JP2002131018A - レーザ光線を用いた非接触高さ測定方法 - Google Patents
レーザ光線を用いた非接触高さ測定方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 被測定物の高さを高精度かつ高速に求めるこ
とができるレーザ光線を用いた非接触高さ測定方法を提
供する。 【解決手段】 レーザ発振器３から出力されるレーザ光
線を回転式ミラー２によって反射させることで段と段と
の間隔が既知の階段状冶具１に照射し、この階段状冶具
１からの反射光をラインセンサ４で受光し、マイコン装
置５において階段状冶具１からの反射光のピーク位置と
階段状冶具１の段数との関係を表す２次方程式を予め求
めておいて、再度、レーザ発振器３から出力されるレー
ザ光線を回転式ミラー２によって反射させることで被測
定物に照射し、この被測定物からの反射光をラインセン
サ４で受光し、マイコン装置５においてこの被測定物か
らの反射光のピーク位置を求め、予め求めておいた２次
方程式に被測定物からの反射光のピーク位置を代入して
被測定物の高さを求める。
とができるレーザ光線を用いた非接触高さ測定方法を提
供する。 【解決手段】 レーザ発振器３から出力されるレーザ光
線を回転式ミラー２によって反射させることで段と段と
の間隔が既知の階段状冶具１に照射し、この階段状冶具
１からの反射光をラインセンサ４で受光し、マイコン装
置５において階段状冶具１からの反射光のピーク位置と
階段状冶具１の段数との関係を表す２次方程式を予め求
めておいて、再度、レーザ発振器３から出力されるレー
ザ光線を回転式ミラー２によって反射させることで被測
定物に照射し、この被測定物からの反射光をラインセン
サ４で受光し、マイコン装置５においてこの被測定物か
らの反射光のピーク位置を求め、予め求めておいた２次
方程式に被測定物からの反射光のピーク位置を代入して
被測定物の高さを求める。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、レーザ光線を用い
て非接触に被測定物の高さを測定する方法に関する。
て非接触に被測定物の高さを測定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ブラウン管、液晶画面、プラズマ
ディスプレイパネル（以下、ＰＤＰと称す）等のディス
プレイデバイスの分野では大画面化、高精細化が進んで
おり、その形状検査では（例えばＰＤＰのリブのような
微細な形状を大量に測定するために）高速で精度の高い
測定が必要とされている。そのため、レーザ光線を用い
て非接触に被測定物の高さを測定する方法を利用した測
定機器を用い、被測定物を回転させる等して被測定物の
形状を測定している。このレーザ光線を用いた非接触高
さ測定方法は上記リブの形状のような微細なものの形状
を測定する測定機器だけではなく、自動車部品などの大
きな部品の形状を測定する３次元デジタイザにも利用さ
れている。
ディスプレイパネル（以下、ＰＤＰと称す）等のディス
プレイデバイスの分野では大画面化、高精細化が進んで
おり、その形状検査では（例えばＰＤＰのリブのような
微細な形状を大量に測定するために）高速で精度の高い
測定が必要とされている。そのため、レーザ光線を用い
て非接触に被測定物の高さを測定する方法を利用した測
定機器を用い、被測定物を回転させる等して被測定物の
形状を測定している。このレーザ光線を用いた非接触高
さ測定方法は上記リブの形状のような微細なものの形状
を測定する測定機器だけではなく、自動車部品などの大
きな部品の形状を測定する３次元デジタイザにも利用さ
れている。
【０００３】レーザ光線を用いた非接触高さ測定方法と
して、従来から三角測量方式が利用されている。三角測
量方式は、ある点からある点までの距離を測る方法（測
長方法）である。例えば、この原理を利用して被測定物
の高さを測定する３次元デジタイザでは、被測定物を回
転させたり傾けたりするか、若しくはこの３次元デジタ
イザをＸＹＺロボットの先に取りつけるか等して被測定
物の表面の形状を測定する。三角測量方式を利用して被
測定物の高さを測定する測定機器は、レーザ発振器とセ
ンサまでの距離、レーザ発振器の取り付け角度、センサ
の取り付け角度等多くのパラメータを高い精度で計算し
て設計を行う必要がある。しかしながら、これらのパラ
メータの実際の値は部品精度や組立精度の限界から設計
値と厳密に同一ではない。
して、従来から三角測量方式が利用されている。三角測
量方式は、ある点からある点までの距離を測る方法（測
長方法）である。例えば、この原理を利用して被測定物
の高さを測定する３次元デジタイザでは、被測定物を回
転させたり傾けたりするか、若しくはこの３次元デジタ
イザをＸＹＺロボットの先に取りつけるか等して被測定
物の表面の形状を測定する。三角測量方式を利用して被
測定物の高さを測定する測定機器は、レーザ発振器とセ
ンサまでの距離、レーザ発振器の取り付け角度、センサ
の取り付け角度等多くのパラメータを高い精度で計算し
て設計を行う必要がある。しかしながら、これらのパラ
メータの実際の値は部品精度や組立精度の限界から設計
値と厳密に同一ではない。
【０００４】その他のレーザ光線を用いた非接触高さ測
定方法として、光の位相差を利用して被測定物の高さを
測定する方法もあるが、１度に１点しか測定できないた
め時間がかかる。
定方法として、光の位相差を利用して被測定物の高さを
測定する方法もあるが、１度に１点しか測定できないた
め時間がかかる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
に鑑み、段と段との間隔が既知の階段状冶具にレーザ光
線を照射し、この階段状冶具からの反射光のピーク位置
と階段状冶具の段数（高さ）との関係を表す２次方程式
を予め求めておいて、レーザ光線が照射された被測定物
からの反射光のピーク位置をこの予め求めておいた２次
方程式に代入することで被測定物の高さを高精度かつ高
速に求めることができるレーザ光線を用いた非接触高さ
測定方法を提供することを目的とする。
に鑑み、段と段との間隔が既知の階段状冶具にレーザ光
線を照射し、この階段状冶具からの反射光のピーク位置
と階段状冶具の段数（高さ）との関係を表す２次方程式
を予め求めておいて、レーザ光線が照射された被測定物
からの反射光のピーク位置をこの予め求めておいた２次
方程式に代入することで被測定物の高さを高精度かつ高
速に求めることができるレーザ光線を用いた非接触高さ
測定方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
レーザ光線を用いた非接触高さ測定方法は、レーザ光線
を回転式ミラーに照射し、前記回転式ミラーからの反射
光によって段と段との間隔が既知の階段状冶具の各段を
それぞれ照射し、前記階段状冶具の各段からの反射光を
ラインセンサによって受光し、前記ラインセンサから得
られる画像に基いて前記階段状冶具の各段からの反射光
のピーク位置を前記ラインセンサの画素の位置で求め、
前記階段状冶具の段数と前記階段状冶具の各段からの反
射光のピーク位置との関係を表す２次方程式を求め、前
記２次方程式の係数を記憶し、再度、レーザ光線を前記
回転式ミラーに照射し、前記回転式ミラーからの反射光
によって被測定物を照射し、前記被測定物からの反射光
を前記ラインセンサによって受光し、前記ラインセンサ
から得られる画像に基いて前記被測定物からの反射光の
ピーク位置を前記ラインセンサの画素の位置で求め、記
憶されている前記２次方程式の係数と前記被測定物から
の反射光のピーク位置とを用いて２次方程式を解き被測
定物の高さを求めることを特徴とする。
レーザ光線を用いた非接触高さ測定方法は、レーザ光線
を回転式ミラーに照射し、前記回転式ミラーからの反射
光によって段と段との間隔が既知の階段状冶具の各段を
それぞれ照射し、前記階段状冶具の各段からの反射光を
ラインセンサによって受光し、前記ラインセンサから得
られる画像に基いて前記階段状冶具の各段からの反射光
のピーク位置を前記ラインセンサの画素の位置で求め、
前記階段状冶具の段数と前記階段状冶具の各段からの反
射光のピーク位置との関係を表す２次方程式を求め、前
記２次方程式の係数を記憶し、再度、レーザ光線を前記
回転式ミラーに照射し、前記回転式ミラーからの反射光
によって被測定物を照射し、前記被測定物からの反射光
を前記ラインセンサによって受光し、前記ラインセンサ
から得られる画像に基いて前記被測定物からの反射光の
ピーク位置を前記ラインセンサの画素の位置で求め、記
憶されている前記２次方程式の係数と前記被測定物から
の反射光のピーク位置とを用いて２次方程式を解き被測
定物の高さを求めることを特徴とする。
【０００７】本発明の請求項２記載のレーザ光線を用い
た非接触高さ測定方法は、ｆ−θレンズによって線状に
引き伸ばされたレーザ光線を段と段との間隔が既知の階
段状冶具の各段にそれぞれ照射し、前記階段状冶具の各
段からの反射光を２次元ＣＣＤセンサによって受光し、
前記２次元ＣＣＤセンサから得られる画像に基いて前記
階段状冶具の各段からの反射光のピーク位置を前記２次
元ＣＣＤセンサの画素の位置で求め、前記階段状冶具の
段数と前記階段状冶具の各段からの反射光のピーク位置
との関係を表す２次方程式を求め、前記２次方程式の係
数を記憶し、再度、前記ｆ−θレンズによって線状に引
き伸ばされたレーザ光線を被測定物に照射し、前記被測
定物からの反射光を前記２次元ＣＣＤセンサによって受
光し、前記２次元ＣＣＤセンサから得られる画像に基い
て前記被測定物からの反射光のピーク位置を前記２次元
ＣＣＤセンサの画素の位置で求め、記憶されている前記
２次方程式の係数と前記被測定物からの反射光のピーク
位置とを用いて２次方程式を解き被測定物の高さを求め
ることを特徴とする。
た非接触高さ測定方法は、ｆ−θレンズによって線状に
引き伸ばされたレーザ光線を段と段との間隔が既知の階
段状冶具の各段にそれぞれ照射し、前記階段状冶具の各
段からの反射光を２次元ＣＣＤセンサによって受光し、
前記２次元ＣＣＤセンサから得られる画像に基いて前記
階段状冶具の各段からの反射光のピーク位置を前記２次
元ＣＣＤセンサの画素の位置で求め、前記階段状冶具の
段数と前記階段状冶具の各段からの反射光のピーク位置
との関係を表す２次方程式を求め、前記２次方程式の係
数を記憶し、再度、前記ｆ−θレンズによって線状に引
き伸ばされたレーザ光線を被測定物に照射し、前記被測
定物からの反射光を前記２次元ＣＣＤセンサによって受
光し、前記２次元ＣＣＤセンサから得られる画像に基い
て前記被測定物からの反射光のピーク位置を前記２次元
ＣＣＤセンサの画素の位置で求め、記憶されている前記
２次方程式の係数と前記被測定物からの反射光のピーク
位置とを用いて２次方程式を解き被測定物の高さを求め
ることを特徴とする。
【０００８】本発明によれば、被測定物の高さを高精度
かつ高速に求めることができる。
かつ高速に求めることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１に本発明の実施の形態におけ
るレーザ光線を用いた非接触高さ測定を行うための全体
構成図を示す。図１において、１は段と段との間隔が既
知の等間隔である階段状冶具（段数Ｋ）、２は回転式ミ
ラー、３はレーザ発振器、４はラインセンサ（画素数
Ｎ）、５はラインセンサ４からの画像が入力されるマイ
コン装置である。本実施の形態におけるレーザ光線を用
いた非接触高さ測定方法は、レーザ光線が照射された階
段状冶具１の各段からの反射光のピーク位置（反射光が
ラインセンサ４の何画素目で受光されたのか）と階段状
冶具１の段数（高さ）との関係を表す２次方程式を予め
求めておいて、レーザ光線が照射された被測定物からの
反射光のピーク位置をこの２次方程式に代入することで
被測定物の高さを求ている。
るレーザ光線を用いた非接触高さ測定を行うための全体
構成図を示す。図１において、１は段と段との間隔が既
知の等間隔である階段状冶具（段数Ｋ）、２は回転式ミ
ラー、３はレーザ発振器、４はラインセンサ（画素数
Ｎ）、５はラインセンサ４からの画像が入力されるマイ
コン装置である。本実施の形態におけるレーザ光線を用
いた非接触高さ測定方法は、レーザ光線が照射された階
段状冶具１の各段からの反射光のピーク位置（反射光が
ラインセンサ４の何画素目で受光されたのか）と階段状
冶具１の段数（高さ）との関係を表す２次方程式を予め
求めておいて、レーザ光線が照射された被測定物からの
反射光のピーク位置をこの２次方程式に代入することで
被測定物の高さを求ている。
【００１０】階段状冶具１と回転式ミラー２とレーザ発
振器３とラインセンサ４は、レーザ発振器３から出力さ
れたレーザ光線が回転式ミラー２に反射して階段状冶具
１に照射され、その反射光をラインセンサ４が受光する
ように配置する。なお、回転式ミラー２はレーザ光線が
階段状冶具１のｊ段目全体（座標系を図１に示すように
とった場合、Ｘ方向の端から端まで）に照射されるよう
な角度で回転できるようにしておき、ラインセンサ４は
回転式ミラー２の回転に合わせて横方向（Ｘ方向）に移
動できるようにしておく。また、ｊ段目から下段の（ｊ
＋１）段目にレーザ光線の照射位置を変更する場合に
は、例えばレーザ発振器３を階段状冶具１から遠ざける
方向（Ｚ方向）に移動させれば良い。
振器３とラインセンサ４は、レーザ発振器３から出力さ
れたレーザ光線が回転式ミラー２に反射して階段状冶具
１に照射され、その反射光をラインセンサ４が受光する
ように配置する。なお、回転式ミラー２はレーザ光線が
階段状冶具１のｊ段目全体（座標系を図１に示すように
とった場合、Ｘ方向の端から端まで）に照射されるよう
な角度で回転できるようにしておき、ラインセンサ４は
回転式ミラー２の回転に合わせて横方向（Ｘ方向）に移
動できるようにしておく。また、ｊ段目から下段の（ｊ
＋１）段目にレーザ光線の照射位置を変更する場合に
は、例えばレーザ発振器３を階段状冶具１から遠ざける
方向（Ｚ方向）に移動させれば良い。
【００１１】マイコン装置５における処理工程は、 （ａ） ラインセンサ４からの入力画像を基に各測定点
におけるピーク位置を計算する工程 （ｂ） （ａ）の工程で求めたピーク位置情報（各測定
点におけるピーク位置）をピーク位置情報保存テーブル
に保存する工程 （ｃ） ピーク位置情報保存テーブルから、２次近似パ
ラメータを計算する工程 （ｄ） （ｃ）の工程で求めた２次近似パラメータを２
次近似パラメータ保存テーブルに保存する工程 （ｅ） （ａ）の工程で求めたピーク位置と（ｄ）の工
程で保存された２次近似パラメータから被測定物の高さ
を計算する工程 で構成される。但し２次近似パラメータとは、近似によ
って求められた２次方程式の各係数のことである。つま
り、 ｙ＝Ａｘ2+Ｂｘ+Ｃ （２次方程式） の（Ａ、Ｂ、Ｃ）のことである。
におけるピーク位置を計算する工程 （ｂ） （ａ）の工程で求めたピーク位置情報（各測定
点におけるピーク位置）をピーク位置情報保存テーブル
に保存する工程 （ｃ） ピーク位置情報保存テーブルから、２次近似パ
ラメータを計算する工程 （ｄ） （ｃ）の工程で求めた２次近似パラメータを２
次近似パラメータ保存テーブルに保存する工程 （ｅ） （ａ）の工程で求めたピーク位置と（ｄ）の工
程で保存された２次近似パラメータから被測定物の高さ
を計算する工程 で構成される。但し２次近似パラメータとは、近似によ
って求められた２次方程式の各係数のことである。つま
り、 ｙ＝Ａｘ2+Ｂｘ+Ｃ （２次方程式） の（Ａ、Ｂ、Ｃ）のことである。
【００１２】上記マイコン装置５における処理工程につ
いて、図２から図６を用い詳細に説明していく。始め
に、階段状冶具１に対するピーク位置計算方法および２
次近似パラメータ計算方法を説明するフローチャート図
である図２に従って、階段状冶具１のピーク位置情報か
ら２次近似パラメータを求める方法の説明を行う。
いて、図２から図６を用い詳細に説明していく。始め
に、階段状冶具１に対するピーク位置計算方法および２
次近似パラメータ計算方法を説明するフローチャート図
である図２に従って、階段状冶具１のピーク位置情報か
ら２次近似パラメータを求める方法の説明を行う。
【００１３】まず、階段状冶具１の１段目（最上段）に
レーザ光線を照射して１段目の測定を行う（ステップ２
０１）。回転式ミラー２の角度を変えていくことによっ
てレーザ光線を階段状冶具１の１段目の端から端まで照
射し（１スキャン）、その反射光をラインセンサ４によ
って受光する。ラインセンサ４はレーザ光線が1つの段
の端から端まで照射される間、その反射光を１ラインず
つＭ回取りこみ、最終的に１つの画像にする。このとき
の画像は図３に示すようになる。座標系を図３に示すよ
うにとった場合、ラインセンサ４の画素数がＮ画素であ
るのでこの画像はＭ×Ｎ（Ｘ方向の画素数Ｍ、Ｙ方向の
画素数Ｎ）画素となる。図３においてＸ座標をｉ（ｉ＝
１〜Ｍ）で固定したときのＹ方向の光強度分布は図４に
示すようになる。このピーク位置を計算して求める（ス
テップ２０２）。但し、ピーク位置はＹ方向の画素数ｎ
（ｎ＝１〜Ｎ）で表される。つまり、ｊ段目にレーザ光
線を照射したときのＸ座標がｉの位置でのピーク位置
は、ラインセンサ４のｎ画素目に相当すると表される。
ピーク位置計算方法には面積重心法や移動重心法等があ
る。求めたピーク位置をピーク位置情報保存テーブルに
保存する（ステップ２０３）。ピーク位置はＸ方向に対
しては階段一段につきＭ個あるので（図３参照）、全て
のピーク位置を求めるためにこの計算をＭ回繰り返す
（ステップ２０４）。
レーザ光線を照射して１段目の測定を行う（ステップ２
０１）。回転式ミラー２の角度を変えていくことによっ
てレーザ光線を階段状冶具１の１段目の端から端まで照
射し（１スキャン）、その反射光をラインセンサ４によ
って受光する。ラインセンサ４はレーザ光線が1つの段
の端から端まで照射される間、その反射光を１ラインず
つＭ回取りこみ、最終的に１つの画像にする。このとき
の画像は図３に示すようになる。座標系を図３に示すよ
うにとった場合、ラインセンサ４の画素数がＮ画素であ
るのでこの画像はＭ×Ｎ（Ｘ方向の画素数Ｍ、Ｙ方向の
画素数Ｎ）画素となる。図３においてＸ座標をｉ（ｉ＝
１〜Ｍ）で固定したときのＹ方向の光強度分布は図４に
示すようになる。このピーク位置を計算して求める（ス
テップ２０２）。但し、ピーク位置はＹ方向の画素数ｎ
（ｎ＝１〜Ｎ）で表される。つまり、ｊ段目にレーザ光
線を照射したときのＸ座標がｉの位置でのピーク位置
は、ラインセンサ４のｎ画素目に相当すると表される。
ピーク位置計算方法には面積重心法や移動重心法等があ
る。求めたピーク位置をピーク位置情報保存テーブルに
保存する（ステップ２０３）。ピーク位置はＸ方向に対
しては階段一段につきＭ個あるので（図３参照）、全て
のピーク位置を求めるためにこの計算をＭ回繰り返す
（ステップ２０４）。
【００１４】ステップ２０１からステップ２０４の工程
をＫ回繰り返し階段状冶具１の全ての段におけるピーク
位置（Ｍ×Ｋ個）を求める（ステップ２０５）。これま
での工程（ステップ２０１からステップ２０５）で求め
たＭ×Ｋ個のピーク位置の情報を用い、Ｘ座標をｉで固
定したときの階段状冶具１の段数とピーク位置との関係
を示すグラフを図５に示す。図５における縦軸（高さ）
は階段状冶具１の段数を、横軸（ピーク位置）はライン
センサ４の画素数（図３に示す画像のＹ方向の画素数）
を表している。但し、階段状冶具１の段と段との間は等
間隔であるので、ある段を基準とした高さを表してい
る。
をＫ回繰り返し階段状冶具１の全ての段におけるピーク
位置（Ｍ×Ｋ個）を求める（ステップ２０５）。これま
での工程（ステップ２０１からステップ２０５）で求め
たＭ×Ｋ個のピーク位置の情報を用い、Ｘ座標をｉで固
定したときの階段状冶具１の段数とピーク位置との関係
を示すグラフを図５に示す。図５における縦軸（高さ）
は階段状冶具１の段数を、横軸（ピーク位置）はライン
センサ４の画素数（図３に示す画像のＹ方向の画素数）
を表している。但し、階段状冶具１の段と段との間は等
間隔であるので、ある段を基準とした高さを表してい
る。
【００１５】Ｘ座標をｉで固定したときの階段状冶具１
の段数とピーク位置との関係を最小２乗法にて近似して
２次近似パラメータを求める。つまり、階段状冶具１の
段数とピーク位置との関係を図５に示すように２次曲線
として表す。但し、本実施の形態では近似精度を上げる
ためにピーク位置をいくつかの領域（ここではＬ個の領
域とする）に分割し、領域１つずつについて最小２乗法
の近似を行っている（領域ｆ；ｆ＝１〜Ｌ）。求めた２
次近似パラメータとともに分割領域の始点と終点（始点
Ｚsと終点Ｚeはピーク位置で表される）を２次近似パラ
メータ保存テーブルに保存する（ステップ２０６からス
テップ２０８）。
の段数とピーク位置との関係を最小２乗法にて近似して
２次近似パラメータを求める。つまり、階段状冶具１の
段数とピーク位置との関係を図５に示すように２次曲線
として表す。但し、本実施の形態では近似精度を上げる
ためにピーク位置をいくつかの領域（ここではＬ個の領
域とする）に分割し、領域１つずつについて最小２乗法
の近似を行っている（領域ｆ；ｆ＝１〜Ｌ）。求めた２
次近似パラメータとともに分割領域の始点と終点（始点
Ｚsと終点Ｚeはピーク位置で表される）を２次近似パラ
メータ保存テーブルに保存する（ステップ２０６からス
テップ２０８）。
【００１６】この計算によって、求められた２次近似パ
ラメータは、図３のＸ座標１つにつきＬ組できる。そし
てステップ２０６からステップ２０８の工程をＭ回繰り
返し、画像上の全ての位置での２次近似パラメータを求
める（ステップ２０９）。
ラメータは、図３のＸ座標１つにつきＬ組できる。そし
てステップ２０６からステップ２０８の工程をＭ回繰り
返し、画像上の全ての位置での２次近似パラメータを求
める（ステップ２０９）。
【００１７】続いて、被測定物に対する高さ計算方法を
説明するフローチャート図である図６に従って、被測定
物の高さを求める方法の説明を行う。被測定物の高さ
は、上記の工程（階段状冶具１に対するピーク位置計算
および２次近似パラメータ計算）で予め求めておいた階
段状冶具１における２次近似パラメータに基いて計算す
る。
説明するフローチャート図である図６に従って、被測定
物の高さを求める方法の説明を行う。被測定物の高さ
は、上記の工程（階段状冶具１に対するピーク位置計算
および２次近似パラメータ計算）で予め求めておいた階
段状冶具１における２次近似パラメータに基いて計算す
る。
【００１８】まず階段状冶具１に代えて被測定物を設置
し、階段状冶具１のときと同様に、レーザ光線を回転式
ミラー２に照射して、その反射光によって被測定物を照
射し、被測定物からの反射光がラインセンサ４に受光さ
れるようにする。そして図２のステップ２０２と同様に
被測定物のピーク位置（Ｍ個）を計算する（ステップ６
０１）。次に、ｉ＝１（ｉ＝１〜Ｍ）における被測定物
のピーク位置が、分割領域（ｆ＝１〜Ｌ）のどこに存在
するかを求める（ステップ６０２）。領域が特定された
ら、その領域での２次近似パラメータ（２次方程式）を
用い、被測定物のｉ＝１における高さを計算する（ステ
ップ６０３）。同様の計算（ステップ６０２〜ステップ
６０３）をＭ回繰り返す（ステップ６０４）。これによ
って、Ｘ座標の各位置での高さが求まる。
し、階段状冶具１のときと同様に、レーザ光線を回転式
ミラー２に照射して、その反射光によって被測定物を照
射し、被測定物からの反射光がラインセンサ４に受光さ
れるようにする。そして図２のステップ２０２と同様に
被測定物のピーク位置（Ｍ個）を計算する（ステップ６
０１）。次に、ｉ＝１（ｉ＝１〜Ｍ）における被測定物
のピーク位置が、分割領域（ｆ＝１〜Ｌ）のどこに存在
するかを求める（ステップ６０２）。領域が特定された
ら、その領域での２次近似パラメータ（２次方程式）を
用い、被測定物のｉ＝１における高さを計算する（ステ
ップ６０３）。同様の計算（ステップ６０２〜ステップ
６０３）をＭ回繰り返す（ステップ６０４）。これによ
って、Ｘ座標の各位置での高さが求まる。
【００１９】本実施の形態においては、１度階段状冶具
に対する２次近似パラメータを求め保持しておけば、後
は被測定物の高さ計算のみを行えばよく、複数の被測定
物に対して同じ精度で高さを求めることができ、さらに
上記の高さ計算は計算自体が単純なため高速に行うこと
ができる。
に対する２次近似パラメータを求め保持しておけば、後
は被測定物の高さ計算のみを行えばよく、複数の被測定
物に対して同じ精度で高さを求めることができ、さらに
上記の高さ計算は計算自体が単純なため高速に行うこと
ができる。
【００２０】また、本実施の形態におけるレーザ光線を
用いた非接触高さ測定方法を利用した測定機器を用い
て、被測定物を回転させる等して被測定物の表面の形状
を測定することができる。
用いた非接触高さ測定方法を利用した測定機器を用い
て、被測定物を回転させる等して被測定物の表面の形状
を測定することができる。
【００２１】また、本実施の形態における測定範囲は階
段状冶具における段と段との間隔に依存しており、広範
囲に渡って測定できる。例えば、本実施の形態を３次元
デジタイザに利用するときは階段状冶具における段と段
との間隔を例えば１０ｍｍ程度に、ＰＤＰのリブの形状
を測定するときは階段状冶具における段と段との間隔を
例えば３０μｍ程度にすれば実現できる。
段状冶具における段と段との間隔に依存しており、広範
囲に渡って測定できる。例えば、本実施の形態を３次元
デジタイザに利用するときは階段状冶具における段と段
との間隔を例えば１０ｍｍ程度に、ＰＤＰのリブの形状
を測定するときは階段状冶具における段と段との間隔を
例えば３０μｍ程度にすれば実現できる。
【００２２】なお、本実施の形態では回転式ミラーとラ
インセンサを用いたが、ｆ−θレンズと２次元ＣＣＤセ
ンサを用いても本実施の形態と同様の効果を得ることが
できる。
インセンサを用いたが、ｆ−θレンズと２次元ＣＣＤセ
ンサを用いても本実施の形態と同様の効果を得ることが
できる。
【００２３】以下、本実施の形態で説明した計算方法
を、具体的な数値を用いて説明する。階段状冶具１は測
定精度の１０分の１以下の加工精度で作製されているも
のとし、またその段数は１０段（Ｋ＝１０）、段と段と
の間隔は１０ｍｍとする。レーザ光線を回転式ミラー２
にて反射させ、階段状冶具１をスキャンし、５０００画
素（Ｎ＝５０００）のラインセンサ４で受光する。１ス
キャン（1つの段の端から端までレーザ光線で照射する
こと）でラインセンサ４は連続して６００回画像入力す
るものとする（Ｍ＝６００）。そのため、１スキャンで
得られる画像は６００×５０００（Ｍ×Ｎ）画素とな
り、よって６００×５０００の光強度分布となる。
を、具体的な数値を用いて説明する。階段状冶具１は測
定精度の１０分の１以下の加工精度で作製されているも
のとし、またその段数は１０段（Ｋ＝１０）、段と段と
の間隔は１０ｍｍとする。レーザ光線を回転式ミラー２
にて反射させ、階段状冶具１をスキャンし、５０００画
素（Ｎ＝５０００）のラインセンサ４で受光する。１ス
キャン（1つの段の端から端までレーザ光線で照射する
こと）でラインセンサ４は連続して６００回画像入力す
るものとする（Ｍ＝６００）。そのため、１スキャンで
得られる画像は６００×５０００（Ｍ×Ｎ）画素とな
り、よって６００×５０００の光強度分布となる。
【００２４】始めに、階段状冶具１のピーク位置情報と
２次近似パラメータを求める方法の説明を行う。階段状
冶具１に対するピーク位置計算は、上から順に階段を１
段ずつ、計１０段計算する。計算結果はピーク位置情報
保存テーブルＰij（ｉ＝１〜６００；ｉはラインセンサ
４における１スキャンあたりの取り込み回数、ｊ＝１〜
１０；ｊは階段状冶具１の段数）に保存される。ピーク
位置は１〜５０００の範囲の値を取り得る。
２次近似パラメータを求める方法の説明を行う。階段状
冶具１に対するピーク位置計算は、上から順に階段を１
段ずつ、計１０段計算する。計算結果はピーク位置情報
保存テーブルＰij（ｉ＝１〜６００；ｉはラインセンサ
４における１スキャンあたりの取り込み回数、ｊ＝１〜
１０；ｊは階段状冶具１の段数）に保存される。ピーク
位置は１〜５０００の範囲の値を取り得る。
【００２５】ｉ＝１のときの高さ（段数）とピーク位置
の関係を図７に示す。このとき上から５段目を高さの基
準（ゼロ点）とする。階段状冶具１は段数が１０段、段
と段との間隔が１０ｍｍであるので図７の縦軸において
階段状冶具１の１段目は−４０ｍｍ、１０段目は５０ｍ
ｍとなる。
の関係を図７に示す。このとき上から５段目を高さの基
準（ゼロ点）とする。階段状冶具１は段数が１０段、段
と段との間隔が１０ｍｍであるので図７の縦軸において
階段状冶具１の１段目は−４０ｍｍ、１０段目は５０ｍ
ｍとなる。
【００２６】ここで領域を５つに分割する（Ｌ＝５）。
各領域において２次方程式 ｙ＝Ａｘ2+Ｂｘ+Ｃ の２次近似パラメータ（Ａ、Ｂ、Ｃ）を求める。図７に
おける縦軸（高さ（段数）を表す軸）をｘ軸、横軸（ピ
ーク位置を表す軸）をｙ軸として２次近似パラメータ
（Ａ、Ｂ、Ｃ）を求め、２次近似パラメータ保存テーブ
ルに保存する。ｉ＝１における２次近似パラメータ保存
テーブルは表１のようになる。
各領域において２次方程式 ｙ＝Ａｘ2+Ｂｘ+Ｃ の２次近似パラメータ（Ａ、Ｂ、Ｃ）を求める。図７に
おける縦軸（高さ（段数）を表す軸）をｘ軸、横軸（ピ
ーク位置を表す軸）をｙ軸として２次近似パラメータ
（Ａ、Ｂ、Ｃ）を求め、２次近似パラメータ保存テーブ
ルに保存する。ｉ＝１における２次近似パラメータ保存
テーブルは表１のようになる。
【００２７】
【表１】 ｉ＝２〜６００についても同様にして求め、２次近似パ
ラメータ保存テーブルに保存する。
ラメータ保存テーブルに保存する。
【００２８】以上のように、上記方法で階段状冶具１を
測定して２次近似パラメータを予め求めておいて、被測
定物の高さを求める。被測定物にレーザ光線を照射して
得た１スキャン分のピーク位置情報をＳi（ｉ＝１〜６
００）とする。ｉ＝１のときＳ1=３５００であったとす
ると、表１から領域は４となり、そのときの２次近似パ
ラメータ（Ａ、Ｂ、Ｃ）は（−０．１１０４５、３７．
９５３４４、２７５２．８６８）が選択される。これを
２次方程式にあてはめると、 ３５００＝−０．１１０４５ｘ2+３７．９５３４４ｘ+
２７５２．８６８ となり、これを解くと ｘ＝２０．９６４５３ となる。実際の高さは５段目の実際の高さが５０ｍｍで
あることを考慮して７０．９６４５３ｍｍとなる。
測定して２次近似パラメータを予め求めておいて、被測
定物の高さを求める。被測定物にレーザ光線を照射して
得た１スキャン分のピーク位置情報をＳi（ｉ＝１〜６
００）とする。ｉ＝１のときＳ1=３５００であったとす
ると、表１から領域は４となり、そのときの２次近似パ
ラメータ（Ａ、Ｂ、Ｃ）は（−０．１１０４５、３７．
９５３４４、２７５２．８６８）が選択される。これを
２次方程式にあてはめると、 ３５００＝−０．１１０４５ｘ2+３７．９５３４４ｘ+
２７５２．８６８ となり、これを解くと ｘ＝２０．９６４５３ となる。実際の高さは５段目の実際の高さが５０ｍｍで
あることを考慮して７０．９６４５３ｍｍとなる。
【００２９】なお、上記の具体的な説明においては１０
０ｍｍの測定範囲を持ち５０μｍの精度を実現できる
が、被測定物が微細なもの、例えばＰＤＰのリブである
場合は、階段状冶具の段と段との間隔を３０μｍとする
ことで測定できる。
０ｍｍの測定範囲を持ち５０μｍの精度を実現できる
が、被測定物が微細なもの、例えばＰＤＰのリブである
場合は、階段状冶具の段と段との間隔を３０μｍとする
ことで測定できる。
【００３０】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、広い測定
範囲と高い精度を同時に実現できる。また、計算式が単
純なため、計算能力の低いマイコン装置でも使用でき、
しかも高速に行える。また、２次近似パラメータの計算
が簡単な操作で実現できるため、レンズ（ｆ−θレンズ
等）の取付角度変化や温度による部品の収縮等の機構的
な条件変化に対して２次近似パラメータ計算のやり直し
だけで対応できるという利点もある。
範囲と高い精度を同時に実現できる。また、計算式が単
純なため、計算能力の低いマイコン装置でも使用でき、
しかも高速に行える。また、２次近似パラメータの計算
が簡単な操作で実現できるため、レンズ（ｆ−θレンズ
等）の取付角度変化や温度による部品の収縮等の機構的
な条件変化に対して２次近似パラメータ計算のやり直し
だけで対応できるという利点もある。
【図１】本発明の実施の形態におけるレーザ光線を用い
た非接触高さ測定を行うための全体構成図
た非接触高さ測定を行うための全体構成図
【図２】本発明の実施の形態における階段状冶具に対す
るピーク位置計算方法および２次近似パラメータ計算方
法を説明するフローチャート図
るピーク位置計算方法および２次近似パラメータ計算方
法を説明するフローチャート図
【図３】本発明の実施の形態におけるラインセンサから
マイコン装置に入力される画像を示す図
マイコン装置に入力される画像を示す図
【図４】本発明の実施の形態におけるラインセンサから
マイコン装置に入力される画像の縦軸に対する光強度分
布を示す図
マイコン装置に入力される画像の縦軸に対する光強度分
布を示す図
【図５】本発明の実施の形態における階段状冶具の段数
とピーク位置との関係を表すグラフを示す図
とピーク位置との関係を表すグラフを示す図
【図６】本発明の実施の形態における被測定物に対する
高さ計算方法を説明するフローチャート図
高さ計算方法を説明するフローチャート図
【図７】本発明の実施例における階段状冶具の段数とピ
ーク位置の関係を示す図
ーク位置の関係を示す図
１ 階段状冶具 ２ 回転式ミラー ３ レーザ発振器 ４ ラインセンサ ５ マイコン装置
フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA24 DD03 DD06 FF09 FF24 FF42 GG04 HH18 JJ02 JJ03 JJ25 JJ26 LL62 MM16 QQ17 QQ29 QQ36
Claims (2)
- 【請求項１】レーザ光線を回転式ミラーに照射し、 前記回転式ミラーからの反射光によって段と段との間隔
が既知の階段状冶具の各段をそれぞれ照射し、 前記階段状冶具の各段からの反射光をラインセンサによ
って受光し、 前記ラインセンサから得られる画像に基いて前記階段状
冶具の各段からの反射光のピーク位置を前記ラインセン
サの画素の位置で求め、 前記階段状冶具の段数と前記階段状冶具の各段からの反
射光のピーク位置との関係を表す２次方程式を求め、 前記２次方程式の係数を記憶し、 再度、レーザ光線を前記回転式ミラーに照射し、 前記回転式ミラーからの反射光によって被測定物を照射
し、 前記被測定物からの反射光を前記ラインセンサによって
受光し、 前記ラインセンサから得られる画像に基いて前記被測定
物からの反射光のピーク位置を前記ラインセンサの画素
の位置で求め、 記憶されている前記２次方程式の係数と前記被測定物か
らの反射光のピーク位置とを用いて２次方程式を解き被
測定物の高さを求めることを特徴とするレーザ光線を用
いた非接触高さ測定方法。 - 【請求項２】ｆ−θレンズによって線状に引き伸ばされ
たレーザ光線を段と段との間隔が既知の階段状冶具の各
段にそれぞれ照射し、 前記階段状冶具の各段からの反射光を２次元ＣＣＤセン
サによって受光し、 前記２次元ＣＣＤセンサから得られる画像に基いて前記
階段状冶具の各段からの反射光のピーク位置を前記２次
元ＣＣＤセンサの画素の位置で求め、 前記階段状冶具の段数と前記階段状冶具の各段からの反
射光のピーク位置との関係を表す２次方程式を求め、 前記２次方程式の係数を記憶し、 再度、前記ｆ−θレンズによって線状に引き伸ばされた
レーザ光線を被測定物に照射し、 前記被測定物からの反射光を前記２次元ＣＣＤセンサに
よって受光し、 前記２次元ＣＣＤセンサから得られる画像に基いて前記
被測定物からの反射光のピーク位置を前記２次元ＣＣＤ
センサの画素の位置で求め、 記憶されている前記２次方程式の係数と前記被測定物か
らの反射光のピーク位置とを用いて２次方程式を解き被
測定物の高さを求めることを特徴とするレーザ光線を用
いた非接触高さ測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000320117A JP2002131018A (ja) | 2000-10-20 | 2000-10-20 | レーザ光線を用いた非接触高さ測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000320117A JP2002131018A (ja) | 2000-10-20 | 2000-10-20 | レーザ光線を用いた非接触高さ測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002131018A true JP2002131018A (ja) | 2002-05-09 |
Family
ID=18798455
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000320117A Pending JP2002131018A (ja) | 2000-10-20 | 2000-10-20 | レーザ光線を用いた非接触高さ測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002131018A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006011386A1 (ja) * | 2004-07-30 | 2006-02-02 | Kyoto University | 変位計測方法、変位計測装置、変位計測用ターゲット及び構造物 |
| WO2008123510A1 (ja) * | 2007-03-30 | 2008-10-16 | Kyoto University | 変位計測方法、及び変位計測装置並びに変位計測用のターゲット |
| WO2009068437A1 (de) * | 2007-11-26 | 2009-06-04 | Christoph Lucks | Verfahren und system zur messung einer auslenkung eines hohlbauteils einer windenergieanlage aus einer normalposition |
| KR101552861B1 (ko) | 2013-12-24 | 2015-09-30 | 세종측기 주식회사 | 교량의 3차원 변위측정시스템 및 그 운용방법 |
-
2000
- 2000-10-20 JP JP2000320117A patent/JP2002131018A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006011386A1 (ja) * | 2004-07-30 | 2006-02-02 | Kyoto University | 変位計測方法、変位計測装置、変位計測用ターゲット及び構造物 |
| US7535554B2 (en) | 2004-07-30 | 2009-05-19 | Kyoto University | Displacement measuring method, displacement measuring instrument, displacement measuring target and civil structure |
| EP2113743A1 (en) * | 2004-07-30 | 2009-11-04 | Kyoto University | Displacement measuring method, displacement measuring instrument, displacement measuring target and structure |
| EP2113743A4 (en) * | 2004-07-30 | 2014-07-09 | Univ Kyoto | TRAVEL MEASUREMENT METHOD, TRAVEL MEASUREMENT INSTRUMENT, TARGET AND TRAVEL MEASUREMENT STRUCTURE |
| WO2008123510A1 (ja) * | 2007-03-30 | 2008-10-16 | Kyoto University | 変位計測方法、及び変位計測装置並びに変位計測用のターゲット |
| JP5330229B2 (ja) * | 2007-03-30 | 2013-10-30 | 国立大学法人京都大学 | 変位計測方法、及び変位計測装置並びに変位計測用のターゲット |
| WO2009068437A1 (de) * | 2007-11-26 | 2009-06-04 | Christoph Lucks | Verfahren und system zur messung einer auslenkung eines hohlbauteils einer windenergieanlage aus einer normalposition |
| US8548751B2 (en) | 2007-11-26 | 2013-10-01 | Windcomp Gmbh | Method and system for measuring deflection of a hollow component of a wind energy system from a normal position |
| KR101552861B1 (ko) | 2013-12-24 | 2015-09-30 | 세종측기 주식회사 | 교량의 3차원 변위측정시스템 및 그 운용방법 |
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