JP2691683B2 - 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Ｓ字
状のものであれば、撮像器２の画面には、画面上の一方
の座標軸、例えばＸ軸方向の極大部と極小部とを有する
Ｓ字状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Ｓ字状のものである場合、画面には、
図１（ｂ）に示す如く、Ｘ軸方向の極大部と極小部とを
有するＳ字状の光切断画像Ｓが現われると共に、ワーク
Ａの谷側の交差面に写る光切断像Ｓの反射像ｒによる反
射画像Ｒが現われ、更に、ワークＡがプレス成形品であ
る場合には、ワークＡの稜線部分が金型で擦られて鏡面
化し、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
ハレーション画像や反射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
できなくなったり、ウインド内の画像重心として反射画
像の重心を検出することがあり、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
画像や反射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と極小部とを有し、該極大部から
該一方の座標軸方向に後戻りしつつ画面の他方の座標軸
方向一側にのび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、極大部から前記一方の座標軸方向に後戻りし
つつ前記他方の座標軸方向他側にのびる光切断画像の他
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各独立した画像から所
定面積以上の画像を選択して、選択した各画像の前記一
方の座標軸方向における先端点の位置を計測し、これら
先端点のうち前記一方の座標軸方向最先端に位置する点
を最先端点として、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し、該各所定の
ウインドにおいて、ウインド内の画像から所定面積以上
の画像を選択し、選択した画像のうち重心が前記一方の
座標軸方向最先端に位置するものの重心を該各所定のウ
インド内の画像重心として前記方程式を算定する、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】画面に反射画像が現われた場合、光切断画
像よりも反射画像の面積の方が大きくなることがあり、
画面にノイズ等に起因して現われる微小画像を除去する
ために、面積最大の画像を選択して画像処理を行うと、
反射画像が選択されて誤った画像処理が行われてしま
う。

【００１４】ところで、ワークの谷側交差面に写る反射
像のうちスリット光面に対し撮像器と反対側に位置する
ものは反射角の関係で撮像器に撮像されることはなく、
反射画像は光切断画像に対しＸ軸方向に後戻りした位置
に現われる。従って、ノイズ画像を除去するために所定
面積以上の画像を選択して、選択した各画像のＸ軸方向
における先端点の位置を計測すると、これら先端点のう
ちＸ軸方向最先端に位置する最先端点は光切断画像の極
大部に交差してＸ軸方向にのびるハレーション画像の先
端に合致することになる。

【００１５】ここで、ハレーション画像は極大部のＸ軸
方向両側にのびて両側部分の面積はほぼ等しくなり、従
って第１ウインド内の画像重心は光切断画像の極大部に
ほぼ合致する。

【００１６】かくて、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２
個のウインドを設定すれば、極大部から後戻りしつつ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該
各ウインドがかかることになり、該両ウインド内の画像
重心に対し所定の相関関係を持つ基準点の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。

【００１７】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れば、光切断画像の一
側部分と他側部分とに一定の相関関係を保って正確に各
ウインドがかかる。

【００１８】この場合、該各ウインド内に光切断画像に
加えて反射画像が夫々独立した画像として入ることがあ
るがウインド内の所定面積以上の画像、即ち、ノイズ画
像以外の画像のうち重心がＸ軸方向最先端に位置する画
像は光切断画像となる。従って、本発明によればウイン
ド内の画像から光切断画像を選択してその画像重心を正
確に計測できる。

【００１９】かくて、ハレーション画像や反射画像が現
われても、光切断画像のＹ軸方向両側部分の画像線の方
程式を正確に算定でき、両画像線の交点を基準にしてワ
ークの計測を高精度で行い得られる。

【００２０】尚、光切断画像のＹ軸方向両側の画像線の
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、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、画像処理の良否判定を行うことが望ましい。

【００２１】

【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軸方向の極大部と極小部とを有するＳ字状の光切断画
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、光切断画像Ｓに対しＸ軸方向に後戻りした
位置、即ち、右方位置に上下２個の反射画像Ｒと、複数
の微小なノイズ画像Ｎ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。

【００２２】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
内の各独立した画像のうちノイズ画像Ｎの画積より大き
く設定した所定面積以上の画像を選択する。この場合、
選択される画像は光切断画像Ｓとハレーション画像Ｈと
の合体画像と２個の反射画像Ｒになる。次に、これら各
画像のＸ軸方向における先端点ａ１、ａ２、ａ３の位置
を計測し、これら先端点のうちＸ軸方向最先端に位置す
るものを最先端点ａとして決定する。ここで、反射画像
Ｒは光切断画像ＳのＸ軸方向右側にしか現われないた
め、この最先端点ａはハレーション画像Ｈの先端点に合
致する。

【００２３】次に、最先端点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Ｇ１の位置を計測する。該ウインドＷ１にはハ
レーション画像Ｈが収まり、ここで光切断画像Ｓの極大
部に関しハレーション画像ＨはＸ軸方向に略対称になる
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。

【００２４】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、Ｗ
３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。

【００２５】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Ｗ
ｎ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。

【００２６】この場合、ウインドＷｎ内に反射画像Ｒや
ノイズ画像Ｎが入ることがあり、計測対象とすべき光切
断画像Ｓとは異なる画像の重心を光切断画像Ｓの画像重
心として誤って計測することがないように、以下の如く
して各ウインドＷｎ内の画像重心を計測する。先ず、各
ウインドＷｎ内の各独立した画像のうち所定面積以上の
画像を選択する。この所定面積は、ウインドＷｎ内の光
切断画像Ｓの面積の平均値の１／２、好ましくは２／３
に設定されるもので、ウインドＷｎ内に入っているノイ
ズ画像Ｎは確実に除去される。然し、この段階では第
６、第７ウインドＷ６、Ｗ７において光切断画像Ｓと共
に反射画像Ｒが選択されて残ることがある。そこで、光
切断画像Ｓの方が反射画像ＲよりもＸ軸方向先方（左
方）に位置するという特性を利用し、選択された画像の
うちＸ軸方向最先端に位置する画像を光切断画像Ｓであ
ると判断し、その画像重心Ｇｎの位置を計測する。尚、
選択された各画像の重心位置を夫々計測し、これら重心
のうちＸ軸方向最先端に位置するものを光切断画像の画
像重心Ｇｎとしても良く、要は、選択された画像のうち
重心がＸ軸方向最先端に位置する画像の重心位置を各ウ
インドＷｎの画像重心Ｇｎの位置として計測できれば良
い。

【００２７】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を通る、光切断画像Ｓの
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を通る、光切断画像Ｓの下側部分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。

【００２８】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は上記した第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、
そこで該重心Ｇ１を基準に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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】

【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や反射画像が現われ
ても、光切断画像の両側部分に所定の位置関係で正確に
各ウインドを設定して、各ウインド内の光切断画像の画
像重心を誤りなく計測できるようになり、光切断画像の
両側部分の画像線の算定精度を維持できて、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 Ｈ ハレーション画像 Ｒ
反射画像 Ｗ１ 第１ウインド Ｗ２ 第２ウインド Ｗ３
第３ウインド Ｍ 基準点 Ｗ４〜Ｗ７ 第４〜第７ウインド
（所定のウインド） Ｗ１〜Ｗ７ 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と極小部とを有し、該極大
   部から該一方の座標軸方向に後戻りしつつ画面の他方の
   座標軸方向一側にのび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、極大部から前記一方の座標軸方向に後
   戻りしつつ前記他方の座標軸方向他側にのびる光切断画
   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各独立した画
   像から所定面積以上の画像を選択して、選択した各画像
   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、これら先端点のうち前記一方の座標軸方向最先端に
   位置する点を最先端点として、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
   定し、該各所定のウインドにおいて、ウインド内の画像
   から所定面積以上の画像を選択し、選択した画像のうち
   重心が前記一方の座標軸方向最先端に位置するものの重
   心を該各所定のウインド内の画像重心として前記方程式
   を算定する、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。