JPH01250706A - Method and apparatus for measuring shape of three-dimensional curved surface - Google Patents
Method and apparatus for measuring shape of three-dimensional curved surfaceInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
この発明は、３次元曲面の形状を非接触で測定する方法
及び装置に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method and apparatus for measuring the shape of a three-dimensional curved surface in a non-contact manner.
［従来の技術］
３次元曲面形状の計測は、３次元ＣＡＤ入力、ロボット
ビジョン、或いは医用乃至服飾デザイン用人体形状計測
等、広い分野への応用が考えられることから、従来より
様々な手法が提案されてきている。[Prior art] Various methods have been proposed for measuring the shape of a three-dimensional curved surface because it can be applied to a wide range of fields, such as three-dimensional CAD input, robot vision, and human body shape measurement for medical and clothing design purposes. It has been done.
中でも光切断法として一般に知られる方法は、例えば「
画像処理ハンドブック（株式会社昭晃堂）」の第３９８
，３９９頁にも記載されているが、第２図に示すように
被測定物（５１）に対して、スリット光源（５２）から
のスリット光（５３）を照射した時に物体表面に形成さ
れる光ビームバタンか、これを照射方向と異なる方向か
ら観察した時、被測定物体（５１）のスリット光照射位
置での断面形状に対応するという現象に着目した方式で
あり、その簡便性、非接触性及び定量性故に従来より広
く用いられている方法である。Among them, the method generally known as the photosection method is, for example,
Image Processing Handbook (Shokodo Co., Ltd.) No. 398
, page 399, when the object to be measured (51) is irradiated with slit light (53) from the slit light source (52), it is formed on the surface of the object (51). This method focuses on the phenomenon that when the light beam slam is observed from a direction different from the irradiation direction, it corresponds to the cross-sectional shape of the object to be measured (51) at the slit light irradiation position, and is simple and non-contact. This method has been widely used in the past due to its nature and quantitative nature.
この光切断法を用いて３次元曲面の形状をΔ−１定する
にあたっては、第２図においてスリット光（５３）を矢
印（５４）の方向に移動させながら、光ビームバタンを
テレビカメラ（５５）で観察し、得られたビデオ信号を
処理することによって、時々刻々画面内の光切断線（光
ビームバタンの形）を抽出しく５Ｂ） 、これを再構成
することにより（５７）、曲面形状を構築する。In order to determine the shape of a three-dimensional curved surface by Δ-1 using this light cutting method, the light beam is directed to the TV camera (55) while moving the slit light (53) in the direction of the arrow (54) in FIG. ), and by processing the obtained video signal, we extract the light cutting line (the shape of a light beam bang) in the screen from time to time (5B), and by reconstructing this (57), we can calculate the curved shape Build.
光学系の構成としては、光源としてスリット光源（５２
）の替りに光スポツトスキャナを用い、撮像累として、
テレビカメラ（５５）の代わりに例えばＰＳ Ｄ （Ｐ
ｏｓｉｔｉｏｎ ５ｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｏ
ｒ）センサとして知られているような高速の光スポツト
位置検出装置を用いる方法もあるが、基本原理としては
、第２図のものと同一である。The optical system has a slit light source (52
) instead, an optical spot scanner was used to capture images,
For example, instead of the television camera (55)
position 5sensitive Detect
r) There is also a method of using a high-speed optical spot position detection device known as a sensor, but the basic principle is the same as that shown in FIG.
［発明が解決しようとする課題］
前述の光切断法は種々の利点を有している方法ではある
が、被１１−１定物上の各点を検出し特定するためには
、各画面毎に画面内の光切断線を抽出するプロセスが不
可欠であり、これに起因して以下に示すようにΔ−１定
精度の上で、或いは信頼性の上での問題点が生じている
。[Problems to be Solved by the Invention] Although the above-mentioned light sectioning method has various advantages, in order to detect and specify each point on the object 11-1, it is necessary to A process of extracting the optical cutting line within the screen is essential, and this causes problems in terms of Δ-1 constant accuracy and reliability, as shown below.
（１）被測定対象の形状による測定精度及び空間分解能
の劣化；
光切断法においては第３図（ａ）に示すようにスリット
光（５３）の光軸に対して、被測定物（５１）の面が直
角に近い角度の斜面である場合には、物体表面での光ビ
ームバタンの幅Ｗが狭いため、精度の高い測定が可能で
ある。しかしながら、第３図（ｂ）に示すように被１１
′ｌ１１定物の面がスリット光（５３）の光軸に平行に
近い角度の斜面になると、物体表面での光ビームパタン
の幅Ｗが拡がり、光切断線抽出時の位置の不確定性が増
し、精度が劣化すると共に、スリット光源（５３）を移
動した時の物体表面上での光ビームバタンの移動量が大
きくなり、これによって空間的な測定の分解能も同時に
劣化する。(1) Deterioration of measurement accuracy and spatial resolution due to the shape of the object to be measured; In the optical cutting method, as shown in Figure 3 (a), the object to be measured (51) is When the surface is a slope with an angle close to a right angle, highly accurate measurement is possible because the width W of the light beam bump on the object surface is narrow. However, as shown in FIG. 3(b),
'l11 When the surface of the constant object becomes a slope with an angle close to parallel to the optical axis of the slit light (53), the width W of the light beam pattern on the object surface expands, and the uncertainty in the position when extracting the light cutting line increases. As a result, the accuracy deteriorates, and the amount of movement of the light beam bump on the object surface increases when the slit light source (53) is moved, which simultaneously deteriorates the spatial measurement resolution.
（２）被４−１定対象の表面反射率による測定信頼性の
低下；
光切断法においては、画面内の光切断線を抽出するプロ
セスにおいて、光ビームパタンが周囲よりも十分明るい
ことが前提となっているために、例えば物体表面に、反
射率の大きなムラがあったり、また、物体表面の斜面角
度がスリット光の光軸に近く、反射光強度が低い場合に
は、光切断線抽出時に往々にして断点を生じたり、或い
は、全く別の点を光切断線と誤検出するケースが起きる
。(2) 4-1 Decrease in measurement reliability due to surface reflectance of the target; In the light cutting method, in the process of extracting the light cutting line in the screen, it is assumed that the light beam pattern is sufficiently brighter than the surrounding area. Therefore, for example, if there is a large uneven reflectance on the object surface, or if the slope angle of the object surface is close to the optical axis of the slit light and the reflected light intensity is low, it is necessary to extract the optical cutting line. Sometimes, a breaking point occurs, or a completely different point is mistakenly detected as a light cutting line.
このような現象は測定時に、スリット光以外の背景光が
存在する場合にも生じ、いずれも測定の信頼性の低下や
適用対象測定環境に対する制約となっている。Such a phenomenon also occurs when background light other than slit light is present during measurement, and either of these results in a decrease in measurement reliability and constraints on the applicable measurement environment.
このように光切断法には、光切断線抽出プロセスに起因
して生じる測定上のいくつかの問題のために、被ｎ１定
対象の形状、表面性状或いは測定環境など適用上の制約
が多く、その簡便性、非接触性、定量性等の優位性の割
には、その用途が限定されており、これまで汎用の３次
元曲面形状計測装置としてアセンブルされて広く実用化
される迄には至っていなかった。As described above, the optical cutting method has many limitations in its application, such as the shape of the n1-identified object, surface texture, and measurement environment, due to several measurement problems caused by the optical cutting line extraction process. Despite its advantages such as simplicity, non-contact nature, and quantitative performance, its applications are limited, and until now it has not been assembled into a general-purpose three-dimensional curved surface shape measuring device and put into widespread practical use. It wasn't.
この発明は、光切断法の有する前述の問題点を解消する
ためになされたものであり、光切断法と同様の光学系を
用いながらも、一定速度で移動するスリット光を媒体と
して被測定対象表面を時間で時間でコーティングすると
いう新しい方式を導入することにより、光切断線抽出プ
ロセスを全く必要としない新たな測定原理に基づいた３
次元曲面形状の測定方法及び装置を得ることを目的とす
る。This invention was made to solve the above-mentioned problems of the optical sectioning method, and although it uses the same optical system as the optical sectioning method, it uses a slit light moving at a constant speed as a medium to measure the object to be measured. By introducing a new method of coating the surface with time, 3
The purpose of this invention is to obtain a method and apparatus for measuring the shape of a dimensional curved surface.
［課題を解決するための手段］
この発明に係る３次元曲面形状の測定方法は、被測定対
象表面に基準面と直交しない角度θをなす方向から投光
した線状のスリット光を、被測定対象表面の全面に亘っ
て一定速度で直線的に走査する工程と、被測定対象表面
を撮像して得られるビデオ信号の画面内の各画素に、対
応する被測定対象表面の各位置毎に、その点をスリット
光が通過した時刻をその画素の値とする画像を合成する
工程とを有し、更に、前記合成画像に基づいて被ａ定対
象の３次元曲面形状を測定する工程とを有する（請求項
１）。[Means for Solving the Problems] The method for measuring the shape of a three-dimensional curved surface according to the present invention uses a linear slit light projected onto the surface of the object to be measured from a direction forming an angle θ that is not perpendicular to the reference plane. A step of linearly scanning the entire surface of the object at a constant speed, and a step of scanning the surface of the object to be measured at each position corresponding to each pixel in the screen of the video signal obtained by imaging the surface of the object to be measured. a step of synthesizing an image in which the value of the pixel is the time when the slit light passes through the point, and further comprising a step of measuring a three-dimensional curved surface shape of the target object based on the synthesized image. (Claim 1).
また、この発明に係る３次元曲面形状測定装置は、被測
定対象表面に基準面と直交しない角度θをなす方向から
投光した線状のスリット光を投光するスリット投光手段
と、被測定対象表面の全面に亘ってスリット光を一定速
度で直線的に走査するスリット光走査手段と、被測定対
象表面を、前記スリット光投光手段とは異なる方向から
撮像するテレビカメラと、該テレビカメラからのビデオ
信号を時々刻々処理して、画面内の各画素に対応する被
測定対象表面の各位置毎に、その点をスリット光源
を合成する画像合成手段とを有する。Further, the three-dimensional curved surface shape measuring device according to the present invention includes a slit light projection means for projecting linear slit light onto the surface of the object to be measured from a direction forming an angle θ that is not perpendicular to the reference plane; A slit light scanning means that linearly scans a slit light over the entire surface of the object at a constant speed; a television camera that images the surface of the object to be measured from a direction different from that of the slit light projection means; and the television camera. The apparatus has an image synthesizing means that processes the video signals from the slit every moment and synthesizes the slit light source at each position on the surface of the object to be measured corresponding to each pixel in the screen.
更に、画像合成手段によって得られる合成画像をもとに
演算処理して被測定対象の３次元曲面形状を測定する画
像演算手段とを有する（請求項２）。The apparatus further includes image calculation means for performing calculation processing on the composite image obtained by the image composition means to measure the three-dimensional curved surface shape of the object to be measured (claim 2).
また、上記テレビカメラは、基準面に対して垂直な方向
から被測定対象物を特徴する請求項３）。Furthermore, the television camera characterizes the object to be measured from a direction perpendicular to the reference plane.
また、この発明に係る３次元曲面形状測定装置は、被測
定対象表面に対してスリット光を走査した時に画像合成
手段によって得られる合成画像ｕ （ｘ、ｙ）と、基準
面に対してスリット光を走査した時に画像合成手段によ
って得られる合成画像ｕＯ（ｘ、ｙ）とに基づいて、被
測定対象表面の３次元形状ｆ （ｘ、ｙ）を、基準面に
対するスリット光投光角度θ及びスリット光走査速度Ｖ
を用いて
ｆ （ｘ、ｙ）
−ｆｕｏ （ｘ、 ｙ） −ｕ （ｘ、
Ｙ） ｌ ｖｔａｎ θなる式に基づい
て求める画像演算手段を備えている（請求項４）。The three-dimensional curved surface shape measuring device according to the present invention also provides a composite image u (x, y) obtained by the image synthesizing means when the slit light is scanned over the surface of the object to be measured, and a slit light relative to the reference surface. The three-dimensional shape f (x, y) of the surface to be measured is calculated based on the composite image uO (x, y) obtained by the image composition means when scanning Light scanning speed V
using f (x, y) −fuo (x, y) −u (x,
Y) l vtan θ (claim 4).
また、この発明に係る３次元曲面形状測定装置は、被Δ
ｐ１定対象表面に対してスリット光を走査した時に画像
合成手段によって得られる合成画像ｕ （ｘ、ｙ）と基
準面に対してスリット光を走査した時に画像合成手段に
よって得られる合成画像ｕｏ （ｘ、ｙ）と、更に該基
準面と平行でかつ距ａｄ （テレビカメラに近づく側を
＋、遠ざかる側を−とする）離れた第２基準面に対して
スリット光を走査した時に画像合成手段によって得られ
る合成画像ｕｔ （ｘ、ｙ）とを用いて、被ΔＰ１定
対象面の３次元形状ｆ （ｘ、ｙ）を
Ｌｌｏ （ｘ、ｙ）−ｕｌ （ｘ、ｙ）なる式に基づ
いて求める画像演算手段とを備えている（請求項５）。Further, the three-dimensional curved surface shape measuring device according to the present invention
A composite image u (x, y) obtained by the image composition means when the slit light is scanned against the target surface and a composite image uo (x, y) obtained by the image composition means when the slit light is scanned against the reference surface. . Using the resulting composite image ut (x, y), find the three-dimensional shape f (x, y) of the target surface to be ΔP1 constant based on the formula Llo (x, y) - ul (x, y) and image calculation means (claim 5).
また、この発明に係る３次元曲面形状測定装置は、被測
定対象表面に対してスリット光を走査しな時に画像合成
手段によって得られる合成画像Ｕ（ｘ、ｙ）と、仮想的
な基準面に対してテレビカメラ画面の横軸とスリット光
の走査方向とのなす角θを用いて計算処理により求めた
合成画（ｌｕ。Furthermore, the three-dimensional curved surface shape measuring device according to the present invention can combine a composite image U (x, y) obtained by the image composition means when the slit light is not scanned with respect to the surface of the object to be measured, and a virtual reference plane. On the other hand, a composite image (lu) is obtained by calculation using the angle θ between the horizontal axis of the television camera screen and the scanning direction of the slit light.
（ｘ、ｙ）とに基づいて、被７Ｉｌｌｌ定対象表面の３
次元形状ｆ （ｘ、ｙ）を、基準面に対するスリット光
投光角度θ及びスリット光走査速度Ｖを用いてｆ （ｘ
、ｙ）
−（ｕ ロ （ｘ、 ｙ）−ｕ （ｘ、
ｙ） ｌ ｖｔａｎ θなる式に基づ
いて求める画像演算手段を備えている（請求項６）。(x, y)
The dimensional shape f (x, y) is calculated using the slit light projection angle θ with respect to the reference plane and the slit light scanning speed V.
, y) −(u ro (x, y) −u (x,
y) l vtan θ (Claim 6).
［作用］
−この発明においては、スリット光の線状の反射バタン
か被測定対象物表面上を移動していく状態をテレビカメ
ラで撮像し、画面内の各画素毎にその画素に対応する被
測定対象物表面の位置をスリット光が通過した時刻をそ
の画素の値として合成画像を作成する。そして、例えば
前記の合成画像と、被測定対象物を取り除いた基準面に
ついて同様にして作成された合成画像とについて、再合
成画像の対応する画素の値の差を求めることにより被測
定対象物の３次元曲面形状を測定する。[Function] - In this invention, a television camera images the state in which a linear reflection batt of slit light moves on the surface of an object to be measured, and the object corresponding to that pixel is captured for each pixel in the screen. A composite image is created by using the time when the slit light passes through the position of the surface of the object to be measured as the value of that pixel. Then, for example, the difference between the values of the corresponding pixels in the re-synthesized image is calculated between the above-mentioned composite image and a composite image created in the same manner on the reference plane from which the measured object has been removed. Measures the shape of a three-dimensional curved surface.
［実施例］
この発明の詳細な説明に先立って、以下この発明の測定
原理を第１図（Ａ）（Ｂ）に基づいて先ず概念的に説明
する。[Example] Prior to a detailed explanation of the present invention, the measurement principle of the present invention will first be conceptually explained based on FIGS. 1(A) and 1(B).
第１図（Ａ）に示すように、基準面（１）上に置かれた
被測定対象物（２）の表面に斜め上方から紙面に垂直方
向に拡がったスリット光（３ａ）を投光し、このスリッ
ト光（３ａ）を紙面横方向に移動させながら、例えば被
測定対象（２）直上よりテレビカメラ（８）で撮像する
。この時、テレビカメラ（８）に接続されたモニタテレ
ビ（８ａ）上では、物体表面でのスリット光の線状の反
射バタンか画面横方向に移動していく様子が観察される
。As shown in Figure 1 (A), a slit light (3a) that spreads perpendicular to the plane of the paper is projected onto the surface of the object to be measured (2) placed on the reference plane (1) from diagonally above. While moving this slit light (3a) in the lateral direction of the paper, an image is taken, for example, from directly above the object to be measured (2) with a television camera (8). At this time, on the monitor television (8a) connected to the television camera (8), it is observed that the linear reflection of the slit light on the object surface moves in the horizontal direction of the screen.
前述のように、このスリット光（３ａ）の反射バタンの
線形状は、物体表面の凹凸情報を反映しており、従来の
光切断法においては、反射バタンの線形状を時々刻々抽
出し、これを再構成することにより、被７ＩＩｌｊ定対
象の３次元形状を測定していた。As mentioned above, the line shape of the reflected bump of this slit light (3a) reflects information on the unevenness of the object surface, and in the conventional light cutting method, the line shape of the reflected bump is extracted moment by moment, and this is The three-dimensional shape of the object was measured by reconstructing it.
この発明においては、スリット光（３ａ）の線状の反射
バタンか物体表面上を移動していく様子を写すテレビカ
メラ（８）から出力されるビデオ信号をもとにして、画
面内の各画素毎に、その画素に対応する物体表面の位置
をスリット光が通過した瞬間、即ちその位置の輝度が最
も明るくなった瞬間をその画素の値とする画像を合成す
る。In this invention, each pixel in the screen is determined based on a video signal output from a television camera (8) that captures the linear reflection of the slit light (3a) as it moves on the surface of an object. For each pixel, an image is synthesized in which the value of that pixel is the moment when the slit light passes through the position on the object surface corresponding to that pixel, that is, the moment when the brightness at that position becomes the brightest.
このようにして合成された画像は、その各画素における
値が第１図（Ａ）の−点鎖線で示す面Ａ（以後仮基準面
と呼ぶ）を基準とした物体表面の高さプロフィルを表わ
している。このようにして物体表面の葭基準面Ａを基準
とした高さプロフィルが７１１定される。In the image synthesized in this way, the value at each pixel represents the height profile of the object surface with respect to plane A (hereinafter referred to as the temporary reference plane) indicated by the dashed line in Fig. 1(A). ing. In this way, the height profile 711 of the object surface with respect to the reed reference plane A is determined.
しかしながら、物体の３次元形状計測は一般に第１図（
Ａ）における仮基準面Ａに対するプロフィルではなく、
被測定対象物１が置かれた面位置（第１図（Ａ）の基準
面、以下基準面と呼ぶ）を基準としたプロフィルを測定
しなければならない。However, the measurement of the three-dimensional shape of an object is generally shown in Figure 1 (
Rather than the profile for the temporary reference plane A in A),
It is necessary to measure a profile based on the surface position on which the object to be measured 1 is placed (the reference surface in FIG. 1(A), hereinafter referred to as the reference surface).
このような要請を満たすためには、先ず、物体表面につ
いて前述のｉ’１ｌｌＪ定を行って仮基準面Ａを基準と
した高さプロフィルを測定し、次に、被測定対象を取払
った上、基準面（１）について同じ；ＩＩ定を行なって
、仮基準面Ａを基準とした高さプロフィルを１１Ｉ１１
定し、しかる後第１図（Ｂ）に示すように、これら２つ
の高さプロフィル画像、即ち物体面合成画像と基準面合
成画像との対応する画素値の差をを演算する。この演算
により、基準面（１）を基準とした高さプロフィル画像
が得られ、この高さプロフィル画像の各画素の値は、そ
の画素に対応する測定対象表面位置の基準面（１）を基
準とした高さに比例したものとなる。In order to meet such requirements, first, the above-mentioned i'1llJ determination is performed on the object surface to measure the height profile based on the temporary reference plane A, and then, after removing the object to be measured, , the same is true for reference plane (1); perform II determination and set the height profile based on temporary reference plane A to 11I11
Then, as shown in FIG. 1(B), the difference between the corresponding pixel values of these two height profile images, that is, the object plane composite image and the reference plane composite image, is calculated. Through this calculation, a height profile image based on the reference plane (1) is obtained, and the value of each pixel in this height profile image is based on the reference plane (1) at the surface position of the measurement target corresponding to that pixel. It is proportional to the height.
第４図（ａ）（ｂ）（ｃ）にこの発明の光学系の構成図
であり、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は平面図、同
図（ｃ）は側面図である。FIGS. 4(a), 4(b), and 4(c) are configuration diagrams of the optical system of the present invention, in which FIG. 4(a) is a perspective view, FIG. 4(b) is a plan view, and FIG. 4(c) is a side view. It is.
第４図（ａ）においてｘ−ｙ平面を基準面（１）とし、
この上に物体面ｚ＝ｆ （ｘ、ｙ）を有する被測定対象
物（２）が載置される。テレビカメラ（８）はＺ軸を光
軸として物体面を所定の角度、例えば直上より観察する
。スリット光源（３）はＸ軸方向に拡がるスリット光（
３ａ）をＸ軸に対して角度θで投光しており、Ｘ軸方向
に一定速度Ｖでスキャンされる。この時、スリット光源
（３）の位置をスリット光（３ａ）が基準面（１）に当
たる位置ｘ −Ｘｏで定義する（スリット光源（３）の
位置はＸ−ｙ平面に平行な面であればどの面で定義して
も以下の議論は同様に成立する。ここでは簡単のためｘ
−ｙ平面上でスリット光源の位置を定義した。）従って
、物体面とスリット光線面は各々以下の式で定義される
。In FIG. 4(a), the x-y plane is the reference plane (1),
A measured object (2) having an object plane z=f (x, y) is placed on top of this. The television camera (8) observes the object surface from a predetermined angle, for example, directly above, with the Z-axis as its optical axis. The slit light source (3) is a slit light source (3) that spreads in the X-axis direction.
3a) is projected at an angle θ with respect to the X-axis, and is scanned at a constant speed V in the X-axis direction. At this time, the position of the slit light source (3) is defined as the position x - Xo where the slit light (3a) hits the reference plane (1) (if the position of the slit light source (3) is a plane parallel to the X-y plane The following argument holds true no matter which aspect is defined.Here, for simplicity, x
- The position of the slit light source was defined on the y plane. ) Therefore, the object plane and the slit ray plane are each defined by the following equations.
物体面： ｚ−ｆ （ｘ、 ｙ） ・・・（
１）光線面： ｚ −（ｘ −（ｘｏ＋ｖ ｔ） ）
ｔａｎθ・−・（２）
光線が物体面に当たる線上では（１）及び（２）式が同
時に成立するから、次式の関係が成り立つ。Object plane: z−f (x, y) ... (
1) Ray plane: z − (x − (xo + v t) )
tan θ·−·(2) Since equations (1) and (2) hold simultaneously on the line where the light ray hits the object surface, the relationship of the following equation holds true.
・・・（３） （ｘ、ｙ）座標に対応する合成画像の値ｕ （ｘ。...(3) The value u of the composite image corresponding to the (x, y) coordinate (x.
ｙ）を、その時の時刻ｔで与えるものとすると、ｕ （
Ｘ、 ｙ’）−ｔとおくことにより、次式が成立する
。y) is given at the time t, then u (
By setting X, y') - t, the following equation holds true.
ｕ （ｘ、ｙ）
・・・（４）
一方、測定対象物（１）を取払った基準面（ｘ −ｙ平
面）における合成画像をＵ。（ｘ、ｙ）とすると、（４
）式でｆ （ｘ、ｙ）−０とおくことにより次式が成立
する。u (x, y) (4) On the other hand, U is the composite image on the reference plane (x-y plane) from which the measurement object (1) is removed. (x, y), (4
) by setting f (x, y) - 0 in the equation, the following equation holds true.
ｕ（１（ｘ、ｙ）＝ −（ｘ−ｘｏ） ・・・（５）
■
従って、物体プロフィルｆ （ｘ、ｙ）は、（４）式及
び（５）式から、次式の形に求めることができる。u(1(x,y)=-(x-xo)...(5)
(2) Therefore, the object profile f (x, y) can be obtained from equations (4) and (5) in the form of the following equation.
ｆ （ｘ、ｙ）
−（ｕｏ （ｘ、 ｙ）−ｕ （ｘ、 ｙ）｝ｖｔａｎ
θ・・・（８）
なお、この測定原理の応用例として、以下の方式も容易
に考えられる。まず、第１の応用例としては、基準面を
２つ設ける方式である。即ち、前述の基準面のほかに、
これと平行でかつ距ｊｉｌｄ（テレビカメラに近づく側
を＋、遠ざかる側を−とする）離れた第２基準面を設け
、この基準面において同様に合成画像を演算する。この
第２基準面における合成画像をｕ１（ｘ、ｙ）とすると
、（４）式でｆ （ｘ、ｙ）醜ｄとおくことによりｕ１
（ｘ、ｙ）
・・・（７）
従って物体面ｆ （ｘ、ｙ）は、（４）式、（５）式、
及び（７）式から次式の形に求めることができる。f (x, y) − (uo (x, y) − u (x, y)}vtan
θ...(8) Note that the following method can also be easily considered as an application example of this measurement principle. First, as a first application example, there is a method in which two reference planes are provided. That is, in addition to the reference plane mentioned above,
A second reference plane is provided parallel to this and separated by a distance of jild (the side approaching the television camera is +, the side moving away from the TV camera is -), and a composite image is similarly calculated on this reference plane. If the composite image on this second reference plane is u1 (x, y), then by setting f (x, y) ugly d in equation (4), u1
(x, y) ... (7) Therefore, the object plane f (x, y) is expressed by equation (4), equation (5),
From equation (7), it can be obtained in the form of the following equation.
ｕ□ （Ｘ、ｙ＞ ｕｔ （ｘ、ｙ＞・・・（８
）
更に、第２の応用例としては基準面を物理的には設けず
、仮想的な基準面に対する合成画像ｕＯ（ｘ、ｙ）を（
５）式を用いて計算処理により生成し、これを（８）式
に代入することにより物体面ｆ（ｘ、ｙ）を求める方式
が考えられる。但し、この場合にテレビカメラ画面の横
軸（ラスク方向）と、スリット光源のスキャン方向とが
角度φをなす場合には、
ｕ （ｘ、ｙ）＝ −（ｘ−ｘｏ）Ｖ
なる画像を角度φだけ回転した画像
ｕ ｏ （ｘ ＊ ｙ ） １１１Ｉｘ ｃｏｓφ＋
ｙ ｓｉｎφ −（９）を用いなければならない。u□ (X, y> ut (x, y>...(8
) Furthermore, as a second application example, the reference plane is not physically provided, and the composite image uO(x, y) with respect to the virtual reference plane is (
A possible method is to generate the object plane f(x, y) by calculation using equation (5) and substitute it into equation (8). However, in this case, if the horizontal axis (rusk direction) of the television camera screen and the scanning direction of the slit light source form an angle φ, then the image u (x, y) = −(x−xo)V Image rotated by φ (x * y) 111Ix cosφ+
y sinφ −(9) must be used.
次に、この発明の一実施例を第５図〜第７図に基づいて
説明する。Next, an embodiment of the present invention will be described based on FIGS. 5 to 7.
第５図は前記実施例に係る３次元形状計測装置の構成図
である。測定の基準となる基準面（１）上に被測定対象
（２）が載置される。スリット光源（３）は、リニアス
テージ（４）の上に搭載されており、基準面（１）及び
被測定対象（２）上に、角度θなる投光角でスリット光
（３ａ）を投光する。スリット光源（３）を搭載してい
るリニアステージ（４）は、モータコントローラ（５）
によって制御されるモータ（６）によって駆動され、ス
リット光源（３）を基準面（１）に対して平行方向に一
定速度で移動する。FIG. 5 is a configuration diagram of the three-dimensional shape measuring device according to the embodiment. An object to be measured (2) is placed on a reference surface (1) that serves as a reference for measurement. The slit light source (3) is mounted on the linear stage (4) and projects slit light (3a) onto the reference plane (1) and the object to be measured (2) at a projection angle of θ. do. The linear stage (4) equipped with the slit light source (3) is equipped with a motor controller (5).
The slit light source (3) is moved at a constant speed in a direction parallel to the reference plane (1).
この時、スリット光源（３）の位置は、リニアステージ
（４）に組込まれている位置センサ（７）によって測定
され、モータコントローラ（５）による位置制御が可能
なように構成されている。At this time, the position of the slit light source (3) is measured by a position sensor (7) built into the linear stage (4), and the position can be controlled by a motor controller (5).
基準面（１）及び被ｉｌｌ定対象物（２）は、光軸が基
準面（１）と直交するようにに配設されたテレビカメラ
（８）によって撮影され、得られるビデオ信号は形状計
測装置（９）に入力される。The reference plane (1) and the object to be illuminated (2) are photographed by a television camera (8) arranged so that its optical axis is orthogonal to the reference plane (1), and the resulting video signal is used for shape measurement. It is input into the device (9).
形状計ｎ１装置（９）は、大別して画像合成による形状
演算を行なう画像演算手段としての形状演算回路（ｌＯ
）と、モータコントローラ（５）に対する指令や形状演
算回路（ｌＯ）に対する演算タイミング制御を行なうシ
ーケンスコントローラ（１１）がらなっている。The shape meter n1 device (9) is roughly divided into a shape calculation circuit (lO
), and a sequence controller (11) that issues commands to the motor controller (5) and controls calculation timing for the shape calculation circuit (lO).
形状測定に際しては、形状計測装置（９）は外部から与
えられるスタート信号に基づく、シーケンスコントロー
ラ（１１）を介してリニアステージ（４）を駆動し、ス
リット光源（３）を初期位置にセットする。しかる後、
スリット光源（３）の走査を開始する。When measuring the shape, the shape measuring device (9) drives the linear stage (4) via the sequence controller (11) based on a start signal given from the outside, and sets the slit light source (3) at the initial position. After that,
Start scanning with the slit light source (3).
形状演算回路（ｌＯ）はその入力部に、後述する画像合
成回路（１２）を有しており、スリット光源（３）走査
開始と同時に、テレビカメラ（８）より入力されるビデ
オ信号を時々刻々処理して、画面内の各画素毎に、その
画素をスリット光の像が通過した瞬間の時刻をその画素
の値とする画像合成演算を行ない、スリット光源（３）
の１走査の完了と同時にその結果ｕ （ｘ、ｙ）を物体
面合成画像メモリ（１３）に転送する。The shape calculation circuit (lO) has an image synthesis circuit (12), which will be described later, in its input section, and at the same time as the slit light source (3) starts scanning, it momentarily receives the video signal input from the television camera (8). For each pixel in the screen, image synthesis calculation is performed to set the value of the pixel to the time at which the image of the slit light passes through that pixel, and the slit light source (3)
Upon completion of one scan, the result u (x, y) is transferred to the object plane composite image memory (13).
この実施例においては、画像合成回路（１２）に対する
時刻信号は、テレビカメラ（８）より入力されるビデオ
信号の垂直同期信号を同期分離回路（１２ａ）により分
離し、この分離された信号をスリット光源（３）の走査
開始と同時にカウンタ回路（１２ｂ）により計数するこ
とにより生成される構成としている。In this embodiment, the time signal for the image synthesis circuit (12) is obtained by separating a vertical synchronization signal of a video signal inputted from a television camera (8) by a synchronization separation circuit (12a), and passing this separated signal through a slit. It is configured to be generated by counting by a counter circuit (12b) at the same time as the light source (3) starts scanning.
次に、基準面（１）から被測定対象（２）を取払った後
、シーケンスコントローラ（１１）は、スリット光源（
３）を初期位置に戻した後、再度スリット光源（３）の
走査を開始する。画像合成開路（１）には、被測定対象
（２）に対して行なったのと同じ画像合成演算を基準面
（１）に対して行ない、スリット光源の走査完了と同時
にその結果Ｕ。（ｘ、ｙ）を基準面合成画像メモリ（１
４）に転送する。Next, after removing the object to be measured (2) from the reference plane (1), the sequence controller (11) moves the slit light source (
3) is returned to its initial position, the slit light source (3) starts scanning again. In the image synthesis circuit (1), the same image synthesis calculation as was performed on the object to be measured (2) is performed on the reference surface (1), and the result U is obtained at the same time as the scanning of the slit light source is completed. (x, y) in the reference plane composite image memory (1
Transfer to 4).
これらの画像合成演算完了後、形状演算回路（ｌＯ）は
、シーケンスコントローラ（１１）の指示に基づいて差
画像演算回路（１５）を用いて物体面合成画像メモリ（
１３）の画像と基準面合成画像メモリ（１４）の画像と
の対応する画素の値の差の画像ｌｕｏ （ｘ、ｙ）−
ｕ （ｘ、ｙ）ｌ を演算した後、高さ補正回路（１Ｂ
）を用いて高さプロフィルを較正し、その結果得られる
高さプロフィルデータ（ｕｏ （ｘ、 ｙ） ｕ
（ｘ、ｙ） ］ ｖｔａｎθを３次元形状メモリ（１７
）に蓄積する。After completing these image synthesis calculations, the shape calculation circuit (lO) uses the difference image calculation circuit (15) based on instructions from the sequence controller (11) to store the object plane synthesis image memory (
13) and the image in the reference surface composite image memory (14), an image luo (x, y)- of the difference in the values of corresponding pixels
After calculating u (x, y)l, the height correction circuit (1B
) to calibrate the height profile using the resulting height profile data (uo (x, y) u
(x, y)] vtanθ is stored in the three-dimensional shape memory (17
).
３次元形状メモリ（１７）に蓄えられた高さプロフィル
データは、上位の計算機乃至ＣＡＤシステムからの指令
に基づいて適宜計算機乃至ＣＡＤシステムに転送される
。The height profile data stored in the three-dimensional shape memory (17) is transferred to a computer or CAD system as appropriate based on instructions from a host computer or CAD system.
この実施例においては、例えば第６図に示すようにスリ
ット光の投光角度に近い角度の斜面をもった被ｉｌｌ定
対象（２）について測定すると、斜面の傾きがスリット
光の投光角度に非常に近いので、スリット光が図中“１
“で示す位置に来た時、斜面全体が一様に明るくなり、
物体面合成画像メモリ（１３）の記憶内容は符号（１３
ａ）に示すようになる。In this embodiment, for example, as shown in FIG. 6, when measuring an illumination object (2) that has a slope close to the projection angle of the slit light, the slope of the slope matches the projection angle of the slit light. Because it is very close, the slit light is “1” in the diagram.
“When you reach the position indicated by “, the entire slope becomes uniformly bright,
The memory contents of the object plane composite image memory (13) are indicated by the symbol (13).
It becomes as shown in a).
基準面合成メモリ（１４）の記憶内容は符号（１４ａ）
に示すようになる。従って、これらの画像データを差画
像演算回路（１５）及び高さ補正回路（１Ｂ）により演
算処理して３次元形状メモリ（１７）に格納されるデー
タは、符号（１７ａ）に示されるようになる。このこと
から、スリット光の角度に近い面をもった形状に対して
も十分高い分解能が得られていることが分かる。The memory contents of the reference plane synthesis memory (14) are indicated by the symbol (14a).
It becomes as shown in . Therefore, the data stored in the three-dimensional shape memory (17) after processing these image data by the difference image calculation circuit (15) and the height correction circuit (1B) is as shown in code (17a). Become. This shows that a sufficiently high resolution can be obtained even for shapes with surfaces close to the angle of the slit light.
従来この画（ｌ（１３ａ）から光切断線を抽出すること
は先にも説明したように困難であり、このような斜面に
対して光切断法を適用しようとすると、測定精度、空間
分解能共に期待できなかったが、二の実施例では、この
ような斜面に対しても、スリット光のビーム幅乃至サン
プリングピッチ程度の１（ｌｌＩｌ特定及び空間分解能
でのｌｐ１定が可能であり、一般に、被測定対象の形状
に依らない形状測定か実現できる。Conventionally, it is difficult to extract the optical section line from this image (l (13a)), as explained above, and when trying to apply the optical section method to such a slope, both the measurement accuracy and spatial resolution are low. Although this could not be expected, in the second embodiment, even for such a slope, it is possible to specify 1(llIl) and lp1 with spatial resolution, which is about the beam width of the slit light or the sampling pitch. Shape measurement that does not depend on the shape of the object to be measured can be achieved.
第７図は形状測定装置（９）の−構成要素である画像合
成回路（１２）の−例を示す構成図である。FIG. 7 is a configuration diagram showing an example of an image synthesis circuit (12) which is a component of the shape measuring device (9).
画像合成回路（１２）は、テレビカメラ（８）より入力
されるビデオ信号を処理して各画素毎に、最も明るくな
った瞬間の輝度を演算する最大輝度画像演算部（１８）
と、各画素が時間的に最大の輝度をとる瞬間の時刻をそ
の画素の値とする画像合成演算を行なう画像合成演算部
（１９）とから構成されており、これらの制御用として
同期回路（２０）、メモリアドレス発生回路（２１）及
び出力制御回路（２２）を備えている。The image synthesis circuit (12) includes a maximum brightness image calculation unit (18) that processes the video signal input from the television camera (8) and calculates the brightness at the moment when each pixel becomes the brightest.
and an image synthesis calculation unit (19) that performs an image synthesis calculation in which the value of each pixel is set to the time at which each pixel attains its temporal maximum luminance, and a synchronous circuit (19) is used for controlling these. 20), a memory address generation circuit (21), and an output control circuit (22).
最大輝度演算部（１８）は、最大輝度画像演算のバッフ
７メモリである最大輝度画像メモリ（２３）を中心とし
て同期回路（２０）より出力されるタイミング信号に基
づいてビデオ信号をＡ／Ｄ変換しディジタル化するＡ／
Ｄ変換回路（２４）、メモリアドレス発生回路（２１）
より指定される最大輝度画像メモリのアドレスのデータ
の読出し、書込みを制御する最大輝度画像メモリ（２５
）、更に、テレビカメラから入力される画像と最大輝度
メモリの画像の対応する画素の値を比較し、大きい方の
値を選択出力する比較回路（２６）及びスイッチ回路（
２７）より構成されている。The maximum brightness calculation unit (18) performs A/D conversion of the video signal based on the timing signal output from the synchronization circuit (20) centering on the maximum brightness image memory (23) which is the buffer 7 memory for maximum brightness image calculation. and digitize A/
D conversion circuit (24), memory address generation circuit (21)
The maximum brightness image memory (25) controls reading and writing of data at the maximum brightness image memory address specified by
), and further includes a comparison circuit (26) and a switch circuit (26) that compares the values of corresponding pixels of the image input from the television camera and the image of the maximum brightness memory, and selects and outputs the larger value.
27).
一方、合成画像演算部（１９）は、合成画像演算結果を
格納する合成画像メモリ（２８）を中心として構成され
ており、最大輝度画像演算部（１８）の中の比較回路（
２６）の出力信号に基づいて、テレビカメラから入力さ
れる信号レベルがそれに対応する最大輝度画像メモリ（
２３）のアドレスの画素の値よりも大きかった時にその
時刻を合成画像メモリ（２８）に書込む機能を有する合
成画像メモリ制御回路（２９）を備えている。On the other hand, the composite image calculation unit (19) is mainly configured with a composite image memory (28) that stores the results of composite image calculation, and the comparison circuit (
Based on the output signal of 26), the signal level input from the television camera is stored in the maximum brightness image memory (
The composite image memory control circuit (29) has a function of writing the time into the composite image memory (28) when the time is greater than the value of the pixel at the address 23).
この回路は、演算の開始のタイミングで、最大輝度画像
メモリ（１３）及び合成画像メモリ（２８）が零にクリ
アされた状態からスタートし、テレビカメラから入力さ
れるビデオ信号をＡ／Ｄ変換回路（２４）を用いてディ
ジタル化しながら、ビデオ信号の値と、その画素の位置
に対応する最大輝度画像メモリ（１３）の画素の値とを
比較してビデオ信号の値のほうが大きい時にのみ最大輝
度画像メモリ（１３）のその画素の値をビデオ信号の値
で更新すると同時に、合成画像の対応する画素にその時
刻を書込む機能を有している。This circuit starts with the maximum brightness image memory (13) and composite image memory (28) cleared to zero at the start of calculation, and converts the video signal input from the television camera to the A/D conversion circuit. While digitizing using (24), the value of the video signal is compared with the value of the pixel in the maximum brightness image memory (13) corresponding to the position of that pixel, and only when the value of the video signal is larger, the maximum brightness is reached. It has a function of updating the value of the pixel in the image memory (13) with the value of the video signal, and at the same time writing the time in the corresponding pixel of the composite image.
このようにして外部からの演算制御信号によって指示さ
れる時間、上記の演算が行なわれる結果、演算終了時に
、合成画像メモリ（２８）に、先に説明した所定の画像
が生成されている。このようにして演算された合成画像
は、出力制御回路（２２）を介して、次の演算回路へと
転送される。As a result of the above-mentioned calculations being performed for the time specified by the external calculation control signal, the predetermined image described above is generated in the composite image memory (28) at the end of the calculation. The composite image calculated in this way is transferred to the next calculation circuit via the output control circuit (22).
なお、上記の実施例では測定時に基準面（１）の合成画
像を作成しているが、基準面（１）の合成画像は一度作
成すればよいから、２回目以降の測定時には最初に作成
した基準面（１）の合成画像をそのまま使用すればよい
。また、この基準面（１）の合成画像は単純な構成であ
るから、形状演算回路（ｌＯ）に演算機能を付加し、仮
想の基準面を（５）式により計算で求めてその合成画像
を作成し、基準面合成画像メモリ（１４）に格納するよ
うにしてもよい。In addition, in the above example, a composite image of the reference surface (1) is created at the time of measurement, but since the composite image of the reference surface (1) only needs to be created once, for the second and subsequent measurements, it is necessary to create a composite image of the reference surface (1). The composite image of the reference plane (1) may be used as is. In addition, since the composite image of this reference plane (1) has a simple configuration, an arithmetic function is added to the shape calculation circuit (lO), a virtual reference plane is calculated using equation (5), and the composite image is obtained. It may be created and stored in the reference plane composite image memory (14).
また、上記の実施例では基準面を１個設ける例を示した
が、基準面（１）の他に第２基準面を設けるようにして
もよい。この第２基準面（図示せず）は基準面（１）と
スリット光ｉ１ｉ！ （３）との間に、基準面（１）に
対して距離ｄをもって設置されるものである。Further, in the above embodiment, an example in which one reference surface is provided is shown, but a second reference surface may be provided in addition to the reference surface (1). This second reference plane (not shown) is the reference plane (1) and the slit light i1i! (3) and is installed at a distance d from the reference plane (1).
この場合の形状演算回路（１０ａ）は、第８図に示すよ
うに、この第２基準面による合成画像ｕｌ （ｘ、ｙ
）を上記と同様に画像合成回路（１２）より作成し、そ
れを格納する合成画像メモリ（１４ａ）を物体合成画像
メモリ（１３）及び基準面合成画像メモリ（１４）の他
に設け、更に差画像演算回路（１５）及び高さ補正回路
（１Ｂ）の代わりに、前述の（８）式を演算する演算回
路（３０）を設ける。In this case, the shape calculation circuit (10a), as shown in FIG.
) is created by the image synthesis circuit (12) in the same manner as above, a synthesized image memory (14a) for storing it is provided in addition to the object synthesized image memory (13) and the reference plane synthesized image memory (14), and further differences are created. In place of the image calculation circuit (15) and the height correction circuit (1B), a calculation circuit (30) that calculates the above-mentioned equation (8) is provided.
［発明の効果］
以上のようにこの発明によれば、光切断法と同様の光学
系を用いながらも、例えば被測定対象がスリット光の投
光角度に近い角度の斜面の形状をもっている場合であっ
ても、被測定対象の合成画像と基準面の合成画像との対
応する画素の値の差を求めて３次元形状を得るようにし
たので、そのような斜面に対してもスリット光のビーム
幅乃至サンプリングピッチ程度の測定精度及び空間分解
能での測定が可能であり、被測定対象の形状に依らない
形状測定ができる。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, although an optical system similar to that used in the light sectioning method is used, it is possible to use the same optical system even when the object to be measured has a slope shape having an angle close to the projection angle of the slit light. Even if there is a slope, the three-dimensional shape is obtained by calculating the difference in the values of the corresponding pixels between the composite image of the object to be measured and the composite image of the reference surface, so the slit light beam can be used even on such slopes. Measurement can be performed with measurement accuracy and spatial resolution comparable to the width or sampling pitch, and shape measurement can be performed regardless of the shape of the object to be measured.
また、この発明によれば、スリット光の線状の反射バタ
ンか被測定対象面上を移動していく様子をテレビカメラ
で撮像し、画面内の各画素毎にその画素に対応する物体
表面の位置をスリット光が通過した瞬間の時刻をその画
素の値とする画像合成演算を行うが、この画像合成演算
が成立し、形状情報が正しく求まるための必要条件は、
各画素に対応する被測定対象面の各位置の明るさがスリ
ット光がその位置を通過した瞬間に最大になるという条
件のみである。Further, according to the present invention, a television camera images the linear reflection of the slit light as it moves over the surface to be measured, and for each pixel in the screen, the image of the object surface corresponding to that pixel is captured. An image synthesis operation is performed in which the value of the pixel is the time at the moment when the slit light passes through the position.The necessary conditions for this image synthesis operation to be established and for the shape information to be determined correctly are as follows.
The only condition is that the brightness at each position on the surface to be measured corresponding to each pixel becomes maximum at the moment the slit light passes through that position.
従って、被測定対象の空間的な表面反射率のむらは測定
に影響を及ぼさないばかりでなく、背景光があったとし
ても、その光量が時間的に一定でかつテレビカメラの信
号が飽和しない程度の明るさでありさえすれば、物体表
面上の各点の明るさはやはりスリット光が通過した瞬間
に最大になることから、測定対象の表面反射率や背景光
の影響を受けない測定が可能である。また、時刻を画素
の値として書込むようにしたので位置検出器を必要とせ
ず、テレビカメラの同期信８号を時刻信号として利用で
きる。Therefore, not only does the spatial unevenness of the surface reflectance of the object to be measured not affect the measurement, but even if there is background light, the amount of light is constant over time and the TV camera signal is not saturated. As long as it is bright, the brightness of each point on the object's surface will reach its maximum at the moment the slit light passes through it, so it is possible to measure without being affected by the surface reflectance of the object to be measured or background light. be. Furthermore, since the time is written as a pixel value, a position detector is not required, and the synchronization signal 8 of the television camera can be used as the time signal.
更に、この発明によれば基準面を２個設けて測定するこ
とにより、スリット光の投射角及び走査速度に依存しな
い測定が可能となり、測定精度が高められている。Further, according to the present invention, by providing two reference planes for measurement, it is possible to perform measurement independent of the projection angle and scanning speed of the slit light, thereby improving measurement accuracy.
更に、この発明によれば基準面の合成画像を得るのに際
して計算により求めるようにしたので、測定の際の作業
が簡略化されている。Further, according to the present invention, the composite image of the reference plane is obtained by calculation, which simplifies the work during measurement.
第１図（Ａ）（Ｂ）はこの発明の測定原理を示す説明図
、第２図は従来の光切断法の概念図、第３図（ａ）（ｂ
）は従来の光切断法の斜面角度による測定精度の変化を
示す説明図、第４図はこの発明の光学系の構成を示す説
明図である。
第５図はこの発明の一実施例に係る３次元形状計測装置
の構成図、第６図は斜面形状の７１１１１定例を示す説
明図、第７図は第５図の画像合成回路の詳細を示したブ
ロック図、第８図は形状演算回路の他の例を示すブロッ
ク図である。
（１）二基卓面、（２）：被１ＴＩＩＩ定対象、（３）
ニスＩＪット光源、（４）：リニアステージ、（５）：
モータコントローラ、（６）：モータ、（７）：位置セ
ンサ、（８）：テレビカメラ、（９）：形状計測装置、
（１０） ：形状演算回路、（１１）ニジ−ケンスコン
トローラ、（１２） ：画像合成演算回路、（１３）
：物体面合成画像メモリ、（１４） ：基準面合成画像
メモリ、（１５） ：差画像演算回路、（１Ｇ） ：高
さ補正回路、（１７）：３次元形状メモリ、（ｔｇ）
：最大輝度画像演算部、（１９） ：合成画像演算部、
（２０） ：同期回路、（２１）：メモリアドレス発生
回路、（２２） ：出力制御回路、（２３） ：最大輝
度画像メモリ、（２４） ： Ａ ／Ｄ変換回路、（２
５） ：最大輝度画像メモリ制御回路、（２６） ：比
較回路、（２７） ：スイッチ回路、（２Ｂ） ：合成
画像メモリ。Figures 1 (A) and (B) are explanatory diagrams showing the measurement principle of this invention, Figure 2 is a conceptual diagram of the conventional light cutting method, and Figures 3 (a) and (b).
) is an explanatory diagram showing the change in measurement accuracy depending on the slope angle of the conventional optical cutting method, and FIG. 4 is an explanatory diagram showing the configuration of the optical system of the present invention. Fig. 5 is a configuration diagram of a three-dimensional shape measuring device according to an embodiment of the present invention, Fig. 6 is an explanatory diagram showing a 71111 regular example of slope shape, and Fig. 7 shows details of the image synthesis circuit of Fig. 5. FIG. 8 is a block diagram showing another example of the shape calculation circuit. (1) Two-base table surface, (2): 1TIII fixed object, (3)
Varnish IJ light source, (4): Linear stage, (5):
Motor controller, (6): Motor, (7): Position sensor, (8): Television camera, (9): Shape measuring device,
(10): Shape calculation circuit, (11) Nisikens controller, (12): Image synthesis calculation circuit, (13)
: Object plane composite image memory, (14) : Reference plane composite image memory, (15) : Difference image calculation circuit, (1G) : Height correction circuit, (17) : 3D shape memory, (tg)
: Maximum brightness image calculation unit, (19) : Composite image calculation unit,
(20): Synchronous circuit, (21): Memory address generation circuit, (22): Output control circuit, (23): Maximum brightness image memory, (24): A/D conversion circuit, (2
5): Maximum brightness image memory control circuit, (26): Comparison circuit, (27): Switch circuit, (2B): Composite image memory.
Claims (6)
をなす方向から投光した線状のスリット光を、被測定対
象表面の全面に亘って直線的に走査する工程と、 被測定対象表面を撮像して得られるビデオ信号の画面内
の各画素に対応する被測定対象表面の各位置毎に、その
点をスリット光が通過した時刻をその画素の値とする画
像を合成する工程と、前記合成画像に基づいて被測定対
象の３次元曲面形状を測定する工程と を有することを特徴とする３次元曲面形状の測定方法。(1) Angle θ that is not perpendicular to the measurement reference plane on the surface of the object to be measured
The process involves linearly scanning linear slit light emitted from the direction of the object to be measured over the entire surface of the object to be measured, and scanning each pixel of the video signal obtained by imaging the surface of the object to be measured to A step of synthesizing an image in which the value of the pixel is the time when the slit light passes through that point for each position on the corresponding surface of the object to be measured, and a three-dimensional curved shape of the object to be measured based on the synthesized image. A method for measuring a three-dimensional curved surface shape, comprising the step of measuring.
す方向から線状のスリット光を投光するスリット投光光
手段と、 被測定対象表面の全面に亘ってスリット光を直線的に走
査するスリット光走査手段と、 被測定対象表面を、前記スリット光投光手段とは異なる
方向から撮像するテレビカメラと、該テレビカメラから
のビデオ信号を時々刻々処理して、画面内の各画素に対
応する被測定対象表面の各位置毎に、その点をスリット
光が通過した時刻を、その画素の値とする画像を合成す
る画像合成手段と、 前記画像合成手段によって得られる合成画像をもとに演
算処理して被測定対象の３次元曲面形状を測定する画像
演算手段と を有することを特徴とする３次元曲面形状の装置。(2) A slit projection light means for projecting linear slit light onto the surface of the object to be measured from a direction forming an angle θ that is not orthogonal to the reference plane; A slit light scanning means for scanning; a television camera for taking an image of the surface of the object to be measured from a direction different from that of the slit light projecting means; an image synthesizing means for synthesizing an image in which the time at which the slit light passes through that point is taken as the value of the pixel for each position on the surface of the object to be measured corresponding to the point; and a synthesized image obtained by the image synthesizing means. An apparatus for measuring a three-dimensional curved surface shape, characterized in that it has an image calculation means for performing calculation processing on the three-dimensional curved surface shape of an object to be measured.
被測定対象を撮像することを特徴とする請求項２記載の
３次元曲面形状の測定装置。(3) The three-dimensional curved surface shape measuring device according to claim 2, wherein the television camera images the object to be measured from a direction perpendicular to the reference plane.
に画像合成手段によって得られる合成画像ｕ（ｘ、ｙ）
と、基準面に対してスリット光を走査した時に画像合成
手段によって得られる合成画像ｕ＿０（ｘ、ｙ）とに基
づいて、被測定対象表面の３次元形状ｆ（ｘ、ｙ）を、
基準面に対するスリット光投光角度θ及びスリット光走
査速度ｖを用いて ｆ（ｘ、ｙ） ＝｛ｕ＿０（ｘ、ｙ）−ｕ（ｘ、ｙ）｝ｖｔａｎθなる
式に基づいて求める画像演算手段を備えたことを特徴と
する請求項２記載の３次元曲面形状の測定装置。(4) Composite image u(x,y) obtained by the image composition means when scanning the slit light on the surface of the object to be measured
and a composite image u_0 (x, y) obtained by the image composition means when scanning the slit light with respect to the reference plane, the three-dimensional shape f (x, y) of the surface to be measured is
Image calculation means that calculates based on the formula f(x, y) = {u_0(x, y)-u(x, y)}vtan θ using the slit light projection angle θ with respect to the reference plane and the slit light scanning speed v The three-dimensional curved surface shape measuring device according to claim 2, further comprising: a three-dimensional curved surface shape measuring device;
に画像合成手段によって得られる合成画像ｕ（ｘ、ｙ）
と基準面に対してスリット光を走査した時に画像合成手
段によって得られる合成画像ｕ＿０（ｘ、ｙ）と、更に
、基準面と平行でかつ距離ｄ（テレビカメラに近づく側
を＋、遠ざかる側を−とする）離れた第２基準面に対し
てスリット光を走査した時に画像合成手段によって得ら
れる合成画像ｕ＿１（ｘ、ｙ）とを用いて、被測定対象
面の３次元形状ｆ（ｘ、ｙ）を ｆ（ｘ、ｙ）＝｛ｕ＿０（ｘ、ｙ）−ｕ（ｘ、ｙ）｝／
｛ｕ＿０（ｘ、ｙ）−ｕ＿１（ｘ、ｙ）｝・ｄなる式に
基づいて求める画像演算手段とを備えたことを特徴とす
る請求項２記載の３次元曲面形状の測定装置。(5) Composite image u(x,y) obtained by the image composition means when scanning the slit light on the surface of the object to be measured
and a composite image u_0 (x, y) obtained by the image composition means when scanning the slit light with respect to the reference plane, and further parallel to the reference plane and at a distance d (+ on the side approaching the TV camera, + on the side moving away from the TV camera). The three-dimensional shape f(x, y) of the surface to be measured is obtained using the synthesized image u_1(x, y) obtained by the image synthesizing means when scanning the slit light with respect to the distant second reference plane ( y) as f(x, y)={u_0(x, y)−u(x, y)}/
3. The three-dimensional curved surface shape measuring device according to claim 2, further comprising an image calculation means for calculating based on the formula {u_0(x, y)-u_1(x, y)}·d.
に画像合成手段によって得られる合成画像ｕ（ｘ、ｙ）
と、仮想的な基準面に対してテレビカメラ画面の横軸と
スリット光の走査方向とのなす角θを用いて計算処理に
より求めた合成画像ｕ＿０（ｘ、ｙ）とに基づいて、被
測定対象表面の３次元形状を（ｘ、ｙ）を、基準面に対
するスリット光投光角度θ及びスリット光走査速度ｖを
用いて ｆ（ｘ、ｙ） ＝｛ｕ＿０（ｘ、ｙ）−ｕ（ｘ、ｙ）｝ｖｔａｎθなる
式に基づいて求める画像演算手段を備えたことを特徴と
する請求項２記載の３次元曲面形状の測定装置。(6) Composite image u(x,y) obtained by the image composition means when scanning the slit light on the surface of the object to be measured
and a composite image u_0(x,y) obtained by calculation using the angle θ between the horizontal axis of the TV camera screen and the scanning direction of the slit light with respect to the virtual reference plane. The three-dimensional shape of the target surface is (x, y), and using the slit light projection angle θ and the slit light scanning speed v with respect to the reference surface, f (x, y) = {u_0 (x, y) - u (x , y)}vtanθ. 3. The three-dimensional curved surface shape measuring device according to claim 2, further comprising an image calculation means for calculating based on the formula: , y)}vtanθ.
Priority Applications (6)
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|---|---|---|---|
| JP63076390A JPH0625654B2 (en) | 1988-03-31 | 1988-03-31 | Measuring method and device for three-dimensional curved surface shape |
| KR1019880012736A KR920010548B1 (en) | 1988-03-31 | 1988-09-30 | Shape measuring method and system of three dimensional curved surface |
| CA000579654A CA1313040C (en) | 1988-03-31 | 1988-10-07 | Method and apparatus for measuring a three-dimensional curved surface shape |
| EP88309659A EP0335035B1 (en) | 1988-03-31 | 1988-10-14 | Method and apparatus for measuring a three-dimensional curved surface shape |
| DE3854348T DE3854348T2 (en) | 1988-03-31 | 1988-10-14 | Method and device for measuring the shape of a three-dimensionally curved surface. |
| US07/652,446 US5102223A (en) | 1988-03-31 | 1991-02-07 | Method and apparatus for measuring a three-dimensional curved surface shape |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63076390A JPH0625654B2 (en) | 1988-03-31 | 1988-03-31 | Measuring method and device for three-dimensional curved surface shape |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01250706A true JPH01250706A (en) | 1989-10-05 |
| JPH0625654B2 JPH0625654B2 (en) | 1994-04-06 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63076390A Expired - Fee Related JPH0625654B2 (en) | 1988-03-31 | 1988-03-31 | Measuring method and device for three-dimensional curved surface shape |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0625654B2 (en) |
| KR (1) | KR920010548B1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006343702A (en) * | 2005-02-28 | 2006-12-21 | Sony Corp | Hologram-reproducing method and device thereof |
| WO2022215585A1 (en) * | 2021-04-08 | 2022-10-13 | 株式会社資生堂 | Three-dimensional shape detection device, method, and program |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2003269935A (en) * | 2002-03-18 | 2003-09-25 | Hamano Engineering:Kk | Measurement method of three-dimensional surface shape, measurement device for three-dimensional surface shape, computer program and computer program recording medium |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62228106A (en) * | 1985-12-03 | 1987-10-07 | Yukio Sato | Method and apparatus for measuring shape of three-dimensional object |
-
1988
- 1988-03-31 JP JP63076390A patent/JPH0625654B2/en not_active Expired - Fee Related
- 1988-09-30 KR KR1019880012736A patent/KR920010548B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| WO2022215585A1 (en) * | 2021-04-08 | 2022-10-13 | 株式会社資生堂 | Three-dimensional shape detection device, method, and program |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0625654B2 (en) | 1994-04-06 |
| KR920010548B1 (en) | 1992-12-05 |
| KR890014992A (en) | 1989-10-28 |
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