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JPH0942941A - Three-dimensional shape measuring method and device - Google Patents

Three-dimensional shape measuring method and device

Info

Publication number
JPH0942941A
JPH0942941A JP7198826A JP19882695A JPH0942941A JP H0942941 A JPH0942941 A JP H0942941A JP 7198826 A JP7198826 A JP 7198826A JP 19882695 A JP19882695 A JP 19882695A JP H0942941 A JPH0942941 A JP H0942941A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
dimensional shape
calculated
measured
distance
shape measuring
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
JP7198826A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masaaki Katsumata
亦 正 晃 勝
Hideki Iwasaki
崎 秀 樹 岩
Yoshio Sakamaki
牧 義 夫 坂
Takuo Ishiwaka
若 卓 夫 石
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.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor 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 Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP7198826A priority Critical patent/JPH0942941A/en
Publication of JPH0942941A publication Critical patent/JPH0942941A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61CDENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C9/00Impression cups, i.e. impression trays; Impression methods
    • A61C9/004Means or methods for taking digitized impressions
    • A61C9/0046Data acquisition means or methods
    • A61C9/0053Optical means or methods, e.g. scanning the teeth by a laser or light beam

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Dentistry (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Dental Tools And Instruments Or Auxiliary Dental Instruments (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a three-dimensional shape measuring method and device capable of accurately measuring a three-dimensional shape independently of the shape of the measuring object, in the noncontact measurement of the three- dimensional shape of the measuring object such as a tooth pattern. SOLUTION: The device is a three-dimensional shape measuring device that is used for noncontactly measuring the three-dimensional shape of a measuring object M such as a tooth pattern required for designing and manufacturing a dental prosthesis, and also that is basically provided with a laser light source, lenes, and PSDs. The device is provided with a laser light source 1 for emitting laser beams L to the measuring point P of a measuring object M, and also at least two combinations of lenses 2a to 2d for converging the reflected light rays Ra to Rd from the measuring point P and the PSDs that receive the converged reflected light for outputting light-receiving position information at the light receiving surface.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、義歯等の歯科用補綴物
を設計および製造する際に必要な歯牙模型等の被測定物
の三次元形状を非接触で測定するのに好適な三次元形状
測定方法および装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a three-dimensional suitable for non-contact measurement of a three-dimensional shape of an object to be measured such as a tooth model necessary for designing and manufacturing a dental prosthesis such as a denture. The present invention relates to a shape measuring method and device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、歯科用補綴物の設計および製造に
おいては、整形,印象製作,歯牙模型製作,ワックスア
ップ,ロストワックス,鋳造,研磨,合着および調整と
いった全ての工程が歯科医師および歯科技工士により手
作業で行なわれていた。
2. Description of the Related Art Conventionally, in designing and manufacturing a dental prosthesis, all processes such as shaping, impression making, tooth model making, wax-up, lost wax, casting, polishing, coalescence and adjustment are performed by a dentist and a dentist. It was done manually by a technician.

【0003】このような作業において、最初に行なわれ
る整形および印象製作ならびに最後に行なわれる合着お
よび調整は歯科医師により臨床で行なわれるが、歯牙模
型製作から研磨までの工程は歯科技工所で歯科技工士に
より行なわれる。
In such work, the first shaping and impression making and the last joining and adjusting are clinically performed by the dentist, but the steps from tooth model making to polishing are performed in the dental laboratory. Performed by a technician.

【0004】しかしながら、このような歯科用補綴物の
設計および製造工程においては、全ての設計および製造
が手作業によって行なわれるため、生産性の向上を図る
ことができず、また、品質にばらつきがあり、一方で、
歯科用補綴物の需要増大に対応した多数の熟達した技能
者である歯科技工士の育成が難しいという問題がある。
However, in the designing and manufacturing process of such a dental prosthesis, all the designing and manufacturing are performed by hand, so that it is not possible to improve the productivity and the quality varies. Yes, on the other hand,
There is a problem that it is difficult to train a large number of skilled technicians who are skilled technicians to meet the increasing demand for dental prostheses.

【0005】このような問題を解決する手段として、例
えば、図15に示すような、歯科用補綴物の設計装置が
提案されている。
As a means for solving such a problem, for example, a device for designing a dental prosthesis as shown in FIG. 15 has been proposed.

【0006】図15は、歯科用補綴物設計装置の一構成
例を示す説明図であって、歯科医師によって整形(成
形)済みの支台歯と該支台歯の隣接歯と該支台歯の対合
歯の咬合面との歯牙模型の三次元形状を測定する三次元
形状測定手段101と、この三次元形状測定手段101
のxyz三次元座標位置および/またはxyz軸のうち
少なくとも一つの座標軸を中心とする角度位置を動かす
ための多軸移動手段102と、この多軸移動手段102
を制御するための多軸位置決め制御手段103と、予め
標準的な歯牙形状三次元座標データを取得し記憶させて
ある標準歯牙形状データ記憶手段105と、この標準歯
牙形状データ記憶手段105から任意の場所(番号)の
歯牙データを指定し呼び出すための選択指示手段106
と、この選択指示手段106からの指示で標準歯牙形状
データ記憶手段105より選択され呼び出された形状デ
ータおよび三次元形状測定手段101から得られた歯牙
模型形状データから支台歯に合着させる歯科用補綴物形
状を自動的に設計するとともに構造強度の検討および形
状修正を行なう補綴物形状自動設計手段104とから構
成されものである。
FIG. 15 is an explanatory view showing an example of the configuration of a dental prosthesis designing apparatus, which is an abutment tooth that has been shaped (molded) by a dentist, an adjacent tooth of the abutment tooth, and the abutment tooth. Three-dimensional shape measuring means 101 for measuring the three-dimensional shape of the tooth model with the occlusal surface of the opposite tooth, and this three-dimensional shape measuring means 101
Multi-axis moving means 102 for moving an xyz three-dimensional coordinate position and / or an angular position around at least one of the xyz axes, and the multi-axis moving means 102.
Multi-axis positioning control means 103 for controlling the above, a standard tooth shape data storage means 105 in which standard tooth shape three-dimensional coordinate data is acquired and stored in advance, and an arbitrary one from this standard tooth shape data storage means 105. Selection instructing means 106 for specifying and calling tooth data of a place (number)
Then, the dentistry to be attached to the abutment tooth from the shape data selected and called from the standard tooth shape data storage means 105 by the instruction from the selection instruction means 106 and the tooth model shape data obtained from the three-dimensional shape measuring means 101. And a prosthesis shape automatic designing means 104 for automatically designing the prosthesis shape for use and examining the structural strength and correcting the shape.

【0007】このような歯科用補綴物の設計装置によれ
ば、三次元形状測定手段101を備えたことにより、欠
損部が整形された支台歯と該支台歯の隣接歯と該支台歯
の対合歯の咬合面との印象型をもとに製作される歯牙模
型の三次元形状を自動的に測定することが可能になり、
また、標準歯牙形状データ記憶手段105に記憶された
標準歯牙形状データのうち任意のものを読みだし、これ
と三次元形状測定手段101により測定されて得られた
歯牙模型の三次元形状データをもとに歯牙補綴物自動設
計手段104により支台歯を補綴修復する歯牙補綴物の
形状を自動設計することにより、従来において歯科技工
士等が行なっていた一連の作業を自動化することが可能
となって、設計・製造に要する時間を大幅に短縮するこ
とが可能となるとともに、歯科用補綴物の品質を均一に
することができる。
According to such a dental prosthesis designing apparatus, by providing the three-dimensional shape measuring means 101, the abutment tooth with the defective portion shaped, the adjacent tooth of the abutment tooth, and the abutment tooth are provided. It becomes possible to automatically measure the three-dimensional shape of the tooth model produced based on the impression type with the occlusal surface of the opposing teeth of the tooth,
In addition, any of the standard tooth shape data stored in the standard tooth shape data storage unit 105 is read out, and this and the three-dimensional shape data of the tooth model obtained by the measurement by the three-dimensional shape measuring unit 101 are also included. In addition, by automatically designing the shape of the dental prosthesis for the prosthetic restoration of the abutment tooth by the automatic dental prosthesis designing means 104, it is possible to automate a series of operations conventionally performed by a dental technician or the like. As a result, the time required for designing / manufacturing can be significantly reduced, and the quality of the dental prosthesis can be made uniform.

【0008】ところで、上記の歯科用補綴物の設計装置
における三次元形状測定手段101としては、図16に
示すように、整形(成形)済みの支台歯203および支
台歯203の両隣接歯204,205の歯牙模型202
の三次元形状を測定する際に、接触プローブ201を多
軸移動手段206により移動させながら、例えば、支台
歯203に接触プローブ201を直接接触させて支台歯
203の三次元形状データを信号処理装置207におい
て得ることができるようにしたものがある。
By the way, as shown in FIG. 16, the three-dimensional shape measuring means 101 in the above-mentioned dental prosthesis designing apparatus is such that the shaped (molded) abutment tooth 203 and both adjacent teeth of the abutment tooth 203 are used. Tooth model 202 of 204, 205
When the contact probe 201 is moved by the multi-axis moving means 206 when measuring the three-dimensional shape of the contact probe 201, for example, the contact probe 201 is directly contacted with the abutment tooth 203 to signal the three-dimensional shape data of the abutment tooth 203. There is one that can be obtained in the processing device 207.

【0009】一方、図17は、被測定物である歯牙模型
Mの測定点Pmにむけてレーザ光301Lを照射するレ
ーザ光源301と、光学レンズ302を通じて集光され
た被測定物である歯牙模型Mからの反射光301Rを受
光してその受光位置を検出する光位置検出素子(PS
D)303を基本的に備えた非接触式の距離センサを用
いて歯牙模型の三次元形状を得るようにした三次元形状
測定手段101を示したものであって、PSD303の
受光位置y,PSD303の受光面端距離y0 およびレ
ーザスポットの測量角度θから、幾何学的に反射光の入
射角度α(tanα)が定まり、この入射角度αおよび
歯牙模型の測定点Pmとセンサ基準点Psとの距離をL
を算出し、複数の測定点Pmについて距離Lを求めるこ
とにより、歯牙模型の三次元形状が特定されるものであ
る。
On the other hand, FIG. 17 shows a laser light source 301 which irradiates a laser beam 301L toward a measurement point Pm of a tooth model M which is an object to be measured, and a tooth model which is an object to be measured which is condensed through an optical lens 302. A light position detecting element (PS) for receiving the reflected light 301R from M and detecting the light receiving position.
D) shows a three-dimensional shape measuring means 101 for obtaining a three-dimensional shape of a tooth model by using a non-contact type distance sensor basically including 303, which is a light receiving position y of the PSD 303, and the PSD 303. The incident angle α (tan α) of the reflected light is geometrically determined from the light receiving surface edge distance y0 of the laser beam and the survey angle θ of the laser spot, and the incident angle α and the distance between the measurement point Pm of the tooth model and the sensor reference point Ps. To L
Is calculated and the distance L is obtained for a plurality of measurement points Pm, whereby the three-dimensional shape of the tooth model is specified.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図16
に示した接触プローブ式の三次元形状測定手段において
は、測定精度を維持するためにはプローブの移動速度を
遅くする必要があるため、歯牙模型全体の三次元形状デ
ータを得るのに多大な時間がかかるとともに、プローブ
接触部の摩耗によって測定精度が経時劣化する問題があ
る。
However, FIG.
In the contact probe type three-dimensional shape measuring means shown in, it is necessary to slow down the moving speed of the probe in order to maintain the measurement accuracy, so it takes a lot of time to obtain the three-dimensional shape data of the entire tooth model. In addition, there is a problem that the measurement accuracy deteriorates with time due to wear of the probe contact portion.

【0011】一方、図17に示した非接触式の距離セン
サを用いた三次元形状測定手段においては、接触プロー
ブ式の三次元形状測定手段のような問題は生じないが、
例えば立壁勾配や凹凸形状を有する歯牙模型おいては、
PSD303に測定点Pmからの散乱光が立壁勾配部等
に当たって2次反射光としてPSD303に入射するこ
とがあるため、この2次反射光により測定誤差が生じる
ことがありうることから、立壁勾配や凹凸のある歯牙模
型の三次元形状を正確に測定することが困難であるとい
う問題もあり、これらの問題を解決することが課題であ
った。
On the other hand, in the three-dimensional shape measuring means using the non-contact type distance sensor shown in FIG. 17, there is no problem as in the contact probe type three-dimensional shape measuring means.
For example, in a tooth model with a standing wall gradient and uneven shape,
Since scattered light from the measurement point Pm may strike the PSD 303 as a secondary reflected light and enter the PSD 303 as a secondary reflected light, a measurement error may occur due to the secondary reflected light. There is also a problem that it is difficult to accurately measure the three-dimensional shape of a tooth model with a tooth, and it has been a problem to solve these problems.

【0012】[0012]

【発明の目的】本発明は、このような従来の課題に鑑み
てなされたもので、歯牙模型等の被測定物の三次元形状
の非接触な測定において、被測定物の形状にかかわらず
正確な三次元形状の測定を可能とする三次元形状測定方
法および装置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and in the non-contact measurement of the three-dimensional shape of an object to be measured such as a tooth model, it is accurate regardless of the shape of the object to be measured. It is an object of the present invention to provide a three-dimensional shape measuring method and apparatus that enable measurement of various three-dimensional shapes.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明の請求項1に係る
三次元形状測定装置は、歯科用補綴物を設計および製造
する際に必要な歯牙模型等の被測定物の三次元形状を非
接触で測定するのに使用される三次元形状測定装置であ
って、被測定物の測定点にレーザ光を照射するレーザ光
源と、前記測定点からの反射光を集光するレンズと、集
光された反射光を受光してその受光面における受光位置
情報を出力する光位置検出素子を備え、前記光位置検出
素子の出力をもとに被測定物の測定点までの距離を算出
し、複数の測定点の三次元座標から被測定物の三次元形
状を特定する三次元形状測定装置において、レンズと光
位置検出素子との組み合わせを少なくとも2以上備えた
構成とし、請求項6として、複数のレンズと光位置検出
素子との組み合わせのうち、少なくとも2以上の組み合
わせがレーザ光を照射した測定点からの1次反射光が直
接入射するように配置されている構成とし、請求項7と
して、各々の光位置検出素子の信号を基にレーザ光源に
おける基準位置から被測定物の測定点までの距離を算出
する距離算出手段と、距離算出手段より算出されたレー
ザ光源における基準位置から被測定物の測定点までの算
出距離に含まれる誤差を補正して新たな距離とする誤差
補正手段を備えた構成とし、請求項8として、誤差補正
手段が、距離算出手段により算出された複数の算出距離
のうち適宜選択された2つの算出距離の間の差を算出
し、この算出された差と算出距離に含まれる誤差分との
間を相関付ける関数により算出距離に含まれる誤差分を
推定し、算出距離から推定された誤差分を除去して新た
な距離とする構成とし、請求項9として、誤差補正手段
が、距離算出手段により算出された複数の算出距離のう
ち適宜選択された2つの算出距離にそれぞれ適当な重み
付けをして両者の平均値を新たな距離とする構成とし、
請求項10として、請求項8に記載の誤差補正手段およ
び請求項9に記載の誤差補正手段とを備え、1次反射光
が入射した光位置検出素子の位置関係に応じて前記2つ
の誤差補正手段を適宜選択する誤差補正選択手段を備え
た構成とし、請求項11として、レーザ光源、レンズお
よび光位置検出素子からなる光学系を任意の三次元座標
位置に移動する多軸移動手段および多軸移動手段の位置
決めを行なう位置決め制御手段を備えた構成とし、請求
項12として、多軸移動手段によりレーザ光源、レンズ
および光位置検出素子からなる光学系を移動させながら
測定した被測定物の複数の測定点とこの複数の測定点の
各々に対応する前記光学系の三次元座標位置とから、各
々の測定点の三次元座標位置を算出し、この算出された
複数の測定点の三次元座標データ群から被測定物の三次
元形状を算出する三次元形状演算手段を備えた構成と
し、請求項13として、被測定物を任意の三次元座標位
置に移動する被測定物移動手段を備えた構成とし、請求
項14として、立ち壁状または急勾配状の段差部を有す
る形状の被測定物の段差の高さ方向の距離の測定におい
て、レーザ光源、レンズ及び光位置検出素子からなる光
学系と前記段差部とが接近する方向に多軸移動手段によ
り前記光学系および/または被測定物移動手段により被
測定物を移動させながらレーザ光源の基準点と被測定物
との距離を測定する際に、段差部によって各々の光位置
検出素子への1次反射光の入射が遮蔽されるときの光学
系の各々の位置を検出し且つこの情報を基に段差部の高
さを算出する段差部高算出手段を備えた構成とし、請求
項15として、レーザ光源から照射されるレーザ光の方
向を可変とする照射用可動反射鏡および/または被測定
物からの反射光の方向を可変とする反射光用可動反射鏡
を備えた構成としている。
A three-dimensional shape measuring apparatus according to a first aspect of the present invention determines a three-dimensional shape of an object to be measured such as a tooth model necessary for designing and manufacturing a dental prosthesis. A three-dimensional shape measuring device used for measuring by contact, comprising a laser light source for irradiating a measurement point of a measured object with a laser beam, a lens for condensing reflected light from the measurement point, and a condensing point. A light position detecting element that receives the reflected light and outputs the light receiving position information on the light receiving surface is provided, and the distance to the measurement point of the object to be measured is calculated based on the output of the light position detecting element. A three-dimensional shape measuring apparatus for specifying a three-dimensional shape of an object to be measured from the three-dimensional coordinates of the measuring points, is configured to include at least two or more combinations of a lens and an optical position detecting element. Combination of lens and optical position detector Among them, at least two or more combinations are arranged so that the primary reflected light from the measurement point irradiated with the laser light is directly incident, and according to claim 7, the signal of each optical position detection element is used as a basis. Included in the distance calculation means for calculating the distance from the reference position in the laser light source to the measurement point of the object to be measured, and the calculated distance from the reference position in the laser light source to the measurement point of the object to be measured calculated by the distance calculation means. An error correction means for correcting an error to obtain a new distance is provided, and the error correction means according to claim 8, the two calculated distances are appropriately selected from the plurality of calculated distances calculated by the distance calculation means. The difference between the calculated distance is calculated, and the error included in the calculated distance is estimated by a function that correlates the calculated difference and the error included in the calculated distance. Is set to a new distance, and the error correction means appropriately weights two calculated distances appropriately selected from the plurality of calculated distances calculated by the distance calculation means. And make the average value of both as a new distance,
According to a tenth aspect of the present invention, the error correction means according to the eighth aspect and the error correction means according to the ninth aspect are provided, and the two error corrections are performed according to the positional relationship of the optical position detection element on which the primary reflected light is incident. A multi-axis moving means and a multi-axis moving means for moving an optical system including a laser light source, a lens and an optical position detecting element to an arbitrary three-dimensional coordinate position are provided. 13. A structure comprising a positioning control means for positioning the moving means, wherein a plurality of objects to be measured measured while moving an optical system comprising a laser light source, a lens and an optical position detecting element by the multi-axis moving means. The three-dimensional coordinate position of each measurement point is calculated from the measurement point and the three-dimensional coordinate position of the optical system corresponding to each of the plurality of measurement points, and the three-dimensional coordinate positions of the calculated plurality of measurement points are calculated. A three-dimensional shape calculation means for calculating the three-dimensional shape of the measured object from the original coordinate data group is provided, and the measured object moving means for moving the measured object to an arbitrary three-dimensional coordinate position is defined as claim 13. According to claim 14, the laser light source, the lens, and the optical position detection element are used for measuring the distance in the height direction of the step of the object to be measured having the shape of a standing wall or a steep step. The distance between the reference point of the laser light source and the measured object is measured while the measured object is moved by the optical system and / or the measured object moving means by the multi-axis moving means in the direction in which the optical system and the step portion approach each other. In this case, each position of the optical system when the incident of the primary reflected light on each optical position detection element is blocked by the step portion is detected, and the height of the step portion is calculated based on this information. Equipped with step height calculation means A movable reflective mirror for irradiation that changes the direction of laser light emitted from a laser light source and / or a movable reflective mirror for reflected light that changes the direction of reflected light from an object to be measured. It has a configuration provided.

【0014】また、本発明の請求項2に係る三次元形状
測定方法は、請求項1に記載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測定する際に、各々の光位
置検出素子の信号を基にレーザ光源における基準位置か
ら被測定物の測定点までの距離を算出し、算出されたレ
ーザ光源の基準位置から被測定物の測定点までの算出距
離に含まれる誤差を補正して新たな距離とし、複数の測
定点について新たな距離を求めて被測定物の三次元形状
を特定する構成とし、請求項3として、各々の光位置検
出素子の信号を基にレーザ光源における基準位置から被
測定物の測定点までの距離を算出し、算出された複数の
算出距離のうち適宜選択した2つの算出距離の間の差を
算出し、この算出された差と算出距離に含まれる誤差分
との間を相関付ける関数により算出距離に含まれる誤差
分を推定し、算出距離から推定された誤差分を除去して
新たな距離とする構成とし、請求項4として、各々の光
位置検出素子の信号を基にレーザ光源における基準位置
から被測定物の測定点までの距離を算出し、算出された
複数の算出距離のうち適宜選択した2つの算出距離にそ
れぞれ適当な重み付けをして両者の平均値を新たな距離
とする構成とし、請求項5として、請求項3に記載の三
次元形状測定方法と請求項4に記載の三次元形状測定方
法とを1次反射光が入射した光位置検出素子の位置関係
に応じて適宜選択して被測定物の三次元形状を特定する
構成としており、上記の構成を課題を解決するための手
段としている。
The three-dimensional shape measuring method according to a second aspect of the present invention uses each of the light beams when measuring the three-dimensional shape of the object to be measured using the three-dimensional shape measuring apparatus according to the first aspect. The error included in the calculated distance from the reference position of the laser light source to the measurement point of the DUT based on the signal from the position detection element, and the calculated distance from the calculated reference position of the laser light source to the measurement point of the DUT Is corrected to obtain a new distance, new distances are obtained for a plurality of measurement points to specify the three-dimensional shape of the object to be measured, and the laser is based on the signals of the respective optical position detection elements as claimed in claim 3. The distance from the reference position in the light source to the measurement point of the object to be measured is calculated, the difference between two calculated distances appropriately selected from the calculated plurality of calculated distances is calculated, and the calculated difference and calculated distance are calculated. Correlation with the error component included in An error component included in the calculated distance is estimated by a function, and the error component estimated from the calculated distance is removed to obtain a new distance. A laser according to claim 4 is based on a signal from each optical position detection element. The distance from the reference position in the light source to the measurement point of the object to be measured is calculated, and two calculated distances appropriately selected from the calculated plurality of calculated distances are appropriately weighted, and the average value of both is calculated as a new distance. According to Claim 5, the three-dimensional shape measuring method according to Claim 3 and the three-dimensional shape measuring method according to Claim 4 are applied to the positional relationship of the optical position detection element on which the primary reflected light is incident. The configuration is appropriately selected in accordance with the configuration to specify the three-dimensional shape of the object to be measured, and the above configuration is a means for solving the problem.

【0015】[0015]

【発明の作用】本発明の請求項1に係る三次元形状測定
装置は、上記した構成としており、単一の光位置検出素
子のみを備えた三次元形状測定装置の場合には、被測定
物の形状によっては、1次反射光が入射しないため測定
を行なうことができない場合が生じることがあるが、本
発明に係る三次元測定装置においては、光位置検出素子
を複数個備えていることより、一部の光位置検出素子に
反射光が入射しなくても、残りの光位置検出素子に反射
光が入射するため、被測定物の形状に拘らずレーザ光源
の基準点と被測定物の測定点との間の距離の測定が行な
われることになる。
The three-dimensional shape measuring apparatus according to the first aspect of the present invention has the above-mentioned configuration, and in the case of the three-dimensional shape measuring apparatus provided with only a single optical position detecting element, the object to be measured is Depending on the shape of, the measurement may not be possible because the primary reflected light does not enter. However, the three-dimensional measuring apparatus according to the present invention includes a plurality of optical position detecting elements. , Even if the reflected light is not incident on a part of the optical position detection elements, the reflected light is incident on the remaining optical position detection elements, so that the reference point of the laser light source and the measured object are irrespective of the shape of the measured object. The distance to the measurement point will be measured.

【0016】本発明の請求項2に係る三次元形状測定方
法は、上記した構成としており、請求項1に記載の三次
元形状測定装置を用いて被測定物の三次元形状を測定す
る際に、各々の光位置検出素子の信号を基にレーザ光源
における基準位置から被測定物の測定点までの距離を算
出し、算出されたレーザ光源の基準位置から被測定物の
測定点までの算出距離に含まれる誤差を補正して新たな
距離とすることにより、測定点から散乱して被測定物の
測定点以外の部位から光位置検出素子に2次的に入射す
る反射光が存在する場合に、この2次反射光によるレー
ザ光源における基準位置から被測定物の測定点までの算
出距離に生ずる誤差が補正されることとなり、この結
果、被測定物の三次元形状が正確に特定されることとな
る。
A three-dimensional shape measuring method according to a second aspect of the present invention has the above-mentioned structure, and when the three-dimensional shape of an object to be measured is measured using the three-dimensional shape measuring apparatus according to the first aspect. , Calculate the distance from the reference position of the laser light source to the measurement point of the DUT based on the signal of each optical position detection element, and the calculated distance from the calculated reference position of the laser light source to the measurement point of the DUT By correcting the error included in the new distance to obtain a new distance, when there is reflected light that is scattered from the measurement point and secondarily enters the optical position detection element from a site other than the measurement point of the DUT. The error caused in the calculated distance from the reference position in the laser light source to the measurement point of the measured object due to the secondary reflected light is corrected, and as a result, the three-dimensional shape of the measured object is accurately specified. Becomes

【0017】本発明の請求項3に係る三次元形状測定方
法は、上記した構成としており、通常、2次反射光によ
るレーザ光源における基準位置から被測定物の測定点ま
での算出距離に生ずる誤差の大きさは、被測定物の形
状、測定点に投影されるレーザスポットの位置、2次反
射特性、光位置検出素子の配置等によって決まるため、
幾何学的な計算によって求めることは困難であるが、各
々の光位置検出素子の信号を基にレーザ光源における基
準位置から被測定物の測定点までの距離を算出し、算出
された複数の算出距離のうち適宜選択した2つの算出距
離の間の差を算出し、この算出された差と算出距離に含
まれる誤差分との間を相関付ける関数によって算出距離
に含まれる誤差分を推定することにより、精度良く誤差
分の推定がなされ、正確な距離の測定が行なわれること
となる。
The three-dimensional shape measuring method according to the third aspect of the present invention has the above-mentioned structure, and usually an error caused in the calculated distance from the reference position in the laser light source to the measuring point of the object to be measured by the secondary reflected light. Is determined by the shape of the object to be measured, the position of the laser spot projected on the measurement point, the secondary reflection characteristic, the arrangement of the optical position detection element, etc.
It is difficult to obtain by geometrical calculation, but the distance from the reference position in the laser light source to the measurement point of the measured object is calculated based on the signal of each optical position detection element, and multiple calculated Calculating a difference between two calculated distances appropriately selected from the distances and estimating an error included in the calculated distance by a function for correlating the calculated difference and the error included in the calculated distance. As a result, the error can be accurately estimated and the distance can be accurately measured.

【0018】本発明の請求項4に係る三次元形状測定方
法は、上記した構成としており、算出された複数の算出
距離のうち適宜選択した2つの算出距離に含まれる誤差
分が互いに逆の方向(極性)に生ずるような場合に、通
常、これらの大きさの比率は一定していることがわかっ
ており、そのため、それぞれに適当な重み付けをして両
者の平均値を算出することにより、互いの誤差分が相殺
されることになり、この結果、誤差分の正確な補正が行
なわれることとなる。
The three-dimensional shape measuring method according to a fourth aspect of the present invention is configured as described above, and the error components included in the two calculated distances appropriately selected from the plurality of calculated distances are in directions opposite to each other. When it occurs in (polarity), it is generally known that the ratio of these magnitudes is constant. Therefore, by weighting each appropriately and calculating the average value of both, Therefore, the error component is canceled out, and as a result, the error component is accurately corrected.

【0019】本発明の請求項5に係る三次元形状測定方
法は、上記した構成としており、例えば、1次反射光が
入射した2つの光位置検出素子の位置関係によっては、
誤差分の発生の方向が同じ方向(極性)の場合と逆の方
向(極性)の場合とが存在し、同じ方向の場合には、上
記した本発明の請求項3に係る三次元形状測定方法を適
用することにより、誤差分の推定が正確におこなわれ、
逆の方向の場合には、2つの光位置検出素子の互いの誤
差分を相殺する上記した本発明の請求項4に係る三次元
形状測定方法を適用することにより2次反射光による誤
差分の補正が正確に行なわれることになる。
The three-dimensional shape measuring method according to a fifth aspect of the present invention has the above-mentioned configuration, and, for example, depending on the positional relationship between the two optical position detecting elements on which the primary reflected light is incident,
There are cases where the directions of the error components are the same (polarity) and the opposite directions (polarity), and when they are the same, the three-dimensional shape measuring method according to claim 3 of the present invention described above. By applying, the error can be accurately estimated,
In the case of the opposite directions, by applying the three-dimensional shape measuring method according to claim 4 of the present invention, which cancels the mutual error amount of the two optical position detecting elements, the error amount due to the secondary reflected light is applied. The correction will be performed accurately.

【0020】本発明の請求項6に係る三次元形状測定装
置は、上記した構成としており、少なくとも2以上のレ
ンズと光位置検出素子との組み合わせがレーザ光を照射
した測定点からの1次反射光が直接入射するように配置
されているため、光位置検出素子の出力に含まれる誤差
分を除去するのに必要な情報が確実に取得されることに
なる。
The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 6 of the present invention has the above-mentioned structure, and the combination of at least two or more lenses and the optical position detecting element is the primary reflection from the measuring point irradiated with the laser beam. Since the light is arranged so as to be directly incident on it, the information necessary for removing the error component contained in the output of the light position detection element can be surely acquired.

【0021】本発明の請求項7に係る三次元形状測定装
置は、上記した構成としており、当該三次元形状測定装
置を被測定物の三次元形状の測定に使用することによ
り、請求項2に係る三次元形状測定方法と同様の作用を
奏することとなる。
A three-dimensional shape measuring apparatus according to a seventh aspect of the present invention has the above-mentioned configuration. By using the three-dimensional shape measuring apparatus for measuring the three-dimensional shape of an object to be measured, The same effect as the three-dimensional shape measuring method can be obtained.

【0022】本発明の請求項8に係る三次元形状測定装
置は、上記した構成としており、当該三次元形状測定装
置を被測定物の三次元形状の測定に使用することによ
り、請求項3に係る三次元形状測定方法と同様の作用を
奏することとなる。
The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 8 of the present invention has the above-mentioned structure, and by using the three-dimensional shape measuring apparatus for measuring the three-dimensional shape of the object to be measured, the three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 3 is obtained. The same effect as the three-dimensional shape measuring method can be obtained.

【0023】本発明の請求項9に係る三次元形状測定装
置は、上記した構成としており、当該三次元形状測定装
置を被測定物の三次元形状の測定に使用することによ
り、請求項4に係る三次元形状測定方法と同様の作用を
奏することとなる。
The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 9 of the present invention has the above-mentioned configuration, and by using the three-dimensional shape measuring apparatus for measuring the three-dimensional shape of an object to be measured, the three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 4 is obtained. The same effect as the three-dimensional shape measuring method can be obtained.

【0024】本発明の請求項10に係る三次元形状測定
装置は、上記した構成としており、当該三次元形状測定
装置を被測定物の三次元形状の測定に使用することによ
り、請求項5に係る三次元形状測定方法と同様の作用を
奏することとなる。
A three-dimensional shape measuring apparatus according to a tenth aspect of the present invention has the above-mentioned structure. By using the three-dimensional shape measuring apparatus for measuring the three-dimensional shape of an object to be measured, The same effect as the three-dimensional shape measuring method can be obtained.

【0025】本発明の請求項11に係る三次元形状測定
装置は、上記した構成としており、多軸移動手段を備え
たことにより、レーザ光源、レンズおよび光位置検出素
子からなる光学系を自動的且つ連続的に移動させながら
被測定物の測定が行なわれるとともに、少なくとも2以
上の光位置検出素子に1次反射光が入射するように位光
学系の移動がなされることになる。
The three-dimensional shape measuring apparatus according to the eleventh aspect of the present invention is configured as described above, and by having the multi-axis moving means, the optical system including the laser light source, the lens and the optical position detecting element is automatically provided. The object to be measured is measured while being continuously moved, and the position optical system is moved so that the primary reflected light is incident on at least two or more optical position detecting elements.

【0026】本発明の請求項12に係る三次元形状測定
装置は、上記した構成としており、誤差補正手段によっ
て取得した複数の測定点までの距離データ群では、未だ
被測定物の連続的な外形形状データとはなっておらず、
例えば、被測定物が歯牙模型である場合に、歯科油補綴
物の設計・製造に必要なデータ形式にする必要がある
が、三次元形状演算手段によって自動的且つ迅速に所望
の被測定物の三次元形状データが取得されることとな
る。
The three-dimensional shape measuring apparatus according to the twelfth aspect of the present invention is configured as described above, and in the distance data group to the plurality of measurement points acquired by the error correcting means, the continuous outer shape of the object to be measured is still present. It is not shape data,
For example, when the object to be measured is a tooth model, it is necessary to make it into a data format necessary for designing and manufacturing a dental oil prosthesis. Three-dimensional shape data will be acquired.

【0027】本発明の請求項13に係る三次元形状測定
装置は、上記した構成としており、多軸移動手段ととも
に被測定物移動手段を併用すれば、測定の方向、位置等
に関しての自由度が広がることとなり、また、多軸移動
手段の軸数を減らしたとしても同様の測定が維持される
こととなる。
The three-dimensional shape measuring apparatus according to the thirteenth aspect of the present invention is configured as described above, and if the object moving means is used together with the multi-axis moving means, the degree of freedom regarding the measuring direction, position, etc. is increased. The same measurement is maintained even if the number of axes of the multi-axis moving means is reduced.

【0028】本発明の請求項14に係る三次元形状測定
装置は、上記した構成としており、立ち壁状または急勾
配状の段差部を有する形状の被測定物の段差の高さ方向
の距離の測定において、光学系と前記段差部とが接近す
る方向に多軸移動手段により光学系および/または被測
定物移動手段により被測定物を移動させながらレーザ光
源の基準点と被測定物との距離を測定する際に、段差部
高算出手段により段差部の高さが推定されるため、推定
された段差部の高さに基づいて多軸移動手段によって光
学系を移動させれば、三次元形状測定装置の測定レンジ
外になることがなく、また、例えば、被測定物である歯
牙模型を歯科用石膏を用いて任意の高さにおいて製作し
たとしても、光学系が自動的に最適な三次元座標位置に
移動調節されることとなる。
A three-dimensional shape measuring apparatus according to a fourteenth aspect of the present invention is configured as described above, and measures the distance in the height direction of the step of an object to be measured having a standing wall shape or a steep step shape. In the measurement, the distance between the reference point of the laser light source and the object to be measured while moving the object to be measured by the optical system and / or the object to be measured moving means by the multi-axis moving means in the direction in which the optical system and the step portion approach each other. When measuring, the height of the step is estimated by the step height calculating means, so if the optical system is moved by the multi-axis moving means based on the estimated height of the step, the three-dimensional shape can be obtained. It does not go out of the measuring range of the measuring device, and even if, for example, the tooth model to be measured is manufactured at any height using dental plaster, the optical system automatically optimizes the optimum three-dimensional shape. The movement is adjusted to the coordinate position. To become.

【0029】本発明の請求項15に係る三次元形状測定
装置は、上記した構成としており、光学系を移動する多
軸移動手段等も併せて適用した場合には、測定範囲、測
定方向の自由度がさらに広がることとなり、また、多軸
移動手段等を適用しなくても、多軸移動手段等と同様の
被測定物のレーザ光による走査が行なわれることにな
る。
The three-dimensional shape measuring apparatus according to the fifteenth aspect of the present invention is configured as described above, and when a multi-axis moving means for moving the optical system is also applied, the measuring range and the measuring direction can be freely set. Further, even if the multi-axis moving means or the like is not applied, the scanning of the object to be measured with the laser beam similar to the multi-axis moving means or the like is performed.

【0030】[0030]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0031】図1は、本発明に係る三次元形状測定方法
を実施するために用いられる測定装置の一実施例の構成
を示す説明図であって、光学レンズ2a,2b,2cお
よび2dと光位置検出素子であるPSD3a,3b,3
cおよび3dとをそれぞれ組み合わせた光学系を被測定
物Mの測定点へレーザ光Lを照射するレーザ光源1の両
側にそれぞれ2組づつ配置したものである。
FIG. 1 is an explanatory view showing the structure of an embodiment of a measuring apparatus used for carrying out the three-dimensional shape measuring method according to the present invention, which is composed of optical lenses 2a, 2b, 2c and 2d and light. PSDs 3a, 3b, 3 which are position detecting elements
Two sets of optical systems combining c and 3d are arranged on both sides of the laser light source 1 for irradiating the measurement point of the object M with the laser light L.

【0032】そして、被測定物Mが、図1に示すような
立壁部Mwを有するものである場合に、レーザ光源1か
ら測定点Pに向けてレーザ光Lを照射すると、測定点P
にはレーザスポットが投影され、図に示すように反射光
が散乱する。
When the object M to be measured has a standing wall Mw as shown in FIG. 1, when the laser light L is irradiated from the laser light source 1 toward the measuring point P, the measuring point P is measured.
A laser spot is projected on the screen, and the reflected light is scattered as shown in the figure.

【0033】このとき、散乱した反射光のうち、図面左
側方向に進む反射光、すなわち立壁部Mwの存在しない
側に進む反射光Ra,Rbは、それぞれレンズ2a,2
bを通じてPSD3a,3bに結像する。
At this time, of the scattered reflected light, the reflected light traveling to the left side of the drawing, that is, the reflected light Ra and Rb traveling to the side where the standing wall portion Mw does not exist, is the lenses 2a and 2 respectively.
An image is formed on the PSDs 3a and 3b through b.

【0034】一方、散乱した反射光のうち、図面右側方
向に進む反射光、すなわち立壁部Mwの存在する方向に
進む反射光Rc,Rdは、立壁部Mwが存在しなかった
としたら図に示す点線のように、それぞれレンズ2c,
2dを通じてPSD3c,3dに結像するのであるが、
立壁部Mwが存在するためPSD3c,3dには結像し
ない。
On the other hand, among the scattered reflected light, the reflected light traveling to the right side of the drawing, that is, the reflected lights Rc and Rd traveling in the direction in which the standing wall portion Mw exists, if the standing wall portion Mw does not exist, the dotted line shown in the figure. Lens 2c,
The image is formed on PSDs 3c and 3d through 2d.
Since the standing wall portion Mw exists, no image is formed on the PSDs 3c and 3d.

【0035】したがって、例えば、光位置検出素子であ
るPSD3a〜3dのうち、PSD3cしか備えていな
い、すなわち単一の光位置検出素子のみを備えた三次元
形状測定装置の場合には、上記のような立壁部Mwが存
在するとPSD3cに反射光が入射しないため測定が行
なえないこととなるが、図1に示した本発明に係る三次
元測定装置によれば、PSDを複数個備えているため、
一部のPSDに1次反射光が入射しなくても、残りのP
SDに反射光が入射して、立壁部Mwが存在しているに
もかかわらず測定を行なうことが可能となる。
Therefore, for example, in the case of a three-dimensional shape measuring apparatus that includes only the PSD 3c among the PSDs 3a to 3d that are optical position detecting elements, that is, the three-dimensional shape measuring apparatus including only a single optical position detecting element, If the vertical wall portion Mw is present, the reflected light does not enter the PSD 3c, so that the measurement cannot be performed. However, according to the three-dimensional measuring apparatus of the present invention shown in FIG. 1, since a plurality of PSDs are provided,
Even if the primary reflected light does not enter some PSDs, the remaining P
The reflected light is incident on the SD, and the measurement can be performed even if the standing wall portion Mw exists.

【0036】また、ここまで説明してきた立壁部Mwの
左側に位置する被測定部Mlとは逆に、立壁部Mwの右
側に位置する被測定部Mrを測定する場合、すなわち、
測定点Pから見て、立壁部Mwが右上りとなる場合では
なく左上りとなる場合においては、PSD3aおよびP
SD3bへの1次反射光の入射が妨げられることになる
が、PSD3cおよびPSD3dに1次反射光が入射す
るため、PSD3cおよびPSD3dによって測定を行
なうことが可能となる。
Contrary to the measured portion Ml located on the left side of the standing wall portion Mw described above, when the measured portion Mr located on the right side of the standing wall portion Mw is measured, that is,
When the standing wall portion Mw is located at the upper left rather than at the measurement point P, the PSDs 3a and P3
Although the incidence of the primary reflected light on the SD3b is hindered, the primary reflected light is incident on the PSD3c and the PSD3d, and therefore the measurement can be performed by the PSD3c and the PSD3d.

【0037】このように、複数のPSDを備えることに
より、複数のPSDのいずれかによって、測定点Pから
直接PSDに入射する1次反射光の検出が可能となるの
であるが、例えば、上記のPSD3a,PSD3bにつ
いて以下に説明するような、測定点Pから直接PSDに
入射しないで被測定物Mの測定点以外の部分から反射し
て間接的にPSDに入射する2次反射光による誤差を生
じる場合がある。
As described above, by providing a plurality of PSDs, it is possible to detect the primary reflected light that is directly incident on the PSD from the measurement point P by any of the plurality of PSDs. As will be described below with respect to the PSDs 3a and PSD3b, an error occurs due to secondary reflected light that is not directly incident on the PSD from the measurement point P but is reflected from a portion other than the measurement point of the DUT M and is indirectly incident on the PSD. There are cases.

【0038】図2(a)〜(e)は、三次元形状測定装
置におけるレーザ光源1、PSD3a〜3dおよびレン
ズ2a〜2dからなる光学系を立壁部Mwに接近する方
向に移動させながら測定していった際の2次反射光およ
び誤差の発生の様子を示したものである。なお、PSD
3c,3dおよびレンズ2c,2dについては図示を省
略した。
2 (a) to 2 (e) are measured while moving an optical system including a laser light source 1, PSDs 3a to 3d and lenses 2a to 2d in a three-dimensional shape measuring apparatus in a direction approaching the standing wall Mw. It shows how secondary reflected light and an error are generated when going down. In addition, PSD
Illustrations of the lenses 3c and 3d and the lenses 2c and 2d are omitted.

【0039】まず、図2(a)は、光学系と立壁部Mw
との間がある程度離れている場合であって、この場合に
は、点線で示す測定点Pからの1次反射光がPSD3
a,3bに入射するが、実線で示す2次反射光がPSD
3a,3bに入射しないため、もしくは、入射したとし
てもレーザスポットが立壁部Mwから離れていることか
ら2次反射光が弱くなるため、2次反射光による誤差が
ほとんど生じない。
First, FIG. 2A shows the optical system and the standing wall Mw.
And the primary reflection light from the measurement point P indicated by the dotted line is PSD3.
Although incident on a and 3b, the secondary reflected light shown by the solid line is PSD
Since the laser spot is not incident on 3a, 3b, or even if it is incident, the secondary reflected light becomes weak because the laser spot is away from the standing wall portion Mw, so that an error due to the secondary reflected light hardly occurs.

【0040】次に、図2(b)に示すように、光学系が
立壁部Mwにさらに接近した場合には、1次反射光が3
a,3bに入射するとともに、点線で示す2次反射光が
PSD3a,3bにそれぞれ入射する。
Next, as shown in FIG. 2B, when the optical system further approaches the standing wall portion Mw, the primary reflected light is 3
While being incident on a and 3b, the secondary reflected light indicated by the dotted line is incident on PSDs 3a and 3b, respectively.

【0041】この結果、PSD3a,3bから見ると、
点Ga,Gbの位置に虚像が存在し、2次反射光がこの
虚像点Ga,Gbからそれぞれ入射するように見え、し
たがって、PSD3a,3bの出力には2次反射光によ
る誤差が含まれることとなり、2次反射光の入射するP
SD3a,3bからそれぞれ算出された測定点Pまでの
距離はそれぞれ虚像点Ga,Gb寄りのものとなり、実
際の距離よりもそれぞれ短かいものになる。
As a result, when viewed from the PSDs 3a and 3b,
There is a virtual image at the positions of the points Ga and Gb, and it seems that the secondary reflected light enters from the virtual image points Ga and Gb, respectively. Therefore, the outputs of the PSDs 3a and 3b include an error due to the secondary reflected light. And P on which the secondary reflected light is incident
The distances from SD3a and 3b to the calculated measurement point P are closer to the virtual image points Ga and Gb, respectively, which are shorter than the actual distances.

【0042】また、図2(c)に示すような、レーザ光
源1からのレーザ光が立壁部Mwの基端部Eに入射され
た場合には、2次反射光は発生しないため誤差がほとん
ど生じない。
When the laser light from the laser light source 1 is incident on the base end E of the standing wall Mw as shown in FIG. Does not happen.

【0043】一方、図2(d)は、図2(b)の場合と
は逆で、立壁部Mwにレーザ光が入射された場合であっ
て、図に示すように2次反射光がPSD3a,3bにそ
れぞれ入射するため誤差が生じ、この場合には、2次反
射光の入射するPSD3a,3bからそれぞれ算出され
た測定点Pまでの距離はそれぞれ虚像点Ga,Gb寄り
のものとなるため、実際の距離よりもそれぞれ長いもの
になる。
On the other hand, FIG. 2 (d) is the opposite of the case of FIG. 2 (b) in the case where the laser light is incident on the standing wall Mw, and the secondary reflected light is the PSD 3a as shown in the figure. , 3b respectively, an error occurs, and in this case, the distances from the PSDs 3a, 3b on which the secondary reflected light is incident to the calculated measurement points P are near the virtual image points Ga, Gb, respectively. , Each longer than the actual distance.

【0044】さらに、図2(e)は、立壁部Mwの基端
部からさらに離れた位置にレーザ光源1からのレーザ光
が入射された場合であって、図2(a)の場合と同様
に、2次反射光による誤差がほとんど生じない。
Further, FIG. 2E shows a case where the laser light from the laser light source 1 is incident on a position further away from the base end portion of the standing wall portion Mw, similar to the case of FIG. 2A. In addition, there is almost no error due to the secondary reflected light.

【0045】なお、図2(b),(d)に示したよう
に、レーザ光源1の片側に位置する2つのPSD3a,
3bに1次反射光が入射する場合には、PSD3a,P
SD3bからの出力を基に算出した距離に含まれる2次
反射光による誤差は共に同じ方向(極性)となる。
As shown in FIGS. 2B and 2D, the two PSDs 3a located on one side of the laser light source 1,
When the primary reflected light is incident on 3b, the PSDs 3a, P
The errors due to the secondary reflected light included in the distance calculated based on the output from SD3b have the same direction (polarity).

【0046】ところで、これまでは、図1に示すような
立壁部Mwを有する形状の被測定物Mについて説明して
きたが、例えば、図3に示すように、被測定物の測定部
形状が凹(くぼみ)形状となっている場合には、被測定
物Mのくぼみ部Mdでは、レーザ光源1からより離れた
位置に存在するPSD3aおよびPSD3dには、それ
ぞれ点線で示す1次反射光がくぼみ部Mdの内壁Md
l,Mdrによって遮蔽されるため、1次反射光Ra,
Rdが入射しないか、あるいは入射しにくい状態とな
る。
By the way, although the object to be measured M having the standing wall Mw as shown in FIG. 1 has been described so far, for example, as shown in FIG. 3, the shape of the object to be measured is concave. In the case of the (dent) shape, in the recess Md of the object to be measured M, the PSD 3a and PSD 3d existing at a position farther from the laser light source 1 are each provided with the primary reflected light indicated by a dotted line. Inner wall of Md Md
Since it is shielded by l and Mdr, the primary reflected light Ra,
Rd does not enter or is difficult to enter.

【0047】このような場合にも、図3に示すように、
PSDを複数個備えているため、一部のPSD3a,3
dに1次反射光Ra,Rdが入射しなくても、残りのP
SD3b,3cに実線で示す1次反射光Rb,Rcが入
射するため、測定点Pまでの距離を測定することが可能
となる。
Even in such a case, as shown in FIG.
Since there are multiple PSDs, some PSDs 3a, 3
Even if the primary reflected lights Ra and Rd do not enter d, the remaining P
Since the primary reflected lights Rb and Rc shown by the solid lines enter the SDs 3b and 3c, the distance to the measurement point P can be measured.

【0048】また、この場合には、レーザ光源1の光軸
を挟むように配置されたPSD3b,3cに1次反射光
Rb,Rcが入射することとなるが、このような凹(く
ぼみ)形状の被測定物Mにおいても上記したような誤差
を生じる場合があり、以下においてこの誤差について説
明する。
Further, in this case, the primary reflected lights Rb and Rc are incident on the PSDs 3b and 3c arranged so as to sandwich the optical axis of the laser light source 1, but such a concave shape is formed. The object M to be measured may also cause the above error, and the error will be described below.

【0049】図4(a)〜(e)は、凹形状部において
図3に示すようなPSD3bおよびPSD3cに1次反
射光Rb,Rcが入射する場合の2次反射光および誤差
の発生の様子を示したものである。なお、PSD3a,
3dおよびレンズ2a,2dについては図示を省略し
た。
FIGS. 4 (a) to 4 (e) show how secondary reflected light and error occur when the primary reflected light Rb, Rc is incident on the PSD 3b and PSD 3c as shown in FIG. 3 in the concave portion. Is shown. In addition, PSD3a,
Illustration of the 3d and the lenses 2a and 2d is omitted.

【0050】図4(a)のような、くぼみ部Mdの内壁
Mdrから光学系がある程度離れた状態においては、図
2(a)において述べたのと同様に、ほとんど誤差が生
じない。
In the state where the optical system is separated from the inner wall Mdr of the recess Md to some extent as shown in FIG. 4A, almost no error occurs, as described in FIG. 2A.

【0051】一方、図4(b)は、図2(b)と対応す
るものであるが、この場合に異なるのは、図2(b)に
おいては、2つのPSD3a,3bに生ずる誤差がいず
れも同じ方向(極性)のものであったが、図4(b)の
状態において、2次反射光の入射するPSD3b,3c
からそれぞれ算出された測定点Pまでの距離はそれぞれ
虚像点Gb,Gc寄りのものとなるため、PSD3bに
ついては実際の距離よりも長くなり、PSD3cについ
ては、実際の距離よりも短くなる。
On the other hand, FIG. 4 (b) corresponds to FIG. 2 (b), but in this case, the difference is that in FIG. 2 (b), the error generated in the two PSDs 3a, 3b will eventually occur. Also had the same direction (polarity), but in the state of FIG. 4B, PSDs 3b, 3c on which the secondary reflected light is incident
Since the calculated distances to the measurement point P are closer to the virtual image points Gb and Gc, the PSD 3b is longer than the actual distance, and the PSD 3c is shorter than the actual distance.

【0052】したがって、2つのPSD3b,3cに生
ずる誤差がそれぞれ異なる方向(極性)のものとなり、
それぞれの誤差は互いに相補的なものとなる。このこと
は、図2(d)と図4(d)との関係においても同様で
ある。
Therefore, the errors generated in the two PSDs 3b and 3c have different directions (polarities),
The respective errors are complementary to each other. This also applies to the relationship between FIG. 2 (d) and FIG. 4 (d).

【0053】なお、図4(c),(e)は、上述した図
2(c),(e)に対応するものである。
Incidentally, FIGS. 4 (c) and 4 (e) correspond to the above-mentioned FIGS. 2 (c) and 2 (e).

【0054】以上説明したように、PSD3a〜3dの
いずれかによって1次反射光を受光したとしても、上記
のような誤差を含んでいる場合があり、そのため、1次
反射光を受光したPSDの出力信号をもとに測定点Pま
での距離を算出したとしても、誤差が含まれることがあ
り、誤差を含んだ複数の算出距離からでは被測定物Mの
正確な三次元形状を取得することができない。
As described above, even if the first-order reflected light is received by any of the PSDs 3a to 3d, the above-mentioned error may be included in some cases. Even if the distance to the measurement point P is calculated based on the output signal, an error may be included, and an accurate three-dimensional shape of the measured object M should be acquired from a plurality of calculated distances including the error. I can't.

【0055】そこで、このような誤差を除去し、可能な
限り測定点Pまでの真の距離を求める手段について以下
に説明する。
A means for removing such an error and obtaining the true distance to the measurement point P as much as possible will be described below.

【0056】まず、距離算出手段によって各PSD3a
〜3dの出力信号に基づいてレーザ光源1の基準位置か
ら測定点Pまでの距離La,Lb,LcおよびLdを算
出する。
First, the distance calculating means calculates each PSD 3a.
The distances La, Lb, Lc and Ld from the reference position of the laser light source 1 to the measurement point P are calculated based on the output signals of 3d.

【0057】距離算出手段は、各々のPSD3a〜3d
の受光位置から反射光の入射角度を特定して、幾何学的
にLa,Lb,LcおよびLdを算出するのであるが、
1次反射光を受光していない、または確実には受光して
いないPSDの出力信号から算出した距離は、1次反射
光を確実に受光したPSDの出力信号から算出した距離
と比較すると明らかに異なる。
The distance calculating means is provided for each of the PSDs 3a-3d.
The incident angle of the reflected light is specified from the light receiving position of, and La, Lb, Lc, and Ld are geometrically calculated.
The distance calculated from the output signal of the PSD that does not receive the primary reflected light or does not reliably receive the primary reflected light is clearly compared with the distance calculated from the output signal of the PSD that reliably receives the primary reflected light. different.

【0058】このことから、1次反射光を受光した2つ
のPSDを特定することができる。
From this, it is possible to specify the two PSDs that have received the primary reflected light.

【0059】次に、前記の距離La〜Ldが有する誤差
の大きさを直接算出することができれば真の距離Ltを
求めることができるのであるが、実際には、誤差の大き
さは、立壁部の傾き,レーザスポットの位置,2次反射
特性,PSDの配置等によって決まるため、幾何学的な
計算によって求めることは困難である。
Next, the true distance Lt can be obtained if the magnitude of the error of the distances La to Ld can be directly calculated. However, in reality, the magnitude of the error is determined by the standing wall portion. Is difficult to obtain by geometrical calculation, because it is determined by the inclination of, the position of the laser spot, the secondary reflection characteristic, the arrangement of PSD, and the like.

【0060】したがって、本発明においては、以下に説
明する2つの誤差補正手段によって誤差を補正する。
Therefore, in the present invention, the error is corrected by the two error correction means described below.

【0061】ここで、1次反射光を受光した2つのPS
Dが、図2に示したようなレーザ光源1の片側に位置す
るPSD3a,3bの場合と、図4に示したようなレー
ザ光源1を挟むように位置するPSD3b,3cの場合
とでは、上述したように2つのPSDに発生する誤差の
方向(極性)が異なり、図2の場合には、2つのPSD
3a,3bに発生する誤差の方向が共に同じであり、図
4の場合には、誤差の方向が互いに異なる。
Here, two PSs that receive the primary reflected light
When D is the PSD 3a, 3b located on one side of the laser light source 1 as shown in FIG. 2 and the PSD 3b, 3c located so as to sandwich the laser light source 1 as shown in FIG. As described above, the directions (polarity) of the errors generated in the two PSDs are different, and in the case of FIG.
The directions of the errors generated in 3a and 3b are the same, and in the case of FIG. 4, the directions of the errors are different from each other.

【0062】そのため、本発明に係る三次元形状測定装
置においては、2つのPSDに発生する誤差の方向の異
同に応じた誤差補正手段により誤差を除去する。
Therefore, in the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention, the error is corrected by the error correcting means according to the difference in the directions of the errors generated in the two PSDs.

【0063】まず、第一の誤差補正手段について説明す
ると、PSD3a〜3dの出力信号に基づき算出した距
離La,Lb,LcおよびLdのうち、図2(b),
(d)に示したような誤差の場合においては、測定点P
までの真の距離をLt、PSD3a,3bの誤差分をe
rra ,errb ,とすれば、PSD3aおよびPSD
3bから求められる距離La,Lbは、 La=Lt+erra Lb=Lt+errb となる。
First, the first error correction means will be described. Of the distances La, Lb, Lc, and Ld calculated based on the output signals of the PSDs 3a to 3d, as shown in FIG.
In the case of the error shown in (d), the measurement point P
To Lt, the error amount of PSD3a, 3b is e
If rra and errb, then PSD3a and PSD
The distances La and Lb obtained from 3b are: La = Lt + erra Lb = Lt + errb

【0064】ここで、各々の距離La,Lb間の差をと
ると、 La−Lb=erra −errb となる。この値は、誤差erra またはerrb と所定
の関係を有することから、この値を誤差相関値△=er
ra −errb とする。
Here, if the difference between the distances La and Lb is taken, then La-Lb = erra-errb. Since this value has a predetermined relationship with the error erra or errb, this value is used as the error correlation value Δ = er
Ra-errb.

【0065】次に、誤差erra と誤差相関値△との関
係、すなわち、PSD3aの誤差分erra は、両者の
間を相関付ける関数である f(△)=m・△n +k により推定近似することができることが実験結果からあ
きらかになっており、したがって、真の距離Lは、 Lt=La−erra =La−f(△) となる。
Next, the relationship between the error erra and the error correlation value △, i.e., error of erra of PSD3a is a function correlating therebetween f (△) = m · △ estimated approximation to the n + k From the experimental results, it is clear that the true distance L is Lt = La-err = La-f (Δ).

【0066】なお、推定値f(△)の近似パラメータで
あるm,n,kを適当に選べば、PSD3bについて
も、 Lt=Lb−errb =Lb−f(△) とすることができるので、PSD3a,PSD3bのい
ずれか一方を基準に計算することができる。
If m, n, k, which are the approximate parameters of the estimated value f (Δ), are properly selected, Lt = Lb-errb = Lb-f (Δ) can be set for PSD3b. It can be calculated based on one of PSD3a and PSD3b.

【0067】一方、図4(b),(d)に示したような
誤差の場合においては、以下に説明するような第2の誤
差補正手段によって誤差を補正する、すなわち、測定点
Pに関して虚像点GbとGcの発生方向は互いに逆で且
つP,Gb間の距離とP,Gc間の距離とは異なってお
り、両者の距離の比率がほぼ一定しているため、次のよ
うに重み付け平均化して誤差分を消去演算する。
On the other hand, in the case of the error as shown in FIGS. 4B and 4D, the error is corrected by the second error correction means described below, that is, the virtual image at the measurement point P is corrected. Since the directions of generation of the points Gb and Gc are opposite to each other and the distance between P and Gb is different from the distance between P and Gc, and the ratio of both distances is almost constant, the weighted average is calculated as follows. And the error is erased.

【0068】Lt=(Lb+k・Lc)/(1+k) このように重み付け平均化することにより、容易に所期
の精度を得ることができることが実験より確認されてい
る。なお、kは、P,Gb間の距離とP,Gc間の距離
との比から実験的に求まる定数である。
Lt = (Lb + k · Lc) / (1 + k) It has been confirmed by experiments that the desired accuracy can be easily obtained by weighted averaging. Note that k is a constant experimentally obtained from the ratio of the distance between P and Gb and the distance between P and Gc.

【0069】以上説明してきたように、図2(b),
(d)および図4(b),(d)において説明した2次
反射光による誤差が各PSDに存在していたとしても、
それぞれの場合について適切に誤差を除去することが可
能となり、より正確な測定が実現されることとなる。
As described above, as shown in FIG.
Even if the error due to the secondary reflected light described in (d) and FIGS. 4B and 4D exists in each PSD,
In each case, the error can be appropriately removed, and more accurate measurement can be realized.

【0070】ここまで説明してきた、距離算出手段およ
び誤差補正手段は、例えば、図5に示すような信号処理
装置Vにおいて実現することが可能である。
The distance calculating means and the error correcting means described so far can be realized in, for example, a signal processing device V as shown in FIG.

【0071】まず、図5において、信号処理装置Vは、
各PSD3a〜3dからの電流出力をA/D変換器4に
よりディジタル値に変換し、このディジタル値を制御・
演算器5により処理する。
First, in FIG. 5, the signal processing device V is
The current output from each PSD 3a to 3d is converted into a digital value by the A / D converter 4, and the digital value is controlled.
Processing is performed by the arithmetic unit 5.

【0072】制御・演算器5は、マイクロプロセッサ
ー,ソフトウエア等から基本的に構成されるものとする
ことができ、制御・演算器5おいて、距離算出手段およ
び誤差補正手段を実現することができる。
The control / arithmetic unit 5 may be basically constituted by a microprocessor, software, etc., and the control / arithmetic unit 5 can realize a distance calculating means and an error correcting means. it can.

【0073】ここで、図5に示す信号処理装置Vにおけ
る信号処理手順の一例を図6に示すフローチャートに基
づいて説明する。
Here, an example of the signal processing procedure in the signal processing device V shown in FIG. 5 will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

【0074】図6において、まず、測定を開始する所定
の位置に光学系を移動させる(S1)。
In FIG. 6, first, the optical system is moved to a predetermined position where the measurement is started (S1).

【0075】これは、例えば、信号処理装置Vに位置決
め制御手段を併せ持たせ、この位置決め制御手段から後
述する多軸移動手段に位置指令を送ることにより実施す
ることが可能である。
This can be carried out, for example, by providing the signal processing device V with positioning control means and sending a position command from this positioning control means to a multi-axis moving means which will be described later.

【0076】そして、各PSD3a〜3dの出力信号を
A/D変換器4によって読み込み(S2)、この各PS
D3a〜3dの出力信号から各PSD3a〜3dの受光
面における各受光位置ya〜ydを算出する(S3)。
Then, the output signals of the PSDs 3a to 3d are read by the A / D converter 4 (S2).
The light receiving positions ya to yd on the light receiving surfaces of the PSDs 3a to 3d are calculated from the output signals of D3a to 3d (S3).

【0077】そして、この各受光位置ya〜ydから測
定点Pまでの距離La,Lb,LcおよびLdを幾何学
的に算出する(S4)。
Then, the distances La, Lb, Lc and Ld from each of the light receiving positions ya to yd to the measuring point P are geometrically calculated (S4).

【0078】次に、ステップS5においては、S4にお
いて算出された測定点Pまでの距離La,Lb,Lcお
よびLdのうち、誤差補正手段によって誤差を除去する
ために用いる2つのデータを特定し、上述した第1およ
び第2の誤差補正手段のうちどちらの手段により誤差を
除去するかを判断する。
Next, in step S5, of the distances La, Lb, Lc and Ld to the measurement point P calculated in S4, two data used for removing the error by the error correction means are specified, It is determined which of the first and second error correction means described above should be used to remove the error.

【0079】この判断は、例えば、図2に示すような配
置のPSD3aおよび3bのみに1次反射光が入射する
場合には、算出された測定点Pまでの距離La,Lb,
LcおよびLdのうち、LcおよびLdについては、明
らかにLa,Lbとは値が異なるものとなるため、誤差
を除去するために用いる2つのデータをLa,Lbとす
べきことが判断される。
For example, when the primary reflected light is incident only on the PSDs 3a and 3b arranged as shown in FIG. 2, the distances La, Lb, and
Of Lc and Ld, Lc and Ld obviously have different values from La and Lb, so it is determined that the two data used to remove the error should be La and Lb.

【0080】また、第1および第2の誤差補正手段のう
ちどちらの手段により誤差を除去するかは、例えば、誤
差を除去するために用いる2つのデータがLa,Lbで
あれば、第1の誤差補正手段を選択し、誤差を除去する
ために用いる2つのデータがLb,Lcであれば、第1
の誤差補正手段を選択する。
Further, which of the first and second error correction means should be used to remove the error depends on, for example, if the two data used to remove the error are La and Lb. If the two data used to select the error correction means and remove the error are Lb and Lc, the first
Error correction means is selected.

【0081】そして、ステップS5において第1の誤差
補正手段が選択された場合には、ステップS6に移り、
誤差相関値△の算出を行なった後、誤差推定値f(△)
を算出し(S7)、例えば、基準とするデータをLaと
した場合には、Laから誤差推定値f(△) を除去して
誤差補正を行なう(S8)。
When the first error correction means is selected in step S5, the process proceeds to step S6,
After calculating the error correlation value Δ, the estimated error value f (Δ)
Is calculated (S7). For example, when the reference data is La, the error estimated value f (Δ) is removed from La to perform error correction (S8).

【0082】一方、ステップS5において第2の誤差補
正手段が選択された場合には、ステップS9に移り、上
述したように、重み付け平均化して誤差分を消去演算す
る。次に、ステップS8またはS9において取得した補
正後の距離を記憶または表示装置等の出力手段6に出力
する(S10)。
On the other hand, when the second error correction means is selected in step S5, the process proceeds to step S9, and as described above, weighted averaging is performed to eliminate the error component. Next, the corrected distance acquired in step S8 or S9 is output to the output unit 6 such as a storage or display device (S10).

【0083】そして、測定位置を移動し(S11)、測
定すべき範囲内かどうかを判定し、範囲内であれば再度
ステップS2に移り、範囲外であれば測定を終了する。
Then, the measurement position is moved (S11), it is judged whether or not it is within the range to be measured, and if it is within the range, the process proceeds to step S2 again, and if it is out of the range, the measurement is ended.

【0084】このようにして、複数の測定点Pまでの距
離を測定することにより、被測定物の三次元形状が正確
に特定されることとなる。
By measuring the distances to the plurality of measurement points P in this manner, the three-dimensional shape of the object to be measured can be accurately specified.

【0085】なお、これまでレーザ光源1,レンズ2a
〜2dおよびPSD3a〜3dからなる光学系の構成に
ついては、図1に示した構成のものに基づいて説明して
きたが、この他に、図7に示すような、各PSD3a〜
3d,レンズ2a〜2dが直線上に配列されていない構
成にすることも可能であり、さらには、PSDおよびレ
ンズの組み合わせは、4つに限られるものではなく、適
宜増減可能である。
The laser light source 1 and the lens 2a have been used so far.
.About.2d and PSDs 3a to 3d, the configuration of the optical system has been described based on the configuration shown in FIG.
3d and the lenses 2a to 2d may not be arranged in a straight line, and the combination of the PSD and the lens is not limited to four and may be increased or decreased appropriately.

【0086】また、上記の第2の誤差補正手段である重
み付け平均化によってのみ誤差の除去を行なう場合に
は、図8および図9に示すように、レーザ光源1から照
射されるレーザ光Lの光軸に垂直な平面内に複数組のレ
ンズおよびPSDを配置した構成のものとすることも可
能である。なお、図8は、4組のレンズ2a〜2dおよ
びPSD3a〜3dを備えたものであり、また、図9
は、3組のレンズ2a〜2cおよびPSD3a〜3cを
備えたものである。
Further, when the error is removed only by the weighted averaging which is the second error correction means, as shown in FIGS. 8 and 9, the laser light L emitted from the laser light source 1 is emitted. It is also possible to adopt a configuration in which a plurality of sets of lenses and PSDs are arranged in a plane perpendicular to the optical axis. Note that FIG. 8 includes four sets of lenses 2a to 2d and PSDs 3a to 3d, and FIG.
Includes three sets of lenses 2a to 2c and PSDs 3a to 3c.

【0087】次に、図10は、本発明に係る三次元形状
測定装置の他の実施例の構成を示す説明図であって、レ
ーザ光源および複数のレンズとPSDとの組み合わせか
らなる光学系21の三次元座標位置を自動的且つ連続的
に移動させる多軸移動手段22と、この多軸移動手段2
2の位置決め制御を行なう位置決め制御手段23を備え
る構成としたものである。
Next, FIG. 10 is an explanatory diagram showing the configuration of another embodiment of the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention, which is an optical system 21 including a combination of a laser light source, a plurality of lenses and a PSD. Multi-axis moving means 22 for automatically and continuously moving the three-dimensional coordinate position of
It is configured to include the positioning control means 23 for performing the positioning control of No. 2.

【0088】また、信号処理装置V内は、距離算出手段
24,誤差補正手段25および三次元形状演算手段26
から基本的に構成されており、信号処理装置Vの出力は
出力手段27により表示される。なお、上述したよう
に、位置決め制御手段23を信号処理装置V内において
同時に実現することも可能である。
In the signal processing device V, the distance calculating means 24, the error correcting means 25 and the three-dimensional shape calculating means 26 are provided.
The output of the signal processing device V is displayed by the output means 27. It should be noted that, as described above, the positioning control means 23 can be simultaneously realized in the signal processing device V.

【0089】ここで、三次元形状演算手段26は、多軸
移動手段22により光学系21を移動させながら測定し
た被測定物の複数の測定点Pi(i=1,..n) とレーザ光
源の基準位置との相対距離Li(i=1,..,n )および各
々の測定点Piに対応する光学系21の三次元座標位置
とから、測定点Piの三次元位置座標を算出し、この算
出された測定点Piの三次元位置座標データから被測定
物Mの連続的な外形形状データを算出するものである。
Here, the three-dimensional shape calculation means 26 includes a plurality of measurement points Pi (i = 1, .. n) of the object to be measured measured by the multi-axis moving means 22 while moving the optical system 21 and the laser light source. From the relative distance Li (i = 1, .., n) with respect to the reference position and the three-dimensional coordinate position of the optical system 21 corresponding to each measurement point Pi, the three-dimensional position coordinates of the measurement point Pi are calculated, The continuous outer shape data of the object to be measured M is calculated from the calculated three-dimensional position coordinate data of the measurement point Pi.

【0090】したがって、誤差補正手段25により可能
な限り正確な複数の測定点Pi(i=1,..n) とレーザ光
源の基準位置との相対距離Li(i=1,..,n )を求めた
としても、この段階では、未だ被測定物Mの連続的な外
形形状データは得られていないが、三次元形状演算手段
26によれば、被測定物Mの連続的な外形形状データを
得ることが可能となり、例えば、被測定物Mが歯牙模型
である場合に、歯科用補綴物の設計製造に三次元形状演
算手段26により得られた歯牙模型の連続的な外形形状
データをそのまま使用することが可能になる。
Therefore, the relative distance Li (i = 1, .., n) between the plurality of measurement points Pi (i = 1, .. n) that are as accurate as possible by the error correction means 25 and the reference position of the laser light source. However, even though the continuous outer shape data of the object to be measured M is not obtained at this stage, the continuous outer shape data of the object to be measured M is calculated by the three-dimensional shape calculating means 26. When, for example, the object M to be measured is a tooth model, the continuous outer shape data of the tooth model obtained by the three-dimensional shape calculation means 26 for designing and manufacturing a dental prosthesis is used as it is. Can be used.

【0091】一方、多軸移動手段22を備えたことによ
り、光学系21を自動的且つ連続的に移動させながら被
測定物Mの測定が可能になることに加えて、少なくとも
2以上のPSDに同時に1次反射光が入射する位置に光
学系21を移動させることも可能となる。
On the other hand, since the multi-axis moving means 22 is provided, the object M to be measured can be measured while moving the optical system 21 automatically and continuously, and at least two or more PSDs can be used. At the same time, it is possible to move the optical system 21 to the position where the primary reflected light enters.

【0092】次に、図11は、光学系21の三次元座標
位置の移動を行なう多軸移動手段22とは別に、被測定
物Mについても、被測定物移動手段28によって自動的
且つ連続的に移動可能な構成としたものである。
Next, in FIG. 11, in addition to the multi-axis moving means 22 for moving the three-dimensional coordinate position of the optical system 21, the measured object M is automatically and continuously moved by the measured object moving means 28. It is configured to be movable to.

【0093】このような構成とすることにより、測定可
能な範囲における自由度が広がるとともに、多軸移動手
段22の軸数を削減することができる。
With this structure, the degree of freedom in the measurable range is widened and the number of axes of the multi-axis moving means 22 can be reduced.

【0094】図12は、立壁状の段差部Wdを有する形
状の被測定物Mの段差の高さ方向の距離を測定する様子
を示した説明図である。
FIG. 12 is an explanatory diagram showing how the distance in the height direction of the step of the object M to be measured having the shape of the stepped portion Wd in the shape of a standing wall is measured.

【0095】今、段差部Wdに向かってレーザ光源1,
レンズ2a〜2dおよびPSD3a〜3dからなる光学
系を矢印Aの方向に多軸移動手段により移動させなが
ら、図における下底面Pbを測定していった際、光学系
が段差部Wdの頂上面Ptの上方にさしかかると、最初
にPSD3dに1次反射光が入射しなくなり、更に進む
とPSD3cにも1次反射光が入射しなくなる。
Now, toward the step Wd, the laser light source 1,
While measuring the lower bottom surface Pb in the figure while moving the optical system composed of the lenses 2a to 2d and the PSDs 3a to 3d in the direction of arrow A by the multi-axis moving means, the optical system detects the top surface Pt of the step Wd. When it reaches above, the first reflected light does not enter the PSD 3d first, and further advances, the first reflected light does not enter the PSD 3c.

【0096】そして、レーザ光源1が段差部Wdの頂上
面Ptにレーザスポットを結像すると、レーザ光源1と
測定点との距離が急に接近するため、測定できる所定の
レンジから外れることがある。
When the laser light source 1 forms an image of the laser spot on the top surface Pt of the step Wd, the distance between the laser light source 1 and the measurement point suddenly approaches, which may deviate from the predetermined measurable range. .

【0097】したがって、段差部Wdの頂上面Ptを測
定するには、所定のレンジ内に収まるように、光学系を
段差の高さ方向に移動させる必要がある。
Therefore, in order to measure the top surface Pt of the step portion Wd, it is necessary to move the optical system in the height direction of the step so that it falls within a predetermined range.

【0098】この場合に、測定しながら段差部Wdの高
さXを求めることができれば、上記した多軸移動手段2
2により、光学系を適当な高さに自動的に移動させるこ
とが可能となることから、この段差部Wdの高さXを推
定する段差部高さ推定手段について、以下において説明
する。
In this case, if the height X of the step Wd can be obtained while measuring, the multi-axis moving means 2 described above can be used.
Since it becomes possible to automatically move the optical system to an appropriate height by means of 2, the step height estimating means for estimating the height X of the step Wd will be described below.

【0099】まず、PSD3dに1次反射光が入射しな
くなる光学系の位置を検出し、更にPSD3cにも1次
反射光が入射しなくなる位置を検出する。なお、光学系
の位置は、例えば、多軸移動手段22に位置検出器を備
えておき、この検出信号を信号処理装置Vに送ることに
より検出が可能である。
First, the position of the optical system where the primary reflected light does not enter the PSD 3d is detected, and the position where the primary reflected light does not enter the PSD 3c is detected. The position of the optical system can be detected, for example, by providing the multi-axis moving means 22 with a position detector and sending this detection signal to the signal processing device V.

【0100】そして、PSD3dに1次反射光が入射し
なくなる光学系の位置とPSD3cにも1次反射光が入
射しなくなる位置とから、光学系の移動距離dを求め、
この移動距離dを用いて、 X=d・l1 /h から段差部Wdの高さXを推定することができる。ただ
し、hは、測定により算出した基準点Sと測定点Pとの
距離であり、l1 は、基準点Sとレンズ2cの中心点C
との距離である。
Then, the moving distance d of the optical system is obtained from the position of the optical system where the primary reflected light does not enter the PSD 3d and the position where the primary reflected light does not enter the PSD 3c,
Using this moving distance d, the height X of the step Wd can be estimated from X = d · l1 / h. However, h is the distance between the reference point S and the measurement point P calculated by measurement, and l1 is the reference point S and the center point C of the lens 2c.
And the distance.

【0101】ここで、上記の段差部高さ推定手段を、例
えば、上記の信号処理装置V内において実現した場合の
処理手順の一例を図13に示すフローチャートに基づい
て説明する。
Here, an example of a processing procedure when the step height estimating means is realized in the signal processing apparatus V will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

【0102】なお、図13に示すフローチャートにおい
ては、段差部高さ推定手段の処理手順を単独で示した
が、図6に示したフローチャートにおける処理と並行し
て実行する構成、あるいは図6に示したフローチャート
の適当なステップにおいて実行する構成とすることも可
能である。
In the flow chart shown in FIG. 13, the processing procedure of the step height estimating means is shown alone, but it is configured to be executed in parallel with the processing in the flow chart shown in FIG. 6, or shown in FIG. It is also possible to adopt a configuration in which it is executed at an appropriate step in the flowchart.

【0103】まず、ステップS51において、各々のP
SDからの出力信号の読み込みを行ない、ステップS5
2において、信号レベルの判定を行なう。信号レベルの
判定は、各PSD3a〜3dについてそれぞれ行ない、
信号レベルが所定の値以下になったものがないかを判定
し、図12に示すように、PSD3dへの1次反射光の
入射が遮蔽されて信号レベルが所定の値以下になった場
合には、ステップS55に進み、そうでなければ、ステ
ップS54に進み、多軸移動手段によって光学系の位置
を矢印Aの方向に所定量移動し、再度ステップS51に
戻って、PSD信号の読む込みを行なう。
First, in step S51, each P
The output signal from SD is read and step S5
At 2, the signal level is determined. The signal level is determined for each PSD 3a to 3d,
It is determined whether or not the signal level is below a predetermined value, and as shown in FIG. 12, when the incident of the primary reflected light on the PSD 3d is blocked and the signal level is below a predetermined value. Goes to step S55, otherwise goes to step S54 to move the position of the optical system by a predetermined amount in the direction of arrow A by the multi-axis moving means, and then returns to step S51 again to read the PSD signal. To do.

【0104】ステップS55においては、測定点Pまで
の距離hを算出して記憶するとともに、光学系の三次元
位置座標を記憶する。
In step S55, the distance h to the measurement point P is calculated and stored, and the three-dimensional position coordinates of the optical system are stored.

【0105】そして、ステップS56においては、多軸
移動手段によって光学系の位置を矢印Aの方向に所定量
移動した後、再度PSD信号の読み込みを行ない(S5
9)、ステップS53と同様に信号レベルの判定を行な
う(S58)。
Then, in step S56, after the position of the optical system is moved in the direction of arrow A by a predetermined amount by the multi-axis moving means, the PSD signal is read again (S5).
9), similarly to step S53, the signal level is determined (S58).

【0106】そして、新たに、PSD3cへの1次反射
光の入射が遮蔽されて、PSD3dとともに信号レベル
が所定の値以下になった場合にはステップS60に進
み、測定位置における光学系の三次元位置座標を取得
し、記憶する。PSD3cの信号レベルが所定の値より
も大きい場合には、ステップS54に進む。
Then, when the incidence of the primary reflected light on the PSD 3c is newly blocked and the signal level becomes below a predetermined value together with the PSD 3d, the process proceeds to step S60, and the three-dimensional optical system at the measurement position is measured. Acquire and store position coordinates. When the signal level of PSD3c is larger than the predetermined value, the process proceeds to step S54.

【0107】ステップS61においては、ステップS5
5において取得した光学系の三次元位置座標,距離hお
よびステップS60において取得した光学系の三次元位
置座標から被測定物の高さXを推定する。
In step S61, step S5
The height X of the object to be measured is estimated from the three-dimensional position coordinates of the optical system and the distance h acquired in step 5 and the three-dimensional position coordinates of the optical system acquired in step S60.

【0108】そして、推定された被測定物の高さXをも
とに、段差の高さ方向に多軸移動手段22によって光学
系を移動する。
Then, based on the estimated height X of the object to be measured, the optical system is moved by the multi-axis moving means 22 in the height direction of the step.

【0109】この結果、推定した段差部Wdの高さXか
ら、光学系の位置を多軸移動手段によって最適な位置に
自動的に調整することが可能となり、例えば、被測定物
mである歯牙模型を歯科用石膏を用いて任意の高さに製
作したとしても、自動的に光学系の位置を最適な位置に
調整することができる。
As a result, it becomes possible to automatically adjust the position of the optical system to the optimum position by the multi-axis moving means from the estimated height X of the step portion Wd. Even if the model is manufactured using dental plaster at an arbitrary height, the position of the optical system can be automatically adjusted to the optimum position.

【0110】次に、図14は、本発明に係る三次元形状
測定装置のさらに他の実施例を示す説明図であって、レ
ーザ光源から照射されるレーザ光の方向を可変とする照
射用可動反射鏡41および被測定物の測定点からの1次
反射光の方向を可変とする反射光用可動反射鏡42,4
3を備えたものである。
Next, FIG. 14 is an explanatory view showing still another embodiment of the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention, in which the direction of the laser light emitted from the laser light source can be changed. Movable reflecting mirrors 42, 4 for reflected light that can change the direction of the primary reflected light from the measuring point of the reflecting mirror 41 and the object to be measured.
It is equipped with 3.

【0111】図14において、レーザ光源1からのレー
ザ光Lは、まず照射用可動反射鏡41に入射する。この
とき、照射用可動反射鏡41のレーザ光軸に対する角度
を適宜変更することにより、被測定物Mへの入射位置を
変更することが可能となる。言い換えれば、多軸移動手
段22により被測定物Mをメカニカルに走査するのと同
様のことを行なうことが可能となる。
In FIG. 14, the laser light L from the laser light source 1 first enters the irradiation movable reflecting mirror 41. At this time, the incident position on the object to be measured M can be changed by appropriately changing the angle of the irradiation movable reflecting mirror 41 with respect to the laser optical axis. In other words, it is possible to perform the same operation as mechanically scanning the object to be measured M by the multi-axis moving means 22.

【0112】なお、照射用可動反射鏡41のレーザ光軸
に対する角度は、例えば、レーザ光源1からのレーザ光
を受光する照射用可動反射鏡41の受光面とは反対側の
面に角度検出用の反射鏡41bを設けておき、照射用可
動反射鏡41を挟んでレーザ光源1と対向する位置に角
度検出用光源45を配置し、この角度検出用光源45か
ら角度検出用反射鏡41bにむけてレーザ光を照射し
て、その反射光を角度検出用センサ44により受光する
ことにより検出可能である。
The angle of the irradiation movable reflecting mirror 41 with respect to the laser optical axis is, for example, on the surface opposite to the light receiving surface of the irradiation movable reflecting mirror 41 which receives the laser light from the laser light source 1 for angle detection. The reflection mirror 41b is provided, and the angle detection light source 45 is arranged at a position facing the laser light source 1 with the irradiation movable reflection mirror 41 interposed therebetween, and the angle detection light source 45 faces the angle detection reflection mirror 41b. It can be detected by irradiating a laser beam and receiving the reflected light by the angle detection sensor 44.

【0113】また、被測定物Mからの1次反射光をレン
ズ2a,2bを通じてPSD3a,3bにより受光する
のであるが、図13に示すように、照射用可動反射鏡4
1のレーザ光軸に対する角度の変更に同期して角度が変
更可能な反射光用可動反射鏡42,43を備えることに
より、各PSD3a,3bにより受光が可能となる。こ
のような構成とすることにより、光学系を移動する多軸
移動手段も併せて適用すれば、測定範囲、測定方向の自
由度をさらに拡大することができ、あるいは、多軸移動
手段の軸数を削減することが可能となり、さらに、多軸
移動手段を適用しなくても、多軸移動手段と同様に被測
定物のレーザ光による走査を行なうことが可能となる。
The primary reflected light from the object M to be measured is received by the PSDs 3a and 3b through the lenses 2a and 2b. As shown in FIG. 13, the movable reflecting mirror 4 for irradiation is used.
By providing the movable reflection mirrors 42 and 43 for reflected light whose angles can be changed in synchronization with the change of the angle with respect to the laser optical axis of 1, the PSDs 3a and 3b can receive light. With such a configuration, if the multi-axis moving means for moving the optical system is also applied, the degree of freedom in the measurement range and the measuring direction can be further expanded, or the number of axes of the multi-axis moving means can be increased. In addition, it is possible to scan the object to be measured with the laser beam similarly to the multi-axis moving means without applying the multi-axis moving means.

【0114】[0114]

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の請求
項1に係る三次元形状測定装置によれば、単一の光位置
検出素子のみを備えた三次元形状測定装置の場合には、
被測定物の形状によっては、1次反射光が入射しないた
め測定が行なえない場合が生じることがあるが、本発明
に係る三次元測定装置においては、光位置検出素子を複
数個備えていることより、一部の光位置検出素子に反射
光が入射しなくても、残りの光位置検出素子に反射光が
入射するため、被測定物の形状に拘らずレーザ光源の基
準点と被測定物の測定点との間の距離の測定を行なうこ
とが可能になるという優れた効果がもたらされる。
As described above, according to the three-dimensional shape measuring apparatus according to the first aspect of the present invention, in the case of the three-dimensional shape measuring apparatus having only a single optical position detecting element,
Depending on the shape of the object to be measured, there may be cases where the measurement cannot be performed because the primary reflected light does not enter. However, the three-dimensional measuring apparatus according to the present invention is provided with a plurality of optical position detecting elements. Therefore, even if the reflected light is not incident on a part of the optical position detecting elements, the reflected light is incident on the remaining optical position detecting elements, so that the reference point of the laser light source and the measured object are irrespective of the shape of the measured object. This has the excellent effect of making it possible to measure the distance between the measurement points of and.

【0115】また、本発明の請求項2に係る三次元形状
測定方法によれば、請求項1に記載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測定する際に、各々
の光位置検出素子の信号を基にレーザ光源における基準
位置から被測定物の測定点までの距離を算出し、算出さ
れたレーザ光源の基準位置から被測定物の測定点までの
算出距離に含まれる誤差を補正して新たな距離とするこ
とにより、測定点から散乱して被測定物の測定点以外の
部位から光位置検出素子に2次的に入射する反射光が存
在する場合に、この2次反射光によるレーザ光源におけ
る基準位置から被測定物の測定点までの算出距離に生ず
る誤差を補正することが可能となり、この結果、被測定
物の三次元形状を正確に特定することが可能になるとい
う優れた効果がもたらされる。
According to the three-dimensional shape measuring method of the second aspect of the present invention, when the three-dimensional shape of the object to be measured is measured using the three-dimensional shape measuring apparatus of the first aspect, The distance from the reference position in the laser light source to the measurement point of the DUT is calculated based on the signal of the optical position detection element of and is included in the calculated distance from the calculated reference position of the laser light source to the measurement point of the DUT. By correcting the error that is generated and setting a new distance, when there is reflected light that is scattered from the measurement point and secondarily enters the optical position detection element from a site other than the measurement point of the DUT, It is possible to correct the error that occurs in the calculated distance from the reference position in the laser light source to the measurement point of the measured object due to the secondary reflected light, and as a result, it is possible to accurately specify the three-dimensional shape of the measured object. The excellent effect of becoming Is et al.

【0116】本発明の請求項3に記載の構成とすれば、
通常、2次反射光によるレーザ光源における基準位置か
ら被測定物の測定点までの算出距離に生ずる誤差の大き
さは、被測定物の形状、測定点に投影されるレーザスポ
ットの位置、2次反射特性、光位置検出素子の配置等に
よって決まるため、幾何学的な計算によって求めること
は困難であるが、各々の光位置検出素子の信号を基にレ
ーザ光源における基準位置から被測定物の測定点までの
距離を算出し、算出された複数の算出距離のうち適宜選
択した2つの算出距離の間の差を算出し、この算出され
た差と算出距離に含まれる誤差分との間を相関付ける関
数によって算出距離に含まれる誤差分を推定することが
できるため、精度の良い誤差分の推定が可能となり、そ
の結果、正確な距離の測定を行なうことができるという
優れた効果がもたらされる。
According to the third aspect of the present invention,
Usually, the magnitude of the error that occurs in the calculated distance from the reference position in the laser light source due to the secondary reflected light to the measurement point of the measurement object is the shape of the measurement object, the position of the laser spot projected on the measurement point, and the secondary It is difficult to obtain it by geometrical calculation because it depends on the reflection characteristics and the layout of the optical position detection element, etc., but it is difficult to obtain the measured object from the reference position of the laser light source based on the signal of each optical position detection element. The distance to the point is calculated, the difference between two calculated distances appropriately selected from the calculated plurality of calculated distances is calculated, and the calculated difference and the error included in the calculated distance are correlated. Since the error included in the calculated distance can be estimated by the function to be attached, the error can be estimated with high accuracy, and as a result, the distance can be measured accurately. It is.

【0117】本発明の請求項4に記載の構成とすれば、
算出された複数の算出距離のうち適宜選択した2つの算
出距離に含まれる誤差分が互いに逆の方向(極性)に生
ずるような場合に、通常、これらの大きさの比率は一定
していることがわかっており、そのため、それぞれ適当
な重み付けをして両者の平均値を算出することにより、
互いの誤差分を相殺することができるため、この結果、
誤差分の正確な補正を行なうことが可能になるという優
れた効果がもたらされる。
With the configuration according to claim 4 of the present invention,
When the error components included in the two calculated distances appropriately selected from the calculated plurality of calculated distances occur in opposite directions (polarities), the ratio of these magnitudes is usually constant. Therefore, by appropriately weighting each and calculating the average value of both,
As a result of mutual error cancellation,
An excellent effect is brought about in that it is possible to perform accurate correction for an error amount.

【0118】本発明の請求項5に記載の構成とすれば、
例えば、1次反射光が入射した2つの光位置検出素子の
位置関係によっては、誤差分の発生の方向が同じ方向
(極性)の場合と逆の方向(極性)の場合とが存在し、
同じ方向の場合には、上記した本発明の請求項3に係る
三次元形状測定方法を適用することにより、誤差分の推
定を正確に行なうことが可能となり、また、逆の方向の
場合には、2つの光位置検出素子の互いの誤差分を相殺
する上記した本発明の請求項4に係る三次元形状測定方
法を適用することにより、2次反射光による誤差分の補
正を正確に行なうことが可能になるという優れた効果が
もたらされる。
According to the fifth aspect of the present invention,
For example, depending on the positional relationship between the two optical position detection elements on which the primary reflected light is incident, there are cases where the directions of the error components are the same direction (polarity) and the opposite directions (polarity),
In the case of the same direction, by applying the three-dimensional shape measuring method according to claim 3 of the present invention, it becomes possible to accurately estimate the error component, and in the case of the opposite direction, By applying the three-dimensional shape measuring method according to the fourth aspect of the present invention, which cancels the mutual error amount of the two optical position detecting elements, the error amount due to the secondary reflected light is accurately corrected. It has an excellent effect that it becomes possible.

【0119】さらに、本発明の請求項6に係る三次元形
状測定装置によれば、少なくとも2以上のレンズと光位
置検出素子との組み合わせがレーザ光を照射した測定点
からの1次反射光が直接入射するように配置されている
ため、光位置検出素子の出力に含まれる誤差分を除去す
るのに必要な情報を確実に取得することができるという
優れた効果がもたらされる。
Further, according to the three-dimensional shape measuring apparatus of the sixth aspect of the present invention, the primary reflected light from the measurement point irradiated with the laser beam is generated by the combination of at least two lenses and the optical position detecting element. Since it is arranged so as to be directly incident, there is an excellent effect that the information necessary for removing the error component included in the output of the optical position detection element can be surely acquired.

【0120】またさらに、本発明の請求項7に係る三次
元形状測定装置によれば、当該三次元形状測定装置を被
測定物の三次元形状の測定に使用することにより、請求
項2に係る三次元形状測定方法と同様の効果がもたらさ
れる。
Furthermore, according to the three-dimensional shape measuring apparatus of the seventh aspect of the present invention, by using the three-dimensional shape measuring apparatus for measuring the three-dimensional shape of the object to be measured, The same effect as the three-dimensional shape measuring method can be obtained.

【0121】本発明の請求項8に記載の構成とすれば、
当該三次元形状測定装置を被測定物の三次元形状の測定
に使用することにより、請求項3に係る三次元形状測定
方法と同様の効果がもたらされる。
According to the eighth aspect of the present invention,
By using the three-dimensional shape measuring apparatus for measuring the three-dimensional shape of the object to be measured, the same effect as the three-dimensional shape measuring method according to the third aspect can be obtained.

【0122】本発明の請求項9に記載の構成とすれば、
当該三次元形状測定装置を被測定物の三次元形状の測定
に使用することにより、請求項4に係る三次元形状測定
方法と同様の効果がもたらされる。
According to the ninth aspect of the present invention,
By using the three-dimensional shape measuring apparatus for measuring the three-dimensional shape of the object to be measured, the same effect as the three-dimensional shape measuring method according to the fourth aspect can be obtained.

【0123】本発明の請求項10に記載の構成とすれ
ば、当該三次元形状測定装置を被測定物の三次元形状の
測定に使用することにより、請求項5に係る三次元形状
測定方法と同様の効果がもたらされる。
According to the tenth aspect of the present invention, the three-dimensional shape measuring apparatus according to the fifth aspect is used by using the three-dimensional shape measuring apparatus for measuring the three-dimensional shape of an object to be measured. A similar effect is brought about.

【0124】また、本発明の請求項11に係る三次元形
状測定装置によれば、多軸移動手段を備えたことによ
り、レーザ光源、レンズおよび光位置検出素子からなる
光学系を自動的且つ連続的に移動させながら被測定物の
測定を行なうことが可能になるとともに、、少なくとも
2以上の光位置検出素子に1次反射光が入射するため、
誤差補正手段に必要な情報を確保することができるとい
う優れた効果がもたらされる。
According to the eleventh aspect of the three-dimensional shape measuring apparatus of the present invention, since the multi-axis moving means is provided, the optical system including the laser light source, the lens and the optical position detecting element is automatically and continuously connected. It becomes possible to measure the object to be measured while moving it at the same time, and at least two or more optical position detecting elements are incident with the primary reflected light,
The excellent effect that the information necessary for the error correction means can be secured is brought about.

【0125】本発明の請求項12に記載の構成とすれ
ば、多軸移動手段により被測定物をメカニカルに走査す
るのと同様のことを行なうことが可能となり、光学系を
移動する多軸移動手段も併せて適用すれば、測定範囲、
測定方向の自由度をさらに拡大することができ、あるい
は、多軸移動手段の軸数を削減することが可能となると
いう優れた効果がもたらされる。
According to the twelfth aspect of the present invention, it becomes possible to perform the same operation as mechanically scanning the object to be measured by the multi-axis moving means, and the multi-axis moving means for moving the optical system. If the means are also applied, the measurement range,
This has the excellent effect that the degree of freedom in the measurement direction can be further expanded or the number of axes of the multi-axis moving means can be reduced.

【0126】本発明の請求項13に記載の構成とすれ
ば、多軸移動手段とともに被測定物移動手段を併用すれ
ば、測定の方向、位置等に関しての自由度を広げること
ができ、また、多軸移動手段の軸数を減らしたとしても
同様の測定を行なうことができるという優れた効果がも
たらされる。
According to the thirteenth aspect of the present invention, if the object moving means is used together with the multi-axis moving means, it is possible to increase the degree of freedom regarding the measuring direction, position, etc. Even if the number of axes of the multi-axis moving means is reduced, the same effect can be obtained that the same measurement can be performed.

【0127】本発明の請求項14に記載の構成とすれ
ば、立ち壁状または急勾配状の段差部を有する形状の被
測定物の段差の高さ方向の距離の測定において、光学系
と前記段差部とが接近する方向に多軸移動手段により光
学系および/または被測定物移動手段により被測定物を
移動させながらレーザ光源の基準点と被測定物との距離
を測定する際に、段差部高算出手段により段差部の高さ
を推定することが可能となるため、推定された段差部の
高さに基づいて多軸移動手段によって光学系を移動すれ
ば、三次元形状測定装置の測定レンジ外になることを防
止することができ、また、例えば、被測定物である歯牙
模型を歯科用石膏を用いて任意の高さにおいて製作した
としても、光学系を自動的に最適な三次元座標位置に移
動調節することができるという優れた効果がもたらされ
る。
According to the fourteenth aspect of the present invention, in the measurement of the distance in the height direction of the step of the object to be measured having the shape of a standing wall or a steep step, the optical system and the When measuring the distance between the reference point of the laser light source and the object to be measured while moving the object to be measured by the optical system and / or the object moving means by the multi-axis moving means in the direction in which the step portion approaches Since it becomes possible to estimate the height of the stepped portion by the section height calculation means, if the optical system is moved by the multi-axis moving means based on the estimated height of the stepped portion, the measurement of the three-dimensional shape measuring device can be performed. It is possible to prevent out-of-range, and even if, for example, the tooth model that is the object to be measured is manufactured at any height using dental plaster, the optical system automatically optimizes the optimum three-dimensional shape. It can be moved and adjusted to the coordinate position. Leads to excellent effect of that.

【0128】本発明の請求項15に記載の構成とすれ
ば、光学系を移動する多軸移動手段等も併せて適用した
場合には、測定範囲、測定方向の自由度をさらに広げる
ことが可能となり、また、多軸移動手段等を適用しなく
ても、多軸移動手段等と同様の被測定物のレーザ光によ
る走査を行なうことが可能になるという優れた効果がも
たらされる。
According to the fifteenth aspect of the present invention, when the multi-axis moving means for moving the optical system is also applied, the degree of freedom of the measuring range and the measuring direction can be further expanded. Further, there is an excellent effect that it becomes possible to scan the object to be measured with the laser beam similarly to the multi-axis moving means or the like without applying the multi-axis moving means or the like.

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

【図1】本発明に係る三次元形状測定装置における光学
系の一構成例を示す断面説明図である。
FIG. 1 is a cross-sectional explanatory view showing a configuration example of an optical system in a three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention.

【図2】2次反射光による誤差発生の様子の一例を示す
断面説明図である。
FIG. 2 is an explanatory cross-sectional view showing an example of how an error occurs due to secondary reflected light.

【図3】凹形状部を有する被測定物の測定の様子を示し
た断面説明図である。
FIG. 3 is an explanatory cross-sectional view showing a state of measurement of an object to be measured having a concave portion.

【図4】2次反射光による誤差発生の様子の他の例を示
す断面説明図である。
FIG. 4 is a cross-sectional explanatory diagram showing another example of how errors are generated by secondary reflected light.

【図5】本発明に係る三次元形状測定装置における信号
処理装置の一実施例の構成を示す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a configuration of an embodiment of a signal processing device in the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention.

【図6】本発明に係る三次元形状測定装置の動作手順の
一例を示すフローチャートである。
FIG. 6 is a flowchart showing an example of an operation procedure of the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention.

【図7】本発明に係る三次元形状測定装置における光学
系の他の構成例を示す断面説明図である。
FIG. 7 is a cross-sectional explanatory view showing another configuration example of the optical system in the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention.

【図8】本発明に係る三次元形状測定装置における光学
系のさらに他の構成例を示す断面説明図である。
FIG. 8 is a cross-sectional explanatory view showing still another configuration example of the optical system in the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention.

【図9】本発明に係る三次元形状測定装置における光学
系のさらに他の構成例を示す断面説明図である。
FIG. 9 is a cross-sectional explanatory view showing still another configuration example of the optical system in the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention.

【図10】本発明に係る三次元形状測定装置の他の実施
例の構成を示す説明図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing the configuration of another embodiment of the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention.

【図11】本発明に係る三次元形状測定装置のさらに他
の実施例の構成を示す説明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing the configuration of still another embodiment of the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention.

【図12】立ち壁状の段差部を有する形状の被測定物の
段差の高さ方向の距離を測定する様子を示した説明図で
ある。
FIG. 12 is an explanatory diagram showing a state in which the distance in the height direction of the step of the object to be measured having a shape having a standing wall-shaped step is measured.

【図13】本発明に係る三次元形状測定装置の動作手順
の一例を示すフローチャートである。
FIG. 13 is a flowchart showing an example of an operation procedure of the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention.

【図14】本発明に係る三次元形状測定装置のさらに他
の実施例の構成を示す説明図である。
FIG. 14 is an explanatory diagram showing the configuration of still another embodiment of the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention.

【図15】歯科用補綴物設計装置の一構成例を示す説明
図である。
FIG. 15 is an explanatory diagram showing a configuration example of a dental prosthesis design device.

【図16】従来の被測定物の三次元形状測定手段の一例
を示す説明図である。
FIG. 16 is an explanatory diagram showing an example of a conventional three-dimensional shape measuring means for an object to be measured.

【図17】従来の被測定物の三次元形状測定手段の他の
例を示す説明図である。
FIG. 17 is an explanatory diagram showing another example of the conventional three-dimensional shape measuring means for the object to be measured.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 レーザ光源 2 レンズ 3 PSD(光位置検出素子) 4 A/D変換器 5 制御・演算器 6 出力手段 21 光学系 22 多軸移動手段 23 位置決め制御手段 24 距離算出手段 25 誤差補正手段 26 三次元形状演算手段 27 出力手段 28 被測定物移動手段 41 照射用可動反射鏡 41b 角度検出用反射鏡 42,43反射光用可動反射鏡 44 角度検出用センサ 45 角度検出用光源 V 信号処理装置 M 被測定物 P 測定点 L レーザ光 Ra〜Rd 1次反射光 Ga〜Gc 虚像点 X 段差部高さ 1 Laser Light Source 2 Lens 3 PSD (Optical Position Detection Element) 4 A / D Converter 5 Control / Calculator 6 Output Means 21 Optical System 22 Multi-axis Moving Means 23 Positioning Control Means 24 Distance Calculating Means 25 Error Correcting Means 26 Three-Dimensional Shape calculation means 27 Output means 28 Object moving means 41 Irradiation movable reflecting mirror 41b Angle detecting reflecting mirror 42, 43 Reflected light movable reflecting mirror 44 Angle detecting sensor 45 Angle detecting light source V Signal processing device M Measured Object P Measuring point L Laser light Ra to Rd Primary reflected light Ga to Gc Virtual image point X Step height

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石 若 卓 夫 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Takuo Ishiwaka 2 Takaracho, Kanagawa-ku, Yokohama, Kanagawa Nissan Motor Co., Ltd.

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 歯科用補綴物を設計および製造する際に
必要な歯牙模型等の被測定物の三次元形状を非接触で測
定するのに使用される三次元形状測定装置であって、被
測定物の測定点にレーザ光を照射するレーザ光源と、前
記測定点からの反射光を集光するレンズと、集光された
反射光を受光してその受光面における受光位置情報を出
力する光位置検出素子を備え、前記光位置検出素子の出
力をもとに被測定物の測定点までの距離を算出し、複数
の測定点の三次元座標から被測定物の三次元形状を特定
する三次元形状測定装置において、レンズと光位置検出
素子との組み合わせを少なくとも2以上備えたことを特
徴とする三次元形状測定装置。
1. A three-dimensional shape measuring apparatus used for non-contact measurement of a three-dimensional shape of an object to be measured such as a tooth model necessary for designing and manufacturing a dental prosthesis. A laser light source that irradiates a measurement point of a measurement object with a laser beam, a lens that condenses reflected light from the measurement point, and light that receives the condensed reflected light and outputs light receiving position information on the light receiving surface. A position detecting element is provided, a distance to a measurement point of the measured object is calculated based on the output of the optical position detection element, and a three-dimensional shape that specifies the three-dimensional shape of the measured object from the three-dimensional coordinates of a plurality of measurement points A three-dimensional shape measuring apparatus, characterized in that the original shape measuring apparatus is provided with at least two or more combinations of lenses and optical position detecting elements.
【請求項2】 請求項1に記載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測定する際に、各々の光
位置検出素子の信号を基にレーザ光源における基準位置
から被測定物の測定点までの距離を算出し、算出された
レーザ光源の基準位置から被測定物の測定点までの算出
距離に含まれる誤差を補正して新たな距離とし、複数の
測定点について新たな距離を求めて被測定物の三次元形
状を特定することを特徴とする三次元形状測定方法。
2. When measuring the three-dimensional shape of an object to be measured using the three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 1, the object is measured from the reference position in the laser light source based on the signal of each optical position detecting element. Calculates the distance to the measurement point of the measured object, corrects the error included in the calculated distance from the calculated reference position of the laser light source to the measured point of the DUT, and creates a new distance. A three-dimensional shape measuring method, characterized in that a three-dimensional shape of an object to be measured is specified by obtaining a specific distance.
【請求項3】 各々の光位置検出素子の信号を基にレー
ザ光源における基準位置から被測定物の測定点までの距
離を算出し、算出された複数の算出距離のうち適宜選択
した2つの算出距離の間の差を算出し、この算出された
差と算出距離に含まれる誤差分との間を相関付ける関数
により算出距離に含まれる誤差分を推定し、算出距離か
ら推定された誤差分を除去して新たな距離とすること特
徴とする請求項2に記載の三次元形状測定方法。
3. The distance from the reference position in the laser light source to the measurement point of the object to be measured is calculated based on the signal of each optical position detection element, and two calculations are appropriately selected from the calculated plurality of calculated distances. The difference between the distances is calculated, the error included in the calculated distance is estimated by a function that correlates the calculated difference and the error included in the calculated distance, and the error estimated from the calculated distance is calculated. The three-dimensional shape measuring method according to claim 2, wherein the three-dimensional shape measuring method removes a new distance.
【請求項4】 各々の光位置検出素子の信号を基にレー
ザ光源における基準位置から被測定物の測定点までの距
離を算出し、算出された複数の算出距離のうち適宜選択
した2つの算出距離にそれぞれ適当な重み付けをして両
者の平均値を新たな距離とすること特徴とする請求項2
に記載の三次元形状測定方法。
4. The distance from the reference position in the laser light source to the measurement point of the object to be measured is calculated based on the signal of each optical position detection element, and two calculations are appropriately selected from the calculated plurality of calculated distances. The distance is appropriately weighted and the average value of the two is set as a new distance.
The three-dimensional shape measuring method described in.
【請求項5】 請求項3に記載の三次元形状測定方法と
請求項4に記載の三次元形状測定方法とを1次反射光が
入射した光位置検出素子の位置関係に応じて適宜選択し
て被測定物の三次元形状を特定することを特徴とする請
求項2に記載の三次元形状測定方法。
5. The three-dimensional shape measuring method according to claim 3 and the three-dimensional shape measuring method according to claim 4 are appropriately selected according to the positional relationship of the optical position detection element on which the primary reflected light is incident. The three-dimensional shape measuring method according to claim 2, wherein the three-dimensional shape of the object to be measured is specified.
【請求項6】 複数のレンズと光位置検出素子との組み
合わせのうち、少なくとも2以上の組み合わせがレーザ
光を照射した測定点からの1次反射光が直接入射するよ
うに配置され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。
6. A combination of at least two or more of a plurality of lenses and an optical position detection element is arranged so that primary reflected light from a measurement point irradiated with laser light is directly incident. The three-dimensional shape measuring device according to claim 1, which is characterized in that.
【請求項7】 各々の光位置検出素子の信号を基にレー
ザ光源における基準位置から被測定物の測定点までの距
離を算出する距離算出手段と、距離算出手段より算出さ
れたレーザ光源における基準位置から被測定物の測定点
までの算出距離に含まれる誤差を補正して新たな距離と
する誤差補正手段を備えたことを特徴とする請求項1ま
たは6に記載の三次元形状測定装置。
7. A distance calculation means for calculating a distance from a reference position in the laser light source to a measurement point of the object to be measured based on a signal of each optical position detection element, and a reference in the laser light source calculated by the distance calculation means. The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 1 or 6, further comprising an error correcting unit that corrects an error included in a calculated distance from the position to the measurement point of the object to be measured to obtain a new distance.
【請求項8】 誤差補正手段が、距離算出手段により算
出された複数の算出距離のうち適宜選択された2つの算
出距離の間の差を算出し、この算出された差と算出距離
に含まれる誤差分との間を相関付ける関数により算出距
離に含まれる誤差分を推定し、算出距離から推定された
誤差分を除去して新たな距離とすることを特徴とする請
求項7に記載の三次元形状測定装置。
8. The error correction means calculates a difference between two calculated distances appropriately selected from the plurality of calculated distances calculated by the distance calculation means, and the difference is included in the calculated difference and the calculated distance. The third-order according to claim 7, wherein an error included in the calculated distance is estimated by a function that correlates with the error, and the estimated error is removed from the calculated distance to obtain a new distance. Original shape measuring device.
【請求項9】 誤差補正手段が、距離算出手段により算
出された複数の算出距離のうち適宜選択された2つの算
出距離にそれぞれ適当な重み付けをして両者の平均値を
新たな距離とすることを特徴とする請求項7に記載の三
次元形状測定装置。
9. The error correction means appropriately weights two calculated distances selected appropriately from the plurality of calculated distances calculated by the distance calculation means, and sets the average value of the two as a new distance. The three-dimensional shape measuring device according to claim 7.
【請求項10】 請求項8に記載の誤差補正手段および
請求項9に記載の誤差補正手段とを備え、1次反射光が
入射した光位置検出素子の位置関係に応じて前記2つの
誤差補正手段を適宜選択する誤差補正選択手段を備えた
ことを特徴とする請求項7に記載の三次元形状測定装
置。
10. The error correction means according to claim 8 and the error correction means according to claim 9, wherein the two error corrections are made in accordance with a positional relationship of the optical position detection element on which the primary reflected light is incident. The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 7, further comprising an error correction selecting unit that appropriately selects a unit.
【請求項11】 レーザ光源、レンズおよび光位置検出
素子からなる光学系を任意の三次元座標位置に移動する
多軸移動手段および多軸移動手段の位置決めを行なう位
置決め制御手段を備えたことを特徴とする請求項1,6
〜10のいずれかに記載の三次元形状測定装置。
11. A multi-axis moving means for moving an optical system including a laser light source, a lens and an optical position detecting element to an arbitrary three-dimensional coordinate position, and a positioning control means for positioning the multi-axis moving means. Claims 1 and 6
The three-dimensional shape measuring device as described in any one of 10 to 10.
【請求項12】 多軸移動手段によりレーザ光源、レン
ズおよび光位置検出素子からなる光学系を移動させなが
ら測定した被測定物の複数の測定点とこの複数の測定点
の各々に対応する前記光学系の三次元座標位置とから、
各々の測定点の三次元座標位置を算出し、この算出され
た複数の測定点の三次元座標データ群から被測定物の三
次元形状を算出する三次元形状演算手段を備えたことを
特徴とする請求項11に記載の三次元形状測定装置。
12. A plurality of measurement points of an object measured while moving an optical system including a laser light source, a lens and an optical position detecting element by a multi-axis moving means, and the optical corresponding to each of the plurality of measurement points. From the three-dimensional coordinate position of the system,
Characterized in that it comprises a three-dimensional shape calculation means for calculating the three-dimensional coordinate position of each measurement point and calculating the three-dimensional shape of the measured object from the calculated three-dimensional coordinate data group of the plurality of measurement points. The three-dimensional shape measuring device according to claim 11.
【請求項13】 被測定物を任意の三次元座標位置に移
動する被測定物移動手段を備えたことを特徴とする請求
項11または12に記載の三次元形状測定装置。
13. The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 11, further comprising an object moving means for moving the object to be measured to an arbitrary three-dimensional coordinate position.
【請求項14】 立ち壁状または急勾配状の段差部を有
する形状の被測定物の段差の高さ方向の距離の測定にお
いて、レーザ光源、レンズおよび光位置検出素子からな
る光学系と前記段差部とが接近する方向に多軸移動手段
により前記光学系および/または被測定物移動手段によ
り被測定物を移動させながらレーザ光源の基準点と被測
定物との距離を測定する際に、 段差部によって各々の光位置検出素子への1次反射光の
入射が遮蔽されるときの光学系の各々の位置を検出し且
つこの情報を基に段差部の高さを算出する段差部高さ算
出手段を備えたことを特徴とする請求項11ないし13
のいずれかに記載の三次元形状測定装置。
14. An optical system including a laser light source, a lens, and an optical position detecting element, and the step when measuring a distance in a height direction of a step of an object to be measured having a shape of a standing wall or a steep step. When measuring the distance between the reference point of the laser light source and the object to be measured while the object to be measured is moved by the optical system and / or the object to be measured moving means by the multi-axis moving means in the direction in which the parts approach each other, a step The height of the stepped portion is calculated by detecting the position of each optical system when the primary reflected light is blocked from entering the respective optical position detection elements by the section and calculating the height of the stepped portion based on this information. Means for providing the means are provided.
The three-dimensional shape measuring device according to any one of 1.
【請求項15】 レーザ光源から照射されるレーザ光の
方向を可変とする照射用可動反射鏡および/または被測
定物からの反射光の方向を可変とする反射光用可動反射
鏡を備えたことを特徴とする請求項1,6〜14のいず
れかに記載の三次元形状測定装置。
15. A movable reflecting mirror for irradiation that changes the direction of laser light emitted from a laser light source and / or a movable reflecting mirror for reflected light that changes the direction of reflected light from an object to be measured. 15. The three-dimensional shape measuring device according to claim 1, wherein
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