JPS60152909A - 非接触型３次元測定器 - Google Patents
非接触型３次元測定器Info
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- JPS60152909A JPS60152909A JP929284A JP929284A JPS60152909A JP S60152909 A JPS60152909 A JP S60152909A JP 929284 A JP929284 A JP 929284A JP 929284 A JP929284 A JP 929284A JP S60152909 A JPS60152909 A JP S60152909A
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- light source
- light receiving
- measured
- laser light
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
- G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
- G01B11/2518—Projection by scanning of the object
- G01B11/2522—Projection by scanning of the object the position of the object changing and being recorded
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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- G01B11/2518—Projection by scanning of the object
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
本発明は空間で曲線状に延在するバイブ等の曲面Ｖｆｔ
測する測定器に関し、特に３次元的に測定するのに適し
た非接触型３次元測定器に関する。 本発明はレーザ光の直進性と収束性、および焦点深度の
深さに着目し、レーザ光？使用してスポット状の平面パ
ターンＹ管体の表面に側方及び上方から中心点に向けて
投影し、レーザ光によって高解度に結像されたパターン
の管体表面からの反射パターンケ投影式の受光部に設け
た回転センサで検出して、あらかじめ設定した平面パタ
ーンの数値とこの反射パターンの歪みのある数値とを中
央処理装置で算出することにより被測定体、例えは管体
等の表面の形状ン３次元の数値として測定することを％
徴とするものである。 第１図は本発明の詳細な説明する図であり、図において
、１は被測定体、例えは管体２に対向して配置されたレ
ーザ光源部であり、説明上ビーム幅ン拡大して示してい
る。このレーザ光源部１から管体２に向けて発されたレ
ーザ光りは平面パターンＡＶ管体２０表面に投影する。 管体２の表面は曲面であるため、その反Ｊ）Ｊ像である
反射パターンＢは、例えは平面パターンＡが真円であっ
たとすると、偏平な惰円となる。この偏平量を数値的に
受光部３により検出することが、すなわち管体２の曲面
を測定することになる。また本発明ではレーザ光源ｓ１
の光軸と受光部３の光軸とは所定角度θだけ角度？つけ
てあり、角度０分だけの光路による偏平も附加されるが
、この偏平量はあらかじめ計算されるので、最終的には
その動補正されるようになっている。この角度θｙａ−
ｉけることにより、レーザ光源部ｌと受光部３との光軸
合せが容易となるようにしている。 第２図は、本発明？実施した非接触型３次元測定器の一
例ン示す全体構成図である。図において、３次元測定器
はレーザ光源￥ＡＳ１．受光部３、中央処理装［４（・
以後ＣＰＵと称する）及びステージ５により構成され、
被画定体としての管体２が制激されている。ステージ５
はテーブル６と、このテーブル６に固定されたナツト７
に螺合するねじ８とこのねじ８ｖ回転させるＭＡ！１１
！部９とねじ８の回転数を検出する検出部１０とＶ備え
ている。 テープ／Ｉ／６上にはレーザ光源部１と受光部３とが載
置されており、これらは第３図に拡大して示すような構
成と１ｒうている。テーブル６上の一端部には、ワイド
レンズ１１と、このワイドレンズ１１に隣接してフォカ
スレンズ１２が設けられており、他端稀にはステッピン
グモータ１３が取付けられている。このステッピングモ
ータ１３の出力ｓ１４には回転＆１５が固定されており
、回転板１５には受光素子としての光７アイパ１６が取
り付けられている。ワイドレンズ１１．フォカスレンズ
１２及び出力軸１４の軸線は同−厘肪Ｒとなっている。 １８はテーブル６上に設けられた角度’ａｌｌ装置であ
り、この角度調幣装護１８は回勧部１９と角度検出部２
０と？有している。回１１１＋９１９にはレーザ光源部
１が取付けられており、レーザ光源部１はレーザを発生
するレーザダイオード２１と、レーザダイオード２１の
前面に設けられレーザピームチ拡大するセルフコックレ
ンズ２２と、このセルフコックレンズ２２から所定距離
離隔して配置される基準となる平面パターン人と再度レ
ーザビームを絞る絞りレンズ２３とから構成され七いる
。これらレーザダイオード２１．セルフコックレンズ２
２．絞りレンズ２３の光軸は同−直Ｗｓｐと１
測する測定器に関し、特に３次元的に測定するのに適し
た非接触型３次元測定器に関する。 本発明はレーザ光の直進性と収束性、および焦点深度の
深さに着目し、レーザ光？使用してスポット状の平面パ
ターンＹ管体の表面に側方及び上方から中心点に向けて
投影し、レーザ光によって高解度に結像されたパターン
の管体表面からの反射パターンケ投影式の受光部に設け
た回転センサで検出して、あらかじめ設定した平面パタ
ーンの数値とこの反射パターンの歪みのある数値とを中
央処理装置で算出することにより被測定体、例えは管体
等の表面の形状ン３次元の数値として測定することを％
徴とするものである。 第１図は本発明の詳細な説明する図であり、図において
、１は被測定体、例えは管体２に対向して配置されたレ
ーザ光源部であり、説明上ビーム幅ン拡大して示してい
る。このレーザ光源部１から管体２に向けて発されたレ
ーザ光りは平面パターンＡＶ管体２０表面に投影する。 管体２の表面は曲面であるため、その反Ｊ）Ｊ像である
反射パターンＢは、例えは平面パターンＡが真円であっ
たとすると、偏平な惰円となる。この偏平量を数値的に
受光部３により検出することが、すなわち管体２の曲面
を測定することになる。また本発明ではレーザ光源ｓ１
の光軸と受光部３の光軸とは所定角度θだけ角度？つけ
てあり、角度０分だけの光路による偏平も附加されるが
、この偏平量はあらかじめ計算されるので、最終的には
その動補正されるようになっている。この角度θｙａ−
ｉけることにより、レーザ光源部ｌと受光部３との光軸
合せが容易となるようにしている。 第２図は、本発明？実施した非接触型３次元測定器の一
例ン示す全体構成図である。図において、３次元測定器
はレーザ光源￥ＡＳ１．受光部３、中央処理装［４（・
以後ＣＰＵと称する）及びステージ５により構成され、
被画定体としての管体２が制激されている。ステージ５
はテーブル６と、このテーブル６に固定されたナツト７
に螺合するねじ８とこのねじ８ｖ回転させるＭＡ！１１
！部９とねじ８の回転数を検出する検出部１０とＶ備え
ている。 テープ／Ｉ／６上にはレーザ光源部１と受光部３とが載
置されており、これらは第３図に拡大して示すような構
成と１ｒうている。テーブル６上の一端部には、ワイド
レンズ１１と、このワイドレンズ１１に隣接してフォカ
スレンズ１２が設けられており、他端稀にはステッピン
グモータ１３が取付けられている。このステッピングモ
ータ１３の出力ｓ１４には回転＆１５が固定されており
、回転板１５には受光素子としての光７アイパ１６が取
り付けられている。ワイドレンズ１１．フォカスレンズ
１２及び出力軸１４の軸線は同−厘肪Ｒとなっている。 １８はテーブル６上に設けられた角度’ａｌｌ装置であ
り、この角度調幣装護１８は回勧部１９と角度検出部２
０と？有している。回１１１＋９１９にはレーザ光源部
１が取付けられており、レーザ光源部１はレーザを発生
するレーザダイオード２１と、レーザダイオード２１の
前面に設けられレーザピームチ拡大するセルフコックレ
ンズ２２と、このセルフコックレンズ２２から所定距離
離隔して配置される基準となる平面パターン人と再度レ
ーザビームを絞る絞りレンズ２３とから構成され七いる
。これらレーザダイオード２１．セルフコックレンズ２
２．絞りレンズ２３の光軸は同−直Ｗｓｐと１
【つてお
り、パターンＡはこの光軸に対して直交し【いる。 角度検出ｓ２０はレーザ発光部】と受光部３の光軸Ｐ、
）ｔの角度θン検出してそのデータをＣＰＵ ４に出力
する、又角度調整装ｗ１１８は受光部３に対してレーザ
光源部１が自由に角度を変えられるようになっている。 これらレーザ光源部１と受光ｓ３とはケーシング１７に
格悄されており、ケーシング１７の前面には発射レーザ
光及び反射レーザ光の通過するための穴１７ａ、１７ｂ
が形成されている。 貴び第２図に示すように、ＣＰＵ ４は駆１部９と検出
部１０とに接続されており、ステージ５の移ａｍ及び位
置はＣＰＵにより制御されている。回転板１５とともに
回転する光ファイバー１６は回転センサーとして作用し
その出力はＣＰＵ ４に送られるとともに、ステッピン
グモータ１３０回転はＣＰＵ ４により制御されている
。次に作用について説明する。 ＣＰＵ４からの指令によりレーザダイオード２１が励起
されビーム経略１ｒｒｍ のレーザ光がＰ方向に発射さ
れる。このレーザ光はセルフコックレンズ２２で拡大さ
れて平面パターンＡＶ透光し、つづいて絞りレンズ２３
により査び径が略１ ｍｍ程度に絞られて被画定体の管
体２に投影されるが、入射レーザ像はきわめて高解像度
のパターンとなる。第１図において示す管体２及び反射
パターンＢは拡大して示したものであり、本願測定器は
管体の径が３ｍｍ 〜２５ｍｍのものを対象としており
反射パターンＢの径も略１ ｍｍ 程度のものであり肉
眼では光の点に見えるものである。受光部３はこの反射
バクーンＢＹ発射光路Ｐに対してＯの角度から、几の反
射光路上でレーザ光ン受光するものであり、管体２の表
面曲率に応じた変形反射像のパターンＢを受光する。 この反射パターンＢは拡大レンズ１１により数倍から１
０倍以上に拡大される、次にフォカスレンズ１２は反射
パターンＢが光ファイバー１６の回転面に結像するよう
に調整される。光ファイバー１６はこの反射像のパター
ンＢＹ回転スキャンし、所定の光１に素子により光′に
変換されたデータはＣＰＵ ４に送られる。ここで角度
ｉ１ＭＩ腎装＆１ｓは測定場所の条件や管体２の大きさ
等の条件の違いにより角度が選択されその・角度θの数
値はＣＰＵ ４に入力される。 管体２上の０点の測定が終了すると管体２の長手方向（
Ｘ方向）に一定の距離だけテーブル６は移Ｉｍ＋する。 この移動は駆動部９によりねじ８ヶ回転させることＫよ
り行なわれ、ねじ８の回転方向と回転数は検出器１０に
より検出されステージ６の移動距離と位籠はＣＰＵ ４
に送られる。ケーシング１７は、反射像のパターンＢに
室内光が混入するのを防止し高解像のパターン像が得ら
れるようにしている。 次にデータの演算処理について説明する。 第１１は反射パターンＢと受光部３との関係を示す図で
ある、図において光ファイバ１６は反射パターンＢｙ所
定半径の円周上０でスキャンする。図示外の光電素子で
電気信号に変換された反射パターンＢのイメージデータ
はＣＰＵ４に送られる。今、被測定体の表面が平面であ
ってレーザ光の入射１１１］Ｐと反射光の反射１１１）
ｔとのＴ１角がθの場合にはｃｏｓθの分もしくはｃｏ
ｓθの逆数分だけ歪んだ反射パターンＢのデジタルデー
タがＣＰＵ４により遊出され記憶される。 次に管体２がある曲率の曲面Ｙ有している場合には、レ
ーザ光軸の角θの歪み量に加えて管体２の曲面の曲率に
応じた歪み量がイメージデータとしてＣＰＵ ４により
算出される。ＣＰＵ４においては一般的な管体の表面の
曲率に対応した曲率係数がコード化して記憶されており
、この曲率係数と受光部３より入力された管体２のイメ
ージデー°夕とン比較して管体２の曲率を算出する。こ
のときレーザ光軸のな丁角度θの補正が当然に行なわれ
る。 レーザ光源部１と受光＠３との光軸Ｐ、Ｈが管体２表面
上で交叉する角度は、レーザ光の受光部３への入力が最
大になる角度であるからＣＰＵ４の指令により角度調整
装置１８Ｙ（ロ）動させて調整させる。このときレーザ
光源部１と受光部３との距離及び光軸の角θがＣＰＵ
４に入力されて三角法によりステージ５０基準位置から
管体２の表面までの距離その他がＣＰＵ ４により算出
される。 第５図は他の実施例を示す、この実施例においては管体
２の中心に関しＣ互いに直角の方向からレーザ光！投光
するものであり、ステージ５上のレーザ光源部１及び受
光部３に加えて、管体２上万にステージ５ａ、レーザ光
源部１ａ。 受光ｓ３ａとが夫・ν設けられている。これらステージ
５，５ａ、レーザ光源部１．Ｉａ、受光ｓ３，３ａはＣ
ＰＵ４により制御されており、管体２の円煽方向及び長
手方向（Ｘ方向）にわたって広く計測が行なわれるよう
になっている。 以上説明してきたように本発明はレーザ光を利用した非
接触型測定器としたため、被測定体が高温であったり、
低温であったりした場合にも容易に表面の曲率の測定が
出来るという効果が得られる。また、レーザ光馨使用す
るため被濁定体！室内の明りや、自然光の中で測定する
ことも出来る。レーザ光首部と受光部とのなす角度を任
意に取れるようにしたため光軸合せが容易となり製造９
ｋＶ安くすることが出来る、また移動可能なステージ上
にレーザ光源部と受光部褪とＹ載置したため被測定体上
の測定箇所が広く数多く取り出すことができ精度の高い
測定か可能となった。
り、パターンＡはこの光軸に対して直交し【いる。 角度検出ｓ２０はレーザ発光部】と受光部３の光軸Ｐ、
）ｔの角度θン検出してそのデータをＣＰＵ ４に出力
する、又角度調整装ｗ１１８は受光部３に対してレーザ
光源部１が自由に角度を変えられるようになっている。 これらレーザ光源部１と受光ｓ３とはケーシング１７に
格悄されており、ケーシング１７の前面には発射レーザ
光及び反射レーザ光の通過するための穴１７ａ、１７ｂ
が形成されている。 貴び第２図に示すように、ＣＰＵ ４は駆１部９と検出
部１０とに接続されており、ステージ５の移ａｍ及び位
置はＣＰＵにより制御されている。回転板１５とともに
回転する光ファイバー１６は回転センサーとして作用し
その出力はＣＰＵ ４に送られるとともに、ステッピン
グモータ１３０回転はＣＰＵ ４により制御されている
。次に作用について説明する。 ＣＰＵ４からの指令によりレーザダイオード２１が励起
されビーム経略１ｒｒｍ のレーザ光がＰ方向に発射さ
れる。このレーザ光はセルフコックレンズ２２で拡大さ
れて平面パターンＡＶ透光し、つづいて絞りレンズ２３
により査び径が略１ ｍｍ程度に絞られて被画定体の管
体２に投影されるが、入射レーザ像はきわめて高解像度
のパターンとなる。第１図において示す管体２及び反射
パターンＢは拡大して示したものであり、本願測定器は
管体の径が３ｍｍ 〜２５ｍｍのものを対象としており
反射パターンＢの径も略１ ｍｍ 程度のものであり肉
眼では光の点に見えるものである。受光部３はこの反射
バクーンＢＹ発射光路Ｐに対してＯの角度から、几の反
射光路上でレーザ光ン受光するものであり、管体２の表
面曲率に応じた変形反射像のパターンＢを受光する。 この反射パターンＢは拡大レンズ１１により数倍から１
０倍以上に拡大される、次にフォカスレンズ１２は反射
パターンＢが光ファイバー１６の回転面に結像するよう
に調整される。光ファイバー１６はこの反射像のパター
ンＢＹ回転スキャンし、所定の光１に素子により光′に
変換されたデータはＣＰＵ ４に送られる。ここで角度
ｉ１ＭＩ腎装＆１ｓは測定場所の条件や管体２の大きさ
等の条件の違いにより角度が選択されその・角度θの数
値はＣＰＵ ４に入力される。 管体２上の０点の測定が終了すると管体２の長手方向（
Ｘ方向）に一定の距離だけテーブル６は移Ｉｍ＋する。 この移動は駆動部９によりねじ８ヶ回転させることＫよ
り行なわれ、ねじ８の回転方向と回転数は検出器１０に
より検出されステージ６の移動距離と位籠はＣＰＵ ４
に送られる。ケーシング１７は、反射像のパターンＢに
室内光が混入するのを防止し高解像のパターン像が得ら
れるようにしている。 次にデータの演算処理について説明する。 第１１は反射パターンＢと受光部３との関係を示す図で
ある、図において光ファイバ１６は反射パターンＢｙ所
定半径の円周上０でスキャンする。図示外の光電素子で
電気信号に変換された反射パターンＢのイメージデータ
はＣＰＵ４に送られる。今、被測定体の表面が平面であ
ってレーザ光の入射１１１］Ｐと反射光の反射１１１）
ｔとのＴ１角がθの場合にはｃｏｓθの分もしくはｃｏ
ｓθの逆数分だけ歪んだ反射パターンＢのデジタルデー
タがＣＰＵ４により遊出され記憶される。 次に管体２がある曲率の曲面Ｙ有している場合には、レ
ーザ光軸の角θの歪み量に加えて管体２の曲面の曲率に
応じた歪み量がイメージデータとしてＣＰＵ ４により
算出される。ＣＰＵ４においては一般的な管体の表面の
曲率に対応した曲率係数がコード化して記憶されており
、この曲率係数と受光部３より入力された管体２のイメ
ージデー°夕とン比較して管体２の曲率を算出する。こ
のときレーザ光軸のな丁角度θの補正が当然に行なわれ
る。 レーザ光源部１と受光＠３との光軸Ｐ、Ｈが管体２表面
上で交叉する角度は、レーザ光の受光部３への入力が最
大になる角度であるからＣＰＵ４の指令により角度調整
装置１８Ｙ（ロ）動させて調整させる。このときレーザ
光源部１と受光部３との距離及び光軸の角θがＣＰＵ
４に入力されて三角法によりステージ５０基準位置から
管体２の表面までの距離その他がＣＰＵ ４により算出
される。 第５図は他の実施例を示す、この実施例においては管体
２の中心に関しＣ互いに直角の方向からレーザ光！投光
するものであり、ステージ５上のレーザ光源部１及び受
光部３に加えて、管体２上万にステージ５ａ、レーザ光
源部１ａ。 受光ｓ３ａとが夫・ν設けられている。これらステージ
５，５ａ、レーザ光源部１．Ｉａ、受光ｓ３，３ａはＣ
ＰＵ４により制御されており、管体２の円煽方向及び長
手方向（Ｘ方向）にわたって広く計測が行なわれるよう
になっている。 以上説明してきたように本発明はレーザ光を利用した非
接触型測定器としたため、被測定体が高温であったり、
低温であったりした場合にも容易に表面の曲率の測定が
出来るという効果が得られる。また、レーザ光馨使用す
るため被濁定体！室内の明りや、自然光の中で測定する
ことも出来る。レーザ光首部と受光部とのなす角度を任
意に取れるようにしたため光軸合せが容易となり製造９
ｋＶ安くすることが出来る、また移動可能なステージ上
にレーザ光源部と受光部褪とＹ載置したため被測定体上
の測定箇所が広く数多く取り出すことができ精度の高い
測定か可能となった。
第１図は本発明の詳細な説明する図、第２図は本発明の
第１の冥施例Ｚ示す全体図、第３図本発明の要部拡大側
面図、第４図は本発明の詳細な説明する図であり、第５
図は第２の寅施例を示す図である。 １・・・レーザ光源部 ２・・・管体 ３・・・受光部 ４・・・中央処理装置５・・・ステー
ジ １６・・・光ファイバー（回転センサー）１８・・・角
度Ｗ、ｆ帖装置。 牙１図 （イ） Δ （ロ）
第１の冥施例Ｚ示す全体図、第３図本発明の要部拡大側
面図、第４図は本発明の詳細な説明する図であり、第５
図は第２の寅施例を示す図である。 １・・・レーザ光源部 ２・・・管体 ３・・・受光部 ４・・・中央処理装置５・・・ステー
ジ １６・・・光ファイバー（回転センサー）１８・・・角
度Ｗ、ｆ帖装置。 牙１図 （イ） Δ （ロ）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 （１）曲面を有する被測定体の表面上に、平面パターン
を投影するレーザ光源部と、前記被測定体の表面から反
射する反射パターンケ回転センサで検出する受光部と、
該回転センサからの信号に基づいて、前記反射パターン
の数値と前記平面パターンの数値とＺ比較演算して、前
記被測定体の表面の形状１３次元に算出する中央処理装
置とｔ備えた非接ＰＩＬ１！型３次元測定器において、
前記レーザ光源部と受光部とが回動可熊に連結されて、
これらの光軸のなす角度Ｙ微ｍｕ可詑にしたことを特徴
とする非接触型３次元測定器。 （２１前記レーザ光源部及び受光部が移動用のステージ
に戟随されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の非接触型３次元測定器。 （３）前記レーザ光源部及び受光部が載置されたステー
ジが被測定体の回りに複数個設けられたことン特徴とす
る特許請求の範囲第２）ｆｉｌ記載の非接触型３次元測
定器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP929284A JPS60152909A (ja) | 1984-01-21 | 1984-01-21 | 非接触型３次元測定器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP929284A JPS60152909A (ja) | 1984-01-21 | 1984-01-21 | 非接触型３次元測定器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60152909A true JPS60152909A (ja) | 1985-08-12 |
Family
ID=11716400
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP929284A Pending JPS60152909A (ja) | 1984-01-21 | 1984-01-21 | 非接触型３次元測定器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60152909A (ja) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57110908A (en) * | 1980-12-27 | 1982-07-10 | Agency Of Ind Science & Technol | Measuring method for shape of object |
| JPS5811803A (ja) * | 1981-07-15 | 1983-01-22 | Hitachi Ltd | 膜厚測定方法およびその装置 |
| JPS5875531A (ja) * | 1981-10-28 | 1983-05-07 | 株式会社トプコン | 曲率測定装置 |
-
1984
- 1984-01-21 JP JP929284A patent/JPS60152909A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57110908A (en) * | 1980-12-27 | 1982-07-10 | Agency Of Ind Science & Technol | Measuring method for shape of object |
| JPS5811803A (ja) * | 1981-07-15 | 1983-01-22 | Hitachi Ltd | 膜厚測定方法およびその装置 |
| JPS5875531A (ja) * | 1981-10-28 | 1983-05-07 | 株式会社トプコン | 曲率測定装置 |
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