JPH07218226A - 表面形状３次元計測装置 - Google Patents
表面形状３次元計測装置Info
- Publication number
- JPH07218226A JPH07218226A JP843994A JP843994A JPH07218226A JP H07218226 A JPH07218226 A JP H07218226A JP 843994 A JP843994 A JP 843994A JP 843994 A JP843994 A JP 843994A JP H07218226 A JPH07218226 A JP H07218226A
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- surface shape
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 コンパクト化が実現できる表面形状３次元計
測装置の提供。 【構成】 光を放出する光源1 と、一定間隔のピッチか
らなる格子3 と、格子を通過した光を計測対象物体2 に
投影する投影レンズと、計測対象物体表面の縞画像を撮
影する撮影レンズと、撮影レンズで撮影した縞画像を入
力し計測対象物体の表面形状を演算して求める制御部7
と、を有する表面形状３次元計測装置において、上記両
レンズと計測対象物体の間に光を反射するミラー5 を設
け、投影レンズと撮影レンズを一体の投影撮影レンズ4
とした。
測装置の提供。 【構成】 光を放出する光源1 と、一定間隔のピッチか
らなる格子3 と、格子を通過した光を計測対象物体2 に
投影する投影レンズと、計測対象物体表面の縞画像を撮
影する撮影レンズと、撮影レンズで撮影した縞画像を入
力し計測対象物体の表面形状を演算して求める制御部7
と、を有する表面形状３次元計測装置において、上記両
レンズと計測対象物体の間に光を反射するミラー5 を設
け、投影レンズと撮影レンズを一体の投影撮影レンズ4
とした。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、非接触で計測対象物体
の表面形状を求める表面形状３次元計測装置に関する。
の表面形状を求める表面形状３次元計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、機械部品や接点等の電気部品の表
面を非接触で高精度に計測する方法として、三角測量の
原理を応用した光触針を計測ヘッドとし、ＸＹテーブル
の上に計測対象物体を設置して、このＸＹテーブルを駆
動することにより表面形状を計測するものや、走査型電
子顕微鏡を用いて電子ビームを計測対象物体面にあて、
反射したビームを複数のセンサーで捕らえて演算により
形状に直す方法がある。
面を非接触で高精度に計測する方法として、三角測量の
原理を応用した光触針を計測ヘッドとし、ＸＹテーブル
の上に計測対象物体を設置して、このＸＹテーブルを駆
動することにより表面形状を計測するものや、走査型電
子顕微鏡を用いて電子ビームを計測対象物体面にあて、
反射したビームを複数のセンサーで捕らえて演算により
形状に直す方法がある。
【０００３】しかし、三角測量の原理を応用したもの
は、ＸＹテーブルのスキャニングに時間を要するため実
用にならない場合があり、走査型電子顕微鏡を用いたも
のは、計測対象物体の前処理として蒸着が必要なため、
厳密には非接触とは言えず、計測対象物体が使用できな
くなることがある。
は、ＸＹテーブルのスキャニングに時間を要するため実
用にならない場合があり、走査型電子顕微鏡を用いたも
のは、計測対象物体の前処理として蒸着が必要なため、
厳密には非接触とは言えず、計測対象物体が使用できな
くなることがある。
【０００４】そこで、特開平４−２７８４０６に示すよ
うに、計測対象物体面に対し斜め方向より照明の照度分
布が正弦状態の格子を投影し、物体面にできた縞画像の
明度を格子の投影方向とは別の角度から計測する変形格
子投影法を用い、その縞画像を演算処理することによ
り、物体の３次元の表面形状を求める縞走査法がある。
この変形格子投影法を用いた計測装置は、図４に示すよ
うに、光を放出する光源1 と、一定間隔のピッチからな
る格子3 と、格子3 を通過した光を計測対象物体2 に投
影する投影レンズ13と、計測対象物体2 の表面の縞画像
を撮影する撮影レンズ14と、撮影レンズ14で撮影した縞
画像を入力し計測対象物体2 の表面形状を演算して求め
る制御部7 とを有している。
うに、計測対象物体面に対し斜め方向より照明の照度分
布が正弦状態の格子を投影し、物体面にできた縞画像の
明度を格子の投影方向とは別の角度から計測する変形格
子投影法を用い、その縞画像を演算処理することによ
り、物体の３次元の表面形状を求める縞走査法がある。
この変形格子投影法を用いた計測装置は、図４に示すよ
うに、光を放出する光源1 と、一定間隔のピッチからな
る格子3 と、格子3 を通過した光を計測対象物体2 に投
影する投影レンズ13と、計測対象物体2 の表面の縞画像
を撮影する撮影レンズ14と、撮影レンズ14で撮影した縞
画像を入力し計測対象物体2 の表面形状を演算して求め
る制御部7 とを有している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前述した変形格子投影
法を用いた表面形状３次元計測装置は、投影レンズと撮
影レンズの２個のレンズを有しているため、装置が大き
くなりコンパクト化が困難であるとともに、コストが高
くなっていた。
法を用いた表面形状３次元計測装置は、投影レンズと撮
影レンズの２個のレンズを有しているため、装置が大き
くなりコンパクト化が困難であるとともに、コストが高
くなっていた。
【０００６】本発明は、かかる事由に鑑みてなしたもの
で、その目的とするところは、コンパクト化が実現でき
る表面形状３次元計測装置を提供するにある。
で、その目的とするところは、コンパクト化が実現でき
る表面形状３次元計測装置を提供するにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
めに、請求項１記載の表面形状３次元計測装置は、光を
放出する光源と、一定間隔のピッチからなる格子と、格
子を通過した光を計測対象物体に投影する投影レンズ
と、計測対象物体表面の縞画像を撮影する撮影レンズ
と、撮影レンズで撮影した縞画像を入力し計測対象物体
の表面形状を演算して求める制御部と、を有する表面形
状３次元計測装置において、上記両レンズと計測対象物
体の間に光を反射するミラーを設け、投影レンズと撮影
レンズを一体の投影撮影レンズとした構成としている。
めに、請求項１記載の表面形状３次元計測装置は、光を
放出する光源と、一定間隔のピッチからなる格子と、格
子を通過した光を計測対象物体に投影する投影レンズ
と、計測対象物体表面の縞画像を撮影する撮影レンズ
と、撮影レンズで撮影した縞画像を入力し計測対象物体
の表面形状を演算して求める制御部と、を有する表面形
状３次元計測装置において、上記両レンズと計測対象物
体の間に光を反射するミラーを設け、投影レンズと撮影
レンズを一体の投影撮影レンズとした構成としている。
【０００８】また、請求項２記載の表面形状３次元計測
装置は、請求項１記載のミラーを、計測対象物体に光を
投影する第１ミラーと、計測対象物体表面の縞画像を投
影撮影レンズに入力する第２ミラーにより構成してい
る。
装置は、請求項１記載のミラーを、計測対象物体に光を
投影する第１ミラーと、計測対象物体表面の縞画像を投
影撮影レンズに入力する第２ミラーにより構成してい
る。
【０００９】
【作用】請求項１記載の構成によれば、投影撮影レンズ
で光を計測対象物体に投影し、それにより形成した縞画
像を撮影するに際し、光をミラーで反射することによ
り、投影系と撮影系の光軸をずらすことができるので、
計測対象物体を異なる角度から投影及び撮影する必要の
ある変形格子投影法が利用可能となる。
で光を計測対象物体に投影し、それにより形成した縞画
像を撮影するに際し、光をミラーで反射することによ
り、投影系と撮影系の光軸をずらすことができるので、
計測対象物体を異なる角度から投影及び撮影する必要の
ある変形格子投影法が利用可能となる。
【００１０】また、請求項２記載の構成によれば、請求
項１記載の発明の作用を奏するうえに、投影系と撮影系
の光軸が計測対象物体の法線方向に対しある角度を有す
ることにより、縞画像の格子ピッチを大きくすることが
できる。
項１記載の発明の作用を奏するうえに、投影系と撮影系
の光軸が計測対象物体の法線方向に対しある角度を有す
ることにより、縞画像の格子ピッチを大きくすることが
できる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の第１実施例を図１に基づいて
説明する。図１は本発明のシステム構成図であり、投影
系は計測対象物体の法線に対して一定角度を有し、撮影
系は計測対象物体の法線方向に設けられている。
説明する。図１は本発明のシステム構成図であり、投影
系は計測対象物体の法線に対して一定角度を有し、撮影
系は計測対象物体の法線方向に設けられている。
【００１２】1 は光源であり、ランプ1a、レンズ1b、反
射板1cを有して光を放出する。光は後述する格子、投影
撮影レンズを通り、後述するミラーに反射して計測対象
物体2 に当てられる。
射板1cを有して光を放出する。光は後述する格子、投影
撮影レンズを通り、後述するミラーに反射して計測対象
物体2 に当てられる。
【００１３】3 は格子であり、一定間隔のピッチからな
る隙間を光が通過するよう構成されている。なお、この
格子は、光が通過する所としない所の２パターンだけで
なく、徐々に光の通過量が変化するような、例えば正弦
波形状の濃淡画像の液晶パターンで構成してもよい。
る隙間を光が通過するよう構成されている。なお、この
格子は、光が通過する所としない所の２パターンだけで
なく、徐々に光の通過量が変化するような、例えば正弦
波形状の濃淡画像の液晶パターンで構成してもよい。
【００１４】4 は投影撮影レンズであり、計測対象物体
2 の法線上に設けられ、格子3 を通過した光を投影する
とともに、計測対象物体2 の表面に形成される後述する
縞画像を撮影する。投影撮影レンズ4 の投影系の光軸は
格子3 に対して垂直になっており、また、投影撮影レン
ズ4 を通る投影系、撮影系の光軸は、角度が異なってい
る。なお、光源1 、格子3 、投影撮影レンズ4 、ミラ
ー、計測対象物体2 からなる光軸を投影系、計測対象物
体2 、投影撮影レンズ4 からなる光軸を撮影系と呼ぶ。
2 の法線上に設けられ、格子3 を通過した光を投影する
とともに、計測対象物体2 の表面に形成される後述する
縞画像を撮影する。投影撮影レンズ4 の投影系の光軸は
格子3 に対して垂直になっており、また、投影撮影レン
ズ4 を通る投影系、撮影系の光軸は、角度が異なってい
る。なお、光源1 、格子3 、投影撮影レンズ4 、ミラ
ー、計測対象物体2 からなる光軸を投影系、計測対象物
体2 、投影撮影レンズ4 からなる光軸を撮影系と呼ぶ。
【００１５】5 はミラーであり、投影撮影レンズ4 と計
測対象物体2 の間に設けられて、投影撮影レンズ4 を通
過した光を反射して計測対象物体2 に当てる。計測対象
物体2 の表面には、投影系から見て等間隔のピッチの格
子からなる縞画像が形成される。なお、6 は計測台であ
る。
測対象物体2 の間に設けられて、投影撮影レンズ4 を通
過した光を反射して計測対象物体2 に当てる。計測対象
物体2 の表面には、投影系から見て等間隔のピッチの格
子からなる縞画像が形成される。なお、6 は計測台であ
る。
【００１６】7 は制御部であり、ＣＣＤカメラ8 、カメ
ラコントローラ9 、画像入力ボード10、コンピュータ1
1、テーブルコントローラ12より構成されている。投影
撮影レンズ4 で撮影した縞画像は、ＣＣＤカメラ8 で写
されたのち、カメラコントローラ9 、画像入力ボード10
を介してコンピュータ11に入力される。テーブルコント
ローラ12は、格子3 の位置をピッチ方向に移動させるも
のであり、コンピュータ11で制御される。
ラコントローラ9 、画像入力ボード10、コンピュータ1
1、テーブルコントローラ12より構成されている。投影
撮影レンズ4 で撮影した縞画像は、ＣＣＤカメラ8 で写
されたのち、カメラコントローラ9 、画像入力ボード10
を介してコンピュータ11に入力される。テーブルコント
ローラ12は、格子3 の位置をピッチ方向に移動させるも
のであり、コンピュータ11で制御される。
【００１７】次に、以上の構成を用いた表面形状３次元
計測装置について説明する。光源1を点灯することで、
格子3 、投影撮影レンズ4 を通過した光は、ミラー5 で
反射して、計測対象物体2 の表面に投影系から見て等間
隔のピッチの格子からなる縞画像を形成する。それを投
影撮影レンズ4 で撮影系から観察することにより、計測
対象物体2 の表面の凹凸に応じた変形格子からなる縞画
像を撮影することができる。これが、変形格子投影法で
ある。その縞画像の画素データを、ＣＣＤカメラ8 、カ
メラコントローラ9 、画像入力ボード10を経て、コンピ
ュータ11に入力したあとで、テーブルコントローラ12に
より格子3 を格子の１／４ピッチだけピッチ方向に移動
させる。そして上記と同様に縞画像を撮影する。これを
４回繰り返し、４種類の縞画像（縞画像１、縞画像２、
縞画像３、縞画像４）を画素データとしてコンピュータ
11に入力する。
計測装置について説明する。光源1を点灯することで、
格子3 、投影撮影レンズ4 を通過した光は、ミラー5 で
反射して、計測対象物体2 の表面に投影系から見て等間
隔のピッチの格子からなる縞画像を形成する。それを投
影撮影レンズ4 で撮影系から観察することにより、計測
対象物体2 の表面の凹凸に応じた変形格子からなる縞画
像を撮影することができる。これが、変形格子投影法で
ある。その縞画像の画素データを、ＣＣＤカメラ8 、カ
メラコントローラ9 、画像入力ボード10を経て、コンピ
ュータ11に入力したあとで、テーブルコントローラ12に
より格子3 を格子の１／４ピッチだけピッチ方向に移動
させる。そして上記と同様に縞画像を撮影する。これを
４回繰り返し、４種類の縞画像（縞画像１、縞画像２、
縞画像３、縞画像４）を画素データとしてコンピュータ
11に入力する。
【００１８】計測対象物体2 の任意の位置での各縞画像
の画素の光強度をＩ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４とすると、任
意の位置の位相φは、次の式で求められる。
の画素の光強度をＩ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４とすると、任
意の位置の位相φは、次の式で求められる。
【００１９】 φ＝ｔａｎ-1（（Ｉ２−Ｉ４）／（Ｉ１−Ｉ３）） このデータを計測対象物体の表面全体にわたってつなぎ
合わせることで、全体の形状データが得られる。なお、
以上のような演算をすることを縞走査法と呼ぶ。また、
４画面利用の縞走査法について説明したが、特に４画面
に限定されるものではなく、３画面以上で利用すること
が可能である。
合わせることで、全体の形状データが得られる。なお、
以上のような演算をすることを縞走査法と呼ぶ。また、
４画面利用の縞走査法について説明したが、特に４画面
に限定されるものではなく、３画面以上で利用すること
が可能である。
【００２０】以上により求められた形状データより正確
な計測対象物体の３次元表面形状が求められ、また、各
しきい値を用いて形状データを判定することにより、表
面のキズ、付着などの欠陥が簡単に求めることができ
る。
な計測対象物体の３次元表面形状が求められ、また、各
しきい値を用いて形状データを判定することにより、表
面のキズ、付着などの欠陥が簡単に求めることができ
る。
【００２１】次に、本発明の変形例を図２に示す。光源
1 、格子3 、投影撮影レンズ4 、計測対象物体2 からな
る投影系を計測対象物体2 の法線方向である真上に設
け、計測対象物体2 、ミラー5 、投影撮影レンズ4 から
なる撮影系を計測対象物体2 の法線に対して一定の角度
を有するようにしたものである。
1 、格子3 、投影撮影レンズ4 、計測対象物体2 からな
る投影系を計測対象物体2 の法線方向である真上に設
け、計測対象物体2 、ミラー5 、投影撮影レンズ4 から
なる撮影系を計測対象物体2 の法線に対して一定の角度
を有するようにしたものである。
【００２２】次に、本発明の第２実施例を図３に示す。
これは、投影系、撮影系とも計測対象物体2 の法線に対
して一定の角度を有するようにしたものである。
これは、投影系、撮影系とも計測対象物体2 の法線に対
して一定の角度を有するようにしたものである。
【００２３】5aは第１ミラーであり、投影撮影レンズ4
と計測対象物体2 の間に設けられて、計測対象物体に光
を投影する。5bは第２ミラーであり、同じく投影撮影レ
ンズ4 と計測対象物体2 の間に設けられて、計測対象物
体2 の表面の縞画像を投影撮影レンズ4 に入力する。な
お、光源1 、格子3 、投影撮影レンズ4 、第１ミラー5
a、計測対象物体2 で投影系を、計測対象物体2 、第２
ミラー5b、投影撮影レンズ4 で撮影系を構成している。
と計測対象物体2 の間に設けられて、計測対象物体に光
を投影する。5bは第２ミラーであり、同じく投影撮影レ
ンズ4 と計測対象物体2 の間に設けられて、計測対象物
体2 の表面の縞画像を投影撮影レンズ4 に入力する。な
お、光源1 、格子3 、投影撮影レンズ4 、第１ミラー5
a、計測対象物体2 で投影系を、計測対象物体2 、第２
ミラー5b、投影撮影レンズ4 で撮影系を構成している。
【００２４】このような構成にすることにより、第１実
施例や変形例と比較して、撮影する格子のピッチが拡大
できて、表面形状の計測精度を高めることができる。
施例や変形例と比較して、撮影する格子のピッチが拡大
できて、表面形状の計測精度を高めることができる。
【００２５】
【発明の効果】請求項１記載の表面形状３次元計測装置
は、投影撮影レンズで光を計測対象物体に投影し、それ
により形成した縞画像を撮影するに際し、光をミラーで
反射することにより、投影系と撮影系の光軸をずらすこ
とができるので、計測対象物体を異なる角度から投影及
び撮影する必要のある変形格子投影法が利用可能とな
り、その結果、レンズが一個で済み、装置のコンパクト
化が図れるとともに、低コスト化も図れる。
は、投影撮影レンズで光を計測対象物体に投影し、それ
により形成した縞画像を撮影するに際し、光をミラーで
反射することにより、投影系と撮影系の光軸をずらすこ
とができるので、計測対象物体を異なる角度から投影及
び撮影する必要のある変形格子投影法が利用可能とな
り、その結果、レンズが一個で済み、装置のコンパクト
化が図れるとともに、低コスト化も図れる。
【００２６】また、請求項２記載の表面形状３次元計測
装置は、請求項１記載の発明の効果を奏するうえに、投
影系と撮影系の光軸が計測対象物体の法線方向に対しあ
る角度を有することにより、縞画像の格子ピッチを大き
くすることができるので、計測精度の向上が図れる。
装置は、請求項１記載の発明の効果を奏するうえに、投
影系と撮影系の光軸が計測対象物体の法線方向に対しあ
る角度を有することにより、縞画像の格子ピッチを大き
くすることができるので、計測精度の向上が図れる。
【図１】本発明の第１実施例を示す表面形状３次元計測
装置のシステム構成図である。
装置のシステム構成図である。
【図２】その変形例を示すシステム構成図である。
【図３】本発明の第２実施例を示す表面形状３次元計測
装置のシステム構成図である。
装置のシステム構成図である。
【図４】本発明の従来例を示す表面形状３次元計測装置
のシステム構成図である。
のシステム構成図である。
1 光源 2 計測対象物体 3 格子 4 投影撮影レンズ 5 ミラー 6 計測台 7 制御部 8 ＣＣＤカメラ 9 カメラコントローラ 10 画像入力ボード 11 コンピュータ 12 テーブルコントローラ
Claims (2)
- 【請求項１】 光を放出する光源と、一定間隔のピッ
チからなる格子と、格子を通過した光を計測対象物体に
投影する投影レンズと、計測対象物体表面の縞画像を撮
影する撮影レンズと、撮影レンズで撮影した縞画像を入
力し計測対象物体の表面形状を演算して求める制御部
と、を有する表面形状３次元計測装置において、 上記両レンズと計測対象物体の間に光を反射するミラー
を設け、投影レンズと撮影レンズを一体の投影撮影レン
ズとしたことを特徴とする表面形状３次元計測装置。 - 【請求項２】 前記ミラーを、計測対象物体に光を投
影する第１ミラーと、計測対象物体表面の縞画像を投影
撮影レンズに入力する第２ミラーにより構成したことを
特徴とする請求項１記載の表面形状３次元計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP843994A JPH07218226A (ja) | 1994-01-28 | 1994-01-28 | 表面形状３次元計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP843994A JPH07218226A (ja) | 1994-01-28 | 1994-01-28 | 表面形状３次元計測装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07218226A true JPH07218226A (ja) | 1995-08-18 |
Family
ID=11693166
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP843994A Withdrawn JPH07218226A (ja) | 1994-01-28 | 1994-01-28 | 表面形状３次元計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07218226A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001099618A (ja) * | 1999-07-01 | 2001-04-13 | Carl Zeiss Jena Gmbh | 顕微鏡画像における深度選択の方法および装置 |
| JP2006153575A (ja) * | 2004-11-26 | 2006-06-15 | Olympus Corp | ３次元計測装置 |
| CN107855648A (zh) * | 2017-12-04 | 2018-03-30 | 天津大学 | 一种风电轴承用材料的激光焊接过程三维变形测量装置及测量方法 |
| CN109099858A (zh) * | 2018-09-14 | 2018-12-28 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种反射镜姿态变换面形检测装置 |
-
1994
- 1994-01-28 JP JP843994A patent/JPH07218226A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001099618A (ja) * | 1999-07-01 | 2001-04-13 | Carl Zeiss Jena Gmbh | 顕微鏡画像における深度選択の方法および装置 |
| JP2006153575A (ja) * | 2004-11-26 | 2006-06-15 | Olympus Corp | ３次元計測装置 |
| CN107855648A (zh) * | 2017-12-04 | 2018-03-30 | 天津大学 | 一种风电轴承用材料的激光焊接过程三维变形测量装置及测量方法 |
| CN109099858A (zh) * | 2018-09-14 | 2018-12-28 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种反射镜姿态变换面形检测装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010403 |