JP2005091374A - 変位センサ及び変位計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 画像取得から変位量算出に至る過程で使用されたデータを容易に確認可能とした変位センサを提供する。
【解決手段】 撮像素子から取得した画像から、所定の計測アルゴリズムを用いて測定点座標を自動抽出し、該自動抽出された測定点座標から目的とする変位量を算出する変位センサであって、前記画像取得から変位量算出に至る過程で使用されたデータを画像モニタ用の表示データに編集する表示データ編集手段を有する。
【選択図】 図３

Description

この発明は、例えば、光切断画像に基づいて物品の寸法等の変位を測定する変位センサ及び変位計測方法に関する。

光切断画像（光切断法で得られる画像）に基づいて物品の寸法等の変位を測定する変位センサは公知である。この種の変位センサにあっては、センサヘッド内蔵の撮像素子から取得した画像から、所定の測定点抽出アルゴリズムを用いて測定点座標を自動抽出し、この自動抽出された測定点座標から目的とする変位量を算出する。

センサヘッドには、切断光となるスポットビーム（断面微小円形ビーム）やラインビーム（断面直線状ビーム）を出力するレーザダイオードと、それらのビーム照射点を含む領域を別の角度から撮影して、検出対象変位に相当する変動分を含む画像を生成出力する撮像素子（一次元ＣＣＤ、二次元ＣＣＤ等）とが内蔵される。

本体装置の側では、１若しくは２台以上のセンサヘッドのそれぞれから取得する画像から、ユーザ指定の計測アルゴリズムを用いて測定点座標を自動的に抽出する。その後、この自動的に抽出された測定点座標から、例えば三角測量演算によって実際の変位量が算出される。

変位量の変動許容値（しきい値）が設定されている場合には、さらに、許容値判定処理が行われ、対象製品の良否判定結果である二値信号が出力される。

このような従来の変位センサは、予め測定点抽出アルゴリズム等を指定しておけば、取得された画像から自動的に測定点が抽出されて、最終的に対応する変位量が算出されるから、ユーザにとっては手間が掛からない。

しかし、画像取得から変位量算出に至る過程で使用されたデータ（撮像素子からの生画像、自動抽出された測定点座標、自動設定された各種のしきい値等）については一切確認するすべがない。

そのため、測定された変位量が異常値を示したり、判定値が不良とされた場合、計測対象物に真に異常があるのか、それとも外乱光等を原因としてセンサが誤作動した結果なのか判別することができない。

加えて、従来の変位センサにあっては、撮像素子の視野を任意に限定して測定点の抽出等を行うことができない。この問題は、特に、二次元撮像素子（二次元ＣＣＤ等）を使用した変位センサでは顕著である。すなわち、二次元撮像素子を使用する変位センサでは、変位方向に延びるピクセル列が平行に多数列（数十列以上）存在するのが普通であるから、常にその全てのピクセル列の中から、ピーク点やボトム点を抽出せねばならないとすれば、著しく使い勝手が悪い製品となってしまう。

この発明は、上述の従来問題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、この種の変位センサの使い勝手を向上させることにある。

この発明のより具体的な目的とするところは、画像取得から変位量算出に至る過程で使用されたデータを容易に確認可能とした変位センサを提供することにある。

この発明のさらに他の目的乃至効果については、明細書の以下の記述を参照することにより、当業者であれば容易に理解される筈である。

本発明の変位センサは、撮像素子から取得した受光輝度分布から、所定の測定点抽出アルゴリズムを用いて測定点座標を自動抽出し、該自動抽出された測定点座標から目的とする変位量を算出する変位センサである。

ここで、『撮像素子』とは、変位測定方向へと複数のピクセルを配列することにより、変位に対応する受光位置のアドレスを特定可能な撮像素子を意図している。そのため、ＰＳＤのような受光位置のアドレスを特定できない撮像素子は除外される。ここで言う撮像素子には、少なくとも、一次元ＣＣＤ並びに二次元ＣＣＤが含まれる。

『測定点抽出アルゴリズム』には、従来公知の種々のアルゴリズムが含まれる。例えば、ピーク値サーチアルゴリズム、ボトム値サーチアルゴリズム、平均値サーチアルゴリズム、センサからの最接近値サーチアルゴリズム等は少なくともこれに含まれるであろう。

『測定点座標』とは、変位量算出の基礎となる座標データである。この座標データの精度は、ピクセル単位やサブピクセル単位で規定することができる。撮像素子として、二次元撮像素子が使用される場合には、測定点座標は二次元の値を持つことができるであろう。もっとも、その内で変位算出の基礎とされるのは、一般的には、変位方向の座標値とされるであろう。

『自動抽出』とは、人手を介さずにの意味である。もっとも、測定点座標の抽出過程でユーザに対して、モードの選択を問い合わせる等の対話処理までをも排除する意図ではない。

『測定点座標からの算出式』は、センサヘッドの光学的な配置により様々であろう。一般には、三角測量の原理で、測定点座標から対応する変位量を求めることができるであろう。

なお、変位センサから出力されるデータは、算出された変位量データだけではないことは言うまでもない。例えば、ユーザの指定した許容範囲しきい値に変位量データをあてはめて、良品又は不良品に相当する判定結果を出力したりすることができる。

以上の構成に加えて、本発明の変位センサにあっては、受光輝度分布取得から変位量算出に至る過程で使用されたデータを画像モニタ用の表示データに編集する表示情報編集手段を有する。

ここで、『画像取得から変位量算出に至る過程で使用されたデータ』には、撮像素子から取得される生画像、自動抽出される測定点座標、自動設定される各種のしきい値等のほか、その自動設定アルゴリズムの性質から、外乱光等により誤って自動設定される虞のあるあらゆるデータが含まれる。

また、『表示データ編集手段』とあることから、本発明の変位センサにおける画像モニタは、必須の要件ではない。すなわち、本発明の変位センサにあっては、少なくとも、表示データ編集手段を具備していれば足り、画像モニタについては当初から一体に具備してもよく、また、必要により市販の画像モニタを備え付けてもよい。

そして、このような本発明の構成によれば、受光輝度分布取得から変位量算出に至る過程で使用されたデータを画像モニタ上の表示を介して容易に確認可能となり、これにより、測定された変位量が異常値を示す場合、計測対象物に真に異常があるのか、それとも外乱光等を原因としてセンサが誤作動した結果なのか判別することが可能となる。

好ましい実施の形態では、画像モニタ用の表示データが、撮像素子から取得される生画像に相当するようにしてもよい。

尚、ここで『生画像』とは、撮像素子から得られる計測対象物の映像のことを意味している。

このような構成によれば、計測対象物の表面のどこに計測光（切断光）が照射されているか、計測対象物の表面に外乱光が照射されているか、計測光の照射光像の輝度がどれくらいであるか等を容易に確認できる。

好ましい実施の形態では、画像モニタ用の表示データが、撮像素子から取得される生画像の上に測定点座標を示す図形を重ねた画像に相当するようにしてもよい。

このような構成によれば、自動抽出された測定点を示すマーク等の図形と計測対象物表面の映像とを重ねて照らし合わせることにより、測定点が計測光照射位置に正しく設定されたか、あるいは外乱光照射位置に誤って設定されたか等を容易に確認できる。

好ましい実施の形態では、画像モニタ用の表示データが、撮像素子から取得される生画像の上に変位測定方向の測定値許容範囲を示す図形を重ねた画像に相当するようにしてもよい。

このような構成によれば、計測値許容範囲を示す境界線等の図形と計測対象物表面の映像とを重ねて照らし合わせることにより、計測光の照射光像の位置と測定値許容範囲との関係を容易に確認できる。

好ましい実施の形態では、画像モニタ用の表示データが、撮像素子から取得される生画像の上に、測定点座標を示す図形及び変位測定方向の測定値許容範囲を示す図形を重ねて示す画像に相当するようにしてもよい。

このような構成によれば、自動抽出された測定点を示すマーク等の図形と、測定値許容範囲を示す境界線等の図形と、計測対象物表面の映像とを照らし合わせることにより、自動抽出された測定点座標と計測光の照射光像の位置と測定値許容範囲との関係を容易に確認できる。

好ましい実施の形態では、表示データに基づいて画像モニタ上に表示される画像が、変位測定方向へと拡大可能とされようにしてもよい。

このような構成によれば、自動抽出された測定点座標や測定値許容範囲と計測対象物表面の映像との位置関係をより詳細に確認できる。

好ましい実施の形態では、画像モニタ用の表示データが、ラインブライト波形の画像に相当するようにしてもよい。

尚、ここで『ラインブライト波形』とは、ピクセル列方向における受光輝度分布を示す曲線を意味している。例えば、横軸には変位方向をとり、縦軸には受光輝度（階調）をとることで、ラインブライト波形を構成することができる。

このような構成によれば、計測対象物表面の変位測定方向に沿った輝度分布を明確に把握することができる。

好ましい実施の形態では、画像モニタ用の表示データが、ラインブライト波形上に測定点座標を示す図形を重ねた画像に相当するようにしてもよい。

このような構成によれば、ラインブライト波形と測定点座標とを照らし合わせることで、測定点が計測光照射位置に正しく設定されたか、あるいは外乱光照射位置に誤って設定されたか等を容易に確認できる。

好ましい実施の形態では、画像モニタ用の表示データが、ラインブライト波形上に測定点座標抽出用しきい値を示す図形を重ねた画像に相当するようにしてもよい。

このような構成によれば、ラインブライト波形のピーク部分としきい値を示す直線等の図形とを重ねて照らし合わせることにより、測定点自動抽出の経過を検証できる。尚、このとき、自動抽出した測定点座標を同時に表示すれば、測定点抽出アルゴリズムが正常に動作したか否かを検証できる。

好ましい実施の形態では、画像モニタ用の表示データが、ラインブライト波形上に変位測定方向の測定値許容範囲を示す図形を重ねた画像に相当するようにしてもよい。

このような構成によれば、ラインブライト波形のピーク部分と測定値許容範囲を示す境界線等の図形とを照らし合わせることにより、製品良否判定の経過を検証できる。

好ましい実施の形態では、画像モニタ用の表示データが、ラインブライト波形の上に、測定点座標を示す図形及び変位測定方向の測定値許容範囲を示す図形を重ねて示す画像に相当するようにしてもよい。

このような構成によれば、自動抽出された測定点を示すマーク等の図形と、測定値許容範囲を示す境界線等の図形と、ラインブライト波形とを照らし合わせることにより、ラインブライト波形のピーク部分と自動抽出された測定点座標と測定値許容範囲との関係を容易に確認できる。

好ましい実施の形態では、表示データに基づいて画像モニタ上に表示される画像が、変位測定方向へと拡大可能としてもよい。

このような構成によれば、自動抽出された測定点座標や測定値許容範囲と計測対象物表面のラインブライトとの位置関係をより詳細に確認できる。

好ましい実施の形態では、画像モニタ用の表示データが、撮像素子から取得される生画像とラインブライト波形とを並べて又は重ねて示す画像に相当するようにしてもよい。

このような構成によれば、映像的に見た計測対象物表面の輝度分布とラインブライト波形上のピーク部分として見た計測対象物表面の輝度分布との関係を容易に確認することができる。

好ましい実施の形態では、画像モニタ用の表示データが、撮像素子から取得される生画像とラインブライト波形とを並べて又は重ねて示し、かつ生画像及び／又はラインブライト波形の上に測定点座標を示す図形を重ねた画像に相当するようにしてもよい。

このような構成によれば、計測対象物表面の映像並びにラインブライト波形の双方を使用しつつ、測定点自動抽出処理の経過を検証できる。

好ましい実施の形態では、画像モニタ用の表示データが、撮像素子から取得される生画像とラインブライト波形とを並べて又は重ねて示し、かつ生画像及び／又はラインブライト波形の上に変位測定方向の測定値許容範囲を示す図形を重ねた画像に相当するようにしてもよい。

このような構成によれば、計測対象物表面の映像並びにラインブライト波形の双方を使用しつつ、製品良否判定処理の経過を検証できる。

好ましい実施の形態では、画像モニタ用の表示データが、撮像素子から取得される生画像とラインブライト波形とを並べて又は重ねて示し、かつ生画像及び／又はラインブライト波形の上に、測定点座標及び変位測定方向の測定値許容範囲を示す図形を重ねた画像に相当するようにしてもよい。

このような構成によれば、計測対象物表面の映像並びにラインブライト波形の双方を使用しつつ、測定点自動抽出処理の経過及び製品良否判定処理の経過を検証できる。

好ましい実施の形態では、表示データに基づいて画像モニタ上に表示される画像が変位測定方向へと拡大可能としてもよい。

このような構成によれば、計測対象物表面の映像並びにラインブライト波形の双方を使用しつつ、測定点自動抽出処理の経過や製品良否判定処理の経過をより詳細に検証できる。

好ましい実施の形態では、画像モニタ用の表示データが、撮像素子から取得される生画像の上に変位測定方向と直交する方向における測定点抽出範囲を示す図形を重ねた画像に相当するようにしてもよい。

このような構成によれば、計測対象物表面の映像とその上に重ねられた測定点抽出範囲の境界線等の図形とを照らし合わせることにより、測定点自動抽出アルゴリズムの内容を確認できる。

好ましい実施の形態では、画像モニタ用の表示データが、撮像素子から取得される生画像の上に変位測定方向と直交する方向における測定点抽出範囲を示す図形並びに自動抽出された測定点座標を示す図形を重ねたものに相当するようにしてもよい。

このような構成によれば、計測対象物表面の映像とその上に重ねられた測定点抽出範囲の境界線等の図形並びに自動抽出された測定点座標とを照らし合わせることにより、測定点抽出アルゴリズムが正常に動作したかを検証できる。

好ましい実施の形態では、画像モニタ用の表示データが、算出された変位量を時系列的に並べて示すトレンドグラフの画像に相当するようにしてもよい。

このような構成によれば、トレンドグラフに含まれる過去一連の測定値と比較しつつ、現在の測定変化量の増減傾向を確認することができる。

以上の説明で明らかなように、本発明によれば、受光輝度分布取得から変位量算出に至る過程で使用されたデータを容易に確認可能となり、これにより、測定された変位量が異常値を示す場合、計測対象物に真に異常があるのか、それとも外乱光等を原因としてセンサが誤作動した結果なのか判別することが可能となる。その結果、本発明によれば、この種の変位センサの使い勝手を著しく向上させることができる。

以下に、この発明の好適な実施の一形態を添付図面に従って説明する。

先に説明したように、本発明の変位センサは、撮像素子から取得した受光輝度分布から、所定の計測アルゴリズムを用いて測定点座標を自動抽出し、該自動抽出された測定点座標から目的とする変位量を算出する変位センサであって、前記画像取得から変位量算出に至る過程で使用されたデータを画像モニタ用の表示データに編集する表示データ編集手段を有するものである。

かかる本発明が適用された変位センサのシステム構成の一例を示すブロック図が図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１は、本体装置１０と、２台のセンサヘッド２０Ａ，２０Ｂと、画像モニタ３０と、操作器４０とを含んでいる。尚、符号５０で示されるのは、ＰＬＣ等の外部機器である。本体装置１０は、本変位センサの中枢をなすものであり、マイクロプロセッサを主体として構成されている。この本体装置１０の内部には、後に図３を参照して説明するように、各種の処理機能がソフトウエア的に実現されている。

センサヘッド２０Ａ，２０Ｂは、対象となる変位量を受光画面上の位置情報に変換して検出する装置である。センサヘッド２０Ａ，２０Ｂの一例が図２に示されている。同図に示されるように、センサヘッド２０Ａ，２０Ｂは、レーザ光を発するレーザダイオード２０１と、レーザダイオード２０１の前面側に配置されたスリット板２０２と、スリット板２０２を通ったレーザ光を検出物体６０上に集束して照射するレンズ系２０３と、検出物体６０からの光を集束するレンズ系２０４と、レンズ系２０４を介して得られた光像が受光面に結ばれるように配置した撮像素子２０５とを含んでいる。

スリット板２０２のスリットは、直線状となっているため、検出物体６０上に照射される光線は、ラインビーム（断面が直線状のビーム）とされている。この例では、ラインビームの軸方向（ラインビームの断面の長手方向）は紙面と直交する方向とされている。

一方、撮像素子２０５は、この例では二次元ＣＣＤ素子が採用されている。特にこの二次元ＣＣＤ素子は、細長い長方形状の視野を有する。一例としては、このＣＣＤ素子の受光面上には、長辺方向１０７７個及びそれに直交する短辺方向６８個のピクセルが配列されている。又、受光面上に結像されるラインビームの方向はＣＣＤ素子の受光面の長手方向と直交する方向となっている。

図１に戻って、操作器４０はハンディタイプのもので、その表面にはテンキー、各種ファンクションキーの他に、カーソル移動用のアップキーやダウンキー（図示せず）が配置されている。この操作器４０は、所定の電気コードを介して本体装置１０に接続される。

画像モニタ３０は、本体装置１０から出力されるモニタ出力（表示データ）を受けて、対応する画像を画面上に表示するものである。この画像モニタ３０としては、ＣＲＴ表示器、液晶表示器等の任意の市販の表示器が採用可能となっている。

外部機器５０は、本体装置１０から出力される変位量データ出力Ｄ１や判定出力Ｄ２を受け取るものであり、例えばプログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）等がこれに相当する。本体装置１０は、本発明の要部をなすものであり、２台のセンサヘッド２０Ａ，２０Ｂから取得した画像に対して、ユーザ指定の測定点抽出アルゴリズムを用いて測定点座標を自動的に抽出し、この自動的に抽出された測定点座標から、例えば三角測量演算によって実際の変位量を算出し、また変位量の変動許容値（しきい値）が設定されている場合には、更に、許容値判定処理を行い、対象製品の良否判定結果である二値信号を生成する。そして、これら生成された変位量データ出力Ｄ１並びに二値信号である判定出力Ｄ２を外部機器５０に送出する。

本体装置の内部機能構成を示すブロック図が図３に示されている。同図に示されるように、この本体装置は、計測部１１０と制御部１２０とから概略構成されている。計測部１１０内には、センサヘッド用のインタフェース部１１１と、インタフェース部１１１を介してセンサヘッド２０Ａ，２０Ｂから取り込まれた画像データを処理する画像演算部１１２とが含まれている。

一方、制御部１２０内には、画像モニタ３０並びに操作器４０とのインタフェースとして機能するＧＵＩ部１２１と、計測部１１０から送られてくる画像データに対して適当な処理を加えてＧＵＩ部１２１へと送り出す画像処理部１２２と、先ほど説明した変位量データ出力Ｄ１並びに判定出力Ｄ２を外部機器へと送り出すための外部出力インタフェース部１２４と、装置全体を統括制御するための制御処理部１２３とを含んでいる。

次に、同装置におけるデータの流れについて説明する。インタフェース部１１１に含まれるセンサヘッド制御部１１１Ｂは、センサヘッド２０Ａ，２０Ｂに内蔵されたＣＣＤの受光量が適切となるようにレーザダイオード２０１（図２参照）の光量制御を行う。この状態で、センサヘッド２０Ａ，２０Ｂ内のＣＣＤが撮影した画像データＤ３は、画像取込部１１１Ａの作用で、計測部１１０内に取り込まれる。

こうして計測部１１０に取り込まれた画像データは、画像演算部１１２内の画像転送部１１２Ａ並びに計測処理部１１２Ｂへと送られる。画像転送部１１２Ａは、画像取込部１１１Ａから到来する画像データＤ３を、制御部１２０内の画像処理部１２２へと送出する。又、計測処理部１１２Ｂでは、画像データＤ３に基づいて計測処理を行い、変位量データＤ１や判定出力Ｄ２を求め、これらのデータＤ７を制御部１２０内の制御処理部１２３へと送出する。

本発明の要部である測定点座標の自動抽出処理や変位量測定処理は、主として、この計測処理部１１２Ｂにて実現される。

制御部１２０内の制御処理部１２３は、計測処理部１１２Ｂから送られてきたデータＤ７に基づき、ラインビーム方向測定点座標データＤ８を求め、これを画像処理部１２２へと送出する。画像処理部１２２は、画像データ並びにラインブライトを含むデータＤ４をＧＵＩ部１２１へ送出する。ＧＵＩ部１２１は操作器４０からの各種指令を受け付けると共に、表示用データを編集し、これをモニタ出力Ｄ５として画像モニタ３０へと送出する。

本発明の要部である表示データ編集処理は、主として、これら画像処理部１２２及びＧＵＩ（グラフィック・ユーザ・インタフェース）部１２１にて実現される。

次に、以上説明した変位センサの変位量測定動作を図４のフローチャートを参照しながら詳細に説明する。同図において、まず最初のステップでは、センサヘッド内のＣＣＤで撮影された画像を装置本体へと取り込む（ステップ４０１）。

センサヘッド内のＣＣＤで撮像された画像の説明図が図５に示されている。同図に示されるように、センサヘッドに内蔵されたＣＣＤは、細長い長方形状の視野７１を有する。この視野の長辺に沿うＸ方向は変位方向とされており、また短辺に沿うＹ方向はラインビーム方向（以下、単にライン方向とも言う）とされている。又、センサの視野７１内には、この例ではジグザグ状の直線としてラインビームの像（照射光像）７２が描かれている。又、変位方向において、図中左側がセンサヘッドに近い方向、逆に右側がセンサヘッドに遠い方向とされている。

図４に戻って、次のステップとして、測定範囲内の特徴点抽出処理を実行する（ステップ４０２）。測定範囲内における測定点抽出処理の説明図が図６に示されている。同図に示されるように、センサの視野７１内には、図中左右方向へ延びる２本の互いに平行な点線７４，７５によって測定範囲７３が示されている。そしてこの測定点抽出処理では、この測定範囲（測定点抽出範囲）７３内において、所定の特徴点抽出アルゴリズムを使用することにより、ピーク位置（Ｐｘ，Ｐｙ）並びにボトム位置（Ｂｘ，Ｂｙ）が抽出される。尚、後述するように、測定範囲（測定点抽出範囲）７３を特定する始点直線７４及び終点直線７５は予めユーザにより設定されたものである。

図４に戻って、次のステップでは特徴点を含むラインのラインブライトを抽出する（ステップ４０３）。ＣＣＤによる撮像画像とラインブライト波形との関係を示す説明図が図７に示されている。同図に示されるように、このラインブライト抽出処理では、図中一点鎖線で示されるピーク位置を含むライン上において、各ピクセルの受光輝度が抽出され、これが変位方向に配列されることによって、図に示されるラインブライト波形７６が生成される。図７に示されるように、このラインブライト波形７６は、横軸を変位方向及び縦軸を階調とする直交座標上において描かれている。

図４に戻って、次のステップでは、所定の抽出アルゴリズムに従って、ラインブライト上の測定点座標が抽出される（ステップ４０４）。この測定点座標の抽出は、しきい値決定処理と測定点座標抽出処理を経て行われる。しきい値決定方法の一例を示す説明図が図８に示されている。同図に示されるように、しきい値ＴＨの決定はピーク値を示すピクセルＰＰの輝度Ｖｐに対してａ％として決定される。すなわち、ＴＨ＝Ｖｐ×ａ％として自動的に決定される。又、測定点座標抽出処理の説明図が図９に示されている。測定点座標抽出方法には、この例では重心モードとエッジ中心モードと片側エッジモードとの３種類のモードが用意されている。重心モードにおいては、図９（ａ）に示されるように、図中ハッチングで示されるしきい値ＴＨを越える部分の濃淡重心として測定点が求められる。又、エッジ中心モードにおいては、ラインブライト波形としきい値ＴＨとの交点である２つのエッジの中心として測定点が求められる。更に、片側エッジモードにおいては、ラインブライト波形としきい値ＴＨとの片側エッジとして測定点が求められる。

図４に戻って、次のステップでは、測定点座標から変位量が算出される（ステップ４０５）。この変位量算出処理は例えば光学系が三角測距である場合、変位量Ｚ＝Ａ×Ｂ／（Ｃ×Ｘ）として求められる。ここで、Ｘは変位方向座標、Ａ，Ｂ，Ｃはそれぞれ光学系により決定される定数である。

図４に戻って、次のステップでは、得られた変位量（必要であれば判定出力）を画像モニタ３０並びに外部機器５０へと出力する（ステップ４０６）。尚、ユーザの指定する判定値に基づく判定結果の算出は例えば次のようにして行う。

判定結果ＨＩＧＨ：ＨＩＧＨ判定値より変位量が大である場合

判定結果ＰＡＳＳ：ＬＯＷ判定値≦変位量≦ＨＩＧＨ判定値の場合（良品）

判定結果ＬＯＷ：ＬＯＷ判定より変位量が小である場合

判定結果ＥＲＲＯＲ：センサが計測不能となった場合

モニタ画面上に画像を生成する方法の説明図が図１０に示されている。同図に示されるように、この実施の形態においては、４枚（層）の画像メモリ（０）〜（３）が使用される。それらのうちで、画像メモリ（０）はセンサヘッドから取り込まれた生画像が、画像メモリ（１）には画面枠判定値や固定描画部品などが、画像メモリ（２）にはラインブライト並びに測定点が、画像メモリ（３）には変位量並びに判定基準などがそれぞれ格納される。そして、これらの画面メモリ（０）〜（３）上のデータは、ＧＵＩ部１２１及び画像処理部１２２の作用により、互いに重ねて読み出され、モニタ出力（表示データ）Ｄ５として画像モニタ３０へと送られる。

次に、画像モニタ３０における具体的ないくつかの表示例について図１１〜図１５を参照しながら説明する。

正常な計測値が得られた状態におけるモニタ画面の一例を示す図が図１１に示されている。尚、同図（ｂ）に示されるように、この例にあっては、センサヘッドと測定対象物との基準距離を１００ｍｍと設定し、その前後２０ｍｍの範囲内において変位量を測定するものと想定する。同図（ａ）に示されるように、画像モニタの画面は上下方向４段に分割されている。それらの領域は上から順に画像表示領域７７、グラフ表示領域７８、数値表示領域７９、ガイド表示領域８０とされている。

画像表示領域７７には、撮像素子である二次元ＣＣＤから取得された生画像（階調画像）が表示される。図において符号８１で示されるのはラインビームの像であり、符号８２で示されるのは生画像上における測定点座標を示す十字記号である。

グラフ表示領域７８には、ラインブライト波形が縦横の罫線と共に表示される。符号８３で示されるのがラインブライト波形であり、符号８４で示されるのが縦横の罫線である。又、符号８５で示されるのがラインブライト波形上における測定点座標を示す十字記号である。さらに、図中上下方向に延びる２本の点線８６，８７は、ＬＯＷならびにＨＩＧＨの判定基準値である。

数値表示領域７９には変位量を表す数値並びに判定結果を表す記号が表示される。図中符号８８で示されるものが測定値を示す数値（＋１０１．５３４５）であり、符号８９で示されるのが判定結果を示す記号（ＰＡＳＳ）である。

画像及びラインブライト波形を変位軸方向に拡大した状態におけるモニタ画面の一例を示す説明図が図１２に示されている。尚、同図において、図１１と同一構成部分には同符号を付して説明を省略する。同図に示されるように、この例にあっては、画像表示領域７７上の生画像並びにグラフ表示領域７８上のラインブライト波形８３はいずれも変位測定方向へと大きく拡大されている。尚、符号８１で示されるラインビームの像が線状ではなく円形状に太って描かれているのはそのためである。このように生画像並びにラインブライト波形を拡大して表示すれば、測定点座標と生画像並びにラインブライト波形との関係をより明確なものとすることができ、両者の関係を精密に確認することができる。

外乱による誤計測が発生した状態におけるモニタ画面の一例を示す説明図が図１３に示されている。尚、同図において図１１と同一構成部分については同符号を付して説明を省略する。この例では、正常なラインビームに基づく光像８１は許容範囲内に収まっているにもかかわらず、符号８９で示されるように、判定結果は不良品であるＬＯＷとされている。一方、画像表示領域７７の生画像を見ると、符号９０で示されるように下限値よりも下方へはずれた位置に外乱光に基づく光像が現れており、符号８２に示されるように測定点座標を示す十字記号８２はこの誤った光像９０に位置していることがわかる。同様にして、グラフ表示領域７８を見ると、ラインブライト曲線８３上の真のピークは許容範囲内に収まっているにもかかわらず、外乱に基づくピークは下限値よりも下方へ位置している。符号８５に示される測定点座標を示す十字記号は、この外乱光によるピーク値に位置していることがわかる。これらの表示によって、ユーザは、実際の製品の変位量が異常なのではなくて、外乱光による誤った光像９０によって誤作動したことが理解される。

２つのセンサヘッドを同時に使用して段差計測を行なう状態におけるモニタ画面の一例を示す説明図が図１４に示されている。尚、同図において、図１１と同一構成部分については同符号を付して説明を省略する。図１４（ｂ）に示されるように、この例にあっては、２個のセンサヘッド（０），（１）をそれぞれ測定対象物と対向配置し、それぞれからの距離を測定すると共に、それらの距離の偏差（段差）を自動的に演算出力するようにしたものである。すなわち、同図（ａ）に示されるように、この例にあっては、数値表示領域７９には符号８８で示されるように、段差を示す数値（＋４．５３４５）が表示される。又、画像表示領域７７は上下２列に分割されており、そのうち上段にはセンサヘッド（０）に関する生画像が、下段にはセンサヘッド（１）に関する生画像が表示される。又、それぞれの生画像上にはラインビームに相当する光像８１ａ，８２ａと測定点座標を示す十字記号８１ｂ，８２ｂが表示される。又、グラフ表示領域７８には、センサヘッド（０），（１）にそれぞれ対応するラインブライト波形８３ａ，８３ｂと測定点座標を示す十字記号８５ａ，８５ｂが表示される。従って、以上の画像表示によれば、何らかの異常が発生した場合、センサヘッド（０），（１）のいずれに異常が生じたかを確認することができる。尚、この場合、符号８９で示される判定結果を示す記号（ＰＡＳＳ）は段差に対する許容幅に対応している。

変位量データを時系列的に表示する状態におけるモニタ画面の一例を示す図が図１５に示されている。尚、図１１と同一構成部分については同符号を付して説明を省略する。図１５（ａ）に示されるように、この例にあっては、ベルトコンベア上を順次搬送されてくる部品Ａ，Ｂとセンサヘッドとの距離を順次測定し、その結果を図１５（ａ）に示されるように、グラフ表示領域７８上に時系列波形（トレンドグラフ）９１として表示させるものである。尚、このとき、画像表示領域７７には、その時点におけるラインビームの光像８１並びに測定点を示す十字記号８２が表示される。このような表示内容によれば、順次送られてくる部品Ａ，Ｂの公差乃至ばらつきを明確に把握しつつ、計測処理を円滑に行うことができる。

次に、先の測定において説明した測定範囲７３の設定処理などについて説明する。先に説明したように、この実施形態の変位センサにあっては、２個のセンサヘッド２０Ａ，２０Ｂを接続可能とされている。又、図１４に示されるように、それらセンサヘッドを同時に作動させつつ段差測定などを可能としている。当然に、これら２台のセンサヘッドに対しては別々に選択設定操作が可能とされている。

センサヘッド選択操作時のモニタ画面を示す説明図が図１６に示されている。尚、同図において図１１と同一構成部分には同一符号を付して説明を省略する。装置本体に接続された操作器４０で所定操作を行うことによりダイアログボックス９２を開き、その状態で所定の選択操作によりセンサヘッド２０Ａ，２０Ｂのいずれかを指定することができる。

ビームライン方向の測定領域の始点決定操作中のモニタ画面を示す説明図が図１７に示されている。尚、図１１と同一構成部分には同符号を付して説明を省略する。測定領域選択中にあっては、画像表示領域７７には、図中左右方向へ延びる点線で示されるように始点ライン９２と終点ライン９３とが描かれる。これらのライン９２，９３は所定操作により画面上において上下方向へ平行移動可能となされている。始点ライン９２を決定する場合、所定操作によってカーソル９４を始点ライン（Ａ）９２側に設定する。この状態において始点ライン９２を所望の画素位置（ｐｉｘｅｌ）に合わせ、所定の確定操作を行うことによって始点ライン９２を希望の位置に合わせることができる。図では、始点ライン９２は１６ｐｉｘｅｌ目に位置合わせされている。

ビームライン方向の測定領域の終点決定操作中のモニタ画面を示す説明図が図１８に示されている。尚、図１１と同一構成部分には同符号を付して説明を省略する。終点ライン９３を所望の位置に設定する場合、まずカーソル９４を終点ライン（Ｂ）９３側へと合わせ、その状態で終点ライン９３を上下方向へ移動して希望の位置に移動したのち、所定の確定操作を行うことによって終点ライン９３の決定を完了する。この例では、終点ライン９３は４０ｐｉｘｅｌ目に設定されている。尚、以上の設定操作中、始点ライン９２並びに終点ライン９３の移動位置は、数値表示領域７９に表示される。これにより、測定領域（測定点抽出範囲）９５を１６ｐｉｘｅｌと４０ｐｉｘｅｌの間に特定できる。

次に、測定領域を決定したのち、その測定領域内において３つのモード（ノーマルモード、ピークモード、ボトムモード）にて特徴点（測定点）を抽出する処理について説明する。

測定領域内におけるライン方向測定点抽出操作中のモニタ画面を示す説明図（ノーマルモード）が図１９に示されている。尚、図１１と同一構成部分には同符号を付して説明を省略する。同図に示されるように、画像表示領域７７には、それぞれ平坦なピークとボトムとを有するラインビームの像９６が表示されている。そしてノーマルモードの場合、測定点はこれらピーク位置とボトム位置との中間に自動設定される。符号９７で示される十字記号（カーソル）が測定点の位置を示している。このようにノーマルモードにおいては、１６ｐｉｘｅｌと４０ｐｉｘｅｌとで挟まれる測定範囲内において、ピーク位置とボトム位置との中間に測定点が自動設定される。

測定領域内におけるライン方向測定点抽出操作中のモニタ画面を示す説明図（ピークモード）が図２０に示されている。尚、図１１と同一構成部分には同符号を付して説明を省略する。同図に示されるように、画像表示領域７７には、それぞれ平坦なピークとボトムとを有するラインビームの像９６が表示されている。そしてピークモードの場合、測定点はこれらピーク位置に設定される。符号９７で示される十字記号（カーソル）が測定点の位置を示している。このようにピークモードにおいては、１６ｐｉｘｅｌと４０ｐｉｘｅｌとで挟まれる測定範囲内において、ピーク位置に測定点が自動設定される。

測定領域内におけるライン方向測定点抽出操作中のモニタ画面を示す説明図（ボトムモード）が図２１に示されている。尚、図１１と同一構成部分には同符号を付して説明を省略する。同図に示されるように、画像表示領域７７には、それぞれ平坦なピークとボトムとを有するラインビームの像９６が表示されている。そしてボトムモードの場合、測定点はこれらピーク位置に設定される。符号９７で示される十字記号（カーソル）が測定点の位置を示している。このようにボトムモードにおいては、１６ｐｉｘｅｌと４０ｐｉｘｅｌとで挟まれる測定範囲内において、ボトム位置に測定点が自動設定される。

ラインブライト上の測定点抽出操作中のモニタ画面を示す説明図が図２２に示されている。尚、図１１と同一構成部分には同符号を付して説明を省略する。同図に示されるように、グラフ表示領域７８にはラインブライト波形が描かれ、そのピーク位置近傍には測定点座標を示すカーソル９８が表示される。尚、カーソル９７とカーソル９８とは上下方向へ延びる直線状に整合させてもよい。そうすれば、画像表示領域７７とグラフ表示領域７８とを照らし合わせることにより測定点座標をより精密に確認することができる。

ラインブライト上の測定点抽出中のモニタ画面を示す説明図が図２３に示されている。尚、図１１と同一構成部分には同符号を付して説明を省略する。グラフ表示領域（通常サイズ）７８とグラフ表示領域（拡大サイズ）７８′とを比較して明らかなように、この例にあっては、ラインブライト波形が変位測定方向へと拡大されている。その結果、グラフ表示領域（拡大サイズ）７８′に示されたラインブライト波形によれば、測定点座標とラインブライト波形との関係をより一層精度よく確認することができる。この操作は、例えばグラフ表示領域（通常サイズ）７８にて測定点座標を確認したのち、所定の操作で拡大モードを選択することによって行うことができる。

以上、各実施形態の説明でも明らかなように、この変位センサによれば、単に変位測定結果を確認するのみならず、生画像取得から変位量測定に至る過程で用いられた種々のデータ（生画像、ラインブライト波形、各種しきい値）をモニタ画面上に表示させることができるため、測定結果に異常が現れたような場合その原因が測定対象そのものの異常なのか外乱光による誤動作なのかを容易に判別することができ、例えば生産ラインに適用した場合トラブル発生時の対策を迅速にとることが可能となる。

特にモニタ画面上には生画像とラインブライト波形とを平行に並べて表示させるため、計測結果に異常が生じたような場合、その原因が外乱光にあるような場合には生画像とラインブライト波形とを照らし合わせつつその原因を精密に把握することができる。

又、測定範囲については変位測定方向のみならず、これと直交する方向についても設定可能としたため、二次元ＣＣＤの視野内にラインビームの像が片寄って位置していたり、あるいは測定対象物上の測定点がＣＣＤの視野内において同様に片寄って位置しているような場合、それらの偏りを考慮して測定点を絞り込むことにより、より精密な計測が可能となる。

さらに、モニタ画面上には同時に作動する２台のセンサヘッドからの情報を並列にあるいは重ねて表示させることもできるため、２台のセンサヘッドを用いて段差計測を行うような場合、何らかのエラーが発生した場合いずれのセンサヘッドに原因があるかを迅速かつ的確に把握することができる。

加えて、コンベア上を次々と物品が搬送されてくるような場合、逐次検出される変位量をモニタ画面上に時系列的に表示させることもできるため、生産ラインにおける検査工程などにおいてはより使い勝手の良いものとなる。

本発明が適用された変位センサのシステム構成の一例を示すブロック図である。 センサヘッドの内部構成を概略的に示す説明図である。 本体装置の内部機能構成を示すブロック図である。 変位センサの変位量測定動作を概略的に示すゼネラルフローチャートである。 センサヘッド内のＣＣＤで撮像された画像の説明図である。 測定範囲内における測定点抽出処理の説明図である。 ＣＣＤによる撮像画像とラインブライト波形との関係を示す説明図である。 しきい値決定方法の説明図である。 測定点座標抽出処理の説明図である。 モニタ画面生成方法の説明図である。 正常な計測値が得られた状態におけるモニタ画面の一例を示す図である。 画像及びラインブライト波形を変位軸方向に拡大した状態におけるモニタ画面の一例を示す説明図である。 外乱による誤計測が発生した状態におけるモニタ画面の一例を示す説明図である。 ２つのセンサヘッドを同時に使用して段差計測を行なう状態におけるモニタ画面の一例を示す説明図である。 変位量データを時系列的に表示する状態におけるモニタ画面の一例を示す図である。 センサヘッド選択操作時のモニタ画面を示す説明図である。 ビームライン方向の測定領域の始点決定操作中のモニタ画面を示す説明図である。 ビームライン方向の測定領域の終点決定操作中のモニタ画面を示す説明図である。 測定領域内におけるライン方向測定点抽出操作中のモニタ画面を示す説明図（ノーマルモード）である。 測定領域内におけるライン方向測定点抽出操作中のモニタ画面を示す説明図（ピークモード）である。 測定領域内におけるライン方向測定点抽出操作中のモニタ画面を示す説明図（ボトムモード）である。 ラインブライト上の測定点抽出操作中のモニタ画面を示す説明図である。 ラインブライト上の測定点抽出操作中のモニタ画面を示す説明図である。

符号の説明

１０ 本体装置
２０Ａ，２０Ｂ センサヘッド
３０ 画像モニタ
４０ 操作器
５０ 外部機器
６０ 検出対象物体
７１ センサの視野
７２ ラインビームの像
７３ 測定範囲
７４ 測定範囲の始点
７５ 測定範囲の終点
７６ ラインブライト波形
７７ 画像表示領域
７８ グラフ表示領域
７９ 数値表示領域
８０ ガイド表示領域
８１ ラインビームの光像
８２ 測定点座標を示す十字記号
８３ ラインブライト波形
８４ 罫線
８５ 測定点座標を示す十字記号
８６ 許容範囲の下限値
８７ 許容範囲の上限値
８８ 測定結果を示す数値
８９ 判定結果を示す記号
９０ 外乱に基づく光像
９２ 始点ライン
９３ 終点ライン
９４ 選択ラインを示すカーソル
９６ ラインビームの像
９７ 測定点座標を示すカーソル
９８ 測定点座標を示すカーソル
１１０ 計測部
１１１ センサヘッド用インタフェース
１１１Ａ 画像取込部
１１１Ｂ センサヘッド制御部
１１２ 画像演算処理部
１１２Ａ 画像転送部
１１２Ｂ 計測処理部
１２０ 制御部
１２１ ＧＵＩ部
１２２ 画像処理部
１２３ 制御処理部
１２４ 外部出力インタフェース部
２０１ レーザダイオード
２０２ スリット板
２０３ 投光レンズ系
２０４ 受光レンズ系
２０５ 撮像素子（二次元ＣＣＤ）
Ｄ１ 変位量データ出力
Ｄ２ 判定出力

Claims (15)

1. 撮像素子から取得した受光輝度分布から、所定の測定点抽出アルゴリズムを用いて受光輝度分布上における変位方向の測定点座標を自動抽出し、該自動抽出された測定点座標に基づいて目的とする変位量を算出する光切断法に基づく変位センサであって、
   変位測定方向における受光輝度分布を示すラインブライト波形の画像を表示するための、画像モニタ用の表示データを編集する表示データ編集手段を有する変位センサ。
2. 撮像素子から取得した受光輝度分布から、所定の測定点抽出アルゴリズムを用いて受光輝度分布上における変位方向の測定点座標を自動抽出し、該自動抽出された測定点座標に基づいて目的とする変位量を算出する光切断法に基づく変位センサであって、
   取得した受光輝度分布を示す生画像の上に測定点座標を示す図形を重ねた画像を表示するための、画像モニタ用の表示データを編集する表示データ編集手段を有する変位センサ。
3. 撮像素子から取得した受光輝度分布から、所定の測定点抽出アルゴリズムを用いて受光輝度分布上における変位方向の測定点座標を自動抽出し、該自動抽出された測定点座標に基づいて目的とする変位量を算出する光切断法に基づく変位センサであって、
   取得した受光輝度分布を示す生画像の上に変位測定方向の測定値許容範囲を示す図形を重ねた画像を表示するための、画像モニタ用の表示データを編集する表示データ編集手段を有する変位センサ。
4. 撮像素子から取得した受光輝度分布から、所定の測定点抽出アルゴリズムを用いて受光輝度分布上における変位方向の測定点座標を自動抽出し、該自動抽出された測定点座標に基づいて目的とする変位量を算出する光切断法に基づく変位センサであって、
   取得した受光輝度分布を示す生画像の上に、測定点座標を示す図形及び変位測定方向の測定値許容範囲を示す図形を重ねて示す画像を表示するための、画像モニタ用の表示データを編集する表示データ編集手段を有する変位センサ。
5. 撮像素子から取得した受光輝度分布から、所定の測定点抽出アルゴリズムを用いて受光輝度分布上における変位方向の測定点座標を自動抽出し、該自動抽出された測定点座標に基づいて目的とする変位量を算出する光切断法に基づく変位センサであって、
   算出された変位量を時系列的に並べて示すトレンドグラフの画像を表示するための、画像モニタ用の表示データを編集する表示データ編集手段を有する変位センサ。
6. 光切断法に基づく変位計測方法であって、
   撮像素子から受光輝度分布を取得するステップと、
   取得した受光輝度分布から、所定の測定点抽出アルゴリズムを用いて受光輝度分布上における変位方向の測定点座標を自動抽出し、該自動抽出された測定点座標に基づいて目的とする変位量を算出するステップと、
   変位測定方向における受光輝度分布を示すラインブライト波形の画像を表示するための表示データを編集するステップと、
   前記表示データを画像モニタに与えて、画像モニタの画面上にラインブライト波形の画像を表示させるステップと
   を具備することを特徴とする変位計測方法。
7. 前記表示データが、ラインブライト波形上に測定点座標を示す図形を重ねた画像を表示するためのものである請求項６に記載の変位計測方法。
8. 前記表示データが、ラインブライト波形上に測定点座標抽出用しきい値を示す図形を重ねた画像を表示するためのものである請求項６に記載の変位計測方法。
9. 前記表示データが、ラインブライト波形上に変位測定方向の測定値許容範囲を示す図形を重ねた画像を表示するためのものである請求項６に記載の変位計測方法。
10. 前記表示データが、ラインブライト波形の上に、測定点座標を示す図形及び変位測定方向の測定値許容範囲を示す図形を重ねて示す画像を表示するためのものである請求項６に記載の変位計測方法。
11. 光切断法に基づく変位計測方法であって、
    撮像素子から受光輝度分布を取得するステップと、
    取得した受光輝度分布から、所定の測定点抽出アルゴリズムを用いて受光輝度分布上における変位方向の測定点座標を自動抽出し、該自動抽出された測定点座標に基づいて目的とする変位量を算出するステップと、
    取得した受光輝度分布を示す生画像の上に測定点座標を示す図形を重ねた画像を表示するための表示データを編集するステップと、
    前記表示データを画像モニタに与えて、画像モニタの画面上に、生画像の上に測定点座標を示す図形を重ねた画像を表示させるステップと
    を具備することを特徴とする変位計測方法。
12. 光切断法に基づく変位計測方法であって、
    撮像素子から受光輝度分布を取得するステップと、
    取得した受光輝度分布から、所定の測定点抽出アルゴリズムを用いて受光輝度分布上における変位方向の測定点座標を自動抽出し、該自動抽出された測定点座標に基づいて目的とする変位量を算出するステップと、
    取得した受光輝度分布を示す生画像の上に変位測定方向の測定値許容範囲を示す図形を重ねた画像を表示するための表示データを編集するステップと、
    前記表示データを画像モニタに与えて、画像モニタの画面上に、生画像の上に変位測定方向の測定値許容範囲を示す図形を重ねた画像を表示させるステップと
    を具備することを特徴とする変位計測方法。
13. 光切断法に基づく変位計測方法であって、
    撮像素子から受光輝度分布を取得するステップと、
    取得した受光輝度分布から、所定の測定点抽出アルゴリズムを用いて受光輝度分布上における変位方向の測定点座標を自動抽出し、該自動抽出された測定点座標に基づいて目的とする変位量を算出するステップと、
    取得した受光輝度分布を示す生画像の上に測定点座標を示す図形及び変位測定方向の測定値許容範囲を示す図形を重ねて示す画像を表示するための表示データを編集するステップと、
    前記表示データを画像モニタに与えて、画像モニタの画面上に、生画像の上に測定点座標を示す図形及び変位測定方向の測定値許容範囲を示す図形を重ねて示す画像を表示させるステップと
    を具備することを特徴とする変位計測方法。
14. 光切断法に基づく変位計測方法であって、
    二次元撮像素子から受光輝度分布を取得するステップと、
    取得した受光輝度分布から、所定の測定点抽出アルゴリズムを用いて受光輝度分布上における変位方向の測定点座標を自動抽出し、該自動抽出された測定点座標に基づいて目的とする変位量を算出するステップと、
    取得した受光輝度分布を示す生画像の上に変位測定方向と直交する方向における測定点抽出範囲を示す図形を重ねた画像を表示するための表示データを編集するステップと、
    前記表示データを画像モニタに与えて、画像モニタの画面上に、生画像の上に変位測定方向と直交する方向における測定点抽出範囲を示す図形を重ねた画像を表示させるステップと
    を具備することを特徴とする変位計測方法。
15. 光切断法に基づく変位計測方法であって、
    撮像素子から受光輝度分布を取得するステップと、
    取得した受光輝度分布から、所定の測定点抽出アルゴリズムを用いて受光輝度分布上における変位方向の測定点座標を自動抽出し、該自動抽出された測定点座標に基づいて目的とする変位量を算出するステップと、
    算出された変位量を時系列的に並べて示すトレンドグラフの画像を表示するための表示データを編集するステップと、
    前記表示データを画像モニタに与えて、画像モニタの画面上にトレンドグラフの画像を表示させるステップと
    を具備することを特徴とする変位計測方法。

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