(57)【要約】【課題】  特別な測定環境を必要とせず、作業能率が向上され、コストが安価な３次元形状測定装置および方法を提供する。【解決手段】  光走査部３０は、レーザー光を発生する光源３００２と、光源３００２から入射されるレーザー光を走査光として導きその端面３００４から照射する光ファイバ３００６と、コリメータレンズ３００８と、コリメータレンズ３００８の前方箇所に配設されたシリンドリカルレンズ３０１０と、端面３００４から離れた光ファイバ３００６箇所を支持する支持手段３０１２と、光ファイバ３００６の端面３００４寄りの箇所に取着された磁石３０１４と、磁石３０１４に臨ませて配設された電磁石３０１６と、電磁石３０１６に電流を供給するドライブ回路３０１８（電流供給手段）を備えて構成されている。【選択図】        図１
2005127880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を測定対象物に向けて走査する光走査部と、
前記光が走査された測定対象物から反射された反射光に基づいて前記測定対象物の３次元形状を解析する３次元形状解析部とを備えた３次元形状測定装置において、
前記光走査部は、
前記光を導きその端面から照射する光ファイバと、
前記端面から離れた前記光ファイバ箇所を支持する支持手段と、
前記端面が前記走査方向に往復移動するように前記支持手段により支持された箇所を中心として前記光ファイバの端面寄りの箇所を往復揺動させる駆動手段と、
を備えて構成されていることを特徴とする３次元形状測定装置。
【請求項２】
前記光ファイバの端面から照射される前記光を、前記走査方向に沿った幅と前記走査方向と直交する方向に沿った長さとを有した帯状の走査光とする光学手段が設けられていることを特徴とする請求項１記載の３次元形状測定装置。
【請求項３】
前記光学手段は前記光ファイバの端面寄りに配設されたコリメータレンズと、前記コリメータレンズの前方箇所に配設されたシリンドリカルレンズとで構成されていることを特徴とする請求項２記載の３次元形状測定装置。
【請求項４】
前記光学手段は前記光ファイバの端面箇所を加工することにより構成されていることを特徴する請求項２記載の３次元形状測定装置。
【請求項５】
前記駆動手段は、前記光ファイバの前記端面寄りの箇所に取着された磁性体と、前記磁性体に臨ませて配設された電磁石と、前記磁性体に発生する磁界によって前記磁性体が前記走査方向に往復移動するような電流を前記電磁石に供給する電流供給手段とで構成されていることを特徴とする請求項１記載の３次元形状測定装置。
【請求項６】
前記磁性体は前記電磁石に臨む箇所に磁極が設けられた磁石であることを特徴とする請求項５記載の３次元形状測定装置。
【請求項７】
前記３次元形状解析部は、前記測定対象物から反射された反射光に基づいて前記測定対象物を撮像する撮像装置と、情報処理装置とを有し、
前記３次元形状解析部による前記測定対象物の３次元形状の解析は、前記情報処理装置が前記撮像装置から入力される撮像信号に基づいて３次元形状解析処理を行うことによって行なわれることを特徴とする請求項１乃至６に何れか１項記載の３次元形状測定装置。
【請求項８】
光が走査された測定対象物から反射された反射光に基づいて前記測定対象物の３次元形状を解析する３次元形状測定方法において、
光ファイバによって前記光を導きその端面から照射させるとともに、
前記端面からの光の照射方向とは前記端面の反対側に位置する箇所を中心として前記光ファイバの端面寄りの箇所を往復揺動させるようにした、
ことを特徴とする３次元形状測定方法。
【請求項９】
前記光ファイバの端面から照射される前記光を、前記走査方向に沿った幅と前記走査方向と直交する方向に沿った長さとを有した帯状の走査光とする光学手段を設けたこととを特徴とする請求項８記載の３次元形状測定方法。
【請求項１０】
前記光学手段は前記光ファイバの端面寄りに配設されたコリメータレンズと、前記コリメータレンズの前方箇所に配設されたシリンドリカルレンズとで構成されていることを特徴とする請求項９記載の３次元形状測定方法。
【請求項１１】
前記光学手段は前記光ファイバの端面箇所を加工することにより構成されていることを特徴する請求項９記載の３次元形状測定方法。
【請求項１２】
前記端面から離れた前記光ファイバ箇所が支持手段により支持され、前記光ファイバの端面寄りの箇所の往復揺動は駆動手段により行なわれ、前記駆動手段は、前記光ファイバの前記端面寄りの箇所に取着された磁性体と、前記磁性体に臨ませて配設された電磁石と、前記磁性体に発生する磁界によって前記磁性体が前記走査方向に往復移動するような電流を前記電磁石に供給する電流供給手段とで構成されていることを特徴とする請求項８記載の３次元形状測定方法。
【請求項１３】
前記磁性体は前記電磁石に臨む箇所に磁極が設けられた磁石であることを特徴とする請求項１２記載の３次元形状測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は走査光を測定対象物に照射し、該測定対象物から反射された反射光に基づいて前記測定対象物の３次元形状を測定する３次元形状測定装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、測定対象物の３次元形状を被接触で測定する３次元形状測定装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
図５は、このような従来の３次元形状測定装置の原理を説明する原理図であり、レーザ光源１０から出射されたレーザ光１２を、回転されるポリゴンミラー１４または揺動されるガルバノミラーで反射して走査光１６を生成し、この走査光１６を測定対象物１８に照射して、該測定対象物１８から反射された反射光２０をＣＣＤカメラ２２などの撮像装置で撮像しＣＣＤカメラ２２から出力される撮像信号２４をコンピュータなどの情報処理装置で処理することにより前記測定対象物１８の３次元形状を示すデータを得るように構成されている。
【特許文献１】特開平７−１２０２２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述したレーザ光から走査光を生成する従来の３次元形状測定装置では、光源から出射されるレーザ光の光量を安全のため、ある程度に抑えておく必要があり、このため走査光の光量を十分に確保することが難しい。このため、ＣＣＤカメラ２２が測定対象物からの反射光に基づいて撮像するためには、測定物や受光光学系を含む測定装置がおかれる測定環境を暗くした状態で測定を行う必要がある。
また、ポリゴンミラーやガルバノミラーと、これらを回転あるいは揺動させるための駆動制御装置は高価なものになりがちである。
このため、従来は、特別な測定環境が必要で測定作業の効率もよいとはいえず、また、コストがかかるという問題がある。
本発明は前記事情に鑑み案出されたものであって、本発明の目的は、特別な測定環境を必要とせず、作業能率が向上され、コストが安価な３次元形状測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記目的を達成するため本発明の３次元形状測定装置は、光を測定対象物に向けて走査する光走査部と、前記光が走査された測定対象物から反射された反射光に基づいて前記測定対象物の３次元形状を解析する３次元形状解析部とを備えた３次元形状測定装置において、前記光走査部は、前記光を導きその端面から照射する光ファイバと、前記端面から離れた前記光ファイバ箇所を支持する支持手段と、前記端面が前記走査方向に往復移動するように前記支持手段により支持された箇所を中心として前記光ファイバの端面寄りの箇所を往復揺動させる駆動手段とを備えて構成されていることを特徴とする。
そのため、本発明装置によれば、前記光ファイバの端面が前記支持手段により支持された箇所を中心として前記駆動手段によって往復移動されることにより、光ファイバの端面から出射された光が走査される。
【０００５】
また、本発明の３次元形状測定方法は、光が走査された測定対象物から反射された反射光に基づいて前記測定対象物の３次元形状を解析する３次元形状測定方法において、光ファイバによって前記光を導きその端面から照射させるとともに、前記端面からの光の照射方向とは前記端面の反対側に位置する箇所を中心として前記光ファイバの端面寄りの箇所を往復揺動させるようにしたことを特徴とする。
そのため、本発明方法によれば、前記光ファイバの端面が前記端面からの光の照射方向とは前記端面の反対側に位置する箇所を中心として前記駆動手段によって往復移動されることにより、光ファイバの端面から出射された光が走査される。
【発明の効果】
【０００６】
そのため、本発明装置および方法によれば、光源から出射される光は光ファイバ内を導かれるので、安全のために光源から出射される光の光量を抑える必要がなく、走査光の光量を十分に確保することができる。これにより、測定対象物や撮像装置を含む測定装置がおかれる測定環境が明るくても測定が可能で、作業能率が向上されるという効果を奏することができる。
また、光走査部が光ファイバを往復移動させる構造であるため、従来のポリゴンミラーやガルバノミラーを駆動する場合よりもコストが安価で済むという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
特別な測定環境を必要とせず、作業能率が向上され、コストが安価な３次元形状測定装置を提供するという目的を、光ファイバの端面から光を照射させるとともに、光ファイバの端面が往復移動するように光ファイバの端面寄りの箇所を往復揺動させる構成によって実現した。
【実施例１】
【０００８】
次に本発明の実施例１について図面を参照して説明する。
以下、本発明の３次元形状測定方法を、本発明の３次元形状測定装置とともにその実施例について説明する。
図１は本発明の３次元形状測定装置の実施例１における構成を示すブロック図、図２は光走査部の一部を拡大した平面図、図３は走査光の形状を示す図である。
なお、以下従来技術を示した図５と同一箇所には同一符号を付しその説明を省略する。
【０００９】
図１に示すように、３次元形状測定装置１００は、ＣＣＤカメラ２２、光走査部３０、コンピュータ４０などを備えて構成されている。
前記光走査部３０は走査光１６Ａを生成して測定対象物１８に照射するものである。
前記コンピュータ４０（情報処理装置）は、ＣＣＤカメラ２２（撮像装置）から出力される撮像信号２４に基づいて測定対象物１８の３次元形状を示すデータを得るように構成されている。このコンピュータ４０は、ＣＣＤカメラ２２と共に特許請求の範囲の３次元形状解析部を構成している。
【００１０】
図１、図２に示すように、前記光走査部３０は、光を発生するレーザーダイオードを有する光源３００２と、前記光源３００２から入射される光を導きその端面３００４から照射する光ファイバ３００６と、前記端面３００４寄りに配設されたコリメータレンズ３００８と、前記コリメータレンズ３００８の前方箇所に配設されたシリンドリカルレンズ３０１０と、前記光ファイバ３００６の前記端面３００４から離れた箇所を支持する支持手段３０１２と、前記光ファイバ３００６の前記端面３００４寄りの光ファイバ３００６箇所に取着された磁石３０１４（磁性体）と、前記磁石３０１４に臨ませて配設された電磁石３０１６と、前記電磁石３０１６に電流を供給するドライブ回路３０１８（電流供給手段）を備えて構成されている。
【００１１】
前記光ファイバ３００６は、前記支持手段３０１２によって支持されることにより、前記光ファイバ３００６の端面３００４が往復移動できるようになっている。
図２に示すように、前記コリメータレンズ３００８とシリンドリカルレンズ３０１０は、前記光ファイバ３００６の端面３００４から照射される前記光を、Ｙ方向に長さを有し、Ｙ方向と直交する方向に幅を有した帯状の走査光１６Ａにするためのものである。本実施例ではこれらレンズ３００８、３０１０により特許請求の範囲の光学手段を構成している。
図２に示すように、前記磁石３０１４は、前記光ファイバ３００６の径方向の外側の一方にＮ極およびＳ極の一方の磁極３０１４Ａが、他方にＮ極およびＳ極の他方の磁極３０１４Ｂが位置するように設けられている。
前記電磁石３０１６は、前記磁石３０１４の各磁極３０１４Ａ、３０１４Ｂを光ファイバ３００６の径方向の外側から挟む２箇所において、それぞれの磁極３０１６Ａ、３０１６Ｂが前記各磁極３０１４Ａ、３０１４Ｂに臨んだ状態で配設されている。
前記ドライブ回路３０１８は、前記電磁石３０１６の磁極３０１６Ａ、３０１６Ｂの間に発生する磁界の向きを交互に反転させるような電流を電磁石３０１６に供給するように構成されている。
これにより、磁石３０１４の磁極３０１４Ａが電磁石３０１６の磁極３０１６Ａに吸引されると共に磁石３０１４の磁極３０１４Ｂが電磁石３０１６の磁極３０１６Ｂから反発される状態と、磁石３０１４の磁極３０１４Ａが電磁石３０１６の磁極３０１６Ａに反発されると共に磁石３０１４Ｂが電磁石３０１６の磁極３０１６Ｂに吸引される状態とが交互に繰り返される。
換言すれば、前記ドライブ回路３０１８は、前記電磁石３０１６の磁極３０１６Ａ、３０１６Ｂに発生する磁界によって前記磁石３０１４が前記光ファイバ３００６の延在方向と直交する方向に往復移動するような電流を前記電磁石３０１６に供給するように構成されている。
これにより、前記光ファイバ３００６は、前記支持手段３０１２により支持された箇所を中心として前記端面３００４寄りの箇所が往復揺動（往復移動）される。また、前記磁石３０１４と電磁石３０１６は、前記光ファイバ３００６の往復揺動する方向（Ｘ方向）が前記Ｙ方向と直交する方向となるように構成されている。
本実施例では、前記磁石３０１４と電磁石３０１６によって特許請求の範囲の駆動手段が構成され、前記端面３００４からの光の照射方向とは前記端面３００４の反対側に位置する箇所（本実施例では支持手段３０１２により支持された箇所）を中心として前記光ファイバ３００６の端面３００４寄りの箇所が往復揺動される。
【００１２】
次に、上述のように構成された光走査部３０によって生成される走査光１６Ａについて説明する。
図３は、前記走査光１６Ａを出射方向と同じ方向から見た状態が示されている。
前記シリンドリカルレンズ３０１０を通過することによってＹ方向に長さＷを有し、Ｙ方向と直交する方向に幅Ｄを有する走査光１６Ａが出射され、この状態で前記光ファイバ３００６がＸ方向に往復揺動することにより前記走査光１６ＡがＸ方向に往復移動して走査される。
【００１３】
次に上述のように構成された３次元形状測定装置１００の動作について説明する。
前記光源３００２から出射された光は、前記光ファイバ３００６によって導かれ、前記端面３００４からコリメータレンズ３００８、シリンドリカルレンズ３０１０を通過して走査光１６Ａとして出射される。
前記ドライブ回路３０１８が前記電磁石３０１６に前記電流を供給することで前記光ファイバ３００６がＸ方向に往復揺動されることにより、前記走査光１６ＡがＸ方向に往復移動して前記測定対象物１８を走査する。
測定対象物１８から反射された反射光２０ＡがＣＣＤカメラ２２によって捉えられ撮像信号２４がコンピュータ４０に入力される。
コンピュータ４０は、入力された撮像信号２４に基づいて３次元形状解析処理を行い、測定対象物１８の３次元形状を示すデータを得る。
なお、上記３次元形状解析処理は従来行なわれていた周知の処理でよいため、その詳細な説明は割愛する。
【００１４】
以上説明した３次元形状測定装置１００によれば、前記光ファイバ３００６がＸ方向に往復移動されることによって走査光１６Ａが測定対象物１８に走査される。
したがって、従来の３次元形状測定装置と違って、光源から出射される光は光ファイバ３００６内を導かれるので、安全のために光源から出射される光の光量を抑える必要がなく、走査光の光量を十分に確保することができる。これにより、測定対象物や撮像装置を含む測定装置がおかれる測定環境が明るくても測定が可能で、作業能率が向上されるという効果を奏することができる。
また、前記光走査部３０が光ファイバ３００６を往復移動させる構造であるため、従来のポリゴンミラーやガルバノミラーを駆動する場合よりもコストが安価で済むという効果がある。
【実施例２】
【００１５】
図４は、実施例２の３次元形状測定装置の光走査部の一部を拡大した平面図である。図４において、実施例１を示す図２と同様の部分には同一の符号を付して説明する。
図４に示すように、実施例２が実施例２と異なる点は、長さと幅を有した走査光を生成するためにコリメータレンズ３００８とシリンドリカルレンズ３０１０を配設する代わりに、これらと同様の機能を有する先端部分３０２０を光ファイバ３００６の端面３００４箇所に加工して設けた点だけが異なっている。
すなわち、前記先端部分３０２０は、前記光ファイバ３００６内を導かれる走査光を、図中Ｙ方向に長さを有し、Ｙ方向と直交する方向に幅を有した帯状の走査光１６Ａとして前記測定対象物に照射するためのものであり、本実施例では、前記先端部分３０２０が特許請求の範囲の光学手段を構成している。
これにより、この実施例２の光走査部３０Ａにおいても、実施例１と同様に、前記ドライブ回路３０１８が前記電磁石３０１６に前記電流を供給することにより、前記で前記光ファイバ３００６がＸ方向に往復揺動され前記走査光１６ＡがＸ方向に往復移動して走査され、その結果、前記走査光１６ＡがＸ方向に移動しつつ測定対象物１８に照射される。
したがって、実施例２においても実施例１と同様の効果を得ることができる。
【００１６】
なお、本実施例では、前記磁石３０１４と電磁石３０１６によって前記光ファイバ３００６の端面３００４寄りの箇所を往復揺動させる駆動手段を構成したが、前記光ファイバ３００６の端面３００４を往復揺動させる駆動手段の構成は、例えば、リンク機構やカム機構、クランク機構を用いて機械的に構成されるものなど従来の様々な構造を採用でき、その構造如何によっては支持手段３０１２を省略可能である。
また、支持手段３０１２と電磁石３０１６との間や、電磁石３０１６と端面３００４との間に、前記光ファイバ３００６の端面３００４の往復揺動を円滑に行なわせるためのガイドを設けるなど任意である。
また、本実施例では、前記磁石３０１４と電磁石３０１６によって前記光ファイバ３００６の端面３００４寄りの箇所を往復揺動させる駆動手段を構成したが、磁石３０１４の代わりに磁性体を用いてもよい。この場合には、前記電磁石３０１６の磁極３０１６Ａのみに磁界を生じさせて前記磁性体を磁極３０１６Ａに吸引させる状態と、前記電磁石３０１６の磁極３０１６Ｂのみに磁界を生じさせて前記磁性体を磁極３０１６Ｂに吸引させる状態とを交互に繰り返すような電流を前記ドライブ回路３０１８から電磁石３０１６に供給することによって前記磁性体を往復移動させればよい。
また、前記光源３００２はレーザダイオードから光を出射するものに限定されるものではなく通常のランプから光を出射するものであってもかまわない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の３次元形状測定装置の実施例１における構成を示すブロック図である。
【図２】光走査部の一部を拡大した平面図である。
【図３】走査光の形状を示す図である。
【図４】実施例２の３次元形状測定装置の光走査部の一部を拡大した平面図である。
【図５】従来の３次元形状測定装置の原理を説明する原理図である。
【符号の説明】
【００１８】
１００……３次元形状測定装置、１０……光源、２２……ＣＣＤカメラ（撮像装置）、３０、３０Ａ……光走査部、３００６……光ファイバ、３００８……コリメータレンズ、３０１０……シリンドリカルレンズ、３０１２……支持手段、３０１４……磁石、３０１６……電磁石、３０２０……先端部分、１６Ａ……走査光。
【図１】
2005127880.tif 000003
【図２】
2005127880.tif 000004
【図３】
2005127880.tif 000005
【図４】
2005127880.tif 000006
【図５】
2005127880.tif 000007