JPH06213633A - 三次元形状計測装置 - Google Patents
三次元形状計測装置Info
- Publication number
- JPH06213633A JPH06213633A JP5005503A JP550393A JPH06213633A JP H06213633 A JPH06213633 A JP H06213633A JP 5005503 A JP5005503 A JP 5005503A JP 550393 A JP550393 A JP 550393A JP H06213633 A JPH06213633 A JP H06213633A
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- Japan
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- pencil
- light rays
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 被測定物の表面形状或いは表面色が急激に変
化した場合であっても、距離及び色を正確に検出するこ
とができる三次元形状計測装置を提供することを目的と
する。 【構成】 可視域外の波長の光線束を、参照面１から被
測定物２の表面迄の距離の導出用に選択出力する第一基
準光線束出力手段３Ａと、可視域の波長の光線束を、前
記被測定物２の表面色の導出用に選択出力する第二基準
光線束出力手段３Ｂとから光源３を構成し、光源３から
の測定光線束のうち被測定物２の表面から反射した散乱
光線束を受光部６で検出して、第一基準光線束出力手段
３Ａからの散乱光線束の検出位置を基準に、第二基準光
線束出力手段３Ｂからの散乱光線束の波長成分を特定す
る。
化した場合であっても、距離及び色を正確に検出するこ
とができる三次元形状計測装置を提供することを目的と
する。 【構成】 可視域外の波長の光線束を、参照面１から被
測定物２の表面迄の距離の導出用に選択出力する第一基
準光線束出力手段３Ａと、可視域の波長の光線束を、前
記被測定物２の表面色の導出用に選択出力する第二基準
光線束出力手段３Ｂとから光源３を構成し、光源３から
の測定光線束のうち被測定物２の表面から反射した散乱
光線束を受光部６で検出して、第一基準光線束出力手段
３Ａからの散乱光線束の検出位置を基準に、第二基準光
線束出力手段３Ｂからの散乱光線束の波長成分を特定す
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば、成形用型やデ
ザインされた各種製品の模型から外観形状データ及び表
面色データを入力して最終設計図面に仕上げるＣＡＤ用
データの入力装置や、教育用や販売用に用いられる三次
元映像資料の入力装置、医療用診断装置、或いはロボッ
トの視覚センサとして用いられる三次形状計測装置に関
し、詳述すると、光源と、前記光源からの測定光線束を
参照面上の被測定物に向けて照射する測定用光学系と、
前記測定光線束のうち前記被測定物表面から反射した散
乱光線束を検出する受光部と、前記散乱光線束を分光す
る分光手段とその分光出力を前記受光部に集光する集光
手段とを備えて前記受光部に前記散乱光線束を導く受光
用光学系と、前記受光部による前記散乱光線束の検出出
力に基づき前記参照面からの前記被測定物表面の距離と
色を演算導出する信号処理部とから構成してある三次元
形状計測装置に関する。
ザインされた各種製品の模型から外観形状データ及び表
面色データを入力して最終設計図面に仕上げるＣＡＤ用
データの入力装置や、教育用や販売用に用いられる三次
元映像資料の入力装置、医療用診断装置、或いはロボッ
トの視覚センサとして用いられる三次形状計測装置に関
し、詳述すると、光源と、前記光源からの測定光線束を
参照面上の被測定物に向けて照射する測定用光学系と、
前記測定光線束のうち前記被測定物表面から反射した散
乱光線束を検出する受光部と、前記散乱光線束を分光す
る分光手段とその分光出力を前記受光部に集光する集光
手段とを備えて前記受光部に前記散乱光線束を導く受光
用光学系と、前記受光部による前記散乱光線束の検出出
力に基づき前記参照面からの前記被測定物表面の距離と
色を演算導出する信号処理部とから構成してある三次元
形状計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の三次元形状計測装置としては、
光源を赤緑青（ＲＧＢ）の各単色光を出力するレーザー
発振器で構成するとともに、前記参照面からの散乱光線
束をプリズムで分光してその分光光線束を集光手段によ
り集光して、一次元ＣＣＤイメージセンサを用いた受光
部に入射させるように構成していた。そして、信号処理
部では、受光部による赤緑青（ＲＧＢ）いずれかの光線
束の検出位置データ（参照面で散乱した場合に検出され
るべき位置と、実際に測定対象物の表面で散乱して検出
される位置との距離情報であって、主に強度が最大とな
る光線束の検出位置データを用いる）に基づいて、参照
面から被測定物の表面までの距離を導出し、且つ、赤緑
青（ＲＧＢ）それぞれの検出強度データ比に基づいて被
測定物の表面色を特定するように構成していた。
光源を赤緑青（ＲＧＢ）の各単色光を出力するレーザー
発振器で構成するとともに、前記参照面からの散乱光線
束をプリズムで分光してその分光光線束を集光手段によ
り集光して、一次元ＣＣＤイメージセンサを用いた受光
部に入射させるように構成していた。そして、信号処理
部では、受光部による赤緑青（ＲＧＢ）いずれかの光線
束の検出位置データ（参照面で散乱した場合に検出され
るべき位置と、実際に測定対象物の表面で散乱して検出
される位置との距離情報であって、主に強度が最大とな
る光線束の検出位置データを用いる）に基づいて、参照
面から被測定物の表面までの距離を導出し、且つ、赤緑
青（ＲＧＢ）それぞれの検出強度データ比に基づいて被
測定物の表面色を特定するように構成していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術によ
れば、一次元ＣＣＤイメージセンサにより赤緑青（ＲＧ
Ｂ）の各成分データが検出される場合には、各成分の検
出位置の相対関係から距離及び色を正確に検出すること
ができるが、赤緑青（ＲＧＢ）の各成分データのうち一
成分でも欠けると、各成分の検出位置の相対関係が判別
できず、従ってそのデータだけではどの成分が欠けたの
かを特定できないために、各成分が検出される周辺のデ
ータを用いて欠落した成分を推定する必要があった。し
かし、被測定物の表面色が急激に変化した場合には、距
離及び色を正確に検出することは極めて困難であるとい
う欠点があった。本発明の目的は、上述の欠点を解消
し、被測定物の表面形状或いは表面色が急激に変化した
場合であっても、距離及び色を正確に検出することがで
きる三次元形状計測装置を提供する点にある。
れば、一次元ＣＣＤイメージセンサにより赤緑青（ＲＧ
Ｂ）の各成分データが検出される場合には、各成分の検
出位置の相対関係から距離及び色を正確に検出すること
ができるが、赤緑青（ＲＧＢ）の各成分データのうち一
成分でも欠けると、各成分の検出位置の相対関係が判別
できず、従ってそのデータだけではどの成分が欠けたの
かを特定できないために、各成分が検出される周辺のデ
ータを用いて欠落した成分を推定する必要があった。し
かし、被測定物の表面色が急激に変化した場合には、距
離及び色を正確に検出することは極めて困難であるとい
う欠点があった。本発明の目的は、上述の欠点を解消
し、被測定物の表面形状或いは表面色が急激に変化した
場合であっても、距離及び色を正確に検出することがで
きる三次元形状計測装置を提供する点にある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明による三次元形状計測装置の特徴構成は、前
記光源を、可視域外の波長の光線束を前記距離の導出用
に選択出力する第一基準光線束出力手段と、可視域の波
長の光線束を前記色の導出用に選択出力する第二基準光
線束出力手段とから構成してある点にある。
め、本発明による三次元形状計測装置の特徴構成は、前
記光源を、可視域外の波長の光線束を前記距離の導出用
に選択出力する第一基準光線束出力手段と、可視域の波
長の光線束を前記色の導出用に選択出力する第二基準光
線束出力手段とから構成してある点にある。
【作用】第一基準光線束出力手段からの可視域外の波長
の光線束、例えば赤外線を測定用光線束とする場合に
は、被測定物の表面色にかかわらず必ず散乱光線束が検
出されるので、そのときの検出データに基づいて信号処
理部により参照面からの前記被測定物表面の距離を演算
導出する。第二基準光線束出力手段からの可視域の波長
の光線束、例えば赤緑青（ＲＧＢ）の各単色光を測定用
光線束とする場合には、被測定物の表面色により特定の
波長の散乱光線束が検出されない場合であっても、検出
された散乱光線束の位置と、被測定物の同じ点における
第一基準光線束出力手段からの光線束の検出位置との位
置関係から波長を特定して、それら可視域の波長の光線
束に対する散乱光線束の強度比に基づいて信号処理部に
より被測定物の表面色を導出する。
の光線束、例えば赤外線を測定用光線束とする場合に
は、被測定物の表面色にかかわらず必ず散乱光線束が検
出されるので、そのときの検出データに基づいて信号処
理部により参照面からの前記被測定物表面の距離を演算
導出する。第二基準光線束出力手段からの可視域の波長
の光線束、例えば赤緑青（ＲＧＢ）の各単色光を測定用
光線束とする場合には、被測定物の表面色により特定の
波長の散乱光線束が検出されない場合であっても、検出
された散乱光線束の位置と、被測定物の同じ点における
第一基準光線束出力手段からの光線束の検出位置との位
置関係から波長を特定して、それら可視域の波長の光線
束に対する散乱光線束の強度比に基づいて信号処理部に
より被測定物の表面色を導出する。
【０００５】
【発明の効果】従って、本発明によれば、被測定物の表
面形状或いは表面色が急激に変化した場合であっても、
距離及び色を正確に検出することができる三次元形状計
測装置を提供することができるようになった。
面形状或いは表面色が急激に変化した場合であっても、
距離及び色を正確に検出することができる三次元形状計
測装置を提供することができるようになった。
【０００６】
【実施例】以下実施例を説明する。計測装置の一例であ
る三次元形状計測装置は、図２に示すように、光源３
と、その光源３からの測定光線束をＸ−Ｙ参照面１上の
被測定物２に向けてＸ方向に走査する測定用光学系４
と、前記測定光線束のうち前記被測定物２表面から反射
した散乱光線束を検出する一次元ＣＣＤイメージセンサ
を設けた受光部６と、前記散乱光線束を受光部６に導く
受光用光学系５とからなる光学系ユニットＵと、前記受
光部６による前記散乱光線束の検出出力に基づき前記参
照面１からの前記被測定物２表面の距離、及び、表面色
を演算導出する信号処理部７と、前記光学系ユニットＵ
を制御する計測制御部８と、信号処理部７及び計測制御
部８から得られたＸ，Ｙ，Ｚ三次元データから被測定物
２の形状モデルを生成するモデル生成部９とで構成して
ある。
る三次元形状計測装置は、図２に示すように、光源３
と、その光源３からの測定光線束をＸ−Ｙ参照面１上の
被測定物２に向けてＸ方向に走査する測定用光学系４
と、前記測定光線束のうち前記被測定物２表面から反射
した散乱光線束を検出する一次元ＣＣＤイメージセンサ
を設けた受光部６と、前記散乱光線束を受光部６に導く
受光用光学系５とからなる光学系ユニットＵと、前記受
光部６による前記散乱光線束の検出出力に基づき前記参
照面１からの前記被測定物２表面の距離、及び、表面色
を演算導出する信号処理部７と、前記光学系ユニットＵ
を制御する計測制御部８と、信号処理部７及び計測制御
部８から得られたＸ，Ｙ，Ｚ三次元データから被測定物
２の形状モデルを生成するモデル生成部９とで構成して
ある。
【０００７】測定用光学系４は、光源３からの測定光線
束を走査する第一可動ミラー４Ａと、その第一可動ミラ
ー４Ａにより走査された測定光線束を被測定物２に向け
て反射する第一固定ミラー４Ｂとから構成するととも
に、受光用光学系５を、被測定物２表面からの散乱光線
束を反射する第二固定ミラー５Ｂと、その第二固定ミラ
ー５Ｂにより反射された散乱光線束を受光部６に導く第
二可動ミラー５Ａと、第二可動ミラー５Ａで反射された
散乱光線束をＲＧＢの三原色に分光する分光手段５Ｃ
と、その分光手段５Ｃにより分光された散乱光線束を受
光部６に収束させる結像レンズでなる集光手段５Ｄとか
ら構成してある。
束を走査する第一可動ミラー４Ａと、その第一可動ミラ
ー４Ａにより走査された測定光線束を被測定物２に向け
て反射する第一固定ミラー４Ｂとから構成するととも
に、受光用光学系５を、被測定物２表面からの散乱光線
束を反射する第二固定ミラー５Ｂと、その第二固定ミラ
ー５Ｂにより反射された散乱光線束を受光部６に導く第
二可動ミラー５Ａと、第二可動ミラー５Ａで反射された
散乱光線束をＲＧＢの三原色に分光する分光手段５Ｃ
と、その分光手段５Ｃにより分光された散乱光線束を受
光部６に収束させる結像レンズでなる集光手段５Ｄとか
ら構成してある。
【０００８】第一可動ミラー４Ａ及び第二可動ミラー５
Ａは、モータＭＯＴにより、Ｙ軸に平行な軸心周りで回
動する両面反射ミラーで構成してある。
Ａは、モータＭＯＴにより、Ｙ軸に平行な軸心周りで回
動する両面反射ミラーで構成してある。
【０００９】計測制御部８は、モータＭＯＴを回動させ
て測定光線束をＸ方向に走査するとともに、光学系ユニ
ットＵをＹ方向に移動させてＺ−Ｙ平面上を走査する。
て測定光線束をＸ方向に走査するとともに、光学系ユニ
ットＵをＹ方向に移動させてＺ−Ｙ平面上を走査する。
【００１０】図１に示すように、光源３は、可視域外の
波長の光線束を選択出力する第一基準光線束出力手段３
Ａである近赤外線レーザ発振器と、可視域の波長の光線
束を選択出力する第二基準光線束出力手段３Ｂである赤
緑青（ＲＧＢ）の三原色の光を発振する白色レーザ発振
器とを、集光用の光学系（図示せず）、反射ミラー３
Ｃ、ハーフミラー３Ｄを介して同一光軸上に合成して出
力するように構成してある。近赤外線レーザ発振器に
は、信号処理部７からの制御信号により出力を調節する
出力強度制御回路を設けてある。
波長の光線束を選択出力する第一基準光線束出力手段３
Ａである近赤外線レーザ発振器と、可視域の波長の光線
束を選択出力する第二基準光線束出力手段３Ｂである赤
緑青（ＲＧＢ）の三原色の光を発振する白色レーザ発振
器とを、集光用の光学系（図示せず）、反射ミラー３
Ｃ、ハーフミラー３Ｄを介して同一光軸上に合成して出
力するように構成してある。近赤外線レーザ発振器に
は、信号処理部７からの制御信号により出力を調節する
出力強度制御回路を設けてある。
【００１１】信号処理部７は、図３に示すように、近赤
外線レーザ発振器からの測定光線束のうち参照平面１で
反射された散乱光線束が、ＣＣＤ一次元イメージセンサ
の一定の位置ＲＸ0に集光することに着目して、被測定
物２の表面から反射された散乱光線束がＣＣＤ一次元イ
メージセンサで検出される位置ＲＸ1と、位置ＲＸ0との
距離がΔＸ0に比例すること、及び、参照平面１からの
被測定物２の表面位置Ｚ0が、Ｚ0・θ＝ΔＸ0なる関係
を有することからＺ0を求める。このとき、信号処理部
７は、ＣＣＤ一次元イメージセンサの出力が飽和しない
範囲で検出力を高めるべく出力強度制御回路に制御信号
を出力して調節する。
外線レーザ発振器からの測定光線束のうち参照平面１で
反射された散乱光線束が、ＣＣＤ一次元イメージセンサ
の一定の位置ＲＸ0に集光することに着目して、被測定
物２の表面から反射された散乱光線束がＣＣＤ一次元イ
メージセンサで検出される位置ＲＸ1と、位置ＲＸ0との
距離がΔＸ0に比例すること、及び、参照平面１からの
被測定物２の表面位置Ｚ0が、Ｚ0・θ＝ΔＸ0なる関係
を有することからＺ0を求める。このとき、信号処理部
７は、ＣＣＤ一次元イメージセンサの出力が飽和しない
範囲で検出力を高めるべく出力強度制御回路に制御信号
を出力して調節する。
【００１２】その後、信号処理部７は、近赤外線レーザ
発振器からの測定光線束のうち被測定物２の表面から反
射された散乱光線束がＣＣＤ一次元イメージセンサで検
出される位置に対する、白色レーザ発振器からの測定光
線束のうち被測定物２の表面から反射された散乱光線束
が分光手段５Ｃにより分光されてＣＣＤ一次元イメージ
センサで検出される位置から、その波長成分を識別して
（イメージセンサで検出される波長成分毎の位置は既知
である）、赤緑青（ＲＧＢ）の三原色の各検出強度比か
ら比測定物２におけるその位置の表面色を特定する。
発振器からの測定光線束のうち被測定物２の表面から反
射された散乱光線束がＣＣＤ一次元イメージセンサで検
出される位置に対する、白色レーザ発振器からの測定光
線束のうち被測定物２の表面から反射された散乱光線束
が分光手段５Ｃにより分光されてＣＣＤ一次元イメージ
センサで検出される位置から、その波長成分を識別して
（イメージセンサで検出される波長成分毎の位置は既知
である）、赤緑青（ＲＧＢ）の三原色の各検出強度比か
ら比測定物２におけるその位置の表面色を特定する。
【００１３】モデル生成部９は、計測制御部８による第
一可動ミラー４Ａ及び第二可動ミラー５Ａの回転角（モ
ータＭＯＴの回転角）からＸ−Ｙ平面上の計測ポイント
を把握し、信号処理部７により導出されたそのポイント
におけるＺ座標と、そのポイントの表面色を示すデータ
から被測定物２の形状モデルを生成する。
一可動ミラー４Ａ及び第二可動ミラー５Ａの回転角（モ
ータＭＯＴの回転角）からＸ−Ｙ平面上の計測ポイント
を把握し、信号処理部７により導出されたそのポイント
におけるＺ座標と、そのポイントの表面色を示すデータ
から被測定物２の形状モデルを生成する。
【００１４】以下、本発明の別実施例を説明する。先の
実施例では光学系ユニットＵのＹ軸方向への走査機構に
ついて詳述していないが、これは既存の技術、例えばモ
ータとプーリー等の駆動機構を用いて構成すればよい。
光学系ユニットＵの構成はこの構成に限定するものでは
なく，先の実施例で説明した原理に基づき三次元座標を
導出するものであれば任意に構成することができる。例
えば可動ミラー４Ａ，５Ａを固定して、第一固定ミラー
４Ｂを回動させることで投影光線束を走査するように構
成してもよく、投影光線束と検出光線束で形成される平
面をＹ軸方向に走査するべく、Ｘ軸と平行な回転軸周り
に回動自在の反射ミラーを設けて構成してもよい。先の
実施例では、第一基準光線束出力手段３Ａとして近赤外
線レーザ発振器を用いた例を説明したが、係る波長域が
イメージセンサの感度の良い領域であるためであり、波
長域は可視域外の波長であれば任意で、例えば紫外線領
域であってもよい。また、受光部としてはＣＣＤ二次元
イメージセンサで構成することに限定するものでもなく
適宜公知のセンサを用いることができる。先の実施例で
は、第二基準光線束出力手段３Ａとして白色レーザ発振
器を用いた例を説明したが、これに限定するものではな
く適宜公知の光源を用いればよく、例えば白熱ランプ
と、その出力光線束を赤緑青（ＲＧＢ）の三原色に分光
する分光器を用いたり、赤緑青（ＲＧＢ）各波長の光を
発振するレーザを各別に設けて構成してもよい。
実施例では光学系ユニットＵのＹ軸方向への走査機構に
ついて詳述していないが、これは既存の技術、例えばモ
ータとプーリー等の駆動機構を用いて構成すればよい。
光学系ユニットＵの構成はこの構成に限定するものでは
なく，先の実施例で説明した原理に基づき三次元座標を
導出するものであれば任意に構成することができる。例
えば可動ミラー４Ａ，５Ａを固定して、第一固定ミラー
４Ｂを回動させることで投影光線束を走査するように構
成してもよく、投影光線束と検出光線束で形成される平
面をＹ軸方向に走査するべく、Ｘ軸と平行な回転軸周り
に回動自在の反射ミラーを設けて構成してもよい。先の
実施例では、第一基準光線束出力手段３Ａとして近赤外
線レーザ発振器を用いた例を説明したが、係る波長域が
イメージセンサの感度の良い領域であるためであり、波
長域は可視域外の波長であれば任意で、例えば紫外線領
域であってもよい。また、受光部としてはＣＣＤ二次元
イメージセンサで構成することに限定するものでもなく
適宜公知のセンサを用いることができる。先の実施例で
は、第二基準光線束出力手段３Ａとして白色レーザ発振
器を用いた例を説明したが、これに限定するものではな
く適宜公知の光源を用いればよく、例えば白熱ランプ
と、その出力光線束を赤緑青（ＲＧＢ）の三原色に分光
する分光器を用いたり、赤緑青（ＲＧＢ）各波長の光を
発振するレーザを各別に設けて構成してもよい。
【００１５】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にする為に符号を記すが、該記入により本発明は添
付図面の構成に限定されるものではない。
便利にする為に符号を記すが、該記入により本発明は添
付図面の構成に限定されるものではない。
【図１】光源のブロック構成図
【図２】三次元形状計測装置の全体構成図
【図３】光学系の要部を示す断面図
１ 参照面 ２ 対象物 ３ 光源 ３Ａ 第一基準光線束出力手段 ３Ｂ 第二基準光線束出力手段 ４ 投影用光学系 ５ 受光用光学系 ５Ｃ 分光手段 ５Ｄ 集光手段 ６ 受光部 ７ 信号処理部
Claims (1)
- 【請求項１】 光源（３）と、前記光源（３）からの測
定光線束を参照面（１）上の被測定物（２）に向けて照
射する測定用光学系（４）と、前記測定光線束のうち前
記被測定物（２）表面から反射した散乱光線束を検出す
る受光部（６）と、前記散乱光線束を分光する分光手段
（５Ｃ）とその分光出力を前記受光部（６）に集光する
集光手段（５Ｄ）とを備えて前記受光部（６）に前記散
乱光線束を導く受光用光学系（５）と、前記受光部
（６）による前記散乱光線束の検出出力に基づき前記参
照面（１）からの前記被測定物（２）表面の距離と色を
演算導出する信号処理部（７）とから構成してある三次
元形状計測装置であって、 前記光源（３）を、可視域外の波長の光線束を前記距離
の導出用に選択出力する第一基準光線束出力手段（３
Ａ）と、可視域の波長の光線束を前記色の導出用に選択
出力する第二基準光線束出力手段（３Ｂ）とから構成し
てある三次元形状計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5005503A JPH06213633A (ja) | 1993-01-18 | 1993-01-18 | 三次元形状計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5005503A JPH06213633A (ja) | 1993-01-18 | 1993-01-18 | 三次元形状計測装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06213633A true JPH06213633A (ja) | 1994-08-05 |
Family
ID=11613016
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5005503A Pending JPH06213633A (ja) | 1993-01-18 | 1993-01-18 | 三次元形状計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06213633A (ja) |
-
1993
- 1993-01-18 JP JP5005503A patent/JPH06213633A/ja active Pending
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