JP2864453B2 - 三次元物体計測装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は三次元物体計測装置にか
かるもので、とくに三次元物体を水平面内で回転させつ
つその形状（空間ドット座標）を計測する三次元物体計
測装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から不定形状の三次元物体の形状
（空間ドット座標）を計測し、またこの形状から表面積
および体積などを演算することが各種の分野において要
請されている。たとえば、製造分野における材料や製品
の形状あるいは量の計測、人体その他の物体の形状の計
測などがあり、とくに非接触かつ迅速に計測可能なもの
が好ましい場合がある。

【０００３】こうした要請に応えて、三次元物体の形状
を計測するための計測装置としては、たとえば、三次元
物体の表面に面状の照射光を照射して、この面状の照射
光により浮き出された三次元物体の輪郭を撮像し、その
映像信号にもとづいて演算するものが提案されている。

【０００４】しかしながら、上記映像信号を得るための
とくに撮像手段の配置構造について十分な考察がなされ
ていないため、装置が大型化するとともにコストの低下
が困難であるという問題がある。

【０００５】図１５ないし図１８にもとづき概説する。
図１５は、三次元物体計測装置１の概略斜視図、図１６
は、同、概略平面図、図１７は、同、概略正面図、図１
８は、同、概略右側面図であって、三次元物体計測装置
１は、基台２と、ターンテーブルなどの回転駆動手段３
と、照明手段４と、撮像手段５と、制御演算手段６と、
を有する。

【０００６】回転駆動手段３は、基台２上において水平
面内で所定の回転速度で回転するもので、被計測物であ
る三次元物体Ｔをこの上に載置するものである。

【０００７】照明手段４は、たとえばレーザー光を照射
可能であって、三次元物体Ｔの表面に面状（スリット
状）の照射光Ｒ１を照射することにより輪郭Ｌを浮き出
させる。なお、この照明手段４の一対を採用することに
より、三次元物体Ｔの表面上に均一に面状の照射光Ｒ１
を照射可能で、かつ照射光Ｒ１の届かない部位をなくす
ことができる。

【０００８】撮像手段５は、たとえばＣＣＤ（電荷結合
素子）を用いたいわゆるＣＣＤビデオカメラなどを採用
し、輪郭Ｌからの反射光Ｒ２を撮像する。この撮像手段
５の一対を採用することにより撮像の死角を回避するこ
とができる。

【０００９】制御演算手段６は、撮像手段５からの映像
信号にもとづいて三次元物体Ｔの当該形状（空間ドット
座標）および表面積や体積その他の数値を演算可能なも
のである。

【００１０】こうした構成の三次元物体計測装置１にお
いて、撮像手段５を三次元物体Ｔの上方に配置するため
の保持フレーム７を所定長さにする必要があり、三次元
物体計測装置１全体が大型化するという問題がある。し
たがって、コストが上昇することはもちろん、携帯利便
性にも欠けるという問題がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上のような
諸問題にかんがみなされたもので、非接触で三次元物体
の諸計測を行うにあたり、装置全体の小型化およびコス
トダウンが可能な三次元物体計測装置を提供することを
課題とする。

【００１２】また本発明は、撮像手段の配置状態を考慮
した三次元物体計測装置を提供することを課題とする。

【００１３】さらに本発明は、三次元物体からの反射光
を撮像手段に導くにあたり、ミラーなどの反射手段を採
用した三次元物体計測装置を提供することを課題とす
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、全反
射ミラーなど一対の反射手段を採用するとともにこれを
回転駆動手段の回転中心線を含む垂直面に対して互いに
ほぼ対称位置に配置すること、および撮像手段を保持す
る保持手段を設けることに着目したもので、水平面内で
回転する回転駆動手段と、この回転駆動手段上においた
三次元物体の表面に面状の照射光を照射する一対の照明
手段と、上記面状の照射光により浮き出された上記三次
元物体の輪郭を撮像する一対の撮像手段と、この撮像手
段からの映像信号にもとづいて上記三次元物体の形状を
演算可能な制御演算手段と、を有する三次元物体計測装
置であって、上記三次元物体より高い位置に設けるとと
もに、上記回転駆動手段の回転中心線を含む垂直面に対
して互いにほぼ対称位置に配置し、かつ上記輪郭からの
反射光を上記撮像手段に向かって反射する一対の反射手
段と、この反射手段からの反射光を受光可能な位置に上
記撮像手段を保持する保持手段とを有することを特徴と
する三次元物体計測装置である。

【００１５】上記撮像手段は、これを水平あるいは垂直
に設けることができる。

【００１６】上記撮像手段は、これを互いに反対方向向
きあるいは互いに同一方向向きに設けることができる。

【００１７】上記撮像手段は、上記輪郭の反射光から同
一照度および同一光路長を得る位置にこれを配置するこ
とができる。

【００１８】上記撮像手段は、これをＣＣＤビデオカメ
ラとすることができる。

【００１９】上記保持手段は、上記撮像手段および上記
反射手段をともにそれぞれの所定位置にセット可能とす
ることができる。

【００２０】上記保持手段は、水平フレームおよび垂直
フレームを有することができる。

【００２１】上記照明手段は、上記三次元物体の上側か
ら上記照射光を照射する第１の光源と、上記三次元物体
の横側から上記照射光を照射する第２の光源と、を有す
ることができる。

【００２２】上記照明手段は、これをレーザー光源とす
ることができる。

【００２３】

【作用】本発明による三次元物体計測装置においては、
三次元物体の輪郭からの反射光を一対の全反射ミラーな
どの反射手段によりそれぞれ一対の撮像手段に導いて撮
像可能とするとともに、この撮像手段の配置状態とし
て、水平方向、垂直方向、反対方向向き、あるいは同一
方向向きなどとしたので、撮像手段を任意の位置に配置
することにより三次元物体計測装置全体の小型化、携帯
性向上およびコストダウンが可能である。

【００２４】とくに、撮像手段を水平に設けて反対方向
向きあるいは同一方向向きとし、反射手段とともに保持
手段によってこれを保持するようにユニット化すること
により、三次元物体の大きさないし高さに応じて適宜装
置全体の大きさを決定することができるので、量産に適
するとともに、製造部品および製造工程の単純化が可能
である。

【００２５】

【実施例】つぎに、本発明の第１の実施例による三次元
物体計測装置１０を図１ないし図４にもとづき説明す
る。ただし、図１５ないし図１８と同様の部分には同一
符号を付し、その詳述はこれを省略する。図１は、三次
元物体計測装置１０の全体斜視図、図２は、同、概略平
面図、図３は、同、概略正面図、図４は、同、概略右側
面図であって、この三次元物体計測装置１０は、基台２
と、保持手段１１と、回転駆動手段３と、一対の照明手
段４と、一対の反射手段１２と、一対の撮像手段５と、
パソコンなどによる制御演算手段６と、を有する。

【００２６】保持手段１１は、撮像手段５を保持した垂
直フレーム１３と、反射手段１２を保持した水平フレー
ム１４とからこれを一体的に構成する。水平フレーム１
４の前面中央部に回転駆動手段３に向けて上側照射用窓
１５（第１の光源用）を開口形成するとともに、垂直フ
レーム１３の前面中央部に回転駆動手段３に向けて横側
照射用窓１６（第２の光源用）を、および回転駆動手段
３の左右部分に左右一対の反射光入射用窓１７、１８を
それぞれ開口形成してある。

【００２７】また、水平フレーム１４と基台２とにまた
がって、かつ回転駆動手段３の上方部分に幅細の遮蔽フ
レーム１９を設けることにより、照明手段４からの面状
の照射光Ｒ１が回転駆動手段３の外部に至らないように
している。

【００２８】反射手段１２は、たとえば円形の全反射ミ
ラーなどを採用し、左右一対の反射光入射用窓１７、１
８を通して回転駆動手段３上の三次元物体Ｔを臨むこと
ができるように水平フレーム１４の内部にこれを取り付
ける。

【００２９】反射手段１２および撮像手段５の相対的配
置位置について図２ないし図４を参照して説明する。一
対の照明手段４からの面状の照射光Ｒ１は、回転駆動手
段３の回転中心線Ｃを含む垂直面Ｖ内に互いに一致して
照射されており、反射手段１２は垂直面Ｖに対して互い
にほぼ対称にこれを配置してある。

【００３０】一対の撮像手段５は、照明手段４からの面
状の照射光Ｒ１について同一照度および同一光路長を得
る位置の垂直フレーム１３に垂直にこれを配置してあ
る。

【００３１】こうした構成の三次元物体計測装置１０に
おいて、三次元物体Ｔの輪郭Ｌからの反射光Ｒ２は反射
手段１２を経てその光路長さを曲げて撮像手段５に至る
ため、図１７あるいは図１８に示したように、大型化し
た保持フレーム７を採用する必要がなく、垂直フレーム
１３の高さを低くすることが可能である。

【００３２】したがって、垂直フレーム１３（保持手段
１１）すなわち三次元物体計測装置１０自体を低くコン
パクトに構成することができ、携帯可能として、三次元
物体Ｔの種類に応じてその高さを任意に設定することが
可能となる。

【００３３】図５は、本発明の第２の実施例による三次
元物体計測装置２０の概略正面図、図６は、同、概略右
側面図であって、第１の実施例の場合とは異なり、撮像
手段５を水平方向に配置してある。他の構成は事実上同
様である。

【００３４】こうした構成の三次元物体計測装置２０に
よれば、水平フレーム１４部分を回転駆動手段３の上面
を覆うように前方に突出させるので、基台２の奥行きを
小さくすることができる。

【００３５】図７は、本発明の第３の実施例による三次
元物体計測装置３０の概略平面図、図８は、同、概略正
面図、図９は、同、概略右側面図であって、この三次元
物体計測装置３０においては、一対の撮像手段５を互い
に反対方向向きにするとともに、水平方向に配置してあ
る。

【００３６】したがって、保持手段３１としては、一対
の撮像手段５を水平位置に保持する水平フレーム３２
と、この水平フレーム３２を所定高さに位置させる垂直
フレーム３３とからこれを構成し、その構造を簡略化す
ることができる。さらに、たとえば図１０に示すよう
に、撮像手段５および反射手段１２部分の保持構造をユ
ニット化することができる。

【００３７】図１０は、ユニット化した撮像ユニット３
４を斜め下方から見た斜視図であって、この撮像ユニッ
ト３４は、ユニットハウジング３５と、このユニットハ
ウジング３５内に収容した一対の撮像手段５および一対
の反射手段１２とを有し、ユニットハウジング３５に三
次元物体Ｔの輪郭Ｌから反射光Ｒ２が入射可能な一対の
入射窓３６を開口形成してある。

【００３８】こうした撮像ユニット３４を採用すれば、
基台２と撮像ユニット３４とを所要の垂直フレーム３３
あるいは垂直フレーム１３により組み合わせることによ
って三次元物体計測装置３０を組み立てることができ、
製造部品コストの低減はもちろん、製造組立作業自体を
単純化かつ容易にすることができる。また、撮像ユニッ
ト３４内において、一対の撮像手段５が長さ方向に連な
っているので、この撮像ユニット４４の幅を短縮するこ
とができ、さらなる小型化が可能である。

【００３９】図１１は、本発明の第４の実施例による三
次元物体計測装置４０の概略平面図、図１２は、同、概
略正面図、図１３は、同、概略右側面図であって、この
三次元物体計測装置４０においては、一対の撮像手段５
を互いに同一方向向きにするとともに、水平方向に配置
してある。もちろん、撮像手段５の一対を垂直面内に配
置してもよい。

【００４０】したがって、保持手段４１としては、一対
の撮像手段５を水平位置に保持する水平フレーム４２
と、この水平フレーム４２を所定高さに位置させる垂直
フレーム４３とからこれを構成し、保持手段３１として
の構成を簡略化することができる。さらに、たとえば図
１４に示すように、撮像手段５および反射手段１２の保
持構造をユニット化することができる。

【００４１】図１４は、ユニット化した撮像ユニット４
４を斜め下方から見た斜視図であって、この撮像ユニッ
ト４４は、ユニットハウジング４５と、このユニットハ
ウジング４５内に収容した一対の撮像手段５および反射
手段１２とを有し、ユニットハウジング４５に三次元物
体Ｔの輪郭Ｌから反射光Ｒ２が入射可能な一対の入射窓
４６を開口形成してある。

【００４２】こうした撮像ユニット４４を採用すれば、
基台２と撮像ユニット４４とを所要の垂直フレーム４３
あるいは垂直フレーム１３により組み合わせることによ
って三次元物体計測装置４０を組み立てることができ、
製造部品コストの低減はもちろん、製造組立作業自体を
単純化かつ容易にすることができる。また、撮像ユニッ
ト４４内において、一対の撮像手段５が重なっているの
で、この撮像ユニット４４の長さを短縮することがで
き、さらなる小型化が可能である。

【００４３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、一対の撮
像手段および一対の反射手段を採用するとともに、撮像
手段の保持手段の構造を工夫したので、三次元物体計測
装置全体をコンパクトにすることができるとともに製造
作業の簡略化、製造コストの低減を図ることが可能とな
る。

【００４４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による三次元物体計測装
置１０の全体斜視図である。

【図２】同、概略平面図である。

【図３】同、概略正面図である。

【図４】同、概略右側面図である。

【図５】本発明の第２の実施例による三次元物体計測装
置２０の概略正面図である。

【図６】同、概略右側面図である。

【図７】本発明の第３の実施例による三次元物体計測装
置３０の概略平面図である。

【図８】同、概略正面図である。

【図９】同、概略右側面図である。

【図１０】同、ユニット化した撮像ユニット３４を斜め
下方から見た斜視図である。

【図１１】本発明の第４の実施例による三次元物体計測
装置４０の概略平面図である。

【図１２】同、概略正面図である。

【図１３】同、概略右側面図である。

【図１４】同、ユニット化した撮像ユニット４４を斜め
下方から見た斜視図である。

【図１５】従来の三次元物体計測装置１の概略斜視図で
ある。

【図１６】同、概略平面図である。

【図１７】同、概略正面図である。

【図１８】同、概略右側面図である。

【符号の説明】

１ 三次元物体計測装置 ２ 基台 ３ 回転駆動手段（ターンテーブル） ４ 照明手段（レーザー光源） ５ 撮像手段（ＣＣＤ） ６ 制御演算手段 ７ 保持フレーム １０ 三次元物体計測装置 １１ 保持手段 １２ 反射手段（全反射ミラー） １３ 垂直フレーム １４ 水平フレーム １５ 上側照射用窓 １６ 横側照射用窓 １７、１８ 反射光入射用窓 １９ 幅細の遮蔽フレーム ２０ 三次元物体計測装置 ３０ 三次元物体計測装置 ３１ 保持手段 ３２ 水平フレーム ３３ 垂直フレーム ３４ 撮像ユニット ３５ ユニットハウジング ３６ 入射窓 ４０ 三次元物体計測装置 ４１ 保持手段 ４２ 水平フレーム ４３ 垂直フレーム ４４ 撮像ユニット ４５ ユニットハウジング ４６ 入射窓 Ｃ 回転駆動手段３の回転中心線 Ｌ 三次元物体Ｔの輪郭 Ｒ１ 照明手段４からの面状の照射光 Ｒ２ 輪郭Ｌからの反射光 Ｔ 三次元物体（被計測物） Ｖ 回転駆動手段３の回転中心線Ｃを含む垂直面

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基台に設けるとともに水平面内で回転
   する回転駆動手段と、 この回転駆動手段上においた三次元物体の表面に面状の
   照射光を照射する一対の照明手段と、 前記面状の照射光により浮き出された前記三次元物体の
   輪郭を撮像する一対の撮像手段と、 この撮像手段からの映像信号にもとづいて前記三次元物
   体の形状を演算可能な制御演算手段と、を有する三次元
   物体計測装置であって、 前記三次元物体より高い位置に設けるとともに、前記回
   転駆動手段の回転中心線を含む垂直面に対して互いにほ
   ぼ対称位置に配置し、かつ前記輪郭からの反射光を前記
   撮像手段に向かって反射する一対の反射手段と、 この反射手段を保持するとともに該反射手段からの反射
   光を受光可能な位置に前記撮像手段を保持する保持手段
   と、 を有するとともに、 前記保持手段は、 前記基台に設けた垂直フレームと、この垂直フレームに
   設けた水平フレームと、を有し、 前記照明手段は、 この水平フレームに設けるとともに前記三次元物体の上
   側から前記照射光を照射する第１の光源と、この垂直フ
   レームに設けるとともに前記三次元物体の横側から前記
   照射光を照射する第２の光源と、を有し、さらに 前記回
   転駆動手段を隔てて前記垂直フレームに対向するととも
   に、この第１の光源および第２の光源からのそれぞれの
   面状の照射光を遮蔽可能な遮蔽フレームを設けた ことを
   特徴とする三次元物体計測装置。
2. 【請求項２】 前記撮像手段は、これを水平に設けた
   ことを特徴とする請求項１記載の三次元物体計測装置。
3. 【請求項３】 前記撮像手段は、これを垂直に設けた
   ことを特徴とする請求項１記載の三次元物体計測装置。
4. 【請求項４】 前記撮像手段は、これを互いに反対方
   向向きに設け、前記反射手段とともにユニットハウジン
   グ内にユニット化したことを特徴とする請求項１記載の
   三次元物体計測装置。
5. 【請求項５】 前記撮像手段は、これを互いに同一方
   向向きに設け、前記反射手段とともにユニットハウジン
   グ内にユニット化したことを特徴とする請求項１記載の
   三次元物体計測装置。
6. 【請求項６】 前記撮像手段は、前記輪郭の反射光か
   ら同一照度および同一光路長を得る位置にこれを配置し
   たことを特徴とする請求項１記載の三次元物体計測装
   置。
7. 【請求項７】 前記撮像手段は、これをＣＣＤビデオ
   カメラとしたことを特徴とする請求項１記載の三次元物
   体計測装置。
8. 【請求項８】 前記保持手段は、前記撮像手段および
   前記反射手段をともにそれぞれの所定位置にセット可能
   であることを特徴とする請求項１記載の三次元物体計測
   装置。
9. 【請求項９】 前記照明手段は、これをレーザー光源
   としたことを特徴とする請求項１記載の三次元物体計測
   装置。