JP2859946B2

JP2859946B2 - 非接触型測定装置

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Publication number: JP2859946B2
Application number: JP27432490A
Authority: JP
Inventors: 隆志和田
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1990-10-12
Filing date: 1990-10-12
Publication date: 1999-02-24
Anticipated expiration: 2014-02-24
Also published as: JPH04148814A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は被検査物表面までの距離と傾き（以下姿勢と
記す）を非接触で測定する非接触型測定装置に関する。

［従来の技術］従来より、光沢を有する被検査物表面の傾きを非接触
で測定する装置が周知である。この従来装置は、内部に
レーザ光源と、受光素子としてのフォトダイオードアレ
イとが所定の位置関係をもって配置されたプローブを有
し、レーザ光源から照射されるビーム光を被検査物表面
の所定位置に照射し（以下、照射されたビーム光のポイ
ントを測定点と記す）、その正反射ビーム光をフォトダ
イオードアレイで受光している。

このとき、被検査物表面に角度θの方から入射される
ビーム光は、正反射方向に反射されるが、被検査物表面
が角度δだけ傾いたとすると、正反射ビーム光は（θ＋
２δ）の角度方向へ反射される。従って、正反射方向の
所定位置に置かれたフォトダイオードアレイに入射する
ビーム光の位置から、この被検査物表面の傾きδを検出
することができる。

しかし、この従来装置は、所定の測定点を支点に被検
査物表面が傾くことを前提にし、その傾き測定を行うも
のである。このため、プローブから測定点までの距離の
変化がある場合、すなわち変位を伴うような場合には、
傾きの検出ができないという問題があった。

また、被検査物表面までの距離のみを非接触で測定す
る測定装置も知られており、このような測定装置として
は、周知の三角測量の原理を利用した光学式距離センサ
等があり、現在実用化されている。

しかし、この従来装置では、被検査物表面の傾きに対
する影響を排除する構成としなければ、プローブと被検
査物表面との距離を正確に測定することができないとい
う問題があった。

また、光沢を有する被検査物表面の表面性状、例えば
平滑性や光沢等を光学的に測定する場合には、被検査物
表面と測定装置との間の距離および両者の相対的な傾き
等を正確に測定し、前記距離および傾きが所定の基準値
となるよう両者の位置関係を正確に測定し制御してやる
ことが重要な条件となる。

しかし、前述した従来技術では、被検査物表面の傾き
か、あるいは距離のどちらか一方しか検出できず、特に
傾き測定については制約が激しく実用化が困難であっ
た。従って、被検査物の表面性状を光学的に測定する場
合には、接触型の姿勢制御装置を用いて位置決めを行わ
ざるを得ず、その結果、例えば塗装直後の表面性状の測
定等を行うことができないという問題があった。

［発明が解決しようとする課題］本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、被検査物表面の姿勢、すなわち
傾きおよび距離の双方を同時に正確に非接触で測定する
ことができる非接触型測定装置を得ることにある。

また、本発明の他の目的は、被検査物の表面性状を非
接触で光学的に正確に測定することができる非接触型測
定装置を得ることにある。

［問題点を解決するための手段］第１図には、本発明の非接触型測定装置の基本構成が
示されている。

本発明の装置は、少なくとも２個以上のマークを配し
た姿勢検出用マークパターン光を被検査物の表面14に向
け投影するパターン投影手段12と、前記パターン投影手段12と所定の位置関係を持つよう
配置され、被検査物の表面14で反射されたマークパター
ン光を２次元情報として撮像する撮像手段16と、撮像されたマークパターン光に含まれる各マークの２
次元座標に基づき、前記被検査物の表面14に対する角度
及び距離を姿勢情報として演算する姿勢演算手段22と、を含むことを特徴とする。

上記構成において、パターン投影手段12と撮像手段16
は、所定の位置関係を保ったまま一体として取り扱われ
る姿勢検知手段10として形成することが好ましい。

また、前記撮像手段16は、被検査物の表面14で反射さ
れたマークパターン光を集光する結像手段18と、結像さ
れたパターン光を二次元のマトリクス情報として撮像す
る二次元光電変換手段20とを含むよう構成することが好
ましい。

また、前記マークパターン光中に含まれるマークは、
例えば光点ばかりでなく必要に応じて暗点を用い形成し
てもよい。

発明の原理次に、本発明の作用を説明するに先立って、本発明の
原理を簡単に説明する。

本発明者は、光沢を有する被検査物表面14の傾きある
いは距離を非接触で測定する従来の測定技術について検
討した。この結果、従来は、被検査物表面14の傾きか距
離のどちらか一方しか測定できず、傾きと距離を同時に
かつ分離して測定することはできなかった。

この原因を検討したところ、従来の測定技術では、光
源あるいは光点を１つしか用いていないため、被検査物
表面14の傾き情報と距離情報の双方を抽出できないこと
を見出だした。

さらに、傾きと距離の計測には、傾き成分と距離成分
の２つの成分を含んだ情報が必要であるにもかかわら
ず、従来の測定技術では、どちらか一方の成分を抽出す
るために他方の成分を犠牲にしたり、あるいは一方の成
分の影響を受けないような構成にしたり、また影響を受
けないような場合には両方の成分を分離できない構成に
なっていることが前記課題を解決できない主な原因であ
ることに思いたった。

そこで、本発明者らは、少なくとも２個以上のマーク
を配した姿勢検出用マークパターン光を考え、これをパ
ターン投影手段12から被検査物表面14へ向け投影した。

さらに、この被検査物表面14を、鏡と見たて、パター
ン投影手段12から投影されたマークパターン光が被検査
物表面14を介して撮像手段16上に結像した状態で撮像す
れば、間に介した被検査物表面14の姿勢に応じて、撮像
した各マークの結像位置が変化すると考えた。すなわ
ち、傾きと距離という２つの成分を含む姿勢計測には、
これら２つの成分を決定しなければならない。これらの
成分を抽出するための情報としては、独立した多点の情
報が必要であり、かつ被検査物表面14の姿勢を反映する
情報でなければならない。このため、基準となる前記マ
ークパターンに焦点を合せることで、これらの情報を得
ることができるという結論に達した。

次に、第２図，第３図に基づき、本発明の測定原理を
さらに詳細に説明する。

第２図は、マークパターン光内にマークを１つ与えた
場合について示したものである。同図において44aはパ
ターン投影手段12上におけるマークパターン投影面であ
り、54aは二次元光電変換手段20上におけるマークパタ
ーン受光面を表している。

まず最初に、第２図（ａ）に示すように被検査物表面
14が計測の基準位置にある場合について考えると、マー
クパターン投影面44a内におけるマークの座標点P₁は、
被検査物表面14を介しマークパターン受光面54a上の座
標点P₁′に達する。

ところが、被検査物表面14が測定の基準位置にない場
合でも、第２図（ｂ），（ｃ）に示すような空間的位置
関係にある場合には、マークP₁は同図（ａ）と同様にマ
ークパターン受光面54a上のP₁′で示される座標点に達
してしまう。これでは、第２図（ａ）に示す場合と、第
２図（ｂ），（ｃ）に示す場合とを区別できず、被検査
物表面14の傾きと距離を正確に測定することはできな
い。

これに対し、第３図には、マークパターン受光面44a
上に２つのマークP₁，P₂を与えた本発明の測定原理が示
されている。ここで、P₁は第２図に示すP1と示す同じ座
標位置にあり、P₂はこれと異なる座標位置に配置されて
いる。さらに、第３図（ａ），（ｂ），（ｃ）における
被検査物表面14の位置は第２図（ａ），（ｂ），（ｃ）
における被検査物表面14の位置とそれぞれ対応してい
る。

第３図（ａ）に示すよう、被検査物表面14が測定の基
準位置にある場合、マークパターン44a上のマークP1とP
2は、それぞれマークパターン受光面54aの座標点P₁′，
P₂′に達する。

そして、第３図（ｂ），（ｃ）に示すよう、被検査物
表面14が測定の基準位置にない場合、マークP₁は同様に
マークパターン受光面54aの座標P₁′に達する。しか
し、マークP₂は幾何学的考察により、第３図（ｂ）では
座標点P_2b′（≠P₂′）に達し、第３図（ｃ）では座標
点P_2c′（≠P₂′，P_2b′）に達することになる。

これは、被検査物表面14の位置関係が異なると、それ
に対応してマークパターン受光面54a上に結像する２個
のマークの座標点が異なることを意味している。つま
り、二次元光電変換手段20の受光面54aで受光されるマ
ークパターンが異なるものになることを示している。も
ちろん、マークパターン光に含まれるマークの数は、も
っと多くてもかまわないが、個々のマークを区別して認
識できることが必要である。また、マークの数を多くす
ることによって、測定精度を高めることも可能である。

以上のことから、撮像したマークパターン光のマーク
の結像位置の変化を基に、撮像されたマークパターン光
を解析すれば、姿勢検知手段10と被検査物表面14との相
対的な姿勢、すなわち傾きと距離を非接触で同時に測定
できることが理解されよう。

次に、被検査物表面14の表面性状を光学的に測定する
場合について検討する。この場合には、通常、第３図
（ａ）に示すように被検査物表面14を測定基準位置にお
いて測定の結像条件を設定するため、この位置関係が測
定値に重大な影響を与える。このため、表面性状の測定
を行うに当っては、従来接触式の位置決めに頼ってい
た。これに対し、本発明では前述したように、所定の姿
勢検出用マークパターン光により、被検査物表面14の傾
きと距離からなる姿勢を非接触で測定できることから、
これを利用すれば従来困難とされていた非接触位置決め
を正確に行うことが可能となる。

そして、このようにして非接触位置決めされた被検査
物表面14に対し、所定の表面性状検出パターン光を投影
すると、検査物表面14により反射・変調さたパターン光
には被検査物表面14の物理情報が含まれる。このため、
この反射パターンを解析処理することにより種々の表面
性状を非接触で測定することが可能となる。

このように、本発明によれば、光沢を有する被検査物
表面14の姿勢を非接触で正確に測定することができ、し
かも検出された姿勢に基づき被検査物表面14を所定の基
準位置に姿勢制御し、その表面性状をも良好に非接触測
定可能であることが理解されよう。

［作用］次に本発明の作用を説明する。

本発明の装置を用いて、姿勢検出を行う場合には、ま
ずパターン撮像手段12から被検査物表面14へ向け姿勢検
出用マークパターン光を投影する。

そして、このマークパターン光は、被検査物表面14で
正反射され撮像手段16により受光される。このとき、結
像手段12により、パターン投影手段12の投影面44aに焦
点が合うように設定されているため、投影されたマーク
パターン光は二次元光電変換手段20上に結像することに
なる。

本発明において、前記マークパターン光内には、少な
くとも２個以上のマークが配置されており、これら各マ
ークは、被検査物表面14の姿勢に応じて異なる位置で受
光される。従って、二次元光電変換手段20で受光された
各マークの二次元座標情報に基づき、姿勢演算手段22
は、姿勢検知手段10と被検査物表面14との距離およびそ
の相対的な傾きを演算することができる。

このように本発明によれば、マークパターン内の所定
の位置に配置された複数のマークを、被検査物表面14を
介して撮像することで、被検査物表面14の姿勢に応じて
撮像される各マークの二次元座標位置が変化する。この
ときマークが１つの場合には被検査物表面14の姿勢、す
なわち傾きおよび距離の双方を検出することはでできな
いが、前記マークを少なくとも２つ以上与えることによ
って、初めて被検査物表面14の姿勢、すなわち傾きおよ
び距離の双方を非接触で同時にかつ正確に検出すること
が可能となる。

［発明の効果］以上説明したように本発明によれば、光沢を有する被
検査物表面の姿勢、すなわち距離および角度を非接触で
同時かつ正確に検出することが可能となる。

［他の発明の説明］［第２の発明の説明］第２の発明の非接触型測定装置（請求項（２）記載）
においては、検出された姿勢に基づき姿勢検出手段10と
被検査物表面14との相対的な姿勢が所定の基準位置とな
るよう、両者の位置を相対制御する姿勢制御手段を含む
ことを特徴とする。

これにより、第２の発明によれば、測定された被検査
物表面の姿勢に基づき、測定装置と被検査物との相対的
な位置を非接触で基準位置に姿勢制御することが可能と
なる。

［第３の発明の説明］第３の発明の非接触型測定装置（請求項（３）記載）
においては、基準位置に姿勢制御された被検査物表面14
に対し、パターン投影手段12から所定の表面性状検出パ
ターン光を投影し、その正反射光を撮像手段16を用いて
２次元及び光学情報として撮像する。そして、撮像され
た表面性状検出パターン光の光学的変調に基づき、被検
査物表面14の表面性状を測定する。

このようにして、第３の発明によれば、所定の基準位
置に位置決め制御された被検査物表面の表面性状を非破
壊，非接触で光学的に測定することが可能となる。

特に、従来の接触式位置決め制御手段を用いた場合に
は実現不可能であった分野、例えばFA（ファクトリ／フ
レキシブルオートメーション）の分野においても、被
検査物表面の表面性状を光学的に測定することが可能と
なるという効果がある。

［実施例］次に本発明の好適な実施例を、塗装を施された被検査
物表面（以下塗面と記す）の表面性状、特に塗面の平滑
性（うねりやゆず肌等）を測定する場合を例にとり説明
する。

第４図には、本実施例の非接触型測定装置の好適な一
例が示されている。実施例の測定装置は、塗装が終了し
ラインコンベア30上を次々と搬送されてくる被検査物32
の塗面32aの表面性状を測定するものであり、ラインコ
ンベア30の上方に配置された非接触プローブ40と、この
プローブ40に接続された姿勢演算回路60及び表面性状判
別回路70とを含む。

前記非接触プローブ40は、支持筐体42と、パターン投
影装置44と、撮像装置としてTVカメラ46とを含む。支持
筐体42は、下端を開口した筒状に形成され、その内部に
パターン投影装置44とTVカメラ46とが所定の位置関係を
保つように取付け固定されている。

前記パターン投影装置44は、第６図（Ａ）に示す姿勢
検出用マークパターン光100と、同図（Ｂ）に示す表面
性状測定用マークパターン光200とを選択的に投影可能
に形成されている。

そして、パターン投影装置44から投影された所定のパ
ターン光は、支持筐体42の側面に設けられたミラー48を
介し被検査物32の塗面32aへ向け投影される。そして、
このパターン光は、塗面32aで正反射され、プローブ側
面に設けられたミラー50を介しTVカメラ46により撮像さ
れる。

前記姿勢演算回路60は、前記非接触プローブ40を用
い、プローブ40と塗面32aとの距離およびその傾き角を
検出するよう形成されている。

すなわち、姿勢演算回路60は、第６図（Ａ）に示す姿
勢検出用マークパターンの投影を支持する第１の支持信
号S1をパターン投影装置44へ向け出力する。これによ
り、パターン投影装置44からは、第６図（Ａ）に示すマ
ークパターン光100が投影され、これが塗面32aで正反射
された後、撮像装置46で撮像される。撮像装置46は、こ
のときの映像信号S2を姿勢演算回路60へ向け出力する。

姿勢演算回路60は、この映像信号S2を画像処理し、モ
ニタディスプレイ60上に表示する。さらに、この映像信
号を解析処理することにより、プローブ40と塗面32aと
の間の距離および両者の相対的な傾きを演算し、これを
モニタディスプレイ62上に表示すると共に、これを姿勢
情報S3として姿勢制御装置64へ向け出力する。

姿勢制御装置64は、非接触プローブ40の姿勢を６軸制
御するアクチュエータ66と、このアクチュエータ66を制
御するアクチュエータコントローラ68とから構成されて
いる。そして、姿勢演算回路60で検出された姿勢情報S3
に基づき、塗面32aに対し非接触プローブ40が所定の基
準位置となるようその姿勢制御を行う。

また、前記表面性状判別回路70は、塗面32aの表面性
状を測定するよう形成されている。すなわち、塗面32a
に対し非接触プローブ40が基準位置に姿勢制御される
と、この表面性状判別回路70は、第６図（Ｂ）で示す表
面性状検出パターン光200の投影を指示する第２の制御
指令S4をパターン投影装置44へ向け出力する。これによ
り、パターン投影装置44は、このパターン光200を塗面3
2aへ向け投影し、その正反射光はTVカメラ46により撮像
され、表面性状判別回路70へ向け映像信号S2として出力
される。表面性状判別回路70は、このように映像信号S2
として入力される検出パターン光の光学的変調に基づ
き、塗面32aの性状の判別を行い、その判別結果をモニ
ターディスプレイ62上に表示する。

第５図には、プローブ40内に格納されたパターン投影
装置44とTVカメラ46とを、ミラー48,50により面対称方
向へ展開した状態が示されている。これは、光学的には
第４図に示すプローブ40と全く同じ動作を行うものであ
る。

この空間上において、XYZ3軸直交座標系（原点を０と
する）を考えると、パターン投影装置44は、原点０から
距離l₁で、入射角θ（Ｚ軸とl₁とのなす角）の位置に設
置されている。また、TVカメラ46は、原点０から距離l₂
で、反射角θ（Ｚ軸とl₂とのなす角）の位置に設置され
ている。実施例では、この入反射角θは、45°に設定さ
れている。

また、前述したように、このパターン投影装置44は、
姿勢演算回路60,表面性状判別回路70からの指令S1,S4に
従って、第６図に示されるような姿勢検出用マークパタ
ーン光100と、表面性状検出パターン光200とを選択的に
指示することができる。

本発明において、前記姿勢検出用マークパターン光10
0には少なくとも２つ以上のマーク110が与えられる。本
実施例では、第６図（Ａ）に示すようマークパターンを
４分割し、各分割領域の中央に正方形状した光点をマー
ク110として配置している。また、これらマーク110以外
の領域は、暗い領域として形成されている。

また、前記表面性状検出パターン光200は、第６図
（Ｂ）に示すよう、白黒等間隔の縞状の格子パターン
（本実施例では3mmピッチとした）のものとして形成さ
れている。

そして、これらパターン投影装置44から、これら各パ
ターン光が塗面32aへ向け投影されると、その正反射像
がTVカメラ46で撮像されることになる。

実施例のTVカメラ46は、主点52aを有する結像レンズ5
2によりパターン投影装置44の表示面44aに焦点が合うよ
うに設計されている。さらに、この主点52aから二次元
光電変換素子54の受光面54aまでの距離は、l₃に設定さ
れている。これにより、パターン投影装置44の表示面44
aに示された各パターン光は、塗面32aで正反射され、結
像レンズ52を介し二次元光電変換素子54上に結像される
ことになる。

そして、この二次元光電変換素子54により撮像された
画像データは、各パターン光の二次元データとして姿勢
判別回路60,表面性状判別回路70へ向け出力される。

第７図には、前記姿勢演算回路60および表面性状判別
回路70として機能するよう構成されたコンピュータ80の
具体例な回路構成が示されている。

このコンピュータ80は、周知のCPU82,ROM84,RAM86お
よびフレームメモリ88を中心とし、これら各部と入出力
回路92,A/D変換部（以下画像入力回路と呼ぶ）94、D/A
変換部（以下画像出力回路と呼ぶ）96とがバス90により
相互に接続され、画像処理回路および論理演算回路とし
て機能するよう構成されている。

これにおいて、前記入出力回路92には、前記パターン
投影装置44およびアクチュエータコントローラ86がそれ
ぞれ接続されている。

また、画像入力回路94には、前記TVカメラ46が接続さ
れ、また画像出力回路96にはモニターディスプレイ62が
接続されている。

本実施例は以上の構成からなり、次にこの装置を用い
て、塗面32aの平滑性を非接触測定する場合の動作を説
明する。なお、TVカメラ46から出力される画像データ
は、画像入力回路92によりデジタル信号にたえず変換さ
れ、常に最新のTVカメラ１画面分の情報がフレームメモ
リ88に保存，更新されている。

第８図には、本実施例の平滑性測定動作の一例が示さ
れている。

まず、パターン投影装置44は、姿勢演算回路60からの
指令S1に基づき、第６図（Ａ）に示す姿勢賢作用マーク
パターン光100をラインコンベア30へ向け投影する。こ
のときTVカメラ46は、塗装工程を終了した検査部品32が
次々と搬送されてくるラインコンベア30の撮像動作を行
っている（ステップ10）。

そして、コンピュータ80は、フレームメモリ88内に順
次更新記憶される画像データに基づき、前記マークパタ
ーン光100が撮像可能となっているかどうかを解析し、
ラインコンベア30を介して搬送されてくる部品検査の準
備をする（ステップ20）。

このとき、ラインコンベア30上に、検査対称となるべ
き部品32がないと、マークパターン光100はラインコン
ベア上面の拡散表面DSで拡散されてしまう。このため、
TVカメラ46は、マークパターン光100を撮像できないた
め、コンピュータ80は、部品32は運ばれて来ていないと
判別し、この準備処理を繰返して待機する（ステップ3
0,No）。

また、部品32がラインコンベア30により運ばれ、非接
触プローブ40が設置されている所定の位置までくると、
TVカメラ46は検査部品32の塗面32aで反射されるマーク
パターン光100を撮像することになる。これにより、コ
ンピュータ80は、部品が運ばれたことを検出して、この
処理から抜け（ステップ30,YES）、次の姿勢検出処理動
作を開始する（ステップ40）。

この姿勢検出処理が開始されると、実施例の装置は、
第９図に示す姿勢計測処理サブルーチンに移行し、塗面
32aの姿勢を検出し、非接触プローブ40が平滑性測定可
能となる基準位置に来るようその姿勢制御を行なう。

次に、このステップ40における処理手続を、第９図に
示すフローチャート，第10図に示す非接触プローブ40の
座標系にを用いて詳細に説明する。

まず、このサブルーチンの動作が開始されると、フレ
ームメモリ88に保存されている画像データから、姿勢計
測用のマークパターン内に設置された各マーク（Pi,た
だしｉはマークに付された番号）に対応するマークPi′
を全て抽出し、Pi′のXYZ座標値を演算する（ステップ4
1）。

このとき、パターン投影装置44上に表示されていたマ
ークパターン上の各マーク（Pi）のXY座標値と、非接触
プローブ40の各パラメータは既知であるため、これらの
情報によって、塗面32aの姿勢、すなわちプローブ40か
ら塗面32aまでの距離および角度を解析・演算すること
ができる（ステップ42）。

すなわち、第10図に示すよう、塗面32aを、 ax＋by＋cz＋ｄ＝０（ｃ＞０） …（１）で定義し、その法線ベクトルをｒ＝（a,b,c）,|r|＝１
とすると、ｒは塗面32aの傾きを表すことになる。

また、次のベクトルを考える。

Ci＝▲▼,Pi＝▲▼ また、 Ki＝Ci×Pi とする。

そして、２個のマークをPi,Pj（ｉ≠ｊ）とすると、となる。

さらに、前記ｄを求めると、となる。

ここで、式（２），（３）は、式（１）の塗面方程式
の係数を与えるため、これにより撮像系を基準にした座
標系に対する塗面32aの姿勢を知ることができる（ステ
ップ42）。例えばａ＝ｂ＝ｄ＝０ならば、塗面32aは測
定基準位置にあることになる。

また、これから逆に、非接触プローブ40が塗面32aの
平滑性測定を行うための測定基準位置に対して、どのよ
うな姿勢にあるかを逆算することもできる（ステップ4
3）。

そして、この非接触プローブ40を、どれだけ姿勢補正
すれば、すなわち、どれだけ傾きおよび距離を補正移動
すれば、塗面32aに対し測定基準位置になるのかを指示
できるように、ステップ43で求めた逆算値を姿勢補正デ
ータへと変換計算する（ステップ44）。

その後、この姿勢補正データを基にして、非接触プロ
ーブ40が塗面32aに対して基準位置にあるかどうかを判
断する（ステップ45）。

そして、姿勢補正データが０の場合には、非接触プロ
ーブ40は既に基準位置に設置されており、姿勢補正の必
要がないと判断し、第９図に示すサブルーチンのフロー
から、第８図に示すメインルーチンに戻る（ステップ4
5,YES）。

また、姿勢補正データが０以外の場合には、姿勢補正
が必要であるため、サブルーチンの次の処理に進むこと
になる（ステップ45,No）。

そして、姿勢補正が必要と判断されると、姿勢補正デ
ータは、アクチュエータコントローラ68に向け姿勢補正
制御信号S3として出力され、アクチュエータ66が駆動制
御される。これにより、非接触プローブ40は、検査部品
32に対し測定基準位置に近付くよう姿勢補正制御される
（ステップ46）。

このような姿勢補正を、繰返すことにより、より正確
に精度よく、非接触プローブ40を平滑性測定基準位置に
姿勢制御することが可能となる。

ステップ40におけるこのような姿勢計測処理動作によ
って、非接触プローブ40が基準位置に設定されると、次
にコンピュータ80は、第６図（Ｂ）に示す平滑測定用パ
ターン光200の投影指令S4をパターン投影装置44に向け
出力する。これにより、パターン投影装置44から、この
パターン光200が塗面32aに向け投影され（ステップ5
0）、平滑性測定が行われる（ステップ60）。

すなわち、第６図（Ｂ）に示す平滑性測定用パターン
光200は、白黒等間隔の縞状格子パターンである。この
ため、これを歪みのない基準格子として、塗面32aを介
してTVカメラ46で撮像すると、塗面32aの平滑性に応じ
て基準パターンの格子が歪むことになる。コンピュータ
80は、この歪み具合を定量化して、塗面32aの平滑性を
測定評価することになる（ステップ60）。

コンピュータ80は、この測定結果を画像出力回路96を
介してモニタディスプレイ62上に表示すると共に、RAM8
6内にそのデータを保存し（ステップ70）、前記メイン
ルーチンの最初のステップ10に戻り、次の部品に対して
同様な処理を繰返す。

以上詳細に説明した本実施例の装置によれば、非接触
で塗面32aの平滑性測定を行なうことができるため、塗
面32aに対する制約がほとんどなく、塗面32aを傷付ける
ことなくしかも未乾燥の状態でも測定できることにな
る。

なお、本発明は前記実施例に限定されるものではな
く、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能であ
る。

例えば、前記実施例では、被検査物表面の平滑性を測
定した場合を例にとり説明したが、本発明はこれに限ら
ず表面の光沢や傷等、各種の表面性状を非接触で測定す
ることができる。

また、パターン投影装置44から投影される各種パター
ン光は、前記第６図（Ａ），（Ｂ）に示すようなパター
ン光に限らず、２次元のパターンをもつものであれば、
必要において任意のパターンを採用することもできる。

また、前記実施例では、姿勢検出用マークパターン光
100内に４つのマークを配置した場合を例にとり説明し
たが、本発明はこれに限らず、これら各マークは２つ以
上であれば必要に応じ任意の数とすることができる。さ
らに、本実施例ではマークの形を正方形としたが、識別
できる形であれば任意の形状とすることもできる。

また、前記実施例では、被検査物表面32aに対し、非
接触プローブ40の姿勢を駆動制御する場合を例にとり説
明したが、本発明はこれに限らず、必要に応じ被検査物
の姿勢を制御するようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかる非接触型測定装置の基本構成
を示すブロック回路図、第２図，第３図は、本発明の原理説明図、第４図は、ベルトコンベア上を搬送されてくる塗装物表
面の表面性状を測定するよう構成された非接触型測定装
置の好適な一例を示す説明図、第５図は、非接触プローブの詳細な構成を示す説明図、第６図は、表示パターンの説明図、第７図は、本発明の要部を構成するのコンピュータの詳
細な構成を示す回路図、第８図，第９図は、本実施例の装置の動作を示すフロー
チャート図、第10図は、非接触プローブの幾何学モデルの説明図であ
る。 32…被検査物、32a…塗面、40…プローブ、44…パター
ン投影装置、46…TVカメラ、52…レンズ、54…二次元光
電変換素子、60…姿勢演算回路、64…姿勢制御装置、70
…表面性状判別回路。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも２個以上のマークを配した姿勢
検出用マークパターン光を被検査物の表面に向け投影す
るパターン投影手段と、前記パターン投影手段と所定の位置関係を持つよう配置
され、被検査物の表面で反射されたマークパターン光を
２次元情報として撮像する撮像手段と、撮像されたマークパターン光に含まれる各マークの２次
元座標に基づき、前記被検査物の表面に対する角度及び
距離を姿勢情報として演算する姿勢演算手段と、を含むことを特徴とする非接触型測定装置。
【請求項２】請求項（１）において、演算された姿勢情報に基づき、前記パターン投影手段及
び撮像手段の前記被検査物の表面に対する姿勢が所定の
基準姿勢となるよう、両者の位置を相対制御する姿勢制
御手段を含むことを特徴とする非接触型測定装置。
【請求項３】請求項（２）において、前記パターン投影手段は、基準姿勢に姿勢制御された前
記被検査物の表面に対し、所定の表面性状検出パターン
光を投影するよう形成され、前記撮像手段は、被検査物の表面で反射された表面性状
検出パターン光を２次元及び光学情報として撮像し表面
性状判別手段に出力するよう形成され、前記表面性状判別手段は、撮像された表面性状検出パタ
ーン光の光学的変調に基づき、前記被検査物の表面の性
状を判別することを特徴とする非接触型測定装置。