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JP3346937B2 - Range finder - Google Patents
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JP3346937B2 - Range finder - Google Patents

Range finder

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JP3346937B2
JP3346937B2 JP5457295A JP5457295A JP3346937B2 JP 3346937 B2 JP3346937 B2 JP 3346937B2 JP 5457295 A JP5457295 A JP 5457295A JP 5457295 A JP5457295 A JP 5457295A JP 3346937 B2 JP3346937 B2 JP 3346937B2
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plane
conjugate
camera
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村 尉 田
野 恭 市 辰
澤 英 樹 松
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Tokyo Electric Power Co Holdings Inc
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  • Control Of Position Or Direction (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【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 for calculating the position of an irradiation point by triangulation by observing the irradiation point of a light beam on a work object in a three-dimensional space in robot operation. About the finder.

【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 research on robots is mainly aimed at autonomy of the robot, and it is indispensable to measure the work environment, that is, the position of the work target object, in order for the robot to operate autonomously. . 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, an operator 19 uses an image input to the TV monitor 3 from two cameras 6 and 7 that put an object to be worked in the field of view. The measurement target position is confirmed on the object, and the position is irradiated with the laser spot by the light beam 8 from the laser light source 4. The operator 19 moves the laser spot with the joystick 2 or the like while checking on the TV monitor 3. Thereafter, 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 triangulation.

【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 operating the joystick 2, the work target may not be continuously tracked by the laser spot 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。
[0005] For example, as shown in FIG.
When scanning the laser spot 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 point where the light beam 8 is moved by the joystick 2 or the like.
Is continuously changed horizontally, but 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。
[0006] Such a discontinuity is usually unavoidable as long as the work object irradiated with the laser spot has a depth.

【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, due to such discontinuity, it is unexpectedly difficult to scan the light beam 8 to irradiate a laser spot to a desired position to be measured, and this imposes a considerable burden on the operator. Therefore, there has been a problem that the measurement operation 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。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art and to designate a target point for position measurement on a work object on a monitor screen and easily irradiate the target point with a light beam. It is an object of the present invention to provide a screen instruction type range finder capable of shortening a measurement time of an irradiation point position and reducing a burden on an 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、前記共役面に前記光ビー
ムが照射されるように前記共役面に平行な面内で前記光
ビームの出射口を移動させ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 range finder of the screen instruction type according to the present invention comprises:
A rangefinder that irradiates a light beam emitted from a light source onto a work object, observes the irradiation point with a camera, and calculates the position of the irradiation point by triangulation, and uses a camera to measure the target area including the target point for position measurement. Monitor means for copying and monitoring the image taken by this camera on a monitor screen,
Target point designating means for designating the target point on the monitor screen, a half mirror disposed in front of the camera, and a conjugate plane at a position conjugate with the imaging plane of the camera with respect to the half mirror. Setting, the light beam can be moved to an arbitrary position on the conjugate plane by moving an emission port of the light beam in a plane parallel to the conjugate plane so that the light beam is irradiated on the conjugate plane. 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 indicating means.

【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。
[0010] 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 perpendicular to the conjugate plane. Features.

【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。
Preferably, the half mirror is disposed so as to form an angle of 45 degrees with the image forming 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。
A conjugate plane located at a position conjugate with the imaging plane of the camera is set for a half mirror disposed in front of the camera.
Each point on this conjugate plane is one-to-one with each point on the imaging plane of the camera.
Corresponding to The target point for position measurement on the work object corresponds to an image point on the image plane, and this image point corresponds to a point on the conjugate plane. Since the image plane of the camera is monitored on the monitor screen, designating a target point on the monitor screen leads to designating a point on the conjugate plane corresponding to the 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 instruction of the target point on the monitor screen by the target point designating means, 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 moved to the corresponding conjugate point in this way is reflected by the half mirror and is irradiated to the target point on the work. 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 need to be irradiated perpendicular to the conjugate plane. For example, when a light beam emitted from a light source is condensed and used as a point light source, and the point light source is moved on a conjugate plane, the light beam does not need to be irradiated perpendicularly to the conjugate plane. On the other hand, when irradiating a parallel light beam onto the conjugate plane, the light beam needs to be irradiated 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 entire configuration of the screen-instruction type range finder according to the present embodiment. In FIG. 5, two CCD type cameras 6, 7 are arranged at predetermined intervals so as to enable triangulation. The cameras 6 and 7 are connected to the control device 1, and the control device 1 performs calculations necessary for triangulation. The images of the measurement target areas including the target point of the position measurement by the cameras 6 and 7 are 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。
The TV monitor 3 is connected to target point indicating means 35 such as a joystick. The target point instructing means 35 instructs the user by moving 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.

【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 provided in front of the camera 6. The half mirror 5 is erected perpendicularly to a plane formed by the principal rays of the camera 6 and the camera 7, and the surface of the half mirror 5 is approximately 4
At an angle of 5 degrees. A plane conjugate with the image plane 10 with respect to the plane of the half mirror 5 is defined 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。
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 perpendicular to the conjugate plane 14.
In addition, when the target point is designated on the monitor screen by the target point designating means 35, the light beam moving means 30 responds to the designation by moving the light beam to a conjugate point on the conjugate plane 14 corresponding to the target point. 8 is moved.

【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, 7 and the light beam moving means 30 are connected to the control device 1, and the control device 1 performs necessary control of a range finder of a screen instruction type.

【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 FIG. In FIG.
An imaging lens 9 is provided 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 plane 31 is a plane formed by the imaging light beam 32 and the reflected imaging light beam 33, and the imaging light beam 32 corresponds to a target point Po and a target point Po for position measurement on the work object. The corresponding imaging point P on the imaging plane 10 of the camera 6
c, and the reflected imaging light beam 33 is a line formed by reflecting the combined light beam 32 by the half mirror 5. The half mirror 5 is arranged so as to form an angle of 45 degrees with the imaging plane 10. The conjugate surface 14 of the imaging surface 10 with respect to the half mirror 5 is the half mirrors 5 and 4
Make an angle of 5 degrees. The point conjugate of the imaging point Pc with 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
f and perpendicular to the conjugate plane 14. If 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。
It should be noted that, as shown in FIG.
May be arranged before the imaging lens 9. In this case, the imaging lens 24 is disposed at a position conjugate to the half mirror 5 of the imaging lens 9, and the light beam 8 is
Then, the light is irradiated to the half mirror 5.

【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.
0 etc. will be described. The light beam from the laser light source 4 is guided by an optical fiber 15.
The tip of the optical fiber 15 is connected to an optical fiber connector 16, and the optical fiber connector 16 is
It is connected to the. The optical fiber moving table 22 can be moved in a plane parallel to the conjugate plane 14 by 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。
The end of the optical fiber connector 16 is such that 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, so that 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 on the end face of the optical fiber is located on the conjugate plane 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 imaging lens 2 is provided in front of the optical fiber end face.
4 are provided. The imaging lens 24 performs 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 on the end face of the optical fiber is applied to the target point Po via the half mirror 5. Incidentally, as shown in FIG. 3, the imaging lens 24 can be omitted by disposing the imaging 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.
Is formed on the image plane 10 of the camera 6 and displayed on the TV monitor screen 11 via the control device 1. Worker 1
Reference numeral 9 denotes an operation of the target point indicating means 35 such as a joystick to indicate a measurement target position of the work target 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 instructing means 35 is performed by moving the center of the + -shaped marker to the position to be measured and performing marking at that position, and information on the position to be measured 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 this calculation result, a command for the amount of movement is sent to each encoder of the DC motors 17 and 18 with encoders. With this instruction,
The DC motors with encoders 17 and 18 move and drive the optical fiber moving base 22. As a result, the point light source formed on the end face of the optical fiber 15 is
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 object 13 via the half mirror 5. Since the conjugate plane 14 is at a conjugate position with respect to the half mirror 14, the light beam 8 is irradiated to the target point Po on the work 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. The coordinates of an imaging point Pc having a conjugate relationship with the point Pf and points of the TV monitor screen 11 corresponding to the imaging point Pc are represented by (Xc, Yc), (X
t, Yt), the position on the imaging 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, a diagram of three-dimensional position measurement by two cameras based on the principle of triangulation is shown. 6 and FIG. FIG. 6 is a flowchart illustrating an algorithm of three-dimensional position measurement. As described above, the monitor screen 11
Then, the center of the + -shaped marker is moved by the target point indicating means 35 to a point Pt corresponding to the imaging point Pc of the target point Po, and marking is performed at that position, whereby information on the position to be measured is input 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 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 irradiated on a point Po (x, y, z) in the measurement space, the position of the point P (x, y, z) is obtained according to a normal triangulation as shown in FIG. Can be In FIG. 9, two cameras 6, 7 are arranged at an interval l. The camera measurement coordinates of the position measurement system are set as shown in the figure, and the y-axis is selected to pass through the left camera optical axis direction and the x-axis is passed through the center of the right camera lens. As shown in the figure, the coordinates of the camera imaging planes having the point of intersection with the optical axis as the origin are also set on both camera imaging planes.

【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 expressed as P
L (xL, yL) and PR (xR) on the right camera image plane.
, YR). The position up to the point P can be known by directly using the angle when viewing the point P from the center of the left and right lenses.
The position is obtained from L (xL, yL) and PR (xR, yR). The straight lines PPL and PPR are expressed by the following equations. 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 equations (b-1) and (b-2), the position of the point P is yL
= YR can be obtained by the following equation. x = xL.l / (xL-xR) (c-1) y = fl / (xL-xR) (c-2) z = yL.l / (xL-xR) (c-3) According to the configuration of the present embodiment, the half mirror 5 is provided, the conjugate plane 14 of the imaging plane of the camera 6 is set, the target point Po is indicated by the target point designating means 35 on the monitor screen, and in response to this instruction. The light beam moving means 30 can move the position of the point light source formed on the end face of the optical fiber to the conjugate point Pf on the conjugate plane 14 corresponding to the target point Po. Irradiation to the point Po can be reliably and easily performed.

【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。
In the above description of the embodiment, a laser light source such as a semiconductor laser is used as the light source 4. However, the light source is not limited to a laser light source, but may be a light beam such as an LED.

【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。
The half mirror is arranged so as to form an angle of 45 degrees with the image forming plane 10 of the camera 6. However, the half mirror is not limited to 45 degrees and may be formed at another angle if 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 surface 14 and the point light source is moved on the conjugate surface 14 has been described. However, the present invention is not limited to this. When a collimated light beam is used, the light beam is always radiated perpendicularly to the conjugate plane 14, and the conjugate plane 1
4 may be translated.

【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 specified on the monitor screen.
And the position of the target point Po can be measured. Therefore, by applying the present invention, it is possible to designate a set of points on a monitor screen image, and identify the designated range with color information and shade information. Further, as described above, the distance information of the area identified by the color information and the shading information can be added by triangulation. As a result, the grayscale information and the like can be associated with the distance information, and can be used as an input device for grayscale information and distance information for image recognition.

【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, a half mirror is provided in front of the camera to set a conjugate plane of the imaging plane of the camera, and a target point is specified on the monitor screen by the target point specifying means. In response to this instruction, the light beam moving means
Since the light beam can be moved to the conjugate point on the conjugate plane, the light beam can be reliably and easily applied to the target point on the work object. As a result, in the operation of applying the laser spot to the position to be measured, the burden on the operator can be significantly reduced, and the time required for measurement can be significantly reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【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 a configuration of an embodiment of a screen instruction type 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 forming plane of a camera, and a measurement object.

【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 the present 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 the present 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 schematically showing an embodiment of a range finder of a screen instruction type.

【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 schematically showing a conventional screen instruction 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 a conventional laser spot movement.

【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 illustrating three-dimensional position measurement by triangulation with two cameras.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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 (monitor means) 4 Light source 5 Half mirror 6 CCD camera 7 CCD camera 8 Light beam 9 Imaging lens 10 Imaging surface 11 TV monitor screen 12 Image 13 Work object 14 Conjugation surface 15 Optical fiber Reference Signs List 16 optical fiber connector 17 DC motor with encoder 18 DC motor with encoder 19 worker 20 bus 21 building 22 optical fiber moving table 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 (56)参考文献 特開 平6−94417(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B25J 3/00 - 3/04 B25J 9/10 - 9/22 B25J 13/00 - 13/08 B25J 19/02 - 19/06 G05B 19/18 - 19/46 B23Q 15/00 - 15/28 B23Q 17/00 - 23/00 G01B 11/00 - 11/30 G01C 3/06 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Hideki Matsuzawa 2-4, Suehirocho, Tsurumi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside Keihin Works, Toshiba Corporation (56) References (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) B25J 3/00-3/04 B25J 9/10-9/22 B25J 13/00-13/08 B25J 19/02-19/06 G05B 19/18-19/46 B23Q 15/00-15/28 B23Q 17/00-23/00 G01B 11/00-11/30 G01C 3/06

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】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、前記共役面に前記光ビームが
照射されるように前記共役面に平行な面内で前記光ビー
ムの出射口を移動させ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 light beam emitted from a light source onto a work object, observing an irradiation point with a camera, and calculating an irradiation point position by triangulation, including a target point for position measurement. Shoot the target area with a camera,
Monitor means for monitoring an image taken by the camera on a monitor screen; target point designating means for designating the target point on the monitor screen; a half mirror disposed in front of the camera; A conjugate plane at a position conjugate to the image plane of the camera is set with respect to a mirror, and the light beam is irradiated on a plane parallel to the conjugate plane so that the conjugate plane is irradiated with the light beam.
The light beam can be moved to an arbitrary position on the conjugate plane by moving an emission port of the beam, and the light beam is moved to a conjugate point on the conjugate plane corresponding to the target point in response to an instruction from the target point indicating means A range finder of a screen instruction type, comprising: a light beam moving unit that moves the light beam.
【請求項2】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 perpendicular to the conjugate plane. Item 2. A screen instruction type range finder according to Item 1.
【請求項3】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 type range finder according to claim 1, wherein the half mirror is arranged so as to form an angle of 45 degrees with an image plane of the camera.
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