JP2020060394A

JP2020060394A - 非接触計測装置の計測範囲拡大方法

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Publication number: JP2020060394A
Application number: JP2018190267A
Authority: JP
Inventors: 明▲勲▼ 禹; Myunghun Woo
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2018-10-05
Filing date: 2018-10-05
Publication date: 2020-04-16

Abstract

【課題】スペックルパターンを用いて被計測物の変化量を非接触で計測する非接触計測装置の計測範囲を拡大する。【解決手段】被計測物の表面にレーザ光を照射することで生じたスペックルパターンの第１のパターンを前記被計測物の変化前後で撮像し、前記変化前後の撮像画像を用いて前記被計測物の変化量を計測する非接触計測装置の計測範囲拡大方法であって、前記被計測物の表面に対して、光の干渉現象を用いずに第２のパターンを形成する形成ステップと、前記複数の撮像位置から前記第１のパターンを撮像するにあたり、前記各撮像位置での撮像範囲が部分的に互い重なるオーバーラップ領域で前記第２のパターンを撮像する撮像ステップと、前記撮像ステップで得られた前記各撮像位置での各撮像画像のうち、前記第２のパターンの画像を基準にして、前記各撮像画像の座標系を一致させる座標変換ステップと、含む。【選択図】図１

Description

本発明は、非接触計測装置の計測範囲拡大方法に関する。

下記特許文献１，２には、被計測物の変化前後のスペックルパターンをそれぞれ撮像装置で撮像し、その撮像したスペックルパターン画像に対してデジタル画像相関法を適用し、被計測物の変化量を非接触で計測する非接触計測装置が開示されている。

国際公開第２００５／１０３６１０号特開２０１１−８５５８４号公報

ところで、上記画像非接触計測装置を用いて、より大型の被計測物の変化量を計測するために、画像非接触計測装置の計測範囲を拡大したいという要望がある。

そこで、計測範囲を拡大する方法として、上記撮像装置として広角レンズのカメラを使用する方法や撮像装置と被測定物との距離を離す方法が考えられる。しかしながら、いずれの方法も、画素数当たりの実寸法が大きくなるため、明確なスペックルパターンが取得できず、被計測物の変化量を非接触で計測することができない場合がある。したがって、スペックルパターンを用いた非接触計測装置に対して上記の方法を適用することができず、計測範囲を拡大することができない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、スペックルパターンを用いて被計測物の変化量を非接触で計測する非接触計測装置の計測範囲を拡大することである。

本発明の一態様は、被計測物の表面にレーザ光を照射することで生じたスペックルパターンである第１のパターンを前記被計測物の変化前後で撮像し、前記変化前後の撮像画像を用いて前記被計測物の変化量を計測する非接触計測装置の計測範囲拡大方法であって、前記被計測物の表面に対して、光の干渉現象を用いずに第２のパターンを形成する形成ステップと、複数の撮像位置から前記第１のパターンを撮像するにあたり、前記各撮像位置での撮像範囲が部分的に互い重なるオーバーラップ領域で前記第２のパターンを撮像する撮像ステップと、前記撮像ステップで得られた前記各撮像位置での各撮像画像のうち、前記第２のパターンの画像を基準にして、前記各撮像画像の座標系を一致させる座標変換ステップと、含むことを特徴とする、非接触計測装置の計測範囲拡大方法である。

本発明の一態様は、上述の計測範囲拡大方法であって、前記座標変換ステップでは、前記複数の撮像画像間において、前記第２のパターンが一致するように前記各撮像画像の座標系を調整する。

本発明の一態様は、上述の計測範囲拡大方法であって、前記座標変換ステップでは、前記複数の撮像画像間において、前記第２のパターン上における任意の二以上の基準点がすべて一致するように前記複数の撮像画像の座標系を調整する。

本発明の一態様は、上述の計測範囲拡大方法であって、前記座標変換ステップでは、前記複数の撮像画像間において、前記二以上の基準点に対してデジタル画像相関法を適用することにより、各前記第２のパターン間の前記各基準点の位置のズレを算出し、算出した前記ズレを無くすように前記複数の撮像画像の座標系を調整する。

本発明の一態様は、上述の計測範囲拡大方法であって、前記形成ステップでは、所定のパターンを前記被計測物の表面に塗布する又は、前記所定のパターンを備えたラベルを前記表面に張り付けることで前記第２のパターンを形成する。

本発明の一態様は、上述の計測範囲拡大方法であって、前記撮像ステップでは、前記各撮像位置に対して、互いに同機種の撮像装置を設置して、前記各撮像装置が前記オーバーラップ領域で前記第２のパターンを撮像する。

以上説明したように、本発明によれば、スペックルパターンを用いて被計測物の変化量を非接触で計測する非接触計測装置の計測範囲を拡大することができる。

本発明の一実施形態に係る計測範囲拡大方法を適用した非接触計測装置を備えた非接触計測システムＡの概略構成の一例を示す図である。本発明の一実施形態に係るマッチング処理におけるデジタル画像相関法の処理を示す図である。本発明の一実施形態に係るマッチング処理における撮像画像Ｇａの座標系Ｃに対する撮像画像Ｇｂの座標系Ｃ´の平行移動を示す図である。本発明の一実施形態に係るマッチング処理における撮像画像Ｇａの座標系Ｃに対する撮像画像Ｇｂの座標系Ｃ´の回転移動を示す図である。本発明の一実施形態に係る計測範囲拡大方法のフロー図である。

以下、本発明の一実施形態に係る非接触計測装置の計測範囲拡大方法を、図面を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る計測範囲拡大方法を適用した非接触計測装置を備えた非接触計測システムＡの概略構成の一例を示す図である。図１に示すように、非接触計測システムＡは、レーザ光源１及び非接触計測装置２を備える。

レーザ光源１は、所定波長のレーザ光を被計測物Ｗの表面に向けて照射することで、被計測物Ｗの表面にランダムな明暗の斑点模様、すなわちスペックルパターンが形成する。このスペックルパターンは、レーザ光源１から照射されたレーザ光が被計測物Ｗの表面において乱反射し、その乱反射したレーザ光が互いに干渉して生じるランダムな斑点模様である。以下の説明において、このスペックルパターンを「第１のパターンｄ１」と称する。

なお、レーザ光源１と被計測物Ｗとの間におけるレーザ光の光路上において、レーザ光のビーム径を拡大する凹レンズや、当該凹レンズによりビーム径が拡大されたレーザ光を互いに平行にする凸レンズが設けられてもよい。

また、被計測物Ｗの表面には、第１のパターンｄ１とは異なり、レーザにより生成したスペックルパターンではない第２のパターンｄ２が形成される。すなわち、第２のパターンｄ２は、光の干渉現象を用いずに形成される模様であって、例えば、被計測物Ｗの表面に所定の模様が形成されるように任意の塗料を塗布することで形成されてもよい。また、第２のパターンｄ２は、所定の模様を備えたラベルを表面Ｗに張り付けることで形成されてもよい。また、インコヒーレント光源からインコヒーレント光を被計測物Ｗの表面に照射することで、スペックルパターンではない光の模様を第２のパターンとして形成してもよい。

非接触計測装置２は、被計測物Ｗの表面に形成されたスペックルパターンに基づいて被計測物Ｗが変化した量（変化量）を計測する。ここで、変化とは、被計測物Ｗの状態が変化することであり、例えば、外力による被計測物Ｗの変形や変位である。この被計測物Ｗに外力を与える場合とは、例えば、被計測物Ｗに対して曲げ試験や引張・圧縮等の強度試験を行う場合である。したがって、被計測物Ｗの変化前とは、例えば、強度試験を行う場合に外力を被計測物Ｗに与える前である。一方、被計測物Ｗの変化後とは、例えば、強度試験を行う場合に外力を被計測物Ｗに与えた後である。

以下に、本発明の一実施形態に係る非接触計測装置２の構成について、具体的に説明する。
非接触計測装置２は、二つの撮像装置３（３ａ、３ｂ）及び処理装置４を備える。なお、本実施形態では、非接触計測装置２が二つの撮像装置３ａ及び３ｂを備える場合について説明するが、その数には特に限定されず、一つ以上であればよい。

撮像装置３ａ及び撮像装置３ｂは、それぞれ異なる撮像位置から被計測物Ｗの表面を撮像する。例えば、撮像装置３ａ及び撮像装置３ｂは、同機種であって、それぞれ被計測物Ｗから同等の距離であって、被計測物Ｗの表面と平行な直線上に所定の間隔で並んで設置される。

さらに、この撮像装置３ａ及び撮像装置３ｂは、図１に示すように、撮像装置３ａの撮像範囲Ｈａの一部と撮像装置３ｂの撮像範囲Ｈｂの一部とがオーバーラップするように設置されている。すなわち、撮像装置３ａ及び撮像装置３ｂは、撮像範囲Ｈａと撮像範囲Ｈｂが部分的に互い重なるオーバーラップ領域Ｈｏを有するように配置される。換言すれば、このオーバーラップ領域Ｈｏは、撮像装置３ａで撮像することで得られる撮像画像Ｇａと、撮像装置３ｂで撮像することで得られる撮像画像Ｇｂとの間で互いに重なる領域である。
本実施形態では、撮像範囲Ｈａ（撮像画像Ｇａ）及び撮像範囲Ｈｂ（撮像画像Ｇｂ）の端部同士がオーバーラップ領域Ｈｏとなる。

撮像装置３ａは、撮像範囲Ｈａで第１のパターンを撮像するとともに、撮像範囲Ｈａのオーバーラップ領域Ｈｏで第２のパターンを撮像する。そして、撮像装置３ａは、撮像した画像（以下、「撮像画像Ｇａ」という。）をデジタル画像で処理装置４に送信する。
撮像装置３ｂは、撮像装置３ａと同様に、撮像範囲Ｈｂで第１のパターンを撮像するとともに、撮像範囲Ｈｂのオーバーラップ領域Ｈｏで第２のパターンを撮像する。そして、撮像装置３ｂは、撮像した画像（以下、「撮像画像Ｇｂ」という。）をデジタル画像で処理装置４に送信する。
この撮像装置３ａ及び撮像装置３ｂは、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等である。

次に、本発明の一実施形態に係る処理装置４の概略構成の一例について説明する。
本発明の一実施形態に係る処理装置４は、マッチング部５及び変化量計測部６を備える。なお、処理装置４は、ＣＰＵ又はＭＰＵなどのマイクロプロセッサ、ＭＣＵなどのマイクロコントローラなどにより構成されてよい。

マッチング部５は、撮像装置３ａ及び撮像装置３ｂのそれぞれのオーバーラップ領域Ｈｏで撮像された各第２のパターンの画像を基準にして、撮像画像Ｇａの座標系Ｐ及び撮像画像Ｇｂの座標系Ｐ´をマッチングさせるマッチング処理を行う。例えば、マッチング部５は、マッチング処理として、撮像画像Ｇａと撮像画像Ｇｂとの間において、第２のパターンが一致するように座標系Ｐと座標系Ｐ´との少なくともいずれかを調整することで、座標系Ｐと座標系Ｐ´とを一致させる。ここで、座標系を一致させるとは、例えば、座標系Ｐ´で表された座標を座標系Ｐで表すことであって、いわゆる、座標系Ｐ´から座標系Ｐに座標変換することをいう。

以下に、本発明の一実施形態に係るマッチング処理の一例を、図２〜図４を用いて具体的に説明する。

図２に示すように、マッチング部５は、撮像装置３ａから撮像画像Ｇａを取得し、撮像装置３ｂから撮像画像Ｇｂを取得する。ここで、本実施形態の撮像装置３ａ及び撮像装置３ｂは同機種である。そのため、撮像画像Ｇａ及び撮像画像Ｇｂは、同じ大きさの座標空間を有する。

マッチング部５は、撮像画像Ｇａ及び撮像画像Ｇｂを取得すると、その撮像画像Ｇａ及び撮像画像Ｇｂの間で、第２のパターン上の任意の二つの基準点Ｍ１，Ｍ２に対してデジタル画像相関法（ＤＩＣ；Digital Image Correlation）を適用し、撮像画像Ｇａ及び撮像画像Ｇｂの間の各基準点Ｍ１，Ｍ２の位置のズレ（以下、「位置ズレ量」という。）Ｕを求める。図２に示す例では、マッチング部は、基準点Ｍ１における撮像画像Ｇａと撮像画像Ｇｂとの間の位置ズレ量として、ｘ座標の位置ズレ量Ｕｘ１及びｙ座標の位置ズレ量Ｕｙ１を算出する。さらに、マッチング部５は、基準点Ｍ２における撮像画像Ｇａと撮像画像Ｇｂとの間の位置ズレ量として、ｘ座標の位置ズレ量Ｕｘ２及びｙ座標の位置ズレ量Ｕｙ２を算出する。なお、デジタル画像相関法においては周知であるので、詳細な説明は省略する。

マッチング部５は、撮像画像Ｇａ及び撮像画像Ｇｂのうち、一方の撮像画像を基準画像に設定して、その基準画像の座標系に他方の撮像画像の座標系を一致させる。例えば、マッチング部５は、撮像画像Ｇａを基準画像に設定した場合には、位置ズレ量Ｕｘ１，Ｕｙ１，Ｕｘ２，Ｕｙ２を用いて、撮像画像Ｇｂの座標系Ｐ´を撮像画像Ｇａの座標系Ｐに変換（座標変換）する。
本実施形態では、撮像画像Ｇａを基準画像に設定し、撮像画像Ｇｂの座標系Ｐ´を平行移動及び回転移動させることで、座標系Ｐ´を座標系Ｐに変換することができる。

例えば、撮像画像Ｇａの座標系Ｐ（ｘ，ｙ）において、基準点Ｍ１の座標を座標Ｐ_１（ｘ_１，ｙ_１）とし、基準点Ｍ２の座標を座標Ｐ_２（ｘ_２，ｙ_２）と仮定する。また、撮像画像Ｇｂの座標系Ｐ´（ｘ´，ｙ´）において、基準点Ｍ１の座標を座標Ｐ_１´（ｘ_１´，ｙ_１´）とし、基準点Ｍ２の座標を座標Ｐ_２´（ｘ_２´，ｙ_２´）と仮定する。

この場合において、図３に示すように、マッチング部５は、撮像画像Ｇｂの座標系Ｐ´の平行移動として、座標系Ｐ´をｘ座標の向きにＵｘ１だけ平行移動し、ｙ座標の向きにＵｙ１だけ平行移動させる。すなわち、マッチング部５は、座標系Ｐ´をベクトルｑ(Ｕｘ１，Ｕｙ１)だけ平行移動させる。

次に、図４に示すように、マッチング部５は、座標系Ｐ´の回転移動として、下記に示す行列の式（１）及び式（２）を用いて、撮像画像Ｇｂの座標系Ｐ´を撮像画像Ｇａの座標系Ｐに回転移動させることで、座標系Ｐ´を座標系Ｐに変換することができる。すなわち、座標系Ｐ´と座標系Ｐとを一致させることができる。

これにより、撮像画像Ｇａと撮像画像Ｇｂとを連続した撮像画像としてみなすことができ、非接触計測装置の計測範囲を拡大することができる。なお、座標系Ｐ´と座標系Ｐとを一致させるとは、座標系Ｐ´を座標系Ｐに変換する式（例えば、変換行列）を位置ズレ量Ｕｘ１，Ｕｙ１，Ｕｘ２，Ｕｙ２を用いて算出すればよく、実際に撮像画像Ｇｂを平行移動や回転移動させて一つの撮像画像を生成しなくてもよい。

変化量計測部６は、マッチング処理が終了した後に、被計測物Ｗの変化前後の複数の撮像画像における第１のパターンに基づいて被計測物Ｗの変化量を計測する計測処理を実行する。例えば、変化量計測部６は、被計測物Ｗの変化前後のそれぞれにおいて、撮像画像Ｇａ及び撮像画像Ｇｂを取得する。なお、以下の説明において、変化前の撮像画像Ｇａ及び撮像画像Ｇｂを「変化前画像」と称し、変化後の撮像画像Ｇａ及び撮像画像Ｇｂを「変化後画像」と称する。ここで、撮像画像Ｇａの座標系Ｐと撮像画像Ｇｂの座標系Ｐ´とはすでにマッチング部５によりマッチングされている。そのため、変化前画像及び変化後画像のそれぞれは、連続した撮像画像としてみなすことができる。したがって、変化量計測部６は、変化前画像と、変化後画像とを用いてデジタル画像相関法により被計測物Ｗの変化量を計測する。

次に、本発明の一実施形態に係る計測範囲拡大方法の流れの一例を、図５を用いて説明する。図５は、本発明の一実施形態に係る計測範囲拡大方法のフロー図である。

まず、被計測物Ｗの表面に、スペックルパターンではない第２のパターンを形成する形成ステップを実行する（ステップＳ１０１）。例えば、形成ステップでは、被計測物Ｗの表面に所定の模様（例えば、ランダムパターン）が形成されるように任意の塗料を塗布することで第２のパターンを形成してもよいし、所定の模様を備えたラベルを表面Ｗに張り付けることで第２のパターンを形成してもよいし、インコヒーレント光を被計測物Ｗの表面に照射することで第２のパターンを形成してもよい。

形成ステップが終了すると、撮像装置３ａ及び撮像装置３ｂを所定の撮像位置に設置する設置ステップを実行する（ステップＳ１０２）。なお、当然に、撮像装置３ａ及び撮像装置３ｂは、異なる撮像位置に設置されることになる。具体的には、設置ステップでは、撮像装置３ａと撮像装置３ｂとの互いの距離や、撮像装置３ａや撮像装置３ｂと被測定物Ｗとの距離を調整しながら、撮像装置３ａ及び撮像装置３ｂのそれぞれの撮像範囲で部分的に互い重なるオーバーラップ領域Ｈｃを有し、且つ、オーバーラップ領域Ｈｃで第２のパターンが撮像できる撮像位置に撮像装置３ａ及び撮像装置３ｂを設置する。

なお、設置ステップで調整された撮像位置は、第１のパターンを撮像する撮像位置でもある。すなわち、設置ステップで撮像装置３ａ及び撮像装置３ｂが設置される撮像位置は、被計測物Ｗの変化量を計測するための撮像位置でもある。換言すれば、上記撮像位置で撮像された撮像装置３ａ及び撮像装置３ｂの撮像画像は、各撮像画像の座標系を一致させるマッチング処理及び被計測物Ｗの変化量を計測する計測処理の双方に用いられる。

なお、上記撮像装置３ａと撮像装置３ｂとのそれぞれの撮像位置の調整は、非接触計測装置２が行ってもよい。その際には、非接触計測装置２は、撮像装置３ａ及び撮像装置３ｂのそれぞれの位置を移動させる移動機構と、オーバーラップ領域Ｈｏが設けられたか否かをそれぞれの撮像画像に基づいて判定する第１の判定部と、オーバーラップ領域Ｈｏの範囲内に第２のパターンがあるか否かを判定する第２の判定部とを有してもよい。

設置ステップの実行が終了すると、撮像装置３ａ及び撮像装置３ｂは、それぞれオーバーラップ領域Ｈｏで第２のパターンを撮像する撮像ステップを実行する（ステップＳ１０３）。そして、撮像装置３ａは、撮像ステップを終了すると、撮像した撮像画像Ｇａを処理装置４に送信する。同様に、撮像装置３ｂは、撮像ステップを終了すると、撮像した撮像画像Ｇｂを処理装置４に送信する。

撮像ステップ後において、処理装置４は、撮像装置３ａから取得した撮像画像Ｇａと、撮像装置３ａから取得した撮像画像Ｇｂのうち、双方の第２のパターンの画像を基準にして、撮像画像Ｇａの座標系Ｃと撮像画像Ｇｂの座標系Ｃ´とを一致させる座標変換ステップを実行する。なお、上述のマッチング処理は、この座標変換ステップでの処理の一例である。

この座標変換ステップでは、例えば、撮像画像Ｇａと撮像画像Ｇｂとの間において、第２のパターンが一致するように座標系Ｃと座標系Ｃ´との少なくともいずれかを調整する。例えば、座標変換ステップでは、第２のパターン上における任意の二つの基準点がすべて一致するように座標系Ｃと座標系Ｃ´とを調整する。具体的には、座標変換ステップでは、撮像画像Ｇａと撮像画像Ｇｂとの間において、二つの基準点に対してデジタル画像相関法を適用することにより、各第２のパターン間の各基準点の位置のズレを算出し、その算出したズレを無くすように座標系Ｃと座標系Ｃ´のうち、いずれかの座標系を平行移動や回転移動させる。これにより、撮像画像Ｇａの座標系Ｃと撮像画像Ｇｂの座標系Ｃ´とが一致する。

したがって、撮画画像Ｇａと撮画画像Ｇｂとを連結することが可能となり、非接触計測装置２の計測範囲を拡大することができる。

なお、処理装置４は、座標系Ｃと座標系Ｃ´とが一致させた後に、被計測物Ｗの変化前の撮像画像Ｇａ及び撮像画像Ｇｂ（変化前画像）と、被計測物Ｗの変化後の撮像画像Ｇａ及び撮像画像Ｇｂ（変化後画像）とのそれぞれの第１のパターンとを用いて、デジタル画像相関法により被計測物Ｗの変化量を計測する計測処理を実行する。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

（変形例１）上記実施形態では、複数の撮像装置３ａ、３ｂを用いたが、本発明はこれに限定されず、一つの撮像装置３を備えていればよい。すなわち、撮像装置３は、複数の撮像位置から第１のパターンを撮像するにあたり、各撮像位置での撮像範囲が部分的に互い重なるオーバーラップ領域Ｈｏで第２のパターンを撮像すればよく、撮像装置３の数には特に限定されない。撮像装置３が１つである場合には、非接触計測装置２は、各撮像装置に撮像装置３を順次移動させて撮像すればよい。

（変形例２）上記実施形態では、二つの撮像位置からオーバーラップ領域Ｈｏで第２のパターンを撮像したが、本発明は撮像位置の数には特に限定されない。すなわち、複数の撮像位置からオーバーラップ領域Ｈｏで第２のパターンを撮像すればよく、その撮像位置の数には特に限定されない。

（変形例３）上記実施形態の座標変換ステップでは、マッチング部５が撮像画像Ｇａ及び撮像画像Ｇｂの間で、第２のパターン上の任意の二つの基準点Ｍ１，Ｍ２に対してデジタル画像相関法を適用したが、本発明は基準点の数には特定に限定されない。すなわち、座標変換ステップでは、マッチング部５が撮像画像Ｇａ及び撮像画像Ｇｂの間で、第２のパターン上の任意の二つ以上の基準点に対してデジタル画像相関法を適用すればよい。

（変形例４）上記実施形態の座標変換ステップは、被計測物Ｗの変化前に実行してもよいし、被計測物Ｗの変化後に実行してもよいし、被計測物Ｗの変化前及び被計測物Ｗの変化後の双方で実行してもよい。
すなわち、処理装置４は、被計測物Ｗの変化前の撮像画像Ｇａ及び撮像画像Ｇｂを用いてマッチング処理を実行してもよいし、被計測物Ｗの変化後の撮像画像Ｇａ及び撮像画像Ｇｂを用いてマッチング処理を実行してもよいし、その双方のマッチング処理を実行してもよい。

さらに、マッチング処理に用いられる複数の撮像画像は、オーバーラップ領域Ｈｏにおいて第２のパターンが撮像されていればよく、各撮像画像において第１のパターンが含まれていなくてもよい。すなわち、マッチング処理には、第１のパターンの画像は必要ないため、各撮像画像に第１のパターンの画像が含まれていなくてもよい。

ただし、複数の撮像画像に第１のパターンが含まれていれば、当該複数の撮像画像でマッチング処理と計測処理とを実行することが可能となるため効率がよい。例えば、上記実施形態における撮像ステップは、オーバーラップ領域Ｈｏに第２のパターンが含まれるように第１のパターンを被計測物Ｗの変化前後において複数の撮像位置から撮像装置３が撮像してもよい。そして、撮像装置３は、その複数の撮像位置から撮像した複数の撮像画像を変化前と変化後のそれぞれにおいて処理装置４に送信してもよい。

（変形例５）上記実施形態では、レーザ光の正反射によるハレーションを抑制するために、レーザ光源１の先端やレーザ光の光路上に偏向フィルターを設けてもよい。このハレーションは、法線を挟んで入射角と等しい反射角の方向で発生する。被計測物Ｗが小型である場合には、被計測物Ｗの表面の面積が狭いため、正反射を拾わないようにレーザ光源１等のレーザ光学系を設置することが可能である。ただし、被計測物Ｗが大型になり、当該被計測物Ｗの表面の面積が広くなる場合やレーザ光学系の設置場所が制限される場合等では、レーザ光の正反射光が撮像装置３側に入射する条件となりやすい。したがって、正反射の方向では、ハレーションが発生しＤＩＣによる画像処理に必要なスペックルパターンが得られない。そこで、正反射光では振動方向が偏光されるという特性に着目し、例えば、レーザ光源１の先端（レーザ光が照射される先端）に偏向フィルターを取り付ける。これにより、ハレーションを抑制し、ＤＩＣによる画像処理に必要なスペックルパターンを得ることができる。

なお、上述した実施形態における処理装置４の全部または一部をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。

以上、説明したように、本実施形態に係る非接触計測装置２の計測範囲拡大方法は、被計測物Ｗの表面に対して、スペックルパターン（第１のパターン）ではない第２のパターンを形成する形成ステップと、複数の撮像位置から第１のパターンを撮像するにあたり、各撮像位置での撮像範囲が部分的に互い重なるオーバーラップ領域で第２のパターンを撮像する撮像ステップと、撮像ステップ後において、各撮像位置で撮像された各撮像画像のうち、第２のパターンの画像を基準にして、各撮像画像の座標系を一致させる座標変換ステップを備える。

このような構成によれば、複数の撮像画像を連結させることができ、第１のパターンを用いて被計測物Ｗの変化量を計測する非接触計測装置２の計測範囲を拡大することができる。すなわち、画素数当たりの実寸法が大きくなることなく、非接触計測装置２の計測範囲を拡大することができる。

なお、本実施形態のマッチング処理を実行しない場合には、撮像画像がそれぞれ独立しているため、それぞれの撮像画像の２次元の座標空間がミスマッチングすることに起因して、被計測物Ｗの変化量を計測する計測処理において不連続な変化量が得られてしまう。一方、本実施形態は、計測処理を実行する前に、それぞれ独立している撮像画像の座標系を一致させるマッチング処理を実行する。これにより、連続体である被計測物Ｗの変化量として、連続的な変化量を取得することができる。

また、上述の座標変換ステップでは、複数の撮像画像間において、第２のパターン上における任意の二以上の基準点がすべて一致するように複数の撮像画像の座標系を調整してもよい。

このような構成によれば、マッチング処理の負荷を低減することができる。

また、上述の形成ステップでは、所定のパターンを被計測物Ｗの表面に塗布する又は、当該パターンを備えたラベルを被計測物Ｗの表面に張り付けることで第２のパターンを形成してもよい。

このような構成によれば、第２のパターンを容易に形成することができる。

Ａ非接触計測システム
Ｗ被計測物
１レーザ光源
２非接触計測装置
３撮像装置
４処理装置
５マッチング部
６変化量計測部

Claims

被計測物の表面にレーザ光を照射することで生じたスペックルパターンである第１のパターンを前記被計測物の変化前後で撮像し、前記変化前後の撮像画像を用いて前記被計測物の変化量を計測する非接触計測装置の計測範囲拡大方法であって、
前記被計測物の表面に対して、光の干渉現象を用いずに第２のパターンを形成する形成ステップと、
複数の撮像位置から前記第１のパターンを撮像するにあたり、前記各撮像位置での撮像範囲が部分的に互い重なるオーバーラップ領域で前記第２のパターンを撮像する撮像ステップと、
前記撮像ステップで得られた前記各撮像位置での各撮像画像のうち、前記第２のパターンの画像を基準にして、前記各撮像画像の座標系を一致させる座標変換ステップと、
を含むことを特徴とする、非接触計測装置の計測範囲拡大方法。
前記座標変換ステップでは、前記複数の撮像画像間において、前記第２のパターンが一致するように前記各撮像画像の座標系を調整することを特徴とする、請求項１に記載の非接触計測装置の計測範囲拡大方法。
前記座標変換ステップでは、前記複数の撮像画像間において、前記第２のパターン上における任意の二以上の基準点がすべて一致するように前記複数の撮像画像の座標系を調整することを特徴とする、請求項２に記載の非接触計測装置の計測範囲拡大方法。
前記座標変換ステップでは、前記複数の撮像画像間において、前記二以上の基準点に対してデジタル画像相関法を適用することにより、各前記第２のパターン間の前記各基準点の位置のズレを算出し、算出した前記ズレを無くすように前記複数の撮像画像の座標系を調整することを特徴とする、請求項３に記載の非接触計測装置の計測範囲拡大方法。
前記形成ステップでは、所定のパターンを前記被計測物の表面に塗布する又は、前記所定のパターンを備えたラベルを前記表面に張り付けることで前記第２のパターンを形成することを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の非接触計測装置の計測範囲拡大方法。
前記撮像ステップでは、前記各撮像位置に対して、互いに同機種の撮像装置を設置して、前記各撮像装置が前記オーバーラップ領域で前記第２のパターンを撮像することを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の非接触計測装置の計測範囲拡大方法。