JPH09113234A - 2次元形状計測センサー - Google Patents

2次元形状計測センサー

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JPH09113234A
JPH09113234A JP7270859A JP27085995A JPH09113234A JP H09113234 A JPH09113234 A JP H09113234A JP 7270859 A JP7270859 A JP 7270859A JP 27085995 A JP27085995 A JP 27085995A JP H09113234 A JPH09113234 A JP H09113234A
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JP
Japan
Prior art keywords
light
dimensional
dimensional shape
scanning mirror
light receiving
Prior art date
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Pending
Application number
JP7270859A
Other languages
English (en)
Inventor
Takeshi Nomura
剛 野村
Daisuke Ogawara
大輔 大河原
Kohei Hamamura
公平 浜村
Seiji Hamano
誠司 浜野
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 大きな計測幅と計測深度、及び高い分解能を
有する2次元形状計測センサーを提供する。 【解決手段】 対象物5に投光手段1にてライン状に光
を投光し、その散乱光を三角測量の原理を用いて計測し
て対象物5の光ライン方向と深さ方向の位置を計測する
2次元形状計測センサーであって、受光側に、回転走査
ミラー8と、1次元CCDD9を備え、対象物5の光ラ
イン方向の位置は回転走査ミラー8の回転角度で求め、
対象物5の深さ方向の位置は1次元CDD9における受
光位置によって求める。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は、対象物の幅方向に
ライン状に光を照射し、その散乱光を受光素子にて受光
し、三角測量の原理を用いて対象物の幅方向と深さ方向
の形状を計測する2次元形状計測センサーに関し、この
2次元形状計測センサーを長さ方向に走査することによ
って3次元形状を計測する3次元形状計測装置に好適に
利用できる2次元形状計測センサーに関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来の3次元形状計測装置の一構成例を
図7を参照して説明する。光源21からの光をガルバノ
ミラー22で反射させ、固定鏡23を介して対象物24
に照射し、その散乱光を固定鏡25を介してガルバノミ
ラー22の裏面で反射させて受光素子26にて受光する
ように構成されている。この場合、光源21からの光は
ガルバノミラー22の回転によってx方向に走査され、
対象物24に対してx方向のライン状に光が照射され、
x方向の各照射位置に対するz方向の位置が受光素子2
6における受光位置で測定される。そして、これをy方
向に走査することによって対象物の三次元形状が測定さ
れる。
【0003】次に、他の構成例を図8を参照して説明す
る。光源31からの光が集光レンズ32を通ってガルバ
ノミラー33で反射し、ハーフミラー34で一部の光を
反射させてx方向検知素子35に入射させてx方向の照
射位置を検知し、ハーフミラー34を透過した光を対象
物36に照射し、その散乱光を受光レンズ37を介して
z方向検知素子38で受光し、その受光位置でx方向の
各照射位置に対するz方向の位置を測定するように構成
されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図7の
3次元形状計測装置の構成においては、受光素子26で
同一z方向位置と検出される位置は、図9(a)、
(b)に示すように、円弧Pを描くことになり、2等辺
三角形となる図9(a)から外れた図9(b)の状態で
はz方向の誤差が出てz方向に高い精度が得られ難く、
精度を高くするためには補正が必要となって構成が複雑
になるとともに計測に時間がかかり、高速化するにはコ
スト高になるという問題がある。
【0005】また、図8の3次元形状計測装置の構成に
おいては、z方向検知素子38が2次元CCDの場合、
100万画素(1000×1000画素)程度が汎用的
であるが、Z方向のみ見ると1000画素であり、深い
計測範囲、例えば100mm程度の場合では0.1mm
/画素となり、大きな分解能は得られないという問題が
ある。そこで、z方向のみの分解能を上げるために、3
000〜5000画素の1次元CCDを適用することが
考えられるが、その場合x方向の計測幅が極めて狭くな
ってしまい、実用的でないという問題がある。
【0006】本発明は、上記従来の問題点に鑑み、大き
な計測幅と計測深度、及び高い分解能を有する2次元形
状計測センサーを提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の2次元形状計測
センサーは、対象物に光を投光し、その散乱光を三角測
量の原理を用いて計測して対象物における投光位置の2
次元方向の位置を計測する2次元形状計測センサーにお
いて、投光側に、対象物にライン状に光を投光する投光
手段を設け、受光側に、回転走査ミラーと、1次元の受
光素子と、結像手段とを設けたものである。
【0008】これによれば、対象物の光ライン方向(x
方向)の位置は、対象物からの散乱光を受ける回転走査
ミラーの回転角度で求められ、対象物の深さ方向(z方
向)の位置は受光素子の受光位置によって求められ、し
たがって回転走査ミラーの回転により大きな計測幅が得
られるとともに、1次元受光素子にて計測深度及び高い
分解能を共に得ることができる。
【0009】また、結像手段に2方向の散乱光を集める
2つのシリンドリカルレンズを備えることにより、大き
な計測幅と計測深度を確保しながら軽量化を図り、コン
パクトな構成とすることができ、また受光側に光路長を
同じにする手段を設けることにより精度の良い計測がで
き、かつ回転走査ミラーを非球面の曲面ミラーにて構成
することにより簡単・安価に光路長を同じにでき、また
受光側の回転走査ミラーと同期をとって受光素子の結像
位置演算を行なう計測制御手段を設けることにより、自
動計測することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態の2次
元形状計測センサーについて、図1〜図6を参照して説
明する。
【0011】図1、図2において、1は、対象物5にラ
イン状に光を投光する投光手段で、楕円錐状のレーザー
光を発する半導体レーザー2と、レーザー光を円柱状の
光に変形させるコリメートレンズ3と、円柱状の光を扇
状に広げるシリンドリカルレンズ4にて構成されてい
る。5は形状を計測すべき対象物である。対象物5から
の反射光は、シリンドリカルレンズ6、7を通り、非球
面の曲面にて光路長を同じにする回転走査ミラー8で反
射されて1次元受光素子としての1次元CCD9に結像
されるように構成されている。回転走査ミラー8はパル
スモータ10にて駆動される。
【0012】次に、図4に示す計測制御手段11につい
て説明すると、18は全体制御部で、半導体レーザ2
と、パルスモータ10を駆動するモータ駆動部12と、
1次元CCD9を駆動する受光素子駆動部13を制御
し、x,z演算部14に演算指令を出力する。受光素子
駆動部13からは1次元CCD9による検出データが位
置演算部15に出力され、その演算結果がx,z演算部
14に出力される。また、モータ駆動部12から回転走
査ミラー8の回転角度を演算する角度演算部16に駆動
信号が出力され、演算結果がx,z演算部14に出力さ
れる。x,z演算部14の演算結果は出力部17に出力
され、この出力部17から計測結果が適当な形態で出力
される。
【0013】次に、以上の構成の2次元形状計測センサ
ーによる計測動作について、図1〜図3を参照して説明
する。半導体レーザー2から発した光は、コリメートレ
ンズ3を通ることによりコリメート光になり、シリンド
リカルレンズ4を介してx方向に沿うライン状の光aと
なって対象物5に照射される。その光は対象物5で反射
して散乱光bとなる。x方向の各位置の散乱光bは、シ
リンドリカルレンズ6とシリンドリカルレンズ7を介し
て回転走査ミラー8の回転位置に応じて1次元CCD9
に結像される。その際、回転走査ミラー8は光路長を一
定にする非球面の曲面に形成されているため、誤差を生
じることなく精度良く1次元CCD9に結像される。ま
た、シリンドリカルレンズ6はz方向の計測範囲Cz を
1次元CCD9による検出範囲に縮小するようにz方向
に集光し、シリンドリカルレンズ7はx方向の計測範囲
Cx の散乱光bが小型の回転走査ミラー8の回転走査に
て1次元CCD9に結像されるようにx方向に集光する
作用を有している。かくして、図3において、斜線で示
す計測範囲のうち、回転走査ミラー8がある回転位置に
位置している状態でz方向に沿うラインCxi上に存在す
る対象物5の反射散乱光が1次元CCD9に当たり、そ
のz方向の位置Cziがこの1次元CCD9にて計測され
る。
【0014】次に、回転走査ミラー8を微小角度振る
と、計測範囲のラインCxiのx方向の位置が変わり、そ
の振れ角度によりx方向の位置が決まり、このx方向の
位置におけるz方向の位置が上記と同様に1次元CCD
9にて計測される。以上の動作の繰り返しにより対象物
5におけるライン状の光aが照射された位置における
x、z方向の2次元位置が計測される。
【0015】上記計測過程における図4の計測制御手段
による制御について、図4、図5を参照して説明する
と、図5(a)に示すように、ある時刻t0 において全
体制御部18からモーター駆動部12にパルスuが出力
され、そのパルスによりパルスモータ10がある微小角
度θαだけ回転し、次のパルスvまではその位置を動か
ない。一方、パルスuが終わる時刻t1 になると、図5
(b)に示すように、位置演算を開始するパルスwが受
光素子駆動部13に出力されて位置演算が行なわれ、モ
ータ駆動部12に対して次のパルスvが出力されるt2
時刻までに位置演算部15での演算が終了する。このよ
うにして回転走査ミラー8の振り角度からx方向の位置
が、1次元CCD9の受光位置から三角測量によるz方
向位置が計測され、以上の動作を繰り返すことにより対
象物5のx,z方向の2次元位置が計測される。
【0016】なお、投光手段1において、半導体レーザ
ー2に代えて、LEDやガスレーザー等の他のレーザー
を用いても良く、その場合にはコリメートレンズ3は不
要である。また、シリンドリカルレンズ4にて光を扇状
に広げる代わりに、図6に示すように、半導体レーザー
2とコリメートレンズ3等の点光源からの光をガルバノ
ミラー19で走査してもよい。
【0017】一方、受光側でも、非球面の曲面を有する
回転走査ミラー8にて光路長を同じにした例を示した
が、光路長を同じにする機能をシリンドリカルレンズ7
に分担させ、回転走査ミラー8は平面鏡にすることも可
能である。また、コンパクトに構成するために光路に鏡
を介装することも可能である。また、場合によってはシ
リンドリカルレンズ6、7を省略したり、複合レンズを
採用したりすることもできる。また、1次元の受光素子
として、1次元CCD9に代えてPSD等を用いること
もできる。
【0018】
【発明の効果】本発明によれば、以上の説明から明らか
なように、対象物にライン状に光を投光し、受光側の回
転走査ミラーと高画素の1次元受光素子により対象物の
光ライン方向と深さ方向の位置を計測するようにしてい
るので、回転走査ミラーの走査にて光ライン方向(x方
向)に大きな計測範囲を確保でき、高画素の1次元受光
素子により深さ方向(z方向)に大きな計測範囲を高分
解能で計測することができ、広い計測範囲を高分解能で
計測することができる。
【0019】また、結像手段に2方向の散乱光を集める
2つのシリンドリカルレンズを備えることにより、大き
な計測幅と計測深度を確保しながら軽量化を図り、コン
パクトな構成とすることができる。
【0020】また、受光側に光路長を同じにする手段を
設けることにより、補正を必要とせず簡単な構成で精度
の良い計測ができる。
【0021】また、回転走査ミラーを、光路長を同じに
する非球面の曲面ミラーにて構成することにより、簡単
・安価に光路長を同じにすることができる。
【0022】また、受光側の回転走査ミラーと同期をと
って受光素子の結像位置演算を行なう計測制御手段を設
けることにより、対象物のライン上の2次元位置が順次
自動計測され、自動的に対象物の2次元形状を計測でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の2次元形状計測センサーの
全体概略構成を示す斜視図である。
【図2】同実施例の側面図である。
【図3】同実施例の位置計測範囲の説明図である。
【図4】同実施例の計測制御手段の構成図である。
【図5】同実施例の計測制御手段による動作タイミング
の説明図である。
【図6】同実施例における投光手段の他の構成例を示す
斜視図である。
【図7】従来例の3次元形状計測装置の要部の概略構成
を示す斜視図である。
【図8】他の従来例の三次元形状計測装置の要部の概略
構成を示す斜視図である。
【図9】従来例の問題点の説明図である。
【符号の説明】
1 投光手段 5 対象物 6 シリンドリカルレンズ 7 シリンドリカルレンズ 8 回転走査ミラー 9 1次元CCD(1次元受光素子) 11 計測制御手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浜野 誠司 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 対象物に光を投光し、その散乱光を三角
    測量の原理を用いて計測して対象物における投光位置の
    2次元方向の位置を計測する2次元形状計測センサーで
    あって、投光側に、対象物にライン状に光を投光する投
    光手段を設け、受光側に、回転走査ミラーと、1次元の
    受光素子と、結像手段とを設けたことを特徴とする2次
    元形状計測センサー。
  2. 【請求項2】 結像手段に、2方向の散乱光を集める2
    つのシリンドリカルレンズを備えることを特徴とする請
    求項1記載の2次元形状計測センサー。
  3. 【請求項3】 受光側に、光路長を同じにする手段を備
    えることを特徴とする請求項1記載の2次元形状計測セ
    ンサー。
  4. 【請求項4】 光路長を同じにする手段として、回転走
    査ミラーを非球面の曲面ミラーにて構成したことを特徴
    とする請求項1記載の2次元形状計測センサー。
  5. 【請求項5】 受光側の回転走査ミラーと同期をとって
    受光素子の結像位置演算を行なう計測制御手段を有する
    ことを特徴とする請求項1、2又は3記載の2次元形状
    計測センサー。
JP7270859A 1995-10-19 1995-10-19 2次元形状計測センサー Pending JPH09113234A (ja)

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JP7270859A JPH09113234A (ja) 1995-10-19 1995-10-19 2次元形状計測センサー

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JPH09113234A true JPH09113234A (ja) 1997-05-02

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ID=17491974

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JP7270859A Pending JPH09113234A (ja) 1995-10-19 1995-10-19 2次元形状計測センサー

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016151939A1 (ja) * 2015-03-23 2016-09-29 三菱重工業株式会社 レーザレーダ装置及び走行体
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