[go: up one dir, main page]

JP2013148375A - Calibration method, calibrator and program for use in three-dimensional shape measuring apparatus, and three-dimensional shape measuring apparatus - Google Patents

Calibration method, calibrator and program for use in three-dimensional shape measuring apparatus, and three-dimensional shape measuring apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP2013148375A
JP2013148375A JP2012007148A JP2012007148A JP2013148375A JP 2013148375 A JP2013148375 A JP 2013148375A JP 2012007148 A JP2012007148 A JP 2012007148A JP 2012007148 A JP2012007148 A JP 2012007148A JP 2013148375 A JP2013148375 A JP 2013148375A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
dimensional shape
calibrator
cutting line
measured
imaging
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
JP2012007148A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuhisa Hamamoto
和久 浜元
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.)
Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel 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 Kobe Steel Ltd filed Critical Kobe Steel Ltd
Priority to JP2012007148A priority Critical patent/JP2013148375A/en
Publication of JP2013148375A publication Critical patent/JP2013148375A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Image Processing (AREA)
  • Image Analysis (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To easily install a calibrator in a three-dimensional shape measuring apparatus using an optical cutting method, and to accomplish calibration in a simple and accurate way.SOLUTION: A three-dimensional shape measuring apparatus comprises an optical cutting sensor 100 made up of a line laser 102 that irradiates a measurement object with an optical cutting beam L and a camera 104 that picks up images of the optical cutting beam L irradiating the measurement object, and a personal computer 200 that detects the three-dimensional shape of the measurement object by an optical cutting method. A calibrator 400 installed in the irradiation range of the optical cutting beam L has a three-dimensional shape provided with a plurality of feature regions whose coordinate values in real space are known and that differ from one another in the condition of reflecting the optical cutting beam L. A calibration method has a step of so altering measurement parameters that a three-dimensional shape A of the calibrator 400 calculated by the optical cutting method and a three-dimensional shape B of the calibrator 400 calculated by subjecting the optical cutting beam L to projective transformation coincide with each other.

Description

本発明は、オンラインにて被測定物を非接触で精密測定する三次元形状測定技術に関し、特に、被測定物が大型であり、それに伴って校正器が大きくて正確な位置決めが困難な場合であっても三次元形状測定装置を正確に校正する技術に関する。   The present invention relates to a three-dimensional shape measurement technique for accurately measuring an object to be measured online without contact, particularly when the object to be measured is large and the calibrator is large and accurate positioning is difficult. The present invention relates to a technique for accurately calibrating a three-dimensional shape measuring apparatus.

大型構造物の形状計測において、レーザ光源から直線レーザ光(光切断線L)を照射して、所定の位置に設けられたCCDカメラなどの撮像手段で反射光を撮像して、撮像された画像内の光切断線Lの位置(座標値)及びCCDカメラ等のアラインメント情報から、被計測物の寸法や三次元形状を計算により求める光切断法が提案されている。この方法によれば、被測定物の三次元形状や寸法を、非接触で安全かつ容易に測定することができる。   In shape measurement of a large structure, a linear laser beam (light cutting line L) is irradiated from a laser light source, and reflected light is imaged by an imaging unit such as a CCD camera provided at a predetermined position. An optical cutting method has been proposed in which the dimensions and three-dimensional shape of the object to be measured are calculated from the position (coordinate values) of the optical cutting line L and alignment information such as a CCD camera. According to this method, the three-dimensional shape and dimensions of the object to be measured can be measured safely and easily without contact.

この光切断方法を工場などの製造現場で使用すると、製造現場における振動等によりレーザ光源とCCDカメラとの位置関係(距離、角度)が経時変化でずれたり、温度変化で測定結果に誤差を含むようになったりすることがある。このような場合、測定の精度や信頼性が十分でなくなる。このような問題を解決するためには、三次元形状測定装置の校正(キャリブレーション)が必要となる。   When this light cutting method is used at a manufacturing site such as a factory, the positional relationship (distance, angle) between the laser light source and the CCD camera is shifted due to changes over time due to vibrations at the manufacturing site, etc., and the measurement results include errors due to temperature changes. It may become like. In such a case, measurement accuracy and reliability are not sufficient. In order to solve such a problem, it is necessary to calibrate the three-dimensional shape measuring apparatus.

特開平10−122837号公報(特許文献1)は、形鋼のオンライン測定装置の校正方法を開示する。この校正方法は、被測定物である形鋼の測定面に対し所定の角度でファンビーム状の光線を照射して得られる輝線を正反射方向から観測し、測定面の形状寸法を製造ライン上にて非接触で精密測定する形鋼のオンライン測定装置を校正する校正方法において、被測定物と同材質で断面の形状寸法が大略同じであり、かつ各部の正確な形状寸法が別の手段により測定されて既知である校正治具を校正治具搭載用架台に搭載することにより空間上の所定位置に配置し、この状態で校正治具の形状寸法を測定し、前記校正治具の形状寸法の既知の値と測定結果とを基準にして測定装置を校正し、被測定物である形鋼の形状寸法をより精度よく測定可能にすることを特徴とする。   Japanese Patent Laid-Open No. 10-122837 (Patent Document 1) discloses a calibration method for an on-line measuring apparatus for section steel. In this calibration method, a bright line obtained by irradiating a fan beam-like light beam at a predetermined angle with respect to a measurement surface of a shape steel as an object to be measured is observed from the regular reflection direction, and the shape dimension of the measurement surface is measured on the production line. In the calibration method for calibrating an on-line measuring device for shape steel that performs precision measurement in a non-contact manner, the shape and shape of the cross section are approximately the same with the same material as the object to be measured, and the accurate shape and dimensions of each part are obtained by other means. A calibration jig that is measured and known is mounted on a calibration jig mounting base and placed at a predetermined position in the space. In this state, the shape of the calibration jig is measured, and the shape of the calibration jig is measured. The measurement apparatus is calibrated on the basis of the known value and the measurement result, and the shape dimension of the shape steel as the object to be measured can be measured with higher accuracy.

また、特許第2623367号公報(特許文献2)は、三次元形状測定装置の校正方法を開示する。この校正方法は、被測定物にスリット光を照射し、被測定物の表面に生ずる光切断線Lの形状をスリット光の光源に対して一定の位置に配置されたカメラで撮像して被測定物の三次元形状を測定する三次元形状測定装置において、スリット光が照射される平面状空間における実座標上の位置が既知である校正点を複数個備えた校正器を用い、これをカメラで撮像して各校正点の撮像画面における画面内座標を検出する手順を、校正器を上記平面状空間内で移動させながら繰り返し行い、検出された実座標と画面内座標との対応関係のデータから、面面内座標を実座標に換算する変換テーブルを作成して測定に供することを特徴とする。   Japanese Patent No. 2623367 (Patent Document 2) discloses a calibration method for a three-dimensional shape measuring apparatus. In this calibration method, the object to be measured is irradiated with slit light, and the shape of the light cutting line L generated on the surface of the object to be measured is imaged with a camera disposed at a fixed position with respect to the light source of the slit light. In a three-dimensional shape measuring apparatus for measuring a three-dimensional shape of an object, a calibrator having a plurality of calibration points whose positions in real coordinates are known in a planar space irradiated with slit light is used with a camera. The procedure for imaging and detecting the in-screen coordinates on the imaging screen of each calibration point is repeated while moving the calibrator in the above-mentioned planar space, and from the correspondence data between the detected actual coordinates and the in-screen coordinates. A conversion table for converting in-plane coordinates into real coordinates is created and used for measurement.

特開平10−122837号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-122837 特許第2623367号公報Japanese Patent No. 2623367

しかしながら、特許文献1に開示された校正方法は、被測定物と同じ材質であって寸法が既知である校正治具(校正器、校正用ターゲット)を、校正治具搭載用架台に搭載して実空間上の所定位置に配置しなければならない。このような架台があるとしても校正治具を空間上の所定位置に配置することが困難を極める。被測定物が大型の場合、校正用ターゲットも大型化するので特に困難である。   However, in the calibration method disclosed in Patent Document 1, a calibration jig (calibrator, calibration target) that is the same material as the object to be measured and whose dimensions are known is mounted on the calibration jig mounting base. It must be placed at a predetermined position in real space. Even with such a gantry, it is extremely difficult to place the calibration jig at a predetermined position in space. When the object to be measured is large, it is particularly difficult because the calibration target is also enlarged.

そもそも、工場等の現場において、オペレータや作業員に対して「校正器などの治具を正確な位置に確実に据え付ける」ことを強いるのは、困難なことが多いのが実情である。
さらに、特許文献2に開示された校正方法は、スリット光が照査される平面状空間内で校正器を移動させながら、繰り返しカメラで撮像する必要がある。この校正方法では、短時間に正確に校正することができない。
In the first place, it is often difficult to force an operator or a worker to “install a jig such as a calibrator in an accurate position” at a site such as a factory.
Furthermore, in the calibration method disclosed in Patent Document 2, it is necessary to repeatedly capture images with a camera while moving the calibrator in a planar space in which slit light is checked. With this calibration method, calibration cannot be performed accurately in a short time.

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、光切断法を用いた三次元形状測定装置において、校正器を容易に設置して、簡単にかつ正確に校正することのできる、三次元形状測定装置に用いられる校正方法、校正器およびプログラムならびに三次元形状測定装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and in a three-dimensional shape measuring apparatus using a light cutting method, a calibrator can be easily installed and calibrated easily and accurately. It is an object of the present invention to provide a calibration method, a calibrator, a program, and a three-dimensional shape measuring apparatus used in the original shape measuring apparatus.

上記課題を解決するため、本発明に係る三次元形状測定装置に用いられる校正方法は、以下の技術的手段を講じている。
即ち、本発明のある態様に係る校正方法は、被測定物に光切断線を照射する照射部と、前記被測定物に照射された光切断線を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像された光切断線を含む画像から光切断法を基にして被測定物の三次元形状を検出する検出部とを備えた三次元形状測定装置に用いられる校正方法であって、実空間での座標値が既知であって且つ前記光切断線に対する反射状態が異なることにより前記撮像手段により識別できる特徴部位を表面に複数個備えた立体形状の校正器を用意しておき、前記校正器に対して照射部から光切断線を照射し、前記光切断線が照射された校正器を撮像手段で撮像し、撮像された画像に映り込んだ光切断線に対して光切断法を用いることで被測定物の三次元形状Aを測定し、撮像された画像に映り込んだ光切断線に対して射影変換を用いることで、被測定物の三次元形状Bを測定し、前記三次元形状Aと三次元形状Bとが一致するように、検出部内に設けられた計測パラメータを校正することを特徴とする。
In order to solve the above problems, the calibration method used in the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention employs the following technical means.
That is, a calibration method according to an aspect of the present invention includes an irradiation unit that irradiates an object to be measured with an optical cutting line, an imaging unit that images the optical cutting line irradiated on the object to be measured, and an imaging by the imaging unit. A calibration method used in a three-dimensional shape measuring apparatus including a detection unit that detects a three-dimensional shape of an object to be measured based on a light cutting method from an image including a light cutting line. A three-dimensional calibrator having a plurality of characteristic parts that can be identified by the imaging means when the coordinate value is known and the reflection state with respect to the light cutting line is different is prepared. By irradiating a light cutting line from the irradiation unit, the calibrator irradiated with the light cutting line is picked up by an imaging means, and the light cutting method is applied to the light cutting line reflected in the picked-up image. An image captured by measuring the three-dimensional shape A of the measurement object By using projective transformation for the light cutting line reflected in the object, the three-dimensional shape B of the object to be measured is measured, and the three-dimensional shape A and the three-dimensional shape B are provided in the detection unit so as to coincide with each other. The measured measurement parameter is calibrated.

好ましくは、前記校正器の特徴部位は、光切断線に対する反射状態が異なる表面状態、形状、模様、色彩またはこれらの組合せで構成され、前記特徴部位に照射された光切断線を撮像手段で撮像した際に、当該光切断線が破断状乃至は長手方向に異なる輝度となっているとよい。
好ましくは、前記校正器の特徴部位は、校正器の表面において一価関数で表現された曲線乃至は直線で囲まれて構成されているとよい。
Preferably, the characteristic part of the calibrator is composed of a surface state, a shape, a pattern, a color, or a combination thereof having different reflection states with respect to the optical cutting line, and the optical cutting line irradiated on the characteristic part is imaged by an imaging unit. In this case, it is preferable that the light cutting line has a ruptured shape or a different luminance in the longitudinal direction.
Preferably, the characteristic part of the calibrator is configured to be surrounded by a curve or a straight line expressed by a monovalent function on the surface of the calibrator.

好ましくは、前記校正器は、その表面に鋸歯形状の模様を備えた少なくとも2つの矩形パネルを含む立体で構成されているとよい。
好ましくは、前記検出部内に、撮像手段の回転角を変更するパラメータ、撮像手段の焦点距離を変更するパラメータ、照射部と撮像手段との基線長を変更するパラメータ、照射部と撮像手段とのなす角を変更するパラメータの少なくとも一つ以上を計測パラメータとして設定し、前記三次元形状Aと三次元形状Bとが一致するように、前記計測パラメータを変更することで校正を実施するとよい。
Preferably, the calibrator is configured by a solid including at least two rectangular panels having a sawtooth pattern on the surface thereof.
Preferably, the detection unit includes a parameter for changing the rotation angle of the imaging unit, a parameter for changing the focal length of the imaging unit, a parameter for changing the baseline length between the irradiation unit and the imaging unit, and the irradiation unit and the imaging unit. Calibration may be performed by setting at least one of the parameters for changing the angle as a measurement parameter and changing the measurement parameter so that the three-dimensional shape A and the three-dimensional shape B coincide.

また、本発明のある態様に係る校正器は、被測定物に光切断線を照射する照射部と、前記被測定物に照射された光切断線を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像された光切断線を含む画像から光切断法を基にして被測定物の三次元形状を検出する検出部とを備えた三次元形状測定装置を校正する際に用いられる校正器であって、前記校正器は、実空間での座標値が既知であって且つ前記光切断線に対する反射状態が異なることにより前記撮像手段により識別できる特徴部位を表面に複数個備えた立体形状を有していることを特徴とする。   Further, a calibrator according to an aspect of the present invention includes an irradiation unit that irradiates a measurement object with an optical cutting line, an imaging unit that images the optical cutting line irradiated on the measurement object, and an imaging by the imaging unit. A calibrator for use in calibrating a three-dimensional shape measuring apparatus including a detection unit that detects a three-dimensional shape of an object to be measured based on a light cutting method from an image including a light cutting line, The calibrator has a three-dimensional shape having a plurality of characteristic parts on the surface, the coordinate values of which are known in real space, and which can be identified by the imaging means due to different reflection states with respect to the light cutting line. It is characterized by that.

好ましくは、前記特徴部位は、光切断線に対する反射状態が異なる表面状態、形状、模様、色彩またはこれらの組合せで構成され、前記特徴部位に照射された光切断線を撮像手段で撮像した際に、当該光切断線が破断状乃至は長手方向に異なる輝度となっているとよい。
好ましくは、前記特徴部位は、校正器の表面において一価関数で表現された曲線乃至は直線で囲まれて構成されているとよい。
Preferably, the characteristic part is configured by a surface state, a shape, a pattern, a color, or a combination thereof having different reflection states with respect to the light cutting line, and when the light cutting line irradiated on the characteristic part is imaged by an imaging unit. It is preferable that the light cutting line has a ruptured shape or a different luminance in the longitudinal direction.
Preferably, the characteristic portion is configured to be surrounded by a curve or a straight line expressed by a monovalent function on the surface of the calibrator.

好ましくは、表面に鋸歯状態の模様を備えた少なくとも2つの矩形パネルを含む立体で構成されているとよい。
また、本発明のある態様に係るコンピュータプログラムは、被測定物に光切断線を照射
する照射部と、前記被測定物に照射された光切断線を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像された光切断線を含む画像から光切断法を基にして被測定物の三次元形状を検出する検出部とを備えた三次元形状測定装置の前記検出部を動作させるコンピュータプログラムであって、実空間での座標値が既知であって且つ前記光切断線に対する反射状態が異なることにより前記撮像手段により識別できる特徴部位を表面に複数個備えた立体形状の校正器に対して照射部から光切断線を照射し、前記光切断線が照射された校正器を撮像手段で撮像するステップと、撮像された画像に映り込んだ光切断線に対して光切断法を用いることで被測定物の三次元形状Aを測定するステップと、撮像された画像に映り込んだ光切断線に対して射影変換を用いることで、被測定物の三次元形状Bを測定するステップと、前記三次元形状Aと三次元形状Bとが一致するように、検出部内に設けられた計測パラメータを校正するステップとを実行することを特徴とする。
Preferably, it is good to be comprised by the solid which contains the at least 2 rectangular panel provided with the sawtooth-shaped pattern on the surface.
In addition, a computer program according to an aspect of the present invention includes an irradiation unit that irradiates an object to be measured with an optical cutting line, an imaging unit that images the optical cutting line irradiated on the object to be measured, and an image captured by the imaging unit. A computer program for operating the detection unit of a three-dimensional shape measuring apparatus including a detection unit that detects a three-dimensional shape of an object to be measured based on a light cutting method from an image including a light cutting line, Light from the irradiation unit is applied to a three-dimensional calibrator that has a plurality of characteristic parts on the surface that have known coordinate values in real space and that can be identified by the imaging means due to different reflection states with respect to the light cutting line. The step of irradiating a cutting line and imaging the calibrator irradiated with the optical cutting line with an imaging means, and using the optical cutting method on the optical cutting line reflected in the captured image, 3D shape A step of measuring A, a step of measuring the three-dimensional shape B of the object to be measured by using projective transformation on the light cutting line reflected in the captured image, and the three-dimensional shape A and the three-dimensional And a step of calibrating measurement parameters provided in the detection unit so as to match the shape B.

また、本発明のある態様に係る三次元形状測定装置は、被測定物に光切断線を照射する照射部と、前記被測定物に照射された光切断線を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像された光切断線を含む画像から光切断法を基にして被測定物の三次元形状を検出する検出部と、実空間での座標値が既知であって且つ前記光切断線に対する反射状態が異なることにより前記撮像手段により識別できる特徴部位を表面に複数個備えた立体形状の校正器に対して照射部から光切断線を照射し、前記光切断線が照射された校正器を撮像手段で撮像し、撮像された画像に映り込んだ光切断線に対して光切断法を用いることで被測定物の三次元形状Aを測定し、撮像された画像に映り込んだ光切断線に対して射影変換を用いることで、被測定物の三次元形状Bを測定し、前記三次元形状Aと三次元形状Bとが一致するように、検出部内に設けられた計測パラメータを校正する校正部と、を有することを特徴とする。   A three-dimensional shape measuring apparatus according to an aspect of the present invention includes an irradiation unit that irradiates a measurement object with an optical cutting line, an imaging unit that images the optical cutting line irradiated on the measurement object, and the imaging A detection unit that detects a three-dimensional shape of an object to be measured based on a light cutting method from an image including a light cutting line imaged by the means, a coordinate value in a real space is known, and the light cutting line A calibrator irradiated with a light cutting line from an irradiation unit to a three-dimensional calibrator having a plurality of characteristic parts on the surface that can be identified by the imaging means due to different reflection states, The optical cutting line reflected in the captured image is obtained by measuring the three-dimensional shape A of the object to be measured by using the optical cutting method on the optical cutting line captured by the imaging means and reflected in the captured image. By using projective transformation on the three-dimensional The Jo B were measured, the so three-dimensional shape A and the three-dimensional shape B matches, and having a, a calibration unit for calibrating the measurement parameters provided in the detection portion.

本発明に係る三次元形状測定装置に用いられる校正方法、校正器およびプログラムならびに三次元形状測定装置を用いることにより、光切断法を用いた三次元形状測定装置において、校正器を容易に設置して、簡単にかつ正確に校正することができる。   By using a calibration method, a calibrator and a program, and a three-dimensional shape measuring device used in the three-dimensional shape measuring device according to the present invention, the calibrator can be easily installed in the three-dimensional shape measuring device using the optical cutting method. Can be calibrated easily and accurately.

本発明の実施形態に係る校正方法を説明するための図(その1)である。It is FIG. (1) for demonstrating the calibration method which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る校正方法を説明するための図(その2)である。It is FIG. (2) for demonstrating the calibration method which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る校正方法を説明するための図(その3)である。It is FIG. (3) for demonstrating the calibration method which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る校正器を示す図である。It is a figure which shows the calibrator which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る校正方法のステップ1を説明するための図である。It is a figure for demonstrating step 1 of the calibration method which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る校正方法のステップ2を説明するための図である。It is a figure for demonstrating step 2 of the calibration method which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る校正方法のステップ3を説明するための図である。It is a figure for demonstrating step 3 of the calibration method which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る校正方法のステップ4を説明するための図である。It is a figure for demonstrating step 4 of the calibration method which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る校正方法のステップ5を説明するための図である。It is a figure for demonstrating step 5 of the calibration method which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る校正方法のステップ6を説明するための図である。It is a figure for demonstrating step 6 of the calibration method which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る校正器の他のパネル例を示す図である。It is a figure which shows the other panel example of the calibrator which concerns on embodiment of this invention. (a)は本発明の実施形態に係る校正方法のフローチャートを示したものであって、(b)は従来の校正方法のフローチャートを示したものである。(A) shows the flowchart of the calibration method which concerns on embodiment of this invention, (b) shows the flowchart of the conventional calibration method.

以下、本発明の実施形態に係る三次元形状測定装置に用いられる校正方法、校正器およびプログラムならびに三次元形状測定装置を、図面に基づき詳しく説明する。なお、以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
[三次元形状測定装置]
本発明の実施形態に係る三次元形状測定装置の校正方法を説明するにあたり、従来の校正方法の概要も併せて説明する。図1、図2、図12(b)に従来の校正方法の概要を示す。図3、図12(a)に本発明の実施形態に係る校正方法の概要を示す。
Hereinafter, a calibration method, a calibrator, a program, and a three-dimensional shape measuring apparatus used in a three-dimensional shape measuring apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same parts are denoted by the same reference numerals. Their names and functions are also the same. Therefore, detailed description thereof will not be repeated.
[Three-dimensional shape measuring device]
In describing the calibration method of the three-dimensional shape measuring apparatus according to the embodiment of the present invention, an outline of a conventional calibration method will also be described. An outline of a conventional calibration method is shown in FIGS. 3 and 12A show an outline of the calibration method according to the embodiment of the present invention.

図1〜図3に示すように、三次元形状測定装置は、被測定物の一例である鋳鍛鋼製品に光切断線Lを照射する照射部(ラインレーザ102)と、被測定物に照射された光切断線Lを撮像する撮像手段(エリア画像を撮像するカメラ104)からなる光切断センサ100と、撮像手段により撮像された光切断線Lを含む画像から光切断法を基にして被測定物の三次元形状を検出する検出部(パソコン200)とを備える。   As shown in FIGS. 1 to 3, the three-dimensional shape measuring apparatus irradiates an object to be measured with an irradiation unit (line laser 102) that irradiates a cast forged steel product that is an example of the object to be measured with an optical cutting line L. A light cutting sensor 100 comprising an image pickup means (camera 104 for picking up an area image) for picking up the light cutting line L, and an image to be measured based on the light cutting method from the image including the light cutting line L picked up by the image pickup means. A detection unit (personal computer 200) for detecting the three-dimensional shape of the object.

この三次元形状測定装置を用いて、被測定物の三次元形状を計測する場合は、まず、被測定物に対してラインレーザ102から光切断線Lを照射し、光切断線Lが照射された被測定物をカメラ104で撮像し、パソコン200において、撮像された画像に映り込んだ光切断線Lに対して光切断法を用いることで被測定物の三次元形状を算出する。この三次元形状測定装置を用いることで、被測定物の三次元形状(x,y,z座標値)を遠隔から非接触にて計測することができるようになる。   When measuring the three-dimensional shape of the object to be measured using this three-dimensional shape measuring apparatus, first, the light cutting line L is irradiated from the line laser 102 to the object to be measured, and the light cutting line L is irradiated. The measured object is imaged by the camera 104, and the personal computer 200 calculates the three-dimensional shape of the measured object by using the light cutting method with respect to the light cutting line L reflected in the captured image. By using this three-dimensional shape measuring apparatus, the three-dimensional shape (x, y, z coordinate values) of the object to be measured can be measured from a remote location without contact.

さて、三次元形状測定装置において、何らかの原因でラインレーザ102とカメラ104との位置関係(距離、角度)などが初期設定値とずれた場合、すなわち装置アラインメントが狂った場合、測定の精度や信頼性が不十分なものとなる。このような問題を解決するために、三次元形状測定装置の校正を行う。
図1、図12(b)には、従来の校正方法が示されている。従来の校正方法では、まず、実空間での座標値が既知である校正器(ターゲット)300を所定の位置および姿勢で正確に設置する。
In the three-dimensional shape measuring apparatus, if the positional relationship (distance, angle) between the line laser 102 and the camera 104 deviates from the initial setting value for some reason, that is, if the apparatus alignment is incorrect, the measurement accuracy and reliability The property is insufficient. In order to solve such a problem, the three-dimensional shape measuring apparatus is calibrated.
1 and 12B show a conventional calibration method. In the conventional calibration method, first, the calibrator (target) 300 whose coordinate value in the real space is known is accurately installed at a predetermined position and posture.

その後、ラインレーザ102から光切断線Lを、校正器300の表面に予め記された基準線や校正器300の縁端部に正確に一致するように照射する。その上で、カメラ104でこの校正器300を撮像し光切断線Lを含む画像を取得する。撮像された画像に映り込んだ光切断線Lは、パソコン200において光切断法を適用され、校正器300の表面に記された基準線や校正器300の縁端部の三次元形状Aが算出される。算出された結果は、図1のパソコン画面上に点線で示されている。   Thereafter, the light cutting line L is irradiated from the line laser 102 so as to accurately coincide with the reference line previously written on the surface of the calibrator 300 and the edge of the calibrator 300. Then, the calibrator 300 is imaged by the camera 104 and an image including the light cutting line L is acquired. The optical cutting line L reflected in the captured image is applied with the optical cutting method in the personal computer 200, and the reference line written on the surface of the calibrator 300 and the three-dimensional shape A of the edge of the calibrator 300 are calculated. Is done. The calculated result is indicated by a dotted line on the personal computer screen of FIG.

一方、所定の位置および姿勢で正確に設置された校正器300に関しては、その表面に予め記された基準線や縁端部の三次元形状A’(実空間座標における基準線や縁端部の座標値)は予め判っている。その結果は、図1のパソコン200の画面上に三次元形状A’として実線で示されている。
三次元形状測定装置の装置アラインメントが狂っていない場合、点線で示される三次元形状Aのラインと、実線で示される三次元形状A’のラインとは一致するが、三次元形状測定装置の装置アラインメントが狂うと(校正が必要であると)、パソコン200の画面上に示される点線と実線とは、不一致となる。
On the other hand, with respect to the calibrator 300 that is accurately installed at a predetermined position and posture, the reference line or edge end three-dimensional shape A ′ previously recorded on the surface (the reference line or edge portion in the real space coordinates). The coordinate value is known in advance. The result is shown as a solid line as a three-dimensional shape A ′ on the screen of the personal computer 200 of FIG.
If the device alignment of the three-dimensional shape measuring apparatus is not out of order, the line of the three-dimensional shape A indicated by the dotted line matches the line of the three-dimensional shape A ′ indicated by the solid line, but the device of the three-dimensional shape measuring apparatus When the alignment goes wrong (when calibration is necessary), the dotted line and the solid line shown on the screen of the personal computer 200 are inconsistent.

そこで、パソコン200の画面上の点線が実線に重なるように、パソコン200(検出部)内に設けられたプログラム中の計測パラメータを変更することにより三次元形状測定装置を校正する。プログラム中の計測パラメータの詳細については、後述する。
なお、上記した従来法における校正器300は、単なる立体形状であって、光切断線Lに対する反射状態(反射率、表面状態等)が異なる特徴部位を表面に備えるものではない。従来法における校正器300の表面は、ほぼ均一な性状を備えるものとなっている。
Therefore, the three-dimensional shape measuring apparatus is calibrated by changing the measurement parameters in the program provided in the personal computer 200 (detection unit) so that the dotted line on the screen of the personal computer 200 overlaps the solid line. Details of the measurement parameters in the program will be described later.
Note that the calibrator 300 in the above-described conventional method has a simple three-dimensional shape, and does not have a characteristic portion on the surface that has a different reflection state (reflectance, surface state, etc.) with respect to the light cutting line L. The surface of the calibrator 300 in the conventional method has substantially uniform properties.

次に、図2に示すように、このような従来の校正方法において、校正器300の位置および/または姿勢が正しくなく設置された場合を考える。
この場合には、校正器300が正しい位置および/または姿勢で設置されていないために、校正器300の表面に予め記された基準線や縁端部の三次元形状A’(実空間座標における基準線や縁端部の座標値)が不明となる。それ故、パソコン200の画面上の点線が実線に重なるように、パソコン200(検出部)内に設けられたプログラム中の計測パラメータを変更するといった校正が、意味のないものとなる。
Next, as shown in FIG. 2, consider the case where the position and / or orientation of the calibrator 300 is set incorrectly in such a conventional calibration method.
In this case, since the calibrator 300 is not installed at the correct position and / or orientation, the reference line or edge three-dimensional shape A ′ (in real space coordinates) written in advance on the surface of the calibrator 300 is used. The coordinate values of the reference line and the edge) are unknown. Therefore, calibration such as changing the measurement parameter in the program provided in the personal computer 200 (detection unit) so that the dotted line on the screen of the personal computer 200 overlaps the solid line is meaningless.

つまり、校正器300を正しい位置および/または姿勢で設置するといった前提を厳守できない状況下では、従来の校正方法は適用できないことになる。
そこで、図3、図12(a)に示すように、本実施形態に係る三次元形状測定装置の校正方法においては、校正器300とは異なる校正器400を用いて三次元形状測定装置を校正する。
That is, the conventional calibration method cannot be applied in a situation where the premise that the calibrator 300 is installed at the correct position and / or posture cannot be strictly observed.
Therefore, as shown in FIGS. 3 and 12A, in the calibration method for the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present embodiment, the three-dimensional shape measuring apparatus is calibrated using a calibrator 400 different from the calibrator 300. To do.

この校正器400は、実空間での座標値が既知であって且つ光切断線Lに対する反射状態(反射率、表面状態等)が異なる特徴部位を表面に複数個備えた立体形状を備える。この校正器400に対してラインレーザ102から光切断線Lを照射し、光切断線Lが照射された校正器400をカメラ104で撮像し、撮像された画像に映り込んだ光切断線Lに対して光切断法を用いることで校正器400の三次元形状Aを測定する。   The calibrator 400 has a three-dimensional shape having a plurality of characteristic parts on the surface whose coordinate values in the real space are known and whose reflection states (reflectance, surface state, etc.) with respect to the light cutting line L are different. The calibrator 400 is irradiated with the optical cutting line L from the line laser 102, the calibrator 400 irradiated with the optical cutting line L is imaged by the camera 104, and the optical cutting line L reflected in the captured image is captured. On the other hand, the three-dimensional shape A of the calibrator 400 is measured by using the light cutting method.

その一方で、撮像された画像に映り込んだ光切断線Lに対して射影変換を用いることで、校正器400の三次元形状Bを測定する。そして、三次元形状Aと三次元形状Bとが一致するように、パソコン200内に設けられた計測パラメータを校正する。
このように、校正器400に表面に光切断線Lの反射状態(反射率、表面状態等)が異なる特徴部位を設けて、この校正器400の真の形状を射影変換で算出して、この真の形状と光切断法による計測結果(点線)とが一致するように、計測パラメータを変更することにより三次元形状測定装置を校正する。
On the other hand, the three-dimensional shape B of the calibrator 400 is measured by using projective transformation on the light cutting line L reflected in the captured image. Then, the measurement parameters provided in the personal computer 200 are calibrated so that the three-dimensional shape A and the three-dimensional shape B match.
As described above, the calibrator 400 is provided with a characteristic portion having a different reflection state (reflectance, surface state, etc.) of the light cutting line L on the surface, and the true shape of the calibrator 400 is calculated by projective transformation. The three-dimensional shape measuring apparatus is calibrated by changing the measurement parameters so that the true shape matches the measurement result (dotted line) by the light cutting method.

以上のように、本実施形態に係る校正方法においては、射影変換を実現可能とする特徴的な模様を備えた校正器400に照射した光切断線Lの反射光を撮像して、その撮像データを射影変換して、校正器400の真の形状を求め、この真の形状と光切断法による計測結果とが一致するように計測パラメータを変更している。このため、校正器400の設置した位置および/または姿勢が正しくなくても、正確にかつ容易に三次元形状測定装置を校正することができる。   As described above, in the calibration method according to the present embodiment, the reflected light of the light cutting line L irradiated to the calibrator 400 having a characteristic pattern that enables projective transformation is imaged, and the imaging data Is subjected to projective transformation to determine the true shape of the calibrator 400, and the measurement parameters are changed so that the true shape matches the measurement result obtained by the light cutting method. Therefore, even if the position and / or orientation of the calibrator 400 is not correct, the three-dimensional shape measuring apparatus can be calibrated accurately and easily.

以下において、校正器400の詳細および詳細な校正方法について説明する。
[校正器]
図4を参照して、校正器400について説明する。図4に示すように、この校正器400は、階段状の立体形状を備える。光切断線Lが照射される少なくとも2面の矩形パネルには特徴部位(模様、マーク)が設けられている。このマークは、2種類から構成される。
Hereinafter, details of the calibrator 400 and a detailed calibration method will be described.
[Calibrator]
The calibrator 400 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 4, the calibrator 400 has a stepped three-dimensional shape. At least two rectangular panels irradiated with the light cutting line L are provided with characteristic portions (patterns, marks). This mark is composed of two types.

すなわち、この校正器400は、特徴部位(鋸歯形状の模様)を備えた少なくとも2つの矩形パネルを含む立体(階段形状立体)で構成されている。図4に示す如く、本実施形態の校正器400は、3つの段を有する階段体であり、各段が互いに直交する2つの矩形パネルで構成されている。この矩形パネルの表面に特徴部位が設けられている。
矩形パネルの横方向をu’座標、矩形パネルの縦方向をv’座標とする矩形パネルの2次元座標系を考えた場合、特徴部位は、2次元座標系(u’v’座標系)のいずれかの座標軸に平行な直線(マーク1)と、2次元座標系における一方の座標値に対して一意に他方の座標値が特定できる一価関数で構成される線(マーク2)とを有している。マーク2は直線でも曲線でも構わない。マーク1とマーク2は繋がるようになっている。
That is, the calibrator 400 is constituted by a solid (step-shaped solid) including at least two rectangular panels each having a characteristic part (sawtooth pattern). As shown in FIG. 4, the calibrator 400 of this embodiment is a staircase body having three steps, and each step is composed of two rectangular panels orthogonal to each other. A characteristic part is provided on the surface of the rectangular panel.
Considering a two-dimensional coordinate system of a rectangular panel in which the horizontal direction of the rectangular panel is the u ′ coordinate and the vertical direction of the rectangular panel is the v ′ coordinate, the characteristic part is the two-dimensional coordinate system (u′v ′ coordinate system). It has a straight line (mark 1) parallel to one of the coordinate axes and a line (mark 2) composed of a monovalent function that can uniquely identify the other coordinate value for one coordinate value in the two-dimensional coordinate system. doing. The mark 2 may be a straight line or a curved line. Mark 1 and mark 2 are connected.

本実施形態の校正器400の特徴部位は、上記のマーク1およびマーク2だけに限定されるものではなく、マーク1、マーク2に囲まれた領域(鋸歯形状の模様領域)とされている。この領域は、光切断線Lに対する反射率が無い又は低いものとされている。例えば、ラインレーザ102から照射される光切断線Lが赤外線の場合、赤外線を吸収するような塗料を塗布し、特徴部位を形成するとよい。なお、この領域は光切断線Lに対する反射状態が異なるもの(反射率が異なる場合を含み、反射率が同じでも表面凹凸等による反射状態が異なる場合を含む)であって、カメラ104で領域を識別できるものであればよい。   The characteristic part of the calibrator 400 of the present embodiment is not limited to the mark 1 and the mark 2 described above, but is a region (sawtooth-shaped pattern region) surrounded by the marks 1 and 2. This region has no or low reflectivity with respect to the light cutting line L. For example, when the light cutting line L emitted from the line laser 102 is infrared, a paint that absorbs infrared is applied to form the characteristic part. Note that this region has a different reflection state with respect to the light cutting line L (including a case where the reflectance is different, including a case where the reflection state is different due to surface unevenness even if the reflectance is the same). Anything that can be identified is acceptable.

以下、校正器400について、さらに詳しく説明する。
図4において、矩形パネルの表面に設けられるマーク1は、たとえば、矩形パネルの上下端(u’座標)に平行な直線であって、最低1本以上で、矩形パネル上下端との位置関係が既知である。なお、ここでは、矩形パネルの上下端もマーク1としている。次に、マーク2は、マーク1で区切られた区画領域の対角を結ぶ線であって、区画領域1つにつき1本が設けられる。なお、マーク2は、曲線でもよく、曲線である場合には、矩形パネル内の位置を矩形パネル左上頂点を原点としたu’v’座標系で考えた場合に必ずu’座標値とv’座標値とが1:1対応になる一価関数であることが必要である。
Hereinafter, the calibrator 400 will be described in more detail.
In FIG. 4, the mark 1 provided on the surface of the rectangular panel is, for example, a straight line parallel to the upper and lower ends (u ′ coordinates) of the rectangular panel, and at least one is in a positional relationship with the upper and lower ends of the rectangular panel. Known. Here, the upper and lower ends of the rectangular panel are also marked 1. Next, the mark 2 is a line that connects the diagonals of the partitioned areas partitioned by the mark 1, and one line is provided for each partitioned area. Note that the mark 2 may be a curved line. When the mark 2 is a curved line, the u ′ coordinate value and the v ′ are always determined when the position in the rectangular panel is considered in the u′v ′ coordinate system with the upper left vertex of the rectangular panel as the origin. It is necessary that the coordinate value is a monovalent function having a 1: 1 correspondence.

このようなマーク1およびマーク2が形成された矩形パネルを少なくとも2面備えた校
正器400は、校正器400における矩形パネルの位置は既知である。このため、以下に示す構成方法を用いて矩形パネルのu’v’座標系から実空間上の3次元座標系に射影変換して、校正器400の真の形状(光切断線Lが当たっている部分の形状)を求めることができる。そのため、校正のための所定の位置および姿勢で校正器400が設置されていなくても、校正器400の真の形状を求めることができる。
In the calibrator 400 having at least two rectangular panels on which such marks 1 and 2 are formed, the position of the rectangular panel in the calibrator 400 is known. For this reason, projective transformation from the u′v ′ coordinate system of the rectangular panel to the three-dimensional coordinate system in the real space is performed using the configuration method shown below, and the true shape of the calibrator 400 (the light cutting line L hits it). The shape of the part) can be obtained. Therefore, even if the calibrator 400 is not installed at a predetermined position and posture for calibration, the true shape of the calibrator 400 can be obtained.

なお、校正器400の特徴部位は、上記のマーク1およびマーク2に限定されるものはなく、光切断線Lに対する反射状態が異なれば構わない。たとえば、光切断線Lに対する反射状態が異なるように校正器400の表面状態が構成されており、形状(凹凸、くぼみ)、模様、色彩またはこれらの組合せで構成されていればよい。すなわち、この特徴部位に光切断線が照射されると、特徴部位の反射状態が異なるためにカメラ104により境界線を撮像でき、複数の特徴部位を識別できることになる。この場合において、特徴部位に照射された光切断線Lを撮像手段で撮像した際に、当該光切断線Lが破断状乃至は長手方向に異なる輝度となるように校正器400の特徴部位が形成されていればよい。   Note that the characteristic part of the calibrator 400 is not limited to the mark 1 and the mark 2 described above, and the reflection state with respect to the light cutting line L may be different. For example, the surface state of the calibrator 400 may be configured so that the reflection state with respect to the light cutting line L is different, and may be configured by a shape (unevenness, dent), pattern, color, or a combination thereof. That is, when a light cutting line is irradiated to this feature part, the reflection state of the feature part is different, so that a boundary line can be imaged by the camera 104, and a plurality of feature parts can be identified. In this case, when the light cutting line L irradiated to the characteristic part is imaged by the imaging means, the characteristic part of the calibrator 400 is formed so that the light cutting line L has a different shape in the broken shape or in the longitudinal direction. It only has to be done.

[校正方法]
図5〜図10を参照しつつ、以上のような構成を備えた三次元形状測定装置および校正器400を用いた三元形状測定装置の校正方法について説明する。
この校正方法は、大略的には、以下の6つのステップで校正される。なお、これらのステップは、三次元形状測定装置を構成するパソコン200で実行されるプログラムにより実現される。このプログラムは、カメラ104により撮像された光切断線Lを含む画像から光切断法を基にして被測定物の三次元形状を検出する検出部をソフトウエア的に構成するものであると共に、このプログラム中に存在する計測パラメータを校正する校正部をソフトウエア的に構成するものである。
[Calibration method]
With reference to FIGS. 5 to 10, a three-dimensional shape measuring apparatus having the above-described configuration and a method for calibrating the three-way shape measuring apparatus using the calibrator 400 will be described.
This calibration method is generally calibrated by the following six steps. These steps are realized by a program executed on the personal computer 200 constituting the three-dimensional shape measuring apparatus. This program configures a detection unit that detects the three-dimensional shape of the object to be measured from an image including the light cutting line L captured by the camera 104 based on the light cutting method. A calibration unit that calibrates measurement parameters existing in the program is configured by software.

本実施形態の校正方法の各ステップは、次の通りである。
・ステップ1およびステップ2:光切断線Lを含む画像において、矩形パネルの端点(c0,c1,c2,…)を含む特徴部位の複数の特徴点(mi1、mi2、mi3、…)の画像座標値を求める。この処理は各パネルについて行われる。
・ステップ3:画像座標における特徴点(mi1、mi2、mi3、…)の間の距離を算出して、画像座標における距離の比から、実空間座標における特徴点(Mi1、Mi2、Mi3、…)の間の距離の比を算出する。
Each step of the calibration method of the present embodiment is as follows.
Step 1 and Step 2: In an image including the light section line L, a plurality of feature points (m i1 , m i2 , m i3 ,...) Including feature points (c0, c1, c2,...) Of the rectangular panel The image coordinate value of is obtained. This process is performed for each panel.
Step 3: The distance between the feature points (m i1 , m i2 , m i3 ,...) In the image coordinates is calculated, and the feature points (M i1 , M i2 in the real space coordinates are calculated from the distance ratio in the image coordinates. , M i3 ,...) Is calculated.

・ステップ4:実空間座標における距離の比に基づいて、実空間座標における特徴点(Mi2,Mi4)の座標値を算出する。
・ステップ5:実空間座標における1のパネル上の特徴点の座標値に基づいて、実空間座標における1のパネルの端点(レーザの頂点のパネル状の座標Ci=Mi1等)を算出する。
Step 4: Based on the distance ratio in the real space coordinates, the coordinate values of the feature points (M i2 , M i4 ) in the real space coordinates are calculated.
Step 5: Based on the coordinate value of the feature point on one panel in the real space coordinates, the end point of the one panel in the real space coordinates (panel vertex coordinates Ci = M i1 etc. of the laser apex) is calculated.

・ステップ6:少なくとも2つの矩形パネルにおける実空間座標における端点(レーザの頂点のパネル状の座標Ci=Mi1等)を算出して、校正器400の3次元形状Bを算出する。そして、光切断法による計測結果(3次元形状A)が、実空間座標における校正器400の3次元形状Bに一致するように、計測パラメータを変更することにより三次元形状測定装置を校正する。 Step 6: The end point in the real space coordinates in at least two rectangular panels (the panel-like coordinates Ci = M i1 etc. of the vertex of the laser) is calculated, and the three-dimensional shape B of the calibrator 400 is calculated. Then, the three-dimensional shape measuring apparatus is calibrated by changing the measurement parameters so that the measurement result (three-dimensional shape A) by the light cutting method matches the three-dimensional shape B of the calibrator 400 in real space coordinates.

以上のステップは、画像の射影変換の技術を利用したものである。
以下、これらのステップについてさらに詳しく説明する。
図5に示すように、ステップ1においては、被測定対象である校正器400にラインレーザ102からレーザ光(光切断線L)を照射して、カメラ104で校正器400に照射されたレーザ光を撮像して、校正器400を形成する矩形パネルの頂点を検出する。ここでは、校正器400の矩形パネルの、実空間上の頂点をC0、C1、・・・、C4とし、カメラ104で撮像した画像上の頂点をc0、c1、・・・、c4としている。実空間上において、パネル1上のC0、C1が、パネル2上のC1、C2が、パネル3上のC2、C3が、パネル4上のC3、C4が、画像上の頂点として検出される。
The above steps utilize the projective image transformation technique.
Hereinafter, these steps will be described in more detail.
As shown in FIG. 5, in step 1, the laser beam (light cutting line L) is irradiated from the line laser 102 to the calibrator 400 to be measured, and the calibrator 400 is irradiated by the camera 104. And the vertex of the rectangular panel forming the calibrator 400 is detected. Here, the vertices in the real space of the rectangular panel of the calibrator 400 are C0, C1,..., C4, and the vertices on the image captured by the camera 104 are c0, c1,. In real space, C0 and C1 on panel 1 are detected as C1 and C2 on panel 2, C2 and C3 on panel 3, and C3 and C4 on panel 4 are detected as vertices on the image.

図6に示すように、ステップ2においては、カメラ104で撮像した画像内において、レーザ光と各パネル内の全てのマーク1およびマーク2との交点を特徴点として検出する
。パネルiで検出した「画像上の特徴点」を、m1、m2、m3、m4、m5、・・・、実空間上の特徴点をMi1、Mi2、Mi3、Mi4、Mi5、・・・とする。なお、パネル上のレーザ頂点C0、C1、C2、・・・も特徴点としてカウントする。すなわち、パネル1上の全特徴点数が5つとしたら、実空間上でC0=M11、C1=M15=M21、画像上でc0=m11、c1=m15=m21、・・・となる。ここで、留意すべきは、カメラ104で撮像した画像上では、撮像手段(カメラ104)の位置によって画像上の特徴点間の距離が変わる点である。
As shown in FIG. 6, in step 2, in the image captured by the camera 104, the intersection of the laser beam and all the marks 1 and 2 in each panel is detected as a feature point. “Feature points on the image” detected in panel i are m 1 , m 2 , m 3 , m 4 , m 5 ,..., And feature points in real space are M i1 , M i2 , M i3 , M i4, M i5, and .... The laser vertices C0, C1, C2,... On the panel are also counted as feature points. That is, if the total number of feature points on the panel 1 is 5, C0 = M 11 , C1 = M 15 = M 21 on the real space, c0 = m 11 , c1 = m 15 = m 21 on the image,. It becomes. Here, it should be noted that on the image captured by the camera 104, the distance between the feature points on the image varies depending on the position of the image capturing means (camera 104).

図7に示すように、ステップ3においては、パネルiで検出した「画像上の特徴点」(mi1、mi2、mi3、mi4、mi5、・・・)間の距離の比から、パネルiの「実空間上の特徴点」(Mi1、Mi2、Mi3、Mi4、Mi5、・・・)間の距離の比を求める。画像上の特徴点の位置関係から、実空間上の特徴点の位置関係を求めるには、射影変換前後で複比が一定であることを用いることにより、図6に示す式により実空間上の特徴点間の距離の比が求められる。これにより、パネルiの実空間上の特徴点の位置関係が算出できる。 As shown in FIG. 7, in step 3, from the ratio of the distances between the “feature points on the image” (m i1 , m i2 , m i3 , m i4 , m i5 ,...) Detected by the panel i. , The ratio of the distance between “feature points in real space” (M i1 , M i2 , M i3 , M i4 , M i5 ,...) Of panel i is obtained. In order to obtain the positional relationship between the feature points in the real space from the positional relationship between the feature points on the image, by using the fact that the cross ratio is constant before and after the projective transformation, the formula shown in FIG. A ratio of distances between feature points is obtained. Thereby, the positional relationship of the feature points in the real space of panel i can be calculated.

図8に示すように、ステップ4においては、ステップ3で求めたパネルiの「実空間上の特徴点」間の距離の比から、パネルi上のMi2、Mi4(マーク2(一価関数)上の特徴点)の座標値を導出する。なお、この図7においては、Mijのパネル状の座標(u’、v’)を(Mij(u’)、Mij(v’))と記載している。ここで、レーザ光は直線であるから、Mi2とMi4とを結ぶ直線がそのままパネルi上のレーザの軌跡になる。Mi1、Mi2、Mi3、Mi4、Mi5、・・・のパネル上の座標を導出する。これから、レーザの頂点のパネル上の座標Ci(=Mi1)、Ci+1(=Mi5)が求まる。 As shown in FIG. 8, in step 4, from the ratio of the distance between the “feature points in real space” of panel i obtained in step 3, M i2 , M i4 (mark 2 (monovalent on the panel i) The coordinate value of the feature point) on the function) is derived. Incidentally, in FIG. 7, panel-like coordinates M ij (u ', v' ) and are described as (M ij (u '), M ij (v')). Here, since the laser beam is a straight line, the straight line connecting M i2 and M i4 becomes the locus of the laser on the panel i as it is. The coordinates on the panel of M i1 , M i2 , M i3 , M i4 , M i5 ,. From this, the coordinates C i (= M i1 ) and C i + 1 (= M i5 ) on the panel of the laser apex are obtained.

図9に示すように、ステップ5においては、各パネルの特徴点の座標をターゲット上の座標に投影、レーザ線の頂点の座標を得る。この結果、ターゲットである校正器400上のレーザ線の3次元形状B(=「真の形状」)を獲得できる。
図10に示すように、ステップ6においては、ステップ5で獲得した校正器400の3次元形状Bと、光切断法による計測結果である3次元形状Aが一致するように、計測パラメータを調整(必要があれば変更)する。具体的には、パソコン200の画面上に表示された3次元形状Aが3次元形状Bに重なるように、パソコン200内に設けられたプログラム中の計測パラメータを変更する。
As shown in FIG. 9, in step 5, the coordinates of the feature points of each panel are projected onto the coordinates on the target to obtain the coordinates of the vertexes of the laser line. As a result, the three-dimensional shape B (= “true shape”) of the laser beam on the calibrator 400 as the target can be acquired.
As shown in FIG. 10, in step 6, the measurement parameters are adjusted so that the three-dimensional shape B of the calibrator 400 acquired in step 5 and the three-dimensional shape A, which is the measurement result by the optical cutting method, coincide ( Change if necessary). Specifically, the measurement parameters in the program provided in the personal computer 200 are changed so that the three-dimensional shape A displayed on the screen of the personal computer 200 overlaps the three-dimensional shape B.

この校正においては、カメラ104の回転角αを変更するパラメータ、カメラ104の焦点距離Fを変更するパラメータ、ラインレーザ102とカメラ104との基線長Lを変更するパラメータ、ラインレーザ102とカメラ104とのなす角θを変更するパラメータの少なくとも一つ以上を計測パラメータとして設定し、これら計測パラメータを人為的に操作したり、一定のピッチで変更してゆくとよい。   In this calibration, a parameter for changing the rotation angle α of the camera 104, a parameter for changing the focal length F of the camera 104, a parameter for changing the baseline length L between the line laser 102 and the camera 104, and the line laser 102 and the camera 104 It is preferable to set at least one of the parameters for changing the angle θ formed as the measurement parameters, and to manipulate these measurement parameters artificially or change them at a constant pitch.

[実施形態における効果]
以上のようにして、本実施形態に係る三次元形状測定装置に用いられる校正方法、校正器およびプログラムならびに三次元形状測定装置によると、以下の効果が発現する。
(A)校正器400をラインレーザ102の照射範囲内に載置すればよく、その位置および姿勢が厳密に所定の位置および姿勢になるように載置する必要がない。このため、被測定物が大型の計測対象物の場合には、校正器も大型化してしまい位置および姿勢が所定の状態になるように載置するのが極めて困難になるが、このような形鋼の形状を計測する場合であっても、校正器を容易に載置して、正確に校正することができる。
[Effect in the embodiment]
As described above, according to the calibration method, the calibrator and the program, and the three-dimensional shape measuring apparatus used in the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present embodiment, the following effects are exhibited.
(A) The calibrator 400 may be placed within the irradiation range of the line laser 102, and it is not necessary to place the calibrator 400 so that its position and posture are exactly a predetermined position and posture. For this reason, when the object to be measured is a large object to be measured, the calibrator is also enlarged, and it is extremely difficult to place the calibrator so that the position and orientation are in a predetermined state. Even when measuring the shape of steel, a calibrator can be easily placed and calibrated accurately.

(B)校正器400に対して照射された光切断線Lを用いて、光切断法により校正器400の三次元形状Aと、射影変換により校正器400の真の三次元形状Bとを算出することができる。すなわち、光切断線Lを一度の取り込むことだけで、三次元形状Aと三次元形状Bとを算出することができる。この三次元形状Aと三次元形状Bとが一致するように校正することにより、三次元形状測定装置を正確にかつ容易に校正することができる。   (B) Using the optical cutting line L irradiated to the calibrator 400, the three-dimensional shape A of the calibrator 400 is calculated by the optical cutting method, and the true three-dimensional shape B of the calibrator 400 is calculated by projective transformation. can do. That is, the three-dimensional shape A and the three-dimensional shape B can be calculated only by taking the light cutting line L once. By calibrating such that the three-dimensional shape A and the three-dimensional shape B coincide with each other, the three-dimensional shape measuring apparatus can be calibrated accurately and easily.

(C)このように校正された三次元形状測定装置により、誤差を含まない正確な三次元形状を測定することができる。
[校正器における他のマーク]
校正器における他のマークを図11に示す。マーク1とマーク2とは必ずしも接続(接触)されている必要はなく、図4のマークの中央部分のみ切り抜いた図11の形状であっ
ても構わない。この他にもマークの形状は限定されるものではなく、校正器400のマークは、校正器400の表面において一価関数で表現された曲線乃至は直線(図11のような線分を含む)であればよい。
(C) With the three-dimensional shape measuring apparatus calibrated in this way, an accurate three-dimensional shape that does not include an error can be measured.
[Other marks on the calibrator]
Another mark in the calibrator is shown in FIG. The mark 1 and the mark 2 do not necessarily need to be connected (contacted), and may have the shape of FIG. 11 in which only the central portion of the mark of FIG. 4 is cut out. In addition, the shape of the mark is not limited, and the mark of the calibrator 400 is a curve or straight line (including a line segment as shown in FIG. 11) expressed by a monovalent function on the surface of the calibrator 400. If it is.

ところで、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の本質を変更しない範囲で各部材の形状、構造、材質、組み合わせなどを適宜変更可能である。また、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、たとえば、運転条件、操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な事項を採用している。   By the way, this invention is not limited to embodiment mentioned above, The shape, structure, material, combination, etc. of each member can be suitably changed in the range which does not change the essence of invention. Further, in the embodiment disclosed this time, matters that are not explicitly disclosed, for example, operating conditions, operating conditions, various parameters, dimensions, weights, volumes, and the like of a component deviate from a range that a person skilled in the art normally performs. However, matters that can be easily assumed by those skilled in the art are employed.

100 光切断センサ
102 ラインレーザ
104 カメラ
200 パーソナルコンピュータ(パソコン)
300 校正器(従来)
400 校正器(本発明)
100 Optical cutting sensor 102 Line laser 104 Camera 200 Personal computer (PC)
300 Calibrator (conventional)
400 Calibrator (present invention)

Claims (11)

被測定物に光切断線を照射する照射部と、前記被測定物に照射された光切断線を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像された光切断線を含む画像から光切断法を基にして被測定物の三次元形状を検出する検出部とを備えた三次元形状測定装置に用いられる校正方法であって、
実空間での座標値が既知であって且つ前記光切断線に対する反射状態が異なることにより前記撮像手段により識別できる特徴部位を表面に複数個備えた立体形状の校正器を用意しておき、
前記校正器に対して照射部から光切断線を照射し、
前記光切断線が照射された校正器を撮像手段で撮像し、
撮像された画像に映り込んだ光切断線に対して光切断法を用いることで被測定物の三次元形状Aを測定し、
撮像された画像に映り込んだ光切断線に対して射影変換を用いることで、被測定物の三次元形状Bを測定し、
前記三次元形状Aと三次元形状Bとが一致するように、検出部内に設けられた計測パラメータを校正する
ことを特徴とする三次元形状測定装置の校正方法。
An irradiating unit for irradiating the object to be measured with an optical cutting line, an imaging unit for imaging the optical cutting line irradiated to the object to be measured, and an optical cutting method from an image including the optical cutting line imaged by the imaging unit. A calibration method used in a three-dimensional shape measuring apparatus including a detection unit that detects a three-dimensional shape of an object to be measured,
Prepared a three-dimensional calibrator having a plurality of characteristic parts on the surface, the coordinate values of which are known in real space and the state of reflection with respect to the light cutting line can be identified by the imaging means,
Irradiate a light cutting line from the irradiation unit to the calibrator,
The calibrator irradiated with the light cutting line is imaged by an imaging means,
Measure the three-dimensional shape A of the object to be measured by using the light cutting method for the light cutting line reflected in the captured image,
Measure the three-dimensional shape B of the object to be measured by using projective transformation for the light cutting line reflected in the captured image,
A calibration method for a three-dimensional shape measuring apparatus, wherein the measurement parameters provided in the detection unit are calibrated so that the three-dimensional shape A and the three-dimensional shape B coincide.
前記校正器の特徴部位は、光切断線に対する反射状態が異なる表面状態、形状、模様、色彩またはこれらの組合せで構成され、
前記特徴部位に照射された光切断線を撮像手段で撮像した際に、当該光切断線が破断状乃至は長手方向に異なる輝度となっていることを特徴とする請求項1に記載の三次元形状測定装置の校正方法。
The characteristic part of the calibrator is composed of a surface state, a shape, a pattern, a color, or a combination thereof, in which the reflection state with respect to the light cutting line is different.
3. The three-dimensional image according to claim 1, wherein when the light cutting line irradiated to the characteristic part is imaged by an imaging unit, the light cutting line has a ruptured shape or a different luminance in the longitudinal direction. Calibration method for shape measuring device.
前記校正器の特徴部位は、校正器の表面において一価関数で表現された曲線乃至は直線で囲まれて構成されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の三次元形状測定装置の校正方法。   3. The three-dimensional shape according to claim 1, wherein the characteristic part of the calibrator is surrounded by a curve or a straight line expressed by a monovalent function on the surface of the calibrator. Calibration method for measuring equipment. 前記校正器は、その表面に鋸歯形状の模様を備えた少なくとも2つの矩形パネルを含む立体で構成されていることを特徴とする請求項3に記載の三次元形状測定装置の校正方法。   4. The method for calibrating a three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 3, wherein the calibrator is configured in a three-dimensional shape including at least two rectangular panels having a sawtooth pattern on the surface thereof. 前記検出部内に、撮像手段の回転角を変更するパラメータ、撮像手段の焦点距離を変更するパラメータ、照射部と撮像手段との基線長を変更するパラメータ、照射部と撮像手段とのなす角を変更するパラメータの少なくとも一つ以上を計測パラメータとして設定し、
前記三次元形状Aと三次元形状Bとが一致するように、前記計測パラメータを変更することで校正を実施することを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかに記載の三次元形状測定装置の校正方法。
In the detection unit, a parameter for changing the rotation angle of the imaging unit, a parameter for changing the focal length of the imaging unit, a parameter for changing the baseline length between the irradiation unit and the imaging unit, and an angle formed by the irradiation unit and the imaging unit are changed. Set at least one of the parameters to be measured as measurement parameters,
The three-dimensional shape according to any one of claims 1 to 4, wherein calibration is performed by changing the measurement parameter so that the three-dimensional shape A and the three-dimensional shape B coincide with each other. Calibration method for measuring equipment.
被測定物に光切断線を照射する照射部と、前記被測定物に照射された光切断線を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像された光切断線を含む画像から光切断法を基にして被測定物の三次元形状を検出する検出部とを備えた三次元形状測定装置を校正する際に用いられる校正器であって、
前記校正器は、実空間での座標値が既知であって且つ前記光切断線に対する反射状態が異なることにより前記撮像手段により識別できる特徴部位を表面に複数個備えた立体形状を有していることを特徴とする校正器。
An irradiating unit for irradiating the object to be measured with an optical cutting line, an imaging unit for imaging the optical cutting line irradiated to the object to be measured, and an optical cutting method from an image including the optical cutting line imaged by the imaging unit. A calibrator used when calibrating a three-dimensional shape measuring apparatus including a detection unit that detects a three-dimensional shape of an object to be measured,
The calibrator has a three-dimensional shape having a plurality of characteristic parts on the surface, the coordinate values of which are known in real space, and which can be identified by the imaging means due to different reflection states with respect to the light cutting line. A calibrator characterized by that.
前記特徴部位は、光切断線に対する反射状態が異なる表面状態、形状、模様、色彩またはこれらの組合せで構成され、
前記特徴部位に照射された光切断線を撮像手段で撮像した際に、当該光切断線が破断状乃至は長手方向に異なる輝度となっていることを特徴とする請求項6に記載の校正器。
The characteristic part is composed of a surface state, a shape, a pattern, a color, or a combination thereof, which are different in reflection state with respect to the light cutting line,
7. The calibrator according to claim 6, wherein when the optical section line irradiated to the characteristic part is imaged by an imaging unit, the optical section line has a ruptured shape or a different luminance in the longitudinal direction. .
前記特徴部位は、校正器の表面において一価関数で表現された曲線乃至は直線で囲まれて構成されていることを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の校正器。   The calibrator according to claim 6 or 7, wherein the characteristic part is configured to be surrounded by a curve or a straight line expressed by a monovalent function on the surface of the calibrator. 表面に鋸歯形状の模様を備えた少なくとも2つの矩形パネルを含む立体で構成されていることを特徴とする請求項8に記載の校正器。   The calibrator according to claim 8, wherein the calibrator is constituted by a three-dimensional structure including at least two rectangular panels having a sawtooth pattern on the surface. 被測定物に光切断線を照射する照射部と、前記被測定物に照射された光切断線を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像された光切断線を含む画像から光切断法を基にして被測定物の三次元形状を検出する検出部とを備えた三次元形状測定装置の前記検出部を動作させるコンピュータプログラムであって、
実空間での座標値が既知であって且つ前記光切断線に対する反射状態が異なることにより前記撮像手段により識別できる特徴部位を表面に複数個備えた立体形状の校正器に対して照射部から光切断線を照射し、前記光切断線が照射された校正器を撮像手段で撮像するステップと、
撮像された画像に映り込んだ光切断線に対して光切断法を用いることで被測定物の三次元形状Aを測定するステップと、
撮像された画像に映り込んだ光切断線に対して射影変換を用いることで、被測定物の三次元形状Bを測定するステップと、
前記三次元形状Aと三次元形状Bとが一致するように、検出部内に設けられた計測パラメータを校正するステップと
を実行することを特徴とするコンピュータプログラム。
An irradiating unit for irradiating the object to be measured with an optical cutting line, an imaging unit for imaging the optical cutting line irradiated to the object to be measured, and an optical cutting method from an image including the optical cutting line imaged by the imaging unit. A computer program for operating the detection unit of a three-dimensional shape measuring apparatus including a detection unit that detects a three-dimensional shape of an object to be measured,
Light from the irradiation unit is applied to a three-dimensional calibrator that has a plurality of characteristic parts on the surface that have known coordinate values in real space and that can be identified by the imaging means due to different reflection states with respect to the light cutting line. Irradiating a cutting line and imaging the calibrator irradiated with the optical cutting line with an imaging means;
Measuring the three-dimensional shape A of the object to be measured by using a light cutting method on a light cutting line reflected in the captured image;
Measuring the three-dimensional shape B of the object to be measured by using projective transformation with respect to the light cutting line reflected in the captured image;
And a step of calibrating a measurement parameter provided in the detection unit so that the three-dimensional shape A and the three-dimensional shape B coincide with each other.
被測定物に光切断線を照射する照射部と、
前記被測定物に照射された光切断線を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により撮像された光切断線を含む画像から光切断法を基にして被測定物の三次元形状を検出する検出部と、
実空間での座標値が既知であって且つ前記光切断線に対する反射状態が異なることにより前記撮像手段により識別できる特徴部位を表面に複数個備えた立体形状の校正器に対して照射部から光切断線を照射し、前記光切断線が照射された校正器を撮像手段で撮像し、撮像された画像に映り込んだ光切断線に対して光切断法を用いることで被測定物の三次元形状Aを測定し、撮像された画像に映り込んだ光切断線に対して射影変換を用いることで、被測定物の三次元形状Bを測定し、前記三次元形状Aと三次元形状Bとが一致するように、検出部内に設けられた計測パラメータを校正する校正部と、
を有することを特徴とする三次元形状測定装置。
An irradiation unit for irradiating the object to be measured with an optical cutting line;
Imaging means for imaging a light cutting line irradiated on the object to be measured;
A detection unit that detects a three-dimensional shape of an object to be measured based on a light cutting method from an image including a light cutting line imaged by the imaging unit;
Light from the irradiation unit is applied to a three-dimensional calibrator that has a plurality of characteristic parts on the surface that have known coordinate values in real space and that can be identified by the imaging means due to different reflection states with respect to the light cutting line. 3D of the object to be measured by irradiating the cutting line, imaging the calibrator irradiated with the optical cutting line with an imaging means, and using the optical cutting method for the optical cutting line reflected in the captured image The shape A is measured, and the three-dimensional shape B of the object to be measured is measured by using projective transformation with respect to the light cutting line reflected in the captured image, and the three-dimensional shape A, the three-dimensional shape B, A calibration unit that calibrates the measurement parameters provided in the detection unit so that the
A three-dimensional shape measuring apparatus comprising:
JP2012007148A 2012-01-17 2012-01-17 Calibration method, calibrator and program for use in three-dimensional shape measuring apparatus, and three-dimensional shape measuring apparatus Pending JP2013148375A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012007148A JP2013148375A (en) 2012-01-17 2012-01-17 Calibration method, calibrator and program for use in three-dimensional shape measuring apparatus, and three-dimensional shape measuring apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012007148A JP2013148375A (en) 2012-01-17 2012-01-17 Calibration method, calibrator and program for use in three-dimensional shape measuring apparatus, and three-dimensional shape measuring apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2013148375A true JP2013148375A (en) 2013-08-01

Family

ID=49046009

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012007148A Pending JP2013148375A (en) 2012-01-17 2012-01-17 Calibration method, calibrator and program for use in three-dimensional shape measuring apparatus, and three-dimensional shape measuring apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2013148375A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105157604A (en) * 2015-08-07 2015-12-16 天津大学 Rapid calibration method of outfield multi-beam line-structured light vision measuring system
JP2017015572A (en) * 2015-07-01 2017-01-19 株式会社神戸製鋼所 Shape measurement device
JP2019158406A (en) * 2018-03-08 2019-09-19 株式会社神戸製鋼所 Shape measuring device and shape measuring method
CN111189413A (en) * 2019-12-27 2020-05-22 河北科技大学 Double-camera line structured light measurement system optimization method and terminal equipment
JP2022527754A (en) * 2019-04-05 2022-06-06 ブイエムアイ・ホラント・ビー.ブイ. Calibration tools and methods

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017015572A (en) * 2015-07-01 2017-01-19 株式会社神戸製鋼所 Shape measurement device
CN105157604A (en) * 2015-08-07 2015-12-16 天津大学 Rapid calibration method of outfield multi-beam line-structured light vision measuring system
JP2019158406A (en) * 2018-03-08 2019-09-19 株式会社神戸製鋼所 Shape measuring device and shape measuring method
JP2022527754A (en) * 2019-04-05 2022-06-06 ブイエムアイ・ホラント・ビー.ブイ. Calibration tools and methods
JP7434356B2 (en) 2019-04-05 2024-02-20 ブイエムアイ・ホラント・ビー.ブイ. Calibration tools and methods
US12085381B2 (en) 2019-04-05 2024-09-10 Vmi Holland B.V. Calibration tool and method
CN111189413A (en) * 2019-12-27 2020-05-22 河北科技大学 Double-camera line structured light measurement system optimization method and terminal equipment
CN111189413B (en) * 2019-12-27 2021-06-29 河北科技大学 Optimization method and terminal equipment of dual-camera linear structured light measurement system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US12358145B2 (en) System and method for three-dimensional calibration of a vision system
EP3783304B1 (en) Calibration of a triangulation sensor
JP5103402B2 (en) System and related method for projecting defects and inspection positions
JP7449486B2 (en) Calibration device for three-dimensional shape measurement
US7015473B2 (en) Method and apparatus for internal feature reconstruction
JP5270670B2 (en) 3D assembly inspection with 2D images
US20170264885A1 (en) Field calibration of three-dimensional non-contact scanning system
JP2016516196A (en) Structured optical scanner correction tracked in 6 degrees of freedom
US10670390B2 (en) System and method for verifying projection accuracy
US20150085108A1 (en) Lasergrammetry system and methods
CN111278608B (en) Calibration article for 3D vision robot system
JPH10311711A (en) Optical profile sensor
Santolaria et al. A one-step intrinsic and extrinsic calibration method for laser line scanner operation in coordinate measuring machines
CN102435138B (en) Determine the gap of the body part of motor vehicles and/or the method for flushing property and measurement mechanism
CN111208493A (en) Rapid calibration method of vehicle-mounted laser radar in whole vehicle coordinate system
CN101506614A (en) Method and apparatus for three-dimensional visualization and inspection of balls and similar protrusions of electronic components
JP2010044050A (en) Method of recognizing posture of laser radar and laser radar
JP2013064644A (en) Shape-measuring device, shape-measuring method, system for manufacturing structures, and method for manufacturing structures
JP2013148375A (en) Calibration method, calibrator and program for use in three-dimensional shape measuring apparatus, and three-dimensional shape measuring apparatus
JP2001148025A5 (en)
US6304680B1 (en) High resolution, high accuracy process monitoring system
JP5483554B2 (en) Tool coordinate system calibration apparatus and calibration method
CN109406525A (en) The detection system and its detection method of the apparent disease of bridge
JP2003232615A (en) Measuring point position measuring method, measuring point position measuring device, curved surface shape measuring method, curved surface shape measuring method, and screen means
US7117047B1 (en) High accuracy inspection system and method for using same