JP2691681B2 - 光学式測定装置における画像処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光切断法を利用した光
学式測定装置における画像処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の光学式測定装置は、図１（ａ）
に示す如く、ワークＡにスリット光を照射するスリット
レーザ等から成る投光器１と、ワークＡの表面上のスリ
ット光の像たるワークＡの光切断像ｓを撮像するＣＣＤ
カメラ等から成る撮像器２とを、スリット光の光面に対
し撮像器２の光軸が斜交するような位置関係に配置して
構成されている。

【０００３】ワークＡが図１（ａ）に示す如く断面く字
形のものであれば、撮像器２の画面には、画面上の一方
の座標軸、例えばＸ軸方向の極大部を有するく字形の光
切断画像が現われる。

【０００４】この場合、極大部が角付けされていて極大
点が明瞭に識別できれば、この極大点を基準にしてワー
クの形状や位置を計測できるが、極大部が丸くなってい
ると極大点を一義的に決定することが困難になるため、
この場合は、極大部に対しＹ軸方向両側に位置する光切
断画像の部分を表わす線の方程式を算定して、画像のＹ
軸方向一側部分の線と他側部分の線との交点の位置を両
方程式から求め、この交点を極大点に代わるものとして
ワークの計測を行うことが考えられている。

【０００５】ところで、光切断画像はある幅を持った帯
線状の画像となり、上記の如くＹ軸方向一側と他側の画
像部分の線の方程式を算定する場合、この画像部分に複
数箇所のウインドを設定し、これらウインドの夫々にお
ける画像重心の位置を計測して、これら画像重心を通る
曲線又は直線の方程式を算定することになるが、光学式
測定装置に対するワークの位置が変化すると、光切断画
像の画面上の位置も変化するため、ウインドを画面上の
一定位置に設定したのでは、ウインドが光切断画像から
外れたり、又個々のワークで光切断画像に対するウイン
ドの設定位置がずれたりするため、光切断画像の変位に
応じてウインドの設定位置も変位させる必要がある。

【０００６】かかる要望に適合した画像処理方法とし
て、従来、特開平５−６７２００号公報に記載のものが
知られている。以下、光切断画像が画面の一方の座標軸
たるＸ軸方向の極大部を有する場合を例にして上記公報
に記載の画像処理方法を説明する。この方法では、光切
断画像の極大部に対するＹ軸方向一側部分と他側部分と
に夫々所定のウインドを設定する前に、先ず、光切断画
像のＸ軸方向の先端位置を計測し、この先端位置からＸ
軸方向に所定長さ後戻りした位置にＹ軸方向に長手の２
個のウインドを設定する。これによれば、極大部からＸ
軸方向に後戻りしつつＹ軸方向一側と他側とにのびる光
切断画像の所定部分に各ウインドがかかる。次に、両ウ
インド内の画像重心の位置を計測し、両重心に対し所定
の相関関係を持った点、例えば、両重心を結ぶ線分の中
点を基準点として求め、光切断画像のＹ軸方向一側部分
と他側部分とに基準点に対し所定の位置関係で夫々所定
のウインドを設定する。

【０００７】ここで基準点のＸ、Ｙ座標値は光切断画像
の画面上のＸ軸方向とＹ軸方向の変位をほぼ正確に表わ
すようになり、光切断画像が画面上で変位しても、光切
断画像のＹ軸方向一側部分と他側部分とに、上記基準点
を基準にして各所定のウインドをこれら画像部分に対し
一定の位置関係で設定できる。従って、これら各所定の
ウインド内の画像重心からＹ軸方向各側の画像線の方程
式を精度良く算定できるようになり、両方程式から求め
られる両画像線の交点を基準にしてワークの形状や位置
を精度良く計測できる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ワークＡが図１（ａ）
に示すような断面く字形のプレス成形品である場合、ワ
ークＡの稜線部分が金型で擦られて鏡面化し、撮像器の
画面に、図１（ｂ）に示す如く、Ｘ軸方向の極大部を有
するく字形の光切断画像Ｓに加えてワーク稜線部からの
反射光によるＸ軸方向にのびるハレーション画像Ｈが現
われることがある。

【０００９】上記従来の画像処理方法では、このような
ハレーション画像が現われた場合、光切断画像の極大部
のＹ軸方向両側部分に適切にウインドを設定できなくな
り、光切断画像の極大部の両側の画像線を正しく算定で
きなくなる。

【００１０】本発明は、以上の点に鑑み、ハレーション
画像が現われた場合でも光切断画像の極大部の両側の画
像線を正しく算定できるようにした画像処理方法を提供
することをその目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
本発明は、ワークにスリット光を照射する投光器と、ワ
ークに照射されたスリット光が描く光切断像を撮像する
撮像器とを備える光学式測定装置における画像処理方法
であって、撮像器の画面上の光切断画像が該画面の一方
の座標軸方向の極大部を有し、該極大部に対し画面の他
方の座標軸方向一側に位置する光切断画像の一側部分に
所定のウインドを複数箇所設定して、これら各ウインド
内の画像重心の位置から該一側部分を表わす画像線の方
程式を算定すると共に、極大部に対し前記他方の座標軸
方向他側に位置する光切断画像の他側部分に所定のウイ
ンドを複数箇所設定して、これら各ウインド内の画像重
心の位置から該他側部分を表わす画像線の方程式を算定
し、前記両方程式から一側部分の画像線と他側部分の画
像線との交点の位置を求めるものにおいて、撮像器の画
面上に現われる画像の前記一方の座標軸方向における先
端点の位置を計測し、該最先端点が含まれるように前記
一方の座標軸方向に長手の第１ウインドを設定して、該
第１ウインド内の画像重心の位置を計測し、該画像重心
から前記一方の座標軸方向に所定長さ後戻りした位置に
前記他方の座標軸方向に長手の第２と第３の２個のウイ
ンドを設定して、該両ウインド内の夫々の画像重心の位
置を計測し、第２と第３の両ウインド内の画像重心と所
定の相関関係を持った基準点を求めて、前記所定のウイ
ンドを夫々該基準点に対し所定の位置関係で設定する、
ことを特徴とする。

【００１２】

【作用】上記一方の座標軸をＸ軸、他方の座標軸をＹ軸
として本発明の作用を説明する。

【００１３】ハレーション画像が現われた場合、画像の
Ｘ軸方向における先端点は光切断画像の極大部ではなく
ハレーション画像の先端点になるが、ハレーション画像
は極大部からＸ軸方向両側にのびて両側部分の面積がほ
ぼ等しくなるから、本発明の如く第１ウインドを設定す
ると、該第１ウインド内の画像重心は光切断像の極大部
に合致することになる。従って、第１ウインド内の画像
重心からＸ軸方向に所定長さ後戻りした位置にＹ軸方向
に長手の第２と第３のウインドを設定すれば、極大部か
らＸ軸方向に後戻りしつつＹ軸方向一側と他側とにのび
る光切断画像の所定部分に第２と第３の各ウインドがか
かることになり、該両ウインド内の画像重心に対し所定
の位置関係にある基準点のＸ、Ｙ座標値は光切断画像の
画面上のＸ軸方向とＹ軸方向の変位をほぼ正確に表わ
す。

【００１４】そして、この基準点を基準にして画像線算
定用の各所定のウインドを設定することにより、光切断
画像のＹ軸方向一側部分の画像線の方程式と他側部分の
画像線の方程式とを正確に算定でき、両方程式から求め
られる両画像線の交点を基準にしてワークの形状や位置
を高精度で計測できる。

【００１５】尚、両画像線の方程式が正しく算定されて
いれば、両画像線の交点は上記した第１ウインド内の画
像重心の近傍に位置するはずであり、そのため交点の位
置と第１ウインド内の画像重心の位置とを比較して画像
処理の良否を判定することが望ましい。

【００１６】

【実施例】上記した図１（ａ）に示す光学式測定装置に
おける画像処理に本発明を適用した実施例について説明
する。撮像器２の画面には、図１（ｂ）に示すように、
Ｘ軸方向の極大部を有するく字形の光切断画像Ｓと、極
大部に交差してＸ軸方向にのびるハレーション画像Ｈと
が現われており、撮像器２の画像データを図示しない画
像処理装置に伝送して以下の如く画像処理を行う。

【００１７】先ず、画面に図２（ａ）に示す如く画面略
全域に亘る固定ウインドＷ０を設定し、該ウインドＷ０
内の画像のＸ軸方向における先端点（左端点）ａの位置
を計測する。この点ａはハレーション画像Ｈの先端点に
合致することになる。

【００１８】次に、点ａを基準にして、図２（ｂ）に示
す如く、該点ａが含まれるようにＸ軸方向に長手の第１
ウインドＷ１を設定し、該ウインドＷ１内の画像重心Ｇ
１の位置を計測する。この場合、第１ウインドＷ１内に
はハレーション画像Ｈが収まり、ここでハレーション画
像Ｈは極大部のＸ軸方向両側にのびてＸ軸方向一側部分
の面積と他側部分の面積とがほぼ等しくなるから、画像
重心Ｇ１は光切断画像Ｓの極大部にほぼ合致する。

【００１９】次に、該画像重心Ｇ１からＸ軸方向に所定
長さ後戻りした位置、即ち、所定長さ右方に離間した位
置に、図２（ｃ）に示す如く、Ｙ軸方向に長手の第２と
第３の上下１対のウインドＷ２、Ｗ３を設定する。そし
て、該両ウインドＷ２、Ｗ３内の夫々の画像重心Ｇ２、
Ｇ３の位置を計測し、該両画像重心Ｇ２、Ｇ３と所定の
相関関係を持った点、例えば、両画像重心Ｇ２、Ｇ３を
結ぶ線分の中点となる基準点Ｍの位置を求める。ここ
で、上記した第２と第３のウインドＷ２、Ｗ３は極大部
に対し所定の位置関係で設定されることになり、そのた
め極大部からＸ軸方向右方に後戻りしつつＹ軸方向上方
と下方とにのびる光切断画像の上側部分Ｓ１と下側部分
Ｓ２とに夫々一定の位置関係で第２と第３の各ウインド
Ｗ２、Ｗ３がかかる。従って、光学式測定装置とワーク
Ａとの相対位置関係の変化で光切断画像Ｓが画面上でＸ
軸方向やＹ軸方向に変位しても、前記両ウインドＷ２、
Ｗ３内の画像重心Ｇ２、Ｇ３と所定の相関関係を持つ基
準点Ｍと光切断画像との相対位置関係は一定に維持され
る。

【００２０】次に、基準点Ｍを基準にして、図２（ｄ）
に示す如く、光切断画像Ｓの上側部分Ｓ１と下側部分Ｓ
２とに夫々第４、第５ウインドＷ４、Ｗ５と第６、第７
ウインドＷ６、Ｗ７とを設定する。具体的には、各ウイ
ンドＷｎ（ｎ＝４〜７）の例えば左上コーナの基準点Ｍ
に対するＸ軸方向距離とＹ軸方向距離、及び各ウインド
ＷｎのＸ軸方向とＹ軸方向の長さとを予め定めておき、
基準点Ｍを基準にしてこれら設定値に従って各ウインド
Ｗｎを設定する。このようにして各ウインドＷｎを設定
すれば、光切断画像Ｓが画面上で変位しても、光切断画
像Ｓの上側部分Ｓ１と下側部分Ｓ２とに一定の相関関係
を保って正確に各ウインドＷｎがかかる。

【００２１】次に、第４と第５の両ウインドＷ４、Ｗ５
内の夫々の画像重心Ｇ４、Ｇ５の位置を計測して、両画
像重心Ｇ４、Ｇ５を通る上側部分Ｓ１の画像線Ｌ１の方
程式を算定すると共に、第６と第７の両ウインドＷ６、
Ｗ７内の夫々の画像重心Ｇ６、Ｇ７の位置を計測して、
両画像重心Ｇ６、Ｇ７を通る下側部分Ｓ２の画像線Ｌ２
の方程式を算定し、両方程式から両画像線Ｌ１、Ｌ２の
交点Ｑの位置を求める。

【００２２】この場合、両画像線Ｌ１、Ｌ２の方程式が
正しく算定されていれば、交点Ｑは第１ウインドＷ１内
の画像重心Ｇ１の近傍に位置することになり、そこで重
心Ｇ１を基準に設定した所定範囲内に交点Ｑが入ってい
るか否かを判別し、入っていなければ画像処理が不良と
判断して、その旨を表示する。

【００２３】最後に、交点Ｑの画面上の座標値から光切
断の解析原理に従ってスリット光面上における交点Ｑの
座標値を算定し、更に、撮像器２のレンズ系の歪曲や投
光器１と撮像器２の相対位置関係のずれ等による誤差を
補正するため、光学式測定装置のキャリブレーション作
業によって予め求められる補正式に従ってスリット光面
上の交点Ｑの座標値を補正し、ワークＡの形状や位置を
計測する。

【００２４】尚、ワークＡがスリット光の光軸方向に変
位すると、光切断画像Ｓが画面上でＸ軸方向に変位する
と共に画像Ｓの拡大率が変化するようになり、画像Ｓの
拡大率に応じて上記第４〜第７ウインドＷ４〜Ｗ７の位
置及び大きさを変更して、画像Ｓが拡大縮小されても画
像Ｓの所定部位にウインドが設定されるようにすること
が望まれる。ここで、拡大率をＫ、撮像器２とスリット
光面に対する撮像器２の光軸の交点との間の距離をＤ、
スリット光面に対する撮像器２の光軸角度をθ、画像Ｓ
の基準位置に対するＸ軸変位量をｄＸとすると、次式 Ｋ＝１＋（ｄＸ／Ｄ）ｃｏｔθ が成立する。従って、上記した第１ウインドＷ１内の画
像重心Ｇ１の位置から光切断画像ＳのＸ軸変位量ｄＸを
求めて、上式から拡大率Ｋを算定し、各ウインドＷｎ
（ｎ＝４〜７）の基準点Ｍに対するＹ軸距離を設定値に
Ｋを乗算した値とし、更に各ウインドＷｎの大きさも拡
大率Ｋに応じて変えれば、拡大率が変化しても光切断画
像Ｓの所定部位にウインドＷｎを設定できるようにな
る。

【００２５】また、光切断画像Ｓが湾曲しているとき
は、湾曲部に３個のウインドを設定して、これら３個の
ウインド内の画像重心を通る円として画像線の方程式を
算定し、或いはマスタワーク等を用いて湾曲部の曲率半
径を予め計測しておき、湾曲部に設定した２個のウイン
ド内の画像重心を通る上記曲率半径の円として画像線の
方程式を算定する。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、画面にハレーション画像が現われても、光切
断画像の両側部分に所定の位置関係で正確にウインドを
設定して、光切断画像の両側部分の画像線の方程式を精
度良く算定でき、両画像線の交点を基準にしたワークの
計測を高精度で行い得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 （ａ）光学式測定装置とワークとの関係を
示す斜視図、（ｂ）撮像器の画面を示す図

【図２】 本発明による画像処理手順の一例を示す図

【符号の説明】

１ 投光器 ２ 撮像器 Ａ ワーク Ｓ 光切断画像 Ｗ１ 第１ウインド Ｗ２ 第２ウインド Ｗ３ 第３ウインド Ｗ４〜Ｗ７ 第４〜第７ウインド（所定のウインド） Ｇ１〜Ｇ７ 画像重心 Ｌ１、Ｌ２ 画像線 Ｑ 交点

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワークにスリット光を照射する投光器
   と、ワークに照射されたスリット光が描く光切断像を撮
   像する撮像器とを備える光学式測定装置における画像処
   理方法であって、撮像器の画面上の光切断画像が該画面
   の一方の座標軸方向の極大部を有し、該極大部に対し画
   面の他方の座標軸方向一側に位置する光切断画像の一側
   部分に所定のウインドを複数箇所設定して、これら各ウ
   インド内の画像重心の位置から該一側部分を表わす画像
   線の方程式を算定すると共に、極大部に対し前記他方の
   座標軸方向他側に位置する光切断画像の他側部分に所定
   のウインドを複数箇所設定して、これら各ウインド内の
   画像重心の位置から該他側部分を表わす画像線の方程式
   を算定し、前記両方程式から一側部分の画像線と他側部
   分の画像線との交点の位置を求めるものにおいて、撮像
   器の画面上に現われる画像の前記一方の座標軸方向にお
   ける先端点の位置を計測し、該最先端点が含まれるよう
   に前記一方の座標軸方向に長手の第１ウインドを設定し
   て、該第１ウインド内の画像重心の位置を計測し、該画
   像重心から前記一方の座標軸方向に所定長さ後戻りした
   位置に前記他方の座標軸方向に長手の第２と第３の２個
   のウインドを設定して、該両ウインド内の夫々の画像重
   心の位置を計測し、第２と第３の両ウインド内の画像重
   心と所定の相関関係を持った基準点を求めて、前記所定
   のウインドを夫々該基準点に対し所定の位置関係で設定
   する、ことを特徴とする光学式測定装置における画像処
   理方法。
2. 【請求項２】 前記交点の位置と前記第１ウインド内の
   画像重心の位置とを比較して画像処理の良否を判定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の光学式測定装置にお
   ける画像処理方法。