JPH0749936B2 - 三次元座標測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は三次元座標測定装置、特に対象物表面の三次元
座標を高速で測定する装置の改良に関する。

［従来の技術］ 機械部品や製品の生産工程などにおいては、その寸法計
測や検査あるいはロボットによる自動組付を行うため、
対象物までの距離を高速に検出したいという要望が多
い。

特に、対象物が三次元形状をしている場合には、その形
状的な特徴を把握するため、対象物表面の多点における
三次元座標を高速検出したいという要望が強い。

第２図には、三次元対象物10の表面形状を光学的に測定
する装置の一例が示されている。この装置は、対象物10
の表面に向けスリット光100を所定角度で投射するスリ
ット光源12と、こスリット光100により対象物表面上に
形成される光切断線200を撮影するTVカメラ14と、を含
む。

そして、光切断線200に沿った対象物表面各点の三次元
座標を三角測量の手法を用いて検出している。

第３図には、TVカメラ14で撮影された光切断線200の映
像が示されており、同図から明らかなように、この光切
断線200は各水平走査線ｙ＝0,1,2,…と交差する各点P0,
P1,P2,…の情報として把握することができる。例えば水
平走査線の本数が480本存在する通常のTVカメラ14を想
定すると、各光切断線200は最大で480ポイントの三次元
座標データとして検出されることになる。

従って、スリット光源12とTVカメラ14とを固定し、例え
ばベルトコンベア等を用いて三次元対象物10を図中Ｘ軸
方向へ定速移動すれば、光切断線200によって走査され
る対象物全表面の三次元形状を正確に測定することがで
きる。

三角測量の測定原理 第４図には、光切断線200に沿った各点Ｐの三次元座標
を測定する三角測量の測定原理が示されている。同図
（ａ）は、第２図に示す所定位置のXZ平面図、同図
（ｂ）は第２図に示す所定位置のYZ平面図をそれぞれ表
している。

スリット光源12から投射されたスリット光100は、対象
物10上の点Ｐで反射され、レンズ14aを通って撮像素子1
4b上に結像する。

この結像点の撮像素子14b上の水平・垂直アドレスを、
それぞれKs,Lsとし、Ksを水平光切断位置、Lsを垂直光
切断位置と定義する。

同図において、Ks,Lsの値は点Ｐの空間上の位置に比例
して変化するので、Ks、Lsの値を求めれば点Ｐの三次元
座標値（X,Y,Z）を測定することができる。

ところで、このような測定装置に対しては、例えば30mm
/secで定速移動するベルトコンベア上に搭載された対象
物10の表面を、光切断線200を用いて1mmピッチ間隔で走
査し、表面各点の三次元座標を実時間測定する程度の能
力が実用上要求される。

この場合に、１本の光切断線を480ポイントの測定点P0,
P1,…P479で測定するとすれば、１点当りの三次元座標
測定を、約63.5μsec以下の短時間で行うことが必要と
なる。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、従来の三次元座標測定装置は、TVカメラ14から
出力されるビデオ信号を全てソフトウエア処理し、三次
元座標の演算を行っている。このため、光切断線200を
構成する各点P0,P1,P2…の演算を実用上必要とされる6
3.5μsec以下という短時間で行うことができないという
問題があった。

すなわち、従来の測定装置では、まずTVカメラ14から出
力されるビデオ信号を一旦フレームメモリに格納し、そ
の後これをソフトウェア処理することにより水平切断位
置Ksを求めている。

しかし、標準的な画像メモリ「水平512画素×垂直480画
素」を用いた場合、このようなソフトウエア処理を行う
と、１本の水平ラインを処理して一点Ｐの水平光切断位
置Ksを検出するために700〜800μsecも処理時間が必要
となるという問題があった。

更に、このような従来装置では、Ks,Lsと三次元座標値
との関係を表す演算式を、理論的あるいは実験的にもと
めておく。そして、該演算式に基づき、前述のようにし
て検出した水平光切断位置Ksおよび垂直光切断位置Lsを
ソフトウエア処理し三次元座標を求めている。しかし、
このようなソフトウエア処理を行うと、その演算に約数
百μsecも処理時間が必要となるという問題があった。

従って、このような従来装置では、１個の点Ｐの座標測
定に、合計千数百μsecの処理時間が必要となる。この
ため実際の生産工程で要求される処理時間63.5μsec以
下という条件を到底満足することができず、その有効な
対策が望まれている。

［発明の目的］ 本発明は、このような従来の課題に鑑みなされたもので
あり、その目的は、三次元対象物の表面各点における座
標測定を高速で行うことの可能な三次元座標測定装置を
提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 第１図には、本発明の三次元座標測定装置のクレーム対
応図が示されている。

本発明の装置は、 対象物表面に向けスリット光を所定角度で投光するスリ
ット光源と、 このスリット光により対象物表面上に形成される光切断
線を撮影し、水平走査に同期してビデオ信号を出力する
TVカメラと、 ビデオ信号から光切断線を抽出するためのしきい値を設
定するしきい値設定回路と、 ビデオ信号が前記しきい値を越えている期間だけ光切断
線抽出信号を出力する光切断線抽出回路と、 TVカメラの撮像素子の水平方向画素の位置を表す水平方
向アドレスを発生する水平アドレス発生回路と、 光切断線抽出回路から光切断線抽出信号が出力されてい
る期間の出力立上がり点と出力立ち下り点におけるアド
レスを加算し、これを水平光切断位置として出力する水
平光切断位置検出回路と、 TVカメラの水平同期信号をカウントし、垂直光切断位置
を検出する垂直光切断位置検出回路と、 予め水平光切断位置および垂直光切断位置と実際の対象
物表面の三次元座標値との対応関係がテーブル化して記
憶され、検出された水平光切断位置および垂直光切断位
置に基づき、対象物表面の三次元座標値を出力するルッ
クアップテーブルと、 ルックアップテーブルから出力される三次元座標値を記
憶する記憶回路と、 を含み、光切断線に沿って対象物表面の三次元座標を実
時間で測定する三次元座標測定装置であって、 前記スリット光源は、対象物表面に向け互いに平行でな
い２本以上のスリット光を所定角度で投光するよう形成
され、 また前記２本以上のスリット光のうち、いずれか１本の
スリット光を選択的に対象物表面に向け投光されるスリ
ット光選択回路を設け、 前記ルックアップテーブルは、スリット光の本数分設け
られ、選択されたスリット光に対応したルックアップテ
ーブルから対象物表面の三次元座標値を出力するよう形
成されたことを特徴とする。

また、本発明の装置は、 対象物表面に向けスリット光を所定角度で投光するスリ
ット光源と、 このスリット光により対象物表面上に形成される光切断
線を撮影し、水平走査に同期してビデオ信号を出力する
TVカメラと、 ビデオ信号から光切断線を抽出するためのしきい値を設
定するしきい値設定回路と、 ビデオ信号が前記しきい値を越えている期間だけ光切断
線抽出信号を出力する光切断線抽出回路と、 TVカメラの撮像素子の水平方向画素の位置を表す水平方
向アドレスを発生する水平アドレス発生回路と、 光切断線抽出回路から光切断線抽出信号が出力されてい
る期間の出力立上がり点と出力立ち下り点におけるアド
レスを加算し、これを水平光切断位置として出力する水
平光切断位置検出回路と、 TVカメラの水平同期信号をカウントし、垂直光切断位置
を検出する垂直光切断位置検出回路と、 予め水平光切断位置および垂直光切断位置と実際の対象
物表面の三次元座標値との対応関係がテーブル化して記
憶され、検出された水平光切断位置および垂直光切断位
置に基づき、対象物表面の三次元座標値を出力するルッ
クアップテーブルと、 ルックアップテーブルから出力される三次元座標値を記
憶する記憶回路と、 を含み、光切断線に沿って対象物表面の三次元座標を実
時間で測定する三次元座標測定装置であって、 各水平走査毎に、光切断線が抽出されている期間TVカメ
ラのクロック信号をカウントし光切断線幅を検出する光
切断線幅検出回路と、 各水平走査毎に検出される光切断線幅に基づき、スリッ
ト光の強度を適切な値に制御する制御回路とを含むこと
を特徴とする。

また、本発明の装置は、 対象物表面に向けスリット光を所定角度で投光するスリ
ット光源と、 このスリット光により対象物表面上に形成される光切断
線を撮影し、水平走査に同期してビデオ信号を出力する
TVカメラと、 ビデオ信号から光切断線を抽出するためのしきい値を設
定するしきい値設定回路と、 ビデオ信号が前記しきい値を越えている期間だけ光切断
線抽出信号を出力する光切断線抽出回路と、 TVカメラの撮像素子の水平方向画素の位置を表す水平方
向アドレスを発生する水平アドレス発生回路と、 光切断線抽出回路から光切断線抽出信号が出力されてい
る期間の出力立上がり点と出力立ち下り点におけるアド
レスを加算し、これを水平光切断位置として出力する水
平光切断位置検出回路と、 TVカメラの水平同期信号をカウントし、垂直光切断位置
を検出する垂直光切断位置検出回路と、 予め水平光切断位置および垂直光切断位置と実際の対象
物表面の三次元座標値との対応関係がテーブル化して記
憶され、検出された水平光切断位置および垂直光切断位
置に基づき、対象物表面の三次元座標値を出力するルッ
クアップテーブルと、 ルックアップテーブルから出力される三次元座標値を記
憶する記憶回路と、 を含み、光切断線に沿って対象物表面の三次元座標を実
時間で測定する三次元座標測定装置であって、 各水平走査毎に、抽出された光切断線の最大強度を検出
する光切断線強度最大値検出回路と、 各水平走査毎に検出される光切断線最大強度に基づき、
スリット光の強度を適切な値に制御する制御回路とを含
むことを特徴とする。

［作用］ 本発明は以上の構成からなり、次にその作用を説明す
る。

第４図に示すように、対象物の表面に向けスリット光10
0を投光すると、このスリット光により対象物表面上に
形成された光切断線200は、TVカメラにより撮影され
る。そして、TVカメラからは、その水平走査に同期して
ビデオ信号が順次出力される。

本発明の第１の特徴は、TVカメラから各水平走査ビデオ
信号が出力される毎に、すみやかにその走査ライン上に
ある光切断線200の水平光切断位置Ksおよび垂直光切断
位置Lsを検出することにある。

特に、本発明においては、水平光切断位置Ksを加算平均
法を用いて演算することにより、装置全体の構成を簡単
なものとしている。

また、本発明の第２の特徴は、各切断位置KsおよびLsに
対応してこの走査ライン上に存在する光切断線測定ポイ
ントＰの三次元座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を、Ks、Lsの検出と
ほとんど同時に求め、実時間で光切断線に沿う多数点
P₀、P₁、…の三次元座標値を得ることにある。

特に、本発明は、水平光切断位置Ksおよび垂直光切断位
置Lsと実際の対象物表面の三次元座標値（X,Y,Z）との
対応関係を、予めルックアップテーブル内にテーブル化
して記憶しておく。そして、検出された水平光切断位置
Ksおよび垂直光切断位置Lsに基づき、特別な演算をする
ことなく対象物表面の三次元座標値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を出
力することを特徴とする。

以下本発明の作用を、前記光切断位置KsおよびLsの検出
動作と、三次元座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の検出動作とに分け
て説明する。

Ksの検出 本発明の装置は、水平光切断位置Ksを加算平均法を用い
て演算するものである。

第５図（ａ）には、水平走査に同期してTVカメラから出
力されるビデオ信号が示されている。通常、市販のTVカ
メラの水平走査周期は63.5μsecで、このうちビデオ信
号が出力される有効走査期間は52.7μsec、残りの10.8
μsecは帰線期間である。

図において、ビデオ信号の凸部分が光切断線の表示部分
を表わしている。正確な座標測定を行うためには、水平
光切断位置Ksとして、この凸部分のピーク位置を正確に
求めることが必要である。

文献１（成瀬央、野村田司彦“スリット光投影位置の高
精度計測”昭和60年度電子通信学会情報システム部門全
国大会１−165頁）によれば光切断線の凸部分の形状は
左右対象の正規分布で近似される。

従って、ビデオ信号がしきい値Vsを越えている期間、す
なわち第５図（ａ）の光切断線抽出期間の立上り点K1と
立下り点K2の加算平均値（K1＋K2）/2により凸部分のピ
ーク値を精度良く近似できる。

この点に着目し、本発明は、光切断線検出回路を用い、
前記立上り点と立下り点における各水平方向アドレスK
1,K2を検出加算し、この加算値（K1＋K2）を水平光切断
位置Ksとして出力することを特徴とするものである。

本発明において、水平方向アドレスの加算に、例えば市
販の加算器を用いれば、第５図（ａ）に示すTVカメラの
有効水平走査期間の終了時点から約数十nsec後にKsの検
出を完了することができる。

Lsの検出 また、垂直光切断位置Lsは、水平光切断位置Ksを検出す
るために走査している水平走査ラインの行数に相当する
ものである。

本発明においては、TVカメラから各水平走査ビデオ信号
が出力される毎に、垂直光切断位置検出回路を用い、前
記TVカメラの水平同期信号をカウントし、その垂直光切
断位置Lsの検出を行っている。

このようにすることにより、本発明によれば、TVカメラ
の有効水平走査期間終了とほぼ同時に、当該水平ライン
上における光切断線測定ポイントＰの水平光切断位置Ks
および垂直光切断位置Lsを検出することができる。

三次元座標 次に、検出された光切断位置KsおよびLsに対応した三次
元座標を求める動作を説明する。

本発明の特徴は、前記光切断位置Ks、Lsと実際の対象物
表面の三次元座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）との対応関係を予め理
論的または実験的に求め、その関係をテーブル化してル
ックアップテーブルに記憶しておくことにある。

このようにすることにより、検出されたKs,Lsから対象
物表面の三次元座標値を求めるのに、演算式を利用した
ソフトウェア処理を行う必要がなくなり、単にルックア
ップテーブルから光切断位置Ks、Lsに対応した三次元座
標値を読み出すだけですむ。

従って、本発明によれば、Ks、Lsを検出すると同時に、
ルックアップテーブルから、Ks、Lsに対応するＸ、Ｙ、
Ｚ座標値を即座に出力できる。

ここにおいて、前記ルックアップテーブルを、現在使用
できる電子部品、例えばROMなどを用いて構成すれば、
このルックアップテーブルからは、数百nsec程度の極め
て短い処理時間でＸ、Ｙ、Ｚ座標値を出力できる。

そして、ルックアップテーブルから出力されるＸ、Ｙ、
Ｚ座標値は、TVカメラの水平走査に同期して順次記憶回
路に記憶される。

この記憶回路に、例えば市販のRAMを用いDMA（ダイレク
ト メモリ アドレッシング）でデータを書き込めば、
ルックアップテーブルからのＸ、Ｙ、Ｚ座標出力から数
百nsec後には、１点の三次元座標値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の記
憶を完了する。

従って、TVカメラの有効水平走査期間終了後、１μsec
程度、すなわち帰線期間内に当該水平ライン上の光切断
線測定ポイントＰの三次元座標の検出記憶を完了するこ
とができる。

このようにして、本発明によればTVカメラの水平走査周
期（63.5μsec）以内で１点の三次元座標値の検出を充
分余裕をもって行うことが可能となり、光切断線に沿っ
た各点P0,P1,P2,…の三次元座標値の実時間測定を行う
ことができる。

なお、前記ルックアップテーブルから出力されるＸ、
Ｙ、Ｚ座標値の記憶回路への書込みに、マイクロコンピ
ュータを介在させることも可能である。

このときは、ルックアップテーブルから出力される三次
元座標値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の記憶に数十μsec程度必要で
あり、このままでは帰線期間内での処理は行えない。

しかし、第５図（ｂ）に示すように、ルックアップテー
ブルの出力を１水平走査期間保持するよう構成すれば、
記憶回路への書込を当該水平走査の次の水平走査期間内
に行うことができ、このようにすることにより、マイク
ロコンピュータを介在させた場合でもTVカメラの水平走
査周期（63.5μsec）での実時間座標測定が可能とな
る。

従来技術との比較 （イ）従来 従来装置は、TVカメラから出力される水平走査ビデオ信
号を全てソフトウェア処理することにより、三次元座標
値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の演算を行っていた。

従って、例えば１本の水平走査ビデオ信号を処理して１
点Ｐの水平光切断位置Ksを求めるのに700〜800μsec時
間を必要とする。さらに、この切断位置Ksを基にして行
う演算式を用いたソフトウェア処理に約数百μsecの処
理時間を必要とした。

このため、結局１つの点の三次元座標の演算に数千μse
cの処理時間が必要となり、実際の生産工程に要求され
る63.5μsecという処理時間を満足することは全くでき
なかった。

（ロ）本発明 これに対し、本発明は、光切断線抽出信号の出力立上り
点および立下り点の水平方向アドレスK1、K2を単純に加
算することにより、水平光切断位置Ksを求めることがで
きる。

従って、本発明によれば、１本の水平走査ビデオ信号の
出力終了とほぼ同時に水平光切断位置Ksを求めることが
できる。

しかも、本発明によれば、水平光切断位置Ksを単純な加
算平均演算するのみで求めることができるため、水平光
切断位置演算のための回路構成を簡単なものとすること
ができる。

また、本発明では、切断位置Ks、Lsに対応した対象物表
面の三次元座標を予め論理的または実験的に求め、その
関係をルックアップテーブル内にテーブル化して記憶し
ている。

このため、対象物表面における測定点Ｐの切断位置Ks、
Lsが求まると同時に、これに対応した三次元座標（Ｘ、
Ｙ、Ｚ）をルックアップテーブルから直線出力すること
ができ、しかもこの三次元座標の出力を、当該水平走査
期間内または次の水平走査期間内に充分余裕をもって完
了することができる。

このように、本発明によれば、スリット光とTVカメラを
用いる三次元座標測定装置で、従来問題となっていた座
標の演算処理時間を大幅に短縮し、三次元対象物表面の
座標検出を高速で行うことができる。

特に、本発明によれば、１点当りの座標検出をTVカメラ
の１水平走査時間（63.5μsec）以内で行うことができ
る。従って、例えば従来不可能であった数十mm/secで定
速移動する三次元対象物の表面全体についてもその座標
測定を良好に行うことができ、例えば切断工程における
部品、製品の検査、寸法の計測、ロボットによる自動組
付けのためのセンサ等として各種分野に広範囲に利用す
ることが可能となる。

先行技術との比較 なお、本発明の先行技術として、昭和61年３月20日付に
て三次元座標測定装置の提案（特願昭61−64565）が本
出願人によってなされている。

しかし、この先行技術は、水平光切断位置Ksを荷重平均
法を用いて検出するものである。

このため、この先行技術は、光切断線が抽出されている
期間、水平走査ビデオ信号Viの累積演算値ΣViを求める
第１の累積演算回路と、光切断線が抽出されている期
間、水平走査ビデオ信号Viと水平方向アドレスKiとの積
Vi×Kiの累積演算値ΣVi×Kiを求める第２の累積演算回
路と、前記第２の累積演算回路の出力を第１の累積演算
回路の出力で割算し、この演算値を水平光切断位置Ksと
して出力する光切断線位置検出回路とを必要とする。

これに対し、本発明の装置は、光切断線の立上り点K1お
よび立下り点K2を単純平均して水平光切断位置Ksを求め
ているため、前述した先行技術のような第１および第２
の累積演算回路が不要となり、装置全体の構成を簡単な
ものとすることができる。

また、前記先行技術は、Ｘ、Ｙ、Ｚの三次元座標のう
ち、Ｘ、Ｙの二次元座標のみをKs、Lsと予め対応付けて
２軸座標用ルックアップテーブルにテーブル化して記憶
している。しかし、残りの１軸、すなわちＺ軸座標は係
数用ルックアップテーブルと演算回路とを用いた演算処
理により求めている。このため、装置全体の構成が複雑
となることは避けられなかった。

これに対し、本発明の装置は、Ｘ、Ｙ、Ｚの全ての三次
元座標をKs、Lsと対応付けて予めルックアップテーブル
に記憶している。このため、前記の係数用ルックアップ
テーブル、演算回路などは全く不要となり、装置全体の
回路構成を簡単なものとすることができる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、光切断線に沿う
三次元対象物の表面各点における三次元座標を、高速で
しかも精度良く測定することができる。

また、本発明によれば、水平光切断位置Ksを、光切断線
抽出信号の出力立上り点および出力立下り点における水
平方向アドレスを単純に加算して求めているため、装置
全体の構成を簡単なものとすることができる。

さらに、本発明によれば、水平光切断位置Ksおよび垂直
光切断位置Lsと、対象物表面の三次元座標値とを予めル
ックアップテーブル内にテーブル化して記憶している。
このため、測定ポイントＰの切断位置Ks、Lsが求まる
と、特別な演算処理を必要とすることなく、対応した三
次元座標位置をルックアップテーブルから直接出力する
ことができる。従って、本発明によれば、検出した切断
位置Ks、Lsの三次元座標値への変換を簡単に行うことが
でき、この面からも装置全体の構成を簡単なものとする
ことが可能となる。

特に、特許請求の範囲（１）に記載の発明によれば、対
象物表面に向け互いに平行でない二本以上のスリット光
を所定角度で投光する構成とすることにより、例えば対
象物の姿勢検出や丸孔、丸棒の径測定や中心測定などを
高速に行うことが可能となる。

さらに、特許請求の範囲（２）または（３）の発明によ
れば、各水平走査毎に検出される光切断線幅又は光切断
線最大強度の少なくもいずれか一方に基づき、スリット
光の強度を適切な値に制御をすることにより、対象物表
面の三次元座標測定をより高精度に行うことが可能とな
る。

［実施例］ 次に本発明の好適な実施例を図面に基づき説明する。な
お、前記第２図および第３図と対応する部材には同一符
号を付しその説明は省略する。

第１実施例 第６図には本発明に係る三次元座標測定装置の好適な第
１実施例が示されている。

実施例の装置は、スリット光源12とTVカメラ14とを含
む。

そして、第２図に示すごとく、スリット光源12から三次
元対象物10に向けスリット光100を所定角度で投光し、
対象物10上に構成される光切断線200をTVカメラ14を用
いて撮影する。

このTVカメラ14から出力されるビデオ信号300は、TVカ
メラ14のクロック周期に同期してA/D変換回路20により
デジタルビデオ信号Viに変換され、光切断線抽出回路22
に入力される。

また、しきい値設定回路24には、ビデオ信号から光切断
線200を抽出するためのしきい値Vsが設定されており、
設定されたしきい値Vsは光切断線抽出回路22へ入力され
ている。

実施例において、この光切断線抽出回路22は比較器を用
いて形成され、第５図（ａ）に示すように入力されるビ
デオ信号Viとしきい値Vsと比較し、ビデオ信号Viがしき
い値Vsを上回っている期間だけ光切断線抽出信号を水平
光切断位置検出回路26へ向け出力する。

また本実施例の水平アドレス発生回路28はカウンタを用
いて形成され、TVカメラ14から出力されるクロック信号
をカウントし、このカウント値Kiを撮像素子14bの水平
方向位置を表す水平方向アドレスとして水平光切断位置
検出回路26へ向け出力する。

この水平光切断位置検出回路26は、光切断線抽出回路22
から出力される光切断線抽出信号の立上りおよび立下り
時点におけるアドレスK1、K2を単純に加算し、この加算
値（K1＋K2）を水平光切断位置Ksとして出力する。

本実施例において、この水平光切断位置検出回路26は、
ラッチ回路30、32、インバータ34、アダー36を含む。

そして、ラッチ回路30は、水平アドレス発生回路28から
出力される水平アドレス信号Kiを、光切断線抽出回路22
から出力される光切断線抽出信号の立上り点に同期して
ラッチする。この時ラッチされる水平方向アドレス信号
をK1とする。

これに続いて、他方のラッチ回路32は、水平方向アドレ
ス信号Kiを、光切断線抽出回路22の出力を反転するイン
バータ34の出力信号立上り点、すなわち光切断線抽出信
号の立下がり点においてラッチする。この時ラッチされ
る水平方向アドレス信号をK2とする。

そして、これらのラッチ回路30および32にラッチされた
水平方向アドレスK1およびK2はアダー36で加算され、水
平方向切断位置 Ks＝K1＋K2として出力される。

このようにして、本発明においては、第５図（ａ）に示
すように、光切断線抽出信号の出力開始時点および終了
時点における水平方向アドレスK1およびK2を単純に加算
し、これを水平光切断位置Ksとして出力するため、水平
光切断位置検出回路26自体の構成を極めて簡単なものと
することができる。

また、実施例の垂直光切断位置検出回路38は、カウンタ
を用いて形成され、TVカメラ14から出力される水平同期
信号をカウントし、TVカメラ14が現在走査している水平
ラインの番号、すなわち垂直光切断位置Lsを検出する。

そして、このようにして検出される各ポイントＰの水平
光切断位置Ksおよび垂直光切断位置Lsはルックアップテ
ーブル40へ入力される。

本発明のルックアップテーブル40は、水平光切断位置Ks
および垂直光切断位置Lsと、実際の三次元対象物10の表
面各点における三次元座標値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）との対応関
係が予めテーブル化して記憶されている。そして、水平
光切断位置Ksおよび垂直光切断位置Lsが入力される毎
に、対応する三次元座標値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を記憶回路48
に向け出力する。

従って、本発明によれば、水平および垂直光切断位置K
s、Lsが検出されるごとに、何ら特別な演算やソフトウ
ェア処理を行うことなく、対象物10の測定点Ｐにおける
三次元座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を迅速に出力することができ
る。

本実施例において、このルックアップテーブル40はＸ座
標テーブル42、Ｙ座標テーブル44、Ｚ座標テーブル46か
ら構成される。各テーブル42、44、46は、それぞれ前記
Ks、Lsと各三次元座標値Ｘ、Ｙ、Ｚの対応テーブルが予
め記憶されたROMを用いて形成されている。

そして、第５図（ａ）に示す各有効水平走査期間が終了
すると同時に、Ks、Lsが各テーブル42、44、46に入力さ
れると、これら各テーブル42、44、46からは、その後数
100nsec後に対応した三次元座標値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）が出
力され記憶回路48に書込まれる。

実施例において、この記憶回路48は、TVカメラ14の水平
ラインの各番号と対応するアドレスをもった半導体メモ
リ50を用いて構成されている。

そして、垂直光切断位置回路38から出力される垂直光切
断位置Ls（TVカメラ14の水平ラインの番号）で指定され
たアドレスに、テーブル42、44、46から出力される三次
元座標値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を順次記憶する。このようにコ
ンピュータを介さないでメモリ50のアドレスを直接指定
することをDMA（ダイレクト メモリ アドレシング）
という。

なお、このように半導体メモリ50に直接データを記憶さ
せる場合には、メモリ50に座標値が入力されてから数10
0nsecでデータ記憶は終了する。すなわち、前記有効水
平走査期間終了後約１μsec以内で一点の三次元座標値
（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の記憶が完了する。

このようにして、本実施例の装置によれば、水平ライン
上の光切断線に対応する一点の三次元座標値（Ｘ、Ｙ、
Ｚ）の検出記憶動作を、TVカメラ14の有効水平走査期間
終了後、約１μsec程度、すなわちその帰線期間内に完
了することができる。

この結果、本実施例によれば、TVカメラ14の水平走査期
間（63.5μsec）で一点の三次元座標値の検出が可能と
なり、光切断線200に沿った各点P0,P1…の三次元座標値
を実時間で測定することができる。

第２実施例 前記第６図に示す実施例においては、ルックアップテー
ブル40から出力される三次元座標値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を直
接半導体メモリ50へ書き込む場合を例に取り説明した
が、本発明はこれに限らず必要に応じて半導体メモリ50
へのデータの書き込みに、マイクロコンピュータを介在
させることもできる。

第７図には、記憶回路48としてマイクロコンピュータメ
モリを用いた好適な第２実施例が示されている。

本実施例において記憶回路48は、半導体メモリ50および
マイクロコンピュータ52から構成されている。

そして、マイクロコンピュータ52は、各テーブル42、4
4、46からＸ、Ｙ、Ｚ座標値を順次読み出し、これを半
導体メモリ50に書き込む。このマイクロコンピュータ52
によるＸ、Ｙ、Ｚ座標値の読出しと書込みには約数10μ
secが必要であるため、このままでは帰線期間内での処
理は行えない。

このため、本実施例の装置は、水平光切断位置検出回路
26とルックアップテーブル40との間にラッチ回路54を設
けている。そして、このラッチ回路54を用い、第５図
（ｂ）に示すように、当該水平ラインの水平光切断位置
Ksを次の水平走査期間の間保持する。

このようにすることにより、ルックアップテーブル42に
入力されるKsおよびLsの値は、次の水平走査が終了する
まで一定値に保持される。このため、ルックアップテー
ブル40から出力される、Ｘ、Ｙ、Ｚ座標値も次の水平走
査期間（63.5μsec）一定値に保持されているので、充
分な余裕で半導体メモリ50への座標値の書込みを行うこ
とができる。

従って、本実施例のように、半導体メモリ50への座標値
の書込みにマイクロコンピュータ52を用いても、１点の
三次元座標値の検出記憶を水平走査期間（63.5μsec）
周期で行い、光切断線200に沿った各点P0、P1、…の三
次元座標値を実時間で測定することができる。

第３実施例 第８図には、本発明に係る三次元座標測定装置の好適な
第３実施例が示されている。本実施例の特徴的事項は、
光切断線200が１本の水平走査線上に２本以上存在する
ときに、光切断線抽出回路22から出力される２つ以上の
抽出信号のうち最初か最後のいずれか１つを選択して水
平光切断位置検出回路26へ向け出力する光切断線指定回
路60を設けたことにある。

すなわち、スリット光100を用いた三次元座標の測定
は、１つの水平走査線上に光切断線200が１本しか発生
しないことを前提に行っている。

しかし、対象物10によっては多重反射などにより１つの
水平走査線上に２つ以上の光切断線200が生じることが
ある。

第９図（ａ）には、二重反射のためにＰ、Ｐ′、の２個
所から反射光が返り、１つの水平走査線上に２つの光切
断線200が生じる場合の一例が示されている。

このようなとき、従来は、フレームメモリなどに蓄えた
ビデオ信号をソフトウェア処理し、主反射成分であるＰ
点からの反射成分だけを抽出できるようなしきい値Vsを
設定するか、あるいはＰ点からの反射成分が発生してい
る区間を切り出すなどして、光切断位置Ksを正しく抽出
していた。

しかし、このようなソフトウェア処理による方法では、
１つの水平走査線の処理に非常に多くの時間を必要と
し、実際の生産工程で要求される63.5μsec以下の処理
時間を満足することは到底不可能であった。

ところが、実際の測定では、測定対象物10のおおまかな
形状が事前に分っていることが多く、このような場合に
は、第９図（ｂ）に示すように、ビデオ信号Viに２つ以
上のピークがあっても、どちらのピークが真値であるか
を測定者が予め判断することができる。

そこで、本実施例においては、光切断線指定回路60を用
い、最初か最後の光切断線200のいずれを採用するかを
予め指定しておき、指定された光切断線を選択的に出力
し、座標測定を行っている。

このようにすることにより、多重反射により２つ以上の
光切断線が発生しても対象物表面の三次元座標を正確に
測定することができる。

本実施例においてこの光切断線指定回路60は、具体的に
はフリップフロップ62、インバータ64、フリップフロッ
プ66、インバータ68、アンドゲート70、スイッチ72から
構成されている。

そして、光切断線抽出回路22の出力は、フリップフロッ
プ62へ直接入力されると共に、インバータ64を介して反
転され他方のフリップフロップ66へ入力されている。

従って、第９図（ｂ）に示すように、光切断線抽出回路
22が最初の光切断線200を検出すると、この検出立上り
点K1でフリップフロップ62がセットされ、立下り点K2で
他方のフリップフロップ68がセットされる。

また、アンドゲート72には、一方のフリップフロップ62
の出力が直接入力されると共に、他方のフリップフロッ
プ66の出力がインバータ68を介して反転入力されてい
る。このため、アンドゲート70からは最初の光切断線20
0に対応したパルス信号が選択出力されることになる。

従って、スイッチ72を用いて、アンドゲート70の出力
と、光切断線抽出回路22の出力とを選択すれば、光切断
線抽出回路22から出力される最初か最後の光切断線のい
ずれか一方を選択的に出力することができる。

第４実施例 第10図〜第12図には本発明に係る三次元座標測定装置の
好適な第４実施例が示されている。本実施例の特徴的事
項は、例えば三次元形状をした機械部品や製品の生産工
程などにおいて、ロボットによる自動組付けや各種寸法
計測を行うため、対象物の姿勢検出や丸孔、丸棒の径測
定や中心位置測定を高速に行おうとしたことにある。

第10図には、三次元対象物10の姿勢制御や丸穴の中心位
置を検出するために、その表面三次元座標を光学的に測
定する場合の好適な一例が示されている。

実施例の装置は、対象物10の表面に向け互いに平行でな
い２本のスリット光100−１、100−２を所定角度で投射
することができる光源12と、この２本のスリット光100
−１、100−２のうち１本のみを選択して投射できるよ
うにするスリット光選択回路80と、を含む。

そして、スリット光選択回路80により対象物10表面上に
選択投射されたスリット光100−１または100−２によ
り、対象物表面上に形成される光切断線200−１または2
00−２を、TVカメラ14を用いて撮影している。

本実施例においては、第10図（ａ）に示すように１個の
スリット光源12から複数のスリット光源100−１、100−
２を投射しても良く、また第10図（ｂ）に示すように、
複数のスリット光源12−１、12−２から互いに平行でな
い別個のスリット光100−１、100−２を投射してもよ
い。なお、本実施例では２本のスリット光100−１、100
−２を選択的に投射する場合を例に取り説明したが、必
要に応じて３本以上のスリット光を選択的に投射するよ
う形成してもよい。

第11図には、TVカメラ14で撮影された２本の光切断線20
0−１、200−２の映像が示されている。（実際には、ス
リット光100−１、100−２が１本ずつ投射されるため、
TVカメラ14は光切断線200−１、200−２を１本ずつ撮影
することになる。） いま、対象物10が円筒状のものであるとすると、光切断
線200の端点P_a、P_b、P_c、P_dの三次元座標がわかれば、
円筒の丸孔中心座標と孔径およびこの円筒上面の姿勢
（傾き）を検出することができる。

ここにおいて、P_a〜P_dの各三次元座標は、スリット光10
0−１、100−２が投射されるごとに、TVカメラ14の水平
走査線に沿って順次光切断線位置Ks、Lsを検出すること
により得ることができる。

従って、このような測定装置をロボットなどの移動機構
に取り付け、対象物10に対し位置決めしその三次元座標
測定を行うことで、対象物10の姿勢検出や丸孔寸法計測
を行うことができる。

第12図には、本実施例の具体的な回路構成が示されてい
る。

本実施例の装置は、スリット光源12から投射される各ス
リット光100−１および100−２のそれぞれに対応した２
組のルックアップテーブル40−１、40−２と、使用する
ルックアップテーブル40−1,40−２を適宜切り変える座
標テーブル選択回路82と、を有する。

ここにおいて、前記一方のルックアップテーブル40−１
には、スリット光100−１を投射した際得られる光切断
位置Ks、Lsと、実際の対象物10の表面における三次元座
標との対応関係がテーブル化して記憶されている。

同様にして、他のルックアップテーブル40−２には、ス
リット光100−２を投射した際得られる光切断位置Ks、L
sと、実際の対象物表面の三次元座標値との対応関係が
テーブル化して記憶されている。

なお、本実施例においては、100−１および100−２の合
計２本のスリット光を使用するため２組のルックアップ
テーブル40−１、40−２を設けたが、本発明はこれに限
らず、スリット光100が３本以上使用される場合には使
用されるスリット光の本数に対応した個数だけルックア
ップテーブル40を設ければ良い。

また実施例のスリット光選択回路80はフリップフロップ
を用いて構成され、TVカメラ14から出力される奇数／偶
数フィールド信号により、１フレーム時間（33.3mmse
c）周期で投射するスリット光を100−１、100−２の順
に交互に切替える。

また、前記座標テーブル選択回路82は、ラインセレクタ
を用いて形成され、TVカメラ14から出力される奇数／偶
数フィールド信号により１フレーム時間周期で使用する
ルックアップテーブル40−1,40−２を適宜切り替える。

このようにして、選択されたスリット光100に対応した
ルックアップテーブル40に向け、水平光切断位置検出回
路26および垂直光切断位置検出回路38から出力される切
断位置Ks、Lsが入力される。

従って、本実施例の装置によれば、複数のスリット光10
0−１、100−２を用いて対象物表面の三次元座標を測定
することができ、例えば、本実施例の装置をロボットな
どの移動機構に取り付け、対象物中の三次元座標測定を
行うことにより、対象物10の姿勢検出や第11図に示す丸
穴測定などを高速で行うことができる。

なお、第12図に示す三次元座標測定装置では、記憶回路
48を半導体メモリ50を用いて構成しているが、本発明は
これに限らず、第13図に示すように、記憶回路48を前記
第２実施例と同様にして半導体メモリ50およびマイクロ
コンピュータ52を用いて構成することもできる。

この場合には、第13図に示すごとく、水平光切断位置検
出回路26および座標テーブル選択回路82の間に前記第２
実施例と同じ機能を有するラッチ回路54が設けられる。

また、本実施例の装置には、第14図に示すごとく、必要
に応じて光切断線指定回路60を設けることも好ましく、
このようにすることにより前記第３実施例と同様にして
１本の水平走査線上に複数の光切断線200が存在するよ
うな場合でも対象物10の表面における三次元座標を良好
に測定することができる。

第５実施例 また、本発明のように、スリット光100とTVカメラ14と
を用いた三角測量による座標測定では、TVカメラ14を用
いて検出される光切断線200の幅Ｗが測定精度に大きな
影響を与える。

第15図には、TVカメラ14の撮像素子14bの上に受光され
る光切断線幅とビデオ信号Viとの関係が示されている。

同図において、光切断線幅Ｗが狭く、例えばTVカメラ14
の撮像素子14bの１画素分しかないような場合には、光
切断線200の立上り、立下りの各点における水平光切断
位置K1およびK2の平均値を求めても、１画素の量子化誤
差以上にその測定精度を上げることはできない。

これとは逆に、光切断線幅Ｗが広過ぎると、空間分解能
が低下するという問題がある。

そこで、最適な光切断線幅Ｗは３画素〜５画素であるこ
とが実験的に確認されている（文献１）。

また、本発明のようにスリット光100とTVカメラ14を用
いた三角測量による座標測定では、検出される光切断線
100の最大値VpがTVカメラ14の撮像素子14bの飽和レベル
以下か否かがその測定精度に大きく影響する。

しかも、光切断線100の最大値Vpは、その値が撮像素子1
4bの飽和レベルをやや下回っている座標データのみを有
効データだとするような座標データの良否の評価指標、
または飽和レベルに達しているときはスリット光強度を
弱くするなどのフィードバック情報など、精度の高い座
標測定を実現するための有効なデータとなり得る。

すなわち、第16図（ａ）に示すように、反射信号強度が
最適で反射信号波形が左右対象の正規分布に近い形とな
っている場合には、精度、空間分解能ともよい条件で水
平光切断位置Ksを求めることができる。

これに対し、第16図（ｂ）に示すように、反射光信号強
度が強すぎると、撮像素子14bが飽和し、波形は台形状
となる。このときに求められる光切断位置Ksは、精度、
空間分解能とも悪くなる。

また第16図（ｃ）に示すように、反射信号強度が弱すぎ
るとS/N比が低下し、その測定精度が悪くなる。

本実施例の特徴的事項は、光切断線幅Ｗと反射信号強度
が適切かどうかを判断するために、各水平走査ごとの光
切断線幅Ｗと光切断線強度最大値V_pとを、座標測定と同
時に高速で検出することにある。

第17図には、本実施例の三次元測定装置の具体的な回路
構成が示されており、実施例の装置は、光切断線強度最
大値検出回路90と、光切断線幅検出回路92とを有する。

前記光切断線強度最大値検出回路90は、各水平走査ごと
に、抽出された光切断線200の最大強度V_pを検出するよ
う形成されており、実施例においてはラッチ回路94およ
び比較器96から構成されている。

そして、前記ラッチ回路94は、光切断線が抽出された時
点でクリアされ、その後A/D変換回路20から出力される
ビデオ信号Viをラッチする。

また、比較器96は、A/D変換回路20から出力されるビデ
オ信号Viとラッチ回路94のラッチ出力と比較し、ビデオ
信号Viが大きいとき、ラッチ回路94の内容を更新する。

この結果、ラッチ回路94には、光切断線強度の最大値V_p
がラッチされ、そのラッチ出力は記憶回路48に向け出力
されることとなる。

また、前記光切断線幅検出回路92は、各水平走査ごと
に、光切断線幅Ｗを検出するよう形成されている。

実施例においてこの光切断線幅検出回路92はカウンタを
用いて構成され、光切断線抽出回路22から光切断線抽出
信号が出力されている期間、TVカメラ14のクロック信号
をカウントする。このようにして、光切断線200を受光
する撮像素子14bの画素数、すなわち光切断線幅Ｗを検
出し、その検出信号Ｗを記憶回路48に向け出力してい
る。

ここにおいて、光切断線強度最大値検出回路90を構成す
るラッチ回路94、比較器96および光切断線幅検出回路92
を構成するカウンタの遅れ時間は、それぞれ数10nsecで
あるから、これら各検出回路90および92は、遅くても有
効水平走査終了後数10nsec〜100nsecで光切断線強度最
大値V_pおよび光切断線幅Ｗを検出することができる。

そして、検出された光切断線強度最大値V_pおよび光切断
線幅Ｗは、DMA（ダイレクト メモリ アドレスシン
グ）で半導体メモリ50に書き込まれる。

この結果、実施例の装置では光切断線強度最大値V_pおよ
び光切断線幅Ｗを、有効水平走査終了後数100nsecでメ
モリ50へ書き込むことができる。

以上説明したように、本実施例によれば、光切断線強度
最大値V_pおよび光切断線幅Ｗの測定と、三次元座標値
（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の測定とをTVカメラ14の各水平走査ごと
に充分余裕をもって高速で行うことができる。

また、本実施例においても、必要に応じ前記第２実施例
および第３実施例と同様に、例えば記憶回路48を半導体
メモリ50およびマイクロコンピュータ52を用いて構成す
ることもでき、また光切断線指定回路60を設けることも
できる。

従来技術との比較 次に、第５実施例の装置に用いられる光切断線強度最大
値検出回路90および光切断線幅検出回路92を従来技術と
対比して説明する。

従来、反射信号強度や光切断線幅が最適かどうかを判断
する場合には、ビデオ信号を一旦フレームメモリに蓄
え、ソフトウェア処理で光切断線強度最大値V_p、光切断
線幅Ｗを求めていた。このため、その検出に一点当り数
100μsec以上かかってしまい、実用上要求される63.5μ
secの処理時間を実現することはできなかった。

これに対し、本実施例の装置では、光切断線強度最大値
検出回路90および光切断線幅検出回路92をハードウェア
で構成することで、座標測定と並列に光切断線強度最大
値および光切断線幅検出を行うことができ、しかも一点
当り63.5μsec以下の高速検出を実現することができ
た。

なお、本実施例においては、三次元座標測定装置に光切
断線強度最大値検出回路90および光切断線幅検出回路92
の双方を設ける場合を例に取り説明したが、本発明はこ
れに限らず必要に応じていずれか一方の検出回路90また
は92のみを設けても良い。

第６実施例 第18図には本発明の好適な第６実施例が示されている。

本実施例の特徴的事項は、各水平走査ごとに検出される
光切断線幅Ｗまたは光切断線の最大強度V_pに基づき、ス
リット光の幅または強度を適切な値に制御する制御回路
110を設けたことにある。

実施例において、この制御回路110は比較器112、光切断
線強度最大値設定器114、記憶回路116、比較器118、光
切断線幅設定器120およびマイクロコンピュータ122から
構成されている。

そして、比較器112は、光切断線強度最大値検出回路90
から検出出力される光切断線を最大強度V_pと、最大値設
定器114を用いて設定された光切断線強度の最大値V_spと
を比較し、その比較結果（V_p≫V_sp,V_p≒V_sp,V_p≪V_sp）
を各水平走査毎に記憶回路116に順次書き込む。

同様にして、比較器118は、光切断線幅検出回路92から
出力される光切断線幅Ｗと、設定器120で設定された光
切断線幅Wsとを比較し、その比較結果（Ｗ≫Ws,W≒Ws,W
≪Ws）を各水平走査毎に記憶回路116に書き込む。

このようにして、実施例の装置では、各水平走査ごとに
検出された光切断線強度最大値V_pおよび光切断線幅Wsの
判定結果を記憶回路116に書き込み記憶する。

そして、マイクロコンピュータ122は、このようにして
記憶回路116に書き込まれた判定結果に基づき、スリッ
ト光源12から投光されるスリット光100の幅ｗおよび強
度V_pを最適な値に制御する。

すなわち、実施例の制御回路110は、光切断線強度最大
値検出回路90から出力される光切断線強度最大値V_pに基
づき、その値が撮像素子14bの飽和レベルV_satをやや下
回る（例えば0.8〜0.9×V_sat）ように、スリット光投射
強度を制御し、高精度の座標測定を実現している。

同様にして、実施例の制御回路110は、光切断線幅検出
回路92から出力される光切断線幅Ｗに基づき、その値Ｗ
が撮像素子14bの３〜５画素程度となるようスリット光
を制御し、高精度の座標測定を実現可能としている。

ここにおいて、スリット光100の制御は、前記三次元座
標測定に先立って行っても良く、また三次元座標測定と
平行して行っても良い。

すなわち、検出されたスリット光100の最大値V_pおよび
幅Ｗが適切であるか否かを判定し、適切であると判定さ
れた場合にはその条件で三次元測定を行い、また不適切
であると判定された場合には、スリット光100の強度V_p
または幅Ｗを適切な値に制御した後三次元座標測定を開
始する。

また、これ以外に、このような光切断線の判定動作と座
標測定動作とを並行して行うこともできる。

例えば、光切断線が適切であると判定されたときの三次
元座標データを有効データとし、不適切であると判定さ
れたときの三次元座標データを無効データとして記憶し
ておき、不適切な三次元座標データについてはスリット
光を適切な強度または幅に制御した後、再度座標測定を
行い有効な三次元座標データに書き替えればよい。

このような動作を繰り返して行うことにより、実施例の
三次元座標測定装置は、適切な強度および幅をもったス
リット光100を用いて、対象物10表面の三次元座標測定
をより高精度で行うことが可能となる。

なお、本実施例においては、検出された光切断線100の
最大値V_pおよび幅Ｗの双方を最適値となるよう制御する
場合を例に取り説明したが、本発明はこれに限らず必要
に応じて光切断線強度最大値検出回路90から出力される
光切断線の最大値V_pのみに基づきスリット光100の強度
を最適制御するよう構成することもでき、またこれとは
逆に光切断線幅検出回路92から出力される光切断線幅Ｗ
に基づき、スリット光100の幅を最適制御するよう形成
することもできる。

また、本実施例の装置は、前記第４実施例に示す装置に
対しても適用することができ、この場合には対象物10に
形成される複数の光切断線200−１、200−２、…を最適
な強度および幅に制御することができる。

なお、前記第１〜第６実施例においては、TVカメラ14か
ら出力される水平走査ビデオ信号をA/D変換回路20を介
してデジタル信号に変換して光切断線抽出回路22へ入力
する場合を例に取り説明したが、本発明はこれに限るも
のではなく、TVカメラ14から出力される水平走査ビデオ
信号を直接光切断線抽出回路22へ入力するよう形成する
ことも可能である。

また、前記実施例においては、スリット光源12とTVカメ
ラ14の設定を任意としたが、本発明においては、スリッ
ト光100のなす平面を第４図（ｂ）のYZ面と一致させ、
Ｘ座標を常に０と定義し、座標出力をＹ、Ｚ座標の２つ
として座標テーブルの個数を減らし、回路構成を簡単化
することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る三次元座標測定装置の説明図、 第２図はスリット光源とTVカメラとの相対位置関係を示
す説明図、 第３図はTVカメラから出力されるビデオ信号の説明図、 第４図はスリット光をTVカメラを用いた三角測量の原理
説明図、 第５図はTVカメラから出力されるビデオ信号の説明図で
あり、同図（ａ）はビデオ信号としきい値との関係を示
す説明図、同図（ｂ）はビデオ信号とルックアップテー
ブルから出力される三次元座標値との出力タイミングを
示す説明図、 第６図は本発明に係る三次元座標測定装置の好適な第１
実施例のブロック図、 第７図は本発明に係る三次元座標測定装置の好適な第２
実施例のブロック図、 第８図は本発明に係る三次元座標測定装置の好適な第３
実施例のブロック図、 第９図は第８図に示す第３実施例の反射光およびそのタ
イミングチャートの説明図であり、同図（ａ）はスリッ
ト光の多重反射により、対象物の表面に複数の光切断線
が形成される場合の説明図、同図（ｂ）はこのような多
重反射が発生した場合における前記第８図の回路各部に
おけるタイミングチャート図、 第10図は本発明に係る三次元座標測定値の好適な第４実
施例の説明図であり、同図（ａ）は１個のスリット光源
から複数のスリット光を投射する場合の説明図、同図
（ｂ）は複数のスリット光源を用いて複数のスリット光
を投射する場合の説明図、 第11図は前記第10図に示す装置を用いて得られるTVカメ
ラの画像説明図、 第12図は第４実施例に係る装置のブロック図、 第13図は前記第12図に示す装置の記憶回路の他の一例を
示すブロック図、 第14図は前記第12図に示す装置に用いられる光切断線指
定回路のブロック図、 第15図はビデオ信号とTVカメラの撮像素子上に受光され
る光切断線幅との関係を示す説明図、 第16図はビデオ信号の説明図であり、同図（ａ）は光切
断線の反射信号強度が適切なときの信号説明図、同図
（ｂ）は反射信号強度が強過ぎるときの信号説明図、同
図（ｃ）は反射信号強度が弱過ぎるときの信号説明図、 第17図は本発明に係る三次元座標測定装置の好適な第５
実施例のブロック図、 第18図は本発明に係る三次元座標測定装置の好適な第６
実施例を示すブロック図である。 10……三次元対象物 12……スリット光源 14……TVカメラ 20……A/D変換回路 22……光切断線抽出回路 24……しきい値設定回路 26……水平光切断位置検出回路 28……水平アドレス発生回路 38……垂直光切断位置検出回路 40……ルックアップテーブル 42……Ｘ座標テーブル 44……Ｙ座標テーブル 46……Ｚ座標テーブル 48……記憶回路 60……光切断線指定回路 80……スリット光選択回路 90……光切断線強度最大値検出回路 92……光切断線幅検出回路 100……スリット光 110……制御回路 200……光切断線 300……ビデオ信号

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−220803（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−220802（ＪＰ，Ａ)

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】対象物表面に向けスリット光を所定角度で
   投光するスリット光源と、 このスリット光により対象物表面上に形成される光切断
   線を撮影し、水平走査に同期してビデオ信号を出力する
   TVカメラと、 ビデオ信号から光切断線を抽出するためのしきい値を設
   定するしきい値設定回路と、 ビデオ信号が前記しきい値を越えている期間だけ光切断
   線抽出信号を出力する光切断線抽出回路と、 TVカメラの撮像素子の水平方向画素の位置を表す水平方
   向アドレスを発生する水平アドレス発生回路と、 光切断線抽出回路から光切断線抽出信号が出力されてい
   る期間の出力立上がり点と出力立ち下り点におけるアド
   レスを加算し、これを水平光切断位置として出力する水
   平光切断位置検出回路と、 TVカメラの水平同期信号をカウントし、垂直光切断位置
   を検出する垂直光切断位置検出回路と、 予め水平光切断位置および垂直光切断位置と実際の対象
   物表面の三次元座標値との対応関係がテーブル化して記
   憶され、検出された水平光切断位置および垂直光切断位
   置に基づき、対象物表面の三次元座標値を出力するルッ
   クアップテーブルと、 ルックアップテーブルから出力される三次元座標値を記
   憶する記憶回路と、 を含み、光切断線に沿って対象物表面の三次元座標を実
   時間で測定する三次元座標測定装置であって、 前記スリット光源は、対象物表面に向け互いに平行でな
   い２本以上のスリット光を所定角度で投光するよう形成
   され、 また前記２本以上のスリット光のうち、いずれか１本の
   スリット光を選択的に対象物表面に向け投光させるスリ
   ット光選択回路を設け、 前記ルックアップテーブルは、スリット光の本数分設け
   られ、選択されたスリット光に対応したルックアップテ
   ーブルから対象物表面の三次元座標値を出力するよう形
   成されたことを特徴とする三次元座標測定装置。
2. 【請求項２】対象物表面に向けスリット光を所定角度で
   投光するスリット光源と、 このスリット光により対象物表面上に形成される光切断
   線を撮影し、水平走査に同期してビデオ信号を出力する
   TVカメラと、 ビデオ信号から光切断線を抽出するためのしきい値を設
   定するしきい値設定回路と、 ビデオ信号が前記しきい値を越えている期間だけ光切断
   線抽出信号を出力する光切断線抽出回路と、 TVカメラの撮像素子の水平方向画素の位置を表す水平方
   向アドレスを発生する水平アドレス発生回路と、 光切断線抽出回路から光切断線抽出信号が出力されてい
   る期間の出力立上がり点と出力立ち下り点におけるアド
   レスを加算し、これを水平光切断位置として出力する水
   平光切断位置検出回路と、 TVカメラの水平同期信号をカウントし、垂直光切断位置
   を検出する垂直光切断位置検出回路と、 予め水平光切断位置および垂直光切断位置と実際の対象
   物表面の三次元座標値との対応関係がテーブル化して記
   憶され、検出された水平光切断位置および垂直光切断位
   置に基づき、対象物表面の三次元座標値を出力するルッ
   クアップテーブルと、 ルックアップテーブルから出力される三次元座標値を記
   憶する記憶回路と、 を含み、光切断線に沿って対象物表面の三次元座標を実
   時間で測定する三次元座標測定装置であって、 各水平走査毎に、光切断線が抽出されている期間TVカメ
   ラのクロック信号をカウントし光切断線幅を検出する光
   切断線幅検出回路と、 各水平走査毎に検出される光切断線幅に基づき、スリッ
   ト光の強度を適切な値に制御する制御回路とを含むこと
   を特徴とする三次元座標測定装置。
3. 【請求項３】対象物表面に向けスリット光を所定角度で
   投光するスリット光源と、 このスリット光により対象物表面上に形成される光切断
   線を撮影し、水平走査に同期してビデオ信号を出力する
   TVカメラと、 ビデオ信号から光切断線を抽出するためのしきい値を設
   定するしきい値設定回路と、 ビデオ信号が前記しきい値を越えている期間だけ光切断
   線抽出信号を出力する光切断線抽出回路と、 TVカメラの撮像素子の水平方向画素の位置を表す水平方
   向アドレスを発生する水平アドレス発生回路と、 光切断線抽出回路から光切断線抽出信号が出力されてい
   る期間の出力立上がり点と出力立ち下り点におけるアド
   レスを加算し、これを水平光切断位置として出力する水
   平光切断位置検出回路と、 TVカメラの水平同期信号をカウントし、垂直光切断位置
   を検出する垂直光切断位置検出回路と、 予め水平光切断位置および垂直光切断位置と実際の対象
   物表面の三次元座標値との対応関係がテーブル化して記
   憶され、検出された水平光切断位置および垂直光切断位
   置に基づき、対象物表面の三次元座標値を出力するルッ
   クアップテーブルと、 ルックアップテーブルから出力される三次元座標値を記
   憶する記憶回路と、 を含み、光切断線に沿って対象物表面の三次元座標を実
   時間で測定する三次元座標測定装置であって、 各水平走査毎に、抽出された光切断線の最大強度を検出
   する光切断線強度最大値検出回路と、 各水平走査毎に検出される光切断線最大強度に基づき、
   スリット光の強度を適切な値に制御する制御回路とを含
   むことを特徴とする三次元座標測定装置。
4. 【請求項４】特許請求の範囲（１）に記載の装置におい
   て、 光切断線が１本の水平走査線上に２本以上存在すると
   き、１水平走査期間内に光切断線抽出回路から抽出され
   る２つ以上の光切断線抽出信号のうち最初か最後のいず
   れか一つを選択して水平光切断位置検出回路に向け出力
   する光切断線指定回路を含むことを特徴とする三次元座
   標測定装置。
5. 【請求項５】特許請求の範囲（２）に記載の装置におい
   て、 光切断線が１本の水平走査線上に２本以上存在すると
   き、１水平走査期間内に光切断線抽出回路から抽出され
   る２つ以上の光切断線抽出信号のうち最初か最後のいず
   れか一つを選択して水平光切断位置検出回路に向け出力
   する光切断線指定回路を含むことを特徴とする三次元座
   標測定装置。
6. 【請求項６】特許請求の範囲（３）に記載の装置におい
   て、 光切断線が１本の水平走査線上に２本以上存在すると
   き、１水平走査期間内に光切断線抽出回路から出力され
   る２つ以上の光切断線抽出信号のうち最初か最後のいず
   れか一つを選択して水平光切断位置検出回路に向け出力
   する光切断線指定回路を含むことを特徴とする三次元座
   標測定装置。