JP4632207B2 - Distance measuring method and distance measuring device - Google Patents
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Description
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・ビームなどの光を測定対象物に照射して、当該測定対象物からの反射光に基づいて当該測定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。 The present invention relates to a distance measurement method and a distance measurement device, and more specifically, irradiates a measurement object with light such as a laser beam, and based on reflected light from the measurement object, the distance to the measurement object. The present invention relates to a distance measurement method and a distance measurement device suitable for distance measurement using a triangulation method for measuring distance.
なお、本明細書において「測定対象物」とは、例えば、3次元の空間的広がりをもつ不透明かつ表面が粗面の所定の材料により形成された物体などを意味し、こうした物体の表面には単数または複数の色(色彩)が施されていてもよい。 In the present specification, the “measuring object” means, for example, an opaque object having a three-dimensional spatial extent and a surface formed of a predetermined material having a rough surface. One or a plurality of colors (colors) may be applied.
従来より、例えば、三角測量法を応用した光学式の距離測定装置が知られている。 Conventionally, for example, an optical distance measuring apparatus using a triangulation method is known.
こうした距離測定装置においては、対象物にレーザー・ビームを照射するレーザー・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を受光する受光レンズと、受光レンズにより受光された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。 In such a distance measuring device, a laser diode that irradiates a target with a laser beam, a light receiving lens that receives reflected light from the target irradiated with the laser beam from the laser diode, and a light receiving lens. And an image sensor for forming an image of the reflected light.
上記した距離測定装置においては、受光レンズが対象物からの反射光を受光し、受光した対象物からの反射光に応じてイメージ・センサから出力される受光波形に基づいて、測定対象物との間の距離が測定される。 In the distance measuring device described above, the light receiving lens receives the reflected light from the object, and based on the received light waveform output from the image sensor according to the reflected light from the received object, The distance between is measured.
こうした従来の距離測定装置においては、受光レンズなど光学系部品の温度変化によって、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。 In such a conventional distance measuring device, there is a problem that high-precision measurement cannot be performed due to a temperature change of an optical system component such as a light receiving lens.
そこで、従来の距離測定装置においては、精度の高い測定を行うために、距離測定時の温度を測定し、温度変化に応じた補正するようになされていたり、あるいは、温度変化に応じた補正を行う光学部品を別途配設するようになされていた。
Therefore, in the conventional distance measuring device, in order to perform highly accurate measurement, the temperature at the time of distance measurement is measured and corrected according to the temperature change, or the correction according to the temperature change is performed. Optical components to be performed are arranged separately.
ところが、従来の距離測定装置のように、温度測定を行って温度変化に応じた補正を行うようにすると、距離測定装置全体のシステムが複雑化してしまうという新たな問題点を招来することになり、また、距離測定装置に光学部品を別途配設すると、装置全体の構成が複雑化して部品点数や製造コストなどが増大するという新たな問題点を招来することとなっていた。 However, if the temperature measurement is performed and the correction according to the temperature change is performed as in the conventional distance measurement device, a new problem that the system of the entire distance measurement device becomes complicated is caused. In addition, if an optical component is separately provided in the distance measuring device, the configuration of the entire device becomes complicated, resulting in a new problem that the number of components and manufacturing cost increase.
なお、本願出願人が特許出願時に知っている先行技術は、上記において説明したようなものであって文献公知発明に係る発明ではないため、記載すべき先行技術情報はない。
The prior art that the applicant of the present application knows at the time of filing a patent is as described above and is not an invention related to a known literature, so there is no prior art information to be described.
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、簡単なシステムで高精度の測定を行うことができ、しかも安価な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。 The present invention has been made in view of the problems of the conventional techniques as described above, and the object of the present invention is to perform high-accuracy measurement with a simple system and inexpensive distance measurement. It is an object to provide a method and a distance measuring device.
上記目的を達成するために、本発明のうち請求項1に記載の発明は、ターン・テーブル上に載置された測定対象物に、上記ターン・テーブルの回転と同期して該回転の回転方向と同一の方向かつ同一の回転角度を保持して回転する光照射手段により光を照射して、上記測定対象物からの反射光をイメージ・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結像位置に基づいて上記測定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、上記ターン・テーブル上に載置された第1の基準対象物に所定の条件下で上記光照射手段によりレーザー光を照射し、上記第1の基準対象物からの反射光を受光したイメージ・センサ上の結像位置を、上記光照射手段と上記第1の基準対象物との距離に対応させて記憶した距離変換テーブルを生成する第1のステップと、上記光照射手段により照射されるレーザー光のスポット径が最小となる位置に配置された第2の基準対象物に、上記第1のステップにおける上記所定の条件下で上記光照射手段によりレーザー光を照射し、上記第2の基準対象物からの反射光を受光した上記イメージ・センサ上の結像位置を基準結像位置として取得する第2のステップと、上記第2の基準対象物に任意の条件下で上記光照射手段によりレーザー光が照射され、上記第2の基準対象物からの反射光を受光した上記イメージ・センサ上の結像位置を上記第2のステップにより取得された基準結像位置から減算することにより、上記第2の基準対象物からの反射光を受光した上記イメージ・センサ上の結像位置と、上記第2のステップにより取得された上記基準結像位置との差分を算出する第3のステップと、上記第3のステップで算出された差分と、上記距離変換テーブルにおけるイメージ・センサ上の結像位置に対する測定対象物と上記光照射手段との距離が小さいほど補正値が小さくなり、上記距離変換テーブルにおけるイメージ・センサ上の結像位置に対する上記測定対象物と上記光照射手段との距離が大きいほど補正値が大きくなる所定の係数とを用いて算出された値を補正値として、当該補正値を上記距離変換テーブルにおけるイメージ・センサ上の結像位置に加算することにより上記距離変換テーブルを補正する第4のステップと、上記測定対象物に上記第3のステップにおける上記任意の条件下で上記光照射手段によりレーザー光が照射され、上記測定対象物からの反射光を受光した上記イメージ・センサ上の結像位置から上記第4のステップで補正された距離変換テーブルによって上記光照射手段と上記測定対象物との距離を算出する第5のステップとを有するようにしたものである。
In order to achieve the above object, the invention according to
また、本発明のうち請求項2に記載の発明は、測定対象物を載置するターン・テーブルと、上記ターン・テーブルの回転と同期して当該回転の回転方向と同一の方向かつ同一の回転角度を保持して回転し、上記測定対象物にレーザー光を照射する光照射手段と、上記光照射手段からレーザー光を照射された上記測定対象物からの反射光を結像させるイメージ・センサと、第1の基準対象物に所定の条件下で上記光照射手段によりレーザー光が照射され、上記第1の基準対象物からの反射光を受光した上記イメージ・センサ上の結像位置を、上記光照射手段と上記第1の基準対象物との距離に対応させて記憶した距離変換テーブルを生成する距離変換テーブル生成手段と、上記光照射手段により照射されるレーザー光のスポット径が最小となる位置に配置された第2の基準対象物に、上記所定の条件下で上記光照射手段によりレーザー光が照射され、上記第2の基準対象物からの反射光を受光した上記イメージ・センサ上の結像位置を基準結像位置として取得する基準結像位置取得手段と、上記第2の基準対象物に任意の条件下で上記光照射手段によりレーザー光が照射され、上記第2の基準対象物からの反射光を受光した上記イメージ・センサ上の結像位置を上記基準結像位置取得手段により取得された基準結像位置から減算することにより、上記第2の基準対象物からの反射光を受光した上記イメージ・センサ上の結像位置と、上記基準結像位置取得手段により取得された基準結像位置との差分を算出する差分算出手段と、上記差分算出手段により算出された差分と、上記距離変換テーブルにおけるイメージ・センサ上の結像位置に対する測定対象物と上記光照射手段との距離が小さいほど補正値が小さくなり、上記距離変換テーブルにおけるイメージ・センサ上の結像位置に対する上記測定対象物と上記光照射手段との距離が大きいほど補正値が大きくなる所定の係数とを用いて算出された値を補正値として、当該補正値を上記距離変換テーブルにおけるイメージ・センサ上の結像位置に加算することにより上記距離変換テーブルを補正する補正手段と、上記測定対象物に上記任意の条件下で上記光照射手段によりレーザー光が照射され、上記測定対象物からの反射光を受光した上記イメージ・センサ上の結像位置から上記補正手段により補正された上記距離変換テーブルによって上記光照射手段と上記測定対象物との距離を算出する距離算出手段とを有するようにしたものである。
Further, the invention according to
本発明は、以上説明したように構成されているので、簡単なシステムで高精度の測定を行うことができ、しかも安価な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。 Since the present invention is configured as described above, it has an excellent effect that a highly accurate measurement can be performed with a simple system and an inexpensive distance measuring method and distance measuring apparatus can be provided. Play.
以下、添付の図面に基づいて、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の一例を詳細に説明するものとする。 Hereinafter, an example of an embodiment 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.
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。
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 configuration perspective view when the distance measurement device is viewed from above, and FIG. 2 is a schematic configuration perspective view when the distance measurement device is viewed from below (note that the first column member 14 ( Is omitted for ease of understanding).
また、図3は、距離測定装置を上方から見た場合のレーザー・ダイオードを中心に示した概略構成説明図であり、図4は、距離測定装置の回転機構の概念図である。図5には、距離測定装置の全体の動作を制御する制御システムを中心に示したブロック構成図が示されている。 FIG. 3 is an explanatory diagram of a schematic configuration centered on a laser diode when the distance measuring device is viewed from above, and FIG. 4 is a conceptual diagram of a rotating mechanism of the distance measuring device. FIG. 5 is a block diagram illustrating a control system that controls the overall operation of the distance measuring apparatus.
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、ターン・テーブル用ベース部材20の上面20aにターン・テーブル22に近接して配設された基準対象物70とを有している。
The
なお、上記した距離測定装置10は、後述するターン・テーブル用モーター40、回転支柱用モーター46、ヘッド用モーター54の駆動制御を含む全体の動作をマイクロ・コンピューター100により制御されているものである。
The above-described
また、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。
そして、ヘッド28には、出射点72aから光としてレーザー・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72と、レーザー・ダイオード72から照射されたレーザー・ビームが入射する投光レンズ74と、レーザー・ダイオード72からレーザー・ビームを照射された測定対象物200などからの反射光が入射する受光レンズ76と、受光レンズ76が受光した反射光の拡散反射成分を受光し、反射光の画像を結像するイメージ・センサとしてのCCD(charge−coupled device)78とがそれぞれ所定の方向に向けて固定的に配設されている。なお、ヘッド28は、レーザー・ダイオード72を駆動するレーザー・ダイオード駆動回路80と、CCD78を駆動するCCD駆動回路82とを備えている。
The
また、投光レンズ74と受光レンズ76とは、それぞれプラスチック製のレンズである。投光レンズ74の焦点位置は、基準対象物70の測定面70aにおいて、レーザー・ダイオード72から投光レンズ74を介して投光されるレーザー・ビームのスポット径が最小になるようにして設定されている。
The
ターン・テーブル22は、略円形形状の上面22aを備えている。なお、本明細書においては、「ターン・テーブル22の回転中心」を、「ターン・テーブル22の原点C(図1ならびに図3参照)」と適宜に称することとする。また、この実施の形態においては、ターン・テーブル22の上面22aの半径rは130mmに設定されている(従って、直径2rは260mmである。)。そして、ターン・テーブル22の原点Cとヘッド28のレーザー・ダイオード72の出射点72aとの距離L1は、230mmに設定されている。
The
また、基準対象物70は、全体は略板状体であり、例えば、金属により形成され、表面には防錆加工が施されている。そして、平面状の測定面70a側をヘッド28に対向させるようにして、ターン・テーブル用ベース部材20の上面20aに固定的に配設されている。
Moreover, the reference |
より詳細には、基準対象物70は、その測定面70aとヘッド28のレーザー・ダイオード72の出射点72aとの距離L2が所定の距離になるようにして配設されている。なお、この実施の形態においては、基準対象物70の測定面70aとヘッド28のレーザー・ダイオード72の出射点72aとの距離L2は、210mmに設定されている。即ち、基準対象物70の測定面70aとヘッド28のレーザー・ダイオード72の出射点72aとの距離L2は、ターン・テーブル22の原点Cとヘッド28のレーザー・ダイオード72の出射点72aとの距離L1に比べて20mm短くなるようにして設定されている。
More specifically, the
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4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。
Next, the rotation mechanism of the turn table 22 and the
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72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の原点C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72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上に配置された測定対象物200の重心位置を通過するような位置としたりすることができる。
The initial positions of the
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。
On the
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。
An
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。
Further, an
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。
Here, the
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ヘッド用モーター54が配設されている。また、このヘッド用モーター54の回転軸には、プーリー56が固定されている。
Further, a
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。
On the other hand, a
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。
An
次に、図5には、距離測定装置10の全体の動作を制御する制御システムを中心に示したブロック構成図が示されており、この制御システムは上記したようにしてマイクロ・コンピューター100により全体の動作の制御が行われる。
Next, FIG. 5 shows a block configuration diagram centering on a control system for controlling the entire operation of the
マイクロ・コンピューター100は、後述するメモリ104に格納されたプログラムに従って処理を実行する中央処理装置(CPU)102と、CPU102が実行するプログラムなどを格納したメモリ104と、CPU102の制御によって後述する受光波形データを記憶する受光波形データ記憶部106−1やCPU102の制御によって距離測定装置10における距離測定処理が行われる際のワーキング・エリアとしての領域などが設定されたランダム・アクセス・メモリ(RAM)106と、CPU102の制御によって後述する距離データを記憶する距離データ・メモリ108とを有して構成されている。
The
ここで、マイクロ・コンピューター100には、所定のタイミング信号を出力するタイミング信号発生回路110と、CCD78から出力されたアナログ信号たる受光波形信号をデジタル信号たる受光波形データに変換するアナログ/デジタル(A/D)コンバータ112とが接続されている。従って、CCD78から出力される受光波形信号に基づいた受光波形データが、マイクロ・コンピューター100に入力される。
Here, the
また、距離測定装置10のCPU102は、通信回路120を介して外部のコンピューター122と接続されている。このため、距離測定装置10の各種データは、通信回路120を介してコンピューター122に出力され、コンピューター122によって処理可能となされている。
Further, the
そして、CPU102は、レーザー・ダイオード72からのレーザー・ビームの出射とCCD78による反射光の受光とを制御する測定制御信号を、所定のタイミングでタイミング信号発生回路110に出力するようになされている。
The
また、CPU102は、ターン・テーブル用モーター40、回転支柱用モーター46ならびにヘッド用モーター54の駆動する駆動信号を、所定のタイミングでターン・テーブル用モーター40、回転支柱用モーター46ならびにヘッド用モーター54のそれぞれに出力するようになされている。なお、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するように、その回転方向と回転角度とがCPU102により制御されている。
Further, the
そして、タイミング信号発生回路110は、CPU102からの測定制御信号に従った所定のタイミングで、タイミング信号をレーザー・ダイオード駆動回路80とCCD駆動回路82とのそれぞれに出力するものである。また、タイミング信号発生回路110によってRAM106ならびにA/Dコンバータ112が制御されるようになされている。
The timing
従って、ターン・テーブル22は、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が、CPU102からの駆動信号によって駆動するのに伴って、Z軸方向周りに回転するようになされている。つまり、ターン・テーブル22のZ軸方向周りにおける回転方向や回転角度はCPU102により制御されている。
Accordingly, the
一方、ヘッド28は、ヘッド28が配設された回転支柱24の用の回転支柱用モーター46が、CPU102からの駆動信号によって駆動するのに伴って、回転支柱24のZ軸方向周りの回転に伴って回転するようになされている。また、ヘッド28を上下するためのヘッド用モーター54が、CPU102からの駆動信号によって駆動するのに伴って、Z軸方向に沿って上下方向に移動自在になされている。従って、ヘッド28のZ軸方向周りの回転方向や回転角度ならびにZ軸方向に沿った移動方向や移動距離はCPU102により制御されている。
On the other hand, the
ヘッド28のレーザー・ダイオード72は、タイミング信号発生回路110から出力されたタイミング信号がレーザー・ダイオード駆動回路80に入力されると、レーザー・ダイオード駆動回路80によって駆動される。この際、レーザー・ダイオード72は、タイミング信号に従った所定のタイミングでレーザー・ビームを所定の時間出射するものである。
The
ヘッド28のCCD78は、受光レンズ76が受光した反射光の拡散反射成分を受光するとともに電子シャッターを備えた受光バッファ78aと、蓄積された電荷をCCD78外部に転送する転送バッファ78bとを備えるものである。
The
CCD78の受光バッファ76aが測定対象物200などからの反射光(反射光の拡散反射成分)を受光する時間、即ち、CCD78の露光時間は、タイミング信号発生回路110から出力される露光時間制御信号により制御されている。
The time during which the light receiving buffer 76a of the
そして、CCD78の転送バッファ78bは、受光バッファ78aが反射光の拡散反射成分を受光することにより蓄積された電荷を外部に転送するものである。これにより、CCD78は、受光バッファ78aでの受光に基づいてアナログ信号たる受光波形信号をA/Dコンバータ112に出力する。
The
以上の構成において、図6乃至図10を参照しながら、上記した距離測定装置10の動作の説明を行うものとする。
In the above configuration, the operation of the
なお、距離測定装置10のユーザーが、この距離測定装置10を用いて測定対象物200についての距離測定を行う際には、距離変換テーブルと基準アドレスとが、予めメモリ104の所定のエリアに記憶されているものとする。
When the user of the
ここで、距離変換テーブルとは、距離測定装置10において得られた受光波形データから測定対象物200とヘッド28との距離を算出するためのものであり、例えば、距離測定装置10の工場出荷時に作成されて、メモリ104の所定のエリアに記憶される。
Here, the distance conversion table is for calculating the distance between the measuring
具体的には、まず、石膏により形成された基準対象物700(図6参照)をターン・テーブル22の上面22aに載置する。また、モーターが配設され位置指定が可能な治具(図示せず)も、ターン・テーブル22の上面22aの所定の位置に載置する。この治具をモータの駆動力により駆動することにより、治具は基準対象物700をターン・テーブル22の上面22aにおける所定の位置に移動させることができる。
Specifically, first, a reference object 700 (see FIG. 6) formed of gypsum is placed on the
そして、ターン・テーブル22の原点Cを通る直径方向に沿って、ターン・テーブル22のヘッド28に最も近い側の端部からヘッド28に最も遠い側の端部まで、基準対象物700を治具により所定の間隔(図6に示す間隔W参照)毎に移動させ、ターン・テーブル22の間隔Wの移動毎のCCD78のアドレスを順次記憶する。なお、間隔Wは、例えば、5mmである。
Then, along the diameter direction passing through the origin C of the
より詳細には、治具により移動される基準対象物700が、ターン・テーブル22の上面22aにおける間隔W毎の所定の位置に移動する度に、タイミング信号発生回路110から出力されたタイミング信号に従って、ヘッド28のレーザー・ダイオード72からのレーザー・ビームが、投光レンズ74を介して基準対象物700に照射される。
More specifically, each time the
そして、レーザー・ダイオード72からレーザー・ビームを照射された基準対象物700からの反射光が受光レンズ76に受光される。
Then, the reflected light from the
こうして受光レンズ76に受光された反射光の拡散反射成分が、タイミング信号発生回路110から出力されたタイミング信号に従ったタイミングで、具体的には、レーザー・ダイオード72からのレーザー・ビームの照射と同期して、CCD78の受光バッファ78aに受光される。
In this way, the diffuse reflection component of the reflected light received by the
この際、予め設定された露光時間に応じた露光時間制御信号に従ってCCD駆動回路82が駆動され、所定の露光時間だけCCD78の電子シャッターが開放されて、反射光の拡散反射成分がCCD78の受光バッファ78aに受光される。
At this time, the
こうして受光バッファ78aが反射光の拡散反射成分を受光すると、蓄積された電荷がCCD78の転送バッファ78bによって外部に転送され、受光波形信号がA/Dコンバータ112に出力される。
When the
そして、受光波形信号はA/Dコンバータ112によって受光波形データに変換されて、基準対象物700が位置するターン・テーブル22の上面22aの所定の位置における受光波形データが受光波形データ記憶部106−1に記憶される。こうして得られる受光波形データは、CCD78のアドレス毎の明るさ(受光量)を示すものである。
The received light waveform signal is converted into received light waveform data by the A /
ここで、治具により移動されターン・テーブル22の上面22aにおいて基準対象物700の位置が変化すると、即ち、基準対象物700とヘッド28との距離が変化すると、基準対象物700からの反射光の拡散反射成分がCCD78の受光バッファ78aに受光される位置も変化する。
Here, when the position of the
このため、CPU102の処理により、受光波形データの示す受光波形の重心位置を算出し、算出された重心位置に対応するCCDアドレスS1(図7参照)をCCD78上における結像位置として、当該受光波形データが得られたときに基準対象物700が位置していたターン・テーブル22の上面22aの位置と対応させて記憶する。これより、CCD78のCCDアドレスが、基準対象物700とヘッド28との距離に対応付けられた距離変換テーブルが生成される。
For this reason, the
図8には、距離変換テーブルの一例を示すグラフが示されている。この図7に示すグラフは、直径が260mmであるターン・テーブル22の上面22において、ターン・テーブル22の原点Cを通る直径方向に沿って、基準対象物700を治具により5mmずつ移動させた場合の一例である。
FIG. 8 shows a graph showing an example of the distance conversion table. In the graph shown in FIG. 7, on the
つまり、グラフの横軸に示された距離「0」mmは、ターン・テーブル22の原点Cに対応し、0<距離≦130の範囲は、ターン・テーブル22の原点Cからターン・テーブル22のヘッド28に最も近い側の端部までの間に対応し、−130≦距離<0の範囲は、ターン・テーブル22の原点Cからターン・テーブル22のヘッド28に最も遠い側の端部までの間に対応する。なお、実際に受光波形データが得られた隣り合う2点間の空白部分については、線形補間により補間されて生成されている。
That is, the distance “0” mm indicated on the horizontal axis of the graph corresponds to the origin C of the
一方、基準アドレスは、距離補正のためのリファレンス値であり、距離変換テーブルが生成された際の条件と一致する条件下で取得されて、メモリ104の所定のエリアに記憶される。従って、例えば、距離測定装置10の工場出荷時において、距離変換テーブルが生成された直後に、基準アドレスが取得されるようにすると、距離測定装置10の環境温度が28℃のときに距離変換テーブルが生成されるとともに、同じく環境温度28℃のときに基準アドレスが取得される。
On the other hand, the reference address is a reference value for distance correction, is acquired under a condition that matches the condition when the distance conversion table is generated, and is stored in a predetermined area of the
具体的には、ターン・テーブル用ベース部材20の上面20aに固定的に配設された基準対象物70の表面70aに対して、ヘッド28のレーザー・ダイオード72からレーザー・ビームを投光レンズ74を介して照射する。そして、レーザー・ダイオード72からレーザー・ビームを照射された基準対象物70の表面70aからの反射光が受光レンズ76に受光され、基準対象物70の位置における受光波形データが得られる。
Specifically, a laser beam is projected from the
ここで、基準対象物70の測定面70aとヘッド28のレーザー・ダイオード72の出射点72aとの距離L2は210mmとなされ、基準対象物70の測定面70aにおいて、レーザー・ダイオード72から投光レンズ74を介して投光されるレーザー・ビームのスポット径は最小になる。このため、基準対象物70の位置において得られた受光波形データの示す受光波形の重心位置を算出し、算出された重心位置に対応するCCDアドレスをCCD78上における結像位置として、レーザー・ダイオード72の出射点72aからの距離が210mmの場合の基準を示す基準アドレスとして記憶する。なお、この基準アドレスは、距離変換テーブルが生成された直後に取得されるので、例えば、図8に示すような距離変換テーブルが生成された場合には、基準アドレスは、距離変換テーブルの距離+20(=230mm(L1)−210mm(L2))のCCDアドレスS2(図8参照)と一致する。
Here, the distance L2 between the
また、これら距離変換テーブルと基準アドレスとの他に、距離測定装置10の工場出荷時には、例えば、ヘッド28のレーザー・ダイオード72から照射されるレーザー・ビームが、基準対象物70の測定面70aに照射される位置から、レーザー・ビームの光軸がターン・テーブル22の原点Cを通過する位置までの、ヘッド28の首振りステップ量も、予めメモリ104の所定のエリアに記憶されているものである。
In addition to the distance conversion table and the reference address, when the
そして、上記したような距離変換テーブルと基準アドレスとが予めメモリ104に記憶された状態で、ユーザーが距離測定装置10を用いて測定したい測定対象物200の測定を行う際には、図9に示す距離測定処理ルーチンの距離測定処理が実行される。なお、この距離測定処理ルーチンは、距離測定装置10に電源が投入された状態でコンピューター122からの指示を受けると起動されて実行されるものである。
Then, when the user measures the
距離測定の際には、ユーザーは測定したい測定対象物200を、ターン・テーブル22の上面22aの原点C付近に載置する。
When measuring the distance, the user places the measuring
一方、ヘッド28のレーザー・ダイオード72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の原点Cを通過するような位置に設定されているものとする。
On the other hand, it is assumed that the initial position of the optical axis of the laser beam emitted from the
この距離測定処理ルーチンが起動されると、まず、ステップS902において、スキャンパラメータの入力処理が行われる。具体的には、距離測定装置10に電源が投入された状態でこの距離測定処理ルーチンが起動されると、コンピューター122の表示装置(図示ぜす)の画面上にはユーザー設定画面(図示せず)が表示される。このユーザー設定画面の各欄を、距離測定装置10を使用するユーザーが、コンピューター122の入力装置(図示せず)を用いて選択することにより、スキャンピッチやスキャン範囲などの測定のための各種パラメータを設定することができる。そして、コンピューター122において設定された各種パラメータが、通信回路120を介して距離測定装置10に入力され、RAM106の所定のエリアに記憶される。
When this distance measurement processing routine is started, first, in step S902, scan parameter input processing is performed. Specifically, when the distance measurement processing routine is started in a state where the
ステップS902の処理が終了すると、ステップS904の処理に進んで、スキャン開始指示情報の入力処理が行われる。距離測定装置10を使用するユーザーが、コンピューター122の入力装置(図示せず)を用いて、測定の開始を選択することにより、測定の開始を指示するスキャン開始指示情報が通信回路120を介して距離測定装置10に入力される。これにより、距離測定装置10においては、ステップS902の処理により入力されたスキャンパラメータに従った測定が開始されることになる。
When the process of step S902 is completed, the process proceeds to the process of step S904, and an input process of scan start instruction information is performed. When the user using the
ステップS904の処理に続いて、ステップS906においては、基準対象物70の走査が行われる。即ち、距離測定装置10において測定の開始が指示されると、まず、予めメモリ104の所定のエリアに記憶されているヘッド28の首振りステップ量に応じて、CPU102により回転支柱用モーター46を制御して、ターン・テーブル22の原点Cに対向しているヘッド28をZ軸方向周り(図3における矢印C方向)に回転させる。この結果、基準対象物70に対向するようになったヘッド28のレーザー・ダイオード72(図3においては破線で示されている。)から、レーザー・ビームを投光レンズ74を介して基準対象物70に照射する。
Subsequent to step S904, in step S906, the
レーザー・ダイオード72からレーザー・ビームを照射された基準対象物70の表面70aからの反射光は、受光レンズ76に受光される。受光レンズ76に受光された反射光の拡散反射成分が、CCD78の受光バッファ78aに受光され、蓄積された電荷がCCD78の転送バッファ78bによって外部に転送されて、受光波形信号がA/Dコンバータ112に出力される。
The reflected light from the
そして、受光波形信号はA/Dコンバータ112によって受光波形データに変換されて、測定開始指示後であって、測定開始前の基準対象物70の位置における受光波形データが得られる。
The received light waveform signal is converted into received light waveform data by the A /
ステップS906の処理が終了すると、ステップS908の処理に進んで、基準アドレスとの差分が算出され、補正値が決定される。より詳細には、ステップS906の処理によって得られた測定開始指示後の基準対象物70の位置における受光波形データから、その受光波形データの示す受光波形の重心位置が算出される。そして、算出された重心位置に対応するCCDアドレスと基準アドレスとの差分が算出される。
When the process of step S906 ends, the process proceeds to step S908, the difference from the reference address is calculated, and the correction value is determined. More specifically, the barycentric position of the received light waveform indicated by the received light waveform data is calculated from the received light waveform data at the position of the
測定開始指示後の基準対象物70の位置における受光波形データの重心位置に対応するCCDアドレスと基準アドレスとが一致する場合には、ステップS906において測定開始指示後の基準対象物70の位置における受光波形データが得られた際の条件、即ち、距離測定装置10が現在配設されている外部環境の温度などが、基準アドレスを取得したときと一致しており変化していない。
If the CCD address corresponding to the barycentric position of the received light waveform data at the position of the
つまり、温度変化に伴うプラスチック製の受光レンズ76の膨張や収縮を考慮する必要はなく、測定開始指示後の基準対象物70の位置における受光波形データの重心位置に対応するCCDアドレスと基準アドレスと差分は「0」であり、補正値=0となる。
That is, it is not necessary to consider the expansion and contraction of the plastic
一方、測定開始指示後の基準対象物70の位置における受光波形データの重心位置に対応するCCDアドレスと基準アドレスとが一致していない場合には、ステップS906において測定開始指示後の基準対象物70の位置における受光波形データを得られた際の条件、即ち、距離測定装置10が配設されている温度などの外部環境などが、基準アドレスを取得したときと一致せず変化したことになる。
On the other hand, if the CCD address corresponding to the barycentric position of the received light waveform data at the position of the
つまり、温度変化に伴うプラスチック製の受光レンズ76の膨張や収縮を考慮する必要があり、測定開始指示後の基準対象物70の位置における受光波形データの重心位置のアドレスと基準アドレスとの差分を算出して補正値とする。この場合には、補正値≠0となる。
That is, it is necessary to consider the expansion and contraction of the plastic
ステップS908の処理が終了すると、ステップS910の処理に進んで、ターン・テーブル22に載置された測定対象物200の走査が行われる。
When the process of step S908 ends, the process proceeds to the process of step S910, and the
まず、予めメモリ104の所定のエリアに記憶されているヘッド28の首振りステップ量に応じて、CPU102により回転支柱用モーター46を制御して、基準対象物70に対向しているヘッド28をZ軸方向周り(図3における矢印D方向)に回転させ、ターン・テーブル22の原点Cに対向させる。
First, the
ここで、ターン・テーブル22に配置された測定対象物200(図5参照)の測定面を測定ポイントP0、測定ポイントP1、測定ポイントP3、・・・測定ポイントPm−1、測定ポイントPm(ただし、「m」は測定ポイントの総数を示す正の整数である。)毎に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P0から測定ポイントPmまでの測定面における角度を1°ず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。 Here, the measurement surface of the measurement object 200 (see FIG. 5) arranged on the turn table 22 is measured with the measurement point P0, the measurement point P1, the measurement point P3,..., The measurement point Pm-1, and the measurement point Pm (however, , “M” is a positive integer indicating the total number of measurement points.) If measurement is performed every time, and if “angle θ = 1 °” is set, measurement points P0 to Pm are measured. The distance is measured at each measurement point where the angle on the measurement surface is changed by 1 °.
この際、CPU102の駆動信号に従ったターン・テーブル用モーター40、回転支柱用モーター46ならびにヘッド用モーター54の駆動により、ターン・テーブル22の回転に伴うZ軸方向周りの測定対象物200の回転と同期して、レーザー・ダイオード72から照射されるレーザー・ビームの光軸が測定対象物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、ヘッド28をZ軸方向周りに回転させる。
At this time, the rotation of the measuring
これにより、レーザー・ダイオード72からレーザー・ビームを照射される測定対象物200の測定面の領域を、レーザー・ダイオード72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、測定の精度の向上を図ることができるようになされている。
Thereby, the region of the measurement surface of the measuring
こうしたターン・テーブル22とヘッド28とを所定の角度θず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と測定対象物200の測定面の距離を測定する。
The distance measurement performed while changing the turn table 22 and the
そして、ターン・テーブル22に配置された測定対象物200の測定面の測定ポイント毎に、ヘッド28のレーザー・ダイオード72からレーザー・ビームが照射され、それぞれの測定ポイントの受光波形データが受光波形データ記憶部106−1に記憶される。
Then, a laser beam is emitted from the
ステップS910の処理に続いて、ステップS912においては、距離データの算出処理が行われる。この距離データの算出処理においては、ステップS910において受光波形データ記憶部106−1に記憶された測定ポイント毎の受光波形データから、測定対象物200の各測定ポイントそれぞれとヘッド28との距離を示す距離データが算出されるものである。
Subsequent to step S910, distance data calculation processing is performed in step S912. In this distance data calculation process, the distance between each measurement point of the measuring
こうした受光波形データからの距離データの算出は、受光波形データの示す受光波形のピーク位置を算出し、算出されたピーク位置に対応するCCDアドレスをCCD78上における結像位置として、距離変換テーブルを用いて行われる。
The distance data is calculated from the received light waveform data by calculating the peak position of the received light waveform indicated by the received light waveform data, and using the distance conversion table using the CCD address corresponding to the calculated peak position as the imaging position on the
ここで、ステップS908において補正値=0である場合、即ち、測定開始指示後の基準対象物70の位置における受光波形データの重心位置に対応するCCDアドレスと基準アドレスとが一致している場合には、距離測定装置10の工場出荷時に作成されメモリ104の所定のエリアに記憶されている距離変換テーブルを用いて距離データの算出を行う。
Here, when the correction value = 0 in step S908, that is, when the CCD address corresponding to the barycentric position of the received light waveform data at the position of the
例えば、図8に示す距離変換テーブルが距離測定装置10の工場出荷時に作成されメモリ104の所定のエリアに記憶されている場合に、算出された受光波形のピーク位置に対応するCCDアドレスが「41000」であると、距離は+54mmとなる。つまり、当該受光波形データが得られた測定対象物200の各測定ポイントとヘッド28との距離は176mm(=230mm(L1)−54mm)である。
For example, when the distance conversion table shown in FIG. 8 is created when the
一方、ステップS908において補正値≠0である場合、即ち、測定開始指示後の基準対象物70の位置における受光波形データの重心位置に対応するCCDアドレスと基準アドレスとが一致していない場合には、距離測定装置10の工場出荷時に作成されメモリ104の所定のエリアに記憶されている距離変換テーブルを補正値により補正し、補正された距離変換テーブルを用いて距離データの算出を行う。
On the other hand, if the correction value is not 0 in step S908, that is, if the CCD address corresponding to the barycentric position of the received light waveform data at the position of the
具体的には、例えば、ステップS906で得られた測定開始指示後の基準対象物70の位置における受光波形データの重心位置に対応するCCDアドレスが「43281」であり、基準アドレスが「43781」である場合には、ステップS908の処理により、測定開始指示後の基準対象物70の位置における受光波形データの重心位置のアドレス「43281」と基準アドレス「43781」との差分+500(=43781−43281)が補正値として決定される。
Specifically, for example, the CCD address corresponding to the barycentric position of the received light waveform data at the position of the
即ち、距離測定装置10の工場出荷時に作成されメモリ104の所定のエリアに記憶されている距離変換テーブルを、補正値=+500分だけアドレスをシフトさせる(図10における破線参照)。その結果、算出された受光波形のピーク位置に対応するCCDアドレスが「41000」であると、距離は+58mmとなる。つまり、当該受光波形データが得られた測定対象物200の各測定ポイントとヘッド28との距離は172mm(=230mm(L1)−58mm)である。
That is, the address of the distance conversion table created at the time of shipment of the
そして、算出された距離データは、距離データ・メモリ108に記憶される。さらに、距離データ・メモリ108に記憶された距離データが、通信回路120を介してコンピューター122に出力されて、この距離測定処理ルーチンを終了する。
The calculated distance data is stored in the
上記したように、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の一例を備えた距離測定装置10においては、測定開始指示後の基準対象物70の位置における受光波形データの重心位置に対応するCCDアドレスと基準アドレスとが一致しない場合には補正値を算出し、基準対象物700を用いて生成された距離変換テーブルを補正するようにしたので、簡単なシステムで高精度の測定を行うことができ、しかも安価な装置とすることができる。
As described above, in the
つまり、本発明による距離測定方法および距離測定装置によれば、距離測定装置10においてプラスチック製の受光レンズ76が配設されているが、距離測定時の温度を測定して温度変化に応じた補正するようにしたり、あるいは、温度変化に応じた補正を行う光学部品を別途配設することなしに、高精度な測定結果を得ることができる。
That is, according to the distance measuring method and the distance measuring device according to the present invention, the plastic
また、本発明による距離測定方法および距離測定装置によれば、プラスチック製の受光レンズを温度の影響を受け難い高価なガラスに変更することなしに、安価なプラスチック製の受光レンズ76を用いたまま高精度な測定結果を得ることができるので、装置全体を安価なものとすることができる。
Further, according to the distance measuring method and the distance measuring device of the present invention, the inexpensive plastic
さらにまた、本発明による距離測定方法および距離測定装置によれば、温度変化に伴ってプラスチック製の受光レンズが膨張や収縮する場合に限られず、例えば、湿度などの温度以外の外部環境、あるいは、投光レンズや鏡筒などの光学系部品の温度変化などの各種条件が変化した場合であっても、高精度な測定結果を得ることができる。 Furthermore, according to the distance measuring method and the distance measuring device according to the present invention, it is not limited to the case where the plastic light receiving lens expands or contracts with a change in temperature, for example, an external environment other than temperature such as humidity, or Even when various conditions such as temperature changes of optical system parts such as a projection lens and a lens barrel change, a highly accurate measurement result can be obtained.
なお、上記した実施の形態は、以下の(1)乃至(7)に説明するように変形してもよい。
The embodiment described above may be modified as described in the following (1) to (7).
(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72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。
(1) In the above-described embodiment, the
(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CCD78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。
(2) In the above-described embodiment, the
(3)上記した実施の形態においては、測定対象物200の走査に際して「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。また、ヘッド28やターン・テーブル22の駆動方法や駆動方向は、上記した実施の形態に限られるものではないことは勿論であり、測定対象物200の種類などに応じて全ての測定ポイントが測定可能なように適宜変更してもよい。
(3) In the above-described embodiment, the case of “angle θ = 1 °” has been described when scanning the measuring
(4)上記した実施の形態においては、受光波形データや距離データをそれぞれ受光波形データ記憶部106−1や距離データ・メモリ108に記憶するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、各種データを記憶する領域、この距離測定装置の内部あるいは外部において処理するかなどは適宜変更するようにしてもよい。
(4) In the above embodiment, the received light waveform data and the distance data are stored in the received light waveform data storage unit 106-1 and the
(5)上記した実施の形態においては、石膏により形成された基準対象物700を用いて距離変換テーブルを生成し、金属により形成され表面に防錆加工が施されている基準対象物70を用いて基準アドレスを取得するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、距離変換テーブルを生成するための基準対象物や基準アドレスを取得するための基準対象物は、その材料を適宜変更するようにしてもよく、また配設位置なども装置全体の寸法などに応じて変更するようにしてもよい。
(5) In the above-described embodiment, a distance conversion table is generated using the
(6)上記した実施の形態においては、距離測定処理ルーチンにおいて、補正値≠0である場合に、距離変換テーブルのアドレスを補正値分だけ一律してシフトして、距離変換テーブルを補正するようにした(図9ならびに図10参照)が、これに限られるものではないことは勿論であり、補正値≠0である場合に、補正値と所定の係数とを用いて距離変換テーブルを補正するようにしてもよい。 (6) In the above-described embodiment, when the correction value ≠ 0 in the distance measurement processing routine, the distance conversion table address is uniformly shifted by the correction value to correct the distance conversion table. (Refer to FIG. 9 and FIG. 10). However, the present invention is not limited to this, and when the correction value ≠ 0, the distance conversion table is corrected using the correction value and a predetermined coefficient. You may do it.
例えば、ステップS908において算出された補正値と、上記した実施の形態におけるCCD78のアドレスが0に近いほど実際に補正する値が小さくなり、CCD78のアドレスが0から遠いほど実際に補正する値が大きくなるような係数とを用いて算出された値で距離変換テーブルを補正すると、一層高精度な測定結果を得ることができる。
For example, the correction value calculated in step S908 and the actual correction value become smaller as the address of the
(7)上記した実施の形態ならびに上記(1)乃至(6)に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。 (7) You may make it combine the above-mentioned embodiment and the modification shown in said (1) thru | or (6) suitably.
本発明は、レーザー・ビームなどの光を測定対象物に照射して、測定対象物からの反射光に基づいて当該測定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おいて利用することができる。 The present invention is used in distance measurement using a triangulation method in which a measurement object is irradiated with light such as a laser beam and the distance to the measurement object is measured based on reflected light from the measurement object. be able to.
10 距離測定装置
12 ベース
12a ベースの上面
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
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
70 基準対象物
70a 測定面
72 レーザー・ダイオード
72a 出射点
74 投光レンズ
76 受光レンズ
78 CCD
78a 受光バッファ
78b 転送バッファ
80 レーザー・ダイオード駆動回路
82 CCD駆動回路
100 マイクロ・コンピューター
102 中央制御装置(CPU)
104 メモリ
106 ランダム・アクセス・メモリ(RAM)
106−1 受光波形データ記憶部
108 距離データ・メモリ
110 タイミング信号発生回路
112 アナログ/デジタル(A/D)コンバータ
120 通信回路
122 コンピューター
200 測定対象物
700 基準対象物
DESCRIPTION OF
78a
104
106-1 light reception waveform
Claims (2)
前記ターン・テーブル上に載置された第1の基準対象物に所定の条件下で前記光照射手段によりレーザー光を照射し、前記第1の基準対象物からの反射光を受光したイメージ・センサ上の結像位置を、前記光照射手段と前記第1の基準対象物との距離に対応させて記憶した距離変換テーブルを生成する第1のステップと、
前記光照射手段により照射されるレーザー光のスポット径が最小となる位置に配置された第2の基準対象物に、前記第1のステップにおける前記所定の条件下で前記光照射手段によりレーザー光を照射し、前記第2の基準対象物からの反射光を受光した前記イメージ・センサ上の結像位置を基準結像位置として取得する第2のステップと、
前記第2の基準対象物に任意の条件下で前記光照射手段によりレーザー光が照射され、前記第2の基準対象物からの反射光を受光した前記イメージ・センサ上の結像位置を前記第2のステップにより取得された基準結像位置から減算することにより、前記第2の基準対象物からの反射光を受光した前記イメージ・センサ上の結像位置と、前記第2のステップにより取得された前記基準結像位置との差分を算出する第3のステップと、
前記第3のステップで算出された差分と、前記距離変換テーブルにおけるイメージ・センサ上の結像位置に対する測定対象物と前記光照射手段との距離が小さいほど補正値が小さくなり、前記距離変換テーブルにおけるイメージ・センサ上の結像位置に対する前記測定対象物と前記光照射手段との距離が大きいほど補正値が大きくなる所定の係数とを用いて算出された値を補正値として、該補正値を前記距離変換テーブルにおけるイメージ・センサ上の結像位置に加算することにより前記距離変換テーブルを補正する第4のステップと、
前記測定対象物に前記第3のステップにおける前記任意の条件下で前記光照射手段によりレーザー光が照射され、前記測定対象物からの反射光を受光した前記イメージ・センサ上の結像位置から前記第4のステップで補正された距離変換テーブルによって前記光照射手段と前記測定対象物との距離を算出する第5のステップと
を有することを特徴とする距離測定方法。 Light is irradiated to the measurement object placed on the turntable by a light irradiation means that rotates in the same direction as the rotation direction of the rotation and maintains the same rotation angle in synchronization with the rotation of the turntable. A distance measurement process for irradiating and forming an image of reflected light from the measurement object on an image sensor and measuring a distance from the measurement object based on an imaging position of the reflected light on the image sensor In the distance measurement method
Irradiating the laser light by the light irradiation unit under a predetermined condition in the first reference object placed on the turn table, an image sensor that receives light reflected from the first reference object A first step of generating a distance conversion table in which the upper imaging position is stored in correspondence with the distance between the light irradiation means and the first reference object;
A laser beam is irradiated by the light irradiation means to the second reference object arranged at a position where the spot diameter of the laser light irradiated by the light irradiation means is minimized under the predetermined condition in the first step. A second step of obtaining, as a reference imaging position, an imaging position on the image sensor that has been irradiated and received reflected light from the second reference object;
The second reference object is irradiated with laser light from the light irradiation means under an arbitrary condition, and the imaging position on the image sensor that has received the reflected light from the second reference object is determined as the first reference object. By subtracting from the reference imaging position acquired in step 2, the imaging position on the image sensor that has received the reflected light from the second reference object and acquired in the second step A third step of calculating a difference from the reference imaging position;
The smaller the distance calculated between the difference calculated in the third step and the imaging position on the image sensor in the distance conversion table and the light irradiation means, the smaller the correction value , and the distance conversion table. As a correction value, the correction value is calculated using a predetermined coefficient that increases as the distance between the object to be measured and the light irradiation means with respect to the imaging position on the image sensor in FIG. A fourth step of correcting the distance conversion table by adding to the imaging position on the image sensor in the distance conversion table;
The measurement object is irradiated with laser light from the light irradiation unit under the arbitrary conditions in the third step, and the reflected light from the measurement object is received from the imaging position on the image sensor. A distance measuring method comprising: a fifth step of calculating a distance between the light irradiating means and the measurement object using the distance conversion table corrected in the fourth step.
前記ターン・テーブルの回転と同期して該回転の回転方向と同一の方向かつ同一の回転角度を保持して回転し、前記測定対象物にレーザー光を照射する光照射手段と、
前記光照射手段からレーザー光を照射された前記測定対象物からの反射光を結像させるイメージ・センサと、
第1の基準対象物に所定の条件下で前記光照射手段によりレーザー光が照射され、前記第1の基準対象物からの反射光を受光した前記イメージ・センサ上の結像位置を、前記光照射手段と前記第1の基準対象物との距離に対応させて記憶した距離変換テーブルを生成する距離変換テーブル生成手段と、
前記光照射手段により照射されるレーザー光のスポット径が最小となる位置に配置された第2の基準対象物に、前記所定の条件下で前記光照射手段によりレーザー光が照射され、前記第2の基準対象物からの反射光を受光した前記イメージ・センサ上の結像位置を基準結像位置として取得する基準結像位置取得手段と、
前記第2の基準対象物に任意の条件下で前記光照射手段によりレーザー光が照射され、前記第2の基準対象物からの反射光を受光した前記イメージ・センサ上の結像位置を前記基準結像位置取得手段により取得された基準結像位置から減算することにより、前記第2の基準対象物からの反射光を受光した前記イメージ・センサ上の結像位置と、前記基準結像位置取得手段により取得された基準結像位置との差分を算出する差分算出手段と、
前記差分算出手段により算出された差分と、前記距離変換テーブルにおけるイメージ・センサ上の結像位置に対する測定対象物と前記光照射手段との距離が小さいほど補正値が小さくなり、前記距離変換テーブルにおけるイメージ・センサ上の結像位置に対する前記測定対象物と前記光照射手段との距離が大きいほど補正値が大きくなる所定の係数とを用いて算出された値を補正値として、該補正値を前記距離変換テーブルにおけるイメージ・センサ上の結像位置に加算することにより前記距離変換テーブルを補正する補正手段と、
前記測定対象物に前記任意の条件下で前記光照射手段によりレーザー光が照射され、前記測定対象物からの反射光を受光した前記イメージ・センサ上の結像位置から前記補正手段により補正された前記距離変換テーブルによって前記光照射手段と前記測定対象物との距離を算出する距離算出手段と
を有することを特徴とする距離測定装置。 A turntable on which the object to be measured is placed;
A light irradiating means for irradiating a laser beam to the object to be measured, rotating in the same direction as the rotation direction of the turn table and rotating at the same rotation angle in synchronization with the rotation of the turntable;
An image sensor that forms an image of reflected light from the measurement object irradiated with laser light from the light irradiation means;
The first reference object is irradiated with laser light from the light irradiation means under a predetermined condition, and the image formation position on the image sensor that has received the reflected light from the first reference object is defined as the light. Distance conversion table generating means for generating a distance conversion table stored in correspondence with the distance between the irradiation means and the first reference object;
The second reference object arranged at a position where the spot diameter of the laser beam irradiated by the light irradiation unit is minimized is irradiated with the laser beam by the light irradiation unit under the predetermined condition. Reference imaging position acquisition means for acquiring, as a reference imaging position, an imaging position on the image sensor that has received reflected light from the reference object;
The second reference object is irradiated with laser light from the light irradiation means under an arbitrary condition, and the imaging position on the image sensor that receives the reflected light from the second reference object is the reference position. By subtracting from the reference imaging position acquired by the imaging position acquisition means, the imaging position on the image sensor that has received the reflected light from the second reference object, and the acquisition of the reference imaging position Difference calculating means for calculating a difference from the reference imaging position acquired by the means;
The smaller the difference calculated by the difference calculation means and the distance between the measurement object and the light irradiation means with respect to the image formation position on the image sensor in the distance conversion table, the smaller the correction value becomes. A correction value is a value calculated using a predetermined coefficient that increases as the distance between the object to be measured and the light irradiation means with respect to the imaging position on the image sensor is increased. Correction means for correcting the distance conversion table by adding to the imaging position on the image sensor in the distance conversion table;
The measurement object is irradiated with laser light from the light irradiation unit under the arbitrary conditions, and corrected by the correction unit from the imaging position on the image sensor that receives the reflected light from the measurement object. A distance measuring device comprising: a distance calculating unit that calculates a distance between the light irradiation unit and the measurement object by the distance conversion table.
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