JPH08243962A - Range finder - Google Patents
Range finderInfo
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- JPH08243962A JPH08243962A JP5457295A JP5457295A JPH08243962A JP H08243962 A JPH08243962 A JP H08243962A JP 5457295 A JP5457295 A JP 5457295A JP 5457295 A JP5457295 A JP 5457295A JP H08243962 A JPH08243962 A JP H08243962A
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Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Viewfinders (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
- Automatic Focus Adjustment (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、レンジファインダーに
係り、特にロボット作業において３次元空間中の作業対
象物上の光ビームの照射点をカメラで観測し三角測量に
より照射点位置を算出するレンジファインダーに関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a range finder, and more particularly to a range in which the irradiation point of a light beam on a work object in a three-dimensional space is observed by a camera and the irradiation point position is calculated by triangulation in robot work. Regarding the viewfinder.
【０００２】[0002]
【従来の技術】最近のロボットの研究はロボットの自律
化を主な目的としており、ロボットが自律的に動作する
ためには、作業環境、すなわち作業対象物体の位置を計
測することは不可欠である。その一手法としてレーザレ
ンジファインダーによる作業対象物体の３次元位置測定
がある。2. Description of the Related Art Recent researches on robots have a main purpose to make the robot autonomous, and in order for the robot to operate autonomously, it is essential to measure the work environment, that is, the position of a work target object. . As one of the methods, there is a three-dimensional position measurement of a work target object using a laser range finder.
【０００３】図７に示すように、この３次元位置測定に
おいては、作業者１９は、作業対象物体を視野に納めた
２台のカメラ６、７からＴＶモニタ３へ入力された画像
で作業対象物体上に測定対象位置を確認し、その位置に
レーザ光源４からの光ビーム８によってレーザスポット
が照射されるようにする。作業者１９はＴＶモニタ３で
確認しながらジョイスティック２等でレーザスポットを
移動させる。その後、２台のカメラ６、７のからの入力
画像面上のレーザスポットの位置を測定し三角測量法の
原理に従って測定対象の３次元位置が計算される。As shown in FIG. 7, in this three-dimensional position measurement, the worker 19 uses the images input to the TV monitor 3 from the two cameras 6 and 7 having the work target object in the field of view. The position to be measured is confirmed on the object, and the laser beam is emitted from the laser light source 4 to the position so that the laser spot is irradiated. The worker 19 moves the laser spot with the joystick 2 or the like while checking on the TV monitor 3. After that, the position of the laser spot on the input image plane from the two cameras 6 and 7 is measured, and the three-dimensional position of the measurement target is calculated according to the principle of the triangulation method.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ジョイ
スティック２の操作によってレーザスポットを連続して
動かしても、ＴＶモニタ３画像面上においてレーザスポ
ットで作業対象物を連続的に追尾できない場合がある。However, even if the laser spot is continuously moved by the operation of the joystick 2, there are cases where the laser spot cannot continuously track the work target on the image plane of the TV monitor 3.
【０００５】例えば図８に示すように、背景の建築物２
１から建築物２１の前に位置するバス２０へレーザスポ
ットを走査する場合、走査線２３は建築物２１からバス
２０へ移る点では、ジョイスティック２等で光ビーム８
を水平に連続的に動かしても、ＴＶモニタ３の画像面上
では不連続に変わる。For example, as shown in FIG. 8, a background building 2
When the laser spot is scanned from 1 to the bus 20 located in front of the building 21, the scanning line 23 moves from the building 21 to the bus 20 at the joystick 2 or the like.
Even if it is moved horizontally continuously, it changes discontinuously on the image plane of the TV monitor 3.
【０００６】このような不連続性は、レーザスポットが
照射される作業対象物に奥行きが存在する限り、通常避
けられないものである。Such discontinuity is usually inevitable as long as there is depth in the work object irradiated with the laser spot.
【０００７】一方、このような不連続性のために、光ビ
ーム８を走査して所望の測定対象位置にレーザスポット
を導き照射することは思いの他に難しく、作業者にとっ
てかなりの負担となっており、測定作業時間が長くなる
という問題点があった。On the other hand, because of such discontinuity, it is unexpectedly difficult to scan the light beam 8 to guide and irradiate a laser spot to a desired measurement target position, which is a considerable burden on the operator. Therefore, there is a problem that the measurement work time becomes long.
【０００８】そこで本発明の目的は、上記従来技術の有
する問題を解消し、モニター画面上で作業対象物上の位
置測定の目標点を指示しその目標点へ光ビームを容易に
照射することができ、照射点位置の測定時間を短縮で
き、作業者の負担を軽減させることができる画面指示型
のレンジファインダーを提供することである。Therefore, an object of the present invention is to solve the above problems of the prior art, to indicate a target point for position measurement on a work object on a monitor screen, and to easily irradiate the target point with a light beam. It is an object of the present invention to provide a screen-indicating range finder capable of shortening the measurement time of the irradiation point position and reducing the burden on the operator.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る画面指示型のレンジファインダーは、
作業対象物上に光源から発した光ビームを照射し、照射
点をカメラで観測し三角測量により照射点位置を算出す
るレンジファインダーであって、位置測定の目標点を含
む測定対象領域をカメラで写し、このカメラで写した像
をモニター画面でモニターするためのモニター手段と、
前記モニター画面上で前記目標点を指示する目標点指示
手段と、前記カメラの手前に配設されたハーフミラー
と、前記ハーフミラーに対し前記カメラの結像面と共役
な位置にある共役面を設定し、前記共役面と垂直に前記
光ビームが照射されるように前記共役面上の任意の位置
へ前記光ビームを移動可能であり、前記目標点指示手段
による指示に応答して前記目標点に対応する前記共役面
上の共役点へ前記光ビームを移動する光ビーム移動手段
と、を備えることを特徴とする。In order to achieve the above object, a screen pointing type range finder according to the present invention is
A range finder that irradiates a work object with a light beam emitted from a light source, observes the irradiation point with a camera, and calculates the irradiation point position by triangulation.The camera measures the measurement target area including the target point for position measurement. And a monitor means for monitoring the image captured by this camera on the monitor screen,
A target point designating means for designating the target point on the monitor screen, a half mirror arranged in front of the camera, and a conjugate plane at a position conjugate with the image plane of the camera with respect to the half mirror. It is possible to move the light beam to an arbitrary position on the conjugate plane so that the light beam is irradiated perpendicularly to the conjugate plane, and the target point is responsive to the instruction from the target point instruction means. And a light beam moving unit that moves the light beam to a conjugate point on the conjugate plane corresponding to.
【００１０】また、好適には、前記光ビーム移動手段
は、前記共役面と垂直に前記光ビームが照射されるよう
に前記共役面上の任意の位置へ前記光ビームを移動可能
であることを特徴とする。Further, preferably, the light beam moving means is capable of moving the light beam to an arbitrary position on the conjugate plane so that the light beam is irradiated perpendicularly to the conjugate plane. Characterize.
【００１１】また、好適には、前記ハーフミラーは、前
記カメラの結像面と４５度の角度をなすように配置され
ていることを特徴とする。Further, it is preferable that the half mirror is arranged so as to form an angle of 45 degrees with the image plane of the camera.
【００１２】[0012]
【作用】カメラの手前に配設されたハーフミラーに対し
カメラの結像面と共役な位置にある共役面を設定する。
この共役面上の各点はカメラの結像面上の各点に１対１
に対応する。作業対象物上の位置測定の目標点は、結像
面上の結像点に対応し、この結像点は共役面上の点に対
応する。モニター画面上ではカメラの結像面をモニター
していることになるので、モニター画面上で目標点を指
示することは、この目標点に対応する共役面上の点を指
示することに結びつく。With the half mirror arranged in front of the camera, a conjugate plane is set at a position conjugate with the image plane of the camera.
Each point on this conjugate plane has a one-to-one correspondence with each point on the image plane of the camera.
Corresponding to. The target point for position measurement on the work object corresponds to the image point on the image plane, which image point corresponds to the point on the conjugate plane. Since the image plane of the camera is being monitored on the monitor screen, designating the target point on the monitor screen leads to designating the point on the conjugate plane corresponding to this target point.
【００１３】目標点指示手段によりモニター画面上で目
標点を指示したことに応答し、光ビーム移動手段は指示
された目標点に対応する共役面上の位置へ光ビームを移
動する。In response to the target point designating means designating the target point on the monitor screen, the light beam moving means moves the light beam to a position on the conjugate plane corresponding to the designated target point.
【００１４】このように対応する共役点へ移動された光
ビームは、ハーフミラーで反射されて、作業対象物上の
目標点へ照射される。この照射点をカメラで観測し三角
測量により照射点位置を算出する。The light beam thus moved to the corresponding conjugate point is reflected by the half mirror and is applied to the target point on the work object. This irradiation point is observed with a camera and the irradiation point position is calculated by triangulation.
【００１５】ここで、光ビームは、必ずしも共役面に垂
直に照射される必要はない。例えば、光源より発した光
ビームを集光し、点光源にし、この点光源を共役面上を
移動させる場合は、光ビームは共役面へ垂直に照射され
なくともよい。一方、平行な光ビームを共役面上へ照射
する場合には、光ビームは共役面に垂直に照射されるこ
とが必要である。Here, the light beam does not necessarily have to be irradiated perpendicularly to the conjugate plane. For example, when the light beam emitted from the light source is condensed into a point light source and the point light source is moved on the conjugate plane, the light beam does not have to be vertically irradiated to the conjugate plane. On the other hand, in the case of irradiating a parallel light beam onto the conjugate plane, it is necessary to irradiate the light beam perpendicularly to the conjugate plane.
【００１６】[0016]
【実施例】以下に本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図５に、本実施例の画面指示型レンジファインダ
ーの全体構成を示す。図５において、２台のＣＣＤタイ
プのカメラ６、７は、三角測量を可能にするように所定
の間隔をおいて配置されている。カメラ６、７は制御装
置１に接続されており、制御装置１において三角測量に
必要な演算が行われるようになっている。位置測定の目
標点を含む測定対象領域のカメラ６、７による像は、制
御装置１を介してＴＶモニター３のモニター画面で作業
者１９によって観察されるようになっている。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 5 shows the overall configuration of the screen-indicating range finder of this embodiment. In FIG. 5, two CCD type cameras 6 and 7 are arranged at a predetermined interval so as to enable triangulation. The cameras 6 and 7 are connected to the control device 1 so that the control device 1 can perform calculations required for triangulation. Images of the measurement target areas including the target points for position measurement by the cameras 6 and 7 are to be observed by the operator 19 on the monitor screen of the TV monitor 3 via the control device 1.
【００１７】ＴＶモニター３には、ジョイスティック等
からなる目標点指示手段３５が接続されている。目標点
指示手段３５は、ＴＶモニター３のモニター画面上で位
置測定の目標点の位置に十字印等のカーソルを移動させ
て指示する。To the TV monitor 3, a target point indicating means 35 including a joystick or the like is connected. The target point instructing means 35 moves a cursor such as a cross mark to the position of the target point for position measurement on the monitor screen of the TV monitor 3 to instruct.
【００１８】カメラ６の手前にはハーフミラー５が配設
されている。ハーフミラー５は、カメラ６とカメラ７の
各々の主光線によって形成される平面に垂直に立設さ
れ、ハーフミラー５の面はカメラ６の結像面１０と約４
５度の角度をなしている。ハーフミラー５の面に対して
結像面１０と共役な位置にある面を共役面１４とする。A half mirror 5 is arranged in front of the camera 6. The half mirror 5 is erected perpendicularly to the plane formed by the chief rays of each of the camera 6 and the camera 7, and the surface of the half mirror 5 is about 4 mm from the image plane 10 of the camera 6.
It makes an angle of 5 degrees. A plane at a position conjugate with the image plane 10 with respect to the plane of the half mirror 5 is referred to as a conjugate plane 14.
【００１９】制御装置１には光ビーム移動手段３０が接
続されている。光ビーム移動手段３０は、共役面１４と
垂直に光ビーム８が照射されるように共役面１４上の任
意の位置へ光ビーム８を移動させるようになっている。
また、光ビーム移動手段３０は、目標点指示手段３５に
より目標点がモニター画面上で指示されたときに、この
指示に応答してこの目標点に対応する共役面１４上の共
役点へ光ビーム８を移動するようになっている。A light beam moving means 30 is connected to the control device 1. The light beam moving means 30 moves the light beam 8 to an arbitrary position on the conjugate plane 14 so that the light beam 8 is irradiated perpendicularly to the conjugate plane 14.
In addition, when the target point designating unit 35 designates a target point on the monitor screen, the light beam moving unit 30 responds to this designation and moves the light beam to the conjugate point on the conjugate plane 14 corresponding to this target point. It is designed to move 8.
【００２０】また、ＴＶモニター３、レーザ光源４、カ
メラ６、７および光ビーム移動手段３０は制御装置１に
接続され、制御装置１によって画面指示型のレンジファ
インダーの必要な制御が行われる。The TV monitor 3, the laser light source 4, the cameras 6 and 7, and the light beam moving means 30 are connected to the control device 1, and the control device 1 performs necessary control of the screen-indicating range finder.
【００２１】次にハーフミラー５の配置について説明す
る。ハーフミラー５は、図３または図４に示すような光
学系を形成するように配置されている。図３において、
ハーフミラー５の手前に結像レンズ９が配設されてい
る。ハーフミラー５の反射面が所定基準面３１に垂直に
なるようにハーフミラー５はカメラ６の手前に配置され
ている。ここで、所定基準面３１とは結像光線３２と反
射結像光線３３とによって形成される平面であり、結像
光線３２とは作業対象物上の位置測定の目標点Ｐo と目
標点Ｐo に対応するカメラ６の結像面１０上の結像点Ｐ
c とを結んで形成される線であり、反射結像光線３３と
は結合光線３２がハーフミラー５によって反射され形成
される線である。ハーフミラー５は結像面１０と４５度
の角度をなすように配置されている。結像面１０のハー
フミラー５に対する共役な面１４はハーフミラー５と４
５度の角度をなす。結像点Ｐc のハーフミラー５に対す
る共役な点がＰf である。Next, the arrangement of the half mirror 5 will be described. The half mirror 5 is arranged so as to form an optical system as shown in FIG. 3 or 4. In FIG.
An imaging lens 9 is arranged in front of the half mirror 5. The half mirror 5 is arranged in front of the camera 6 so that the reflection surface of the half mirror 5 is perpendicular to the predetermined reference plane 31. Here, the predetermined reference surface 31 is a plane formed by the image forming light beam 32 and the reflected image forming light beam 33, and the image forming light beam 32 is the target point Po and the target point Po for position measurement on the work object. Imaging point P on the imaging plane 10 of the corresponding camera 6
It is a line formed by connecting c and c, and the reflected imaging light beam 33 is a line formed by the combined light beam 32 being reflected by the half mirror 5. The half mirror 5 is arranged so as to form an angle of 45 degrees with the image plane 10. The conjugate plane 14 of the image plane 10 with respect to the half mirror 5 is the half mirrors 5 and 4.
Make an angle of 5 degrees. The conjugate point of the image forming point Pc with respect to the half mirror 5 is Pf.
【００２２】ここで、レーザ光源４から出射される光ビ
ーム８は点Ｐf を通るように、共役面１４へ照射され
る。光ビーム８が平行な光ビームである場合には、点Ｐ
f を通りかつ共役面１４に垂直に照射されるようにす
る。また、光ビーム８が共役面１４上で平行な光ビーム
でない場合には、点Ｐf に光ビーム８を集光し点光源を
形成するようにする。Here, the light beam 8 emitted from the laser light source 4 is applied to the conjugate plane 14 so as to pass through the point Pf. If the light beam 8 is a parallel light beam, the point P
Irradiation passes through f and is perpendicular to the conjugate plane 14. When the light beam 8 is not a parallel light beam on the conjugate plane 14, the light beam 8 is focused on the point Pf to form a point light source.
【００２３】なお、図４に示すように、ハーフミラー５
は、結像レンズ９の手前に配置されてもよい。この場
合、結像レンズ９のハーフミラー５に対する共役な位置
に結像レンズ２４が配置され、光ビーム８はレンズ２４
を通ってハーフミラー５へ照射される。As shown in FIG. 4, the half mirror 5
May be arranged in front of the imaging lens 9. In this case, the image forming lens 24 is arranged at a position conjugate with the half mirror 5 of the image forming lens 9, and the light beam 8 is emitted from the lens 24.
The half mirror 5 is irradiated with the light.
【００２４】次に図１を参照して、光ビーム移動手段３
０等について説明する。レーザ光源４からの光ビームは
光ファイバ１５によって案内されるようになっている。
光ファイバ１５の先端は光ファイバコネクタ１６に接続
され、光ファイバコネクタ１６は光ファイバ移動台２２
に接続されている。光ファイバ移動台２２は、エンコー
ダ付きＤＣモータ１７、１８によって、共役面１４に平
行な面内で移動できるようになっている。Next, referring to FIG. 1, the light beam moving means 3
0 and the like will be described. The light beam from the laser light source 4 is guided by the optical fiber 15.
The tip of the optical fiber 15 is connected to the optical fiber connector 16, and the optical fiber connector 16 is connected to the optical fiber moving base 22.
It is connected to the. The optical fiber moving table 22 can be moved in a plane parallel to the conjugate plane 14 by the DC motors 17 and 18 with encoders.
【００２５】光ファイバコネクタ１６の先端部は光ファ
イバ１５の端面が露出するようになっている。この光フ
ァイバ１５の端面は約１０μｍ程度の小さい面積を有
し、したがって、光ファイバ１５の端面は点光源を形成
しているとみなすことが可能である。光ファイバコネク
タ１６の位置は、光ファイバ端面で形成された点光源が
共役面１４上に位置するように、調整されている。At the tip of the optical fiber connector 16, the end face of the optical fiber 15 is exposed. The end face of the optical fiber 15 has a small area of about 10 μm, and therefore, the end face of the optical fiber 15 can be regarded as forming a point light source. The position of the optical fiber connector 16 is adjusted so that the point light source formed by the end face of the optical fiber is located on the conjugate surface 14.
【００２６】光ファイバ端面の前方には、結像レンズ２
４が配設されている。結像レンズ２４は結像レンズ９と
同等な機能を果たす。すなわち、図４において、結像レ
ンズ９が目標点Ｐo と結像点Ｐc を対応づけることと同
様に、結像レンズ２４は目標点Ｐo を共役点Ｐf に対応
づける。この結果、光ファイバ端面で形成された点光源
から出射した光ビームは、ハーフミラー５を介して目標
点Ｐo へ照射される。なお、図３に示したように、結像
レンズ９をハーフミラー５の手前に配設することによ
り、結像レンズ２４を省くことも可能である。An image forming lens 2 is provided in front of the end face of the optical fiber.
4 are provided. The imaging lens 24 has the same function as the imaging lens 9. That is, in FIG. 4, the imaging lens 24 associates the target point Po with the conjugate point Pf in the same manner as the imaging lens 9 associates the target point Po with the imaging point Pc. As a result, the light beam emitted from the point light source formed by the end face of the optical fiber is applied to the target point Po via the half mirror 5. As shown in FIG. 3, the image forming lens 24 may be omitted by disposing the image forming lens 9 in front of the half mirror 5.
【００２７】次に、本実施例の装置を用いた三角測量に
ついて説明する。図２に示すように、作業対象物体１３
の像１２がカメラ６の結像面１０に形成され、制御装置
１を介してＴＶモニタ画面１１に表示される。作業者１
９はジョイスティック等からなる目標点指示手段３５を
操作し、ＴＶモニタ画面１１上の作業対象物体１３の測
定対象位置を指示する。この測定対象位置が位置測定の
目標点Ｐo に対応する。目標点指示手段３５による指示
は、＋形のマーカーの中心を測定対象位置まで移動さ
せ、その位置でマーキングすることで行われ、測定対象
位置の情報が制御装置１へ入力される。Next, triangulation using the apparatus of this embodiment will be described. As shown in FIG. 2, the work target object 13
Image 12 is formed on the image plane 10 of the camera 6 and is displayed on the TV monitor screen 11 via the control device 1. Worker 1
Reference numeral 9 operates a target point designating means 35 such as a joystick to designate the measurement target position of the work target object 13 on the TV monitor screen 11. This measurement target position corresponds to the target point Po for position measurement. The instruction by the target point instruction means 35 is performed by moving the center of the + -shaped marker to the measurement target position and marking at that position, and the information of the measurement target position is input to the control device 1.
【００２８】制御装置１は目標点Ｐo に対応する共役面
１４上の共役点Ｐf の位置を算出する。この算出結果に
基づき、エンコーダ付きＤＣモータ１７、１８の各エン
コーダへ移動量の命令が送られる。この命令によって、
エンコーダ付きＤＣモータ１７、１８は、光ファイバ移
動台２２を移動駆動する。この結果、光ファイバ１５の
端面で形成された点光源は、共役面１４上の共役点Ｐf
の位置にくる。The control device 1 calculates the position of the conjugate point Pf on the conjugate plane 14 corresponding to the target point Po. Based on the calculation result, a command for the movement amount is sent to each encoder of the DC motors 17 and 18 with an encoder. This command
The DC motors 17 and 18 with an encoder move and drive the optical fiber moving base 22. As a result, the point light source formed by the end face of the optical fiber 15 is the conjugate point Pf on the conjugate plane 14.
Come to the position.
【００２９】次に、レーザ光源４が駆動され、光ビーム
８がハーフミラー５を介して作業対象物体１３へ出射さ
れる。共役面１４はハーフミラー１４に対する共役な位
置にあるので、光ビーム８は作業対象物体１３上の目標
点Ｐo へ照射されることになる。Next, the laser light source 4 is driven and the light beam 8 is emitted to the work target object 13 via the half mirror 5. Since the conjugate plane 14 is located at a conjugate position with respect to the half mirror 14, the light beam 8 is irradiated onto the target point Po on the work target object 13.
【００３０】図２において、ＴＶモニタ画面１１とカメ
ラ１の結像面１０との倍率をｍとする。点Ｐｆと共役な
関係にある結像点Ｐc と、結像点Ｐc に対応するＴＶモ
ニタ画面１１の点の各々の座標を（Ｘｃ、Ｙｃ）、（Ｘ
ｔ、Ｙｔ）とすると、（ａ−１）式、（ａ−２）式によ
り結像面１０での位置が計算され、レーザ照射位置が計
算される。 Ｘｃ＝−（１／ｍ）・Ｘｔ （ａ−１） Ｙｃ＝−（１／ｍ）・Ｙｔ （ａ−２） 次に、三角測量の原理に基づく２台のカメラによる３次
元位置測定について図６および図９を参照して説明す
る。図６は、３次元位置測定のアルゴリズムを示すフロ
ーチャート図である。前述したように、モニタ画面１１
で目標点Ｐo の結像点Ｐc に対応する点Ｐt まで目標点
指示手段３５により＋形のマーカーの中心を移動させそ
の位置でマーキングすることで測定対象位置の情報が制
御装置１へ入力される。制御装置１は目標点Ｐo に対応
する共役面１４上の共役点Ｐf の位置を算出する。光フ
ァイバ１５の端面で形成される点光源の位置が共役点Ｐ
f の位置になるように光ファイバ移動台２２が光ビーム
移動手段３０によって移動される。次に、レーザスポッ
トが照射される。次に照射点の位置が三角測量により算
出される。In FIG. 2, the magnification between the TV monitor screen 11 and the image plane 10 of the camera 1 is m. An image forming point Pc having a conjugate relationship with the point Pf and coordinates of each point on the TV monitor screen 11 corresponding to the image forming point Pc are (Xc, Yc), (X
t, Yt), the position on the image plane 10 is calculated by the equations (a-1) and (a-2), and the laser irradiation position is calculated. Xc =-(1 / m) * Xt (a-1) Yc =-(1 / m) * Yt (a-2) Next, the figure about three-dimensional position measurement by two cameras based on the principle of triangulation. This will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a flowchart showing an algorithm for three-dimensional position measurement. As described above, the monitor screen 11
Then, the center of the + -shaped marker is moved to the point Pt corresponding to the image forming point Pc of the target point Po by the target point indicating means 35 and marking is performed at that position to input the information of the measurement target position to the control device 1. . The control device 1 calculates the position of the conjugate point Pf on the conjugate plane 14 corresponding to the target point Po. The position of the point light source formed on the end face of the optical fiber 15 is the conjugate point P.
The optical fiber moving table 22 is moved by the light beam moving means 30 so as to be at the position of f. Next, a laser spot is irradiated. Next, the position of the irradiation point is calculated by triangulation.
【００３１】測定空間上の点Ｐo （ｘ，ｙ，ｚ）へレー
ザスポットが照射されると、図９に示すような通常の三
角測量に従い、点Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）の位置が求められ
る。図９において、２台のカメラ６、７は間隔ｌをおい
て配置されている。位置測定系のカメラ測定座標を図の
ように設定し、ｙ軸を左カメラ光軸方向に、ｘ軸を右側
カメラレンズ中心を通るように選ぶ。両カメラ撮像面に
も光軸と交わる点を原点とするカメラ撮像面座標を図の
ようにそれぞれ設定する。When a laser spot is applied to a point Po (x, y, z) on the measurement space, the position of the point P (x, y, z) is obtained according to the usual triangulation as shown in FIG. To be In FIG. 9, the two cameras 6 and 7 are arranged at an interval l. The camera measurement coordinates of the position measuring system are set as shown in the figure, and the y axis is selected so as to pass through the optical axis of the left camera, and the x axis is selected so as to pass through the center of the right camera lens. The camera image pickup plane coordinates with the origin intersecting with the optical axis are set on both camera image pickup planes as shown in the figure.
【００３２】測定空間上の点Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）を左右の
カメラでとらえたとき、点Ｐは左カメラ撮像面上ではＰ
L （ｘL ，ｙL ）に、右カメラ撮像面上ではＰR （ｘR
，ｙR ）にそれぞれ投影される。左右のレンズ中心か
ら点Ｐを眺めたときの角度を直接用いても点Ｐまでの位
置を知ることが出来るが、ここでは撮像面上の対応点Ｐ
L （ｘL ，ｙL ）とＰR （ｘR ，ｙR ）から位置を求め
ている。直線ＰＰL とＰＰR は次式で表される。 ＸL ／ｘ＝ｆ／ｙ＝ｙL ／ｚ （ｂ−１） ＸR ／（ｘ−１）＝ｆ／ｙ＝ｙR ／ｚ （ｂ−２） 但し ｆ：レンズ焦点距離 ｌ：視点間、（レンズ間）距離 （ｂ−１）式・（ｂ−２）式から、点Ｐの位置は、ｙL
＝ｙR であることに注意すれば下式で求められる。 ｘ＝ｘL ・ｌ／（ｘL −ｘR ） （ｃ−１） ｙ＝ ｆ・ｌ／（ｘL −ｘR ） （ｃ−２） ｚ＝ｙL ・ｌ／（ｘL −ｘR ） （ｃ−３） 以上、本実施例の構成によれば、ハーフミラー５を設け
カメラ６の結像面の共役面１４を設定し、モニター画面
上で目標点指示手段３５により目標点Ｐo を指示し、こ
の指示に応答して光ビーム移動手段３０により、光ファ
イバ端面で形成される点光源の位置を目標点Ｐo に対応
する共役面１４上の共役点Ｐf へ移動することをできる
ようにしたので、光ビーム８を目標点Ｐo へ確実に容易
に照射することができる。When a point P (x, y, z) in the measurement space is captured by the left and right cameras, the point P is P on the left camera imaging plane.
L (xL, yL) to PR (xR
, YR), respectively. The position up to the point P can be known by directly using the angle when the point P is viewed from the center of the left and right lenses, but here, the corresponding point P on the imaging surface
The position is obtained from L (xL, yL) and PR (xR, yR). The straight lines PPL and PPR are expressed by the following equation. XL / x = f / y = yL / z (b-1) XR / (x-1) = f / y = yR / z (b-2) where f: lens focal length l: between viewpoints, (between lenses ) Distance From the expressions (b-1) and (b-2), the position of the point P is yL
Note that ＝ yR, it can be calculated by the following formula. x = xL.l / (xL-xR) (c-1) y = f.l / (xL-xR) (c-2) z = yL.l / (xL-xR) (c-3) According to the configuration of this embodiment, the half mirror 5 is provided, the conjugate plane 14 of the image forming plane of the camera 6 is set, the target point Po is designated by the target point designating means 35 on the monitor screen, and in response to this designation. Since the light beam moving means 30 can move the position of the point light source formed by the end face of the optical fiber to the conjugate point Pf on the conjugate plane 14 corresponding to the target point Po, the light beam 8 is targeted. The point Po can be surely and easily irradiated.
【００３３】なお、上述の実施例の説明において、光源
４として半導体レーザ等のレーザ光源を使用するとした
が、レーザ光源に限らずＬＥＤ等による光ビームであっ
てもよい。Although a laser light source such as a semiconductor laser is used as the light source 4 in the above description of the embodiment, the light source 4 is not limited to the laser light source and may be a light beam from an LED or the like.
【００３４】また、ハーフミラーは、カメラ６の結像面
１０と４５度の角度をなすように配置されているとした
が、４５度に限らず共役面１４を設けることができれば
他の角度でよい。Further, although the half mirror is arranged so as to form an angle of 45 degrees with the image plane 10 of the camera 6, the half mirror is not limited to 45 degrees and can be provided at another angle as long as the conjugate plane 14 can be provided. Good.
【００３５】また、上述の実施例の説明においては、共
役面１４上に点光源を形成しこの点光源を共役面１４上
を移動する場合について説明したが、本発明はこれに限
らない。平行化された光ビームを用いる場合は光ビーム
を共役面１４に常に垂直に照射するようにし、共役面１
４上を平行移動すればよい。In the above description of the embodiment, the case where a point light source is formed on the conjugate plane 14 and the point light source is moved on the conjugate plane 14 has been described, but the present invention is not limited to this. When the collimated light beam is used, the light beam is always irradiated onto the conjugate plane 14 perpendicularly.
4 should be moved in parallel.
【００３６】なお、本発明の構成によれば、モニター画
面上で指示した作業対象物上の目標点Ｐo へ光ビーム８
を照射することができ、目標点Ｐo の位置を測定するこ
とが可能になる。したがって、本発明を応用することに
より、モニター画面画像上で点の集合を指示し、指示し
た範囲を色情報や濃淡情報で識別することができる。さ
らに、三角測量により、上述したように色情報や濃淡情
報で識別した領域の距離情報を加えることができる。こ
の結果、濃淡情報等と距離情報とを対応づけすることが
でき、画像認識のための濃淡情報と距離情報の入力装置
としても使用することも可能になる。According to the configuration of the present invention, the light beam 8 is directed to the target point Po on the work object designated on the monitor screen.
Can be irradiated, and the position of the target point Po can be measured. Therefore, by applying the present invention, a set of points can be designated on the monitor screen image, and the designated range can be identified by color information or grayscale information. Further, by triangulation, it is possible to add the distance information of the area identified by the color information or the grayscale information as described above. As a result, the grayscale information and the like can be associated with the distance information, and the grayscale information and the distance information for image recognition can be used as an input device.
【００３７】[0037]
【発明の効果】以上本発明の構成によれば、カメラの手
前にハーフミラーを配設しカメラの結像面の共役面を設
定し、モニター画面上で目標点指示手段により目標点を
指示し、この指示に応答して光ビーム移動手段により、
光ビームを共役面上の共役点へ移動することをできるよ
うにしたので、作業対象物上の目標点へ光ビームを確実
に容易に照射することができる。この結果、レーザスポ
ットを測定対象位置に当てる作業において、作業者にか
かる負担を大幅に軽減し、更に測定にかかる時間も大幅
に短縮することができる。As described above, according to the structure of the present invention, the half mirror is arranged in front of the camera, the conjugate plane of the image forming plane of the camera is set, and the target point is indicated by the target point indicating means on the monitor screen. , By the light beam moving means in response to this instruction,
Since the light beam can be moved to the conjugate point on the conjugate plane, the light beam can be surely and easily irradiated to the target point on the work object. As a result, in the work of applying the laser spot to the measurement target position, the burden on the operator can be significantly reduced, and the time required for the measurement can be significantly reduced.
【図１】本発明の画面指示型のレンジファインダーの一
実施例の構成を示す斜視図。FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of an embodiment of a screen pointing range finder according to the present invention.
【図２】ＴＶモニタ、カメラの結像面および測定対象物
との関係を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a TV monitor, an image plane of a camera, and an object to be measured.
【図３】本実施例に使用する光学系を説明する図。FIG. 3 is a diagram illustrating an optical system used in this embodiment.
【図４】本実施例に使用する他の光学系を説明する図。FIG. 4 is a diagram illustrating another optical system used in this embodiment.
【図５】画面指示型のレンジファインダーの実施例の概
略を示すブロック図。FIG. 5 is a block diagram showing an outline of an embodiment of a screen-indicating range finder.
【図６】同実施例に適用されるアルゴリズムを示すフロ
ーチャート図。FIG. 6 is a flowchart showing an algorithm applied to the embodiment.
【図７】従来の画面指示型のレンジファインダーの概略
を示すブロック図。FIG. 7 is a block diagram showing an outline of a conventional screen pointing type range finder.
【図８】従来例のレーザスポット移動例を示す図。FIG. 8 is a diagram showing an example of moving a laser spot in a conventional example.
【図９】２台のカメラによる三角測量による３次元位置
測定を説明する原理図。FIG. 9 is a principle diagram for explaining three-dimensional position measurement by triangulation with two cameras.
１ 制御装置 ２ ジョイスティック ３ ＴＶモニタ（モニター手段） ４ 光源 ５ ハーフミラー ６ ＣＣＤカメラ ７ ＣＣＤカメラ ８ 光ビーム ９ 結像レンズ １０ 結像面 １１ ＴＶモニタ画面 １２ 像 １３ 作業対象物 １４ 共役面 １５ 光ファイバ １６ 光ファイバコネクタ １７ エンコーダ付きＤＣモータ １８ エンコーダ付きＤＣモータ １９ 作業者 ２０ バス ２１ ビル ２２ 光ファイバ移動台 ２４ 結像レンズ ３０ 光ビーム移動手段 ３５ 目標点指示手段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Control device 2 Joystick 3 TV monitor (monitoring means) 4 Light source 5 Half mirror 6 CCD camera 7 CCD camera 8 Light beam 9 Imaging lens 10 Imaging plane 11 TV monitor screen 12 Image 13 Work target 14 Conjugate plane 15 Optical fiber 16 Optical Fiber Connector 17 DC Motor with Encoder 18 DC Motor with Encoder 19 Worker 20 Bus 21 Building 22 Optical Fiber Moving Base 24 Imaging Lens 30 Light Beam Moving Means 35 Target Point Indicating Means
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松 澤 英 樹 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Hideki Matsuzawa 2-4 Suehiro-cho, Tsurumi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Toshiba Keihin Office
Claims (3)
照射し、照射点をカメラで観測し三角測量により照射点
位置を算出するレンジファインダーであって、 位置測定の目標点を含む測定対象領域をカメラで写し、
このカメラで写した像をモニター画面でモニターするた
めのモニター手段と、 前記モニター画面上で前記目標点を指示する目標点指示
手段と、 前記カメラの手前に配設されたハーフミラーと、 前記ハーフミラーに対し前記カメラの結像面と共役な位
置にある共役面を設定し、前記共役面に前記光ビームが
照射されるように前記共役面上の任意の位置へ前記光ビ
ームを移動可能であり、前記目標点指示手段による指示
に応答して前記目標点に対応する前記共役面上の共役点
へ前記光ビームを移動する光ビーム移動手段と、を備え
ることを特徴とする画面指示型のレンジファインダー。1. A range finder for irradiating a work object with a light beam emitted from a light source, observing an irradiation point with a camera, and calculating an irradiation point position by triangulation, the measurement including a target point for position measurement. Take a photo of the target area,
Monitor means for monitoring an image captured by the camera on a monitor screen, target point indicating means for indicating the target point on the monitor screen, a half mirror arranged in front of the camera, the half A conjugate plane is set at a position conjugate with the image plane of the camera with respect to the mirror, and the light beam can be moved to any position on the conjugate plane so that the conjugate plane is irradiated with the light beam. And a light beam moving means for moving the light beam to a conjugate point on the conjugate plane corresponding to the target point in response to an instruction from the target point instruction means. Range finder.
直に前記光ビームが照射されるように前記共役面上の任
意の位置へ前記光ビームを移動可能であることを特徴と
する請求項１に記載の画面指示型のレンジファインダ
ー。2. The light beam moving means is capable of moving the light beam to an arbitrary position on the conjugate plane so that the light beam is irradiated perpendicularly to the conjugate plane. A screen-indicating range finder according to item 1.
と４５度の角度をなすように配置されていることを特徴
とする請求項１または請求項２に記載の画面指示型レン
ジファインダー。3. The screen pointing rangefinder according to claim 1 or 2, wherein the half mirror is arranged so as to form an angle of 45 degrees with an image forming plane of the camera.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5457295A JP3346937B2 (en) | 1995-03-14 | 1995-03-14 | Range finder |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5457295A JP3346937B2 (en) | 1995-03-14 | 1995-03-14 | Range finder |
Publications (2)
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| JPH08243962A true JPH08243962A (en) | 1996-09-24 |
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Family
ID=12974414
Family Applications (1)
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008153127A1 (en) * | 2007-06-15 | 2008-12-18 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Instrument for examining/measuring object to be measured |
-
1995
- 1995-03-14 JP JP5457295A patent/JP3346937B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008153127A1 (en) * | 2007-06-15 | 2008-12-18 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Instrument for examining/measuring object to be measured |
| JP5112432B2 (en) * | 2007-06-15 | 2013-01-09 | 株式会社東芝 | Device for inspection and measurement of measured objects |
| US8483444B2 (en) | 2007-06-15 | 2013-07-09 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Apparatus for inspecting and measuring object to be measured |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3346937B2 (en) | 2002-11-18 |
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