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JPH0629709B2 - Measuring method and device for three-dimensional curved surface shape - Google Patents
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JPH0629709B2 - Measuring method and device for three-dimensional curved surface shape - Google Patents

Measuring method and device for three-dimensional curved surface shape

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JPH0629709B2
JPH0629709B2 JP63076389A JP7638988A JPH0629709B2 JP H0629709 B2 JPH0629709 B2 JP H0629709B2 JP 63076389 A JP63076389 A JP 63076389A JP 7638988 A JP7638988 A JP 7638988A JP H0629709 B2 JPH0629709 B2 JP H0629709B2
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    • G01MEASURING; TESTING
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    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、3次元曲面の形状を非接触で測定する方法
及び装置に関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method and an apparatus for measuring the shape of a three-dimensional curved surface in a non-contact manner.

[従来の技術] 3次元曲面形状の計測は、3次元CAD入力、ロボット
ビジョン、或いは医用乃至服飾デザイン用人体形状計測
等、広い分野への応用が考えられることから、従来より
様々な手法が提案されてきている。
[Prior Art] Various methods have been proposed for the measurement of three-dimensional curved surface shapes because they can be applied to a wide range of fields such as three-dimensional CAD input, robot vision, or human body shape measurement for medical or clothing design. Has been done.

中でも光切断法として一般に知られる方法は、例えば
「画像処理ハンドブック(株式会社昭晃堂)」の第398,
399頁にも記載されているが、第2図に示すように被測
定物(51)に対して、スリット光源(52)からのスリット光
(53)を照射した時に物体表面に形成される光ビームパタ
ンが、これを照射方向と異なる方向から観察した時、被
測定物体(51)のスリット光照射位置での断面形状に対応
するという現象に着目した方式であり、その簡便性、非
接触性及び定量性故に従来より広く用いられている方法
である。
Among them, a method generally known as a light-section method is described in, for example, “Image Processing Handbook” (Shokoido Co., Ltd.), No. 398,
As described on page 399, as shown in FIG. 2, the slit light from the slit light source (52) with respect to the DUT (51) is measured.
The phenomenon that the light beam pattern formed on the object surface when irradiating (53) corresponds to the cross-sectional shape of the measured object (51) at the slit light irradiation position when observed from a direction different from the irradiation direction. Is a method that has been widely used from the past because of its simplicity, non-contact property, and quantitative property.

この光切断法を用いて3次元曲面の形状を測定するにあ
たっては、第2図においてスリット光(53)を矢印(54)の
方向に移動させながら、光ビームパタンをテレビカメラ
(55)で観察し、得られたビデオ信号を処理することによ
って、時々刻々画面内の光切断線(光ビームパタンの
形)を抽出し(56)、これを再構成することにより(57)、
曲面形状を構築する。
When measuring the shape of a three-dimensional curved surface using this light-section method, while moving the slit light (53) in the direction of the arrow (54) in FIG.
By observing in (55) and processing the obtained video signal, the light cutting line (the shape of the light beam pattern) in the screen is extracted every moment (56), and it is reconstructed (57) ,
Construct a curved shape.

光学系の構成としては、光源としてスリット光源(52)の
替りに光スポットスキャナを用い、撮像系として、テレ
ビカメラ(55)の代わりに例えばPSD(Position Sensit
ive Detector)センサとして知られているような高速の
光スポット位置検出装置を用いる方法もあるが、基本原
理としては、第2図のものと同一である。
As a configuration of the optical system, an optical spot scanner is used as a light source instead of the slit light source (52), and as an imaging system, for example, a PSD (Position Sensit) is used instead of the television camera (55).
There is also a method of using a high-speed optical spot position detecting device known as an ive detector sensor, but the basic principle is the same as that of FIG.

[発明が解決しようとする課題] 前述の光切断法は種々の利点を有している方法ではある
が、被測定物上の各点を検出し特定するためには、各画
面毎に画面内の光切断線を抽出するプロセスが不可欠で
あり、これに起因して以下に示すように測定精度の上
で、或いは信頼性の上での問題点が生じている。
[Problems to be Solved by the Invention] Although the above-described light-section method has various advantages, in order to detect and identify each point on the object to be measured, it is necessary to The process of extracting the light section line is essential, and this causes a problem in measurement accuracy or reliability as described below.

(1)被測定対象の形状による測定精度及び空間分解能の
劣化; 光切断法においては第3図(a)に示すようにスリット
光(53)の光軸に対して、被測定物(51)の面が直角に近い
角度の斜面である場合には、物体表面での光ビームパタ
ンの幅Wが狭いため、精度の高い測定が可能である。し
かしながら、第3図(b)に示すように被測定物の面が
スリット光(53)の光軸に平行に近い角度の斜面になる
と、物体表面での光ビームパタンの幅wが拡がり、光切
断線抽出時の位置の不確定性が増し、精度が劣化すると
共に、スリット光源(53)を移動した時の物体表面上での
光ビームパタンの移動量が大きくなり、これによって空
間的な測定の分解能も同時に劣化する。
(1) Deterioration of measurement accuracy and spatial resolution due to the shape of the object to be measured; in the optical cutting method, the object to be measured (51) with respect to the optical axis of the slit light (53) as shown in FIG. When the surface is a slope having an angle close to a right angle, the width W of the light beam pattern on the surface of the object is narrow, and therefore highly accurate measurement is possible. However, as shown in FIG. 3 (b), when the surface of the object to be measured becomes a slope having an angle close to parallel to the optical axis of the slit light (53), the width w of the light beam pattern on the surface of the object widens, and The uncertainty of the position when extracting the cutting line increases, the accuracy deteriorates, and the amount of movement of the light beam pattern on the object surface when moving the slit light source (53) increases, which results in spatial measurement. Resolution also deteriorates at the same time.

(2)被測定対象の表面反射率による測定信頼性の低下; 光切断法においては、画面内の光切断線の抽出するプロ
セスにおいて、光ビームパタンが周囲よりも十分明るい
ことが前提となっているために、例えば物体表面に、反
射率の大きなムラがあったり、また、物体表面の斜面角
度がスリット光の光軸に近く、反射光強度が低い場合に
は、光切断線抽出時に往々にして断点を生じたり、或い
は、全く別の点を光切断線と誤検出するケースが起き
る。このような現象は測定時に、スリット光以外の背景
光が存在する場合にも生じ、いずれも測定の信頼性の低
下や適用対象測定環境に対する制約となっている。
(2) Decrease in measurement reliability due to the surface reflectance of the object to be measured; in the optical cutting method, it is assumed that the light beam pattern is sufficiently brighter than the surroundings in the process of extracting the light cutting line in the screen. Therefore, for example, if there is a large unevenness in the reflectance on the object surface, or if the slope angle of the object surface is close to the optical axis of the slit light and the reflected light intensity is low, the light cutting line is often extracted. As a result, a break point may occur, or a completely different point may be erroneously detected as an optical cutting line. Such a phenomenon also occurs when background light other than the slit light is present at the time of measurement, and both of them cause a reduction in the reliability of the measurement and a restriction on the measurement environment to which it is applied.

このように光切断法には、光切断線抽出プロセスに起因
して生じる測定上のいくつかの問題のために、被測定対
象の形状、表面性状或いは測定環境など適用上の制約が
多く、その簡便性、非接触性、定量性等の優位性の割に
は、その用途が限定されており、これまで汎用の3次元
曲面形状計測装置としてアセンブルされて広く実用化さ
れる迄には至っていなかった。
As described above, the light-section method has many application restrictions such as the shape of the object to be measured, the surface texture, or the measurement environment because of some measurement problems caused by the light-section line extraction process. Its applications are limited in spite of its advantages such as simplicity, non-contact, and quantitativeness, and it has been assembled as a general-purpose three-dimensional curved surface shape measuring device and put to practical use. There wasn't.

この発明は、光切断法の有する前述の問題点を解消する
ためになされたものであり、光切断法と同様の光学系を
用いながらも、スリット光を媒体として被測定対象表面
にスリット光源位置をコーディングするという新しい方
式を導入することにより、光切断線抽出プロセスを全く
必要としない新たな測定原理に基づいた3次元曲面形状
の測定方法及び装置を得ることを目的とする。
This invention has been made in order to solve the above-mentioned problems of the light cutting method, and while using an optical system similar to the light cutting method, the slit light source position on the surface to be measured using slit light as a medium. It is an object of the present invention to obtain a method and apparatus for measuring a three-dimensional curved surface shape based on a new measurement principle that does not require an optical cutting line extraction process at all by introducing a new method of coding.

[課題を解決するための手段] この発明に係る3次元曲面形状の測定方法(請求項1)
は、被測定対象物表面に測定基準面と直交しない角度θ
をなす方向から投光した線状のスリット光を、被測定対
象表面の全面に亘って直線的に走査する工程と、スリッ
ト光とは異なった角度からテレビカメラによって被測定
対象表面を撮像してビデオ信号を生成する工程と、スリ
ット光の位置を求める工程と、ビデオ信号の画面内の各
画素の信号を順次取り込んで記憶し、同一画素について
後から入力される信号のレベルと既に記憶されている信
号のレベルとを比較し、後から入力される信号のレベル
の方が高いときにそのレベルによってその画素の記憶内
容を更新する工程と、ビデオ信号の画面内の各画素につ
いて、前記工程において画素の記憶内容が更新されたと
き、その時の前記スリット光の位置に関する情報を取り
込んで記憶することにより、ビデオ信号の画面内の各画
素に対応する被測定対象表面の各位置毎に、その位置を
スリット光が通過した瞬間の前記スリット光の位置に関
する情報をその画素の値とする合成画像を生成する工程
と、合成画像に基づいて被測定対象の3次元曲面形状を
求める工程とを有する。
[Means for Solving the Problem] A method for measuring a three-dimensional curved surface shape according to the present invention (claim 1)
Is the angle θ that is not orthogonal to the measurement reference plane on the surface of the object to be measured.
The step of linearly scanning the linear slit light projected from the direction that forms the entire surface of the object to be measured, and the surface of the object to be measured is imaged by the TV camera from an angle different from the slit light. The step of generating a video signal, the step of obtaining the position of the slit light, the signal of each pixel in the screen of the video signal is sequentially captured and stored, and the level of the signal input later for the same pixel is already stored. The level of the signal being input, and when the level of the signal input later is higher, the stored content of that pixel is updated by that level, and for each pixel in the screen of the video signal, When the stored content of a pixel is updated, the information about the position of the slit light at that time is fetched and stored so that the measured signal corresponding to each pixel in the screen of the video signal is stored. For each position on the target surface, a step of generating a composite image in which information on the position of the slit light at the moment when the slit light passes through the position is used as a value of the pixel, and 3 of the measured object based on the composite image. And a step of obtaining a dimensional curved surface shape.

また、この発明に係る3次元曲面形状の測定装置(請求
項2)は、被測定対象表面に第1の基準面と直交しない
角度θをなす方向から線状のスリット光を投光するスリ
ット投光光手段と、被測定対象表面の全面に亘ってスリ
ット光を直線的に走査するスリット光走査手段と、スリ
ット光の位置を測定するスリット光位置測定手段と、被
測定対象表面を、スリット光投光手段とは異なる方向か
ら撮像してビデオ信号を生成するテレビカメラと、ビデ
オ信号の画面内の各画素の信号を順次取り込んで記憶
し、同一画素について後から入力された信号のレベルと
既に記憶されている信号のレベルトとを比較し、後から
入力される信号のレベルの方が高いときにそのレベルに
よってその画素の記憶内容を更新して、各画素について
の最大レベルを求める最大輝度画像演算手段と、ビデオ
信号の画面内の各画素について、最大輝度画像演算手段
が画素の記憶内容を更新したとき、そのときのスリット
光の位置に関する情報をスリット光位置測定手段から取
り込んで、その画素の値として求めることにより、ビデ
オ信号の画面内の各画素に対応する被測定対象表面の各
位置毎に、その位置をスリット光が通過した瞬間のスリ
ット光の位置に関する情報をその画素の値とする合成画
像を生成する合成画像演算手段と、合成画像に基づいて
被測定対象の3次元曲面形状を求める画像演算手段とを
有する。
A three-dimensional curved surface shape measuring device according to the present invention (claim 2) is a slit projection device that projects linear slit light onto a surface to be measured from a direction forming an angle θ that is not orthogonal to the first reference plane. Light light means, slit light scanning means for linearly scanning the slit light over the entire surface of the measured object, slit light position measuring means for measuring the position of the slit light, and the measured object surface of the slit light. A television camera that captures an image from a direction different from the light projecting unit to generate a video signal, and a signal of each pixel in the screen of the video signal is sequentially captured and stored, and the level of a signal input later for the same pixel and The stored level of the signal is compared, and when the level of the signal input later is higher, the stored content of that pixel is updated by that level, and the maximum level for each pixel is obtained. For the maximum brightness image calculation means and each pixel in the screen of the video signal, when the maximum brightness image calculation means updates the stored contents of the pixel, information about the position of the slit light at that time is fetched from the slit light position measuring means. , For each position of the surface to be measured corresponding to each pixel in the screen of the video signal, the information about the position of the slit light at the moment when the slit light passes through that position is obtained by calculating the pixel value. A composite image calculation means for generating a composite image having a value of, and an image calculation means for obtaining a three-dimensional curved surface shape of the object to be measured based on the composite image.

また、この発明に係る3次元曲面形状の測定装置におい
て、テレビカメラは基準面に対して垂直な方向から被測
定対象を撮像する(請求項3)。
Further, in the three-dimensional curved surface shape measuring apparatus according to the present invention, the television camera images the object to be measured from a direction perpendicular to the reference plane (claim 3).

また、この発明に係る3次元曲面形状の測定装置におい
て、画像演算手段は、被測定対象表面に対してスリット
光を走査した時に合成画像演算手段によって得られる合
成画像u(x,y)と、基準面に対してスリット光を走
査した時に合成画像演算手段によって得られる合成画像
0(x,y)とに基づいて、被測定対象表面の3次元
形状f(x,y)を、基準面に対するスリット光投光角
度θを用いて f(x,y) ={u0(x,y)−u(x,y)}tanθ なる式に基づいて求める(請求項4)。
Further, in the three-dimensional curved surface shape measuring apparatus according to the present invention, the image calculation means includes a combined image u (x, y) obtained by the combined image calculation means when scanning the surface to be measured with slit light. Based on the combined image u 0 (x, y) obtained by the combined image calculation means when the slit light is scanned on the reference surface, the three-dimensional shape f (x, y) of the surface to be measured is set to the reference surface. using a slit light projection angle θ with respect to f (x, y) = { u 0 (x, y) -u (x, y)} tanθ becomes determined based on equation (claim 4).

また、この発明に係る3次元曲面形状の測定装置におい
て、画像演算手段は、被測定対象表面に対してスリット
光を走査した時に合成画像演算手段によって得られる合
成画像u(x,y)と基準面に対してスリット光を走査
した時に合成画像演算手段によって得られる合成画像u
0(x,y)と、更に、基準面と平行でかつ距離d(テ
レビカメラに近づく側を+、遠ざかる側を−とする)離
れた第2基準面に対してスリット光を走査した時に合成
画像演算手段によって得られる合成画像u1(x,y)
とを用いて、被測定対象面の3次元形状f(x,y)を なる式に基づいて求める(請求項5)。
Further, in the three-dimensional curved surface shape measuring apparatus according to the present invention, the image calculation means is a composite image u (x, y) obtained by the composite image calculation means when scanning the surface to be measured with the slit light and the reference. Synthetic image u obtained by the synthetic image calculation means when scanning the slit light on the surface
A combination of 0 (x, y) and a second reference plane parallel to the reference plane and separated by a distance d (the side closer to the television camera is +, the side away from the television camera is −) is scanned. Composite image u 1 (x, y) obtained by the image calculation means
And are used to calculate the three-dimensional shape f (x, y) of the surface to be measured. It is obtained based on the following formula (Claim 5).

また、この発明に係る3次元曲面形状の測定装置におい
て、画像演算手段は、被測定対象表面に対してスリット
光を走査した時に合成画像演算手段によって得られる合
成画像u(x,y)と、仮想的な基準面に対してテレビ
カメラ画面の横軸とスリット光の走査方向とのなす角θ
を用いて計算処理により求めた合成画像u0(x,y)
とに基づいて、被測定対象表面の3次元形状f(x,
y)を、基準面に対するスリット光投光角度θを用いて f(x,y) ={u0(x,y)−u(x,y)}tanθ なる式に基づいて求める(請求項6)。
Further, in the three-dimensional curved surface shape measuring apparatus according to the present invention, the image calculation means includes a combined image u (x, y) obtained by the combined image calculation means when scanning the surface to be measured with slit light. The angle θ between the horizontal axis of the TV camera screen and the scanning direction of the slit light with respect to the virtual reference plane
A composite image u 0 (x, y) obtained by calculation processing using
And the three-dimensional shape f (x,
y) is obtained based on the formula: f (x, y) = {u 0 (x, y) −u (x, y)} tan θ using the slit light projection angle θ with respect to the reference surface (claim 6). ).

[作用] この発明においては、スリット光の線状の反射パタンが
被測定対象物表面上を移動していく状態をテレビカメラ
で撮像し、画面内の各画素毎に、その画素に対応する被
測定対象物表面の位置をスリット光が通過した瞬間のス
リット光源の位置をその画素の値とする合成画像を作成
する。そして、例えば前記の合成画像と、被測定対象物
を取り除いた基準面について同様にして作成された合成
画像とについて、対応する画素の値の差を求めることに
より被測定対象物の3次元曲面形状を測定する。
[Operation] In the present invention, the state in which the linear reflection pattern of the slit light moves on the surface of the object to be measured is imaged by the television camera, and for each pixel in the screen, the object corresponding to that pixel is captured. A composite image is created in which the position of the slit light source at the moment when the slit light passes through the position of the surface of the measuring object is the value of the pixel. Then, for example, the three-dimensional curved surface shape of the object to be measured is obtained by obtaining the difference in the value of the corresponding pixel between the above-mentioned combined image and the combined image created in the same manner for the reference plane from which the object to be measured is removed. To measure.

[実施例] この発明の実施例の説明に先立って、以下この発明の測
定原理を第1図(A)(B)に基づいて先ず概念的に説
明する。
[Embodiment] Prior to the description of an embodiment of the present invention, the measurement principle of the present invention will first be conceptually described based on FIGS. 1 (A) and 1 (B).

第1図(A)に示すように、基準面(1)上に置かれた被
測定対象物(2)の表面に斜め上方から紙面に垂直方向に
拡がったスリット光(3a)を投光し、このスリット光(3a)
を紙面横方向に移動させながら、例えば被測定対象(2)
直上よりテレビカメラ(8)で撮像する。この時、テレビ
カメラ(8)に接続されたモニタテレビ(8a)上では、物体
表面でのスリット光の線状の反射パタンが画面横方向に
移動していく様子が観察される。
As shown in Fig. 1 (A), a slit light (3a) is projected onto the surface of the object to be measured (2) placed on the reference surface (1) from diagonally above and perpendicular to the paper surface. , This slit light (3a)
While moving in the horizontal direction of the paper, for example, the measured object (2)
Images are taken with a TV camera (8) from directly above. At this time, on the monitor television (8a) connected to the television camera (8), it is observed that the linear reflection pattern of the slit light on the object surface moves in the horizontal direction of the screen.

前述のように、このスリット光(3a)の反射パタンの線形
状は、物体表面の凹凸情報を反映しており、従来の光切
断法においては、反射パタンの線形状を時々刻々抽出
し、これを再構成することにより、被測定対象の3次元
形状を測定していた。
As described above, the line shape of the reflection pattern of this slit light (3a) reflects the unevenness information of the object surface, and in the conventional light cutting method, the line shape of the reflection pattern is extracted from moment to moment. The three-dimensional shape of the object to be measured was measured by reconstructing.

この発明においては、スリット光(3a)の線状の反射パタ
ンが物体表面上を移動していく様子を写すテレビカメラ
(8)から出力されるビデオ信号と、時々刻々のスリット
光源の位置信号とをもとにして、画面内の各画素毎に、
その画素に対応する物体表面の位置をスリット光が通過
した瞬間のスリット光源の位置をその画素の値とする画
像を合成する。
In the present invention, a television camera showing a state in which a linear reflection pattern of slit light (3a) moves on the surface of an object.
Based on the video signal output from (8) and the position signal of the slit light source that changes moment by moment, for each pixel in the screen,
An image having the position of the slit light source at the moment when the slit light passes through the position of the object surface corresponding to the pixel as the value of the pixel is synthesized.

このようにして合成された画像は、その各画素における
値が第1図(A)の一点鎖線で示す面A(以後仮基準面
と呼ぶ)を基準とした物体表面の高さプロフィルを表わ
している。このようにして物体表面の仮基準面Aを基準
とした高さプロフィルが測定される。
The image thus synthesized represents the height profile of the object surface with the value at each pixel as a reference with respect to the plane A (hereinafter referred to as a temporary reference plane) indicated by the alternate long and short dash line in FIG. There is. In this way, the height profile of the object surface with reference to the temporary reference plane A is measured.

しかしながら、物体の3次元形状計測は一般に第1図
(A)における仮基準面Aに対するプロフィルではな
く、被測定対象物1が置かれた面位置(第1図(A)の
基準面、以下基準面と呼ぶ)を基準としたプロフィルを
測定しなければならない。
However, the three-dimensional shape measurement of an object is generally not a profile for the temporary reference plane A in FIG. 1 (A), but a surface position on which the measured object 1 is placed (reference plane in FIG. 1 (A), hereinafter reference The profile must be measured with reference to the surface).

このような要請を満たすためには、先ず、物体表面につ
いて前述の測定を行って仮基準面Aを基準とした高さプ
ロフィルを測定し、次に、被測定対象を取払った上、基
準面(1)について同じ測定を行なって、仮基準面Aを基
準とした高さプロフィルを測定し、しかる後第1図
(B)に示すように、これら2つの高さプロフィル画
像、即ち物体面合成画像と基準面合成画像との対応する
画素の値の差をを演算する。この演算により、基準面
(1)を基準とした高さプロフィル画像が得られ、この高
さプロフィル画像の各画素の値は、その画素に対応する
測定対象表面位置の基準面(1)を基準とした高さに比例
したものとなる。
In order to meet such a requirement, first, the above-mentioned measurement is performed on the object surface to measure the height profile with reference to the temporary reference plane A, and then the object to be measured is removed and the reference surface is removed. The same measurement is performed for (1) to measure the height profile with reference to the temporary reference plane A. Then, as shown in FIG. 1 (B), these two height profile images, that is, the object plane composites. The difference between the values of corresponding pixels in the image and the reference plane composite image is calculated. By this calculation, the reference plane
A height profile image based on (1) is obtained, and the value of each pixel of this height profile image is proportional to the height of the measurement target surface position corresponding to that pixel with respect to the reference plane (1). It will be what you did.

第4図(a)(b)(c)にこの発明の光学系の構成図
であり、同図(a)は斜視図、同図(b)は平面図、同
図(c)は側面図である。
4 (a), (b), and (c) are configuration diagrams of the optical system of the present invention. FIG. 4 (a) is a perspective view, FIG. 4 (b) is a plan view, and FIG. 4 (c) is a side view. Is.

第4図(a)においてx−y平面を基準面(1)とし、こ
の上に物体面z=f(x,y)を有する被測定対象物
(2)が載置される。テレビカメラ(8)はz軸を光軸として
物体面を所定の角度、例えば直上より観察する。スリッ
ト光源(3)はy軸方向に拡がるスリット光(3a)をx軸に
対して角度θで投光しており、x軸方向にスキャンされ
る。この時、スリット光源(3)の位置をスリット光(3a)
が基準面(1)に当たる位置x=x0で定義する(スリット
光源(3)の位置はx−y平面に平行な面であればどの面
でも定義しても以下の義論は同様に成立する。ここでは
簡単のためx−y平面上でスリット光源の位置を定義し
た。) 従って、物体面とスリット光線面は各々以下の式で定義
される。
In FIG. 4 (a), an object to be measured having an xy plane as a reference plane (1) and having an object plane z = f (x, y) on the reference plane (1)
(2) is placed. The television camera (8) observes the object plane at a predetermined angle, for example, directly above, with the z axis as the optical axis. The slit light source (3) projects the slit light (3a) spreading in the y-axis direction at an angle θ with respect to the x-axis and is scanned in the x-axis direction. At this time, change the position of the slit light source (3) to slit light (3a).
Is defined as a position x = x 0 corresponding to the reference plane (1) (The position of the slit light source (3) can be defined as any plane as long as it is parallel to the xy plane. Here, the position of the slit light source is defined on the xy plane for simplification.) Therefore, the object plane and the slit ray plane are respectively defined by the following equations.

物体面:z=f(x,y)……(1) 光線面:z=(x−x0)tanθ……(2) 光線が物体面に当たる線上では(1)及び(2)式が同時に成
立するから、次式の関係が成り立つ。
Object plane: z = f (x, y) (1) Ray plane: z = (x-x0) tan θ (2) On the line where the ray hits the object plane, equations (1) and (2) are established at the same time. Therefore, the following relationship holds.

(x,y)座標に対応する合成画像の値u(x,y)
を、その時の光線位置x0で与えるものとすると、u
(x,y)x0とおくことにより、次式が成立する。
Value u (x, y) of the composite image corresponding to the (x, y) coordinates
Is given by the ray position x 0 at that time, u
By setting (x, y) x 0 , the following equation is established.

一方、測定対象物(1)を取払った基準面(x−y平面)
における合成画像をu0(x,y)とすると、(4)式でf
(x,y)=0とおくとにより次式が成立する。
On the other hand, the reference plane (xy plane) from which the measurement object (1) is removed
Let u 0 (x, y) be the composite image in f.
By setting (x, y) = 0, the following equation holds.

0(x,y)=x……(5) 従って、物体プロフィルf(x,y)は、(4)式及び(5)
式から、次式の形に求めることができる。
u 0 (x, y) = x (5) Therefore, the object profile f (x, y) is expressed by equation (4) and (5).
From the equation, the following equation can be obtained.

f(x,y) ={u0(x,y)−u(x,y)}tanθ……(6) なお、この測定原理の応用例として、以下の方式も容易
に考えられる。まず、第1の応用例としては、基準面を
2つ設ける方式である。即ち、前述の基準面のほかに、
これと平行でかつ距離d(テレビカメラに近づく側を
+、遠ざかる側を−とする)離れた第2基準面を設け、
この基準面において同様に合成画像を演算する。この第
2基準面における合成画像をu1(x,y)とすると、
(4)式でf(x,y)=dとおくことにより 従って物体面f(x,y)は、(4)式、(5)式、及び(7)
式から次式の形に求めることができる。
f (x, y) = {u 0 (x, y) −u (x, y)} tan θ (6) The following method can be easily considered as an application example of this measurement principle. First, as a first application example, a method of providing two reference planes is used. That is, in addition to the above-mentioned reference plane,
A second reference plane that is parallel to this and is separated by a distance d (the side closer to the television camera is +, the side away from the television camera is −),
A composite image is similarly calculated on this reference plane. If the composite image on this second reference plane is u 1 (x, y),
By setting f (x, y) = d in equation (4), Therefore, the object plane f (x, y) is expressed by the equations (4), (5), and (7).
From the formula, it can be obtained in the form of the following formula.

更に、第2の応用例としては基準面を物理的には設け
ず、仮想的な基準面に対する合成画像u0(x,y)を
(5)式を用いて計算処理により生成し、これを(6)式に代
入することにより物体面f(x,y)を求める方式が考
えられる。但し、この場合にテレビカメラ画面の横軸
(ラスタ方向)と、スリット光源のスキャン方向とが角
度φをなすば場合は、u0(x,y)=xなる画像を角
度φだけ回転した画像 u0(x,y)=xcosφ+ysinφ……(9) を用いなければならない。
Furthermore, as a second application example, the reference plane is not physically provided, and the composite image u 0 (x, y) with respect to the virtual reference plane is displayed.
A method is conceivable in which the object plane f (x, y) is obtained by generating it by calculation using the equation (5) and substituting it into the equation (6). However, in this case, when the horizontal axis (raster direction) of the television camera screen and the scanning direction of the slit light source form an angle φ, an image obtained by rotating u 0 (x, y) = x by the angle φ is obtained. u 0 (x, y) = xcosφ + ysinφ (9) must be used.

次に、この発明の一実施例を第5図〜第7図に基づいて
説明する。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

第5図は前記実施例に係る3次元形状計測装置の構成図
である。測定の基準となる基準面(1)上に被測定対象(2)
が載置される。スリット光源(3)はリニアステージ(4)の
上に搭載されており、基準面(1)及び被測定対象(2)上
に、角度θなる投光角でスリット光(3a)を投光する。ス
リット光源(3)を搭載しているリニアステージ(4)は、モ
ータコントローラ(5)によって制御されるモータ(6)によ
って駆動され、スリット光源(3)を基準面(1)に対して平
行方向に移動する。
FIG. 5 is a block diagram of the three-dimensional shape measuring apparatus according to the above embodiment. The object to be measured (2) on the reference surface (1) which is the standard of measurement
Is placed. The slit light source (3) is mounted on the linear stage (4) and projects the slit light (3a) on the reference surface (1) and the object to be measured (2) at a projection angle of θ. . The linear stage (4) equipped with the slit light source (3) is driven by the motor (6) controlled by the motor controller (5), and the slit light source (3) is parallel to the reference plane (1). Move to.

この時、スリット光源(3)の位置は、リニアステージ(4)
に組込まれている位置センサ(7)によって測定され、モ
ータコントローラ(5)を介して形状測定装置(9)に入力さ
れる。
At this time, the position of the slit light source (3) is set to the linear stage (4).
It is measured by the position sensor (7) incorporated in the and is input to the shape measuring device (9) via the motor controller (5).

基準面(1)及び被測定対象物(2)は、光軸が基準面(1)と
直交するように配設されたテレビカメラ(8)によって撮
影され、得られるビデオ信号は形状計測装置(9)に入力
される。
The reference plane (1) and the object to be measured (2) are photographed by the television camera (8) arranged so that the optical axis is orthogonal to the reference plane (1), and the obtained video signal is a shape measuring device ( Input to 9).

形状計測装置(9)は、大別して画像合成による形状演算
を行なう画像演算手段としての形状演算回路(10)と、モ
ータコントローラ(5)に対する指令や形状演算回路(10)
に対する演算タイミング制御を行なうシーケンスコント
ローラ(11)からなっている。
The shape measuring device (9) is roughly divided into a shape calculating circuit (10) as image calculating means for performing shape calculation by image synthesis, and a command to the motor controller (5) and a shape calculating circuit (10).
It is composed of a sequence controller (11) for controlling the operation timing for the.

形状測定に際しては、形状計測装置(9)は外部から与え
られるスタート信号に基づく、シーケンスコントローラ
(11)を介してリニアステージ(4)を駆動し、スリット光
源(3)を初期位置にセットする。しかる後、スリット光
源(3)の走査を開始する。
When measuring the shape, the shape measuring device (9) is a sequence controller based on a start signal given from the outside.
The linear stage (4) is driven via (11) to set the slit light source (3) to the initial position. Then, the scanning of the slit light source (3) is started.

形状演算回路(10)はその入力部に、後述する画像合成回
路(12)を有しており、スリット光源(3)走査開始と同時
に、テレビカメラ(8)より入力されるビデオ信号を時々
刻々処理して、画面内の各画素毎に、その画素をスリッ
ト光の像が通過した瞬間のステージ位置信号をその画素
の値とする画像合成演算を行ない、スリット光源(3)の
1走査の完了と同時にその結果u(x,y)を物体面合
成画像メモリ(13)に転送する。
The shape calculation circuit (10) has an image synthesizing circuit (12) which will be described later in its input section, and at the same time when the slit light source (3) starts scanning, the video signal input from the television camera (8) is momentarily displayed. After processing, for each pixel in the screen, an image composition calculation is performed using the stage position signal at the moment when the slit light image passes through that pixel as the value of that pixel, and one scan of the slit light source (3) is completed. At the same time, the result u (x, y) is transferred to the object plane composite image memory (13).

次に、基準面(1)から被測定対象物(2)を取払った後、シ
ーケンスコントローラ(11)は、スリット光源(3)を初期
位置に戻した後、再度スリット光源(3)の走査を開始す
る。画像合成回路(1)には、被測定対象物(2)に対して行
なったのと同じ画像合成演算を基準面(1)に対して行な
い、スリット光源の走査完了と同時にその結果u
0(x,y)を基準面合成画像メモリ(14)に転送する。
Next, after removing the measured object (2) from the reference surface (1), the sequence controller (11) returns the slit light source (3) to the initial position, and then scans the slit light source (3) again. To start. The image combining circuit (1) performs the same image combining operation as that performed on the object to be measured (2) on the reference surface (1), and when the scanning of the slit light source is completed, the result u
0 (x, y) is transferred to the reference plane composite image memory (14).

これらの画像合成演算完了後、形状演算回路(10)は、シ
ーケンスコントーロラ(11)の指示に基づいて差画像演算
回路(15)を用いて物体面合成画像メモリ(13)の画像と基
準面合成画像メモリ(14)の画像との対応する画素の値の
差の画像 {u0(x,y)−u(x,y)}を演算した後、高さ
補正回路(16)を用いて高さプロフィルを較正し、その結
果得られる高さプロフィルデータ {u0(x,y)−u(x,y)}tanθ を3次元形状メモリ(17)に蓄積する。
After completion of these image composition operations, the shape operation circuit (10) uses the difference image operation circuit (15) based on the instruction of the sequence controller (11) and the image in the object plane composite image memory (13) and the reference image. After calculating the image {u 0 (x, y) -u (x, y)} of the difference in the value of the corresponding pixel with the image of the surface composite image memory (14), the height correction circuit (16) is used. Then, the height profile is calibrated, and the resulting height profile data {u 0 (x, y) -u (x, y)} tan θ is stored in the three-dimensional shape memory (17).

3次元形状メモリ(17)に蓄えられた高さプロフィルデー
タは、上位の計算機乃至CADシステムからの指令に基
づいて適宜計算機乃至CADシステムに転送される。
The height profile data stored in the three-dimensional shape memory (17) is appropriately transferred to a computer or CAD system based on a command from a host computer or CAD system.

この実施例においては、例えば第6図に示すようにスリ
ット光の投光角度に近い角度の斜面をもった被測定対象
物(2)について測定すると、斜面の傾きがスリット光の
投光角度に非常に近いので、スリット光が図中"1"で示
す位置に来た時、斜面全体が一様に明るくなり、物体面
合成画像メモリ(13)の記憶内容は符号(13a)に示すよう
になる。基準面合成メモリ(14)の記憶内容は符号(14a)
に示すようになる。従って、これらの画像データを差画
像演算回路(15)及び高さ補正回路(16)により演算処理し
て3次元形状メモリ(17)に格納されるデータは、符号(1
7a)に示されるようになる。このことから、スリット光
の角度に近い面をもった形状に対しても十分高い分解能
が得られていることが分かる。
In this embodiment, for example, as shown in FIG. 6, when the object to be measured (2) having a slope close to the projection angle of the slit light is measured, the slope of the slope becomes the projection angle of the slit light. Since it is very close, when the slit light comes to the position indicated by "1" in the figure, the entire slope becomes evenly bright, and the contents stored in the object plane composite image memory (13) are as shown by reference numeral (13a). Become. Reference plane synthesis memory (14) is stored as code (14a)
As shown in. Therefore, the data stored in the three-dimensional shape memory (17) after the image data is arithmetically processed by the difference image arithmetic circuit (15) and the height correction circuit (16) is the code (1
7a). From this, it is understood that a sufficiently high resolution is obtained even for a shape having a surface close to the angle of the slit light.

従来この画像(13a)から光切断線を抽出することは先に
も説明したように困難であり、このような斜面に対して
光切断法を適用しようとすると、測定精度、空間分解能
共に期待できなかったが、この実施例では、このような
斜面に対しても、スリット光のビーム幅乃至サンプリン
グピッチ程度の測定精度及び空間分解能での測定が可能
であり、一般に、被測定対象の形状に依らない形状測定
が実現できる。
Conventionally, it is difficult to extract the light section line from this image (13a), as described above, and if the light section method is applied to such a slope, both measurement accuracy and spatial resolution can be expected. However, in this embodiment, even with respect to such an inclined surface, it is possible to perform measurement with the measurement accuracy and spatial resolution of the beam width of the slit light to the sampling pitch, and generally, depending on the shape of the object to be measured. It is possible to realize shape measurement that does not exist.

第7図は形状測定装置(9)の一構成要素である画像合成
回路(12)の一例を示す構成図である。
FIG. 7 is a block diagram showing an example of an image synthesizing circuit (12) which is a component of the shape measuring apparatus (9).

画像合成回路(12)は、テレビカメラ(8)より入力される
ビデオ信号を処理して各画素毎に、最も明るくなった瞬
間の輝度を演算する最大輝度画像演算部(18)と、各画素
が時間的に最大の輝度をとる瞬間のステージ位置信号を
その画素の値とする画像合成演算を行なう画像合成演算
部(19)とから構成されており、これらの制御用として同
期回路(20)、メモリアドレス発生回路(21)及び出力制御
回路(22)を備えている。
The image composition circuit (12) processes the video signal input from the television camera (8) and calculates the brightness at the moment when it becomes brightest for each pixel, and the maximum brightness image calculation unit (18) and each pixel. Is composed of an image composition operation unit (19) that performs an image composition operation using the stage position signal at the moment when the maximum luminance is taken as the value of that pixel, and a synchronization circuit (20) for controlling these. , A memory address generation circuit (21) and an output control circuit (22).

最大輝度演算部(18)は、最大輝度画像演算のバッファメ
モリである最大輝度画像メモリ(23)を中心として同期回
路(20)より出力されるタイミング信号に基づいてビデオ
信号をA/D変換しディジタル化するA/D変換回路(2
4)、メモリアドレス発生回路(21)より指定される最大輝
度画像メモリのアドレスのデータの読出し、書込みを制
御する最大輝度画像メモリ(25)、更に、テレビカメラか
ら入力される画像と最大輝度メモリの画像の対応する画
素の値を比較し、大きい方の値を選択出力する比較回路
(26)及びスイッチ回路(27)より構成されている。
The maximum brightness calculation unit (18) A / D-converts the video signal based on the timing signal output from the synchronization circuit (20) centering on the maximum brightness image memory (23) which is a buffer memory for maximum brightness image calculation. A / D conversion circuit for digitization (2
4), maximum brightness image memory (25) that controls the reading and writing of data at the maximum brightness image memory address specified by the memory address generation circuit (21), and the image and maximum brightness memory input from the TV camera Circuit that compares the values of the corresponding pixels in the image
(26) and a switch circuit (27).

一方、合成画像演算部(19)は、合成画像演算結果を格納
する合成画像メモリ(28)を中心として構成されており、
最大輝度画像演算部(18)の中の比較回路(26)の出力信号
に基づいて、テレビカメラから入力される信号レベルが
それに対応する最大輝度画像メモリ(23)のアドレスの画
素の値よりも大きかった時にステージ位置を合成画像メ
モリ(28)に書込む機能を有する合成画像メモリ制御回路
(29)を備えている。
On the other hand, the composite image calculation unit (19) is mainly composed of a composite image memory (28) for storing the composite image calculation result,
Based on the output signal of the comparison circuit (26) in the maximum luminance image calculation unit (18), the signal level input from the television camera is higher than the pixel value at the address of the corresponding maximum luminance image memory (23). Synthetic image memory control circuit having a function of writing the stage position in the synthetic image memory (28) when it is large
It is equipped with (29).

この回路は、演算の開始のタイミングで、最大輝度画像
メモリ(13)及び合成画像メモリ(28)が零にクリアされた
状態からスタートし、テレビカメラから入力されるビデ
オ信号をA/D変換回路(24)を用いてディジタル化しな
がら、ビデオ信号の値と、その画素の位置に対応する最
大輝度画像メモリ(13)の画素の値とを比較してビデオ信
号の値のほうが大きい時にのみ最大輝度画像メモリ(13)
のその画素の値をビデオ信号の値で更新すると同時に、
合成画像の対応する画素にステージ位置信号を書込む機
能を有している。
This circuit starts from the state where the maximum brightness image memory (13) and the composite image memory (28) are cleared to zero at the timing of the start of calculation, and the video signal input from the television camera is A / D conversion circuit. While digitizing using (24), compare the value of the video signal with the value of the pixel of the maximum brightness image memory (13) corresponding to the position of that pixel, and only when the value of the video signal is larger, the maximum brightness Image memory (13)
At the same time as updating the value of that pixel of
It has a function of writing the stage position signal to the corresponding pixel of the composite image.

このようにして外部からの演算制御信号によって指示さ
れる時間、上記の演算が行なわれる結果、演算終了時
に、合成画像メモリ(28)に、先に説明した所定の画像が
生成されている。このようにして演算された合成画像
は、出力制御回路(22)を介して、次の演算回路へと転送
される。
In this way, the above calculation is performed for the time designated by the calculation control signal from the outside. As a result, the predetermined image described above is generated in the composite image memory (28) at the end of the calculation. The composite image calculated in this way is transferred to the next arithmetic circuit via the output control circuit (22).

なお、上記の実施例では測定時に基準面(1)の合成画像
を作成しているが、基準面(1)の合成画像は一度作成す
ればよいから、2回目以降の測定時には最初に作成した
基準面(1)の合成画像をそのまま使用すればよい。ま
た、この基準面(1)の合成画像は単純な構成であるか
ら、形状演算回路(10)に演算機能を付加し、仮想の基準
面を(5)式により計算で求めてその合成画像を作成し、
基準面合成画像メモリ(14)に格納するようにしてもよ
い。
Although the composite image of the reference surface (1) is created at the time of measurement in the above-described embodiment, the composite image of the reference surface (1) only needs to be created once, and thus is created first at the time of the second and subsequent measurements. The synthetic image of the reference plane (1) may be used as it is. In addition, since the composite image of this reference plane (1) has a simple configuration, a calculation function is added to the shape calculation circuit (10), and the virtual reference plane is calculated by equation (5), and the composite image is obtained. make,
It may be stored in the reference plane composite image memory (14).

また、上記の実施例では基準面を1個設ける例を示した
が、基準面(1)の他に第2基準面を設けるようにしても
よい。この第2基準面は基準面(1)とスリット光源(3)と
の間に、基準面(1)に対して距離dをもって設置される
ものである。この場合の形状演算回路(10a)は、第8図
に示すように、この第2基準面による合成画像u
1(x,y)を上記と同様に画像合成回路(12)より作成
し、それを格納する合成画像メモリ(14a)を物体合成画
像メモリ(13)及び基準面合成画像メモリ(14)の他に設
け、更に差画像演算回路(15)及び高さ補正回路(16)の代
わりに、前述の(8)式を演算する演算回路(30)を設け
る。
Further, in the above embodiment, an example in which one reference surface is provided is shown, but a second reference surface may be provided in addition to the reference surface (1). The second reference plane is installed between the reference plane (1) and the slit light source (3) with a distance d to the reference plane (1). The shape calculation circuit (10a) in this case, as shown in FIG.
1 (x, y) is created by the image synthesizing circuit (12) in the same manner as described above, and the synthetic image memory (14a) for storing it is stored in addition to the object synthetic image memory (13) and the reference plane synthetic image memory (14). Further, in place of the difference image calculation circuit (15) and the height correction circuit (16), a calculation circuit (30) for calculating the above equation (8) is provided.

[発明の効果] 以上のようにこの発明によれば、光切断法と同様の光学
系を用いながらも、例えば被測定対象がスリット光の投
光角度に近い角度の斜面の形状をもっている場合であっ
ても、被測定対象の合成画像と基準面の合成画像との対
応する画素の値の差を求めて3次元形状を得るようにし
たので、そのような斜面に対してもスリット光のビーム
幅乃至サンプリングピッチ程度の測定精度及び空間分解
能での測定が可能であり、被測定対象の形状に依らない
形状測定ができる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, even when an optical system similar to the light cutting method is used, for example, the object to be measured has a shape of an inclined surface close to the projection angle of the slit light. Even so, since the three-dimensional shape is obtained by calculating the difference between the values of the corresponding pixels in the combined image of the object to be measured and the combined image of the reference surface, the beam of slit light is obtained even on such a slope. It is possible to perform measurement with a measurement accuracy and a spatial resolution of a width to a sampling pitch, and it is possible to perform shape measurement that does not depend on the shape of the measurement target.

また、この発明によれば、スリット光の線状の反射パタ
ンが被測定対象面上を移動していく様子をテレビカメラ
で撮像し、画面内の各画素毎にその画素に対応する物体
表面の位置をスリット光が通過した瞬間にスリット光源
の位置をその画素の値とする画像合成演算を行うが、こ
の画像合成演算が成立し、形状情報が正しく求まるため
の必要条件は、各画素に対応する被測定対象面の各位置
の明るさが、スリット光がその位置を通過した瞬間に最
大になるという条件のみである。
Further, according to the present invention, the state in which the linear reflection pattern of the slit light is moving on the surface to be measured is imaged by the television camera, and for each pixel in the screen, the object surface corresponding to the pixel is displayed. When the slit light passes through the position, an image composition calculation is performed using the position of the slit light source as the value of that pixel. The necessary conditions for this image composition calculation to be established and the shape information to be obtained correctly correspond to each pixel. The only condition is that the brightness at each position on the surface to be measured is maximized at the moment when the slit light passes through the position.

従って、被測定対象の空間的な表面反射率のむらは測定
に影響を及ぼさないばかりでなく、背景光があったとし
ても、その光量が時間的に一定でかつテレビカメラの信
号が飽和しない程度の明るさでありさえすれば、物体表
面上の各点の明るさはやはりスリット光が通過した瞬間
に最大になることから、測定対象の表面反射率や背景光
の影響を受けない測定が可能である。
Therefore, not only the unevenness of the spatial surface reflectance of the object to be measured does not affect the measurement, but even if there is background light, the amount of light is constant over time and the signal of the TV camera is not saturated. As long as it is brightness, the brightness of each point on the surface of the object also becomes maximum at the moment when the slit light passes, so it is possible to perform measurement without being affected by the surface reflectance or background light of the measurement target. is there.

更に、この発明によれば基準面を2個設けて測定するこ
とにより、スリット光の投射角に依存しない測定が可能
となり、測定精度が高められている。
Furthermore, according to the present invention, by providing two reference planes for measurement, it is possible to perform measurement independent of the projection angle of the slit light, and the measurement accuracy is improved.

更に、この発明によれば基準面の合成画像を得るのに際
して計算により求めるようにしたので、測定の際の作業
が簡略化されている。
Further, according to the present invention, since the calculation is performed when obtaining the composite image of the reference plane, the work at the time of measurement is simplified.

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

第1図(A)(B)はこの発明の測定原理を示す説明
図、第2図は従来の光切断法の概念図、第3図(a)
(b)は従来の光切断法の斜面角度による測定精度の変
化を示す説明図、第4図(a)(b)(c)はこの発明
の光学系の構成を示す説明図で、同図(a)は斜視図、
同図(b)は平面図及び同図(c)は側面図である。 第5図はこの発明の一実施例に係る3次元形状計測装置
の構成図、第6図は斜面形状の測定例を示す説明図、第
7図は第5図の画像合成回路の詳細を示したブロック
図、第8図は形状演算回路の他の例を示すブロック図で
ある。 (1):基準面、(2):被測定対象、(3):スリット光源、
(4):リニアステージ、(5):モータコントローラ、
(6):モータ、(7):位置センサ、(8):テレビカメラ、
(9):形状計測装置、(10):形状演算回路、(11):シー
ケンスコントローラ、(12):画像合成演算回路、(13):
物体面合成画像メモリ、(14):基準面合成画像メモリ、
(15):差画像演算回路、(16):高さ補正回路、(17):3
次元形状メモリ、(18):最大輝度画像演算部、(19):合
成画像演算部、(20):同期回路、(21):メモリアドレス
発生回路、(22):出力制御回路、(23):最大輝度画像メ
モリ、(24):A/D変換回路、(25):最大輝度画像メモ
リ制御回路、(26):比較回路、(27):スイッチ回路、(2
8):合成画像メモリ。
1 (A) and (B) are explanatory views showing the measurement principle of the present invention, FIG. 2 is a conceptual diagram of a conventional optical cutting method, and FIG. 3 (a).
FIG. 4B is an explanatory diagram showing a change in measurement accuracy depending on the slope angle of the conventional light cutting method, and FIGS. 4A, 4B and 4C are explanatory diagrams showing the configuration of the optical system of the present invention. (A) is a perspective view,
The figure (b) is a top view and the figure (c) is a side view. FIG. 5 is a block diagram of a three-dimensional shape measuring apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 6 is an explanatory view showing an example of measuring a slope shape, and FIG. 7 shows details of the image synthesizing circuit of FIG. FIG. 8 is a block diagram showing another example of the shape calculation circuit. (1): Reference plane, (2): Object to be measured, (3): Slit light source,
(4): Linear stage, (5): Motor controller,
(6): Motor, (7): Position sensor, (8): TV camera,
(9): Shape measuring device, (10): Shape calculation circuit, (11): Sequence controller, (12): Image composition calculation circuit, (13):
Object plane composite image memory, (14): Reference plane composite image memory,
(15): Difference image calculation circuit, (16): Height correction circuit, (17): 3
Dimensional shape memory, (18): maximum brightness image calculation unit, (19): composite image calculation unit, (20): synchronization circuit, (21): memory address generation circuit, (22): output control circuit, (23) : Maximum brightness image memory, (24): A / D conversion circuit, (25): maximum brightness image memory control circuit, (26): comparison circuit, (27): switch circuit, (2
8): Composite image memory.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】被測定対象物表面に測定基準面と直交しな
い角度θをなす方向から投光した線状のスリット光を、
被測定対象表面の全面に亘って直線的に走査する工程
と、 前記スリット光とは異なった角度からテレビカメラによ
って被測定対象表面を撮像してビデオ信号を生成する工
程と、 前記スリット光の位置を求める工程と、 前記ビデオ信号の画面内の各画素の信号を順次取り込ん
で記憶し、同一画素について後から入力される信号のレ
ベルと既に記憶されている信号のレベルとを比較し、後
から入力される信号のレベルの方が高いときにそのレベ
ルによってその画素の記憶内容を更新する工程と、 前記ビデオ信号の画面内の各画素について、前記工程に
おいて画素の記憶内容が更新されたとき、その時の前記
スリット光の位置に関する情報を取り込んで記憶するこ
とにより、ビデオ信号の画面内の各画素に対応する被測
定対象表面の各位置毎に、その位置をスリット光が通過
した瞬間の前記スリット光の位置に関する情報をその画
素の値とする合成画像を生成する工程と、 前記合成画像に基づいて被測定対象の3次元曲面形状を
求める工程と を有することを特徴とする3次元曲面形状の測定方法。
1. A linear slit light projected onto a surface of an object to be measured from a direction forming an angle θ which is not orthogonal to a measurement reference plane,
A step of linearly scanning the entire surface of the object to be measured; a step of generating a video signal by imaging the surface of the object to be measured by a television camera from an angle different from the slit light; and the position of the slit light And the step of obtaining the signal of each pixel in the screen of the video signal is sequentially captured and stored, and the level of the signal input later for the same pixel is compared with the level of the signal already stored, A step of updating the stored content of the pixel by the level of the input signal when the level is higher, and for each pixel in the screen of the video signal, when the stored content of the pixel is updated in the step, By capturing and storing information regarding the position of the slit light at that time, for each position of the measured surface corresponding to each pixel in the screen of the video signal, A step of generating a composite image in which information about the position of the slit light at the moment when the slit light passes through the position is a value of the pixel, and a step of obtaining a three-dimensional curved surface shape of the object to be measured based on the composite image A method for measuring a three-dimensional curved surface shape, comprising:
【請求項2】被測定対象表面に第1の基準面と直交しな
い角度θをなす方向から線状のスリット光を投光するス
リット投光光手段と、 被測定対象表面の全面に亘ってスリット光を直線的に走
査するスリット光走査手段と、 スリット光の位置を測定するスリット光位置測定手段
と、 被測定対象表面を、前記スリット光投光手段とは異なる
方向から撮像してビデオ信号を生成するテレビカメラ
と、 前記ビデオ信号の画面内の各画素の信号を順次取り込ん
で記憶し、同一画素について後から入力された信号のレ
ベルと既に記憶されている信号のレベルとを比較し、後
から入力される信号のレベルの方が高いときにそのレベ
ルによってその画素の記憶内容を更新して、各画素につ
いての最大レベルを求める最大輝度画像演算手段と、 前記ビデオ信号の画面内の各画素について、前記最大輝
度画像演算手段が画素の記憶内容を更新したとき、その
ときの前記スリット光の位置に関する情報を前記スリッ
ト光位置測定手段から取り込んで、その画素の値として
求めることにより、ビデオ信号の画面内の各画素に対応
する被測定対象表面の各位置毎に、その位置をスリット
光が通過した瞬間の前記スリット光の位置に関する情報
をその画素の値とする合成画像を生成する合成画像演算
手段と、 前記合成画像に基づいて被測定対象の3次元曲面形状を
求める画像演算手段と を有する3次元曲面形状の測定装置。
2. A slit light projecting means for projecting linear slit light from a direction forming an angle θ which is not orthogonal to the first reference plane on the surface to be measured, and slits over the entire surface of the object to be measured. Slit light scanning means for linearly scanning light, slit light position measuring means for measuring the position of slit light, and a surface to be measured from a direction different from that of the slit light projecting means to obtain a video signal. The TV camera to generate and the signal of each pixel in the screen of the video signal are sequentially captured and stored, and the level of the signal input later on the same pixel and the level of the signal already stored are compared, A maximum luminance image calculation means for obtaining the maximum level for each pixel by updating the stored content of the pixel according to the level of the signal input from the video signal, For each pixel in the screen of, when the maximum brightness image calculation means updates the stored contents of the pixel, the information about the position of the slit light at that time is fetched from the slit light position measuring means, and as the value of the pixel. By determining, for each position of the surface to be measured corresponding to each pixel in the screen of the video signal, information regarding the position of the slit light at the moment when the slit light passes through that position is set as the value of that pixel. A three-dimensional curved surface shape measuring device comprising: a composite image calculation means for generating an image; and an image calculation means for obtaining a three-dimensional curved surface shape of a measurement target based on the composite image.
【請求項3】テレビカメラは、基準面に対して垂直な方
向から被測定対象を撮像する請求項2記載の3次元曲面
形状の測定装置。
3. The three-dimensional curved surface shape measuring apparatus according to claim 2, wherein the television camera images the object to be measured from a direction perpendicular to the reference plane.
【請求項4】画像演算手段は、被測定対象表面に対して
スリット光を走査した時に合成画像演算手段によって得
られる合成画像u(x,y)と、基準面に対してスリッ
ト光を走査した時に合成画像演算手段によって得られる
合成画像u0(x,y)とに基づいて、被測定対象表面
の3次元形状f(x,y)を、基準面に対するスリット
光投光角度θを用いて f(x,y) ={u0(x,y)−u(x,y)}tanθ なる式に基づいて求める請求項2記載の3次元曲面形状
の測定装置。
4. The image calculation means scans the composite image u (x, y) obtained by the composite image calculation means when the surface to be measured is scanned with the slit light, and the reference surface with the slit light. The three-dimensional shape f (x, y) of the surface to be measured is calculated by using the slit light projection angle θ with respect to the reference plane, based on the composite image u 0 (x, y) sometimes obtained by the composite image calculation means. The three-dimensional curved surface shape measuring apparatus according to claim 2, which is obtained based on an expression of f (x, y) = {u 0 (x, y) −u (x, y)} tan θ.
【請求項5】画像演算手段は、被測定対象表面に対して
スリット光を走査した時に合成画像演算手段によって得
られる合成画像u(x,y)と基準面に対してスリット
光を走査した時に合成画像演算手段によって得られる合
成画像u0(x,y)と、更に、基準面と平行でかつ距
離d(テレビカメラに近づく側を+、遠ざかる側を−と
する)離れた第2基準面に対してスリット光を走査した
時に合成画像演算手段によって得られる合成画像u
1(x,y)とを用いて、被測定対象面の3次元形状f
(x,y)を なる式に基づいて求める請求項2記載の3次元曲面形状
の測定装置。
5. The image calculation means, when the surface of the object to be measured is scanned with the slit light, when the composite image u (x, y) obtained by the composite image calculation means and the reference surface are scanned with the slit light. A composite image u 0 (x, y) obtained by the composite image computing means, and a second reference plane that is parallel to the reference plane and is separated by a distance d (+ on the side closer to the television camera and − on the side away). The composite image u obtained by the composite image calculation means when the slit light is scanned with respect to
Using 1 (x, y), the three-dimensional shape f of the surface to be measured f
(X, y) The three-dimensional curved surface shape measuring device according to claim 2, which is obtained based on the following equation.
【請求項6】画像演算手段は、被測定対象表面に対して
スリット光を走査した時に合成画像演算手段によって得
られる合成画像u(x,y)と、仮想的な基準面に対し
てテレビカメラ画面の横軸とスリット光の走査方向との
なす角θを用いて計算処理により求めた合成画像u
0(x,y)とに基づいて、被測定対象表面の3次元形
状f(x,y)を、基準面に対するスリット光投光角度
θを用いて f(x,y) ={u0(x,y)−u(x,y)}tanθ なる式に基づいて求める請求項2記載の3次元曲面形状
の測定装置。
6. The image calculation means includes a composite image u (x, y) obtained by the composite image calculation means when the surface to be measured is scanned with slit light, and a television camera with respect to a virtual reference plane. A composite image u obtained by calculation using the angle θ formed by the horizontal axis of the screen and the scanning direction of the slit light
Based on 0 (x, y), the three-dimensional shape f (x, y) of the surface to be measured is calculated by using the slit light projection angle θ with respect to the reference plane: f (x, y) = {u 0 ( The three-dimensional curved surface shape measuring apparatus according to claim 2, which is obtained based on an expression of (x, y) -u (x, y)} tan θ.
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