JP2008045928A

JP2008045928A - 光学式計測装置および光学式計測装置の制御方法

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Publication number: JP2008045928A
Application number: JP2006220076A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Iida; 雄介飯田; Tokiko Inoue; 登紀子井上; Tatsuya Matsunaga; 達也松永
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2006-08-11
Filing date: 2006-08-11
Publication date: 2008-02-28

Abstract

【課題】条件を変えて合成画像を生成することが短時間でかつ簡易な操作で可能な光学式計測装置を提供する。
【解決手段】光学式計測装置は、撮影画像を複数枚記憶可能な画像記憶部（１０２ｂ）と、撮影画像の輝度に影響を与える撮影条件を規定するパラメータの少なくとも１つの値を変更することにより複数の撮影条件を指定し、撮影条件の異なる撮影画像を複数枚撮影部に取得させ、複数枚の撮影画像を画像記憶部に記憶させる制御部（１０１）とを備える。制御部（１０１）は、ユーザからの指示に基づき、画像記憶部に記憶された複数枚の画像のうちから合成画像を作成するために使用する画像を選択し、選択した画像を読み出して所定の輝度条件を満足する領域の画像を抽出し、各選択画像の抽出した領域を寄せ集めて合成画像を生成し、合成画像に含まれる断面輪郭線像に基づいて計測処理を実行する。
【選択図】図１９

Description

この発明は、計測対象物体の断面輪郭形状を検査する場合等に好適な光切断法を利用した光学式計測装置および光学式計測装置の制御方法に係り、特に、表面性状等に起因して濃度の均一な光切断面の輪郭像が得難いような計測対象物体に対しても、高精度計測を実現可能とした光学式計測装置および光学式計測装置の制御方法に関する。

従来、様々な計測対象物体の変位、長さ、角度などを計測するためのセンサ装置が知られている。たとえば、光源からの光をスリット光に整形して計測対象物体表面に所定角度で照射する投光部と、計測対象物体表面のスリット光照射位置をスリット光照射角度とは異なる角度から二次元撮像素子を使用して撮影して光切断面の断面輪郭線像を含む画像を取得する撮影部と、この撮影手段を介して得られる光切断面の断面輪郭線像に基づいて、所定の計測処理を実行することにより計測値及び／又は判定値を生成する計測部と、を具備する、光切断法を利用した光学式計測装置（『変位センサ』とも称される）が知られている。

ここで、スリット光の断面のなす直線の方向は、二次元撮影素子の視野内においては、垂直走査方向に対応する。また、計測装置（一般には、センサヘッド）と計測対象物体との距離が変化したときにスリット光のなす断面輪郭線像が二次元撮像素子の視野内において移動する方向は、水平走査方向に対応する。これにより、二次元撮像素子の受光面には、光切断面の断面輪郭線像が結像される。

かかる光学式計測装置によれば、切断光として直線状断面を有するスリット光を採用しているため、切断光として点状断面を有するスポット光を採用するもののように、切断光と計測対象物体とを相対移動させずとも、計測対象物体表面の一定直線に沿う一連の計測点の情報を一括して取得することができる。そのため、たとえば生産ラインを流れる工業製品の検査等に応用すれば、それら一連の計測点の情報に基づいて、計測対象物体表面各部の寸法を精密に測定して、製品の良否判定等を迅速かつ確実に行なうことができる。

この種の工業製品の検査等においては、様々な表面性状を有する計測対象物体を想定せねばならない。工業製品の中には、表面性状（たとえば、表面の粗さ、色彩等）が一様でないことから、反射率が部分的に異なるものがある。

このような場合に、反射率の高い部分をＡ部、低い部分をＢ部とすると、計測対象物体に照射されたスリット光のうちで、Ａ部に照射されたスリット光部分の像が鮮明に映し出される撮影条件で二次元撮影素子による撮影を行なうと、Ｂ部に照射されたスリット光部分の像は輝度不足となる。逆に、Ｂ部に照射されたスリット光部分の像が鮮明に映し出される撮影条件で二次元撮影素子による撮影を行なうと、Ａ部の画像が輝度飽和して正常な計測が行なわれないことがある。

特許第３５７５６９３号公報（特許文献１）には、このような問題を解決するために、撮影条件が異なる複数の画像を合成して合成画像に基づいて計測を行なう光学式計測装置が開示されている。
特許第３５７５６９３号公報

上述のような複数の画像を取り込んで合成画像を生成しその合成画像に基づいて計測を行なう処理は、生産ラインを流れる工業製品の検査等に応用される場合、所要時間が検査コストや生産スループットに大きな影響を及ぼす。

計測に使用される合成画像の品質（精度）と検査時間の短縮とは相反する要素である。つまり、高い精度を得るために十分な程度の枚数の画像を撮影して合成画像を生成するのが望ましい。しかし、多くの撮影画像に基づき合成画像を生成すれば合成画像の品質は良くなり精度のよい計測が可能となるが、その分時間を要してしまう。高い精度が必要とされる計測とそれほど精度が必要でない計測では、必要な合成画像の品質も異なる。

したがって、製造コストの低減や製造効率の向上のためにはラインの立ち上げ時に撮影条件の選択変更をいろいろ行なって検査時間と測定結果のバランスを確認した上で撮影条件を行なうことが望ましい。

この発明の目的は、条件を変えて合成画像を生成することが短時間でかつ簡易な操作で可能な、合成画像に基づいて計測を行なう光学式計測装置を提供することである。

この発明は、要約すると、光学式計測装置であって、計測対象物体の表面の線状領域に光を照射する投光部と、光によって照射された線状領域の撮影画像が計測対象物体の表面高さに応じて変化する方向から、線状領域を撮影して光切断面の断面輪郭線像を含む撮影画像を取得する撮影部と、撮影画像を複数枚記憶可能な画像記憶部と、撮影画像の輝度に影響を与える撮影条件を規定するパラメータの少なくとも１つの値を変更することにより複数の撮影条件を指定し、撮影条件の異なる撮影画像を複数枚撮影部に取得させ、複数枚の撮影画像を画像記憶部に記憶させる制御部とを備える。制御部は、ユーザからの指示に基づき、画像記憶部に記憶された複数枚の画像のうちから合成画像を作成するために使用する画像を選択し、選択した画像を読み出して所定の輝度条件を満足する領域の画像を抽出し、各選択画像の抽出した領域を寄せ集めて合成画像を生成し、合成画像に含まれる断面輪郭線像に基づいて計測処理を実行する。

好ましくは、光学式計測装置は、合成画像を表示する表示部をさらに備える。制御部は、表示部に合成画像を表示させ、使用する画像を確定させるか否かをユーザに問い合わせ、ユーザからの回答が非確定であった場合には再度ユーザからの指示を受けて画像の選択を行ない、選択した画像を使用して合成画像を再度生成する。

より好ましくは、光学式計測装置は、使用する画像に対応する撮影条件を使用画像撮影条件として記憶する条件記憶部をさらに備える。制御部は、ユーザからの回答が確定であった後には、条件記憶部から使用画像撮影条件を読み出して、使用画像撮影条件に基づき必要な画像枚数を撮影部に撮影させ、撮影した画像を用いて合成画像を生成し、計測処理を実行する。

好ましくは、ユーザからの指示は、１つのパラメータを変更させる際の最大値と最小値とを含む。

好ましくは、ユーザからの指示は、１つのパラメータを変更させる際の値の変更間隔を含む。

この発明は、他の局面に従うと、光学式計測装置の制御方法であって、光学式計測装置は、計測対象物体の表面の線状領域に光を照射する投光部と、光によって照射された線状領域の撮影画像が計測対象物体の表面高さに応じて変化する方向から、線状領域を撮影して光切断面の断面輪郭線像を含む撮影画像を取得する撮影部と、撮影画像を複数枚記憶可能な画像記憶部とを含み、制御方法は、撮影画像の輝度に影響を与える撮影条件を規定するパラメータの少なくとも１つの値を変更することにより複数の撮影条件を指定し、撮影条件の異なる撮影画像を複数枚撮影部に取得させるステップと、複数枚の撮影画像を画像記憶部に記憶させるステップと、ユーザからの指示を受けるステップと、指示に基づき、画像記憶部に記憶された複数枚の画像のうちから合成画像を作成するために使用する画像を選択し、選択した画像を読み出して所定の輝度条件を満足する領域の画像を抽出し、各選択画像の抽出した領域を寄せ集めて合成画像を生成するステップと、合成画像に含まれる断面輪郭線像に基づいて計測処理を実行するステップとを備える。

好ましくは、光学式計測装置は、合成画像を表示する表示部をさらに含む。制御方法は、表示部に合成画像を表示させるステップと、使用する画像を確定させるか否かをユーザに問い合わせて、ユーザからの回答が非確定であった場合には再度ユーザからの指示を受けて画像の選択を行ない、選択した画像を使用して合成画像を再度生成させるステップとをさらに備える。

より好ましくは、光学式計測装置は、使用画像撮影条件を記憶する条件記憶部をさらに備える。制御方法は、使用する画像に対応する撮影条件を使用画像撮影条件として条件記憶部に記憶させるステップと、ユーザからの回答が確定であった後に、条件記憶部から使用画像撮影条件を読み出して、使用画像撮影条件に基づき必要な画像枚数を撮影部に撮影させるステップと、撮影した画像を用いて合成画像を生成するステップとをさらに備える。

この発明によれば、ユーザのニーズに合うように、条件を微妙に変えて合成画像の生成処理をカスタマイズすることが短時間でかつ簡易な操作で可能となり、品質面と経済面のバランスのとれた計測を行なうことが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［光学式計測装置の構成］
まず、図１〜図４を用いて、本実施の形態に係る光学式計測装置（変位センサ）の構成について説明する。

本実施形態の変位センサは、制御盤などへのコンパクトな収容を可能とするために、また狭小な計測環境への据え付けを容易とするために、信号処理部とセンサヘッド部が分離されたいわゆるアンプ分離型の変位センサである。

図１は、本実施形態の変位センサの信号処理部１およびセンサヘッド部２の外観斜視図である。

図１を参照して、信号処理部１の外殻ケース１０は、やや細長い直方体形状の形態を有している。外殻ケース１０の前面からは、図示されていないが外部接続コードが引き出されている。この外部接続コードには、外部入力線、外部出力線、電源線等が含まれている。外部入力線は、たとえば上位装置としてのＰＬＣ（Programmable Logic Controller）等から信号処理部１に対して各種の指令を外部から与えるためのものである。外部出力線は、信号処理部１の内部で生成されたスイッチング出力やアナログ出力などをＰＬＣ等へ出力するためのものである。電源線は、信号処理部の内部回路に対する電源を供給するためのものである。また、外殻ケース１０の下面には、図示されていないがＵＳＢ（Universal Serial Bus）コネクタと、ＲＳ-２３２Ｃコネクタとが設けられている。

外殻ケース１０の上面には開閉可能な操作部蓋１４が設けられている。この操作部蓋１４の下には、信号処理部１における各種の指令操作などを行なうための操作部が設けられている。また、外殻ケース１０の上面には、センサヘッド部２により取得された計測対象画像情報や計測結果、計測値、設定画面等の表示を行なうための表示部１５が配置されている。

外殻ケース１０の左右側面には、信号処理部間コネクタ蓋１６が設けられている。この信号処理部間コネクタ蓋１６の内部には、他の信号処理部１を接続するための信号処理部間コネクタが設けられている。複数の信号処理部１は、ＤＩＮレールを介して隣接結合状態で１列に連装可能とされる。信号処理部１の外殻ケース１０の上面には、センサヘッド部接続用コネクタ１７が設けられている。信号処理部１はこのセンサヘッド部接続用コネクタ１７を介して後述するセンサヘッド部２に接続されている。

センサヘッド部２は、センサヘッド部接続用コネクタ１７に対応する信号処理部接続用コネクタ２７と、ケーブル２１と、センサヘッド本体部２０とを含む。

センサヘッド本体部２０は、投光窓５１から計測対象物体にレーザ光を照射し、受光窓５２に計測対象物体からの反射光を受ける。センサヘッド本体部２０は、計測対象物体の形状に応じて光像位置が変化して見える角度から計測対象物体の表面を撮影する。

図２は、センサヘッド本体部から照射されるレーザ光について説明するための図である。

図２に示すように、本体部２０に内蔵された投光素子（レーザダイオード）から出射されるパルス状レーザ光（パルス光）が、図示しない投光レンズを通して、計測対象物体５の表面にスリット光Ｌ１として照射される。これにより、計測対象物体５の表面にはスリット光の照射光像ＬＭ（以下ラインビーム像とも称する）が形成される。

計測対象物体５で反射したスリット光の反射光Ｌ２はセンサヘッド部２内の図示しない受光レンズを通して２次元撮像素子（フォトダイオードアレイ、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ撮像素子等）へと入射される。

すなわち、計測対象物体５の表面を、２次元撮像素子により異なる角度から撮影することにより、スリット光の照射光像ＬＭを含む映像信号を取得する。そして、この映像信号に基づいて、所定の特徴量が抽出されて、目的とする変位量（この例ではセンサヘッド部２と計測対象物体５との距離）のＬＭに沿った分布が求められる。

図３は、図１における信号処理部１の電気的ハードウェア構成の全体を示すブロック図である。

図３に示されるように、信号処理部１は、制御部１０１と、記憶部１０２と、表示部１０３と、センサヘッド部２との通信部１０４と、外部機器との通信部１０５と、キー入力部１０６と、外部入力部１０７と、出力部１０８と、電源部１０９とを含む。

制御部１０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）とＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）とにより構成され、信号処理部１全体の統括制御を担う。この制御部１０１は、後述する各種機能を実現すると共に、受光信号を所定の閾値を基準として二値化した後、これを出力データとして、出力部１０８から外部へと送出する。

記憶部１０２は、不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）１０２ａと、表示部１０３に表示される画像データを記憶する画像メモリ１０２ｂとを含む。なお、不揮発性メモリ１０２ａとしてフラッシュメモリを用いても良い。

表示部１０３は、閾値や計測対象物体までの距離等に係る各種数値等が表示される液晶表示部１０３ａと、目的とする出力であるオン／オフ状態等を示す表示灯ＬＥＤ１０３ｂとを含む。通信部１０４は、センサヘッド部２との通信を担うものである。

外部通信部１０５は、外部のパソコン（ＰＣ）１１０に接続するためのＵＳＢ通信部１０５ａと、コマンドやプログラムデータの送受信などに使用されるシリアル通信部１０５ｂと、所定のプロトコル並びに送受信フォーマットに従って、左右の隣接する他の信号処理部との間でデータ通信を行なう信号処理部間通信部１０５ｃとを備えている。

キー入力部１０６は、図示しない各種設定のためのスイッチや操作ボタン等で構成される。外部入力部１０７はたとえばＰＬＣ等の上位装置から、信号処理部１に対して各種の指令を受信するためのものである。出力部１０８は、目的とするオン／オフ出力をＰＬＣ等の上位装置に出力するために使用される。電源部１０９は、制御部１０１並びに外部のハードウェア回路に対し電源を供給するものである。

図４は、センサヘッド部２の電気的ハードウェア構成を示すブロック図である。
図４に示されるように、センサヘッド部２は、制御部２０１と、計測対象物体５へと向けてスリット光を照射するための投光部２０２と、計測対象物体５により反射されて到来するスリット光を受光する受光部２０３と、表示灯ＬＥＤ２０４と、記憶部２０５と、通信部２０６とを備えている。

制御部２０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）とＰＬＤ（Programmable Logic Device）とにより構成され、センサヘッド部２の各構成要素２０２〜２０６を統括制御するとともに、受光信号を受光部２０３から取り出し、信号処理部１に送り出す処理を担うものである。

投光部２０２は、この例では投光素子としてのレーザダイオードと投光回路とを備え、計測対象領域へ向けてスリット光を照射する。受光部２０３は、スリット光の反射光を受光する２次元撮像素子（フォトダイオードアレイ、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ撮像素子等）と、制御部２０１からのタイミング制御信号に同期して、２次元撮像素子から得られる受光信号を増幅して制御部２０１に出力する受光信号処理部とを含む。表示灯ＬＥＤ２０４は、センサヘッド部２の各種動作状態に対応して点消灯する。

記憶部２０５は、たとえば不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）から構成され、この例では、センサヘッド部２を同定するためのＩＤ（識別情報）等が記録される。通信部２０６は、制御部２０１の命令に従って、信号処理部１との通信を担うものである。

本実施形態のセンサヘッド部２は、上述のような回路構成とされ、信号処理部１の指令に応じて適宜の投受光処理を行なう。

［計測動作の説明］
次に、図５〜図１４を用いて、本実施の形態に係る光学式計測装置の計測の原理と計測動作の一例を説明する。

図５は、センサヘッド本体部２０の光学系の断面の構成を示す図である。
図５において、レーザダイオード２０２ａから発せられたレーザビームはスリット２０２ｂを通して断面線状の光線（スリット光）に成形された後、投光レンズ２０２ｃを介して計測対象物体５の表面の線状領域にラインビームとして照射される。なお、図５では断面図を示しているので、図中、断面内においてレーザビームは収束光として絞られて計測対象物体へ照射される図として示しているが、断面に垂直な方向に関しては広がった光束となっており、スリット光として計測対象物体へ照射されている。

一方、このラインビームの照射により生じた切断光の照射光像は、所定の角度から受光レンズ２０３ｂを介して２次元撮像素子（ここでは２次元ＣＣＤ）２０３ａで撮影される。よく知られているように、２次元ＣＣＤの撮影角度は、計測対象物体の高さ変化に対応して、光像のＣＣＤ上への結像位置が変化するように位置決めされている。このように、三角測量の原理に基づいて断面内に垂直な方向に沿うラインビーム像の各位置毎に高さが計測される。

図６は、センサヘッド部からの照射光と反射光を示した図である。
図７は、２次元撮像素子で反射光をラインビーム像として撮像した画像である。

図６、図７を参照して、一例として、蒲鉾型（扁平に変形した半円型）の計測対象物体の段差の計測について説明する。図６に示すようにレーザ光が照射された計測対象物体の表面を撮影すると、表面高さに応じて撮像素子の受光面上の輝点の位置が変化する図７のようなラインビーム像が得られる。

物体表面の高さが変化すると撮像素子の受光面上で所定の方向（変位方向）に像が移動することになる。この像から、各ラインビームが照射されている物体表面上のトップとボトムの差を算出し、照射角と受光角を用いて演算を行なえば計測対象物体の段差の測定が可能となる。

図８は、信号処理部１の操作部蓋１４を開けた状態を示す図である。
図８を参照して、センサヘッド本体部２０からレーザビームが照射されているときに点灯するＬＤＯＮ表示灯７０１、設定したオフセット値を差し引いて演算を行なうゼロリセット機能が有効な場合に点灯するＺＥＲＯ表示灯７０２、計測可能な状態であることを示すＥＮＡＢＬＥ表示灯が外殻ケース１０の上面の上側に並べられている。左側に並べられた表示灯７０４は、計測結果を閾値等により判定を行なった結果を表示する等に用いられる表示灯であり、たとえば、２つの閾値（計測条件はＴ１〜Ｔ４の４つまで設定可能）の間にあるときに点灯する表示灯などとして使用される。

操作部蓋１４を開けた下には、１から４までのファンクションキー７０５が設けられおり、計測内容の設定を行なうための設定モード（ＦＵＮモード）では、表示部１５に縦横２個ずつ並べて表示されるアイコンを選択するための選択キーとして、あるいは、１から４までの番号が付されて表示される選択候補を選択するための選択キーとして機能する。

左下の切替スイッチ７０６は、スタンダードモード（ＳＴＤ）とエキスパートモード（ＥＸＰ）のいずれの動作を行なうかを選択するためのスイッチである。スタンダードモードに切り替えたときには簡単に標準的な設定が可能な設定方法が有効になり、エキスパートモードに切り替えたときには従来方法のような各計測点や領域を個々に設定する設定方法が有効となる。

モード切替スイッチ７０７は、左端位置は設定を行なう為のＦＵＮモード、中央位置では計測結果の判定を行なう為の閾値設定やその調整のためのＡＤＪモード、右端位置は計測処理を実行するＲＵＮモードであり、それぞれの位置に切り替えられることで後述するようなそれぞれに応じたモードの動作が実行される。

ＭＥＮＵ／ＶＩＥＷキーはメニュー画面と計測対象画像や計測結果の画面の表示をキー押下毎に切り替える場合や、設定時に対象画像を決定する設定を行なうための場合の、いわゆるティーチングキーとしても機能する。十字キー７０９は、後述する設定領域の移動や表示部１５に表示された選択候補を上下左右に移動させるため等に用いられる。右下のＳＥＴキー７１１は、選択候補の決定を行なう。ＥＳＣキー７１１は、先に行なった操作の取消しを行なう。

図９は、本実施形態における変位センサのメインの動作フローを示すフローチャートである。

図９を参照して、電源投入により処理が開始されると、初期設定等の起動時処理（ステップＳ８０１）が行なわれた後、図８のモード切替スイッチ７０７のモードを確認し、現在設定されているモードが前回設定されていたモードと異なるかどうかが判断される（ステップＳ８０２）。もし、異なっていれば現在設定されているモードへの切り替え処理が実行されて次のステップへ進み（ステップＳ８０３）、モードに変化がなければ、そのまま次のステップへ進む。

そして、設定されているモードに応じてコマンド入力を受付け、入力があればそのコマンドを解析して、それぞれに応じた処理の実行を行なう。ＦＵＮモードであれば計測を設定する処理を実行し、ＲＵＮモードであればＵＳＢやＲＳ−２３２Ｃ経由で与えられる外部コマンドの処理を実行し、ＡＤＪモードであればＲＵＮモードで用いる計測結果の良否判定を行なうための閾値の設定や調整を行なう処理を実行する。

各処理に応じて、表示処理、たとえば計測結果の画面表示等を行なってステップＳ８０２へ戻る。ここではステップＳ８０４からステップＳ８０７まで模式的な流れとして図９に記載しているが、実際にはこれに限らず、適宜必要な処理を適当な順番で組み合わせて実行される。

モード切替スイッチ７０７により、ＦＵＮモードが選択されているときには、計測処理の設定を行なう。上述のステップＳ８０４からステップＳ８０７に相当する処理は、具体的には、「画像のティーチング」→「アイテム選択」→「切り取り領域指定」→「測定点設定完了」のような流れとなる。

画像のティーチングは、計測対象物体の計測を行なおうとする箇所が画像に映し出されるよう、計測対象物体もしくは変位センサの配置をユーザが調整した後、ＭＥＮＵ／ＶＩＥＷキー７０８を押して行なう。ＭＥＮＵ／ＶＩＥＷキー７０８が押されることにより、そのときに表示されている画像を計測設定を行なう基準画像（ティーチング画像）として設定する。

アイテム選択は、ティーチングした画像に対して行なう計測処理の複数選択候補（以下、計測アイテムと呼ぶ）をアイコンで表示し、選択を受け付ける処理である。計測アイテムとしては、高さ、２点段差、３点段差、エッジ位置、エッジ幅に関するアイコンが用意される。

切り取り領域指定は、アイコンで選択された計測アイテムが行なう計測処理の対象となる画像を含む１の処理対象画像抽出領域（切り取り領域）を表示して確定させる処理である。これに限るものではないが、たとえば、予め画面の３分の２から４分の３程度の大きさの枠として画面の中心に初期表示を行なう。なお画面全体を含む枠としても良い。枠の位置、範囲、形状などが調整可能とされ、位置、範囲調整のための十字キー７０９等の入力が受け付けられる。ＳＥＴキー７１１が押されることで、そのときの枠が切り出し領域として設定される。従って、ユーザは計測アイテムにより設定した計測処理を行なうために必要な箇所が画像としてちょうど予め定められた枠内に表示されていればそのままＳＥＴキー７１１により決定し、もし枠内に入っていなければ、枠の調整を行なった後に決定を行なう。この決定により切り取り領域が設定され、ＲＵＮモード時にはこの領域を対象として、設定された計測アイテムに応じた計測処理が実行される。

測定点設定完了処理は、次のように行なわれる。まず、切り取り領域が設定されると、アイコンの選択によって選ばれた各計測アイテムの処理に応じて、切り取り領域内から計測処理に用いる測定範囲や測定点を自動的に設定する。同時に、確認のために、自動設定した測定範囲や測定点をティーチング画像に重ねて表示する。そして、測定範囲の調整のための十字キー７０９などの入力を受け付ける。ＳＥＴキー７１１が押されるとそのときの切り取り領域に対する測定範囲や測定点を確定し設定する。

図１０は、ＲＵＮモードにおける処理を示すフローチャートである。
図１０を参照して、計測処理は、割り込み処理で行なわれる。外部トリガ計測の場合には外部トリガの入力により計測を行ない、繰り返し計測の場合には周期的に自ら計測開始トリガを発生させて計測を開始する（ステップＳ９０１）。そして算出された値を、実空間の単位であるミリメートルに換算する（ステップＳ９０２）。算出された値と閾値とを比較し（ステップＳ９０３）、その後判定結果を出力して（ステップＳ９０４）処理が終了する。

図１１は、計測アイテムとして、２点段差計測が選択されたときの処理を示すフローチャートである。

２点段差計測は、凸形状の平均２点段差計測、凹形状の平均２点段差計測、凸形状のピーク２点段差計測、凹形状のボトム２点段差計測のいずれかが可能である。

図１１を参照し、まず、２点段差のいずれの計測アイテムが選択されていても、各計測に対して共通に用いる前処理としてセグメント分割処理を実行する（ステップＳ９１１）。

図１２は、セグメント分割処理について説明するための図である。
セグメント分割は、切り出し領域の中のラインビーム像を、一定の規則に従ってセグメントに分割する処理である。図１２は、ラインビーム像の切り出し領域内の画像を示しており、水平方向がラインビーム像のラインに沿う方向に対応し、ｘ座標としており、垂直方向を計測対象物体の高さに応じて変化する方向（変位方向）で、ｚ座標としている。ｚ座標は上側が計測対象物体の高さがより高い方向を表している。

まず、先に設定されている切り出し領域のｚ座標方向についての中心値を算出し、２値化閾値とする（図中、ｃの線）。そして、ティーチングされた画像のラインビーム像を２値化閾値ｃより大きいＨセグメントと小さいＬセグメントとに分け、さらに各グループの画素が互いに一定の距離範囲にあるものを共通のセグメントとしてグルーピングを行なう。ラインビーム像が太いとセグメント分割を行なう際に処理対象となる対象点が多くなるので、この処理に先立って、ラインビーム像を垂直方向のライン毎に最も受光量が最も高い画素を抽出した画像に変換するなど細線化処理を行なっておいてもよい。

この処理によって、図の例ではラインビーム像がｃの線を跨ぐ度に分割が行なわれ、Ｌ０、Ｌ１、Ｌ２、Ｈ０、Ｈ１の５つのセグメントに分割がされていることが示されている。図１２では例示していないが、たとえばＨ０のセグメントを構成するラインビーム像が途中で一定距離以上途切れていたならば、そこでセグメントは分割されて、２つのセグメントとして認識されるような処理を行なっている。

尚、ラインビーム像全体における垂直方向の変化の幅が所定の値より小さいときや、セグメント分割後、ＨもしくはＬの一方もしくは両方が存在しない場合等には、以後の測定領域や測定点の自動設定が困難となるので、エラーメッセージを表示する。また、抽出対象点が無いなどの異常の場合や、ラインビーム像の各画素のもつ受光量情報が所定値より小さい場合、逆に大きすぎる場合等には、それぞれノイズの影響、飽和の影響によって正しく計測ができていないおそれがあるため、エラーメッセージを表示する（図１１、ステップＳ９１２、Ｓ９１３）。

セグメント分割に成功したあとは、設定された計測アイテムの判定を行なう（ステップＳ９１４）。

凸形状の平均２点段差計測あるいは凸形状のピーク２点段差計測が設定されていた場合には、ステップＳ９１５に進み、凹形状の平均２点段差計測あるいは凹形状のボトム２点段差計測が設定された場合には、ステップＳ９１６に進む。

ステップＳ９１５では、以下のように計測領域を設定する。
まず、セグメント分割の結果をもとにして、最も左側にあるＬセグメント（図１２の２値化閾値ｃより低い位置にあるセグメント）を基準セグメントとして抽出し、そのセグメントの水平方向（ｘ座標）の長さの半分の領域を、基準セグメントの水平方向の中心に測定領域として設定する。また、ｘ座標については基準セグメントの中心座標、ｚ座標については測定領域内にあるラインビーム像のｚ座標の平均座標に該当する座標点も測定領域の代表点として設定しておく。

凸形状の平均２点段差計測を行なう場合には、次に最も左側にあるＨセグメント（図１２の２値化閾値ｃより高い位置にあるセグメント）を上段セグメントとして抽出して、基準セグメントと同様に、上段セグメントの半分の幅を持つ測定領域を中心に設定するとともに、その代表点を設定する。凸形状のピーク２点段差計測を行なう場合であれば、上段セグメントの代表点の代わりに上段セグメント中のピーク座標を取得して設定する。尚、切り取り領域の左上の点である計測開始点、右下の点の計測終了点もあわせて特徴点として設定しておく。

このとき、基準セグメントとなるＬセグメントが無かったり、上段セグメントとなるＨセグメントが存在しなかったりした場合などにはエラーメッセージを表示する。この場合、２つの段差もしくは、１つの基準段と他の１つの凸形状がＨセグメントとＬセグメントに分かれるように、ラインビーム像を切り出し領域の中心付近にくるように設定しなおす必要があるのでその旨の表示を行なう（ステップＳ９１７、Ｓ９１８）。

図１３は、凸形状の平均２点段差計測を行なう場合の表示画面例である。
図１３を参照して、上に凸形の線はティーチング画像を示し、＋マークＰ１，Ｐ２は測定点を示し、各＋マークの左右にある縦破線に挟まれた範囲Ｗ１，Ｗ２が測定点の算出のための平均化処理を行なった測定範囲を示している。ユーザはティーチング画像との関係から見て、正しく設定されていればそのまま、必要があれば測定範囲を十字キー７０９などの操作により調整したあとに、ＳＥＴキー７１１を押す。これによりＲＵＮモードでは設定された切り取り領域に対する測定範囲や測定点に基づいて計測処理が実行される。尚、最後の測定範囲の微調整の有無は、設定によって有効、無効を切り替えるようにしてもよい。

図９のステップＳ８０７の表示処理に対応して、ティーチング画像上に、設定された基準セグメントの測定領域の左端および右端が破線で表示される（図１３の左側２本の破線）。そして、平均２点段差計測であれば、上段セグメントの測定領域のそれぞれの左端および右端が破線で表示され（図１３の右側２本の破線）さらに代表点を表示される。ピーク２点段差計測であれば、ピーク座標が十字マークで表示される。

尚、図１３は、凸形状の平均２点段差計測において、切り取り領域が左側の段差を含むように設定された場合の計測領域および計測点の例の表示である。切り取り領域内の各測定領域は調整可能として良い。十字キーによって破線の移動入力を受付け、ＳＥＴキーが押されることにより測定領域を確定するようにしてもよい。その際には、設定変更がなされた後の基準計測領域および上段計測領域の左端および右端のそれぞれセグメント上の相対位置（セグメントの水平方向の一端を基準として全長の何％から何％までの位置か）をそれぞれ設定し直すとともに、上記の特徴点を再度演算して表示する。

ステップＳ９１４において、凹形状の平均２点段差計測あるいは凹形状のボトム２点段差計測が設定されていた場合には、ステップＳ９１６に進む。ステップＳ９１６では、以下のように計測領域を設定する。

まず、セグメント分割の結果をもとにして、最も左側にあるＨセグメント（図１２の２値化閾値ｃより高い位置にあるセグメント）を基準セグメントとして抽出し、そのセグメントの水平方向（ｘ座標）の長さの半分の領域を、基準セグメントの水平方向の中心に測定領域として設定する。また、ｘ座標については基準セグメントの中心座標、ｚ座標については測定領域内にあるラインビーム像のｚ座標の平均座標に該当する座標点も測定領域の代表点として設定しておく。

凹形状の平均２点段差計測を行なう場合には、次に最も左側にあるＬセグメント（図１２の２値化閾値ｃより低い位置にあるセグメント）を下段セグメントとして抽出して、基準セグメントと同様に、下段セグメントの半分の幅を持つ測定領域を中心に設定するとともに、その代表点を設定する。凹形状のボトム２点段差計測を行なう場合であれば、下段セグメントの代表点の代わりに下段セグメント中のボトム座標を取得して設定する。尚、切り取り領域の左上の点である計測開始点、右下の点の計測終了点もあわせて特徴点として設定しておく。

このとき、基準セグメントに隣接するセグメントが複数ある場合には、いずれの段差、あるいはいずれの高さを設定すれば良いかが判断できないので、エラーメッセージを表示する。この場合、２つの段差もしくは、１つの基準段と他の１つの凹形状が切り出し領域内に含まれるように設定しなおす必要があるのでその旨の表示を行なう（ステップＳ９１７、Ｓ９１８）。

図１４は、凹形状の平均２点段差計測を行なう場合の表示画面例である。
図１４に示すように、図９のステップＳ８０７の表示に対応して、ティーチング画像上に、設定された基準セグメントの測定領域の左端および右端が破線で表示される（図１４の左側２本の破線）。そして、平均２点段差計測であれば、下段セグメントの測定領域のそれぞれの左端および右端が破線で表示され（図１４の右側２本の破線）かつ代表点が表示される。ボトム２点段差計測であれば、ボトム座標が十字マークで重ねて表示される。

尚、図１４は、凹形状の平均２点段差計測において、切り取り領域が左側の段差を含むように設定された場合の計測領域および計測点の例の表示である。切り取り領域内の各測定領域は調整可能として良い。十字キーによって破線の移動入力を受付け、ＳＥＴキーが押されることにより測定領域を確定するようにしてもよい。その際には、設定変更がなされた後の基準計測領域および下段計測領域の左端および右端のそれぞれセグメント上の相対位置（セグメントの水平方向の一端を基準として全長の何％から何％までの位置か）をそれぞれ設定し直すとともに、上記の特徴点を再度演算して表示する。

［合成画像の生成の説明］
続いて、図１５〜図１８を用いて本実施の形態に係る光学式計測装置で実行される合成画像の生成処理について説明する。

図１５は、初回に合成画像を生成する光学式計測装置の制御のフローチャートである。
図３、図４、図１５を参照して、光学式計測装置は、計測対象物体の表面の線状領域に光を照射する投光部（２０２）と、光によって照射された線状領域の撮影画像が計測対象物体の表面高さに応じて変化する方向から、線状領域を撮影して光切断面の断面輪郭線像を含む撮影画像を取得する撮影部（受光部２０３）と、撮影画像を複数枚記憶可能な画像記憶部（画像メモリ１０２ｂ）とを含む。

まず処理が開始されると、ステップＳ１００１において、制御部１０１は、撮影画像の輝度に影響を与える撮影条件を規定するパラメータの少なくとも１つの値を変更することにより複数の撮影条件を指定し、撮影条件の異なる撮影画像を複数枚撮影部に取得させる。より具体的には、制御部１０１は、撮影条件を変えながら、Ｎ枚（たとえば３２０枚）の画像を撮影して画像メモリ１０２ｂに記憶させる。この撮影条件は、画面の輝度に影響を与えるパラメータで規定される。たとえば、パラメータには、投光部２０２の光源の光量および受光部２０３の二次元撮像素子のシャッタ時間等のすくなくともいずれかが含まれている。

次に、制御部１０１は、撮影画像を液晶表示部１０３ａに表示させ、左右キーで画像の順次切り替えを行なうように制御し、ユーザが撮影画像の確認ができるようにする。

図１６は、液晶表示部に表示される撮影画像の表示切替の様子を示した図である。
図１６に示すように、ユーザが十字キー７０９を右方向に押す（右キー入力）度に、画像が切り替えられる。キーを長く押しつづけることにより連続的に切り替えて表示したり、いくつかの画像をとばしながら表示させたりしても良い。画面には、撮影条件をしめすＬＶ１０，ＬＶ５０等の表示が撮影画像と一緒に表示される。文字ＬＶの横の数字は、たとえば、投光量やシャッタ時間を３２０段階に切り替えた場合の段階を示し、数字が大きいほど輝度の高い画像が得られる。

撮影条件がＬＶ１０の場合は、投光量が不足しているまたはシャッタ時間が短すぎる等の理由により、図７に示したような目的の断面輪郭線像が全く撮影されていない。

撮影条件がＬＶ１０の場合は、光を反射しやすい平坦な部分の一部が撮影され、撮影条件がＬＶ１０の場合はさらに拡大されている。

撮影条件がＬＶ１００になると、光を反射しにくい曲線部分の一部も撮影されるようになるが、平坦な部分は投光量の過剰またはシャッタ時間が長すぎのために、輪郭にノイズが乗って線が太くなり始めている。

撮影条件がＬＶ２００になると、光を反射しにくい曲線部分のすべてが撮影されるようになるが、平坦な部分はさらに輪郭にノイズが乗って線が太くなっている。

撮影条件がＬＶ３００になると、光を反射しにくい曲線部分のすべてが撮影されるようになるが、平坦な部分はさらに輪郭にノイズが乗って線が太くなっている。

なお、外部装置として大きな表示画面を有するコンピュータを接続し、複数の撮影画像をユーザに一度に表示させてもよい。この場合、ユーザは複数の撮影画像を同時に表示させて比較しながら撮影条件を検討することができる。

計測に使用される合成画像の品質（精度）と検査時間の短縮は相反する要素である。この品質（精度）と検査時間の短縮の折り合う点をユーザが検討して、どの撮影画像をもとに合成画像を作成するかを選択することができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、計測に使用する画像の撮影条件を初回に決める際に、撮影するために一度撮影対象物をラインに流すだけで、後は計測装置の調整で済む。したがって、計速処理を製造ラインで立ち上げるために何度もラインを動かしたり止めたりせずにすみ、ユーザの手数が大幅に削減される。

このように、本実施の形態に示す光学式計測装置は、波形を表示しながらユーザが撮影条件の選択を行なうので、操作性および確実性に優れている。

続いて、図１５のステップＳ１００３では、制御部１０１は、ユーザからの指示を受ける。より具体的には、使用画像を選択する条件の入力が行なわれる。たとえば、撮影条件の上限値Ｍｍａｘ、撮影条件の下限値Ｍｍｉｎおよび撮影条件のステップＳＴＥＰが入力される。つまり、好ましくは、ユーザからの指示は、１つのパラメータを変更させる際の最大値（Ｍｍａｘ）と最小値（Ｍｍｉｎ）とを含み、好ましくは、ユーザからの指示は、１つのパラメータを変更させる際の値の変更間隔（ＳＴＥＰ）を含む。

図１７は、ユーザからの使用画像を選択する条件の入力画面である。
図１７では、画像取得条件と表示されているが、これは、製造ラインで製品を繰り返し同じ条件で計測を行なう際の画像取得条件となる条件でもあるからである。画面例では、上限としてＬＶ２００、下限としてＬＶ８０、ステップとして２０が入力されている。この使用画像選択条件の入力が完了すると、図１５のステップＳ１００４に処理が進む。もちろん、上限、下限およびステップによる指定に限られるものではなく、いろいろな指定の仕方が考えられる。たとえば、個々の画像について使用する／使用しないをユーザが１つずつ指定して、どの撮影条件を使用するかを決定しても良い。

続いて図１５のステップＳ１００４では、後に図２０以降で詳細に説明するマルチ感度画像の合成処理が実行される。より具体的には、ステップＳ１００４では、ステップＳ１００３で入力された指示に基づき、画像メモリ１０２ｂに記憶された複数枚の画像のうちから合成画像を作成するために使用する画像を選択し、選択した画像を読み出して所定の輝度条件を満足する領域の画像を抽出し、各選択画像の抽出した領域を寄せ集めて合成画像（マルチ感度画像）を生成する。

続いて、ステップＳ１００５では、液晶表示部１０３ａに合成画像を表示させる。そして、ステップＳ１００６で使用する画像を確定させるか否かをユーザに問い合わせて、ユーザからの回答が非確定であった場合には再度ユーザからの指示を受けて画像の選択を行ない、選択した画像を使用して合成画像を再度生成させる。

図１８は、合成画像の表示例を示す図である。
図１８に示すように図１６の各撮影画像では不完全であった断面輪郭線像が、きれいな状態で完成している。Ａ，Ｄ，Ｇの領域は、撮影条件ＬＶ８０の撮影画像から抽出された部分である。Ｃ，Ｅの領域は、撮影条件ＬＶ１００の撮影画像から抽出された部分である。Ｂ，Ｆの領域は、撮影条件ＬＶ２００の撮影画像から抽出された部分である。これらの部分が寄せ集められ合成され断面輪郭線像が完成されている。

このように、必要かつ十分な合成画像が得られた場合には、ユーザはステップＳ１００６で確定ＯＫの指示を入力する。このように、本実施の形態に示す光学式計測装置は、合成画像を表示しながら条件を確定させるか否かを決定できるので、操作性および確実性に優れている。

その後、ステップＳ１００７において、合成画像が画像メモリ１０２ｂに記憶され、後で計測処理に使用可能となる。さらに、ステップＳ１００８において、制御部１０１は、使用する画像に対応する撮影条件を使用画像撮影条件として条件記憶部（ＥＥＰＲＯＭ１０２ａ）に不揮発的に記憶させる。

この条件は、後に説明する図２５において、画像取得条件として使用され、条件記憶部から使用画像撮影条件を読み出して、使用画像撮影条件に基づき必要な画像枚数を撮影部に撮影させるステップＳ２００１と、撮影した画像を用いて合成画像を生成するステップＳ２００２とが実行される。

ステップＳ１００８で画像取得条件が記憶されたらステップＳ１００９に処理が進み、制御は上位のメインルーチンに移される。

また、計測結果の精度を維持しつつ計測時間を短縮するように、ユーザによる微妙な調整を簡単に行なうことができる。

［マルチ感度画像の合成処理の詳細］
図１９〜図２４を用いて本実施の形態に係る光学式計測装置で実行される合成画像の生成処理について説明する。

図１９は、本発明にかかるマルチ画像取得並びに画像合成に必要なハードウェア構成を示す図である。

図１９に示されるように、このハードウェア全体は、先に図３で説明した制御部１０１に含まれているＦＰＧＡ３０１およびＣＰＵ３０２と、画像メモリ１０２ｂとを中心として構成されている。

ＦＰＧＡ３０１は、画像メモリ制御部３０１ａと、特徴抽出部３０１ｂと、ラインバッファメモリ３０１ｃと、アドレス生成部３０１ｄと、ラインカウンタ３０１ｅとを含む。

ラインバッファメモリ３０１ｃは、センサヘッドユニット（図示せず）から通信部１０４を介して到来する１ライン分の画像データを一時的に格納するものである。こうしてラインバッファメモリ３０１ｃに格納された１ライン分の画像データは、画像メモリ制御部３０１ａ，アドレス生成部３０１ｄ，ラインカウンタ３０１ｅの作用により、画像メモリ１０２ｂの各ライン領域に順次に格納されていく。すなわち、ラインカウンタ３０１ｅは、１ライン分の画像データが格納されるたび＋１ずつインクリメントされ、ラインカウンタ３０１ｅのカウンタデータに対応して画像メモリ１０２ｂのアドレスがアドレス生成部３０１ｄにより生成される。画像メモリ制御部３０１ａでは、ラインバッファメモリ３０１ｃに格納された１ライン分の画像データを、アドレス生成部３０１ｄで生成されたアドレスで指定されるラインエリアへと転送して格納させる。

この例では、画像メモリ１０２ｂの容量は、たとえば１２６ライン分の撮影画像データを複数枚分格納可能となされている。これに対応して、イメージセンサの視野も１２６ラインに設定されている。このような細長い視野を有するイメージセンサについては、市販のスチルカメラやビデオカメラ用ＣＣＤの視野において、１２６ライン分の領域を残してその周囲をオプティカルブラックとしてマスキングすることによって安価に製作することができる。

特徴抽出部３０１ｂは、センサヘッドユニットから１ライン分の画像データがラインバッファメモリ３０１ｃへと転送格納される処理と連動して当該１ライン分の画像データから、または、一旦画像メモリに格納された撮影画像データから読み出した１ライン分の画像データから、ピーク位置（輝度がピークとなる画素位置）並びにそのピーク位置から演算により求められた計測対象物体の高さを決定する。すなわち、この種の光切断法を利用した変位センサにあっては、計測対象物体の高さ方向と二次元イメージセンサのライン方向とが対応し、スリット光の断面線方向はイメージセンサのライン方向と直交する関係となっている。そのため、各ラインデータについて、ピーク位置に対応する１ライン上の画素位置を求めることによって計測対象物の高さ情報を得ることができる。

ＣＰＵ３０２内には、演算制御部３０２ｃと、ラインデータレジスタ３０２ｅとが設けられている。演算制御部３０２ｃは、マイクロプロセッサを主体として構成されており、ラインデータレジスタ３０２ｅに対する各種のデータの書き込み並びに読み出しの制御を司る。ラインデータレジスタ３０２ｅ内には、０〜１２５に至る１２６個の記憶領域が設けられている。各ラインの記憶領域には、『確定フラグ』領域、『ピーク値』領域、『ピーク位置』領域、『撮影条件』領域からなる４つの領域が設けられている。

ここで、『確定フラグ』領域は、後に詳細に説明するように、画像メモリ１０２ｂ中に格納される合成画像の該当するラインの画像データ、並びにラインデータレジスタ３０２ｅの該当するラインのデータが確定しているか未確定であるかを決定するためのフラグ領域として使用される。なお、ここで該当するラインとは、ラインカウンタ３０１ｅにより指定されるラインのことを言う。また、『ピーク値』領域は、当該ラインにおける輝度のピーク値を格納するための領域として使用される。また、『ピーク位置』領域は、先に特徴抽出部３０１ｂにて決定されたピーク位置を格納するために使用される。

さらに『撮影条件』領域は、後に詳細に説明するように、合成画像が完了するに至る途中（ラインの撮影条件確定前）においては、現在処理中の撮影画像の撮影に使用された撮影条件を格納するために使用され、合成画像が確定した後にあっては、その確定ラインに関わる撮影に採用された撮影条件を格納するために使用される。

図２０は、図１５のステップＳ１００４の画像合成処理の詳細を示すフローチャートである。

図２０を参照しながら、以上説明した図１９に示されるハードウェアの動作を系統的に説明する。

図２０において処理が開始されると、ステップＳ１１０１においてラインデータレジスタ３０２ｅのリセットが行なわれる。これにより、撮影条件Ｍの初期化が行なわれる。ここで、撮影条件Ｍとは画像を撮影した時の撮影条件を示している。先に説明したように、この実施形態にあっては、たとえばモード０からモード３２０に至る３２０通りの撮影条件が選択可能となされている。各撮影条件は、撮影画像に含まれる断面輪郭線像の輝度に影響を与える撮影条件を規定する１もしくは２以上のパラメータの組み合わせによって決定される。このパラメータとしては、たとえば、ＣＣＤシャッタ時間、ＬＤ発光時間、ＬＤピークパワー、ＡＧＣ増幅回路のゲイン等を挙げることができる。

ラインデータレジスタは先に説明したように０〜１２５の１２６ラインについて確定フラグ、ピーク値、ピーク位置、並びに撮影条件を格納するためのものである。また、撮影条件は先に説明したようにＣＣＤイメージセンサから各１画面分のデータを取り込むに際する撮影条件を決定するためのものであり、フラグを構成する確定フラグはラインデータレジスタの該当するラインのデータ並びに画像メモリ１０２ｂの該当するラインの画像データが確定していることを示すものである。さらに、フラグを構成する上書き禁止フラグは該当するラインの画像メモリ１０２ｂ並びにラインデータレジスタの書き替えを許容するか禁止するかを決定するためのものである。

続いてステップＳ１１０２において、ユーザから図１５のステップＳ１００３で与えられた使用画像選択条件（Ｍｍｉｎ、Ｍｍａｘ、ＳＴＥＰ）を読み込む。なお、条件確定後に計測を行なう場合には、図３のＥＥＰＲＯＭ１０２ａから使用画像選択条件（Ｍｍｉｎ、Ｍｍａｘ、ＳＴＥＰ）を読み込む。

続いて、ステップＳ１１０３において、最初に使用する撮影画像を撮影条件Ｍが下限値Ｍｍｉｎであるものに設定する。このとき、初回フラグがセットされる。この初回フラグとは、ラインなどにおいて、撮影条件が未確定の時に撮影条件を確定させるために行なう処理であることを示すフラグである。

このようにして、イニシャライズ処理が終了したならば、その後、ルーチン処理への移行がなされる。ルーチン処理の最初では、ステップＳ１１０４において、画像メモリ１０２ｂから１画面分の撮影画像のデータが読み出される。

そして、ステップＳ１１０５では、ラインカウンタ（Ｌ）のリセットが行なわれる。ここで、ラインカウンタ（Ｌ）は画像メモリ１０２ｂ並びにラインデータレジスタ３０２ｅのラインを指定するためのカウンタである。

ラインカウンタのイニシャライズ処理が終了したならば、ステップＳ１１０６において、ラインカウンタ（Ｌ）で指定のラインについて、ライン内のピーク位置・高さの算出を行ない、続いて後に図２１で説明するデータ確定処理を行なう（ステップＳ１１０７）。以後、ラインカウンタＬの値を＋１増加させて（ステップＳ１１０８）、ステップＳ１１０６，Ｓ１１０７がラインカウンタＬの内容がその最大値Ｌｍａｘに達するまで繰り返し実行される（ステップＳ１１０９でＮＯ）。

ラインカウンタＬの内容がその最大値Ｌｍａｘに達すると（ステップＳ１１０９でＹＥＳ）、ライン毎の処理は終了して、ステップＳ１１１０において、現在の撮影条件ＭにＳＴＥＰを加算することによって次の撮影条件を求める。その撮影条件が上限値Ｍｍａｘを超えなければ（ステップＳ１１１１でＮＯ）ステップＳ１１０４〜Ｓ１１１０の処理が繰返される。

撮影条件Ｍが上限値Ｍｍａｘを超えると（ステップＳ１１１１でＹＥＳ）ステップＳ１１１２に処理が進み、制御は上位のルーチン（たとえば図１５のステップＳ１００５）に移される。

図２１は、図２０のデータ確定処理の詳細を示すフローチャートである。
図２１において処理が開始されると、まず確定フラグの状態が参照される（ステップＳ１２０１）。ここで、確定フラグの状態が“確定”であれば、何の処理も行なうことなく、次の処理への移行が行なわれる。これに対して、確定フラグが“未確定”であれば、ステップＳ１２０２以降の処理へとの移行が行なわれる。

ステップＳ１２０２においては、特徴抽出部３０１ｂにて決定された輝度のピーク値とあらかじめ最適計測条件に対応して決定された基準値ＴＨ−ＯＫとの比較が行なわれる（ステップＳ１２０２）。ここで、ピーク値＞ＴＨ−ＯＫが否定されれば（ステップＳ１２０２でＮＯ）、ラインデータレジスタのデータ更新１が実行される（ステップＳ１２０３）。

ここで、ラインデータレジスタのデータ更新１（ステップＳ１２０３）においては、確定フラグの内容は“未確定”に、ピーク値の内容は“今回求められたピーク値に”、ピーク位置の内容は“今回求められたピーク位置”に、さらに撮影条件は“今回の撮影条件”にそれぞれ更新される。

ラインデータレジスタのデータ更新１（ステップＳ１２０３）が終了すると、続いてメモリ制御フラグの更新が行なわれる（ステップＳ１２０４）。なお注目すべきは、このとき、上書き禁止フラグのセットは行なわない。これにより、ラインデータレジスタ３０２ｅのデータは更新されるものの、そのラインに対する上書き禁止フラグはリセット状態に維持される。つまり、この状態では当該ラインへの上書きは許可されたままの状態となる。

一方、撮影条件Ｍを変更することにより、たとえばシャッタ時間の増加により受光ピーク値の値が上昇して、その値が基準値であるＴＨ−ＯＫを超えると（ステップＳ１２０２でＹＥＳ）、続いてステップＳ１２０５へ進んで、今回求められたピーク値がラインデータレジスタ３０２ｅに保持されたピーク値より基準値ＴＨ−ＯＫに近いかどうかの判定が行なわれる（ステップＳ１２０５）。ここで、近いと判定された場合（ステップＳ１２０５でＹＥＳ）、ラインデータレジスタのデータ更新２（ステップＳ１２０６）が実行される。このラインデータレジスタのデータ更新２（ステップＳ１２０６）においては、確定フラグの内容は“確定”に、ピーク値の内容は“今回求められたピーク値”に、ピーク位置の内容は“今回求められたピーク位置”に、さらに撮影条件は“今回の撮影条件”にそれぞれ更新される。

ラインデータレジスタのデータ更新２（ステップＳ１２０６）が終了すると、続いてメモリ制御フラグの更新が実行される（ステップＳ１２０８）。このメモリ制御フラグの更新においては、上書き禁止フラグがセットされる。これにより、以後当該ラインに対するラインデータレジスタ３０２ｅの内容並びに画像メモリ１０２ｂの内容は書き替えが禁止され、以後その内容が保持される。

一方、ステップＳ１２０５の処理において、基準値ＴＨ−ＯＫよりも遠いと判定されると（ステップＳ１２０５でＮＯ）、データレジスタのデータ更新３（ステップＳ１２０７）が実行される。このデータレジスタのデータ更新３（ステップＳ１２０７）においては、確定フラグの内容は“確定”に、ピーク値の内容は“レジスタに保持されているピーク値”に、ピーク位置の内容は“レジスタに保持されているピーク位置”に、さらに撮影条件は“レジスタに保持されている撮影条件”にそれぞれ更新される。これにより、ピーク値並びにピーク位置の内容は、基準値ＴＨ−ＯＫを超えていない状態の値のままで確定される。

図２０に戻って、撮影画像１枚ごとの処理（ステップＳ１１０５〜Ｓ１１０９）が終了したならば、撮影条件Ｍを＋１増加させ次の撮影条件の画像について、以上説明したステップＳ１１０５〜Ｓ１１０９の処理が繰り返し実行される。

なお、使用画像選択条件の指定を上限、下限、ステップ以外で指定する場合、初回フラグがセットされているかどうかの判断並びにそのときの撮影条件Ｍがラインデータレジスタに登録されているかどうかの判断が実行され、２回目以降の画像合成については、初回のマルチ画像合成において有効とされた撮影条件のみを採用して撮影し、その他の撮影条件をスキップすることによって、画像取り込み時間の短縮並びにそれに続く画像合成処理の短縮化するように変更しても良い。

このようにして撮影条件Ｍが予定されていた最大値に達すると（ステップＳ１１１１でＹＥＳ）、図１０へ進んで、画像メモリ１０２ｂに保存されている合成画像に基づいて所定の計測処理が実行される。撮影条件Ｍの値が上限値Ｍｍａｘに達した時点において画像メモリ１０２ｂに保存されている画像はそれまでに取得された何枚かの画像の中で、断面輪郭線像が所定の基準値ＴＨ−ＯＫに近似するものを寄せ集めたものであるから、撮影対象となる計測対象物の表面が反射率不均一、傾斜面や曲面の存在、さらには溝の存在があったとしても撮影条件を切り替えていくうちにはそれら反射率の低い部分についても最適な鮮明度乃至輝度の像が得られているであろうから、最終的な合成画像は全体として鮮明度ないし輝度の均一な計測に適した良好な画像となるのである。

１回分の計測処理（図１０のステップＳ９０１）に関しては、詳細には説明しないが、公知の様々な計測モードが採用可能である。たとえば、段差計測、幅計測、傾斜の計測、曲面の計測、曲面の曲率の計測などが含まれる。

次に、図２２〜図２３を参照しながら、以上説明したマルチ画像取り込み処理、画像合成処理を具体的な例を挙げながら詳細に説明する。

先に説明したように、本発明にあっては、撮影条件をたとえばモード０からモード３１９まで３２０通り切り替え（走査）しつつ、複数枚の画像を取り込み、それらを合成することによって計測に最適な画像を生成し、これに基づいて所望の計測処理を実行している。

実際には、各撮影条件は、複数のパラメータ（たとえば、ＣＣＤイメージセンサのシャッタ時間、ＬＤ発光時間、ＬＤピークパワー、ＡＧＣ増幅回路のゲイン）の組み合わせが採用されるのであるが、これを簡単に或いは端的に説明するのは必ずしも容易なことではない。そこで、以下の説明においては、説明の便宜のために、撮影条件はＣＣＤシャッタのシャッタ時間のみによって決定されるものと想定する。

また、図１９ではライン数は１２６であるとしていたが、説明の簡単のためライン数が８である場合について説明する。

図２２は、映像入力と画像メモリの内容の関係を示す説明図（その１）である。
図２３は、映像入力と画像メモリの内容の関係を示す説明図（その２）である。

図２４は、映像入力と画像メモリの内容の関係を示す説明図（その３）である。
先に説明したように、本発明にあっては、ＣＣＤイメージセンサから１画面の画像データが取り込まれた場合、その画像データを構成する各ラインの断面輪郭線部分像のピーク値を計測に最適な基準値（ＴＨ−ＯＫ）と照合し、両者が近似することを条件としてその１ライン分の画像を最終的な合成画像の一部として確定し、以上の動作を各ラインについて繰返すことによって、最終的に１枚分の合成画像を生成する。

いま仮に、１画面が０〜７からなる８ラインで構成され、撮影条件を規定するシャッタ時間が０〜９の１０通りであるとした場合における上記のマルチ画像取り込み並びに合成処理が図２２〜図２４に示されている。なお、高さ方向の変位が撮像素子の水平ラインの位置に現れるように撮影が行なわれているが、対象物体の形状にイメージを合わせるため撮影画像と合成画像は９０°回転させて示している。

図２２（ａ）には、シャッタ時間１の撮影条件における撮影画像の状態が、また同図（ｂ）には、同状態における画像メモリの保存内容が、さらに同図（ｃ）には、計測対象物体の断面形状がそれぞれ示されている。

図２２（ａ）に示されるように、シャッタ時間１の撮影条件においては、撮影画像では、ライン０，６，７においてのみ断面輪郭線部分像が得られている。このとき図２２（ｂ）に示されるように、画像メモリにはライン０，６，７の状態の像が取り込まれて保存される。この保存された像の輝度のピーク値は、計測に最適な基準値ＴＨ−ＯＫに近似しているため、図中各ラインの下端に黒三角で示されるように確定画像とされる。

図２３（ａ）には、シャッタ時間３の撮影条件における撮影画像の状態が、また同図（ｂ）には、同状態における画像メモリの保存内容が、さらに同図（ｃ）には、計測対象物体の断面形状がそれぞれ示されている。

図２３（ａ）に示されるように、シャッタ時間３の撮影条件においては、撮影画像では、ライン０，３，４，６，７においてのみ断面輪郭線部分像が得られている。それらの中で、ライン０，６，７の像のピークは、適切な値を大きく超えている。これに対して、ライン３，４の像のピークは計測に最適な基準値ＴＨ−ＯＫに近似している。このとき図２３（ｂ）に示されるように、画像メモリにはライン３，４の状態の像が取り込まれて保存される。この保存された像は、計測に最適な基準値ＴＨ−ＯＫに近似しているため、図中各ラインの右端に黒三角で示されるように確定画像とされる。このとき、ライン０，６，７に関しては、既に確定画像であるから処理中の撮影画像によって更新されることはない。

図２４（ａ）には、シャッタ時間８の撮影条件における撮影画像の状態が、また同図（ｂ）には、同状態における画像メモリの保存内容が、さらに同図（ｃ）には、計測対象物体の断面形状がそれぞれ示されている。

図２４（ａ）に示されるように、シャッタ時間８の撮影条件においては、撮影画像では、ライン０〜７のすべてにおいて断面輪郭線部分像が得られている。それらの中で、ライン０，３，４，６，７の像のピークは、適切な値を大きく超えている。これに対して、ライン１，２，５の像のピークは計測に最適な基準値ＴＨ−ＯＫに近似している。このとき図２４（ｂ）に示されるように、画像メモリにはライン１，２，５の状態の像が取り込まれて保存される。この保存された像は、計測に最適な基準値ＴＨ−ＯＫに近似しているため、図中各ラインの右端に黒三角で示されるように確定画像とされる。このとき、ライン０，３，４，６，７に関しては、既に確定画像であるから処理中の撮影画像によって更新されることはない。

以上のように、画像記憶部に記憶された複数枚の画像のうちから合成画像を作成するために使用する画像が選択される。そして、選択された画像を読み出して所定の輝度条件を満足する領域の画像が抽出され、各選択画像の抽出された領域が寄せ集められて合成画像が生成される。

［インラインでの連続計測］
図２５は、光学式計測装置で実行されるインラインでの連続計測の際の合成画像の生成処理を示すフローチャートである。この処理は、初回に図１５で示した処理が実行されて使用画像選択条件が画像取得条件として記憶された後に実行される。

計測処理に関しては、詳細には説明しないが、公知の様々な計測モードが採用可能である。たとえば、段差計測、幅計測、傾斜の計測、曲面の計測、曲面の曲率の計測などが含まれる。

１回分の計測処理が終了すると、初回フラグの解除がなされ、以後新たな計測トリガの入力があると図２５の処理が実行される。

まず、処理が開始されると、ステップＳ２００１において、Ｋ枚の画像１〜Ｋの撮影が実行される。Ｋは図１５のステップＳ１００１で撮影されるＮ枚以下の画像の数を表わす。このとき、図１５のステップＳ１００８で記憶された画像取得条件に基づいてＫ通りの撮影条件が選択される。

このときに要する撮影時間は、図１５のステップＳ１００１に要する時間に比べて、画像の枚数を減らした分だけ少なくすることができる。

続いて、ステップＳ２００２においてマルチ感度画像の合成処理が実行される。この合成処理は、図２０のフローチャートにおいて、ステップＳ１１０２の使用画像選択条件をＭｍｉｎ＝１，Ｍｍａｘ＝Ｋ，ＳＴＥＰ＝１に設定すればよい。他の処理については図２０で説明しているので、詳細な説明は繰返さない。

続いて、ステップＳ２００３に処理が進み、図１９のラインデータレジスタ３０２ｅの情報を測定結果として図３の画像メモリ１０２ｂに記憶させる。

このように、インラインでは、画像の取り込み、合成処理、並びに、１回分の計測処理が短時間で実行される。

また、計測結果の精度を維持しつつ計測時間を短縮するように、ユーザによる微妙な調整を簡単に行なうことができる。さらに、波形を表示しながらユーザが撮影条件の選択を行ない、また合成画像を表示しながら条件を確定させるか否かを決定できるので、操作性および確実性に優れている。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本実施形態の変位センサの信号処理部１およびセンサヘッド部２の外観斜視図である。センサヘッド本体部から照射されるレーザ光について説明するための図である。図１における信号処理部１の電気的ハードウェア構成の全体を示すブロック図である。センサヘッド部２の電気的ハードウェア構成を示すブロック図である。センサヘッド本体部２０の光学系の断面の構成を示す図である。センサヘッド部からの照射光と反射光を示した図である。２次元撮像素子で反射光をラインビーム像として撮像した画像である。信号処理部１の操作部蓋１４を開けた状態を示す図である。本実施形態における変位センサのメインの動作フローを示すフローチャートである。ＲＵＮモードにおける処理を示すフローチャートである。計測アイテムとして、２点段差計測が選択されたときの処理を示すフローチャートである。セグメント分割処理について説明するための図である。凸形状の平均２点段差計測を行なう場合の表示画面例である。凹形状の平均２点段差計測を行なう場合の表示画面例である。初回に合成画像を生成する光学式計測装置の制御のフローチャートである。液晶表示部に表示される撮影画像の表示切替の様子を示した図である。ユーザからの使用画像を選択する条件の入力画面である。合成画像の表示例を示す図である。本発明にかかるマルチ画像取得並びに画像合成に必要なハードウェア構成を示す図である。図１５のステップＳ１００４の画像合成処理の詳細を示すフローチャートである。図２０のデータ確定処理の詳細を示すフローチャートである。映像入力と画像メモリの内容の関係を示す説明図（その１）である。映像入力と画像メモリの内容の関係を示す説明図（その２）である。映像入力と画像メモリの内容の関係を示す説明図（その３）である。光学式計測装置で実行されるインラインでの連続計測の際の合成画像の生成処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１信号処理部、２センサヘッド部、５計測対象物体、１０外殻ケース、１４操作部蓋、１５表示部、１６信号処理部間コネクタ蓋、１７センサヘッド部接続用コネクタ、２０センサヘッド本体部、２１ケーブル、２７信号処理部接続用コネクタ、５１投光窓、５２受光窓、１０１，２０１制御部、１０２，２０５記憶部、１０２ａＥＥＰＲＯＭ、１０２ｂ画像メモリ、１０３表示部、１０３ａ液晶表示部、１０３ｂ表示灯ＬＥＤ、１０４，１０５，２０６通信部、１０５ａＵＳＢ通信部、１０５ｂシリアル通信部、１０５ｃ信号処理部間通信部、１０６キー入力部、１０７外部入力部、１０８出力部、１０９電源部、２０２投光部、２０２ａレーザダイオード、２０２ｂスリット、２０２ｃ投光レンズ、２０３受光部、２０３ａ２次元ＣＣＤ、２０３ｂ受光レンズ、２０４表示灯ＬＥＤ、３０１ＦＰＧＡ、３０１ｄアドレス生成部、３０１ｅラインカウンタ、３０１ｃラインバッファメモリ、３０１ｂ特徴抽出部、３０１ａ画像メモリ制御部、３０２ＣＰＵ、３０２ｅラインデータレジスタ、３０２ｃ演算制御部、７０１，７０２，７０４表示灯、７０５ファンクションキー、７０６切替スイッチ、７０７モード切替スイッチ、７０８ＭＥＮＵ／ＶＩＥＷキー、７０９十字キー、７１１ＳＥＴキー、Ｌラインカウンタ。

Claims

計測対象物体の表面の線状領域に光を照射する投光部と、
前記光によって照射された前記線状領域の撮影画像が前記計測対象物体の表面高さに応じて変化する方向から、前記線状領域を撮影して光切断面の断面輪郭線像を含む前記撮影画像を取得する撮影部と、
前記撮影画像を複数枚記憶可能な画像記憶部と、
前記撮影画像の輝度に影響を与える撮影条件を規定するパラメータの少なくとも１つの値を変更することにより複数の撮影条件を指定し、前記撮影条件の異なる前記撮影画像を複数枚前記撮影部に取得させ、前記複数枚の前記撮影画像を前記画像記憶部に記憶させる制御部とを備え、
前記制御部は、ユーザからの指示に基づき、前記画像記憶部に記憶された複数枚の画像のうちから合成画像を作成するために使用する画像を選択し、選択した画像を読み出して所定の輝度条件を満足する領域の画像を抽出し、各選択画像の抽出した領域を寄せ集めて合成画像を生成し、前記合成画像に含まれる断面輪郭線像に基づいて計測処理を実行する、光学式計測装置。
前記合成画像を表示する表示部をさらに備え、
前記制御部は、前記表示部に前記合成画像を表示させ、前記使用する画像を確定させるか否かをユーザに問い合わせ、前記ユーザからの回答が非確定であった場合には再度前記ユーザからの指示を受けて画像の選択を行ない、選択した画像を使用して前記合成画像を再度生成する、請求項１に記載の光学式計測装置。
前記使用する画像に対応する前記撮影条件を使用画像撮影条件として記憶する条件記憶部をさらに備え、
前記制御部は、前記ユーザからの回答が確定であった後には、前記条件記憶部から前記使用画像撮影条件を読み出して、前記使用画像撮影条件に基づき必要な画像枚数を前記撮影部に撮影させ、撮影した画像を用いて前記合成画像を生成し、前記計測処理を実行する、請求項２に記載の光学式計測装置。
前記ユーザからの指示は、１つの前記パラメータを変更させる際の最大値と最小値とを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学式計測装置。
前記ユーザからの指示は、１つの前記パラメータを変更させる際の値の変更間隔を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学式計測装置。
光学式計測装置の制御方法であって、
前記光学式計測装置は、
計測対象物体の表面の線状領域に光を照射する投光部と、
前記光によって照射された前記線状領域の撮影画像が前記計測対象物体の表面高さに応じて変化する方向から、前記線状領域を撮影して光切断面の断面輪郭線像を含む前記撮影画像を取得する撮影部と、
前記撮影画像を複数枚記憶可能な画像記憶部とを含み、
前記制御方法は、
前記撮影画像の輝度に影響を与える撮影条件を規定するパラメータの少なくとも１つの値を変更することにより複数の撮影条件を指定し、前記撮影条件の異なる前記撮影画像を複数枚前記撮影部に取得させるステップと、
前記複数枚の前記撮影画像を前記画像記憶部に記憶させるステップと、
ユーザからの指示を受けるステップと、
前記指示に基づき、前記画像記憶部に記憶された複数枚の画像のうちから合成画像を作成するために使用する画像を選択し、選択した画像を読み出して所定の輝度条件を満足する領域の画像を抽出し、各選択画像の抽出した領域を寄せ集めて合成画像を生成するステップと、
前記合成画像に含まれる断面輪郭線像に基づいて計測処理を実行するステップとを備える、光学式計測装置の制御方法。
前記光学式計測装置は、
前記合成画像を表示する表示部をさらに含み、
前記制御方法は、
前記表示部に前記合成画像を表示させるステップと、
前記使用する画像を確定させるか否かをユーザに問い合わせて、前記ユーザからの回答が非確定であった場合には再度前記ユーザからの指示を受けて画像の選択を行ない、選択した画像を使用して前記合成画像を再度生成させるステップとをさらに備える、請求項６に記載の光学式計測装置の制御方法。
前記光学式計測装置は、
使用画像撮影条件を記憶する条件記憶部をさらに含み、
前記制御方法は、
前記使用する画像に対応する前記撮影条件を前記使用画像撮影条件として前記条件記憶部に記憶させるステップと、
前記ユーザからの回答が確定であった後に、前記条件記憶部から前記使用画像撮影条件を読み出して、前記使用画像撮影条件に基づき必要な画像枚数を前記撮影部に撮影させるステップと、
撮影した画像を用いて前記合成画像を生成するステップとをさらに備える、請求項７に記載の光学式計測装置の制御方法。
前記ユーザからの指示は、１つの前記パラメータを変更させる際の最大値と最小値とを含む、請求項６〜８のいずれか１項に記載の光学式計測装置の制御方法。
前記ユーザからの指示は、１つの前記パラメータを変更させる際の値の変更間隔を含む、請求項６〜８のいずれか１項に記載の光学式計測装置の制御方法。