JP2012108037A - 物体測定装置、物体測定方法、及び物体測定プログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】画像記憶部107は、回転する物体を撮影した画像を記憶する。画像処理部108は、一の撮影した画像の輝度値と他の撮影した画像の輝度値を画素毎に比較して輝度値画像を生成する。また、画像処理部108は、基準となる形状を示す基準画像の輝度値と輝度値画像の輝度値との差分に基づいて差分画像を生成する。性状算出部110は、差分画像に基づいて物体の性状を示す性状変数を算出する。
【選択図】図1
Description
前記基準画像が一のフレームの画像の一部であり、前記撮影した画像又は前記輝度値画像が前記一のフレームの画像の他の部分であること、を特徴とする。
以下、図面を参照しながら第1の実施形態について詳しく説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る物体測定装置1を示すブロック図である。物体測定装置1は、電源部101、工具駆動部102、回転軸121、光源部104、撮影部105、A/D(Analog−to−Digital;アナログ・ディジタル)部106、画像記憶部107、画像処理部108、形状算出部109、及び性状算出部110を含んで構成される。
工具駆動部102は、回転軸121を回転させる。
回転軸121には、その軸を中心に回転できるように回転工具103が固定されている。回転軸121は、工具駆動部102の駆動によって、回転工具103とともに回転する。図1の例では、回転工具103は、紙面に垂直な方向に延びている回転軸121を中心に回転する。回転工具103は連続的に回転してもよいし、間欠的に回転してもよい。即ち、回転工具103は位置決め等のために一時的に静止し、その後、回転を開始してもよい。なお、回転速度は、例えば1rpmである。
図2は、本実施形態に係る回転工具103の構成を示す概略図である。図2の左図(A)は、回転工具103の斜視図である。この図において、回転工具103の回転軸の方向をz軸方向である。図2の右図(B)は、回転工具103を回転軸方向から視た側面図である。
回転工具103は、台金122、メッキ層123及び砥粒124を含んで構成される。台金122は、回転軸121をはめ込むために、中心部に円筒状の中空を有する。台金122の半径は例えば50mmであり、その外縁の表面は薄い金属からなるメッキ層123(厚さは、例えば約0.05mm以上)で覆われている。メッキ層123は、その表面に砥粒124が付着されている。砥粒124は、例えば金属に密着し硬度が高いダイヤモンド又はCBN(Cubic Boron Nitride;立方晶窒化ホウ素)の約30〜400μmの直径をもつ粒子である。
撮影部105は、回転工具103の外縁を含む画像を撮影する。撮影部105は、例えば撮影レンズとしてテレセントリックレンズを有するCCD(Charge Coupled Device)カメラである。ここで、撮影部105は、図2のz方向が横方向であり、y方向が縦方向となる画像を表す画像信号を撮影する。なお、図1の撮影部105がテレセントリックレンズを用いる場合には、光源部104から入射される平行光に基づく画像について歪の発生を防止できる。撮影部105は、撮影した画像信号をA/D部106に出力する。
画像記憶部107は、画像処理部108から入力された画像信号をフレームごとに記憶する。
画像処理部108は、生成した輝度値最小画像信号Iminと画像記憶部107から読み出した基準画像信号Ibに基づいて、差分画像(図5、6参照)を表す差分画像信号Idを生成する。差分画像信号Idとは、1つのフレームの画像信号に含まれる画素の輝度値から、他のフレームの画像信号に含まれる対応する画素の輝度値を減算した輝度値の画像信号である。
画像処理部108は、生成した輝度値最小画像信号Iminを、形状算出部109及び性状算出部110に出力する。画像処理部108は、差分画像信号Id及び画像記憶部107から読み出したディジタル画像信号Imを、性状算出部110に出力する。なお、画像処理部108が行う差分画像信号Id及び輝度値最小画像信号Iminの生成処理については後述する。
図3は、本実施形態に係る撮影されたディジタル画像信号I1、I2及びI3が表す画像と輝度値最小画像との関係を示す概念図である。この図において、画像I1、I2、I3は、それぞれ、互いに異なるフレームのディジタル画像信号I1、I2及びI3が表す画像である。また、この図の輝度値最小画像は、画像I1、I2、I3から生成された輝度値最小画像である。この輝度値最小画像は、画像I1、I2、I3の黒塗りされた部分(撮影部105が撮像した回転工具103の部分)の画像を重ね合わせた画像になっている。
回転工具103の部分の画像の輝度値は、黒塗りされていない部分の画像(背景画像、いわゆる白画面)の輝度値(ビットの最大値、例えば8ビットの場合は255)よりも低くなる。画像処理部108は、各画素毎のディジタル画像信号I1、I2、I3について、画像信号間で最小となる輝度値を抽出し、抽出した輝度値の画像を生成することで、輝度値最小画像を生成する。なお、輝度値最小画像は、異なる時刻で撮影されたフレームにわたり回転工具103が最も広範に占める領域を表すこととなる。
図4の上図4(A)において、符号P11を付した画像P11は、画像処理部108が生成した輝度値最小画像Iminを示す。画像P11において、黒塗りされた部分の画像O11は、複数のフレームの回転工具103部分の輝度値が最小となる画像である。
図4の下図4(B)において、符号a、bを付した高さは、それぞれ、メッキ層からの砥粒突き出し量 a、台金からの砥粒突き出し量bを表す。メッキ層からの砥粒突き出し量aは、輝度値最小画像における物体の高さ(図2のy軸方向を高さという。以下、同じ)からメッキ層123表面の高さを差し引いた値である。台金からの砥粒突き出し量 b は、輝度値最小画像Iminにおける物体の高さから台金122表面の高さを差し引いた値である。
性状算出部110は、以下のようにして、メッキ層からの砥粒突き出し量a及び台金からの砥粒突き出し量bを算出する。
図5は、本実施形態に係る輝度値最小画像、メッキ画像、及び差分画像の関係を示す概念図である。この図の各画像において、横軸は図2のz軸、縦軸は図2のy軸である。
図5の上図5(A)において、符号P11、P12、P13を付した画像は、それぞれ、輝度値最小画像P11、メッキ画像P12、差分画像P13を示す。メッキ画像P12において、黒塗りされた部分の画像O12は、複数のフレームについて、メッキ層123が被覆され砥粒124が付着していない回転工具103部分の画素値が最小となる画像である。差分画像P13において、黒塗りされた部分の画像O13は、画素毎に、画像O11の輝度値から画像O12の輝度値を減算した輝度値を示す画像である。
性状算出部110は、差分画像P13の画像O13の高さ方向の幅を算出することで、メッキ層からの砥粒突き出し量aを算出する。
性状算出部110は、差分画像P13の画像O13(輝度値が予め定めた閾値より高い領域)のy軸方向の最大値及び最小値を算出する。性状算出部110は、算出した最大値から最小値を減算する。これにより、性状算出部110は、画像O13の高さ方向の幅を算出し、算出した幅をメッキ層からの砥粒突き出し量aとする。なお、性状算出部110は、z軸上の予め定めた複数の点で、画像O13の高さを算出して、それらの平均値を、画像O13の高さとしてもよい。
図6は、本実施形態に係る輝度値最小画像、台金画像、及び差分画像の関係を示す概念図である。この図の各画像において、横軸は図2のz軸、縦軸は図2のy軸である。
図6の上図6(A)において、符号P11、P14、P15を付した画像は、それぞれ、輝度値最小画像P11、台金画像P14、差分画像P15を示す。台金画像P14において、黒塗りされた部分の画像O14は、複数のフレームについて、台金122のみの部分の画像を重ねあわせた画像である。差分画像P15において、黒塗りされた部分の画像O15は、画素毎に、画像O11の輝度値から画像O14の輝度値を減算した輝度値を示す画像である。
性状算出部110は、差分画像P15の画像O15の高さ方向の幅を算出することで、台金からの砥粒突き出し量bを算出する。
図7は、本実施形態に係る別の性状変数(連続切れ刃間隔c)を説明するための概念図である。この図において、横軸は図2のz軸、縦軸は図2のy軸である。図7の上図7(A)において、符号P16を付した画像P16は、ディジタル画像信号が表す画像を示す。画像P16において、画像O16は、あるフレームでの回転工具103部分の画像である。
図7の下図7(B)に示されるように、連続切れ刃間隔cは、隣接する砥粒の中心点間の距離である。この場合、性状算出部110は、撮影されたディジタル画像信号Imについて輪郭を抽出する処理を施して物体(回転工具103)表面の形状情報を生成する。
図8は、本実施形態に係る物体測定処理を示す流れ図である。
(ステップS201)光源部104は、平行光を撮影部105に向けて照射する。撮影部105は、回転工具103の外縁部を含む画像を撮影し、撮影した画像を表すディジタル画像信号をフレームごとに画像記憶部107に書き込む。その後、ステップS202に進む。
(ステップS202)工具駆動部102は、回転軸121を回転させることで、これに取り付けられた回転工具103を回転させる。その後、ステップS203に進む。
なお、この所定回数Mは、測定時間や回転工具を測定する区間の範囲によって予め定められた値である。
(ステップS204)画像処理部108は、画像記憶部107からフレームごとに撮影されたディジタル画像信号Imを取得する。ここで、取得される画像信号Imは、繰り返し回数mごとに異なる。例えば、繰り返し回数mは、フレーム時刻である。その後、ステップS205に進む。
(ステップS206)画像処理部108は、繰り返し回数mに1を加算することによって、カウントアップする。そして、ステップS203に戻る。
(ステップS208)性状算出部110は、画像処理部108から入力された差分画像信号Idに基づいて性状変数(メッキ層からの砥粒突き出し量a及び台金からの砥粒突き出し量b)を算出する。その後、処理を終了する。
(ステップS301)画像処理部108は、最初に処理の対象とする画素(例えば、i=0,j=0;初期値)を設定する。その後、ステップS302に進む。
(ステップS302)画像処理部108は、全画素について処理を実行済みか否か判断する。全画素について実行済みの場合は(ステップS302 Y)、輝度値最小画像信号Iminを生成する処理を終了する。全画素について実行済みではない場合は(ステップS302 N)、輝度値最小画像信号Iminを生成する処理を終了する。
(ステップS305)画像処理部108は、処理の対象とする画素(i,j)を変更する。
その後、ステップS302に戻る。
このようにして、輝度値最小画像信号Iminは、ディジタル画像信号Imと輝度値を比較し、輝度値が小さいほうの画素で構成される。
例えば、繰り返し回数M=3の場合、画像処理部108は、ディジタル画像信号I1、I2及びI3に基づいて、輝度値最小画像信号Iminを生成する(図3参照)。
これにより、物体測定装置1では、撮影された画像に基づいて輝度値最小画像が表す物体形状と性状変数を求めることができる。そのため、物体測定装置1では、回転工具103を撮影した画像を用いて、その形状(画像)と性状を同時に測定し、短時間に得ることができる。例えば、物体測定装置1では、形状を計測するために物体の表面に沿ってラインセンサを移動させる機構や、性状変数を計測するために別途の機器や工具(例えば、印章材を用いて作成したレプリカ)を要しない。よって、物体測定装置1では、回転工具の状態を検査するための効率を向上させることができる。
次に、本発明の第2の実施形態について図を用いて説明する。
図10は、本発明の第2の実施形態に係る物体測定装置2を示すブロック図である。物体測定装置2と第1の実施形態に係る物体測定装置(図1)を比較すると、画像処理部208及び性状算出部210が異なる。しかしながら、他の構成要素が持つ機能は、第1の実施形態と同じである。第1の実施形態と同じ構成については説明を省略する。
画像処理部208は、画像記憶部107から読み出したディジタル画像信号に基づいて輝度値最大画像信号Imaxを生成し、生成した輝度値最大画像信号Imaxを基準画像信号とする。輝度値最大画像信号Imaxとは、各フレームのディジタル画像信号を構成する画素の輝度値が、複数のフレーム間で最大となる画素から構成される1フレームのディジタル画像信号である。
画像処理部208は、画素毎のディジタル画像信号I1、I2、I3について、画像信号間で最大となる輝度値を抽出し、抽出した輝度値の画像を生成することで、輝度値最大画像を生成する。なお、輝度値最大画像は、異なる時刻で撮影されたフレームにわたり物体(回転工具103)が共通に表される領域を示す。
図12の上図12(A)において、符号P21を付した画像P21は、画像処理部108が生成した輝度値最大画像Imaxを示す。画像P21において、黒塗りされた部分の画像O21は、複数のフレームの回転工具103部分の画像について、画像すべてが重なった部分の画像である。
次に、性状算出部210における砥粒凹凸量dの算出処理について説明する。
図13は、本実施形態に係る輝度値最小画像、輝度値最大画像及び差分画像との関係を示す概念図である。
図13の上図13(A)において、符号P11、P21、P22を付した画像は、それぞれ、輝度値最小画像P11、輝度値最大画像P21、差分画像P22を示す。画像P21において、黒塗りされた部分の画像O21は、複数のフレームの回転工具103部分の画像について、画像すべてで輝度値が最小となる画素からなる画像である。差分画像P22において、黒塗りされた部分の画像O22は、画素毎に、画像O11の輝度値から画像O21の輝度値を減算した輝度値を示す画像である。
性状算出部210は、差分画像P22の画像O22の高さ方向の幅を算出することで、砥粒凹凸量dを算出する。砥粒凹凸量dは、図13の下図(B)において、符号dを付した高さであり、輝度値最小画像が示す物体の高さから輝度値最大画像が示す物体の高さを差し引いた値である。なお、性状算出部210は、z軸上の予め定めた複数の点で、画像O22の高さを算出して、それらの平均値を、画像O22の高さとしてもよい。
これにより、性状算出部210は、輝度値最大画像信号Imaxを基準画像Ibとして、輝度値最小画像信号Iminから生成した差分画像Idを生成する。この差分画像Idの画像O22は、回転工具103の砥粒124の最も突き出た部分と最も凹んだ部分で囲まれる領域である。つまり、物体測定装置2は、製造工程における凹凸のバラツキや、回転工具103の利用による摩耗でできた凹凸のバラツキを検出できる。
図14に示す物体測定処理は、第1の実施形態に係る物体測定処理(図8)のステップS205とS206の間に、ステップS221を有し、ステップS207とS208に代えてステップS222とS223を有する。第1の実施形態と同じステップについては説明を省略する。
このようにして、輝度値最大画像信号Imaxは、ディジタル画像信号Imと輝度値を比較し、輝度値が大きいほうの画素で構成される。
また、上述した実施形態における物体測定装置の一部、または全部を、LSI(Large Scale Integration)等の集積回路として実現しても良い。物体測定装置の各機能ブロックは個別にプロセッサ化してもよいし、一部、または全部を集積してプロセッサ化しても良い。また、集積回路化の手法はLSIに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現しても良い。また、半導体技術の進歩によりLSIに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いても良い。
Claims (11)
- 回転する物体を撮影した画像を記憶する画像記憶部と、
一の前記撮影した画像の輝度値と他の前記撮影した画像の輝度値を画素毎に比較して輝度値画像を生成し、基準となる形状を示す基準画像の輝度値と前記輝度値画像の輝度値との差分に基づいて差分画像を生成する画像処理部と、
前記差分画像に基づいて物体の性状を示す性状変数を算出する性状算出部と、
を備えることを特徴とする物体測定装置。 - 前記画像処理部は、画素毎に最小となる輝度値を抽出して、輝度値画像を生成することを特徴とする請求項1に記載の物体測定装置。
- 前記画像処理部は、
前記基準画像が一のフレームの画像の一部であり、前記撮影した画像又は前記輝度値画像が前記一のフレームの画像の他の部分であること、
を特徴とする請求項1に記載の物体測定装置。 - 前記回転する物体は、台金と、前記台金を覆う層と、を具備し、
前記基準画像は、前記台金の形状を示す画像であることを特徴とする請求項1に記載の物体測定装置。 - 前記回転する物体は、メッキ層と、前記メッキ層から突出する砥粒の層と、を具備し、
前記基準画像は、前記メッキ層表面の形状を示す画像であることを特徴とする請求項1に記載の物体測定装置。 - 前記画像処理部は、画素毎に最大となる輝度値を抽出して前記基準画像を生成することを特徴とする請求項2に記載の物体測定装置。
- 前記回転する物体は、台金と、前記台金を覆う層と、を具備することを特徴とする請求項5に記載の物体測定装置。
- 物体測定装置における物体測定方法であって、
前記物体測定装置が、回転する物体を撮影した画像を読み出し、一の前記撮影した画像の輝度値と他の前記撮影した画像の輝度値を画素毎に比較して輝度値画像を生成する第1の過程と、
前記物体測定装置が、基準となる形状を示す基準画像の輝度値と前記輝度値画像の輝度値との差分に基づいて差分画像を生成する第2の過程と、
前記物体測定装置が、前記差分画像に基づいて物体の性状を示す性状変数を算出する第3の過程と、
を有することを特徴とする物体測定方法。 - 前記回転する物体は、台金と、前記台金を覆う層とを具備する部分と、前記台金が露出する部分を具備し、
前記第2の過程において、
前記基準画像は前記台金が露出する部分の台金の形状を示す画像であること、
を特徴とする請求項8に記載の物体測定方法。 - 前記回転する物体は、メッキ層と、前記メッキ層から突出する砥粒の層とを具備する部分と、前記メッキ層が露出する部分を具備し、
前記第2の過程において、
前記基準画像は前記メッキ層が露出する部分の表面の形状を示す画像であること、
を特徴とする請求項8に記載の物体測定方法。 - 物体測定装置のコンピュータに、
回転する物体を撮影した画像を読み出し、一の前記撮影した画像の輝度値と他の前記撮影した画像の輝度値を画素毎に比較して輝度値画像を生成する手順、
前記物体測定装置が、基準となる形状を示す基準画像の輝度値と前記輝度値画像の輝度値との差分に基づいて差分画像を生成する手順、
前記物体測定装置が、前記差分画像に基づいて物体の性状を示す性状変数を算出する手順、
を実行させるための物体測定プログラム。
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