JPS6322241B2

JPS6322241B2 -

Info

Publication number: JPS6322241B2
Application number: JP9383881A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Nakagawa; Hiroshi Makihira
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1981-06-19
Filing date: 1981-06-19
Publication date: 1988-05-11
Also published as: JPS57208404A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、凸状の対象物の形状を光切断像から
正確に検出する形状検出装置に関するものであ
る。

光切断法による形状の自動測定、自動検査にお
いては、光学系により得られる光切断像をTVカ
メラ等の撮像器により検出し、検出された２次元
濃淡画像から光切断線を抽出することにより、入
力データを圧縮し、その後の処理を容易にする必
要がある。

第１図に例示する光切断法において、スリツト
投光器１からスリツト状の光束を被測定物２に投
光し、これを像検出器３により検出し、その検出
される２次元濃淡画像から光切断線を抽出する従
来技術としては、検出画像の縦方向の各走査線に
ついて最も明るい点を抽出することにより光切断
線を求める方法がある。第２図はこれを説明する
ための図であり、第２図ａは光切断像すなわち２
次元濃淡画像を明るい部分を黒く表現している。
第２図ｂは、同図ａの任意の縦方向の一本の走査
線ｉの映像信号を示している。この映像信号の明
るさＶが最も明るい点の縦座標Ziを検出し、これ
を走査線ｉの出力値とする。これを縦方向の全走
査線について実施することにより第２図ｃの光切
断線、すなわち波形データを得ることができる。

このような従来技術は、第１図に例示したよう
なｙ軸方向に形状がほぼ一定な対象の形状を検出
するのには有効であるが、ｙ軸方向の形状変化が
大きい対象物の形状を検出する場合、すなわち直
接スリツト光が当たつていない部分で異常反射に
より明るい部分を生じてしまう場合、その部分の
最も明るい点を光切断線と誤まつて検出してしま
うことがある。

第３図はその一例として被測定物がプリント配
線基板上に搭載された電気部品のはんだ付部であ
り、その形状を検出するための光切断法の構成を
示している。第３図において、スリツト投光器は
ランプ４、コンデンサレンズ５、スリツト６、投
光レンズ７で構成され、像検出器は結像レンズ
８、撮像器９で構成されている。スリツト状の光
は上方からレンズ７より被測定物であるはんだ付
部１０に投光され、これを斜め横から検出する。
第４図は被測定物周辺の拡大図であるが、上方か
ら投光されたスリツト光は、はんだ付部１０上に
スリツト輝線１１を形成する。ところではんだ付
表面の点１２ではその部分の面の傾き角の関係か
らレンズ８へ、レンズ７からの光が正反射して入
つてくる。レンズ７からの光の大半はスリツト輝
線１１に集光しているが一部は散乱しており、そ
のため点１２は明るく観察されることになる。第
５図ａはその光切断像を例示したものであるが、
このような場合、従来方式により光切断線を抽出
すると、第５図ｂのように異常な光切断線を得る
こととなる。

なお、従来技術として、ここでは最も単純な最
も明るい位置を抽出する方式についてその問題点
を示したが、これは他の方式すなわち像検出の各
走査において映像信号Ｖをあらかじめ設定した値
V₁，V₂（V₁＞V₂）と比較し、一走査における映
像信号Ｖの最大値VmaxがV₂より小の時Ｚ＝０、
V₁とV₂の間の時Ｖ＝VmaxとなるＺ位置をＺと
し、V₁より大きい時、一つの走査において最初
にＶ＝V₁となるＺ位置をZ₁、最後にＶ＝V₁とな
るＺ位置をZ₂とし、Ｚ＝（Z₁＋Z₂）／２とするこ
とにより光切断線Ｚ（ｘ）を抽出する特願昭54―
146427の方式においても同じ問題点を有してい
る。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をな
くし、凸状の対象物に対して光学的外乱を含む光
切断像から正しい光切断線を抽出して凸状の対象
物に対してその形状を正確に検出できるようにし
た形状検出装置を提供するにある。

従来技術の問題点として例示した異常反射は被
測定物面で生じる。従つてその異常反射部はスリ
ツト輝線より下に存在する。このことを利用し、
本発明では選択的に光切断線を抽出する。すなわ
ち、像検出器からの縦方向、上から下に走査した
時の各映像信号Ｖを、あらかじめ設定した値V₁
と比較し、最初にＶ≧V₁である区間についての
み光切断線を抽出し、それ以後Ｖ≧V₁である区
間が発生しても光切断線を抽出しないことを特徴
とする。即ち本発明は、スリツト状の光の帯を、
凸状の対象物に対して真上から投光するスリツト
投光器と、上記スリツト状の光の帯に対して斜め
方向から上記凸状の対象物上のスリツト輝線像を
二次元的に撮像する撮像装置と、該撮像装置から
得られる二次元画像を入力し、上記凸状の対象物
の横方向の同じ座標を示す一次元画像について上
記凸状の対象物の最も高い上側から調べていつ
て、スリツト輝線像に相当する映像信号レベルＶ
が所定の設定値V₂より大きな部分が最初に発生
し終わつた区間Ａを検出してその区間Ａ信号を出
力し、上記映像信号レベルＶが所定の設定値V₂
に到達しない場合には、区間信号を出力しない検
出区間設定手段と、該検出区間設定手段より区間
信号が検出された区間について、上記映像信号レ
ベルＶが、上記設定値V₂より低く設定された設
定値V₃に到達した場合には、その映像信号のピ
ークを示す高さ座標値Ｚ信号として光切断線を抽
出し、設定値V₃に到達しない場合には光切断線
なしの信号を抽出する最大値位置検出手段と、上
記検出区間設定手段より区間信号が検出された区
間について、上記映像信号レベルＶが、飽和レベ
ルより僅か低く設定された設定値V₁に到達した
場合には、上記映像信号が最初に上記設定値V₁
となつた座標値Z₁と最後に上記上記設定値V₁と
なつた座標値Z₂との中心位置を示す高さ座標値Ｚ
信号として光切断線を抽出する中心位置検出手段
と、上記映像信号レベルＶが上記設定値V₁を越
えるか否かによつて上記最大値位置検出手段の出
力信号と上記中心位置検出手段の出力信号とを選
択して出力する選択手段とを備え、上記検出区間
設定手段、最大値位置検出手段、中心位置検出手
段、及び選択手段により上記撮像装置から得られ
る二次元画像に基いて上記凸状の対象物の横方向
について処理し、光切断線により凸状の対象物の
形状を検出することを特徴とする形状検出装置で
ある。

第６図に本発明の一実施例の全体構成を示す。
これはスリツト投光器１と像検出器３で構成され
る光切断法形状検出部と、これで検出された映像
信号を入力し光切断線信号を出力する光切断線抽
出回路１３からなる。１３で抽出された光切断線
信号は、形状測定のために表示装置に出力したり
自動検査のために信号処理回路に出力したりす
る。

第７図は、第６図の光切断線抽出回路１３の一
実施例の基本構成を示す。光切断線抽出回路１３
は、映像信号Ｖ、設定値V₁，V₂，V₃（V₁＞V₂≧
V₃）、及び像検出器３の各走査のトリガー信号水
平同期信号Hdを入力とし、最大値位置検出回路
１４、中心位置検出回路１５、検出区間設定回路
１６、選択回路１７で構成される。ここで像検出
器３の撮像方式としては、第８図ａのように通常
のTVカメラにおけるように水平方向走査を画面
上から下に繰返していくものと、同図ｂのように
TVカメラを90゜回転したように垂直方向走査を画
面左から右に繰返してゆくものが考えられるが、
ここではまず第８図ｂの方式における実施例につ
いて説明する。

次に光切断線抽出回路１３の機能であるが、内
容的には回路１４，１５，１７で実現されるピー
ク位置検出法と、回路１６で実現する検出区間設
定処理からなる。前者は特願昭54―146427の内容
に相当する。すなわち第９図ａのように映像信号
の最大値Vmaxが区間〔V₁，V₃〕に入つている
場合、最大値位置検出回路１４によりそのＺ位置
Ｚを求める。また第９図ｂのようにVmaxがV₁
より大きい時、中心位置検出回路１５により最初
にＶ≧V₁となつたＺ位置Z₁、最後にＶ≧V₁とな
つたＺ位置Z₂を求め、さらにＺ＝（Z₁＋Z₂）／２
としてその中心位置を求める。そして１つの走査
中に中心位置検出回路１５内でＶがV₁以上にな
つた場合は、選択回路１７は中心位置検出回路１
５の出力を、ＶがV₁以上にならなかつた場合は
選択回路１７は最大値位置検出回路１４の出力を
光切断線の値として出力する。またＶが１つの走
査中にV₃以上になる事がなかつた場合選択回路
１７はゼロを出力する。検出区間設定は、上記Ｚ
の検出を第１０図ａ，ｂのようにＶ≧V₂となる
最初の山の終りまでのＡについてのみ行なう。但
し第１０図ｃのようにＶ≧V₂となることがない
場合区間Ａは全域とする。これにより第５図ａの
ような入力映像信号は第１１図のような光切断線
に変換される。

第７図の実施例をより詳細に記したものが第１
２図である。第１２図を使用して動作内容をより
具体的に説明する。

最大位置検出回路１４は、ピークホールド１
８、コンパレータ１９、ワンシヨツト２０、アン
ド２１、レジスタ２２、コンパレータ２４、フリ
ツプフロツプ２５で構成される。

中心位置検出回路１５は、コンパレータ２６、
フリツプフロツプ２７、ワンシヨツト２８，３
１、アンド２９，３２、Z₁レジスタ３０、Z₂レジ
スタ３３、加算器３４、フリツプフロツプ３８で
構成される。

検出区間設定回路１６は、コンパレータ３５、
フリツプフロツプ３６で構成される。

また各瞬間でのＺ座標を知るためのカウンタ２
３及び選択回路３７を有している。

最大位置検出回路１４では、映像信号Ｖはピー
クホールド１８に入り、１つの走査中におけるあ
る瞬間までのＶのピーク値をホールドする。コン
パレータ１９は、このホールドされたピーク値と
その瞬間のＶとを比較し、Ｖがホールドされたピ
ーク値以上となつた時、ワンシヨツト２０に
“１”（ON）を出力する。一方Ｖは、コンパレー
タ２４においてV₃と比較され、Ｖ≧V₃の時コン
パレータ２４は“１”を出力する。さらに検出区
間設定回路１６では、コンパレータ３５がＶと
V₂を比較し、Ｖ＜V₂の時“１”を出力する。そ
してフリツプフロツプ３６はトリガー信号Hdで
リセツトされ、Ｖが≧V₂からＶ＜V₂へ最初に移
行した時、“１”から“０”（OFF）に出力が変
化する。アンド２１はワンシヨツト２０とコンパ
レータ２４とフリツプフロツプ３６の出力のアン
ドをとるため、区間Ａ（第１０図ａ）で、かつＶ
≧V₃で、かつピークである瞬間に“１”を出力
することになる。これをレジスタ２２のロード信
号として使用し、トリガー信号Hdでリセツトさ
れるカウンタ２３のその瞬間の値をレジスタ２２
に記憶する。これにより一走査終了時にレジスタ
２２はＶ≧V₂に最初になつた区間における極大
値のＺ座標Ｚをホールドしている。

中心位置検出回路１５では、映像信号ＶはV₁
とコンパレータ２６で比較され、その出力はフリ
ツプフロツプ２７のセツト側に入力される。従つ
てワンシヨツト２８は、１つの走査において最初
にＶ≧V₁となる瞬間を検出する。これとフリツ
プフロツプ３６より区間Ａ（第１０図ｂ）を示す
信号とのアンドをアンド２９でとり、その出力を
レジスタ３０のロード信号として使用する事によ
り、Z₁レジスタ３０には区間ＡでＶ≧V₁に最初
になつたＺ位置Z₁がホールドされる。一方ワンシ
ヨツト３１はＶ≧V₁でなくなる瞬間を検出して
おり、これと区間Ａとのアンドをアンド３２でと
り、その出力をレジスタ３３のロード信号として
使用することにより、Z₂レジスタ３３には区間Ａ
で最後にＶ≧V₁でなくなるＺ位置Z₂がホールド
される。加算器３４はZ₁レジスタ３０とZ₂レジス
タ３３のホールド値よりＺ＝（Z₁＋Z₂）／２の演
算を行なう。

フリツプフロツプ２５はHdをリセツト信号と
し、コンパレータ２４の出力をセツト信号として
おり、Ｖ≧V₃なるケースが１つの走査中に存在
したかどうかの検出に使用される。フリツプフロ
ツプ３８はHdをリセツト信号とし、アンド２９
の出力をセツト信号としており、第１０図ｂのケ
ースが発生したかどうかの検出にしようされる。
従つて選択回路３７では、これらを条件信号と
し、フリツプフロツプ３８がセツトされている時
は加算器３４の出力値を、フリツプフロツプ３８
がリセツトのままでありフリツプフロツプ２５が
セツトされている時はレジスタ２２のホールド値
を、その他の場合ゼロを出力する。

次に他の一実施例として第８図ａの撮像方式の
一実施例を示す。ここでは高さ方向、ｚ軸の検出
区間を（Za，Zb）に限ることとする（第８図ａ
参照）。光切断線抽出回路１３の一実施例を第１
３図に示す。入力信号は第８図ａに示すように水
平走査される映像信号Ｖ、各水平走査の起点を示
すHd、各水平走査における水平方向、ｘ軸方向
のサンプリング間隔に対応するClockであり、レ
ベルV₁，V₂，V₃及びｚ軸検出区間Za，Zbはデジ
スイツチで与えるものとする。光切断線抽出回路
１３は、これらデジスイツチ３９，４０，４１，
４６，４７、コンパレータ４２，４３，４４，４
５，Ｚ座標発生回路４８、Ｘ座標発生回路４９、
Ａ／Ｄコンバータ５０、ゲート５１、データセレ
クタ５２、リードライト制御回路５３，５４，５
５，５６、Zm₁，Zm₂，Vmaxの値を記憶するラ
ンダム・アクセス・メモリ５７，５８，５９、
Zm書込み済みフラグ記憶用ランダム・アクセス
メモリ６０及び第１ピーク検出済みフラグ記憶用
ランダム・アクセスメモリ６１、加算器６２で構
成される。

映像信号Ｖは、Ｚ座標発生回路４８により区間
（Za，Zb）の間だけゲート５１を通つてＡ／Ｄコ
ンバータ５０でデイジタル信号に変換される。コ
ンパレータ４４は映像信号とデジスイツチ３９内
のV₃を比較し、Ｖ≧V₃を検出する。コンパレー
タ４３は同様にＶ≧V₁を検出する。コンパレー
タ４２は同様にＶ＜V₂を検出する。一方ｘ座標
はClockをカウントする事によりＸ座標発生回路
４９で発生され、これはランダムアクセスメモリ
５７，５８，５９，６０，６１のアドレスとして
参照される。従つてコンパレータ４５で映像信号
Ｖとメモリ５９に記憶されたVmaxと比較され、
Ｖ＞Vmaxの場合には、メモリ５９にVmaxとし
てＶが更新され、メモリ５９の内容Vmaxは、そ
の時のｘ座標におけるVmaxとなる。なお、各メ
モリは光切断線抽出に先立ち、クリアされる。ま
た、メモリ６０，６１は、第１０図の検出区間Ａ
を設定するもので、ｘ座標毎に、Ｚ方向について
の一次元の画像の明るさが第１０図ａ，ｂのよう
にＶ≧V₂となる区間が２個所以上存在する場合
２番目以降を無視するため、一旦Ｖ≧V₂となつ
たＶがＶ＜V₂となつたら第１ピーク検出済みフ
ラグを記憶させ、以後当該ｘ座標についての光切
断線の抽出を止める。

リードライト制御回路５４，５５，５６は、そ
れぞれ映像信号Ｖと設定値V₁，V₃及びメモリ５
９にZaの方から順次更新されて記憶される最大
映像信号Vmaxとの比較結果に応じ、以下のよう
に動作する。

１映像信号＜Vmaxであれば５４，５５，５６
共動作しない。

２映像信号＞Vmaxであり、かつ映像信号＜
V₁であり、かつ６１で第１ピーク検出済みで
なければ、５４，５５，５６が動作し、その時
のｚ座標を５７，５８に、その時の映像信号の
値を５９にそれぞれ書込む。

３映像信号＝Vmaxであり、かつ６１で第１ピ
ーク検出済みでなければ、５４のみが動作しそ
の時のｚ座標を５８に書込む。

４映像信号≧V₁で、かつ６１で第１ピーク検
出済みでなければ、５４と５６が動作し、その
時のｚ座標を５８へ書込むと共に、データセレ
クタ５２を介しV₁を５９に書込む。

５６１で第１ピーク検出済みであれば５４，５
５，５６共動作しない。

これら動作中に６０，５３，６１は以下のよう
に動作しメモリ６１に第１ピーク検出済みフラグ
を記憶してゆく。すなわちメモリ６０は、区間
（Za，Zb）についてリードライト制御回路５５で
Zmlの書き込み命令がでると、そのＸ座標に対応
するメモリ内容にフラグ１を入れる。従つてメモ
リ６０の内容は各Ｘ座標についてZm₁が最初に検
出されるまで“０”であり、検出後は“１”とな
り以後“１”が保存される。リードライト制御回
路５３はメモリ６０の内容とコンパレータ４２の
内容のアンドをとる。従つてZm₁が１回検出され
て以後映像信号＜V₂が成立した時“１”となる。
従つてメモリ６０の内容はZm₁が１回検出されて
以後映像信号＜V₂が最初に成立して以後“１”
が記憶される。すなわち第１ピーク検出後、映像
信号＜V₂が成立すれば、フラグ“１”がセツト
され、そのｘ座標では第１ピーク検出済みである
ことを記憶したことになる。

以上の動作をＺ座標のZaからZbまで実行する
とメモリ５７，５８には、ｘ座標に対応して次の
Ｚ座標データが書き込まれる。

１ Za〜Zb間でＶ≧V₁とならなかつたｘ座標で
は、Ｖ≧V₃となるＺ座標区間内でピーク値を
示すＺ座標がメモリ５７及び５８に書き込まれ
る。なお、第１０図ａに示すようにＶ≧V₂と
なる場合には、最初の区間Ａのみ検出区間とす
る。

２第１０図ｂに示すようにZa〜Zb間でＶ≧V₁
となつた場合には、Ｖ≧V₁区間の始端Z₁がメ
モリ５７に、終端Z₂がメモリ５８に書き込まれ
る。なお、第１０図ｂに示すようにＶ≧V₂と
なる場合には、最初の区間Ａのみ検出区間とす
る。従つてＺ＝Zbにおける処理が終了した後、
４８の指令によりゲート５１が閉じ、ｘ座標を
インクリメントしつつ５４，５５に５８，５７
からのリード指令を発すると、６２へは５８，
５７のメモリ内容が出力され、それらの平均値
を６２が出力し、６２から抽出された光切断線
がＺ座標列データとして出力される。

なお、以上の実施例では像検出器については触
れなかつたが、これはTVカメラ、２次元固体撮
像素子、１次元固体撮像素子と光学的走査方式の
組合せ、光電子増倍管等受光器と光学的走査方式
の組合せのいずれであつても良い。

以上の実施例ではV₁＞V₂＞V₃としたが、V₂＝
V₃であつても良い。

以上の実施例ではＶ≧V₁ではV₁を閾値とする
中心位置検出、V₃≦Ｖ＜V₁では極大位置検出と
したが、これは単にＶ≧V₃で中心位置検出、あ
るいはＶ≧V₃で極大位置検出だけであつても良
い。これらの場合実施例に示した光切断抽出回路
の構成は、その一部だけを使用する単純なものと
なる。

第１３図の実施例においては、Za，Zbをデジ
スイツチでセツトし、固定値として使用している
が、これを可変値とし、各ｘ座標に応じてZ₁，Z₂
を変化させる方式であつても良い。

第１２図の実施例においては、Za，Zbを特に
与えていないが、第１３図におけると同様にZa，
Zbを適用しても良い。

本発明により、形状変化の大きい対象物の光切
断線を、対象物からの異常反射に影響されること
なく抽出することができる。特に、はんだ付部の
ように光沢をもつた物体の形状検出に、この点で
特に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は光切断法の説明図、第２図は光切断線
抽出法の従来技術の説明図、第３図は光切断法に
よるプリント板はんだ付部検出法の説明図、第４
図は異常反射の状態を説明する図、第５図は異常
反射による従来技術の誤動作の一例を説明する
図、第６図は本発明の一実施例の全体構成図、第
７図は本発明の光切断線抽出回路の一実施例の機
能ブロツク図、第８図は像検出器の画像走査の２
種類を例示する図、第９図は最大位置検出及び中
心位置検出の機能を説明する図、第１０図は本発
明の最初に発生する明るい部分のみから最大位置
あるいは中心位置の検出を行なう機能を説明する
図、第１１図は本発明の方式による正常動作の一
例を説明する図、第１２図は本発明の一実施例の
詳細な構成図、第１３図は本発明の他の一実施例
の詳細な構成図である。１…スリツト投光器、２…像検出器、１３…光
切断線抽出回路。

Claims

【特許請求の範囲】

１スリツト状の光の帯を、凸状の対象物に対し
て真上から投光するスリツト投光器と、上記スリ
ツト状の光の帯に対して斜め方向から上記凸状の
対象物上のスリツト輝線像を二次元的に撮像する
撮像装置と、該撮像装置から得られる二次元画像
を入力し、上記凸状の対象物の横方向の同じ座標
を示す一次画像について上記凸状の対象物の最も
高い上側から調べていつて、スリツト輝線像に相
当する映像信号レベルＶが所定の設定値V₂より
大きな部分が最初に発生し終わつた区間Ａを検出
してその区間Ａ信号を出力し、上記映像信号レベ
ルＶが所定の設定値V₂に到達しない場合には、
区間信号を出力しない検出区間設定手段と、該検
出区間設定手段より区間信号が検出された区間に
ついて、上記映像信号レベルＶが、上記設定値
V₂より低く設定された設定値V₃に到達した場合
には、その映像信号のピークを示す高さ座標値Ｚ
信号として光切断線を抽出し、設定値V₃に到達
しない場合には光切断線なしの信号を抽出する最
大値位置検出手段と、上記検出区間設定手段より
区間信号が検出された区間について、上記映像信
号レベルＶが、飽和レベルより僅か低く設定され
た設定値V₁に到達した場合には、上記映像信号
が最初に上記設定値V₁となつた座標値Z₁と最後
に上記上記設定値V₁となつた座標値Z₂との中心
位置を示す高さ座標値Ｚ信号として光切断線を抽
出する中心位置検出手段と、上記映像信号レベル
Ｖが上記設定値V₁を越えるか否かによつて上記
最大値位置検出手段の出力信号と上記中心位置検
出手段の出力信号とを選択して出力する選択手段
とを備え、上記検出区間設定手段、最大値位置検
出手段、中心位置検出手段、及び選択手段により
上記撮像装置から得られる二次元画像に基いて上
記凸状の対象物の横方向について処理し、光切断
線により凸状の対象物の形状を検出することを特
徴とする形状検出装置。