JP2011002278A - 光学式計測装置および光学式計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被測定物の計測中に、被測定物の計測部分が計測者に把握しやすい光学式計測装置および光学式計測方法を提供することを目的としている。
【解決手段】光学式計測装置は、アクチュエーター１０、ステージ１１、ラインレーザー１２、カメラ１３、信号処理・制御ユニット２０、画像表示装置３０から構成され、信号処理・制御ユニット２０は、制御部１０１、フレーム画像データ取り込み部１０２、Ａ／Ｄ変換部、画像記憶部１０４、輝度検出部１０５、輝度記憶部１０６、座標記憶部１０７、座標変換部１０８、座標変換式記憶部１０９、ラインデータ生成部１１０、ラインデータ蓄積記憶部１１１、表示画像補正部１１２、表示画像生成部１１３、Ｄ／Ａ変換部１１４、画像出力部１１５、カメラ座標取り込み部１２１、ステージ座標取り込み部１２２から構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、光学式計測装置および光学式計測方法に関する。

非接触の三次元計測方法として、レーザー投光器のレーザー光を、スリットを通して被測定物に照射し、被測定物を一定速度で移動しながら、カメラでスリット光に照らし出された断面の輪郭を一定間隔で１フレームずつ取得する。そして、取得したスリット光に照らし出された断面の輪郭の画像（以下、光切断画像）をレーザー投光器の取り付け位置と角度、およびカメラの取り付け位置と角度を用いて、三角測距法により演算して、被測定物の計測を行う光切断法がある。

この光切断法による光学式計測装置は、被測定物上の光切断画像を、カメラが一定間隔で１フレームずつ撮影して画像を取り込む。次に、取り込まれた光切断画像を演算処理し、各フレームについて１つの最大輝度が選択されて、これを画像表示装置上で表示する上での１ライン分のデータとして画像メモリーに記憶する。すべてのフレームについて計測が終了後、画像メモリーに記憶されている１ライン化された最大輝度による画像を合成して表示する方法がある（例えば、特許文献１参照）。

特許第３５７５６９３号公報

特許文献１の光学式計測装置では、すべての計測が終了した後に、取り込まれた計測画像を合成して表示するようにしていたため、計測中に、被測定物のどの部分を計測しているのかが計測者にとって把握しづらいという課題があった。また、表示される計測結果は、１フレーム中で１つの最大輝度のみが選択されて合成されたものなので、被測定物が三次元的に表示されないため被測定物の全体像が把握しにくいという課題があった。また、合成され表示される計測結果は、被測定物の光切断画像における１ラインのピッチが予め定められた定数であるため、被測定物をカメラ位置から俯瞰した場合と異なり、画像表示装置上に表示される被測定物の寸法の比率が適正でないという課題があった。

また、被測定物の計測している位置を確認するために、計測中に被測定物に照射されているレーザー光の照射位置を目視で直接観測することも考えられるが、計測に使用されているレーザー光に対する安全対策のためと、計測中のステージの動作に振動等を与えないようにするために計測装置がケースに覆われている光学式計測装置もある。このような光学式計測装置においては、計測中に被測定物に照射されているレーザーを目視で直接観測することが困難であるため計測位置を確認できないという課題があった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、被測定物の計測中に、被測定物のどの部分を計測しているのかが計測者に把握しやすく、さらに計測結果をカメラ位置から俯瞰したように、画像表示装置上に表示される被測定物の寸法の比率を適正に表示する光学式計測装置および光学式計測方法を提供することを目的としている。

本発明にかかる光学式計測装置は、被測定物の表面にスリット光を照射する投光部と、
前記被測定物の表面に照射された前記スリット光による反射光を受光して、前記被測定物表面を撮像する撮像部と、
前記撮像部で撮像されたフレーム画像データを取り込むフレーム画像取り込み部と、
前記フレーム画像取り込み部で取り込まれたフレーム画像を前記スリット光に対して垂直方向に分割し、前記分割されたフレーム画像内の最大輝度部分の輝度と座標を検出する輝度検出部と、
前記輝度検出部で検出された輝度情報を用いて、１フレーム分のフレーム画像を１ライン分の濃淡または少なくとも２色以上で表わすラインデータを生成するラインデータ生成部と、
前記ラインデータ生成部で生成されたラインデータを、前記フレーム画像取得部で取得された順に追加して記憶するラインデータ蓄積記憶部と、
前記ラインデータ蓄積記憶部で蓄積記憶されたラインデータを読み出し、読み出された前記フレーム画像と前記蓄積されたラインデータを表示する表示画像を生成する表示画面生成部と、
を備えることを特徴とする。

また、本発明にかかる光学式計測装置は、前記ラインデータ生成部で生成された複数のラインデータ表示するピッチを、前記スリット光の照射位置間隔と、前記撮像部の受光角度との関係を用いて補正する表示画像補正部と、
を備えることを特徴とする。

さらにまた、本発明にかかる光学式計測装置は、寸法が既知の被測定物の計測により生成された座標変換式を記憶する座標変換式記憶部と、
前記座標変換式記憶部に記憶されている前記座標変換式を用いて、前記ライン検出部で検出されたライン情報を変換する座標変換部と、
を備えることを特徴とする。

さらにまた、本発明にかかる光学式計測方法は、被測定物の表面にスリット光を照射する投光工程と、
前記被測定物の表面に照射された前記スリット光による反射光を受光して、前記被測定物表面を撮像する撮像工程と、
前記撮像手段で撮像されたフレーム画像データを取り込むフレーム画像取り込み工程と、
前記フレーム画像取り込み工程で取り込まれたフレーム画像を前記スリット光に対して垂直方向に分割し、前記分割されたフレーム画像内の最大輝度部分の輝度と座標を検出する輝度検出工程と、
前記輝度検出工程で検出された輝度情報を用いて、１フレーム分のフレーム画像を１ライン分の濃淡または少なくとも２色以上で表わすラインデータを生成するラインデータ生成工程と、
前記ラインデータ生成手段で生成されたラインデータを、前記フレーム画像取得工程で取得された順に追加して記憶するラインデータ蓄積記憶工程と、
前記ラインデータ蓄積記憶工程で蓄積記憶されたラインデータを読み出し、読み出された前記フレーム画像と前記蓄積されたラインデータを表示する表示画像を生成する表示画面生成工程と、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、計測中にカメラにより撮影された光切断画像か、あるいは、取り込まれた光切断画像を演算して画像処理した後の画像かを切り替えずに計測中の状態が把握でき、また、計測中に目視で直接観測せずに計測位置を把握しながら計測することが可能な光学式計測装置および光学式計測方法を提供することが可能になる。

本発明の実施形態に係る光学式計測装置のシステム全体の構成例を示す概略図である。 同実施形態に係る光学式計測装置の構成の一例を示すブロック図である。 同実施形態に係る計測中のレーザー位置を説明する図である。 同実施形態に係るＰｎの位置におけるレーザーが照射された状態を示す図である。 同実施形態に係る各位置でのフレーム画像を説明する図である。 同実施形態に係る計測手順のフローチャートである。 同実施形態に係るライン検出処理のフローチャートである。 同実施形態に係るライン検出の説明を行う図である。 同実施形態に係る画像生成の説明を行う図である。 同実施形態に係る画像処理の説明を行う図である。 同実施形態に係る被測定物１の計測中にディスプレイに表示される表示画面の構成例を示す図である。 同実施形態に係る被測定物１の計測終了後にディスプレイに表示される表示画面の構成例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図１〜１２を用いて説明する。なお、本発明は係る実施形態に限定されず、その技術思想の範囲内で種々の変更が可能である。

図１は、本実施形態における光学式計測装置のシステム全体の構成例を示す概略図である。光学式計測装置は、アクチュエーター１０、ステージ１１、ラインレーザー１２、カメラ１３、信号処理・制御ユニット２０、画像表示装置３０から構成されている。

被測定物１は、本発明の光学式計測装置で計測される被測定物の例である。

アクチュエーター１０は、信号処理・制御ユニット２０に制御され、アクチュエーター１０の上に設置されているステージ１１を一定速度で移動させる。

ステージ１１は、被測定物１を乗せて計測を行い、アクチュエーター１０の上に設置され、アクチュエーター１０により一定速度で移動が行われる。

ラインレーザー１２は、スリット状のレーザー光を発生させ、このスリット状のレーザー光を被測定物１の表面に照射する。また、ラインレーザー１２は、信号処理・制御ユニット２０によりレーザー照射のオンとオフ、被測定物１への照射角度、被測定物１との距離が制御される。

カメラ１３は、例えば受光レンズとＣＣＤカメラ等で構成され、信号処理・制御ユニット２０からの撮影タイミング制御により、被測定物１の表面の光切断画像を１フレームずつ撮影して、信号処理・制御ユニット２０にフレーム画像データとして送信する。また、カメラ１３は、信号処理・制御ユニット２０により、被測定物１との撮影角度、被測定物１に対する焦点調整、被測定物１との距離が制御される。

光切断画像１４は、ラインレーザー１２から被測定物１にスリット状のレーザー光が照射された時の、レーザー光により形成される光切断像である。

信号処理・制御ユニット２０は、アクチュエーター１０、ラインレーザー１２、カメラ１３の制御を行う。また、信号処理・制御ユニット２０は、カメラ１３から撮影された１フレームずつのフレーム画像データを受信して、受信されたフレーム画像データを取り込む。また、信号処理・制御ユニット２０は、取り込んだフレーム画像データのライン検出、座標変換、ラインデータ生成、表示画像補正、表示画像生成を行い、計測結果の画像を画像表示装置３０に出力する。

画像表示装置３０は、信号処理・制御ユニット２０から生成された表示用の画像を受け取り表示する。

次に、信号処理・制御ユニット２０の内部構成の例を、図２の本実施形態における光学式計測装置の構成の一例を示すブロック図を用いて説明する。信号処理・制御ユニット２０は、制御部１０１、フレーム画像データ取り込み部１０２、Ａ／Ｄ変換部１０３、画像記憶部１０４、輝度検出部１０５、輝度記憶部１０６、座標記憶部１０７、座標変換部１０８、座標変換式記憶部１０９、ラインデータ生成部１１０、ラインデータ蓄積記憶部１１１、表示画像補正部１１２、表示画像生成部１１３、Ｄ／Ａ変換部１１４、画像出力部１１５、カメラ座標取り込み部１２１、ステージ座標取り込み部１２２から構成されている。

制御部１０１は、アクチュエーター１０を制御して、ステージ１１を一定速度で移動させる。また、制御部１０１は、ラインレーザー１２に対して、レーザー照射のオンとオフ、被測定物１へのレーザー光の照射角度、被測定物１とラインレーザー１２との距離の制御を行う。また、制御部１０１は、カメラ１３に対して被測定物１との撮影角度、被測定物１に対する焦点調整、被測定物１との距離の制御を行う。また、制御部１０１は、Ａ／Ｄ変換器１０３でデジタル信号に変換された１フレーム分のフレーム画像データを、画像記憶部１０４に記憶させる。また、制御部１０１は、輝度検出部１０５が画像記憶部１０４から１フレーム分のフレーム画像データを読み出すタイミングを制御する。また、制御部１０１は、ラインデータ生成部１１０がラインデータを生成し、ラインデータ蓄積部１１１に書き込むタイミングを制御する。また、制御部１０１は、表示画像補正部１１２がラインデータ蓄積記憶部１１１からラインデータを読み出すタイミングを制御する。

フレーム画像取り込み部１０２は、制御部１０１からの一定間隔Ｔの取り込みタイミング制御により、カメラ１３から光切断画像の１フレーム分のフレーム画像データを受信し、受信したフレーム画像データを取り込む。また、フレームフレーム画像取り込み部１０２は、取り込まれた１フレーム分のフレーム画像データをＡ／Ｄ変換器１０３に送る。

Ａ／Ｄ変換器１０３は、フレーム画像取り込み部１０２から受け取った１フレーム分のフレーム画像データをアナログ信号からデジタル信号に変換して、制御部１０１が一定間隔Ｔの取り込みタイミングに合わせて、デジタル信号に変換された１フレーム分のフレーム画像データを画像記憶部１０４に記憶させる。

画像記憶部１０４は、Ａ／Ｄ変換器１０３から受け取ったデジタル信号に変換された１フレーム分のフレーム画像データを、制御部１０１の制御により記憶する。

輝度検出部１０５は、制御部１０１の読み出しタイミングにより、画像記憶部１０４から１フレーム分のフレーム画像データを読み出す。また、輝度検出部１０５は、読み出された１フレーム分のフレーム画像データについて、図８において、例えば１列毎に画像データを縦に順番に切り出し、切り出された列の中で一番高い輝度を検出する。この輝度をｂｉとする。また、輝度検出部１０５は、検出された輝度ｂｉ画素の画像中の座標を検出する。次に、輝度検出部１０５は、輝度ｂｉと予め設定された輝度閾値ｂｔ（例えば４０）とを比較する。輝度ｂｉと輝度閾値ｂｔの比較の結果、輝度ｂｉが輝度閾値ｂｔ以上の場合、輝度検出部１０５は、検出された輝度を輝度記憶部１０６に記憶させ、検出された座標を座標記憶部１０７に記憶させる。輝度検出部１０５は、この作業を、１フレーム分のフレーム画像データについて、図８において横方向ｉ＝０からｉｍａｘまで、すべての列に対して順番に行うことで、１フレーム分のフレーム画像データの輝度検出を行う。また、輝度検出部１０５は、上記の処理で検出された１フレーム分の各列の最大輝度とその座標情報を座標変換部１０８に受け渡す。

輝度記憶部１０６は、輝度検出部１０５で検出された１フレーム分のフレーム画像データの輝度情報を記憶する。

座標記憶部１０７は、輝度検出部１０５で検出された１フレーム分のフレーム画像データの座標情報を記憶する。

座標変換部１０８は、まず、寸法が既知の被測定物を用いて、座標変換式を生成し、座標変換式記憶部１０９に記憶させる。次に、座標変換部１０８は、計測したい被測定物１を用いて、計測時に座標変換式記憶部１０９に記憶されている座標変換式により、輝度検出部１０５で検出されたライン情報を変換する。
まず、寸法が既知の被測定物のライン検出における座標変換部１０８の動作について説明する。この寸法が既知の被測定物の輝度情報と座標情報は、輝度検出部１０５により検出されて、それぞれ輝度記憶部１０６と座標記憶部１０７に記憶されている。この計測時に、座標変換部１０８は、カメラ座標取り込み部１２１が取り込んだカメラ１３の座標を受け取る。また、座標変換部１０８は、ステージ座標取り込み部１２２が取り込んだステージ１１の座標を受け取る。次に、座標変換部１０８は、カメラ座標取り込み部１２１から受け取ったカメラ座標と、ステージ座標取り込み部１２２から受け取ったステージ座標と、輝度記憶部１０６から読み出した輝度情報と、座標記憶部１０７から読み出した座標情報を用いて、ステージ１１上の座標と、寸法が既知の被測定物における座標とを対比させて、ステージ１１上の座標を実寸の値になるように表示するための座標変換式を生成する。また、座標変換部１０８は、生成された座標変換式を座標変換式記憶部１０９に記憶する。

次に、被測定物１の計測時における座標変換部１０８の動作について説明する。座標変換部１０８は、座標変換式記憶部１０９から、座標変換式を読み込む。また、座標変換部１０８は、輝度検出部１０５から受け取った被測定物１の１フレーム画像分の各列の最大輝度とその座標情報を、読み込んだ座標変換式を用いて実寸の値に変換する。また、座標変換部１０８は、変換された実寸の値に基づいた被測定物１の１フレーム画像分の各列の最大輝度とその座標情報をラインデータ生成部１１０に受け渡す。

座標変換式記憶部１０９は、座標変換部１０８が生成した座標変換式を記憶する。

ラインデータ生成部１１０は、座標変換部１０８で変換された被測定物１の１フレーム分の各列の最大輝度とその座標情報を受け取る。また、ラインデータ生成部１１０は、受け取った被測定物１の１フレーム分の各列の最大輝度とその座標情報を、ラインデータ生成部１１０に予め記憶されている変換式を用いて、ラインレーザー１２側から見た場合の奥行き方向に対応した値となる明度ｖに変換し、ラインデータを生成する。また、ラインデータ生成部１１０は、生成されたラインデータを制御部１０１の制御により、時系列順にラインデータ蓄積記憶部１１１に追加して記憶していく。

ラインデータ蓄積記憶部１１１は、ラインデータ生成部１１０で生成されたラインデータを時系列順に追加して記憶する。

表示画像補正部１１２は、ラインデータ蓄積記憶部１１１に記憶されているラインデータを、制御部１０１の読み出しタイミングで読み出す。また、表示画像補正部１１２は、読み出したラインデータを画像表示装置３０に表示した場合に、利用者が見たときに後述する方法で補正することで自然に見えるように、表示画像補正部１１２に予め保存されている変換式でラインデータの間隔、すなわち、ラインデータの高さを補正する。また、表示画像補正部１１２は、補正されたラインデータを表示画像情報として表示画像生成部１１３に受け渡す。

表示画像生成部１１３は、表示画像補正部１１２から表示画像情報を受け取り、カメラ１３で撮影され取り込まれた１フレーム分の画像情報をＡ／Ｄ変換器１０３から受け取る。また、表示画像生成部１１３は、受け取った１フレーム分の画像情報を画像表示装置３０の画面上の左側に表示するように表示画像情報を生成し、また、補正された表示画像情報を右側に表示するように表示画像情報を生成する。また、表示画像生成部１１３は、生成された表示画像情報をＤ／Ａ変換部１１４に受け渡す。

Ｄ／Ａ変換部１１４は、表示画像生成部１１３から表示画像情報をデジタル信号からアナログ信号に変換して、画像出力部１１５に受け渡す。

画像出力部１１５は、Ｄ／Ａ変換部１１４から受け取ったアナログ信号に変換された表示画面用の画像出力信号を受け取る。また、画像出力部１１５は、Ｄ／Ａ変換部１１４から受け取った画像出力信号を用いて、画像表示装置３０で表示可能なビデオ信号を生成する。また、画像出力部１１５は、信号処理・制御ユニット２０に接続されている画像表示装置３０に、生成された画像出力信号を送信する。

カメラ座標取り込み部１２１は、カメラ１３の座標を読み込み、座標変換部１０８に受け渡す。

ステージ座標取り込み部１２２は、アクチュエーター１０上のステージ１１の座標を読み込み、座標変換部１０８に受け渡す。

次に、本実施形態において、光学式計測装置の計測手順を、図３〜７を用いて説明する。図３は、計測中のレーザー位置を説明する図である。図４は、Ｐ_ｎの位置においてレーザーが照射された状態を示す図である。図５は、各位置でのフレーム毎のフレーム画像データを説明する図である。図６は、計測手順のフローチャートである。図７は、ライン検出処理のフローチャートである。

図６において、前準備処理の場合（Ｓ１ Ｙｅｓ）、ステージ１１上に寸法が既知の被測定物１を測定者が設置する（Ｓ２）。なお、被測定物１は、アクチュエーター１０の移動方向、カメラ１３の光軸、ラインレーザー１２の光軸が、すべてステージ１１の面に垂直な同一面Ａ内に入るように設置する。

次に、信号処理・制御ユニット２０の制御部１０１は、被測定物１とラインレーザー１２との距離と、被測定物１へのレーザー光の照射角度を調整する（Ｓ３）。

次に、制御部１０１は、カメラ１３と被測定物１との距離を調整する。また、制御部１０１により、カメラ１３の光軸をラインレーザー１２の光軸と直交する角度に調整する（Ｓ４）。

次に、制御部１０１は、ラインレーザー１２のスリット状に照射されるラインと、カメラ１３内のＣＣＤカメラの長辺を、各々面Ａに垂直になる方向に調整する（Ｓ５）。

次に、制御部１０１は、アクチュエーター１０を制御して、ステージ１１を速度Ｖで移動開始する（Ｓ６）。

次に、制御部１０１は、カメラ１３から画像取り込み間隔Ｔで、フレーム画像取り込み部１０２に計測されたフレーム画像データを送信する。また、フレーム画像取り込み部１０２は、カメラ１３からのフレーム画像データを制御部１０１の制御により取り込む（Ｓ７）。
具体的には、図３のように、被測定物１に対して、光切断画像１４の位置がＰ_１、Ｐ_２・・・Ｐ_ｍａｘとなる取り込み間隔Ｔのタイミングで、フレーム画像取り込み部１０２が制御部１０１の制御によりフレーム画像データを取り込む。例えば、測定時刻＝ｔｎにおいて、ラインレーザー１２によるレーザー光の照射により、被測定物１上には図４のような光切断画像１４が生じる。測定時刻＝ｔｎの場合、カメラ１３から撮影した映像は、例えば図５（ｃ）のようなフレーム画像データになる。

フレーム画像取り込み部１０２は、カメラ１３から受信したフレーム画像データをＡ／Ｄ変換部１０３に送る。また、Ａ／Ｄ変換部１０３は、受信したフレーム画像データをアナログ信号からデジタル信号に変換する。また、デジタル信号に変換されたフレーム画像データは、制御部１０１の制御によりＡ／Ｄ変換部１０３から画像記憶部１０４に記憶される（Ｓ８）。また、Ａ／Ｄ変換部１０３でデジタル信号に変換されたフレーム画像データは、制御部１０１の制御により表示画像生成部１１３に受け渡される。

輝度検出部１０５は、制御部１０１によりフレーム画像データを画像記憶部１０４から読み出し、輝度検出処理を行う（Ｓ９）。

輝度検出部１０５が行うライン検出処理について、図７のフローチャートを用いて説明する。まず、制御部１０１による読み出しタイミングで、輝度検出部１０５が画像記憶部１０４に記憶されているフレーム画像データを読み出す（Ｓ１０１）。

次に、ライン検出部１０５は、読み込まれたフレーム画像データを、図８のように、画像の横方向にｉ＝０から、例えば１列毎に縦に切り出し、切り出された１列の中で一番高い輝度を検出して輝度ｂ_ｉに設定する。また、ライン検出部１０５は、輝度ｂ_ｉに設定された画素の画像中の座標（ｉ、ｊ）を検出して（ｉ_ｂｍａｘ、ｊ_ｂｍａｘ）に設定する（Ｓ１０２）。なお、本実施形態においては、フレーム画像データの縦軸ｊの座標の範囲をｊ＝０〜j_max−１、横軸の座標の範囲をｉ＝０〜ｉ_ｍａｘ―１とする。

次に、輝度検出部１０５は、輝度ｂ_ｉと予め設定された輝度の閾値ｂ_ｔ（例えば４０）と比較する（Ｓ１０３）。輝度ｂ_ｉと閾値ｂ_ｔの比較の結果、輝度ｂ_ｉの値が閾値ｂ_ｔ以上の場合（Ｓ１０３ Ｙｅｓ）、輝度ｂ_ｉを輝度記憶部１０６に記憶する。また、座標（ｉ_ｂｍａｘ、ｊ_ｂｍａｘ）を座標記憶部１０７に記憶する（Ｓ１０４）。輝度ｂ_ｉと輝度の閾値ｂ_ｔの比較の結果、輝度ｂ_ｉの値が閾値ｂ_ｔ未満の場合（Ｓ１０３ Ｎｏ）、輝度検出部１０５は輝度ｂ_ｉの輝度記憶部１０６への記憶と座標（ｉ_ｂｍａｘ、ｊ_ｂｍａｘ）の座標記憶部１０７への記憶は行わない。

以上のように、輝度検出部１０５による輝度検出処理により、１フレーム分のすべてのフレーム画像データの輝度検出がＳ１０１〜Ｓ１０４により、列単位で順番に行われる。この処理により、検出された１フレーム分の輝度情報は、輝度情報と座標情報を伴った例えば図８（ｂ）のようになる。また、輝度検出部１０５は、検出された被測定物１の１フレーム画像分の各列の最大輝度とその座標情報を座標変換部１０９に受け渡す。

次に、前準備処理の場合（Ｓ１０ Ｙｅｓ）、座標変換部１０８は、既知の寸法の被測定物１の計測したときのアクチュエーター座標（ｒ）をステージ座標取り込み部１２２から取り込む。座標記憶部１０７に記憶されている座標（ｉ_ｂｍａｘ、ｊ_ｂｍａｘ）を用いて、ステージ上１０の座標系と実際の寸法とを対比する。また、座標変換部１０８は、ステージ上１０の座標系を演算するために、カメラ１３と被測定物１との距離等の情報をカメラ座標取り込み部１２１から読み込む。座標変換部１０８は、これらの値を用いて、実際の寸法とステージ上１０の座標を対比させ、ステージ１０上の計測された値を実寸の値に変換する変換式を生成し、座標変換式記憶部１０９に記憶する（Ｓ１１）。
以上で、前準備を終了する。

次に、被測定物１の計測を開始する。Ｓ１に戻り、前準備が終了したため（Ｓ１ Ｎｏ）、ステージ１１上に計測を行いたい被測定物１を計測者が設置する（Ｓ１２）。以下、被測定物1を用いて、Ｓ６〜Ｓ９を繰り返す。

被測定物１の１フレーム分の輝度検出処理終了後（Ｓ９）、前準備ではないため（Ｓ１０ Ｎｏ）、座標変換部１０８が座標変換を行う（Ｓ１３）。座標変換部１０８は、取得された各フレーム画像データにおいて、各列で検出された被測定物１の１フレーム画像分の各列の最大輝度とその座標情報を、座標変換式記憶部１０９に記憶されている座標変換式を用いて、実際の寸法に基づいた座標系に変換する。また、座標変換部１０８は、変換された被測定物１の１フレーム画像分の各列の最大輝度とその座標情報をラインデータ生成部１１０に受け渡す。

続けて、ラインデータ生成部１１０は、座標変換部１０８で変換されたライン情報を受け取る。また、ラインデータ生成部１１０は、受け取ったライン情報を、例えば２５６分解能の場合、式（１）を用いて明度ｖに変換を行う。
ｖ＝１９１×（ｊ_ｍａｘ−１−ｊ）／（ｊ_ｍａｘ−１）＋６４・・・式（１）
ただし、輝度検出部１０５で輝度検出されなかった場合、すなわち、輝度情報がない場合は、ｖ＝０とする。この画像表示器３０上に表示される明度は、ラインレーザー１２側から見た場合の奥行き方向に対応した値となる。
以上のように、各フレーム画像データのライン情報を、式（１）で明度ｖに置き換えることで、図８（ｂ）の輝度情報は、図９のように、明度ｖで表現される濃淡で表現されるラインデータに置き換えられる。また、ラインデータ生成部１１０は、生成されたラインデータを制御部１０１の制御により、時系列順にラインデータ蓄積記憶部１１１に順次追加して記憶していく。

次に、画像表示装置３０上で、被測定物１の計測されたデータを画像表示装置３０に表示する場合、測定者が見たときにより自然に見えるようにするための画像補正処理を、図１０の画像処理の説明図を用いて説明する。図１０（ａ）において、カメラ１３の焦点距離をｆ、カメラ１３内の１画素間隔をｄ、そしてカメラ１３の焦点面の位置から、計測しようとしている光切断画像１４までの距離をＷＤとすると、被測定物１上での長さＰは、式（２）のように表される。
Ｐ＝ｄ×ＷＤ／ｆ・・・式（２）
また、アクチュエーター１０の移動速度はＶ、フレーム画像データを取り込む間隔はＴであるので、ラインレーザー１２により照射される光切断画像１４の間隔Ｑは、式（３）のように表される。
Ｑ＝Ｖ×Ｔ・・・式（３）
次に、カメラ１３が撮影する、光切断画像１４の間隔Ｑを、ステージが移動することで被測定物１が移動して生成されるスリット光が投影される投影面上の長さＱ’に換算する。ラインレーザー１２と垂線のなす角をθとすると、式（４）のように表される。
Ｑ’＝Ｑｃｏｓθ・・・式（４）
次に、カメラ１３が撮影し、画像表示装置３０上に表示する場合の、画面について考える。図１０（ｂ）のように、横の１画素の長さをｐ、縦の１画素の高さをｑとしたとき、この画面内で、被測定物１に投影されている光切断画像１４をカメラ１３で撮影して利用者から見て、自然に見えるようにするには、投影面上の長さＱ’を画面内の縦の１画素ｑと一致するように補正すればよい。ｐ、ｑ、Ｐ、Ｑ’の関係は、式（５）のような比で表されるので、ｑとＱ’の関係は式（６）のように表される。
ｐ：ｑ＝Ｐ：Ｑ’・・・式（５）
ｑ＝Ｑ’×ｐ／Ｐ
＝（Ｖ×Ｔ）ｃｏｓθ×ｐ／（ｄ×ＷＤ／ｆ）・・・式（６）
この式（６）を用いて、各フレーム画像データをラインデータに変換した時のラインデータの間隔、すなわち、１ラインデータの高さとして用いて、表示画像補正部１１２が画像補正演算を行う（Ｓ１４）。また、表示画像補正部１１２は、画像補正演算したデータを表示画像生成部１１３に受け渡す。

次に、表示画像生成部１１３は、表示画像補正部１１２から画像補正演算されたデータと、カメラ１３から取り込まれデジタル信号に変換された画像データをＡ／Ｄ変換器１０３から受け取る。また、表示画像生成部１１３は、表示画像補正部１１２から受け取った画像補正演算されたデータを画面の右に表示し、Ａ／Ｄ変換器１０３から受け取ったデジタル信号に変換された画像データを左側に表示する表示画像データを生成する（Ｓ１４）。また、表示画像生成部１１３は、生成された表示画像データをＤ／Ａ変換部１１４に受け渡す。

次に、Ｄ／Ａ変換部１１４は、表示画像生成部１１３から受け取った表示用画像データを、デジタル信号からアナログ信号に変換し、画像出力部１１５に受け渡す。

次に、画像出力部１１５は、Ｄ／Ａ変換部１１４から受け取った表示用画像データを用いて、画像表示装置３０で表示可能なビデオ信号を生成する。また、画像出力部１１５は、生成されたビデオ信号を画像表示装置３０に出力する（Ｓ１６）。
以上により、被測定物１の一連の計測処理を終了する。

図１１は、計測中のディスプレイ３０に表示されている表示画面２０１の構成例である。カメラモニター部２０２は、カメラ１３が撮影し、信号処理・制御ユニット２０が取り込んだフレーム画像データである。光切断モニター部２０３は、表示画像補正部１１２により生成された被測定物１を計測が完了した順に追加された画像データである。インジケーター２０４は、光切断モニター２０３に表示されている被測定物１の計測データの濃淡と被測定物１の高さの対応を示すものである。中止ボタン２０５は、利用者が、表示画像データ２０１を観測している中で、計測中になんらかの不都合が生じた際などに計測を中止する際に選択するボタンである。

図１２は、被測定物１の計測が終了した後の画面表示２０１の構成例である。光切断モニター部２０３には、計測された被測定物１の全体像が三次元で表示され、また、表示は被測定物１を利用者が実際に俯瞰した時と同様の寸法比で適正に表示されている。

以上、本発明によれば、計測されて取り込まれたフレーム画像データから濃淡によるもしくは複数の色を用いたラインデータに生成する。次に、この生成された濃淡もしくは複数の色によるラインデータを表示する画像装置３０に順次追加しながら表示するようにしたので、計測結果を三次元で表示でき、計測中にラインレーザー１２の光切断画像１４が被測定物１に照射されているか測定者が把握できる。
また、寸法が既知の被測定物の計測により生成された座標変換式を用いて座標変換するようにしたので、計測された結果を表示する画像表示装置３０上で、実際の寸法の値に基づいた表示が行われるため、測定者が被測定物を俯瞰した時と同様に自然な比率で画像表示装置３０上に表示できる。
さらにまた、被測定物１上の投影面と計測結果を表示する画像表示装置３０の画面の画素数とを対比して生成された変換式により、生成されたラインデータを順次追加して表示するようにしたので、測定者が被測定物を俯瞰した時と同様に適正な比率で画像表示装置３０上に表示できる。

また、本実施形態では、ラインデータ生成部１１０で生成されたラインデータをラインデータ蓄積記憶部１１１に記憶し、ラインデータ蓄積記憶部１１１から読み出したラインデータを表示画像補正装置１１２で補正する例について説明したが、ラインデータ生成部１１０で生成されたラインデータを表示画像補正部１１２で受け取り、受け取ったラインデータを表示画像補正部１１２で補正した後にラインデータ蓄積記憶部１１１に記憶するようにしても良い。

さらにまた、本実施形態では、ラインデータ生成部１１０で生成されるラインデータについて、明度として濃淡をつける例について説明したが、明度の濃淡は、例えばグレースケールでも良く、あるいは、白黒以外の色を用いた濃淡でも良く、さらには、２色以上の色を用いて濃淡を表現するようにしても良い。

さらにまた、本実施形態では、計測を１台のカメラ１３で行う例について説明したが、複数のカメラを用いて計測を行う場合、カメラからのフレーム画像データを時分割処理して取り込み、取り込まれた各々のフレーム画像について本実施形態と同様の処理を行うようにしても良い。

さらにまた、本実施形態では、計測された結果を画像表示装置３０に表示する例について説明したが、表示画像生成部１１３で生成された画像データを図示しない信号処理・制御ユニット内もしくは信号処理・制御ユニット外の記憶部に記憶させ、計測者が必要に応じて適時読み出して使用することも可能である。また、表示画像生成部１１３で生成された画像データを、信号処理・制御ユニットに接続された図示しないプリンタ装置に出力してプリントして使用することも可能である。

なお、実施形態の図２の機能の全て、もしくは一部を、光学式計測装置の図示しないＣＰＵ（中央演算装置）に接続されたＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）もしくはＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ） Ｉ／Ｆを介して接続されるＵＳＢメモリー等に保存されているプログラムにより実行することも可能である。

１・・・被測定物
１０・・・アクチュエーター
１１・・・ステージ
１２・・・ラインレーザー
１３・・・カメラ
１４・・・光切断画像
２０・・・信号処理・制御ユニット
３０・・・画像表示装置
１０１・・・制御部
１０２・・・フレーム画像データ取り込み部
１０３・・・Ａ／Ｄ変換部
１０４・・・画像記憶部
１０５・・・輝度検出部
１０６・・・輝度記憶部
１０７・・・座標記憶部
１０８・・・座標変換部
１０９・・・座標変換式記憶部
１１０・・・ラインデータ生成部
１１１・・・ラインデータ蓄積記憶部
１１２・・・表示画像補正部
１１３・・・表示画像生成部
１１４・・・Ｄ／Ａ変換部
１１５・・・画像出力部
１２１・・・カメラ座標取り込み部
１２２・・・ステージ座標取り込み部
２０１・・・表示画面
２０２・・・カメラモニター部
２０３・・・光切断モニター部
２０４・・・インジケーター
２０５・・・中止ボタン

Claims (4)

1. 被測定物の表面にスリット光を照射する投光部と、
   前記被測定物の表面に照射された前記スリット光による反射光を受光して、前記被測定物表面を撮像する撮像部と、
   前記撮像部で撮像されたフレーム画像データを取り込むフレーム画像取り込み部と、
   前記フレーム画像取り込み部で取り込まれたフレーム画像を前記スリット光に対して垂直方向に分割し、前記分割されたフレーム画像内の最大輝度部分の輝度と座標を検出する輝度検出部と、
   前記輝度検出部で検出された輝度情報を用いて、１フレーム分のフレーム画像を１ライン分の濃淡または少なくとも２色以上で表わすラインデータを生成するラインデータ生成部と、
   前記ラインデータ生成部で生成されたラインデータを、前記フレーム画像取得部で取得された順に追加して記憶するラインデータ蓄積記憶部と、
   前記ラインデータ蓄積記憶部で蓄積記憶されたラインデータを読み出し、読み出された前記フレーム画像と前記蓄積されたラインデータを表示する表示画像を生成する表示画面生成部と、
   を備えることを特徴とする光学式計測装置。
2. 前記ラインデータ生成手段で生成された複数のラインデータ表示するピッチを、前記スリット光の照射位置間隔と、前記撮像部の受光角度との関係を用いて補正する表示画像補正部と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の光学式計測装置。
3. 寸法が既知の被測定物の計測により生成された座標変換式を記憶する座標変換式記憶部と、
   前記座標変換式記憶部に記憶されている前記座標変換式を用いて、前記ライン検出部で検出されたライン情報を変換する座標変換部と、
   を備えることを特徴とする請求項１または２いずれか１項に記載の光学式計測装置。
4. 被測定物の表面にスリット光を照射する投光工程と、
   前記被測定物の表面に照射された前記スリット光による反射光を受光して、前記被測定物表面を撮像する撮像工程と、
   前記撮像手段で撮像されたフレーム画像データを取り込むフレーム画像取り込み工程と、
   前記フレーム画像取り込み工程で取り込まれたフレーム画像を前記スリット光に対して垂直方向に分割し、前記分割されたフレーム画像内の最大輝度部分の輝度と座標を検出する輝度検出工程と、
   前記輝度検出工程で検出された輝度情報を用いて、１フレーム分のフレーム画像を１ライン分の濃淡または少なくとも２色以上で表わすラインデータを生成するラインデータ生成工程と、
   前記ラインデータ生成手段で生成されたラインデータを、前記フレーム画像取得工程で取得された順に追加して記憶するラインデータ蓄積記憶工程と、
   前記ラインデータ蓄積記憶工程で蓄積記憶されたラインデータを読み出し、読み出された前記フレーム画像と前記蓄積されたラインデータを表示する表示画像を生成する表示画面生成工程と、
   を備えることを特徴とする光学式計測方法。

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