JPH02300609A - Three-dimensional position measuring instrument - Google Patents
Three-dimensional position measuring instrumentInfo
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Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〈産業上の利用分野〉
本発明は、被検体の３次元形状を高精度に測定しうる３
次元位置測定装置に関する。[Detailed Description of the Invention] <Industrial Application Field> The present invention provides a method for measuring the three-dimensional shape of an object with high precision.
The present invention relates to a dimensional position measuring device.
〈従来の技術〉
例えば、建造物、備蓄タンク等の歪を高精度で測定する
技術は、これらの保守の観点から重要である。ここで歪
は対象物の３次元形状の経時的な変化として把握される
が、保守点検ニおいては、測定精度として軟菌程度の分
解能が必要なため、高精度な３次元形状計測技術が必要
とされる。<Prior Art> For example, technology for measuring strain in buildings, storage tanks, etc. with high accuracy is important from the viewpoint of maintenance thereof. Here, distortion is understood as a change over time in the three-dimensional shape of the object, but for maintenance and inspection purposes, high-precision three-dimensional shape measurement technology is required because measurement accuracy requires a resolution comparable to that of soft bacteria. Needed.
ところで、従来より、３次元の形状測定技術としてモア
レ法及び光切断法が知られている。By the way, the Moiré method and the optical cutting method have been known as three-dimensional shape measurement techniques.
＝ ２−
ここで、モアレ法は、第５図に示すように、被検体とし
ての物体５０に対向して第１の基準格子５１及び第２の
基準格子５２を配し、光源５３の出射光をレンズ５４に
より第１の基準格子５１を透過させてその基準格子５１
の像をレンズ５５を介して物体５０に投影すると共に、
物体５０の形状に従って歪められた格子の像をレンズ５
６を介して第２の基準格子５２上に投影し、その際に生
じるモアレ縞をレンズ５７を介して撮像素子５８で観察
するものであり、例えば図示するようなパターン５９が
観測される。= 2-Here, in the Moiré method, as shown in FIG. is transmitted through the first reference grating 51 by the lens 54 and the reference grating 51 is
Projecting the image onto the object 50 via the lens 55,
The image of the grating distorted according to the shape of the object 50 is transmitted to the lens 5.
6 onto the second reference grating 52, and the moiré fringes generated at that time are observed with the image sensor 58 through the lens 57. For example, a pattern 59 as shown is observed.
一方、光切断法は、第６図に示すように、被測定物であ
る物体６０の表面に細いスリット光６１を投影し、物体
６０の表面形状に応じて変形したスリット像６２を解析
することにより物体６０の形状を測定するものである。On the other hand, the optical cutting method, as shown in FIG. 6, projects a thin slit light 61 onto the surface of an object 60 to be measured, and analyzes a slit image 62 that is deformed according to the surface shape of the object 60. The shape of the object 60 is measured by this method.
〈発明が解決しようとする課題〉
しかしながら、前述した。従来法により被測定物の形状
を高精度に測定しようとした場合には次のような問題が
ある。<Problems to be Solved by the Invention> However, as described above. When trying to measure the shape of an object with high precision using the conventional method, the following problems arise.
■ 前述した方法では、被測定物に投影される像が格子
パターンあるいは線像であるので光源は比較的広い領域
を照明することになり、十分な照度が確保できない場合
がある。特に、被測定物の反射率が低い場合あるいは反
射面が傾いている場合には、観測系において十分な光量
が確保できなくなり、観測画像のＳ／Ｎ比の低下や測定
精度の低下を招く虞れがある。(2) In the method described above, since the image projected onto the object to be measured is a lattice pattern or a line image, the light source illuminates a relatively wide area, and sufficient illuminance may not be ensured. In particular, if the reflectance of the object to be measured is low or the reflective surface is tilted, the observation system may not be able to secure a sufficient amount of light, which may lead to a decrease in the S/N ratio of the observation image and a decrease in measurement accuracy. There is.
■ 被測定物に投影される格子若しくはスリットの投影
像ば、視野の縁部において投影レンズの球面収差等によ
り歪む可能性があり、又、同様なことが撮像レンズに関
しても起こるので、高精度の測定ができない。■ The projected image of a grating or slit projected on the object to be measured may be distorted at the edges of the field of view due to spherical aberration of the projection lens, and the same thing can happen with the imaging lens, so high precision Unable to measure.
■ 撮像系の撮像素子の分解能は測定精度に影響を□与
えるが、撮像素子として２次元ＣＯＤカメラを用いた場
合にはその画素数は５００×５００程度であるので、こ
れにより映像分解能が制約される。■ The resolution of the image sensor in the imaging system affects measurement accuracy, but when a two-dimensional COD camera is used as the image sensor, the number of pixels is approximately 500 x 500, so this limits the image resolution. Ru.
本発明はこのような事情に鑑み、高精度な３次元形状計
測が可能な３次元位置測定装置を提供することを目的と
する。In view of these circumstances, an object of the present invention is to provide a three-dimensional position measuring device capable of highly accurate three-dimensional shape measurement.
く課題を解決するための手段〉
前記目的を達成する本発明の３次元位置測定装置は、平
行光乃至収束光をプローブ光として被検体に照射すると
共にその照射方向が２本の回転軸回りの回動により可変
である光照射部と、撮像レンズ及び受光素子からなりそ
の光軸方向が２本の回転軸回りの回動により可変であり
且つ上記被検体からの反射光をその反射点の像が当該光
軸に一致するよう回動調整して検出する光検出部と、上
記プローブ光の出射方向及び上記光検出部での受光方向
並びに当該光検出部と上記光照射部との相対的位置関係
より三角測量の原理で上記反射点の位置を検出する処理
部とを具えたことを特徴とする特
〈作 用〉
光照射部より照射されたプローブ光は被検体により反射
され、その反射光を光検出部で検出する際、反射点の像
が光軸に一致するように光検出部を回動調整する。Means for Solving the Problems> The three-dimensional position measuring device of the present invention that achieves the above object irradiates a subject with parallel light or convergent light as a probe light, and the direction of the irradiation is around two rotation axes. It consists of a light irradiation unit that is variable by rotation, an imaging lens, and a light receiving element, the optical axis direction of which is variable by rotation around two rotation axes, and which converts the reflected light from the subject into an image of the reflection point. a photodetecting section that rotates and detects by adjusting the rotation so that the probe light coincides with the optical axis, the emission direction of the probe light, the direction of light reception at the photodetecting section, and the relative position of the photodetecting section and the light irradiation section. Features: The probe light emitted from the light irradiation part is reflected by the object, and the reflected light is When detecting with the photodetector, the photodetector is rotated and adjusted so that the image of the reflection point coincides with the optical axis.
ここで、光照射部の回動位置と光検出部の回動位置とに
より出射方向及び受光方向を検知し、これと両者の相対
的位置関係とにより、三角測量の原理で上記反射点の位
置を処理部により検出する。Here, the emission direction and light reception direction are detected based on the rotational position of the light irradiation unit and the rotational position of the light detection unit, and based on this and the relative positional relationship between the two, the position of the reflection point is determined using the principle of triangulation. is detected by the processing unit.
く実 施 例〉 以下、本発明を実施例に基づいて説明する。Practical example Hereinafter, the present invention will be explained based on examples.
第１図には一実施例に係る３次元位置測定装置の構成を
示す。FIG. 1 shows the configuration of a three-dimensional position measuring device according to an embodiment.
同図に示すように、光照射部Ａにおいては、Ｈｅ−Ｎｅ
レーザ光源１からの出射光が、可変アッテネータ２を介
し、さらにレンズ３，４で構成されるビームエクスパン
ダ５を介してミラー６で反射され、この出射光が被検体
７の表面ａに結像する。ここで、可変アッテネータ２は
被検体７の表面の傾き、反射率の影響により１１！測系
の受光レベルが変動するのを防止するためのものである
。また、エクスパンダ５はＨｅ−Ｎｅレーザ光の拡り角
を小さくするためのものであり、レンズ４が搭載されて
いるレンズ搭載ステージ８を動かすことにより表面ａに
おけるビーム径が最小となるように調整されている。一
方、ミラー６は回転ステージ９に搭載され、モータ１０
により駆動されるようになっており、その回動位置は反
射光の光軸からの傾きである回転角θとしてロータリー
エンコーダ１１により読取られる。As shown in the figure, in the light irradiation part A, He-Ne
Emitted light from a laser light source 1 is reflected by a mirror 6 via a variable attenuator 2, a beam expander 5 made up of lenses 3 and 4, and this emitted light is imaged on the surface a of a subject 7. do. Here, the variable attenuator 2 is 11! due to the influence of the slope of the surface of the subject 7 and the reflectance. This is to prevent the light receiving level of the measuring system from changing. The expander 5 is used to reduce the spread angle of the He-Ne laser beam, and by moving the lens mounting stage 8 on which the lens 4 is mounted, the beam diameter at the surface a is minimized. It has been adjusted. On the other hand, the mirror 6 is mounted on a rotation stage 9, and a motor 10
The rotating position is read by the rotary encoder 11 as a rotation angle θ which is the inclination of the reflected light from the optical axis.
一方、被検体７からの反射光を検出する光検出部Ｂでは
、撮像光学系１２が撮像レンズ１３及び検出Ｍ１４で構
成され、レンズ１３を搭載するレンズ搭載ステージ１５
を動かす乙とにより検出器１３におけるスポット径が最
小となるように調整されるようになっており、さらに撮
像レンズ１３．検出器１４及びレンズ搭載ステージ１５
は回転ステージ１６に搭載されてモータ１７により駆動
され、その回転角ψはロータリーエンコーダ１８により
読取られるようになっている。On the other hand, in the light detection unit B that detects the reflected light from the subject 7, the imaging optical system 12 is composed of an imaging lens 13 and a detection M14, and a lens mounting stage 15 on which the lens 13 is mounted.
The spot diameter on the detector 13 is adjusted to the minimum by moving the imaging lens 13. Detector 14 and lens mounting stage 15
is mounted on a rotation stage 16 and driven by a motor 17, and its rotation angle ψ is read by a rotary encoder 18.
また、上述した光照射部Ａ及び光検出部Ｂは架台１９上
に保持され、モータ２０により駆動されるようになって
おり、その回転中心はＨｅ−Ｎｅレーザ光の光軸に一致
し、回転角ωはロータリーエンコーダ２１により読取ら
れる。なお、上記ミラー６及び受光器１４の回転軸は平
行であり、それぞれＨｅ−Ｎｅレーザ光の光軸と点す、
ｃにおいて直角に交差している。Furthermore, the light irradiation section A and the light detection section B described above are held on a pedestal 19 and are driven by a motor 20, and the center of rotation thereof coincides with the optical axis of the He-Ne laser beam. The angle ω is read by the rotary encoder 21. Note that the rotational axes of the mirror 6 and the light receiver 14 are parallel to each other and point to the optical axis of the He-Ne laser beam, respectively.
They intersect at right angles at c.
ここで、光照射部Ａにおけろ可変アッテネータ２、レン
ズ搭載ステージ８及びモータ１０、光検出部Ｂにおける
レンズ搭載ステージ１５及びモータ１７並びにモータ２
０は、ドライバ２２及びコントローラ２３により制御さ
れており、また、ロータリーエンコーダ１１゜１８．２
１のデータは読取カウンター２４で読取られる。そして
、これらの一連の制御並びにデータによる被検体７の表
面ａの位置の演算はＣＰＵ２５により行われている。Here, variable attenuator 2, lens mounting stage 8 and motor 10 in light irradiation section A, lens mounting stage 15, motor 17 and motor 2 in light detection section B.
0 is controlled by a driver 22 and a controller 23, and a rotary encoder 11°18.2
The data of 1 is read by the read counter 24. A series of these controls and calculation of the position of the surface a of the subject 7 based on the data are performed by the CPU 25.
本実施例の装置においては、ビームエクスパンダ５及び
回転ステージ９を制御することにより被検体７の測定す
べき表面ａにビーム径が最小となるように調整された像
を形成し、この像が撮像光学系１２の光軸中心になるよ
うに回転ステージ１６を制御すると共に、レンズ搭載ス
テージ１５を動かすことにより検出器１４におけるスポ
ット径が最小となるように調整する。この際の回転角θ
、ψ及び点ａ、ｂ間の距離Ｘｆｉを用い、三角測量の原
理により表面ａの位置を算出することができる。In the apparatus of this embodiment, by controlling the beam expander 5 and the rotation stage 9, an image is formed on the surface a of the subject 7 to be measured so that the beam diameter is minimized, and this image is The rotation stage 16 is controlled so as to be centered on the optical axis of the imaging optical system 12, and the spot diameter on the detector 14 is adjusted to be the minimum by moving the lens mounting stage 15. The rotation angle θ at this time
, ψ and the distance Xfi between points a and b, the position of surface a can be calculated by the principle of triangulation.
さらに、回転角θ、ωを変化させて同様に順次測定する
乙とにより、被検体７の反射点位置の３次元マツピング
を行うことができる。Furthermore, three-dimensional mapping of the reflection point position of the subject 7 can be performed by sequentially measuring the rotation angles θ and ω in the same manner.
このような装置においては、プローブ光としてＨｅ−Ｎ
ｅレーザの収束光を用いているため、測定点において十
分な照度が確保でき、また、レンズ３，４を除いても例
えば６ｍの距離で１０ｍｍφ、レンズ３，４を用いれば
３１ＷｆｆＩφ以下という比較的小さなスポット径が得
られ、輝度レベルの向上を図ることができる。In such a device, He-N is used as the probe light.
Since the e-laser's convergent light is used, sufficient illuminance can be ensured at the measurement point.Also, even if lenses 3 and 4 are excluded, the diameter is 10 mmφ at a distance of 6 m, and if lenses 3 and 4 are used, it is comparatively less than 31WffIφ. A small spot diameter can be obtained and the brightness level can be improved.
また、撮像光学系１２の光軸中心に反射表面ａの像が位
置するようにしてその受光方向を読取るようにしている
ので、撮像光学系１２においては常にレンズ１３の中心
に円対称なビームが通過することになり、レンズ収差の
影響が除去されることになる。Furthermore, since the image of the reflective surface a is located at the center of the optical axis of the imaging optical system 12 and the direction of light reception is read, the imaging optical system 12 always has a circularly symmetrical beam at the center of the lens 13. As a result, the influence of lens aberration is removed.
また、このように反射光が撮像光学系１２光軸中心に一
致するように回転制御されるので検出Ｎ１４は２次元の
撮像素子である必要はなく、１次元のラインセンサ又は
ピンホール付きの検出器でもよい。特に上記実施例では
光照射部Ａと光検出部Ｂとのそれぞれ一方の回転軸を一
致させているので１次元ラインセンサで十分である。な
お、１次元ラインセンサの場合は、２次元のＣＣＤに比
較すると一方向の画素数が大きくとれるため、測定精度
上有利である。また、ピンホールはレーザのスペーシャ
ルフィルターとして１μｍφ程度のものが入手可能であ
るため、後述するように、画素サイズで約１３μｍとな
るＣＯＤに比較して高分解能化が可能になる。Further, since the rotation of the reflected light is controlled so as to coincide with the optical axis center of the imaging optical system 12, the detection N14 does not need to be a two-dimensional image sensor, but a one-dimensional line sensor or a detection device with a pinhole. It can also be a vessel. In particular, in the above embodiment, since the rotation axes of each of the light irradiation section A and the light detection section B are made to coincide with each other, a one-dimensional line sensor is sufficient. Note that a one-dimensional line sensor has a larger number of pixels in one direction than a two-dimensional CCD, which is advantageous in terms of measurement accuracy. Furthermore, since a pinhole of about 1 μmφ is available as a laser spatial filter, higher resolution is possible compared to COD, which has a pixel size of about 13 μm, as described later.
さらに、本実施例では、光照射部Ａと光検出部Ｂとのそ
れぞれ一方の回転軸を一致させ、且つこれに他の回転軸
が直交するようにしているので、三角測量による表面ａ
の位置の計算が簡易になるという効果を得ることができ
る。また、光照射部Ａ及び光検出部Ｂの両者の一方向の
回動を、装置を複雑化させることなく同期して行うこと
ができる。光照射部Ａのθ走査面と光検出部Ｂのψ走査
面とが一致するので、例えば検出器１４に一次元ライン
センサやピンホール付き検出器等の幅の狭いものを用い
ても、プローブ光のθ方向の走査に対して検出器１４を
一方向にのみスキャンして追従受光できることを確認す
るだけで光学系のアライメントの確認ができる。Furthermore, in this embodiment, the rotation axes of the light irradiation section A and the light detection section B are made to coincide with each other, and the other rotation axis is perpendicular to this, so that the surface a by triangulation can be
It is possible to obtain the effect that calculation of the position of is simplified. Further, both the light irradiation section A and the light detection section B can be rotated in one direction synchronously without complicating the apparatus. Since the θ scanning plane of the light irradiation section A and the ψ scanning plane of the light detection section B coincide, even if the detector 14 is a narrow one-dimensional line sensor or a detector with a pinhole, The alignment of the optical system can be confirmed by simply scanning the detector 14 in one direction with respect to the scanning of the light in the θ direction and confirming that tracking light can be received.
なお、光照射部Ａ及び光検出部Ｂの一方の回転軸は必ず
しも一致させる必要はなく、また、光照射部Ａ及び光検
出部Ｂのそれぞれの２本の回転軸は必ずしも直交する必
要はない。Note that the rotational axes of one of the light irradiation section A and the light detection section B do not necessarily have to match, and the two rotational axes of the light irradiation section A and the light detection section B do not necessarily need to be orthogonal. .
また、上記実施例では、被検体７上のスポットサイズを
最小とすると共に検出器１４上のスポットサイズをそれ
ぞれ最小とするためにレンズ４及び１３を最適位置に移
動する必要がある。この方法として、検出器１４上のス
ポットサイズをモニターしながら、レンズ４及び１３に
フォーカスサーボを行う方法があるが、この場合、レン
ズ４，１３のフォーカスサーボのためにレンズ４，１３
を回動させる必要があり、調整時間を要する。この時間
を短縮するためには、まず、被検体７の表面ａの位置を
仮に測定してその位置とレンズ４．１３との距離を概算
し、この概算値に基づいてレンズ４，１３の位置を最適
化するようにすればよく、その後、表面ａの位置を高精
度に測定する。なお、この場合、レンズ４及び１３の位
置と被検体７の焦点位置（レンズ４については被検体７
上に最小スポットが投影される位置、レンズ１３につい
ては被検体７の像が最もシャープに検出器１４上に結像
するときの被検体７の位置）との関係を予め求めておく
必要があるが、容易に実現可能である。Further, in the embodiment described above, it is necessary to move the lenses 4 and 13 to optimal positions in order to minimize the spot size on the subject 7 and the spot size on the detector 14, respectively. One method for this is to perform focus servo on the lenses 4 and 13 while monitoring the spot size on the detector 14. In this case, in order to perform focus servo on the lenses 4 and 13,
It is necessary to rotate it, which requires time for adjustment. In order to shorten this time, first, temporarily measure the position of the surface a of the subject 7, roughly estimate the distance between that position and the lens 4.13, and then position the lenses 4 and 13 based on this approximate value. The position of surface a is then measured with high precision. In this case, the positions of the lenses 4 and 13 and the focal position of the subject 7 (for lens 4, the subject 7
It is necessary to determine in advance the relationship between the position on which the minimum spot is projected and the position of the subject 7 at which the image of the subject 7 is most sharply formed on the detector 14 for the lens 13. is easily achievable.
次に具体的に試験した結果について説明する。Next, specific test results will be explained.
第２図に示すように、出力１０ ｍＷのＨｅ−Ｎｅレー
ザ３０（波長０．６３２８μｍ）の前方に、レンズ３１
（ＸＩＯの対物レンズ）及びレンズ３２（焦点距離５５
１ＩＩＩＴｌのカメラ用レンズ）を配し、レンズ３１．
３２をビームエクスパンダとして機能させてレーザ光を
被検体３３に集光する。このときの集光ビームの径は約
３胴φであった。なお、被検体３３は約６ｍの位ｔに配
置しており、ビームエクスパンダを用いない場合のビー
ム径は約１０胴φであった。また、被検体３３としては
黒灰色のゴムシートを用いた。As shown in FIG. 2, a lens 31 is placed in front of a He-Ne laser 30 (wavelength 0.6328 μm) with an output of 10 mW.
(XIO objective lens) and lens 32 (focal length 55
1IIITl camera lens), and the lens 31.
32 functions as a beam expander to focus the laser light onto the subject 33. The diameter of the focused beam at this time was about 3 cylinders φ. Note that the subject 33 was placed at a distance t of about 6 m, and the beam diameter without using a beam expander was about 10 cylinders φ. Further, as the object 33, a black-gray rubber sheet was used.
そして、被検体３３からの反射光を撮像レンズ３４を介
して１次元ＣＯＤカメラ３５で受光した。ここで、撮像
レンズ３４としては焦点距離５５■のカメラレンズを用
い、−次元ＣＯＤとしては２０４８素子のものを用いた
。Then, the reflected light from the subject 33 was received by the one-dimensional COD camera 35 via the imaging lens 34. Here, a camera lens with a focal length of 55 cm was used as the imaging lens 34, and a lens with 2048 elements was used as the -dimensional COD.
このときのＣＯＤカメラ３５の受光信号は第３図に示す
ように、低反射率の散乱性の大きな被検体３３を用いた
にもがかわらず、十分な観測強度が得られた。As shown in FIG. 3, the received light signal of the COD camera 35 at this time had sufficient observation intensity even though the object 33 with low reflectance and large scattering property was used.
ここで、被検体３３の反射点ａの位置座標（ＸｐＹｐ
Ｚ）を計算により求めると、ムψ
ｔｔｍｇｒ −（ｎｎｅ 、 ・・・
■−―ψ―θ（資）ω
ｙｔａａ＠ −ｔｔｍθ 、 ・・■−−
―ψ―θ幽ω
―ψ−ｕｒｎθ □ ・・・■となる。なお
、これは、ｂ点の座標を（−ｘ、、、／２゜０．０）、
ｃ点の座標を（ｘ、、／ ２ 、０ 、０ ）、ωの原
点をｙ軸（ｘｙ平面がω−〇に対応）とした場合の座標
である。Here, the position coordinates (XpYp
When calculating Z), we get M ψ ttmgr −(nne, . . .
■−−ψ−θ (equity) ω ytaa@ −ttmθ , ・・■−−
―ψ―θω ―ψ−urnθ □ ...■. Note that this means that the coordinates of point b are (-x, , /2°0.0),
These are the coordinates when the coordinates of point c are (x,,/2,0,0) and the origin of ω is the y axis (the xy plane corresponds to ω-〇).
ここで、■、■、■式よりその差分をとると
を得る。■、■、■式は反射点の位置座標（ｘ、ｙ、ｚ
）の測定誤差（δＸ、δｙ、δ２）へのω、θ、ψの測
定誤差δω、δθ、δψの寄与を示している。Here, by taking the difference from equations ①, ②, and ②, we obtain. ■,■,■Equations are the position coordinates of the reflection point (x, y, z
) shows the contribution of the measurement errors δω, δθ, δψ of ω, θ, ψ to the measurement errors (δX, δy, δ2).
例えば第１図に示す装置ではω、θ、ψはロータリーエ
ンコーダ２１，１１，１８で読取られるが、検出器１４
の分解能が不十分だとψの測定精度が低下することにな
る（δψが大きくなる）。For example, in the device shown in FIG. 1, ω, θ, and ψ are read by rotary encoders 21, 11, and 18;
If the resolution of is insufficient, the measurement accuracy of ψ will decrease (δψ will become larger).
しかしながら、本発明では、上述したように検出器１４
として２次元撮像素子を用いる必要がなく、２次元撮像
素子の映像分解能による制約を除去することができるの
で、高分解能の１次元ラインセンサやピンホール付き検
出器を用いて測定精度を向上させることができる。However, in the present invention, as described above, the detector 14
Since there is no need to use a two-dimensional image sensor as an image sensor, and the limitations imposed by the image resolution of the two-dimensional image sensor can be removed, measurement accuracy can be improved by using a high-resolution one-dimensional line sensor or a detector with a pinhole. I can do it.
ここで、検出器１４として好適に用いられる高分解能の
検出器の例を第４図（ａ） 、 （ｂ）に示す。Here, an example of a high-resolution detector suitably used as the detector 14 is shown in FIGS. 4(a) and 4(b).
第４図（ａｌの検出器は検出器４０の前方にレンズ４１
及びピンホール４２を配したものであり、４３はこれら
の保持するケースである。FIG. 4 (Al detector has a lens 41 in front of the detector 40.
and a pinhole 42, and 43 is a case for holding these.
これによると、レンズ４１で集光されピンホール４２を
通過した像が検出器４０で検出され、ピンホール４２に
より分解能が向上される。すなわち、ピンホール４２と
して（よ１μｍφ程度のものが入手可能であるので、Ｃ
ＯＤの画素サイズに比較すると一桁程度の分解能の向上
を図ることができる。なお、この場合の検出器４０とし
ては、例えばフォトマルチプライヤ等の検出感度の高い
検出器を用いるのが望ましい。According to this, an image that is focused by the lens 41 and passed through the pinhole 42 is detected by the detector 40, and the resolution is improved by the pinhole 42. In other words, as the pinhole 42 (about 1 μmφ is available, C
Compared to the pixel size of OD, the resolution can be improved by about one order of magnitude. Note that as the detector 40 in this case, it is desirable to use a detector with high detection sensitivity, such as a photomultiplier, for example.
また、第４図（ｂ）の検出器は第４図ｆａ）のものと類
似し、同一作用の部材には同一符号を付しであるが、乙
の場合には、レンズ４１とピンホール４２との間にハー
フミラ−４４を配設し、このハーフミラ−４４による反
射光を２次元撮像素子４５によりモニターできるように
なっている。In addition, the detector in FIG. 4(b) is similar to that in FIG. A half mirror 44 is disposed between the two, and the light reflected by the half mirror 44 can be monitored by a two-dimensional image pickup device 45.
〈発明の効果〉
以上説明したように、本発明に係る３次元位置測定装置
は、プローブ光としてビーム光を用い、そのビーム光を
被検体にフォーカスすることにより、測定対象領域を微
小領域に限定すると共に光検出部において十分な輝度レ
ベルが確保され、また、該光検出部を回転調整すること
によりその光軸に一致するように反射光を検出すること
によりレンズ収差による像歪の影響を除去することがで
き、さらに、検出器として２次元撮像素子を用いる必要
がないのでその映像分解能による測定誤差を排除するこ
とができ、高精度の３次元位置測定が可能である。<Effects of the Invention> As explained above, the three-dimensional position measuring device according to the present invention uses a beam light as the probe light and focuses the beam light on the object, thereby limiting the measurement target area to a minute area. At the same time, a sufficient brightness level is ensured in the light detection section, and by rotating and adjusting the light detection section, the reflected light is detected so as to match the optical axis, thereby eliminating the influence of image distortion caused by lens aberration. Furthermore, since there is no need to use a two-dimensional imaging device as a detector, measurement errors due to its image resolution can be eliminated, and highly accurate three-dimensional position measurement is possible.
４図面の簡単な説明
第１図は一実施例に係る３次元位置測定装置の構成図、
第２図は試験例の装置を示す説明図、第３図はその測定
データを示す説明図、第４図（ａｌ、（ｂｌはそれぞれ
検出器の一例を示す構成図、第５図及び第６図はそれぞ
れ従来技術に係る３次元位置測定方法を示す説明図であ
る。4 Brief explanation of the drawings Fig. 1 is a configuration diagram of a three-dimensional position measuring device according to an embodiment;
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the apparatus of the test example, FIG. 3 is an explanatory diagram showing the measurement data, FIG. Each figure is an explanatory diagram showing a three-dimensional position measuring method according to the prior art.
図 、面 中、 Ａは光照射部、 Ｂは光検出部、 １はＨｅ−Ｎｅレーザ光源、 ２は可変アッテネータ、 ５はビームエクスパンダ、 ６はミラー、 ７は被検体、 ９は回転ステージ、 １０はモータ、 １１はロータリーエンコーダ、 １３はレンズ、 １４は検出器、 １６は回転ステージ、 １７はモータ、 １８はロータリーエンコーダ、 １９は架台、 ２０はモータ、 ２１はロータリーエンコーダ、 ２２はドライバ、 ２３はコントローラ、 ２４は読取カウンタ、 ２５はＣＰＵである。Figure, inside, A is the light irradiation part, B is a photodetector, 1 is a He-Ne laser light source; 2 is a variable attenuator, 5 is a beam expander, 6 is a mirror, 7 is the subject, 9 is a rotating stage; 10 is a motor; 11 is a rotary encoder, 13 is a lens, 14 is a detector; 16 is a rotating stage, 17 is a motor; 18 is a rotary encoder, 19 is a pedestal; 20 is a motor; 21 is a rotary encoder, 22 is a driver, 23 is a controller, 24 is a reading counter; 25 is a CPU.
Claims (5)
射すると共にその照射方向が２本の回転軸回りの回動に
より可変である光照射部と、撮像レンズ及び受光素子か
らなりその光軸方向が２本の回転軸回りの回動により可
変であり且つ上記被検体からの反射光をその反射点の像
が当該光軸に一致するよう回動調整して検出する光検出
部と、上記プローブ光の出射方向及び上記光検出部での
受光方向並びに当該光検出部と上記光照射部との相対的
位置関係より三角測量の原理で上記反射点の位置を検出
する処理部とを具えたことを特徴とする３次元位置測定
装置。(1) A light irradiation unit that irradiates a subject with parallel or convergent light as probe light and whose irradiation direction is variable by rotation around two rotation axes, an imaging lens, and a light receiving element, and its optical axis. a light detection unit whose direction is variable by rotation around two rotation axes, and which detects reflected light from the subject by adjusting rotation so that an image of the reflection point coincides with the optical axis; and a processing section that detects the position of the reflection point based on the direction of emission of the probe light, the direction of light reception at the light detection section, and the relative positional relationship between the light detection section and the light irradiation section based on the principle of triangulation. A three-dimensional position measuring device characterized by:
軸とが、該光照射部の回転中心と該光検出部の回転中心
とを結ぶ直線に一致し、且つ、受光素子が一次元撮像素
子であることを特徴とする請求項１記載の３次元位置測
定装置。(2) one rotation axis of the light irradiation section and one rotation axis of the light detection section coincide with a straight line connecting the rotation center of the light irradiation section and the rotation center of the light detection section, and the light receiving element The three-dimensional position measuring device according to claim 1, wherein the three-dimensional position measuring device is a one-dimensional image sensor.
被検体へのプローブ光のスポット径が最小となるよう調
整するフォーカス手段を具えると共に光検出部が受光素
子で観測されるスポット径が最小となるよう調整するフ
ォーカス手段を具え、上記処理部が、両フォーカス手段
によるフォーカス前に仮に求めた反射点の位置のデータ
に基づいて両フォーカス手段を作動させた後正確な反射
点の位置を求める処理を行うことを特徴とする３次元位
置測定装置。(3) The apparatus according to claim 1 or 2, wherein the light irradiation section comprises focusing means for adjusting the spot diameter of the probe light on the subject to be minimized, and the light detection section focuses the spot observed by the light receiving element. The processing unit operates both focusing means based on the data of the position of the reflection point temporarily obtained before focusing by both focusing means, and then determines the exact reflection point. A three-dimensional position measuring device characterized by performing processing for determining a position.
部の受光素子がピンホール付き検出器であり、当該光検
出部はその受光パワーが最大となるよう回動して受光方
向を求めることを特徴とする３次元位置測定装置。(4) In the device according to claim 1, 2 or 3, the light receiving element of the light detecting section is a detector with a pinhole, and the light detecting section is rotated so that the light receiving power is maximized and the light receiving direction is adjusted. A three-dimensional position measuring device characterized by:
、処理部が、プローブ光を順次変化させてそれに対応す
る反射点の位置を順次測定する３次元マッピング手段を
具えることを特徴とする３次元位置測定装置。(5) The apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the processing section includes three-dimensional mapping means for sequentially changing the probe light and sequentially measuring the positions of the corresponding reflection points. Characteristic three-dimensional position measuring device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1120405A JP2597711B2 (en) | 1989-05-16 | 1989-05-16 | 3D position measuring device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1120405A JP2597711B2 (en) | 1989-05-16 | 1989-05-16 | 3D position measuring device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02300609A true JPH02300609A (en) | 1990-12-12 |
| JP2597711B2 JP2597711B2 (en) | 1997-04-09 |
Family
ID=14785402
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1120405A Expired - Fee Related JP2597711B2 (en) | 1989-05-16 | 1989-05-16 | 3D position measuring device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2597711B2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0523016U (en) * | 1991-09-09 | 1993-03-26 | 住友電気工業株式会社 | Three-dimensional position measuring device |
| CN105115443A (en) * | 2015-08-19 | 2015-12-02 | 中国航空工业集团公司北京长城航空测控技术研究所 | Horizontal full view angle high precision three-dimensional measuring method based on vision measurement technology |
Citations (4)
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-
1989
- 1989-05-16 JP JP1120405A patent/JP2597711B2/en not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2597711B2 (en) | 1997-04-09 |
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