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JP2002040352A - Scanner and three-dimensional measuring device - Google Patents

Scanner and three-dimensional measuring device

Info

Publication number
JP2002040352A
JP2002040352A JP2000220204A JP2000220204A JP2002040352A JP 2002040352 A JP2002040352 A JP 2002040352A JP 2000220204 A JP2000220204 A JP 2000220204A JP 2000220204 A JP2000220204 A JP 2000220204A JP 2002040352 A JP2002040352 A JP 2002040352A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
angle
light
projection
setting signal
scanner
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000220204A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shizuhiro Okui
静弘 奥井
Kazuya Kiyoi
計弥 清井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Minolta Co Ltd
Original Assignee
Minolta Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Minolta Co Ltd filed Critical Minolta Co Ltd
Priority to JP2000220204A priority Critical patent/JP2002040352A/en
Publication of JP2002040352A publication Critical patent/JP2002040352A/en
Pending legal-status Critical Current

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Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Measurement Of Optical Distance (AREA)
  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the accuracy of triangulation by reducing the influence of non-linear errors of a galvano scanner. SOLUTION: Set target angle is made coincident with a real mirror angle by previously measuring the non-linear error of the galvano scanner 14, and correcting the angle setting signal S2 while anticipating the error. Or calculation of triangulation is performed by applying a corrected projection angle according to the error.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ガルバノスキャナ
装置およびガルバノスキャナで参照光を偏向する光学走
査型の3次元測定装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a galvano scanner and an optical scanning type three-dimensional measuring device for deflecting a reference beam by the galvano scanner.

【0002】[0002]

【従来の技術】物体を光学的に走査して形状情報を得る
非接触型の3次元測定装置は、CGシステムやCADシ
ステムへのデータ入力、身体計測、ロボットの視覚認識
などに利用されている。
2. Description of the Related Art A non-contact three-dimensional measuring device for obtaining shape information by optically scanning an object is used for data input to a CG system or a CAD system, body measurement, visual recognition of a robot, and the like. .

【0003】例えば、参照光を照射するアクティブ測定
法の一種である光切断法(スリット光投影法ともいう)
による3次元測定では、参照光としてスリット光を物体
に投射し、ミラーでスリット光を偏向して物体上の照射
位置を一方向に移動させる光学的走査を行う。そして、
投射の起点(一般にミラーの回転中心)から離れた位置
で物体を撮像する。走査中のある時点ではスリット光が
物体の一部のみを照射する。スリット光のビーム断面は
直線状であるが、投射と撮像とに視差があるので、撮像
面には物体上の照射部分が物体表面の起伏に応じて曲が
った輝線となって映る。物体が平面状であれば輝線は直
線となる。撮像面と受光レンズとの位置関係が既知であ
れば、撮像面の各画素についてそれに入射する光の入射
角度がわかる。したがって、撮像面内の輝線が映った部
分の画素位置を検出すれば、撮像面からみた物体上の照
射部分の方向(以下、これを受光角度という)がわか
る。一方、走査の開始からの経過時間と走査速度との関
係から、上述の輝線を撮像した時点におけるスリット光
の投射方向、すなわち投射の起点からみた物体上の照射
部分の方向(以下、これを投射角度という)がわかる。
光切断法は、受光角度、投射角度、および投射の起点と
受光の基準点(一般にレンズの主点)とを結ぶ基線の長
さに基づいて、三角測量演算により基線から物体までの
距離を求める手法である。光切断法は、物体における線
状の照射部分の起伏を1回の撮像で測定することができ
るので、スポット光投影法よりも効率的である。走査と
同期して周期的に撮像を行うことにより、物体表面にお
ける多数の位置のそれぞれまでの距離を示す一群のデー
タ(3次元データ)を得ることができる。
[0003] For example, a light cutting method (also called a slit light projection method), which is a kind of active measurement method of irradiating a reference light, is used.
In the three-dimensional measurement, optical scanning is performed to project slit light as reference light onto an object, deflect the slit light with a mirror, and move the irradiation position on the object in one direction. And
An object is imaged at a position distant from the projection start point (generally, the rotation center of the mirror). At some point during the scan, the slit light illuminates only a portion of the object. Although the beam cross section of the slit light is linear, there is a parallax between the projection and the imaging, so that the illuminated portion on the object is reflected on the imaging surface as a bright line curved according to the undulation of the surface of the object. If the object is planar, the bright line becomes a straight line. If the positional relationship between the imaging surface and the light receiving lens is known, the incident angle of light incident on each pixel on the imaging surface can be known. Therefore, by detecting the pixel position of the portion where the bright line is reflected in the imaging plane, the direction of the irradiated portion on the object viewed from the imaging plane (hereinafter, this is referred to as a light receiving angle) can be determined. On the other hand, from the relationship between the elapsed time from the start of scanning and the scanning speed, the projection direction of the slit light at the time when the above-mentioned bright line is imaged, that is, the direction of the irradiated portion on the object viewed from the starting point of projection (hereinafter referred to as the projection Angle).
In the light sectioning method, a distance from a base line to an object is calculated by triangulation based on a light receiving angle, a projection angle, and a length of a base line connecting a projection start point and a light receiving reference point (generally, a principal point of a lens). Method. The light sectioning method is more efficient than the spot light projection method because the undulation of a linear irradiation portion on an object can be measured by one imaging. By performing periodic imaging in synchronization with scanning, a group of data (three-dimensional data) indicating the distance to each of a number of positions on the object surface can be obtained.

【0004】参照光を偏向する走査手段として用いられ
ているガルバノスキャナは、光学式または静電容量式の
角度センサを有している。ガルバノスキャナに対しては
角度センサの出力を角度設定信号(目標値)に追従させ
るサーボ制御が行われ、目標値を刻々と変更することに
よってガルバノミラーが回転する。
A galvano scanner used as a scanning means for deflecting the reference light has an optical or capacitance type angle sensor. Servo control is performed on the galvano scanner to make the output of the angle sensor follow an angle setting signal (target value), and the galvanomirror is rotated by changing the target value every moment.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】従来では、物体までの
距離を算出する三角測量の精度が、角度センサの誤差に
依存するという問題があった。ミラー回転範囲におい
て、直線性の高い領域でも0.1〜数パーセント程度の
誤差があり、個体毎に角度センサの出力と実際のミラー
角度との関係が微妙に異なる。より誤差の小さいガルバ
ノスキャナが望ましいが、高精度になるほど高価になっ
てしまう。
Heretofore, there has been a problem that the accuracy of triangulation for calculating the distance to an object depends on the error of the angle sensor. In the mirror rotation range, there is an error of about 0.1 to several percent even in a region of high linearity, and the relationship between the output of the angle sensor and the actual mirror angle is slightly different for each individual. Galvano scanners with smaller errors are desirable, but the higher the accuracy, the more expensive.

【0006】本発明は、ガルバノスキャナの角度センサ
の出力と実際のミラー角度との誤差となる非直線性誤差
の影響を低減し、三角測量の精度を高めることを目的と
している。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to reduce the influence of a non-linearity error, which is an error between the output of an angle sensor of a galvano scanner and an actual mirror angle, and to improve the accuracy of triangulation.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明においては、予め
ガルバノスキャナの非直線性誤差を測定しておき、誤差
を見込んで角度設定信号を補正することにより、設定目
標角度と実際のミラー角度とを一致させる。または、誤
差に応じて補正した投射角度を適用して演算することに
より、三角測量の精度を高める。
According to the present invention, a non-linearity error of a galvano scanner is measured in advance, and an angle setting signal is corrected in consideration of the error, so that a set target angle and an actual mirror angle are corrected. To match. Alternatively, the accuracy of the triangulation is improved by applying the projection angle corrected according to the error and performing the calculation.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】〔第1実施形態〕図1は第1実施
形態に係る3次元測定装置の構成図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [First Embodiment] FIG. 1 is a configuration diagram of a three-dimensional measuring apparatus according to a first embodiment.

【0009】3次元測定装置1は、三角測量のための参
照光としてスリット光を投射する。光源は半導体レーザ
12であり、発光ドライバ41からの電力供給を受けて
所定波長のレーザ光を射出する。レーザ光はレンズ群1
3によりスリット光にビーム整形され、ガルバノスキャ
ナ14を経て対象物体Qへ向かう。対象物体Qで反射し
て戻ったレーザ光は、受光レンズ21を経てエリアセン
サ22に入射する。エリアセンサ22は、受光ドライバ
45からのクロックに同期して各画素の受光量に応じた
光電変換信号を出力する。光電変換信号はA/D変換器
46で受光データに変換され、メモリ回路47によって
記憶される。このような投光および受光の制御はCPU
31が行う。CPU31は、制御機能要素(コントロー
ラ)32とともに、重心演算部331および距離演算部
332からなるデータ処理機能要素33を有している。
The three-dimensional measuring device 1 projects slit light as reference light for triangulation. The light source is a semiconductor laser 12, which receives a power supply from the light emitting driver 41 and emits laser light of a predetermined wavelength. Laser light is in lens group 1
The beam is shaped into slit light by 3 and travels to the target object Q via the galvano scanner 14. The laser light reflected back from the target object Q enters the area sensor 22 via the light receiving lens 21. The area sensor 22 outputs a photoelectric conversion signal according to the amount of light received by each pixel in synchronization with a clock from the light receiving driver 45. The photoelectric conversion signal is converted into light reception data by the A / D converter 46 and stored by the memory circuit 47. Such light emission and light reception control is performed by a CPU.
31 performs. The CPU 31 has a data processing function element 33 including a center-of-gravity calculation unit 331 and a distance calculation unit 332, in addition to a control function element (controller) 32.

【0010】重心演算部331は、エリアセンサ22の
各画素における受光強度が最大となる時刻を示す“時間
重心”、または各サンプリング時刻において受光強度が
最大となる画素位置を示す“空間重心”を求める。時間
重心を求めることにより、撮像周期(サンプリング間
隔)より細かい刻みで時刻を特定することができる。走
査開始からの経過時間(サンプリング時刻)と投射角度
との関係を既知とすれば、時間重心は各画素が睨む物体
上の位置をスリット光が通過するときの投射角度を示
す。各画素についての受光角度はレンズの主点など受光
レンズの光学特性との関係で既知であるので、時間重心
を三角測量に適用して物体上の位置までの距離を計算す
ることができる。また、空間重心を求めることにより、
画素ピッチより細かい刻みで画素位置を特定することが
できる。空間重心は、あるサンプリング時刻のときに物
体で反射して戻った光の受光角度を示す。サンプリング
時刻と投射角度との関係が既知であれば、空間重心に基
づいて距離を計算することができる。どちらにしても、
重心演算を行うことによって測定の分解能が高まる。算
出された距離は、データ出力指示に呼応して外部装置
(例えばコンピュータ)5へ送られる。投射(または受
光)の角度情報と測定した距離とから3次元の座標を求
める演算は外部装置5によって行われる。ただし、座標
演算を3次元測定装置1が行うように、または距離演算
を外部装置5が行うようにシステムを構成してもよい。
The center-of-gravity calculating section 331 calculates a “time center of gravity” indicating the time at which the received light intensity at each pixel of the area sensor 22 is maximum, or a “spatial center of gravity” indicating the pixel position at which the received light intensity is maximum at each sampling time. Ask. By obtaining the time barycenter, the time can be specified in smaller steps than the imaging cycle (sampling interval). If the relationship between the elapsed time from the start of scanning (sampling time) and the projection angle is known, the time barycenter indicates the projection angle when the slit light passes through the position on the object that each pixel looks at. Since the light receiving angle of each pixel is known in relation to the optical characteristics of the light receiving lens such as the principal point of the lens, the distance to the position on the object can be calculated by applying the time centroid to triangulation. Also, by finding the center of gravity of space,
Pixel positions can be specified in smaller steps than the pixel pitch. The spatial center of gravity indicates the light receiving angle of the light reflected back from the object at a certain sampling time. If the relationship between the sampling time and the projection angle is known, the distance can be calculated based on the center of gravity of space. In any case,
Performing the center of gravity calculation increases the resolution of the measurement. The calculated distance is sent to an external device (for example, a computer) 5 in response to the data output instruction. The calculation for obtaining three-dimensional coordinates from the angle information of the projection (or light reception) and the measured distance is performed by the external device 5. However, the system may be configured such that the coordinate calculation is performed by the three-dimensional measuring device 1 or the distance calculation is performed by the external device 5.

【0011】3次元測定装置1のように光を投射する能
動形式の三角測量を行う場合、物体を撮像するサンプリ
ング時刻と投射角度との関係を把握しなければならな
い。特に重心演算で分解能を高める構成では、投射角度
を精密に制御する必要がある。この精密な制御を実現す
るため、3次元測定装置1には誤差データテーブルT1
を記憶するメモリ51が設けられている。以下、ガルバ
ノスキャナ14の制御を詳述する。
When performing active triangulation for projecting light as in the three-dimensional measuring apparatus 1, it is necessary to grasp the relationship between the sampling time at which an object is imaged and the projection angle. In particular, in a configuration in which the resolution is increased by calculating the center of gravity, it is necessary to precisely control the projection angle. In order to realize this precise control, the three-dimensional measuring apparatus 1 includes an error data table T1.
Is provided. Hereinafter, the control of the galvano scanner 14 will be described in detail.

【0012】図2はミラー角度誤差の実測値の一例を示
すグラフ、図3は誤差データテーブルの内容を示す図、
図4はミラーと投射角度との関係を示す図である。走査
において、ガルバノスキャナ14に対しては等角速度回
転制御が行われる。スキャナドライバ43には、コント
ローラ32の角度設定部322からD/A変換器42を
介して角度設定信号S1が与えられるとともに、ガルバ
ノスキャナ14に内蔵されている角度センサからの検出
信号S3が入力される。スキャナドライバ43は、PI
D制御手段であり、検出信号S3と角度設定信号S1と
が一定の関係になるように、入力に応じた駆動信号S2
をガルバノスキャナ14に与える。角度設定部322は
一定周期で設定角度データD1(分解能は16ビット程
度)を更新する。これにともなう角度設定信号S1の変
化に検出信号S3が追従するようにガルバノスキャナ1
4が回転する。
FIG. 2 is a graph showing an example of a measured value of a mirror angle error, FIG. 3 is a diagram showing the contents of an error data table,
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a mirror and a projection angle. In the scanning, the galvano scanner 14 is controlled to rotate at a constant angular velocity. The scanner driver 43 receives an angle setting signal S1 from the angle setting unit 322 of the controller 32 via the D / A converter 42, and receives a detection signal S3 from an angle sensor built in the galvano scanner 14. You. The scanner driver 43 uses PI
D control means, and a drive signal S2 corresponding to the input so that the detection signal S3 and the angle setting signal S1 have a fixed relationship.
To the galvano scanner 14. The angle setting unit 322 updates the set angle data D1 (the resolution is about 16 bits) at regular intervals. The galvano scanner 1 is controlled so that the detection signal S3 follows a change in the angle setting signal S1 accompanying the change.
4 rotates.

【0013】検出信号S3とミラー角度との関係が完全
に線形であれば、設定角度データD1を一定角度ずつ増
加または減少させることにより等角速度回転が実現され
る。しかし、実際には図2のように微妙なミラー角度誤
差がある。誤差データテーブルT1では、予めロータリ
−エンコーダを用いて実測した誤差が設定角度に対応づ
けられている。例えば、1回転(360度)で180万
パルスを出力する高分解能のエンコーダを用いれば、実
質的に真の角度を検出することができる。ロータリ−エ
ンコーダのシャフトとガルバノスキャナ14のシャフト
とを直結し、強制的にシャフトを回転させ、検出信号S
3(厳密にはそれに対する所定信号処理後の信号)とエ
ンコードパルス数との関係を調べて誤差データテーブル
T1を作成する。
If the relationship between the detection signal S3 and the mirror angle is completely linear, the constant angular speed rotation is realized by increasing or decreasing the set angle data D1 by a constant angle. However, there is actually a subtle mirror angle error as shown in FIG. In the error data table T1, an error actually measured using a rotary encoder in advance is associated with the set angle. For example, if a high-resolution encoder that outputs 1.8 million pulses in one rotation (360 degrees) is used, a true angle can be substantially detected. The shaft of the rotary encoder and the shaft of the galvano scanner 14 are directly connected, and the shaft is forcibly rotated.
An error data table T1 is created by examining the relationship between No. 3 (strictly, a signal after predetermined signal processing) and the number of encode pulses.

【0014】誤差データテーブルT1において、対応づ
けの組の数が多いほど精密な制御が可能になるが、それ
だけ実測に手間がかかりメモリ51の必要容量が増え
る。図3の例では0.1度刻みのテーブルが作成されて
いる。コントローラ32における投射角度補正部321
は、誤差データテーブルT1を参照し、ミラー角度誤差
に応じて角度制御の指令値を補正する。誤差データテー
ブルT1内に該当する値のない設定投射角度については
補間演算で誤差を求めて指令値を補正する。角度設定部
│22が出力する設定角度データD1は、投射角度補正
部321によって補正さ│た後の指令値を示すデータで
ある。
In the error data table T1, as the number of association sets increases, more precise control becomes possible. However, the actual measurement is troublesome and the required capacity of the memory 51 is increased. In the example of FIG. 3, a table is created at intervals of 0.1 degrees. Projection angle correction unit 321 in controller 32
Refers to the error data table T1 and corrects the angle control command value according to the mirror angle error. For the set projection angle for which there is no corresponding value in the error data table T1, an error is obtained by interpolation to correct the command value. The set angle data D1 output by the angle setting unit | 22 is data indicating a command value that has been corrected by the projection angle correction unit 321.

【0015】なお、本例において投射角度θとは、図4
に示すとおり水平線Hに対する傾き角度である。ガルバ
ノミラー141にその真下の光源からスリット光が入射
するものとし、設定角度データD1=0のときのミラー
面の水平線Hに対する傾き角度をβとする。設定角度デ
ータD1=0のときの投射角度θは90−2βであり、
設定角度データD1=Δのときの投射角度θは90−2
(β−Δ)である。
In this embodiment, the projection angle θ is defined as
Is an inclination angle with respect to the horizontal line H as shown in FIG. It is assumed that slit light is incident on the galvanometer mirror 141 from a light source immediately below the same, and the inclination angle of the mirror surface with respect to the horizontal line H when the set angle data D1 = 0 is β. The projection angle θ when the set angle data D1 = 0 is 90−2β,
The projection angle θ when the set angle data D1 = Δ is 90-2.
(Β−Δ).

【0016】〔第2実施形態〕図5は第2実施形態に係
る3次元測定装置の構成図、図6は投射角度と受光デー
タとの関係の模式図、図7は誤差データテーブルの内容
を示す図である。
[Second Embodiment] FIG. 5 is a block diagram of a three-dimensional measuring apparatus according to a second embodiment, FIG. 6 is a schematic diagram showing a relationship between a projection angle and received light data, and FIG. 7 shows the contents of an error data table. FIG.

【0017】3次元測定装置2の投光系および受光系の
構成は、上述の3次元測定装置1と同一である。投光お
よび受光の制御はCPU61が行う。CPU61の制御
機能要素(コントローラ)62を構成する角度設定部6
22は、ミラー角度とその検出信号S3との関係を線形
とみなしたときの投射角度の制御目標を表す設定角度デ
ータD1’を出力する。スキャナドライバ43は設定角
度データD1’をD/A変換した角度設定信号S1’と
検出信号S3とに応じた駆動信号S2’をガルバノスキ
ャナ14に与える。
The structures of the light projecting system and the light receiving system of the three-dimensional measuring device 2 are the same as those of the three-dimensional measuring device 1 described above. The light emission and light reception are controlled by the CPU 61. Angle setting unit 6 constituting control function element (controller) 62 of CPU 61
Reference numeral 22 outputs set angle data D1 'representing the control target of the projection angle when the relationship between the mirror angle and its detection signal S3 is regarded as linear. The scanner driver 43 provides the galvano scanner 14 with a drive signal S2 'corresponding to the angle setting signal S1' obtained by D / A conversion of the set angle data D1 'and the detection signal S3.

【0018】3次元測定装置2においては、受光データ
を処理する過程でミラー角度と検出信号S3との誤差に
対する補正が行われる。CPU61のデータ処理機能要
素63は、重心演算部631、距離演算部632、およ
びデータ補正部633からなる。メモリ51には、設定
角度データD1’が示す設定投射角度と真の投射角度と
を対応づける誤差データテーブルT2が書き込まれてい
る。誤差データテーブルT2は上述の誤差データテーブ
ルT1と同様に、ロータリエンコーダによる実測に基づ
いて作成される。以下、3次元測定装置2の動作をさら
に詳しく説明する。
The three-dimensional measuring device 2 corrects an error between the mirror angle and the detection signal S3 in the process of processing the received light data. The data processing function element 63 of the CPU 61 includes a center-of-gravity calculation unit 631, a distance calculation unit 632, and a data correction unit 633. In the memory 51, an error data table T2 that associates the set projection angle indicated by the set angle data D1 'with the true projection angle is written. The error data table T2 is created based on the actual measurement by the rotary encoder, similarly to the above-described error data table T1. Hereinafter, the operation of the three-dimensional measuring device 2 will be described in more detail.

【0019】3次元測定装置2は、三角測量の手法を用
いて物体Q上の点の3次元座標を測定するために、等角
速度α[rad/sec]でスリット光を偏向して物体
Qを走査する。
The three-dimensional measuring device 2 deflects the slit light at a constant angular velocity α [rad / sec] to measure the three-dimensional coordinates of a point on the object Q by using the triangulation method. Scan.

【0020】外部装置5または操作パネルからの測定開
始信号を受けて、CPU61は走査角度範囲(開始角
度,終了角度)および回転速度α’(=α/2)を計算
し、または外部装置5からそれら情報を取り込み、走査
を開始する。
Upon receiving the measurement start signal from the external device 5 or the operation panel, the CPU 61 calculates the scanning angle range (start angle, end angle) and rotation speed α ′ (= α / 2), or from the external device 5. The information is fetched and scanning is started.

【0021】スリット光の投射と同期して一定時間t0
毎にエリアセンサ22によって物体Qを計N回撮像す
る。1回目の撮像時点の投射角度をθ1 とすると、k回
目(1≦k≦N)の撮像時点の投射角度θk はα(k−
1)t0 +θ1 である。
A fixed time t 0 synchronized with the projection of the slit light
The object Q is imaged N times in total by the area sensor 22 every time. If the projection angle of the first image pickup time of the theta 1, the projection angle theta k imaging time of the k-th (1 ≦ k ≦ N) is alpha (k-
1) It is t 0 + θ 1 .

【0022】撮像毎にエリアセンサ22のi行j列の全
画素の出力を記憶する。例えばVGA仕様のCCDセン
サを使用した場合では1回の測定結果として640×4
80画素の受光データが得られる。受光データはメモリ
回路47で記憶される。N回の撮像が終わると、ガルバ
ノミラーを初期位置に復帰させる。
The output of all pixels in the i-th row and the j-th column of the area sensor 22 is stored for each image pickup. For example, when a VGA CCD sensor is used, 640 × 4
Light reception data of 80 pixels is obtained. The received light data is stored in the memory circuit 47. After the N times of imaging, the galvanomirror is returned to the initial position.

【0023】N回の撮像が終了した後、画素毎にN回分
の受光データに基づいて、受光強度が最大であったとみ
なせる投射角度(時間重心θG )を計算する。その際、
データ補正部633は、各回の撮像に対応した設定投射
角度θ’を撮像の順位(1〜N)と周期t0 とから計算
し、誤差データテーブルT2を参照して設定投射角度
θ’に対応した真の投射角度θを重心演算部631へ送
る。誤差データテーブルT2内に該当する設定投射角度
θ’がない場合は、補間演算で真の投射角度θを求め
る。時間重心θG は次の式で表される。 θG =(θ1 1 +θ2 2 +……+θN N )/(p
1 +p2 +…+pN ) θ1 ,θ2 …θN :各撮像時の真の投射角度 p1 ,p2 …pN :各撮像時の受光データ値 算出された時間重心θG は全ての画素についての演算が
終わるまでメモリ回路47で一時的に記憶された後、距
離演算部632へ送られる。
After the N times of imaging, a projection angle (time center of gravity θ G ) at which the received light intensity is considered to be the maximum is calculated based on the received light data of N times for each pixel. that time,
The data correction unit 633 calculates the set projection angle θ ′ corresponding to each image pickup from the order of imaging (1 to N) and the cycle t 0, and refers to the error data table T2 to correspond to the set projection angle θ ′. Is transmitted to the center-of-gravity calculation unit 631. If there is no corresponding projection angle θ ′ in the error data table T2, the true projection angle θ is obtained by interpolation. The time center of gravity θ G is represented by the following equation. θ G = (θ 1 p 1 + θ 2 p 2 +... + θ N PN ) / (p
1 + p 2 + ... + p N ) θ 1 , θ 2 … θ N : true projection angles at each imaging p 1 , p 2 … p N : light receiving data values at each imaging The calculated time centroids θ G are all Are temporarily stored in the memory circuit 47 until the calculation for the pixel is completed, and then sent to the distance calculation unit 632.

【0024】以上の動作はN回の撮像の全てについて真
の投射角度θを求めて重心演算を行うものであるが、動
作はこれに限らない。受光面上でのスリット光のスリッ
ト幅は画素ピッチの数倍程度であって、各回の撮像で反
射光が入射する範囲は受光面のうちのごく一部である。
したがって、1つの画像に注目すると、N回の撮像のう
ち重心に係る実効的な受光データが得られるのは、投射
角度が似通った数回程度の撮像のみである。狭い角度範
囲では角度センサの検出誤差がほぼ同じとみてよい。こ
のことにより、先に設定投射角度θ’に基づいて重心演
算を行い、得られた重心について誤差データテーブルT
2を参照して補正を行うという簡便な処理を採用しても
よい。
In the above operation, the true projection angle θ is obtained for all of the N times of imaging, and the center of gravity is calculated, but the operation is not limited to this. The slit width of the slit light on the light receiving surface is about several times the pixel pitch, and the range where the reflected light is incident in each imaging is only a part of the light receiving surface.
Therefore, when focusing on one image, of the N times of imaging, effective light receiving data relating to the center of gravity can be obtained only in several times of imaging with similar projection angles. It can be considered that the detection error of the angle sensor is almost the same in a narrow angle range. As a result, the center of gravity is calculated first based on the set projection angle θ ′, and the error data table T
2, a simple process of performing correction with reference to FIG.

【0025】メモリ回路47の必要容量を低減するに
は、N回の撮像の終了を待たずに走査と並行して真の投
射角度θを求める形態を採用すればよい。各回の撮像で
得られた受光データを逐次に重心演算部631へ送り、
誤差データテーブルT2を参照して求めた真の投射角度
θとともに重心演算式に代入していく。これにより、N
回分のデータを記憶させておく必要がなくなり、メモリ
容量を小さくすることができる。さらに測定を開始して
から重心演算の結果が出るまでの時問を短縮することも
できる。
In order to reduce the required capacity of the memory circuit 47, a form in which the true projection angle θ is obtained in parallel with scanning without waiting for the end of the N times of imaging may be adopted. The received light data obtained in each imaging is sequentially sent to the center-of-gravity calculating unit 631,
The true projection angle θ obtained with reference to the error data table T2 is substituted into the center of gravity calculation formula. This gives N
It is not necessary to store the data of the batch, and the memory capacity can be reduced. Further, the time from when the measurement is started to when the result of the center of gravity calculation is obtained can be shortened.

【0026】以上のようにデータ処理の段階でガルバノ
スキャナの非直線性を補う実施形態は、時間重心に限ら
ず空間重心を算出する場合にも適用可能である。
As described above, the embodiment in which the non-linearity of the galvano scanner is compensated at the data processing stage is applicable not only to calculating the time center of gravity but also calculating the space center of gravity.

【0027】[0027]

【発明の効果】請求項1乃至請求項5の発明によれば、
ガルバノスキャナの角度センサの出力と実際のミラー角
度との誤差である非直線性誤差の影響を低減して三角測
量の精度を高めることができ、誤差の大きい安価なガル
バノスキャナを用いて高精度の3次元入力を実現するこ
とができる。
According to the first to fifth aspects of the present invention,
The accuracy of triangulation can be improved by reducing the effect of the non-linearity error, which is the error between the output of the angle sensor of the galvano scanner and the actual mirror angle. Three-dimensional input can be realized.

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

【図1】第1実施形態に係る3次元測定装置の構成図で
ある。
FIG. 1 is a configuration diagram of a three-dimensional measurement device according to a first embodiment.

【図2】ミラー角度誤差の実測値の一例を示すグラフで
ある。
FIG. 2 is a graph showing an example of an actual measurement value of a mirror angle error.

【図3】誤差データテーブルの内容を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the contents of an error data table.

【図4】ミラーと投射角度との関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a mirror and a projection angle.

【図5】第2実施形態に係る3次元測定装置の構成図で
ある。
FIG. 5 is a configuration diagram of a three-dimensional measurement device according to a second embodiment.

【図6】投射角度と受光データとの関係の模式図であ
る。
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a relationship between a projection angle and received light data.

【図7】誤差データテーブルの内容を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the contents of an error data table.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

14 ガルバノスキャナ 43 スキャナドライバ(ドライブ回路) S2,S2’ 角度設定信号 S3 検出信号(角度センサの出力) 1 3次元測定装置(スキャナ装置) 2 3次元測定装置 T1,T2 誤差データテーブル 51 メモリ D1 設定角度データ(補正信号値) 2 3次元測定装置 θ 投射角度 θ’ 設定投射角度(設定角度) 322,622 角度設定部(光学走査制御手段) 12 半導体レーザ Q 物体 22 エリアセンサ(撮像デバイス) 332,632 距離演算部(距離計算手段) 14 Galvano scanner 43 Scanner driver (drive circuit) S2, S2 'Angle setting signal S3 Detection signal (output of angle sensor) 1 3D measuring device (scanner device) 2 3D measuring device T1, T2 Error data table 51 Memory D1 setting Angle data (correction signal value) 2 3D measuring device θ Projection angle θ 'Set projection angle (set angle) 322,622 Angle setting unit (optical scanning control means) 12 Semiconductor laser Q object 22 Area sensor (imaging device) 332 632 Distance calculation unit (distance calculation means)

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Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ミラー角度を検出するセンサを有したガル
バノスキャナと、前記センサの出力が角度設定信号に追
従するように前記ガルバノスキャナを駆動するドライブ
回路とを備えたスキャナ装置であって、 前記角度設定信号が示す設定角度と実際のミラー角度と
の対応関係を示す誤差データテーブルを記憶するメモリ
を有し、 前記誤差データテーブルを参照し、設定目標角度に実際
のミラー角度が一致するように、前記角度設定信号を補
正して前記ドライブ回路に与えることを特徴とするスキ
ャナ装置。
1. A scanner device comprising: a galvano scanner having a sensor for detecting a mirror angle; and a drive circuit for driving the galvano scanner so that an output of the sensor follows an angle setting signal. A memory storing an error data table indicating a correspondence relationship between the set angle indicated by the angle setting signal and the actual mirror angle, and referring to the error data table so that the actual mirror angle matches the set target angle. A scanner device for correcting the angle setting signal and supplying the corrected angle setting signal to the drive circuit.
【請求項2】前記誤差データテーブルは、前記角度設定
信号がとりうる複数の信号値のうちの一部である代表信
号値に対応した補正信号値を示すデータ集合であり、 前記代表信号値については前記補正信号値を前記ドライ
ブ回路に与え、前記代表信号値以外の信号値については
補間演算により補正信号値を求めて前記ドライブ回路に
与える請求項1記載のスキャナ装置。
2. The error data table is a data set indicating a correction signal value corresponding to a representative signal value which is a part of a plurality of signal values that the angle setting signal can take. 2. The scanner device according to claim 1, wherein the correction signal value is supplied to the drive circuit, and a signal value other than the representative signal value is calculated by interpolation to be supplied to the drive circuit.
【請求項3】物体を走査するように参照光を投射して物
体からの反射光を受光することにより3次元測定を行う
ための参照光の投射角度制御信号として、前記角度設定
信号を出力する光学走査制御手段を有した請求項1又は
請求項2記載のスキャナ装置。
3. An angle setting signal is output as a reference light projection angle control signal for performing three-dimensional measurement by projecting reference light so as to scan an object and receiving reflected light from the object. 3. The scanner device according to claim 1, further comprising an optical scanning control unit.
【請求項4】測定対象の物体に参照光を投射するための
光源と、前記参照光を偏向して投射角度を変更するため
のガルバノスキャナと、前記ガルバノスキャナを駆動す
るドライブ回路と、参照光の投射角度制御信号である角
度設定信号を出力する光学走査制御手段と、前記物体で
反射した反射参照光を受光する撮像デバイスと、前記撮
像デバイスによって得られる受光データに基づいて物体
までの距離を算出する距離計算手段とを備え、前記ガル
バノスキャナはミラー角度を検出するセンサを有し、前
記ドライブ回路は前記センサの出力が前記角度設定信号
に追従するように前記ガルバノスキャナを駆動する光学
走査型の3次元測定装置であって、 前記角度設定信号が示す設定角度と実際の投射角度との
対応関係を示す誤差データテーブルを記憶するメモリを
有し、 前記距離計算手段は、参照光の投射角度と反射参照光の
受光角度と投射の基準位置から受光の基準位置までの距
離とに基づく三角測量演算によって物体までの距離を算
出し、その際に当該投射角度として前記角度設定信号が
示す設定角度を前記誤差データテーブルに基づいて補正
した結果を用いることを特徴とする3次元測定装置。
4. A light source for projecting reference light onto an object to be measured, a galvano scanner for deflecting the reference light to change a projection angle, a drive circuit for driving the galvano scanner, and a reference light. Optical scanning control means for outputting an angle setting signal that is a projection angle control signal, an imaging device for receiving reflected reference light reflected by the object, and a distance to the object based on light reception data obtained by the imaging device. The galvano scanner has a sensor that detects a mirror angle, and the drive circuit drives the galvano scanner so that the output of the sensor follows the angle setting signal. The three-dimensional measuring device according to claim 1, wherein an error data table indicating a correspondence relationship between a set angle indicated by the angle setting signal and an actual projection angle is stored. The distance calculation means has a distance to the object by triangulation based on the projection angle of the reference light, the light receiving angle of the reflected reference light, and the distance from the reference position of the projection to the reference position of the light reception. A three-dimensional measuring apparatus, wherein a result obtained by calculating and correcting a set angle indicated by the angle setting signal based on the error data table is used as the projection angle.
【請求項5】設定角度の値が異なる複数の時点のそれぞ
れの受光データに基づく重心演算によって、投射角度を
算出する請求項4記載の3次元測定装置。
5. The three-dimensional measuring apparatus according to claim 4, wherein the projection angle is calculated by a center-of-gravity calculation based on the respective light reception data at a plurality of time points having different set angle values.
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