JP2002286425A

JP2002286425A - 変位センサ

Info

Publication number: JP2002286425A
Application number: JP2001086447A
Authority: JP
Inventors: Michitoshi Okada; 道俊岡田; Tatsuya Matsunaga; 達也松永; Masahiro Kawachi; 雅弘河内
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2001-03-23
Filing date: 2001-03-23
Publication date: 2002-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】ヘッド部との距離の大小、換言すれば、受光
光学系に対する距離の大小に拘わらず、変位方向（例え
ば、高さ方向）のみならず、位置方向（例えば、幅方
向）についても正確な計測を行うことが可能な変位セン
サを提供すること。【解決手段】断面直線状の光を所定角度で計測対象物
体上に照射する投光手段と、計測対象物体上の照射光像
を含む所定領域を別の角度から二次元撮像素子にて撮影
する受光手段と、受光手段に含まれる二次元撮像素子か
ら得られる画像に基づいて計測対象物体上の照射光像位
置の所定方向への変位を求める演算手段とを有する変位
センサにおいて、二次元撮像素子の画像から求めた計測
対象物体上の位置と実際の計測対象物体上の位置とその
位置の計測変位との対応関係を示す位置補正用情報を記
憶させる。

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、ラインビームと
二次元撮像素子とを用いた光切断法により対象物体の変
位を検出する変位センサに係り、特に、計測対象物体と
の距離に拘わらず、常に、正確な位置計測が行われるよ
うにした変位センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】本出願人は、先に断面直線状の光（以
下、『ラインビーム』という）を所定角度で計測対象物
体上に照射する投光手段と、計測対象物体上の照射光像
を含む所定領域を別の角度から二次元撮像素子（例え
ば、二次元ＣＣＤ等）にて撮影する受光手段と、受光手
段に含まれる二次元撮像素子から得られる画像に基づい
て計測対象物体上の照射光像位置の所定方向への変位
（例えば、高さ等）を求める演算手段とを有する変位セ
ンサを提案している。

【０００３】図９は、このような変位センサにおける、
ヘッド部内の光学系と検出物体との関係を示す説明図で
ある。尚、この変位センサのハウジングは、投光手段と
受光手段とを含むヘッドユニットと、演算手段を含む信
号処理ユニットとに分割構成されている。

【０００４】同図（ｂ）の側面図に示されるように、ヘ
ッド部１内には、スリット光源１０１と、投光用光学系
１０２と、受光用光学系１０３と、二次元撮像素子１０
４とが含まれている。

【０００５】スリット光源１０１は、発光ダイオードや
レーザダイオードなどの光源と、それらの光源から発生
された光をスリット光に整形するためのスリット板が含
まれている。そのため、スリット光源１０１からは、断
面直線状に整形された比較的幅広なビーム３が出射され
る。このビーム３は、投光用光学系１０２にて適宜集光
され、計測対象物体２の上面に照射される。すると、計
測対象物体２の上面には、符号３０１に示されるよう
に、ラインビーム３の照射光像が描かれる。計測対象物
体２の上面には段部２ａが設けられている。段部２ａの
上面が平坦な場合、符号３０１に示されるラインビーム
の照射光像が、直線状となる。尚、この例では、段部２
ａの上面は光を乱反射する性質を有する。そのため、ラ
インビーム３は計測対象物体２の上面へ向けて、真上か
ら垂直に照射される。

【０００６】一方、計測対象物体２の上面で拡散反射さ
れたラインビーム３の反射光４ａ，４ｂは、受光光学系
１０３を経て、二次元撮像素子（例えば、二次元ＣＣＤ
等）の受光面に結像される。ここで、二次元撮像素子１
０４の受光面の方向は、水平走査線の向きが、ラインビ
ーム３の断面をなす直線と直交するように設定されてい
る。後述するように、計測対象物体２の上面の位置が上
下動すれば、二次元撮像素子１０４の受光面上における
ラインビーム照射光像の位置は、水平走査線と平行な方
向へと移動する。従って、二次元撮像素子１０４の受光
面上におけるラインビーム照射光像のピクセル位置を求
めることにより、逆に計測対象物体２の上面位置を計測
することができる。

【０００７】図１０には、二次元ＣＣＤ内のラインビー
ム光像を示す説明図が描かれている。同図において、符
号１０４ａに示されるのが二次元ＣＣＤの受光面の輪郭
（視野）であり、符号３０１ａ，３０１ｂとして示され
る直線は、ラインビーム光像である。図から明らかなよ
うに、この二次元ＣＣＤにあっては、１２６水平走査ラ
イン×１０２４ピクセルといった極めて細長い視野が設
定されている。このような視野を形成する方法として
は、本出願人が先に提案したように、通常サイズの二次
元ＣＣＤを用意し、その受光面上に細長い窓を有するオ
プティカルブラック領域を形成すればよい。オプティカ
ルブラック領域の形成方法としては、アルミ等の光を透
過しないマスクを受光面上に被せる方法、受光素子を構
成するエレメントを光に感応しないように半導体製造技
術で改変する方法、各受光エレメントから垂直ＣＣＤへ
の転送経路を回路的に遮断する方法等を挙げることがで
きる。

【０００８】図１０に戻って、図９に示される上面に段
部２ａを有する計測対象物体を撮影した場合、二次元Ｃ
ＣＤの視野内には、直線状のラインビーム照射光像３０
１ａ，３０１ｂが出現する。符号３０１ａで示される直
線上の照射光像は、計測対象物体２の段部２ａの下面レ
ベルを、符号３０１ｂで示される直線状のラインビーム
照射光像は、段部２ａの上面レベルを示している。その
ため、ラインビーム照射光像３０１ａとラインビーム照
射光像３０１ｂとの距離が段部の高さに、またラインビ
ーム照射光像３０１ｂの長さが段部の幅に対応する。そ
のため、このようにして得られるＣＣＤ画像に基づき、
段部の断面積を計測することができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の変位センサにあっては、図１１に示されるよ
うに、受光ビーム４の視野が扇形をなしているため、換
言すれば、受光光学系が扇形になっているため、ヘッド
部からの距離が遠いときには視野が広くなり、他方近い
ときには視野が狭くなる。そのため、同一の計測対象物
体（ワーク）であっても、符号２Ａに示されるように近
いときと、符号２Ｂに示されるように遠いときとでは、
全視野に対するワークの幅が大きく変動し、精度良く位
置計測を行うことができないという問題点が指摘されて
いる。

【００１０】すなわち、図１１と図１２とを比較して明
らかなように、ワークが近くに存在するときには（図１
１の２Ａ参照）、ワークの画像は幅広なものとなる（図
１２の３０１Ａ参照）。これに対して、遠くに存在する
ときには（図１１の２Ｂ参照）、幅狭な画像となる（図
１２の３０１Ｂ参照）。尚、図１１及び図１２において
は、幾分寸法関係を誇張して示されていることを注意さ
れたい。

【００１１】この発明は、このような従来の問題点に着
目してなされたものであり、その目的とするところは、
ヘッド部との距離の大小、換言すれば、受光光学系に対
する距離の大小に拘わらず、変位方向（例えば、高さ方
向）のみならず、位置方向（例えば、幅方向）について
も正確な計測を行うことが可能な変位センサを提供する
ことにある。

【００１２】又、この発明の他の目的とするところは、
受光光学系が扇形である場合のみならず、受光光学系の
光学的歪みのために、二次元ＣＣＤの受光面上における
座標と実際の座標とに誤差が生じる場合にも、これを適
切に補正して、正確な位置計測が可能な変位センサを提
供することにある。

【００１３】又、この発明の他の目的とするところは、
製造段階乃至は出荷段階において、補正に必要な情報を
適切に組み込むことを可能とし、これにより個々のヘッ
ド部製品毎に最適な補正をなし得るようにした変位セン
サを提供することにある。

【００１４】更に、この発明の他の目的とするところ
は、計測対象物体上の段部の幅を計測するような場合、
幅のエッジ部を適切に検出することができ、さらにこれ
を適宜距離補正することによって、精度良く幅計測を行
うことが可能な変位センサを提供することにある。

【００１５】この発明の更に他の目的並びに作用効果に
ついては、以下の明細書の記載を参照することにより当
業者であれば容易に理解することができるであろう。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この発明の変位センサ
は、断面直線状の光を所定角度で計測対象物体上に照射
する投光手段と、計測対象物体上の照射光像を含む所定
領域を別の角度から二次元撮像素子にて撮影する受光手
段と、受光手段に含まれる二次元撮像素子から得られる
画像に基づいて計測対象物体上の照射光像位置の所定方
向への変位を求める演算手段とを有している。

【００１７】投光手段における断面直線状の光の照射角
度は対象物体の表面性状によって異なる。表面が微視的
に見て粗面の場合、物体表面の拡散乱反射が期待され
る。この場合、投光手段からの光は、計測対象物体上面
に対し垂直に照射される。これに対して、金属やガラス
等といった表面で正反射する性状を有する物体に対して
は、物体表面に対して斜めの角度で投光が行われ、受光
光学系においては、その正反射光を受け取るように対照
的に斜めに構成される。

【００１８】受光手段における二次元撮像素子としては
先に説明したように細長い視野を有する二次元ＣＣＤを
用いることが好ましい。このような二次元ＣＣＤは、そ
の長手方向の視野が、変位計測方向と平行となるように
位置決めされる。つまり、計測対象物体の上面が上下動
したような場合、二次元ＣＣＤの撮像面に現れる光像
は、水平走査線に沿う方向へと移動する。そのため、計
測対象となる変位（例えば高さ）を高精度に計測するこ
とができる。

【００１９】本発明の主たる特徴とするところは、以上
の構成よりなる変位センサにおいて、二次元撮像素子の
画像から求めた計測対象物体上の位置と実際の計測対象
物体上の位置とその位置の計測変位との対応関係を示す
位置補正情報を記憶させた点にある。ここで、計測対象
物体上の位置とは、例えば、二次元撮像素子の視野の幅
方向、すなわち、水平走査線と直交する方向における位
置とすることができる。この位置は、水平走査線の番号
により特定できる。

【００２０】又、計測対象物体上の位置の計測変位と
は、各走査線上において検出されるピーク位置のピクセ
ル等により特定することができる。

【００２１】そして、このような位置補正用情報を記憶
させた構成によれば、適宜補正用プログラムを組むこと
によって、二次元撮像素子の画像から求めた計測対象物
体上の位置を、実際の計測対象物体の位置に補正するこ
とができるから、その後こうして得られた位置に基づき
例えば突部の幅などを求める場合、その計測精度を格段
に向上させることができる。

【００２２】位置補正用情報としては、様々な形態をと
ることができる。光学系に比較的歪みが少ないような場
合、物体が近くにあるときと遠いときとでは、その誤差
に直線的な関係が成立する。このような場合、位置補正
用情報は、関数式（変換式）の形態をとることができ
る。このような構成によれば、情報量が少なくなるた
め、位置補正用情報格納のための記憶エリアを節減する
ことができる。

【００２３】一方、単に対象物体の遠近による誤差のみ
ならず、光学系の歪みなどのために、二次元撮像素子の
画像から求めた位置と実際の位置との偏差が複雑に変動
するような場合、これを関数により一律に規定すること
はなかなか難しい。このような場合、二次元撮像素子の
視野内における各位置毎に、予め実際の位置と画像から
求めた位置との相関をとっておき、これを変換テーブル
として記憶することが好ましい。

【００２４】このような構成によれば、二次元撮像素子
の画像から求めた計測対象物体上の位置と実際の計測対
象物体上の位置とが非線形的に変動するような場合にあ
っても、個々の視野内の位置毎に適切な補正を行い、高
精度な計測を実現することができる。加えて、テーブル
ルックアップ手法を採用できるため、処理の高速化を図
ることもできる。

【００２５】この種の変位センサのハウジング構成に
は、ヘッド分離型のものとヘッド一体型のものとが考慮
される。ヘッド分離型ハウジングの場合、ヘッド部には
投光系並びに受光系の光学系が組み込まれるから、各製
品毎に誤差の補正が必要となる。このような場合、誤差
補正に必要な位置補正用情報は、ヘッド部ハウジング内
に記憶させたメモリ（例えば、ＥＥＰＲＯＭ）などに格
納することが好ましい。

【００２６】このような構成によれば、製品出荷時に際
して、その都度最適な位置補正用情報を実際の計測によ
り求め、これをヘッド部内のメモリに書き込むなどによ
って、個々のヘッド部製品毎に適切な位置補正用情報の
組み込みを可能とすることができる。

【００２７】本発明の位置補正用情報が組み込まれた変
位センサにあっては、様々な演算処理に応用することが
可能であるが、特に計測対象物体表面の段部の幅を計測
するような場合に、顕著な効果を発揮する。

【００２８】すなわち、別の一面から見た本発明の変位
センサは、断面直線状の光を所定角度で計測対象物体上
に照射する投光手段と、計測対象物体上の照射光像を含
む所定領域を別の角度から二次元撮像素子にて撮影する
受光手段と、二次元撮像素子の各走査線毎にピーク輝度
を求めると共に、それらのピーク輝度を一定のしきい値
を基準に二値化することにより、測定対象となる突部の
両エッジ位置を求めるエッジ位置検出手段と、両エッジ
点に相当する走査線上のピーク点に基づいて両エッジの
変位を求めるエッジ変位検出手段と、両エッジ点の位置
をそれらの点の計測変位に基づいて補正するエッジ位置
補正手段と、補正後のエッジ位置間の距離に基づいて対
象となる突部の幅を求める幅計測手段と、を具備するこ
とを特徴とするものである。

【００２９】このような構成によれば、撮像素子から得
られる画像上において、グラフィックユーザインタフェ
ース（ＧＵＩ）などを用いて、画面で領域指定などを行
わずとも、センサ自身が自ら突部の両エッジを自動的に
検出し、それらのエッジ点の位置をさらに本発明に係る
位置補正用情報に基づいて正確に補正した上で、両補正
後の位置間が距離に基づき幅計測を行うようにしている
ため、この種の二次元撮像素子を用いた変位センサにお
ける突部の幅計測をユーザの手を一切煩わせることなく
自動的かつ正確に行うことが可能となるのである。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の好適な実施の一
形態を、図１〜図８を参照しながら詳細に説明する。

【００３１】本発明が適用された変位センサにおけるヘ
ッド部並びに信号処理部のハードウェア構成図が図１に
示されている。同図に示されるように、この変位センサ
は、ヘッド部１と信号処理部５とを有している。

【００３２】ヘッド部１の内部構成は、先に従来例を参
照して説明したものと同様であって、スリット光源、投
光用光学系、受光用光学系、二次元撮像素子などを含ん
でいる。尚、特にこの実施の形態においては、ヘッド部
１内には新たに、位置補正用情報を格納するためにＥＥ
ＰＲＯＭ１ａが内蔵されている。このＥＥＰＲＯＭ１ａ
には、出荷時に位置補正用情報が格納される。

【００３３】一方、信号処理部５は、マイクロプロセッ
サを主体として構成されたＣＰＵ５０１と、専用の周辺
ハードウェアで構成されたフィールド・プログラマブル
・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）５０２とを主体として構
成され、その他、画像メモリ５０３と、表示メモリ５０
４と、Ａ／Ｄ変換器５０５と、Ｄ／Ａ変換器５０６とを
備えている。

【００３４】ＣＰＵ５０１は、ソフトウェア的に機能構
成された表示制御部５０１ａと、計測部５０１ｂとを備
えている。

【００３５】ＦＰＧＡ５０２は、専用ハードで構成され
た、画像メモリ制御部５０２ａと、特徴抽出部５０２ｂ
とを備えている。

【００３６】ヘッド部１からは、アナログ映像信号（Ｖ
Ｓ）が出力される。このアナログ映像信号ＶＳには、ヘ
ッド部１の二次元撮像素子で撮影された、計測対象物体
の画像が含まれている。先に説明したように、二次元撮
像素子の視野とラインビームとの間には、ラインビーム
断面線の延在方向と二次元撮像素子の水平走査線方向
（ライン方向）とが直交する位置関係が設定されてい
る。

【００３７】こうしてヘッド部１から得られるアナログ
映像信号ＶＳはＡ／Ｄ変換器５０５にてディジタル信号
に変換された後、画像メモリ制御部５０２ａの作用によ
って、画像メモリ５０３へ格納される。

【００３８】以後、画像メモリ５０３に格納された画像
データに対し、特徴抽出部５０２ｂが適宜な画像処理を
施すことによって、計測に必要な各種の特徴が抽出され
る。すなわち、特徴抽出部５０２ｂは、１ライン（１水
平走査線）上のデータからピーク位置（又は高さ）を検
出する。ここでピーク位置とは、二次元ＣＣＤの受光面
上におけるピーク輝度相当のピクセルとして表すことが
できる。すなわち、特徴抽出部５０２ｂでは、１ライン
上において最も輝度の高い点を検出し、その点のピクセ
ル位置をピーク位置として濃淡重心法等で抽出するもの
である。尚、画像メモリ制御部５０２ａは、先に説明し
たように、ヘッド部１から画像メモリ５０３への画像デ
ータの取込、並びに、画像メモリ５０３から必要な画像
データを読み出し、これを特徴抽出部５０２ｂへ与える
ための処理などを司る。

【００３９】一方、ＣＰＵ５０１を構成する計測部５０
１ｂは、ＦＰＧＡ５０２を構成する特徴抽出部５０２ｂ
にて求められた特徴に基づき、別途指示された計測演算
（例えば、幅計測、高さ計測など）を実行する。又、表
示制御部５０１ａは、計測・判定結果、センサ画像モニ
タ表示するための制御を司る。すなわち、計測制御部５
０１ａにおいては、所望する画像データを、画像メモリ
５０３から読み出してこれを表示メモリ５０４へ書き込
むことにより、Ｄ／Ａ５０６の作用を借りて、図示しな
い画像モニタに対し、各種の表示を行う。

【００４０】次に、本発明の要部である位置補正処理
を、幅計測アプリケーションを例にとって説明する。

【００４１】図２には、信号処理部の機能構成を示すブ
ロック図が描かれている。同図に示されるように、信号
処理部５には、Ａ／Ｄ変換部５０５、画像メモリ５０
３、表示合成部５２１、Ｄ／Ａ変換部５０６、変位、濃
度抽出部５１１、変位換算部５１２、濃度抽出部５１
３、エッジライン抽出部５１６、ラインカウンタ５１
４、エッジ抽出条件５１５、エッジライン５１７、エッ
ジ変位５１８、変換式／テーブル５１９、エッジ位置換
算部５２０が含まれている。

【００４２】いま仮に、図３（ａ）に示されるように、
段部２ａを有する計測対象物体２の段部２ａの幅Ｗを計
測する場合を想定する。この場合、同図（ｂ）に示され
るように、二次元撮像素子の受光面（視野）には、図中
太い黒線で示されるように、ラインビームの照射光像が
出現する。

【００４３】まず最初の処理では、図３（ｂ）に示され
る画像を前提として、図３（ｃ）に示されるように、１
ライン毎に画像のピーク濃度位置を検出し、これを高さ
データに変換する。すなわち、ライン番号を０，１〜ｎ
の如く増加させつつ、その都度、各水平ライン映像毎
に、濃度のピーク点に相当するピクセル乃至サブピクセ
ルを求め、これを所定の変換式に代入することによっ
て、高さデータを求めるものである。

【００４４】次のステップでは、全ラインの高さデータ
を対象とし、これを画面の上から順に所定のしきい値Ｔ
Ｈをもって二値化する処理を実行する。この二値化処理
によって、各ラインのピーク輝度は、“Ｈ”若しくは
“Ｌ”に一義的に変換される。この二値化処理は、後述
するエッジ検出処理の前処理としての意味を有する。

【００４５】次のステップでは、上述の処理で得られた
一連の“Ｈ”又は“Ｌ”データの中から、“Ｌ”から
“Ｈ”へ変換する変化点を第１のエッジＥ１、“Ｈ”か
ら“Ｌ”に変化する変化点を第２のエッジＥ２として決
定することにより、求める段部の両エッジＥ１，Ｅ２を
決定する。

【００４６】このようにして決定された突部両端のエッ
ジが図３（ｂ）に示されている。すなわち、第１のエッ
ジはＥ１（ＥＺ１，ＥＸ１）として表され、第２のエッ
ジはＥ２（ＥＺ２，ＥＸ２）として表される。尚、ここ
で、Ｚとは水平走査ライン方向（高さ方向）を表してお
り、Ｘとは垂直走査ライン方向（幅方向乃至位置方向）
を表している。

【００４７】このようにして、第１のエッジの座標Ｅ１
（ＥＺ１，ＥＸ１）並びに第２のエッジの座標Ｅ２（Ｅ
Ｚ２，ＥＸ２）が求められたならば、それらの位置座標
ＥＸ１，ＥＸ２のそれぞれについて本発明の要部である
位置補正処理を実行する。先に説明したように、本発明
に係る変位センサにおけるヘッド部１内のＥＥＰＲＯＭ
１ａには、位置補正用情報が格納されている。この位置
補正用情報の詳細については後に詳細に説明する。

【００４８】いま仮に、位置補正用情報が関数式で記憶
されているものと想定すると、この関数式は次式で表さ
れる。Ｆ（Ｘ，Ｚ）＝Ｘ×（Ａ×Ｚ＋Ｂ）（ｍｍ）ここで、Ｆ（Ｘ，Ｚ）は補正後の位置座標、Ａ×Ｚ＋Ｂ
は補正係数（Ｋ）である。

【００４９】すなわち、この式に、先に求められた、Ｅ
Ｘ１，ＥＸ２並びにそれらの位置における変位データＥ
Ｚ１，ＥＺ２を代入することにより、距離補正並びに光
学系の歪み等による誤差補正が修正されたＸ座標であ
る、Ｆ（Ｘ，Ｚ）を得ることができる。

【００５０】すなわち、これを数式により表すと、Ｅ１のＸ座標＝Ｆ（ＥＸ１，ＥＺ１）Ｅ２のＸ座標＝Ｆ（ＥＸ２，ＥＺ２）として表される。

【００５１】次のステップでは、以上の各ステップによ
り求められた修正後のＸ座標に基づき、次式によって突
部の幅Ｗが求められる。

【００５２】倍率補正変換式の説明図が図４に示されて
いる。同図に示されるように、距離と誤差との関係が直
線的である場合、誤差を補正するための係数Ｋの値は、
Ｋ＝ｆ（Ｚ）＝Ａ×Ｚ＋Ｂとして表される。ここで、Ｚ
方向とは変位方向（高さ方向）を示し、Ｘ方向とは幅方
向を示している。ここで、位置補正とはＸ方向における
位置の補正を意味している。

【００５３】距離に対応する誤差の拡大が直線的ではな
い場合の例が図５に示されている。この場合、各ライン
毎に、補正係数Ｋの値は固有の変化特性を示す。その場
合には、予め実際に二次元撮像素子の視野内の各点にお
ける誤差を計測しておき、これに基づき作成された変換
テーブルを用意する。

【００５４】換算式・テーブルの作成方法については、
図６に示されるように、同一ワークを距離方向に移動さ
せて距離と画素数との関係を求める方法、図７に示され
るように同一ワークを視野内で移動させて、距離・位置
と画素数との関係を求める方法、図８に示されるよう
に、距離を変えながら、ナイフエッジを移動させて距離
と位置との関係を求める方法などを採用することができ
る。

【００５５】そして、このようにして得られた変換テー
ブル並びに変換式については、出荷時にセンサヘッドに
内蔵されたＥＥＰＲＯＭ１ａに書き込まれる。そして、
起動時に信号処理部５に展開して使用される。すなわ
ち、信号処理部５においては、起動に応答して、ヘッド
部１のＥＥＰＲＯＭ１ａから変換式あるいは変換テーブ
ルを読み出し、これを計測部５０１ｂが使用することに
よって、位置補正処理を実現するのである。

【００５６】尚、以上説明した処理において、１ライン
毎に画像のピーク位置を検出し、高さデータに変換する
処理、全ラインの高さデータを画面の上からしきい値で
二値化する処理、“Ｌ”から“Ｈ”、“Ｈ”から“Ｌ”
の変化点をエッジとして求める処理は、図２の機能ブロ
ック図において、変位、濃度抽出部５１１、変位換算部
５１２、濃度抽出部５１３、ラインカウンタ５１４、エ
ッジ抽出条件５１５、エッジライン抽出部５１６におい
て実行される。

【００５７】又、本発明の要部である補正処理は、エッ
ジライン５１７、エッジ変位５１８、変換式／テーブル
５１９、エッジ位置換算５２０において実行される。

【００５８】こうして得られた修正後の位置データに基
づき、各種の計測処理が実行される結果、この実施形態
の変位センサによれば、計測対象物体との距離の大小に
拘わらず、正確な位置座標に基づき、突部の幅を自動的
に計測することができるのである。すなわち、突部２ａ
を含む計測対象物体２の画像を撮影しさえすれば、自動
的に突部２ａの左右のエッジ部Ｅ１，Ｅ２が抽出され、
さらにそれらの抽出された位置は適宜に距離補正された
後、幅計測の演算のために使用される。

【００５９】尚、図５〜図８の説明において、係数Ｋ
は、位置計測数の画素数Ｘと実寸法の画素数Ｘ´との関
係Ｘ×Ｋ＝Ｘ´を規定するための係数である。Ｋ＝ｆ
（Ｚ）であるとき、Ｚに位置計測点の変位を導入して、
係数Ｋを算出する。すなわち、図４に示されるように、
視野の拡大が直線的である場合には、Ｋ＝ｆ（Ｚ）＝Ａ
×Ｚ＋Ｂという一次式となる。

【００６０】これに対して、光学性能が非線形になる場
合は、Ｘの範囲により変換式を変更するテーブル変換方
式を採用する。図５はこのテーブル変換方式を説明した
ものである。

【００６１】

【発明の効果】以上の実施形態の説明でも明らかなよう
に、本発明によれば、ラインビームを測定対象物（ワー
ク）に照射し、その反射光を二次元イメージセンサで受
光し、イメージセンサの出力する画像信号を処理するこ
とにより、ワークの形状を計測するセンサの制御・信号
処理方法において、ワークの位置に関わらずワークの形
状を高精度で計測することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ヘッド部並びに信号処理部のハードウェア構成
図である。

【図２】信号処理部の機能構成を示すブロック図であ
る。

【図３】エッジ検出処理の説明図である。

【図４】信号補正変換式の説明図である。

【図５】倍率補正変換式の説明図である。

【図６】変換式の作成方法を示す説明図（その１）であ
る。

【図７】変換式の作成方法を示す説明図（その２）であ
る。

【図８】変換式の作成方法を示す説明図（その３）であ
る。

【図９】ヘッド部内の光学系と検出物体との関係を示す
説明図である。

【図１０】二次元ＣＣＤ内のラインビーム光像を示す説
明図である。

【図１１】受光視野内における検出対象物体の距離変動
を示す説明図である。

【図１２】距離変動による画像の変化を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１ヘッド部１ａＥＥＰＲＯＭ２検出対象物体２ａ段部３投光されたラインビーム４ａ，４ｂ反射されたラインビーム１０１スリット光源１０２投光用光学系１０３受光用光学系１０４二次元ＣＣＤ５信号処理部５０１ＣＰＵ５０２ＦＰＧＡ５０３画像メモリ５０４表示メモリ５０５Ａ／Ｄ変換器５０６Ｄ／Ａ変換器５０１ａ表示制御部５０１ｂ計測部５０２ａ画像メモリ制御部５０２ｂ特徴抽出部Ｅ１第１のエッジＥ２第２のエッジＥＸ１第１のエッジの計測位置座標ＥＸ２第２のエッジの計測位置座標ＴＨしきい値Ｋ変換係数

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者河内雅弘京都市下京区塩小路通堀川東入南不動堂町 801番地オムロン株式会社内Ｆターム(参考） 2F065 AA12 AA22 AA24 AA58 FF04 GG06 GG07 HH05 HH13 JJ08 JJ26 LL28 PP22 QQ04 QQ24 QQ29 UU01 UU05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】断面直線状の光を所定角度で計測対象物
体上に照射する投光手段と、計測対象物体上の照射光像
を含む所定領域を別の角度から二次元撮像素子にて撮影
する受光手段と、受光手段に含まれる二次元撮像素子か
ら得られる画像に基づいて計測対象物体上の照射光像位
置の所定方向への変位を求める演算手段とを有する変位
センサにおいて、二次元撮像素子の画像から求めた計測対象物体上の位置
と実際の計測対象物体上の位置とその位置の計測変位と
の対応関係を示す位置補正用情報を記憶させたことを特
徴とする変位センサ。
【請求項２】位置補正用情報が、関数式として記憶さ
れている請求項１に記載の変位センサ。
【請求項３】位置補正用情報が、変換テーブルとして
記憶されている請求項１に記載の変位センサ。
【請求項４】投光手段と受光手段とを含むヘッドユニ
ットと、演算手段を含む信号処理ユニットとに分割構成
され、位置補正用情報はヘッドユニット内のメモリに記
憶されている請求項１に記載の変位センサ。
【請求項５】断面直線状の光を所定角度で計測対象物
体上に照射する投光手段と、計測対象物体上の照射光像を含む所定領域を別の角度か
ら二次元撮像素子にて撮影する受光手段と、二次元撮像素子の各走査線毎にピーク輝度を求めると共
に、それらのピーク輝度を一定のしきい値を基準に二値
化することにより、測定対象となる突部の両エッジ位置
を求めるエッジ位置検出手段と、両エッジ点に相当する走査線上のピーク点に両エッジの
変位を求めるエッジ変位検出手段と、両エッジ点の位置をそれらの点の計測変位に基づいて補
正するエッジ位置補正手段と、補正後のエッジ位置間の距離に基づいて、対象となる突
部の幅を求める幅計測手段と、を具備することを特徴とする変位センサ。