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JPH06129826A - ３次元形状測定における変換係数決定方法 - Google Patents

３次元形状測定における変換係数決定方法

Info

Publication number
JPH06129826A
JPH06129826A JP15526493A JP15526493A JPH06129826A JP H06129826 A JPH06129826 A JP H06129826A JP 15526493 A JP15526493 A JP 15526493A JP 15526493 A JP15526493 A JP 15526493A JP H06129826 A JPH06129826 A JP H06129826A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
slit light
coordinate system
measured
dimensional
straight lines
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.)
Withdrawn
Application number
JP15526493A
Other languages
English (en)
Inventor
Katsutoshi Nishizaki
勝利 西崎
Yoshinobu Hiyamizu
由信 冷水
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.)
Koyo Seiko Co Ltd
Original Assignee
Koyo Seiko Co 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 Koyo Seiko Co Ltd filed Critical Koyo Seiko Co Ltd
Priority to JP15526493A priority Critical patent/JPH06129826A/ja
Publication of JPH06129826A publication Critical patent/JPH06129826A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 特殊形状の専用の被検物を必要とせず、コス
トダウンが可能な３次元形状測定における変換係数決定
方法を提供する。 【構成】 被検物６を３次元測定座標系のＹ軸方向に移
動させて、５つ以上の移動ステップ位置において、被検
物６の２つのスリット光照射平面S1、S2に形成される光
切断線８をテレビカメラ９で撮像して、画面座標系にお
いて光切断線像を構成する２つの直線の式を回帰演算
し、これら複数の直線の交点を演算し、これらの交点座
標から任意の４つの直線を回帰演算し、これら４つの直
線を用いて座標変換式の変換係数を演算し、スリット光
面7aと直交する被測定物回転中心軸を中心に被検物６を
回転させて、複数の回転ステップ位置において、画面座
標系において光切断線像を構成する２つの直線の交点を
演算し、複数の回転ステップ位置における上記交点の座
標から被測定物回転中心軸の位置を演算する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、光切断法を用いた３
次元形状測定における変換係数決定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】光切断法を用いた３次元形状測定は、通
常、次のように行われている。
【０００３】被測定物ステージに固定した被測定物にス
リット光源装置からスリット光を照射し、このスリット
光が被測定物の表面に当たって形成される光切断線をス
リット光面に対して傾斜した方向から２次元撮像装置で
撮像し、２次元撮像装置の画面座標系における光切断線
像の２次元画像データを、座標変換式を用いて、スリッ
ト光面内の２つの直交座標軸による２次元測定座標系に
おける光切断線の２次元形状データに変換する。スリッ
ト光面と直交する一定の被測定物回転中心軸を中心に被
測定物ステージを一定のステップ角度ずつ複数ステップ
回転させて、各回転ステップ位置において、上記の２次
元画像データから２次元形状データへの変換を行い、こ
のようにして得られた複数の２次元形状データから、ス
リット光面における被測定物の断面形状データを合成す
る。被測定物回転中心軸方向に被測定物ステージを一定
のステップ長さで複数ステップ移動させて、各移動ステ
ップ位置において、上記の断面形状データの合成を行
い、このようにして得られた複数の断面形状データか
ら、スリット光面と平行な２つの直交座標軸と被測定物
回転中心軸と平行な１つの座標軸による３次元測定座標
系における被測定物の３次元形状データを合成する。
【０００４】上記のように光切断線の２次元形状データ
を求める際の画面座標系から２次元測定座標系への変換
は一般に射影変換と呼ばれ、広く用いられている。この
変換における座標変換式の変換係数は、２次元撮像装置
の設置状況やスリット光面の状態により変化するため、
測定装置ごとにこれを決定する必要がある。
【０００５】射影変換における座標変換式の変換係数の
決定方法として、従来、特開昭６１−２０５９２７号公
報に記載されているように特定のパターンを撮像して決
定する方法、特開昭６２−５０３１２１号公報に記載さ
れているように精度良く加工された特定形状の被検物を
用いて決定する方法などが提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
な従来の方法では、いずれも特殊形状の専用の被検物を
必要とし、汎用性に欠ける上、装置としてのコストアッ
プにつながる可能性がある。
【０００７】この発明の目的は、上記の問題を解決し、
特殊形状の専用の被検物を必要とせず、コストダウンが
可能な３次元形状測定における変換係数決定方法を提供
することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】第１の発明による３次元
形状測定における変換係数決定方法は、被測定物にスリ
ット光源装置からスリット光を照射し、このスリット光
が被測定物の表面に当たって形成される光切断線をスリ
ット光面に対して傾斜した方向から２次元撮像装置で撮
像し、２次元撮像装置の画面座標系における光切断線像
の２次元画像データを、座標変換式を用いて、スリット
光面内の２つの直交座標軸による２次元測定座標系にお
ける光切断線の２次元形状データに変換し、スリット光
面と直交する一定の被測定物回転中心軸を中心に被測定
物を一定のステップ角度ずつ複数ステップ回転させて、
各回転ステップ位置において、上記の２次元画像データ
から２次元形状データへの変換を行い、このようにして
得られた複数の２次元形状データから、スリット光面に
おける被測定物の断面形状データを合成し、上記被測定
物回転中心軸方向に被測定物を一定のステップ長さずつ
複数ステップ移動させて、各移動ステップ位置におい
て、上記の断面形状データの合成を行い、このようにし
て得られた複数の断面形状データから、スリット光面と
平行な２つの直交座標軸と被測定物回転中心軸と平行な
１つの座標軸による３次元測定座標系における被測定物
の３次元形状データを合成する３次元形状測定を行うに
際し、上記座標変換式の変換係数を決定する方法であっ
て、互いに直交する２つのスリット光照射平面を有する
被検物を用い、被検物の２つのスリット光照射平面がス
リット光面と直交し、２つのスリット光照射平面にスリ
ット光が照射され、かつ２つのスリット光照射平面のな
す角度を２等分する面が２次元測定座標系の一方の座標
軸と平行になるように被測定物を位置させた状態で、被
測定物を３次元測定座標系の所定の座標軸方向に移動さ
せることにより、スリット光が照射される被検物の２つ
のスリット光照射平面の位置を２次元測定座標系の上記
一方の座標軸方向に一定のステップ長さで複数ステップ
移動させて、５つ以上の移動ステップ位置において、２
つのスリット光照射平面に形成される光切断線を２次元
撮像装置で撮像して、画面座標系において光切断線像を
構成する２つの直線の式を回帰演算し、このようにして
求めた複数の直線の交点を演算し、これらの交点座標を
サンプリングデータとして用いてこれらから任意の４つ
の直線を回帰演算し、これら４つの直線を用いて変換係
数を演算し、被測定物回転中心軸を中心に被測定物を一
定のステップ角度で回転させて、複数の回転ステップ位
置において、画面座標系において光切断線像を構成する
２つの直線の交点を演算し、複数の回転ステップ位置に
おける上記交点の座標から被測定物回転中心軸の位置を
演算することを特徴とするものである。
【０００９】第２の発明による３次元形状測定における
変換係数決定方法は、互いに直交する２つのスリット光
照射平面を有する被検物を用い、被検物の２つのスリッ
ト光照射平面がスリット光面と直交し、２つのスリット
光照射平面にスリット光が照射され、かつ２つのスリッ
ト光照射平面のなす角度を２等分する面が２次元測定座
標系の一方の座標軸とほぼ平行になるように被測定物を
位置させた状態で、被測定物を３次元測定座標系の所定
の座標軸方向に移動させることにより、スリット光が照
射される被検物の２つのスリット光照射平面の位置を２
次元測定座標系の上記一方の座標軸方向に一定のステッ
プ長さで複数ステップ移動させて、５つ以上の移動ステ
ップ位置において、２つのスリット光照射平面に形成さ
れる光切断線を２次元撮像装置で撮像して、画面座標系
において光切断線像を構成する２つの直線の式を回帰演
算し、このようにして求めた複数の直線の交点を演算
し、これらの交点座標をサンプリングデータとして用い
てこれらから任意の４つの直線を回帰演算し、これら４
つの直線を表わす式の係数および被検物の設置角度ずれ
量を用いて変換係数を演算する式を求め、被検物の設置
角度ずれ量を一定のステップ量で変化させて、各設置角
度ずれ量について、上記の式を用いて変換係数を演算
し、被測定物回転中心軸を中心に被測定物を一定のステ
ップ角度で複数ステップ回転させて、複数の回転ステッ
プ位置において、画面座標系において光切断線像を構成
する２つの直線の交点を演算し、各設置角度ずれ量につ
いて複数の回転ステップ位置における上記交点の座標か
ら上記のように演算した変換係数を用いて被測定物回転
中心軸の位置の演算値を複数求め、このように求めた被
測定物回転中心軸の複数の演算値の偏差が最も小さくな
るときの設置角度ずれ量を被測定物の設置角度ずれ量と
するとともに、そのときの変換係数を変換係数とするこ
とを特徴とするものである。
【００１０】たとえば、互いに直交する２つのスリット
光照射平面を１組有する被検物を用い、２次元測定座標
系の上記一方の座標軸方向に被検物を移動させることに
より、スリット光が照射される被検物の２つのスリット
光照射平面の位置を２次元測定座標系の上記一方の座標
軸方向に移動させる。
【００１１】また、たとえば、２次元測定座標系の上記
一方の座標軸方向の位置が互いに異なる互いに直交する
２つのスリット光照射平面を被測定物回転中心軸方向に
複数組有する被検物を用い、被測定物回転中心軸方向に
被検物を移動させることにより、スリット光が照射され
る被検物の２つのスリット光照射平面の位置を２次元測
定座標系の上記一方の座標軸方向に移動させる。
【００１２】
【作用】互いに直交する２つのスリット光照射平面を有
する被検物を用い、被検物の２つのスリット光照射平面
がスリット光面と直交し、２つのスリット光照射平面に
スリット光が照射され、かつ２つのスリット光照射平面
のなす角度を２等分する面が２次元測定座標系の一方の
座標軸と平行になるように被測定物を位置させた状態
で、被測定物を３次元測定座標系の所定の座標軸方向に
移動させることにより、スリット光が照射される被検物
の２つのスリット光照射平面の位置を２次元測定座標系
の上記一方の座標軸方向に一定のステップ長さで複数ス
テップ移動させて、５つ以上の移動ステップ位置におい
て、２つのスリット光照射平面に形成される光切断線を
２次元撮像装置で撮像して、画面座標系において光切断
線像を構成する２つの直線の式を回帰演算し、このよう
にして求めた複数の直線の交点を演算し、これらの交点
座標をサンプリングデータとして用いてこれらから任意
の４つの直線を回帰演算し、これら４つの直線を用いて
変換係数を演算し、被測定物回転中心軸を中心に被測定
物を一定のステップ角度で回転させて、複数の回転ステ
ップ位置において、画面座標系において光切断線像を構
成する２つの直線の交点を演算し、複数の回転ステップ
位置における上記交点の座標から被測定物回転中心軸の
位置を演算するので、被検物を準備して上記のような操
作を行うだけで、比較的短い時間で従来と同程度の変換
係数の決定が行える。
【００１３】とくに、第２の発明の場合、被検物の設置
角度にずれがあっても、変換係数を正確に決定すること
ができる。
【００１４】被検物は互いに直交する２つのスリット光
照射平面を有するものであればよく、特殊形状の専用の
被検物を準備する必要がない。また、被測定物の送り機
構および回転機構は３次元形状測定に必要なものであ
り、直接コストアップにつながるものではない。さら
に、回帰による４つの直線を用いているため、被測定物
の送り精度が変換係数決定に及ぼす影響を回避できる。
【００１５】互いに直交する２つのスリット光照射平面
を１組有する被検物を用い、２次元測定座標系の上記一
方の座標軸方向に被検物を移動させることにより、スリ
ット光が照射される被検物の２つのスリット光照射平面
の位置を２次元測定座標系の上記一方の座標軸方向に移
動させる場合、被検物の形状がきわめて簡単である。
【００１６】また、２次元測定座標系の上記一方の座標
軸方向の位置が互いに異なる互いに直交する２つのスリ
ット光照射平面を被測定物回転中心軸方向に複数組有す
る被検物を用い、被測定物回転中心軸方向に被検物を移
動させることにより、スリット光が照射される被検物の
２つのスリット光照射平面の位置を２次元測定座標系の
上記一方の座標軸方向に移動させる場合、被検物を２次
元測定座標系の上記座標軸方向に移動させる送り機構が
必ずしも必要でない。
【００１７】
【実施例】以下、図面を参照して、この発明の実施例に
ついて説明する。
【００１８】図１および図２は３次元形状測定装置の全
体概略構成を示しており、この装置は、被測定物ステー
ジ(1) 、スリット光源装置(2) 、２次元撮像装置(3) 、
データ記憶装置(4) およびデータ処理装置(5) を備えて
いる。
【００１９】スリット光源装置(2) は、図示しないＬＤ
（レーザダイオード）、シリンドリカルレンズなどを用
いて、ステージ(1) の上に固定された被測定物または被
検物(6) にスリット光(7) を照射するためのものであ
る。この場合、スリット光面(7a)は水平であり、この面
(7a)内に、互いに直交するＸ軸とＹ軸とからなる２次元
測定座標系が設定されている。Ｘ軸とＹ軸が交差する２
次元測定座標系の原点(O) を通ってこれらと直交する垂
直軸をＺ軸とし、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸による座標系を
３次元測定座標系と呼ぶことにする。
【００２０】ステージ(1) の上面には、被測定物または
被検物(6) が固定される。ステージ(1) は、図示しない
適当な駆動手段により、Ｚ軸の近傍の垂直な一定の被測
定物回転中心軸を中心に回転させられるとともに、Ｚ軸
方向（垂直方向）に移動させられるようになっている。
ステージ(1) はＸ軸方向およびＹ軸方向にも移動させら
れるようになっている場合があるが、このような場合で
も、測定座標系における被測定物回転中心軸の位置は一
定になるようになされている。
【００２１】２次元撮像装置(3) は、スリット光(7) が
被測定物または被検物(6) の表面に当たって形成される
光切断線(8) を撮像してその２次元画像データをデータ
処理装置(5) に出力するためのものであり、２次元撮像
素子を有するテレビカメラ(9) などを備えている。図３
に、テレビカメラ(9) で撮像された光切断線(8) のテレ
ビ画像（光切断線像）(10)が示されている。光切断線像
(10)の２次元画像データは、テレビ画面（２次元撮像素
子）上の互いに直交するｘ軸とｙ軸とからなる画面座標
系を用いて表わされる。
【００２２】データ記憶装置(4) は、画面座標系におけ
る２次元画像データを２次元測定座標系における２次元
形状データに変換する座標変換式およびその変換係数を
記憶しておくためのものであり、たとえばマイコン（マ
イクロコンピュータ）のメモリによって構成されてい
る。変換係数は、被測定物の３次元形状測定に先立ち、
キャリブレーションによって得られる。
【００２３】データ処理装置(5) は、ステージ(1) の回
転および移動の制御、２次元画像データの処理などを行
うことにより、変換係数および被測定物回転中心軸の位
置の決定ならびに３次元測定座標系における被測定物の
３次元形状データの合成などを行うためのものであり、
たとえばマイコンによって構成されている。
【００２４】上記の３次元形状測定装置において、測定
に先立ち、次のように、キャリブレーションが行われ、
変換係数および回転中心軸の位置が決定されて、これら
がデータ記憶装置(4) に記憶される。
【００２５】２次元測定座標系における座標を（Ｘ，
Ｙ）、画面座標系における座標を（ｘ，ｙ）とすると、
座標変換式は次のように表わされる。
【００２６】Ｘ＝｛ｃx ・（ｘ−ｘo ）＋ｄx ・（ｙ−
ｙo ）｝／｛ｍ1 ・（ｘ−ｘo ）＋ｍ2 ・（ｙ−ｙo ）
＋ｍ3 ｝…(1) Ｙ＝｛ｃy ・（ｘ−ｘo ）＋ｄy ・（ｙ−ｙo ）｝／
｛ｍ1 ・（ｘ−ｘo ）＋ｍ2 ・（ｙ−ｙo ）＋ｍ3 ｝…
(2) （ｘo ，ｙo ）は、画面座標系における原点(o) の座標
である。
【００２７】式(1) および(2) を書き直すと、次のよう
になる。
【００２８】Ｘ＝（ａx ・ｙ−ｘ＋ｂx ）／（ｎ1 ・ｘ
＋ｎ2 ・ｙ＋ｎ3 ）…(3) Ｙ＝ｒ・（ａy ・ｘ−ｙ＋ｂy ）／（ｎ1 ・ｘ＋ｎ2 ・
ｙ＋ｎ3 ）…(4) （ｒ≠０） 上記の３次元形状測定装置では、座標変換式として、上
記の式(3) および(4)が用いられ、その変換係数ｒ、ａ
x 、ｂx 、ａy 、ｂy 、ｎ1 、ｎ2 、ｎ3 がキャリブレ
ーションによって求められる。
【００２９】キャリブレーションを行う場合、まず、図
１および図２に示すように、被検物(6) がステージ(1)
の上に固定される。被検物(6) は互いに直交する２つの
スリット光照射平面(S1)(S2)を１組有するものであり、
平面(S1)(S2)とそれらの間の稜線(E) がスリット光面(7
a)と直交するようにステージ(1) に固定される。そし
て、被検物(6) の２つの平面(S1)(S2)にスリット光(7)
が照射されるとともに、２つの平面(S1)(S2)のなす角度
を２等分する面がＹ軸とほぼ平行になるように、ステー
ジ(1) が位置決めされる。
【００３０】被検物(6) がステージ(1) に固定されて、
ステージ(1) の位置決めがなされたならば、ステージ
(1) の回転を停止させた状態で、Ｙ軸方向にステージ
(1) を一定のステップ長さstp で複数ステップ移動させ
て、５つ以上の移動ステップ位置において、２つの平面
(S1)(S2)に形成された光切断線(8) がテレビカメラ(9)
により撮像される。１つのステップ位置において撮像さ
れた光切断線像(10)が図３に示されており、これは左右
２つの直線部分(10a)(10b)が交点(10c) で交わったＶ状
をなす。左側の直線部分(10a) は左側の平面(S1)に形成
された光切断線(8)の部分に、右側の直線部分(10b) は
右側の平面(S2)に形成された光切断線(8) の部分に、交
点(10c) は稜線(E) に形成された光切断線(8) の部分に
それぞれ対応している。そして、各移動ステップ位置に
おいて、２つの直線部分(10a)(10b)を含む２つの直線の
式が回帰演算により求められる。このようにして求めら
れた複数の移動ステップ位置における画面座標系上の直
線が図４に示されている。このときの直線の数は、移動
ステップ位置の数の２倍である。また、画面座標系上に
おける直線にそれぞれ対応する２次元測定座標系上の直
線が図５に示されている。
【００３１】次に、画面座標系上において、上記のよう
にして求められた複数の直線の交点が演算され、これら
の交点座標をサンプリングデータとして、これらから任
意の４つの直線ｌo 、ｌ1 、ｌ2 、ｌ3 が回帰演算によ
って求められる。これらの直線ｌo 、ｌ1 、ｌ2 、ｌ3
は、２次元測定座標系上の４つの直線Ｌo 、Ｌ1 、
Ｌ2 、Ｌ3 にそれぞれ対応している。
【００３２】２次元測定座標系上の直線Ｌo は次の式
(5) で、直線Ｌ1 は式(6) で、直線Ｌ2 は式(7) で、直
線Ｌ3 は式(8) でそれぞれ表わされる。
【００３３】Ｘ＝０…(5) Ｙ＝Ｘ・tan ２θ…(6) Ｘ＝ｋ・cos ２θ…(7) Ｙ＝Ｘ・tan ２θ＋ｋ…(8) θは、被検物(6) の設置角度のずれ角度である。
【００３４】画面座標系上の直線ｌo は次の式(9) で、
直線ｌ1 は式(10)で、直線ｌ2 は式(11)で、直線ｌ3 は
式(12)でそれぞれ表わされる。
【００３５】ｘ＝ａxo・ｙ＋ｂxo…(9) ｙ＝ａyo・ｘ＋ｂyo…(10) ｘ＝ａxk・ｙ＋ｂxk…(11) ｙ＝ａyk・ｙ＋ｂyk…(12) そして、これらの係数ａxo、ｂxo、ａyo、ｂyo、ａxk、
ｂxk、ａyk、ｂykが上記の回帰演算によって求められ
る。次に、これらの係数ａxo、ｂxo、ａyo、ｂyo、
ａxk、ｂxk、ａyk、ｂykと被検物(6) のずれ角度θを用
いて前記の式(3) 、(4) の係数、すなわち、変換係数
ｒ、ａx 、ｂx 、ａy 、ｂy 、ｎ1 、ｎ2 、ｎ3を演算
する式を求める。これらの式は、次のように表わされ
る。
【００３６】ａx ＝ａxo…(13) ｂx ＝ｂxo…(14) ａy ＝ａyo＋（ａxo・ａyo−１）・tan ２θ／ｒ…(15) ｂy ＝ｂyo＋（ａxo・ｂyo＋ｂxo）・tan ２θ／ｒ…(1
6) ｒ＝Ｒ／cos ２θ−ａxo・tan ２θ…(17) Ｒ＝｛−ｂyk・（ａxo−ａxk）−（ａxo・ｂxk−ｂxo・
ａxk）・ａyk−（ｂxo−ｂxk）｝／｛（ａyo・ｂyk−ｂ
yo・ａyk）・ａxk＋（ａyo−ａyk）・ｂyk＋（ｂyo−ｂ
yk）｝…(17-1) ｎ1 ＝Ｎ1 ／ｋ・cos ２θ…(18) Ｎ1 ＝｛（ａyo−ａyk）・（ｂxo−ｂxk）＋（ａyo・ｂ
yk−ｂyo・ａyk）・（ａxo−ａxk）｝／｛（ａyo・ｂyk
−ｂyo・ａyk）・ａxk＋（ａyo−ａyk）・ｂxk＋（ｂyo
−ｂyk）｝…(18-1) ｎ2 ＝Ｎ2 ／ｋ・cos ２θ…(19) Ｎ2 ＝｛（ａxo−ａxk）・（ｂyo−ｂyk）＋（ａxo・ｂ
xk−ｂxo・ａxk）・（ａyo−ａyk）｝／｛（ａyo・ｂyk
−ｂyo・ａyk）・ａxk＋（ａyo−ａyk）・ｂxk＋（ｂyo
−ｂyk）｝…(19-1) ｎ3 ＝Ｎ3 ／ｋ・cos ２θ…(20) Ｎ3 ＝｛（ｂxo−ｂxk）・（ｂyo−ｂyk）−（ａxo・ｂ
xk−ｂxo・ａxk）・（ａyo・ｂyk−ｂyo・ａyk）｝／
｛（ａyo・ｂyk−ｂyo・ａyk）・ａxk＋（ａyo−ａyk）
・ｂxk＋（ｂyo−ｂyk）｝…(20-1) 上記の式(17)〜(20)において、係数ａxo、ｂxo、ａyo、
ｂyo、ａxk、ｂxk、ａyk、ｂykは既に求められているの
で、ずれ角度θが求まれば、変換係数ｒ、ａx、ｂx 、
ａy 、ｂy 、ｎ1 、ｎ2 、ｎ3 が求められる。そこで、
次に、ずれ角度θを求めるために、ずれ角度θを所定の
範囲内において一定量ずつ変化させて、ずれ角度θの各
値について、式(17)〜(20)を用いて、仮の変換係数ｒ、
ａx 、ｂx 、ａy 、ｂy 、ｎ1 、ｎ2 、ｎ3 を演算し、
これらを記憶しておく。たとえば、ずれ角度θを−５°
〜５°の範囲内において０．０１°ずつ変化させる。
【００３７】次に、被測定物回転中心軸を中心にステー
ジ(1) を一定のステップ角度φ（たとえば１０°）で２
ステップ回転させて、３つの回転ステップ位置におい
て、２つの平面(S1)(S2)に形成された光切断線(8) がテ
レビカメラ(9) により撮像され、画面座標系における光
切断線像(10)の交点(10c) の座標が求められる。そし
て、前記のように変化させたずれ角度の各値において、
その値のときの変換係数を用いて、画面座標系における
光切断線像(10)の交点(10c) の座標を２次元測定座標系
における座標に変換する。この２次元測定座標系におけ
る座標は、２次元測定座標系における光切断線(8) の交
点の座標を表わしている。このようにして求められた３
つの回転ステップ位置における２次元測定座標系上の光
切断線(8) の交点の座標を（Ｘ1 ，Ｙ1 ）、（Ｘ2 ，Ｙ
2 ）、（Ｘ3 ，Ｙ3 ）とする。次に、これらの座標（Ｘ
1 ，Ｙ1 ）、（Ｘ2 ，Ｙ2 ）、（Ｘ3 ，Ｙ3 ）を用い
て、２次元測定座標系における被測定物回転中心軸の座
標（Ｘc ，Ｙc ）を求める。３つの座標（Ｘ1 ，
Ｙ1 ）、（Ｘ2 ，Ｙ2 ）、（Ｘ3 ，Ｙ3 ）からは、次の
ような被測定物回転中心軸の座標の３つの演算値
（Ｘc1，Ｙc1）、（Ｘc2，Ｙc2）、（Ｘc3，Ｙc3）が求
められる。
【００３８】Ｘc1＝｛Ｘ1 ＋Ｘ2 ＋（Ｙ1 −Ｙ2 ）・si
n φ／（１−cos φ）｝／２…(21) Ｙc1＝｛Ｙ1 ＋Ｙ2 −（Ｘ1 −Ｘ2 ）・sin φ／（１−
cos φ）｝／２…(22) Ｘc2＝｛Ｘ2 ＋Ｘ3 ＋（Ｙ2 −Ｙ3 ）・sin φ／（１−
cos φ）｝／２…(23) Ｙc2＝｛Ｙ2 ＋Ｙ3 −（Ｘ2 −Ｘ3 ）・sin φ／（１−
cos φ）｝／２…(24) Ｘc3＝｛Ｘ1 ＋Ｘ3 ＋（Ｙ1 −Ｙ3 ）・sin ２φ／（１
−cos ２φ）｝／２…(25) Ｙc3＝｛Ｙ1 ＋Ｙ3 −（Ｘ1 −Ｘ3 ）・sin ２φ／（１
−cos ２φ）｝／２…(26) ずれ角度θの全ての値について被測定物回転中心軸の３
つの座標演算値が求められたならば、ずれ角度の各値に
ついて、３つの座標演算値（Ｘc1，Ｙc1）、（Ｘc2，Ｙ
c2）、（Ｘc3，Ｙc3）の間の偏差が求められる。そし
て、この偏差が最も小さくなるときのずれ角度θの値を
被検物(6) のずれ角度θとするとともに、そのずれ角度
θのときの変換係数ｒ、ａx 、ｂx 、ａy 、ｂy 、
ｎ1 、ｎ2 、ｎ3 を求める変換係数とする。
【００３９】上記実施例の場合、互いに直交する２つの
スリット光照射平面(S1)(S2)を１組だけ有するきわめて
簡単な形状の被検物(6) を用いて、変換係数を決定する
ことができる。
【００４０】上記実施例には、被検物(6) の設置角度に
ずれがある場合を示したが、このようなずれがない場合
には、もう少し簡単に変換係数を求めることができる。
この場合、基本的には、前記の各式からずれ角度θを除
いた式を用いて、演算が行われる。
【００４１】図６は、上記と異なる被検物を使用した変
換係数決定方法の１例を示している。
【００４２】この場合、被検物(16)は、次のように構成
されている。なお、被検物(16)の構成は、ステージ(1)
に固定された状態について説明する。被検物(16)は、互
いに直交する２つのスリット光照射平面(S1)(S2)をＺ軸
方向に５組以上有するものである。被検物(16)は立方体
または直方体の隣接する２つの側面が階段状に形成され
たものであり、この階段状の部分にたとえば５組の照射
平面(S1)(S2)が形成されている。照射平面は符号(S1)(S
2)で総称し、区別する必要があるときは、下の組から順
に、第１照射平面(S1a)(S2a)、第２照射平面(S1b)(S2
b)、第３照射平面(S1c)(S2c)、第４照射平面(S1d)(S2
d)、第５照射平面(S1e)(S2e)と呼ぶことにする。また、
２つの第１照射平面(S1a)(S2a)の間の稜線を(Ea)、２つ
の第２照射平面(S1b)(S2b)の間の稜線を(Eb)、２つの第
３照射平面(S1c)(S2c)の間の稜線を(Ec)、２つの第４照
射平面(S1d)(S2d)の間の稜線を(Ed)、２つの第５照射平
面(S1e)(S2e)の間の稜線を(Ee)とし、これらの稜線は符
号(E) で総称する。各組の対応する一方の５つの照射平
面(S1a)(S1b)(S1c)(S1d)(S1e) は互いに平行であり、こ
れらの垂直方向および水平方向のピッチ（距離）はそれ
ぞれ一定である。各組の他方の５つの照射平面(S2a)(S2
b)(S2c)(S2d)(S2e) も互いに平行であり、これらの垂直
方向および水平方向のピッチは上記ピッチとそれぞれ等
しい。すなわち、第２〜５照射平面(S1b)(S2b)〜(S1e)
(S2e)は、第１照射平面(S1a)(S2a)を、２つの照射平面
(S1)(S2)のなす角度を２等分する面内の水平方向に、一
定量ずつ順に平行移動したものである。
【００４３】この場合も、被検物(16)は、照射平面(S1)
(S2)と稜線(E) がスリット光面(7a)と直交するようにス
テージ(1) に固定され、いずれかの組の照射平面(S1)(S
2)にスリット光(7) が照射されるとともに、２つの照射
平面(S1)(S2)を２等分する面がＹ軸とほぼ平行になるよ
うに、ステージ(1) が位置決めされる。そして、変換係
数の決定を行う際には、前記実施例においてステージ
(1) をＹ軸方向に移動させるかわりに、ステージ(1) を
Ｚ軸方向に移動される。さらに詳しく説明すれば、最初
に第１照射平面(S1a)(S2a)にスリット光(7) が照射され
るようにステージ(1) を位置決めし、照射平面(S1)(S2)
のＺ軸方向の１ピッチ分ずつステージ(1)を下方に移動
させる。これにより、第１照射平面(S1a)(S2a)から、第
２、第３、第４、第５照射平面(S1b)(S2b)、(S1c)(S2
c)、(S1d)(S2d)、(S1e)(S2e)に順にスリット光(7) が照
射され、第２〜５照射平面(S1b)(S2b)〜(S1e)(S2e)は第
１照射平面(S1a)(S2a)をＹ軸とほぼ平行な方向に一定量
ずつ順に平行移動したものであるから、前記実施例にお
いてステージ(1) をＹ軸方向に一定量ずつ移動させたと
きと同じ結果が得られる。
【００４４】他は前記実施例の場合と同様であり、同じ
部分には同一の符号を付している。
【００４５】図６のような被検物(16)を使用する場合、
変換係数の決定を行う際に、ステージ(1) をＺ軸方向に
移動するだけでよく、Ｙ軸方向に移動する必要がない。
したがって、ステージ(1) をＸ軸方向およびＹ軸方向に
移動するための送り機構が必ずしも必要でない。
【００４６】
【発明の効果】この発明の方法によれば、上述のよう
に、特殊形状の専用の被検物を準備しなくても簡単に変
換係数を決定することができ、コストダウンが可能であ
る。
【００４７】とくに、第２の発明の方法によれば、被検
物の設置角度にずれがあっても、変換係数を正確に決定
することができる。
【００４８】互いに直交する２つのスリット光照射平面
を１組有する被検物を用い、２次元測定座標系の上記一
方の座標軸方向に被検物を移動させることにより、スリ
ット光が照射される被検物の２つのスリット光照射平面
の位置を２次元測定座標系の上記一方の座標軸方向に移
動させるようにすれば、被検物の形状をきわめて簡単に
することができ、より一層のコストダウンが可能にな
る。
【００４９】また、２次元測定座標系の上記一方の座標
軸方向の位置が互いに異なる互いに直交する２つのスリ
ット光照射平面を被測定物回転中心軸方向に複数組有す
る被検物を用い、被測定物回転中心軸方向に被検物を移
動させることにより、スリット光が照射される被検物の
２つのスリット光照射平面の位置を２次元測定座標系の
上記一方の座標軸方向に移動させるようにすれば、被検
物を２次元測定座標系の上記座標軸方向に移動させる送
り機構が必ずしも必要でなく、より一層のコストダウン
が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例を示す３次元形状測定装置の
概略構成図である。
【図２】図１の３次元形状測定装置の平面図である。
【図３】被検物の光切断線のテレビ画像の１例を示す説
明図である。
【図４】画面座標系上の複数の移動ステップ位置におけ
る光切断線像の複数の直線を示す説明図である。
【図５】測定座標系上の複数のステップ位置における光
切断線の複数の直線を示す説明図である。
【図６】この発明の他の実施例を示す３次元形状測定装
置の要部概略構成図である。
【符号の説明】
(2) スリット光源装置 (3) ２次元撮像装置 (4) データ記憶装置 (5) データ処理装置 (6) 被検物 (7) スリット光 (7a) スリット光面 (8) 光切断線 (9) テレビカメラ (10) 光切断線像 (16) 被検物 (S1)(S2) スリット光照射平面

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】被測定物にスリット光源装置からスリット
    光を照射し、このスリット光が被測定物の表面に当たっ
    て形成される光切断線をスリット光面に対して傾斜した
    方向から２次元撮像装置で撮像し、２次元撮像装置の画
    面座標系における光切断線像の２次元画像データを、座
    標変換式を用いて、スリット光面内の２つの直交座標軸
    による２次元測定座標系における光切断線の２次元形状
    データに変換し、スリット光面と直交する一定の被測定
    物回転中心軸を中心に被測定物を一定のステップ角度ず
    つ複数ステップ回転させて、各回転ステップ位置におい
    て、上記の２次元画像データから２次元形状データへの
    変換を行い、このようにして得られた複数の２次元形状
    データから、スリット光面における被測定物の断面形状
    データを合成し、上記被測定物回転中心軸方向に被測定
    物を一定のステップ長さずつ複数ステップ移動させて、
    各移動ステップ位置において、上記の断面形状データの
    合成を行い、このようにして得られた複数の断面形状デ
    ータから、スリット光面と平行な２つの直交座標軸と被
    測定物回転中心軸と平行な１つの座標軸による３次元測
    定座標系における被測定物の３次元形状データを合成す
    る３次元形状測定を行うに際し、上記座標変換式の変換
    係数を決定する方法であって、 互いに直交する２つのスリット光照射平面を有する被検
    物を用い、被検物の２つのスリット光照射平面がスリッ
    ト光面と直交し、２つのスリット光照射平面にスリット
    光が照射され、かつ２つのスリット光照射平面のなす角
    度を２等分する面が２次元測定座標系の一方の座標軸と
    平行になるように被測定物を位置させた状態で、被測定
    物を３次元測定座標系の所定の座標軸方向に移動させる
    ことにより、スリット光が照射される被検物の２つのス
    リット光照射平面の位置を２次元測定座標系の上記一方
    の座標軸方向に一定のステップ長さで複数ステップ移動
    させて、５つ以上の移動ステップ位置において、２つの
    スリット光照射平面に形成される光切断線を２次元撮像
    装置で撮像して、画面座標系において光切断線像を構成
    する２つの直線の式を回帰演算し、このようにして求め
    た複数の直線の交点を演算し、これらの交点座標をサン
    プリングデータとして用いてこれらから任意の４つの直
    線を回帰演算し、これら４つの直線を用いて変換係数を
    演算し、被測定物回転中心軸を中心に被測定物を一定の
    ステップ角度で回転させて、複数の回転ステップ位置に
    おいて、画面座標系において光切断線像を構成する２つ
    の直線の交点を演算し、複数の回転ステップ位置におけ
    る上記交点の座標から被測定物回転中心軸の位置を演算
    することを特徴とする３次元形状測定における変換係数
    決定方法。
  2. 【請求項２】互いに直交する２つのスリット光照射平面
    を有する被検物を用い、被検物の２つのスリット光照射
    平面がスリット光面と直交し、２つのスリット光照射平
    面にスリット光が照射され、かつ２つのスリット光照射
    平面のなす角度を２等分する面が２次元測定座標系の一
    方の座標軸とほぼ平行になるように被測定物を位置させ
    た状態で、被測定物を３次元測定座標系の所定の座標軸
    方向に移動させることにより、スリット光が照射される
    被検物の２つのスリット光照射平面の位置を２次元測定
    座標系の上記一方の座標軸方向に一定のステップ長さで
    複数ステップ移動させて、５つ以上の移動ステップ位置
    において、２つのスリット光照射平面に形成される光切
    断線を２次元撮像装置で撮像して、画面座標系において
    光切断線像を構成する２つの直線の式を回帰演算し、こ
    のようにして求めた複数の直線の交点を演算し、これら
    の交点座標をサンプリングデータとして用いてこれらか
    ら任意の４つの直線を回帰演算し、これら４つの直線を
    表わす式の係数および被検物の設置角度ずれ量を用いて
    変換係数を演算する式を求め、被検物の設置角度ずれ量
    を一定のステップ量で変化させて、各設置角度ずれ量に
    ついて、上記の式を用いて変換係数を演算し、被測定物
    回転中心軸を中心に被測定物を一定のステップ角度で複
    数ステップ回転させて、複数の回転ステップ位置におい
    て、画面座標系において光切断線像を構成する２つの直
    線の交点を演算し、各設置角度ずれ量について複数の回
    転ステップ位置における上記交点の座標から上記のよう
    に演算した変換係数を用いて被測定物回転中心軸の位置
    の演算値を複数求め、このように求めた被測定物回転中
    心軸の複数の演算値の偏差が最も小さくなるときの設置
    角度ずれ量を被測定物の設置角度ずれ量とするととも
    に、そのときの変換係数を変換係数とすることを特徴と
    する請求項１の３次元形状測定における変換係数決定方
    法。
  3. 【請求項３】互いに直交する２つのスリット光照射平面
    を１組有する被検物を用い、２次元測定座標系の上記一
    方の座標軸方向に被検物を移動させることにより、スリ
    ット光が照射される被検物の２つのスリット光照射平面
    の位置を２次元測定座標系の上記一方の座標軸方向に移
    動させることを特徴とする請求項１または２の３次元形
    状測定における変換係数決定方法。
  4. 【請求項４】２次元測定座標系の上記一方の座標軸方向
    の位置が互いに異なる互いに直交する２つのスリット光
    照射平面を被測定物回転中心軸方向に複数組有する被検
    物を用い、被測定物回転中心軸方向に被検物を移動させ
    ることにより、スリット光が照射される被検物の２つの
    スリット光照射平面の位置を２次元測定座標系の上記一
    方の座標軸方向に移動させることを特徴とする請求項１
    または２の３次元形状測定における変換係数決定方法。
JP15526493A 1992-09-04 1993-06-25 ３次元形状測定における変換係数決定方法 Withdrawn JPH06129826A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008170376A (ja) * 2007-01-15 2008-07-24 Toyota Motor Corp 形状測定装置の校正方法及び校正用軸物
CN107225024A (zh) * 2017-07-17 2017-10-03 河南黎明重工科技股份有限公司 用于立轴冲击式破碎机转子的切缝式抛料头及其应用方法
CN110806571A (zh) * 2019-11-09 2020-02-18 北京工业大学 一种多结构光传感器空间姿态标定件及其标定方法

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