JP3608932B2

JP3608932B2 - 画像測定方法及び装置

Info

Publication number: JP3608932B2
Application number: JP04187298A
Authority: JP
Inventors: 浩一小松
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 1998-02-24
Filing date: 1998-02-24
Publication date: 2005-01-12
Anticipated expiration: 2018-02-24
Also published as: JPH11237221A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、非接触三次元測定機等の画像測定装置に関し、特にワークを撮像して得られたワーク画像のエッジの最も突出した点や最も凹没した点を検出する画像測定方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＣＮＣ（ＣｏｍｐｕｔｅｒＮｕｍｅｒｉｃａｌＣｏｎｔｒｏｌ）三次元測定機や手動操作式三次元測定機では、被測定対象であるワークを撮像して得られたワーク画像から種々の特異な測定点を検出して必要な物理量を測定しなければならないときがある。例えば、コネクタの嵌合部の加工精度が厳しく要求されるような場合、嵌合部の最も突出した点での幅が嵌め合い寸法精度の評価やバリの有無の確認を行う上で必要になる。
【０００３】
従来、このような特定の方向に突出した部分や凹んだ部分を検出するためには、ワークを拡大撮像して得られたワーク画像のエッジを検出し、検出されたエッジに対して表示画面上で所定の方向から接するような直線を設定し、その接触点の座標値等から必要な寸法値を求めるようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の測定方法では、検出されたエッジに接する直線を設定し、その接点の座標を求めるという操作を行う必要があるために、測定に必要な点を見つける操作が面倒であるという問題がある。また、測定は、通常、ワーク座標系又は機械座標系（以下、これらをまとめて「測定座標系」と呼ぶ）を基準にして行う必要があり、この測定座標系は画像の表示座標系や画像メモリ座標系とは異なるため、どの方向からエッジの突出点を検出するかを決定するのが困難であるという問題もある。
【０００５】
このように、従来の画像測定方法では、ワーク画像の特定の方向に突出した部分や凹んだ部分を検出するための操作が煩雑であり時間のかかる作業であった。
【０００６】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、ワーク画像の特定の方向に突出した部分や凹んだ部分を検出するための操作を容易にすることができる画像測定方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る画像測定方法は、ワークを撮像して得られたワーク画像を画像ウィンドウに表示すると共に、前記画像ウィンドウ内に矩形状のツールを設定し、前記ツール内で所定方向にワーク画像を走査して前記ワーク画像のエッジを検出し、検出されたエッジの中で前記走査方向に最も突出した点を検出する画像測定方法であって、設定入力操作に従って、前記ツールを、ワーク座標系又は機械座標系である測定座標系の基準軸に平行な辺を持つ矩形状に形成すると共に、前記ツールの前記一対の対向辺を前記エッジの走査方向を特定する情報として指定し、他の一対の対向辺のうちの一方を前記エッジのいずれの側に突出した点を検出するかを特定する情報として指定することにより前記画像ウィンドウ内にツールを設定する工程と、前記ツールの前記一対の対向辺により指定された走査方向に前記ツール内の前記ワーク画像を走査して前記ワーク画像のエッジを検出し、検出されたエッジの中で前記ツールの他の一対の対向辺の一方によって指定された側に最も突出した点を検出する工程とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る画像測定装置は、ワークを撮像して得られたワーク画像を画像ウィンドウ内に表示する表示手段と、前記画像ウィンドウ内に任意の位置を指定するための位置指定手段と、この位置指定手段によって指定された位置に基づいて前記画像ウィンドウ内に矩形状のツールを生成するツール生成手段と、このツール生成手段によって生成された矩形状のツールの内部のワーク画像を走査して前記ワーク画像のエッジを検出し、検出されたエッジの中で前記走査方向に最も突出した点を検出する最突出点検出手段とを備え、前記ツール生成手段は、ワーク座標系又は機械座標系である測定座標系の基準軸に平行な辺を持つ矩形状のツールを生成するものであり、一対の対向辺によって前記エッジの走査方向を指定し、他の一対の対向辺のうちの一方によって前記エッジのいずれの側に突出した点を検出するかを指定するものであり、前記最突出点検出手段は、前記ツールの前記一対の対向辺により指定された走査方向に前記ツール内の前記ワーク画像を走査して前記ワーク画像のエッジを検出し、検出されたエッジの中で前記ツールの他の一対の対向辺の一方によって指定された側に最も突出した点を検出することを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、画像ウィンドウ内にツールを設定するだけでツール内のワーク画像に対するエッジ検出のための走査方向が指定されると共に、走査処理によりエッジが検出され、検出されたエッジの中で走査方向に最も突出した点が検出される。しかも、ツールは、測定座標系を基準として設定されるので、測定座標系において正確に最も突出した点や凹んだ点を検出することができ、嵌合部の加工精度等の評価が容易になる。
【００１０】
ツールは矩形状であるため、対角２点を指定することにより画像ウィンドウ内に簡単に設定することができる。
【００１１】
また、ツール内で検出されたエッジ点列から走査方向に最も突出した点を候補点として求め、この候補点とその近傍のエッジ点との連続性を評価することにより、真のエッジ上の点とノイズとを識別することができ、検出の信頼性が向上する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の好ましい実施の形態について説明する。
図１は、この発明の一実施例に係るＣＮＣ画像測定装置の全体構成を示す斜視図である。
この装置は、非接触画像計測型の測定機本体１と、この測定機本体１を駆動制御すると共に必要な測定データ処理を実行するコンピュータシステム２と、測定機本体１をマニュアル操作するための指令入力部３と、計測結果をプリントアウトするプリンタ４とにより構成されている。
【００１３】
測定機本体１は、次のように構成されている。即ち、架台１１上には、被測定対象であるワーク１２を載置する測定テーブル１３が装着されており、この測定テーブル１３は、図示しないＹ軸駆動機構によってＹ軸方向に駆動される。架台１１の後端部には上方に延びるフレーム１４が固定されており、このフレーム１４の上部から前面に張り出したカバー１５の内部には、測定テーブル１３を上部から臨むように図示しないＸ軸及びＺ軸駆動機構に駆動されるＣＣＤカメラ１６が取り付けられている。ＣＣＤカメラ１６の下端には、ワーク１２に照明光を照射するためのリング状の照明装置１７が備えられている。
【００１４】
コンピュータシステム２は、コンピュータ本体２１、キーボード２２、マウス２３及びＣＲＴディスプレイ２４を備えて構成されている。
コンピュータ本体２１を中心とするこのシステムは、例えば図２に示すように構成されている。即ち、ＣＣＤカメラ１６で捉えたワーク１２の画像信号は、ＡＤ変換部３１で多値画像データに変換され、多値画像メモリ３２に格納される。多値画像メモリ３２に格納された多値画像データは、表示制御部３３の動作によってＣＲＴディスプレイ２４に表示される。一方、キーボード２２及びマウス２３からのオペレータの指令は、インタフェース（Ｉ／Ｆ）３４を介してＣＰＵ３５に伝えられる。ＣＰＵ３５は、前記オペレータの指令又はプログラムメモリ３６に格納されたプログラムに従ってステージ移動等の各種の処理を実行する。ワークメモリ３７は、ＣＰＵ３５の各種処理のための作業領域を提供する。
【００１５】
また、ＣＣＤカメラ１６のＸ軸方向位置及びＺ軸方向位置を検出するためのＸ軸エンコーダ４１及びＺ軸エンコーダ４３、並びにテーブル１３のＹ軸方向位置を検出するためのＹ軸エンコーダ４２が設けられ、これらエンコーダ４１〜４３からの出力はＣＰＵ３５に取り込まれる。ＣＰＵ３５は、取り込まれた各軸位置の情報と前述したオペレータの指令に基づいて、Ｘ軸駆動系４４及びＺ軸駆動系４６を介してＣＣＤカメラ１６をＸ軸及びＺ軸方向に駆動し、Ｙ軸駆動系４５を介してテーブル１３をＹ軸方向に駆動する。これにより、ステージ移動操作が実現される。更に、照明制御部３９は、ＣＰＵ３５で生成された指令値に基づいてアナログ量の指令電圧を生成し照明装置１７に印加する。
【００１６】
図３は、この画像測定装置の測定時のＣＲＴディスプレイ２４の表示画面を示す図である。
表示画面は、カラービデオウィンドウ（画像ウィンドウ）５１、グラフィックスウィンドウ５２、カウンタウィンドウ５３、ファンクションウィンドウ５４、照明・ステージウィンドウ５５及び測定ウィンドウ５６から構成されている。カラービデオウィンドウ５１には、ＣＣＤカメラ１６で撮像されたワーク１２のカラー画像、即ちワーク画像５７が表示される。グラフィックスウィンドウ５２には、ＣＣＤカメラ１６で撮像されるワーク１２に対応した設計図面データ５８、具体的にはＩＧＥＳ又はＤＸＦフォーマット等の標準フォーマットによるＣＡＤデータに基づいて生成されたグラフィクスイメージが表示される。カウンタウィンドウ５３には、ステージ座標におけるＣＣＤカメラ１６の撮像範囲の中心座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が表示される。ファンクションウィンドウ５４には、各種測定処理及び測定値算出するためのマイクロプログラムを起動するアイコンが配置されている。照明・ステージウィンドウ５５は、照明装置１７やステージに関する各種設定操作のためのウィンドウである。測定ウィンドウ５６は、ファンクションウィンドウ５４で選択された測定マイクロプログラムに沿った測定操作を行うためのウィンドウである。
【００１７】
次に、このように構成された画像測定装置の指定方向に対する最大値・最小値を求める方法について説明する。
図４は、ビデオウィンドウ５１に表示されるワーク画像６２と、この発明に係る最大値・最小値検出用のツール６１を示す図である。突出部や凹没部の寸法を評価する場合、通常は測定座標系（この例ではワーク座標系）ＸＹを基準にして評価するのが一般的である。また、測定座標系は設計座標系（ＣＡＤデータの基準となっている座標系）とも対応する。そこで、この実施例では、ツール６１をワーク座標系ＸＹと平行になるように設定した例を説明するが、ワーク座標系ＸＹとは関係無しに、ビデオウィンドウ座標系と並行にツール６１を固定するようにしてもよい。特にビデオウィンドウ座標系の中央にツール６１を固定するようにすると、レンズの収差、照明等が最良の条件での測定が可能になる。
【００１８】
ワーク座標系ＸＹとビデオウィンドウ座標系ｘｙとは通常対応付けられている。いま、図４に示すように、ワーク座標系ＸＹとビデオウィンドウ座標系ｘｙの原点位置のずれ量をΔｘ，Δｙ、傾きをθとすると、マウスのポインタ６３によって指定されるビデオウィンドウ座標系におけるワーク画像６２の座標（ｘ，ｙ）とワーク座標系における同一点の座標（Ｘ，Ｙ）の関係は、下記数１のように対応付けられる。なお、ここでα，βは、それぞれｘ，ｙ方向の拡大・縮小率である。
【００１９】
【数１】

【００２０】
図４に示すように、ワーク画像６２に設定される検出ツール６１は、ビデオウィンドウ座標系ｘｙではなく、ワーク座標系ＸＹに沿って生成される。検出ツール６１は、マウスのポインタ６３で対角２点をクリック・アンド・ドラッグ操作することにより設定する。マウスのクリック・アンド・ドラッグ操作は、通常は、表示画面に対して水平垂直な辺を持つ矩形を形成する。これに対し、この検出ツール６１の場合には、ワーク座標系がビデオウィンドウ座標系に対して傾いていれば傾いた矩形が生成される。このように、ワーク座標系（測定座標系）に沿って（平行に）検出ツール６１を生成すると、エッジ検出のための走査方向が感覚的に把握しやすくなり、検出ツールの設定が簡単且つ正確になる。なお、ツール６１は、それを設定する位置座標と大きさとをキーボードから数値で直接入力することにより設定することもできる。
【００２１】
この例では、検出ツール６１を構成する各辺のうち、対向２辺６４ａ，６４ｂと、これと直交する２辺６５ａ，６５ｂとは、それぞれＸ軸、Ｙ軸と平行になるように生成される。辺６４ａ，６４ｂには、矢印が付加され、これがエッジ検出時の走査方向を示している。辺６５ａ，６５ｂのうちの一方の辺６５ｂには、×印が付加され、これが最大値、最小値のいずれを検出するかを示している。
【００２２】
次に、最大値検出の場合のＣＰＵ３５の処理を図５のフローチャートに基づいて説明する。
まず、ビデオウィンドウ５１に検出ツール６１が設定され、検出ツール６１の各頂点Ｐ１〜Ｐ４のビデオウィンドウ座標系（画像データ座標系）における座標値が求められる（Ｓ１）。即ち、図６に示すように、マウスによって検出ツール６１の対角２点Ｐ１，Ｐ２が入力されたとすると、点Ｐ１，Ｐ２の座標値（ｘ１，ｙ１），（ｘ２，ｙ２）から、下記数２のような計算により、頂点Ｐ３，Ｐ４の座標値（ｘ３，ｙ３），（ｘ４，ｙ４）が算出される。
【００２３】
【数２】
ｘ３＝ｘ１＋ａｃｏｓθ
ｙ３＝ｙ１＋ａｓｉｎθ
ｘ４＝ｘ２−ａｃｏｓθ
ｙ４＝ｙ２−ａｓｉｎθ
ａ＝（ｘ２−ｘ１）ｃｏｓθ＋（ｙ２−ｙ１）ｓｉｎθ
【００２４】
ＣＰＵ３５は、マウスのドラッグ時（２点目の座標値が未確定のとき）に、ポインタ６３による２点目の座標値（ｘ２，ｙ２）を一定の時間間隔で読み取って、逐次Ｐ３，Ｐ４の座標値を計算し、ワーク座標に沿った矩形状のツール６１を生成する。
【００２５】
検出ツール６１が設定されたら、エッジ検出のための走査回数ｎ、走査開始点（ｘｓ，ｙｓ）、走査終了点（ｘｅ，ｙｅ）として、それぞれ１，（ｘ１，ｙ１），（ｘ３，ｙ３）を設定する（Ｓ２）。そして、図７に示すように、（ｘｓ，ｙｓ）から（ｘｅ，ｙｅ）まで画像データを走査してその輝度情報からエッジ点Ｐｎを検出してワークメモリ３７に記憶すると共に、開始点（ｘｓ，ｙｓ）からエッジ点Ｐｎまでの長さＬｎをＰｎと一対のデータとしてワークメモリ３７に記憶する（Ｓ３）。
【００２６】
このエッジ検出処理をＰ１−Ｐ３からＰ４−Ｐ２までΔＹのピッチで繰り返すと（Ｓ４，Ｓ５）、図７に示すように、エッジ点列データＰ１，Ｐ２，…，Ｐｎ，…が求められる。次に、始点からの距離が最も離れているエッジ点、即ち、Ｌｎが最大の点Ｐｎを候補点として選択する（Ｓ６）。そして、得られた候補点Ｐｎが、ノイズでないかどうかを確認するために、その点の近傍のエッジ情報からその連続性を確認する（Ｓ７）。例えば、図８（ａ）に示すように、候補点Ｐｎとその近傍のエッジ点Ｐｎ−３，Ｐｎ−２，…，Ｐｎ＋２，Ｐｎ＋３が滑らかな曲線で結合される場合には連続性があると判断され、同図（ｂ）に示すように、候補点Ｐｎとその近傍エッジ点Ｐｎ−３，Ｐｎ−２，…，Ｐｎ＋２，Ｐｎ＋３が滑らかな曲線で結合されない場合には連続性がないと判断される。もし、連続性が確認されなかった場合には（Ｓ８）、その点Ｐｎをノイズとして除去してから（Ｓ９）、次にＬｎが最大の点Ｐｎを候補点として同じ処理を繰り返すが、連続性が確認された場合には（Ｓ８）、その点Ｐｎを最大値として出力して処理を終了する（Ｓ１０）。
【００２７】
なお、以上の最大値の検出について説明したが、最小値の検出の場合には、Ｌｎが最小のエッジ点Ｐｎを候補点とすればよい。ツールとして、図９（ａ），（ｂ）に示すように、矩形上の×印の存在する側に突出した点を検出するようにすれば、（ａ）の場合には最も凹んだ点（最小値の検出）、（ｂ）の場合には最も突出した点（最大値の検出）となる。
【００２８】
このように、この装置によれば、検出ツール６１をビデオウィンドウ５１内に設定するだけの操作で、測定座標系において最も出っ張った点又は最も凹んだ点を検出することができるので、嵌合部分等の加工精度の評価等が容易に行える。
【００２９】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば、画像ウィンドウ内にツールを設定するだけでツール内のワーク画像に対するエッジ検出のための走査方向が指定されると共に、走査処理によりエッジが検出されると共に検出されたエッジの中で走査方向に最も突出した点が検出され、ツールは、測定座標系を基準として設定されるので、測定座標系において正確に最も突出した点や凹んだ点を検出することができ、嵌合部の加工精度の等の評価が容易になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るＣＮＣ画像測定装置の斜視図である。
【図２】同装置におけるコンピュータシステム及びその周辺の構成を示すブロック図である。
【図３】同装置におけるＣＲＴディスプレイの表示画面を示す図である。
【図４】同装置におけるビデオウィンドウに表示されるワーク画像と検出ツールとの関係を示す図である。
【図５】同装置における最大値検出処理のフローチャートである。
【図６】同装置におけるツールの各頂点座標を示す図である。
【図７】同最大値検出処理におけるエッジ検出処理を示す図である。
【図８】同最大値検出処理における連続性の評価を説明するための図である。
【図９】検出ツールの例を示す図である。
【符号の説明】
１…測定機本体、２…コンピュータシステム、３…指令入力部、４…プリンタ、１１…架台、１２…ワーク、１３…測定テーブル、１４…フレーム、１５…カバー、１６…ＣＣＤカメラ、１７…照明装置、２１…コンピュータ本体、２２…キーボード、２３…マウス、２４…ＣＲＴディスプレイ、３１…ＡＤ変換部、３２…多値画像メモリ、３３…表示制御部、３４…インタフェース、３５…ＣＰＵ、３６…プログラムメモリ、３７…ワークメモリ、３９…照明制御部、４１…Ｘ軸エンコーダ、４２…Ｙ軸エンコーダ、４３…Ｚ軸エンコーダ、４４…Ｘ軸駆動系、４５…Ｙ軸駆動系、４６…Ｚ軸駆動系。

Claims

ワークを撮像して得られたワーク画像を画像ウィンドウに表示すると共に、前記画像ウィンドウ内に矩形状のツールを設定し、
前記ツール内で所定方向にワーク画像を走査して前記ワーク画像のエッジを検出し、検出されたエッジの中で前記走査方向に最も突出した点を検出する画像測定方法であって、
設定入力操作に従って、前記ツールを、ワーク座標系又は機械座標系である測定座標系の基準軸に平行な辺を持つ矩形状に形成すると共に、前記ツールの前記一対の対向辺を前記エッジの走査方向を特定する情報として指定し、他の一対の対向辺のうちの一方を前記エッジのいずれの側に突出した点を検出するかを特定する情報として指定することにより前記画像ウィンドウ内にツールを設定する工程と、
前記ツールの前記一対の対向辺により指定された走査方向に前記ツール内の前記ワーク画像を走査して前記ワーク画像のエッジを検出し、検出されたエッジの中で前記ツールの他の一対の対向辺の一方によって指定された側に最も突出した点を検出する工程と
を備えたことを特徴とする画像測定方法。
前記ツールは、対角２点を指定することにより前記画像ウィンドウ内に設定されるものであることを特徴とする請求項１記載の画像測定方法。
前記走査方向に最も突出した点は、前記ツール内のワーク画像に対して前記走査方向と直交する方向に一定の間隔で前記走査方向に順次走査することにより得られたエッジ点列から候補点を求め、この候補点とその近傍のエッジ点との連続性を評価することにより決定する
ことを特徴とする請求項１又は２記載の画像測定方法。
ワークを撮像して得られたワーク画像を画像ウィンドウ内に表示する表示手段と、
前記画像ウィンドウ内に任意の位置を指定するための位置指定手段と、
この位置指定手段によって指定された位置に基づいて前記画像ウィンドウ内に矩形状のツールを生成するツール生成手段と、
このツール生成手段によって生成された矩形状のツールの内部のワーク画像を走査して前記ワーク画像のエッジを検出し、検出されたエッジの中で前記走査方向に最も突出した点を検出する最突出点検出手段とを備え、
前記ツール生成手段は、ワーク座標系又は機械座標系である測定座標系の基準軸に平行な辺を持つ矩形状のツールを生成するものであり、一対の対向辺によって前記エッジの走査方向を指定し、他の一対の対向辺のうちの一方によって前記エッジのいずれの側に突出した点を検出するかを指定するものであり、
前記最突出点検出手段は、前記ツールの前記一対の対向辺により指定された走査方向に前記ツール内の前記ワーク画像を走査して前記ワーク画像のエッジを検出し、検出されたエッジの中で前記ツールの他の一対の対向辺の一方によって指定された側に最も突出した点を検出する
ことを特徴とする画像測定装置。
前記最突出点検出手段は、前記ツール内のワーク画像に対して前記走査方向と直交する方向に一定の間隔で前記走査方向に順次走査することにより得られたエッジ点列から候補点を求め、この候補点とその近傍のエッジ点との連続性を評価することにより前記走査方向に最も突出した点を決定するものである
ことを特徴とする請求項４記載の画像測定装置。