JP7300971B2 - Optical measuring device and light source control method - Google Patents
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Description
本発明は、光源からの光を対象物に照射して当該対象物の形状を非接触で測定する光学式測定装置および光源制御方法に関する。 The present invention relates to an optical measuring apparatus and a light source control method for measuring the shape of an object without contact by irradiating the object with light from a light source.
従来、対象物にレーザ光などの光を照射し、対象物に形成された光スポットを撮像することで、対象物の形状を非接触で測定する光学式測定装置が知られている(例えば特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is known an optical measuring device that measures the shape of an object without contact by irradiating the object with light such as a laser beam and capturing an image of a light spot formed on the object (for example, patent Reference 1).
上述の光学式測定装置は、三角測量法の原理を利用することにより、撮像画像における光スポットの結像位置に基づいて、測定対象物までの距離を算出する。具体的には、光学式測定装置において撮像される撮像画像は、図8に示すように、画素位置に対する画像明度を示す光強度波形を形成するものであり、この光強度波形のピークに対応する画素位置Pxが対象物までの距離に対応している。
このような光学式測定装置では、対象物の表面の反射率が高くなると、撮像部の受光量が増加し、光強度波形のピーク高さが高くなる。そして、図9に示すように、撮像素子の受光量が飽和すると、光強度波形のピークを特定することが困難になり、その結果、対象物までの距離を正確に測定できなくなる。
The optical measuring device described above uses the principle of triangulation to calculate the distance to the object to be measured based on the imaging position of the light spot in the captured image. Specifically, as shown in FIG. 8, the captured image captured by the optical measuring device forms a light intensity waveform that indicates the image brightness with respect to the pixel position. A pixel position Px corresponds to the distance to the object.
In such an optical measuring device, when the reflectance of the surface of the object increases, the amount of light received by the imaging unit increases, and the peak height of the light intensity waveform increases. Then, as shown in FIG. 9, when the amount of light received by the imaging element is saturated, it becomes difficult to specify the peak of the light intensity waveform, and as a result, the distance to the object cannot be measured accurately.
そこで、特許文献1に記載の光学式測定装置では、撮像画像に基づいて撮像素子の受光量を算出し、撮像素子の受光量が所定範囲内になるように、光源の発光強度をフィードバック制御することが行われている。
Therefore, in the optical measuring device described in
しかし、上述の光学式測定装置は、特許文献1に記載のフィードバック制御を行っていた場合であっても、対象物の走査中にフィードバック制御が追い付かなくなり、撮像素子の受光量が飽和してしまう可能性がある。この場合、撮像画像に基づいて撮像素子の受光量を正確に算出できないため、光源の発光強度を適切に制御できず、測定精度に影響する。
However, in the optical measuring device described above, even if the feedback control described in
本発明は、撮像素子の受光量が飽和している場合に光源の発光強度を適切に制御できる光学式測定装置および光源制御方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an optical measuring apparatus and a light source control method that can appropriately control the emission intensity of a light source when the amount of light received by an imaging device is saturated.
本発明の光学式測定装置は、光源を含み、当該光源から発光された光を対象物に照射する照射部と、前記対象物で反射された前記光を受光し、前記対象物までの距離に応じた光強度波形を示す画像信号を出力する撮像素子と、前記撮像素子よりも広いダイナミックレンジを有し、前記対象物で反射された前記光を受光して光検出信号を出力する光検出器と、前記撮像素子の受光量が飽和している場合、前記光検出信号の出力値に基づいて前記光源の発光強度の目標値を算出し、前記目標値に基づいて前記光源を制御する光源制御部と、を備えることを特徴とする。 An optical measuring device of the present invention includes a light source, an irradiation unit that irradiates an object with light emitted from the light source, and an irradiation unit that receives the light reflected by the object and measures the distance to the object. and a photodetector having a wider dynamic range than the imaging device and receiving the light reflected by the object and outputting a photodetection signal. and light source control for calculating a target value of light emission intensity of the light source based on the output value of the light detection signal when the amount of light received by the image sensor is saturated, and controlling the light source based on the target value. and a part.
本発明の光学式測定装置は、撮像素子および光検出器のそれぞれが対象物で反射された光を受光するように構成されており、光源の発光強度が増加する場合、撮像部から出力される画像信号のピーク値と、光検出器から出力される光検出信号の出力値とは、それぞれ一次関数的に増加する。ここで、光検出器は、撮像素子よりも広いダイナミックレンジを有しているため、撮像素子の受光量が飽和している場合であっても、光検出器の受光量が飽和する可能性は低い。このため、光源制御部は、撮像素子の受光量が飽和している場合、光検出器から出力される光検出信号の出力値に基づいて、撮像素子の受光量が飽和レベル以下になる程度の発光強度の値である目標値を算出できる。そして、光源制御部は、光源を目標値に基づいて制御することにより、撮像素子を飽和状態から素早く回復させることができる。
よって、本発明の光学式測定装置によれば、撮像素子の受光量が飽和している場合に光源の発光強度を適切に制御でき、その結果、測定精度を向上させることができる。
なお、本発明において、光検出器は、対象物で反射された光を直接的に受光してもよいし、間接的に受光してもよい。
In the optical measuring device of the present invention, each of the imaging device and the photodetector is configured to receive the light reflected by the object, and when the light emission intensity of the light source increases, the light emitted from the imaging unit outputs The peak value of the image signal and the output value of the photodetection signal output from the photodetector increase linearly. Here, since the photodetector has a wider dynamic range than the image pickup device, even if the amount of light received by the image pickup device is saturated, there is no possibility that the amount of light received by the photodetector will be saturated. low. For this reason, when the amount of light received by the image sensor is saturated, the light source control unit controls the amount of light received by the image sensor to be below the saturation level based on the output value of the photodetection signal output from the photodetector. A target value, which is the value of the emission intensity, can be calculated. By controlling the light source based on the target value, the light source control section can quickly recover the image sensor from the saturated state.
Therefore, according to the optical measuring apparatus of the present invention, it is possible to appropriately control the emission intensity of the light source when the amount of light received by the imaging element is saturated, and as a result, it is possible to improve the measurement accuracy.
In the present invention, the photodetector may directly or indirectly receive the light reflected by the object.
本発明の光源制御方法は、光源を含み、当該光源から発光された光を対象物に照射する照射部と、前記対象物で反射された前記光を受光し、前記対象物までの距離に応じた光強度波形を示す画像信号を出力する撮像素子と、前記撮像素子よりも広いダイナミックレンジを有し、前記対象物で反射された前記光を受光して光検出信号を出力する光検出器と、を備える光学式測定装置において実行される光源制御方法であって、前記撮像素子の受光量が飽和している場合、前記光検出信号の出力値に基づいて、前記光源の発光強度の目標値を算出する目標値算出工程と、前記目標値に基づいて前記光源を制御する光源制御工程と、を含むことを特徴とする。
本発明の光源制御方法によれば、上述した測定装置と同様、撮像素子の受光量が飽和している場合に光源の発光強度を適切に制御でき、その結果、測定精度を向上させることができる。
A light source control method according to the present invention includes a light source, an irradiation unit that irradiates an object with light emitted from the light source, and an irradiation unit that receives the light reflected by the object and controls the distance to the object. and a photodetector having a dynamic range wider than that of the imaging device and receiving the light reflected by the object and outputting a photodetection signal. wherein, when the amount of light received by the imaging device is saturated, a target value of the light emission intensity of the light source based on the output value of the light detection signal and a light source control step of controlling the light source based on the target value.
According to the light source control method of the present invention, similarly to the measurement apparatus described above, when the amount of light received by the image sensor is saturated, the light emission intensity of the light source can be appropriately controlled, and as a result, the measurement accuracy can be improved. .
本発明の光源制御方法において、前記光源の前記発光強度をX軸とし、前記画像信号または前記光検出信号の信号レベルをY軸とする座標系において、前記発光強度の変化に対する前記画像信号のピーク値の変化を表す直線を撮像感度直線とし、前記発光強度の変化に対する前記光検出信号の出力値の変化を表す直線を光検出感度直線とする場合、前記目標値算出工程は、前記光検出信号の出力値に基づいて前記対象物に関する前記光検出感度直線を算出する工程と、前記対象物に関する前記光検出感度直線を前記対象物に関する前記撮像感度直線に変換する工程と、前記対象物に関する撮像感度直線に基づいて、前記画像信号の前記ピーク値が所定値に調整される前記発光強度の値を、前記目標値として算出する工程と、を含むことが好ましい。
なお、画像信号のピーク値が調整される所定値は、撮像素子の飽和レベルよりも低い値であればよい。
本発明によれば、光源の発光強度に関する目標値を適切に算出できる。
In the light source control method of the present invention, in a coordinate system having the light emission intensity of the light source as the X axis and the signal level of the image signal or the light detection signal as the Y axis, the peak of the image signal with respect to the change in the light emission intensity When a straight line representing a change in value is defined as an imaging sensitivity line, and a straight line representing a change in the output value of the photodetection signal with respect to a change in the emission intensity is defined as the photodetection sensitivity line, the target value calculating step includes: calculating the light detection sensitivity line for the object based on the output values of; converting the light detection sensitivity line for the object into the imaging sensitivity line for the object; and calculating, as the target value, the value of the emission intensity at which the peak value of the image signal is adjusted to a predetermined value, based on the sensitivity line.
Note that the predetermined value by which the peak value of the image signal is adjusted may be a value lower than the saturation level of the image sensor.
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the target value regarding the light emission intensity of a light source can be calculated appropriately.
本発明の測定方法は、前記撮像感度直線と前記光検出感度直線との間のオフセットおよび角度差を含む相関情報を取得する情報取得工程をさらに備え、前記目標値算出工程は、前記相関情報に基づいて、前記対象物に関する前記光検出感度直線を前記対象物に関する前記撮像感度直線に変換することが好ましい。
本発明によれば、光源の発光強度に関する目標値をより適切に算出できる。
The measurement method of the present invention further comprises an information acquisition step of acquiring correlation information including an offset and an angular difference between the imaging sensitivity line and the light detection sensitivity line, and the target value calculation step includes: Based on this, it is preferable to convert the light detection sensitivity line regarding the object into the imaging sensitivity line regarding the object.
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the target value regarding the light emission intensity of a light source can be calculated more appropriately.
本発明の測定方法において、前記情報取得工程は、互いに異なる反射率を有する複数の基準物について、前記複数の基準物に関する前記撮像感度直線の平均である撮像感度平均直線と、前記複数の基準物に対応する前記光検出感度直線の平均である光検出感度平均直線とをそれぞれ取得する工程と、前記光検出感度平均直線に対する前記撮像感度平均直線のオフセットおよび角度差を、前記相関情報として算出する工程と、を含むことが好ましい。
本発明は、互いに反射率の異なる複数の基準物間の平均データを利用しているため、様々な反射率の対象物に対して、光源の発光強度に関する目標値を適切に算出できる。
In the measuring method of the present invention, the information acquisition step includes, for a plurality of reference objects having different reflectances, an imaging sensitivity average straight line that is an average of the imaging sensitivity straight lines related to the plurality of reference objects, and and calculating the offset and angle difference of the imaging sensitivity average straight line with respect to the light detection sensitivity average straight line as the correlation information. and preferably comprising the steps of:
Since the present invention utilizes the average data of a plurality of reference objects with different reflectances, it is possible to appropriately calculate the target value of the emission intensity of the light source for objects with various reflectances.
本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
〔測定装置の構成〕
図1において、本実施形態に係る光学式測定装置1は、非接触で対象物Mの形状を測定する三次元測定装置であり、プローブヘッド10と、プローブヘッド10を任意の位置に移動させる移動機構20と、プローブヘッド10からの信号に基づいて対象物Mの形状を測定する制御部30とを備える。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Configuration of measuring device]
In FIG. 1, an
(プローブヘッド)
プローブヘッド10は、図1に示すように、照射部11、撮像部12および光検出器13を備えている。
照射部11は、レーザ光を発光するレーザ光源111と、照射光学系112とを有する。
レーザ光源111は、例えばレーザダイオードを含んで構成される。このレーザ光源111は、後述の光源制御部35から入力される制御信号(レーザパワーの目標値)に従ってレーザ光を出射する。すなわち、レーザ光源111のレーザパワーは、光源制御部35によって制御される。
なお、レーザ光源111のレーザパワーは、本発明の光強度に相当する。
(probe head)
The
The
The
Note that the laser power of the
照射光学系112は、レーザ光源111から出射されたレーザ光を対象物Mの測定点に照射する光学系である。この照射光学系112は、例えば、レーザ光源111から出射されたレーザ光を平行化するコリメートレンズなどを含んで構成される。
The irradiation
撮像部12は、受光光学系121と、受光光学系121を介してレーザ光を受光する撮像素子122とを有する。
受光光学系121は、対象物Mで反射されたレーザ光を撮像素子122の受光面に結像させる光学系である。この受光光学系121は、例えば、対象物Mで反射されたレーザ光を集光する集光レンズなどを含んで構成される。
The
The light receiving
撮像素子122は、例えばCCD等のイメージセンサであり、1方向または2方向に沿って配置された複数の画素を有している。撮像素子122は、受光光学系121を透過したレーザ光を受光し、光強度波形を示す画像信号を出力する。光強度波形は、従来技術と同様、画素位置に対する画像明度を示す波形である(図8参照)。画像信号の光強度波形のピークに対応する画素位置Pxは、対象物Mまでの距離に応じて異なる。
The
光検出器13は、例えばフォトダイオードであり、光検出器13は、対象物Mで反射されたレーザ光(散乱光)を受光し、受光量に応じた光検出信号を出力する。この光検出器13は、撮像部12の撮像素子122よりも広いダイナミックレンジを有する。
The
(移動機構)
移動機構20は、プローブヘッド10を任意の位置に移動させる機構である。また、移動機構20には、プローブヘッド10の位置を検出するための図示略の位置検出センサーが設けられている。
移動機構20の具体的な構成は特に限定されず、例えば、多関節アームの先端にプローブヘッド10を保持させ、多関節アームの各アームの角度を変更可能な構成としてもよい。この場合、各アームの回転角度を検出するロータリーエンコーダー等の角度検出センサーを設ける。これにより、制御部30は、各アームのアーム長とアーム間の角度に基づいて、プローブヘッド10の位置や姿勢を算出することができる。
また、移動機構20として、プローブヘッド10をXYZ方向に移動させる門型フレームに保持させる構成としてもよい。つまり、移動機構20は、Y方向に移動可能なコラムと、コラムに保持されてX方向に平行なビームと、ビーム上をX方向に移動可能なスライダーと、スライダーに設けられて、Z方向に移動可能なヘッド保持部材とを備え、ヘッド保持部材にプローブヘッド10が保持される構成としてもよい。このような構成では、移動機構20は、コラムのY方向の位置を検出するYスケール、スライダーのX方向の位置を検出するXスケール、ヘッド保持部材のZ方向の位置を検出するZスケールを備える構成とすればよい。これにより、プローブヘッド10のXYZ座標を検出することができる。ヘッド保持部材に、プローブヘッド10の角度を変更する角度変更部を設けてもよく、この場合、角度変更部に角度検出センサーを設けることで、プローブヘッド10の姿勢を検出できる。
(moving mechanism)
The moving
A specific configuration of the moving
Further, as the moving
(制御部)
制御部30は、コンピューターにより構成されており、演算部31および記憶部37を備えて構成されている。演算部31は、記憶部37に記録された各種プログラムを読み込み実行することにより、図1に示すように、測定制御部32、形状算出部33、飽和判定部34、光源制御部35および情報取得部36として機能する。
(control part)
The
測定制御部32は、プローブヘッド10および移動機構20を制御することで、照射部11から出射されるレーザ光を対象物Mの複数の測定点に対して順に照射し、測定点毎に画像信号および光検出信号を取得する。
形状算出部33は、撮像部12から出力された画像信号に基づいて、プローブヘッド10から対象物Mの測定点までの距離を算出する。また、形状算出部33は、算出された測定点までの距離と、プローブヘッド10の位置および姿勢とに基づいて、当該測定点の三次元座標を算出する。そして、形状算出部33は、対象物M上の複数の測定点に算出された三次元座標をつなぎ合わせることで、対象物Mの表面形状を測定する。
The
The
飽和判定部34は、撮像信号に基づいて、撮像素子122の受光量が飽和しているか否かを判定する。
光源制御部35は、撮像素子122の受光量が飽和している場合、レーザ光源111に対して制御信号(レーザパワーの新たな目標値)を出力することにより、レーザ光源111のレーザパワーを制御する。
情報取得部36は、光源制御部35による制御に必要な各種情報の取得を行う。
記憶部37は、制御部30を機能させるためのプログラムや各種情報を記憶する。
The
The light
The
The
〔光源制御方法〕
以下、本実施形態の光学式測定装置1において実施される光源制御方法について説明する。
(事前処理)
本実施形態の光学式測定装置1は、測定対象である対象物Mを測定する前に、反射率の異なる複数の基準物を用いた情報取得工程を行う。
[Light source control method]
A light source control method implemented in the
(pretreatment)
The
まず、プローブヘッド10は、対象物Mの替わりの基準物がセットされた状態において、レーザ光を基準物に照射する。情報取得部36は、レーザパワーを所定量変化させる毎に、画像信号のピーク値と光検出信号の出力値とをそれぞれ取得し、記憶部37に記憶させる。なお、本実施形態では、基準物として、反射率の比較的低い黒色基準物と、反射率の比較的高い白色基準物とを、それぞれ用いてデータの取得を行う。
First, the
次に、情報取得部36は、レーザパワーをX軸成分とし、画像信号または光検出信号の出力レベルをY軸成分とするXY座標系において、白色基準物および黒色基準物のそれぞれで取得したデータをプロットし、線形近似直線を描画することで、各種直線を算出する。
Next, the
具体的には、図2に示すように、白色基準物ついて、レーザパワーの変化に対する画像信号のピーク値の変化を表す一次関数(直線)である撮像感度直線Li-Wを算出する。また、白色基準物について、レーザパワーの変化に対する光検出信号の出力値の変化を表す一次関数(直線)である光検出感度直線Ld-Wを算出する。
同様に、図2に示すように、黒色基準物ついて、レーザパワーの変化に対する画像信号のピーク値の変化を表す一次関数(直線)である撮像感度直線Li-Bを算出する。また、黒色基準物について、レーザパワーの変化に対する光検出信号の出力値の変化を表す一次関数(直線)である光検出感度直線Ld-Bを算出する。
Specifically, as shown in FIG. 2, an imaging sensitivity straight line Li-W, which is a linear function (straight line) representing a change in peak value of an image signal with respect to a change in laser power, is calculated for a white reference object. Further, with respect to the white reference object, a photodetection sensitivity straight line Ld-W, which is a linear function (straight line) representing the change in the output value of the photodetection signal with respect to the change in laser power, is calculated.
Similarly, as shown in FIG. 2, an imaging sensitivity straight line Li-B, which is a linear function (straight line) representing changes in the peak value of the image signal with respect to changes in laser power, is calculated for the black reference object. Further, for the black reference object, a photodetection sensitivity straight line Ld-B, which is a linear function (straight line) representing the change in the output value of the photodetection signal with respect to the change in laser power, is calculated.
次に、図2に示すように、2つの撮像感度直線Li-W,Li-Bが互いに交わる交点Piの座標を算出する。また、図3に示すように、2つの撮像感度直線Li-W,Li-Bの平均である撮像感度平均直線Li-Avgを算出し、この撮像感度平均直線Li-Avgが任意の軸(例えばX軸)との間に形成する角度θiを算出する。
同様に、図2に示すように、2つの光検出感度直線Ld-W,Ld-Bが交わる交点Pdの座標を算出する。また、図4に示すように、2つの光検出感度直線Ld-W,Ld-Bの平均である光検出感度平均直線Ld-Avgを算出し、この光検出感度平均直線Ld-Avgが任意の軸(例えばX軸)との間に形成する角度θdを算出する。
Next, as shown in FIG. 2, the coordinates of the intersection point Pi where the two imaging sensitivity straight lines Li-W and Li-B intersect with each other are calculated. Further, as shown in FIG. 3, an average imaging sensitivity straight line Li-Avg, which is the average of the two imaging sensitivity straight lines Li-W and Li-B, is calculated, and this imaging sensitivity average straight line Li-Avg is set along an arbitrary axis (for example, X axis) is calculated.
Similarly, as shown in FIG. 2, the coordinates of the intersection point Pd where the two photodetection sensitivity straight lines Ld-W and Ld-B intersect are calculated. Further, as shown in FIG. 4, a photodetection sensitivity average straight line Ld-Avg, which is the average of the two photodetection sensitivity straight lines Ld-W and Ld-B, is calculated, and this photodetection sensitivity average straight line Ld-Avg is arbitrary. An angle θd to be formed with an axis (for example, the X axis) is calculated.
次に、光検出感度平均直線Ld-Avgに対する撮像感度平均直線Li-Avgのオフセット量Δrを求める。本実施形態において、このオフセット量Δrは、交点Piに対する交点Pdの座標差(ΔX,ΔY)として算出できる。
また、光検出感度平均直線Ld-Avgに対する撮像感度平均直線Li-Avgの角度差Δθを求める。本実施形態において、この角度差は、角度θiに対する角度θdの差として算出できる。
Next, the offset amount Δr of the imaging sensitivity average straight line Li-Avg with respect to the photodetection sensitivity average straight line Ld-Avg is obtained. In this embodiment, the offset amount Δr can be calculated as the coordinate difference (ΔX, ΔY) of the intersection point Pd with respect to the intersection point Pi.
Also, the angle difference Δθ between the average light detection sensitivity straight line Li-Avg and the average straight line of image sensing sensitivity Ld-Avg is obtained. In this embodiment, this angle difference can be calculated as the difference between the angle θd and the angle θi.
情報取得部36は、上述で算出されたオフセット量Δrおよび角度差Δθを、撮像感度直線と光検出感度直線との相関関係を示す相関情報として、記憶部37に記憶させる。また、2つの光検出感度直線Ld-W,Ld-Bが交わる交点Pdを、光検出感度直線の始点情報として、記憶部37に記憶させる。
The
ここで、各基準物に関する撮像感度直線Li-W,Li-Bが成す形状と、各基準物に関する光検出感度直線Ld-W,Ld-Bが成す形状は、互いに相似している。すなわち、各基準物に関する撮像感度直線Li-W,Li-Bが間に挟む角度θis(図3参照)と、各基準物に関する光検出感度直線Ld-W,Ld-Bが間に挟む角度θds(図4参照)とは、ほぼ等しい。
このため、後述の測定処理において、対象物Mに関する光検出感度直線が推定される場合、上述で求めた相関情報(オフセット量Δrおよび角度差Δθ)に基づく演算処理を行うことにより、当該光検出感度直線を対象物Mに関する撮像感度直線に変換することができる。
Here, the shape formed by the imaging sensitivity lines Li-W and Li-B for each reference object and the shape formed by the light detection sensitivity lines Ld-W and Ld-B for each reference object are similar to each other. That is, the angle θis (see FIG. 3) between the imaging sensitivity lines Li-W and Li-B for each reference object and the angle θds between the light detection sensitivity lines Ld-W and Ld-B for each reference object (see FIG. 4) are approximately equal.
For this reason, when a light detection sensitivity straight line for the object M is estimated in the measurement process described later, the light detection The sensitivity line can be transformed into an imaging sensitivity line for the object M.
(測定処理)
本実施形態の光学式測定装置1は、対象物Mの形状を測定する間、レーザ光源111のレーザパワーを制御する。以下、対象物Mの測定中に実施されるレーザ光源111の制御方法について、図5のフローチャートに基づいて説明する。
なお、対象物Mの測定前、光学式測定装置1には、レーザパワーについて適当な目標値が設定されているものとする。
(measurement processing)
The
It is assumed that an appropriate target value for the laser power is set in the
まず、測定制御部32がプローブヘッド10および移動機構20を制御することで、照射部11から出射されるレーザ光を対象物Mの測定点に対して照射し、画像信号および光検出信号を取得する(ステップS1)。
なお、ステップS1で得られる画像信号は、形状算出部33が測定点の座標を測定するために用いられる。形状算出部33による処理は、従来と同様であるため詳細を省略する。
First, the
The image signal obtained in step S1 is used by the
飽和判定部34は、測定制御部32により取得された画像信号に基づいて、撮像素子122の受光量が飽和しているか否かを判定する(ステップS2)。撮像素子122の飽和状態を判定する方法は、特に限定されないが、画像信号の波形形状に基づいて判定してもよいし、画像信号のピーク値を閾値と比較することによって判定してもよい。
The
撮像素子122が飽和していないと判定された場合(ステップS2でNoの場合)、直前のステップS1で得られた画像信号に応じる光源制御は終了する。
If it is determined that the
撮像素子122が飽和していると判定された場合(ステップS2でYesの場合)、光源制御部35は、直前のステップS1で得られた光検出信号の出力値と、記憶部37に記憶された各種情報とに基づいて、レーザパワーの目標値を算出する(ステップS3)。
If it is determined that the
具体的には、図6に示すように、レーザパワーをX軸成分とし、画像信号または光検出信号の信号レベルをY軸成分とするXY座標系において、現在設定されているレーザパワーの目標値PWsをX座標とし、直前のステップS1で得られた光検出信号の出力値V1をY座標とする点P1を求める。そして、この点P1と光検出感度直線の始点(交点Pd)とをそれぞれ通る直線を、対象物Mに関する光検出感度直線Ld-Mとして算出し、この光検出感度直線Ld-Mの傾き(X軸に対する角度θd-M)を算出する。 Specifically, as shown in FIG. 6, in an XY coordinate system in which the X-axis component is the laser power and the Y-axis component is the signal level of the image signal or the photodetection signal, the currently set laser power target value A point P1 having PWs as the X coordinate and the output value V1 of the photodetection signal obtained in the previous step S1 as the Y coordinate is determined. Then, a straight line passing through this point P1 and the starting point (intersection point Pd) of the light detection sensitivity straight line is calculated as the light detection sensitivity straight line Ld-M with respect to the object M, and the slope (X Calculate the angle θd−M) with respect to the axis.
次に、光検出感度直線Ld-Mの角度θd-Mに対して記憶部37に記憶された角度差Δθを加えると共に、この光検出感度直線Ld-Mを記憶部37に記憶されたオフセット量Δr分だけ移動させる。これにより、対象物Mに関する光検出感度直線Ld-Mが、対象物Mに関する撮像感度直線Li-Mに変換される。そして、変換された撮像感度直線Li-Mを用いて、画像信号のピーク値が所定値Vt(例えば画像信号の飽和レベルの90%の値)となるレーザパワーの値を新たな目標値PWtとして算出する。
Next, the angular difference Δθ stored in the
なお、図6には、現在設定されているレーザパワーの目標値PWsをX座標とし、直前のステップS1で得られた画像信号のピーク値(飽和レベル)をY座標とする点P2を参考のために示している。ただし、この点P2は、撮像素子122の実際の受光量には対応しておらず、撮像感度直線Li-M上に示す点P3が実際の受光量に対応する。
For reference, FIG. 6 shows a point P2 where the currently set target value PWs of the laser power is the X coordinate and the peak value (saturation level) of the image signal obtained in the previous step S1 is the Y coordinate. for showing. However, this point P2 does not correspond to the actual amount of light received by the
その後、光源制御部35は、ステップS3で算出された目標値PWtを制御信号として、レーザ光源111に出力する。これにより、レーザ光源111のレーザパワーは目標値PWtに制御される(ステップS4)。これにより、直前のステップS1で得られた画像信号に応じる光源制御は終了する。
After that, the light
以上に説明した図5のフローチャートは、対象物Mに設定された測定領域の走査が終了するまで、対象物Mの複数の測定点についてそれぞれ実施される。対象物Mに設定された測定領域の走査が終了すると、形状算出部33は、複数の測定点について得られた座標をつなぎ合わせて、対象物Mの形状を測定する。
The above-described flowchart of FIG. 5 is executed for each of the plurality of measurement points of the object M until the scanning of the measurement area set on the object M is completed. After the scanning of the measurement area set on the object M is completed, the
なお、図5のフローチャートにおいて、ステップS1の後、形状算出部33が画像信号に基づいて測定点の座標を測定するタイミングは、光源制御に関するステップS2~S4とは独立していてもよい。あるいは、形状算出部33は、ステップS2で撮像素子122が飽和していないと判定された後に、測定点の座標を測定してもよい。また、ステップS2で撮像素子122が飽和状態であると判定された場合、ステップS4でレーザパワーが制御された後、前回と同一の測定点についてステップS1を実施し、得られた画像信号に基づいて測定点の座標を測定してもよい。
In the flowchart of FIG. 5, after step S1, the timing at which the
[本実施形態の効果]
本実施形態の光学式測定装置1は、撮像部12および光検出器13のそれぞれが対象物Mで反射された光を受光するように構成されており、レーザ光源111のレーザパワーが増加する場合、撮像部12から出力される画像信号のピーク値と、光検出器13から出力される光検出信号の出力値とは、それぞれ一次関数的に増加する。ここで、光検出器13は、撮像部12よりも広いダイナミックレンジを有しているため、撮像素子122の受光量が飽和した場合であっても、光検出器13の受光量が飽和する可能性は低い。このため、光源制御部35は、撮像素子122の受光量が飽和している場合、光検出器13から出力される光検出信号の出力値に基づいて、撮像素子122の受光量が飽和しない程度のレーザパワーの値である目標値を算出できる。そして、光源制御部35は、レーザ光源111を目標値に基づいて制御することにより、撮像素子122を飽和状態から素早く回復させることができる。
また、本実施形態の光学式測定装置1における光源制御方法は、光源制御部35の機能として説明した目標値算出工程および光源制御工程を行うことにより、同様の効果を奏する。
[Effect of this embodiment]
The
Further, the light source control method in the
また、本実施形態において、目標値算出工程は、対象物Mに関する光検出感度直線Ld-Mを対象物Mに関する撮像感度直線Li-Mに変換し、この撮像感度直線Li-Mに基づいてレーザパワーを算出する。これにより、レーザパワーの適切な目標値を算出できる。 Further, in the present embodiment, the target value calculation step converts the light detection sensitivity line Ld-M regarding the object M into the imaging sensitivity line Li-M regarding the object M, and based on this imaging sensitivity line Li-M, the laser Calculate power. Thereby, an appropriate target value of the laser power can be calculated.
また、本実施形態において、撮像感度直線と光検出感度直線とのオフセットおよび角度差を含む相関情報を取得する情報取得工程をさらに実施する。これにより、目標値算出工程は、光検出感度直線Ld-Mを撮像感度直線Li-Mに適切に変換することができ、その結果、レーザパワーの目標値をより適切に算出できる。 In addition, in the present embodiment, an information acquisition step is further performed to acquire correlation information including the offset and angle difference between the imaging sensitivity line and the photodetection sensitivity line. As a result, the target value calculation step can appropriately convert the photodetection sensitivity line Ld-M into the imaging sensitivity line Li-M, and as a result, the target value of the laser power can be calculated more appropriately.
また、本実施形態において、情報取得工程は、互いに反射率の異なる複数の基準物間の平均データを利用しているため、様々な反射率の対象物に対してレーザパワーの目標値をより適切に算出できる。 In addition, in the present embodiment, since the information acquisition step uses the average data of a plurality of reference objects with different reflectances, the target value of the laser power can be set more appropriately for objects with various reflectances. can be calculated to
なお、特許文献1などの従来技術では、レーザパワーの設定値を逐次変化させて収束させるフィードバック制御を行うため、光源制御にかかる時間が測定速度に影響を与えてしまう。一方、本実施形態では、従来技術のようなフィードバック制御を行わなくてもよいため、レーザ光源111の制御にかかる時間を必要最小限に抑えることができ、測定速度に対する影響が少ない。
In the prior art such as Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-200311, feedback control is performed to sequentially change and converge the set value of the laser power, so the time required for light source control affects the measurement speed. On the other hand, in the present embodiment, feedback control as in the prior art need not be performed, so the time required to control the
〔変形例〕
本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、照射部11がレーザ光源111を有しているが、レーザ光源111以外の種類の光源を有してもよい。この場合、光源制御部35は、当該光源の発光強度を制御してもよい。
また、前記実施形態において、光検出器13は、対象物Mで反射された光を直接的に受光するように配置されているが、本発明はこれに限られない。すなわち、光検出器13と対象物Mとの間の光路に他の反射物が介在してもよく、光検出器13は、対象物Mで反射された光を間接的に受光するように配置されてもよい。
例えば、図7に示す変形例において、光検出器13Aは、対象物Mで反射された後に撮像素子122で反射された反射光を受光する。このような変形例によっても、前記実施形態と同様の効果を得ることができる。
[Modification]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes modifications, improvements, and the like within the scope of achieving the object of the present invention.
For example, although the
Moreover, in the above embodiment, the
For example, in the modification shown in FIG. 7, the
前記実施形態の情報取得工程において利用する複数の基準物は、黒色基準物および白色基準物であることに限定されず、他の反射率を有する基準物を利用してもよい。 The plurality of reference objects used in the information acquisition process of the embodiment are not limited to the black reference object and the white reference object, and reference objects having other reflectances may be used.
前記実施形態では、光検出感度平均直線Ld-Avgに対する撮像感度平均直線Li-Avgのオフセット量Δrおよび角度差Δθを相関情報として取得しているが、本発明はこれに限られない。例えば、任意の基準物に関する撮像感度直線および光検出感度直線を利用し、当該撮像感度直線に対する当該光検出感度直線のオフセット量Δrおよび角度差Δθを相関情報として取得してもよい。 In the above embodiment, the offset amount Δr and the angle difference Δθ of the imaging sensitivity average straight line Li-Avg with respect to the photodetection sensitivity average straight line Ld-Avg are obtained as correlation information, but the present invention is not limited to this. For example, an imaging sensitivity line and a photodetection sensitivity line regarding an arbitrary reference object may be used, and the offset amount Δr and the angle difference Δθ of the photodetection sensitivity line with respect to the imaging sensitivity line may be obtained as correlation information.
前記実施形態では、撮像素子122が飽和していない場合、光源制御部35はレーザパワーに設定される目標値を変更しないが、本発明はこれに限られない。例えば、光源制御部35は、従来技術のように画像信号に基づいてレーザパワーをフィードバック制御してもよい。
In the above embodiment, the light
1…光学式測定装置、10…プローブヘッド、11…照射部、111…レーザ光源、112…照射光学系、12…撮像部、121…受光光学系、122…撮像素子、13,13A…光検出器、20…移動機構、30…制御部、31…演算部、32…測定制御部、33…形状算出部、34…飽和判定部、35…光源制御部、36…情報取得部、37…記憶部。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記対象物で反射された前記光を受光し、前記対象物までの距離に応じた光強度波形を示す画像信号を出力する撮像素子と、
前記撮像素子よりも広いダイナミックレンジを有し、前記対象物で反射された前記光を受光して光検出信号を出力する光検出器と、
前記撮像素子の受光量が飽和している場合、前記光検出信号の出力値に基づいて前記光源の発光強度の目標値を算出し、前記目標値に基づいて前記光源を制御する光源制御部と、を備える
ことを特徴とする光学式測定装置。 an irradiation unit that includes a light source and irradiates an object with light emitted from the light source;
an imaging device that receives the light reflected by the object and outputs an image signal representing a light intensity waveform corresponding to the distance to the object;
a photodetector that has a dynamic range wider than that of the imaging element and receives the light reflected by the object and outputs a photodetection signal;
a light source control unit that calculates a target value of the emission intensity of the light source based on the output value of the light detection signal when the amount of light received by the imaging device is saturated, and controls the light source based on the target value; An optical measuring device comprising:
前記対象物で反射された前記光を受光し、前記対象物までの距離に応じた光強度波形を示す画像信号を出力する撮像素子と、
前記撮像素子よりも広いダイナミックレンジを有し、前記対象物で反射された前記光を受光して光検出信号を出力する光検出器と、を備える光学式測定装置において実行される光源制御方法であって、
前記撮像素子の受光量が飽和している場合、前記光検出信号の出力値に基づいて、前記光源の発光強度の目標値を算出する目標値算出工程と、
前記目標値に基づいて前記光源を制御する光源制御工程と、を含む
ことを特徴とする光源制御方法。 an irradiation unit that includes a light source and irradiates an object with light emitted from the light source;
an imaging device that receives the light reflected by the object and outputs an image signal representing a light intensity waveform corresponding to the distance to the object;
A light source control method performed in an optical measuring device comprising: a photodetector having a dynamic range wider than that of the imaging element and receiving the light reflected by the object and outputting a photodetection signal There is
a target value calculation step of calculating a target value of the light emission intensity of the light source based on the output value of the light detection signal when the amount of light received by the imaging device is saturated;
and a light source control step of controlling the light source based on the target value.
前記光源の前記発光強度をX軸とし、前記画像信号または前記光検出信号の信号レベルをY軸とする座標系において、前記発光強度の変化に対する前記画像信号のピーク値の変化を表す直線を撮像感度直線とし、前記発光強度の変化に対する前記光検出信号の出力値の変化を表す直線を光検出感度直線とする場合、
前記目標値算出工程は、
前記光検出信号の出力値に基づいて前記対象物に関する前記光検出感度直線を算出する工程と、
前記対象物に関する前記光検出感度直線を前記対象物に関する前記撮像感度直線に変換する工程と、
前記対象物に関する前記撮像感度直線に基づいて、前記画像信号の前記ピーク値が所定値に調整される前記発光強度の値を、前記目標値として算出する工程と、を含む
ことを特徴とする光源制御方法。 In the light source control method according to claim 2,
In a coordinate system in which the light emission intensity of the light source is on the X axis and the signal level of the image signal or the photodetection signal is on the Y axis, a straight line representing the change in the peak value of the image signal with respect to the change in the light emission intensity is captured. When the sensitivity line is a line representing the change in the output value of the photodetection signal with respect to the change in the emission intensity, the photodetection sensitivity line is:
The target value calculation step includes:
calculating the photodetection sensitivity line for the object based on the output value of the photodetection signal;
converting the light detection sensitivity line for the object into the imaging sensitivity line for the object;
and calculating, as the target value, the value of the light emission intensity at which the peak value of the image signal is adjusted to a predetermined value, based on the imaging sensitivity line relating to the object. control method.
前記撮像感度直線と前記光検出感度直線との間のオフセットおよび角度差を含む相関情報を取得する情報取得工程をさらに備え、
前記目標値算出工程は、前記相関情報に基づいて、前記対象物に関する前記光検出感度直線を前記対象物に関する前記撮像感度直線に変換する
ことを特徴とする光源制御方法。 In the light source control method according to claim 3,
Further comprising an information acquisition step of acquiring correlation information including an offset and an angular difference between the imaging sensitivity line and the light detection sensitivity line,
The light source control method, wherein the target value calculating step converts the light detection sensitivity line regarding the object into the imaging sensitivity line regarding the object based on the correlation information.
前記情報取得工程は、
互いに異なる反射率を有する複数の基準物について、前記複数の基準物に関する前記撮像感度直線の平均である撮像感度平均直線と、前記複数の基準物に対応する前記光検出感度直線の平均である光検出感度平均直線とをそれぞれ取得する工程と、
前記光検出感度平均直線と前記撮像感度平均直線との間のオフセットおよび角度差を、前記相関情報の前記オフセットおよび前記角度差として算出する工程と、を含む
ことを特徴とする光源制御方法。 In the light source control method according to claim 4,
The information acquisition step includes:
For a plurality of reference objects having reflectances different from each other, an imaging sensitivity average straight line that is the average of the imaging sensitivity straight lines for the plurality of reference objects, and light that is the average of the light detection sensitivity straight lines corresponding to the plurality of reference objects A step of obtaining a detection sensitivity average straight line, respectively;
and calculating an offset and an angular difference between the light detection sensitivity average straight line and the imaging sensitivity average straight line as the offset and the angular difference of the correlation information.
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