JP2005241570A - 表面形状検出器 - Google Patents
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Abstract
【課題】 外乱光などによる影響を排除して正確に表面形状の検出が可能な表面形状検出器を提供する。
【解決手段】 二次元CCD13の撮像面13Aを分割してなる各区画領域E1〜E3単位で、各区画領域E1〜E3内に位置する各走査線L1〜L7,L8〜L14,L15〜L21上の受光レベルピーク位置Pを検出し、その検出された各走査線上の受光レベルピーク位置データに基づき、最も多くの受光レベルピーク位置Pが集中する基準クラス(または走査方向基準範囲)を特定する。そして、この特定動作にて特定された基準クラスから2クラス以上離れた受光レベルピーク位置データ以外の受光レベルピーク位置P’の受光レベルピーク位置データに基づき対象物体Wの表面形状検出を行う構成とした。
【選択図】 図3
Description
(a)前記各区画領域内に位置する各走査線上の受光レベルピーク位置を検出する検出手段
(b)前回の前記一連の動作が終了した前回の区画領域の受光レベルピーク位置情報を削除するととに、今回、前記検出手段で検出された受光レベルピーク位置情報を記憶する記憶手段
(c)前記記憶手段に記憶された前記各走査線上の受光レベルピーク位置情報に基づき、それらの各受光レベルピーク位置の前記走査方向における位置のうち最も多く集中する位置または範囲を、走査方向基準位置または走査方向基準範囲として特定する特定手段
(d)前記記憶手段に記憶された前記各走査線毎の受光レベルピーク位置情報のうち、前記特定手段にて特定された走査方向基準位置または走査方向基準範囲との前記走査方向における位置偏差が所定値以内であった受光レベルピーク位置情報だけを抽出する抽出手段
前記表面形状検出手段は、前記抽出手段にて抽出された受光レベルピーク位置情報に基づき前記対象物体の表面形状を検出することを特徴とする。
また、上記「走査方向基準位置または走査方向基準範囲」は、1点であってもよいが、ある程度幅をもった範囲であってもよい。例えば、受光レベルピーク位置が最も集中する分布範囲内を基準範囲としてもよい。
また、上記(b)の記憶手段における削除動作は、前回の一連動作の抽出手段による抽出動作の後に実行する構成であっても、また、今回の受光レベルピーク位置情報の記憶時に削除または上書きする構成であってもよい。
また、「各区画領域」は、その区画領域内での反射光による正規の各受光レベルピーク位置の走査方向における位置のバラツキが所定範囲になるように対象物体の表面形状に応じて定めることが望ましい。
また、上記投光手段による「線状の光」は、対象物体について所定の一方向における表面形状を検出したい場合、その所定の一方向に沿った線状の光をいう。
二次元撮像素子の撮像面を走査線と直交する方向において複数に分割してなる各区画領域毎に見た場合、対象物体からの反射光による走査方向における本来の受光位置の分布は、ある程度一定の値に集中すると考えられる。従って、この本来の受光位置の分布の最頻値から大きく外れた位置が受光レベルピーク位置として検出された場合、これは本来の受光位置ではなく外乱光によるものであると考えられる。そして、このように上記最頻値から大きく外れた位置に入光する外乱光が表面形状検出に大きく影響するため排除する必要がある。
これに対して、本構成では、二次元撮像素子の撮像面を走査線と直交する方向において複数に分割してなる各区画領域単位で、走査方向基準位置または走査方向基準範囲の特定動作及び抽出動作を順次行う構成なので、一区画領域内の画素の受光信号を格納可能なメモリ容量で対処できる。
例えば、表面形状の変化が比較的大きい対象物体の場合、各区画領域内での受光レベルピーク位置の走査方向における位置がはらついて走査方向基準位置または走査方向基準範囲が定まらず、外乱光による影響を確実に排除できない可能性がある。
そこで、本構成によれば、分割数変更手段によって、撮像面の分割数を変更できる構成とした。従って、表面形状の変化が比較的大きい対象物体に対しては、分割数を多く設定することで、各区画領域内での走査方向基準位置または走査方向基準範囲を定め易くし、確実に外乱光による影響を排除することが可能になる。
対象物体からの反射光による撮像面上の受光位置がある程度予測できる場合には、各区画領域内での受光レベルピーク位置の走査方向における位置にバラツキがなるべくないように各区画領域間の区画位置を調整することで、より明確に走査方向基準位置または走査方向基準範囲を定めて、確実に外乱光による影響を排除することができる。
そこで、本構成では、区画位置変更手段によって各区画領域間の区画位置を変更できる構成とした。
1.表面形状検出器の全体構成
図1には、本実施形態に係る表面形状検出器10の全体構成図が示されている。符号11はレーザ光源で、ここからレーザ光R1(平行光)が対象物体Wの表面に向けて出射される。このレーザ光源11の前方には、所定方向(本実施形態では図1の紙面奥行き方向)に長く延びた開口断面を有するスリット板12が配されている。従って、対象物体Wの表面に向けて、スリット板12の開口形状に対応した板状のレーザ光R1が照射されることになる。なお、スリット板12の開口部形状は長手方向の幅(対象物体Wに照射されるレーザ光の横幅寸法)が約10mm、短手方向の幅(対象物体Wに照射されるレーザ光の厚さ寸法)は約200μmに設定されている。
レーザ光源11からスリット板12を介して対象物体Wに照射され当該対象物体W表面で反射した反射光(以下、「レーザ反射光R2」という)は、二次元CCD13の撮像面13Aにて受光される。
本実施形態では、図3(a)に示すように、二次元CCD13の撮像面13Aを、上記走査線L(走査方向)と直交する方向において例えば3分割してなる、第1区画領域E1、第2区画領域E2、第3区画領域E3が予め定義付けられている。ここでは、各区画領域E1〜E3は、上記直交する方向において7つの画素を含むよう均等分割された領域としている。制御部15は、レーザ光源11に起動信号を与えて発光させ、これに同期してCCD駆動回路14を駆動させて二次元CCD13からの受光信号を例えば1〜21本の各走査線L毎に読み込みつつ、各区画領域E1〜E3毎に、次に示す処理を実行する。
制御部15は、レーザ光源11に起動信号を与え、これに同期して図4のフローチャートに示す制御を実行する。まず、ステップS1で区画領域番号Kを初期値1に設定し、ステップS2で、CCD駆動回路14を駆動させて第1区画領域E1に含まれる各走査線L1〜L7毎の画素からの受光信号が連なってなる信号を順次受け、各走査線L1〜L7について受光レベルピーク位置P,P’をそれぞれ検出する。具体的には、各走査線L1〜L7について最大受光量を示す画素の位置を特定するのである。
本構成によれば、二次元CCD13の撮像面13Aを分割してなる各区画領域E1〜E3単位で、各区画領域E1〜E3内に位置する各走査線L1〜L7,L8〜L14,L15〜L21上の正規の受光レベルピーク位置Pを検出し、その検出された各走査線上の受光レベルピーク位置データに基づき、最も多くの受光レベルピーク位置Pが集中する基準クラス(または走査方向基準範囲)を特定する。そして、この特定動作にて特定された基準クラスから2クラス以上離れた受光レベルピーク位置データ以外の受光レベルピーク位置P’の受光レベルピーク位置データに基づき対象物体Wの表面形状検出を行う構成とした。これにより、対象物体Wからのレーザ反射光R2による本来の受光位置から大きく外れた位置に入光し表面形状検出の精度を低下させる外乱光の影響を排除することができる。
これに対して、本実施形態では、二次元CCD13の撮像面13Aを走査線Lと直交する方向において分割してなる各区画領域E1〜E3単位で、基準クラスの特定動作及び抽出動作を順次行う構成なので、一区画領域E内の画素の受光信号を格納可能なメモリ容量で対処できる。
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
(1)上記実施形態では、スリット板を介して板状のレーザビームを出射することで、対象物体表面に(直)線状に光を照射させる構成としたが、これに限らず、例えば、比較的細い光芒の光を対象物体の表面に照射させつつ、その照射点を所定方向に移動させることで対象物体表面に(直)線状に光を照射させる構成としても対象物体の表面形状の検出が可能であり、本発明の適用も可能である。
11…レーザ光源(投光手段)
12…スリット板(投光手段)
13…二次元CCD(二次元撮像素子)
13A…撮像面
15…制御部(受光位置検出手段、検出手段、特定手段、抽出手段、表面形状検出手段)
16…照射像
E(E1〜E3)…区画領域
L(L1〜L21)…走査線
P,P’…受光レベルピーク位置
R1…レーザ光
R2…レーザ反射光
W…対象物体
X…区画位置
Claims (3)
- 対象物体の表面上に線状に光を照射する投光手段と、
前記投光手段から照射され前記対象物体表面で反射した反射光を受光する二次元撮像素子と、
前記二次元撮像素子の撮像面上の各画素での受光量に応じた受光信号を、前記投光手段からの光による線状の照射像に直交する方向に沿った走査線毎に取り出し、前記各走査線上の受光レベルピーク位置を検出する受光位置検出手段と、
前記受光位置検出手段にて検出された各走査線上の受光レベルピーク位置に基づいて前記対象物体の表面形状を検出する表面形状検出手段とを備えた表面形状検出器において、
前記二次元撮像素子の撮像面を、前記走査線と直交する方向において複数に分割してなる複数の区画領域が定められ、
前記受光位置検出手段は、次の(a)から(d)の手段を備え、当該(a)から(d)の手段による一連の動作を、前記各区画領域単位で順次行わせる構成とされ、
(a)前記各区画領域内に位置する各走査線上の受光レベルピーク位置を検出する検出手段
(b)前回の前記一連の動作が終了した前回の区画領域の受光レベルピーク位置情報を削除するととに、今回、前記検出手段で検出された受光レベルピーク位置情報を記憶する記憶手段
(c)前記記憶手段に記憶された前記各走査線上の受光レベルピーク位置情報に基づき、それらの各受光レベルピーク位置の前記走査方向における位置のうち最も多く集中する位置又は範囲を、走査方向基準位置または走査方向基準範囲として特定する特定手段
(d)前記記憶手段に記憶された前記各走査線毎の受光レベルピーク位置情報のうち、前記特定手段にて特定された走査方向基準位置または走査方向基準範囲との前記走査方向における位置偏差が所定値以内であった受光レベルピーク位置情報だけを抽出する抽出手段
前記表面形状検出手段は、前記抽出手段にて抽出された受光レベルピーク位置情報に基づき前記対象物体の表面形状を検出することを特徴とする表面形状検出器。 - 前記撮像面の分割数を変更する分割数変更手段が設けられていることを特徴する請求項1に記載の表面形状検出器。
- 前記各区画領域間の区画位置を変更する区画位置変更手段が設けられていることを特徴とする請求項1または請求項2に表面形状検出器。
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