上下
方向（Ｚ軸方向）に同時に移動するようになっている。 各光源１２ａ〜１２ｄはそのスリット光１８ａ〜１８ｄ
が同一平面上に重なって水平に向けて射出されるように
なっており、カメラ１３ａ〜１３ｄは光源１２ａ〜１２
ｄに対して一定の位置関係を保って上方にそれぞれ配置
されている。

【００１９】この実施例は上述のように構成されており
、測定は次のように行われる。まず、被測定物１１、例
えば人が中央の基台１４に立った状態で各光源１２ａ〜
１２ｄからスリット光１８ａ〜１８ｄを射出して被測定
物１１の外周全体に光切断線１９を生じさせる。そして
、測定ユニット保持部１６ａ〜１６ｄを被測定物１１の
下端から上端まで同時に移動させながら、各カメラ１３
ａ〜１３ｄで光切断線１９を逐次撮影する。これで各Ｚ
軸座標における被測定物１１の表面形状のデータが得ら
れるので、これをＺ軸座標ごとにＸ−Ｙ座標の値に変換
する処理を図示しない制御装置で行い、具体的な被測定
物１１の外面形状を算出するのである。なお、この変換
処理は得られた生のデータを一旦記憶してから行っても
よく、またリアルタイムで逐次行ってもよい。

【００２０】このように、被測定物１１の全周を同時に
測定しているので、被測定物が縦に細長く、しかも完全
な固定が困難な場合や、第１の発明のように被測定物を
回転させるということができない場合の測定、例えば人
体などの測定を容易に行うことができるのである。なお
、この実施例では被測定物１１の周囲に４個の光源を９
０°ずつの間隔で配置しているが、光源の個数と間隔は
被測定物１１の全周をカバーできるようにその形状に応
じて適宜選定すればよく、被測定物１１が比較的凹凸の
少ない形状の場合には最低３個の光源で全周をカバーで
きる。

【００２１】また、実施例では４個の光源１２ａ〜１２
ｄに対応してその上方に４台のカメラ１３ａ〜１３ｄを
配置しているが、破線のように各光源に対応して下方に
も４台のカメラ１３ａ´〜１３ｄ´（但し１３ｄ´は図
示されていない）を配置し、スリット光の面の両側から
光切断線１９を撮影するようにすれば、凹凸に伴う死角
を少なくして測定精度を向上することが可能となる。更
に、これらのカメラの台数を増して１台当たりの水平方
向の視野を狭くすることにより、分解能を向上して測定
精度を高めることもできる。

【００２２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、第１の
発明は、直線移動させながら移動方向に対して垂直にス
リット光を照射して一方向から測定するという手順を、
被測定物を回転させた複数の姿勢についてそれぞれ繰り
返すことにより、被測定物の全表面の形状を測定するよ
うにしたものである。従って、被測定物を回転させなが
らその回転軸に向けてスリット光を照射していた従来例
と比べて、スリット光が当たらない死角部分が少なくな
り、また中心から遠い部分の測定ピッチが粗くなること
もないので、測定精度の向上が容易となるのである。

【００２３】また第２の発明は、被測定物の全周からス
リット光を照射し、光源を直線移動させながら被測定物
の外周面に生じた光切断線を全周から撮像することによ
り、被測定物の全表面の形状を測定するようにしたもの
である。従って、被測定物が縦に細長く、しかも完全な
固定が困難な場合や、被測定物を回転させることができ
ない場合などの測定を容易にしかも効率よく行うことが
できるのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明を実施した一実施例の概略斜視図で
ある。

【図２】同実施例の概略側面図である。

【図３】同実施例の変形例の説明図である。

【図４】第２の発明を実施した一実施例の概略平面図で
ある。

【図５】同実施例の概略側面図である。

【図６】従来の測定方法の説明図である。

【符号の説明】

１，１１　　被測定物 ２ａ，２ｂ，１２ａ〜１２ｄ　　光源 ３ａ，３ａ´，３ｂ，３ｂ´，１３ａ〜１３ｄ，１３ａ
´〜１３ｄ´　　カメラ ５　　Ｘ軸移動テーブル ７　　被測定物保持部 ８ａ，８ｂ，１８ａ〜１８ｄ　　スリット光９，１９　
　光切断線 １４　　基台

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　被測定物の片側に少なくとも２個のス
   リット光照射手段を互いに離れて配置し、同一平面上に
   重なるようにスリット光を射出して被測定物の外周面に
   光切断線を生じさせ、被測定物を一定の姿勢に保持して
   上記スリット光照射手段と被測定物とをスリット光の面
   に垂直な方向に相対的に直線移動させながら、上記スリ
   ット光照射手段に対して一定の位置関係にある複数個の
   撮像手段で上記光切断線を逐次撮影すると共に、被測定
   物を回転させた複数の姿勢について上記の手順を繰り返
   すことにより、被測定物の表面全体の形状を測定するこ
   とを特徴とする三次元形状測定方法。
2. 【請求項２】　　被測定物の周囲に３個以上のスリット
   光照射手段を互いに離れて配置し、同一平面上に重なる
   ようにスリット光を射出して被測定物の外周面に光切断
   線を生じさせ、被測定物の姿勢を一定に保持した状態で
   上記スリット光照射手段と被測定物とをスリット光の面
   に垂直な方向に相対的に直線移動させながら、上記スリ
   ット光照射手段に対して一定の位置関係を保って被測定
   物の周囲に配置された複数個の撮像手段で上記光切断線
   を逐次撮影することにより、被測定物の表面全体の形状
   を測定することを特徴とする三次元形状測定方法。