JP2020067417A - 測定データ収集装置及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】測定工具にアナログ表示された測定結果の読み取りを撮像画像から行う場合に、測定工具が正対姿勢からずれた姿勢で撮像された場合にも、読み取り誤差を抑えることが可能な測定データ収集装置を提供する。【解決手段】測定結果がアナログ表示された測定工具の画像を撮像する撮像部と、測定工具の３次元形状を検出する３次元センサと、３次元センサの検出座標系において正対姿勢が特定された測定工具の３次元モデルを３次元センサにより検出された測定工具にフィッティングすることにより測定工具の３次元センサにより検出された姿勢の正対姿勢に対するずれ量を算出する姿勢ずれ量算出手段と、測定工具に姿勢のずれがある状態で撮像された画像を姿勢ずれ量算出手段で算出されたずれ量に基づき正対姿勢において撮像された画像に相当する変換画像に変換する画像変換手段と、変換画像から測定結果を読み取る測定結果読取手段と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、測定結果がアナログ表示された測定工具の画像を解析することにより測定結果を収集する測定データ収集装置及びプログラムに関する。

特許文献１には、測定結果が表示された測定工具の画像を解析することにより測定結果を収集する測定データ収集装置が開示されている。

特開２０１６−１８６４３９号公報

複数のスケールの交点若しくは接点の目盛、又は指針が指し示す目盛という形で測定結果がアナログ表示される測定工具の場合、撮像時の測定工具の姿勢によって測定結果の読み取りに誤差が生じるおそれがある。この問題は、測定結果のアナログ表示部分が平らでない測定工具において特に顕著である。

測定結果のアナログ表示部分が平らでない測定工具の例として、図１(a)に示すようなマイクロメータ１０が挙げられる。マイクロメータ１０は、スピンドル１１と、シンブル１３の操作によりスピンドル１１を軸方向に変位可能に把持する円筒状のスリーブ１２と、スリーブ１２の周囲に円筒状に設けられ、スリーブ１２を軸として軸中心に回転させることでスピンドル１１を軸方向に変位させるシンブル１３を備える。

マイクロメータ１０には、スリーブ１２に０．５ｍｍ刻みの目盛が軸方向に刻まれているとともに、シンブル１３に０．０１ｍｍ刻みの目盛が円周方向に刻まれている。

目盛は次のように読み取る。測定結果としての目盛状態において、まず、シンブル１３により隠れていないスリーブ目盛の最大値を読み取る。続いて、スリーブ基線１２ａがシンブル目盛を指し示す位置の値を読み取る。このように得られたそれぞれの目盛の値の総和が測定結果となる。なお、０．００１ｍｍ単位の結果を得たい場合には、スリーブ基線１２ａがシンブル目盛間のどの辺りにあるかを目分量で読み取る。

測定結果が図１(b)に示す目盛状態である場合、まず、シンブル１３の端部１３ａが７．０ｍｍのスリーブ目盛が見える位置にあることから７．０ｍｍと読み取る（(i)）。続いて、スリーブ基線１２ａがシンブル目盛を指し示す位置が３７であることから０．３７ｍｍと読み取る（(ii))。したがって、測定結果は７．３７ｍｍとなる。

以上説明したマイクロメータにおける測定結果の読み取りを精度よく行うには、読み取り者から見たマイクロメータの姿勢が、スリーブ目盛を正面で読み取ることができる図１(a)に示すような正対姿勢となっている必要がある。

図２は、３つの異なる視座で目盛状態の読み取りを行う場合の見え方の違いの例を示す図である。スリーブ目盛を正面から読み取ることができるマイクロメータの正対姿勢における視座(a)においてシンブル目盛を０と読み取ることができる場合に、マイクロメータが正対姿勢ではないときの視座(b)からはスリーブ基線１２ａがシンブル目盛を指し示す位置が０と１との間にあるかのように見え、同じく正対姿勢ではないときの視座(c)からは４９と０との間にあるかのように見える。また、視座(b)及び(c)の場合におけるスリーブ基線１２ａが指し示すシンブル目盛はやや滲んで不明瞭である。

このような目盛状態の見え方のずれや不明瞭さは、測定者が目盛状態を目視した場合に限らず、目盛状態を撮像した画像を解析した場合にも当然に生じる。すなわち、測定工具が正対姿勢からずれている状態で撮像が行われた場合には、撮像画像には実態と異なる目盛状態が記録されることになるため、当該撮像画像の解析により読み取られる測定結果には、姿勢のずれに基づく誤差が含まれることになる。

以上のことから、撮像が行われる際の測定工具の姿勢は正対姿勢であるのが望ましい。しかし、測定が行われる環境や状態はさまざまであり、必ずしも常に正対姿勢で撮像できるとは限らない。

本発明の目的は、測定工具にアナログ表示された測定結果の読み取りを撮像画像から行う場合に、測定工具が正対姿勢からずれた姿勢で撮像された場合にも、読み取り誤差を抑えることが可能な測定データ収集装置及びプログラムを提供することにある。

本発明の測定データ収集装置は、測定結果がアナログ表示された測定工具の画像を撮像する撮像部と、測定工具の３次元形状を検出する３次元センサと、３次元センサの検出座標系において正対姿勢が特定された測定工具の３次元モデルを、３次元センサにより検出された測定工具にフィッティングすることにより、測定工具の３次元センサにより検出された姿勢の正対姿勢に対するずれ量を算出する姿勢ずれ量算出手段と、測定工具に姿勢のずれがある状態で撮像された画像を、姿勢ずれ量算出手段で算出されたずれ量に基づき、正対姿勢において撮像された画像に相当する変換画像に変換する画像変換手段と、変換画像から測定結果を読み取る測定結果読取手段と、を備える。

これにより、測定工具にアナログ表示された測定結果の読み取りを撮像画像から行う場合に、測定工具が正対姿勢からずれた姿勢で撮像された場合にも、撮像画像を正対姿勢において撮像された画像に相当する変換画像に変換した上で読み取りを行うことで、読み取り誤差を抑えることが可能となる。

撮像部が、測定工具の画像を連続的に撮像し、姿勢ずれ量算出手段が、３次元モデルを測定工具に逐次フィッティングして姿勢のずれ量を逐次算出し、画像変換手段が、撮像部で画像が撮像される毎に姿勢ずれ量算出手段から取得したずれ量に基づき当該画像を変換画像に変換し、測定結果読取手段が、連続的に撮像された複数の画像それぞれの変換画像に基づき読取画像を生成して読取画像から測定結果を読み取るようにしてもよい。

具体的には例えば、３次元モデルが、測定工具における測定結果の読取対象部分を特定する情報を更に含み、測定結果読取手段が、３次元モデルを参照し、それぞれの変換画像について、読取対象部分に対応する領域を特定して当該領域に含まれる複数の目盛及びそれらの位置を検出し、検出されたそれぞれの位置の目盛について、複数の変換画像における検出頻度をカウントして、所定の基準を満たす目盛を３次元モデルにおいて対応する位置に書き込んで、書き込み後の３次元モデルの画像を読取画像としてもよい。

これにより、個別の変換画像において目盛の位置がずれて見えるような場合や目盛が滲んで曖昧になっているような場合にも、複数の変換画像における検出頻度が高い位置の目盛を特定し、このように特定した目盛を書き込んだ３次元モデルの画像を読取画像とすることで、読み取り誤差をより抑えることが可能となる。

本発明の測定データ収集装置の各手段の機能は、プログラムに記述してコンピュータに実行させることにより実現してもよい。

基本的なマイクロメータ及び測定結果の表示部分の例を示す図である。 ３つの異なる視座で目盛状態の読み取りを行う場合の見え方の違いの例を示す図である。 本発明の測定データ収集装置１００及び２００の機能ブロック図である。 マイクロメータ１０の３次元モデルにおいて特定する測定結果の読取対象部分の例を示す図である。 コンピュータ３００を用いた測定データ収集装置１００の構成例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を説明する。なお、各実施形態の説明において同一の機能部については同じ符号を付し、一度説明した機能部については、以後説明を省略する又は必要最小限とする。また、以下では測定工具がマイクロメータの場合を例にとって説明するが、本発明は測定結果がアナログ表示される他の測定工具においても同様に適用可能である。

＜第１実施形態＞
図３に本発明の測定データ収集装置１００の機能ブロック図を示す。測定データ収集装置１００は、撮像部１１０、３次元センサ１２０、姿勢ずれ量算出手段１３０、画像変換手段１４０及び測定結果読取手段１５０を備える。

撮像部１１０は、測定結果がアナログ表示された測定工具であるマイクロメータ１０の画像を撮像する任意の撮像手段である。

３次元センサ１２０は、マイクロメータ１０の３次元形状を検出する任意の方式の検出装置である。３次元形状は、形状を特徴づける複数の特徴点それぞれの３次元座標として検出する。

姿勢ずれ量算出手段１３０は、３次元センサ１２０の検出座標系において正対姿勢が特定されたマイクロメータ１０の３次元モデルを、３次元センサ１２０により検出されたマイクロメータ１０にフィッティングすることにより、３次元センサ１２０により検出されたマイクロメータ１０の姿勢の正対姿勢に対するずれ量を算出する。

３次元モデルは、マイクロメータ１０の形状を特徴づける複数の特徴点それぞれの３次元座標の情報の集合として定義される。３次元モデルの取得方法は任意であり、例えば、測定データ収集装置１００内外の任意の記憶手段に記憶させておいて、そこから読み出してもよい。

正対姿勢は、目盛がずれて見えたり滲んで見えたりしない、測定結果の読み取り部分が正面に撮像される測定工具の姿勢として定義される。

図１(a)に示す基本的なマイクロメータの場合、スリーブ基線１２ａがシンブル１３の端部１３ａと交わる部分のスリーブ目盛を読み取るとともに、スリーブ基線１２ａが指すシンブル目盛を読み取ることで測定結果を得ることから、例えばスリーブ基線１２ａが正面に撮像される図１(a)の姿勢を正対姿勢とするとよい。

３次元モデルの３次元センサ１２０の検出座標系における正対姿勢の特定方法は任意である。例えば、撮像部１１０による撮像範囲と３次元センサ１２０による検出範囲とが一致するように構成し、撮像部１１０が捉えたマイクロメータ１０の姿に正対姿勢の当該マイクロメータ１０の３次元モデルを重畳させることにより特定する。

そしてこの正対姿勢を起点に、３次元モデルを３次元センサ１２０により検出されたマイクロメータ１０にフィッティングさせ、これにより把握された姿勢の変化量を正対姿勢に対するずれ量として算出する。

画像変換手段１４０は、マイクロメータ１０に姿勢のずれがある状態で撮像部１１０により撮像された画像を、姿勢ずれ量算出手段１３０で算出されたずれ量に基づき、正対姿勢において撮像された画像に相当する変換画像に変換する。すなわち、マイクロメータ１０の姿勢のずれにより、図２(b)や(c)のように撮像された画像を、図２(a)に示す正対姿勢において撮像された画像に相当する変換画像に変換する。

測定結果読取手段１５０は、画像変換手段１４０において得られた変換画像から測定結果を画像解析により読み取る。具体的な読み取り方法は任意である。

このように構成された測定データ収集装置１００によれば、測定工具にアナログ表示された測定結果の読み取りを撮像画像から行う場合に、測定工具が正対姿勢からずれた姿勢で撮像された場合にも、撮像画像を正対姿勢において撮像された画像に相当する変換画像に変換した上で読み取りを行うことで、読み取り誤差を抑えることが可能となる。

＜第２実施形態＞
図３に本発明の測定データ収集装置２００の機能ブロック図を示す。測定データ収集装置１００は、撮像部２１０、３次元センサ１２０、姿勢ずれ量算出手段２３０、画像変換手段２４０及び測定結果読取手段２５０を備える。

撮像部２１０は、測定結果がアナログ表示された測定工具であるマイクロメータ１０の画像を連続的に複数枚撮像する任意の撮像手段である。

姿勢ずれ量算出手段２３０は、予め正対姿勢が定義されたマイクロメータ１０の３次元モデルを、３次元センサ１２０により検出されたマイクロメータ１０に逐次フィッティングすることにより、マイクロメータ１０の姿勢の正対姿勢に対するずれ量を逐次算出する。その他の詳細は、姿勢ずれ量算出手段１３０と同様である。

画像変換手段２４０は、撮像部２１０において画像が撮像される毎に姿勢ずれ量算出手段２３０から取得したずれ量に基づき、当該画像を正対姿勢において撮像された画像に相当する変換画像に変換する。

測定結果読取手段２５０は、撮像部２１０において連続的に撮像された複数の画像それぞれの変換画像に基づき読取画像を生成して、読取画像から測定結果を読み取る。

測定結果読取手段２５０における、複数の変換画像に基づく読取画像の生成方法は任意である。例えば、次の方法で生成することができる。

前提として、マイクロメータ１０の３次元モデルに、測定結果の読取対象部分を特定する情報が含まれているものとする。例えば、図４(a)に示すように、全体のうちスリーブ目盛とシンブル目盛の部分（白抜き部分）を読取対象部分として特定する。また、マイクロメータ１０の場合には正対姿勢ではスリーブ基線１２ａ及びスリーブ目盛の位置は一定であるため、スリーブ基線１２ａ及びスリーブ目盛自体の情報は３次元モデル自体に含むこととし、読取対象部分としては、図４(b)に示すようにシンブル目盛の部分（白抜き部分）のみを特定してもよい。

測定結果読取手段２５０は、測定結果の読取対象部分を特定する情報をこのように含む３次元モデルを参照し、それぞれの変換画像について、読取対象部分に対応する領域を特定して当該領域に含まれる複数の目盛及びそれらの位置を検出する。なお、ここでいう目盛には目盛に付された数値を含む。

続いて、検出されたそれぞれの位置の目盛について、複数の変換画像における検出頻度をカウントして、所定の基準を満たす目盛を抽出する。所定の基準は、例えば単純に一定の頻度として決定してもよいし、その他の任意の基準であってあってもよい。

そして、このように抽出された目盛のそれぞれの位置は、３次元モデルの読取対象部分に対応する画像内の領域において特定されていることから、３次元モデルにおいて対応する位置に書き込むことで、目盛のずれや滲みの無い読取画像を生成することができる。

このように構成された測定データ収集装置２００によれば、個別の変換画像において目盛の位置がずれて見えるような場合や目盛が滲んで曖昧になっているような場合にも、複数の変換画像における検出頻度が高い位置の目盛を特定し、このように特定した目盛を書き込んだ３次元モデルの画像を読取画像とすることで、読み取り誤差をより抑えることが可能となる。
＜第３実施形態＞

測定データ収集装置１００及び２００は、各手段の機能をプログラムに記述してコンピュータに実行させることにより実現してもよい。実現方法は測定データ収集装置１００と測定データ収集装置２００とで同じであることから、以下、測定データ収集装置１００を例にとって説明する。

図５に、コンピュータ３００を用いた測定データ収集装置１００の構成例を示す。測定データ収集装置１００は、撮像部１１０、３次元センサ１２０及びコンピュータ３００を備える。

コンピュータ３００は、記憶部３０１、ＣＰＵ３０２及び表示部３０３を備える。

記憶部３０１は、任意の記憶手段であり、測定データ収集装置１００の各手段の機能が記述されたプログラムや、撮像部１１０及び３次元センサ１２０の制御プログラム等を記憶する。なお、記憶部３０１は必ずしもコンピュータ３００本体に備える必要はなく、有線通信又は無線通信により情報送受可能に接続された外部記憶機器やクラウドストレージにより代替しても構わない。

ＣＰＵ３０２は、記憶部３０１に記憶されたプログラムを実行し、撮像部１１０で撮像された画像及び３次元センサ１２０で検出された３次元形状データを用いて測定データ収集装置１００及び２００の各手段の機能や、撮像部１１０及び３次元センサ１２０の制御を実現する演算装置である。

表示部３０３は、任意の表示手段であり、ＣＰＵ３０２の制御に基づき、必要に応じて各種情報を表示する。

本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではない。各実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。すなわち、本発明において表現されている技術的思想の範囲内で適宜変更が可能であり、その様な変更や改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含む。

１０…マイクロメータ
１１…スピンドル
１２…スリーブ
１２ａ…スリーブ基線
１３…シンブル
１３ａ…端部
１００、２００…測定データ収集装置
１１０、２１０…撮像部
１２０…３次元センサ
１３０、２３０…姿勢ずれ量算出手段
１４０、２４０…画像変換手段
１５０、２５０…測定結果読取手段
３００…コンピュータ
３０１…記憶部
３０２…ＣＰＵ
３０３…表示部

Claims (4)

1. 測定結果がアナログ表示された測定工具の画像を撮像する撮像部と、
   前記測定工具の３次元形状を検出する３次元センサと、
   前記３次元センサの検出座標系において正対姿勢が特定された前記測定工具の３次元モデルを、前記３次元センサにより検出された前記測定工具にフィッティングすることにより、前記測定工具の前記３次元センサにより検出された姿勢の前記正対姿勢に対するずれ量を算出する姿勢ずれ量算出手段と、
   前記測定工具に姿勢のずれがある状態で撮像された前記画像を、前記姿勢ずれ量算出手段で算出された前記ずれ量に基づき、前記正対姿勢において撮像された画像に相当する変換画像に変換する画像変換手段と、
   前記変換画像から前記測定結果を読み取る測定結果読取手段と、
   を備える測定データ収集装置。
2. 前記撮像部は前記画像を連続的に撮像し、
   前記姿勢ずれ量算出手段は、前記３次元モデルを前記測定工具に逐次フィッティングして前記ずれ量を逐次算出し、
   前記画像変換手段は、前記画像が撮像される毎に前記姿勢ずれ量算出手段から取得した前記ずれ量に基づき当該画像を前記変換画像に変換し、
   前記測定結果読取手段は、連続的に撮像された複数の前記画像それぞれの前記変換画像に基づき読取画像を生成し、前記読取画像から前記測定結果を読み取る
   ことを特徴とする請求項１に記載の測定データ収集装置。
3. 前記３次元モデルは、前記測定工具における前記測定結果の読取対象部分を特定する情報を更に含み、
   前記測定結果読取手段は、前記３次元モデルを参照し、それぞれの前記変換画像について、前記読取対象部分に対応する領域を特定して当該領域に含まれる複数の目盛及びそれらの位置を検出し、検出されたそれぞれの位置の前記目盛について、前記複数の前記変換画像における検出頻度をカウントして、所定の基準を満たす前記目盛を、正対姿勢の前記３次元モデルにおいて対応する位置に書き込んで、書き込み後の前記３次元モデルの画像を前記読取画像とする
   ことを特徴とする請求項２に記載の測定データ収集装置。
4. コンピュータを請求項１から３のいずれか１項に記載の測定データ収集装置の各手段として機能させるためのプログラム。
   
   

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