JPH01242907A

JPH01242907A - 光切断法における断面形状測定方法

Info

Publication number: JPH01242907A
Application number: JP6829888A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Naganuma; 永沼　洋一; Masaki Motomura; 元村　雅記
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1988-03-24
Filing date: 1988-03-24
Publication date: 1989-09-27

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野コ本発明は、光切断法における物体形状の測定方法に関す
る。

［従来の技術］物体の断面形状を測定する手段として、例えば特開昭５
８−１４３２ｆ）４に記載されている光切断法かある。

この方法は周知のごとく、線状光源を被測定物体の表面
に照射し、これを線状光源と異なった角度に設置された
撮像装置で観測すると、その撮像像は被測定物体上に照
射された部分の表面形状の凹凸と対応することになり、
よってこの撮像装置の出力信号を処理することにより、
被測定物体の形状測定を可能とすることができるもので
ある。

［発明が解決しようとする課題］周知の光切断法による物体表面形状測定の場合、線状光
源が照射された部分または、この線状光源を被測定物体
上で走査した範囲のみか測定可能範囲であり、この光が
当たらない裏側部分あるいは、線状光源と撮像装置と平
行する面等は単一の線状光源と撮像装置のみでは測定不
可能である。

そこで、これを解決する手段として、線状光源と撮像装
置から成る光切断測定装置を測定対象部分表裏面に適用
し、各々の撮像装置から得られた座標値を合成すること
で、全体の形状を測定する方法が容易に考えられるとこ
ろであるが、しかし、この方法の場合、被測定物体が測
定中に移動した場合、あるいは振動した場合は、各々の
撮像装置の測定時刻か必ずしも一致していないため、各
々の撮像装置から得られた座標値を合成することは非常
に困難である。仮にこれをなし得たとしても、各々撮像
した結果は、同期がとれていないために測定点の時間的
ズレを生じ、従って、測定誤差か犬となることはさけら
れない。

また、測定対象物が大きい場合、あるいはその形状が複
雑な場合は、前記線状光源を得る装置の照射範囲に限り
があるので、全ての必要測定部分に対し、それぞれ前記
線状光源と撮像装置を多く必要とし、従って、信号処理
装置か複雑となり、このため、非常に高価となるばかり
でなく多くの信号処理時間を必要とする。

このため、従来は光切断法を用いて物体全体の断面を精
度良く測定することはできなかった。

［課題を解決するための手段］上記目的を達成するために、第１の発明は、光切断法に
おける断面形状測定方法において、同一の同期信号に同
期する複数の撮像装置により前記光切断線を撮像し、各
撮像装置で撮像した各光切断線像の座標系を共通の座標
系にそれぞれ変換することを特徴としている。

また、第２の発明は、同一の同期信号に同期する複数の
撮像装置により首記光切断線を撮像し、各撮像装置から
の撮像信号を重畳し、各撮像装置で撮像した各光切断線
像の座標系を共通の座標系にそれぞれ変換することを特
徴としている。

［作用］光切断線を複数の撮像装置で撮像し、各光切断線像の座
標系を一つの共通座標系に変換することにより、これら
光切断像を合成して断面形状を表わすことができる。ま
た、複数の撮像装置は同一の同期信号に同期しているの
で、被測定物の移動あるいは振動に関係なく被測定物の
断面形状が得られる。

［実施例］以下、図面を参照しながら、実施例により本発明の特徴
を具体的に説明する。

レーザ光源２から発せられたビーム光は、柱状レンズ４
にて線状化され被測定物体１の被測定部に投影される。

その投影光は、テレビカメラ６で撮像され撮像像を得る
。このとき、投影光とテレビカメラ６との位置関係はコ
ンピュータなどに予め記憶させておく。ところで、テレ
ビカメラ６は、レーザ光線２のビーム光に対しある角度
をもって設置すると、テレビカメラ６の撮像像は被測定
物体１の被測定部の表面形状に対応し、表面形状を測定
し得る。また、前記と同様にして、レーザ光源３、柱状
レンズ５、テレビカメラ７をもって、このテレビカメラ
７により被測定物体１の別の部分に対応した撮像像を得
ることで、この部分の表面形状を測定し得る。以上の方
法は、光切断法と呼ばれる公知の技術であり、以下に述
べる方法が本発明の意図するとことである。

同期信号発生器８より発せられた同期信号によって同期
したテレビカメラ６ならびに７夫々の撮像信号は、夫々
アナログディジタル変換器９ならびに１０でディジタル
信号に変換され、その信号はフレームメモリー１１なら
びに１２に一画面分のデータとして記録される。記録さ
れた夫々各々の一画面分のデータは、ある明るさ以上の
光切断線の撮像像のみを抽出するために、２値化装置１
３ならびに１４で、あるしきい値をもって２値化される
。この２値化データは、夫々の座標変換装置１５ならび
に１６で、公知の三角測量法による手法で、夫々各点毎
に測定点の座標値に変換され、さらに、後述のごとく夫
々各々新しい同−Ｘ、Ｙ直交座標系の各点の座標値に変
換される。ついて、二つの光帯間において互いに向きあ
って対応する点の座標値の差分を距離算出装置１７によ
りとることで夫々各点間の距離を求め、以って被測定物
体の断面形状を測定するものである。

さて、座標変換装置１５ならびに１６で行なわれる新し
い同−Ｘ、Ｙ直交座標系への変換は、以下のようにして
行なわれる。すなわち、前記夫々の座標系の座標値Ｘｌｉ、　ｙｚならびにＸ　
２ｉ＋　ｙ　２１は、　　（１）　〜（４）式ニヨリ新
シイ共通ノ座標系の座標値Ｘ′１＋　＋　ｙ’＋＋なら
びにｘ′２、。

ｙ′２．に変換される。ここで、ｉは各座標点の番号、
ＸＩＯならびにＸ２０は、夫々旧座標系の原点を新座標
系で表わしたものであり、θならびにθ′は、夫々旧座
標系と新座標系とが成す角である。

ｘ’＋ｉ　”Ｘｌｉ　ＣＯ５θ＋ｙ＋１Ｓｌｎθ＋ＸＩ
Ｏ・・・　（１ン ’／’＋＋　＝　　Ｘｚ　Ｓｉｎθ＋ｙ１、ｃｏｓθ＋
Ｙ＋。

・−（２）ｘ’　２　ｉ　＝　Ｘ　２　ｉ　ＣＯＳθ　”ｙｚｔＳ
Ｉｎθ’＋ｘ２゜・・・（３） ’１”　２ｉ　＝　　Ｘ　２＋　Ｓｌｎθ′＋ｙ２Ｉｃ
ｏｓθ’＋３／２０・・・（４）上記角度θおよびθ′は、次のようにして求められる。

まず、被測定物の面の一部あるいは被測定物を・ｌ装置
している面を基準面とし、この基準面にＸ、Ｙ座標系　
（すなわち旧座標系）を設定する。そして、旧座標形の
ｘ１釉と撮像素子の水平方向　（これを新座標系のＸ軸
とする）との傾き角をθおよびθ′とする。

このようにして、別々に撮像された被測定物体光切断線
上の撮像像は、同一座標系の座標値として置換されるた
め、この座標系において各座標点相互間の距離を求める
ことができ、被測定物体の断面形状を測定し得るもので
ある。

測定結果は、例えばＣＲＴナイスプレイに表示し、磁気
ディスクに記録し、あるいはプロッタに出力する。

以上、被測定物体の表裏面の被測定範囲に対して光切断
法と本発明の方法を適用し、物体の断面形状が測定でき
ることを説明したが、−数的には前記のごとく、光切断
法においては、光切断線の照射範囲が限られているので
、発明者等は、前記物体断面形状測定装置を必要系統数
設けておき、前記と同様にして、同一同期信号で各撮像
装置の撮像信号の全てを同期させて撮像し、得られた各
座標点の相互の距離を求めることによって、広範囲にわ
たる物体の断面形状測定を可能とした。

ところで、本発明の光切断法における断面形状測定装置
は、一系統の断面形状測定に対して、アナログディジタ
ル変換器、フレームメモリー、２値化装置、座標変換装
置を夫々２個必要とするが、前記のごとく一般的にはこ
れをｎ個の複数系統数必要とするので、２Ｘｎ個の前記
信号処理装置を必要とし、非常に高価となる。そこで発
明者等は、これらを簡略化１−るために、以下の発明を
行なった。

第２図において、その説明を行なう。

＠記と同様にして、レーザ光源＋９．２０、柱状レンズ
２１．２２で得られた被測定物体１８の光切断線上の表
面形状に対応したテレビカメラ２３ならびに２４の同期
信号発生器２５によって同期した夫々の撮像信号は、加
算器２６て加算され、重畳した撮像信号として出力すれ
る。この出力は、アナログディジタル変換器２７でディ
ジタル信号に変換され、その信号はフレームメモリー２
８に一画面分として記録される。記録された前記夫々の
撮像信号が重畳した撮像信号は、２値化装置により、あ
るしきい値をもって２値化される。この２値化データは
前記夫々の撮像信号か重畳したものとなっているため、
座標変換装置２９において夫々の信号を以下に述べる方
法で分離した後、夫々各点座標値に変換する。

２値化された信号を分離する方法として数種類の方法か
考えられるが、例えば、発明者等は次の方法で夫々の座
標値に変換する手法を採った。すなわち、前記重畳した撮像信号は、第２図のフレームメモリー２
８に記録され２値化されるか、この時の典型的な一例を
第３図に示す。第３図中、実線ＡおよびＢは、夫々の前
記テレビカメラ２３ならびに２４の撮像信号を２値化装
置で１または０とした点群である。その夫々の各々を座
標点として認識するために、垂直方向は上から順に、か
つ水平方向は。

左から順に２値化さ九た信号の１またはＯの状態を調べ
て行く。この時、例えば水平線Ｈの位置では水平方向の
調べる範囲を、テレビカメラ２３の撮像信号に相当する
Ａの魚群に対しては破線ａの範囲ａ１〜ａ２のみに限定
しておき、また、テレビカメラ２４の撮像信号に相当す
るＢの魚群に対しては破線すの範囲ｂ１〜ｂ２のみに限
定するようにしておくことで、一つのフレーム中に重畳
したＡとＢの魚群を分離し、夫々の各々の座標点として
認識するようにした。

このようにして分離したＡとＢの魚群について夫々座標
変換する。座標変換したあとの撮像像を第４図に示す。

そして、変換された夫々各点の座標値は、距離算出装置
３０により夫々各点間の距離を求める。例えば、第４図
において点　（Ｘ′、＋ｙ′ｌ）と点　（Ｘ　’２１　
ｙ′＋）との差を求めることにより、その位置の厚みｔ
が得られる。以って、被測定物その断面形状を測定する
。

なお、前記テレビカメラ２３ならびに２４の撮像信号に
相当する魚群が前記破線の範囲を逸脱しないような線状
光源およびテレビカメラの配置または、破線の範囲を事
０イに設定しておく必要があることはいうまでもない。

ところで、場合によっては、第３図に示すような画面構
成でなく、もっと複雑な画面構成となり得ることも十分
考えられるところであるが、このような場合は、各々の
画面に応じて分離、認識の方法が考えられるべきであり
、この認識方法そのものについては、本発明の意図する
ものではない。

［発明の効果］本発明によれば、従来不可能とされた光切断法による物
体全体の正確な断面形状の測定を可能とならしめ、非接
触測定法であるが故に、通常の物体のみならず柔らかな
物体の断面を、その物体に触れることなく正確な測定を
可能とし、さらに、このために、いたずらに信号処理装
置を増やすことなく、最小限の信号処理装置をもって、
より安価な装置で前記と同様な効果を得ることができる
。

更に、請求項２の方法によれば、測定装置を一層簡略化
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の構成を示す概略図、第２図は
第１図の構成を簡略化するために信号処理装置を簡略化
した本発明の構成を示す概略図、第３図は本発明の方法
で２つのテレビカメラがらの撮像信号を重畳し２値化し
た場合の典型的な一例を説明するための図面、および第
４図は座標変換したのちの撮像像を示す図面である。１．１８・・・被測定物、２．３．１９．２０・・・レ
ーザ光源、４．　５．２１．２２・・・柱状レンズ、６
．７．２３゜２４・・・テレビカメラ、８．２５・・・
同期信号発生器、９、１０．２７・・・アナログデジタ
ル変換器、１１．１２゜２８・・・フレームメモリー、
１３．１４・・・２値化装置、＋５．１６．２９・・・
座標変換装置、１７．３０・・・距離算出装置。出願人代理人　弁理士　矢葺知之（ほか１名）ｍ、・

Claims

【特許請求の範囲】１、線状光源を被測定物の表面に照射し、被測定物表面
に形成された光切断線を撮像装置により撮像して被測定
物の断面形状を測定する方法において、同一の同期信号
に同期する複数の撮像装置により前記光切断線を撮像し
、各撮像装置で撮像した各光切断線像の座標系を共通の
座標系にそれぞれ変換することを特徴とする光切断法に
おける断面形状測定方法。２、線状光源を被測定物の表面に照射し、被測定物表面
に形成された光切断線を撮像装置により撮像して被測定
物の断面形状を測定する方法において、同一の同期信号
に同期する複数の撮像装置により前記光切断線を撮像し
、各撮像装置からの撮像信号を重畳し、各撮像装置で撮
像した各光切断線像の座標系を共通の座標系にそれぞれ
変換することを特徴とする光切断法における断面形状測
定方法。