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JP2001183117A - Surface shape measuring device and measuring method - Google Patents

Surface shape measuring device and measuring method

Info

Publication number
JP2001183117A
JP2001183117A JP36935199A JP36935199A JP2001183117A JP 2001183117 A JP2001183117 A JP 2001183117A JP 36935199 A JP36935199 A JP 36935199A JP 36935199 A JP36935199 A JP 36935199A JP 2001183117 A JP2001183117 A JP 2001183117A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
laser
mirror
receiving element
distance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP36935199A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Riyousuke Suzuki
亮祐 鈴木
Hirotaka Uehara
裕隆 上原
Takao Kanamaru
孝夫 金丸
Osatake Miki
修武 三木
Shigeru Nakayama
繁 中山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kawasaki Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kawasaki Heavy Industries Ltd filed Critical Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority to JP36935199A priority Critical patent/JP2001183117A/en
Publication of JP2001183117A publication Critical patent/JP2001183117A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Measurement Of Optical Distance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光ビーム走査式の表面形状の計測において、
信号解析が容易で、外乱の影響が大きい場合にも正確な
形状計測ができ、装置を小型かつ安価にしうる三次元形
状の計測装置および計測方法を提供する。 【解決手段】 レーザ投光器1と、ミラーの回転により
レーザ光を走査するレーザスキャナ4と、被測定物表面
からの反射光を受光して距離情報を与える距離計測用受
光素子5と、レーザスキャナの回転角検出手段3とを配
し、距離計測用受光素子およびミラーの回転角検出手段
の両出力信号を同期して時系列的に取得して形状解析を
行う。また、ミラーの回転機構として汎用モータ12と
クランク機構13とを用い、レーザスキャナ4の回転角
検出手段3として、光学的計測手段又はポテンショメー
タ等の軸の回転を直接計測する手段を用いる。
(57) [Summary] [PROBLEM] To measure a surface shape by a light beam scanning method,
Provided are a three-dimensional shape measuring apparatus and a measuring method that can easily perform signal analysis and perform accurate shape measurement even when the influence of disturbance is large, and can reduce the size and cost of the apparatus. A laser projector, a laser scanner for scanning a laser beam by rotating a mirror, a light receiving element for distance measurement for receiving reflected light from the surface of the object to be measured and providing distance information, and a laser scanner. The rotation angle detection means 3 is provided, and the output signals of the distance measurement light receiving element and the rotation angle detection means of the mirror are synchronously acquired in time series to perform shape analysis. Further, a general-purpose motor 12 and a crank mechanism 13 are used as a mirror rotation mechanism, and a means for directly measuring the rotation of the shaft such as an optical measurement means or a potentiometer is used as the rotation angle detection means 3 of the laser scanner 4.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザー光を用い
て物体表面の表面形状を計測する計測装置および計測方
法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a measuring device and a measuring method for measuring a surface shape of an object surface using a laser beam.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、非接触で物体表面のプロフィ
ールを計測するために、レーザなどの光ビームを被測定
面に投射し、その反射光を受光素子で受けて、被測定面
までの距離を計測することが広く行われており、回転す
るミラーで投射光を走査する光走査式の形状計測法が知
られている。これは、図8に示すように、投光器1から
のスポット状の光ビームを、ある角度範囲内で揺動する
ミラー17で反射させて被測定物14の表面に投射し、
ミラー17の回転軸と直交する面内で投射光を走査する
ものである。被測定面からの反射光を受光素子18と受
光用レンズ6からなる受光器2で受けて、ミラーと反射
点の距離情報を得るもので、投射光の走査線AB上の各
点までの距離を計測することができるので、投射方向の
情報と合わせて解析することにより被測定物のプロフィ
ールを求めることができる。
2. Description of the Related Art Conventionally, in order to measure a profile of an object surface in a non-contact manner, a light beam such as a laser is projected onto a surface to be measured, and the reflected light is received by a light receiving element, and the distance to the surface to be measured is measured. Is widely performed, and an optical scanning shape measurement method in which projection light is scanned by a rotating mirror is known. This is because, as shown in FIG. 8, a spot-like light beam from the projector 1 is reflected by a mirror 17 that oscillates within a certain angle range and is projected on the surface of the DUT 14,
The projection light is scanned in a plane orthogonal to the rotation axis of the mirror 17. The light reflected from the surface to be measured is received by the light receiving device 2 including the light receiving element 18 and the light receiving lens 6, and distance information between the mirror and the reflection point is obtained. The distance between the projection light and each point on the scanning line AB is obtained. Can be measured, and the profile of the object to be measured can be obtained by analyzing the information together with the information on the projection direction.

【0003】距離の計測は三角測量の原理によるもの
で、図9に示すように、投光器1と受光器2を所定の距
離だけ離して設置し、受光器2で光学系6を介して照射
位置Pを見ると、投光器1と測定点Pの距離Xに応じて
受光素子18における受光位置Qが変わることを利用す
る。距離Xが長くなると受光素子18の受光面中で受光
位置Qが図中上方に動き、受光位置と距離Xの関係は光
学的配置が変わらない限り一定である。したがって、受
光素子18の受光位置情報を解析して、距離Xを求める
ことができる。この距離測定方法では、投射光と反射光
の通路中に回転するミラー17を介在させてレーザスポ
ット光を走査しても、両光線がミラーの回転軸上に入射
するように設置する限り投光器(ミラー軸ということも
できる)から反射点までの正しい距離を得ることができ
る。なお、投光器、受光器と回転ミラーを含む測定器と
被測定物との位置関係が変わらないならば、投射光の走
査面上に投影されたプロフィールしか計測できないが、
測定器を被測定物に対して、例えば投射光の走査面と直
角の方向に移動させながら測定すれば、被測定面の3次
元形状を計測することができる。
The distance measurement is based on the principle of triangulation, and as shown in FIG. 9, a light emitter 1 and a light receiver 2 are installed at a predetermined distance from each other. Looking at P, the fact that the light receiving position Q in the light receiving element 18 changes according to the distance X between the projector 1 and the measurement point P is used. When the distance X becomes longer, the light receiving position Q moves upward in the light receiving surface of the light receiving element 18, and the relationship between the light receiving position and the distance X is constant unless the optical arrangement is changed. Therefore, the distance X can be obtained by analyzing the light receiving position information of the light receiving element 18. In this distance measuring method, even if the laser spot light is scanned with the rotating mirror 17 interposed in the path of the projected light and the reflected light, as long as both light beams are installed so as to be incident on the rotation axis of the mirror, the projector ( The correct distance from the mirror axis to the reflection point can be obtained. In addition, if the positional relationship between the measuring device including the light emitting device, the light receiving device and the rotating mirror and the object to be measured does not change, only the profile of the projected light projected on the scanning surface can be measured.
If the measurement is performed while moving the measuring device with respect to the object to be measured, for example, in a direction perpendicular to the scanning plane of the projection light, the three-dimensional shape of the surface to be measured can be measured.

【0004】ところで、実際に必要な情報は計測器から
の放射方向の距離ではなく、対象物表面の形状であるか
ら、放射方向の情報を加えて対地的に固定された座標系
に変換して表示しなければならない。このため、反射ミ
ラーの回転角を正確に決める必要があり、従来は回転ミ
ラーとしてガルバノミラーやポリゴンミラーが主に用い
られて、これらミラー装置の駆動角から放射方向の情報
を得ていた。しかし、高精度のガルバノミラーは高価で
ある。また、そのサイズが大きく、これを組込んだ測定
器も大型になる。一方、ポリゴンミラーによるレーザの
走査は、ミラーの回転中心とレーザスポット光の反射箇
所が相対的に変位するため、計測時の補正演算が複雑に
なるという問題がある。また、自動溶接ロボットに上記
のような光走査式の表面形状測定装置を適用した場合、
溶接のアーク光による外乱の影響が大きく、正確な形状
測定が難しくなるという問題があった。
The information actually required is not the distance in the radial direction from the measuring instrument but the shape of the surface of the object. Therefore, the information in the radial direction is added to the information and converted into a coordinate system fixed to the ground. Must be displayed. For this reason, it is necessary to accurately determine the rotation angle of the reflection mirror. Conventionally, a galvanometer mirror or a polygon mirror is mainly used as the rotation mirror, and information on the radiation direction is obtained from the drive angles of these mirror devices. However, high-precision galvanometer mirrors are expensive. In addition, the size is large, and the measuring instrument incorporating the device is also large. On the other hand, the laser scanning by the polygon mirror has a problem that the correction calculation at the time of measurement is complicated because the rotation center of the mirror and the reflection portion of the laser spot light are relatively displaced. Also, when the optical scanning type surface profile measuring device as described above is applied to an automatic welding robot,
There is a problem that the influence of disturbance due to welding arc light is large, and accurate shape measurement becomes difficult.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、溶接
のアーク光等の外乱の影響が大きい場合にも表面形状を
正確に計測することができ、かつ安価でコンパクトな計
測装置を構成することのできるレーザ光を用いた表面形
状の計測手段を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an inexpensive and compact measuring device capable of accurately measuring the surface shape even when the influence of a disturbance such as welding arc light is large. It is an object of the present invention to provide a surface shape measuring means using a laser beam which can be used.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するためになされたものであって、本発明の表面形状の
計測装置は、被測定物にレーザスポット光を投光するレ
ーザ投光器と、被測定物表面で散乱反射したレーザスポ
ット光の反射光を受光して被測定物表面までの距離に関
する情報を与える距離計測用受光素子と、レーザ投光器
および距離計測定用受光素子と被測定物との間に介装さ
れ投光レーザ光と受光レーザ光を反射する回転ミラーを
有して被測定物上でレーザスポット光を走査させるレー
ザスキャナと、レーザスキャナを回転駆動する回転機構
と、レーザスキャナの傾斜角度を検出する回転角検出機
構とを有し、距離計測用受光素子が走査中の各方向につ
いて所定の間隔で与える出力信号とこれに同期して取得
される回転角検出機構の出力信号に基づいて被測定物の
表面形状を計測することを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and a surface shape measuring apparatus of the present invention comprises a laser projector for projecting a laser spot light on an object to be measured. A light receiving element for measuring the distance, which receives the reflected light of the laser spot light scattered and reflected on the surface of the object to be measured, and provides information on the distance to the surface of the object to be measured; a laser projector and a light receiving element for measuring the distance meter; A laser scanner that has a rotating mirror interposed between the laser beam source and the received laser beam for reflecting the laser beam and scans the laser spot light on the object to be measured, a rotating mechanism that rotationally drives the laser scanner, and a laser. A rotation angle detection mechanism for detecting a tilt angle of the scanner; an output signal provided by the distance measuring light-receiving element at predetermined intervals in each direction during scanning; and a rotation angle detection acquired in synchronization with the output signal. Characterized by measuring the surface profile of the workpiece based on the output signal of the structure.

【0007】本発明の表面形状の計測装置によれば、レ
ーザスキャナの回転角を直接測定して走査方向の情報と
して使用するため、ミラーは適当に駆動されていれば済
むので、従来のようにガルバノミラーなどの高価で大型
な精密装置を組み込むことなく、簡便で小型な装置にす
ることができる。また、レーザスポット光を使用するこ
とで溶接アークなどの外乱環境下でも十分形状計測がで
きる。
According to the surface profile measuring apparatus of the present invention, since the rotation angle of the laser scanner is directly measured and used as information on the scanning direction, the mirror only needs to be appropriately driven. A simple and compact device can be realized without incorporating an expensive and large precision device such as a galvanometer mirror. Further, by using the laser spot light, the shape can be sufficiently measured even under a disturbance environment such as a welding arc.

【0008】また、本発明の表面形状の計測装置は、レ
ーザ光源と、レーザスキャナの回転ミラーと同軸上に配
され一体で回転するスキャナ角度検出用ミラーと、スキ
ャナ角度検出用ミラーを介してレーザ光源のレーザ光を
受光する位置検出受光素子とからなる回転角検出機構に
よって、回転ミラーの回転角を検出するものであること
が好ましい。なお、距離計測用受光素子としてリニアC
CD素子、また位置検出受光素子としてPSD素子を利
用することができる。
Further, the surface shape measuring apparatus of the present invention comprises a laser light source, a scanner angle detecting mirror arranged coaxially with a rotating mirror of a laser scanner and integrally rotating, and a laser through a scanner angle detecting mirror. It is preferable that the rotation angle of the rotation mirror is detected by a rotation angle detection mechanism including a position detection light receiving element that receives the laser light of the light source. Note that a linear C
A CD element and a PSD element can be used as the position detecting light receiving element.

【0009】距離計測用受光素子は、レンズ光学系を備
えて焦点を受光素子の表面に結ばせるようにすることが
好ましい。レンズ光学系を備えるときは、レーザスポッ
トまでの距離が変わるため、測定範囲内にあるレーザス
ポット光が受光素子面上に結像されるように受光素子面
を光軸に対して斜めに配置することが好ましい。また、
回転角検出機構として、レーザスキャナの回転軸に配さ
れたポテンショメータ又はエンコーダを利用することも
できる。本発明では、回転機構として、汎用モータと、
モータの全周回転を所定角度範囲内の往復揺動に変換す
るクランク機構とからなる簡単な機構を採用することが
できる。
It is preferable that the light receiving element for distance measurement includes a lens optical system so that a focal point is focused on the surface of the light receiving element. When the lens optical system is provided, since the distance to the laser spot changes, the light receiving element surface is arranged obliquely with respect to the optical axis so that the laser spot light within the measurement range is imaged on the light receiving element surface. Is preferred. Also,
As the rotation angle detecting mechanism, a potentiometer or an encoder arranged on the rotation axis of the laser scanner can be used. In the present invention, as a rotating mechanism, a general-purpose motor,
A simple mechanism comprising a crank mechanism for converting the full rotation of the motor into a reciprocating swing within a predetermined angle range can be employed.

【0010】また、本発明の表面形状計測方法は、レー
ザスポット光を回転ミラーにより被測定物上で扇状に走
査し、被測定物表面で散乱反射した前記レーザスポット
光の反射光を受光素子に受光し、所期の間隔で受光素子
上の受光位置に基づいて被測定物表面までの距離に対応
した距離を求め、前記所期の間隔に同期して回転ミラー
の角度を検出し、同一時刻における被測定物までの距離
と回転ミラー角度に基づいて、被測定物の表面形状を基
準とする座標系に展開して求めることを特徴とする。
In the surface shape measuring method according to the present invention, the laser spot light is scanned in a fan shape on the object to be measured by a rotating mirror, and the reflected light of the laser spot light scattered and reflected on the surface of the object to be measured is transmitted to a light receiving element. Receives light, obtains the distance corresponding to the distance to the surface of the object to be measured based on the light receiving position on the light receiving element at the desired interval, detects the angle of the rotating mirror in synchronization with the desired interval, and detects the same time. Is obtained by developing the coordinate system based on the surface shape of the object to be measured based on the distance to the object to be measured and the angle of the rotating mirror.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、本発明の表面形状の計測装
置について実施例に基づき図面を参照して詳細に説明す
る。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view of a surface shape measuring apparatus according to the present invention.

【0012】[0012]

【実施例1】図1は、本発明の第1の実施例である表面
形状計測装置の構成を示す説明図である。この装置は、
レーザ投光器(以下、単に投光器という)1a,1b、
受光器2、スキャナ角度検出用受光素子3、レーザスキ
ャナ4および信号解析手段等とから構成されている。第
1の投光器1aは距離計測用、第2の投光器1bはスキ
ャナ角度検出用のもので、いずれもレーザ光源と投光用
レンズとを有する。受光器2は距離計測用受光素子5と
受光用レンズ6とを有し、距離計測用受光素子5にはリ
ニアCCDセンサを用い、スキャナ角度検出用受光素子
3には、PSDを用いている。
Embodiment 1 FIG. 1 is an explanatory view showing a configuration of a surface shape measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention. This device is
Laser projectors (hereinafter simply referred to as projectors) 1a, 1b,
It comprises a light receiver 2, a light receiving element 3 for detecting a scanner angle, a laser scanner 4, signal analysis means, and the like. The first projector 1a is for distance measurement, and the second projector 1b is for scanner angle detection, and each has a laser light source and a projection lens. The light receiver 2 has a distance measuring light receiving element 5 and a light receiving lens 6. The distance measuring light receiving element 5 uses a linear CCD sensor, and the scanner angle detecting light receiving element 3 uses a PSD.

【0013】レーザスキャナ4は、両端をベアリング8
で支持された回転軸7に、投光用ミラー9、受光用ミラ
ー10およびスキャナ角度検出用ミラー11が同軸上に
配されて、回転軸7の軸心が各ミラーの反射面上に位置
するようになっている。投光用ミラー9と受光用ミラー
10は、その反射面が同一平面上にあるように配置さ
れ、投光用ミラー9は投光器1aの投射光光軸が回転軸
の軸心位置に入射し、受光用ミラー10は反射してくる
光が受光器2に入射する位置に配されている。スキャナ
角度検出用ミラー11は、投光器1bに対応する位置
に、その反射光がスキャナ角度検出用受光素子3に入射
するような角度で取付けられている。また、投光器1
a,1bは、その光軸が回転軸7の軸心を通ってこれに
略直角に入射するように配置されている。投光器1aと
受光器2は、三角測量が可能になるように、所定の距離
を置いて配置されている。
The laser scanner 4 has bearings 8 at both ends.
The light projecting mirror 9, the light receiving mirror 10, and the scanner angle detecting mirror 11 are coaxially arranged on the rotating shaft 7 supported by the above, and the axis of the rotating shaft 7 is located on the reflection surface of each mirror. It has become. The light-projecting mirror 9 and the light-receiving mirror 10 are arranged such that their reflection surfaces are on the same plane, and the light-projecting mirror 9 is such that the light axis of the light projected from the light projector 1a is incident on the axis of the rotation axis. The light receiving mirror 10 is disposed at a position where the reflected light enters the light receiver 2. The mirror 11 for scanner angle detection is mounted at a position corresponding to the light projector 1b at an angle such that the reflected light enters the light receiving element 3 for scanner angle detection. Also, floodlight 1
a and 1b are arranged such that their optical axes pass through the axis of the rotating shaft 7 and enter the rotating shaft 7 at a substantially right angle. The light emitter 1a and the light receiver 2 are arranged at a predetermined distance so that triangulation can be performed.

【0014】レーザスキャナ4は回転機構により、回転
軸7を軸として回転運動する。本実施例においては、回
転機構として汎用モータ12とクランク機構13とを用
いている。クランク機構13は汎用モータ12の全周回
転を、往復運動に変換するもので、これにより回転軸7
は所定の角度範囲内で揺動する。本装置による形状計測
の原理は、先に述べたものと同様であるが、投光器1a
の投光用レンズによりスポット状に集光されたレーザ光
は、揺動する投光用ミラー9で反射して、回転軸7と直
交する平面上で扇状に走査される。被測定物14で表面
で散乱反射したレーザスポット光の反射光は受光用ミラ
ー10を介して、受光器2に入射し、距離計測用受光素
子5(CCD)における受光位置に関係する信号出力と
して被測定面(反射点)までの距離に関する情報が出力
される。CCD素子は計測範囲と分解能との関係に基づ
き適当な数の画素(たとえば2000個程度)を備えた
ものを使用して、必要な精度で計測できるようにする。
The laser scanner 4 is rotated about a rotation shaft 7 by a rotation mechanism. In this embodiment, a general-purpose motor 12 and a crank mechanism 13 are used as a rotating mechanism. The crank mechanism 13 converts the entire rotation of the general-purpose motor 12 into a reciprocating motion.
Swings within a predetermined angle range. The principle of shape measurement by the present apparatus is the same as that described above, but the projector 1a
The laser beam condensed in a spot shape by the light projecting lens is reflected by the oscillating light projecting mirror 9 and scanned in a fan shape on a plane orthogonal to the rotation axis 7. The reflected light of the laser spot light scattered and reflected by the surface of the device under test 14 enters the light receiver 2 via the light receiving mirror 10 and is output as a signal output related to the light receiving position of the distance measuring light receiving element 5 (CCD). Information about the distance to the measured surface (reflection point) is output. The CCD element having an appropriate number of pixels (for example, about 2000 pixels) based on the relationship between the measurement range and the resolution is used so that the measurement can be performed with necessary accuracy.

【0015】投光器1bから投射されたレーザ光はスキ
ャナ角度検出用ミラー11で反射して、PSDからなる
スキャナ角度検出用受光素子3に入射し、入射光分布の
ピーク位置に対応する出力を生じさせる。入射光分布の
重心位置は1000分の1程度の分解能で連続関数とし
て出力され、ミラー11の角度に換算すると1分程度の
分解能で測定ができる。これらのCCDおよびPSDの
出力信号は、信号解析装置15に入力され、後述するよ
うな解析を行って、出力装置16に被測定物の表面形状
に関する情報が出力される。レーザスキャナ4の回転に
伴って被測定物14上の反射点の位置は走査線AB上で
刻々変化するが、距離測定時におけるスキャナ角度を直
接測定して、距離計測用レーザ光の照射方向に基づく座
標計算を行うことにより被測定物の表面形状を求めるこ
とが本発明の特徴である。
The laser light projected from the light projector 1b is reflected by the scanner angle detecting mirror 11, enters the scanner angle detecting light receiving element 3 composed of PSD, and produces an output corresponding to the peak position of the incident light distribution. . The position of the center of gravity of the incident light distribution is output as a continuous function with a resolution of about 1/1000, and can be measured with a resolution of about 1 minute when converted into the angle of the mirror 11. The output signals of these CCDs and PSDs are input to a signal analyzer 15, which performs an analysis described later, and outputs information on the surface shape of the device to be measured to an output device 16. With the rotation of the laser scanner 4, the position of the reflection point on the DUT 14 changes every moment on the scanning line AB. However, the scanner angle at the time of distance measurement is directly measured, and the position of the reflection point is measured in the irradiation direction of the distance measurement laser light. It is a feature of the present invention that the surface shape of the object to be measured is obtained by performing coordinate calculation based on the coordinates.

【0016】図2は、本実施例の表面形状測定装置にお
けるセンサヘッドの構成を示す斜視図である。このセン
サヘッドは、ケース19(一部破断して図示)内に、投
光器1a,1b、距離計測用受光素子5、受光用レンズ
6、レーザスキャナ4、スキャナ角度検出用受光素子
3、レーザスキャナ4の回転機構12,13および光軸
調整用の固定ミラー20a,20b,20c等が組み込
まれている。距離計測用受光素子5は、測定範囲内にお
いてもレーザスポットまでの距離が変化するので、測定
範囲の殆どに亘って結像位置と受光素子面を一致させる
ため受光面を受光軸に対して所定の角度傾斜するように
配置している。このように受光面を傾斜配置することに
より、スポットまでの距離を拡大して測定する効果もあ
る。また、固定ミラー20a,20b,20cが、それ
ぞれ投光器1a,1bおよび受光器に対応する位置に配
置されており、これにより光軸調整を行なって、センサ
ヘッド全体をコンパクトに構成している。
FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of a sensor head in the surface shape measuring device of the present embodiment. The sensor head includes a projector 19a, 1b, a distance measuring light receiving element 5, a light receiving lens 6, a laser scanner 4, a scanner angle detecting light receiving element 3, and a laser scanner 4 in a case 19 (partially broken away). , And fixed mirrors 20a, 20b, 20c for adjusting the optical axis. Since the distance to the laser spot changes even within the measurement range, the distance measurement light-receiving element 5 has a predetermined light-receiving surface with respect to the light-receiving axis in order to match the imaging position with the light-receiving element surface over most of the measurement range. It is arranged to be inclined at an angle of. By arranging the light receiving surface obliquely in this manner, there is also an effect that the distance to the spot is enlarged and measured. The fixed mirrors 20a, 20b, and 20c are arranged at positions corresponding to the light projectors 1a, 1b and the light receiver, respectively, so that the optical axis is adjusted and the entire sensor head is compact.

【0017】また、レーザスキャナ4の回転角度は直接
測定してその時々の値を得るようになっているため、レ
ーザスキャナ4の駆動は高級な駆動装置による精密な等
速運動を行う必要がなく、ごく普通の汎用回転モータ1
2に簡単なリンク機構13を組立てたものであっても十
分である。したがって、装置全体を安価でコンパクトに
形成することができる。なお図示していないが、このセ
ンサヘッドを機械的な走査機構により走査線と直角の方
向に移動させれば、被測定物14の表面の表面的計測が
できる。
Further, since the rotation angle of the laser scanner 4 is directly measured to obtain a value at each time, it is not necessary to drive the laser scanner 4 with a high-precision driving device to perform a precise constant velocity movement. , An ordinary general-purpose rotary motor 1
It is sufficient to assemble the simple link mechanism 13 in FIG. Therefore, the entire device can be formed inexpensively and compactly. Although not shown, if the sensor head is moved in a direction perpendicular to the scanning line by a mechanical scanning mechanism, the surface of the workpiece 14 can be measured surface.

【0018】また、本発明では計測範囲を実測したミラ
ー角度に基づいて決定するので、レーザスキャナ4は、
汎用モータ12とクランク機構13による揺動に代え
て、汎用モータに直結して回転軸7を全周回転させるよ
うにしてもよい。さらに、所定の角度範囲で往復動する
直結モータを用いてもよい。また、投光用ミラー9と受
光用ミラー10は、一枚のミラーで投光と受光を行って
もよく、各ミラーの配置も図1の例に限定されるもので
はない。さらに、スキャナ角度検出用投光器1bを別途
に配することなく、投光器1aのレーザ光をビームスプ
リッター等で2分割し、一方を投光用ミラー9に、他方
をスキャナ角度検出用ミラー11に入射させるような構
成をとってもよい。また、角度検出用受光素子としてP
SDの代わりにCCD素子を使用してもよい。
In the present invention, since the measurement range is determined based on the actually measured mirror angle, the laser scanner 4
Instead of swinging by the general-purpose motor 12 and the crank mechanism 13, the rotary shaft 7 may be directly connected to the general-purpose motor and rotated around the entire circumference. Further, a direct connection motor that reciprocates in a predetermined angle range may be used. In addition, the light-emitting mirror 9 and the light-receiving mirror 10 may emit and receive light with a single mirror, and the arrangement of each mirror is not limited to the example of FIG. Further, without separately arranging the scanner angle detecting light projecting device 1b, the laser light of the light projecting device 1a is split into two by a beam splitter or the like, and one of them is made incident on the light projecting mirror 9 and the other is made incident on the scanner angle detecting mirror 11. Such a configuration may be adopted. In addition, P as an angle detecting light receiving element
A CCD element may be used instead of SD.

【0019】本実施例における表面形状の計測方法は、
レーザスポット光を回転ミラーにより被測定物上で扇状
に走査するレーザ光走査手段と、被測定物表面で散乱反
射した前記レーザスポット光の反射光を受光して、被測
定物表面までの距離に対応した受光位置を検出する受光
位置検出手段と、前記回転ミラーの角度を検出する角度
検出手段とを有し、同一時刻における前記受光位置検出
手段の出力信号と前記角度検出手段の出力信号とを時系
列的に取得・解析して、被測定物の表面形状を計測す
る。
The method of measuring the surface shape in this embodiment is as follows.
A laser beam scanning means for scanning the laser spot light in a fan-like manner on the object to be measured by a rotating mirror, and receiving the reflected light of the laser spot light scattered and reflected on the surface of the object to be measured, to a distance to the surface of the object to be measured. A light receiving position detecting means for detecting a corresponding light receiving position, and an angle detecting means for detecting an angle of the rotating mirror, wherein an output signal of the light receiving position detecting means and an output signal of the angle detecting means at the same time are output. Obtain and analyze in chronological order to measure the surface shape of the measured object.

【0020】図3は、本発明における測定原理を説明す
るための模式図である。同図において、投光器1aの放
射口Xからミラー17の回転軸位置Oに投射されそこで
反射されたレーザスポット光は、被測定物14の表面で
スポット状の反射光点P1を形成する。反射光点P1の像
を、ミラー17を介して受光器2で観測すると、投光軸
OXを延長したOY上におけるミラー17上の反射点O
からの距離OQ1がOP1の距離に等しい点Q1として観
測される。この距離OQ1は受光器2のCCD素子によ
り三角測量の原理に基づいて測定することができる。
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the measurement principle in the present invention. In the figure, the laser spot beam is projected where reflected to the rotation axis position O from the radiation port X mirror 17 of projector 1a forms a reflected light spot P 1 of the spot-like at the surface of the object 14. When the image of the reflected light point P 1 is observed by the light receiver 2 via the mirror 17, the reflected point O on the mirror 17 on OY extending the light projecting axis OX is obtained.
Distance from OQ 1 is observed as a point Q 1 equal to the distance OP 1. This distance OQ 1 can be measured by the CCD element of the light receiver 2 based on the principle of triangulation.

【0021】本発明においては、ミラー17上の反射点
Oは、回転軸7の軸心に位置するように構成されている
ので、ミラー17が回転して反射光点がP2に移っても
ミラー17上の反射点Oの位置は変わらず、反射点P2
の像は、同一の軸OY上の点Q2として観測される。新
しい点同士の距離OQ2も同じように計測することがで
きる。また、回転するミラー17で反射された投射光は
回転軸7と直交する面内でAB上を走査され、ミラー1
7の角度を計測すればレーザスポット光の照射方向を特
定することができる。
In the present invention, the reflection point O on the mirror 17, which is configured to be positioned to the axis of the rotating shaft 7, also the reflection light spot mirror 17 rotates and moves to P 2 The position of the reflection point O on the mirror 17 does not change, and the reflection point P 2
Image is observed as a point Q 2 on the same axis OY. Also the distance OQ 2 between the new point can be measured in the same way. Further, the projection light reflected by the rotating mirror 17 is scanned on the AB in a plane orthogonal to the rotation axis 7, and the mirror 1
By measuring the angle of 7, the irradiation direction of the laser spot light can be specified.

【0022】したがって、本発明の計測方法において
は、回転ミラーの角度を検出する手段によってレーザス
ポット光の照射方向を特定し、反射点までの距離OPi
を受光位置検出手段により計測することにより、きわめ
て簡明な原理で被測定物表面の反射点Piの表面的な位
置を計測することができる。また特に受光位置検出手段
にCCD素子など所定の間隔で測定結果を読み出すもの
を使用する場合は、読み出し時刻と同期して角度検出手
段の出力信号を取得して、同時刻の信号について解析す
ることにより、対応する距離情報と角度情報を用いて走
査線AB上の被測定物の表面形状を正確に計測すること
ができる。
Therefore, in the measuring method of the present invention, the irradiation direction of the laser spot light is specified by the means for detecting the angle of the rotating mirror, and the distance OP i to the reflection point is determined.
The by measuring the light position detecting means, it is possible to measure the surface position of the reflection point P i of the workpiece surface in a very straightforward principle. In particular, when using a light-receiving position detecting means such as a CCD element that reads out measurement results at predetermined intervals, acquire the output signal of the angle detecting means in synchronization with the reading time and analyze the signal at the same time. Accordingly, the surface shape of the object to be measured on the scanning line AB can be accurately measured using the corresponding distance information and angle information.

【0023】図4は入力信号のサンプリング方法の説明
図、図5は入力信号の構成を示すブロック図、図6は演
算手順を示すフローチャートである。図4に示すよう
に、画像処理は、スキャナ検出角度Vが画像計測開始位
置V1と終了位置V2の所定の範囲内にある間でのみ行わ
れる。この間同期クロックで定められた例えば100μ
s程度など所定の周期でサンプリング信号が発せられ、
この信号に基づいてCCD素子の信号読み出しが行われ
画像入力ボードに取り込まれる。一方、図5に示すよう
に、CCDイメージセンサのサンプリング周期に同期し
たサンプリング信号がAD変換ボードに与えられ、連続
出力されるPSDの角度測定信号が距離情報と同期して
サンプリングされAD変換された後に演算部に送られ
る。したがって、距離情報が取得されたと同じ時刻の角
度情報が読み出されて演算に用いられる。
FIG. 4 is an explanatory diagram of a sampling method of an input signal, FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of the input signal, and FIG. 6 is a flowchart showing a calculation procedure. 4, the image processing, the scanner detects the angle V is performed only while it is within a predetermined range of the image measurement start position V 1 and the end position V 2. During this time, for example, 100 μ
A sampling signal is issued at a predetermined cycle such as about s,
Based on this signal, the signal of the CCD element is read out and taken into the image input board. On the other hand, as shown in FIG. 5, a sampling signal synchronized with the sampling cycle of the CCD image sensor is supplied to the AD conversion board, and a continuously output PSD angle measurement signal is sampled and AD converted in synchronization with the distance information. Later, it is sent to the arithmetic unit. Therefore, the angle information at the same time as when the distance information is obtained is read out and used for the calculation.

【0024】演算手順は、図6に示すように、まずスキ
ャナ角度の情報により、画像計測の開始位置(V1)に
なるタイミングを待つ。スキャナ角度が画像計測開始位
置V1であると判定された場合に計測が開始され(S
1)、同期クロックによるサンプリングのタイミング毎
に、CCD素子における距離情報が取得される(S
2)。一方、PSD素子などにより検出されるレーザス
キャナの角度検出情報は検出されるにしたがってAD変
換器に伝送されているが(S3)、上記の同期クロック
に応じて、AD変換されたスキャナ角度の情報がサンプ
リングされる(S4)。
As shown in FIG. 6, the calculation procedure first waits for the timing at which the image measurement start position (V 1 ) is reached based on the scanner angle information. Measured if the scanner angle is determined to be an image measurement start position V 1 is started (S
1) At each sampling timing by the synchronous clock, distance information on the CCD element is obtained (S).
2). On the other hand, the angle detection information of the laser scanner detected by the PSD element or the like is transmitted to the AD converter as it is detected (S3). Is sampled (S4).

【0025】スキャナ角度が画像計測終了位置V2に達
すると(S5)、サンプリングを終了して、各同期クロ
ック毎に取得した角度情報と距離情報の対に基づいて、
計測点(投射光の反射点)の位置を算出する。V1〜V2
間の計測点情報を鉛直面内のXY座標に変換することに
より(S6)、スキャナの走査線AB上の被測定面の輪
郭画像を対地座標系表現としてほぼオンラインで得て、
輪郭画像をそのままCRTディスプレイなどに表示する
ことができる本発明の画像処理方法により、演算負荷を
減らして、短時間で効率よく高精度の表面形状画像を得
ることができる。
The scanner angle reaches the image measurement end position V 2 (S5), and stop sampling, based on the pair of the obtained angle information and distance information for each synchronization clock,
The position of the measurement point (reflection point of the projection light) is calculated. V 1 ~V 2
By converting the measurement point information between the XY coordinates in the vertical plane (S6), a contour image of the measured surface on the scanning line AB of the scanner is obtained almost online as a ground coordinate system expression,
According to the image processing method of the present invention, which can directly display a contour image on a CRT display or the like, a high-precision surface shape image can be efficiently obtained in a short time with a reduced calculation load.

【0026】[0026]

【実施例2】図7は、本発明の第2の実施例である表面
形状計測装置の構成を示す説明図である。この実施例に
おいては、スキャナ角度の検出手段として、スキャナ角
度検出用の投光器、ミラーおよび受光素子の組み合せに
代えて、回転軸7の回転角を直接計測するスキャナ角度
検出器17を用いている。すなわち、第2実施例の装置
は、レーザ投光器1a、受光器2、レーザスキャナ4、
スキャナ角度検出器17および信号解析出段等から構成
され、レーザスキャナ4には、投光用ミラー9と受光用
ミラー10のみが同軸上に配されている。本実施例にお
いては、スキャナ角度検出器17に、磁気式ポテンショ
メータを用いているが、これが抵抗式のポテンショメー
タであっても、各種のエンコーダであってもよい。
[Embodiment 2] FIG. 7 is an explanatory view showing the configuration of a surface shape measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention. In this embodiment, as a scanner angle detecting means, a scanner angle detector 17 for directly measuring the rotation angle of the rotating shaft 7 is used instead of a combination of a projector for detecting a scanner angle, a mirror, and a light receiving element. That is, the apparatus of the second embodiment includes a laser projector 1a, a light receiver 2, a laser scanner 4,
The laser scanner 4 includes a scanner angle detector 17 and a signal analysis output stage. The laser scanner 4 has only a light projecting mirror 9 and a light receiving mirror 10 arranged coaxially. In this embodiment, a magnetic potentiometer is used for the scanner angle detector 17, but this may be a resistance potentiometer or various encoders.

【0027】この第2実施例においても、スキャナミラ
ーの回転機構として、汎用モータ12とクランク機構1
3とを用いることは第一実施例と同様である。投光器1
a、受光器2、投光用ミラー9、受光用ミラー10等の
構成、配置等も第1実施例とほぼ同様である。また、信
号解析装置15に入力されるスキャナ角度に関する情報
がスキャナ角度検出器17からの信号である点を除い
て、形状計測の原理や信号の解析方法も第1実施例と同
様である。さらに、機械的な走査機構によってセンサヘ
ッドを移動させて、表面形状を計測することも第1実施
例と同様である。回転機構として、図7の例の他に、汎
用モータのみ又は往復揺動するモータを用い得ること
や、投光用ミラー9と受光用ミラー10を一枚のミラー
で代用しうることも、第1実施例と同じである。本発明
の表面形状の計測装置は、上記第1又は第2実施例のよ
うな構成により、レーザスキャナとして、ガルバノミラ
ーやポリゴンミラーを用いる必要がなく、装置が安価か
つコンパクトになるとともに、距離に関する情報とスキ
ャナ角度に関する情報を同時に得ることによって、信号
解析を容易にし、かつ外乱の影響が大きい場合にも、正
確な形状計測が可能になるようにしたものである。
Also in the second embodiment, the general-purpose motor 12 and the crank mechanism 1 are used as the rotating mechanism of the scanner mirror.
The use of 3 is the same as in the first embodiment. Floodlight 1
The configuration, arrangement, and the like of a, the light receiver 2, the light-emitting mirror 9, the light-receiving mirror 10, and the like are almost the same as those in the first embodiment. The principle of shape measurement and the signal analysis method are the same as in the first embodiment, except that the information on the scanner angle input to the signal analyzer 15 is a signal from the scanner angle detector 17. Further, the measurement of the surface shape by moving the sensor head by a mechanical scanning mechanism is the same as in the first embodiment. As a rotating mechanism, in addition to the example shown in FIG. 7, a general-purpose motor alone or a reciprocating rocking motor can be used, and the light-emitting mirror 9 and the light-receiving mirror 10 can be replaced by a single mirror. This is the same as in the first embodiment. The surface shape measuring device of the present invention does not need to use a galvanometer mirror or a polygon mirror as a laser scanner by the configuration as in the first or second embodiment. Simultaneous acquisition of information and information on the scanner angle facilitates signal analysis and enables accurate shape measurement even when the influence of disturbance is great.

【0028】[0028]

【発明の効果】本発明では距離計測を行うタイミングで
レーザスキャナの角度を検出して表面形状測定をするの
で、レーザスキャナの動作に変動が生じても高精度な形
状計測が可能になる。すなわち、レーザスキャナの角度
を実測して距離計測用レーザの照射方向を検出すること
により、対象までの距離に基づいて計測点(反射点)の
空間的位置が求まるので、レーザスキャナの動作が安定
しなくても高精度な計測が可能である。
According to the present invention, since the surface shape is measured by detecting the angle of the laser scanner at the timing of measuring the distance, highly accurate shape measurement can be performed even if the operation of the laser scanner fluctuates. In other words, by measuring the angle of the laser scanner and detecting the irradiation direction of the distance measuring laser, the spatial position of the measurement point (reflection point) is determined based on the distance to the target, so that the operation of the laser scanner is stable. High-precision measurement is possible without performing.

【0029】このため、レーザスキャナの回転動作を精
密に制御することが不要となり、簡易かつ安価な回転機
構を採用することができる。すなわち、従来のようにカ
ルバノミラーや制御モータによって、レーザスキャナを
反復回転させなくても、汎用モータのみ又は汎用モータ
とクランク機構との組合わせによって、レーザスキャナ
を回転駆動すればよく、回転機構が簡易化され、耐久性
が向上する。
Therefore, it is not necessary to precisely control the rotation operation of the laser scanner, and a simple and inexpensive rotation mechanism can be employed. That is, instead of repeatedly rotating the laser scanner with a carbano mirror or a control motor as in the past, the laser scanner can be driven to rotate only by a general-purpose motor or by a combination of a general-purpose motor and a crank mechanism, and the rotation mechanism is simple. And durability is improved.

【0030】また、第1実施例の実施態様においては、
レーザスキャナの投光用ミラーと角度検出用ミラーを同
軸上、スキャナの軸心がミラーの反射面上に位置するよ
うに配置し、かつ距離計測用レーザと角度検出用レーザ
が軸心上で反射するように構成しているので、レーザー
スキャナの回転によってミラー上の反射箇所が移動する
ことがない。そのため、距離計測用レーザの照射方向
は、レーザスキャナの角度情報から、複雑な較正をする
ことなく直接求めることができ、簡易に形状解析するこ
とができる。
In the embodiment of the first embodiment,
The projection mirror and the angle detection mirror of the laser scanner are arranged coaxially, and the axis of the scanner is located on the reflection surface of the mirror, and the distance measurement laser and the angle detection laser are reflected on the axis. Therefore, the reflection point on the mirror does not move due to the rotation of the laser scanner. Therefore, the irradiation direction of the laser for distance measurement can be directly obtained from the angle information of the laser scanner without complicated calibration, and the shape can be easily analyzed.

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

【図1】本発明の第1実施例である表面形状計測装置の
構成を示す説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of a surface shape measuring device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】第1実施例におけるセンサヘッドの構成を示す
斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view illustrating a configuration of a sensor head according to the first embodiment.

【図3】第1実施例の表面形状の計測方法における測定
原理の説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a measurement principle in the surface shape measurement method according to the first embodiment.

【図4】第1実施例の画像処理における入力信号のサン
プリング方法の説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram of a sampling method of an input signal in the image processing of the first embodiment.

【図5】第1実施例の画像処理における入力信号の構成
を示すブロック図である
FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration of an input signal in image processing according to the first embodiment.

【図6】第1実施例の画像処理における演算手順を示す
フローチャートである。
FIG. 6 is a flowchart illustrating a calculation procedure in image processing according to the first embodiment.

【図7】本発明の第2実施例である表面形状計測装置の
構成を示す説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a configuration of a surface shape measuring device according to a second embodiment of the present invention.

【図8】従来の光走査式の形状計測法の説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram of a conventional optical scanning type shape measuring method.

【図9】三角測量法の原理の説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram of the principle of the triangulation method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,1a,1b レーザ投光器 2 受光器 3 スキャナ角度検出用受光素子 4 レーザスキャナ 5 距離計測用受光素子 6 受光用レンズ 7 回転軸 8 ベアリング 9 投光用ミラー 10 受光用ミラー 11 スキャナ角度検出用ミラー 12 汎用モータ 13 クランク機構 14 被測定物 15 信号解析装置 16 出力装置 17 ミラー 18 受光素子 19 ケース 20a,20b,20 固定ミラー 1, 1a, 1b Laser projector 2 Receiver 3 Scanner angle detecting light receiving element 4 Laser scanner 5 Distance measuring light receiving element 6 Light receiving lens 7 Rotating axis 8 Bearing 9 Light emitting mirror 10 Light receiving mirror 11 Scanner angle detecting mirror DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 General-purpose motor 13 Crank mechanism 14 Device under test 15 Signal analyzer 16 Output device 17 Mirror 18 Light receiving element 19 Case 20a, 20b, 20 Fixed mirror

フロントページの続き (72)発明者 金丸 孝夫 千葉県野田市二ツ塚118番地 川崎重工業 株式会社野田工場内 (72)発明者 三木 修武 千葉県野田市二ツ塚118番地 川崎重工業 株式会社野田工場内 (72)発明者 中山 繁 千葉県野田市二ツ塚118番地 川崎重工業 株式会社野田工場内 Fターム(参考) 2F065 AA02 AA04 AA22 AA39 AA45 DD02 FF09 FF66 GG04 HH04 JJ02 JJ16 JJ25 LL13 MM16 QQ03 Continuing from the front page (72) Inventor Takao Kanamaru 118 Futatsuka Noda-shi, Chiba Prefecture Kawasaki Heavy Industries Noda Factory (72) Inventor Shutake Miki 118 Futatsuka Noda-shi Chiba Prefecture Kawasaki Heavy Industries Noda Factory (72) Inventor Shigeru Nakayama 118 Futatsuka, Noda City, Chiba Prefecture Kawasaki Heavy Industries Noda Factory Co., Ltd. F-term (reference)

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被測定物にレーザスポット光を投光する
レーザ投光器と、被測定物表面で散乱反射した前記レー
ザスポット光の反射光を受光して被測定物表面までの距
離に関する情報を与える距離計測用受光素子と、前記レ
ーザ投光器および前記距離計測定用受光素子と前記被測
定物との間に介装され前記投光するレーザスポット光と
受光するレーザスポット光を反射する回転ミラーを有し
て被測定物上でレーザスポット光を走査させるレーザス
キャナと、該レーザスキャナを回転駆動する回転機構
と、該レーザスキャナの傾斜角度を検出する回転角検出
機構とを有し、前記距離計測用受光素子が走査中の各方
向について所定の間隔で与える出力信号とこれに同期し
て取得される前記回転角検出機構の出力信号に基づいて
被測定物の表面形状を計測する表面形状の計測装置。
1. A laser projector for projecting a laser spot light onto an object to be measured, and a reflected light of the laser spot light scattered and reflected on the surface of the object to be received to give information on a distance to the surface of the object to be measured. A distance measuring light-receiving element, and a rotary mirror interposed between the laser projector and the distance-measuring light-receiving element and the DUT to reflect the projected laser spot light and the received laser spot light. A laser scanner that scans a laser spot light on an object to be measured, a rotation mechanism that rotationally drives the laser scanner, and a rotation angle detection mechanism that detects an inclination angle of the laser scanner. The surface shape of the object to be measured is determined based on an output signal provided by the light receiving element at predetermined intervals in each direction during scanning and an output signal of the rotation angle detection mechanism acquired in synchronization with the output signal. Surface shape measurement device to measure.
【請求項2】 前記距離計測用受光素子がリニアCCD
素子であることを特徴とする請求項1記載の表面形状の
計測装置。
2. The method according to claim 1, wherein the light receiving element for distance measurement is a linear CCD.
The surface shape measuring device according to claim 1, wherein the surface shape measuring device is an element.
【請求項3】 前記回転角検出機構が、レーザ光源と、
前記レーザスキャナの回転ミラーと同軸上に配され一体
で回転するスキャナ角度検出用ミラーと、該スキャナ角
度検出用ミラーを介して前記レーザ光源のレーザスポッ
ト光を受光する位置検出受光素子とからなり、前記回転
ミラーの回転角を検出するものであることを特徴とする
請求項1または2記載の表面形状の計測装置。
3. The apparatus according to claim 2, wherein the rotation angle detecting mechanism includes a laser light source,
A scanner angle detection mirror arranged coaxially with the rotating mirror of the laser scanner and integrally rotating, and a position detection light receiving element for receiving the laser spot light of the laser light source through the scanner angle detection mirror, 3. The surface shape measuring device according to claim 1, wherein the rotation angle of the rotating mirror is detected.
【請求項4】 前記位置検出受光素子がPSD素子であ
ることを特徴とする請求項3記載の表面形状の計測装
置。
4. The surface shape measuring apparatus according to claim 3, wherein said position detecting light receiving element is a PSD element.
【請求項5】 前記位置検出受光素子がレンズ光学系を
備え、該レンズ光学系との関係で距離計測範囲において
素子表面に焦点が結ばれるように受光素子を配置するこ
とを特徴とする請求項3または4記載の表面形状の計測
装置。
5. The device according to claim 1, wherein the position detecting light-receiving element includes a lens optical system, and the light-receiving element is arranged so that a focal point is focused on an element surface in a distance measurement range in relation to the lens optical system. 5. The surface shape measuring device according to 3 or 4.
【請求項6】 前記回転角検出機構が、前記レーザスキ
ャナの回転軸に配されたポテンショメータ又はエンコー
ダからなることを特徴とする請求項1または2記載の表
面形状の計測装置。
6. The surface shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the rotation angle detecting mechanism comprises a potentiometer or an encoder disposed on a rotation axis of the laser scanner.
【請求項7】 前記回転機構が、汎用モータと、該モー
タの全周回転を所定角度範囲内の往復揺動に変換するク
ランク機構とからなる請求項1から6のいずれかに記載
の表面形状の計測装置。
7. The surface shape according to claim 1, wherein said rotating mechanism comprises a general-purpose motor and a crank mechanism for converting the full rotation of said motor into a reciprocating swing within a predetermined angle range. Measuring device.
【請求項8】 レーザスポット光を回転ミラーにより被
測定物上で扇状に走査し、被測定物表面で散乱反射した
前記レーザスポット光の反射光を受光素子に受光し、所
期の間隔で受光素子上の受光位置に基づいて被測定物表
面までの距離に対応した距離を求め、前記所期の間隔に
同期して前記回転ミラーの角度を検出し、同一時刻にお
ける前記距離と前記回転ミラー角度に基づいて、被測定
物の表面形状を計測することを特徴とする表面形状の計
測方法。
8. A laser mirror scans the laser spot light in a fan-shaped manner on the object to be measured by a rotating mirror, and receives the reflected light of the laser spot light scattered and reflected on the surface of the object to be detected by a light receiving element, and receives the light at predetermined intervals. The distance corresponding to the distance to the surface of the object to be measured is obtained based on the light receiving position on the element, the angle of the rotating mirror is detected in synchronization with the expected interval, and the distance and the rotating mirror angle at the same time are detected. A method for measuring the surface shape of an object to be measured, based on the method.
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