JPS6125003A

JPS6125003A - 形状計測方法

Info

Publication number: JPS6125003A
Application number: JP14646384A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Iso; 三男磯
Original assignee: Hitachi Zosen Corp; Hitachi Shipbuilding and Engineering Co Ltd
Current assignee: Kanadevia Corp
Priority date: 1984-07-13
Filing date: 1984-07-13
Publication date: 1986-02-03

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、被計測体の形状を計測する形状計・測方法
に関する。

〔従来技術〕

従来、被計測体の形状を計測する手法として、センシン
グプローブを被計測体に接触させて被計測体の形状を計
測する接触法や、２台のカメラによシ同一対象物を同時
に撮像しその両画像の共通点を求めて被計測体の形状を
計測するステレオ写真法、基準面におけるモアレ縞およ
び被計測体表面におけるモアレ縞にもとづき被計測体の
形状を計測するモアレトポグラフィ法、および縦長のス
リット光を被計測体に照射して当該照射個所をテレビカ
メラにより撮像し、当該画像の特徴的な点を求めて被計
測体の形状を計測する光切断法などの非接触法があシ、
これらの各手法が産業用ロボットの物体認識技術として
、あるいは各種の検査装置等における物体認識技術とし
て広く応用されている。

ところが、前記した接触法では計測に長時間を要すると
いう欠点があり、非接触式の場合も、被計測体の形状を
認識しているだけで、被計測体の位置、すなわち任意の
座標系における座標を直接計測しているのではないため
、被計測体の位置を求めるには、得られた画像から対象
とすべき点を求めたのち、求めた点の位置すなわち座標
を演算。

導出しなければならず、演算に時間がかかシ、しかもこ
れらの手法を実現する計測装置は分解能が非常に低いた
め、被計測体そのものが小さい場合。

あるいは被計測体表面に小さな凹凸がある場合には、精
度よく被計測体や表面の凹凸の形状を認識できず、信頼
性に欠けるという欠点があり、被計測体の形状計測する
には不十分である。

〔発明の目的〕

この発明は、前記の点に留意してなされたものであり、
被計測体の形状および位置を短時間で精度よく計測でき
るようにすることを目的とする。

〔発明の構成〕

この発明は、被計測体を撮像する１対の撮像手段を備え
、前記両撮像手段の重複視野内の前記被ト光ごとのそれ
ぞれの照射点を撮像し、画像処理手段によシ前記両撮像
手段による前記各照射点の画像を順次画像処理して前記
各照射点の位置な導出するとともに、導出した前記各照
射点の位置にもとづき前記計測体の形状および位置を計
測することを特徴とする形状計測方法である。

〔発明の効果〕

したがって、この発明の形状計測方法によると、両撮像
手段の重複視野内の被計測体表面の複数個所に順次照射
されるスリット光ごとの各照射点を両撮像手段により撮
像し、画像処理手段により両撮像手段による各照射点の
画像を順次画像処理して各照射点の位置を導出して被計
測体の形状および位置を計測するようにしたことにより
、光源の正確な位置合わせが不要となり、両撮像手段の
重複視野内であれば、スリット光の照射角に関係なく、
しかも両撮像手段さえ精度よく調節しておくことにより
、容易に各照射点の位置を導出して被計測体の形状およ
び位置を一度に計測することができ、従来のように計測
点を捜したのち、その計測点の位置を求めるという２度
手間にならず、計測時間の短縮を図ることができるとと
もに、計測精度は両撮像手段そのものの分解能で決まる
ため、分解能の高い撮像手段を選定することによシ、被
計測体の形状および位置を精度よく計測することができ
、非常に実用的である。

〔実施例〕

つぎに、この発明を、その１実施例を示した図面ととも
に詳細に説明する。

まず計測装置の概略を示す第１図において、（１）は被
計測体（以下ワークという）、（２）は同図中のＸ軸、
Ｚ軸方向に移動自在に設けられた移動台車、（３）は台
車（２）内に設けられスリット光であるスポット光を照
射するレーザまたはキセノンランプからなる光源、（４
）は台車（２）内に回転自在に設けられ光源（３）から
のスポット光の光路を変更する反射鏡、（５Ｂ）、（５
ｂ）は台車（２）内に収納され反射鏡（４）の回転限界
をそれぞれ検出する検出器、（６ａ）、（６ｂ）は台車
（２）内の反射鏡（４）の両側にＸ軸に平行に配設され
た撮像手段であるＣＣＤ型リニアイメージセンサからな
る第１．第２イメージセンサであり、両イメージセンサ
（６ａ）、（６１３）が異なる角度でワーク（１）をそ
れぞれ撮像する。

つぎに、両イメージセンサ（６ａ）、（６ｂ）からの信
号を処理する処理回路を示す第２図において、（７）は
レンズを備え複数個の受光素子が１次元的に配列され、
前記レンズを介して前記スポット光の照射点を撮像して
各受光素子からの撮像信号を合成して合成撮像信号を出
力する第１イメージセンサ（６ａ）會ンサヘッド、（８
）はヘッド（７）からのアナログ信号である合成撮像信
号をスライスしてデジタル信号に変換するスライサ、（
９）はスライサ（８）のスライスレベル設定器、０Ｉは
ヘッド（７）からの撮像信号のうち不要部分を消すマス
キング回路、Ｏυは前記撮像信号の不要部分を設定する
マスキング設定ヌイツチ、（６）はスライスされたヘッ
ド（７）からの撮像信号においてへイレベルパルヌの存
在する受光素子に対応するアドレスをカウントするアド
レスカウンタ、α［有］はカウンタ０４によりカウント
されたアドレスデータを表示するデータ表示部、０荀は
カウンタα４によりカウントされたアドレスデータを記
憶する記憶部、Ｏｆｔはインターフエイヌであり、出力
端子ＯＱよジ記憶部ａΦに記憶されたデータを転送する
ようになっており、スライサ（８）、レベル設定器（９
）。

マスキング回路００　、設定スイッチ（１１）　、カウ
ンタ０り。

表示部０３．記憶部０４）およびインターフェイス０５
１により第１イメージセンサ（６ａ）の処理回路θηが
構成されるとともに、同様に第２イメージセンサ（６ｂ
）の処理回路Ｑ７１’が構成されている。

さらに、演算回路を示す第３図において、０８）は両イ
メージセンサ（６ａ）、（６ｂ）からのデータにもとづ
き、ワーク（１）上のスポット光の照射点の任意のＸＹ
Ｚ座標系における座標を導出する演算部、ＯＱは表示部
であり、演算部（１８）により導出された前記照射点の
座標を表示するようになっており、演算部０８）および
表示部０１によりコンピュータ等からなる演算回路（ホ
）が構成され、画処理回路θカ、０Δおよび演算回路銅
により画像処理手段ｃ２１）が構成されている。

ところで第１図に示すように、第１イメージセンサ（６
ａ）の視野が点ＡとＢとを結ぶ線分を中心線として２軸
方向にある幅をもった範囲であり、第２イメージセンサ
（６ｂ）の視野が点ＣとＤとを結ぶ線分を中心線として
ｚ軸方向にある幅をもった範囲であるとすると、両イメ
ージセンサ（６ａ）、（６ｂ）　＋７）重複する視野は
点ＡとＤとを結ぶ線分を中心線としてＺ軸方向にある幅
をもった範囲（以下範囲ＡＤという）となる。

つぎに、反射鏡（４）の角度θ回転によりスポット光の
光路を角度θ′の範囲内で振動させて光源（３）からの
スポット光を点ＥとＦとを結ぶ線分、とくに重複視野で
ある点ＡとＤとを結ぶ線分上の各点に順次照射し、たと
えばある照射点が第１図に示すように点Ｐである場合、
両イメージセンザ（６ａ）　。

（６ｂ）により、第４図（ａ）に示すような２個のスタ
ートパルスＳの出力期間に照射点Ｐの近辺が撮像され、
たとえば一方のセンサヘッド（７）に配列された各受光
素子から順次に撮像信号が合成されて第４図（ｂ）に示
すように照射点Ｐのみ輝度の非常に高い合成撮像信号が
形成され、両イメージセンサ（６ａ）。

スキング回路ＯＩにより前記合成撮像信号にマスキング
回路Ｍが設定されると同時に、スライサ（８）それぞれ
により同図（ｂ）に示すようなヌライスレベルＬ以下の
前記合成撮像信号がそれぞれカットされてスライスされ
、照射点Ｐに相当する前記レベルＬよりも高いピーク信
号のみが取シ出されて同図（Ｃ）に示すようなスライス
信号が得られ、アドレスカウンタ（２）により、前記ス
ライス信号のハイレベルパルスの存在するアドレス、す
なわち取シ出された信号の出力源である受光素子に対応
するアドレスＮがカウントされ、カウントされたアドレ
スＮがアドレスデータとして記憶部（１４）に記憶され
る。

そして、両イメージセンサ（６ａ）、（６ｂ）からの合
成と同様にしてそれぞれスライス信号が得られ、照射点
Ｐにそれぞれ対応するハイレベルパルスＱ。

Ｑ′のアドレスＮ＋　、Ｎ２がそれぞれのカウンタ（６
）によりカウントされ、表示部ａ３によりそれぞれのア
ドレスＮｌ　、Ｎ２がデータ表示されると同時に、記憶
部０荀に記憶され、演算部０８）によシ前記両アドレス
Ｎ＋。

Ｎ２にもとづき照射点Ｐの座標が演算導出される。

すなわち、第１図に示したｘ、ｙ、ｚの各軸を座標軸と
する任意のＸＹｚ座標系のＸＹ平面のみを考え、たとえ
ば第６図に示すようにＸＹ座標系を想定し、第６図に示
すように両イメージセンサ（６ａ）、（６ｂ）の両レン
ズの倍率をＫｌ、に２とし、両イメージセンサ（６ａ）
、（６ｂ）の視野のＹ軸に近い方の限界線Ｒ１，Ｒ２と
Ｙ軸とのそれぞれの交点Ｖｌ、Ｖ２の座標をそれぞれ（
８，０）　、　（ｂ、Ｏ）とすると、両イメージセンサ
（６ａ）、（６ｂ）と実際のワーク（１）上の照射点Ｐ
とをそれぞれ結ぶ線とＹ軸とのそれぞれの交点ｖ１′。

Ｖ２’の座標のＸ軸成分α、βはそれぞれ、α＝　ａ　
十Ｋｌ　ｊＮ＋　　　　　　　　　　　　・・・■β＝
ｂ−４−に２・Ｎ２　　　　　　　　　・・・■と表わ
され、さらに両イメージセンサ（６ａ）、（６ｂ）の設
！１点であるレンズの前面の中心点Ｌｌ、Ｌ２の座標Ｘ
軸成分をそれぞれα０．βｏ、Ｙ軸成分をともにＫとし
、両イメージセンサ（６ａ）、（６ｂ）間のＸＹ平而面
おける距離をＬとすると、ワーク（１）上の照射点Ｐの
座標（ｘｐ　、　ｙｐ）のＹ軸、Ｙ軸成分はそれぞれ、
ｘｐ＝（β０−β用ｌ−丁Ｔどニア　）＋β　　　　・
・・■る直線の交点として与えられることになり、演算
条件として前記した各点Ｖｌ　、Ｖ２　、Ｌｌ　、Ｌ２
の座標（ａ＋ｏ）＋（ｂ、ｏ）、（αＯ＋Ｋ）　＋　（
βｏ、Ｋ）　、両レンズの倍率に＋　、に２および両イ
メージセンサ（６Ｂ）、（６ｂ）間の距離りを予め演算
部α的に入力しておくことによシ、画像処理によシ得ら
れたアドレスデ′−タＮ＋　、Ｎｐ、にもとづき、前記
■、■式に従って点Ｖｌ’、Ｖ２’の座標が演算され、
演算された点Ｖｌ’、Ｖ２’の座標のＸ軸成分α。

βにもとづき、前記■、■式に従って照射点Ｐの座標（
ｘｐ、ｙｐ）が導出される。

さらに、これらの動作を繰り返して点ＡとＤとを結ぶ線
分上の複数個のスポット光の照射点の座標を導出すると
ともに、移動台（２）をＺ軸方向に所定量ずつ移動させ
て再び前記の動作を繰り返し、ワーク（１）上の複数個
の照射点の座標を導出してワーク（１）の形状および位
置を計測すると同時に、ワ〜り（１）の表面状態を計測
する。

したがって、前記実施例によると、光源（３）や反射鏡
（４）の正確な位置合わせが不要となり、両イメージセ
ンサ（６ａ）、（６ｈ）の重複視野内であれば、スポッ
ト光の照射角に関係なく、しかも両イメージセンサ（６
ａ）、（６ｂ）さえ精度よく調節してその位置を把握し
ておくことにより容易に各照射点の位置を座標として導
出し、ワーク（１）の形状および位置を一度に計測する
ことができ、従来のように計測点を捜したのち、その計
測点の位置を求めるという２度手間にならず、計測時間
の短縮を図ることができる。

さらに、両イメージセンサ（６ａ）、（６ｂ）のレンズ
の倍率Ｋｌ、に２を適宜選定することにより、ワーク（
１）の形状や微小な凹凸の形状を正確に計測することが
でき、非常に実用的である。

また、ワーク（１）の形状を非接触で行なうため、ワー
ク（１）がゴム等の柔軟で変形し易いものであっても、
形状を容易に計測することができる。

さらに、スポット光を使用しているため、エネルギー密
度が低くて済み、照明を使用したときの照明熱により、
ワーク（１）に歪が生じたシすることもない。

なお、両撮像手段としてＣＯＤ型リユリニアイメージセ
ンサ用したが、ＭＯ８型イメージセンサや撮像管等によ
り構成してもよいことは勿論である。

また、反射鏡（４）によシスポット光の光路を回転させ
るだけでなく、電子ビーム等により磁気的にスポット光
の光路を回転させるようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

図面は、この発明の形状計測方法の１実施例を示し、第
１図は計測装置の斜視図、第２図は処理回路のブロック
図、第３図は演算回路のブロック図、第４図（ａ）〜（
０）はそれぞれ動作説明用の各信号波形図、第５図（ａ
）　、　（ｂ）はそれぞれ両撮像手段からの合成撮像信
号の波形図、第６図は動作説明図である。（１）・・・被計測体、（３）・・・光源、（６ａ）、
（６ｂ）・・・イメージセンサ、（２１１・・・画像処
理手段、Ｐ・・・照射点。第１図１　　　　　　　　　　　　　　　　　　　区≧ 味へ　区　　　　　　味の凹味ぐ　図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）被計測体を撮像する１対の撮像手段を備え、前記
両撮像手段の重複視野内の前記被計測体表面の複数個所
に光源からのスリット光順次を照射し、前記両撮像手段
により前記各スリット光ごとのそれぞれの照射点を撮像
し、画像処理手段により前記両撮像手段による前記各照
射点の画像を順次画像処理して前記各照射点の位置を導
出するとともに、導出した前記各照射点の位置にもとづ
き前記計測体の形状および位置を計測することを特徴と
する形状計測方法。