JP3727513B2 - Distance measuring method and distance measuring device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、距離測定方法および距離測定装置に関し、さらに詳細には、レーザー・ビームなどの光を対象物に照射して、当該対象物からの反射光に基づいて当該対象物との距離を測定する三角測量法を用いた距離測定に用いて好適な距離測定方法および距離測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、測定の対象物としての物体の移動量や物体の寸法あるいは物体の形状などを測定するための装置として、例えば、三角測量法を応用したレーザー・ビームを利用する距離測定装置が知られており、こうした距離測定装置の中には、対象物の3次元形状の測定を行うことができるものがある。
【0003】
ここで、対象物の3次元形状の測定を行うことができる距離測定装置としては、例えば、互いに直交するX軸、Y軸およびZ軸により定義される直交座標系のX−Y平面上に配置された回転自在なターン・テーブルと、当該ターン・テーブルの回転中心に向けて方向を固定されるととともにZ軸方向(高さ方向)において上下に移動可能なヘッドとを有して構成されたものが知られている。
【0004】
なお、上記したヘッドには、ターン・テーブル上に載置された対象物にレーザー・ビームを照射するものであって、そのレーザー・ビームの照射方向がターン・テーブルの回転軸を通過するような方向で固定されたレーザー・ダイオードと、レーザー・ダイオードからレーザー・ビームを照射された対象物からの反射光の画像を結像させるイメージ・センサとが設けられている。
【0005】
以上の構成において、上記した距離測定装置を用いて三次元形状の対象物とヘッドとの距離を測定するには、対象物を載置したターン・テーブルを回転させることとヘッドをZ軸方向(高さ方向)において上下に移動させることとを適宜に繰り返しながら、その繰り返し毎にヘッドのレーザー・ダイオードから対象物にレーザー・ビームを照射して、レーザー・ビームの照射に伴う対象物からの反射光の画像をイメージ・センサに結像させ、その結像位置に応じて対象物とヘッドとの距離を測定するものである。
【0006】
しかしながら、上記したような従来の距離測定装置においては、レーザー・ビームの照射方向がターン・テーブルの回転軸を通過するような方向で固定されているため、例えば、対象物がコーヒーカップであるような場合には、コーヒーカップの取っ手の内側などのようなレーザー・ビームを照射することのできない領域(以下、「レーザー・ビームを照射することのできない領域」を「死角」と適宜に称することとする。)が存在することとなって、測定の精度が低下する原因となっていたという問題点があった。
【0007】
また、上記したような従来の距離測定装置により高精度で測定を行うためには、対象物の測定面に対して直交するようにレーザー・ビームを照射することが好ましいことが知られている。
【0008】
しかしながら、上記したような従来の距離測定装置においては、対象物へ照射されるレーザー・ビームの照射方向が一定の方向に固定されているため、対象物の測定面において、当該測定面に対して直交するようにレーザー・ビームを照射することができない領域(以下、「測定面に対して直交するようにレーザー・ビームを照射することができない領域」も「死角」と適宜に称することとする。)が多くなり、精度の高い測定を行うことができないという問題点があった。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記したような従来の技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、対象物に光を照射する際の死角を減らして、測定の精度の向上を図ることができるようにした距離測定方法および距離測定装置を提供しようとするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による距離測定方法および距離測定装置は、互いに直交するX軸、Y軸およびZ軸により定義される直交座標系のX−Y平面上においてZ軸方向周りに回転される対象物の回転に同期して、その回転と同じ向きに同じ角度ずつ対象物に照射される光の光軸を回転させることにより、対象物の回転に伴い光を照射される領域に関して、擬似的に直交座標系を構成するようにしたものである。
【0011】
即ち、本発明のうち請求項1に記載の発明は、光照射手段により対象物に光を照射して、上記対象物からの反射光の画像をイメージ・センサ上に結像させ、上記イメージ・センサ上における反射光の画像の結像位置に基づいて上記対象物との距離を測定する距離測定処理を行う距離測定方法において、互いに直交するX軸、Y軸およびZ軸により定義される直交座標系のX−Y平面上においてZ軸方向周りに対象物を初期位置から所定の角度で所定の方向に回転させ、上記対象物の回転に同期して、上記光照射手段の光軸を初期位置から上記対象物の回転方向と同一の方向かつ同一の回転角度を保持するようにしてZ軸方向周りに回転させ、上記対象物と上記光照射手段の光軸との回転に応じて上記距離測定処理を行うようにしたものである。
【0012】
従って、本発明のうち請求項1に記載の発明によれば、Z軸方向周りの対象物の回転と同期して、光照射手段の光軸が対象物の回転方向と同一の方向かつ同一の回転角度を保持するようにしてZ軸方向周りに回転する。これにより、光照射手段から対象物に照射される光の光軸を変化させることができるようになるため、光照射手段により光を照射することのできない領域たる死角を減らすことができて、測定の精度の向上を図ることができるようになる。
【0013】
言い換えると、光照射手段から光を照射される上記対象物の測定面の領域を上記光照射手段により照射される光の光軸に対して直交させることができるようになるため、対象物の測定面に対して直交するように光を照射することができない領域たる死角を減らすことができるようになる。
【0014】
また、本発明のうち請求項1に記載の発明における上記光照射手段の光軸は、本発明のうち請求項2に記載の発明のように、Z軸方向周りの回転とは独立してZ軸方向に沿って移動することができる。
【0015】
また、本発明のうち請求項3に記載の発明は、対象物に光を照射する光照射手段と、上記光照射手段から光を照射された上記対象物からの反射光の画像を結像させるイメージ・センサとを有し、上記イメージ・センサ上における反射光の画像の結像位置に基づいて上記対象物との距離を測定する距離測定処理を行う距離測定装置において、互いに直交するX軸、Y軸およびZ軸により定義される直交座標系のX−Y平面上に対象物を配置するとともに、上記対象物をZ軸方向周りに初期位置から所定の角度で所定の方向に回転する第1の回転手段と、上記第1の回転手段による上記対象物の回転に同期して、上記光照射手段の光軸を初期位置から上記対象物の回転方向と同一の方向かつ同一の回転角度を保持するようにしてZ軸方向周りに回転する第2の回転手段とを有するようにしたものである。
【0016】
従って、本発明のうち請求項3に記載の発明によれば、第1の回転手段によるZ軸方向周りの対象物の回転と同期して、第2の回転手段により光照射手段の光軸が対象物の回転方向と同一の方向かつ同一の回転角度を保持するようにしてZ軸方向周りに回転される。これにより、光照射手段から対象物に照射される光の光軸が変化するため、光照射手段により光を照射することのできない領域たる死角を減らすことができて、測定の精度の向上を図ることができるようになる。
【0017】
言い換えると、光照射手段から光を照射される上記対象物の測定面の領域が上記光照射手段により照射される光の光軸に対して直交するようになり、対象物の測定面に対して直交するように光を照射することができない領域たる死角を減らすことができるようになる。
【0018】
また、本発明のうち請求項4に記載の発明のように、本発明のうち請求項3に記載の発明において、さらに、上記光照射手段の光軸をZ軸方向周りの回転とは独立してZ軸方向に沿って移動する移動手段を設けるようにしてもよい。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明による距離測定方法および距離測定装置の実施の形態を詳細に説明するものとする。
【0020】
ここで、図1乃至図2には、本発明による距離測定装置の実施の形態の一例を示す概略構成斜視図が示されている。なお、図1は距離測定装置を上方から見た場合の概略構成斜視図であり、図2は距離測定装置を下方から見た場合の概略構成斜視図(なお、第1柱部材14(後述する)は、理解を容易にするために省略している。)である。
【0021】
そして、この距離測定装置10は、長方体状のベース12と、ベース12の上面12a側の一方の端部に所定の間隔を開けて対向して立設された第1柱部材14および第2柱部材16と、第1柱部材14の上面と第2柱部材16の上面との間を架橋する上面部材18と、ベース12の上面12a側に配設されたターン・テーブル用ベース20と、ターン・テーブル用ベース20の上面20a側に配置されて互いに直交するX軸とY軸とZ軸とにより定義される直交座標系におけるX−Y平面を形成するとともにZ軸方向周りに図1における矢印A方向(時計回り方向)と矢印B方向(反時計回り方向)とにそれぞれ回転自在に配置された第1の回転手段としてのターン・テーブル22と、第1柱部材14と第2柱部材16との間において当該第1柱部材14および第2柱部材16の軸方向(Z軸方向)に沿って配設されるとともにZ軸方向周りに図1における矢印C方向(時計回り方向)と矢印D方向(反時計回り方向)とにそれぞれ回転自在とされた第2の回転手段としての回転支柱24と、回転支柱24に直動ベアリング26を介してZ軸方向に沿って上下方向に移動自在に配設されるとともに、当該回転支柱24のZ軸方向周りの回転に伴って回転するヘッド28とを有している。
【0022】
そして、ヘッド28には、ターン・テーブル22上に配置された測定の対象物に光としてレーザー・ビームを照射する照射手段としてのレーザー・ダイオード30と、レーザー・ダイオード30からレーザー・ビームを照射された対象物からの反射光の画像を結像するイメージ・センサとしてのCCD32とが所定の方向に向けて固定的に配設されている。
【0023】
なお、符号34は上面部材18に回転支柱24の上端部を回転自在に支持するためのベアリングであり、符号36はベース12に回転支柱24の下端部を回転自在に支持するためのベアリングである。
【0024】
次に、この距離測定装置10のターン・テーブル22ならびに回転支柱24の回転機構について、図1ならびに図2にとともに図3に示す距離測定装置10の回転機構の概念図を参照しながら説明する。
【0025】
なお、これらターン・テーブル22と回転支柱24との初期位置としては、それぞれ任意の位置を初期位置として設定することができるものであるが、回転支柱24に関しては、例えば、回転支柱24に取り付けられたヘッド28のレーザー・ダイオード30から照射されるレーザー・ビームの光軸が、ターン・テーブル22の回転中心を通過するような位置としたり、あるいは、回転支柱24に取り付けられたヘッド28のレーザー・ダイオード30から照射されるレーザー・ビームの光軸が、ターン・テーブル22上に配置された対象物の回転中心を通過するような位置としたりすることができる。
【0026】
そして、ベース12の下面12b側には、ターン・テーブル22の中心に配設された回転軸に固定されたプーリー38と、ターン・テーブル22を回転するためのターン・テーブル用モーター40と、ターン・テーブル用モーター40の回転軸に固定されたプーリー42と、回転支柱24の下端部に固定されたプーリー44と、回転支柱24を回転するための回転支柱用モーター46と、回転支柱用モーター46の回転軸に固定されたプーリー48とが配設されている。
【0027】
そして、プーリー38とプーリー42との間には無端ベルト50が張設されていて、ターン・テーブル用モーター40の回転軸の回転がターン・テーブル22に伝達されて、ターン・テーブル用モーター40の回転軸の回転によりターン・テーブル22がZ軸方向周りに矢印A方向(時計回り方向)と矢印B方向(反時計回り方向)とにそれぞれ回転するようになされている。
【0028】
また、プーリー44とプーリー48との間には無端ベルト52が張設されていて、回転支柱用モーター46の回転軸の回転が回転支柱24に伝達されて、回転支柱用モーター46の回転軸の回転により回転支柱24がZ軸方向周りに矢印C方向(時計回り方向)と矢印D方向(反時計回り方向)とにそれぞれ回転するようになされている。
【0029】
ここで、ターン・テーブル用モーター40と回転支柱用モーター46とは、ターン・テーブル22と回転支柱24とがZ軸方向周りに同じ角度ずつ同じ向きに回転、即ち、ターン・テーブル22がZ軸方向周りに図1における矢印A方向(時計回り方向)に回転する場合には、回転支柱24がZ軸方向周りに図1における矢印C方向(時計回り方向)に回転し、一方、ターン・テーブル22がZ軸方向周りに図1における矢印B方向(反時計回り方向)に回転する場合には、回転支柱24がZ軸方向周りに図1における矢印D方向(反時計回り方向)に回転するように、その回転方向と回転角度とがマイクロ・コンピューター100により制御されている。
【0030】
さらに、第2柱部材16の上部には、ヘッド28をZ軸方向に沿って上下方向に駆動するモーター54が配設されている。また、このモーター54の回転軸には、プーリー56が固定されている。
【0031】
一方、第2柱部材16の下部には、プーリー56と対向するようにして、プーリー58が回転自在に配設されている。
【0032】
そして、プーリー56とプーリー58との間には、ヘッド28に形成された取付部28aを固定した無端ベルト60が張設されていて、モーター54の回転軸の回転により無端ベルト60が移動することにより、ヘッド28が上下方向に移動するように構成されている。
【0033】
以上の構成において、この距離測定装置10においても、従来の距離測定装置と同様に、ターン・テーブル22に載置した対象物に対しヘッド28のレーザー・ダイオード30からレーザー・ビームを照射し、対象物からの反射光の画像をCCD32に結像させ、その結像位置に応じて対象物とヘッド28との距離を測定するものである。
【0034】
次に、本発明の要旨であるターン・テーブル22のZ軸方向周りの回転と回転支柱24のZ軸方向周りの回転に伴うヘッド28のZ軸方向周りの回転、即ち、レーザー・ダイオードのZ軸方向周りの回転について、図4に示す上方から見たターン・テーブル22とヘッド28との位置関係を示す説明図を参照しながら説明する。
【0035】
なお、以下の説明においては、立方体形状の対象物200とヘッド28との距離を測定する場合について説明する。
【0036】
ここで、対象物200は、そのX−Y平面における中心位置Cとターン・テーブル22の回転中心とが一致するように、ターン・テーブル22上に配置されている。
【0037】
また、レーザー・ダイオード30から照射されるレーザー・ビームの光軸の初期位置は、ターン・テーブル22の回転中心を通過するような位置に設定されている。
【0038】
一方、ターン・テーブル22上に配置された対象物200の初期位置は、対象物200のレーザー・ダイオード30の最も近傍に位置する面(測定面)が、初期位置におけるレーザー・ダイオード30から照射されるレーザー・ビームの光軸と直交する位置に設定されている。
【0039】
なお、測定面に平行するとともに中心位置Cを通過する面を、疑似直交面と称することとする。
【0040】
ところで、従来の距離測定方法を用いて、ターン・テーブル22に配置された対象物200の測定面における測定ポイントPを三角測量法により測定する場合には、ヘッド28のレーザー・ダイオード30から照射されるレーザー・ビームが測定面に対して直交した状態で測定した方が高精度の測定を行うことができることから、レーザー・ダイオード30を図4におけるレーザー位置2まで移動させることが好ましいことになる。
【0041】
しかしながら、本発明による距離測定装置10においては、マイクロ・コンピューター100によりターン・テーブル用モーター40と回転支柱用モーター46とを制御して、ターン・テーブル22とヘッド28とをZ軸方向周りに同じ角度θだけ同じ方向(図4においては、矢印E方向である。)に回転させ、ヘッド28のレーザー・ダイオード30から照射されるレーザー・ビームが測定ポイントPを直交して通過するように設定する。このときに、図4における測定距離2は、測定距離1に一致する。
【0042】
ここで、測定距離2は、「距離L1−距離L2」となる。即ち、測定距離2は、式(1)に示す演算により得られる。
【0043】
測定距離2=距離L1−距離L2 ・・・ 式(1)
ここで、距離L1は角度θとヘッド距離とを用いて、次に示す式(2)より導き出すことができる。
【0044】
距離L1=ヘッド距離×cosθ ・・・ 式(2)
従って、この式(2)を式(1)に代入することにより、式(1)は式(3)に示すように変形することができる。
【0045】
測定距離2=(ヘッド距離×cosθ)−L2 ・・・ 式(3)
なお、距離L2は、この距離測定装置10による測定結果から得ることができる。
【0046】
即ち、上記したように、ターン・テーブル22とヘッド28とをZ軸方向周りに同じ方向に同じ角度だけ同期回転することにより、ターン・テーブル22上に擬似的に互いに直交するX軸、Y軸およびZ軸により定義される直交座標系を構築することができ、疑似直交面に直交するようにヘッド28のレーザー・ダイオード30からレーザー・ビームを照射することができるようになる。
【0047】
従って、この距離測定装置10によれば、Z軸方向周りの対象物200の回転と同期して、レーザー・ダイオード30から照射されるレーザー・ビームの光軸が対象物200の回転方向と同一の方向かつ同一の回転角度を保持するようにしてZ軸方向周りに回転するので、これによりレーザー・ダイオード30から対象物200に照射されるレーザー・ビームの光軸を変化させることができるようになるため、レーザー・ダイオード30によりレーザー・ビームを照射することのできない領域たる死角を減らすことができて、測定の精度の向上を図ることができるようになる。
【0048】
また、この距離測定装置10によれば、Z軸方向周りの対象物200の回転と同期して、レーザー・ダイオード30から照射されるレーザー・ビームの光軸が対象物200の回転方向と同一の方向かつ同一の回転角度を保持するようにしてZ軸方向周りに回転するので、これによりレーザー・ダイオード30からレーザー・ビームを照射される対象物200の測定面の領域をレーザー・ダイオード30により照射されるレーザー・ビームの光軸に対して直交させることができるようになるため、対象物200の測定面に対して直交するようにレーザー・ビームを照射することができない領域たる死角を減らすことができて、測定の精度の向上を図ることができるようになる。
【0049】
なお、この図4に示す例において、例えば、測定面を測定ポイントPから測定ポイントPnまで測定するものとした場合に、「角度θ=1°」に設定するならば、測定ポイントPから測定ポイントPnまでの測定面における角度を1°づつ変化させた各測定ポイントにおいて、それぞれ距離を測定することができるものである。
【0050】
そして、上記したようなターン・テーブル22とヘッド28とを所定の角度θづつ変化させながら行う距離測定を、ヘッド28のZ軸方向における上下の高さを変化させながら繰り返すことで、ヘッド28に対して疑似直交面の手前に位置する対象物200の測定面の距離を測定するできることになるため、当該測定面の立体的な形状を得ることが可能となる。
【0051】
なお、従来の距離測定装置において、レーザー・ビームの照射方向をターン・テーブル22の回転中心を通過する方向に固定し、図5に示すようなコーヒー・カップ300の測定対象面に順次レーザー・ビームを照射していく場合には、コーヒー・カップ300の取っ手300aの内側の面300bが死角となり、レーザー・ビームを照射することが不可能となる。
【0052】
しかしながら、本発明による距離測定装置10においては、取っ手300aの内側の面300bにレーザー・ビームが到達して測定できる位置にターン・テーブル22およびレーザー・ダイオード30をZ軸方向周りに回転し(レーザー・ダイオード30のZ軸方向周りの回転は、回転支柱24をZ軸方向周りに回転し、この回転支柱24のZ軸方向周りの回転に伴いヘッド28をZ軸方向周りに回転することにより実現する。)、それにより得られる疑似直交面に対してレーザー・ビームを照射ことで、従来の距離測定装置においては死角になってしまい測定できない部分にもレーザー・ビームを照射して測定することができるようになる。
【0053】
また、この距離測定装置10を用いて対象物の立体形状の測定を行う場合の好ましい手順は、例えば、以下に示す通りである。
【0054】
即ち、ヘッド28のZ軸方向に沿った上下方向の移動ならびにターン・テーブル22の回転を用いて、測定の対象物に関して放射状に反射光の画像(距離画像)を得てCCDに結像して距離を測定する(第1の測定処理)。
【0055】
次に、測定の対象物の死角となった部分に対し、精度良く測定できる向きの平面、即ち、疑似直交面を擬似的に設定し、その疑似直交面に対する直交座標系による距離の測定を行う(第2の測定処理)。
【0056】
上記した第1の測定処理と第2の測定処理とによって得られたデータを合成して、対象物全体の距離画像を得る処理を行えばよい。
【0057】
上記したように、本発明による距離測定装置10によれば、対象物に対して死角の少ない高精度の測定を行うことができる。
【0058】
また、本発明による距離測定装置10によれば、様々な方角からの距離画像を得ても、それら距離画像のデータを合成しやすいものである。
【0059】
さらに本発明による距離測定装置10によれば、測定を繰り返し行う際の条件を設定しやすいものである。
【0060】
なお、上記した実施の形態は、以下の(1)乃至(6)に説明するように変形してもよい。
【0061】
(1)上記した実施の形態においては、光照射手段としてレーザー・ダイオード30を用いたが、これに限られるものではないことは勿論であり、例えば、マルチ・モード・レーザー発振器などのような各種のレーザー発振器やランプなどを用いるようにしてもよい。
【0062】
(2)上記した実施の形態においては、イメージ・センサとしてCCD32を用いたが、これに限られるものではないことは勿論であり、各種のイメージ・センサを適宜に用いるようにしてもよい。
【0063】
(3)上記した実施の形態においては、モーターの回転をベルトを介して伝達することによりターン・テーブル22、回転支柱24を回転したが、これに限られるものではないことは勿論であり、モーターにより直接回転してもよいし、ギアを介して回転してもよく、適宜の手法を用いることができる。
【0064】
(4)上記した実施の形態においては、「角度θ=1°」の場合について説明したが、これに限られるものではないことは勿論であり、角度θとして任意の角度を設定することができる。
【0065】
(5)上記した実施の形態においては、測定の対象物として立方体形状の対象物200とコーヒー・カップ300とについて説明したが、これに限られるものではないことは勿論であり、任意の形状のものを測定の対象物としてよい。
【0066】
(6)上記した実施の形態ならびに上記(1)乃至(5)に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。
【0067】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、対象物に光を照射する際の死角を減らして、測定の精度の向上を図ることができるようにした距離測定方法および距離測定装置を提供することができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による距離測定装置の実施の形態の一例を示す概略構成斜視図であり、距離測定装置を上方から見た場合の概略構成斜視図である。
【図2】本発明による距離測定装置の実施の形態の一例を示す概略構成斜視図であり、距離測定装置を下方から見た場合の概略構成斜視図である。なお、第1柱部材は、理解を容易にするために省略している。
【図3】距離測定装置の回転機構の概念図である。
【図4】上方から見たターン・テーブルとヘッドとの位置関係を示す説明図である。
【図5】測定の対象物としてのコーヒー・カップの斜視図である。
【符号の説明】
10 距離測定装置
12 ベース
12a ベースの上面
12b ベースの下面
14 第1柱部材
16 第2柱部材
18 上面部材
20 ターン・テーブル用ベース
20a ターン・テーブル用ベースの上面
22 ターン・テーブル
24 回転支柱
26 直動ベアリング
28 ヘッド
28a 取付部
30 レーザー・ダイオード
32 CCD
34、36 ベアリング
38、42、44、48、56、58 プーリー
40 ターン・テーブル用モーター
46 回転支柱用モーター
50、52、60 無端ベルト
54 モーター
100 マイクロ・コンピューター
200 対象物
300 コーヒー・カップ
300a 取っ手
300b 取っ手内側の面[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a distance measuring method and a distance measuring device, and more particularly, irradiates a target with light such as a laser beam and measures the distance to the target based on reflected light from the target. The present invention relates to a distance measuring method and a distance measuring apparatus suitable for distance measurement using a triangulation method.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a device for measuring the amount of movement of an object as an object to be measured, the size of the object, or the shape of the object, for example, a distance measuring device using a laser beam applying a triangulation method is known. Some of these distance measuring devices can measure the three-dimensional shape of an object.
[0003]
Here, as a distance measuring device capable of measuring a three-dimensional shape of an object, for example, it is arranged on an XY plane of an orthogonal coordinate system defined by an X axis, a Y axis, and a Z axis orthogonal to each other. And a rotatable turntable and a head that is fixed in the direction toward the rotation center of the turntable and that can move up and down in the Z-axis direction (height direction). Things are known.
[0004]
The above-described head irradiates the object placed on the turn table with a laser beam, and the irradiation direction of the laser beam passes through the rotation axis of the turn table. A laser diode fixed in direction and an image sensor for forming an image of reflected light from an object irradiated with a laser beam from the laser diode are provided.
[0005]
In the above configuration, in order to measure the distance between the three-dimensional object and the head using the distance measuring device described above, the turntable on which the object is placed is rotated and the head is moved in the Z-axis direction ( The object is irradiated with a laser beam from the laser diode of the head at each repetition, and the reflection from the object accompanying the irradiation of the laser beam. A light image is formed on an image sensor, and the distance between the object and the head is measured in accordance with the image formation position.
[0006]
However, in the conventional distance measuring apparatus as described above, since the irradiation direction of the laser beam is fixed in such a direction as to pass through the rotation axis of the turntable, for example, the object is a coffee cup. In such a case, the area where the laser beam cannot be irradiated, such as the inside of the handle of the coffee cup (hereinafter referred to as “the area where the laser beam cannot be irradiated”) is appropriately referred to as “blind spot”. There was a problem that the accuracy of measurement was reduced.
[0007]
Further, it is known that it is preferable to irradiate a laser beam so as to be orthogonal to the measurement surface of the object in order to perform measurement with high accuracy using the conventional distance measuring apparatus as described above.
[0008]
However, in the conventional distance measuring apparatus as described above, since the irradiation direction of the laser beam irradiated to the object is fixed in a certain direction, the measurement surface of the object is compared with the measurement surface. The region where the laser beam cannot be irradiated so as to be orthogonal (hereinafter, “the region where the laser beam cannot be irradiated so as to be orthogonal to the measurement surface” will also be appropriately referred to as “dead angle”. ) Increased, and there was a problem that high-precision measurement could not be performed.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the problems of the prior art as described above, and the object of the present invention is to improve the accuracy of measurement by reducing the blind spot when irradiating the object with light. It is an object of the present invention to provide a distance measuring method and a distance measuring apparatus that can achieve the above.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a distance measuring method and a distance measuring device according to the present invention are arranged around the Z-axis direction on the XY plane of the orthogonal coordinate system defined by the mutually orthogonal X-axis, Y-axis, and Z-axis. Synchronizing with the rotation of the object to be rotated, by rotating the optical axis of the light irradiated to the object at the same angle in the same direction as the rotation, the region irradiated with light as the object rotates The pseudo coordinate system is constructed in a pseudo manner.
[0011]
That is, according to the first aspect of the present invention, the object is irradiated with light by the light irradiation means, and an image of the reflected light from the object is formed on the image sensor, and the image Orthogonal coordinates defined by mutually orthogonal X-axis, Y-axis, and Z-axis in a distance measurement method for performing distance measurement processing for measuring the distance to the object based on the imaging position of the reflected light image on the sensor The object is rotated in the predetermined direction at a predetermined angle from the initial position on the XY plane of the system in the predetermined direction, and the optical axis of the light irradiation means is set to the initial position in synchronization with the rotation of the target object. The distance is measured according to the rotation of the object and the optical axis of the light irradiation means by rotating around the Z-axis direction so as to maintain the same direction and the same rotation angle as the rotation direction of the object. It is something to be processed
[0012]
Therefore, according to the first aspect of the present invention, in synchronization with the rotation of the object around the Z-axis direction, the optical axis of the light irradiation means is the same direction and the same as the rotation direction of the object. It rotates around the Z-axis direction so as to maintain the rotation angle. As a result, it becomes possible to change the optical axis of the light irradiated to the object from the light irradiating means, so that it is possible to reduce a blind spot that is an area where the light irradiating means cannot irradiate light, and to measure It is possible to improve the accuracy.
[0013]
In other words, since the region of the measurement surface of the object irradiated with light from the light irradiation means can be orthogonal to the optical axis of the light irradiated by the light irradiation means, the measurement of the object is performed. This makes it possible to reduce blind spots, which are regions where light cannot be irradiated so as to be orthogonal to the surface.
[0014]
Moreover, the optical axis of the light irradiation means in the invention described in claim 1 of the present invention is independent of rotation around the Z-axis direction as in the invention described in claim 2 of the present invention. It can move along the axial direction.
[0015]
The invention according to claim 3 of the present invention forms an image of light irradiation means for irradiating the object with light and reflected light from the object irradiated with light from the light irradiation means. An X-axis orthogonal to each other in a distance measurement device that performs a distance measurement process that measures a distance from the object based on an imaging position of an image of reflected light on the image sensor, A first object that arranges an object on an XY plane of an orthogonal coordinate system defined by the Y axis and the Z axis, and rotates the object in a predetermined direction at a predetermined angle from an initial position around the Z axis direction. In synchronization with the rotation of the object by the rotation means and the first rotation means, the optical axis of the light irradiation means is maintained in the same direction as the rotation direction of the object and the same rotation angle from the initial position. Rotate around the Z-axis To is obtained so as to have a second rotary means.
[0016]
Therefore, according to the third aspect of the present invention, the optical axis of the light irradiating means is adjusted by the second rotating means in synchronization with the rotation of the object around the Z-axis direction by the first rotating means. It is rotated around the Z-axis direction so as to maintain the same direction and the same rotation angle as the rotation direction of the object. As a result, the optical axis of the light applied to the object from the light irradiating means changes, so that it is possible to reduce the blind spots that are areas where the light irradiating means cannot irradiate light, thereby improving the measurement accuracy. Will be able to.
[0017]
In other words, the area of the measurement surface of the object irradiated with light from the light irradiation means becomes orthogonal to the optical axis of the light irradiated by the light irradiation means, and the measurement surface of the object is This makes it possible to reduce blind spots, which are regions where light cannot be irradiated so as to be orthogonal.
[0018]
Further, as in the invention described in claim 4 of the present invention, in the invention described in claim 3 of the present invention, the optical axis of the light irradiation means is further independent of rotation around the Z-axis direction. A moving means that moves along the Z-axis direction may be provided.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a distance measuring method and a distance measuring device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0020]
Here, FIGS. 1 and 2 are schematic configuration perspective views showing an example of the embodiment of the distance measuring device according to the present invention. 1 is a schematic perspective view of the distance measuring device as viewed from above, and FIG. 2 is a schematic perspective view of the distance measuring device as viewed from below (note that the first column member 14 (described later). ) Is omitted for ease of understanding.)
[0021]
The
[0022]
The
[0023]
[0024]
Next, the rotation mechanism of the turn table 22 and the
[0025]
The initial positions of the
[0026]
On the
[0027]
An
[0028]
Further, an
[0029]
Here, the
[0030]
Further, a
[0031]
On the other hand, a
[0032]
An
[0033]
In the above configuration, the
[0034]
Next, the rotation around the Z-axis direction of the turn table 22 and the rotation of the
[0035]
In the following description, a case where the distance between the cube-shaped
[0036]
Here, the
[0037]
The initial position of the optical axis of the laser beam emitted from the
[0038]
On the other hand, the initial position of the
[0039]
A surface parallel to the measurement surface and passing through the center position C is referred to as a quasi-orthogonal surface.
[0040]
By the way, when measuring the measurement point P on the measurement surface of the
[0041]
However, in the
[0042]
Here, the measurement distance 2 is “distance L1−distance L2.” That is, the measurement distance 2 is obtained by the calculation shown in Expression (1).
[0043]
Measurement distance 2 = distance L1-distance L2 (1)
Here, the distance L1 can be derived from the following equation (2) using the angle θ and the head distance.
[0044]
Distance L1 = Head distance × cos θ (2)
Therefore, by substituting Equation (2) into Equation (1), Equation (1) can be modified as shown in Equation (3).
[0045]
Measurement distance 2 = (head distance × cos θ) −L2 (3)
The distance L2 can be obtained from the measurement result obtained by the
[0046]
That is, as described above, the turn table 22 and the
[0047]
Therefore, according to the
[0048]
Further, according to the
[0049]
In the example shown in FIG. 4, for example, when the measurement surface is to be measured from the measurement point P to the measurement point Pn, if “angle θ = 1 °” is set, the measurement point P to the measurement point The distance can be measured at each measurement point where the angle on the measurement surface up to Pn is changed by 1 °.
[0050]
The distance measurement performed while changing the turn table 22 and the
[0051]
In the conventional distance measuring apparatus, the laser beam irradiation direction is fixed in a direction passing through the rotation center of the
[0052]
However, in the
[0053]
Moreover, the preferable procedure in the case of measuring the three-dimensional shape of a target object using this
[0054]
That is, by using the vertical movement of the
[0055]
Next, a plane that can be accurately measured, that is, a pseudo-orthogonal plane, is set in a pseudo manner with respect to the part that becomes the blind spot of the measurement object, and a distance is measured with respect to the pseudo-orthogonal plane using an orthogonal coordinate system. (Second measurement process).
[0056]
What is necessary is just to perform the process which synthesize | combines the data obtained by the above-mentioned 1st measurement process and 2nd measurement process, and obtains the distance image of the whole target object.
[0057]
As described above, according to the
[0058]
Further, according to the
[0059]
Furthermore, according to the
[0060]
The embodiment described above may be modified as described in the following (1) to (6).
[0061]
(1) In the above-described embodiment, the
[0062]
(2) In the above-described embodiment, the
[0063]
(3) In the above-described embodiment, the turn table 22 and the
[0064]
(4) In the above-described embodiment, the case of “angle θ = 1 °” has been described. However, the present invention is not limited to this, and an arbitrary angle can be set as the angle θ. .
[0065]
(5) In the above-described embodiment, the cube-shaped
[0066]
(6) You may make it combine the above-mentioned embodiment and the modification shown in said (1) thru | or (5) suitably.
[0067]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured as described above, there is provided a distance measuring method and a distance measuring apparatus capable of reducing the blind spot when irradiating light on an object and improving the accuracy of measurement. There is an excellent effect that it can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration perspective view showing an example of an embodiment of a distance measurement device according to the present invention, and is a schematic configuration perspective view when the distance measurement device is viewed from above.
FIG. 2 is a schematic configuration perspective view showing an example of an embodiment of a distance measurement device according to the present invention, and is a schematic configuration perspective view when the distance measurement device is viewed from below. The first pillar member is omitted for easy understanding.
FIG. 3 is a conceptual diagram of a rotation mechanism of the distance measuring device.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a positional relationship between a turntable and a head viewed from above.
FIG. 5 is a perspective view of a coffee cup as an object to be measured.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
34, 36
Claims (4)
互いに直交するX軸、Y軸およびZ軸により定義される直交座標系のX−Y平面上においてZ軸方向周りに対象物を初期位置から所定の角度で所定の方向に回転させ、
前記対象物の回転に同期して、前記光照射手段の光軸を初期位置から前記対象物の回転方向と同一の方向かつ同一の回転角度を保持するようにしてZ軸方向周りに回転させ、
前記対象物と前記光照射手段の光軸との回転に応じて前記距離測定処理を行う
ものである距離測定方法。The object is irradiated with light by the light irradiating means, and an image of reflected light from the object is formed on an image sensor, and based on the imaging position of the image of reflected light on the image sensor, In a distance measurement method for performing a distance measurement process for measuring a distance to an object,
Rotating an object in a predetermined direction at a predetermined angle from an initial position around the Z-axis direction on an XY plane of an orthogonal coordinate system defined by an X-axis, a Y-axis, and a Z-axis orthogonal to each other;
In synchronization with the rotation of the object, the optical axis of the light irradiation means is rotated around the Z-axis direction from the initial position so as to maintain the same direction and the same rotation angle as the rotation direction of the object,
A distance measuring method for performing the distance measuring process according to the rotation of the object and the optical axis of the light irradiation means.
前記光照射手段の光軸は、Z軸方向周りの回転とは独立してZ軸方向に沿って移動する
ものである距離測定方法。The distance measuring method according to claim 1,
A distance measuring method in which the optical axis of the light irradiation means moves along the Z-axis direction independently of the rotation around the Z-axis direction.
互いに直交するX軸、Y軸およびZ軸により定義される直交座標系のX−Y平面上に対象物を配置するとともに、前記対象物をZ軸方向周りに初期位置から所定の角度で所定の方向に回転する第1の回転手段と、
前記第1の回転手段による前記対象物の回転に同期して、前記光照射手段の光軸を初期位置から前記対象物の回転方向と同一の方向かつ同一の回転角度を保持するようにしてZ軸方向周りに回転する第2の回転手段と
を有する距離測定装置。A light irradiating means for irradiating the object with light; and an image sensor for forming an image of reflected light from the object irradiated with light from the light irradiating means, and reflection on the image sensor. In a distance measuring device that performs a distance measuring process for measuring a distance from the object based on an imaging position of an image of light,
An object is disposed on an XY plane of an orthogonal coordinate system defined by an X axis, a Y axis, and a Z axis orthogonal to each other, and the object is arranged at a predetermined angle from an initial position around the Z axis direction. First rotating means for rotating in the direction;
Synchronously with the rotation of the object by the first rotating means, the optical axis of the light irradiating means is maintained in the same direction and the same rotation angle as the rotation direction of the object from the initial position. A distance measuring device having a second rotating means that rotates around an axial direction.
前記光照射手段の光軸をZ軸方向周りの回転とは独立してZ軸方向に沿って移動する移動手段と
を有する距離測定装置。The distance measuring device according to claim 3, further comprising:
A distance measuring apparatus comprising: a moving unit that moves the optical axis of the light irradiation unit along the Z-axis direction independently of rotation around the Z-axis direction.
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