Basic research for acquiring 3D shape information

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K04182
• Research Institution: Aichi Institute of Technology
• Principal Investigator: 塚田 敏彦 愛知工業大学, 情報科学部, 教授 (30394638)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中條 直也 愛知工業大学, 情報科学部, 教授 (30394498)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 光切断法 / スリット光源 / 投射光量制御 / 露光時間制御 / 3次元形状計測

Outline of Annual Research Achievements

光切断法を用いた3次元計測技術に関する基礎検討を実施した。光切断法は、スリット状の光を測定対象物表面へ投射して、その反射光位置を2次元イメージセンサで撮像してその撮像素子上での位置情報から、3角測量の原理により対象物の3次元形状を計測する技術である。対象物からの反射光を観察するために、対象物の表面反射率の影響を大きく受けやすい計測方法である。表面反射率が大きく異なる対象物では、反射光の撮像された方が異なり、スリット光の幅が変化することで3次元位置計測精度が低下し、これが計測の大きな課題となっている。
本研究では、3次元計測精度を確保するために、観測されるスリット光の幅をモニタする方法を考案した。反射率が高い対象物に対しては、投射するスリット光のパワーを減じて撮像されるスリット光幅が規定範囲に収まった時に3次元計測を実施することとした。対象物の反射率の範囲が広い場合にも、本手法を適用できるように、スリット光のパワーを制御する方法として、スリット光源に用いたレーザ光源の投射強度と投射時間を組み合わせて制御を行った。さらに、撮像素子側の露光時間（シャッタースピード）の制御も組み合わせて、受光量の幅を広くさせている。しかし、レンズの絞り（F値）の変更による露光量の制御は、光学系が変わってしまうので採用していない。
考案した方式を採用することで、従来は表面反射率が異なる領域を持つ対象部品の計測が困難であったが、反射率に対応した光量を選定することで、対象部品全体の形状を計測することが可能となった。