JPH08313224A - 形状計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 回転が安定した高速回転を用いて偏向走査を
行うことのできる高分解能な形状計測装置を提供するこ
と。 【構成】 点滅するレーザ光源１と、その点滅パターン
を格納したパターンメモリ１７と、ポリゴンミラー３
と、ＣＣＤカメラ６とを有し、ＣＣＤカメラ６による撮
像データに基づき被測定物体Ｑの形状を算出する形状計
測装置であって、ポリゴンミラー３を回転駆動するモー
タ９と、ポリゴンミラー３が特定の位相になった時にＰ
Ｄ信号を発生するフォトディテクタ１８とを備え、ＣＣ
Ｄカメラ６の１画面の撮像時間内に複数回の走査がされ
るようにポリゴンミラー３を回転駆動し、ＰＤ信号によ
り点滅パターンをリセットして同じ点滅パターンを繰り
返すようにした。また、撮像時間内に複数回の走査のう
ち実際にレーザ光の点滅発光を行う回数を選択できるよ
うにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、計測対象物の三次元形
状を光学的手段を用いて非接触で計測する形状計測装置
に関し、さらに詳細には、高速回転する回転ミラーを用
いて安定した計測を行うようにした形状計測装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、代表的な光学的形状計測方法の一
つとして空間コード化法が知られている。空間コード化
法は、計測機側に投光装置を有し、投光した光の計測対
象による反射光を計測する能動的計測法の一つである。
空間コード化法による形状計測装置の一例として、特開
平５−３３２７３７号公報に開示されているものを図５
を参照して説明する。図５の形状計測装置は、レーザ光
源８７と、レーザ光をスリット形に整形するレンズ系８
８と、整形されたレーザ光を計測対象物Ｑに向けて照射
するポリゴンミラー８９と、計測対象物Ｑによる反射光
を検出するＣＣＤカメラ８１と、これらを制御するコン
トロール部８２とを有している。

【０００３】レーザ光源８７は所定の規則に従って点滅
するように制御されており、ポリゴンミラー８９は回転
してレーザ光を走査する。従って、計測対象物Ｑの表面
には、レーザ光が照射された部分と照射されなかった部
分との縞模様が生ずる。ここで、ＣＣＤカメラ８１の１
フレーム分の蓄積時間内にレーザ光の走査が１回行なわ
れるようになっているので、１フレーム分の画像データ
には計測対象物Ｑの縞模様状のデータが蓄積される。そ
して、異なる点滅パターンによる複数回の走査がなされ
ると、異なる複数の縞模様データが空間コードごとに蓄
えられる。

【０００４】これらの縞模様データに基づき、コントロ
ール部８２に内蔵される演算装置が三角測量の原理を利
用して各画素に対応する計測対象物Ｑ上の点の座標を算
出し、形状が計測される。この形状計測装置は、レーザ
光源８７を点滅させることにより、機械的なパターンマ
スク及びその入れ替え操作を不要として、装置の小形化
と迅速な計測とを実現しようとするものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この形状計測
装置によっても解決されない問題点があった。即ちこの
形状計測装置では、ポリゴンミラー８９を回転させるこ
とによりレーザ光の走査を行っているが、その回転速度
が遅いために安定した回転が得られないのである。なぜ
なら、ポリゴンミラー８９はＣＣＤカメラ８１の１フレ
ーム分の蓄積時間内にレーザ光を１回走査させるが、１
回の走査はポリゴンミラー８９の面数分の１回転（例え
ば１２面の場合には１／１２回転、３０゜）によりなさ
れる。一方、１フレーム分の蓄積時間はビデオレートに
より定まり通常１／６０秒である。従ってこの場合には
ポリゴンミラー８９の回転速度は３００ｒｐｍとなり、
通常のモータで安定回転が得られる速度領域よりはるか
に遅いのである。

【０００６】このため、モータのワウフラッタやジッタ
リング等の回転速度変動が無視できず、良好な測定精度
が得られなかった。モータとポリゴンミラー８９との間
に減速ギヤを介在させることも考えられるが、装置の大
型化が避け難く、また減速ギヤの工作精度やバックラッ
シュ等、別の問題が生ずる。

【０００７】また、ポリゴンミラー８９の回転は１／６
０秒というビデオレートに完全に同期していなければな
らないが、ポリゴンミラー８９にエンコーダを付設して
角度情報を読み取りながら制御することによりこれを実
現しようとすれば、１画面について５０００分割程度の
分解能が必要であり１２面あるので１回転を６００００
分割するものが必要になる。このため極端に高価格とな
りまた装置を小型化しにくくなる。

【０００８】あるいは、ポリゴンミラー８９に替えて表
裏２面のガルバノミラーを用い、連続回転でなく往復回
転させてレーザ光の走査を行う方法もある。しかしこの
場合には非等速の運動制御が必要となり、その一方で温
度変化や外部振動等外的要因の影響を受けやすいため、
高精度な往復回転運動は非常に困難である。

【０００９】本発明は従来技術のかかる問題点を解決す
るためになされたものであり、その目的とするところ
は、安定した回転が得られる高速回転を用いて偏向走査
を行い、かつエンコーダを要しないで計測できるように
することにより、小型かつ低コストな形状計測装置を提
供することにある。そしてそのために、１画面の撮像時
間内に複数回走査されるように高速でポリゴンミラーを
回転させ、偏向走査の位相を検知してこの位相に基づい
てレーザ光の点滅発光を行い、高速偏向走査による画像
を積算して測定データを取得するようにした形状計測装
置を提供することを目的とする。更に、画像蓄積中の複
数回の走査のうちレーザ光の点滅発光を実際に行う回数
を選択できるようにして明所、暗所とも測定できるよう
にした形状計測装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明の形状計測装置は、レーザ光を点滅発生するレー
ザ光源と、前記レーザ光の点滅パターンを複数種類格納
したパターンメモリと、前記レーザ光を被測定物体に向
けて偏向走査するポリゴンミラーと、前記レーザ光の照
射により被測定物体の表面に生じる映像を撮像する撮像
手段と、この撮像手段による撮像データに基づき被測定
物体の形状を算出する形状演算手段とを有する形状計測
装置であって、前記ポリゴンミラーを回転駆動して偏向
走査させる駆動手段と、前記ポリゴンミラーの回転の位
相を検知して特定の位相の時に位相基準信号を発生する
位相基準信号発生手段と、前記位相基準信号を基準とし
て前記パターンメモリに格納された点滅パターンの一つ
により前記レーザ光源を点滅制御する点滅制御手段と、
前記撮像手段の１画面の撮像が終了した時に前記点滅制
御手段が従う点滅パターンを変更するパターン変更手段
とを備え、前記駆動手段は、前記撮像手段の１画面の撮
像時間内に複数回の走査がされるように前記ポリゴンミ
ラーを回転駆動することをその要旨とする。

【００１１】また本発明の形状計測装置は、前記の形状
計測装置であって、前記撮像手段による１画面の撮像時
間内にされる複数回の走査のうち実際にレーザ光の点滅
発光がなされる走査の回数を設定する光量調整手段を設
けたことをその要旨とする。

【００１２】

【作用】かかる構成を要旨とする本発明の形状計測装置
では、ポリゴンミラーは駆動手段により回転駆動を受
け、撮像手段の１画面の撮像時間内にレーザ光を複数回
走査させるような高速で回転する。そしてこの回転の位
相が位相基準信号発生手段により検知され、特定の位相
の時に位相基準信号が発生される。この位相基準信号は
点滅制御手段に送られ、点滅制御手段はこの位相基準信
号を基準としてレーザ光源を点滅発光させる。その際パ
ターンメモリに格納された点滅パターンの一つに従う。
このレーザ光は回転するポリゴンミラーにより被測定物
体に向けて偏向走査されるので、被測定物体の表面に映
像を生じ、この映像が撮像手段により撮像される。

【００１３】ポリゴンミラーの回転によりレーザ光の偏
向走査の１回がなされ再び特定の位相になると、位相基
準信号発生手段により２回めの位相基準信号が発生され
る。このため２回めの偏向走査でも１回めの偏向走査と
同じ点滅パターンに従い、レーザ光源が点滅発光させら
れる。そして、撮像手段による１画面の撮像が終了する
と、点滅制御手段が従う点滅パターンがパターン変更手
段により変更され、新たな点滅パターンによる撮像がな
される。かくして撮像手段により得られた撮像データに
基づき形状演算手段が被測定物体の形状を算出し、形状
計測がなされる。

【００１４】また、本発明の形状計測装置では、撮像手
段による１画面の撮像時間内にされる複数回の走査のう
ち実際にレーザ光の点滅発光がなされる走査の回数が光
量調整手段により設定される。このため被測定物体の明
度に合わせた光量で計測できるので、明所、暗所ともに
計測できる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の形状計測装置を図面に示す実
施例に即して詳細に説明する。図１に概略構成で示す本
実施例の形状計測装置は、レーザ光を発生するレーザ光
源１と、レーザ光源１が発生するレーザ光をスリット形
に整形するレンズ系２と、スリット形に整形されたレー
ザ光を反射するとともに回転運動により被測定物Ｑ上を
走査するように照射させるポリゴンミラー３と、被測定
物Ｑ上にレーザ光が照射されて生じる映像を撮像するＣ
ＣＤカメラ６とを有している。

【００１６】ここでレーザ光源１は、半導体レーザ、気
体レーザ、固体レーザ、液体レーザ等公知のレーザ光源
であれば何でもよいが、装置の小形化及び高速スイッチ
ングが可能であることという観点から半導体レーザが最
も適している。このレーザ光源１は、コントロール部５
により制御され点滅発光するようになっている。

【００１７】コントロール部５は、形状計測装置の制御
を行うためのマイコンであり、公知のＣＰＵ、ＲＯＭ、
ＲＡＭ等を組み合わせてなるものである。このＲＯＭに
は、制御上必要な種々のプログラム類が格納されてい
る。このコントロール部５は、レーザ光源１の点滅制御
を行うためのメインクロック１６とパターンメモリ１７
とを備えている。パターンメモリ１７には表１に示す８
桁のグレイコードが格納されている。このコードのデー
タ「０」が暗、データ「１」が明を意味し、０〜７のメ
モリビットのうちの１つに従い、メインクロック１６の
パルスごとに０〜２５５のメモリアドレスの順に明暗の
状態が変更され点滅パターンとなるものである。メイン
クロック１６は数ＭＨｚ程度の周波数を有する。

【００１８】

【表１】

【００１９】またコントロール部５は、ＣＣＤカメラ６
へビデオ垂直同期信号（以下、「ＶＤ信号」という）を
供給する役割も有している。このＶＤ信号は、パターン
メモリ１７に格納されている明暗データのうち、点滅制
御に実際に用いられるメモリビット（０〜７）を変更す
るためにも用いられ、また後述するモータ駆動回路１０
にも送られるものである。

【００２０】ＣＣＤカメラ６には、取込回路１４と演算
回路１５とが備えられている。取込回路１４はＣＣＤカ
メラ６がコントロール部５から取り込まれたＶＤ信号に
従って撮像した画像をデジタル化して取り込むものであ
り、演算回路１５はそのデジタル化されたデータに基づ
き三角測量法により被測定物Ｑの形状を演算するもので
ある。尚、ＣＣＤカメラ６のビデオレートは１／６０秒
であり、１秒間に６０画面の撮像がなされる。

【００２１】ポリゴンミラー３は、図１には６面のもの
が描かれているが、６面に限らず４面乃至２４面のいず
れのものであっても使用可能である。ただしその面数Ｎ
はレーザ光を走査する照射角θに次式のように関係し、
照射角θは４５゜乃至９０゜程度あれば十分なので８面
乃至１６面の範囲内の面数のものが適している。 θ ＝ ７２０／Ｎ （゜） 更にポリゴンミラー３自体の製作しやすさを考慮すれば
８面、１２面、１６面のいずれかが現実的である。この
場合照射角θはそれぞれ９０゜、６０゜、４５゜であ
り、ポリゴンミラー３が３６０／Ｎ゜回転することによ
りこの照射角にわたるレーザ光の走査がなされる。

【００２２】かかるポリゴンミラー３には、回転運動の
駆動源であるモータ９が備えられており、ポリゴンミラ
ー３とモータ９とはギヤ等の減速手段を介さず１：１の
回転比で連結されている。そしてモータ９は、ＰＬＬ同
期回路１１とモータクロック発生回路１２とを含むモー
タ駆動回路１０により制御され一定速度で回転するよう
になっている。

【００２３】このモータクロック発生回路１２は、コン
トロール部５からＶＤ信号の供給を受けてこれに完全に
同期したモータクロックを発生するものであり、このモ
ータクロックを用いてＰＬＬ同期回路１１がモータ９を
駆動するようになっている。このモータクロックは、メ
インクロックよりはるかに低い周波数を有する。そして
本実施例では、ＣＣＤカメラ６の１フレーム分の蓄積時
間内にレーザ光が何度も走査されるようにポリゴンミラ
ー３が高速かつ一定速度で回転させられるものである。

【００２４】このポリゴンミラー３には、フォトディテ
クタ１８が設けられている。フォトディテクタ１８は、
発光器と光センサとパルス発信器とを有しており、発光
器からの光がポリゴンミラー３に反射されて光センサに
入射したときにパルス発信器がパルスを発するようにさ
れている。これによりポリゴンミラー３の面位相を検知
するものである。このパルス信号はコントロール部５に
伝送されるようになっており、以下、「ＰＤ信号」とい
う。ＰＤ信号は、ポリゴンミラー３の各反射面がフォト
ディテクタ１８に対し特定の角度になったときに発信さ
れ、ポリゴンミラー３が１回転する間にその面数と同一
回数発信される。この信号は、レーザ光の１回の走査が
終了したときに点滅パターンをリセットさせるために用
いられるものである。

【００２５】次に形状計測装置の作用を説明する。この
形状計測装置では、レーザ光源１はコントロール部５に
より制御され点滅発光している。その点滅パターンはパ
ターンメモリ１７に格納されたグレイコードパターンに
基づく。即ち、表１に示す０〜７のメモリビットのうち
の１つに従い、０〜２５５のメモリアドレスの順に
「０」、「１」のデータにより明暗のパターンが生成さ
れる。「０」が暗で「１」が明である。例えばメモリビ
ット「０」による場合には、暗、明、明、暗、暗、明、
明、暗、暗、・・・、のパターンである。

【００２６】そしてこの点滅レーザ光は、レンズ系２に
よりスリット形に整形されてポリゴンミラー３に至り、
被測定物Ｑに向けて反射される。そしてポリゴンミラー
３は、モータ９の駆動により回転しているので、反射レ
ーザ光は被測定物Ｑ上を走査され、点滅パターンにより
被測定物Ｑ上にストライプパターンを形成する。そして
ＣＣＤカメラ６がこのストライプパターンを画像として
撮像し、その画像は取込回路１４によりデジタル化して
取り込まれ、そのデジタル化されたデータに基づき演算
回路１５により被測定物Ｑの形状が演算される。

【００２７】ここで、ＣＣＤカメラ６の撮像時間とポリ
ゴンミラー３の回転速度との関係について説明する。ま
ずＣＣＤカメラ６の撮像時間は、ＶＤ信号によるもので
あり本実施例では１画面あたり１／６０秒である。従っ
て１秒間に６０画面の撮像がなされる。そして、ポリゴ
ンミラー３の回転速度は、ＣＣＤカメラ６の１画面の撮
像時間内にレーザ光の走査が複数回なされるような速い
回転速度である。

【００２８】この回転速度を、ポリゴンミラー３として
１２面のものを用い、１画面の撮像時間内に６回の走査
を行う場合を例にとって計算すると以下のようになる。
まず１回の走査に要するポリゴンミラー３の回転角度は
３６０゜／１２で３０゜である。このため６回の走査に
要する回転角度は１８０゜となる。従って１／６０秒の
間に１８０゜、即ち半回転しなければならないので回転
速度は毎秒３０回転、即ち１８００ｒｐｍとなる。この
回転速度はモータ９のワウフラッタやジッタリング等の
回転速度変動を無視して定速回転とみなすのに十分な高
速回転であり、このためにポリゴンミラー３とモータ９
との等速結合が可能となっているのである。尚、１画面
の撮像時間内の走査回数を更に増やして回転速度を更に
高速化してもよい。

【００２９】このようにＣＣＤカメラ６の１画面の撮像
時間内にレーザ光の走査が何度もなされるが、ＰＤ信号
により点滅パターンがリセットされ、毎回同じパターン
が最初から繰り返されるので、被測定物Ｑ上には同一の
ストライプパターンが生じることとなり、その積算が撮
像されることとなる。このため、異なるストライプパタ
ーンが１画面に重畳されることはない。

【００３０】続いて、この形状計測装置の動作フローを
図２により説明する。この形状計測装置では計測中、パ
ターンメモリ１７の内容によりレーザ光の点滅制御がな
されている。即ち前記のようにデータが「０」なら暗
で、「１」なら明である。そして、Ｓ１ではメインクロ
ック１６のパルスが立ち上がったか否かの判断をする。
メインクロックが立ち上がると（Ｓ１：Ｙｅｓ）、Ｓ２
でメモリのアドレス（０〜２５５）をインクリメントす
る。即ちアドレス番号を１増やす。メインクロック１６
の周波数が数ＭＨｚのオーダーなので、アドレスのイン
クリメントもこれに従う。

【００３１】Ｓ３では、ＰＤ信号が立ち上がったか否か
を判断する。ＰＤ信号が立ち上がると（Ｓ３：Ｙｅ
ｓ）、Ｓ４でメモリのアドレスをクリアして０にする。
即ちアドレス番号が幾つであっても０に戻され、点滅パ
ターンがリセットされることとなる。このためその後同
じ点滅パターンが再度繰り返される。ＰＤ信号はレーザ
光の走査１回ごとに立ち上がるので、毎回の走査ごとに
同じ点滅パターンが繰り返されることになる。

【００３２】そしてＳ５では、ＶＤ信号が立ち上がった
か否かを判断する。ＶＤ信号が立ち上がると（Ｓ５：Ｙ
ｅｓ）、Ｓ６でメモリのビット（０〜７）を変更する。
このためその後は別の点滅パターンによるレーザ発光が
なされる。ＶＤ信号はＣＣＤカメラ６の１画面の撮像ご
とに立ち上がるので、１画面の撮像が終了すると次の画
面は新たな点滅パターンにより撮像されることとなる。

【００３３】そしてＳ７では、現時点でのメモリ内容の
データに従いレーザ光源１の制御がなされる。即ち、Ｓ
２、Ｓ４、Ｓ６のいずれかにより変更があった場合には
その変更後のデータに従いレーザ光源１の発光制御がな
される。その後はＳ１に戻り同様の操作が繰り返され
る。

【００３４】かかるフローによる形状計測における、ポ
リゴンミラー３の面角度やＰＤ信号、ＶＤ信号、及び点
滅パターンの関係を図３のタイミングチャートにより説
明する。このタイミングチャートは、ポリゴンミラー３
として１２面のものを用い、１画面の撮像時間内に６回
の走査を行う場合を例にとって示すものであり、横軸に
時間をとっている。

【００３５】まず最上段のミラー面の角度及び面番号に
ついて説明する。ここに示すミラー面の角度とは、ポリ
ゴンミラー３の反射面のうち実際にレーザ光の反射を行
っている面の角度を意味する。ポリゴンミラー３が定速
回転しているため直線的に変化し、１走査が終了して次
の反射面に移ると再び基準角度からの変化となるので、
図示のようにノコギリ波形となる。ここでの面番号（０
〜６）は、ＣＣＤカメラ６の１画面の撮像時間内で付番
したものであり、ポリゴンミラー３自体の面数を指すも
のではない。

【００３６】２段目のＰＤ信号について説明する。前述
のようにこの信号は、ポリゴンミラー３の各反射面がフ
ォトディテクタ１８に対し特定の角度になったときに発
信されるものであり、レーザ光の走査１回に１回立ち上
がる。即ちミラー面の角度のノコギリ波に対し、各ノコ
歯が所定の高さになる時に毎回立ち上がる。

【００３７】３段目のＶＤ信号について説明する。前述
のようにこの信号は、ＣＣＤカメラ６の撮像動作を司る
ものであり、画面チェンジの時に立ち上がる。ここでは
１画面の撮像時間内に６回の走査を行うこととしている
ので、ＶＤ信号の立ち上がりから次の立ち上がりまでが
１画面の撮像時間である。また、この１画面の撮像時間
内にミラー面の角度のノコギリ波はノコ歯６個が存在す
る。尚、ＰＤ信号とＶＤ信号とは、必ずしも位相が一致
していなくてもよい。

【００３８】４段目の照射パターン（ビット）について
説明する。これはパターンメモリ１７に格納されるデー
タのうちレーザ光点滅動作が実際に従うメモリビット
（表１の０〜７）を示すものであり、ＶＤ信号の立ち上
がりに同期して変更される（図２のＳ６参照）。従っ
て、ＣＣＤカメラ６により複数画面を続けて撮像すると
毎回異なるメモリビットによる異なる点滅パターンでの
ストライプパターンが撮像される。

【００３９】５段目の照射パターン（アドレス）につい
て説明する。このメモリアドレス（表１の０〜２５５）
はメインクロックの立ち上がりによりインクリメントさ
れ（図２のＳ２参照）、そしてメインクロックの周波数
は数ＭＨｚ程度で一定であるから、直線的にアドレス番
号が上昇する。そしてＰＤ信号の立ち上がりにより同期
してクリアされ新たに０番から開始する（図２のＳ４参
照）。このためミラー面の角度と同一の周期のノコギリ
波形となり、１画面の撮像時間内の各走査は同一の点滅
パターンにより行われることとなる。従ってＣＣＤカメ
ラ６が撮像する１画面に異なる点滅パターンのストライ
プパターンが重畳されることはない。

【００４０】次に、演算回路１５における三角測量法に
よる被測定物Ｑの形状の演算について図４を参照して簡
単に説明する。図４に示すように、レーザ光源１の測定
基準面（ＣＣＤカメラ６の光軸に垂直な面）からの高さ
をhl、偏向角度をθ、計測対象物Ｑのレーザ照射位置の
高さをｚ、ＣＣＤカメラ６の対物レンズ７の測定基準面
からの高さをhc、対物レンズ７の焦点距離をｆ、ＣＣＤ
カメラ６の光軸の基準点Ｏからの基準面上の距離をｌ、
ＣＣＤカメラ６の感光面８上の受光した画素位置をｘ、
とする。

【００４１】このとき、高さｚは、 ｚ ＝ ｛ｘ・hc−ｆ・（ｌ−hl・tanθ）｝／（ｘ＋ｆ・tanθ） で表すことができる。図４より、hc、ｆ、ｌ、hlはいず
れも計測対象物Ｑと無関係な固定値であることがわか
る。即ち、ｘとθとがわかればこの式よりｚが算出され
る。従って、各ｘについて対応するθの値が判明すれば
計測対象物Ｑの形状が得られることになる。ｘはＣＣＤ
カメラ６において撮像された位置であり、取込回路１４
でデジタル化されたデータから読み取られる。一方θは
そのときのポリゴンミラー３からの照射角である。な
お、ｙ方向の座標は図４には現れないが、ＣＣＤカメラ
６のｙ方向の画素位置から直接導出され、３次元計測が
なされる。

【００４２】次に、本実施例の形状計測装置では光量調
整を行うことができるので、これについて説明する。前
記のようにこの形状計測装置では、ＣＣＤカメラ６の１
画面の撮像時間にレーザ光の走査が複数回（図３に示し
たものでは６回）行われ、同一の点滅パターンによる同
一のストライプパターンが積算される。従って、そのす
べての回の走査においてレーザ照射を行うのではなく、
一部の回のみ照射することとすれば光量が絞られること
となる。そして照射が行われる回数を選択することによ
り、光量の調整がなされるものである。図３に示した１
画面の撮像時間に６回の走査を行う場合の光量調節の例
を表２に示す。照射を行う反射面の数を変更することに
より、１／６から６／６までの６段階の調節が可能であ
る。

【００４３】

【表２】

【００４４】これにより、レーザ光源１自体の出力制御
を行うことなく、明暗に応じて光量を調節して形状計測
を行うことができる。即ち暗い場合には光量５／６又は
６／６を用い、明るい場合には光量１／６又は２／６を
用いればよい。また、１視野内に明るい部分と暗い部分
とが存在する場合には、部分的に光量を使い分けて全視
野において適切な明るさとなるパターンを作成すること
も可能である。

【００４５】以上詳細に説明したとおり本実施例に係る
形状計測装置では、ポリゴンミラー３にフォトディテク
タ１８を設け、回転角が特定の位相になったときに発生
するＰＤ信号によりレーザ光の点滅パターンをリセット
して再度同じパターンを繰り返すこととしたので、ＣＣ
Ｄカメラ６の１画面の撮像時間内にレーザ光の走査を複
数回行い同一のストライプパターンを積算して撮像する
ことが可能となっている。このためポリゴンミラー３が
高速回転するので、ギヤ等の減速手段なくしてモータ９
を高速回転させることができる。

【００４６】従って、モータ９を速度変動成分を無視し
て定速回転と見なせる回転速度で使用できるので、ＣＣ
Ｄカメラ６のビデオレートと正確に同期した高精度な回
転を高分解能エンコーダ等を用いないで得ることができ
る。かくして、ポリゴンミラー３を用いた高分解能の形
状計測装置が実現されている。また、ＣＣＤカメラ６の
１画面の撮像時間内に複数回行われる走査のうち、実際
にレーザ光の点滅照射を行う回数を選択することによ
り、レーザ光源１自体の出力制御を要しないで光量調整
ができ、視野の明暗に応じて適切な光量で形状計測を行
うことができる。

【００４７】なお、この実施例は本発明を何ら限定する
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内におい
て種々の変形、改良が可能であることはもちろんであ
る。例えば実施例中に示した数値等は単なる例示であ
る。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように本発
明の形状計測装置では、１画面の撮像時間内にレーザ光
が複数回走査されるように高速でポリゴンミラーを回転
させるとともに、ポリゴンミラーの回転が特定の位相に
なったときを基準にパターンメモリに格納された点滅パ
ターンによりレーザ光源の点滅制御を行い、画像を積算
して撮像するようにしたので、安定した回転が得られる
高速回転を用いて偏向走査を行い、かつエンコーダを要
しないで計測できる、小型かつ低コストな形状計測装置
が提供されている。また、画像蓄積中の複数回の走査の
うちレーザ光の点滅発光を実際に行う回数を選択できる
ようにしたので、レーザ光源自体の出力制御をすること
なく光量を調節して明所、暗所とも測定できる形状計測
装置が提供されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る形状計測装置の構成図である。

【図２】形状計測装置の動作を説明するフローチャート
である。

【図３】形状計測装置における面角度及び各種信号等の
タイミングチャートである。

【図４】三角測量法による座標の算出を説明する概念図
である。

【図５】従来の形状計測装置の構成図である。

【符号の説明】

１ レーザ光源 ３ ポリゴンミラー ５ コントロール部 ６ ＣＣＤカメラ ９ モータ １５ 演算回路 １７ パターンメモリ １８ フォトディテクタ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光を点滅発生するレーザ光源と、
   前記レーザ光の点滅パターンを複数種類格納したパター
   ンメモリと、前記レーザ光を被測定物体に向けて偏向走
   査するポリゴンミラーと、前記レーザ光の照射により被
   測定物体の表面に生じる映像を撮像する撮像手段と、こ
   の撮像手段による撮像データに基づき被測定物体の形状
   を算出する形状演算手段とを有する形状計測装置におい
   て、 前記ポリゴンミラーを回転駆動して偏向走査させる駆動
   手段と、 前記ポリゴンミラーの回転の位相を検知して特定の位相
   の時に位相基準信号を発生する位相基準信号発生手段
   と、 前記位相基準信号を基準として前記パターンメモリに格
   納された点滅パターンの一つに従い前記レーザ光源を点
   滅制御する点滅制御手段と、 前記撮像手段の１画面の撮像が終了した時に前記点滅制
   御手段が従う点滅パターンを変更するパターン変更手段
   とを備え、 前記駆動手段は、前記撮像手段の１画面の撮像時間内に
   複数回の走査がされるように前記ポリゴンミラーを回転
   駆動することを特徴とする形状計測装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載する形状計測装置におい
   て、 前記撮像手段による１画面の撮像時間内にされる複数回
   の走査のうち実際にレーザ光の点滅発光がなされる走査
   の回数を設定する光量調整手段を設けたことを特徴とす
   る形状計測装置。