JPH087049B2 - 三次元形状測定装置における光源の調整方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明は、光切断法による三次元形状測定装置にお
ける光源の調整方法とそのための装置に関する。

＜従来の技術＞ 光切断法を利用した三次元形状測定方法は周知であ
り、被測定物にスリット光を照射して被測定物の表面に
光切断線を生じさせ、その形状を光源から所定角度ずれ
た位置にあるCCDカメラ等の撮像装置で撮像し、得られ
た光切断像のデータを三角測量法を用いて処理すること
によって被測定物の形状を非接触方式で求めている。こ
の測定は、被測定物が回転体形状の場合には被測定物を
回転させて行われるが、回転体でない場合には直線的に
移動するテーブル上に被測定物を載置し、これにスリッ
ト光を照射して行われる。

後者の場合には、スリット光がテーブルの移動方向に
対して垂直に照射される必要があり、この照射角度がず
れていると撮像装置で得られる映像は相対的に伸び縮み
したものとなって測定誤差が生じ、あるいは演算処理が
非常に複雑なものとなってしまう。

＜発明が解決しようとする課題＞ このため、測定装置に設けられている調整手段でスリ
ット光源の姿勢や位置が調整されるが、従来の装置では
この調整が困難で簡単に正確な照射角度を得ることがで
きなかった。

この発明はこのような問題点に着目し、テーブル移動
式の測定装置におけるスリット光源の調整を比較的簡単
に行えるようにすることを目的としてなされたものであ
る。

＜課題を解決するための手段＞ 上述の目的を達成するために、第１の発明の方法で
は、２個の平面状の反射面を、スリット光が照射される
部分のテーブル上に位置しており、且つテーブルの移動
方向に平行な線上で交わると共に、スリット光を互いに
他の反射面に向けて反射できる角度で配置し、各反射面
にスリット光が直接入射して生ずる投影線と他の反射面
からの反射光が入射して生ずる投影線とのずれを無くす
ようにスリット光源の姿勢を調整している。

また、この方法を実施するための装置では、スリット
光が照射される部分のテーブル上に位置しており、且つ
テーブルの移動方向に平行な線上で交わると共に、スリ
ット光を互いに他の反射面に向けて反射できる角度で配
置された２個の平面状の反射面を備えており、更に各反
射面にスリット光が直接入射して生ずる投影線と他の反
射面からの反射光が入射して生ずる投影線とのずれを無
くすようにスリット光源の姿勢を調整する調整手段を備
えている。

第２の発明の方法では、スクリーンをスリット光中に
配置し、また２個の平面状の反射面を、スリット光が照
射される部分のテーブル上に位置しており、且つテーブ
ルの移動方向に平行な線上で交わると共に、少なくとも
一方の反射面に直接入射して反射したスリット光が他方
の反射面を経て上記スクリーンに投影されるように配置
し、スクリーンにスリット光が直接入射して生ずる投影
線と反射面で反射されたスリット光が入射して生ずる投
影線とのずれを無くすようにスリット光源の姿勢を調整
している。

また、この方法を実施するための装置では、スリット
光中に配置されたスクリーンと、スリット光が照射され
る部分のテーブル上に位置しており、且つテーブルの移
動方向に平行な線上で交わると共に、少なくとも一方の
反射面に直接入射して反射したスリット光が他方の反射
面を経て上記スクリーンに投影されるように配置された
２個の平面状の反射面を備えており、更にスクリーンに
スリット光が直接入射して生ずる投影線と反射面で反射
されたスリット光が入射して生ずる投影線とのずれを無
くすようにスリット光源の姿勢を調整する調整手段、と
を備えている。

＜作用＞ 第１の発明では、各反射面にスリット光が直接入射し
て生ずる投影線と他の反射面からの反射光が入射して生
ずる投影線とを確認し、現在のずれの状態と調整手段を
あとどの程度どのように操作すればよいかを具体的に把
握しながら調整できるので、調整が極めて容易となる。

また第１の発明では反射面の状態によっては投影線が
見えにくい場合があるのに対して、第２の発明ではスク
リーン上に投影線を映し出しているので投影線が見やす
くなり、調整作業は一層容易となる。

＜第１の発明の実施例＞ 次に図示の実施例について説明する。

第１図は第１の発明を示したものであり、図におい
て、１はテーブル、２はスリットレーザ光線、３及び４
は鏡、５はCCDカメラである。

テーブル１は被測定物（図示せず）が載置されるもの
で、下部に複数個のガイド11が取り付けられており、平
行な２本のレール12上を図示しない適宜の駆動機構によ
り直線状に移動するようになっている。

スリットレーザ光源２はテーブル１の上方に所定の俯
角で配置されたものであって、内部にロッドレンズ等が
組み込まれており、極めて薄く、しかもテーブル１の移
動方向に対して垂直な面状に広がるスリットレーザ光21
を発射できるように構成されている。22は図示しない適
宜の支持装置に固定される固定部であり、スリットレー
ザ光源２は、この固定部22に対して第１の回転軸Ａの回
りを回動可能な回転部23を介して支持され、更に回転部
23に対しては回転軸Ａに直交する第２の回転軸Ｂの回り
を回動可能となっている。従って、回転部23を回動させ
ることによりテーブル１の移動方向に対するスリットレ
ーザ光21の前後方向の振れ（以下、これを垂直度と記
す）が、また光源２を回動させることにより所定の照射
方向に対するスリットレーザ光21のねじれ（以下、これ
を直角度と記す）が、それぞれ調整できるのである。

鏡３及び４は２個の平面状の反射面を構成するもの
で、一方の鏡３はテーブル１のスリットレーザ光21が照
射されるべき部分に水平に配置され、他方の鏡４はテー
ブル１の移動方向に平行な縁部31上で鏡３と直角に交わ
るように配置されている。32はテーブル１の移動方向に
平行に設置された位置決め用ストッパであり、あらかじ
め鏡3,4を縁部31上で交わるように組み合わせておき、
鏡３の他端を縁部31に平行なカット面としておけば、鏡
３の他端をストッパ32に接触させてテーブル１上に置く
だけで、鏡3,4を所定の位置に所定の姿勢でセットする
ことができる。なお、鏡3,4は光源２から照射されたス
リットレーザ光21を互いに他の鏡4,3に向けて反射でき
る角度で配置されていればよく、必ずしも実施例のよう
に直角に組み合わせなくてもよいし、縁部31で接触して
いなくてもよい。

また、CCDカメラ５は鏡3,4に生ずる投影線の観測用で
あって鏡3,4に向けて配置されている。このカメラ５は
鏡3,4の映像をとらえることができればよいので、スリ
ットレーザ光源２に対して特定の位置関係になくてもよ
いが、測定装置のカメラをそのまま流用することもで
き、この場合にはスリットレーザ光源に対して所定の位
置関係を保って設けられたものとなる。なお、CCDカメ
ラでなく、他の種類の撮像装置を用いることも可能であ
る。

この実施例は上述のように構成されており、スリット
レーザ光源２からスリットレーザ光21が照射された場合
の光の軌跡を追ってみると次のようになる。

例えば、スリットレーザ光21中の光21aが鏡４に達す
るとその入射角に応じて鏡面で反射され、光21a′とな
って鏡３に達する。また、スリットレーザ光21中の光21
bが鏡３に達すると同様にその入射角に応じて鏡面で反
射され、光21b′となって鏡４に達する。この時、スリ
ットレーザ光21は面状であるから鏡3,4には線状の投影
線を生ずることになり、それぞれ投影線21A及び21A′、
投影線21B及び21B′が生ずる。これらの各投影線は、ス
リットレーザ光21の垂直度と直角度がそれぞれ出ていれ
ばその位置が一致し、出ていなければ２枚の鏡3,4が接
する縁部31を頂点として角度のずれに応じた開き角が生
ずる。従って、これらの投影線21A,21A′,21B及び21B′
をCCDカメラ５で観測することによりずれの状態を知る
ことができるのであり、各投影線が一致するようにスリ
ットレーザ光源２の姿勢を調整することにより光源２を
正しくセットすることができる。

なお、この調整は鏡3,4の各投影線を直接目視しなが
ら行うこともできるが、上述のようにCCDカメラ５で観
測する場合には、得られたデータを基にしてコンピュー
タで適宜の駆動機構を制御することにより、光源２の姿
勢を自動調整することが可能となる。

また、照射角度にずれがある場合の投影線は頂点から遠
ざかるほど開きが大きくなって線間が離れるので、鏡3,
4の長さを大きくすることにより精度を高めることがで
きる。

＜第２の発明の実施例＞ 上述のように鏡面に直接投影線を映し出す方式では、
例えば鏡面が非常に滑らかで乱反射が生じにくい場合に
鏡面上に生ずる投影線が見えにくくなる。第２の発明は
スクリーンに投影線を映し出すことにより投影線の確認
を容易にしたものであり、第２図及び第３図にその実施
例を示す。なお、第１図と同一の部分は同じ番号で示し
てある。

図において、６はスリットレーザ光21の一部（実施例
では鏡３に向かう部分）を遮るように設けられたスクリ
ーン、61はその支持台であり、スクリーン６の表面にス
リットレーザ光21が直接入射して生ずる投影線21Cが生
じ、裏面には鏡４及び３で反射して生じた投影線21A″
が映し出されるように配置されている。スクリーン６は
裏面の投影線21A″を表面からも透かし見ることのでき
る構造となっており、スクリーンは一般的に鏡面よりも
はるかに乱反射が生じやすいので、各投影線21C,21A″
の確認はかなり容易なものとなる。

また、この発明ではスクリーン６上の各投影線21C,21
A″が平行であるか否かでスリットレーザ光源２の直角
度を、両投影線の間隔で光源２の垂直度をそれぞれ把握
できる。すなわち、第３図の（ａ）はスリットレーザ光
21の垂直度と直角度のいずれもがずれている状態の一例
であり、ここで例えばスリットレーザ光源２を回転部23
に対して回動させて直角度を正しく調整すると、（ｂ）
図に示すように投影線21C,21A″は平行となる。更に回
転部23を固定部22に対して回動させて垂直度を正しく調
整すると、（ｂ）図のように投影線21C,21A″は平行移
動して両者が重なる。このように、スクリーン６上に生
ずる各投影線21C,21A″の状態から、２軸の要素に分解
して各要素ごとにずれを把握できるので、調整が容易と
なるのである。

＜他の実施例＞ 前述のように鏡3,4は直角に組み合わせなくてもよい
が、直角の場合にはプリズムを用いることができる。す
なわち、第４図において７はプリズムであり、直角に交
わる２面がそれぞれ鏡３及び４となるように配置されて
いる。動作は第２図の場合と同様である。なお、図はス
クリーン６を用いた第２図の方式の例を示しているが、
鏡面上の投影線を直接観測する第１図の方式に適用する
ことも可能である。

＜発明の効果＞ 上述の実施例から明らかなように、第１の発明の方法
と装置は、２個の平面状の反射面をテーブルの移動方向
に平行な線上で交わり、しかもスリット光を互いに他の
反射面に向けて反射できる角度で配置し、各反射面に生
ずる投影線のずれを無くすようにしてスリット光源の姿
勢を調整するようにしたものである。

従って、現在のずれの状態と調整手段をあとどの程度
どのように操作すればよいかを把握しながら調整を行う
ことができ、スリット光源の照射方向の調整が極めて容
易となる。また実施例のようにCCDカメラ等と組み合わ
せることにより、自動調整も可能となる。

また第２の発明ではスクリーン上に投影線を生じさせ
るようにしたものであり、反射面に直線投影線を映し出
す方式と比べて投影線が見やすくなり、調整作業が一層
容易となる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の発明の一実施例の概略構成図、第２図は
第２の発明の一実施例の概略構成図、第３図は同実施例
の動作説明図、第４図は他の実施例の概略構成図であ
る。 １……テーブル、２……スリットレーザ光源、3,4……
鏡、５……CCDカメラ、６……スクリーン、７……プリ
ズム、21……スリットレーザ光、21A,21A′,21A″,21B,
21B′,21C……投影線、22……固定部、23……回転部、3
1……縁部。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直線的に移動するテーブル上に載置された
   被測定物にスリット光を照射し、被測定物の表面に生ず
   る光切断線の形状を測定する三次元形状測定装置におい
   て、 ２個の平面状の反射面を、スリット光が照射される部分
   のテーブル上に位置しており、且つテーブルの移動方向
   に平行な線上で交わると共に、スリット光を互いに他の
   反射面に向けて反射できる角度で配置し、各反射面にス
   リット光が直接入射して生ずる投影線と他の反射面から
   の反射光が入射して生ずる投影線とのずれを無くすよう
   にスリット光源の姿勢を調整することを特徴とする三次
   元形状測定装置における光源の調整方法。
2. 【請求項２】直線的に移動するテーブル上に載置された
   被測定物にスリット光を照射し、被測定物の表面に生ず
   る光切断線の形状を測定する三次元形状測定装置におい
   て、 スリット光が照射される部分のテーブル上に位置してお
   り、且つテーブルの移動方向に平行な線上で交わると共
   に、スリット光を互いに他の反射面に向けて反射できる
   角度で配置された２個の平面状の反射面と、 各反射面にスリット光が直接入射して生ずる投影線と他
   の反射面からの反射光が入射して生ずる投影線とのずれ
   を無くすようにスリット光源の姿勢を調整する調整手
   段、 とを備えたことを特徴とする三次元形状測定装置におけ
   る光源の調整装置。
3. 【請求項３】直線的に移動するテーブル上に載置された
   被測定物にスリット光を照射し、被測定物の表面に生ず
   る光切断線の形状を測定する三次元形状測定装置におい
   て、 スクリーンをスリット光中に配置し、また２個の平面状
   の反射面を、スリット光が照射される部分のテーブル上
   に位置しており、且つテーブルの移動方向に平行な線上
   で交わると共に、少なくとも一方の反射面に直接入射し
   て反射したスリット光が他方の反射面を経て上記スクリ
   ーンに投影されるように配置し、スクリーンにスリット
   光が直接入射して生ずる投影線と反射面で反射されたス
   リット光が入射して生ずる投影線とのずれを無くすよう
   にスリット光源の姿勢を調整することを特徴とする三次
   元形状測定装置における光源の調整方法。
4. 【請求項４】直線的に移動するテーブル上に載置された
   被測定物にスリット光を照射し、被測定物の表面に生ず
   る光切断線の形状を測定する三次元形状測定装置におい
   て、 スリット光中に配置されたスクリーンと、 スリット光が照射される部分のテーブル上に位置してお
   り、且つテーブルの移動方向に平行な線上で交わると共
   に、少なくとも一方の反射面に直接入射して反射したス
   リット光が他方の反射面を経て上記スクリーンに投影さ
   れるように配置された２個の平面状の反射面と、 スクリーンにスリット光が直接入射して生ずる投影線と
   反射面で反射されたスリット光が入射して生ずる投影線
   とのずれを無くすようにスリット光源の姿勢を調整する
   調整手段、 とを備えたことを特徴とする三次元形状測定装置におけ
   る光源の調整装置。