JPH0440572A - 形状測定方法 - 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】 産業上の利用分野 この発明は、たとえばプレスパネルなどのように平面と
これに連なる他の平面を有する被測定物の形状を光切断
法によって測定するに際し、２次元撮像手段で撮像され
た両縁データを処理して上記平面と他の平面との変曲点
を求める形状７１Ｉり定方性に関する。

従来の技術および発明の課題 上記のような被測定物の形状測定においては、平面と他
の平面との変曲点の検出を必要とすることか多い。

上記のような被測定物の形状を測定する方法として、光
切断法が検討されているか、光切断法において、上記の
ような変曲点を自動的に検出する方法は提案されていな
い。

このため、従来は、表面粗さ計なとを用いて作業者が目
視によって形状を測定しているが、人為的誤差が大きく
、測定に時間かかかるという問題かあった。

画像データから変曲点を検出する方法として、１次微分
または２次微分を用いた差分法が考えられるが、このよ
うな方法では、きずなどによるノイズの影響を受けやす
く、精度の高い測定が困難である。

この発明の目的は、上記の問題を解決し、光切断法を用
いて平面と平面との変曲点を自動的にかつ正確に検出で
きる方法を提供することにある。

課題を解決するための手段 この発明による形状測定方法は、 平面とこれに連なる他の平面を有する被測定物の形状を
光切断法によって測定するに際し、２次元撮像手段で撮
像された画像データを処理して上記平面と他の平面との
変曲点を求める方法であって、 上記画像データを平滑化し、この平滑データの微分値が
所定値以上となる点を第１仮変曲点とし、上記画像デー
タの微分値が所定値以上となる点を第２仮変曲点とし、
第１仮変曲点と第２仮変曲点の座標の差が所定値以下と
なるまで第２仮変曲点を演算し、この差が所定値以下と
なる第２仮変曲点を変曲点とすることを特徴とするもの
である。

作　　　用 画像データを平滑化し、この平滑データの微分値が所定
値以上となる点を第１仮変曲点とし、上記画像データの
微分値が所定値以上となる点を第２仮変曲点とし、第１
仮変曲点と第２仮変曲点の座標の差が所定値以下となる
まで第２仮変曲点を演算し、この差が所定値以下となる
第２仮変曲点を変曲点とするので、光切断法を用いて変
曲点を自動的にかつ正確に検出することができる。しか
も、ノイズに強く、正確な測定ができる。

画像データを微分すると、微分値は変曲点以外では小さ
いが、変曲点では大きくなり、これによって変曲点を検
出することができる。しかし、単に画像データの微分値
の大小を調べるだけでは、前述のように、ノイズの影響
を受けやすく、測定誤差が生じやすい。画像データを平
滑化してから、この平滑データの微分値が所定値以上と
なる点を第１仮変曲点とすれば、平滑化によりデータが
なまっているので、第１仮変曲点は必ずしも真の変曲点
と一致しないが、平滑化によりノイズの影響を受けにく
くなるので、真の変曲点は第１仮変曲点の近傍に存在す
る。

そして、画像データをそのまま微分した微分値が所定値
以上となる点を第２仮変曲点として、第１仮変曲点との
座標の差が所定値以下となる第２仮変曲点を変曲点とす
るので、ノイズの影響を受けずに、変曲点を正確に検出
することができる。

実　　施　　例 以下、図面を参照して、この発明の詳細な説明する。

第１図は、被測定物であるプレスパネル（１）および測
定台（２）と、形状測定装置の全体概略７構成を示す。

パネル（１）は、互いに直角をなす２つの平面すなわち
第１平面（１ａ）と第２平面（ｌｂ）とが１／４部分円
筒面（ＩＣ）で繋っているものであり、測定台（２）に
のせられる。測定台（２）は、上下２段の水平面すなわ
ち上側の第１水平面（２ａ）と下側の第２水平面（２ｂ
）の間に垂直な基準面（２Ｃ）が形成されたものである
。そして、パネル（１，）は、第１平面（１ａ）が水平
かつ第１水平面（２ａ）と同じ高さになり、かつ第２平
面（１ｂ）が基準面（２Ｃ）と平行になるように、第２
水平面（２ｂ）上にのせられる。

測定装置は、光源（８）、ＣＣＤテレビカメラ（２次元
撮像手段）（４）、画像処理装置（５）および演算処理
装置（６）を備えている。

光源（３）は、測定台（２）およびパネル（１）の表面
に真上から第１水平面（２ａ）および基準面（２Ｃ）と
直交するスリット光線を照射するものであり、たとえば
半導体レーザなどが使用される。

テレビカメラ（４）は、光源（３）に面する測定台（２
）およびパネル（１）の表面に当たった光を撮像するた
めのものである。

画像処理装置（５〉は、テレビカメラ（４）の映像信号
を処理して、後述する画像データを演算装置に出力する
ものである。

演算処理装置（６）は、画像処理装置（５）の出力より
パネル（１）の形状を求めるものであり、コンピュータ
によって構成されている。

第２図は、テレビカメラ（４）で撮像されたテレビ画像
の１例を示す。なお、テレビ画像について、第２図の上
下左右を上下左右とする。

テレビ画像は水平走査線（Ａ）と所定の基準クロックパ
ルスによって複数の点に等分され、各点は、次のように
、Ｙ軸とＺ軸を用いて表わされる。すなわち、テレビ画
像の中央の左右方向の軸をＹ軸、上下方向の軸をＺ軸と
し、これらの交点を原点（０）とする。したがって、水
平走査線方向すなわち水平走査方向がＺ軸方向、これと
直交する垂直走査方向がＹ軸方向となる。

また、テレビ画像の右側がＹ軸の正方向、左側か負方向
であり、テレビ画像の下側がＺ軸の正方向、上側が負方
向である。そして、各点の座標値は、パネル（１）の実
際の寸法（ｍｍ　）を１゜０倍した整数値で表わされる
。テレビ画像とこれに写っているパネルの部分の実際の
寸法との関係は、パネル（１）とテレビカメラ（４）と
の相対位置関係によって決まる。今、テレビ画面の左右
幅かパネル（１）の実際の寸法３０＋ｎ＋ｎに、テレビ
画面の上下幅かパネル（１）の実際の寸法２０　ｍｍに
それぞれ相当するとすれば、テレビ画像の原点（０）の
Ｙ座標値およびＺ座標値はともに０、右端のＹ座標値は
＋１５００（＋１５＋ｎｍ）、左端のＹ座標値は−１５
００（−１５ｍｍ）　、下端のＺ座標値は＋１０００　
（＋１０ｍｍ）　、上端のＺ座標値は−１，０００（−
１０ｍｍ）である。

各水平走査線のＹ座標値は、変数Ｙ［１］に格納される
。ここで、１は水平走査線（Ａ）の番号（走査線番号）
である。水平走査線（Ａ）の数はたとえば４８４本であ
り、右端のものを０として、順に番号を付している。す
なわち、右端の水平走査線（Ａ）の番号ｉは０、左端の
水平走査線（Ａ）の番号ｌは４８３である。

通常、テレビ画像の左側にはパネル（１）に当たった光
の部分（冊）、右側には測定台（２）に当たった光の部
分（＋１２）がそれぞれ表われる。なお前者を第１光部
分、後者を第２光部分と呼ぶことにする。

第１光部分く旧）は、第１平面（１ａ）に当たった光の
部分に対応する第１直線部（ＬＬ）と、円筒面（１ｃ）
に当たった光の部分に対応する曲線部（ｃｌ）とからな
る。第１直線部（Ｌｌ）の左端を第１始点（Ｓｌ）、曲
線部（Ｃ１）の右端を第１終点（Ｅｌ）、第１直線部（
Ｌｌ）から曲線部（ＣＩ）に移る点（変曲点）をＲ始点
（Ｒ８）と呼ぶことにする。パネル（１）に当たった光
をテレビカメラ（４）で撮像した場合、反射率の関係な
どより、円筒而（１ｃ）の第１平而（１ａ）側の一部し
か写らない。したかって、Ｒ始点（Ｒ８）は、第１平面
（１ａ）から円筒而（１ｃ）に移る点すなわち実際の円
筒面（１ｃ）の始点と一致するか、第１終点（Ｅ　ｉ　
）は、円筒面（１ｃ）から第２平面（１ｂ）に移る点す
なわち実際の円筒面（１ｃ）の終点（Ｒ終点＞　　（Ｒ
Ｅ）とは一致しない。

第２光部分（＋（２）は、第２図（ａ）のように表われ
る場合と、同図（ｂ）のように表われる場合とがある。

第２図（ａ）の場合、第２光部分（＋１２）は、第１水
平面（２ａ）に当たった光の部分に対応する第２直線部
（Ｆ２）と、基準面（２ｃ）に当たった光の部分に対応
する第３直線部（Ｆ３）とからなる。この場合、第２直
線部（Ｆ２）の右端を第２始点（Ｓ２）、第３直線部（
Ｆ３）の左端を第２終点（Ｆ２）、第２直線部（Ｆ２）
から第３直線部（Ｌ　３　）に移る点（変曲点）を折点
（Ｆ２）と呼ぶことにする。第２図（ｂ）の場合、第２
光部分（＋１２）は、第１水平面（２ａ）に当たった光
の部分に対応する第２直線部（Ｆ２）だけからなる。こ
の場合、第２直線部（Ｆ２）の右端か第２始点（Ｓ２）
、左端か第２終点（Ｆ２）であると同時に折点（Ｆ２）
となる。

画像処理装置（５）は、上記のように等分した複数の点
に対応する映像信号を輝度情報に変換し、光部分（旧）
（＋１２）のある水平走査線（Ａ）についてのみ、次の
ような画像データｉ、Ｙ［ｉ］、Ｚ　［ｉ］およびＬ　
［ｉ］を作って演算処理装置（６）に出力する。ｌは、
光部分（旧）（Ｆ２）のある水平走査線（Ａ）の走査線
番号である。Ｙ　［ｉ］は、光部分（旧）（＋１２）の
ある水平走査線（Ａ）のＹ座標値である。Ｚ　［ｉｌは
、このｉ番目の水平走査線ｉ上の光部分（旧）　（Ｆ２
）のＺ座標値である。Ｌ　［ｉｌは、このｉ番目の水平
走査線ｉ上の光部分（旧）（Ｆ２）の輝度すなわち光の
強度である。なお、このような画像データのうち、第１
光部分（旧）に対応するものを第１データ、第２光部分
（Ｈ２）に対応するものを第２データと呼ぶことにする
。

なお、このような機能を有する画像処理装置（５）とし
て、市販品を使用することができる。

次に、第３図のフローチャートを参照して、測定時の演
算処理装置（６）の動作の１例の概略を説明する。

この測定は、曲線部（ＣＩ）の画像データから円筒面（
ＩＣ）の終点（Ｒ終点）　（ＲＥ）を検出して、第２平
面（ｌｂ）の位置を求め、これと基準面（２Ｃ）との間
隔を求めるものである。なお、前述のように、第１光部
分（旧）の曲線部（ＣＩ）には、円筒面（１ｃ）に当た
った光の一部しか写っていない。このため、上記の測定
においては、曲線部（ＣＩ）の画像データより、回帰曲
線を用いて円筒面（ｌｃ）の形状を推定し、これによっ
てＲ終点（ＲＥ）を検出している。

第３図において、まず、画像処理装置（５）からデータ
を読込み（ステップ１）、データの再配置を行なう（ス
テップ２）。次に、第２始点（Ｓ２）、第２終点（Ｆ２
）、第１始点（Ｓｌ）および第１終点（Ｅｌ）の検出を
行なう（ステップ３）。次に、折点（Ｆ２）の検出を行
ない（ステップ４）、Ｒ始点（ＲＳ　）の検出を行なう
（ステップ５）。次に、回帰関数の決定を行ない（ステ
ップ６）、Ｒ終点（＋？Ｅ）を決定する（ステップ７）
。そして、最後に、第２平面（ｌｂ）と基準面（２ｃ）
の間隔を計算しくステップ８）、処理を終了する。

前述のように、画像処理装置から得られるデータは、光
部分（旧）（８２）のある水平走査線番号ｉについての
Ｙ［＋］　、Ｚ［＋］　、Ｌ［＋］のみである。このた
め、ステップ２のデータ再配置により、光部分の存在し
ない走査線番号ｉに関して、Ｙ［＋］　、Ｚ［＋］およ
びＬ　［＋］を次のようにセットする。

Ｚ［ｉｌ　　−１０００ Ｙ　［ｉｌ　　−Ｌ　［ｉｌ　　−０ ステツプ３のＳ２、Ｆ２、Ｓｌ、Ｅｌの検出は、走査線
番号ｉを変化させて画像データを調べることにより行な
うことができる。

第４図は、第３図のステップ４の第２データの折点（Ｆ
２）検出の処理の１例を示す。

この処理は、座標データを平滑化処理して、この平滑化
データの微分値が所定値以上となる点を第１仮折点とし
て設定し、上記座標データの微分値が所定値以上となる
点を第２仮折点とし、これら第１仮折点と第２仮折点の
座標の差が所定値以下になるまで第２仮折点を演算し、
この差が所定値以下になる第２仮折点を折点とするもの
である。

第４図において、まず、第１仮折点に１および第２仮折
点に２の検出のための開始点を表わすＳＴに８２（第２
始点）をセットするとともに、同終了点を表わすＥＮに
Ｆ２　（第２終点）をセットする（ステップ８１Ｏ）。

次に、第１仮折点に１の検出を行なう（ステップ８２０
）。この処理は、第２データを平滑化し、平滑データの
微分が一定値（たとえば５）より大きくなる点を第１仮
折点Ｋｌとするものであり、その詳細が第５図に示され
ている。

第５図において、まず、ｉにＳＴをセットしくステップ
８２１　）　、次の式により平滑データＳ［ｉｌを演算
する（ステップ８２２）。

Ｓ［ｉｌ　−（Ｚ［＋］　＋Ｚ［ｉ＋１］　＋Ｚ［ｉ＋
２１　＋Ｚ［０３］　＋　Ｚ　［ｉ＋４１　）　／　５
次に、ｉがＥＮ−４より小さいかどうかを調べ（ステッ
プ８２３　＞　、小さければ、ｉを１増加させて（ステ
ップ８２４　）　、ステップ８２２に戻り、ｉ＜ＵＮ−
４でなくなるまでステップ８２２．８２３および８２４
を繰返す。ステップ８２３においてｉ＜ＥＮ−４でなく
なると、ステップ８２５に進む。

これにより、第２データの平滑データＳ　［ｉｌが求め
られる。ステップ８２５では、Ｋ１にＥＮをセットする
とともに、ｉｌ：ｓＴをセットする。次に、平滑データ
の微分値すなわちＳ　［ｉ＋１］　−Ｓ　［ｉ］の絶対
値か５より大きいかどうかを調べ（ステップ８２Ｂ　）
　、そうであれば、そのときのｌをに１にセットシ（ス
テップ８２７）、処理を終了する。

ステ・ンプ８２６（こおいてｌ　Ｓ［ｉ＋］］　−３［
ｉ］　　ｌ　＞５でない場合は、１を１増加させて（ス
テップ８２８　）　、ｉがＵＮ−４より小さいかどうか
を調べ（ステップ８２９　）　、そうであれば、ステッ
プ８２６に戻る。ステップ８２９においてｉ＜ＥＮ−４
でなければ、処理を終了する。ステップ８２９において
ｉ＜ＥＮ−４でなくなって処理を終了するのは、ＳＴか
らＥＮまでの間にｌ　Ｓ　［ｉ＋１］　−３［ｉ］〉５
となる点がない場合、すなわち第２図（ｂ）のように第
２光部分（１１２）が第２直線部（１，２）たけの場合
であり、この場合は、ステップ８２７が実行されること
がないので、ステップ８２５において予めセットされた
ＥＮｉ＝Ｅ２（第２終点））か第］仮折点（Ｋ１）とな
る。それ以外の場合は、ステップ８２６において最初に
ｌ　Ｓ　［ｉ＋］コ−３［ｊコ〉５となった点かステッ
プ８２７においてに１にセットされる。

第４図において、ステップ８２０の処理が終了すると、
第２仮折点に２の検出を行なう（ステップ８２０）。こ
の処理は、第２データの微分が一定値（たとえば５）よ
り大きくなる点を第２仮折点に２とするものであり、そ
の詳細が第６図にボされている。

第６図において、まず、Ｆ２にＥＮをセットするととも
に、ｉにＳＴをセットする（ステップ８３１）。次に、
第２データの微分値すなわちＺ　［ｉ＋Ｌ］Ｚ　［ｉ］
の絶対値か５より大きいかどうかを調べ（ステップ８３
２）、そうであれば、そのときのｉをに２にセットシ（
ステップ８３３　）　、処理を終了する。ステップ８３
２においてｌ　Ｚ　［ｉ＋Ｉ］Ｚ［ｉｌｌ＞５でない場
合は、ｉを１増加させて（ステップ８３４　）　、ｉか
ＥＮより小さいかどうかを調べ（ステップ８３５）、そ
うであれば、ステップ８３２に戻る。ステップ８３５に
おいてｉ＜ＩＪでなければ、処理を終了する。ステップ
８３５においてｉ＜ＥＮでなくなって処理を終了するの
は、ＳＴからＥＮまでの間にｌ　Ｚ［ｉ＋１］　−Ｚｌ
ｊ］　　ｌ　＞５］　５ となる点がない場合、すなわち第２図（ｂ）のように第
２光部分（Ｉ＋　２　）か第２直線部（Ｆ２）たけの場
合であり、この場合は、ステップ８３３が実行されるこ
とかないので、ステップ８３１において予めセットされ
たＥＮ（−Ｆ２（第２終点））が第２仮折点（Ｆ２）と
なる。それ以外の場合は、ステップ８１６において最初
にｌ　Ｓ　［ｉ＋ｌコ−８［ｉコ　１〉５となった点が
ステップ８３３においてに２にセットされる。

第４図において、ステップ８３０の処理か終了すると、
第２仮折点（Ｆ２）と第１仮折点（Ｋ１）の差の絶対値
が一定値（たとえば５）以下であるかどうかを調べ（ス
テップ８４０　）　、そうでなければ、Ｆ２＋１をＳＴ
にセットシて（ステップ８５０）、ステップ８３０に戻
り、Ｆ２＋１以降について第２仮折点（Ｆ２）の検出を
行なう。そして、ステップ８４０においてｌ　Ｆ２−　
Ｋｌ　１≦５になると、そのときのに２　（第２仮折点
）をＦ２　（折点）にセットしくステップ８６０）、処
理を終了する。

これにより、第２図（ａ）および（ｂ）のいずれの場合
も、折点（Ｆ２）が正確に検出される。

第３図のステップ５のＲ始点（Ｒ８）の検出処理は、た
とえば次のようにして行なわれる。

すなわち、まず、第１データの平滑化を行ない、この平
滑データの１次微分および２次微分を行ない、さらにこ
の２次微分データの平滑化を行ない、この平滑データが
所定値以下となる点をＲ始点（１？　Ｓ　）とする。

第３図のステップ６の回帰関数決定の処理は、第１光部
分（Ｉｌｌ）の曲線部（Ｃ１）を推定するための回帰関
数たとえばＺ＝ａｅｂＹの係数ａおよびｂを最小二乗法
によって決定するものであり、たとえば、第１光部分（
Ｈｌ）の第１直線部（Ｌｌ）がＹ軸と平行になるように
画像データの座標変換（回転変換）を行なったのち、Ｒ
始点（Ｒ９）がＺ軸と一致するように画像データの座標
変換（平行移動）を行ない、Ｒ始点（Ｒ８）のＺ座標値
を順に変えて、仮に求めた回帰関数と画像データとの誤
差の二乗の重み付き積分値か最小になるようにａおよび
ｂを決定する。

第３図のステップ７のＲ終点（ＲＥ）の決定処理は、た
とえば、次のようにして行なわれる。

上記のようにして回帰関数である指数関数Ｚ−ａｅｂＹ
が決まると、これを用い、Ｒ始点（１？Ｓ）から２座標
値を少しずつ変えながら、指数関数上のＹ座標値を計算
し、このＹ座標値の１次微分値が所定のしきい値Ｔより
小さくなった点をＲ終点（ＲＥ）とする。また、逆に、
指数関数２＝ａｅｂＹを用い、Ｒ始点（Ｒ８）からＹ座
標値を少しずつ変えながら、指数関数上のＺ座標値を計
算し、この２座標値の１次微分値が所定のしきい値Ｔよ
り大きくなった点をＲ終点（ＲＥ）とすることもできる
。

このようにして求められたＲ終点（ＲＥ）はパネル（１
）の円筒面（ｌｅ）と第２平面（１ｂ）との境界に合致
しており、Ｒ終点（１？Ｅ）のＹ座標値は第２平・面（
ｌｂ）のＹ座標値と一致している。また、先に求められ
ている折点（Ｆ２）は測定台（２）の第１水平面（２ａ
）と基準面（２ｃ）との境界と合致しており、折点（Ｆ
２）のＹ座標値は基準面（２ｃ）のＹ座標値と一致して
いる。したがって、Ｒ終点（ＲＥ）のＹ座標値と折点（
Ｆ２）のＹ座標値との差が、パネル（１）の第２平面（
１ｂ）と基準面（２ｃ）との間隔を表わしている。第３
図のステップ８では、このようにＲ終点（ＲＥ）のＹ座
標値と折点（Ｆ２）のＹ座標値との差を演算することに
より、パネル（１）の第２平面（１ｂ）と基準面（２ｃ
）との間隔を求めている。

パネル（１）および測定台（２）とテレビカメラ（４）
との相対位置関係により、テレビ画像が第２図と異なる
ものになることがある。ところが、このような場合でも
、上記とほぼ同様に画像データを処理して、測定を行な
うことができる。

また、画像データに適当な座標変換を施すことにより、
第２図のような画像データに変換して、処理することも
できる。

発明の効果 この発明の形状７Ｉｌ１１定方法によれば、上述のよう
に、光切断法を用いて平面と他の平面との変曲点を自動
的にかつ正確に検出することができ、誤差が小さく、測
定が容易で、測定時間も短縮される。しかも、きずなど
のノイズの影響を受けに＜＜、精度の高い測定ができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す被測定物と形状測定装
置の概略斜視図、第２図はテレビ画像の１例を示す図、
第３図は形状測定の処理の１例を示すフローチャート、
第４図は第３図の第２データの折点検出処理の１例を示
すフローチャート、第５図は第４図の第１仮折点検出処
理の１例を示すフローチャート、第６図は第４図の第２
仮折点検出処理の１例を示すフローチャートである。 （１）・・・プレスパネル（被測定物）　、（ｌａ）（
ｌｂ）・・・平面、（ｌｃ）・・・部分円筒面、（２）
・・・測定台、（２ａ）　（２ｂ）・・・水平面、（２
Ｃ）・・・基準面、（３）・・・光源、（４）・・・Ｃ
ＣＤテレビカメラ（２次元撮像手段）、（５）・・・画
像処理装置、（６）・・・演算処理装置。 以　　上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　平面とこれに連なる他の平面を有する被測定物の形状
   を光切断法によって測定するに際し、２次元撮像手段で
   撮像された画像データを処理して上記平面と他の平面と
   の変曲点を求める方法であって、 上記画像データを平滑化し、この平滑データの微分値が
   所定値以上となる点を第１仮変曲点とし、上記画像デー
   タの微分値が所定値以上となる点を第２仮変曲点とし、
   第１仮変曲点と第２仮変曲点の座標の差が所定値以下と
   なるまで第２仮変曲点を演算し、この差が所定値以下と
   なる第２仮変曲点を変曲点とすることを特徴とする形状
   測定方法。