JP3356321B2 - 物体の形状測定装置 - Google Patents
物体の形状測定装置Info
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光を利用した距離・速
度計からの出射光を2次元的に空間走査して移動物体に
照射し、移動物体の3次元位置及び形状を計測する物体
の形状測定装置に関するものである。
度計からの出射光を2次元的に空間走査して移動物体に
照射し、移動物体の3次元位置及び形状を計測する物体
の形状測定装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】物体の形状を計測する従来の能動型の方
法として、三角測量法があるが、3次元計測のために三
角測量法を用いる装置では、装置が大型化し測定可能距
離範囲が制限されることが欠点である。その他の方法と
しては、照度型ステレオ法、モアレ法、干渉法などがあ
るが、これらの方法による3次元計測では、移動物体の
形状計測が困難である。一方、光レーダ法では、光走査
をして3次元画像を得ることができるが、移動物体に適
用した例はない。
法として、三角測量法があるが、3次元計測のために三
角測量法を用いる装置では、装置が大型化し測定可能距
離範囲が制限されることが欠点である。その他の方法と
しては、照度型ステレオ法、モアレ法、干渉法などがあ
るが、これらの方法による3次元計測では、移動物体の
形状計測が困難である。一方、光レーダ法では、光走査
をして3次元画像を得ることができるが、移動物体に適
用した例はない。
【0003】図13は形状計測用レーザ距離計の光ビー
ム走査装置の従来例を示す図である。三角測量法による
静止3次元物体の形状測定装置の1例として、マークリ
ューの論文「同期スキャナに基づいたレーザ距離
計」("Laser range finder basedon synchronized sca
nners" 著者:Marc Rioux 1 November 1984 Vol. 23, p
p.3837-3844 APPLIED OPTICS)を引用し、距離計の光ビ
ーム走査装置について図13により簡単に説明する。
ム走査装置の従来例を示す図である。三角測量法による
静止3次元物体の形状測定装置の1例として、マークリ
ューの論文「同期スキャナに基づいたレーザ距離
計」("Laser range finder basedon synchronized sca
nners" 著者:Marc Rioux 1 November 1984 Vol. 23, p
p.3837-3844 APPLIED OPTICS)を引用し、距離計の光ビ
ーム走査装置について図13により簡単に説明する。
【0004】図13において、光源Sから出た光(レー
ザ)は、多面角錐鏡61の面、さらに平面鏡M1、M3
で反射された後、被測定物体62の表面で反射される。
この光は、平面鏡M3、M2、多面角錐鏡61の別の面
で反射されて位置検出器Dに入射する。このとき、平面
鏡M1、M2を適度な角度に設定し固定しておくと、多
面角錐鏡61を高速で回転させることで、光は左右方向
に走査される。一方、平面鏡M3の角度をゆっくり変化
させることで、光は、手前方向に走査される。このよう
に多面角錐鏡61の回転と平面鏡M3の角度変化で測定
光を2次元的に走査しながら、三角測量法によって距
離、すなわち「深さ」を測定すれば3次元形状を得るこ
とができる。
ザ)は、多面角錐鏡61の面、さらに平面鏡M1、M3
で反射された後、被測定物体62の表面で反射される。
この光は、平面鏡M3、M2、多面角錐鏡61の別の面
で反射されて位置検出器Dに入射する。このとき、平面
鏡M1、M2を適度な角度に設定し固定しておくと、多
面角錐鏡61を高速で回転させることで、光は左右方向
に走査される。一方、平面鏡M3の角度をゆっくり変化
させることで、光は、手前方向に走査される。このよう
に多面角錐鏡61の回転と平面鏡M3の角度変化で測定
光を2次元的に走査しながら、三角測量法によって距
離、すなわち「深さ」を測定すれば3次元形状を得るこ
とができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のレーザ距離計を用いた物体形状測定装置では以下の
ような問題があった。
来のレーザ距離計を用いた物体形状測定装置では以下の
ような問題があった。
【0006】(1)位置検出器の性能の制約から、測定
できる距離の範囲(深さの範囲)が制限される。
できる距離の範囲(深さの範囲)が制限される。
【0007】(2)平面鏡M1とM2を離して設置する
ので、光学系の寸法が大きくなる。
ので、光学系の寸法が大きくなる。
【0008】(3)距離のみを検出するので、測定時間
内に物体が移動することによる形状の見かけの変化分を
補正することができない。
内に物体が移動することによる形状の見かけの変化分を
補正することができない。
【0009】本発明は、上記の課題を解決するものであ
って、光学系の小型化、移動物体の位置と形状の測定が
可能な物体の形状測定装置を提供することを目的とす
る。
って、光学系の小型化、移動物体の位置と形状の測定が
可能な物体の形状測定装置を提供することを目的とす
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】そのために本発明は、光
走査により移動する物体の形状を測定する物体の形状測
定装置であって、光源と受光器を用い被測定物体からの
反射光を受光器で検出して被測定物体までの距離と速度
を測定する距離・速度計、該距離・速度計からの出射光
を2次元的に走査する光走査手段、該光走査手段による
各走査時刻を計測する計時手段、距離・速度計による測
定値と光走査手段による走査点と計時手段による時刻か
ら被測定物体の形状と位置を演算する演算手段とを備え
たことを特徴とするものである。
走査により移動する物体の形状を測定する物体の形状測
定装置であって、光源と受光器を用い被測定物体からの
反射光を受光器で検出して被測定物体までの距離と速度
を測定する距離・速度計、該距離・速度計からの出射光
を2次元的に走査する光走査手段、該光走査手段による
各走査時刻を計測する計時手段、距離・速度計による測
定値と光走査手段による走査点と計時手段による時刻か
ら被測定物体の形状と位置を演算する演算手段とを備え
たことを特徴とするものである。
【0011】
【作用】本発明に係る物体の形状測定装置では、光源と
受光器を用い被測定物体からの反射光を受光器で検出し
て被測定物体までの距離と速度を測定する距離・速度
計、該距離・速度計からの出射光を2次元的に走査する
光走査手段、該光走査手段による各走査時刻を計測する
計時手段、距離・速度計による測定値と光走査手段によ
る走査点と計時手段による時刻から被測定物体の形状と
位置を演算する演算手段とを備えたので、時刻毎に速度
により距離補正を行って移動する被測定物体の形状を測
定することができる。
受光器を用い被測定物体からの反射光を受光器で検出し
て被測定物体までの距離と速度を測定する距離・速度
計、該距離・速度計からの出射光を2次元的に走査する
光走査手段、該光走査手段による各走査時刻を計測する
計時手段、距離・速度計による測定値と光走査手段によ
る走査点と計時手段による時刻から被測定物体の形状と
位置を演算する演算手段とを備えたので、時刻毎に速度
により距離補正を行って移動する被測定物体の形状を測
定することができる。
【0012】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図1は本発明に係る物体の形状測定装置の1実施
例を示すブロック図である。
する。図1は本発明に係る物体の形状測定装置の1実施
例を示すブロック図である。
【0013】図1において、距離・速度計Aは、光を利
用して物体までの距離と速度を同時に計測するもので、
少なくとも1つの光源1、その光源1と近接した受光器
2、受光器2からの信号に基づいて距離を検出する距離
検出部3と速度を検出する速度検出部4、距離検出部3
と速度検出部4からの出力信号を用いて距離と速度を演
算する距離・速度演算部5、光源1を励起するための電
源6、及び光源1からの出射光を平行光とするレンズ系
7等によって構成されるものであり、自己混合型の半導
体レーザを用いたもの(例えば特願昭63−26558
5号参照)等がある。図1の距離・速度計Aでは、光源
1からの出射光の一部が受光器に結合するように構成さ
れる自己混合型の光源の場合を示したが、反射光を受光
器2に導くために別のレンズ系を追加するように構成し
てもよい。平面鏡8、9は、距離・速度計Aからの出射
光(レーザビーム)を2次元的に走査するためのもので
あり、これらを駆動するためのものがステップモータ1
0、11、モータ駆動回路12、13、モータ制御回路
14である。計時回路15は、被測定物体18上の各走
査点(計測点)の計測時刻を測定するためのものであ
り、コンピュータ16は、距離・速度計Aからの距離、
速度の計測値及び計時回路15からの計測時間、さらに
は光走査の角度情報などにより被測定物体18の形状を
演算し、さらに走査装置を制御する制御信号を出力する
ためのものである。表示装置17は、被測定物体の形状
の3次元画像を表示するためのものである。
用して物体までの距離と速度を同時に計測するもので、
少なくとも1つの光源1、その光源1と近接した受光器
2、受光器2からの信号に基づいて距離を検出する距離
検出部3と速度を検出する速度検出部4、距離検出部3
と速度検出部4からの出力信号を用いて距離と速度を演
算する距離・速度演算部5、光源1を励起するための電
源6、及び光源1からの出射光を平行光とするレンズ系
7等によって構成されるものであり、自己混合型の半導
体レーザを用いたもの(例えば特願昭63−26558
5号参照)等がある。図1の距離・速度計Aでは、光源
1からの出射光の一部が受光器に結合するように構成さ
れる自己混合型の光源の場合を示したが、反射光を受光
器2に導くために別のレンズ系を追加するように構成し
てもよい。平面鏡8、9は、距離・速度計Aからの出射
光(レーザビーム)を2次元的に走査するためのもので
あり、これらを駆動するためのものがステップモータ1
0、11、モータ駆動回路12、13、モータ制御回路
14である。計時回路15は、被測定物体18上の各走
査点(計測点)の計測時刻を測定するためのものであ
り、コンピュータ16は、距離・速度計Aからの距離、
速度の計測値及び計時回路15からの計測時間、さらに
は光走査の角度情報などにより被測定物体18の形状を
演算し、さらに走査装置を制御する制御信号を出力する
ためのものである。表示装置17は、被測定物体の形状
の3次元画像を表示するためのものである。
【0014】次に、上記物体の形状測定装置による形状
計測の原理を説明する。図2は形状計測における座標系
を説明するための図、図3は形状計測面上での距離速度
測定順序を説明するための図、図4は移動物体の距離画
像復元の原理を説明するための図、図5は移動物体の形
状計測の手順を示すフローチャートであるレーザビーム
の走査は、上記図1に示したように2枚の平面鏡8、9
によってX,Y方向に行うので、形状計測における座標
の原点は、図2に示すように上下方向走査用の平面鏡9
の中心とし、例えば装置から正面に遠ざかる方向をzの
正方向、上下方向をY軸、左右方向をX軸にとる右手系
とする。
計測の原理を説明する。図2は形状計測における座標系
を説明するための図、図3は形状計測面上での距離速度
測定順序を説明するための図、図4は移動物体の距離画
像復元の原理を説明するための図、図5は移動物体の形
状計測の手順を示すフローチャートであるレーザビーム
の走査は、上記図1に示したように2枚の平面鏡8、9
によってX,Y方向に行うので、形状計測における座標
の原点は、図2に示すように上下方向走査用の平面鏡9
の中心とし、例えば装置から正面に遠ざかる方向をzの
正方向、上下方向をY軸、左右方向をX軸にとる右手系
とする。
【0015】上記座標系において、装置により直接得る
ことのできるデータは、 光源1から物体表面の或る1点の座標Pまでの光路
上の距離Lr Y=0,X=0の面を基準としたレーザビームの走
査角θx 、θy 光軸方向に感じた速度Vr である。その他、必要なパラメータ等を図2に示すよう
に定義する。すなわち、光源1からX方向走査用の平面
鏡8までの距離をL’、X方向走査用の平面鏡8からY
方向走査用の平面鏡9までの距離をL0 、Y方向走査用
の平面鏡9上でのレーザビームの反射点をXp 、反射点
Xp から物体表面の座標Pまでの距離をL、距離LをY
=0のXZ平面に投影した長さをL1 とする。その結
果、物体表面の座標P=(x,y,z)は、幾何学的な
関係より次のようになる。
ことのできるデータは、 光源1から物体表面の或る1点の座標Pまでの光路
上の距離Lr Y=0,X=0の面を基準としたレーザビームの走
査角θx 、θy 光軸方向に感じた速度Vr である。その他、必要なパラメータ等を図2に示すよう
に定義する。すなわち、光源1からX方向走査用の平面
鏡8までの距離をL’、X方向走査用の平面鏡8からY
方向走査用の平面鏡9までの距離をL0 、Y方向走査用
の平面鏡9上でのレーザビームの反射点をXp 、反射点
Xp から物体表面の座標Pまでの距離をL、距離LをY
=0のXZ平面に投影した長さをL1 とする。その結
果、物体表面の座標P=(x,y,z)は、幾何学的な
関係より次のようになる。
【0016】
【数1】 L =Lr −L’−L0 secθx (1) L1 =L/(1+cos2 θx tan2 θy )1/2 (2) x =L0 tanθx +L1 sinθx (3) y =L1 cosθx tanθy (4) z =L1 cosθx (5) 本発明に係る物体の形状測定装置は、先に述べたように
1本のレーザビームを走査し各々の方向の距離と速度の
情報を順次獲得していくものであるが、その順序の1例
を示したのが図3である。その順序は、例えば図中の1
で示した右下隅から左方向へ向けて計測を初め、2、
3、……を経てmまで行う。勿論、図示のように左方向
へ走査した後上方向に少しずらし反対の右方向へ走査す
る折り返し走査ではなく、左端から右端に戻って上方向
に少しずらし同じ左方向に繰り返し走査するようにして
もよいことはいうまでもない。静止物体の形状計測で
は、各走査点において距離データのみからその走査点の
物体表面の座標を求めていけばよいが、移動物体の場合
には、各走査点から得た座標を物体の移動速度で補正し
なければならない。速度は、ドップラ効果や自己混合効
果を利用して得られるビート信号から計測される。そこ
で、計測後の処理の簡単化のため、1番目の計測を開始
してからm番目の計測を終了するまで、物体の速度ベク
トルVは変わらないものとする。
1本のレーザビームを走査し各々の方向の距離と速度の
情報を順次獲得していくものであるが、その順序の1例
を示したのが図3である。その順序は、例えば図中の1
で示した右下隅から左方向へ向けて計測を初め、2、
3、……を経てmまで行う。勿論、図示のように左方向
へ走査した後上方向に少しずらし反対の右方向へ走査す
る折り返し走査ではなく、左端から右端に戻って上方向
に少しずらし同じ左方向に繰り返し走査するようにして
もよいことはいうまでもない。静止物体の形状計測で
は、各走査点において距離データのみからその走査点の
物体表面の座標を求めていけばよいが、移動物体の場合
には、各走査点から得た座標を物体の移動速度で補正し
なければならない。速度は、ドップラ効果や自己混合効
果を利用して得られるビート信号から計測される。そこ
で、計測後の処理の簡単化のため、1番目の計測を開始
してからm番目の計測を終了するまで、物体の速度ベク
トルVは変わらないものとする。
【0017】この仮定のもとでは、時刻Tp に座標Pに
あった物体表面の或る1点は、m番目の計測を終える時
刻Tm に座標P′に移動していることになる。この様子
を示したのが図4である。従って、座標P′は、次のよ
うに与えられる。
あった物体表面の或る1点は、m番目の計測を終える時
刻Tm に座標P′に移動していることになる。この様子
を示したのが図4である。従って、座標P′は、次のよ
うに与えられる。
【0018】
【数2】 P′=P+V(Tm −Tp ) (6) さらに、簡単のため物体の移動方向がz軸方向だけであ
ると限定すれば、
ると限定すれば、
【0019】
【数3】 P′=P+Vz (Tm −Tp ) (7) となる。ここで、Vz はZ軸方向のベクトルで、その大
きさはZ方向から座標を測定した際の速度Vr である。
きさはZ方向から座標を測定した際の速度Vr である。
【0020】次に形状計測の手順を説明する。形状計測
の場合には、図5に示すように予め、またはスタート
後、走査範囲、1計測点の計測平均回数等計測の条件を
入力する(ステップS1)。この時点で、レーザビーム
は、計測面上の原点方向、即ち、Z軸方向に向けてある
ため、先ず、計測開始点にビームを移動する(ステップ
S2)。計測開始点は、計測面で右下隅つまりX,Yそ
れぞれ最小値のところである。ここで最初の距離計測を
実行した後計時回路のカウンタをスタートする(ステッ
プS3〜S4)。その後、順次、光走査と距離速度計測
とを繰り返す(ステップS5)。最後の計測点での計測
が終了した後、カウンタを止める(ステップS6)。
の場合には、図5に示すように予め、またはスタート
後、走査範囲、1計測点の計測平均回数等計測の条件を
入力する(ステップS1)。この時点で、レーザビーム
は、計測面上の原点方向、即ち、Z軸方向に向けてある
ため、先ず、計測開始点にビームを移動する(ステップ
S2)。計測開始点は、計測面で右下隅つまりX,Yそ
れぞれ最小値のところである。ここで最初の距離計測を
実行した後計時回路のカウンタをスタートする(ステッ
プS3〜S4)。その後、順次、光走査と距離速度計測
とを繰り返す(ステップS5)。最後の計測点での計測
が終了した後、カウンタを止める(ステップS6)。
【0021】その後、各測定点ごとの時間が均一である
とし、計測にかかった時間と計測点の総数から、最初の
計測点の計測が終わった時点を基点として各計測点での
測定時刻を求める(ステップS7)。この時刻と計測で
求めた速度をもとに式(7)を用いて計測で求めた位置
ベクトルを各々補正して最終計測点の計測が終わった時
点での物体の距離画像を求める(ステップS8)。これ
をコンピュータのディスプレイ上にグラフィック表示し
(ステップS9)、最後にレーザビームを原点に戻し
(ステップS10)、計測を終了する。
とし、計測にかかった時間と計測点の総数から、最初の
計測点の計測が終わった時点を基点として各計測点での
測定時刻を求める(ステップS7)。この時刻と計測で
求めた速度をもとに式(7)を用いて計測で求めた位置
ベクトルを各々補正して最終計測点の計測が終わった時
点での物体の距離画像を求める(ステップS8)。これ
をコンピュータのディスプレイ上にグラフィック表示し
(ステップS9)、最後にレーザビームを原点に戻し
(ステップS10)、計測を終了する。
【0022】図6は本発明に係るレーザビームスキャナ
の構成を示す図、図7はモータ制御回路の構成例を示す
図、図8はステップモータの駆動を説明するための図、
図9はモータ駆動回路の動作を説明するためのタイミン
グチャート、図10はレーザビームスキャナのX,Y方
向の分解能を説明するための図である。
の構成を示す図、図7はモータ制御回路の構成例を示す
図、図8はステップモータの駆動を説明するための図、
図9はモータ駆動回路の動作を説明するためのタイミン
グチャート、図10はレーザビームスキャナのX,Y方
向の分解能を説明するための図である。
【0023】レーザビームスキャナは、図1で示したよ
うにX,Y方向の走査用に平面鏡8(M1),9(M
2)を有し、それぞれ独立したステップモータ10、1
1で駆動するものであり、その光走査系の部分を示した
のが図6である。このような平面鏡8、9による光走査
では、光の走査角はミラーの回転角の2倍となる。ステ
ップモータ10、11の軸は、入力する時系列パルスの
立ち上がりで決まった角度だけ回転する。このステップ
モータ10、11をコンピュータで操作するには、コン
ピュータから時系列パルスを直接出力することも可能で
あるが、外付けの回路でコンピュータのバス出力を時系
列パルスに変換して行うように構成してもよい。その後
者の例を示したのが図7である。
うにX,Y方向の走査用に平面鏡8(M1),9(M
2)を有し、それぞれ独立したステップモータ10、1
1で駆動するものであり、その光走査系の部分を示した
のが図6である。このような平面鏡8、9による光走査
では、光の走査角はミラーの回転角の2倍となる。ステ
ップモータ10、11の軸は、入力する時系列パルスの
立ち上がりで決まった角度だけ回転する。このステップ
モータ10、11をコンピュータで操作するには、コン
ピュータから時系列パルスを直接出力することも可能で
あるが、外付けの回路でコンピュータのバス出力を時系
列パルスに変換して行うように構成してもよい。その後
者の例を示したのが図7である。
【0024】モータ制御回路14は、コンピュータ16
からの指令を受けてモータ駆動用の時系列パルスを発生
するものである。各ステップモータは、入力する時系列
のパルスの1個のパルスの立ち上がり毎に決まった最小
角度θmin だけ回転し、時系列パルスの数をpとする
と、pθmin の角度だけ回転してその位置に停止する。
図7において、発振器21の出力をゲート回路22を通
して分周回路23で分周し、そのパルスをゲート回路2
8でモータ及びそれぞれの回転方向に振り分けて出力す
るように構成している。バイナリカウンタ24は、モー
タに出力するパルスの数をカウントするものである。制
御回路25は、モータに出力するパルスの数の設定、バ
イナリカウンタ24のリセット及びX,Y軸用モータの
振り分け、回転方向の指示を行うものであり、Aポート
からパルス数の設定を行い、Cポートからの命令によ
り、バイナリカウンタ24のリセット及びX,Y軸用モ
ータの振り分け、回転方向の指示を行っている。コンパ
レータ26は、バイナリカウンタ24の出力値を制御回
路25の設定値と比較するものであり、その比較結果に
よりゲート回路22を制御するのがゲート制御回路27
である。
からの指令を受けてモータ駆動用の時系列パルスを発生
するものである。各ステップモータは、入力する時系列
のパルスの1個のパルスの立ち上がり毎に決まった最小
角度θmin だけ回転し、時系列パルスの数をpとする
と、pθmin の角度だけ回転してその位置に停止する。
図7において、発振器21の出力をゲート回路22を通
して分周回路23で分周し、そのパルスをゲート回路2
8でモータ及びそれぞれの回転方向に振り分けて出力す
るように構成している。バイナリカウンタ24は、モー
タに出力するパルスの数をカウントするものである。制
御回路25は、モータに出力するパルスの数の設定、バ
イナリカウンタ24のリセット及びX,Y軸用モータの
振り分け、回転方向の指示を行うものであり、Aポート
からパルス数の設定を行い、Cポートからの命令によ
り、バイナリカウンタ24のリセット及びX,Y軸用モ
ータの振り分け、回転方向の指示を行っている。コンパ
レータ26は、バイナリカウンタ24の出力値を制御回
路25の設定値と比較するものであり、その比較結果に
よりゲート回路22を制御するのがゲート制御回路27
である。
【0025】ステップモータの駆動では、例えば平面鏡
8を回転させるステップモータ10において、モータ制
御回路14の出力端子M1CWが時計方向に回転させる
出力信号を、出力端子M1CCWが反時計方向に回転さ
せる出力信号をそれぞれ発生し、同様に、平面鏡9を回
転させるステップモータ11において、モータ制御回路
14の出力端子M2CWが時計方向に回転させる出力信
号を、出力端子M2CCWが反時計方向に回転させる出
力信号をそれぞれ発生するものとすると、以下のように
動作する。まず、図8に示すように平面鏡の1ステップ
走査で回転させたいモータの回転角度に相当する駆動パ
ルスの数を制御回路25に設定し、そのAポートから2
進数で出力させる(ステップS11)。そして、制御回
路25によりステップモータ10、11毎に回転方向を
判断してCポートからゲート回路28の各ゲート制御信
号を出力すると共に(ステップS12)、カウンタリセ
ット命令をCポートから出力することによって、バイナ
リカウンタ24をリセットする(ステップS13)。そ
して、リセット信号の立ち下がりでスタート命令を生成
しゲート制御回路27をクリアしてゲート回路22をオ
ンにし(ステップS15)、ゲート回路28を通して各
モータにパルスを出力し駆動する(ステップS16)。
バイナリカウンタ24のカウント値が制御回路25の設
定値と一致するまでモータにパルスを出力し、コンパレ
ータ26の一致出力によりゲート制御回路27が動作し
てゲート回路22をオフにしモータへのパルスを停止す
る(ステップS18)。この一連の動作をコンピュータ
16からの指示にしたがって行う。その波形をタイムチ
ャートで示したのが図9である。この動作は、連続でも
よいが、等時間間隔ごとに走査ビームを移動させ、移動
後次の移動まで小停止時間を挿入してもよい。
8を回転させるステップモータ10において、モータ制
御回路14の出力端子M1CWが時計方向に回転させる
出力信号を、出力端子M1CCWが反時計方向に回転さ
せる出力信号をそれぞれ発生し、同様に、平面鏡9を回
転させるステップモータ11において、モータ制御回路
14の出力端子M2CWが時計方向に回転させる出力信
号を、出力端子M2CCWが反時計方向に回転させる出
力信号をそれぞれ発生するものとすると、以下のように
動作する。まず、図8に示すように平面鏡の1ステップ
走査で回転させたいモータの回転角度に相当する駆動パ
ルスの数を制御回路25に設定し、そのAポートから2
進数で出力させる(ステップS11)。そして、制御回
路25によりステップモータ10、11毎に回転方向を
判断してCポートからゲート回路28の各ゲート制御信
号を出力すると共に(ステップS12)、カウンタリセ
ット命令をCポートから出力することによって、バイナ
リカウンタ24をリセットする(ステップS13)。そ
して、リセット信号の立ち下がりでスタート命令を生成
しゲート制御回路27をクリアしてゲート回路22をオ
ンにし(ステップS15)、ゲート回路28を通して各
モータにパルスを出力し駆動する(ステップS16)。
バイナリカウンタ24のカウント値が制御回路25の設
定値と一致するまでモータにパルスを出力し、コンパレ
ータ26の一致出力によりゲート制御回路27が動作し
てゲート回路22をオフにしモータへのパルスを停止す
る(ステップS18)。この一連の動作をコンピュータ
16からの指示にしたがって行う。その波形をタイムチ
ャートで示したのが図9である。この動作は、連続でも
よいが、等時間間隔ごとに走査ビームを移動させ、移動
後次の移動まで小停止時間を挿入してもよい。
【0026】このようなレーザビームスキャナでは、走
査角が等間隔となるので、スキャナの原点から測定対象
点までの距離によって1走査ステップ間での測定点の変
位距離が異なる。1走査ステップをモータの1、2、3
ステップ分としたときの距離Zに対する走査間隔の関係
を示したのが図10である。従って、遠方の物体を細か
く測定しようとすると、1走査ステップを小さくしなけ
ればならない。
査角が等間隔となるので、スキャナの原点から測定対象
点までの距離によって1走査ステップ間での測定点の変
位距離が異なる。1走査ステップをモータの1、2、3
ステップ分としたときの距離Zに対する走査間隔の関係
を示したのが図10である。従って、遠方の物体を細か
く測定しようとすると、1走査ステップを小さくしなけ
ればならない。
【0027】上記レーザビームスキャナにおいては、ス
テップモータの最大自起動周波数fmax を越えるような
短い時間のパルスの伝達を防ぐために、基準となるクロ
ックに2fmax を選び、分周回路23で2分周してモー
タに伝えている。このようにモータには、fmax を越え
る周波数のパルスは入力されない。上記の例は、モータ
へ供給されるパルス周波数を5kHzに設定したもので
ある。
テップモータの最大自起動周波数fmax を越えるような
短い時間のパルスの伝達を防ぐために、基準となるクロ
ックに2fmax を選び、分周回路23で2分周してモー
タに伝えている。このようにモータには、fmax を越え
る周波数のパルスは入力されない。上記の例は、モータ
へ供給されるパルス周波数を5kHzに設定したもので
ある。
【0028】次に計時回路について説明する。図11は
計時回路の構成例を示す図、図12は計時回路の動作を
説明するための図である。移動物体の形状計測では、各
測定点を何時計測したかがわからないと、物体の速度が
わかっても、すべての計測が終わった時点で物体の形状
を復元できない。そこで、各測定点を何時計測したかを
知るために計時回路15が必要となる。この計時回路1
5は、図11に示すように水晶発振器31の10MHz
のクロックを分周回路32で例えば100Hzまで分周
し、これを16ビットのバイナリカウンタ33、34で
カウントしている。そして、コンピュータへの接続は、
インタフェース回路35を介し、また、これを通してバ
イナリカウンタ33、34のリセットも行う。
計時回路の構成例を示す図、図12は計時回路の動作を
説明するための図である。移動物体の形状計測では、各
測定点を何時計測したかがわからないと、物体の速度が
わかっても、すべての計測が終わった時点で物体の形状
を復元できない。そこで、各測定点を何時計測したかを
知るために計時回路15が必要となる。この計時回路1
5は、図11に示すように水晶発振器31の10MHz
のクロックを分周回路32で例えば100Hzまで分周
し、これを16ビットのバイナリカウンタ33、34で
カウントしている。そして、コンピュータへの接続は、
インタフェース回路35を介し、また、これを通してバ
イナリカウンタ33、34のリセットも行う。
【0029】次に動作を説明する。水晶発振器31から
のクロックパルスは、分周回路32によって分周され、
バイナリカウンタ33、34に入力される。図12に示
すようにまず、コンピュータ16からのスタート命令に
よって、インタフェース回路35は、バイナリカウンタ
33、34をリセットし(ステップS21)、しかる後
分周されたパルスを計測開始する(ステップS22)。
そして、ビーム走査を終了すると同時にコンピュータ1
6から計測終了信号を受けると、その時のバイナリカウ
ンタ33、34の値をインタフェース回路35で読み込
み(ステップS23、S24)、コンピュータ16のデ
ータバスに伝送する。バイナリカウンタ33、34の出
力値に分周パルス1個の周期を掛算すれば、全測定点を
計測するのに要した時間を求めることができるので、測
定点の個数をmとしてその全計測時間を(m−1)で除
算すれば、1個の測定点の計測に要した時間τを求める
ことができる。したがって、この場合、スキャナを等時
間間隔で走査しているので、測定時間開始時刻を零とす
ると、N番目の測定点の測定時刻は(N−1)τとして
求めることができる。
のクロックパルスは、分周回路32によって分周され、
バイナリカウンタ33、34に入力される。図12に示
すようにまず、コンピュータ16からのスタート命令に
よって、インタフェース回路35は、バイナリカウンタ
33、34をリセットし(ステップS21)、しかる後
分周されたパルスを計測開始する(ステップS22)。
そして、ビーム走査を終了すると同時にコンピュータ1
6から計測終了信号を受けると、その時のバイナリカウ
ンタ33、34の値をインタフェース回路35で読み込
み(ステップS23、S24)、コンピュータ16のデ
ータバスに伝送する。バイナリカウンタ33、34の出
力値に分周パルス1個の周期を掛算すれば、全測定点を
計測するのに要した時間を求めることができるので、測
定点の個数をmとしてその全計測時間を(m−1)で除
算すれば、1個の測定点の計測に要した時間τを求める
ことができる。したがって、この場合、スキャナを等時
間間隔で走査しているので、測定時間開始時刻を零とす
ると、N番目の測定点の測定時刻は(N−1)τとして
求めることができる。
【0030】なお、本発明は、上記の実施例に限定され
るものではなく、種々の変形が可能である。例えば上記
の実施例では、2次元的光走査の機構を2枚の平面鏡で
構成したが、測定対象物の形、大きさ、速度、存在位置
までの距離等に対応して上記と異なった走査を行うため
の制御方式を採用してもよい。
るものではなく、種々の変形が可能である。例えば上記
の実施例では、2次元的光走査の機構を2枚の平面鏡で
構成したが、測定対象物の形、大きさ、速度、存在位置
までの距離等に対応して上記と異なった走査を行うため
の制御方式を採用してもよい。
【0031】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、距離・速度計からの出射光を2次元的に走査
しながら光源と受光器を用い被測定物体からの反射光を
受光器で検出して被測定物体までの距離と速度を測定す
ると共に、各走査時刻を計測するので、各走査点の距離
を時刻と速度から補正し移動する被測定物体の形状と位
置を正確に求めることができる。
によれば、距離・速度計からの出射光を2次元的に走査
しながら光源と受光器を用い被測定物体からの反射光を
受光器で検出して被測定物体までの距離と速度を測定す
ると共に、各走査時刻を計測するので、各走査点の距離
を時刻と速度から補正し移動する被測定物体の形状と位
置を正確に求めることができる。
【図1】 本発明に係る物体の形状測定装置の1実施例
を示すブロック図である。
を示すブロック図である。
【図2】 形状計測における座標系を説明するための図
である。
である。
【図3】 形状計測面上での距離速度測定順序を説明す
るための図である。
るための図である。
【図4】 移動物体の距離画像復元の原理を説明するた
めの図である。
めの図である。
【図5】 移動物体の形状計測の手順を示すフローチャ
ートである。
ートである。
【図6】 レーザビームスキャナの構成を示す図であ
る。
る。
【図7】 モータ制御回路の構成例を示す図である。
【図8】 ステップモータの駆動を説明するための図で
ある。
ある。
【図9】 モータ駆動回路の動作を説明するためのタイ
ミングチャートである。
ミングチャートである。
【図10】 レーザビームスキャナのX,Y方向の分解
能を説明するための図である。
能を説明するための図である。
【図11】 計時回路の構成例を示す図である。
【図12】 計時回路の動作を説明するための図であ
る。
る。
【図13】 形状計測用レーザ距離計の光ビーム走査装
置の従来例を示す図である。
置の従来例を示す図である。
1…光源、2…受光器、3…距離検出部、4…速度検出
部、5…距離・速度演算部、6…電源、7…レンズ系、
8、9…平面鏡、10、11…ステップモータ、12、
13…モータ駆動回路、14…モータ制御回路、15…
計時回路、16…コンピュータ、17…表示装置、A…
距離・速度計
部、5…距離・速度演算部、6…電源、7…レンズ系、
8、9…平面鏡、10、11…ステップモータ、12、
13…モータ駆動回路、14…モータ制御回路、15…
計時回路、16…コンピュータ、17…表示装置、A…
距離・速度計
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 角 正雄 東京都東大和市湖畔2丁目325番8号 (56)参考文献 特開 平5−60523(JP,A) 特開 平4−155204(JP,A) 特開 平2−112784(JP,A) 特開 昭62−194413(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 11/00 - 11/30 102
Claims (3)
- 【請求項1】 光走査により移動する物体の形状を測定
する物体の形状測定装置であって、光源と受光器を用い
被測定物体からの反射光を受光器で検出して被測定物体
までの距離と速度を測定する距離・速度計、該距離・速
度計からの出射光を2次元的に走査する光走査手段、該
光走査手段による各走査時刻を計測する計時手段、距離
・速度計による測定値と光走査手段による走査点と計時
手段による時刻から被測定物体の形状と位置を演算する
演算手段とを備えたことを特徴とする物体の形状測定装
置。 - 【請求項2】 光走査手段は、距離・速度計からの出射
光をX方向とY方向に走査する2枚の平面鏡と該平面鏡
を駆動するステップモータと該ステップモータを制御す
る制御回路からなることを特徴とする請求項1記載の物
体の形状測定装置。 - 【請求項3】 演算手段は、各走査点における被測定物
体までの距離を時刻と速度で補正処理することを特徴と
する請求項1記載の物体の形状測定装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP08742493A JP3356321B2 (ja) | 1993-04-14 | 1993-04-14 | 物体の形状測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP08742493A JP3356321B2 (ja) | 1993-04-14 | 1993-04-14 | 物体の形状測定装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06300536A JPH06300536A (ja) | 1994-10-28 |
JP3356321B2 true JP3356321B2 (ja) | 2002-12-16 |
Family
ID=13914497
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP08742493A Expired - Fee Related JP3356321B2 (ja) | 1993-04-14 | 1993-04-14 | 物体の形状測定装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3356321B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5461761B2 (ja) * | 2006-11-15 | 2014-04-02 | アズビル株式会社 | 距離・速度計および距離・速度計測方法 |
JP5461762B2 (ja) * | 2006-11-30 | 2014-04-02 | アズビル株式会社 | 距離計および距離計測方法 |
US8692979B2 (en) * | 2008-01-16 | 2014-04-08 | Koninklijke Philips N.V. | Laser sensor system based on self-mixing interference |
DE102014207965A1 (de) * | 2014-04-28 | 2015-10-29 | Robert Bosch Gmbh | Vorrichtung zur Objekterkennung |
-
1993
- 1993-04-14 JP JP08742493A patent/JP3356321B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH06300536A (ja) | 1994-10-28 |
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