JPS6035001B2 - 寸法測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、光学的手段を用い非接触で物体の寸法を測
定する装置に関するものである。

従釆、この種の装置として、第１図に示すものがあった
。

第１図において、１は矢印Ｎ方向に移動する鋼材などの
対象物体、２は対象物体１を撮像するレンズおよび映像
を電気信号に変換する検出器を含む撮像手段であるカメ
ラ、３は対象物体１を結像する光学レンズ系を構成する
レンズ、４はしンズ３により結像された映像を電気信号
に変換する１次元、または２次元検出器（以下の説明で
は、２次元検出器で代表する。）、５は２次元検出器４
の出力を受けて映像表示するモニター、６は処理装置で
ある。次に動作について説明する。

２次元検出器４から第２図に示すような画像ｌａがモニ
ター５に得られる。

このときの画像の寸法ｂと、実際の対象物体１の寸法Ｗ
とは次式で示される関係にある。Ｗ＝ｍ・Ｑ●ｂ
‐‐イー）ここでｍは光学系の倍率で
レンズ３から対象物体１までの距離Ｌと、レンズ３から
カメラ２の２次元検出器３までの距離１とにより１
…【２’ｍ＝［で
求められる。

また、レンズ３の焦点距離ｆで示せばｆ
・・・【３１ｍ＝こ了となる。

一般に焦点距離ｆは一定値に固定されているので、距離
Ｌを一定値に保てば、光学系の倍率ｍは変動しない値と
なる。また、Ｑ‘まカメラ２およびモニター５で決めら
れる電気的な倍率であり、一般には一定値である。

したがって光学系の倍率ｍ、電気的な倍率Ｑを事前に計
算または測定により求めておき、モニター５に得られる
画像ｌａの寸法ｂを測定し、上述の１式による演算を処
理装置６によりおこなえば、対象物体１の寸法Ｗが得ら
れる。画像ｌａの寸法ｂの測定については、通常おこな
われている映像信号処理技術によりおこなわれ、適当な
照明装置を用いて、対象物体１の画像と背景の分離が容
易になるような工夫もされている。

従来の寸法測定装値は以上のように構成されているので
事前に光学系の倍率ｍ・電気的な倍率Ｑを計算又は測定
で求めておく必要があり、また、光学系の倍率ｍについ
ては、対象物体からしンズまでの距離を一定に保つこと
が必要なので、対象物体の厚みが変動したり、また対象
物体が振動したり、さらに、対象物体が傾いている場合
等にはそれらを検出することができず、正確な寸法測定
ができないなどの欠点があった。

この発明は、上記のような従来のものの欠点を除去する
ためになされたもので、異なった焦点距離を有する撮像
手段にて対象物体を撮像し、その撮像結果について処理
回路を介して適当な演算処理をおこなうことにより、対
象物体の傾き、厚みの変動等の影響を受けず、対象物体
の正確な寸法測定ができるような寸法測定装値を提供す
ることを目的としている。

以下、この発明の一実施例を第３図ないし第５図に従っ
て説明する。

第３図において、７は対象物体１の像を２次元検出器４
に結像させるズームレンズで、処理回路８よりのズーム
信号Ｓｇを受けて、焦点距離ｆを変わる。

即ち、ズームレンズ７は異なった複数個の焦点距離で対
象物体を結像する光学レンズ系を構成する焦点可変レン
ズに外ならない。８は処理回路で、従来技術の説明のと
ころで述べた処理回路５の外に、ズーム信号Ｓｇを出力
する機能と、後に詳述する記憶演算の機能とが付加され
ている。

この発明による寸法測定装値の動作では、まず、ズーム
レンズ７を処理回路８の第１のズーム信号Ｓｇ，により
、第１の焦点距離ｆ，に設定し、対象物体１を撮像する
。

この場合のズームレンズ７の第２主点から２次元検出器
４の光電面までの距離（以下光電面までの距離と記す。

）１，は事前の設定がなされている。具体的には、対象
物体１とカメラ２の間の距離で、焦点（ピント）合せす
ることによりおこなわれ、上記１，が測定され上記第１
の焦点距離ｆ，と電気的倍率Ｑとともに処理回路８の演
算定数として入力されている。この状態でモニター５に
得られる画像ｌａの寸法ｂを測定するのは従来装置の説
明のところで述べたのと同じ動作で処理回路８がこれを
おこなうが、この発明の装置では第４図イに示すように
カメラ２の光軸ｃに対しての画像寸法ｂ，，Ｑを測定す
る。

処理回路８は画像寸法ｑ，Ｑを一時記憶し、演算時に読
み出す。次に処理回路８は第２のズーム信号Ｓｇ２を出
力し、ズームレンズ７の第２主点位置を第２の焦点位遣
りこ移動させる。

この移動にともない、光電面までの距離１，は１２に、
焦点距離ｆ，はｆ２になるが、これらの値は前述したと
同様、装置を構成するうえでの設定値であり、事前に処
理回路８が撮像されて、第４図口に示すような画像ｌａ
がモニター５に得られ、カメラの光軸ｃに対する画像寸
法な，ｂ４が測定され処理回路８に一時記憶されるのは
前に述べた動作と同じである。次いで、処理回路８内で
上記の動作、設定で得られた値を用いて演算がおこなわ
れ対象物体１の両端の座標を求め、さらに、幅が演算に
より得られ出力する。

この演算の動作と原理を第５図に用いて詳しく説明する
。

原理の概要を示す側面図である第５図では、２次元検出
器４の光電面４ａをｘ軸、カメラ２の光軸ｃをｙ軸とし
た座標で示してあり、ｘ，ｙ軸の交点を○、対象物体１
の幅方向端部をＰ，Ｑで示す。上述の説明のように、ま
ず、第１の焦点位置８，にズームレンズ７の第２主点を
置いた場合、対象物体１の片側の端部Ｐの像は、２次元
検出器４の受光面４ａ上の○点からｄ．だけ離れたＤ．
点に結ばれる。

ここでｄ，は前述した画像寸法ｑと、カメラ２およびモ
ニター５で決められる電気的倍率Ｑから、ｄ．＝害
‐‐‐【１１として求められる。

同様にして、対象物体１の他の端部Ｑ点もＤ２点に結像
されるので、平＝２ …｛２
１として求められる。

さらに、ズームレンズ７の第２主点位置ｆ，と２次元検
出器４の受光面４ａまでの距離１，が事前に判明してい
る値であるので、Ｐ点とかＤ，点、Ｑ点とＤ２点を結ぶ
直線ｙＤ，，ｙＤ２を示す式が次のように得られる。

ｙＤ．ｉ＝士Ｘｉ−１・ ‐‐‐‘３１＝岸１
１‐Ｘ・−１１ ‐‐‐【４｝ｙＤ２ｉ：・ぷ
」． 棚−−毒１１‐Ｘ・−１１ ‐
‐‐｛６１次に、第２の焦点位置８２にズームレンズ７
の第２主点を移動させた状態では、対象物体１の端部Ｐ
，Ｑの像が２次元検出器４の受光面４ａの上のＥ，，Ｅ
２点に結ばれるので、上記同機ｅ．＝害
…｛７１ ｅ２＝基 …｛８）の関
係が得られ、第５図の破線で示す直線ｙＥ，，ｙＥ２を
示す式もｙＥ．ｉ＝考Ｘｉ−１２ ‐‐‐｛
９）＝毒１２・Ｘ・−１２ ‐・‐００ｙＥ
２ｉ＝・２×ｉ−ー２ …（１１）ｅ
２−孝１２‐Ｘｉ−１２ ‐‐‐（１２）のよう
に得られる。

対象物体１の端部Ｐは、直線ｙＤ，，ｙＥ，の交点であ
るから、第４，１０式からＰ点の座標ｘｐ，ｙｐはｂ，
広０，一１２） ．．・（１３）×Ｐ＝
Ｑ（１，ｂ３−１２ｂ，）ｙｐ＝−Ｑ１，１２位，一ｂ
３） …（１４）として計算でき、同様に
他の端部Ｑの座標ｘＱ，ｙｏもＸＯ＝ＱＱ（１，一２）
…（１５）Ｑ０２Ｑ−１，ｂ４）ｙ。

＝‐Ｑ１，１２（ｂ４−Ｑ） …（１６
）０，い【１２Ｑ）から計算できる。

そして対象物体１の幅Ｗは Ｗ＝ノ（ｘｐ−ｘＱ）２ 十（ｙｐ−ｙＱ）２．・‐（
１７）として求められ、必要であれば対象物体１の懐き
△は△＝理二凶 ，．．（１
８）×Ｐ−×ｏで得られる。

これらの演算は、処理回路８でおこなわれる。

ここで処理回路８について説明すると、処理回路８は上
記各式を演算する演算部の外に、上述の（１７）式、即
ち寸法Ｗの計算結果を表示部、或いは上記計算結果を出
力する出力部、上記ｙ座標のｙｐ，ＹＱの差、換言すれ
ば対象物体１の傾き△（（１８）式）に対応する量を表
示する表示部をも備えている。したがって、額さ△に応
じて別途制御手段にて、対象物体１の懐きを是正するよ
うにすることもできる。ところで、焦点距離がｆ，の場
合と焦点距離ｆ２の場合とで対象物体１の傾きが変化し
たときには原理的には正確な測定を達成することはでき
ないが、上記各焦点距離において対象物体１の傾きが異
なるという状況は極めて稀であるので、実用上殆んど問
題はない。

又、振動についても、ズームのスピードが振動の周波数
に対して充分大きければ振動の影響を殆んど受けずに正
確に測定しうる。

実施例では光学レンズ系はズームレンズ７からなり、し
かも処理回路８からのズーム信号Ｓｇによりズームレン
ズ７の焦点距離が変化する構成としたが、例えば焦点距
離が異なる二つのレンズを第１図の矢印Ｎ方向（対象物
体１の長手方向）に沿って所定間隔を介して配設し、各
レンズにより結像された各光学像に対応した二つの検出
器４で検出して各電気映像信号を処理回路８に送出する
ように構成してもよい。

この場合には、対象物体１が振動、つまり時間的に変移
していても二つの検出器４についての電気的切り替えに
より、異なる焦点距離による測定の切り替えができるの
でズームレンズ７による場合に比べ、振動の影響をはる
かに受け難い利点がある。なお、上記実施例では、説明
のためモニター画像ｌａを用いたが、従釆よりおこなわ
れている画像処理技術では必ずしもモニター５を必要と
しない。

また、上記実施例では、計算上のｘ，ｙ座標の原点を指
定したが、他の適当なところに原点を層き計算式を展開
しても同様の効果が得られる。

以上のように、この発明によれば、異なった複数個の焦
点距離で対象物体を撮像して映像信号に基いて演算して
対象物体の寸法を得るようにしたので、対象物体の振動
、懐き等に関係なく寸法が正確に求められる効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図はそれぞれ従来装置の構成、動作を示す
ための図、第３図はこの発明による装置の構成を示すた
めの図、第４図イ，口、第５図はそれぞれこの発明によ
る装置の動作を説明するための図である。 図において、１は対象物体、２はカメラ、４は２次元検
出器、５はモニター、７はズームレンズ、８は処理回路
を示す。 尚、図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。第１図 第２図 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被測定対象物体を単一の焦点距離で結像する光学レ
   ンズ系と、この光学レンズ系による光学像に対応した電
   気的映像信号を発生する第１の撮像手段と、この第１の
   撮像手段とは異なつた焦点距離を有する第２の撮像手段
   と、上記第１および第２の撮像手段より送出される上記
   電気的映像信号、および上記焦点距離の値にもとづいて
   所定の演算を行うことにより上記物体の寸法を算出する
   処理手段を備えたことを特徴とする寸法測定装値。 ２ 異なつた焦点距離で対象物体を撮像する第１、第２
   の撮像手段は、単一の焦点可変レンズからなり、さらに
   物体の寸法を算出する処理手段は焦点可変レンズに対す
   る可変信号を発生し、かつ焦点可変レンズは前記可変信
   号を受けて焦点が変化するのを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の寸法測定装値。 ３ 異なつた焦点距離で対象物体を撮像する第１、第２
   の撮像手段の各々の光学レンズ系は、第１の焦点距離を
   有する第１の光学レンズと、光軸が前記第１の光学レン
   ズの光軸と所定間隔を介して配設された第２の焦点距離
   を有する第２の光学レンズとからなることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の寸法測定装値。