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JP5293686B2 - 3D shape measuring device - Google Patents

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JP5293686B2
JP5293686B2 JP2010137257A JP2010137257A JP5293686B2 JP 5293686 B2 JP5293686 B2 JP 5293686B2 JP 2010137257 A JP2010137257 A JP 2010137257A JP 2010137257 A JP2010137257 A JP 2010137257A JP 5293686 B2 JP5293686 B2 JP 5293686B2
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To precisely obtain a rotation angle of a mirror even if long time has passed since the starting of use, and to keep fixed measuring accuracy, in a three-dimensional shape measuring device scanning a laser beam by using an MEMS mirror. <P>SOLUTION: A first mirror 14 is provided, in which a mirror 14a rotatably supported and a driving circuit rotating the mirror 14a according to a supplied electric signal to displace that are integrally formed. The mirror 14a has a first reflecting surface and a second reflecting surface capable of respectively reflecting a laser beam. The laser beam for measuring a distance between the measuring device and a measuring object OB is irradiated on the first reflecting surface. The laser beam for detecting the rotation angle of the mirror 14a is irradiated on the second reflecting surface. A light receiving sensor 26 receiving reflecting light from the second reflecting surface is provided. A mirror angle detection circuit 42 calculating the rotation angle of the mirror 14a from a light receiving position of the reflecting light in the light receiving sensor 26 is provided. <P>COPYRIGHT: (C)2012,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、測定対象物にレーザ光を走査しながら照射し、その反射光である散乱光を受光器で受光して、レーザ光の照射位置又は照射方向と、反射光の受光位置との関係から、3角測量法の原理により、測定対象物の3次元形状を測定する3次元形状測定装置に関する。   The present invention irradiates an object to be measured while scanning with laser light, receives scattered light, which is reflected light, by a light receiver, and relationship between the irradiation position or irradiation direction of the laser light and the light receiving position of the reflected light. The present invention relates to a three-dimensional shape measuring apparatus that measures a three-dimensional shape of a measurement object according to the principle of a triangulation method.

従来から、例えば下記特許文献1に示されているように、測定対象物にレーザ光を走査しながら照射し、照射したレーザ光の照射位置又は照射方向と、測定対象物からの反射光(散乱光)の受光位置との関係から、3角測量法の原理により、測定対象物の3次元形状を測定する3次元形状測定装置は知られている。特許文献1で示される3次元形状測定装置においては、3次元形状測定装置を小型化するとともに、消費電力を抑制するため、微小電気機械システムミラー(Micro Electro Mechanical Systems Mirror、以下、この微小電気機械システムミラーをMEMSミラーという。)を用いてレーザ光を走査している。   Conventionally, for example, as shown in Patent Document 1 below, a measurement object is irradiated while scanning with laser light, the irradiation position or irradiation direction of the irradiated laser light, and reflected light (scattering) from the measurement object A three-dimensional shape measuring apparatus that measures the three-dimensional shape of a measurement object based on the principle of the triangulation method is known from the relationship with the light receiving position. In the three-dimensional shape measuring apparatus disclosed in Patent Document 1, in order to reduce the size of the three-dimensional shape measuring apparatus and reduce power consumption, a micro electro mechanical system mirror (hereinafter referred to as a micro electro mechanical system mirror) is used. The system mirror is called a MEMS mirror.)

特開2008−286744号公報JP 2008-286744 A

MEMSミラーでレーザ光を走査して3次元形状測定する場合は、測定対象物からの反射光の受光位置データを取得するタイミングと略同じタイミングでMEMSミラーの回転角度データを取得し、これらのデータを用いて3次元座標データを計算している。MEMSミラーの回転角度は、MEMSミラーに供給する電気信号の強度(例えば、電圧、電流などの大きさ)で決まる。そこで、予めMEMSミラーに供給する電気信号の強度とミラーの回転角度との関係を調べておいて、目的の回転角度に対応した強度の電気信号を供給すれば、3次元座標データの計算に必要なMEMSミラーの回転角度データを取得することができるとも考えられる。しかし、MEMSミラーは、使用開始から長期間が経過すると、供給する電気信号の強度とミラーの回転角度との関係が変化するため、設定した強度の電気信号の供給では、精度のよいミラーの回転角度を取得することができず、3次元形状測定の精度を保つことができない。   When scanning a laser beam with a MEMS mirror to measure a three-dimensional shape, the rotational angle data of the MEMS mirror is acquired at substantially the same timing as the timing of acquiring the light receiving position data of the reflected light from the measurement object. Is used to calculate the three-dimensional coordinate data. The rotation angle of the MEMS mirror is determined by the intensity (for example, the magnitude of voltage, current, etc.) of the electric signal supplied to the MEMS mirror. Therefore, if the relationship between the intensity of the electrical signal supplied to the MEMS mirror and the rotation angle of the mirror is examined in advance and an electrical signal having an intensity corresponding to the target rotation angle is supplied, it is necessary to calculate the three-dimensional coordinate data. It is considered that rotation angle data of a simple MEMS mirror can be acquired. However, the MEMS mirror changes the relationship between the intensity of the electric signal to be supplied and the rotation angle of the mirror after a long period of time has elapsed since the start of use. The angle cannot be acquired, and the accuracy of the three-dimensional shape measurement cannot be maintained.

本発明は上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、MEMSミラーを用いてレーザ光を走査する3次元形状測定装置において、使用開始から長期間が経過してもミラーの回転角度を精度よく制御でき、3次元形状測定の精度を保つことができるようにすることにある。なお、下記本発明の各構成要件の記載においては、本発明の理解を容易にするために、後述する実施形態の対応箇所の符号を括弧内に記載しているが、本発明の各構成要件は、実施形態の符号によって示された対応箇所の構成に限定解釈されるべきものではない。   The present invention has been made to cope with the above-described problem, and an object of the present invention is to provide a rotation angle of a mirror in a three-dimensional shape measuring apparatus that scans laser light using a MEMS mirror even if a long period of time has passed since the start of use. It is possible to accurately control the three-dimensional shape measurement. In the description of each constituent element of the present invention below, in order to facilitate understanding of the present invention, reference numerals of corresponding portions of the embodiments described later are shown in parentheses, but each constituent element of the present invention is described. Should not be construed as being limited to the configurations of the corresponding portions indicated by the reference numerals of the embodiments.

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、測定対象物(OB)に向けてレーザ光を出射するレーザ光源(10)と、レーザ光源から出射されたレーザ光の出射方向を変更して前記測定対象物の表面をレーザ光に走査させるレーザ光出射方向変更手段(14)と、レーザ光出射方向変更手段によるレーザ光の測定対象物への出射方向を検出する出射方向検出手段(22、24、26)と、測定対象物の表面にて反射する散乱光を受光する第1受光センサ(20)と、第1受光センサにおける前記散乱光の受光位置を検出する第1受光位置検出手段(50)と、出射方向検出手段によって検出された前記レーザ光の出射方向及び第1受光センサによって検出された前記散乱光の受光位置を用いて、3角測量の原理に基づいて測定対象物の表面の形状を表す3次元座標データを算出する座標データ算出手段(52)とを備えた3次元形状測定装置において、レーザ光出射方向変更手段は、レーザ光源から出射されたレーザ光の光軸に垂直な回転軸回りに回転可能に支持されて前記レーザ光を反射する第1反射面及び前記レーザ光とは異なる光ビームを反射する第2反射面を有するミラー部(14a)と、供給される電気信号に応じてミラー部を前記回転軸周りに回転させて変位させる駆動装置(14b)とが一体的に形成されたミラー(14)を備え、出射方向検出手段は、ミラーの第2反射面に向けて前記光ビームを出射する光ビーム出射手段(22)と、第2反射面からの前記光ビームの反射光を受光する第2受光センサ(26A)であって、それぞれ受光した光の光量に応じた強度の受光信号を出力する複数の受光素子(26A1、26A2、・・・、26A9)を一列に配置して形成され、第2反射面からの反射光を複数の受光素子のうちのいずれか1つの受光素子によって受光する第2受光センサと、第2受光センサにおける前記反射光の受光位置に基づいて、前記ミラー部の回転角度を検出するミラー回転角度検出手段(42Aであって、複数の受光素子にそれぞれ対応して設けられ、前記複数の受光素子から出力される受光信号をそれぞれ増幅して互いに異なる大きさの信号レベルに変換する複数の増幅器(42c1、42c2、・・・、42c9)と、複数の増幅器によって変換された受光信号を加算した加算信号を出力する加算器(42d)と、一定の時間間隔で前記加算信号の値を受光データとして記憶する記憶手段(42f1)に記憶させておき、記憶手段に記憶した受光データの値から第2反射面からの反射光を受光した受光素子を特定するとともに、前記受光素子の特定に用いた受光データと同じ値の受光データであって、前記受光素子の特定に用いた受光データを記憶する前後において連続して記憶した受光データのデータ数を用いて第2受光センサにおける第2反射面からの反射光の受光位置を算出して、前記算出した受光位置に基づいてミラー部の回転角度を算出する角度算出手段(42f)と、を有するミラー回転角度検出手段と、を備えたことにある。
In order to achieve the above object, the present invention is characterized in that the laser light source (10) that emits laser light toward the measurement object (OB) and the emission direction of the laser light emitted from the laser light source are changed. Laser light emission direction changing means (14) for scanning the surface of the measurement object with laser light, and emission direction detection means (22, 22) for detecting the emission direction of the laser light to the measurement object by the laser light emission direction changing means. 24, 26), a first light receiving sensor (20) for receiving the scattered light reflected by the surface of the measurement object, and a first light receiving position detecting means for detecting the light receiving position of the scattered light in the first light receiving sensor ( 50) and the surface of the object to be measured based on the principle of triangulation using the emission direction of the laser light detected by the emission direction detection means and the light receiving position of the scattered light detected by the first light receiving sensor. In the three-dimensional shape measuring apparatus and a coordinate data calculating means (52) for calculating a three-dimensional coordinate data representing the shape, the laser beam emitting direction changing means is perpendicular to the optical axis of the laser beam emitted from the laser light source A mirror part (14a) having a first reflection surface that is supported rotatably around a rotation axis and reflects the laser beam, and a second reflection surface that reflects a light beam different from the laser beam, and an electric signal supplied And a mirror (14) integrally formed with a driving device (14b) for rotating and displacing the mirror portion around the rotation axis according to the direction, and the emission direction detecting means is directed toward the second reflecting surface of the mirror. A light beam emitting means (22) for emitting the light beam, and a second light receiving sensor ( 26A ) for receiving the reflected light of the light beam from the second reflecting surface , each corresponding to the amount of received light The A plurality of light receiving elements (26A1, 26A2,..., 26A9) that output a light reception signal with high intensity are arranged in a line, and reflected light from the second reflecting surface is any one of the plurality of light receiving elements. A second light receiving sensor for receiving light by two light receiving elements, and a mirror rotation angle detecting means ( 42A ) for detecting a rotation angle of the mirror unit based on a light receiving position of the reflected light in the second light receiving sensor , A plurality of amplifiers (42c1, 42c2,..., 42c9) provided corresponding to the light receiving elements, respectively, for amplifying the received light signals output from the plurality of light receiving elements and converting them to different signal levels. And an adder (42d) for outputting an addition signal obtained by adding the light reception signals converted by a plurality of amplifiers, and using the value of the addition signal as light reception data at a constant time interval. The light receiving element stored in the storage means (42f1) to be stored and the light receiving element receiving the reflected light from the second reflecting surface is specified from the value of the light receiving data stored in the storage means, and the light receiving used for specifying the light receiving element. The received light data having the same value as the data, and the number of received light data continuously stored before and after storing the received light data used to identify the light receiving element is used to determine whether the second light receiving sensor has received the data from the second reflecting surface. There is provided a mirror rotation angle detection means having an angle calculation means (42f) for calculating the light reception position of the reflected light and calculating the rotation angle of the mirror unit based on the calculated light reception position .

上記のように構成した3次元形状測定装置によれば、ミラー部の第2反射面に光を照射して第2反射面からの反射光の受光位置に基づいてミラー部の回転角度を算出しているので、使用開始から長期間が経過して、駆動装置に供給する電気信号の強度とミラー部の回転角度との関係が変化したとしても、取得する回転角度の精度は変化せず3次元形状測定の精度を保つことができる。   According to the three-dimensional shape measuring apparatus configured as described above, the rotation angle of the mirror unit is calculated based on the light receiving position of the reflected light from the second reflection surface by irradiating the second reflection surface of the mirror unit with light. Therefore, even if the relationship between the strength of the electric signal supplied to the driving device and the rotation angle of the mirror changes after a long period of time has elapsed since the start of use, the accuracy of the rotation angle to be acquired does not change and is three-dimensional. The accuracy of shape measurement can be maintained.

また、本発明の特徴は、測定対象物(OB)に向けてレーザ光を出射するレーザ光源(10)と、レーザ光源から出射されたレーザ光の出射方向を変更して前記測定対象物の表面をレーザ光に走査させるレーザ光出射方向変更手段(14)と、レーザ光出射方向変更手段によるレーザ光の測定対象物への出射方向を検出する出射方向検出手段(22、24、26)と、測定対象物の表面にて反射する散乱光を受光する第1受光センサ(20)と、第1受光センサにおける前記散乱光の受光位置を検出する第1受光位置検出手段(50)と、出射方向検出手段によって検出された前記レーザ光の出射方向及び第1受光センサによって検出された前記散乱光の受光位置を用いて、3角測量の原理に基づいて測定対象物の表面の形状を表す3次元座標データを算出する座標データ算出手段(52)とを備えた3次元形状測定装置において、レーザ光出射方向変更手段は、レーザ光源から出射されたレーザ光の光軸に垂直な回転軸回りに回転可能に支持されて前記レーザ光を反射する第1反射面及び前記レーザ光とは異なる光ビームを反射する第2反射面を有するミラー部(14a)と、供給される電気信号に応じてミラー部を前記回転軸周りに回転させて変位させる駆動装置(14b)とが一体的に形成されたミラー(14)を備え、出射方向検出手段は、光源(22)と、前記光源から出射された光を線状のライン光に変換する変換器(58)とを有し、前記ライン光をミラーの第2反射面に向けて出射する光ビーム出射手段と、第2反射面からの前記ライン光の反射光を受光する第2受光センサ(26B)であって、受光した光の光量に応じた強度の受光信号を出力する2つのセンサ(26B1、26B2)を並べて形成されて、第2反射面にて反射したライン光を前記2つのセンサで受光する第2受光センサと、前記2つのセンサが出力する信号の強度の差を用いて前記ミラー部の回転角度を算出する角度算出手段(42i)を有するミラー回転角度検出手段と、を備えたことにある。これによれば、前記2つのセンサの出力する信号の強度の差がミラーの回転角度に対応しており、第2受光センサにおける第2反射面からの反射光の受光位置を算出する必要がないので、ミラー部の回転角度を高速に算出できる。
Further, the present invention is characterized in that the laser light source (10) that emits laser light toward the measurement object (OB) and the emission direction of the laser light emitted from the laser light source are changed to change the surface of the measurement object. Laser beam emission direction changing means (14) for scanning the laser beam, emission direction detection means (22, 24, 26) for detecting the emission direction of the laser beam to the measurement object by the laser beam emission direction changing means, A first light receiving sensor (20) for receiving scattered light reflected by the surface of the measurement object, first light receiving position detecting means (50) for detecting a light receiving position of the scattered light in the first light receiving sensor, and an emission direction A three-dimensional representation of the shape of the surface of the object to be measured based on the principle of triangulation using the emission direction of the laser light detected by the detection means and the light receiving position of the scattered light detected by the first light receiving sensor. seat In the three-dimensional shape measuring apparatus provided with coordinate data calculation means (52) for calculating data, the laser light emission direction changing means is rotatable about a rotation axis perpendicular to the optical axis of the laser light emitted from the laser light source. And a mirror part (14a) having a first reflection surface that reflects the laser light and a second reflection surface that reflects a light beam different from the laser light, and a mirror part according to the supplied electrical signal. A mirror (14) integrally formed with a driving device (14b) that rotates and rotates around the rotation axis is provided, and the emission direction detection means includes a light source (22) and light emitted from the light source. A light beam emitting means for emitting the line light toward the second reflecting surface of the mirror, and reflection of the line light from the second reflecting surface. Second to receive light An optical sensor (26B), which is formed by arranging two sensors (26B1, 26B2) that output a received light signal having an intensity corresponding to the amount of received light, and reflects the line light reflected by the second reflecting surface. A second light receiving sensor for receiving light by the two sensors, and a mirror rotation angle detecting means having an angle calculating means (42i) for calculating a rotation angle of the mirror section using a difference in intensity of signals output from the two sensors. It is in having. According to this, the difference in the intensity of the signals output from the two sensors corresponds to the rotation angle of the mirror, and there is no need to calculate the light receiving position of the reflected light from the second reflecting surface in the second light receiving sensor. Therefore, the rotation angle of the mirror part can be calculated at high speed.

また、本発明の特徴は、測定対象物(OB)に向けてレーザ光を出射するレーザ光源(10)と、レーザ光源から出射されたレーザ光の出射方向を変更して前記測定対象物の表面をレーザ光に走査させるレーザ光出射方向変更手段(14)と、レーザ光出射方向変更手段によるレーザ光の測定対象物への出射方向を検出する出射方向検出手段(22、24、26)と、測定対象物の表面にて反射する散乱光を受光する第1受光センサ(20)と、第1受光センサにおける前記散乱光の受光位置を検出する第1受光位置検出手段(50)と、出射方向検出手段によって検出された前記レーザ光の出射方向及び第1受光センサによって検出された前記散乱光の受光位置を用いて、3角測量の原理に基づいて測定対象物の表面の形状を表す3次元座標データを算出する座標データ算出手段(52)とを備えた3次元形状測定装置において、レーザ光出射方向変更手段は、レーザ光源から出射されたレーザ光の光軸に垂直な回転軸回りに回転可能に支持されて前記レーザ光を反射する第1反射面及び前記レーザ光とは異なる光ビームを反射する第2反射面を有するミラー部(14a)と、供給される電気信号に応じてミラー部を前記回転軸周りに回転させて変位させる駆動装置(14b)とが一体的に形成されたミラー(14)を備え、出射方向検出手段は、ミラーの第2反射面に向けて前記光ビームを出射する光ビーム出射手段(22)と、第2反射面からの前記光ビームの反射光を受光する第2受光センサ(26、26A、26B)と、第2受光センサにおける前記反射光の受光位置に基づいて、ミラー部の回転角度を検出するミラー回転角度検出手段(42、42A、42B)とを備え、第1受光位置検出手段は、前記ミラー回転角度検出手段によって検出した前記ミラー部の回転角度が所定の角度であるときに、第1受光センサにおける前記散乱光の受光位置を検出することにある。この場合、第2受光センサ(26)は、それぞれ受光した光の光量に応じた強度の受光信号を出力する複数の受光素子を一列に配置して形成され、第2反射面からの反射光を複数の受光素子のうち隣り合う2つ以上の受光素子によって受光し、ミラー回転角度検出手段(42)は、複数の受光素子のうち受光した光量の最も大きな受光素子を特定して、前記特定した受光素子の第2受光センサにおける位置に基づいてミラー部の回転角度を算出する角度算出手段(42b)を備えるとよい。これによれば、座標データ算出手段は、ミラー部の回転角度が予め設定した角度になったときの座標データを算出することができる。したがって、測定対象物の測定範囲によって測定精度を変化させることができる。すなわち、形状の変化が大きく測定精度を高くしたい範囲においては、前記所定の角度の間隔を細かく設定しておき、逆にあまり形状の変化がなく測定精度が低くてもよい範囲においては、前記所定の角度の間隔を粗く設定しておけばよい。これにより、測定データのデータ量を必要最小限に抑えることができるので、全ての測定範囲を高精度に測定する場合に比べて高速に座標データを算出できる。
Further, the present invention is characterized in that the laser light source (10) that emits laser light toward the measurement object (OB) and the emission direction of the laser light emitted from the laser light source are changed to change the surface of the measurement object. Laser beam emission direction changing means (14) for scanning the laser beam, emission direction detection means (22, 24, 26) for detecting the emission direction of the laser beam to the measurement object by the laser beam emission direction changing means, A first light receiving sensor (20) for receiving scattered light reflected by the surface of the measurement object, first light receiving position detecting means (50) for detecting a light receiving position of the scattered light in the first light receiving sensor, and an emission direction A three-dimensional representation of the shape of the surface of the object to be measured based on the principle of triangulation using the emission direction of the laser light detected by the detection means and the light receiving position of the scattered light detected by the first light receiving sensor. seat In the three-dimensional shape measuring apparatus provided with coordinate data calculation means (52) for calculating data, the laser light emission direction changing means is rotatable about a rotation axis perpendicular to the optical axis of the laser light emitted from the laser light source. And a mirror part (14a) having a first reflection surface that reflects the laser light and a second reflection surface that reflects a light beam different from the laser light, and a mirror part according to the supplied electrical signal. A mirror (14) integrally formed with a driving device (14b) that rotates and rotates around the rotation axis is provided, and the emission direction detection means emits the light beam toward the second reflecting surface of the mirror. A light beam emitting means (22) for receiving, a second light receiving sensor (26, 26A, 26B) for receiving the reflected light of the light beam from the second reflecting surface, and a light receiving position of the reflected light in the second light receiving sensor. And a mirror rotation angle detection means (42, 42A, 42B) for detecting the rotation angle of the mirror section, wherein the first light receiving position detection means is the rotation angle of the mirror section detected by the mirror rotation angle detection means. Is to detect the light receiving position of the scattered light in the first light receiving sensor. In this case, the second light receiving sensor (26) is formed by arranging a plurality of light receiving elements that output a light receiving signal having an intensity corresponding to the amount of received light in a line, and reflects reflected light from the second reflecting surface. Light is received by two or more adjacent light receiving elements among the plurality of light receiving elements, and the mirror rotation angle detecting means (42) specifies the light receiving element having the largest received light amount among the plurality of light receiving elements, An angle calculating means (42b) for calculating the rotation angle of the mirror unit based on the position of the light receiving element in the second light receiving sensor may be provided. According to this, the coordinate data calculation means can calculate the coordinate data when the rotation angle of the mirror portion becomes a preset angle. Therefore, the measurement accuracy can be changed depending on the measurement range of the measurement object. That is, in the range where the change in shape is large and the measurement accuracy is desired to be high, the interval between the predetermined angles is set finely. Conversely, in the range where the measurement accuracy may be low without much change in shape, the predetermined angle is set. The interval of the angle should be set coarsely. Thereby, since the data amount of measurement data can be suppressed to the minimum necessary, coordinate data can be calculated at high speed compared with the case where the entire measurement range is measured with high accuracy.

また、本発明の特徴は、測定対象物(OB)に向けてレーザ光を出射するレーザ光源(10)と、レーザ光源から出射されたレーザ光の出射方向を変更して前記測定対象物の表面をレーザ光に走査させるレーザ光出射方向変更手段(14)と、レーザ光出射方向変更手段によるレーザ光の測定対象物への出射方向を検出する出射方向検出手段(22、24,26)と、測定対象物の表面にて反射する散乱光を受光する第1受光センサ(20)と、第1受光センサにおける前記散乱光の受光位置を検出する第1受光位置検出手段(50)と、出射方向検出手段によって検出された前記レーザ光の出射方向及び第1受光センサによって検出された前記散乱光の受光位置を用いて、3角測量の原理に基づいて測定対象物の表面の形状を表す3次元座標データを算出する座標データ算出手段(52)とを備えた3次元形状測定装置において、レーザ光出射方向変更手段は、レーザ光源から出射されたレーザ光の光軸に垂直な回転軸回りに回転可能に支持されて前記レーザ光を反射する第1反射面及び前記レーザ光とは異なる光ビームを反射する第2反射面を有するミラー部(14a)と、供給される電気信号に応じてミラー部を前記回転軸周りに回転させて変位させる駆動装置(14b)とが一体的に形成されたミラー(14)を備え、出射方向検出手段は、ミラーの第2反射面に向けて前記光ビームを出射する光ビーム出射手段(22)と、第2反射面からの前記光ビームの反射光を受光する第2受光センサ(26、26A、26B)と、第2受光センサにおける前記反射光の受光位置に基づいて、ミラー部の回転角度を検出するミラー回転角度検出手段(42、42A、42B)とを備え、レーザ光出射方向変更手段は、ミラー回転角度検出手段によって検出したミラー部の回転角度が駆動装置に供給する電気信号に応じた所定の回転角度となるように、前記電気信号を変更する電気信号変更手段(40b、40c)をさらに備え、第1受光位置検出手段は、所定の時間間隔で、第1受光センサにおける前記散乱光の受光位置を検出することにある。この場合、第2受光センサ(26)は、それぞれ受光した光の光量に応じた強度の受光信号を出力する複数の受光素子を一列に配置して形成され、第2反射面からの反射光を複数の受光素子のうち隣り合う2つ以上の受光素子によって受光し、ミラー回転角度検出手段(42)は、複数の受光素子のうち受光した光量の最も大きな受光素子を特定して、前記特定した受光素子の第2受光センサにおける位置に基づいてミラー部の回転角度を算出する角度算出手段(42b)を備えるとよい。これによれば、ミラー部の回転角度は駆動装置に供給する電気信号に応じた所定の回転角度になる。したがって、駆動装置に供給する電気信号が周期的な変化を繰り返す場合、第1受光センサによって所定の時間間隔で散乱光の受光位置を検出すれば、ミラー部の回転角度が所定の角度になるごとに第1受光センサにおける散乱光の受光位置を検出したことになる。すなわち、座標データ算出手段は、ミラー回転角度検出手段が検出したミラー部の回転角度を取得する必要がない。したがって、座標データ算出手段がミラー部の回転角度を取得する場合に発生する、ミラー部の回転角度を取得してから第1受光センサにおける散乱光の受光位置を取得するまでの間のタイミングのずれをなくすことができるので、測定精度を向上させることができる。また、駆動装置からミラー部に供給される電気信号の強度によって、すなわちミラー部の回転角度によって、第1受光位置検出手段が散乱光の受光位置を検出する時間間隔を変更すれば、前記の場合と同様、測定対象物の測定範囲によって測定精度を変化させることができる。
Further, the present invention is characterized in that the laser light source (10) that emits laser light toward the measurement object (OB) and the emission direction of the laser light emitted from the laser light source are changed to change the surface of the measurement object. Laser beam emission direction changing means (14) for scanning the laser beam, emission direction detection means (22, 24, 26) for detecting the emission direction of the laser beam to the measurement object by the laser beam emission direction changing means, A first light receiving sensor (20) for receiving scattered light reflected by the surface of the measurement object, first light receiving position detecting means (50) for detecting a light receiving position of the scattered light in the first light receiving sensor, and an emission direction A three-dimensional representation of the shape of the surface of the object to be measured based on the principle of triangulation using the emission direction of the laser light detected by the detection means and the light receiving position of the scattered light detected by the first light receiving sensor. seat In the three-dimensional shape measuring apparatus provided with coordinate data calculation means (52) for calculating data, the laser light emission direction changing means is rotatable about a rotation axis perpendicular to the optical axis of the laser light emitted from the laser light source. And a mirror part (14a) having a first reflection surface that reflects the laser light and a second reflection surface that reflects a light beam different from the laser light, and a mirror part according to the supplied electrical signal. A mirror (14) integrally formed with a driving device (14b) that rotates and rotates around the rotation axis is provided, and the emission direction detection means emits the light beam toward the second reflecting surface of the mirror. A light beam emitting means (22) for receiving, a second light receiving sensor (26, 26A, 26B) for receiving the reflected light of the light beam from the second reflecting surface, and a light receiving position of the reflected light in the second light receiving sensor. And a mirror rotation angle detection means (42, 42A, 42B) for detecting the rotation angle of the mirror section. The laser beam emission direction changing means is driven by the rotation angle of the mirror section detected by the mirror rotation angle detection means. The apparatus further comprises an electric signal changing means (40b, 40c) for changing the electric signal so as to have a predetermined rotation angle corresponding to the electric signal supplied to the apparatus, and the first light receiving position detecting means is arranged at a predetermined time interval. It is to detect the light receiving position of the scattered light in the first light receiving sensor. In this case, the second light receiving sensor (26) is formed by arranging a plurality of light receiving elements that output a light receiving signal having an intensity corresponding to the amount of received light in a line, and reflects reflected light from the second reflecting surface. Light is received by two or more adjacent light receiving elements among the plurality of light receiving elements, and the mirror rotation angle detecting means (42) specifies the light receiving element having the largest received light amount among the plurality of light receiving elements, An angle calculating means (42b) for calculating the rotation angle of the mirror unit based on the position of the light receiving element in the second light receiving sensor may be provided. According to this, the rotation angle of the mirror portion becomes a predetermined rotation angle corresponding to the electric signal supplied to the driving device. Therefore, when the electrical signal supplied to the driving device repeats a periodic change, if the light receiving position of the scattered light is detected at a predetermined time interval by the first light receiving sensor, the rotation angle of the mirror portion becomes a predetermined angle. In other words, the light receiving position of the scattered light in the first light receiving sensor is detected. That is, the coordinate data calculation means does not need to acquire the rotation angle of the mirror portion detected by the mirror rotation angle detection means. Accordingly, a timing shift between when the coordinate data calculation unit acquires the rotation angle of the mirror unit and when the scattered light reception position of the first light receiving sensor is acquired after the rotation angle of the mirror unit is acquired. Therefore, measurement accuracy can be improved. Further, if the time interval at which the first light receiving position detecting means detects the light receiving position of the scattered light is changed according to the intensity of the electric signal supplied from the driving device to the mirror part, that is, the rotation angle of the mirror part, Similarly to the above, the measurement accuracy can be changed depending on the measurement range of the measurement object.

本発明の第1実施形態に係る3次元形状測定装置の全体概略図である。1 is an overall schematic diagram of a three-dimensional shape measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention. 図1の3次元カメラの正面図である。It is a front view of the three-dimensional camera of FIG. 図1の3次元カメラの平面図である。It is a top view of the three-dimensional camera of FIG. 図1の第1ミラーの正面図である。It is a front view of the 1st mirror of FIG. 第1ミラーを駆動する駆動信号の一例を示したグラフである。It is the graph which showed an example of the drive signal which drives the 1st mirror. 第1ミラーを駆動する駆動信号の他の例を示したグラフである。It is the graph which showed the other example of the drive signal which drives a 1st mirror. 図1のミラー角度検出回路の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the mirror angle detection circuit of FIG. コントローラが実行する3次元形状測定処理のフローチャートである。It is a flowchart of the three-dimensional shape measurement process which a controller performs. 本発明の第2実施形態に係る受光センサ及びミラー角度検出回路の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the light reception sensor and mirror angle detection circuit which concern on 2nd Embodiment of this invention. 図7の加算器の出力レベルの変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the output level of the adder of FIG. 図7のメモリに記憶されたデジタルデータの値を示すグラフである。It is a graph which shows the value of the digital data memorize | stored in the memory of FIG. 図7のフォトディテクタにおける反射光の受光位置を示した拡大図である。FIG. 8 is an enlarged view showing a light receiving position of reflected light in the photodetector of FIG. 7. 本発明の第3実施形態に係る第1ミラーの角度を検出するための装置を示した概略図である。It is the schematic which showed the apparatus for detecting the angle of the 1st mirror which concerns on 3rd Embodiment of this invention. ライン状の反射光が一方のフォトディテクタに偏って受光された状態の拡大図である。FIG. 6 is an enlarged view of a state in which line-shaped reflected light is received by one photodetector. ライン状の反射光が2つのフォトディテクタに均等に受光された状態の拡大図である。It is an enlarged view of a state in which line-shaped reflected light is evenly received by two photodetectors. ライン状の反射光が、図11Aとは反対側のフォトディテクタに偏って受光された状態の拡大図である。FIG. 11B is an enlarged view showing a state in which line-shaped reflected light is received by the photodetector on the opposite side to FIG. 11A. 本発明の第3実施形態に係るミラー回転角度検出回路の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the mirror rotation angle detection circuit which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の変形例に係り、コントローラが実行する3次元形状測定処理のフローチャートである。It is a flowchart of the three-dimensional shape measurement process which concerns on the modification of this invention and a controller performs. 本発明の他の変形例に係り、第1ミラーの回転角度を制御する制御回路の構成を示したブロック図である。FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of a control circuit for controlling the rotation angle of the first mirror according to another modification of the present invention.

a.第1実施形態
本発明の一実施形態に係る3次元形状測定装置について図面を用いて説明する。この3次元形状測定装置は、図1に示すように、レーザ光を走査しながら測定対象物OBに照射するとともに、同照射による測定対象物OBからの反射光(散乱光)を受光する3次元カメラCAを備えている。
a. First Embodiment A three-dimensional shape measuring apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, this three-dimensional shape measuring apparatus irradiates a measurement object OB while scanning a laser beam, and receives reflected light (scattered light) from the measurement object OB due to the irradiation. A camera CA is provided.

3次元カメラCAは、レーザ光源10、コリメートレンズ12、第1ミラー14、第2ミラー16、結像レンズ18及び受光センサ20を備えた筐体30を有する。レーザ光源10から出射されたレーザ光は、コリメートレンズ12、第1ミラー14を介して測定対象物OBに照射される。そして、測定対象物OBからの反射光(散乱光)は、第2ミラー16及び結像レンズ18を介して、受光センサ20に導かれて受光される。また、筐体30は、レーザ光源22、コリメートレンズ24及び受光センサ26も備えている。レーザ光源22から出射されたレーザ光は、コリメートレンズ24を介して、第1ミラー14のコリメートレンズ12からのレーザ光を反射する面とは反対側の面(以下、裏面という。)に照射される。第1ミラー14の裏面もレーザ光を反射するミラー状に形成されていて、この裏面にて反射したレーザ光は、受光センサ26によって受光される。また、3次元カメラCAは、筐体30を回転させるモータ32及び減速装置34も有する。   The three-dimensional camera CA includes a housing 30 that includes a laser light source 10, a collimating lens 12, a first mirror 14, a second mirror 16, an imaging lens 18, and a light receiving sensor 20. Laser light emitted from the laser light source 10 is applied to the measurement object OB via the collimating lens 12 and the first mirror 14. Then, the reflected light (scattered light) from the measurement object OB is guided to the light receiving sensor 20 through the second mirror 16 and the imaging lens 18 to be received. The housing 30 also includes a laser light source 22, a collimating lens 24, and a light receiving sensor 26. The laser light emitted from the laser light source 22 is applied to a surface (hereinafter referred to as a back surface) opposite to the surface that reflects the laser light from the collimating lens 12 of the first mirror 14 via the collimating lens 24. The The back surface of the first mirror 14 is also formed in a mirror shape that reflects the laser light, and the laser light reflected by this back surface is received by the light receiving sensor 26. The three-dimensional camera CA also includes a motor 32 that rotates the housing 30 and a speed reduction device 34.

ここで、3次元カメラCAを構成する各部品の機能及び配置について、図2A及び図2Bを用いて説明する。図2Aは、筐体30の正面図であり、図2Bは、筐体30の平面図である。以下の説明においては、筐体30の上下方向及び左右方向を、図2Aの上下方向及び左右方向とする。また、筐体30の奥行き方向を、図2Bの上下方向とする。すなわち、図2Bの上側が筐体30の背面側であり、図2Bの下側が筐体30の正面側である。図2Aにおいては、測定対象物OBは、紙面の表面側に位置していて、図示されていない。また、図2A及び図2Bにおいては、奥行き方向及び上下方向に重なって配置される部品の図示を省略している。   Here, the function and arrangement of each component constituting the three-dimensional camera CA will be described with reference to FIGS. 2A and 2B. FIG. 2A is a front view of the housing 30, and FIG. 2B is a plan view of the housing 30. In the following description, the up-down direction and the left-right direction of the housing 30 are defined as the up-down direction and the left-right direction in FIG. 2A. Moreover, let the depth direction of the housing | casing 30 be the up-down direction of FIG. 2B. That is, the upper side of FIG. 2B is the back side of the housing 30, and the lower side of FIG. 2B is the front side of the housing 30. In FIG. 2A, the measurement object OB is located on the front side of the paper surface and is not shown. Further, in FIGS. 2A and 2B, illustration of components arranged to overlap in the depth direction and the vertical direction is omitted.

レーザ光源10は、筐体30の上部の右奥に固定されていて、3次元カメラCAから測定対象物OBまでの距離を測定するためのレーザ光を図示左方向へ出射する。コリメートレンズ12は、レーザ光源10のレーザ出射口側にて筐体30に固定されていて、レーザ光源10からのレーザ光を平行光に変換する。第1ミラー14は、図3に示すように、回転軸14a1回りに回転可能に支持されたミラー14aとミラー14aを供給される電気信号の強度に応じた回転角度に変位させる駆動装置14bとが一体的に形成されたMEMSミラーである。第1ミラー14は、ミラー14aがコリメートレンズ12からのレーザ光の光軸上に位置し、かつミラー14aの回転軸とコリメートレンズ12からのレーザ光の光軸が直交するようにして筐体30に固定されている。コリメートレンズ12によって平行光とされたレーザ光は、ミラー14aによって反射され、筐体30の正面部に設けられた開口部30a及びフレームFRの正面部に設けられた開口部FRaから外側へ向けて出射されて、測定対象物OBに照射される。以下の説明においては、ミラー14aの回転軸をX軸と言い、レーザ光源10から出射されるレーザ光の光軸をY軸という。また、X軸及びY軸に直交する軸をZ軸と言う。   The laser light source 10 is fixed at the upper right of the upper portion of the housing 30 and emits laser light for measuring the distance from the three-dimensional camera CA to the measurement object OB in the left direction in the figure. The collimating lens 12 is fixed to the housing 30 on the laser emission port side of the laser light source 10 and converts the laser light from the laser light source 10 into parallel light. As shown in FIG. 3, the first mirror 14 includes a mirror 14 a that is rotatably supported around a rotation shaft 14 a 1 and a driving device 14 b that displaces the mirror 14 a to a rotation angle corresponding to the intensity of the supplied electric signal. It is the MEMS mirror formed integrally. The first mirror 14 has a housing 30 such that the mirror 14 a is positioned on the optical axis of the laser light from the collimating lens 12, and the optical axis of the laser light from the collimating lens 12 is orthogonal to the rotation axis of the mirror 14 a. It is fixed to. The laser light converted into parallel light by the collimator lens 12 is reflected by the mirror 14a and is directed outward from the opening 30a provided in the front part of the housing 30 and the opening FRa provided in the front part of the frame FR. It is emitted and irradiated to the measurement object OB. In the following description, the rotation axis of the mirror 14a is referred to as the X axis, and the optical axis of the laser light emitted from the laser light source 10 is referred to as the Y axis. An axis orthogonal to the X axis and the Y axis is referred to as a Z axis.

第2ミラー16は、第1ミラー14の下方にて筐体30に固定されていて、測定対象物OBからの反射光(散乱光)を図2Aにおいて右斜め下方へ反射する。結像レンズ18は、コリメートレンズ12の下方にて筐体30に固定されていて、第2ミラー16からの反射光を受光センサ20上に結像させる。受光センサ20は、レーザ光源10の下方にて筐体30に固定されていて、測定対象物OBからの反射光を第2ミラー16、結像レンズ18を介して受光する。受光センサ20は、受光量に応じた電気信号を出力する複数の受光素子を面状に配置したエリアセンサである。   The second mirror 16 is fixed to the housing 30 below the first mirror 14 and reflects reflected light (scattered light) from the measurement object OB diagonally downward to the right in FIG. 2A. The imaging lens 18 is fixed to the housing 30 below the collimating lens 12 and forms an image of the reflected light from the second mirror 16 on the light receiving sensor 20. The light receiving sensor 20 is fixed to the housing 30 below the laser light source 10 and receives reflected light from the measurement object OB via the second mirror 16 and the imaging lens 18. The light receiving sensor 20 is an area sensor in which a plurality of light receiving elements that output an electrical signal corresponding to the amount of received light are arranged in a planar shape.

また、レーザ光源22は、筐体30の上部の左奥に固定されていて、ミラー14aの回転角度を検出するためのレーザ光を、コリメートレンズ24を介して、ミラー14aの裏面に向けて出射する。コリメートレンズ24は、筐体30の上部の左奥であって、レーザ光源22と第1ミラー14の間にて筐体30に固定されていて、レーザ光源22から入射したレーザ光を平行光に変換する。ミラー14aの裏面にて反射したレーザ光は、受光センサ26によって受光される。受光センサ26は、筐体30の背面の上部に固定されていて、ミラー14aの裏面からの反射光を受光する。受光センサ26は、ミラー14aの回転角度に応じた位置にて反射光を受光して、受光量に応じた電気信号を出力する複数の受光素子を1列に配置したラインセンサである。各受光素子の受光部の面積は、反射光のスポットよりも小さい。   The laser light source 22 is fixed at the upper left of the upper portion of the housing 30 and emits laser light for detecting the rotation angle of the mirror 14a toward the back surface of the mirror 14a via the collimator lens 24. To do. The collimator lens 24 is fixed to the housing 30 between the laser light source 22 and the first mirror 14 in the upper left part of the upper portion of the housing 30, and converts the laser light incident from the laser light source 22 into parallel light. Convert. The laser beam reflected by the back surface of the mirror 14 a is received by the light receiving sensor 26. The light receiving sensor 26 is fixed to the upper part of the back surface of the housing 30 and receives the reflected light from the back surface of the mirror 14a. The light receiving sensor 26 is a line sensor in which a plurality of light receiving elements that receive reflected light at a position corresponding to the rotation angle of the mirror 14a and output an electrical signal corresponding to the amount of received light are arranged in a row. The area of the light receiving portion of each light receiving element is smaller than the spot of reflected light.

筐体30は、軸30bによってY軸周りに回転可能に3次元カメラCAのフレームFRに支持されている。軸30bは、減速装置34を介してモータ32の回転軸に組み付けられている。モータ32内には、モータ32の回転軸の回転を検出して、同回転を表す回転検出信号を出力するエンコーダ32aが組み込まれている。この回転検出信号は、モータ32の回転軸の回転位置が基準回転位置に来るごとに発生されるz相信号φと、所定の微小な回転角度ずつハイレベルとローレベルを繰り返す互いにπ/2だけ位相のずれたA相信号φ及びB相信号φからなるパルス列信号とからなる。 The housing 30 is supported by the frame FR of the three-dimensional camera CA so as to be rotatable around the Y axis by the shaft 30b. The shaft 30 b is assembled to the rotating shaft of the motor 32 via the speed reducer 34. In the motor 32, an encoder 32a that detects the rotation of the rotation shaft of the motor 32 and outputs a rotation detection signal indicating the rotation is incorporated. The rotation detection signal, z-phase signal phi Z and, a predetermined small angle of rotation by the high level and mutually repeated low level [pi / 2, which is generated each time the rotational position of the rotating shaft of the motor 32 comes to the reference rotational position It consists of a pulse train signal consisting of an A phase signal φ A and a B phase signal φ B that are out of phase by a certain amount.

また、この3次元形状測定装置は、ミラー角度検出用レーザ駆動回路38、ミラー駆動回路40、ミラー角度検出回路42、筐体駆動回路44、筐体角度検出回路46、形状測定用レーザ駆動回路48、センサ信号取り込み回路50及びコントローラ52も備えている。   Further, this three-dimensional shape measuring apparatus includes a mirror angle detection laser drive circuit 38, a mirror drive circuit 40, a mirror angle detection circuit 42, a case drive circuit 44, a case angle detection circuit 46, and a shape measurement laser drive circuit 48. A sensor signal capturing circuit 50 and a controller 52 are also provided.

ミラー角度検出用レーザ駆動回路38は、コントローラ52から測定開始の指示を入力すると、一定強度のレーザ光がレーザ光源22から出射されるように駆動信号を制御してレーザ光源22に供給する。ミラー駆動回路40は、コントローラ52によって制御されて、第1ミラー14を駆動する信号を出力する。この第1ミラー14を駆動する信号の波形は、図4A又は図4Bに示すような三角波又は正弦波として、ミラー14aの回転角度を、三角波状又は正弦波状に変化させるものが望ましい。なお、ミラー14aの回転角度は、駆動信号波形の瞬時値に対応している。ミラー角度検出回路42は、図5に示すように、センサ信号取り込み回路42a及び回転角度計算回路42bからなる。センサ信号取り込み回路42aは、一定の時間間隔DTで受光センサ26の各受光素子から出力される信号の強度をデジタルデータに変換して、回転角度計算回路42bに供給する。上記のように、各受光素子の面積が反射光のスポットの面積よりも小さいので、反射光は、複数の受光素子にまたがって受光される。回転角度計算回路42bは、コントローラ52から回転角度θxを算出するよう指示されると、センサ信号取り込み回路42aから供給されたデジタルデータから各受光素子の位置と信号強度との関係を表す波形データを作成し、この波形データから信号強度が最大となっている受光素子の位置を求める。回転角度計算回路42bは、信号強度が最大となる受光素子の位置とミラー14aの回転角度との関係を表すテーブルを記憶していて、このテーブルを用いてミラー14aの回転角度θxを算出し、算出した回転角度θxを表すデジタルデータをコントローラ52に出力する。   When receiving a measurement start instruction from the controller 52, the mirror angle detection laser drive circuit 38 controls the drive signal so that a laser beam with a constant intensity is emitted from the laser light source 22, and supplies it to the laser light source 22. The mirror driving circuit 40 is controlled by the controller 52 and outputs a signal for driving the first mirror 14. The waveform of the signal for driving the first mirror 14 is preferably a triangular wave or sine wave as shown in FIG. 4A or 4B, and the rotation angle of the mirror 14a is changed to a triangular wave shape or a sine wave shape. The rotation angle of the mirror 14a corresponds to the instantaneous value of the drive signal waveform. As shown in FIG. 5, the mirror angle detection circuit 42 includes a sensor signal capturing circuit 42a and a rotation angle calculation circuit 42b. The sensor signal capturing circuit 42a converts the intensity of the signal output from each light receiving element of the light receiving sensor 26 at a constant time interval DT into digital data and supplies the digital data to the rotation angle calculating circuit 42b. As described above, since the area of each light receiving element is smaller than the area of the spot of the reflected light, the reflected light is received across the plurality of light receiving elements. When the rotation angle calculation circuit 42b is instructed to calculate the rotation angle θx from the controller 52, the rotation angle calculation circuit 42b generates waveform data representing the relationship between the position of each light receiving element and the signal intensity from the digital data supplied from the sensor signal capturing circuit 42a. The position of the light receiving element having the maximum signal intensity is obtained from the waveform data. The rotation angle calculation circuit 42b stores a table representing the relationship between the position of the light receiving element where the signal intensity is maximum and the rotation angle of the mirror 14a, and uses this table to calculate the rotation angle θx of the mirror 14a. Digital data representing the calculated rotation angle θx is output to the controller 52.

筐体駆動回路44は、モータ32を駆動するための駆動信号を出力する。筐体駆動回路44は、モータ32の回転速度が一定になるように駆動信号を制御する。モータ32は、筐体駆動回路44から駆動信号を供給されて一定の速度で回転し、減速装置34を介して筐体30を回転させる。筐体30は、3次元形状測定の開始から終了まで一定の回転速度で一定の方向へ回転する。筐体30の回転速度は、ミラー14aの回転速度よりも遅い。筐体角度検出回路46は、エンコーダ32aから回転検出信号を入力し、入力した回転検出信号のうちのパルス列信号を用いて、筐体30の回転方向及び回転速度を検出するとともに、筐体30の回転角度θyを算出する。筐体角度検出回路46は、コントローラ52から、筐体30の回転角度θyを算出するよう指示されると、前記算出した回転角度θyを表すデジタルデータをコントローラ52に出力する。また、前記検出した筐体30の回転方向及び回転速度並びに前記算出した回転角度θyを表すデジタルデータは、筐体駆動回路44にも出力され、筐体駆動回路44によるモータ32の回転駆動における回転速度の制御にも利用される。   The housing drive circuit 44 outputs a drive signal for driving the motor 32. The housing drive circuit 44 controls the drive signal so that the rotation speed of the motor 32 is constant. The motor 32 is supplied with a drive signal from the housing drive circuit 44 and rotates at a constant speed, and rotates the housing 30 via the speed reducer 34. The housing 30 rotates in a constant direction at a constant rotational speed from the start to the end of the three-dimensional shape measurement. The rotation speed of the housing 30 is slower than the rotation speed of the mirror 14a. The case angle detection circuit 46 receives the rotation detection signal from the encoder 32a, detects the rotation direction and the rotation speed of the case 30 using the pulse train signal of the input rotation detection signal, and The rotation angle θy is calculated. When instructed by the controller 52 to calculate the rotation angle θy of the casing 30, the case angle detection circuit 46 outputs digital data representing the calculated rotation angle θy to the controller 52. In addition, digital data representing the detected rotation direction and rotation speed of the casing 30 and the calculated rotation angle θy is also output to the casing drive circuit 44, and the rotation of the motor 32 by the casing drive circuit 44 during rotation driving. It is also used for speed control.

形状測定用レーザ駆動回路48は、コントローラ52から測定開始の指示を入力すると、一定強度のレーザ光がレーザ光源10から出射されるように駆動信号を制御してレーザ光源10に供給する。センサ信号取り込み回路50は、受光センサ20に接続されていて、コントローラ52から取り込み指示を入力すると、受光センサ20の各受光素子が出力する信号を取り込んで、コントローラ52へ出力する。   When a measurement start instruction is input from the controller 52, the shape measurement laser drive circuit 48 controls the drive signal so that a laser beam with a certain intensity is emitted from the laser light source 10 and supplies it to the laser light source 10. The sensor signal capturing circuit 50 is connected to the light receiving sensor 20. When a capturing instruction is input from the controller 52, the sensor signal capturing circuit 50 captures a signal output from each light receiving element of the light receiving sensor 20 and outputs the signal to the controller 52.

コントローラ52は、CPU、ROM、RAM、ハードディスクなどからなるマイクロコンピュータによって構成されており、キーボード、マウスなどからなる入力装置54からの指示に従って図6の3次元測定処理プログラムを実行する。そしてコントローラ52は、前記プログラムの実行により、ミラー角度検出用レーザ駆動回路38、ミラー駆動回路40、ミラー角度検出回路42、筐体駆動回路44、筐体角度検出回路46、形状測定用レーザ駆動回路48及びセンサ信号取り込み回路50を制御するとともに、測定対象物OBの3次元画像データを作成して、測定対象物OBの3次元画像を表示装置56に表示する。   The controller 52 is configured by a microcomputer including a CPU, ROM, RAM, hard disk, and the like, and executes the three-dimensional measurement processing program shown in FIG. 6 in accordance with instructions from the input device 54 including a keyboard and a mouse. Then, by executing the program, the controller 52 performs a mirror angle detection laser drive circuit 38, a mirror drive circuit 40, a mirror angle detection circuit 42, a case drive circuit 44, a case angle detection circuit 46, and a shape measurement laser drive circuit. 48 and the sensor signal capturing circuit 50 are controlled, and three-dimensional image data of the measurement object OB is created, and a three-dimensional image of the measurement object OB is displayed on the display device 56.

なお、受光センサ20をラインセンサにしてもよい。この場合、第2ミラー16の位置までミラー14aが及ぶ大型のものにして、第2ミラー16を省略すればよい。また、第2ミラー16を第1ミラー14よりミラー部分が測定対象物OBからの反射光の入射方向の直角方向に大きいMEMSミラーにしておき、第1ミラー14と同様に第2ミラー16を回転駆動してもよい。また、本実施形態では、筐体30を第1ミラー14によるレーザ光の走査方向に対して直角方向に回転させてレーザ光を2次元的に走査する構造にしているが、第1ミラー14によるレーザ光の走査方向とは直角方向にレーザ光を走査できれば、どのような構造を採用してもよい。例えば、Y軸方向を回転軸とする長尺のミラーを第1ミラー14の正面側に設け、第1ミラー14で反射したレーザ光をさらに下方へ反射させる。そして、筐体30及びフレームFRの下面側(図2Aにおいて下側)に開口部を設けておき、この長尺のミラーにて反射したレーザ光を測定対象物OBに照射する。そして、測定対象物OBからの反射光を、この長尺のミラー、第2ミラー16及び結像レンズ18を介して受光センサ20で受光してもよい。また、筐体30をY軸回りに回転させるのではなく、X軸方向に3次元カメラCAを平行移動させてもよい。   The light receiving sensor 20 may be a line sensor. In this case, the second mirror 16 may be omitted by making the mirror 14 a large enough to reach the position of the second mirror 16. Further, the second mirror 16 is a MEMS mirror whose mirror part is larger than the first mirror 14 in the direction perpendicular to the incident direction of the reflected light from the measurement object OB, and the second mirror 16 is rotated similarly to the first mirror 14. It may be driven. In this embodiment, the housing 30 is rotated in the direction perpendicular to the scanning direction of the laser beam by the first mirror 14 to scan the laser beam two-dimensionally. Any structure may be adopted as long as the laser light can be scanned in a direction perpendicular to the scanning direction of the laser light. For example, a long mirror whose rotation axis is the Y-axis direction is provided on the front side of the first mirror 14, and the laser beam reflected by the first mirror 14 is further reflected downward. And the opening part is provided in the lower surface side (lower side in FIG. 2A) of the housing | casing 30 and the flame | frame FR, and the measurement object OB is irradiated with the laser beam reflected by this elongate mirror. Then, the reflected light from the measurement object OB may be received by the light receiving sensor 20 through the long mirror, the second mirror 16 and the imaging lens 18. Further, instead of rotating the casing 30 around the Y axis, the three-dimensional camera CA may be translated in the X axis direction.

つぎに、上記のように構成した3次元形状測定装置の動作について図6を用いて説明する。作業者が、入力装置54を用いて測定開始を指示すると、コントローラ52は、ステップS10にて、3次元測定処理を開始する。つぎに、コントローラ52は、ステップS11にて、各測定ポイントの番号を表す測定ポイント番号nを「0」に初期化する。つぎに、コントローラ52は、ステップS12にて、第1ミラー14のミラー14a及び筐体30の回転角度を初期の回転角度にするよう、ミラー駆動回路40及び筐体駆動回路44に指示する。ミラー駆動回路40及び筐体駆動回路44は、前記指示に応答して、第1ミラー14のミラー14a及び筐体30を回転させて、それぞれの角度を初期の回転角度に設定する。   Next, the operation of the three-dimensional shape measuring apparatus configured as described above will be described with reference to FIG. When the operator instructs to start measurement using the input device 54, the controller 52 starts a three-dimensional measurement process in step S10. Next, in step S11, the controller 52 initializes a measurement point number n representing the number of each measurement point to “0”. Next, in step S12, the controller 52 instructs the mirror drive circuit 40 and the case drive circuit 44 to set the rotation angle of the mirror 14a of the first mirror 14 and the case 30 to the initial rotation angle. In response to the instruction, the mirror driving circuit 40 and the housing driving circuit 44 rotate the mirror 14a and the housing 30 of the first mirror 14, and set the respective angles to the initial rotation angles.

つぎに、ステップS13にて、ミラー角度検出用レーザ駆動回路38及び形状測定用レーザ駆動回路48にレーザ照射開始を指示する。ミラー角度検出用レーザ駆動回路38及び形状測定用レーザ駆動回路48は、レーザ照射開始の指示に応答して、それぞれレーザ光源22及びレーザ光源10に駆動信号を供給してレーザ光を出射させる。つぎに、コントローラ52は、ステップS14にて、ミラー駆動回路40にミラー14aの駆動開始を指示する。ミラー駆動回路40は、駆動開始の指示に応答して、ミラー14aの駆動信号を第1ミラー14に供給する。これにより、第1ミラー14がX軸回りに回転し始める。つぎに、コントローラ52は、ステップS15にて、筐体駆動回路44に筐体30の駆動開始を指示する。これにより、筐体30がY軸回りに回転し始める。つぎに、コントローラ52は、ステップS16にて時間計測を開始する。   In step S13, the mirror angle detection laser drive circuit 38 and the shape measurement laser drive circuit 48 are instructed to start laser irradiation. In response to an instruction to start laser irradiation, the mirror angle detection laser drive circuit 38 and the shape measurement laser drive circuit 48 supply drive signals to the laser light source 22 and the laser light source 10, respectively, to emit laser light. Next, in step S14, the controller 52 instructs the mirror drive circuit 40 to start driving the mirror 14a. The mirror drive circuit 40 supplies a drive signal for the mirror 14 a to the first mirror 14 in response to an instruction to start driving. Thereby, the first mirror 14 starts to rotate around the X axis. Next, the controller 52 instructs the housing driving circuit 44 to start driving the housing 30 in step S15. As a result, the housing 30 starts to rotate around the Y axis. Next, the controller 52 starts time measurement in step S16.

つぎに、コントローラ52は、ステップS17にて、現在の時刻が測定ポイント番号nと所定の時間間隔Tとを乗算して算出される時刻を経過しているか否かを判定する。最初、測定ポイント番号nは「0」に初期化されているので、ステップS17においては、「Yes」と判定し、ステップS18に進む。つぎに、コントローラ52は、ステップS18にて、ミラー角度検出回路42に、ミラー14aの回転角度θxを算出するよう指示する。そして、コントローラ52は、ミラー角度検出回路42から出力される、ミラー14aの回転角度θxを表すデジタルデータを取り込む。   Next, in step S17, the controller 52 determines whether or not the current time has passed the time calculated by multiplying the measurement point number n and the predetermined time interval T. Initially, since the measurement point number n is initialized to “0”, “Yes” is determined in step S17, and the process proceeds to step S18. Next, in step S18, the controller 52 instructs the mirror angle detection circuit 42 to calculate the rotation angle θx of the mirror 14a. Then, the controller 52 takes in digital data representing the rotation angle θx of the mirror 14 a output from the mirror angle detection circuit 42.

つぎに、コントローラ52は、ステップS19にて、筐体角度検出回路46に、筐体30の回転角度θyを算出するよう指示する。そして、コントローラ52は、筐体角度検出回路46から出力される、筐体30の回転角度θyを表すデジタルデータを取り込む。つぎに、コントローラ52は、ステップS20にて、センサ信号取り込み回路50に、受光センサ20の出力信号の取り込みを指示する。そして、コントローラ52は、センサ信号取り込み回路50から出力される、受光センサ20の各受光素子が出力する信号の強度を表すデジタルデータを取り込む。   Next, the controller 52 instructs the housing angle detection circuit 46 to calculate the rotation angle θy of the housing 30 in step S19. Then, the controller 52 takes in digital data representing the rotation angle θy of the housing 30 output from the housing angle detection circuit 46. Next, the controller 52 instructs the sensor signal capturing circuit 50 to capture the output signal of the light receiving sensor 20 in step S20. Then, the controller 52 captures digital data that is output from the sensor signal capturing circuit 50 and represents the intensity of the signal output by each light receiving element of the light receiving sensor 20.

つぎに、コントローラ52は、ステップS21にて、前記ステップS19において取り込んだ回転角度θyが、予め設定された限界角度よりも大きいか否かを判定する。限界角度とは、筐体30が回転可能な最大の角度よりもやや小さい角度である。回転角度θyが限界角度以下である場合は、ステップS22に進んで、測定ポイント番号nをインクリメントし、ステップS17に戻る。ステップS22の処理により、測定ポイント番号nは「1」となっているので、ステップS17において、現在の時刻がT(すなわち、1×T)を経過しているかを判定する。判定結果が「No」のときは、再びステップS17を実行する。すなわち、判定結果が「Yes」となるまでステップS17を繰り返し実行する。そして、ステップS17の判定結果が「Yes」となると、上記のステップS18乃至ステップS21を実行する。このように、コントローラ52は、回転角度θyが限界角度に達するまで、ステップS17乃至ステップS22を繰り返し実行する。上記の通り、筐体30の回転速度は、ミラー14aの回転速度よりも遅く、ミラー14aの回転角度θxは、入力される駆動波形に応じて、ほぼ三角波状又は正弦波状に変化する。したがって、筐体30の回転角度θyが限界角度に達するまで上記ステップS17乃至ステップS22を繰り返している間に、ミラー14aの回転方向は何度も反転する。このように、コントローラ52は、レーザ光を走査しながら測定対象物OBに照射して、ステップS17乃至ステップS22からなる処理を繰り返し実行し、一定の時間間隔Tでミラー14aの回転角度θxを表すデジタルデータ、筐体30の回転角度θyを表すデジタルデータ及び受光センサ20の各受光素子が出力する信号の強度を表すデジタルデータを取り込む。そして、取り込んだ各種デジタルデータを測定ポイント番号nごとにコントローラ52が備えるRAMに記憶する。   Next, in step S21, the controller 52 determines whether or not the rotation angle θy acquired in step S19 is larger than a preset limit angle. The limit angle is an angle slightly smaller than the maximum angle at which the housing 30 can rotate. When the rotation angle θy is equal to or smaller than the limit angle, the process proceeds to step S22, the measurement point number n is incremented, and the process returns to step S17. Since the measurement point number n is “1” by the process of step S22, it is determined in step S17 whether the current time has passed T (ie, 1 × T). If the determination result is “No”, Step S17 is executed again. That is, step S17 is repeatedly executed until the determination result is “Yes”. Then, when the determination result in step S17 is “Yes”, the above steps S18 to S21 are executed. As described above, the controller 52 repeatedly executes Step S17 to Step S22 until the rotation angle θy reaches the limit angle. As described above, the rotation speed of the housing 30 is slower than the rotation speed of the mirror 14a, and the rotation angle θx of the mirror 14a changes substantially in a triangular wave shape or a sine wave shape depending on the input drive waveform. Therefore, the rotation direction of the mirror 14a is reversed many times while the steps S17 to S22 are repeated until the rotation angle θy of the housing 30 reaches the limit angle. As described above, the controller 52 irradiates the measurement object OB while scanning with the laser beam, repeatedly executes the processing including Step S17 to Step S22, and represents the rotation angle θx of the mirror 14a at a constant time interval T. Digital data, digital data representing the rotation angle θy of the housing 30, and digital data representing the intensity of the signal output from each light receiving element of the light receiving sensor 20 are captured. And the various digital data taken in are memorize | stored in RAM with which the controller 52 is provided for every measurement point number n.

そして、筐体30の回転角度θyが限界角度に達すると、コントローラ52は、ステップS23にて、ミラー角度検出用レーザ駆動回路38及び形状測定用レーザ駆動回路48にレーザ照射停止を指示する。ミラー角度検出用レーザ駆動回路38及び形状測定用レーザ駆動回路48は、レーザ照射停止の指示に応答して、それぞれレーザ光源10及びレーザ光源22への駆動信号の供給を停止して、レーザ光の照射を停止させる。つぎに、コントローラ52は、ステップS24にて、ミラー駆動回路40にミラー14aの駆動停止を指示する。ミラー駆動回路40は、駆動停止の指示に応答して、第1ミラー14への駆動信号の供給を停止する。これにより、第1ミラー14の回転が停止する。つぎに、コントローラ52は、ステップS25にて、筐体駆動回路44に筐体30の駆動停止を指示する。筐体駆動回路44は、駆動停止の指示に応答して、モータ32への駆動信号の供給を停止する。これにより、筐体30の回転が停止する。   When the rotation angle θy of the housing 30 reaches the limit angle, the controller 52 instructs the mirror angle detection laser drive circuit 38 and the shape measurement laser drive circuit 48 to stop laser irradiation in step S23. In response to the laser irradiation stop instruction, the mirror angle detection laser drive circuit 38 and the shape measurement laser drive circuit 48 stop supplying the drive signals to the laser light source 10 and the laser light source 22, respectively. Stop irradiation. Next, the controller 52 instructs the mirror drive circuit 40 to stop driving the mirror 14a in step S24. The mirror drive circuit 40 stops the supply of the drive signal to the first mirror 14 in response to the drive stop instruction. Thereby, the rotation of the first mirror 14 is stopped. Next, the controller 52 instructs the housing drive circuit 44 to stop driving the housing 30 in step S25. The housing drive circuit 44 stops the supply of the drive signal to the motor 32 in response to the drive stop instruction. Thereby, the rotation of the housing 30 stops.

つぎに、コントローラ52は、ステップS26にて、各測定ポイントごとにRAMに記憶されている受光センサ20の各受光素子が出力した信号の強度を表すデジタルデータを用いて、3角測量法の原理に基づいて、各測定ポイントごとの3次元カメラCAから測定対象物OBまでの距離を表す距離データLを算出する。そして、各測定ポイントごとの距離データL、回転角度θx及び回転角度θyを用いて、測定対象物OBの表面形状を表す座標データ(x,y,z)群を算出する。コントローラ52は、一定の時間間隔Tで各種データを取り込んでいるため、各測定ポイントごとに算出される各座標データのx座標及びy座標が等間隔にならない場合がある。この場合、コントローラ52は、x座標及びy座標が等間隔になるように、前記算出した座標データを用いて補間演算を行う。そして、算出した座標データ群から測定対象物OBの3次元画像を表示装置56に表示するための3次元画像データを作成する。作成された3次元画像データは、表示装置56に供給され、表示装置56に測定対象物OBの3次元画像が表示される。そして、コントローラ52は、ステップS27にて、3次元測定を終了する。   Next, in step S26, the controller 52 uses the digital data representing the intensity of the signal output from each light receiving element of the light receiving sensor 20 stored in the RAM for each measurement point, and the principle of the triangulation method. Based on the above, distance data L representing the distance from the three-dimensional camera CA to the measurement object OB for each measurement point is calculated. Then, a coordinate data (x, y, z) group representing the surface shape of the measurement object OB is calculated using the distance data L, the rotation angle θx, and the rotation angle θy for each measurement point. Since the controller 52 captures various data at a constant time interval T, the x coordinate and y coordinate of each coordinate data calculated for each measurement point may not be equally spaced. In this case, the controller 52 performs an interpolation operation using the calculated coordinate data so that the x coordinate and the y coordinate are equally spaced. Then, three-dimensional image data for displaying a three-dimensional image of the measurement object OB on the display device 56 is created from the calculated coordinate data group. The created three-dimensional image data is supplied to the display device 56, and a three-dimensional image of the measurement object OB is displayed on the display device 56. And the controller 52 complete | finishes three-dimensional measurement in step S27.

上記のように構成した3次元形状測定装置においては、第1ミラー14に供給する信号強度からミラー14aの回転角度θxを算出するのではなく、ミラー14aの裏面にレーザ光を照射して、その反射光を受光センサ26によって受光し、受光センサ26における反射光の受光位置からミラー14aの回転角度θxを検出するようにした。したがって、使用開始から長期間が経過して、第1ミラー14に供給する電気信号の強度とミラー14aの回転角度との関係が変化したとしても、取得する回転角度の精度は変化せず3次元形状測定の精度を保つことができる。   In the three-dimensional shape measuring apparatus configured as described above, the rotation angle θx of the mirror 14a is not calculated from the signal intensity supplied to the first mirror 14, but the back surface of the mirror 14a is irradiated with laser light. The reflected light is received by the light receiving sensor 26, and the rotation angle θx of the mirror 14a is detected from the light receiving position of the reflected light at the light receiving sensor 26. Therefore, even if a long period of time elapses from the start of use, even if the relationship between the strength of the electrical signal supplied to the first mirror 14 and the rotation angle of the mirror 14a changes, the accuracy of the acquired rotation angle does not change and the three-dimensional The accuracy of shape measurement can be maintained.

b.第2実施形態
第2実施形態に係る3次元形状測定装置は、第1実施形態の受光センサ26に代えて、受光センサ26Aを備えている。受光センサ26Aは、図7に示すように、受光光量に相当する強度の電気信号を出力する複数のフォトディテクタ26A1〜26A9を一列に並べて形成されている。ただし、受光センサ26Aを構成するフォトディテクタの数は9個に限られず、さらに多くのフォトディテクタで受光センサ26Aを構成してもよい。第1実施形態の受光センサ26を構成する受光素子とは異なり、各フォトディテクタ26A1〜26A9の受光部の面積は、反射光のスポットの面積よりも大きい。また、第2実施形態においては、第1実施形態のミラー角度検出回路42に代えて、ミラー角度検出回路42Aを備えている。ミラー角度検出回路42Aは、増幅回路42c1〜42c9、加算器42d、A/D変換器42e及び回転角度計算回路42fからなる。各フォトディテクタ26A1〜26A9が出力する信号は、各フォトディテクタ26An(n=1,2・・・9)に対応して設けられた増幅回路42cn(n=1,2・・・9)によって増幅された後、加算器42dによって加算される。各増幅回路42c1〜42c9の増幅率は、この順に増加(又は減少)するように設定されていて、各増幅回路42c1〜42c9の出力レベルは、それぞれ出力レベルLV1〜出力レベルLV9で表される。これにより、加算器42dの出力レベルから、反射光を受光したフォトディテクタを特定することができる。ミラー14aが回転することにより、ミラー14aの裏面からの反射光のスポットが、フォトディテクタ26A1からフォトディテクタ26A9に向かって移動すると、加算器42dが出力する信号は、図8Aに示すようにステップ状に変化する。
b. Second Embodiment A three-dimensional shape measuring apparatus according to a second embodiment includes a light receiving sensor 26A in place of the light receiving sensor 26 of the first embodiment. As shown in FIG. 7, the light receiving sensor 26 </ b> A is formed by arranging a plurality of photodetectors 26 </ b> A <b> 1 to 26 </ b> A <b> 9 that output electrical signals having an intensity corresponding to the amount of received light. However, the number of photodetectors constituting the light receiving sensor 26A is not limited to nine, and the light receiving sensor 26A may be configured by a larger number of photodetectors. Unlike the light receiving element constituting the light receiving sensor 26 of the first embodiment, the area of the light receiving part of each of the photodetectors 26A1 to 26A9 is larger than the area of the spot of the reflected light. In the second embodiment, a mirror angle detection circuit 42A is provided instead of the mirror angle detection circuit 42 of the first embodiment. The mirror angle detection circuit 42A includes amplification circuits 42c1 to 42c9, an adder 42d, an A / D converter 42e, and a rotation angle calculation circuit 42f. The signals output from the photodetectors 26A1 to 26A9 were amplified by the amplifier circuits 42cn (n = 1, 2,... 9) provided corresponding to the photodetectors 26An (n = 1, 2,... 9). Then, it is added by the adder 42d. The amplification factors of the amplifier circuits 42c1 to 42c9 are set so as to increase (or decrease) in this order, and the output levels of the amplifier circuits 42c1 to 42c9 are represented by output levels LV1 to LV9, respectively. Thereby, the photodetector that has received the reflected light can be identified from the output level of the adder 42d. When the spot of the reflected light from the back surface of the mirror 14a moves from the photo detector 26A1 toward the photo detector 26A9 by the rotation of the mirror 14a, the signal output from the adder 42d changes stepwise as shown in FIG. 8A. To do.

A/D変換器42eは、加算器42dが出力する信号の瞬時値を時間間隔DTをおいて繰り返しデジタルデータに変換して回転角度計算回路42fに出力する。この時間間隔DTは、コントローラ52が回転角度計算回路42fに回転角度θxを算出するよう指示する時間間隔Tより短い。回転角度計算回路42fは、A/D変換器42eが出力するデジタルデータを回転角度計算回路42fが備えるメモリ42f1に記憶する。メモリ42f1の記憶領域は、複数の記憶領域(第1領域,第2領域・・・第m領域)に分割されていて、回転角度計算回路42fは、コントローラ52からミラー14aの回転角度θxを算出する指示を入力するごとに、A/D変換器42eが出力するデジタルデータを記憶する記憶領域を隣の記憶領域に変更する。各記憶領域に記憶されるデジタルデータは、詳しくは後述するように、反射光の受光位置の算出に用いられる。したがって、受光位置の算出が終了した時点で、それらのデジタルデータを記憶していた記憶領域は開放されて、新たなデータを記憶できるようになる。   The A / D converter 42e repeatedly converts the instantaneous value of the signal output from the adder 42d into digital data at a time interval DT and outputs the digital data to the rotation angle calculation circuit 42f. This time interval DT is shorter than the time interval T in which the controller 52 instructs the rotation angle calculation circuit 42f to calculate the rotation angle θx. The rotation angle calculation circuit 42f stores the digital data output from the A / D converter 42e in a memory 42f1 provided in the rotation angle calculation circuit 42f. The storage area of the memory 42f1 is divided into a plurality of storage areas (first area, second area... M-th area), and the rotation angle calculation circuit 42f calculates the rotation angle θx of the mirror 14a from the controller 52. Each time an instruction is input, the storage area for storing the digital data output from the A / D converter 42e is changed to the adjacent storage area. The digital data stored in each storage area is used for calculating the light receiving position of the reflected light, as will be described in detail later. Therefore, when the calculation of the light receiving position is completed, the storage area storing the digital data is released and new data can be stored.

回転角度計算回路42fは、回転角度θxを算出する指示を入力した直後に反射光を受光したフォトディテクタを特定し、そのフォトディテクタにおける反射光の受光位置を算出する。メモリ42f1に記録されたデジタルデータの値は、フォトディテクタ26A1〜26A9のうちの1つに対応しているので、反射光がフォトディテクタ26A1〜26A9のうちのどのフォトディテクタによって受光されたかを特定することができる。上記のように、A/D変換器42eは、時間間隔DTごとに加算器42dからの出力をデジタルデータに変換して回転角度計算回路42fに供給している。したがって、第1ミラー14の駆動信号として三角波又は正弦波が入力されるとき、ミラー14aからの反射光の受光位置は、1つのフォトディテクタ上においては等速度で移動するとみなせば、前記特定したフォトディテクタによって受光されたことを表すデジタルデータのデータ数を用いて、受光位置が移動する移動速度(すなわち、A/D変換器42eが加算器42dの出力をデジタルデータに変換する所定の時間間隔DTの間に反射光が移動する移動量)を算出できる。そして、前記特定したフォトディテクタによって受光されるようになってから前記指示を入力するまでのデータ数と前記算出した移動速度を乗算すれば、前記特定したフォトディテクタにおける受光位置を算出できる。   The rotation angle calculation circuit 42f specifies a photodetector that has received reflected light immediately after inputting an instruction to calculate the rotation angle θx, and calculates a light receiving position of the reflected light at the photodetector. Since the value of the digital data recorded in the memory 42f1 corresponds to one of the photodetectors 26A1 to 26A9, it is possible to specify which of the photodetectors 26A1 to 26A9 has received the reflected light. . As described above, the A / D converter 42e converts the output from the adder 42d into digital data at each time interval DT and supplies the digital data to the rotation angle calculation circuit 42f. Therefore, when a triangular wave or a sine wave is input as a driving signal for the first mirror 14, the light receiving position of the reflected light from the mirror 14a is assumed to move at a constant speed on one photo detector. Using the number of digital data representing that light is received, the moving speed at which the light receiving position moves (that is, during a predetermined time interval DT in which the A / D converter 42e converts the output of the adder 42d into digital data). The amount of movement of the reflected light can be calculated. Then, by multiplying the number of data from when the light is received by the specified photodetector until the instruction is input, the calculated moving speed, the light receiving position of the specified photodetector can be calculated.

上記の受光位置の算出方法について図8B及び図9を用いて具体的に説明する。この具体例では、メモリ42f1の第8領域の最初に記録されたデータAに係る反射光の受光位置の算出方法について説明する。図8Bは、第1ミラー14の駆動信号として正弦波状の駆動信号を入力したとき、メモリ42f1の各記憶領域に記憶されたデータの内容を示すグラフである。また、図9においては、メモリ42f1に記憶した各データに係る反射光の受光位置を黒点で示しており、フォトディテクタ26A8及びフォトディテクタ26A9の破線で示した枠内がレーザ光を受光可能な受光部である。また、この例においては、反射光の受光位置が図9の左側から右側(すなわち、フォトディテクタ26A7側からフォトディテクタ26A9側)へ移動しているものとする。まず、回転角度計算回路42fは、データAの値(すなわち、加算器42dの出力レベル)が出力レベルLV8であることから、データAに係る反射光は、フォトディテクタ26A8によって受光されたと判断する。つぎに、回転角度計算回路42fは、データAの前後にデータAと同じ値(すなわち、出力レベルLV8)が連続していくつ記憶されているかをカウントする。この例においては、データAの前には5個のデータがあり、データAの後には2個のデータがある。したがって、データAを含めると、フォトディテクタ26A8によって受光されたことを表すデータが8個ある。ここで、この8個のデータのうちの最初のデータ及び最後のデータに係る受光位置がそれぞれフォトディテクタ26A8の受光部の左端及び右端であるとし、フォトディテクタ26A8上を反射光が移動する速度は一定であるとみなす。そして、1つのフォトディテクタの受光部の幅をLとすると、受光位置の移動速度はL/7と算出される。つぎに、回転角度計算回路42fは、前記カウントしたデータ数のうちデータAの前に記録されたデータのデータ数と前記算出した移動速度とを乗算して、フォトディテクタ26A8の受光部の左端からデータAに係る反射光の受光位置までの距離を算出する。この例においては、前記カウントしたデータ数のうちデータAの前に記録されたデータのデータ数は5個であり、移動速度はL/7であるから、これらを乗算すると5L/7(=5×L/7)となる。したがって、回転角度計算回路42fは、データAに係る反射光の受光位置は、フォトディテクタ26A8の受光部の左端から5L/7だけフォトディテクタ26A8側に進入した位置にあると算出する。   The method for calculating the light receiving position will be specifically described with reference to FIGS. 8B and 9. In this specific example, a calculation method of the light receiving position of the reflected light related to the data A recorded at the beginning of the eighth area of the memory 42f1 will be described. FIG. 8B is a graph showing the content of data stored in each storage area of the memory 42f1 when a sinusoidal drive signal is input as the drive signal for the first mirror 14. In FIG. 9, the light receiving position of the reflected light related to each data stored in the memory 42f1 is indicated by black dots, and the inside of the frame indicated by the broken lines of the photodetector 26A8 and the photodetector 26A9 is a light receiving portion capable of receiving laser light. is there. In this example, it is assumed that the light receiving position of the reflected light is moved from the left side to the right side in FIG. 9 (that is, from the photo detector 26A7 side to the photo detector 26A9 side). First, since the value of data A (that is, the output level of the adder 42d) is the output level LV8, the rotation angle calculation circuit 42f determines that the reflected light related to the data A is received by the photodetector 26A8. Next, the rotation angle calculation circuit 42f counts the number of the same value (that is, the output level LV8) stored in the data A before and after the data A is continuously stored. In this example, there are five data before the data A, and two data after the data A. Therefore, when data A is included, there are eight data indicating that light is received by the photodetector 26A8. Here, it is assumed that the light receiving positions related to the first data and the last data among the eight data are the left end and the right end of the light receiving portion of the photodetector 26A8, and the speed at which the reflected light moves on the photodetector 26A8 is constant. Consider it. When the width of the light receiving portion of one photodetector is L, the moving speed of the light receiving position is calculated as L / 7. Next, the rotation angle calculation circuit 42f multiplies the number of data recorded before the data A among the counted number of data by the calculated moving speed to obtain data from the left end of the light receiving unit of the photodetector 26A8. The distance to the light receiving position of the reflected light according to A is calculated. In this example, the number of data recorded before data A out of the counted number of data is 5, and the moving speed is L / 7. Therefore, when these are multiplied, 5L / 7 (= 5 × L / 7). Accordingly, the rotation angle calculation circuit 42f calculates that the light receiving position of the reflected light related to the data A is at a position that has entered the photodetector 26A8 side by 5L / 7 from the left end of the light receiving portion of the photodetector 26A8.

ただし、前記特定したフォトディテクタが受光センサ26Aの両端に位置するフォトディテクタ(すなわち、フォトディテクタ26A1又はフォトディテクタ26A9)であるときは、ミラー14aの回転方向が切り替わり、反射光の受光位置の移動方向が反転するので、前記特定したフォトディテクタによって受光されたことを表すデジタルデータのデータ数によっては反射光の受光位置の移動速度を算出することができない。この場合、前記指示の入力前又は入力後に、前記特定したフォトディテクタの隣のフォトディテクタ(すなわち、フォトディテクタ26A2又はフォトディテクタ26A8)によって受光されたことを表すデジタルデータのデータ数を用いて移動速度を算出する。そして、前記指示の入力前又は入力後に前記特定したフォトディテクタによって受光されたことを表すデジタルデータのデータ数と、前記算出した移動速度を乗算すれば、前記特定したフォトディテクタにおける受光位置を算出することができる。   However, when the specified photodetector is a photodetector located at both ends of the light receiving sensor 26A (that is, the photodetector 26A1 or the photodetector 26A9), the rotation direction of the mirror 14a is switched and the moving direction of the light receiving position of the reflected light is reversed. The moving speed of the light receiving position of the reflected light cannot be calculated depending on the number of digital data indicating that the light has been received by the specified photodetector. In this case, before or after the input of the instruction, the moving speed is calculated using the number of digital data indicating that the light is received by the photodetector adjacent to the specified photodetector (that is, the photodetector 26A2 or the photodetector 26A8). Then, by multiplying the calculated moving speed by the number of digital data indicating that light is received by the specified photo detector before or after the input of the instruction, the light receiving position in the specified photo detector can be calculated. it can.

つぎに、移動方向が反転したときの受光位置の算出方法について図8B及び図9を用いて具体的に説明する。この具体例においては、第9領域の最初に記録されたデータBに係る反射光の受光位置の算出方法について説明する。また、この具体例においては、反射光の受光位置は、最初、図9の左側から右側(すなわち、フォトディテクタ26A7側からフォトディテクタ26A9側)へ移動し、次に、フォトディテクタ26A9上で移動方向が反転して、図9の右側から左側へ移動しているものとする。まず、回転角度計算回路42fは、データBの値が出力レベルLV9であることから、データBに係る反射光は、フォトディテクタ26A9によって受光されたと判断する。つぎに、反射光の移動速度を算出する。データBを記録する前にフォトディテクタ26A9の隣に位置するフォトディテクタ26A8によって受光されたことを表すデジタルデータの数をカウントする。すなわち、値が出力レベルLV8であるデータが連続していくつ記録されているかをカウントする。すると、この条件に該当するデータが8個ある。ここで、フォトディテクタ26A8及びフォトディテクタ26A9上を反射光が移動する速度が一定とみなし、1つのフォトディテクタの受光部の幅をLとすると、移動速度はL/7となる。   Next, a method for calculating the light receiving position when the moving direction is reversed will be specifically described with reference to FIGS. 8B and 9. In this specific example, a method of calculating the light receiving position of reflected light related to data B recorded at the beginning of the ninth area will be described. In this specific example, the light receiving position of the reflected light first moves from the left side of FIG. 9 to the right side (that is, from the photo detector 26A7 side to the photo detector 26A9 side), and then the moving direction is reversed on the photo detector 26A9. It is assumed that the right side of FIG. First, since the value of the data B is the output level LV9, the rotation angle calculation circuit 42f determines that the reflected light related to the data B is received by the photodetector 26A9. Next, the moving speed of the reflected light is calculated. Before the data B is recorded, the number of digital data indicating that light is received by the photodetector 26A8 located next to the photodetector 26A9 is counted. That is, it counts how many data whose value is the output level LV8 is continuously recorded. Then, there are 8 data that meet this condition. Here, assuming that the speed at which the reflected light moves on the photodetectors 26A8 and 26A9 is constant, and the width of the light receiving portion of one photodetector is L, the moving speed is L / 7.

つぎに、回転角度計算回路42fは、反射光の移動方向が既に反転したか否かを判断する。具体的には、データBの前後にデータBと同じ値(すなわち、出力レベルLV9)が連続していくつ記憶されているかをカウントする。そして、前記カウントしたデータ数のうち、データBの前に記憶されたデータのデータ数とデータBの後に記憶されたデータのデータ数とを比較して、前者の方が多ければ、移動方向は反転したと判断し、後者の方が多ければ、未だ移動方向は反転していないと判断する。反射光の受光位置の移動方向が反転した場合、データBの後に記録されたデータのデータ数と前記算出した移動速度とを乗算して得た値が、フォトディテクタ26A9の受光部の左端からデータBに係る反射光の受光位置までの距離である。一方、反射光の受光位置の移動方向が未だ反転していない場合は、前記カウントしたデータ数のうち、データBの前に記憶されたデータのデータ数と前記算出した移動速度とを乗算して得た値が、フォトディテクタ26A8とフォトディテクタ26A9の境界からデータBに係る反射光の受光位置までの距離である。この例においては、前者が4個で後者が1個であるから、反射光の移動方向は反転したと判断する。また、上記のように、データBの後には、値が出力レベルLV9であるデータが1個記録されていて、移動速度はL/7であるから、これらを乗算するとL/7(=1×L/7)となる。したがって、データBに係る反射光の受光位置は、フォトディテクタ26A9の受光部の左端からL/7だけフォトディテクタ26A9側に進入した位置にあると算出できる。   Next, the rotation angle calculation circuit 42f determines whether or not the moving direction of the reflected light has already been reversed. Specifically, the number of the same value (that is, the output level LV9) stored in the data B before and after the data B is continuously counted. Of the counted data numbers, the number of data stored before data B is compared with the number of data stored after data B. If the former is larger, the moving direction is If the latter is determined to be more, it is determined that the moving direction has not been reversed yet. When the moving direction of the light receiving position of the reflected light is reversed, a value obtained by multiplying the number of data recorded after the data B and the calculated moving speed is the data B from the left end of the light receiving unit of the photodetector 26A9. It is the distance to the light receiving position of the reflected light concerning. On the other hand, when the moving direction of the light receiving position of the reflected light is not yet reversed, the number of data stored before data B out of the counted number of data is multiplied by the calculated moving speed. The obtained value is the distance from the boundary between the photo detector 26A8 and the photo detector 26A9 to the light receiving position of the reflected light related to the data B. In this example, since the former is four and the latter is one, it is determined that the moving direction of the reflected light is reversed. Further, as described above, after the data B, one piece of data whose value is the output level LV9 is recorded and the moving speed is L / 7. Therefore, when these are multiplied, L / 7 (= 1 × L / 7). Therefore, it is possible to calculate that the light receiving position of the reflected light related to the data B is a position that has entered the photo detector 26A9 side by L / 7 from the left end of the light receiving unit of the photo detector 26A9.

そして、回転角度計算回路42fは、受光センサ26Aにおける反射光の受光位置と回転角度θxとの関係を表すテーブルを用いて、ミラー14aの回転角度θxを算出し、ミラー14aの回転角度θxを表すデジタルデータをコントローラ52に出力する。第2実施形態の構成は、受光センサ26A及びミラー角度検出回路42Aを除き、上記第1実施形態と同様であり、この第2実施形態によっても、上記第1実施形態と同様の効果が得られる。なお、上記説明では、説明を簡単にして理解し易くするために、1つのフォトディテクタ上に反射光の受光位置があるとき記憶されるデータ数を8個程度にした。しかし、実際はさらに多くのデータを記憶するのが好ましく、これによれば、検出する受光位置の精度を高くでき、算出する回転角度θxの精度を高くすることができる。   Then, the rotation angle calculation circuit 42f calculates the rotation angle θx of the mirror 14a by using a table showing the relationship between the light receiving position of the reflected light and the rotation angle θx in the light receiving sensor 26A, and represents the rotation angle θx of the mirror 14a. The digital data is output to the controller 52. The configuration of the second embodiment is the same as that of the first embodiment except for the light receiving sensor 26A and the mirror angle detection circuit 42A, and this second embodiment also provides the same effects as the first embodiment. . In the above description, in order to simplify the description and make it easy to understand, the number of data stored when there is a light receiving position of the reflected light on one photo detector is about eight. However, it is actually preferable to store more data. According to this, the accuracy of the light receiving position to be detected can be increased, and the accuracy of the calculated rotation angle θx can be increased.

c.第3実施形態
第3実施形態においては、図10に示すように、第1実施形態のコリメートレンズ24と第1ミラー14の間にシリンドリカルレンズ58を設けている。レーザ光源22から出射されコリメートレンズ24を透過して平行光となったレーザ光は、シリンドリカルレンズ58を透過することにより、ライン光となる。また、第1実施形態の受光センサ26に代えて、受光センサ26Bを備えている。受光センサ26Bは、受光する光量に相当する強度の電気信号を出力するフォトディテクタを2つ並べて形成されている。シリンドリカルレンズ58を透過してライン光となったレーザ光は、ミラー14aの裏面で反射し、図11A乃至図11Cに示すように、2つのフォトディテクタ26B1,26B2の境界にまたがって受光される。受光センサ26Bにおける受光位置の移動方向が反対方向に変わるときにおいても、反射光は2つのフォトディテクタ26B1,26B2の境界にまたがって受光される。また、ミラー角度検出回路42に代えて、ミラー角度検出回路42Bを備えている。ミラー角度検出回路42Bは、差動増幅回路42g、A/D変換器42h及び回転角度計算回路42iからなる。差動増幅回路42gは、2つのフォトディテクタ26B1,26B2が出力する信号の強度の差を増幅してA/D変換器42hに出力する。A/D変換器42hは、差動増幅回路42gが出力する信号の瞬時値を時間間隔DTでデジタルデータに変換して回転角度計算回路42iに出力する。回転角度計算回路42iは、2つのフォトディテクタ26B1,26B2が出力する信号の強度の差を増幅した値とミラー14aの回転角度との関係を表すテーブルを記憶していて、このテーブルを用いてミラー14aの回転角度θxを算出し、回転角度θxを表すデジタルデータをコントローラ52に出力する。第3実施形態の構成は、シリンドリカルレンズ58、受光センサ26B及びミラー角度検出回路42Bを除き、上記第1実施形態と同様である。
c. Third Embodiment In the third embodiment, as shown in FIG. 10, a cylindrical lens 58 is provided between the collimating lens 24 of the first embodiment and the first mirror 14. The laser light emitted from the laser light source 22 and transmitted through the collimator lens 24 to become parallel light is transmitted through the cylindrical lens 58 to become line light. Further, a light receiving sensor 26B is provided instead of the light receiving sensor 26 of the first embodiment. The light receiving sensor 26B is formed by arranging two photodetectors that output an electric signal having an intensity corresponding to the amount of light received. The laser light that has passed through the cylindrical lens 58 and became line light is reflected by the back surface of the mirror 14a, and is received across the boundary between the two photodetectors 26B1 and 26B2, as shown in FIGS. 11A to 11C. Even when the moving direction of the light receiving position in the light receiving sensor 26B changes in the opposite direction, the reflected light is received across the boundary between the two photodetectors 26B1 and 26B2. Further, a mirror angle detection circuit 42B is provided instead of the mirror angle detection circuit 42. The mirror angle detection circuit 42B includes a differential amplifier circuit 42g, an A / D converter 42h, and a rotation angle calculation circuit 42i. The differential amplifier circuit 42g amplifies the difference in intensity between the signals output from the two photodetectors 26B1 and 26B2, and outputs the amplified difference to the A / D converter 42h. The A / D converter 42h converts the instantaneous value of the signal output from the differential amplifier circuit 42g into digital data at the time interval DT and outputs the digital data to the rotation angle calculation circuit 42i. The rotation angle calculation circuit 42i stores a table representing the relationship between the value obtained by amplifying the difference in the intensity of the signal output from the two photodetectors 26B1 and 26B2 and the rotation angle of the mirror 14a, and using this table, the mirror 14a is stored. The rotation angle θx is calculated, and digital data representing the rotation angle θx is output to the controller 52. The configuration of the third embodiment is the same as that of the first embodiment except for the cylindrical lens 58, the light receiving sensor 26B, and the mirror angle detection circuit 42B.

上記のように構成した第3実施形態によれば、第1実施形態のようにピーク位置を求める必要がない。また、第2実施形態のように、データ数をカウントして受光位置を算出する必要がない。そのため、第1実施形態及び第2実施形態に比べて回転角度θxを高速に算出できる。なお、差動増幅回路42gは、フォトディテクタ26B1,26B2が出力する信号の強度の差をフォトディテクタ26B1,26B2が出力する信号の強度の加算値で除した信号を出力するようにしてもよい。この場合、回転角度計算回路42iは、フォトディテクタ26B1,26B2が出力する信号の強度の比と回転角度θxとの関係を表すテーブルを記憶しておけばよい。これによれば、回転角度計算回路42iは、フォトディテクタ26B1,26B2が出力する信号の強度の比を用いてミラー14aの回転角度θxを求めることができるので、レーザ光源22が出射するレーザ光の強度を常に一定にしておく必要がない。したがって、レーザ光源22の回路構成を簡略化できる。   According to the third embodiment configured as described above, it is not necessary to obtain the peak position as in the first embodiment. Further, unlike the second embodiment, it is not necessary to calculate the light receiving position by counting the number of data. Therefore, the rotation angle θx can be calculated at a higher speed than in the first and second embodiments. Note that the differential amplifier circuit 42g may output a signal obtained by dividing the difference in intensity of the signals output from the photodetectors 26B1 and 26B2 by the added value of the intensity of the signals output from the photodetectors 26B1 and 26B2. In this case, the rotation angle calculation circuit 42i may store a table representing the relationship between the intensity ratio of the signals output from the photodetectors 26B1 and 26B2 and the rotation angle θx. According to this, the rotation angle calculation circuit 42i can obtain the rotation angle θx of the mirror 14a using the intensity ratio of the signals output from the photodetectors 26B1 and 26B2, and therefore the intensity of the laser light emitted from the laser light source 22 Need not be kept constant. Therefore, the circuit configuration of the laser light source 22 can be simplified.

さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。   Furthermore, in carrying out the present invention, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the object of the present invention.

上記実施形態においては、コントローラ52は、一定の時間間隔Tで、受光センサ20の各受光素子が出力する信号の強度に対応するデジタルデータ、第1ミラー14の回転角度θxを表すデジタルデータ及び筐体30の回転角度θyを表すデジタルデータを取り込むようにした。しかし、第1ミラー14の回転角度が予め設定された設定角度θx(n)になるごとに、各種デジタルデータを取り込むようにしてもよい。ただし、パラメータnは、「1」から「N」まで順次「1」ずつ増加する変数である。また、パラメータnの値が大きくなるに従って、設定角度θx(n)の値が順次大きくなるようにしておく。   In the above-described embodiment, the controller 52 has the digital data corresponding to the intensity of the signal output from each light receiving element of the light receiving sensor 20 at a certain time interval T, the digital data representing the rotation angle θx of the first mirror 14 and the housing. Digital data representing the rotation angle θy of the body 30 was taken in. However, every time the rotation angle of the first mirror 14 reaches a preset angle θx (n), various digital data may be captured. However, the parameter n is a variable that sequentially increases by “1” from “1” to “N”. Further, the value of the set angle θx (n) is sequentially increased as the value of the parameter n is increased.

この場合、コントローラ52は、ミラー角度検出回路42が出力するミラー14aの回転角度θxを表すデジタルデータを逐次入力し続け、入力した回転角度θxが予め設定された設定角度θx(n)になったとき、受光センサ20の各受光素子が出力する信号の強度に対応するデジタルデータ、及び筐体角度検出回路46が出力する筐体30の回転角度θyを取り込むようにすればよい。この場合、回転角度θxのデジタルデータが高速で得られる第3実施形態のように構成するとよい。   In this case, the controller 52 continues to sequentially input digital data representing the rotation angle θx of the mirror 14a output from the mirror angle detection circuit 42, and the input rotation angle θx becomes a preset set angle θx (n). At this time, the digital data corresponding to the intensity of the signal output from each light receiving element of the light receiving sensor 20 and the rotation angle θy of the housing 30 output from the housing angle detection circuit 46 may be captured. In this case, it may be configured as in the third embodiment in which digital data of the rotation angle θx can be obtained at high speed.

上記のように構成した3次元形状測定装置の動作について、図13を用いて説明する。作業者が入力装置54を用いて測定開始を指示すると、コントローラ52は、ステップS100にて、3次元測定処理を開始する。つぎに、コントローラ52は、ステップS101にて、パラメータnを「1」に初期化する。つぎに、コントローラ52は、ステップS102にて、筐体駆動回路44に、筐体30の回転角度θyを初期の回転角度にするよう指示する。つぎに、コントローラ52は、ステップS103にて、ミラー角度検出用レーザ駆動回路38及び形状測定用レーザ駆動回路48にレーザ照射開始を指示する。つぎに、コントローラ52は、ステップS104にて、ミラー駆動回路40にミラー14aの駆動開始を指示する。これにより、ミラー14aがX軸回りに回転し始める。つぎに、コントローラ52は、ステップS105にて、ミラー角度検出回路42Bに、ミラー14aの回転角度θxを計算するよう指示する。そして、コントローラ52は、回転角度計算回路42iから出力されるミラー14aの回転角度θxを表すデジタルデータを取り込む。そして、コントローラ52は、ステップS106にて、回転角度θxが設定角度θx(1)よりも小さいか否かを判定する。回転角度θxが設定角度θx(1)よりも大きいと判定した場合、ステップS105に戻り、ミラー14aの回転角度θxを再び取り込む。このように、ミラー14aの回転角度θxが所定の設定角度θx(1)よりも小さくなるまでステップS105及びステップS106を繰り返す。   The operation of the three-dimensional shape measuring apparatus configured as described above will be described with reference to FIG. When the operator instructs to start measurement using the input device 54, the controller 52 starts the three-dimensional measurement process in step S100. Next, the controller 52 initializes the parameter n to “1” in step S101. Next, the controller 52 instructs the casing drive circuit 44 to set the rotation angle θy of the casing 30 to the initial rotation angle in step S102. Next, in step S103, the controller 52 instructs the mirror angle detection laser drive circuit 38 and the shape measurement laser drive circuit 48 to start laser irradiation. Next, in step S104, the controller 52 instructs the mirror drive circuit 40 to start driving the mirror 14a. Thereby, the mirror 14a starts to rotate around the X axis. Next, in Step S105, the controller 52 instructs the mirror angle detection circuit 42B to calculate the rotation angle θx of the mirror 14a. Then, the controller 52 takes in digital data representing the rotation angle θx of the mirror 14a output from the rotation angle calculation circuit 42i. In step S106, the controller 52 determines whether or not the rotation angle θx is smaller than the set angle θx (1). When it is determined that the rotation angle θx is larger than the set angle θx (1), the process returns to step S105, and the rotation angle θx of the mirror 14a is captured again. In this manner, Step S105 and Step S106 are repeated until the rotation angle θx of the mirror 14a becomes smaller than the predetermined set angle θx (1).

そして、ミラー14aの回転角度θxが設定角度θx(1)より小さくなると、コントローラ52は、ステップS107にて、筐体駆動回路44に筐体30の駆動開始を指示する。これにより、筐体30がY軸回りに回転し始める。つぎに、ステップS108にて、前記ステップS105と同様にミラー14aの回転角度θxを表すデジタルデータを取り込む。つぎに、コントローラ52は、ステップS109にて、前記ステップS108において取り込んだ回転角度θxが設定角度θx(n)より大きいか否かを判定する。最初、パラメータnの値は「1」となっているため、回転角度θxが設定角度θx(1)より大きいか否かを判定する。前記ステップS108において取り込んだ回転角度θxが設定角度θx(1)よりも小さいと判定した場合、コントローラ52は、ステップS108に戻り、ミラー14aの回転角度θxを再度取り込む。このように、コントローラ52は、ミラー14aの回転角度θxが、設定角度θx(1)より大きくなるまでステップS108及びS109を繰り返す。   When the rotation angle θx of the mirror 14a becomes smaller than the set angle θx (1), the controller 52 instructs the housing drive circuit 44 to start driving the housing 30 in step S107. As a result, the housing 30 starts to rotate around the Y axis. Next, in step S108, digital data representing the rotation angle θx of the mirror 14a is captured in the same manner as in step S105. Next, in step S109, the controller 52 determines whether or not the rotation angle θx captured in step S108 is larger than the set angle θx (n). Initially, since the value of the parameter n is “1”, it is determined whether or not the rotation angle θx is larger than the set angle θx (1). When it is determined that the rotation angle θx captured in step S108 is smaller than the set angle θx (1), the controller 52 returns to step S108 and captures the rotation angle θx of the mirror 14a again. Thus, the controller 52 repeats steps S108 and S109 until the rotation angle θx of the mirror 14a becomes larger than the set angle θx (1).

そして、第1ミラー14の回転角度θxが設定角度θx(1)より大きくなると、コントローラ52は、ステップS110にて、筐体角度検出回路46に、筐体30の回転角度θyを算出するよう指示する。そして、コントローラ52は、筐体角度検出回路46から出力される筐体30の回転角度θyを表すデジタルデータを取り込む。つぎに、コントローラ52は、ステップS111にて、センサ信号取り込み回路50に、受光センサ20の出力信号を取り込むよう指示する。そして、コントローラ52は、センサ信号取り込み回路50から出力される受光センサ20の各受光素子が出力する信号の強度に相当するデジタルデータを取り込む。つぎに、コントローラ52は、ステップS112にて、パラメータnの値が「N」となっているか否かを判定する。最初、パラメータnの値は「1」であるので、ステップS112においては、「No」と判定し、ステップS113に進み、パラメータnをインクリメントする。これにより、パラメータnの値が「2」となる。つぎに、コントローラ52は、ステップS114にて、筐体30の回転角度θyがその限界角度に達したか否かを判定する。筐体30の回転角度θyが限界角度に達していないとき、ステップS114においては、「No」と判定し、ステップS108に戻る。筐体30の回転速度は、第1ミラー14の回転速度に比べて遅いので、コントローラ52は、パラメータnを「1」ずつ増加させながらステップS108乃至ステップS114からなる処理を繰り返し実行する。そして、筐体30の回転角度θyがその限界角度に達する前に、パラメータnの値が「N」に達する。このとき、コントローラ52は、ステップS112にて「Yes」と判定し、ステップS115に進む。   When the rotation angle θx of the first mirror 14 becomes larger than the set angle θx (1), the controller 52 instructs the case angle detection circuit 46 to calculate the rotation angle θy of the case 30 in step S110. To do. Then, the controller 52 captures digital data representing the rotation angle θy of the housing 30 output from the housing angle detection circuit 46. Next, the controller 52 instructs the sensor signal capturing circuit 50 to capture the output signal of the light receiving sensor 20 in step S111. The controller 52 captures digital data corresponding to the intensity of the signal output from each sensor element of the light receiving sensor 20 output from the sensor signal capturing circuit 50. Next, in step S112, the controller 52 determines whether or not the value of the parameter n is “N”. Initially, since the value of the parameter n is “1”, it is determined as “No” in step S112, the process proceeds to step S113, and the parameter n is incremented. As a result, the value of the parameter n becomes “2”. Next, the controller 52 determines in step S114 whether or not the rotation angle θy of the housing 30 has reached the limit angle. When the rotation angle θy of the housing 30 has not reached the limit angle, “No” is determined in step S114, and the process returns to step S108. Since the rotation speed of the housing 30 is slower than the rotation speed of the first mirror 14, the controller 52 repeatedly executes the processing from step S108 to step S114 while increasing the parameter n by “1”. Then, the value of the parameter n reaches “N” before the rotation angle θy of the housing 30 reaches the limit angle. At this time, the controller 52 determines “Yes” in step S112 and proceeds to step S115.

つぎに、コントローラ52は、ステップS115にて、筐体30の回転角度θyが限界角度に達したか否かを判定する。ステップS115において、筐体30の回転角度θyが限界角度に達しておらず、「No」と判定すると、コントローラ52は、ステップS116にて、前記ステップS105と同様に、ミラー14aの現在の回転角度θxを取り込む。そして、コントローラ52は、ステップS117にて、前記ステップS116において取り込んだ回転角度θxが設定角度θx(N)以下であるか否かを判定する。上記のように、ミラー14aの回転方向は、駆動波形に応じて反転する。すなわち、ミラー14aの回転角度θxは、設定角度θx(N)よりも若干大きくなった後、再び小さくなっていく。そこで、コントローラ52は、ステップS116及びステップS117からなる処理を繰り返して、ミラー14aの回転角度θxが、設定角度θx(N)以下になるまで待機する。   Next, the controller 52 determines whether or not the rotation angle θy of the housing 30 has reached the limit angle in step S115. In step S115, if the rotation angle θy of the housing 30 has not reached the limit angle and it is determined “No”, the controller 52 in step S116, as in step S105, the current rotation angle of the mirror 14a. Capture θx. In step S117, the controller 52 determines whether or not the rotation angle θx captured in step S116 is equal to or less than the set angle θx (N). As described above, the rotation direction of the mirror 14a is reversed according to the drive waveform. That is, the rotation angle θx of the mirror 14a becomes slightly larger than the set angle θx (N) and then decreases again. Therefore, the controller 52 repeats the processing consisting of step S116 and step S117, and waits until the rotation angle θx of the mirror 14a becomes equal to or less than the set angle θx (N).

そして、ミラー14aの回転角度θxが設定角度θx(N)以下になると、コントローラ52は、ステップS118にて、前記ステップS110と同様に、筐体角度検出回路46から筐体30の回転角度θyを表すデジタルデータを取り込む。つぎに、コントローラ52は、ステップS119にて、前記ステップS111と同様に、センサ信号取り込み回路50から受光センサ20の各受光素子が出力する信号の強度に相当するデジタルデータを取り込む。つぎに、コントローラ52は、ステップS120にて、パラメータnの値が「1」となっているか否かを判定する。現在のパラメータnの値は「N」であるので、コントローラ52は、ステップS120においては、「No」と判定し、ステップS121に進み、パラメータnの値をデクリメントする。これにより、パラメータnの値は「N−1」となる。   When the rotation angle θx of the mirror 14a becomes equal to or less than the set angle θx (N), the controller 52 determines the rotation angle θy of the housing 30 from the housing angle detection circuit 46 in step S118, as in step S110. Capture digital data to represent. Next, in step S119, the controller 52 captures digital data corresponding to the intensity of the signal output from each light receiving element of the light receiving sensor 20 from the sensor signal capturing circuit 50 in the same manner as in step S111. Next, in step S120, the controller 52 determines whether or not the value of the parameter n is “1”. Since the current value of the parameter n is “N”, the controller 52 determines “No” in step S120, proceeds to step S121, and decrements the value of the parameter n. As a result, the value of the parameter n becomes “N−1”.

つぎに、コントローラ52は、ステップS115にて、筐体30の回転角度θyがその限界角度に達したか否かを判定し、限界角度に達していなければ、再びステップS116に進む。上記のように、ミラー14aの回転角度θxが増加している間は、ステップS108乃至ステップS113からなる処理を繰り返し実行して各種データを取り込み、ミラー14aの回転角度θxが減少している間は、ステップS116乃至ステップS121からなる処理を繰り返し実行して各種データを取り込む。   Next, in step S115, the controller 52 determines whether or not the rotation angle θy of the housing 30 has reached the limit angle. If the limit angle has not been reached, the controller 52 proceeds to step S116 again. As described above, while the rotation angle θx of the mirror 14a is increasing, the process consisting of steps S108 to S113 is repeatedly executed to acquire various data, and while the rotation angle θx of the mirror 14a is decreasing. The process consisting of steps S116 to S121 is repeatedly executed to capture various data.

そして、筐体30の回転角度θyが限界角度に達し、ステップS114又はステップS115において、「Yes」と判定すると、コントローラ52は、上記第1実施形態のステップS21乃至ステップS27と同様の処理を実行する。すなわち、コントローラ52は、ステップS122にて、レーザ光源10及びレーザ光源22からのレーザ照射を停止させる。つぎに、ステップS123にて、第1ミラー14の駆動を停止させる。そして、ステップS124にて、筐体30の駆動を停止させる。つぎに、コントローラ52は、ステップS125にて、前記ステップS111及びステップS119において取り込んだ各測定ポイントにおける受光センサ20の各受光素子が出力する信号の強度に相当するデジタルデータを用いて、3次元カメラCAから測定対象物OBまでの距離を表す距離データLを算出し、距離データL、回転角度θx及び回転角度θyから測定対象物OBの形状を表す座標データを算出する。さらに、前記算出した座標データから測定対象物OBの3次元画像を表示装置56に表示するための3次元画像データを作成する。そして、ステップS126にて測定を終了する。   When the rotation angle θy of the casing 30 reaches the limit angle and it is determined “Yes” in step S114 or step S115, the controller 52 performs the same processing as in steps S21 to S27 of the first embodiment. To do. That is, the controller 52 stops the laser irradiation from the laser light source 10 and the laser light source 22 in step S122. Next, in step S123, the drive of the first mirror 14 is stopped. In step S124, the driving of the housing 30 is stopped. Next, in step S125, the controller 52 uses the digital data corresponding to the intensity of the signal output from each light receiving element of the light receiving sensor 20 at each measurement point captured in step S111 and step S119, to obtain a three-dimensional camera. Distance data L representing the distance from the CA to the measurement object OB is calculated, and coordinate data representing the shape of the measurement object OB is calculated from the distance data L, the rotation angle θx, and the rotation angle θy. Further, three-dimensional image data for displaying a three-dimensional image of the measurement object OB on the display device 56 is created from the calculated coordinate data. And a measurement is complete | finished in step S126.

上記のように構成した3次元形状測定装置によれば、ミラー14aの回転角度θxが、予め設定した設定角度θx(n)(ただし、n=1,2,・・・N)になるごとに、筐体30の回転角度θy及び3次元カメラCAから測定対象物までの距離データLを計算するためのデータを取り込み、これらを用いて座標データを算出できる。したがって、測定対象物OBの測定範囲によって測定精度を変化させることができる。すなわち、形状の変化が大きく測定精度を高くしたい範囲においては、設定角度θx(n)の間隔を細かく設定しておき、逆にあまり形状の変化がなく測定精度が低くてもよい範囲においては、設定角度θx(n)の間隔を粗く設定しておけばよい。これにより、測定データのデータ量を必要最小限に抑えることができるので、全ての測定範囲を高精度に測定する場合に比べて高速に座標データを算出できる。   According to the three-dimensional shape measuring apparatus configured as described above, every time the rotation angle θx of the mirror 14a becomes a preset set angle θx (n) (where n = 1, 2,... N). The data for calculating the rotation angle θy of the housing 30 and the distance data L from the three-dimensional camera CA to the measurement object can be taken in, and coordinate data can be calculated using these. Therefore, the measurement accuracy can be changed depending on the measurement range of the measurement object OB. That is, in the range where the change in shape is large and the measurement accuracy is desired to be high, the interval of the set angle θx (n) is set finely. Conversely, in the range where the measurement accuracy may be low without much change in shape, The interval of the set angle θx (n) may be set coarsely. Thereby, since the data amount of measurement data can be suppressed to the minimum necessary, coordinate data can be calculated at high speed compared with the case where the entire measurement range is measured with high accuracy.

また、上記実施形態及びその変形例においては、ミラー駆動回路40は、第1ミラー14に、三角波又は正弦波状の駆動信号を供給するようにした。しかし、受光センサによって取得した現在のミラー14aの回転角度θxを用いて駆動信号を補正することにより、ミラー14aの回転角度θxを、振幅及び周波数が常に一定の理想状態の波形(例えば、三角波又は正弦波)で変化させるようにしておき、所定の時間間隔をおいて各種デジタルデータを取り込むようにしてもよい。   In the above-described embodiment and its modification, the mirror drive circuit 40 supplies the first mirror 14 with a triangular wave or sine wave drive signal. However, by correcting the drive signal using the current rotation angle θx of the mirror 14a acquired by the light receiving sensor, the rotation angle θx of the mirror 14a is changed into an ideal state waveform (for example, a triangular wave or It may be changed by a sine wave), and various digital data may be captured at a predetermined time interval.

この場合、例えば、図14に示すように、上記第3実施形態と同様のレーザ光源22、コリメートレンズ24、シリンドリカルレンズ58、受光センサ26B、ミラー角度検出用レーザ駆動回路38、ミラー駆動回路40及び差動増幅回路42gを設ける。さらに、ミラー駆動回路40を、ミラー駆動信号生成回路40a、ずれ分補正信号生成回路40b、加算器40c及び駆動回路40dを備えたミラー駆動回路40Aとする。ミラー駆動信号生成回路40aは、ミラー14aを駆動する信号に相当する信号を生成して出力する。ずれ分補正信号生成回路40bは、差動増幅回路42gが出力する信号をミラー14aの現在の回転角度θxに対応する駆動信号に相当する信号に変換するとともに前記変換した信号とミラー駆動信号生成回路40aが出力する信号との差が「0」になるような補正信号を生成して出力する。加算器40cは、ミラー駆動信号生成回路40aからの信号とずれ分補正信号生成回路40bからの信号を加算して出力する。駆動回路40dは、加算器40cからの信号に基づいてミラー14aを駆動するための駆動信号を生成して第1ミラー14に供給する。なお、ずれ分補正信号生成回路40bにミラー14aの現在の回転角度θxとして供給する信号は、上記第1実施形態又は第2実施形態の構成においてミラー角度検出回路42,42Aが出力する回転角度θxのデジタルデータをアナログ信号に変換した信号であってもよい。ただし、この場合は、回転角度θxの取得及びアナログ信号への変換を高速で行う必要がある。   In this case, for example, as shown in FIG. 14, the laser light source 22, the collimating lens 24, the cylindrical lens 58, the light receiving sensor 26B, the mirror angle detection laser driving circuit 38, the mirror driving circuit 40, and the like as in the third embodiment. A differential amplifier circuit 42g is provided. Further, the mirror drive circuit 40 is a mirror drive circuit 40A including a mirror drive signal generation circuit 40a, a deviation correction signal generation circuit 40b, an adder 40c, and a drive circuit 40d. The mirror drive signal generation circuit 40a generates and outputs a signal corresponding to a signal for driving the mirror 14a. The deviation correction signal generation circuit 40b converts the signal output from the differential amplifier circuit 42g into a signal corresponding to the drive signal corresponding to the current rotation angle θx of the mirror 14a, and the converted signal and mirror drive signal generation circuit. A correction signal is generated and output such that the difference from the signal output by 40a is "0". The adder 40c adds the signal from the mirror drive signal generation circuit 40a and the signal from the shift correction signal generation circuit 40b and outputs the result. The drive circuit 40d generates a drive signal for driving the mirror 14a based on the signal from the adder 40c and supplies the drive signal to the first mirror 14. The signal supplied to the deviation correction signal generation circuit 40b as the current rotation angle θx of the mirror 14a is the rotation angle θx output by the mirror angle detection circuits 42 and 42A in the configuration of the first embodiment or the second embodiment. The digital data may be a signal converted into an analog signal. However, in this case, it is necessary to acquire the rotation angle θx and convert it to an analog signal at high speed.

これによれば、ミラー14aの回転角度θxの変化の波形が常に理想状態となるので、所定の時間間隔で筐体30の回転角度θy及びセンサ信号取り込み回路50の出力を取り込めば、所定の回転角度θxになるごとに筐体30の回転角度θy及びセンサ信号取り込み回路50の出力を取り込んだことになる。したがって、図6のステップS18を省略できるので、ミラー14aの回転角度θxを取り込む場合に発生する、回転角度θxを取り込んでからその他のデータを取り込むまでのタイミングのずれを無くすことができる。これにより、3次元形状測定の精度をさらに向上させることができる。また、ミラー駆動信号生成回路40aが出力する信号の強度によって、すなわちミラー14aの回転角度によって、筐体30の回転角度θy及び3次元カメラCAから測定対象物OBまでの距離データLを算出するためのデータを取り込む時間間隔を変更すれば、前記の場合と同様、測定対象物OBの測定範囲によって測定精度を変化させることができる。   According to this, since the waveform of the change in the rotation angle θx of the mirror 14a is always in an ideal state, if the rotation angle θy of the housing 30 and the output of the sensor signal capturing circuit 50 are captured at a predetermined time interval, a predetermined rotation is obtained. Every time the angle θx is reached, the rotation angle θy of the housing 30 and the output of the sensor signal capturing circuit 50 are captured. Accordingly, step S18 in FIG. 6 can be omitted, and therefore, it is possible to eliminate a timing shift from taking in the rotation angle θx to taking in other data, which occurs when taking in the rotation angle θx of the mirror 14a. Thereby, the accuracy of the three-dimensional shape measurement can be further improved. Further, in order to calculate the rotation angle θy of the housing 30 and the distance data L from the three-dimensional camera CA to the measurement object OB according to the intensity of the signal output from the mirror drive signal generation circuit 40a, that is, the rotation angle of the mirror 14a. If the time interval for capturing the data is changed, the measurement accuracy can be changed depending on the measurement range of the measurement object OB, as in the case described above.

また、上記実施形態及びその変形例においては、ミラー14aの裏面にレーザ光を照射して反射光を受光センサ26,26A,26Bで受光したが、ランプ、LEDなどの光を、スリット、レンズなどを用いて微小スポット又はライン光にして、ミラー14aの裏面にて反射させ、この反射光を受光センサで受光してもよい。   In the above embodiment and its modification, the back surface of the mirror 14a is irradiated with laser light, and the reflected light is received by the light receiving sensors 26, 26A, and 26B. May be used as a minute spot or line light, reflected on the back surface of the mirror 14a, and the reflected light may be received by a light receiving sensor.

10…レーザ光源、12…コリメートレンズ、14…第1ミラー、20…受光センサ、22…レーザ光源、24…コリメートレンズ、26,26A,26B…受光センサ、30…筐体、32…モータ、32a…エンコーダ、34…減速装置、38…ミラー角度検出用レーザ駆動回路、40…ミラー駆動回路、42,42A,42B…ミラー角度検出回路、44…筐体駆動回路、46…筐体角度検出回路、48…形状測定用レーザ駆動回路、52…コントローラ、58…シリンドリカルレンズ、OB…測定対象物 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Laser light source, 12 ... Collimating lens, 14 ... 1st mirror, 20 ... Light receiving sensor, 22 ... Laser light source, 24 ... Collimating lens, 26, 26A, 26B ... Light receiving sensor, 30 ... Housing, 32 ... Motor, 32a DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Encoder, 34 ... Deceleration device, 38 ... Laser drive circuit for mirror angle detection, 40 ... Mirror drive circuit, 42, 42A, 42B ... Mirror angle detection circuit, 44 ... Housing drive circuit, 46 ... Housing angle detection circuit, 48 ... shape measurement laser drive circuit, 52 ... controller, 58 ... cylindrical lens, OB ... measurement object

Claims (5)

測定対象物に向けてレーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光の出射方向を変更して前記測定対象物の表面を前記レーザ光に走査させるレーザ光出射方向変更手段と、
前記レーザ光出射方向変更手段による前記レーザ光の測定対象物への出射方向を検出する出射方向検出手段と、
前記測定対象物の表面にて反射する散乱光を受光する第1受光センサと、
前記第1受光センサにおける前記散乱光の受光位置を検出する第1受光位置検出手段と、
前記出射方向検出手段によって検出された前記レーザ光の出射方向及び前記第1受光センサによって検出された前記散乱光の受光位置を用いて、3角測量の原理に基づいて前記測定対象物の表面の形状を表す3次元座標データを算出する座標データ算出手段とを備えた3次元形状測定装置において、
前記レーザ光出射方向変更手段は、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光の光軸に垂直な回転軸回りに回転可能に支持されて前記レーザ光を反射する第1反射面及び前記レーザ光とは異なる光ビームを反射する第2反射面を有するミラー部と、供給される電気信号に応じて前記ミラー部を前記回転軸周りに回転させて変位させる駆動装置とが一体的に形成されたミラーを備え、
前記出射方向検出手段は、
前記ミラーの第2反射面に向けて前記光ビームを出射する光ビーム出射手段と、
前記第2反射面からの前記光ビームの反射光を受光する第2受光センサであって、
それぞれ受光した光の光量に応じた強度の受光信号を出力する複数の受光素子を一列に配置して形成され、前記第2反射面からの反射光を前記複数の受光素子のうちのいずれか1つの受光素子によって受光する第2受光センサと、
前記第2受光センサにおける前記反射光の受光位置に基づいて、前記ミラー部の回転角度を検出するミラー回転角度検出手段であって、
前記複数の受光素子にそれぞれ対応して設けられ、前記複数の受光素子から出力される受光信号をそれぞれ増幅して互いに異なる大きさの信号レベルに変換する複数の増幅器と、
前記複数の増幅器によって変換された受光信号を加算した加算信号を出力する加算器と、
一定の時間間隔で前記加算信号の値を受光データとして記憶する記憶手段に記憶させておき、前記記憶手段に記憶した受光データの値から前記第2反射面からの反射光を受光した受光素子を特定するとともに、前記受光素子の特定に用いた受光データと同じ値の受光データであって、前記受光素子の特定に用いた受光データを記憶する前後において連続して記憶した受光データのデータ数を用いて前記第2受光センサにおける前記第2反射面からの反射光の受光位置を算出して、前記算出した受光位置に基づいて前記ミラー部の回転角度を算出する角度算出手段と、を有するミラー回転角度検出手段と、を備えたことを特徴とする3次元形状測定装置。
A laser light source that emits laser light toward the measurement object;
Laser beam emission direction changing means for changing the emission direction of the laser beam emitted from the laser light source and causing the laser beam to scan the surface of the measurement object;
An emission direction detecting means for detecting an emission direction of the laser beam to the measurement object by the laser beam emission direction changing means;
A first light receiving sensor for receiving scattered light reflected by the surface of the measurement object;
First light receiving position detecting means for detecting a light receiving position of the scattered light in the first light receiving sensor;
Based on the principle of triangulation, the surface of the measurement object is measured using the emission direction of the laser beam detected by the emission direction detection unit and the light receiving position of the scattered light detected by the first light receiving sensor. In a three-dimensional shape measuring apparatus comprising coordinate data calculating means for calculating three-dimensional coordinate data representing a shape,
The laser beam emission direction changing means is
A first reflection surface that is rotatably supported around a rotation axis perpendicular to the optical axis of the laser light emitted from the laser light source, and a second reflection that reflects a light beam different from the laser light. A mirror unit having a surface, and a mirror integrally formed with a driving device that rotates and displaces the mirror unit around the rotation axis according to an electric signal supplied;
The emission direction detecting means includes
Light beam emitting means for emitting the light beam toward the second reflecting surface of the mirror;
A second light receiving sensor for receiving reflected light of the light beam from the second reflecting surface ;
A plurality of light receiving elements that output light receiving signals having an intensity corresponding to the amount of received light are arranged in a line, and reflected light from the second reflecting surface is any one of the plurality of light receiving elements. A second light receiving sensor for receiving light by two light receiving elements;
Mirror rotation angle detection means for detecting a rotation angle of the mirror unit based on a light receiving position of the reflected light in the second light receiving sensor ;
A plurality of amplifiers provided corresponding to the plurality of light receiving elements, respectively, for amplifying the received light signals output from the plurality of light receiving elements and converting them to signal levels of different magnitudes;
An adder that outputs an addition signal obtained by adding the received light signals converted by the plurality of amplifiers;
A light receiving element that receives the reflected light from the second reflecting surface from the value of the light reception data stored in the storage means is stored in a storage means that stores the value of the addition signal as light reception data at a constant time interval. And the number of received light data continuously stored before and after storing the received light data used for specifying the light receiving element. And a mirror having angle calculation means for calculating a light receiving position of reflected light from the second reflecting surface in the second light receiving sensor and calculating a rotation angle of the mirror unit based on the calculated light receiving position. A three-dimensional shape measuring apparatus comprising: a rotation angle detecting unit ;
測定対象物に向けてレーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光の出射方向を変更して前記測定対象物の表面を前記レーザ光に走査させるレーザ光出射方向変更手段と、
前記レーザ光出射方向変更手段による前記レーザ光の測定対象物への出射方向を検出する出射方向検出手段と、
前記測定対象物の表面にて反射する散乱光を受光する第1受光センサと、
前記第1受光センサにおける前記散乱光の受光位置を検出する第1受光位置検出手段と、
前記出射方向検出手段によって検出された前記レーザ光の出射方向及び前記第1受光センサによって検出された前記散乱光の受光位置を用いて、3角測量の原理に基づいて前記測定対象物の表面の形状を表す3次元座標データを算出する座標データ算出手段とを備えた3次元形状測定装置において、
前記レーザ光出射方向変更手段は、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光の光軸に垂直な回転軸回りに回転可能に支持されて前記レーザ光を反射する第1反射面及び前記レーザ光とは異なる光ビームを反射する第2反射面を有するミラー部と、供給される電気信号に応じて前記ミラー部を前記回転軸周りに回転させて変位させる駆動装置とが一体的に形成されたミラーを備え、
前記出射方向検出手段は、
光源と、前記光源から出射された光を線状のライン光に変換する変換器とを有し、前記ライン光を前記ミラーの第2反射面に向けて出射する光ビーム出射手段と、
前記第2反射面からの前記ライン光の反射光を受光する第2受光センサであって、受光した光の光量に応じた強度の受光信号を出力する2つのセンサを並べて形成されて、前記第2反射面にて反射した前記ライン光を前記2つのセンサで受光する第2受光センサと、
前記2つのセンサが出力する信号の強度の差を用いて前記ミラー部の回転角度を算出する角度算出手段を有するミラー回転角度検出手段と、を備えたことを特徴とする3次元形状測定装置。
A laser light source that emits laser light toward the measurement object;
Laser beam emission direction changing means for changing the emission direction of the laser beam emitted from the laser light source and causing the laser beam to scan the surface of the measurement object;
An emission direction detecting means for detecting an emission direction of the laser beam to the measurement object by the laser beam emission direction changing means;
A first light receiving sensor for receiving scattered light reflected by the surface of the measurement object;
First light receiving position detecting means for detecting a light receiving position of the scattered light in the first light receiving sensor;
Based on the principle of triangulation, the surface of the measurement object is measured using the emission direction of the laser beam detected by the emission direction detection unit and the light receiving position of the scattered light detected by the first light receiving sensor. In a three-dimensional shape measuring apparatus comprising coordinate data calculating means for calculating three-dimensional coordinate data representing a shape,
The laser beam emission direction changing means is
A first reflection surface that is rotatably supported around a rotation axis perpendicular to the optical axis of the laser light emitted from the laser light source, and a second reflection that reflects a light beam different from the laser light. A mirror unit having a surface, and a mirror integrally formed with a driving device that rotates and displaces the mirror unit around the rotation axis according to an electric signal supplied;
The emission direction detecting means includes
A light source, and a light beam emitting means that emits the line light toward the second reflecting surface of the mirror, and a converter that converts light emitted from the light source into linear line light;
A second light receiving sensor for receiving the reflected light of the line light from the second reflecting surface, wherein two sensors for outputting a light receiving signal having an intensity corresponding to the amount of the received light are arranged side by side; A second light receiving sensor that receives the line light reflected by the two reflecting surfaces by the two sensors;
A three-dimensional shape measuring apparatus comprising: a mirror rotation angle detection unit having an angle calculation unit that calculates a rotation angle of the mirror unit using a difference in intensity between signals output from the two sensors .
測定対象物に向けてレーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光の出射方向を変更して前記測定対象物の表面を前記レーザ光に走査させるレーザ光出射方向変更手段と、
前記レーザ光出射方向変更手段による前記レーザ光の測定対象物への出射方向を検出する出射方向検出手段と、
前記測定対象物の表面にて反射する散乱光を受光する第1受光センサと、
前記第1受光センサにおける前記散乱光の受光位置を検出する第1受光位置検出手段と、
前記出射方向検出手段によって検出された前記レーザ光の出射方向及び前記第1受光センサによって検出された前記散乱光の受光位置を用いて、3角測量の原理に基づいて前記測定対象物の表面の形状を表す3次元座標データを算出する座標データ算出手段とを備えた3次元形状測定装置において、
前記レーザ光出射方向変更手段は、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光の光軸に垂直な回転軸回りに回転可能に支持されて前記レーザ光を反射する第1反射面及び前記レーザ光とは異なる光ビームを反射する第2反射面を有するミラー部と、供給される電気信号に応じて前記ミラー部を前記回転軸周りに回転させて変位させる駆動装置とが一体的に形成されたミラーを備え、
前記出射方向検出手段は、
前記ミラーの第2反射面に向けて前記光ビームを出射する光ビーム出射手段と、
前記第2反射面からの前記光ビームの反射光を受光する第2受光センサと、
前記第2受光センサにおける前記反射光の受光位置に基づいて、前記ミラー部の回転角度を検出するミラー回転角度検出手段とを備え
前記第1受光位置検出手段は、前記ミラー回転角度検出手段によって検出した前記ミラー部の回転角度が所定の角度であるときに、前記第1受光センサにおける前記散乱光の受光位置を検出することを特徴とする3次元形状測定装置。
A laser light source that emits laser light toward the measurement object;
Laser beam emission direction changing means for changing the emission direction of the laser beam emitted from the laser light source and causing the laser beam to scan the surface of the measurement object;
An emission direction detecting means for detecting an emission direction of the laser beam to the measurement object by the laser beam emission direction changing means;
A first light receiving sensor for receiving scattered light reflected by the surface of the measurement object;
First light receiving position detecting means for detecting a light receiving position of the scattered light in the first light receiving sensor;
Based on the principle of triangulation, the surface of the measurement object is measured using the emission direction of the laser beam detected by the emission direction detection unit and the light receiving position of the scattered light detected by the first light receiving sensor. In a three-dimensional shape measuring apparatus comprising coordinate data calculating means for calculating three-dimensional coordinate data representing a shape,
The laser beam emission direction changing means is
A first reflection surface that is rotatably supported around a rotation axis perpendicular to the optical axis of the laser light emitted from the laser light source, and a second reflection that reflects a light beam different from the laser light. A mirror unit having a surface, and a mirror integrally formed with a driving device that rotates and displaces the mirror unit around the rotation axis according to an electric signal supplied;
The emission direction detecting means includes
Light beam emitting means for emitting the light beam toward the second reflecting surface of the mirror;
A second light receiving sensor for receiving reflected light of the light beam from the second reflecting surface;
Mirror rotation angle detecting means for detecting a rotation angle of the mirror unit based on a light receiving position of the reflected light in the second light receiving sensor ;
The first light receiving position detecting means detects the light receiving position of the scattered light in the first light receiving sensor when the rotation angle of the mirror portion detected by the mirror rotation angle detecting means is a predetermined angle. A characteristic three-dimensional shape measuring apparatus.
測定対象物に向けてレーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光の出射方向を変更して前記測定対象物の表面を前記レーザ光に走査させるレーザ光出射方向変更手段と、
前記レーザ光出射方向変更手段による前記レーザ光の測定対象物への出射方向を検出する出射方向検出手段と、
前記測定対象物の表面にて反射する散乱光を受光する第1受光センサと、
前記第1受光センサにおける前記散乱光の受光位置を検出する第1受光位置検出手段と、
前記出射方向検出手段によって検出された前記レーザ光の出射方向及び前記第1受光センサによって検出された前記散乱光の受光位置を用いて、3角測量の原理に基づいて前記測定対象物の表面の形状を表す3次元座標データを算出する座標データ算出手段とを備えた3次元形状測定装置において、
前記レーザ光出射方向変更手段は、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光の光軸に垂直な回転軸回りに回転可能に支持されて前記レーザ光を反射する第1反射面及び前記レーザ光とは異なる光ビームを反射する第2反射面を有するミラー部と、供給される電気信号に応じて前記ミラー部を前記回転軸周りに回転させて変位させる駆動装置とが一体的に形成されたミラーを備え、
前記出射方向検出手段は、
前記ミラーの第2反射面に向けて前記光ビームを出射する光ビーム出射手段と、
前記第2反射面からの前記光ビームの反射光を受光する第2受光センサと、
前記第2受光センサにおける前記反射光の受光位置に基づいて、前記ミラー部の回転角度を検出するミラー回転角度検出手段とを備え
前記レーザ光出射方向変更手段は、前記ミラー回転角度検出手段によって検出した前記ミラー部の回転角度が前記駆動装置に供給する電気信号に応じた所定の回転角度となるように、前記電気信号を変更する電気信号変更手段をさらに備え、
前記第1受光位置検出手段は、所定の時間間隔で、前記第1受光センサにおける前記散乱光の受光位置を検出することを特徴とする3次元形状測定装置。
A laser light source that emits laser light toward the measurement object;
Laser beam emission direction changing means for changing the emission direction of the laser beam emitted from the laser light source and causing the laser beam to scan the surface of the measurement object;
An emission direction detecting means for detecting an emission direction of the laser beam to the measurement object by the laser beam emission direction changing means;
A first light receiving sensor for receiving scattered light reflected by the surface of the measurement object;
First light receiving position detecting means for detecting a light receiving position of the scattered light in the first light receiving sensor;
Based on the principle of triangulation, the surface of the measurement object is measured using the emission direction of the laser beam detected by the emission direction detection unit and the light receiving position of the scattered light detected by the first light receiving sensor. In a three-dimensional shape measuring apparatus comprising coordinate data calculating means for calculating three-dimensional coordinate data representing a shape,
The laser beam emission direction changing means is
A first reflection surface that is rotatably supported around a rotation axis perpendicular to the optical axis of the laser light emitted from the laser light source, and a second reflection that reflects a light beam different from the laser light. A mirror unit having a surface, and a mirror integrally formed with a driving device that rotates and displaces the mirror unit around the rotation axis according to an electric signal supplied ;
The emission direction detecting means includes
Light beam emitting means for emitting the light beam toward the second reflecting surface of the mirror;
A second light receiving sensor for receiving reflected light of the light beam from the second reflecting surface;
Mirror rotation angle detecting means for detecting a rotation angle of the mirror unit based on a light receiving position of the reflected light in the second light receiving sensor ;
The laser beam emission direction changing unit changes the electric signal so that the rotation angle of the mirror portion detected by the mirror rotation angle detecting unit becomes a predetermined rotation angle corresponding to the electric signal supplied to the driving device. Further comprising an electric signal changing means
The three-dimensional shape measuring apparatus , wherein the first light receiving position detecting means detects a light receiving position of the scattered light in the first light receiving sensor at a predetermined time interval .
請求項3又は4に記載の3次元形状測定装置において、
前記第2受光センサは、それぞれ受光した光の光量に応じた強度の受光信号を出力する複数の受光素子を一列に配置して形成され、前記第2反射面からの反射光を前記複数の受光素子のうち隣り合う2つ以上の受光素子によって受光し、
前記ミラー回転角度検出手段は、前記複数の受光素子のうち受光した光量の最も大きな受光素子を特定して、前記特定した受光素子の前記第2受光センサにおける位置に基づいて前記ミラー部の回転角度を算出する角度算出手段を備えたことを特徴とする3次元形状測定装置。
In the three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 3 or 4 ,
The second light receiving sensor is formed by arranging a plurality of light receiving elements that output a light receiving signal having an intensity corresponding to the amount of received light in a line, and receives reflected light from the second reflecting surface. Light is received by two or more light receiving elements adjacent to each other,
The mirror rotation angle detection unit identifies a light receiving element having the largest received light amount among the plurality of light receiving elements, and rotates the mirror unit based on a position of the identified light receiving element in the second light receiving sensor. A three-dimensional shape measuring apparatus comprising an angle calculating means for calculating.
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