JP2008151649A - 端面形状検査方法および同装置 - Google Patents

Abstract

【課題】円筒体または円柱体の端面形状を簡易にかつ正確に評価する。
【解決手段】円筒形状または円柱形状の被測定体９０の端面９２を、該端面９２に略平行な方向から、画角を有するカメラ１０により撮影し、撮影画像１２から被測定体９０の端面９２の最外輪郭線を検出し、検出した最外輪郭線の曲線形状が、その最外輪郭線の前記撮影画像１２内における位置に応じた曲線形状であるか否かにより、端面の形状を評価する。
【選択図】図３

Description

本発明は、たとえば複写機の感光ドラム基体等の円筒体または円柱体の端面形状を検査する方法等に関する。

種々の被測定体に対して、その形状や寸法等を被測定体をカメラで撮影した画像に基づいて測定することが考えられる。

レンズで立体物を撮影した場合、画像の中心よりも周辺が大きくもしくは曲がって写ってしまう歪みが発生する。このような歪みに対応するため、たとえば下記特許文献１には画像の中心と周辺の倍率を変えて歪みを除去する方法が提案されている。また、下記特許文献２では、レーザーをカメラ軸と平行に被測定体に投影して、そのレーザー情報を基準として、撮影画像の位置関係を計測する方法が提案されている。

また、下記特許文献３には、実空間における対象物体のカメラ画像と、対象物体の種々の３次元姿勢を画像化した複数のモデル画像をデータベース化した画像照合データデーストを画像照合することで、実空間における対象物体の３次元姿勢を推定するモデル画像照合における３次元姿勢の補正手法が開示されている。この文献では、カメラ画像とモデル画像の重心の視線差等に基づいて、暫定的に推定した３次元姿勢を回転補正することが提案されている。
特開平１１−１６１７７９号公報 特開２００６−２３２６２号公報 特開２００４−３６２１２８号公報

しかしながら、従来、三角法を用いる比較的高価な立体計測装置等によらず、カメラによる撮影画像に基づいて、被測定体の端部の形状を正確に測定する方法は提案されていない。

すなわち、カメラ軸方向に高さ（奥行き）を有しない被測定体であれば、撮像画像内における被測定体の輪郭線の位置を検出すれば、レンズの歪み等を補正するだけで端部の位置を得ることができる。

ところが、画角を有する通常のカメラでは撮影画像内の位置によって撮影角度が異なるため、カメラ軸方向に高さを有する被測定体の場合、撮影角度と端部の形状の関係によっては、端部を構成する高さ位置の異なる部位が撮影される可能性がある。

このため、被測定体毎に置かれる位置が一定でなく、あるいは寸法や形状が異なる場合には、撮影機会毎に撮影角度条件が異なり、条件によっては誤差が大きくなって正確な形状を検出できないという問題が生じる。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、被測定体がカメラ軸方向に高さを有するものであっても、その端面の形状を簡易にかつ正確に評価することのできる検査方法等を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、以下の手段を提供する。すなわち、
［１］円筒形状または円柱形状の被測定体の端面を、該端面に略平行な方向から、画角を有するカメラにより撮影し、
撮影画像から被測定体の端面の最外輪郭線を検出し、
検出した最外輪郭線の曲線形状が、その最外輪郭線の前記撮影画像内における位置に応じた曲線形状であるか否かにより、端面の形状を評価することを特徴とする端面形状検査方法。

［２］検出した最外輪郭線の前記撮影画像内の位置に、理想的な真円形状の端面の最外輪郭線が検出される場合の曲線形状を算出し、
検出した最外輪郭線の曲線形状を、前記理想的な端面の最外輪郭線の曲線形状と比較することにより、当該被測定体の端面の形状を評価する前項１に記載の端面形状検査方法。

［３］検出した最外輪郭線の曲線形状の画像を、前記理想的な端面の最外輪郭線の曲線形状の画像と比較することにより、当該被測定体の端面の形状を評価する前項２に記載の端面形状検査方法。

［４］検出した最外輪郭線の曲線形状の指標となる所定の指標値を、前記理想的な端面の最外輪郭線の曲線形状の前記指標値と比較することにより、当該被測定体の端面の形状を評価する前項２に記載の端面形状検査方法。

［５］被測定体にバックライト照明を照射して撮影を行う前項１〜４のいずれかに記載の端部位置測定方法。

［６］前記端面の形状を評価するとともに、
検出した最外輪郭線の前記撮影画像内における位置に応じて、当該最外輪郭線として撮影されている部位の高さ位置を判別し、
前記撮影画像内における当該最外輪郭線の位置を、当該最外輪郭線の前記高さ位置に応じて補正することにより、当該最外輪郭線として撮影されている被測定体の端面のカメラ軸方向に交差する方向についての位置を算出する前項１〜５のいずれかに記載の端面形状検査方法。

［７］算出した被測定体の端面の位置に基づいて、当該被測定体の長さ寸法を算出する前項６に記載の端面形状検査方法。

「８」被測定体の両端面を撮影し、
この撮影画像に基づいて両端面の形状評価を行うとともに、
この撮影画像に基づいて両端面の位置を算出し、
算出した両端面の位置関係に基づいて当該被測定体の長さ寸法を算出する前項７に記載の端面形状検査方法。

［９］被測定体の両端面をそれぞれ異なるカメラで撮影して各位置を算出する前項８に記載の端面形状検査方法。

［１０］被測定体が感光ドラム用基体である前項１〜９のいずれかに記載の端面形状検査方法。

［１１］円筒形状または円柱形状の被測定体の端面を、該端面に略平行な方向から、画角を有するカメラにより撮影する撮影手段と、
撮影画像から被測定体の端面の最外輪郭線を検出する輪郭線検出手段と、
検出した最外輪郭線の曲線形状が、その最外輪郭線の前記撮影画像内における位置に応じた曲線形状であるか否かにより、端面の形状を評価する端面形状評価手段と、
を備えたことを特徴とする端面形状検査装置。

［１２］検出した最外輪郭線の前記撮影画像内における位置に応じて、当該最外輪郭線として撮影されている部位の高さ位置を判別する高さ位置判別手段と、
前記撮影画像内における当該最外輪郭線の位置を、当該最外輪郭線の前記高さ位置に応じて補正することにより、当該最外輪郭線として撮影されている被測定体の端面のカメラ軸方向に交差する方向についての位置を算出する端部位置算出手段と、
を備えた前項１１に記載の端面形状検査装置。

上記発明［１］によると、検出した最外輪郭線曲線形状が、撮影画像内における位置、すなわちその撮影角度に応じた曲線形状であるか否かが判断される。このため、被測定体がカメラ軸方向に高さを有し、撮影角度によって端部を構成する高さ位置の異なる部位が撮影される可能性がある場合であっても、端面の形状を正確に評価することができる。また画角を有する通常のカメラによる撮影画像に基づいて、簡易に検査を行うことができる。また検出対象として最外輪郭線を用いるため、高い信頼性をもって検出することができる。

上記発明［２］によると、検出した最外輪郭線を理想的な真円形状の端面の最外輪郭線の曲線形状と比較するため、理想的な端面との差異に基づいた評価を行うことができる。

上記発明［３］によると、検出した最外輪郭線を理想的な端面の画像と比較するため、端面の各部について詳細な評価を行うことができる。

上記発明［４］によると、検出した最外輪郭線を理想的な端面の指標値と比較するため、より簡易に端面形状を評価することができる。

上記発明［５］によると、最外輪郭線をより正確に検出することができる。

上記発明［６］によると、被測定体の端面の撮影結果から、端面の形状だけでなく、端面の位置についても評価することができる。

上記発明［７］によると、被測定体の端面の撮影結果から、端面の形状だけでなく、被測定体の長さ寸法についても評価することができる。

上記発明［８］によると、両端面を撮影するため、両端面の形状評価を行うことができるとともに、撮影時の被測定体の置き位置によらずその長さ寸法測定を行うことができる。

上記発明［９］によると、各カメラを被測定体の各端面を撮影範囲に含む位置に固定しておくことができるため、カメラ位置を安定させて、正確な形状評価や長さ寸法測定を行うことができる。

上記発明［１０］によると、求められる端面形状精度の感光ドラム用基体の供給に寄与することができる。

上記発明［１１］によると、検出した最外輪郭線曲線形状が、撮影画像内における位置、すなわちその撮影角度に応じた曲線形状であるか否かが判断される。このため、被測定体がカメラ軸方向に高さを有し、撮影角度によって端部を構成する高さ位置の異なる部位が撮影される可能性がある場合であっても、端面の形状を正確に評価することができる。また画角を有する通常のカメラによる撮影画像に基づいて、簡易に検査を行うことができる。また検出対象として最外輪郭線を用いるため、高い信頼性をもって検出することができる。

上記発明［１２］によると、被測定体の端面の撮影結果から、端面の形状だけでなく、端面の位置についても評価することができる。

以下、本発明を実施形態に基づいて説明する。

図１は、本発明にかかる被測定体の端面形状の検査方法を行う端面形状検査装置の説明図である。

ここでは、感光ドラム用基体として用いられる円筒体を被測定体９０として、その端面形状とともに長さ寸法を測定する場合を例としている。この被測定体９０としての円筒体の両端面は平面であり、被測定体９０の長さ方向に対して垂直である。このような立体形状の被測定体９０は、どのような撮影方向に対しても高さを有している。

この検査装置は、被測定体９０の両端部９１，９１をそれぞれ撮影するカメラ１０，１０と、カメラ１０，１０による撮影画像に基づいて被測定体９０の端面形状の評価計算等を行う画像処理装置２０と、カメラ１０，１０側から見て被測定体９０の背後からバックライト照明を照射する照明装置３０，３０を備えている。

カメラ１０，１０は、画角θを有し、このために撮影画像の位置によって、被写体（被測定体）９０の各部位に対する撮影角度が変化しうるものである。この実施形態では、カメラ１０，１０として、２次元画像を撮影する２次元カメラを採用している。

このカメラ１０，１０は、被測定体９０の端部９１，９１の最外輪郭線を検出可能な撮影画像を撮影する。ここで本発明において最外輪郭線とは、被測定体９０を構成する各部によって、カメラ１０から見て最も外側の輪郭線をなすものをいう。

この実施形態では、カメラ１０，１０は、被測定体９０の両端部９１，９１をそれぞれ狙う位置に複数台（２台）が設けられ、複数の被測定体９０に対する検査を順次行う間、その位置が固定されるようになっている。

また、各カメラ１０，１０は、理想的な設計寸法どおりの被測定体９０が、理想的な位置に置かれた場合に、被測定体９０の両端部９１，９１をそれぞれその真上から狙う位置に配置されている。具体的には、被測定体９０の各端面を含む平面上に各カメラ軸１１，１１が位置する位置である。このときカメラ軸１１は各端面と平行になっている。ここで本発明においてカメラ軸１１とはカメラ１０の中心と撮影画像の中心を結ぶ直線を言うものとする。

このように理想的な被測定体９０であれば両カメラ１０，１０のカメラ軸１１，１１上に被測定体の端面が一致するというカメラ１０，１０の位置設定は、例えば理想的なマスターワークを撮影して、その両端がカメラ軸１１，１１上になるようにカメラ位置を調整することによって、実現することができる。

また、カメラ１０，１０が被測定体９０の両端部９１，９１を真上から狙う位置に配置されていることから、測定対象となる被測定体９０の端部９１の位置や長さ寸法は、各カメラ軸１１，１１に直交する方向についてのものとなっている。

このカメラ１０，１０は、カメラ軸方向について高さを有する被測定体９０を撮影する撮影手段として機能する。

照明装置３０，３０は、蛍光灯やＬＥＤ等、任意の光源を用いて構成され、カメラ１０，１０の撮影画像において、被測定体９０の端部９１，９１の最外輪郭線をシルエット像として明確に浮かび上がらせることができるものとなっている。このようなバックライト照明を用いることで被測定体９０の最外輪郭線をより正確に検出することができる。

画像処理装置２０は、例えば、ＣＰＵ、メモリ、外部記憶装置、キーボードやマウス等の入力手段、モニタ等の出力手段、他の装置との入出力インタフェース等を備えたコンピュータから構成されている。この画像処理装置２０は、後述するように、輪郭線検出手段と、端面形状評価手段と、高さ位置判別手段と、端部位置算出手段と、寸法算出手段とを機能的に備えている。

この画像処理装置２０は、被測定体９０の両端部９１，９１の撮影画像に基づいて、両端面の形状を評価し、合否判断した検査結果を出力する。

また、並行して、この画像処理装置２０は、被測定体９０の両端部９１，９１の撮影画像に基づいてこれらの位置をそれぞれ算出し、さらに算出した両端部９１，９１の位置に基づいて、両端部９１，９１間の距離を当該被測定体９０の長さ寸法として算出し、出力する。

本発明において用いるような画角を有する通常のカメラ１０，１０は、撮影画像内の位置によって被写体に対する撮影角度が異なる。

このため、カメラ軸方向に高さを有する被測定体９０の場合、撮影角度と端部９１，９１の形状の関係によっては、端部９１，９１を構成する高さ位置の異なる部位が撮影される可能性がある。

たとえば本実施形態の例のように、被測定体９０の端部９１，９１が、カメラ軸１１に平行な端面を有する場合、この端面が見える撮影角度と、見えない撮影角度とがある。端面が見える場合には、端面の下側（カメラ１０から遠い側）の縁が当該端部の最外輪郭線として撮影される。一方、端面が見えない場合、撮影されている最外輪郭線は端面の上側（カメラ１０に近い側）の縁が当該端部の最外輪郭線として撮影される。

さらに、同じ上側縁あるいは下側縁が撮影されている場合であっても、その撮影画像内の位置、すなわち撮影角度によって撮影された最外輪郭線の曲線形状は異なってしまう。

本実施形態の画像処理装置２０は、端面形状検査においては、このような被測定体９０の端部の最外輪郭線がどのような撮影角度で撮影されたかを判別して、それぞれの場合に応じて撮影された最外輪郭線に現れる端面の形状を評価するようになっている。

また、本実施形態の画像処理装置２０は、長さ寸法測定においては、このような被測定体９０の端部を構成する高さ位置の異なる部位が検出される場合を判別して、それぞれの場合に応じて撮影画像内で検出された最外輪郭線の位置を補正して、被測定体の端部位置の測定と、ひいては被測定体９０の両端部９１，９１の位置測定結果を束ねた長さ寸法の測定を正確に行うようになっている。

以下においては、まずこの画像処理装置２０において行われる端面形状検査処理について、被測定体９０の左側の端部を測定対象とした例に基づいて説明する。

図２（ａ）は、被測定体９０の端面９２を含む平面上にカメラ軸１１が位置する位置関係で被測定体９０の端部９１を撮影した場合を示す説明図であり、図２（ｂ）はその場合の撮影画像１２の例である。ここでは理想的な真円形状の端面を有する被測定体９０を想定している。後述の図３および図４も同様である。

この被測定体９０の端面９２を含む平面上にカメラ軸１１が位置する位置関係とは、同図（ａ）に示すように、カメラ１０が端面９２の真上に位置する状態である。

このとき、同図（ｂ）に示すように、撮影画像１２には、被測定体９０の端面９２は、その上側縁および下側縁を含む高さ位置の異なるすべての部位が、一直線状になって、被測定体９０のシルエットをなす最外輪郭線として写っている。すなわち、最外輪郭線は、撮影画像１２内のちょうど中心に位置している。

図３（ａ）は、被測定体９０の端面９２を含む平面より外側にカメラ軸１１が位置する位置関係で被測定体９０の端部９１を撮影した場合を示す説明図であり、図３（ｂ）はその場合の撮影画像の例である。

この被測定体９０の端面９２を含む平面より外側にカメラ軸１１が位置する位置関係とは、同図（ａ）に示すように、カメラ１０が端面９２の真上より被測定体９０の長手方向の外側（左側の端部に対してさらに左の外側）に位置し、端面９２が見える撮影角度となっている状態である。

このとき、同図（ｂ）に示すように、撮影画像１２には、被測定体９０の端面９２は一定の面積を持つ楕円として写り、端面９２の下側縁９３が被測定体９０のシルエットをなす最外輪郭線として、撮影画像１２の右半面側に写っている。すなわち、最外輪郭線は、撮影画像１２内の右半面領域に位置している。

そして、この最外輪郭線は、その撮影画像１２内の位置、すなわち撮影角度に応じた曲線形状となって、撮影画像１２に現れている。

図４（ａ）は、被測定体９０の端面９２を含む平面より内側にカメラ軸１１が位置する位置関係で被測定体９０の端部９１を撮影した場合を示す説明図であり、図４（ｂ）はその場合の撮影画像の例である。

この被測定体９０の端面９２を含む平面より内側にカメラ軸１１が位置する位置関係とは、同図（ａ）に示すように、カメラ１０が端面９２の真上より被測定体９０の長手方向の内側に位置し、端面９２が見えない撮影角度となっている状態である。

このとき、同図（ｂ）に示すように、撮影画像１２には、被測定体９０の端面９２は写らず、端面９２の上側縁９４が被測定体９０のシルエットをなす最外輪郭線として、撮影画像１２の左半面側に写っている。すなわち、最外輪郭線は、撮影画像１２内の左半面領域に位置している。

そして、この最外輪郭線は、その撮影画像１２内の位置、すなわち撮影角度に応じた曲線形状となって、撮影画像１２に現れている。

このように理想的な真円形状の端面であっても、撮影角度によってその現れ方（曲線形状）は異なる。しかしながら理想的な真円形状の端面であれば、撮影角度によってその現れ方（曲線形状）は一意に決まる。

一方、理想的な真円形状でない端面であれば、上述した理想的な真円形状とは異なる最外輪郭線が検出される。

図５（ａ）は、上下幅が狭い扁平な端面形状の被測定体を撮影した場合を示す説明図であり、図５（ｂ）はその場合の撮影画像の例である。同図において理想的な端面は破線で併記している。後述の図６〜図８も同様である。

この例の被測定体９０の端面形状は、同図（ａ）の右側に示すものである。

このような端面形状の場合、同図（ｂ）に示すように、撮影画像１２において端面９２の最外輪郭線の曲線形状は、理想的な端面の最外輪郭線（破線）より、端面９２が幅広になったために長く、かつ端面９２の高さが低くなったために緩やかなカーブを描くものとなっている。

図６（ａ）は、横幅が狭い扁平な端面形状の被測定体を撮影した場合を示す説明図であり、図６（ｂ）はその場合の撮影画像の例である。

この例の被測定体９０の端面形状は、同図（ａ）の右側に示すものである。

このような端面形状の場合、同図（ｂ）に示すように、撮影画像１２において端面９２の最外輪郭線の曲線形状は、理想的な端面の最外輪郭線（破線）より、端面９２が幅狭になったために短く、かつ端面９２の高さが高くなったために曲がり程度の大きなカーブを描くものとなっている。

図７（ａ）は、長手方向に対して垂直でない端面形状の被測定体を端面が斜め上方を向いた姿勢で撮影した場合を示す説明図であり、図７（ｂ）はその場合の撮影画像の例である。ここでは、被測定体の断面は真円形状を想定している。

この例では、同図（ａ）に示すように端面９２はカメラ軸１１のほぼ真下に位置しているため、理想的な端面であれば撮影画像１２では直線状の最外輪郭線が見えるはずである。しかしながら端面９２が斜めにカットされた形状であるため、同図（ｂ）に示すように、端面９２の最外輪郭線は楕円形を描く曲線形状となっている。

図８（ａ）は、長手方向に対して垂直でない端面形状の被測定体を端面が水平方向を向いた姿勢で撮影した場合を示す説明図であり、図８（ｂ）はその場合の撮影画像の例である。ここでは、被測定体の断面は真円形状を想定している。

この例では、同図（ａ）に示すように端面９２はカメラ軸１１のほぼ真下に位置しているため、理想的な端面であれば撮影画像では被測定体９０の長手方向に直交する直線状の最外輪郭線が見えるはずである。しかしながら端面９２が斜めにカットされた形状であるため、同図（ｂ）に示すように、端面９２の最外輪郭線は被測定体の長手方向に対して斜め方向に延びる直線形状となっている。

このように、理想的な端面を有しない被測定体９０の場合、撮影画像１２における端面９２の最外輪郭線は、端面９２の形状やカメラ１０との位置関係により、楕円状であったり直線状であったりするが、理想的な端面の最外輪郭線とは異なるものとなっている。

そこで、この実施形態では、まず撮影された最外輪郭線についてその撮影角度（撮影画像内の位置）を求め、同じ撮影角度で理想的な端面が撮影される場合の現れ方（曲線形状）を算出する。こうして算出した理想的な曲線形状と実際に撮影された最外輪郭線の形状とを比較することにより、実際の被測定体に対する撮影角度がどのような角度であったとしても、端面形状を検査することができるものとなっている。

具体的には、図５（ｂ）に示す撮影画像１２が得られた場合を例とすると、この画像１２から端面９２の最外輪郭線を検出し、たとえばその最も左側のライン９６の被測定体９０の長手方向についての位置（カメラ軸１１からの距離）を最外輪郭線の位置とする。そして、理想的な端面を有する被測定体の最外輪郭線がこの位置で検出される場合の最外輪郭線の曲線形状を算出する。

こうして算出する理想端面の最外輪郭線の曲線形状のデータ形式としては、たとえば撮影画像と画像照合可能な画像データを挙げることができる。

このような画像データは、理想端面とカメラの幾何学的な位置関係から最外輪郭線の撮影画像内の位置を算出して、画像を形成することで得ることができる。あるいは多数の最外輪郭線の位置候補について、各位置毎の最外輪郭線の曲線形状を画像データとして記憶しておき、その中から抽出するようにしてもよい。

理想端面の最外輪郭線の曲線形状が現れた画像としては、たとえば図３（ｂ）の撮影画像１２が得られる。

こうして理想端面の曲線形状の画像が得られれば、これを被測定体９０を撮影した撮影画像（ここでは図５（ｂ））と比較する。この場合、画像同士の比較であるから、任意の公知の画像照合手法によって相違の程度を算出することができる。

そして、この相違の程度が、合格品として許容できる範囲内であれば、当該被測定体９０の端面を合格と評価し、逆に範囲外であれば不合格と評価し、これを検査結果とすればよい。このように画像照合で比較すると、端面の各部について詳細な評価を行うことができる。

なお、理想端面の最外輪郭線の曲線形状を表すデータ形式としては、曲線形状を特定できる数式としても、曲線形状上のいくつかの点の座標値データとすることもできる。このようなデータ形式とするならば、理想端面のデータ作成（算出）に要する計算量を軽減することができる。

被測定体の実際の撮影画像における最外輪郭線との比較は、直接に画像照合できないデータ形式の場合、実際の撮影画像の最外輪郭線から、理想端面のデータ形式と同様の曲線形状を示すデータを算出して、両者を比較することで行うことができる。

また、理想端面の最外輪郭線の曲線形状は、その指標となる所定の指標値をもって表現してもよい。この場合、指標値は、それだけでは曲線形状の全体が特定できない程度のものでもよい。具体的には、最外輪郭線の中の特定部位の曲率（または曲率半径）、最外輪郭線の中の特定部位の傾き（例えば被測定体の長手方向とのなす角）、最外輪郭線の曲線の長さ、最外輪郭線の幅、最外輪郭線の高さ（曲線の凹みの深さ）、最外輪郭線の幅と高さの比、あるいは最外輪郭線の平均曲率（または平均曲率半径）等を挙げることができる。

被測定体の実際の撮影画像における最外輪郭線との比較は、実際の撮影画像の最外輪郭線から、前記理想端面と同じ指標値を算出して、両者を比較することで行うことができる。

このように指標値で比較すると、より簡易に端面形状を評価することができる。

次に、画像処理装置２０において行われる端部９１の位置の算出処理について、被測定体９０の左側の端部を測定対象とした例に基づいて説明する。

同じ見え方のときの理想端面と比較する上述の形状評価と異なり、被測定体の長さ寸法を計測する場合には、端面の位置を数値評価できるように求める必要がある。

しかしながら例えば上述した図３の例では、端面９２の下側縁９３が最外輪郭線として撮影されているが、ここで、撮影画像１２において、画像１２内の位置と実空間との位置関係の換算が、被測定体９０の中心高さを基準としていた（以下、この高さを基準高さと呼ぶ。）とすると、被測定体９０の長さ方向（図３の左右方向）についての端面９２の位置は、図３（ｂ）のライン９５として検出されるべきであるといえる。

また上述した図４の例では、端面９２の上側縁９４が最外輪郭線として撮影されているが、ここで、撮影画像１２において、画像１２内の位置と実空間との位置関係の換算が、被測定体９０の中心高さ（基準高さ）を基準としているとすると、被測定体９０の長さ方向（図４の左右方向）についての端面９２の位置は、図４（ｂ）のライン９５として検出されるべきであるといえる。

このように、被測定体９０の端部９１の位置とカメラ軸１１との位置関係によって、撮影画像１２の右半分と左半分とで、最外輪郭線として検出されている被測定体９０の端部９１の部位が異なっており、これら各部位の高さ位置が異なっている。

そして、高さ位置が異なる上側縁と下側縁が撮影画面内において同画面の中心から同じ距離だけ離れた位置に検出されたとしても、実空間においてそれぞれの場合の端部の位置（カメラ軸からの距離）は同一ではない。

そこで、この実施形態では、最外輪郭線が検出された撮影画像内の領域によって、最外輪郭線として検出された部位の高さ位置を判別し、その高さ位置に応じた補正を行うことで端部の正確な位置を算出するようになっている。

次に、具体的な端部位置の算出式の例について説明する。

図９は、被測定体９０の端面９２を含む平面より外側にカメラ軸１１が位置する位置関係で、被測定体９０の端部９１を撮影した場合における、端部位置の算出方法を説明する説明図である。同図では、カメラ１０の撮影画像１２を被測定体９０の下側に表現している。

この例では、被測定体９０は、実空間において、その端面９２がカメラ軸１１から距離Ｌだけ被測定体９０の外側に離れた位置にある。この位置関係のとき、上述したとおり、端面９２の下側縁９３が撮影画像１２における端部９１の最外輪郭線として撮影される。

しかし、上述したように、撮影画像１２内の位置と実空間との位置関係の換算が、被測定体９０の中心高さを基準高さとしているとすると、本来、端部９１として撮影されるべき部位は、端面９２の中心高さ上の点Ｐである。

すなわち、図９に示すように、撮影画像１２上において、下側縁９３が最外輪郭線としてカメラ軸１１から距離Ｘの位置に検出されたが、本来なら前記点Ｐの撮影画像１２上への投影点であるカメラ軸１１から距離Ｘａｎｓの位置が検出されるべきであったといえる。

したがって、撮影画像１２内の最外輪郭線の位置Ｘを、本来の位置Ｘａｎｓに変換する補正を行えば、正確な端部９１の位置を得られることになる。そこで、検出された最外輪郭線の位置Ｘから、本来、検出されるべきであった位置Ｘａｎｓの比率を検討する。

カメラ１０の画角の頂点をＯ、被測定体９０の中心高さ（基準高さ）９５における端面９２上の点を上述のＰ、同じく中心高さ（基準高さ）９５におけるカメラ軸１１上の点をＡ、最外輪郭線として検出された端面の下側縁９３をＣ，この下側縁９３の高さ位置での水平方向の直線９６と直線ＯＰの交点をＱ、同じく直線９６におけるカメラ軸１１上の点をＢとし、被測定体９０の高さ寸法をＤとする。

直線９６と撮影画像１２の面とは平行だから、
ＢＣ：ＢＱ＝Ｘ：Ｘａｎｓ
カメラ軸１１と端面９２の距離は高さ位置によらず同一だから、
ＡＰ＝ＢＣ
ここで三角形ＯＡＰと三角形ＯＢＱは相似だから、
ＯＡ：ＯＢ＝ＡＰ：ＢＱ
Ｈ：（Ｈ＋Ｄ／２）＝Ｘ：Ｘａｎｓ
したがって、
Ｘａｎｓ＝（１＋Ｄ／２Ｈ）・Ｘ ……（１）
となる。

最外輪郭線が撮影画像１２の右側の領域に見えた場合には、端面９２の下側縁９３が最外輪郭線として検出されているから、この最外輪郭線の撮影画像１２における位置Ｘを前記算出式（１）によりＸａｎｓに変換補正して、このＸａｎｓを基準高さ９５上のカメラ軸１１からの距離に換算することで、実空間における端部の位置を示す距離Ｌが算出できる。

図１０は、被測定体９０の端面９２を含む平面より内側にカメラ軸１１が位置する位置関係で、被測定体９０の端部９１を撮影した場合における、端部位置の算出方法を説明する説明図である。同図では、カメラ１０の撮影画像１２を被測定体９０の下側に表現している。

この例では、被測定体９０は、実空間において、その端面９２がカメラ軸１１から距離Ｌだけ被測定体９０の内側に離れた位置にある。この位置関係のとき、上述したとおり、端面９２の上側縁９４が撮影画像１２における端部９１の最外輪郭線として撮影される。

しかし、上述したように、撮影画像１２内の位置と実空間との位置関係の換算が、被測定体９０の中心高さを基準高さとしているとすると、本来、端部９１として撮影されるべき部位は、端面９２の中心高さ上の点Ｐである。

すなわち、図１０に示すように、撮影画像１２上において、上側縁９４が最外輪郭線としてカメラ軸１１から距離Ｘの位置に検出されたが、本来なら前記点Ｐの撮影画像１２上への投影点であるカメラ軸１１から距離Ｘａｎｓの位置が検出されるべきであったといえる。

したがって、撮影画像１２内の最外輪郭線の位置Ｘを、本来の位置Ｘａｎｓに変換する補正を行えば、正確な端部９１の位置を得られることになる。そこで、検出された最外輪郭線の位置Ｘから、本来、検出されるべきであった位置Ｘａｎｓの比率を検討する。

カメラ１０の画角の頂点をＯ、被測定体９０の中心高さ（基準高さ）９５における端面９２上の点を上述のＰ、同じく中心高さ（基準高さ）９５におけるカメラ軸１１上の点をＡ、最外輪郭線として検出された端面の上側縁９４をＣ，この上側縁９４の高さ位置での水平方向の直線９７と直線ＯＰの交点をＱ、同じく直線９７におけるカメラ軸１１上の点をＢとし、被測定体９０の高さ寸法をＤとする。

直線９７と撮影画像１２の面とは平行だから、
ＢＣ：ＢＱ＝Ｘ：Ｘａｎｓ
カメラ軸１１と端面９２の距離は高さ位置によらず同一だから、
ＡＰ＝ＢＣ
ここで三角形ＯＡＰと三角形ＯＢＱは相似だから、
ＯＡ：ＯＢ＝ＡＰ：ＢＱ
Ｈ：（Ｈ−Ｄ／２）＝Ｘ：Ｘａｎｓ
したがって、
Ｘａｎｓ＝（１−Ｄ／２Ｈ）・Ｘ ……（２）
となる。

最外輪郭線が撮影画像１２の左側の領域に見えた場合には、端面９２の上側縁９４が最外輪郭線として検出されているから、この最外輪郭線の撮影画像１２における位置Ｘを前記算出式（２）によりＸａｎｓに変換補正して、このＸａｎｓを基準高さ９５上のカメラ軸１１からの距離に換算することで、実空間における端部の位置を示す距離Ｌが算出できる。

次に、上記の算出方法によって端部位置を算出し、さらに被測定体９０の長さ寸法を算出する画像処理装置２０の機能について説明する。

図１１は、この画像処理装置２０の機能ブロック図である。同図に示すように、画像処理装置２０は、輪郭線検出手段２１、端面形状評価手段２２、高さ位置判別手段２３、端部位置算出手段２４、寸法算出手段は２５を機能的に備えている。

輪郭線検出手段２１は、カメラ１０，１０による被測定体９０の各端部９１，９１の撮影画像１２から、被測定体９０の各端部９１，９１の最外輪郭線を検出する演算処理を行う。上述したように、被測定体９０は背後からバックライト照明が照射されるため、撮影画像１２には被測定体９０はシルエットとして浮かび上がり、その明暗差から最外輪郭線を検出することができる。

端面形状評価手段２２は、検出した最外輪郭線の曲線形状が、その最外輪郭線の前記撮影画像１２内における位置に応じた曲線形状であるか否かにより、端面の形状を評価するものである。

高さ位置判別手段２３は、検出した最外輪郭線の前記撮影画像１２内における位置に応じて、当該最外輪郭線として撮影されている被測定体９０の端部の高さ位置を判別するものである。

上述したように、カメラ軸１１に平行な端面９２を測定対象とする場合には、端面９２とカメラ軸１１の位置関係により、端面９２が見えるか否か、ひいては最外輪郭線として上側縁９４と下側縁９３のいずれが見えるか、が異なってくる。

そこで、この実施形態では、これら上側縁９４と下側縁９３を、最外輪郭線として検出されうる部位である候補部位として予め設定しておき、それらの基準高さ（被測定体９０の中心高さ）からの高さ情報を予め設定しておくようになっている。

また、候補部位である上側縁９４と下側縁９３について、最外輪郭線として撮影される場合の撮影画像１２内の領域として、カメラ軸１１を中心とした右半面の領域と左半面の領域を予め設定しておくようになっている。

これにより、撮影画像１２から最外輪郭線が検出されれば、それが撮影画像１２を２つに分割した右半面の領域にあるか、左半面の領域にあるかから、上側縁９４と下側縁９３のいずれか見えているのかを容易に、かつ速やかに判別し、その高さ情報を得ることができるようになっている。

端部位置算出手段２４は、撮影画像１２内における最外輪郭線の位置を、最外形線部の高さ位置に応じて補正することにより、最外輪郭線として撮影されている被測定体９０の端部９１のカメラ軸１１方向に交差する方向についての位置を算出するものである。

この実施形態では、上述したとおり、最外輪郭線として検出されている部位が端面９２の上側縁９４か下側縁９３かが判別されるため、それぞれの高さ位置に応じた上記補正式（１）または（２）によって、撮影画像１２内の最外輪郭線の位置を補正するようになっている。

なお、この実施形態では、被測定体９０の両端部９１，９１を２台のカメラ１０，１０でそれぞれ撮影するため、、以上の輪郭線検出、高さ位置判別、および端部位置算出の各処理は、両端部９１，９１について、それぞれ行うようになっている。

寸法算出手段２５は、算出した前記端部の位置に基づいて当該被測定体９０の寸法を算出するものである。

この実施形態では、上述した２台のカメラ１０，１０の撮影画像１２から測定された被測定体９０の両端部９１，９１の位置に基づいて、被測定体９０の寸法が算出される。

具体的には、これら２台のカメラ１０，１０はいずれも理想的な被測定体９０であれば撮影画像１２の中心にその端部９１，９１を捉える位置に配置されているから、両端部９１，９１の理想的な位置からのズレ量を、理想的な被測定体９０の長さ寸法に加減することによって、測定対象となっている被測定体９０の長さ寸法を算出することができる。

以上のように本実施形態にかかる端面形状検査装置によると、検出した最外輪郭線曲線形状が、撮影画像内における位置、すなわちその撮影角度に応じた曲線形状であるか否かが判断される。このため、被測定体がカメラ軸方向に高さを有し、撮影角度によって端部を構成する高さ位置の異なる部位が撮影される可能性がある場合であっても、端面の形状を正確に評価することができる。

また画角を有する通常のカメラによる撮影画像に基づいて、簡易に検査を行うことができる。

また検出対象として最外輪郭線を用いるため、高い信頼性をもって検出することができる。

また、本実施形態にかかる端面形状検査装置によると、端面形状検査とともに、端面の位置や被測定体の長さ寸法を測定することができる。

そしてこの端面の位置測定においては、最外輪郭線として撮影されている被測定体の端部の高さ位置を撮影画像内における位置に応じて判別し、高さ位置に応じて補正するため、被測定体がカメラ軸方向に高さを有し、撮影角度によって端部を構成する高さ位置の異なる部位が撮影される可能性がある場合であっても、端部の位置を正確に測定することができる。

特に、本実施形態にかかる長さ寸法測定は、一般的な画角を有するカメラによる撮影画像から高精度に被測定体の端部の位置を測定することができるものであり、高価な立体形状計測装置と同等な機能を、より安価に実現することができる。

また、端部の高さ位置に応じて異なる補正演算式を用いたため、適正な補正演算を行うことができる。

また、候補部位の高さ情報を予め設定したため、検出された最外輪郭線として撮影されている被測定体の端部の高さ位置を的確に判別することができる。

また、最外輪郭線として撮影される領域を予め設定し、どの領域に属するかに応じて撮影されている候補部位を判別するため、検出された最外輪郭線として撮影されている被測定体の端部の高さ位置を速やかに判別することができる。

また、被測定体９０にバックライト照明を照射して撮影を行うため、最外輪郭線をより正確に検出することができる。

また、被測定体９０の両端部９１，９１をそれぞれ撮影して算出した位置関係に基づいて被測定体９０の長さ寸法を算出するため、撮影時の被測定体９０の置き位置によらずその寸法測定を行うことができる。

また、被測定体の各端部９１，９１を異なるカメラ１０，１０でそれぞれ撮影して各位置を算出するため、各カメラ１０．１０を被測定体９０の各端部９１，９１を撮影範囲に含む位置に固定しておくことができ、カメラ位置を安定させて、正確な測定を行うことができる。

また、被測定体９０とした円筒体（感光ドラム用基体）の長さを正確に測定して、例えば求められる寸法精度の円筒体の供給に寄与することができる。

以上、本発明を実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記に限定されず、以下のように構成してもよい。

（１）上記実施形態では、被測定体の背後からバックライト照明を照射して撮影したが、バックライト照明等を用いることなく、被測定体の端部の最外輪郭線が検出可能な撮影を行ってもよい。

（２）上記実施形態では、被測定体の両端部の位置を測定してからその長さ寸法を算出したが、長さ寸法を算出せず、被測定体の１または複数の端部の位置を測定するだけとしてもよい。

（３）上記実施形態では、被測定体の両端部をそれぞれ別のカメラで撮影して各位置を測定したが、１台のカメラを移動させて各端部を順次撮影し、各位置を算出することにより、被測定体の寸法測定を行うようにしてもよい。あるいはまた１台のカメラに対して被測定体を移動させて各端部を順次撮影し、各位置を算出するようにしてもよい。このようにすると、１台のカメラによる複数の端部の位置測定結果から被測定体の寸法を得ることができる。

（４）上記実施形態では、２台のカメラで被測定体の両端部を撮影して各位置を算出し、被測定体の長さ寸法を算出したが、被測定体の一端面を所定の位置基準部に当接させた状態で、他の端面を撮影してその位置を算出し、ここから被測定体の長さ寸法を算出するようしてもよい。

具体的には、たとえば図１２に示すように、被測定体９０の一方（右側）の端部は、所定の予め位置決めされた所定の位置基準部４０に当接させる。この状態で、上述した実施形態と同様に、他方（左側）の端部を画角θを有するカメラ１０により撮影して、その位置を測定する。そして、前記位置基準部の位置と算出した端部の位置に基づいて被測定体の寸法を算出するようになっている。

このようにすると、１台のカメラ１０による端部の位置測定結果から被測定体９０の寸法を得ることができる。また、カメラ１０を被測定体９０の一方の端部９１を撮影範囲に含む位置に固定しておくことができるため、カメラ位置を安定させて、正確な測定を行うことができる。

本発明にかかる被測定体の端面形状の検査方法を行う端面形状検査装置の説明図である。 （ａ）は、被測定体の端面を含む平面上にカメラ軸が位置する位置関係で被測定体の端部を撮影した場合を示す説明図であり、（ｂ）はその場合の撮影画像の例である。 （ａ）は、被測定体の端面を含む平面より外側にカメラ軸が位置する位置関係で被測定体の端部を撮影した場合を示す説明図であり、（ｂ）はその場合の撮影画像の例である。 （ａ）は、被測定体の端面を含む平面より内側にカメラ軸が位置する位置関係で被測定体の端部を撮影した場合を示す説明図であり、（ｂ）はその場合の撮影画像の例である。 （ａ）は、上下幅が狭い扁平な端面形状の被測定体を撮影した場合を示す説明図であり、図５（ｂ）はその場合の撮影画像の例である。 （ａ）は、横幅が狭い扁平な端面形状の被測定体を撮影した場合を示す説明図であり、図６（ｂ）はその場合の撮影画像の例である。 （ａ）は、長手方向に対して垂直でない端面形状の被測定体を端面が斜め上方を向いた姿勢で撮影した場合を示す説明図であり、図７（ｂ）はその場合の撮影画像の例である。 （ａ）は、長手方向に対して垂直でない端面形状の被測定体を端面が水平方向を向いた姿勢で撮影した場合を示す説明図であり、図８（ｂ）はその場合の撮影画像の例である。 被測定体の端面を含む平面より外側にカメラ軸が位置する位置関係で、被測定体の端部を撮影した場合における、端部位置の算出方法を説明する説明図である。 被測定体の端面を含む平面より内側にカメラ軸が位置する位置関係で、被測定体の端部を撮影した場合における、端部位置の算出方法を説明する説明図である。 画像処理装置の機能ブロック図である。 本発明の他の実施形態にかかる端面形状検査装置の説明図である。

符号の説明

１０ カメラ
１１ カメラ軸
１２ 撮影画像
２０ 画像処理装置
３０ 照明装置
９０ 被測定体
９１ 端部
９２ 端面
９３ 上側縁
９４ 下側縁

Claims (12)

1. 円筒形状または円柱形状の被測定体の端面を、該端面に略平行な方向から、画角を有するカメラにより撮影し、
   撮影画像から被測定体の端面の最外輪郭線を検出し、
   検出した最外輪郭線の曲線形状が、その最外輪郭線の前記撮影画像内における位置に応じた曲線形状であるか否かにより、端面の形状を評価することを特徴とする端面形状検査方法。
2. 検出した最外輪郭線の前記撮影画像内の位置に、理想的な真円形状の端面の最外輪郭線が検出される場合の曲線形状を算出し、
   検出した最外輪郭線の曲線形状を、前記理想的な端面の最外輪郭線の曲線形状と比較することにより、当該被測定体の端面の形状を評価する請求項１に記載の端面形状検査方法。
3. 検出した最外輪郭線の曲線形状の画像を、前記理想的な端面の最外輪郭線の曲線形状の画像と比較することにより、当該被測定体の端面の形状を評価する請求項２に記載の端面形状検査方法。
4. 検出した最外輪郭線の曲線形状の指標となる所定の指標値を、前記理想的な端面の最外輪郭線の曲線形状の前記指標値と比較することにより、当該被測定体の端面の形状を評価する請求項２に記載の端面形状検査方法。
5. 被測定体にバックライト照明を照射して撮影を行う請求項１〜４のいずれかに記載の端部位置測定方法。
6. 前記端面の形状を評価するとともに、
   検出した最外輪郭線の前記撮影画像内における位置に応じて、当該最外輪郭線として撮影されている部位の高さ位置を判別し、
   前記撮影画像内における当該最外輪郭線の位置を、当該最外輪郭線の前記高さ位置に応じて補正することにより、当該最外輪郭線として撮影されている被測定体の端面のカメラ軸方向に交差する方向についての位置を算出する請求項１〜５のいずれかに記載の端面形状検査方法。
7. 算出した被測定体の端面の位置に基づいて、当該被測定体の長さ寸法を算出する請求項６に記載の端面形状検査方法。
8. 被測定体の両端面を撮影し、
   この撮影画像に基づいて両端面の形状評価を行うとともに、
   この撮影画像に基づいて両端面の位置を算出し、
   算出した両端面の位置関係に基づいて当該被測定体の長さ寸法を算出する請求項７に記載の端面形状検査方法。
9. 被測定体の両端面をそれぞれ異なるカメラで撮影して各位置を算出する請求項８に記載の端面形状検査方法。
10. 被測定体が感光ドラム用基体である請求項１〜９のいずれかに記載の端面形状検査方法。
11. 円筒形状または円柱形状の被測定体の端面を、該端面に略平行な方向から、画角を有するカメラにより撮影する撮影手段と、
    撮影画像から被測定体の端面の最外輪郭線を検出する輪郭線検出手段と、
    検出した最外輪郭線の曲線形状が、その最外輪郭線の前記撮影画像内における位置に応じた曲線形状であるか否かにより、端面の形状を評価する端面形状評価手段と、
    を備えたことを特徴とする端面形状検査装置。
12. 検出した最外輪郭線の前記撮影画像内における位置に応じて、当該最外輪郭線として撮影されている部位の高さ位置を判別する高さ位置判別手段と、
    前記撮影画像内における当該最外輪郭線の位置を、当該最外輪郭線の前記高さ位置に応じて補正することにより、当該最外輪郭線として撮影されている被測定体の端面のカメラ軸方向に交差する方向についての位置を算出する端部位置算出手段と、
    を備えた請求項１１に記載の端面形状検査装置。

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