JP2004254828A

JP2004254828A - Three-dimensional shape measuring device and method

Info

Publication number: JP2004254828A
Application number: JP2003047326A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Kato; 貴幸加藤; Hideki Yamatani; 英樹山谷; Tomohito Yamauchi; 智史山内; Hisayuki Namiba; 久幸波場
Original assignee: IHI Aerospace Engineering Co Ltd
Current assignee: IHI Aerospace Engineering Co Ltd
Priority date: 2003-02-25
Filing date: 2003-02-25
Publication date: 2004-09-16

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a three-dimensional shape measuring device which can surely and highly precisely measure the three-dimensional shape of an object to be measured without contact even when the object to be measured has a complicated solid shape having a dead angle part such as a shape having a recess at the upper central part and a method. <P>SOLUTION: This three-dimensional shape measuring device is equipped with a holding-rotating device 12, light position detecting elements 14 and 16, a laser device 18, an operation device 20, and an interpolating means 22. The object to be measured is respectively rotated around a plurality of vertical axes z1 and z2 which pass through the object M to be measured as the pivots, and the object to be measured is irradiated with a laser beam 1. A plurality of shape measuring data groups of the object to be measured are calculated from the scanning direction of the laser beam and light receiving positions by a plurality of the light position detecting elements of a reflected light of the laser beam. A dead angle part range is specified by the shape measuring data groups at one of a plurality of the vertical axes z1 and z2, and the data for the dead angle part range is interpolated from the shape measuring data group at the other vertical axis. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、歯牙模型等の三次元形状を非接触で測定する三次元形状測定装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
歯科治療において歯に欠損が生じた場合、欠損部を所定の形状に成形して支台歯とし、その上に金属やセラミックスで製作した補綴物を被せて固定する治療が一般に行われている。
【０００３】
このような歯科用補綴物を製作するために、成形した支台歯やその隣接歯、あるいはこれらと噛み合う対向歯の印象型から歯牙模型を製作し、その三次元形状を正確に測定する必要がある。このため、レーザ光を用いた非接触式の三次元形状測定手段が開示されている。
【０００４】
図７は、かかる非接触式の三次元形状測定手段の原理図である。この図において、Ｍは歯牙模型、５１はレーザ光５１ａを照射するレーザ光源、５２は集光レンズ、５３は光位置検出素子（ＰＳＤ）であり、歯牙模型Ｍの測定点Ｐに向けてレーザ光５１ａを照射し、歯牙模型Ｍからの反射光５１ｂをＰＳＤ５３上に集光してその位置ｙを検出する。
この構成により、ＰＳＤ５３の受光位置ｙとレーザ光５１ａの照射角度θから幾何学的に反射光の入射角度αが定まり、これらから測定点Ｐとセンサ基準点Ｐｓの距離Ｌを繰返し算出することにより、歯牙模型Ｍの三次元形状を特定することができる。
しかし、単一の光位置検出素子のみを備えた図７の三次元形状測定手段の場合には、被測定物（歯牙模型Ｍ）の形状によっては、１次反射光が入射しないため測定を行うことができない場合がある。
【０００５】
これに対して、特許文献１の「三次元形状測定方法および装置」は、図８に示すように、レンズと光位置検出素子との組み合わせを少なくとも２以上備えたものであり、一部の光位置検出素子（例えば５３ｃ、５３ｄ）に反射光が入射しなくても、残りの光位置検出素子（例えば５３ａ、５３ｂ）に反射光が入射するため、被測定物の形状に拘わらず測定を行うことができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−４２９４１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、歯科治療において歯の上部中央に虫歯等で欠損が生じた場合、欠損部を所定の形状に成形してその部分にインレーと呼ぶ詰め物を挿入する治療が一般に行われている。
このようなインレーを製作するために、欠損部を有する歯から歯牙模型を製作し、その三次元形状を正確に測定する必要がある。
【０００８】
しかし、上述した従来の三次元形状測定では、被測定物（歯牙模型）が上部中央に凹部を有するような複雑な立体形状をしていると、計測部位にレーザが照射されず、或いはレーザが照射されてもレーザ反射光が被測定物に遮られて受光できないため、計測不能となり正確な測定ができないことがある問題があった。
【０００９】
図９はこのような計測例を示している。（Ａ）は図８の装置をそのまま歯牙模型Ｍに適用した場合である。この場合、レーザ光５１ａを真下に照射しているため、垂直に近い立壁部Ｍ２ではレーザ光５１ａの入射角が小さく散乱されるため、反射光が弱く受光できても正確な測定ができない。このような死角部を「立壁死角部」と呼ぶ。
また、（Ｂ）は歯牙模型Ｍを垂直軸を中心に回転させながら斜めにレーザ光５１ａを照射した場合である。この場合、垂直に近い立壁部Ｍ２でも入射角が大きくなり、正確な測定ができるが、レーザ光５１ａが遮られる死角部が生じうる。このような死角部を「谷底死角部」と呼ぶ。
【００１０】
図１０（Ａ）（Ｂ）は、図８（Ｂ）において死角部ができる歯牙模型の具体例であり、（Ａ）は歯の４隅に山部が残りその他の部分が凹んでいるもの（タイプＡ）、（Ｂ）は中心部とまわりの一部が凹んでいるもの（タイプＢ）である。
図１０（Ｃ）に示すように、タイプＡでは中央底部に斜線で示す谷底死角部Ｄ１ができ、かつ山部の側面の太い実線で示す立壁死角部Ｄ２ができる。また、図１０（Ｄ）に示すように、タイプＢでも中央底部に斜線で示す谷底死角部Ｄ１ができ、かつ山部の側面の太い実線で示す立壁死角部Ｄ２ができる。
【００１１】
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、上部中央部に凹部を有するような死角部を有する複雑な立体形状の被測定物であっても非接触で被測定物の三次元形状を確実かつ高精度に計測することができる三次元形状測定装置および方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、死角部を有する被測定物（Ｍ）の表面形状を非接触で測定する三次元形状測定装置であって、
被測定物（Ｍ）を保持しこれを通る複数の垂直軸（ｚ１、ｚ２）を中心に被測定物をそれぞれ回転させる保持回転装置（１２）と、被測定物からの反射光を受ける複数の光位置検出素子（１４、１６）と、前記複数の光位置検出素子の間に位置し被測定物に向けてレーザ光（１）を走査するレーザ装置（１８）と、レーザ光の走査方向と該レーザ光の反射光の前記複数の光位置検出素子による受光位置から複数の垂直軸（ｚ１、ｚ２）における被測定物の複数の形状測定データ群を演算する演算装置（２０）と、前記複数の形状測定データ群から死角部を補間する補間手段（２２）と、を備えたことを特徴とする三次元形状測定装置が提供される。
【００１３】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記補間手段（２２）は、複数の垂直軸（ｚ１、ｚ２）の１つにおける形状測定データ群から死角部範囲を特定し、かつ他の垂直軸における形状測定データ群から前記死角部範囲のデータを補間する。
【００１４】
また、本発明によれば、死角部を有する被測定物（Ｍ）の表面形状を非接触で測定する三次元形状測定方法であって、
被測定物（Ｍ）を保持しこれを通る複数の垂直軸（ｚ１、ｚ２）を中心に被測定物をそれぞれ回転させる保持回転装置（１２）と、被測定物からの反射光を受ける複数の光位置検出素子（１４、１６）と、前記複数の光位置検出素子の間に位置し被測定物に向けてレーザ光（１）を走査するレーザ装置（１８）と、レーザ光の走査方向と該レーザ光の反射光の前記複数の光位置検出素子による受光位置から被測定物の形状測定データ群を演算する演算装置（２０）と、複数組の形状測定データ群から死角部を補間する補間手段（２２）と、を備え、
保持回転装置（１２）により、被測定物（Ｍ）を通る複数の垂直軸（ｚ１、ｚ２）を中心に被測定物をそれぞれ回転させ、レーザ装置（１８）により、被測定物に向けてレーザ光（１）を照射し、演算装置（２０）により、レーザ光の走査方向と該レーザ光の反射光の前記複数の光位置検出素子による受光位置から、前記複数の垂直軸（ｚ１、ｚ２）における被測定物の複数の形状測定データ群を演算し、前記補間手段（２２）により、複数の垂直軸（ｚ１、ｚ２）の１つにおける形状測定データ群から死角部範囲を特定し、かつ他の垂直軸における形状測定データ群から前記死角部範囲のデータを補間する、ことを特徴とする三次元形状測定方法が提供される。
【００１５】
上記本発明の装置及び方法によれば、被測定物からの反射光を受ける複数の光位置検出素子（１４、１６）と、それらの光位置検出素子の間に位置するレーザ装置（１８）とを備え、保持回転装置（１２）により被測定物（Ｍ）を通る複数の垂直軸（ｚ１、ｚ２）を中心に被測定物をそれぞれ回転させ、レーザ装置（１８）により、被測定物に向けてレーザ光（１）を照射するので、演算装置（２０）により、レーザ光の走査方向と該レーザ光の反射光の前記複数の光位置検出素子による受光位置から、前記複数の垂直軸（ｚ１、ｚ２）における被測定物の複数の形状測定データ群を演算することができる。
【００１６】
また、前記補間手段（２２）により、複数の垂直軸（ｚ１、ｚ２）の１つにおける形状測定データ群から死角部範囲を特定し、かつ他の垂直軸における形状測定データ群から前記死角部範囲のデータを補間するので、上部中央部に凹部を有するような死角部を有する複雑な立体形状の被測定物であっても非接触で被測定物の三次元形状を確実かつ高精度に計測することができる。
【００１７】
また本発明の好ましい実施形態によれば、前記保持回転装置（１２）は、被測定物（Ｍ）を所定間隔を隔てた複数箇所に取付け可能な差込み式チャンネルトレー（１２ａ）と、該チャンネルトレーを所定の方向にスライドして位置決め可能なスライド式位置決め具（１２ｂ）と、該位置決め具を固定し垂直軸を中心に回転させる回転駆動装置（１２ｃ）とからなる。
【００１８】
この構成により、差込み式チャンネルトレー（１２ａ）の異なる箇所に取付け直すだけで、被測定物（Ｍ）を所定間隔で正確に移動し、複数の垂直軸（ｚ１、ｚ２）を中心に回転することができる。
また、スライド式位置決め具（１２ｂ）によりチャンネルトレー（１２ａ）を所定の方向にスライドして位置決めすることにより、チャンネルトレー（１２ａ）に取り付けられた被測定物（Ｍ）の移動方向を正確に所望の方向に合わせることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２０】
図１は、本発明で使用する光位置検出素子の原理図である。この光位置検出素子は、Ｐ層、Ｓｉ基板、Ｎ層が順に積層された半導体位置検出素子（ＰｏｓｉｔｉｏｎＳｅｎｓｉｔｉｖｅＬｉｇｈｔＤｅｔｅｃｔｏｒ：ＰＳＤ）である。この図において、ＰＮ間に電圧を印加した状態で、Ｐ層の一部にスポット光を受けると、その位置でＰＮ間が導通し、スポット光の強度に比例する電流（Ｉ１＋Ｉ２）が流れる。Ｐ層の両端に出力端子ａ、ｂを設け、同一の抵抗をそれぞれ付加すると、出力端子ａ、ｂにはそれぞれ電流Ｉ１，Ｉ２が流れ、これを電圧Ｖａ、Ｖｂとして検出することができる。
【００２１】
この場合、スポット光の位置は、式（１）（２）で求めることができる。
Ｘ１＝Ｌ×Ｉ２／（Ｉ１＋Ｉ２）・・・（１）
Ｘ２＝Ｌ×Ｉ１／（Ｉ１＋Ｉ２）・・・（２）
【００２２】
図２は、本発明の三次元形状測定装置の全体構成図である。この三次元形状測定装置１０は、死角部を有する被測定物Ｍの表面形状を非接触で測定する三次元形状測定装置である。
【００２３】
なお、この図において被測定物Ｍとして上部中央に凹部を有するインレーの歯牙模型を想定しているが、本発明はこれに限定されず、支台歯その他の歯牙模型にも同様に適用することができる。
【００２４】
図２において、本発明の三次元形状測定装置１０は、保持回転装置１２、第１の光位置検出素子１４、第２の光位置検出素子１６、レーザ装置１８、演算装置２０、及び補間手段２２を備える。
【００２５】
保持回転装置１２は、被測定物Ｍを保持し、これを通る複数（この例では２本）の垂直軸ｚ１、ｚ２を中心に被測定物Ｍをそれぞれ回転させるようになっている。被測定物Ｍを垂直軸ｚ１又はｚ２を中心に１回転させることにより、被測定物Ｍの外面全周を計測することができる。
【００２６】
この例において、保持回転装置１２は、差込み式チャンネルトレー１２ａ、スライド式位置決め具１２ｂ、及び回転駆動装置１２ｃからなる。
【００２７】
差込み式チャンネルトレー１２ａは、水平方向に一定（例えば２．５ｍｍ）のピッチで嵌合溝１１ａを有し、被測定物Ｍの下面に設けられた突起Ｍａを嵌合溝１１ａに嵌め直すことにより、所定間隔（ピッチの倍数）を隔てた複数箇所に被測定物Ｍを正確に取付けることができるようになっている。このチャンネルトレー１２ａには、嵌合溝１１ａのピッチ方向に延びる平面下面１１ｂと平面側面（図示せず）が設けられている。
【００２８】
スライド式位置決め具１２ｂは、チャンネルトレー１２ａを載せる上面とチャンネルトレー１２ａの平面側面に当たる肩面とを有し、肩面に沿ってチャンネルトレー１２ａを滑らして所定の方向にスライドしてチャンネルトレー１２ａを位置決めするようになっている。
【００２９】
回転駆動装置１２ｃは、その上面に位置決め具１２ｂを固定し、その垂直軸を中心に回転させるようになっている。なお、回転駆動装置１２ｃへの位置決め具１２ｂの固定、及び位置決め具１２ｂへのチャンネルトレー１２ａの固定は、マグネットによる吸着でもよく、或いはピンとピン穴の嵌合でもよい。
【００３０】
この構成により、差込み式チャンネルトレー１２ａの異なる箇所に取付け直すだけで、被測定物Ｍを所定間隔で正確に移動し、複数の垂直軸ｚ１、ｚ２を中心に回転することができる。
また、スライド式位置決め具１２ｂによりチャンネルトレー１２ａを所定の方向にスライドして位置決めすることにより、チャンネルトレー１２ａに取り付けられた被測定物Ｍの移動方向を正確に所望の方向に合わせることができる
【００３１】
第１光位置検出素子１４と第２光位置検出素子１６は、上述した半導体位置検出素子（ＰＳＤ）である。その出力特性は同一であるのが好ましいが、例えば第１光位置検出素子１４を主体とし、第２光位置検出素子１６を補助にして、出力特性の異なるＰＳＤを用いてもよい。
【００３２】
この例において第１光位置検出素子１４は、レーザ装置１８の上側に被測定物Ｍの平坦部に対向して位置し、平坦部からの反射光を強く受けるようになっている。この場合、立壁部からの反射光は、斜めに受けるため逆に弱くなる。
なお、図中の１３ａ、１３ｂは反射光を測定面１４ａ、１６ａに集光する集光レンズである。
【００３３】
第２光位置検出素子１６は、レーザ装置１８の下側に被測定物Ｍの立壁部に対向して位置し、立壁部からの反射光を強く受けるようになっている。この場合、平坦部からの反射光は、斜めに受けるため逆に弱くなる。
【００３４】
レーザ装置１８は、レーザ発信器１８ａと走査ミラー１８ｂとからなり、第１と第２の光位置検出素子１４、１６の間に位置する。レーザ発信器１８ａは好ましくは単一波長のレーザ光１を走査ミラー１８ｂに向けて照射する。走査ミラー１８ｂは図示しない駆動装置により揺動し、レーザ光１を反射して被測定物Ｍに向けてレーザ光１を走査するようになっている。
【００３５】
また、この例において、第１と第２の光位置検出素子１４、１６とレーザ装置１８によるレーザ光１は、好ましくは被測定物Ｍを通る同一平面内（この例でｒ−ｚ座標の第１象限内）に位置し、ｒ−ｚ座標の二次元計測と被測定物Ｍのｚ軸まわりの回転により、被測定物Ｍの外表面の三次元形状測定を可能にしている。
【００３６】
演算装置２０は、レーザ光１の走査方向と、レーザ光１の反射光２の第１と第２の光位置検出素子１４、１６による受光位置から被測定物Ｍのレーザ光照射位置Ｐを演算する。この原理は、図７に示したものと実質的に同一である。
【００３７】
また、複数の光位置検出素子１４、１６のいずれかの信号出力が弱い（所定値に満たない）場合には、その低い信号出力を無視し強い信号出力からレーザ光照射位置Ｐを演算する。これにより、図８に示したように弱い信号による誤差を防ぐことができる。
【００３８】
更に、複数の光位置検出素子１４、１６の全ての信号出力が弱い（所定値に満たない）場合には、その全ての信号出力を無視し、そのレーザ光照射位置の演算は行わない。この結果、図１０（Ａ）（Ｂ）に示したように、谷底死角部Ｄ１と立壁死角部Ｄ２においてデータの欠落が発生する。
【００３９】
本発明において、演算装置２０は、複数の垂直軸ｚ１、ｚ２を中心にしてそれぞれｒ−ｚ座標の二次元計測を行い、複数の垂直軸ｚ１、ｚ２における被測定物Ｍの複数の形状測定データ群Ｐ１、Ｐ２を演算する。
この形状測定データ群Ｐ１、Ｐ２は、各垂直軸を中心とする回転角θとその方向におけるｒ−ｚ座標値からなる。
【００４０】
補間手段２２は、演算装置２０で得られた複数の形状測定データ群Ｐ１、Ｐ２から死角部を補間する機能を有する。
なお、演算装置２０と選択手段２２として、同一又は異なるコンピュータ（例えばパーソナルコンピュータ）を用いることができる。
【００４１】
図３は、本発明による測定状態の模式図である。この図において、（Ａ）は２つの垂直軸ｚ１、ｚ２を中心として計測する被測定物Ｍの断面図、（Ｂ）はその平面図である。
図３（Ａ）（Ｂ）からわかるように、左側の垂直軸ｚ１を中心として計測する場合、垂直軸ｚ１に近い部分に斜線で示す谷底死角部Ｄ１ができる。また、右側の垂直軸ｚ２を中心として計測する場合、垂直軸ｚ２に近い部分に斜線で示す谷底死角部Ｄ２ができる。なお立壁死角部も同様にできるがここでは説明を省略する。
【００４２】
次に、本発明の測定方法を説明する。本発明の測定方法は、回転ステップ（Ａ）、照射ステップ（Ｂ）、演算ステップ（Ｃ）、及び補間ステップ（Ｄ）からなる。
回転ステップ（Ａ）では、上述した保持回転装置１２により、被測定物Ｍを通る複数の垂直軸ｚ１、ｚ２を中心に被測定物Ｍをそれぞれ回転させる。この回転角θは、所定の角度ピッチで行うのがよい。
照射ステップ（Ｂ）では、垂直軸ｚ１、ｚ２を中心とするそれぞれの回転時に、レーザ装置１８により、被測定物に向けてレーザ光１を照射する。またこの照射時に走査ミラー１８ｂによりレーザ光を垂直軸から外方に所定の角度ピッチで走査する。
【００４３】
演算ステップ（Ｃ）では、演算装置２０により、レーザ光の走査方向とレーザ光の反射光の複数の光位置検出素子による受光位置から、複数の垂直軸ｚ１、ｚ２における被測定物の複数の形状測定データ群を演算する。この形状測定データ群Ｐ１，Ｐ２は、（θ，ｒ，ｚ）のデータ列でも、これを変換した（ｘ，ｙ，ｚ）のデータ列でもよい。
図３（Ｂ）において、白丸（○）は垂直軸ｚ１における被測定物の形状測定データ群Ｐ１の一部、黒丸（●）は垂直軸ｚ２における被測定物の形状測定データ群Ｐ２の一部を示している。
【００４４】
補間ステップ（Ｄ）では、補間手段２２により、複数の垂直軸ｚ１、ｚ２の１つにおける形状測定データ群から死角部範囲を特定し、かつ他の垂直軸における形状測定データ群から前記死角部範囲のデータを補間する。
すなわち、図３（Ｂ）において、垂直軸ｚ１における死角部範囲Ｄ１には形状測定データ群Ｐ１のデータが欠落しているため、本発明ではこの死角部範囲Ｄ１に位置するデータを別の形状測定データ群Ｐ２の一部で補間する。
【００４５】
なお、被測定物Ｍを垂直軸ｚ１，ｚ２を中心に１回転させながら、ステップ（Ａ）〜（Ｄ）を繰返し、かつレーザ光１を走査することにより、被測定物Ｍの外面全周を計測することができる。得られた被測定物Ｍの外表面の三次元形状データは、表示装置に画像表示し、或いは記憶装置に記憶する。
【００４６】
図４は、上述した補間ステップ（Ｄ）のフロー図である。この図を参照して、上述した補間ステップ（Ｄ）を更に詳しく説明する。
【００４７】
補間ステップ（Ｄ）は、この図において、ステップＳ１〜Ｓ６からなる。
【００４８】
ステップＳ１では、視角を補間するラインＬの平面の式を求める。平面の式は、回転ステップ（Ａ）におけるライン番号又は３点を通る平面の式から求めることができる。
ステップＳ２では、ラインＬの中のデータ欠落部（死角）を検出する。この検出は１つ前のデータの座標との距離で判定する。
ステップＳ３では、死角の範囲を確定する。
ステップＳ４では、死角の範囲の中の座標値を示すデータを、オフセットして計測した別のデータ郡の中から計測ライン毎に検索して抽出する。
ステップＳ５では、平面の式に範囲中の座標値を代入して計算を行う。
ステップＳ６では、代入した平面式の計算値の絶対値がライン毎に最小となる座標値を死角の補間値として採用する。
【００４９】
上述したステップＳ１〜Ｓ６を繰返すことにより、複数の垂直軸ｚ１、ｚ２の１つにおける形状測定データ群から死角部範囲を特定し、かつ他の垂直軸における形状測定データ群から前記死角部範囲のデータを補間することができる。
【００５０】
図５は、図９（Ａ）に示した死角部ができる歯牙模型の具体例（タイプＡ）に本発明を適用した場合の適用例である。タイプＡの歯牙模型は、（Ａ）に示すように歯の４隅に山部が残りその他の部分が凹んでいるものである。
図５（Ｂ）（Ｃ）は、上方向と下方向に歯牙模型をオフセットさせた場合である。この例から、上方向にオフセットさせると、（Ｂ）に示すように下方向に死角部が残り、逆に下方向にオフセットさせると、（Ｃ）に示すように上方向に死角部が残る。従って、この２つの形状測定データ群から死角部範囲のデータを補間することができることがわかる。
また図５（Ｄ）（Ｅ）は、右方向と左方向に歯牙模型をオフセットさせた場合である。この例から、右方向にオフセットさせると、（Ｄ）に示すように左方向に死角部が残り、逆に左方向にオフセットさせると、（Ｅ）に示すように右方向に死角部が残る。従って、この２つの形状測定データ群からも同様に死角部範囲のデータを補間することができることがわかる。
【００５１】
図６は、図９（Ｂ）に示した死角部ができる歯牙模型の具体例（タイプＢ）に本発明を適用した場合の適用例である。タイプＢの歯牙模型は、（Ａ）に示すように中心部とまわりの一部が凹んでいるものである。
図６（Ｂ）（Ｃ）は、上方向と下方向に歯牙模型をオフセットさせた場合である。この例から、上方向にオフセットさせると、（Ｂ）に示すように下方向に死角部が残り、逆に下方向にオフセットさせると、（Ｃ）に示すように右上方向に死角部が残る。従って、この２つの形状測定データ群から死角部範囲のデータを補間することができることがわかる。
また図６（Ｄ）（Ｅ）は、右方向と左方向に歯牙模型をオフセットさせた場合である。この例から、右方向にオフセットさせると、（Ｄ）に示すように左下方向に死角部が残り、逆に左方向にオフセットさせると、（Ｅ）に示すように右方向に死角部が残る。従って、この２つの形状測定データ群からも同様に死角部範囲のデータを補間することができることがわかる。
【００５２】
上述した本発明の装置及び方法によれば、被測定物からの反射光を受ける複数の光位置検出素子１４、１６と、それらの光位置検出素子の間に位置するレーザ装置１８とを備え、保持回転装置１２により被測定物Ｍを通る複数の垂直軸ｚ１、ｚ２を中心に被測定物をそれぞれ回転させ、レーザ装置１８により、被測定物に向けてレーザ光１を照射するので、演算装置２０により、レーザ光の走査方向と該レーザ光の反射光の前記複数の光位置検出素子による受光位置から、前記複数の垂直軸ｚ１、ｚ２における被測定物の複数の形状測定データ群を演算することができる。
【００５３】
また、前記補間手段２２により、複数の垂直軸ｚ１、ｚ２の１つにおける形状測定データ群から死角部範囲を特定し、かつ他の垂直軸における形状測定データ群から前記死角部範囲のデータを補間するので、上部中央部に凹部を有するような死角部を有する複雑な立体形状の被測定物であっても非接触で被測定物の三次元形状を確実かつ高精度に計測することができる。
【００５４】
なお、本発明は上述した実施例及び実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【００５５】
【発明の効果】
上述したように、本発明では、レーザの照射死角と受光センサの視野内死角によって欠落する形状データを補間して欠落部のない形状データを得るため、計測物の中心を測定用回転テーブルの中心からずらして取付けて形状測定を行い、かつずらす位置を２箇所以上設けて測定することで得られる複数の形状データを組み合わせて死角部を補間する。これににより、レーザが照射できない、もしくはレーザ反射光が受光できない複雑な立体形状をしていても確実かつ正確に計測することができる。
【００５６】
従って、本発明の三次元形状測定装置および方法は、上部中央部に凹部を有するような死角部を有する複雑な立体形状の被測定物であっても非接触で被測定物の三次元形状を確実かつ高精度に計測することができる等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で使用する光位置検出素子の原理図である。
【図２】本発明の三次元形状測定装置の全体構成図である。
【図３】本発明による測定状態の模式図である。
【図４】本発明による補間ステップ（Ｄ）のフロー図である。
【図５】死角部ができる歯牙模型の具体例（タイプＡ）に本発明を適用した場合の適用例である。
【図６】死角部ができる歯牙模型の具体例（タイプＢ）に本発明を適用した場合の適用例である。
【図７】非接触式の三次元形状測定手段の原理図である。
【図８】先行出願の三次元形状測定手段の説明図である。
【図９】従来の死角のある計測例を示している。
【図１０】死角部ができる歯牙模型の具体例である。
【符号の説明】
１レーザ光、２反射光、
２ａ、２ｂ一次反射光、３ａ、３ｂ二次反射光、
１０三次元形状測定装置、１２保持回転装置、
１２ａ差込み式チャンネルトレー、
１２ｂスライド式位置決め具、１２ｃ回転駆動装置、
１３ａ、１３ｂ集光レンズ、
１４第１光位置検出素子、１４ａ測定面、
１６第２光位置検出素子、１６ａ測定面、
１８レーザ装置、１８ａレーザ発信器、１８ｂ走査ミラー、
２０演算装置、２２補間手段
Ｍ被測定物、Ｍ２立壁面、
Ｐレーザ光照射位置、ｚ１、ｚ２垂直軸[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a three-dimensional shape measuring apparatus and method for measuring a three-dimensional shape of a tooth model or the like in a non-contact manner.
[0002]
[Prior art]
When a tooth is lost in dental treatment, a treatment is generally performed in which a defective portion is formed into a predetermined shape to form an abutment tooth, and a prosthesis made of metal or ceramic is placed over the abutment and fixed.
[0003]
In order to manufacture such a dental prosthesis, it is necessary to manufacture a tooth model from a molded abutment tooth, its adjacent tooth, or an impression type of an opposing tooth meshing with the tooth, and accurately measure its three-dimensional shape. is there. For this reason, a non-contact type three-dimensional shape measuring means using a laser beam is disclosed.
[0004]
FIG. 7 is a principle diagram of such a non-contact type three-dimensional shape measuring means. In this figure, M is a tooth model, 51 is a laser light source for irradiating a laser beam 51a, 52 is a condenser lens, 53 is a light position detecting element (PSD), and the laser beam is directed toward a measurement point P of the tooth model M. Irradiated at 51a, the reflected light 51b from the tooth model M is condensed on the PSD 53 to detect its position y.
With this configuration, the incident angle α of the reflected light is determined geometrically from the light receiving position y of the PSD 53 and the irradiation angle θ of the laser beam 51a, and the distance L between the measurement point P and the sensor reference point Ps is repeatedly calculated from these. The three-dimensional shape of the tooth model M can be specified.
However, in the case of the three-dimensional shape measuring means of FIG. 7 including only a single light position detecting element, the measurement is performed because the primary reflected light does not enter depending on the shape of the measured object (the tooth model M). You may not be able to.
[0005]
On the other hand, the “three-dimensional shape measuring method and device” of Patent Document 1 includes at least two or more combinations of a lens and a light position detecting element as shown in FIG. Even if the reflected light does not enter the position detecting elements (for example, 53c and 53d), the reflected light enters the remaining light position detecting elements (for example, 53a and 53b), so that the measurement is performed regardless of the shape of the measured object. be able to.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-9-42941
[Problems to be solved by the invention]
For example, in a dental treatment, when a defect occurs due to a tooth decay or the like in the upper center of a tooth, a treatment is generally performed in which a defective portion is formed into a predetermined shape and a filling called an inlay is inserted into the portion.
In order to manufacture such an inlay, it is necessary to manufacture a tooth model from a tooth having a defective portion and accurately measure its three-dimensional shape.
[0008]
However, in the above-described conventional three-dimensional shape measurement, if the object to be measured (tooth model) has a complicated three-dimensional shape having a concave portion in the upper center, laser is not irradiated to the measurement site, or the laser is not irradiated. Even if it is irradiated, since the laser reflected light is blocked by the object to be measured and cannot be received, there is a problem that the measurement becomes impossible and accurate measurement cannot be performed.
[0009]
FIG. 9 shows such a measurement example. (A) is a case where the device of FIG. In this case, since the laser beam 51a is irradiated directly below, the incident angle of the laser beam 51a is small and scattered on the vertical wall M2 which is almost perpendicular, so that accurate measurement cannot be performed even if the reflected light is weakly received. Such a blind spot is referred to as a “standing wall blind spot”.
(B) shows the case where the laser beam 51a is irradiated obliquely while rotating the tooth model M about the vertical axis. In this case, the incident angle becomes large even in the vertical wall portion M2 which is almost perpendicular, and accurate measurement can be performed. Such a blind spot is referred to as a “valley bottom blind spot”.
[0010]
10 (A) and 10 (B) are specific examples of a tooth model in which a blind spot is formed in FIG. 8 (B). FIG. 10 (A) shows a tooth model in which peaks are left at four corners of a tooth and other portions are concave. Types A) and (B) are those in which the center and a part of the periphery are concave (type B).
As shown in FIG. 10C, in the type A, a valley bottom blind spot D1 indicated by oblique lines is formed at the center bottom, and an upright wall blind spot D2 indicated by a thick solid line on the side surface of the mountain is formed. Further, as shown in FIG. 10 (D), even in the type B, a valley bottom blind spot D1 indicated by oblique lines is formed at the center bottom, and an upright wall blind spot D2 indicated by a thick solid line on the side of the peak is formed.
[0011]
The present invention has been made to solve the above problems. That is, the object of the present invention is to measure the three-dimensional shape of a measured object in a non-contact manner reliably and with high accuracy even for a measured object having a complicated three-dimensional shape having a blind spot having a concave portion in the upper central portion. It is an object of the present invention to provide a three-dimensional shape measuring apparatus and method which can perform the three-dimensional shape measuring.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, there is provided a three-dimensional shape measuring apparatus for measuring a surface shape of a measured object (M) having a blind spot in a non-contact manner,
A holding and rotating device (12) for holding the object to be measured (M) and rotating the object to be measured around a plurality of vertical axes (z1, z2) passing therethrough, and a plurality of devices for receiving reflected light from the object to be measured A light position detecting element (14, 16), a laser device (18) positioned between the plurality of light position detecting elements, for scanning the object to be measured with the laser light (1), and a scanning direction of the laser light. An arithmetic unit (20) for calculating a plurality of shape measurement data groups of the object to be measured on a plurality of vertical axes (z1, z2) from positions at which the reflected light of the laser light is received by the plurality of light position detection elements; And an interpolating means (22) for interpolating the blind spot from the shape measurement data group of (1).
[0013]
According to a preferred embodiment of the present invention, the interpolating means (22) specifies a blind spot range from a shape measurement data group on one of the plurality of vertical axes (z1, z2), and determines the shape on another vertical axis. The data in the blind spot range is interpolated from the measurement data group.
[0014]
Further, according to the present invention, there is provided a three-dimensional shape measuring method for measuring a surface shape of an object to be measured (M) having a blind spot in a non-contact manner,
A holding and rotating device (12) for holding the object to be measured (M) and rotating the object to be measured around a plurality of vertical axes (z1, z2) passing therethrough, and a plurality of devices for receiving reflected light from the object to be measured A light position detecting element (14, 16), a laser device (18) positioned between the plurality of light position detecting elements, for scanning the object to be measured with the laser light (1), and a scanning direction of the laser light. An arithmetic unit (20) for calculating a shape measurement data group of the object to be measured from the light receiving positions of the reflected light of the laser light by the plurality of light position detection elements, and interpolation for interpolating a blind spot portion from the plurality of sets of shape measurement data groups Means (22),
The object to be measured is rotated around a plurality of vertical axes (z1, z2) passing through the object to be measured (M) by the holding and rotating device (12), and the laser is directed toward the object to be measured by the laser device (18). A plurality of vertical axes (z1, z2) are illuminated by an arithmetic unit (20) based on the scanning direction of the laser light and the light receiving position of the reflected light of the laser light by the plurality of light position detection elements. , A plurality of shape measurement data groups of the object to be measured are calculated, and the interpolation means (22) specifies a blind spot portion range from the shape measurement data group on one of the plurality of vertical axes (z1, z2). A three-dimensional shape measuring method, wherein data of the blind spot area range is interpolated from the shape measurement data group on the vertical axis of the three-dimensional shape.
[0015]
According to the apparatus and method of the present invention, a plurality of optical position detecting elements (14, 16) for receiving reflected light from the object to be measured, and a laser device (18) located between the optical position detecting elements. The object to be measured is rotated around a plurality of vertical axes (z1, z2) passing through the object to be measured (M) by the holding and rotating device (12), and directed to the object to be measured by the laser device (18). The laser beam (1) is emitted by the arithmetic unit (20), the plurality of vertical axes (z1) are determined from the scanning direction of the laser beam and the light receiving positions of the reflected light of the laser beam by the plurality of light position detection elements. , Z2), a plurality of shape measurement data groups of the measured object can be calculated.
[0016]
Further, the interpolation means (22) specifies a blind spot portion range from the shape measurement data group on one of the plurality of vertical axes (z1, z2), and determines the blind spot portion range from the shape measurement data group on the other vertical axis. , The 3D shape of the object to be measured can be measured reliably and with high accuracy in a non-contact manner even if the object has a complex three-dimensional shape having a blind spot with a concave portion in the upper center part. be able to.
[0017]
According to a preferred embodiment of the present invention, the holding / rotating device (12) includes a plug-in type channel tray (12a) capable of mounting an object to be measured (M) at a plurality of locations separated by a predetermined interval; And a rotary driving device (12c) for fixing the positioning tool and rotating it about a vertical axis.
[0018]
With this configuration, the object to be measured (M) can be accurately moved at predetermined intervals and rotated about a plurality of vertical axes (z1, z2) simply by reattaching to a different portion of the plug-in type channel tray (12a). Can be.
In addition, the channel tray (12a) is slid in a predetermined direction and positioned by the slide-type positioning tool (12b), so that the moving direction of the device (M) attached to the channel tray (12a) can be accurately determined. Direction.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same reference numerals are given to the common parts in the respective drawings, and the duplicate description will be omitted.
[0020]
FIG. 1 is a principle diagram of an optical position detecting element used in the present invention. This light position detecting element is a semiconductor position detecting element (Position Sensitive Light Detector: PSD) in which a P layer, a Si substrate, and an N layer are sequentially stacked. In this figure, when spot light is received on a part of the P layer in a state where a voltage is applied between PN, the PN conducts at that position, and a current (I1 + I2) proportional to the intensity of the spot light flows. When output terminals a and b are provided at both ends of the P layer and the same resistance is respectively added, currents I1 and I2 flow through the output terminals a and b, respectively, and these can be detected as voltages Va and Vb.
[0021]
In this case, the position of the spot light can be obtained by equations (1) and (2).
X1 = L × I2 / (I1 + I2) (1)
X2 = L × I1 / (I1 + I2) (2)
[0022]
FIG. 2 is an overall configuration diagram of the three-dimensional shape measuring apparatus of the present invention. The three-dimensional shape measuring device 10 is a three-dimensional shape measuring device that measures the surface shape of a measurement target M having a blind spot in a non-contact manner.
[0023]
In this figure, an inlay tooth model having a concave portion in the upper center is assumed as the measured object M, but the present invention is not limited to this, and the present invention is similarly applicable to an abutment tooth and other tooth models. Can be.
[0024]
In FIG. 2, the three-dimensional shape measuring apparatus 10 of the present invention includes a holding / rotating device 12, a first optical position detecting element 14, a second optical position detecting element 16, a laser device 18, an arithmetic unit 20, and an interpolating unit 22. Is provided.
[0025]
The holding and rotating device 12 holds the device under test M, and rotates the device under test M about a plurality (two in this example) of vertical axes z1 and z2 passing therethrough. By rotating the device under test M once around the vertical axis z1 or z2, the entire circumference of the external surface of the device under test M can be measured.
[0026]
In this example, the holding and rotating device 12 includes a plug-in type channel tray 12a, a slide-type positioning tool 12b, and a rotation driving device 12c.
[0027]
The insertion type channel tray 12a has a fitting groove 11a at a constant pitch (for example, 2.5 mm) in the horizontal direction, and the protrusion Ma provided on the lower surface of the DUT M is refitted into the fitting groove 11a. The object to be measured M can be accurately attached to a plurality of locations separated by a predetermined interval (a multiple of the pitch). The channel tray 12a has a flat lower surface 11b and a flat side surface (not shown) extending in the pitch direction of the fitting grooves 11a.
[0028]
The slide type positioning tool 12b has an upper surface on which the channel tray 12a is placed and a shoulder surface corresponding to a planar side surface of the channel tray 12a. The channel tray 12a is slid along the shoulder surface and slid in a predetermined direction to slide the channel tray 12a. It is designed to be positioned.
[0029]
The rotation drive device 12c has a positioning tool 12b fixed on its upper surface, and is rotated about its vertical axis. The fixing of the positioning tool 12b to the rotary driving device 12c and the fixing of the channel tray 12a to the positioning tool 12b may be performed by suction using a magnet or by fitting pins and pin holes.
[0030]
With this configuration, the object to be measured M can be accurately moved at predetermined intervals and rotated about the plurality of vertical axes z1 and z2 simply by re-attaching the plug-in channel tray 12a to a different location.
Further, by sliding and positioning the channel tray 12a in a predetermined direction by the slide-type positioning tool 12b, the moving direction of the object M attached to the channel tray 12a can be accurately adjusted to a desired direction. [0031]
The first light position detecting element 14 and the second light position detecting element 16 are the above-described semiconductor position detecting elements (PSD). Although the output characteristics are preferably the same, for example, PSDs having different output characteristics may be used with the first light position detecting element 14 as a main component and the second light position detecting element 16 as an auxiliary.
[0032]
In this example, the first light position detecting element 14 is located above the laser device 18 so as to face the flat portion of the device under test M, and receives the reflected light from the flat portion strongly. In this case, the reflected light from the standing wall portion is weakened because it is received obliquely.
In addition, 13a and 13b in the figure are condensing lenses for condensing the reflected light on the measurement surfaces 14a and 16a.
[0033]
The second light position detection element 16 is located below the laser device 18 so as to face the standing wall of the device under test M, and receives the reflected light from the standing wall strongly. In this case, the reflected light from the flat portion is obliquely received, and therefore weakens.
[0034]
The laser device 18 includes a laser transmitter 18a and a scanning mirror 18b, and is located between the first and second light position detecting elements 14 and 16. The laser transmitter 18a preferably irradiates the laser beam 1 of a single wavelength toward the scanning mirror 18b. The scanning mirror 18b is swung by a driving device (not shown) to reflect the laser beam 1 and scan the laser beam 1 toward the object M to be measured.
[0035]
Further, in this example, the laser light 1 from the first and second light position detecting elements 14 and 16 and the laser device 18 is preferably in the same plane passing through the DUT (in this example, the r-z coordinate (In one quadrant), and two-dimensional measurement of rz coordinates and rotation of the object M around the z-axis enable measurement of the three-dimensional shape of the outer surface of the object M.
[0036]
The arithmetic unit 20 calculates the laser light irradiation position P of the DUT from the scanning direction of the laser light 1 and the light receiving positions of the reflected light 2 of the laser light 1 by the first and second light position detecting elements 14 and 16. I do. This principle is substantially the same as that shown in FIG.
[0037]
When the signal output of any one of the plurality of light position detecting elements 14 and 16 is weak (less than a predetermined value), the low signal output is ignored and the laser beam irradiation position P is calculated from the strong signal output. This can prevent an error due to a weak signal as shown in FIG.
[0038]
Further, when all the signal outputs of the plurality of light position detecting elements 14 and 16 are weak (less than a predetermined value), all the signal outputs are ignored and the calculation of the laser beam irradiation position is not performed. As a result, as shown in FIGS. 10A and 10B, data loss occurs at the valley bottom blind spot D1 and the standing wall blind spot D2.
[0039]
In the present invention, the arithmetic unit 20 performs two-dimensional measurement of the rz coordinate around each of the plurality of vertical axes z1 and z2, and obtains a plurality of shape measurement data of the DUT M on the plurality of vertical axes z1 and z2. The groups P1 and P2 are calculated.
The shape measurement data groups P1 and P2 include a rotation angle θ about each vertical axis and rz coordinate values in that direction.
[0040]
The interpolation means 22 has a function of interpolating the blind spot from the plurality of shape measurement data groups P1 and P2 obtained by the arithmetic unit 20.
Note that the same or different computers (for example, personal computers) can be used as the arithmetic unit 20 and the selection unit 22.
[0041]
FIG. 3 is a schematic diagram of a measurement state according to the present invention. In this figure, (A) is a cross-sectional view of the object M to be measured around two vertical axes z1 and z2, and (B) is a plan view thereof.
As can be seen from FIGS. 3A and 3B, when measurement is performed with the left vertical axis z1 as the center, a valley bottom blind spot D1 indicated by oblique lines is formed near the vertical axis z1. In addition, when the measurement is performed with the right vertical axis z2 as the center, a valley bottom blind spot D2 indicated by oblique lines is formed near the vertical axis z2. Note that the vertical wall blind spot can be similarly formed, but the description is omitted here.
[0042]
Next, the measuring method of the present invention will be described. The measuring method of the present invention includes a rotation step (A), an irradiation step (B), a calculation step (C), and an interpolation step (D).
In the rotation step (A), the object to be measured M is rotated around the plurality of vertical axes z1 and z2 passing through the object to be measured M by the holding and rotating device 12 described above. This rotation angle θ is preferably set at a predetermined angle pitch.
In the irradiation step (B), the laser device 1 irradiates the object to be measured with the laser light 1 at each rotation about the vertical axes z1 and z2. At the time of this irradiation, the scanning mirror 18b scans the laser beam outward from the vertical axis at a predetermined angle pitch.
[0043]
In the calculation step (C), the calculation device 20 determines a plurality of shapes of the measured object on a plurality of vertical axes z1 and z2 from the scanning direction of the laser light and the light receiving positions of the reflected light of the laser light by the plurality of light position detection elements. Calculate the measurement data group. The shape measurement data groups P1 and P2 may be a data sequence of (θ, r, z) or a data sequence of (x, y, z) obtained by converting the data sequence.
In FIG. 3B, a white circle (○) is a part of the shape measurement data group P1 of the DUT on the vertical axis z1, and a black circle (●) is a part of the shape measurement data group P2 of the DUT on the vertical axis z2. Is shown.
[0044]
In the interpolation step (D), the blind spot range is specified from the shape measurement data group on one of the plurality of vertical axes z1 and z2 by the interpolation means 22, and the blind spot range is determined from the shape measurement data group on the other vertical axis. Interpolate the data of
That is, in FIG. 3B, since the data of the shape measurement data group P1 is missing in the blind spot range D1 on the vertical axis z1, in the present invention, the data located in the blind spot range D1 is determined by another shape measurement. Interpolation is performed using a part of the data group P2.
[0045]
The steps (A) to (D) are repeated and the laser beam 1 is scanned while rotating the device under test M around the vertical axes z1 and z2, so that the entire outer periphery of the device under test M is rotated. Can be measured. The obtained three-dimensional shape data of the outer surface of the DUT is displayed on a display device as an image or stored in a storage device.
[0046]
FIG. 4 is a flowchart of the above-described interpolation step (D). With reference to this figure, the above-mentioned interpolation step (D) will be described in more detail.
[0047]
The interpolation step (D) includes steps S1 to S6 in this figure.
[0048]
In step S1, an equation of a plane of a line L for interpolating a viewing angle is obtained. The plane equation can be obtained from the line number in the rotation step (A) or the plane equation passing through three points.
In step S2, a data missing portion (blind spot) in the line L is detected. This detection is made based on the distance from the coordinates of the immediately preceding data.
In step S3, the range of the blind spot is determined.
In step S4, data indicating coordinate values in the range of the blind spot is searched and extracted for each measurement line from another data group measured with offset.
In step S5, the calculation is performed by substituting the coordinate values in the range into the equation of the plane.
In step S6, a coordinate value at which the absolute value of the calculated value of the substituted plane formula becomes minimum for each line is adopted as a blind spot interpolation value.
[0049]
By repeating the above steps S1 to S6, the blind spot range is specified from the shape measurement data group on one of the plurality of vertical axes z1 and z2, and the blind spot range is determined from the shape measurement data group on the other vertical axis. Data can be interpolated.
[0050]
FIG. 5 shows an example in which the present invention is applied to a specific example (type A) of a tooth model having a blind spot shown in FIG. 9A. The tooth model of type A has peaks at four corners of the tooth and other portions are dented as shown in FIG.
FIGS. 5B and 5C show the case where the tooth model is offset upward and downward. From this example, if offset upward, a blind spot will remain downward as shown in (B), and if offset downward, a blind spot will remain upward as shown in (C). Therefore, it can be seen that the data in the blind spot range can be interpolated from the two shape measurement data groups.
FIGS. 5D and 5E show cases where the tooth model is offset rightward and leftward. From this example, when offset to the right, a blind spot remains to the left as shown in (D), and conversely, when offset to the left, a blind spot remains to the right as shown in (E). Therefore, it can be seen that the data in the blind spot range can be similarly interpolated from these two shape measurement data groups.
[0051]
FIG. 6 shows an application example in which the present invention is applied to a specific example (type B) of a tooth model having a blind spot shown in FIG. 9B. The type B tooth model has a central part and a part around it as shown in FIG.
FIGS. 6B and 6C show cases where the tooth model is offset upward and downward. From this example, when offset upward, a blind spot portion remains downward as shown in (B), and conversely, when offset downward, a blind spot portion remains in the upper right direction as shown in (C). Therefore, it can be seen that the data in the blind spot range can be interpolated from the two shape measurement data groups.
FIGS. 6D and 6E show the case where the tooth model is offset rightward and leftward. From this example, when offset to the right, a blind spot remains in the lower left direction as shown in (D), and conversely, when offset to the left, a blind spot remains in the right direction as shown in (E). Therefore, it can be seen that the data in the blind spot range can be similarly interpolated from these two shape measurement data groups.
[0052]
According to the above-described apparatus and method of the present invention, the apparatus includes a plurality of optical position detecting elements 14 and 16 that receive reflected light from an object to be measured, and a laser device 18 positioned between the optical position detecting elements. Since the object to be measured is rotated around the plurality of vertical axes z1 and z2 passing through the object to be measured M by the holding and rotating device 12, and the laser beam 1 is irradiated to the object to be measured by the laser device 18, the arithmetic device According to 20, a plurality of shape measurement data groups of the measured object on the plurality of vertical axes z1 and z2 are calculated from the scanning direction of the laser light and the light receiving positions of the reflected light of the laser light by the plurality of light position detection elements. be able to.
[0053]
Further, the interpolation means 22 specifies a blind spot area range from the shape measurement data group on one of the plurality of vertical axes z1, z2, and interpolates the blind spot area data from the shape measurement data group on the other vertical axis. Therefore, even if the measured object has a complex three-dimensional shape having a blind spot having a concave portion in the upper central portion, the three-dimensional shape of the measured object can be measured reliably and with high accuracy without contact.
[0054]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and it is needless to say that various changes can be made without departing from the spirit of the present invention.
[0055]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, in order to obtain shape data without a missing portion by interpolating shape data missing due to laser irradiation blind spot and blind spot in the field of view of the light receiving sensor, the center of the measurement object is set to the center of the measurement rotary table. A blind spot is interpolated by combining a plurality of shape data obtained by measuring the shape by mounting at two or more locations where the shape is measured while being shifted from the position. Accordingly, it is possible to reliably and accurately measure even a complicated three-dimensional shape in which laser irradiation cannot be performed or laser reflected light cannot be received.
[0056]
Therefore, the three-dimensional shape measuring apparatus and method of the present invention can non-contact the three-dimensional shape of the measured object in a complex three-dimensional shape having a blind spot such as having a concave portion in the upper central portion. It has excellent effects such as reliable and highly accurate measurement.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a principle diagram of an optical position detecting element used in the present invention.
FIG. 2 is an overall configuration diagram of the three-dimensional shape measuring apparatus of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram of a measurement state according to the present invention.
FIG. 4 is a flowchart of an interpolation step (D) according to the present invention.
FIG. 5 is an application example when the present invention is applied to a specific example (type A) of a tooth model having a blind spot.
FIG. 6 is an application example when the present invention is applied to a specific example (type B) of a tooth model having a blind spot.
FIG. 7 is a principle diagram of a non-contact type three-dimensional shape measuring means.
FIG. 8 is an explanatory diagram of a three-dimensional shape measuring means of the prior application.
FIG. 9 shows a conventional measurement example with a blind spot.
FIG. 10 is a specific example of a tooth model having a blind spot.
[Explanation of symbols]
1 laser light, 2 reflected light,
2a, 2b primary reflected light, 3a, 3b secondary reflected light,
10 three-dimensional shape measuring device, 12 holding and rotating device,
12a Plug-in channel tray,
12b slide-type positioning tool, 12c rotary drive,
13a, 13b condenser lens,
14 first light position detecting element, 14a measuring surface,
16 second light position detecting element, 16a measuring surface,
18 laser device, 18a laser transmitter, 18b scanning mirror,
20 arithmetic unit, 22 interpolation means M DUT, M2 standing wall,
P Laser beam irradiation position, z1, z2 Vertical axis

Claims

A three-dimensional shape measuring device for measuring a surface shape of a measurement target (M) having a blind spot in a non-contact manner,
A holding and rotating device (12) for holding the object to be measured (M) and rotating the object to be measured around a plurality of vertical axes (z1, z2) passing therethrough, and a plurality of devices for receiving reflected light from the object to be measured A light position detecting element (14, 16), a laser device (18) positioned between the plurality of light position detecting elements, for scanning the object to be measured with the laser light (1), and a scanning direction of the laser light. An arithmetic unit (20) for calculating a plurality of shape measurement data groups of the object to be measured on a plurality of vertical axes (z1, z2) from positions at which the reflected light of the laser light is received by the plurality of light position detection elements; Interpolating means (22) for interpolating a blind spot from the shape measurement data group of (3).

The interpolation means (22) specifies a blind spot area range from a shape measurement data group on one of a plurality of vertical axes (z1, z2), and data of the blind spot area range from a shape measurement data group on another vertical axis. The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 1, wherein is interpolated.

The holding / rotating device (12) includes a plug-in type channel tray (12a) capable of mounting an object to be measured (M) at a plurality of locations separated by a predetermined interval, and a slide tray in a predetermined direction to position the channel tray. The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 1, comprising a slide-type positioning tool (12b) and a rotation driving device (12c) for fixing the positioning tool and rotating the positioning tool about a vertical axis.

A three-dimensional shape measuring method for measuring a surface shape of an object (M) having a blind spot in a non-contact manner,
A holding and rotating device (12) for holding the object to be measured (M) and rotating the object to be measured around a plurality of vertical axes (z1, z2) passing therethrough, and a plurality of devices for receiving reflected light from the object to be measured A light position detecting element (14, 16), a laser device (18) positioned between the plurality of light position detecting elements, for scanning the object to be measured with the laser light (1), and a scanning direction of the laser light. An arithmetic unit (20) for calculating a shape measurement data group of the object to be measured from the light receiving positions of the reflected light of the laser light by the plurality of light position detection elements, and interpolation for interpolating a blind spot portion from the plurality of sets of shape measurement data Means (22),
The object to be measured is rotated around a plurality of vertical axes (z1, z2) passing through the object to be measured (M) by the holding and rotating device (12),
A laser device (18) irradiates a laser beam (1) to an object to be measured,
A plurality of shapes of the object to be measured on the plurality of vertical axes (z1, z2) are determined by an arithmetic unit (20) based on a scanning direction of the laser light and a light receiving position of the reflected light of the laser light by the plurality of light position detection elements. Calculate the measurement data group,
The interpolating means (22) specifies a blind spot area range from a shape measurement data group on one of a plurality of vertical axes (z1, z2), and data of the blind spot area range from a shape measurement data group on another vertical axis. A three-dimensional shape measuring method, wherein