JPH06347227A - 表面形状測定装置および方法 - Google Patents
表面形状測定装置および方法Info
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- JPH06347227A JPH06347227A JP13971693A JP13971693A JPH06347227A JP H06347227 A JPH06347227 A JP H06347227A JP 13971693 A JP13971693 A JP 13971693A JP 13971693 A JP13971693 A JP 13971693A JP H06347227 A JPH06347227 A JP H06347227A
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- scanning
- light spot
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 光走査方向に平行な溝等の奥にある被測定物
の表面形状でも適確に測定し得る表面形状測定装置およ
び方法を提供する。 【構成】 光走査手段１から被測定物４に光点を投光し
て走査し、光走査面内に設けられた光点位置検出手段２
によって被測定物４からの反射光を投光方向と異なる方
向から観測して光点位置を検出し、信号処理手段３にお
いて光点走査位置情報および光点位置検出情報に基づい
て被測定物４の表面形状を演算する。
の表面形状でも適確に測定し得る表面形状測定装置およ
び方法を提供する。 【構成】 光走査手段１から被測定物４に光点を投光し
て走査し、光走査面内に設けられた光点位置検出手段２
によって被測定物４からの反射光を投光方向と異なる方
向から観測して光点位置を検出し、信号処理手段３にお
いて光点走査位置情報および光点位置検出情報に基づい
て被測定物４の表面形状を演算する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、被測定物の表面形状を
測定する表面形状測定装置および方法に関する。
測定する表面形状測定装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】光学機器を用いて物体表面の輪郭あるい
は形状を測定する装置として種々のものが案出されてい
る。図５は、光切断法により形状測定を行なう従来の装
置を示した概略図であり、投光器５から扇状に広がる光
が被測定物４の表面のラインＡ−Ｂに向けて投光され、
受光器６がその反射光を受光するようになっている。そ
して、受光器６からは図６の画面に示すようなラインＡ
Ｂについての画像を得ることができる。このラインＡＢ
の形状が、被測定物４の凹凸状態を表わしたものであ
る。
は形状を測定する装置として種々のものが案出されてい
る。図５は、光切断法により形状測定を行なう従来の装
置を示した概略図であり、投光器５から扇状に広がる光
が被測定物４の表面のラインＡ−Ｂに向けて投光され、
受光器６がその反射光を受光するようになっている。そ
して、受光器６からは図６の画面に示すようなラインＡ
Ｂについての画像を得ることができる。このラインＡＢ
の形状が、被測定物４の凹凸状態を表わしたものであ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図７に示す
ように被測定物４の加工や搬送のための構造物が、被測
定物４の両側面に存在し、障害物７となるような場合に
は、測定したい部分Ａ−Ｂは、障害物によって挟まれた
Ａ−Ｂに平行な溝の奥になってしまう。従来の光切断法
では、Ａ−Ｂ方向に垂直な方向に投光と受光の角度を設
けなければならないため、障害物７に遮られて、凹凸測
定ができない。
ように被測定物４の加工や搬送のための構造物が、被測
定物４の両側面に存在し、障害物７となるような場合に
は、測定したい部分Ａ−Ｂは、障害物によって挟まれた
Ａ−Ｂに平行な溝の奥になってしまう。従来の光切断法
では、Ａ−Ｂ方向に垂直な方向に投光と受光の角度を設
けなければならないため、障害物７に遮られて、凹凸測
定ができない。
【０００４】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、光走査方向に平行な溝等の奥
にある被測定物の表面形状でも適確に測定し得る表面形
状測定装置および方法を提供することにある。
その目的とするところは、光走査方向に平行な溝等の奥
にある被測定物の表面形状でも適確に測定し得る表面形
状測定装置および方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の表面形状測定装置は、被測定物に光点を投
光して走査する光線走査手段と、該光線走査手段による
光走査面内に設けられ、前記光線走査手段から被測定物
に投光された光点からの反射光を投光方向と異なる方向
から観測して光点位置を検出する光点位置検出手段と、
前記光線走査手段の走査を制御する走査制御手段と、該
走査制御手段から得られる光点走査位置情報および前記
光点位置検出手段によって検出される光点位置情報に基
づいて被測定物の表面形状を演算する演算手段とを有す
ることを要旨とする。
め、本発明の表面形状測定装置は、被測定物に光点を投
光して走査する光線走査手段と、該光線走査手段による
光走査面内に設けられ、前記光線走査手段から被測定物
に投光された光点からの反射光を投光方向と異なる方向
から観測して光点位置を検出する光点位置検出手段と、
前記光線走査手段の走査を制御する走査制御手段と、該
走査制御手段から得られる光点走査位置情報および前記
光点位置検出手段によって検出される光点位置情報に基
づいて被測定物の表面形状を演算する演算手段とを有す
ることを要旨とする。
【０００６】また、本発明の表面形状測定方法は、被測
定物に光点を投光して走査し、光走査面内に設けられた
光点位置検出手段によって被測定物に投光された光点か
らの反射光を投光方向と異なる方向から観測して光点位
置を検出し、被測定物を走査する光点走査位置情報およ
び前記光点位置検出手段によって検出された光点位置情
報に基づいて被測定物の表面形状を演算することを要旨
とする。
定物に光点を投光して走査し、光走査面内に設けられた
光点位置検出手段によって被測定物に投光された光点か
らの反射光を投光方向と異なる方向から観測して光点位
置を検出し、被測定物を走査する光点走査位置情報およ
び前記光点位置検出手段によって検出された光点位置情
報に基づいて被測定物の表面形状を演算することを要旨
とする。
【０００７】
【作用】本発明の表面形状測定装置および方法では、被
測定物に光点を投光して走査し、光走査面内に設けられ
た光点位置検出手段によって被測定物からの反射光を投
光方向と異なる方向から観測して光点位置を検出し、光
点走査位置情報および光点位置検出情報に基づいて被測
定物の表面形状を演算する。
測定物に光点を投光して走査し、光走査面内に設けられ
た光点位置検出手段によって被測定物からの反射光を投
光方向と異なる方向から観測して光点位置を検出し、光
点走査位置情報および光点位置検出情報に基づいて被測
定物の表面形状を演算する。
【０００８】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。図１は、本発明の一実施例に係わる表面形状測定装
置の構成を示す斜視図である。同図に示す表面形状測定
装置において、光走査手段１から出射される光線は光点
として被測定物４上を走査し、この走査光線の被測定物
４からの反射光は前記光走査手段１の光走査面内に設け
られた光点位置検出手段２によって受光され、前記走査
光線の光点位置が検出されるようになっている。
る。図１は、本発明の一実施例に係わる表面形状測定装
置の構成を示す斜視図である。同図に示す表面形状測定
装置において、光走査手段１から出射される光線は光点
として被測定物４上を走査し、この走査光線の被測定物
４からの反射光は前記光走査手段１の光走査面内に設け
られた光点位置検出手段２によって受光され、前記走査
光線の光点位置が検出されるようになっている。
【０００９】前記光走査手段１による走査は、信号処理
手段３によって制御され、また光点位置検出手段２によ
って検出された光点位置検出情報は信号処理手段３に供
給されるようになっている。信号処理手段３は、光走査
手段１による走査を制御することにより光走査手段１に
よる光点の走査位置情報を有しているが、信号処理手段
３はこの走査位置情報と前記信号処理手段３からの光点
位置検出情報とに基づいて被測定物４の表面の凹凸情
報、すなわち表面形状を演算し、これを出力することが
できる。更に詳しくは、被測定物４の表面に凹凸がある
場合には、光点位置検出手段２によって検出される光点
位置の変化は、光走査手段１の走査による光点の変化と
被測定物４の表面の凹凸による変化を合わせたものにな
るので、上述したように、信号処理手段３において光点
走査位置情報と光点位置検出情報に基づいて演算を行う
ことにより被測定物４の凹凸を測定することができるの
である。なお、信号処理手段３は、走査制御部と演算処
理部から構成されている。
手段３によって制御され、また光点位置検出手段２によ
って検出された光点位置検出情報は信号処理手段３に供
給されるようになっている。信号処理手段３は、光走査
手段１による走査を制御することにより光走査手段１に
よる光点の走査位置情報を有しているが、信号処理手段
３はこの走査位置情報と前記信号処理手段３からの光点
位置検出情報とに基づいて被測定物４の表面の凹凸情
報、すなわち表面形状を演算し、これを出力することが
できる。更に詳しくは、被測定物４の表面に凹凸がある
場合には、光点位置検出手段２によって検出される光点
位置の変化は、光走査手段１の走査による光点の変化と
被測定物４の表面の凹凸による変化を合わせたものにな
るので、上述したように、信号処理手段３において光点
走査位置情報と光点位置検出情報に基づいて演算を行う
ことにより被測定物４の凹凸を測定することができるの
である。なお、信号処理手段３は、走査制御部と演算処
理部から構成されている。
【００１０】図２は、図１に示す表面形状測定装置を更
に詳しく示した図であるが、同図に示すように、光走査
手段１は、レーザ１Ａ、ポリゴンミラースキャナ１Ｂお
よびテレセントリックｆθレンズ１Ｃから構成され、光
点位置検出手段２は、テレセントリックレンズ２Ａおよ
び位置検出フォトダイオード２Ｂから構成されている。
に詳しく示した図であるが、同図に示すように、光走査
手段１は、レーザ１Ａ、ポリゴンミラースキャナ１Ｂお
よびテレセントリックｆθレンズ１Ｃから構成され、光
点位置検出手段２は、テレセントリックレンズ２Ａおよ
び位置検出フォトダイオード２Ｂから構成されている。
【００１１】このように、光走査手段１および光点位置
検出手段２は、それぞれテレセントリックｆθレンズ１
Ｃおよびテレセントリックレンズ２Ａを有することによ
り、平行走査および平行受光を行うことができる。すな
わち、光走査手段１は、テレセントリックｆθレンズ１
Ｃを使用することにより図２に示すように被測定物４上
を光線により平行走査することができる。
検出手段２は、それぞれテレセントリックｆθレンズ１
Ｃおよびテレセントリックレンズ２Ａを有することによ
り、平行走査および平行受光を行うことができる。すな
わち、光走査手段１は、テレセントリックｆθレンズ１
Ｃを使用することにより図２に示すように被測定物４上
を光線により平行走査することができる。
【００１２】図２に示すように、ｘｙ軸を設けて、光点
位置検出手段２の光軸のｘ軸に対する角度をθとする
と、被測定物４上の座標（ｘ，ｙ）で反射された光は光
点位置検出手段２上の座標ｙ’に結像するが、この関係
は次式のようになる。
位置検出手段２の光軸のｘ軸に対する角度をθとする
と、被測定物４上の座標（ｘ，ｙ）で反射された光は光
点位置検出手段２上の座標ｙ’に結像するが、この関係
は次式のようになる。
【００１３】 ｙ’＝ｘsin θ−ｙcos θ （１） 図２に示すように、被測定物４の表面に高さｈの凹凸が
ある場合の光走査位置ｘと光点検出位置ｙ’の関係は図
３に示すようになり、次式で表される。
ある場合の光走査位置ｘと光点検出位置ｙ’の関係は図
３に示すようになり、次式で表される。
【００１４】 ｙ＝（ｘsin θ−ｙ’）／cos θ （１’） ここで、ｘの値は上述したように信号処理手段３の走査
制御部から得られ、ｙ’の値は光点位置検出手段２から
得られる。従って、これらの値から、信号処理手段３に
おいて式（１’）を計算することにより、被測定物４の
表面上の凹凸の高さｈを求めることができる。
制御部から得られ、ｙ’の値は光点位置検出手段２から
得られる。従って、これらの値から、信号処理手段３に
おいて式（１’）を計算することにより、被測定物４の
表面上の凹凸の高さｈを求めることができる。
【００１５】なお、上述した実施例において、光走査手
段１のレーザ１Ａの代わりに発光ダイオード等を使用し
たり、またポリゴンミラースキャナ１Ｂの代わりにガル
バノミラーや音響光学偏向器等を使用することもでき
る。ポリゴンミラースキャナ１Ｂは高速の走査に適し、
ガルバノミラーは低速の走査に適する。また、音響光学
偏向器は可動部分がないので高い信頼性を得ることがで
きる。
段１のレーザ１Ａの代わりに発光ダイオード等を使用し
たり、またポリゴンミラースキャナ１Ｂの代わりにガル
バノミラーや音響光学偏向器等を使用することもでき
る。ポリゴンミラースキャナ１Ｂは高速の走査に適し、
ガルバノミラーは低速の走査に適する。また、音響光学
偏向器は可動部分がないので高い信頼性を得ることがで
きる。
【００１６】更に、光点位置検出手段２の位置検出フォ
トダイオード２Ｂの代わりに一次元ＣＣＤを使用しても
よい。位置検出フォトダイオードを使用した場合には、
位置検出フォトダイオードの出力電流の比から光点位置
を求めることができる。また、一次元ＣＣＤを使用した
場合には、走査速度より十分高速にＣＣＤのスキャンを
行い、光点の位置を求める。一般に、位置検出フォトダ
イオードよりも一次元ＣＣＤの方が位置分解能が良好で
ある。
トダイオード２Ｂの代わりに一次元ＣＣＤを使用しても
よい。位置検出フォトダイオードを使用した場合には、
位置検出フォトダイオードの出力電流の比から光点位置
を求めることができる。また、一次元ＣＣＤを使用した
場合には、走査速度より十分高速にＣＣＤのスキャンを
行い、光点の位置を求める。一般に、位置検出フォトダ
イオードよりも一次元ＣＣＤの方が位置分解能が良好で
ある。
【００１７】図４は、本発明の他の実施例に係わる表面
形状測定装置の構成を示す図である。同図に示す実施例
は、光走査手段および光点位置検出手段として平行光学
系でないもの、すなわち非平行光学系を使用しているも
のである。
形状測定装置の構成を示す図である。同図に示す実施例
は、光走査手段および光点位置検出手段として平行光学
系でないもの、すなわち非平行光学系を使用しているも
のである。
【００１８】すなわち、図２に示す実施例における光走
査手段１０は、図１の実施例のテレセントリックｆθレ
ンズ１Ｃを除去したものであり、また光点位置検出手段
２０はテレセントリックレンズ２Ａの代わりに通常のレ
ンズ２Ｃを使用しているものである。なお、このレンズ
２Ｃの代わりにスリット、ピンホール等を使用すること
もできる。
査手段１０は、図１の実施例のテレセントリックｆθレ
ンズ１Ｃを除去したものであり、また光点位置検出手段
２０はテレセントリックレンズ２Ａの代わりに通常のレ
ンズ２Ｃを使用しているものである。なお、このレンズ
２Ｃの代わりにスリット、ピンホール等を使用すること
もできる。
【００１９】このような構成では、光走査手段１０によ
る光点走査は、図４に示すように、回転走査となる。こ
の場合の演算処理は、図４に示すように、光走査の回転
中心座標を（０，ｙS ）とし、走査角をφとすると、走
査光は次式の直線で表される。
る光点走査は、図４に示すように、回転走査となる。こ
の場合の演算処理は、図４に示すように、光走査の回転
中心座標を（０，ｙS ）とし、走査角をφとすると、走
査光は次式の直線で表される。
【００２０】 （ｙ−ｙS ）cos φ＝ｘsin φ （２） また、光点位置検出手段２０のｘ軸に対する光軸の傾き
をθとし、レンズ２Ｃの中心座標を（ｘD ，ｙD ）とす
ると、被測定物４の表面上の座標（ｘ，ｙ）の光点は位
置検出フォトダイオード２Ｂ上の座標ｙ’に結像し、次
式のようになる。
をθとし、レンズ２Ｃの中心座標を（ｘD ，ｙD ）とす
ると、被測定物４の表面上の座標（ｘ，ｙ）の光点は位
置検出フォトダイオード２Ｂ上の座標ｙ’に結像し、次
式のようになる。
【００２１】
【数１】 式（２）および式（３）から式（４）は次式のようにな
る。
る。
【００２２】
【数２】 ここで、ｘD ，ｙD ，ｙS ，tan θは定数であり、走査
角φは図１の実施例と同様に光走査手段１０を制御する
図４では省略されている信号処理手段の走査制御部から
得られ、座標ｙ’は光点位置検出手段２から得られるの
で、式（４）から次式のようになる。
角φは図１の実施例と同様に光走査手段１０を制御する
図４では省略されている信号処理手段の走査制御部から
得られ、座標ｙ’は光点位置検出手段２から得られるの
で、式（４）から次式のようになる。
【００２３】
【数３】 但し、Ｃ1 〜Ｃ6 は定数である。 ｘ＝（ｙ−ｙS ）／tan θ （２’） 従って、式（４’），（２’）から被測定物４の表面の
凹凸を求めることができる。このように非平行光学系の
場合は、演算は複雑であるが、光学系の構成は比較的簡
単である。
凹凸を求めることができる。このように非平行光学系の
場合は、演算は複雑であるが、光学系の構成は比較的簡
単である。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
被測定物に光点を投光して走査し、光走査面内に設けら
れた光点位置検出手段によって被測定物からの反射光を
投光方向と異なる方向から観測して光点位置を検出し、
光点走査位置情報および光点位置検出情報に基づいて被
測定物の表面形状を演算するので、測定したい部分が例
えば障害物等によって挟まれた溝の底部等にあっても適
確に測定することができる。
被測定物に光点を投光して走査し、光走査面内に設けら
れた光点位置検出手段によって被測定物からの反射光を
投光方向と異なる方向から観測して光点位置を検出し、
光点走査位置情報および光点位置検出情報に基づいて被
測定物の表面形状を演算するので、測定したい部分が例
えば障害物等によって挟まれた溝の底部等にあっても適
確に測定することができる。
【図１】本発明の一実施例に係わる表面形状測定装置の
構成を示す斜視図である。
構成を示す斜視図である。
【図２】図１の表面形状測定装置の更に詳細な構成を示
す図である。
す図である。
【図３】図１の表面形状測定装置における光走査位置と
光点検出位置の関係を示す図である。
光点検出位置の関係を示す図である。
【図４】本発明の他の実施例の構成を示す図である。
【図５】従来の表面形状測定装置の構成を示す説明図で
ある。
ある。
【図６】従来の装置による光切断面像を示す図である。
【図７】従来の装置における問題点を示す説明図であ
る。
る。
１ 光走査手段 １Ａ レーザ １Ｂ ポリゴンミラースキャナ １Ｃ テレセントリックｆθレンズ ２ 光点位置検出手段 ２Ａ テレセントリックレンズ ２Ｂ 位置検出フォトダイオード ３ 信号処理手段 ４ 被測定物
Claims (2)
- 【請求項１】 被測定物に光点を投光して走査する光線
走査手段と、該光線走査手段による光走査面内に設けら
れ、前記光線走査手段から被測定物に投光された光点か
らの反射光を投光方向と異なる方向から観測して光点位
置を検出する光点位置検出手段と、前記光線走査手段の
走査を制御する走査制御手段と、該走査制御手段から得
られる光点走査位置情報および前記光点位置検出手段に
よって検出される光点位置情報に基づいて被測定物の表
面形状を演算する演算手段とを有することを特徴とする
表面形状測定装置。 - 【請求項２】 被測定物に光点を投光して走査し、光走
査面内に設けられた光点位置検出手段によって被測定物
に投光された光点からの反射光を投光方向と異なる方向
から観測して光点位置を検出し、被測定物を走査する光
点走査位置情報および前記光点位置検出手段によって検
出された光点位置情報に基づいて被測定物の表面形状を
演算することを特徴とする表面形状測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13971693A JPH06347227A (ja) | 1993-06-11 | 1993-06-11 | 表面形状測定装置および方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13971693A JPH06347227A (ja) | 1993-06-11 | 1993-06-11 | 表面形状測定装置および方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06347227A true JPH06347227A (ja) | 1994-12-20 |
Family
ID=15251755
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13971693A Pending JPH06347227A (ja) | 1993-06-11 | 1993-06-11 | 表面形状測定装置および方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06347227A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6798527B2 (en) | 2001-04-27 | 2004-09-28 | Minolta Co., Ltd. | Three-dimensional shape-measuring system |
| CN106500625A (zh) * | 2016-12-23 | 2017-03-15 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 一种远心立体视觉测量装置及其应用于物体三维形貌微米级精度测量的方法 |
| CN113605188A (zh) * | 2021-08-06 | 2021-11-05 | 广西威航道路工程有限公司 | 路面构造测试方法 |
-
1993
- 1993-06-11 JP JP13971693A patent/JPH06347227A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6798527B2 (en) | 2001-04-27 | 2004-09-28 | Minolta Co., Ltd. | Three-dimensional shape-measuring system |
| CN106500625A (zh) * | 2016-12-23 | 2017-03-15 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 一种远心立体视觉测量装置及其应用于物体三维形貌微米级精度测量的方法 |
| CN106500625B (zh) * | 2016-12-23 | 2019-03-01 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 一种远心立体视觉测量方法 |
| CN113605188A (zh) * | 2021-08-06 | 2021-11-05 | 广西威航道路工程有限公司 | 路面构造测试方法 |
| CN113605188B (zh) * | 2021-08-06 | 2023-09-08 | 广西威航道路工程有限公司 | 路面构造测试方法 |
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