JPH11237221A - 画像測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ワーク画像の特定の方向に突出した部分や凹
んだ部分を検出するための操作を容易にする。 【解決手段】 ワークを撮像して得られたワーク画像６
２を画像ウィンドウ５１に表示すと共に画像ウィンドウ
５１内に矩形状の検出ツール６１を設定し、ツール６１
内で所定方向にワーク画像６２を走査してワーク画像６
２のエッジを検出し、検出されたエッジの中で走査方向
に最も突出した点Ｐｎを検出する。ツール６１は、測定
座標系の基準軸ＸＹに平行な辺を持つ矩形状であり、一
対の対向辺によってエッジの走査方向を指定し、他の一
対の対向辺によってエッジのいずれの側に突出した点を
検出するかを指定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、非接触三次元測
定機等の画像測定装置に関し、特にワークを撮像して得
られたワーク画像のエッジの最も突出した点や最も凹没
した点を検出する画像測定方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のＣＮＣ（Computer Numerical Con
trol）三次元測定機や手動操作式三次元測定機では、被
測定対象であるワークを撮像して得られたワーク画像か
ら種々の特異な測定点を検出して必要な物理量を測定し
なければならないときがある。例えば、コネクタの嵌合
部の加工精度が厳しく要求されるような場合、嵌合部の
最も突出した点での幅が嵌め合い寸法精度の評価やバリ
の有無の確認を行う上で必要になる。

【０００３】従来、このような特定の方向に突出した部
分や凹んだ部分を検出するためには、ワークを拡大撮像
して得られたワーク画像のエッジを検出し、検出された
エッジに対して表示画面上で所定の方向から接するよう
な直線を設定し、その接触点の座標値等から必要な寸法
値を求めるようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
の測定方法では、検出されたエッジに接する直線を設定
し、その接点の座標を求めるという操作を行う必要があ
るために、測定に必要な点を見つける操作が面倒である
という問題がある。また、測定は、通常、ワーク座標系
又は機械座標系（以下、これらをまとめて「測定座標
系」と呼ぶ）を基準にして行う必要があり、この測定座
標系は画像の表示座標系や画像メモリ座標系とは異なる
ため、どの方向からエッジの突出点を検出するかを決定
するのが困難であるという問題もある。

【０００５】このように、従来の画像測定方法では、ワ
ーク画像の特定の方向に突出した部分や凹んだ部分を検
出するための操作が煩雑であり時間のかかる作業であっ
た。

【０００６】本発明は、このような点に鑑みなされたも
ので、ワーク画像の特定の方向に突出した部分や凹んだ
部分を検出するための操作を容易にすることができる画
像測定方法及び装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る画像測定方
法は、ワークを撮像して得られたワーク画像を画像ウィ
ンドウに表示すると共に、前記画像ウィンドウ内に矩形
状のツールを設定し、前記ツール内で所定方向にワーク
画像を走査して前記ワーク画像のエッジを検出し、検出
されたエッジの中で前記走査方向に最も突出した点を検
出する画像測定方法であって、前記ツールは、測定座標
系の基準軸に平行な辺を持つ矩形状であり、一対の対向
辺によって前記エッジの走査方向を指定し、他の一対の
対向辺によって前記エッジのいずれの側に突出した点を
検出するかを指定するものであることを特徴とする。

【０００８】本発明に係る画像測定装置は、ワークを撮
像して得られたワーク画像を画像ウィンドウ内に表示す
る表示手段と、前記画像ウィンドウ内に任意の位置を指
定するための位置指定手段と、この位置指定手段によっ
て指定された位置に基づいて前記画像ウィンドウ内に矩
形状のツールを生成するツール生成手段と、このツール
生成手段によって生成された矩形状のツールの内部のワ
ーク画像を走査して前記ワーク画像のエッジを検出し、
検出されたエッジの中で前記走査方向に最も突出した点
を検出する最突出点検出手段とを備え、前記ツール生成
手段は、測定座標系の基準軸に平行な辺を持つ矩形状の
ツールを生成するものであり、一対の対向辺によって前
記エッジの走査方向を指定し、他の一対の対向辺によっ
て前記エッジのいずれの側に突出した点を検出するかを
指定するものである。

【０００９】本発明によれば、画像ウィンドウ内にツー
ルを設定するだけでツール内のワーク画像に対するエッ
ジ検出のための走査方向が指定されると共に、走査処理
によりエッジが検出され、検出されたエッジの中で走査
方向に最も突出した点が検出される。しかも、ツール
は、測定座標系を基準として設定されるので、測定座標
系において正確に最も突出した点や凹んだ点を検出する
ことができ、嵌合部の加工精度の等の評価が容易にな
る。

【００１０】ツールは矩形状であるため、対角２点を指
定することにより画像ウィンドウ内に簡単に設定するこ
とができる。

【００１１】また、ツール内ぶ検出されたエッジ点列か
ら走査方向に最も突出した点を候補点として求め、この
候補点とその近傍のエッジ点との連続性を評価すること
により、真のエッジ上の点とノイズとを識別することが
でき、検出の信頼性が向上する。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明の
好ましい実施の形態について説明する。図１は、この発
明の一実施例に係るＣＮＣ画像測定装置の全体構成を示
す斜視図である。この装置は、非接触画像計測型の測定
機本体１と、この測定機本体１を駆動制御すると共に必
要な測定データ処理を実行するコンピュータシステム２
と、測定機本体１をマニュアル操作するための指令入力
部３と、計測結果をプリントアウトするプリンタ４とに
より構成されている。

【００１３】測定機本体１は、次のように構成されてい
る。即ち、架台１１上には、被測定対象であるワーク１
２を載置する測定テーブル１３が装着されており、この
測定テーブル１３は、図示しないＹ軸駆動機構によって
Ｙ軸方向に駆動される。架台１１の後端部には上方に延
びるフレーム１４が固定されており、このフレーム１４
の上部から前面に張り出したカバー１５の内部には、測
定テーブル１３を上部から臨むように図示しないＸ軸及
びＺ軸駆動機構に駆動されるＣＣＤカメラ１６が取り付
けられている。ＣＣＤカメラ１６の下端には、ワーク１
２に照明光を照射するためのリング状の照明装置１７が
備えられている。

【００１４】コンピュータシステム２は、コンピュータ
本体２１、キーボード２２、マウス２３及びＣＲＴディ
スプレイ２４を備えて構成されている。コンピュータ本
体２１を中心とするこのシステムは、例えば図２に示す
ように構成されている。即ち、ＣＣＤカメラ１６で捉え
たワーク１２の画像信号は、ＡＤ変換部３１で多値画像
データに変換され、多値画像メモリ３２に格納される。
多値画像メモリ３２に格納された多値画像データは、表
示制御部３３の動作によってＣＲＴディスプレイ２４に
表示される。一方、キーボード２２及びマウス２３から
のオペレータの指令は、インタフェース（Ｉ／Ｆ）３４
を介してＣＰＵ３５に伝えられる。ＣＰＵ３５は、前記
オペレータの指令又はプログラムメモリ３６に格納され
たプログラムに従ってステージ移動等の各種の処理を実
行する。ワークメモリ３７は、ＣＰＵ３５の各種処理の
ための作業領域を提供する。

【００１５】また、ＣＣＤカメラ１６のＸ軸方向位置及
びＺ軸方向位置を検出するためのＸ軸エンコーダ４１及
びＺ軸エンコーダ４３、並びにテーブル１３のＹ軸方向
位置を検出するためのＹ軸エンコーダ４２が設けられ、
これらエンコーダ４１〜４３からの出力はＣＰＵ３５に
取り込まれる。ＣＰＵ３５は、取り込まれた各軸位置の
情報と前述したオペレータの指令に基づいて、Ｘ軸駆動
系４４及びＺ軸駆動系４６を介してＣＣＤカメラ１６を
Ｘ軸及びＺ軸方向に駆動し、Ｙ軸駆動系４５を介してテ
ーブル１３をＹ軸方向に駆動する。これにより、ステー
ジ移動操作が実現される。更に、照明制御部３９は、Ｃ
ＰＵ３５で生成された指令値に基づいてアナログ量の指
令電圧を生成し照明装置１７に印加する。

【００１６】図３は、この画像測定装置の測定時のＣＲ
Ｔディスプレイ２４の表示画面を示す図である。表示画
面は、カラービデオウィンドウ（画像ウィンドウ）５
１、グラフィックスウィンドウ５２、カウンタウィンド
ウ５３、ファンクションウィンドウ５４、照明・ステー
ジウィンドウ５５及び測定ウィンドウ５６から構成され
ている。カラービデオウィンドウ５１には、ＣＣＤカメ
ラ１６で撮像されたワーク１２のカラー画像、即ちワー
ク画像５７が表示される。グラフィックスウィンドウ５
２には、ＣＣＤカメラ１６で撮像されるワーク１２に対
応した設計図面データ５８、具体的にはＩＧＥＳ又はＤ
ＸＦフォーマット等の標準フォーマットによるＣＡＤデ
ータに基づいて生成されたグラフィクスイメージが表示
される。カウンタウィンドウ５３には、ステージ座標に
おけるＣＣＤカメラ１６の撮像範囲の中心座標（Ｘ，
Ｙ，Ｚ）が表示される。ファンクションウィンドウ５４
には、各種測定処理及び測定値算出するためのマイクロ
プログラムを起動するアイコンが配置されている。照明
・ステージウィンドウ５５は、照明装置１７やステージ
に関する各種設定操作のためのウィンドウである。測定
ウィンドウ５６は、ファンクションウィンドウ５４で選
択された測定マイクロプログラムに沿った測定操作を行
うためのウィンドウである。

【００１７】次に、このように構成された画像測定装置
の指定方向に対する最大値・最小値を求める方法につい
て説明する。図４は、ビデオウィンドウ５１に表示され
るワーク画像６２と、この発明に係る最大値・最小値検
出用のツール６１を示す図である。突出部や凹没部の寸
法を評価する場合、通常は測定座標系（この例ではワー
ク座標系）ＸＹを基準にして評価するのが一般的であ
る。また、測定座標系は設計座標系（ＣＡＤデータの基
準となっている座標系）とも対応する。そこで、この実
施例では、ツール６１をワーク座標系ＸＹと平行になる
ように設定した例を説明するが、ワーク座標系ＸＹとは
関係無しに、ビデオウィンドウ座標系と並行にツール６
１を固定するようにしてもよい。特にビデオウィンドウ
座標系の中央にツール６１を固定するようにすると、レ
ンズの収差、照明等が最良の条件での測定が可能にな
る。

【００１８】ワーク座標系ＸＹとビデオウィンドウ座標
系ｘｙとは通常対応付けられている。いま、図４に示す
ように、ワーク座標系ＸＹとビデオウィンドウ座標系ｘ
ｙの原点位置のずれ量をΔｘ，Δｙ、傾きをθとする
と、マウスのポインタ６３によって指定されるビデオウ
ィンドウ座標系におけるワーク画像６２の座標（ｘ，
ｙ）とワーク座標系における同一点の座標（Ｘ，Ｙ）の
関係は、下記数１のように対応付けられる。なお、ここ
でα，βは、それぞれｘ，ｙ方向の拡大・縮小率であ
る。

【００１９】

【数１】

【００２０】図４に示すように、ワーク画像６２に設定
される検出ツール６１は、ビデオウィンドウ座標系ｘｙ
ではなく、ワーク座標系ＸＹに沿って生成される。検出
ツール６１は、マウスのポインタ６３で対角２点をクリ
ック・アンド・ドラッグ操作することにより設定する。
マウスのクリック・アンド・ドラッグ操作は、通常は、
表示画面に対して水平垂直な辺を持つ矩形を形成する。
これに対し、この検出ツール６１の場合には、ワーク座
標系がビデオウィンドウ座標系に対して傾いていれば傾
いた矩形が生成される。このように、ワーク座標系（測
定座標系）に沿って（平行に）検出ツール６１を生成す
ると、エッジ検出のための走査方向が感覚的に把握しや
すくなり、検出ツールの設定が簡単且つ正確になる。な
お、ツール６１は、それを設定する位置座標と大きさと
をキーボードから数値で直接入力することにより設定す
ることもできる。

【００２１】この例では、検出ツール６１を構成する各
辺のうち、対向２辺６４ａ，６４ｂと、これと直交する
２辺６５ａ，６５ｂとは、それぞれＸ軸、Ｙ軸と平行に
なるように生成される。辺６４ａ，６４ｂには、矢印が
付加され、これがエッジ検出時の走査方向を示してい
る。辺６５ａ，６５ｂのうちの一方の辺６５ｂには、×
印が付加され、これが最大値、最小値のいずれを検出す
るかを示している。

【００２２】次に、最大値検出の場合のＣＰＵ３５の処
理を図５のフローチャートに基づいて説明する。まず、
ビデオウィンドウ５１に検出ツール６１が設定され、検
出ツール６１の各頂点Ｐ１〜Ｐ４のビデオウィンドウ座
標系（画像データ座標系）における座標値が求められる
（Ｓ１）。即ち、図６に示すように、マウスによって検
出ツール６１の対角２点Ｐ１，Ｐ２が入力されたとする
と、点Ｐ１，Ｐ２の座標値（ｘ１，ｙ１），（ｘ２，ｙ
２）から、下記数２のような計算により、頂点Ｐ３，Ｐ
４の座標値（ｘ３，ｙ３），（ｘ４，ｙ４）が算出され
る。

【００２３】

【数２】ｘ３＝ｘ１＋ａcosθ ｙ３＝ｙ１＋ａsinθ ｘ４＝ｘ２−ａcosθ ｙ４＝ｙ２−ａsinθ ａ＝（ｘ２−ｘ１）cosθ＋（ｙ２−ｙ１）sinθ

【００２４】ＣＰＵ３５は、マウスのドラッグ時（２点
目の座標値が未確定のとき）に、ポインタ６３による２
点目の座標値（ｘ２，ｙ２）を一定の時間間隔で読み取
って、逐次Ｐ３，Ｐ４の座標値を計算し、ワーク座標に
沿った矩形状のツール６１を生成する。

【００２５】検出ツール６１が設定されたら、エッジ検
出のための走査回数ｎ、走査開始点（ｘｓ，ｙｓ）、走
査終了点（ｘｅ，ｙｅ）として、それぞれ１，（ｘ１，
ｙ１），（ｘ３，ｙ３）を設定する（Ｓ２）。そして、
図７に示すように、（ｘｓ，ｙｓ）から（ｘｅ，ｙｅ）
まで画像データを走査してその輝度情報からエッジ点Ｐ
ｎを検出してワークメモリ３７に記憶すると共に、開始
点（ｘｓ，ｙｓ）からエッジ点Ｐｎまでの長さＬｎをＰ
ｎと一対のデータとしてワークメモリ３７に記憶する
（Ｓ３）。

【００２６】このエッジ検出処理をＰ１−Ｐ３からＰ４
−Ｐ２までΔＹのピッチで繰り返すと（Ｓ４，Ｓ５）、
図７に示すように、エッジ点列データＰ１，Ｐ２，…，
Ｐｎ，…が求められる。次に、始点からの距離が最も離
れているエッジ点、即ち、Ｌｎが最大の点Ｐｎを候補点
として選択する（Ｓ６）。そして、得られた候補点Ｐｎ
が、ノイズでないかどうかを確認するために、その点の
近傍のエッジ情報からその連続性を確認する（Ｓ７）。
例えば、図８（ａ）に示すように、候補点Ｐｎとその近
傍のエッジ点Ｐｎ−３，Ｐｎ−２，…，Ｐｎ＋２，Ｐｎ
＋３が滑らかな曲線で結合される場合には連続性がある
と判断され、同図（ｂ）に示すように、候補点Ｐｎとそ
の近傍エッジ点Ｐｎ−３，Ｐｎ−２，…，Ｐｎ＋２，Ｐ
ｎ＋３が滑らかな曲線で結合されない場合には連続性が
ないと判断される。もし、連続性が確認されなかった場
合には（Ｓ８）、その点Ｐｎをノイズとして除去してか
ら（Ｓ９）、次にＬｎが最大の点Ｐｎを候補点として同
じ処理を繰り返すが、連続性が確認された場合には（Ｓ
８）、その点Ｐｎを最大値として出力して処理を終了す
る（Ｓ１０）。

【００２７】なお、以上の最大値の検出について説明し
たが、最小値の検出の場合には、Ｌｎが最小のエッジ点
Ｐｎを候補点とすればよい。ツールとして、図９
（ａ），（ｂ）に示すように、矩形上の×印の存在する
側に突出した点を検出するようにすれば、（ａ）の場合
には最も凹んだ点（最小値の検出）、（ｂ）の場合には
最も突出した点（最大値の検出）となる。

【００２８】このように、この装置によれば、検出ツー
ル６１をビデオウィンドウ５１内に設定するだけの操作
で、測定座標系において最も出っ張った点又は最も凹ん
だ点を検出することができるので、嵌合部分等の加工精
度の評価等が容易に行える。

【００２９】

【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、画
像ウィンドウ内にツールを設定するだけでツール内のワ
ーク画像に対するエッジ検出のための走査方向が指定さ
れると共に、走査処理によりエッジが検出されると共に
検出されたエッジの中で走査方向に最も突出した点が検
出され、ツールは、測定座標系を基準として設定される
ので、測定座標系において正確に最も突出した点や凹ん
だ点を検出することができ、嵌合部の加工精度の等の評
価が容易になるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係るＣＮＣ画像測定装置
の斜視図である。

【図２】 同装置におけるコンピュータシステム及びそ
の周辺の構成を示すブロック図である。

【図３】 同装置におけるＣＲＴディスプレイの表示画
面を示す図である。

【図４】 同装置におけるビデオウィンドウに表示され
るワーク画像と検出ツールとの関係を示す図である。

【図５】 同装置における最大値検出処理のフローチャ
ートである。

【図６】 同装置におけるツールの各頂点座標を示す図
である。

【図７】 同最大値検出処理におけるエッジ検出処理を
示す図である。

【図８】 同最大値検出処理における連続性の評価を説
明するための図である。

【図９】 検出ツールの例を示す図である。

【符号の説明】

１…測定機本体、２…コンピュータシステム、３…指令
入力部、４…プリンタ、１１…架台、１２…ワーク、１
３…測定テーブル、１４…フレーム、１５…カバー、１
６…ＣＣＤカメラ、１７…照明装置、２１…コンピュー
タ本体、２２…キーボード、２３…マウス、２４…ＣＲ
Ｔディスプレイ、３１…ＡＤ変換部、３２…多値画像メ
モリ、３３…表示制御部、３４…インタフェース、３５
…ＣＰＵ、３６…プログラムメモリ、３７…ワークメモ
リ、３９…照明制御部、４１…Ｘ軸エンコーダ、４２…
Ｙ軸エンコーダ、４３…Ｚ軸エンコーダ、４４…Ｘ軸駆
動系、４５…Ｙ軸駆動系、４６…Ｚ軸駆動系。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワークを撮像して得られたワーク画像を
   画像ウィンドウに表示すると共に、前記画像ウィンドウ
   内に矩形状のツールを設定し、 前記ツール内で所定方向にワーク画像を走査して前記ワ
   ーク画像のエッジを検出し、検出されたエッジの中で前
   記走査方向に最も突出した点を検出する画像測定方法で
   あって、 前記ツールは、測定座標系の基準軸に平行な辺を持つ矩
   形状であり、一対の対向辺によって前記エッジの走査方
   向を指定し、他の一対の対向辺によって前記エッジのい
   ずれの側に突出した点を検出するかを指定するものであ
   ることを特徴とする画像測定方法。
2. 【請求項２】 前記ツールは、対角２点を指定すること
   により前記画像ウィンドウ内に設定されるものであるこ
   とを特徴とする請求項１記載の画像測定方法。
3. 【請求項３】 前記走査方向に最も突出した点は、前記
   ツール内のワーク画像に対して前記走査方向と直交する
   方向に一定の間隔で前記走査方向に順次走査することに
   より得られたエッジ点列から候補点を求め、この候補点
   とその近傍のエッジ点との連続性を評価することにより
   決定することを特徴とする請求項１又は２記載の画像測
   定方法。
4. 【請求項４】 ワークを撮像して得られたワーク画像を
   画像ウィンドウ内に表示する表示手段と、 前記画像ウィンドウ内に任意の位置を指定するための位
   置指定手段と、 この位置指定手段によって指定された位置に基づいて前
   記画像ウィンドウ内に矩形状のツールを生成するツール
   生成手段と、 このツール生成手段によって生成された矩形状のツール
   の内部のワーク画像を走査して前記ワーク画像のエッジ
   を検出し、検出されたエッジの中で前記走査方向に最も
   突出した点を検出する最突出点検出手段とを備え、 前記ツール生成手段は、測定座標系の基準軸に平行な辺
   を持つ矩形状のツールを生成するものであり、一対の対
   向辺によって前記エッジの走査方向を指定し、他の一対
   の対向辺によって前記エッジのいずれの側に突出した点
   を検出するかを指定するものであることを特徴とする画
   像測定装置。
5. 【請求項５】 前記最突出点検出手段は、前記ツール内
   のワーク画像に対して前記走査方向と直交する方向に一
   定の間隔で前記走査方向に順次走査することにより得ら
   れたエッジ点列から候補点を求め、この候補点とその近
   傍のエッジ点との連続性を評価することにより前記走査
   方向に最も突出した点を決定するものであることを特徴
   とする請求項４記載の画像測定装置。