JPH02228508A - 光学式位置測定装置 - Google Patents

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】 ｌ匪立貝狗 ［産業上の利用分野］ 本発明は光学式位置測定装置に関し、詳しくは被測定物
に光を照射してその位置を測定する装置に関する。

［従来の技術］ 従来　被測定物の位置は、被測定物の測定面に十字スリ
ット光等を照射し、その反射光をテレビカメラなどの撮
像装置にて撮像し、その撮像された画像に基づいて測定
され検査が行われている。

例え（戯　被測定物の端部の平面位置を測定する技術と
して、以下のものがある。この技術は、第９図に示すよ
うに、被測定物ｗｌの端部に十字スリット光Ｑを照射し
、この十字スリット光Ｑの断続点ａ、　　ｂと交点０と
を検出し、この交点０から断続点ａ、　　ｂを結ぶ直線
までの距離Ｑｘを求めると共に、予め定められた理想位
置にある面端部に十字スリット光Ｑを照射した場合に求
められる距離ＱＯとを比較して、被測定物ｗｌの端部の
位置を検査するものである。

また、第１０図に示すように　被測定物Ｗ２に設けられ
だ円穴りの位置及び半径ｒｘを測定するものとして、以
下のような技術も知られている。

この技術は、被測定物Ｗ２の円穴りに十字スリット光Ｑ
を照射し、この十字スリット光Ｑの断続点ｃ、　　ｄ、
　　ｅ、　　ｆを検出し、この４点から円穴りの中心点
ＯＸ及び半径ｒｘを求めると共に、予め定められた理想
位置にある円穴に十字スリット光Ｑを照射した場合に求
められる中心点００及び半径ｒＯと比較し、円穴りの位
置を検査するものである。

これらの技術は、いずれも撮像装置にて撮像された画像
に対し、種々の画像処理を行って測定面上に現れた照射
光の断続部を検出している。尚、画像処理を行って円形
パターンの中心位置を検出する装置が、特開昭５８−７
７５３１５号公報に開示されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、測定面に照射された照射光の断続部の位
置を検出するには、テレビカメラの１画面のデータをメ
モリに取り込み、細線イヒ　ノイズ除去等の種々の画像
処理を要し、この処理にかなりの時間がかかつてしまう
という問題が生じる。

しかも、この画像処理を行うには装置の構成も複雑なも
のとなり、高価なものとなってしまう。

本発明の光学式位置測定装置（友　上記課題を解決し、
簡易に被測定物の位置を測定することを目的とする。

及五立ｌ滅 かかる目的を達成する本発明の構成について以下説明す
る。

［課題を解決するための手段］ 本発明の光学式位置測定装置は、第１図に例示するよう
に、 交差するスリット光を被測定物ＯＢの測定面に照射する
と共に、該スリット光の照射された測定面をテレビカメ
ラＣＡで撮像し、該撮像された画像から特定されたスリ
ット光の断続部の位置に基づいて、前記被測定物ＱＢの
位置を理想位置と比較して測定する装置であって、 前記テレビカメラＣＡの走査線上にて前記スリット光位
置に対応したピーク点を検出するピーク点検出手段Ｍ１
と、 前記テレビカメラＣＡの１走査線上毎に該検出されたピ
ーク点の数をカウントするピーク点カウント手段Ｍ２と
、 該カウントされたピーク点数が変動した時、スリット光
が断続したとして前記断続部の位置を特定する断続部位
置特定手段Ｍ３と を備えたことを要旨とする。

［作用］ 上記構成を有する本発明の光学式位置測定装置（よ　ま
ず、被測定物ＱＢの測定面に照射された交差するスリッ
ト光をテレビカメラＣＡにて撮像して、ピーク点検出手
段Ｍ１によりテレビカメラＣＡの走査線上のスリット光
の位置に対応するピーク点を検出し、ピーク点カウント
手段Ｍ２によりこのピーク点の数を１走査線毎にカウン
トする。

次に、カウントされたピーク点の数が変動した時にスリ
ット光が断続したとして、断続部位置特定手段Ｍ３によ
りこの断続部の位置を特定する。その上で、特定された
断続部の位置と理想位置における断続部の位置とを比較
して被測定物ＱＢの位置を測定する。尚、理想位置と（
よ　予め設計された設計位置あるいは倣い加工位置等、
加工して得ようとする位置を意味する。

［実施例］ 以上説明した本発明の構成・作用を一層明らかにするた
めに、以下本発明の光学式位置測定装置の好適な実施例
について説明する。第２図は、実施例としての光学式位
置測定装置の構成図である。

光学位置測定装置（以下、単に測定装置という）は、図
示するように、検査台りに配置した被測定物Ｗに十字ス
リット光りを照射し、その照射面を撮像する撮像部１と
、撮像部１のビデオ信号から十字スリット光りを検出し
、その検出した点（以下、ピーク点という）の座標位置
を導出する座標位置検出部３と、撮像部１の１走査線毎
にそのピーク点の数をカウントし、そのカウント数の変
動に応じて信号を出力するピーク点数比較部４と、座標
位置検出部３とピーク点数比較部４からの出力により、
被測定物Ｗの位置を判定する電子制御装置５とから構成
されている。

撮像部１は、光源として十字スリット光りを被測定物Ｗ
に照射する照射部１１と、その照射面を斜め上方から撮
像するＣＣＤカメラ］２と、可視領域にあるヘリウム・
ネオン（）−１ｅ−Ｎｅ）レーザ光を照射して目視確認
を可能にする可視光線照射部１３とからなる。

照射部１１（表　高出力の半導体レーザを光源とした照
射機］４と、光源側から順に照射機１４からの発散光を
平行光にするコリメータレンズ１５゜コリメータレンズ
］５からの平行光を二分するビームスプリッタ１６、ビ
ームスプリッタ１６により反射した光を横長に拡げるシ
リンドリカルレンズ１７、シリンドリカルレンズ］７を
通過した光を反射させるミラー］８、　ビームスプリッ
タ１６を通過した光を反射させるミラー１９、ミラー］
９の反射光を縦長に拡げるシリンドリカルレンズ２０、
シリンドリカルレンズ２ｏとミラー１８からの反射光を
合成し十字スリット光りを作るビームスプリッタ２１と
から構成されている。

可視光線照射部１３（友　ヘリウム・ネオン（Ｈ６−Ｎ
ｅ）レーザ光をプラスチックファイバ２２を介して照射
する照射機２３と、その光軸に沿って配置された二枚の
コリメータレンズ２４．２５と、ミラー２６とＪ　照射
部１１のビームスプリッタ２１からの十字スリット光し
にミラー２６の反射光を重畳させるハーフミラ−２７と
から構成されている。従って、被測定物Ｗの表面には、
半導体レーザの十字スリット光りの交点と目視可能なヘ
リウム・ネオンレーザ光とが同位置に照射される。この
ヘリウム・ネオンレーザ光により、測定者（ｃｔ、　　
被測定物Ｗと撮像部１との位置関係が確認できる。

ＣＣＤカメラ１２（よ　照射部１１の発する十字スリッ
ト光りの照射面を斜め上方から撮像し、走査線上に検出
された光に応じてビデオ信号を出力する。尚、ＣＣＤカ
メラ１２に農　十字スリット光し以外の光等からのノイ
ズを防止するために干渉フィルタ２８が設けである。

次］：、撮像部１からのビデオ信号に基づいて、十字ス
リット光のピーク点の座標位置を検出する座標位置検出
部３について説明する。座標位置検出部３（友　撮像部
１から出力されたビデオ信号を増幅するビデオアンプ３
］、ビデオアンプ３１の出力波形の特定値以上において
オンさせ方形波を出力するコンパレータ３２、コンパレ
ータ３２の出力波形の立ち上がりを検出し立ち上がり時
に信号を出力する立ち上がり検出回路３３、立ち下がり
を検出し立ち下がり時に信号を出力する立ち下がり検出
回路３４、ビデオ信号の出力座標位置を求めるための水
平座標測定用カウンタ３５．垂直座標測定用カウンタ３
６を備える。

更に、水平座標測定用カウンタ３５の入力側には、一定
周期にて発振信号を出力するクロック３９と、リセット
側にはビデオアンプ３１から水平同期信号を検出し一走
査線毎にリセット信号を出力する水平同期検出回路３７
とを接続し、８力側には水平座標測定用カウンタ３５の
出力データを保持するレジスタ３８ａ、３８ｂを接続し
ている。

レジスタ３８ａ、　　３８ｂは、ラッチ信号として、立
ち上がり検出回路３３．立ち下がり検出回路３４の出力
信号を各々入力している。従って、レジスタ３８ａ、３
８ｂの出力は、検出された光の始点と終点時における水
平座標測定用カウンタ３５の出力値となる。即ち、この
レジスタ３８ａ、３８ｂの出力値の平均をとれ（戴　こ
の平均値がピーク点の水平位置に対応するものとなる。

また、垂直座標測定用カウンタ３６の入力側には水平同
期検出回路３７を接続し、その出力信号をカウントする
ことにより走査線の位置を検出している。

ピーク点数比較部４は、座標位置検出部３のコンパレー
タ３２の出力信号のパルス数をカウントするカウンタ４
１、座標位置検出部３の水平同期検出回路３７の出力信
号を°１走査時間より短い所定時間遅延させるデイレイ
回路４２、デイレイ回路４２の出力信号を更に所定時間
遅延させるデイレイ回路４３を有し、カウンタ４１（飄
　このディレイ回路４３の出力信号をリセット用として
入力している。更に、カウンタ４１の出力データを保持
するレジスタ４４、レジスタ４４の出力データを保持す
るレジスタ４５、レジスタ４４．４５のデータを比較し
両データが異なる場合に電子制御装置５に信号を送るデ
ジタルマグニチュードコンパレータ４６を備える。レジ
スタ４４はラッチ信号をデイレイ回路４３の出力から、
　レジスタ４５はラッチ信号をデイレイ回路４２の出力
から取り入れている。即ち、カウンタ４１にて１走査毎
にピーク点数をカウントしたデータはレジスタ４４、更
にはレジスタ４５に移送されて行くが、レジスタ４５の
出力データはレジスタ４４の出力データに対し１走査分
前のデータになる。従って、デジタルマグニチュードコ
ンパレータ４６（表　走査線上のピーク点数が前走査線
上のピーク点数に対し変動したときに、電子制御装置５
に信号を出力する。

電子制御装置５（友　座標位置検出部３とピーク点数比
較部４からの出力により、ピーク点の座標位置を算比し
、被測定物Ｗの位置の判定を行うもので、周知のＣＰＬ
、１５１．ＲＯＭ５２．ＲＡＭ５３、外部入出力信号を
ＣＰＵ５１の処理可能な信号に変換する入出力回路５４
、及びこれらを接続するバス５５等から構成されている
。

入出力回路５４には、座標位置検出部３のレジスタ３８
ａ、３８ｂ、　　垂直座標測定用カウンタ３６と、ピー
ク点数比較部４のデジタルマグニチュードコンパレータ
４６と、プリンタ６０が接続されている。この様に接続
された入出力回路５４は、レジスタ３８ａ、３８ｂから
ピーク点の水平位置に対応する信号を、垂直座標測定用
カウンタ３６からピーク点の垂直位置に対応する信号を
、更に、デジタルマグニチュードコンパレータ４６から
ピーク点数の変動信号を入力し、検査結果をプリンタ６
０に出力する。

次に、本実施例の測定装置ｔｕ用いて、被測定物Ｗに設
けられた円穴の位置及び半径の検査を行う処理について
第３．４図と共に説明する。

第３図は、十字スリット光りが照射された被測定物Ｗの
測定面を撮像した画像を表す説明図である。測定装置（
飄　被測定物Ｗに設けだ円穴Ｈを有する面に十字スリッ
ト光りを照射し、この照射面を撮像する。このとき、十
字スリット光ＬＬＬ　　円穴Ｈ内においては反射しない
ため画面には撮像されない。図示するように、走査線Ｙ
上にはピーク点Ｐ　１．　Ｐ　２が検出されている。こ
の状態から矢印ａ方向に副走査してゆくと、　１走査毎
の検出したピーク点の数は変動する。即ち、円穴Ｈの円
周と十字スリット光りとの交点となる不連続ピーク点Ａ
Ｉ、Ａ２．Ａ３．Ａ４を境に、走査線上のピーク点の数
は変動する。従って、不連続ピーク点Ａ　Ｉ、　Ａ　２
゜Ａ３．Ａ４が各々存在する走査線によって区切られた
領域１．　　ＩＩ、　　ＩＩＩ、　　ＩＶ、　　Ｖには
、各々２．　１．　０゜１．２個のピーク点が１走査線
上に検知される。

次に、この不連続ピーク点ＡＩ、Ａ２．Ａ３．Ａ４の座
標値を算畠して検査を行う電子制御装置５の処理につい
て、第４図と共に説明する。尚、ピーク点の座標値及び
ピーク点数の変動の検出については、上述した座標位置
検出部３．ピーク点数比較部４による。

第４図は、電子制御装置５が実行する穴位置検査ルーチ
ンを示すフローチャートである。この検査ルーチン（飄
　被測定物Ｗが撮像部１に対して正しい位置に設置され
ると起動し、ＣＣＤカメラ］２が被測定物Ｗの測定面に
照射された十字スリット光りの撮像を開始する。

まず、座標位置検出部３から走査線上に検出されたピー
ク点の座標値を取り込む（ステップ１００）、一方、ピ
ーク点数比較部４からの信号を参照し、１走査線上毎の
ピーク点数に変動が生じたかを判断する（ステップ１］
０）。この処理において、　ｒＮＯＪ　と判断した場合
は、ステップ１００に戻り上記の処理を繰り返す。　ｒ
ＹＥＳＪと判断した場合（よ　その走査線上のピーク点
数は、その直前に走査した走査線上のピーク点数に対し
増減したとして、この増減によりピーク点が発生あるい
は消滅した不連続ピーク点の座標値を算呂する（ステッ
プ１２０）。次に、この不連続ピーク点を４点求めたか
を判断しくステップ１３０）、ｒＮＯＪ　と判断した場
合はステップ１００に戻り、ｒＹＥｓＪ　と判断した場
合は求められた４つの不連続ピーク点から円穴Ｈの中心
点Ｏｘの座標値と半径ｒｘを算出する（ステップ］４ｏ
）。更に、この中心点Ｏｘの座標値及び半径ｒｘを、予
め設定された円穴ＨＯの設定中心点００及び設定半径ｒ
ｏ　　と比較する（ステップ１５０）。その比較結果に
基づいて、入出力回路Ｓ４を介してプリンタ６０に検査
結果を出力する（ステップ１６０）。

その後、　ｒＥＮＤＪに抜けて本検査ルーチンは終了す
る。

次に、被測定物Ｗの端部の平面位置を測定し検査をする
処理について第５，６図と共に説明する。

第５図は、十字スリット光りが照射された被測定物Ｗの
測定面端部を撮像した画像を表す説明図である。測定装
置法　被測定物Ｗの測定面端部に十字スリット光りを照
射し、この照射面を撮像する。このとき、十字スリット
光しく表　測定面外においては反射しないため画面には
撮像されない。

図示するように、走査線Ｙ上にはピーク点Ｐ３が検出さ
れている。この状態から矢印す方向に副走査してゆくと
、　１走査毎の検出したピーク点の数は変動する。即ち
、測定面のエツジＥと十字スリット光りどの交点となる
不連続ピーク点８１．８２及び十字スリット光りの交点
○において、　１走査線上のピーク点数は変動する。従
って、不連続ピーク点Ｂ　ｌ、　Ｂ　２及び交点Ｏが各
々存在する走査線によって区切られた領域Ｖｌ、　　Ｖ
ｌｌ、　　ＶＩＬ　　ＩＸに（友　各々１．　２．　２
．　１個のピーク点が１走査線上に検知される。但し、
領域７と領域８との境界においてはピーク点は１個とな
る。

次に、この不連続ピーク点Ｂ　ｌ、　Ｂ　２及び交点０
の座標値を算出して検査を行う電子制御装置５の処理に
ついて第６図と共に説明する。尚、上述した第４図のフ
ローチャートに示した穴位置検査ルーチンと同じ処理に
ついては簡単な説明にとどめる。

第６図１．２．電子制御装置５が実行する端位置検査ル
ーチンを示すフローチャートである。

まず、走査線上に検出されたピーク点の座標値を取り込
むと共に、　１走査線毎のピーク点数に変動が生じたか
を判断する（ステップ２００，２１０）。ステップ２１
０の処理において、　「ＮＯ」と判断した場合は、ステ
ップ２００に戻り上記の処理を繰り返し、　ｒＹＥｓＪ
　と判断した場合は、その走査線上のピーク点数（上　
その直前に走査した走査線上のピーク点数（二対し増減
したとして、不連続ピーク点あるいは十字スリット光り
の交点○の座標値を算出する（ステップ２２０）。次１
：。

不連続ピーク点の２点と交点Ｏとの合計３点を求めたか
を判断しくステップ２３０）、　「ＮＯ」と判断した場
合はステップ２００に戻り、　ｒＹＥＳＪと判断した場
合は、求められた２つの不連続ピーク点を結ぶ直線と、
交点０との距離Ｑｘを算出する（ステップ２４０）。更
に、この距１ｉ　Ｑ　ｘを、予め設定された設定距離Ｑ
ｏと比較しくステップ２５０）、その比較結果に基づい
て、プリンタ６０に検査結果を出力する（ステップ２６
０）。その後、　ｒＥＮＤＪに抜けて本検査ルーチンは
終了する。

ところで、十字スリット光りの交点○は、２本のスリッ
ト光が重なっているため１つのピーク点として検出する
ことが難しい場合がある。この場合の処理について第乙
　８図と共に以下に説明する。

第７図１よ　十字スリット光りが照射された被測定物Ｗ
の測定面端部を撮像した画像を表す説明図である。図示
するように、走査線Ｙｌ上にはピーク点Ｐ　４．　Ｐ　
５が、走査線Ｙ２上にはピーク点Ｐ６゜Ｐ７が検出され
ている。このピーク点Ｐ　４．　Ｐ　５．　Ｐ６、Ｐ７
に基づいて、以下に説明する処理により十字スリット光
りの交点○の座標位置を求める。

第８図１表　電子制御装置５が実行する交点座標値算出
ルーチンを示すフローチャートである。

まず、垂直座標が座標位置検出部３の垂直座標測定用カ
ウンタ３６にて与えられる走査線Ｙｌ上にピーク点Ｐ　
４．　Ｐ　５が検出されたときの座標位置検出部３のレ
ジスタ３８ａ、　　３８ｂの出力値を各々取り込み（ス
テップ３００）、その平均値を各々算出する（ステップ
３１０）。即ち、この２つの処理で（友　走査線Ｙｌ上
のピーク点Ｐ　４．　Ｐ　５の座標値を算出している。

同様に　走査線Ｙ２上にピーク点Ｐ　６．　Ｐ　７が検
出されたときのレジスタ３８ａ、３８ｂの出力値を各々
取り込み（ステップ３２ｏ）、その平均値を各々算出す
る（ステップ３３０）、　　次１ミ　走査線Ｙｌ、Ｙ２
上の各々１ピ一ク点を結ぶ直線の傾きＫｘを算出する。

即ち、　Ｐ４−Ｐ６．Ｐ４−ＰＩ、Ｐ５−Ｐ６．Ｐ５−
ＰＩを結ぶ直線の傾きＫｘを各々算出する（ステップ３
４０）。次に、算出された傾きＫｘが、予め設定された
十字スリット光りの傾きＫｌ、に２の近傍で許容範囲に
各々存在するかを判断する（ステップ３５０）。この処
理において、　ｒＮＯＪ　と判断した場合は、４つのピ
ーク点Ｐ　４．　Ｐ　５．　Ｐ　６．　Ｐ　７の少なく
とも１つは十字スリット光り上の妥当な輝点ではないと
みなし、走査線Ｙｌ、Ｙ２をずらして走査位置を変更し
、ステップ３００に戻る（ステップ３６０）。

ｒＹＥＳＪと判断した場合（飄　４つのピーク点Ｐ４、
　Ｐ　５．　Ｐ　６．　Ｐ　７は十字スリット光り上の
妥当な点とみなし、ステップ３２０にて結んだ直線が交
わる交点を十字スリット光しの交点○として座標値を算
出しくステップ３７０）、　ｒＮＥＸＴＪ　に抜けて、
このルーチンは一旦終了する。尚、ステップ３４０．　
３５０において、傾きＫｘを求め、予め設定された傾き
Ｋ　Ｉ、　Ｋ　２と比較したの（よ　十字スリット光り
上のピーク点の位置が僅かにずれて検出された場合にお
いても、求められた交点Ｏの座標値はかなり誤差が生じ
るからである。

以上説明した本実施例の測定装置は、ピーク点比較部４
により走査線毎のピーク点数をカウントし、そのカウン
ト数に変動が生じたときの座標位置検出部３の出力値か
ら、電子制御装置５により不連続ピーク点の座標値を求
め、その座標値に基づき穴位置や端位置を測定している
。従って、画像処理等の複雑な処理は要さず、そのため
測定時間は短縮さ札　しかも、システム構成が簡易にな
ると共に設備費は低減できる。また、被測定物Ｗの端部
の位置検査において、十字スリット光りの交点０を１点
として検出し難い場合に（表　その交点Ｏの位置を傾き
Ｋ　Ｉ、　Ｋ　２に基づいて求めているため、交点を正
確１こ求められ高精度な位置測定を行うことができる。

更に、半導体レーザを光源とした十字スリット光に可視
領域にあるヘリウム・ネオン（Ｈｅ−Ｎｅ）レーザ光を
重畳しているため、目視確認も容易となっている。

以上本発明の実施例について説明したが、本発明はこう
した実施例に何等限定されるものではなく、例え（Ｌ　
光源をレーザに代えて発光ダイオード等により構成して
も良く、また、スリット光の位置においても十字に限定
するものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲におい
て、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

ｌ匪五塁１ 以上詳述したように、本発明の光学式位置測定装置によ
れ（戴　走査線毎のピーク点をカウントし、そのカウン
ト数の変動時におけるスリット光の断続部の位置を検出
し、その断続部の位置に基づいて被測定物の位置を測定
しているため、画像処理等の複雑な処理を要さず、その
ため測定時間は短縮さね　しかも、システム構成が簡易
になると共二設備費は低減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成を例示するブロックは　第
２図は光学式位置測定装置の構成は　第３図は測定面を
撮像した画像を表す説明は　第４図は穴位置検査ルーチ
ンを示すフローチャート、第５図は測定面端部を撮像し
た画像を表す説明図、第６図は端位置検査ルーチンを示
すフローチャート、第７図は測定面端部を撮像した画像
を表す説明は　第８図は交点座標値算出ルーチンを示す
フローチャートである。第９図、第１０図は従来技術を
説明するための斜視図である。 １・・・撮像部　３・・・座標位置検出部４・・・ピー
ク点数比較部。 ５・・・電子制御装置　１１・・・照射部１２・・・Ｃ
ＯＤカメラ ＡＩないしＡ　４．　Ｂ　１．　Ｂ　２・・・不連続ピ
ーク点Ｌ・・・十字スリット光 ＰＩないしＰＩ・・・ピーク点 Ｗ・・・被測定物 Ｙ、　　Ｙｌ、Ｙ２・・・走査線

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　交差するスリット光を被測定物の測定面に照射する
   と共に、該スリット光の照射された測定面をテレビカメ
   ラで撮像し、該撮像された画像から特定されたスリット
   光の断続部の位置に基づいて、前記被測定物の位置を理
   想位置と比較して測定する装置であつて、 前記テレビカメラの走査線上にて前記スリット光位置に
   対応したピーク点を検出するピーク点検出手段と、 前記テレビカメラの１走査線上毎に該検出されたピーク
   点の数をカウントするピーク点カウント手段と、 該カウントされたピーク点数が変動した時、スリット光
   が断続したとして前記断続部の位置を特定する断続部位
   置特定手段と を備えた光学式位置測定装置。