JPH05215528A - 三次元形状測定装置 - Google Patents
三次元形状測定装置Info
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- JPH05215528A JPH05215528A JP4060879A JP6087992A JPH05215528A JP H05215528 A JPH05215528 A JP H05215528A JP 4060879 A JP4060879 A JP 4060879A JP 6087992 A JP6087992 A JP 6087992A JP H05215528 A JPH05215528 A JP H05215528A
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- Japan
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- dimensional shape
- measurement
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 三次元形状測定における測定面の傾斜等によ
る影響を少なくし、測定誤差を少なく精密測定ができる
ようにする。 【構成】 半導体レーザー１のレーザービームを照射レ
ンズ２で集光照射する照射系と、反射光を受光レンズ４
を通して検出する光位置検出器３とから成る受光系を所
定の角度を有する２軸上に設け、測定点をＮＣ制御装置
１２で走査しながら三次元形状測定するものに於て、前
記光位置検出器３に光スポット形状を測定できる検出器
を設け、該光位置検出器３データとして取り入れＮＣ制
御装置１２からの走査位置情報により三次元形状信号を
演算処理する演算処理装置１３を設ける。
る影響を少なくし、測定誤差を少なく精密測定ができる
ようにする。 【構成】 半導体レーザー１のレーザービームを照射レ
ンズ２で集光照射する照射系と、反射光を受光レンズ４
を通して検出する光位置検出器３とから成る受光系を所
定の角度を有する２軸上に設け、測定点をＮＣ制御装置
１２で走査しながら三次元形状測定するものに於て、前
記光位置検出器３に光スポット形状を測定できる検出器
を設け、該光位置検出器３データとして取り入れＮＣ制
御装置１２からの走査位置情報により三次元形状信号を
演算処理する演算処理装置１３を設ける。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は三次元形状測定装置に関
する。
する。
【０００２】
【従来の技術】従来、光学式非接触方式で三次元形状の
測定を行うのに、三角測量法の原理により反射光のスポ
ット位置をＰＳＤ等で検出して変位を測定するものが知
られている。これは図３に示す如く、測定面Ｓ１に変位
するとＰＳＤの検出位置が変位する。ＰＳＤの検出位置
は、前をＸ１、後をＸ２とする。又、ＰＳＤの長さを
Ｌ、検出位置ＸとＩｂ出力端との距離をＸとすると、Ｉ
ａとＩｂの比は Ｉａ／Ｉｂ＝Ｘ／Ｌ−Ｘ…………（１） 一方、照射レンズと受光レンズ間の距離をＢ、受光レン
ズとＰＳＤ間の距離をＦ、測定面までの距離をＲとする
と Ｒ＝ＢＦ／Ｘ …………（２） となり、（１）式と（２）式より、Ｒ＝（１＋Ｉｂ／Ｉ
ａ）ＢＦ／Ｌとなり、割算器により電流比Ｉａ／Ｉｂを
求めると距離Ｒが分かる。当然のことながら、Ｓ１→Ｓ
２に変化するとＸ１→Ｘ２に変化し、Ｉａ／Ｉｂが減少
するからＲが増加することが検出される。しかしなが
ら、このようなアナログ電流を二つの電極から検出する
ＰＳＤセンサによると、図４に示すように、測定面が傾
斜面Ｓ３であると、他の面Ｓ４に二次反射した光が同時
にＰＳＤの２位置Ｘ３，Ｘ４に入力するようになる。即
ち、ＰＳＤの両位置Ｘ３，Ｘ４で反射光が検出され、こ
のときのセンサ上の検出位置はＸ３とＸ４の中間位置に
あるように検出処理されるようになり、真の位置Ｘ３か
らずれた位置検出処理が行われてしまい、測定誤差を生
ずることになる。
測定を行うのに、三角測量法の原理により反射光のスポ
ット位置をＰＳＤ等で検出して変位を測定するものが知
られている。これは図３に示す如く、測定面Ｓ１に変位
するとＰＳＤの検出位置が変位する。ＰＳＤの検出位置
は、前をＸ１、後をＸ２とする。又、ＰＳＤの長さを
Ｌ、検出位置ＸとＩｂ出力端との距離をＸとすると、Ｉ
ａとＩｂの比は Ｉａ／Ｉｂ＝Ｘ／Ｌ−Ｘ…………（１） 一方、照射レンズと受光レンズ間の距離をＢ、受光レン
ズとＰＳＤ間の距離をＦ、測定面までの距離をＲとする
と Ｒ＝ＢＦ／Ｘ …………（２） となり、（１）式と（２）式より、Ｒ＝（１＋Ｉｂ／Ｉ
ａ）ＢＦ／Ｌとなり、割算器により電流比Ｉａ／Ｉｂを
求めると距離Ｒが分かる。当然のことながら、Ｓ１→Ｓ
２に変化するとＸ１→Ｘ２に変化し、Ｉａ／Ｉｂが減少
するからＲが増加することが検出される。しかしなが
ら、このようなアナログ電流を二つの電極から検出する
ＰＳＤセンサによると、図４に示すように、測定面が傾
斜面Ｓ３であると、他の面Ｓ４に二次反射した光が同時
にＰＳＤの２位置Ｘ３，Ｘ４に入力するようになる。即
ち、ＰＳＤの両位置Ｘ３，Ｘ４で反射光が検出され、こ
のときのセンサ上の検出位置はＸ３とＸ４の中間位置に
あるように検出処理されるようになり、真の位置Ｘ３か
らずれた位置検出処理が行われてしまい、測定誤差を生
ずることになる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前記の形状測
定における測定面の傾斜等による影響を少なくし、測定
誤差を少なくした精密測定ができるようにすることを目
的とするものである。
定における測定面の傾斜等による影響を少なくし、測定
誤差を少なくした精密測定ができるようにすることを目
的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、三角測量によ
る反射光を検出する光位置検出器の検出する光スポット
形状を弁別すると共に、その弁別した光スポット位置を
データとして、三次元形状信号を演算処理する演算処理
装置を設けて成ることを特徴とする。
る反射光を検出する光位置検出器の検出する光スポット
形状を弁別すると共に、その弁別した光スポット位置を
データとして、三次元形状信号を演算処理する演算処理
装置を設けて成ることを特徴とする。
【０００５】
【作用】本発明は前記のように、三角測量による反射光
を検出する光位置検出器の検出信号の内のスポット形状
が所定範囲のものを弁別して、その弁別した光スポット
位置をデータとして三次元形状信号を演算処理する演算
処理装置を設けて成ることを特徴とするものであるか
ら、測定面の光照射点以外から二次元反射してくる反射
光が多く光スポット形状、即ち形状が変形したり、径が
大きくなるようなときは検出データから除外して処理
し、所定範囲の弁昨された光スポットの位置をデータと
して、三次元形状信号を演算処理するようにしたので、
誤差を少なく検出することができ、精密測定することが
できる。
を検出する光位置検出器の検出信号の内のスポット形状
が所定範囲のものを弁別して、その弁別した光スポット
位置をデータとして三次元形状信号を演算処理する演算
処理装置を設けて成ることを特徴とするものであるか
ら、測定面の光照射点以外から二次元反射してくる反射
光が多く光スポット形状、即ち形状が変形したり、径が
大きくなるようなときは検出データから除外して処理
し、所定範囲の弁昨された光スポットの位置をデータと
して、三次元形状信号を演算処理するようにしたので、
誤差を少なく検出することができ、精密測定することが
できる。
【０００６】
【実施例】以下、図面の一実施例により本発明を説明す
る。図１において、１はレーザー発振する半導体レーザ
ー、２はレーザービームの照射レンズで、これらにより
照射系を構成する。３は反射光のスポット形状を測定で
きる光位置検出器で、例えばＣＣＤが用いられる。４は
その受光レンズ、５はフィルタで、これらにより受光系
が構成され、照射系と受光系は所定の角度を有する２軸
光軸上に設けられ、全体が測定ヘッド６に収納される。
７は非接触で形状測定する被測定物でＸ，Ｙ送りテーブ
ル８に固定される。９，１０，１１は各々、Ｘ軸、Ｙ
軸、Ｚ軸の駆動モータ、１２は各軸モータを自動制御す
るＮＣ制御装置、１３は演算処理装置で、ＣＣＤの検出
データとＮＣ制御装置１２の位置情報により、三次元形
状信号を演算する。１４は演算出力を記録するプリンタ
である。
る。図１において、１はレーザー発振する半導体レーザ
ー、２はレーザービームの照射レンズで、これらにより
照射系を構成する。３は反射光のスポット形状を測定で
きる光位置検出器で、例えばＣＣＤが用いられる。４は
その受光レンズ、５はフィルタで、これらにより受光系
が構成され、照射系と受光系は所定の角度を有する２軸
光軸上に設けられ、全体が測定ヘッド６に収納される。
７は非接触で形状測定する被測定物でＸ，Ｙ送りテーブ
ル８に固定される。９，１０，１１は各々、Ｘ軸、Ｙ
軸、Ｚ軸の駆動モータ、１２は各軸モータを自動制御す
るＮＣ制御装置、１３は演算処理装置で、ＣＣＤの検出
データとＮＣ制御装置１２の位置情報により、三次元形
状信号を演算する。１４は演算出力を記録するプリンタ
である。
【０００７】以上において、ＣＣＤ３は多数の画素を一
定のピッチで縦横二次元に配列した光センサで、画素番
号により光の入力位置を判断することができる。半導体
レーザー１によって発振するレーザービームは照射レン
ズ２によって絞られ、被測定物７の１点に集光する。こ
の光照射により被測定物７で反射した光のうち照射軸と
異なる所要の角度に設けた受光軸方向の反射光は、レン
ズ４で集束されてＣＣＤ３に光スポットを入射する。Ｃ
ＣＤ３は前記のように二次元の面で検出することがで
き、光スポットの形状を検出することができる。
定のピッチで縦横二次元に配列した光センサで、画素番
号により光の入力位置を判断することができる。半導体
レーザー１によって発振するレーザービームは照射レン
ズ２によって絞られ、被測定物７の１点に集光する。こ
の光照射により被測定物７で反射した光のうち照射軸と
異なる所要の角度に設けた受光軸方向の反射光は、レン
ズ４で集束されてＣＣＤ３に光スポットを入射する。Ｃ
ＣＤ３は前記のように二次元の面で検出することがで
き、光スポットの形状を検出することができる。
【０００８】例えば図２に示すように、被測定面が傾斜
している場合、その傾斜面で反射した光は他の面に当っ
て反射を繰返し、その二次、三次反射した光が受光レン
ズ４で捕らえられるから、ＣＣＤ検出面に入射する光ス
ポット径はａ＜ｂ＜ｃのように増大する。この場合、垂
直面から反射する光スポット形状は、ほぼ同形である
が、二次反射した光は長楕円形になり、スポット径が増
大する。そこで、演算処理装置１３には検出するスポッ
ト形状の弁別基準値が入力してあり、例えばスポット径
がａ以下のもののみを弁別するようにしておけば、ｂ及
びｃはデータから除外するので、傾斜面からの反射光を
除外してデータ処理することができる。このように検出
信号の弁別処理によって被測定面にほぼ垂直に光照射さ
れたときの検出データのみによって三次元形状信号が演
算されるから、極めて高精度の形状測定をすることがで
きる。
している場合、その傾斜面で反射した光は他の面に当っ
て反射を繰返し、その二次、三次反射した光が受光レン
ズ４で捕らえられるから、ＣＣＤ検出面に入射する光ス
ポット径はａ＜ｂ＜ｃのように増大する。この場合、垂
直面から反射する光スポット形状は、ほぼ同形である
が、二次反射した光は長楕円形になり、スポット径が増
大する。そこで、演算処理装置１３には検出するスポッ
ト形状の弁別基準値が入力してあり、例えばスポット径
がａ以下のもののみを弁別するようにしておけば、ｂ及
びｃはデータから除外するので、傾斜面からの反射光を
除外してデータ処理することができる。このように検出
信号の弁別処理によって被測定面にほぼ垂直に光照射さ
れたときの検出データのみによって三次元形状信号が演
算されるから、極めて高精度の形状測定をすることがで
きる。
【０００９】そして、ＣＣＤ３で検出された信号は光ス
ポット形状の弁別が行われると共に、弁別によってＯＫ
された信号はＣＣＤ３上の光スポット位置がデータとし
て読み込まれ、演算処理装置１３によるデータ処理が行
われる。演算処理装置１３は、ＣＣＤ３の検出信号をＡ
−Ｄ変換したデジタル信号をＣＰＵでリニア補正や平均
処理などを行い、この処理されたデータをメモリすると
共に前記ＮＣ制御装置１２からの測定点のＸ，Ｙ平面上
の位置情報とともに三次元形状信号を演算処理する。こ
の演算出力はプリンタ１４によってプリントアウトされ
る。
ポット形状の弁別が行われると共に、弁別によってＯＫ
された信号はＣＣＤ３上の光スポット位置がデータとし
て読み込まれ、演算処理装置１３によるデータ処理が行
われる。演算処理装置１３は、ＣＣＤ３の検出信号をＡ
−Ｄ変換したデジタル信号をＣＰＵでリニア補正や平均
処理などを行い、この処理されたデータをメモリすると
共に前記ＮＣ制御装置１２からの測定点のＸ，Ｙ平面上
の位置情報とともに三次元形状信号を演算処理する。こ
の演算出力はプリンタ１４によってプリントアウトされ
る。
【００１０】このようにレーザービームによる位置測定
は、測定点に対してほぼ垂直にレーザー照射が行われた
ときの検出信号のみが演算処理装置１３によってデータ
処理されるので、傾斜面に鋭角をもってレーザー照射し
位置測定することによる二次、三次反射等の乱反射によ
る測定誤差を少なくして極めて高精度な測定が行えるよ
うになる。測定点は、Ｘ軸モータ９、Ｙ軸モータ１０の
駆動により被測定物７の測定点を順次移動走査しながら
測定を繰返し、被測定物７の測定点のＺ軸方向深さが変
化するとＣＣＤ３面上の光スポット位置が変化すること
によって三角測量法の原理によりＺ軸位置が検出され、
これとＸ軸及びＹ軸平面の走査位置との開連で三次元形
状信号が演算出力できるものである。又、被測定物７の
測定点の移動走査を行いながら前記測定走査を繰返し、
反射スポット形状の弁別により、それが一定の範囲内に
あるとき、即ち、測定面にほぼ垂直に光照射してその反
射波が検出されたときを有効としてデータ処理し、この
測定制御を被測定物７の全面に亘って行い、有効データ
の演算処理によって三次元形状を精密に測定することが
できる。
は、測定点に対してほぼ垂直にレーザー照射が行われた
ときの検出信号のみが演算処理装置１３によってデータ
処理されるので、傾斜面に鋭角をもってレーザー照射し
位置測定することによる二次、三次反射等の乱反射によ
る測定誤差を少なくして極めて高精度な測定が行えるよ
うになる。測定点は、Ｘ軸モータ９、Ｙ軸モータ１０の
駆動により被測定物７の測定点を順次移動走査しながら
測定を繰返し、被測定物７の測定点のＺ軸方向深さが変
化するとＣＣＤ３面上の光スポット位置が変化すること
によって三角測量法の原理によりＺ軸位置が検出され、
これとＸ軸及びＹ軸平面の走査位置との開連で三次元形
状信号が演算出力できるものである。又、被測定物７の
測定点の移動走査を行いながら前記測定走査を繰返し、
反射スポット形状の弁別により、それが一定の範囲内に
あるとき、即ち、測定面にほぼ垂直に光照射してその反
射波が検出されたときを有効としてデータ処理し、この
測定制御を被測定物７の全面に亘って行い、有効データ
の演算処理によって三次元形状を精密に測定することが
できる。
【００１１】尚、ＣＣＤ３の光スポット形状の弁別基準
は、高精度を要する場合はこの値を小さく設定し、逆の
場合は大きく設定すればよく、弁別して除外された傾斜
面、壁面、エッジ等の部分は、一通りの走査測定後に光
照射軸方向を変えながら再度精密測定するようにすれば
全面を高精度に測定することができる。又、フィルタ５
は一定強度以上の光を通過させ、ＣＣＤ３に検出させる
もので、散乱光による光スポットの外周縁をカットし
て、所定の強度範囲の光のみを検出しデータ処理するこ
とによって測定精度を向上させることができる。フィル
タにはＬＣ膜を用いて制御し、スポット径を制御するこ
とができる。又、スポット制御には絞り機構を利用する
ことができ、絞り制御しながら検出することによって測
定精度を高めることができる。又、反射光を検出する光
位置検出器にはＣＣＤの二次元形状の面を検出するもの
以外に、ＰＳＤのようなライン上で検出する検出器を用
いることもでき、ライン上のスポットの長さを弁別する
ことによりデータの選択をすることができる。
は、高精度を要する場合はこの値を小さく設定し、逆の
場合は大きく設定すればよく、弁別して除外された傾斜
面、壁面、エッジ等の部分は、一通りの走査測定後に光
照射軸方向を変えながら再度精密測定するようにすれば
全面を高精度に測定することができる。又、フィルタ５
は一定強度以上の光を通過させ、ＣＣＤ３に検出させる
もので、散乱光による光スポットの外周縁をカットし
て、所定の強度範囲の光のみを検出しデータ処理するこ
とによって測定精度を向上させることができる。フィル
タにはＬＣ膜を用いて制御し、スポット径を制御するこ
とができる。又、スポット制御には絞り機構を利用する
ことができ、絞り制御しながら検出することによって測
定精度を高めることができる。又、反射光を検出する光
位置検出器にはＣＣＤの二次元形状の面を検出するもの
以外に、ＰＳＤのようなライン上で検出する検出器を用
いることもでき、ライン上のスポットの長さを弁別する
ことによりデータの選択をすることができる。
【００１０】
【発明の効果】以上のように本発明は、三角測量による
反射光を検出する光位置検出器を設け、該光位置検出器
の検出する光スポット形状を弁別すると共に、その弁別
した光スポット位置をデータとして三次元形状信号を演
算処理する演算処理装置を設けて成るものであるから、
光位置検出器の検出する検出信号の内のスポット形状が
所定範囲のもの以外を除去することができ、即ち、測定
面の光照射点以外から二次、三次反射してくる反射光に
より光スポット形状が変形したり、径が大きくなるよう
なときは検出データから除外して処理し、所定範囲の弁
別された光スポットのみを取り出し、このスポット位置
をデータとして三次元形状信号を演算処理することがで
き、したがって被測定面の光照射点が傾斜したり、エッ
ジ部分であったりするときは検出測定のデータとして処
理しないで、測定点に照射光がほぼ垂直に当ったときの
データのみを測定することによって、測定誤差を少なく
精密測定することができる効果が得られる。
反射光を検出する光位置検出器を設け、該光位置検出器
の検出する光スポット形状を弁別すると共に、その弁別
した光スポット位置をデータとして三次元形状信号を演
算処理する演算処理装置を設けて成るものであるから、
光位置検出器の検出する検出信号の内のスポット形状が
所定範囲のもの以外を除去することができ、即ち、測定
面の光照射点以外から二次、三次反射してくる反射光に
より光スポット形状が変形したり、径が大きくなるよう
なときは検出データから除外して処理し、所定範囲の弁
別された光スポットのみを取り出し、このスポット位置
をデータとして三次元形状信号を演算処理することがで
き、したがって被測定面の光照射点が傾斜したり、エッ
ジ部分であったりするときは検出測定のデータとして処
理しないで、測定点に照射光がほぼ垂直に当ったときの
データのみを測定することによって、測定誤差を少なく
精密測定することができる効果が得られる。
【図１】本発明の一実施例構成図。
【図２】本発明の説明図。
【図３】従来装置の構成図。
【図４】従来の説明図。
１ レーザー発振器 ２，４ レンズ ３ 光位置検出器 ５ フィルタ ６ ヘッド ７ 被測定物 ８ テーブル ９，１０，１１ モータ １２ ＮＣ制御装置 １３ 演算処理装置
Claims (2)
- 【請求項１】 三次元形状をレーザー等の光ビーム照射
したときの反射光を三角測量法を利用して検出測定する
装置に於て、前記三角測量による反射光のスポット形状
が測定できる光位置検出器を設け、該光位置検出器の検
出する光スポット形状を弁別すると共にその弁別した光
スポット位置をデータとして、三次元形状信号を演算処
理する演算処理装置を設けて成ることを特徴とする三次
元形状測定装置。 - 【請求項２】 前記請求項１に於て、光位置検出器の検
出する光スポット形状と光量を弁別すると共に、その弁
別した光スポット位置をデータとして三次元形状信号を
演算処理する演算処理装置を設けたことを特徴とする三
次元形状測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4060879A JPH05215528A (ja) | 1992-01-31 | 1992-01-31 | 三次元形状測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4060879A JPH05215528A (ja) | 1992-01-31 | 1992-01-31 | 三次元形状測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05215528A true JPH05215528A (ja) | 1993-08-24 |
Family
ID=13155106
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4060879A Pending JPH05215528A (ja) | 1992-01-31 | 1992-01-31 | 三次元形状測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05215528A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2418486A (en) * | 2004-09-28 | 2006-03-29 | Hewlett Packard Development Co | Automatic image plane detection system and method |
| JP2009150862A (ja) * | 2007-11-30 | 2009-07-09 | Nissan Motor Co Ltd | 距離計測装置、距離計測方法および車両 |
| JP2012145445A (ja) * | 2011-01-12 | 2012-08-02 | Sharp Corp | 測距装置 |
| JP2014202683A (ja) * | 2013-04-09 | 2014-10-27 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 電縫鋼管の外表面形状計測方法および外表面形状計測装置 |
-
1992
- 1992-01-31 JP JP4060879A patent/JPH05215528A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2418486A (en) * | 2004-09-28 | 2006-03-29 | Hewlett Packard Development Co | Automatic image plane detection system and method |
| US7253427B2 (en) | 2004-09-28 | 2007-08-07 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Automatic object plane detection system and method |
| JP2009150862A (ja) * | 2007-11-30 | 2009-07-09 | Nissan Motor Co Ltd | 距離計測装置、距離計測方法および車両 |
| JP2012145445A (ja) * | 2011-01-12 | 2012-08-02 | Sharp Corp | 測距装置 |
| JP2014202683A (ja) * | 2013-04-09 | 2014-10-27 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 電縫鋼管の外表面形状計測方法および外表面形状計測装置 |
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