JPH058663U - 三次元形状認識装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 三次元形状認識において、測定対象物が急傾
斜面を有する場合であっても、カメラによりその乱反射
光を捉えて確実な測定を可能にすることを目的とする。 【構成】 本考案では、画像データ判定器で測定対象物
の像を示すデータがあるか否か判定し、その様なデータ
がない場合には測定対象物が載置されるテーブルをテー
ブル傾斜装置で自由に傾斜させることにより、カメラに
より乱反射光を捉えて、得られたデータをその傾斜角度
に応じて、座標変換するようにしたので、確実に三次元
形状を認識することができる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、光切断法による三次元形状認識装置に関し、特に金型加工装置に適 用されるものに関する。

【０００２】

【従来の技術】

工作機械の分野において、倣い加工や衝突を防止するために、三次元形状を認 識する必要が生じる場合がある。非接触の形状認識の一手法として、光切断法が ある。これは、スリット光を測定対象物に照射して、その乱反射した像により、 測定対象物の座標を求めるものである。

【０００３】 この光切断法による従来の三次元形状認識装置を図２に示す。同図に示すよう にテーブル１上に載置した測定対象物２には、スリット光発生装置３からスリッ ト光４が照射される。スリット光発生装置３はテーブル１の上方に配置され、そ のスリット光４はテーブル１に対して略垂直となっている。そして、このスリッ ト光４の平行な方向に対して直交する方向にスリット光発生装置は移動できるよ うになっている。一方、カメラ５はテーブル１の斜め上方に設置され、スリット 光の照射により形成された光学像を撮影している。このカメラ５で撮影された画 像に対応した画像データは画像取り込み器６に取り込まれ、座標演算器７で画像 データが演算されて測定対象物２の形状が認識できるようになっている。

【０００４】 座標演算器７による座標の演算方法を図４(a)(b)(c) を参照して説明する。た だし、座標軸は図３(a)(b)に示すように、テーブル１の上面をｘ−ｙ平面とし、 その垂直上方をｚ軸方向とする。また、スリット光４はｘ方向に平行とし、カメ ラ５の観察方向はｙ軸方向の斜め上方（ｚ軸よりθの角度）とする。 図４(a)(b)に示すように、スリット光４がｚ−ｘ平面に一致するため、スリッ ト光４は下式で示される。 ｙ＝０ ・・・(1) また、カメラ５のレンズ中心Ｏ’から距離Ｌ離れた座標原点Ｏでの拡大率Ｍは 下式で示される。 Ｍ＝Ａ／Ａ₀ ＝Ｂ／Ｂ₀ ＝Ｌ／ｆ ・・・(2) ただし、Ａ₀，Ｂ₀は座標原点即ち距離Ｌにおけるｘ方向、ｙ方向から見た幅Ａ ，Ｂを撮像した画面内の幅である。

【０００５】 ここで、図４(c) に示すように画像内の座標がそれぞれα、βとするときに、 この座標に対応するｙ−ｘ平面における撮影方向は下式で示される。 z=y(L・cosθ-M・αsinθ)/(L・sinθ+M・αcosθ) +LMα/(L・sinθ+M・αcosθ) ・・・(3) 上記(3) 式に前記(1) 式を代入すると、スリット光の切断線のｚ軸座標が求ま る。 z=LMα/(L・sinθ+M・αcosθ) ・・・(4) 同様に、スリット光の切断線のｘ座標も次のように求まる。 x=(L-Z・cosθ)β/f =｛L-LMα・cosθ/(L・sinθ+M・αcosθ)｝β/f =｛1-Mα・cosθ/(L・sinθ+M・αcosθ)｝M β ・・・(5) このように(4)(5)式により、ｚ座標、ｘ座標を演算するとともに、この演算を 測定対象物の全体に対して行うことにより、三次元形状が認識できることになる 。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

上述したように光切断法による三次元形状認識装置では、スリット光４を測定 対象物２に照射し、その乱反射した光をカメラ５で撮像し、その像により測定対 象物の座標を求めるものであるが、測定対象物２の素材、形状によってはカメラ ５に光が届かないために、測定対象物の像が得られず、形状データ無しの点が存 在する場合があるという問題点がある。 例えば、図６（ａ）に示すように反射率の高い測定対象物１の急傾斜面にスリ ット光が照射されると、像がカメラ５で捉えられないため、形状データ無しとな っていた。

【０００７】 本考案は、上記従来技術に鑑みて成されたものであり、光切断法による三次元 形状認識において、測定対象物の急傾斜面を確実に検出できる三次元形状認識装 置を提供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

斯かる目的を達成する本考案の第一の構成はテーブル上に載置された測定対象 物に向けてスリット光を投光するスリット光発生装置と、前記スリット光発生装 置をスリット光と平行な面に対し交差する方向に移動させていくスリット光移動 装置と、前記スリット光の照射により形成された像を撮影する形状認識用カメラ と、前記形状認識用カメラにより撮影された像に対応した画像データを取り込む 画像取り込み器と、該画像取り込み器により取り込まれた画像データに基づいて 前記測定対象物の座標位置を演算する座標演算器と、前記テーブルを所定の角度 傾斜させるテーブル傾斜装置とを有することを特徴とする。 上記目的を達成する本考案の第二の構成は、更に上記構成に加え、前記画像取 り込み器に取り込まれた画像データに前記測定対象物の三次元形状の像を示すデ ータがあるか否か判定する画像データ判定器を設けたことを特徴とする。

【０００９】

【実施例】

以下、本考案について、図面に示す実施例を参照して詳細に説明する。 図１に本考案の第一の実施例を示す。同図に示すようにテーブル１上に載置し た測定対象物２には、スリット光発生装置３からスリット光４が投光される。ス リット光発生装置３はテーブル１の上方に配置され、そのスリット光４はテーブ ル１に対して略垂直となっている。但し、前述したようにテーブル１の上面をｘ −ｙ平面とし、その垂直上方をｚ軸方向とする。また、スリット光４はｘ方向に 平行とする。そして、このスリット光４の平行な方向ｘに対して直交する方向ｙ にスリット光発生装置３は移動できるようになっている。

【００１０】 一方、カメラ５はテーブル１の斜め上方に設置され、スリット光の照射により 形成された光学像を撮影している。カメラ５の観察方向はｙ軸方向の斜め上方と する。このカメラ５で撮影された画像に対応した画像データは画像取り込み器６ に取り込まれ、座標演算器７で画像データが演算されて座標が演算される。これ を測定対象物２の全体に行うことにより、測定対象物２の形状が認識できるよう になっている。

【００１１】 更に、図１に示すように、テーブル１は、テーブル傾斜装置８にて支持されて おり、このテーブル傾斜装置８によりテーブル１は自由に傾斜することができる ようになっている。 例えば、図６に示すようにテーブル傾斜装置８によりテーブル１を、ｙ−ｚ平 面内でφ回転させるとすると、テーブル傾斜前は同図（ａ）に示すように測定対 象物２は急傾斜面となっていたが、テーブル傾斜後は同図（ｂ）に示すように測 定対象物は緩い傾斜面となる。 従って、図６（ａ）に示すように、測定対象物２が急傾斜面であり、そのまま では、カメラ５によりスリット光４の乱反射光を捉えられない場合には、同図（ ｂ）に示すようにテーブル１を傾斜させて、その傾斜面の角度を緩くした後に測 定対象物２にスリット光４を照射すると、その乱反射光をカメラ５で捉えること が可能となり、これにより、測定対象物２の形状認識が可能となる。 ここで、図５に示すように測定対象物２を支えるテーブル１をｘ−ｙ平面内に おいてｉ°、ｙ−ｚ平面内においてｊ°、ｚ−ｘ平面内においてｋ°回転させた ときの測定対象物の回転前の座標（ｘ，ｙ，ｚ）は次の行列式で示される。但し 、回転後の座標を（ｘ’，ｙ’，ｚ’）とする。

【００１２】

【数１】

【００１３】 このように、本実施例では、テーブル傾斜装置８を使用することにより、測定 対象物２が急傾斜面である場合でも、テーブル１を自由に傾斜させて、その測定 対象物２の傾斜面の角度を緩くし、これにより、カメラ５でスリット光の乱反射 光を捉えることができるので、確実に測定対象物２の形状認識が可能となるもの である。 尚、上記実施例では、テーブル傾斜装置８は自由に傾斜角度を設定できるもの であったが、一定の角度に傾斜できるもの、一定の方向に傾斜できるものであっ ても同様な効果を得られるものである。

【００１４】 次に、図７を参照して、本考案の第二の実施例を示す。本実施例は、画像デー タ判定器９を追加したものであり、その他の構成は前述した実施例と同様であり 、重複する説明は割愛する。 画像データ判定器９は、画像取り込み器６に取り込まれた画像データに測定対 象物２の像を示す画像データが有るか否か判別する機能を有し、例えば、測定対 象物２が反射率の高い素材で、急傾斜面があるばあいに、測定対象物２の像を示 すデータがないこと、つまり、形状データなし点が存在することを検出すること が出来る。

【００１５】 従って、本実施例では画像データ判定器９により、測定対象物２の像を示す画 像データが無いと判別すると、自動的にテーブル傾斜装置８により、測定対象物 ２を三次元方向に傾斜させて、再度カメラ５で撮影して画像データを得るもので ある。 そして、テーブル傾斜装置８により測定対象物２を傾斜させた後においても、 測定対象物２の画像データが得られない場合には、そのデータが得られるまで、 テーブル傾斜装置８により測定対象物２の傾斜を繰り返すのである。 このように本実施例においては、画像データ判定器９を追加したので、自動的 に形状データなし点を検出でき、そのような点を無くするようにテーブル傾斜装 置８を駆動することができるので、作業性、測定精度が向上する利点がある。

【００１６】

【考案の効果】

以上、実施例に基づいて具体的に説明したように、本考案はテーブル傾斜装置 でテーブルを自由に傾斜できるようにしたので、測定対象物に急傾斜面があるば あいでも、確実に三次元形状を認識することができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の第一の実施例にかかる三次元形状認識
装置の斜視図である。

【図２】従来の三次元形状認識装置の斜視図である。

【図３】同図(a) はｘ−ｙ平面の説明図、同図(b) はｚ
−ｙ平面の説明図である。

【図４】同図(a)(b)はそれぞれ従来の三次元形状認識装
置のｚ−ｙ平面、ｚ−ｘ平面での位置関係を示す配置
図、同図(C) はカメラ内の座標の説明図である。

【図５】同図（ａ）はｘ−ｙ平面における座標の回転
を、同図（ｂ）はｙ−ｚ平面における座標の回転を、同
図（ｃ）はｚ−ｘ平面における座標の回転をそれぞれ示
す説明図である。

【図６】同図（ａ）はテーブル傾斜前におけるスリット
光の反射を示す説明図、同図（ｂ）はテーブル傾斜後に
おけるスリット光の反射を示す説明図である。

【図７】本考案の第二の実施例にかかる三次元形状認識
装置の斜視図である。

【符号の説明】

１ テーブル ２ 測定対象物 ３ スリット光発生装置 ４ スリット光 ５ カメラ ６ 画像取り込み器 ７ 座標演算器 ８ テーブル傾斜装置 ９ 画像データ判定器

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 テーブル上に載置された測定対象物に向
   けてスリット光を投光するスリット光発生装置と、前記
   スリット光発生装置をスリット光と平行な面に対し交差
   する方向に移動させていくスリット光移動装置と、前記
   スリット光の照射により形成された像を撮影する形状認
   識用カメラと、前記形状認識用カメラにより撮影された
   像に対応した画像データを取り込む画像取り込み器と、
   該画像取り込み器により取り込まれた画像データに基づ
   いて前記測定対象物の座標位置を演算する座標演算器
   と、前記テーブルを所定の角度傾斜させるテーブル傾斜
   装置とを有することを特徴とする三次元形状認識装置。
2. 【請求項２】 前記画像取り込み器に取り込まれた画像
   データに前記測定対象物の三次元形状の像を示すデータ
   があるか否か判定する画像データ判定器を追加したこと
   を特徴とする請求項１記載の三次元形状認識装置。