JP3629532B2

JP3629532B2 - Method and system for measuring real-time shape of continuously moving object

Info

Publication number: JP3629532B2
Application number: JP2001089799A
Authority: JP
Inventors: 吉春森本; 元治藤垣; 正人矢部
Original assignee: 国立大学法人和歌山大学
Priority date: 2001-03-27
Filing date: 2001-03-27
Publication date: 2005-03-16
Anticipated expiration: 2021-03-27
Also published as: JP2002286433A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物体の形状及び変形量を計測する非接触形状計測方法に関し、特に、連続移動物体のリアルタイム形状計測方法に関する。本発明は、このような形状計測方法を実行するシステムにも関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば近年、高度経済成長期に造られたコンクリート建築物の崩壊が問題化している。特に新幹線のトンネル崩壊などは多数の人命にかかわる深刻な問題である。現在、トンネルの検査は時間がかかるために営業時間外しか行えず、新幹線の場合は２年に１回行うのが基準となっている。これでは、崩落の危険性を早急に察知し対処することができない。そこで営業時間内でも検査が行えるように検査装置を営業車両に搭載し、営業速度のままで高速にトンネル形状を検査するシステムが求められている。
【０００３】
格子投影による形状計測をリアルタイムに高精度で行う方法として、例えば、本発明者による特願平１１−１７９９５９号「積分型位相シフト法」がある。この方法は、ＣＣＤカメラの１フレームあたりの撮影時間（以下、フレームレートと呼ぶ）ごとに位相分布を計算して結果を表示するので、実時間解析に適し、検査結果を高速に表示するのに適している。また、この方法は、投影格子の位相を連続的にシフトさせて計測するため、計測装置の構造が簡単であるという利点もある。
【０００４】
一方、連続的に移動する物体を形状計測する方法として光切断法がある。この方法はスリット光を物体に投影し、物体表面でゆがんだスリット光を２次元ＣＣＤカメラによって投影することにより、スリット光のゆがみ量から物体の形状を算出するが、高い空間分解能で高速に形状検査をすることは今のところ不可能である。光切断法については、三次元工学１．光三次元計測吉澤徹編（株）新技術コミュニケーションズ１９９８２８−３７ページを参照されたい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この方法による空間分解能はＣＣＤカメラの画素数に依存するため、計測対象が大きい場合には分解能が低下するという欠点を有する。また、計測対象が長いものについては計測することができない。工場の生産ラインなどでは、製品の形状検査を行う場合に光切断法が多く用いられている。しかし、２次元のＣＣＤカメラが用いられるため、必要とするメモリ量が多く、形状の算出に時間がかかるため、高速に形状測定ができないという問題があった。
【０００６】
上述したことを鑑み、本発明は、実行するためのシステムの構成が簡単で、高速に検査することができる連続移動物体形状計測方法と、このような連続移動物体形状計測方法を実行するシステムと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】
本発明による連続移動物体形状計測方法は、連続移動する物体に等間隔の格子を、前記物体の移動方向に対して垂直方向から所定の角度だけ傾けた方向において投影し、前記格子が投影された物体を、複数の平行に配置されたラインセンサによって、前記格子投影角度と異なる角度から、前記物体が前記ラインセンサ間の距離を移動する移動時間に合わせた撮影タイミングで各々撮影し、ライン画像を得て、複数の位相シフトされた前記ライン画像を位相シフト法により位相解析し、前記物体の高さ分布を得ることを特徴とする。
【０００８】
本発明による連続移動物体形状計測方法は、ラインセンサを用いるために必要なメモリ量が少なくて済み、また算出方法が簡単であるため、高速に形状計測することができる。したがって、高速に形状計測することが必要な分野への応用が期待できる。さらに本発明による連続移動物体形状計測方法は、物体全面に渡って一度に形状を計測することができるという利点もあり、高速に物体全面に渡って形状を計測する分野への応用が期待できる。本発明では、高速に検査できること以外に、システムの構造が簡単であるため、安価で構成することができるという利点を有する。また、アルゴリズムが簡単であるため、演算処理に時間がかからない。したがって、高性能な演算処理能力を必要としないという利点も有する。
【０００９】
前記格子を余弦波格子とすれば、フーリエ変換法を用いなくても位相を求めることができ、解析がより簡単かつ高速になる。
【００１０】
前記位相シフト法による位相解析の際、予め求めておいた基準となる平面基準板における投影格子の位相分布と前記ライン画像の位相分布との位相差を求めることにより、前記物体の高さ分布を得るようにすれば、解析がより簡単かつ高速になる。また、この際、あらかじめ作成しておいた位相値の高速算出用テーブルを使用すれば、構成がより簡単になり、解析もより簡単かつ高速になる。
【００１１】
前記ラインセンサの撮影方向は、前記物体の移動方向に対して垂直にすれば、構成はより簡単になり、解析も容易になる。
【００１２】
本発明による連続移動物体形状計測システムは、連続移動する物体に等間隔の格子を、前記物体の移動方向に対して垂直方向からわずかに傾けた角度において投影する格子投影手段と、前記物体を前記格子投影角度と異なる角度から、前記物体が前記ラインセンサ間の距離を移動する移動時間に合わせた撮影タイミングで各々撮影する、複数の平行に配置されたラインセンサと、前記ラインセンサが撮影したライン画像を格納するメモリ手段と、前記メモリに記憶された複数の位相シフトされた画像を位相シフト法により位相解析し、前記物体の高さ分布を発生する解析手段とを具えることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による連続移動物体形状計測システムの一実施形態の光学系の構成を示す図である。本光学系は、格子投影装置３及びカメラ４を具え、等速でｘ軸の向きに移動する物体１に、格子投影装置３から余弦波格子を入射角αで投影し、物体１に投影された余弦波格子を物体１の移動方向に対して垂直方向を向いたカメラ４によって撮影するような配置を有する。カメラ４は、等間隔において配置された４個のラインセンサを具え、各々のラインセンサは、物体１の移動方向に対して垂直な方向のラインを撮影する。
【００１４】
図２は、物体１の移動と各ラインセンサが撮影するラインの撮影タイミングを示す図である。余弦波格子は、入射角αで物体１の表面に投影される。物体１は図２に示すようにｘ軸の向きに等速で移動し、また撮影するラインセンサは、その移動方向に対して垂直な方向のラインを撮影する。投影する格子と計測する４ラインの撮影位置関係は固定状態にある。したがって、図２に示すように物体がカメラの前を等速で移動すると、物体上の点Ｐは計測する４ラインでそれぞれ撮影されることになる。各ラインセンサの撮影タイミングは、物体の移動速度に同期させる。図２を用いて、撮影タイミングと物体の移動速度の関係を説明する。物体１上の点Ｐが、各ラインセンサが撮影するライン上を通過する瞬間ごとに、ラインセンサがライン画像を撮影する。このタイミングを維持することにより、４本の異なる位置にあるラインセンサがそれぞれ点Ｐを撮影することができるようになる。
【００１５】
図３は、格子の位相と計測する４ラインの配置を示す図である。計測する４ライン間の距離は、図３に示すように、投影された格子模様のうち物体の移動方向成分における格子の位相がπ／２ずつずれた距離（すなわちＤ／４）とする。
【００１６】
本発明の基本的な原理は、従来の格子投影形状計測と同様である。この原理を用いてより高精度に形状計測する方法として位相解析法がある。本発明は、位相解析法の１つである位相シフト法を応用したものである。余弦波状の光強度分布を持つ格子模様（以下、余弦波格子と呼ぶ）を投影し、位相シフト法を用いて４本のラインから位相解析する方法について説明する。
【００１７】
余弦波格子と位相との関係について説明する。図４は、余弦波格子の光強度分布と位相との関係を示すグラフである。光強度分布上のある１点Ｐにおける光強度と位相との関係は、余弦波格子のピッチをＤ、点Ｐにおける光強度をＩ_Ｐとし、位相値をφ_Ｐとすると、次式で表すことができる。
【数１】

ただし、光強度が最大であるときの位相を０と定め、Ｉ_ＨとＩ_Ｌは光強度の最大値と最小値を表す。
【００１８】
次に、位相変化から変形量を算出する方法について説明する。図５は、物体の凹凸変化量と投影する格子模様の位相変化の関係を示す図である。平面である基準板２の上に物体１がある。前記投影格子の基準板表面２上におけるピッチをＤとし、前記投影格子の入射角をαとすると、前記投影格子のｚ軸方向成分のピッチＤ_ｚは次式で表すことができる。
【数２】

物体１の表面上のある点Ｐと基準板２上の点Ｐ’との高さ変化ｈは、これら２点の位相差をΔφとして式（２）から次式で表すことができる。
【数３】

【００１９】
次に、位相シフト法を連続移動物体の形状計測に適用できることを説明する。図６は、ラインセンサが撮影する物体の格子の位相を示す図である。この図は、図５のｘ軸上について示したものである。物体がない状態であれば、各ラインセンサはＰ_Ａ’〜Ｐ_Ｄ’を見ているので、余弦波格子の位相が０、π／２、π及び３π／２での格子模様を撮影することになる。物体がある場合、物体上の点Ｐを撮影する各ラインセンサは、いずれもその高さ分だけの位相Δφだけずれた状態の格子模様（つまり、余弦波格子の位相が０＋Δφ、（π／２）＋Δφ、π＋Δφ及び（３π／２）＋Δφでの格子模様を撮影することになる。したがって、位相シフト法を適用することができる。以上のことから、計測する物体がどんな長い形状をしていても形状計測することができることがわかる。物体の形状を計測する前に、基準となる平面基準板の位相分布を求め、次に計測対象である凹凸形状をした物体の位相分布を求める。それぞれの位相差を求めることにより、物体の高さ分布すなわち形状を計測することができる。このために、あらかじめ位相値の高速算出用テーブルを作製しておき、位相シフト法による演算は、この高速算出用位相テーブルを用いて行うのが有利である。
【００２０】
図７は、本発明による連続移動物体形状計測システムの一実施形態の構成を示すブロック図である。物体１に格子を投影し、撮影する格子投影装置３及びカメラ４から成る光学系は図３に示すものと同様である。本システムはさらに、速度検知センサ５と、速度検知センサの出力部に接続された入力部を有し、カメラ４の入力部に接続された出力部を有するコントローラ６と、カメラ４の出力部に接続された入力部を有するメモリ７と、メモリ７の出力部に接続された入力部を有する解析部８と、解析部８の出力部に接続された表示装置９とを具える。速度検知センサ５は、物体１の移動速度を検知し、この移動速度情報をコントローラ６に供給する。コントローラ６は、この移動速度情報を撮影タイミング信号としてカメラ４に供給する。カメラ４は、この撮影タイミング信号に従って各ラインセンサによって物体１のライン画像を撮影し、メモリ７に供給する。メモリ７は、前記ライン画像の輝度データを記憶する。メモリ７は、前記ライン画像の輝度データを解析部８に供給する。解析部８は、前記高速算出用位相テーブルを具え、前記輝度データを位相値に変換し、上述したような位相シフト法により物体１の高さ分布を表す信号を求め、表示装置８に供給する。表示装置８は、前記物体１の高さ分布を表す画像を表示する。
【００２１】
ここで、メモリ７において前記ライン画像を記憶する方法について説明する。図８は、メモリ７の構造の一例を示す図である。等速で移動する物体上の点Ｐ_１〜Ｐ_４（点Ｐ_１〜Ｐ_４の間隔は計測する４ラインの間隔に等しいものとする）の時刻ｔにおける位置をＰ_１（ｔ）〜Ｐ_４（ｔ）とし、このときに各ラインセンサＡ〜Ｄが瞬間的に点Ｐ_１〜Ｐ_４を撮影する輝度をＩ_Ｐ１Ａ（ｔ）〜Ｉ_Ｐ４Ｄ（ｔ）とする。また、点ＰがラインＡ〜Ｄを通過する時刻をそれぞれｔ＝０，Ｔ，２Ｔ，３Ｔとする。時刻ｔ＝０のとき、ラインＡがライン画像Ｉ_Ｐ１Ａ（０）を撮影する。このとき、Ｉ_Ｐ１Ａ（０）をメモリ枠の左端に格納する。次に、時刻ｔ＝Ｔのとき、メモリのデータＩ_Ｐ１Ａ（０）を右に１つシフトする。これと同時に、ラインＡ及びＢがライン画像Ｉ_Ｐ２Ａ（Ｔ）及びＩ_Ｐ１Ｂ（Ｔ）を撮影する。Ｉ_Ｐ２Ａ（Ｔ）及びＩ_Ｐ１Ｂ（Ｔ）をメモリ枠の左端に格納する。次に、時刻ｔ＝２Ｔのとき、再びメモリのデータＩ_Ｐ１Ａ（０）、Ｉ_Ｐ２Ａ（Ｔ）及びＩ_Ｐ１Ｂ（Ｔ）を右に１つシフトする。これと同時に、ラインＡ〜Ｃがライン画像Ｉ_Ｐ３Ａ（２Ｔ）、Ｉ_Ｐ２Ｂ（２Ｔ）及びＩ_Ｐ１Ｃ（２Ｔ）を撮影する。このとき、Ｉ_Ｐ３Ａ（２Ｔ）、Ｉ_Ｐ２Ｂ（２Ｔ）及びＩ_Ｐ１Ｃ（２Ｔ）をメモリ枠の左端に格納する。以下同様にして、Ｉ_Ｐ４Ａ（３Ｔ）、Ｉ_Ｐ３Ｂ（３Ｔ）、Ｉ_Ｐ２Ｃ（３Ｔ）及びＩ_Ｐ１Ｄ（３Ｔ）をメモリ枠の左端に格納する。ｔ＝３Ｔの時点で、物体上の点Ｐ_１における４ラインの輝度データＩ_Ｐ１Ａ（０）、Ｉ_Ｐ１Ｂ（Ｔ）、Ｉ_Ｐ１Ｃ（２Ｔ）及びＩ_Ｐ１Ｄ（３Ｔ）がすべてそろう。破線で示した４つの輝度から位相シフト法により物体上の点Ｐ_１の位相解析を行う。位相解析後は前記データを破棄し、ｔ＝４Ｔ以降も時間Ｔごとに次々と物体上の他の点の位相解析を行うことができる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、実行するためのシステムの構成が簡単で、高速に検査することができる連続移動物体形状計測方法と、このような連続移動物体形状計測方法を実行するシステムとを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による連続移動物体形状計測システムの一実施形態の光学系の構成を示す図である。
【図２】物体１の移動と各ラインセンサが撮影するラインの撮影タイミングを示す図である。
【図３】格子の位相と計測する４ラインの配置を示す図である。
【図４】余弦波格子の光強度分布と位相との関係を示すグラフである。
【図５】物体の凹凸変化量と投影する格子模様の位相変化の関係を示す図である。
【図６】ラインセンサが撮影する物体の格子の位相を示す図である。
【図７】本発明による連続移動物体形状計測システムの一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図８】メモリ７の構造の一例を示す図である。
【符号の説明】
１物体
２基準板
３格子投影装置
４カメラ
５速度検知センサ
６コントローラ
７メモリ
８解析部
９表示装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a non-contact shape measurement method for measuring the shape and deformation amount of an object, and more particularly to a real-time shape measurement method for a continuously moving object. The present invention also relates to a system for executing such a shape measuring method.
[0002]
[Prior art]
For example, in recent years, the collapse of concrete buildings built during the period of high economic growth has become a problem. In particular, the Shinkansen tunnel collapse is a serious problem involving many lives. Currently, tunnel inspection takes time, so it can only be done outside business hours. In the case of the Shinkansen, the inspection is conducted once every two years. This makes it impossible to quickly detect and deal with the danger of collapse. Therefore, there is a demand for a system in which an inspection device is mounted on a business vehicle so that inspection can be performed even during business hours, and the tunnel shape is inspected at high speed while maintaining the business speed.
[0003]
For example, Japanese Patent Application No. 11-179959 “integrated phase shift method” by the present inventor is known as a method for performing shape measurement by grid projection with high accuracy in real time. This method calculates the phase distribution for each imaging time per frame (hereinafter referred to as the frame rate) of the CCD camera and displays the result, which is suitable for real-time analysis, and displays the inspection result at high speed. Are suitable. Further, this method has an advantage that the structure of the measuring device is simple because the phase of the projection grating is continuously shifted for measurement.
[0004]
On the other hand, there is a light cutting method as a method for measuring the shape of a continuously moving object. In this method, the slit light is projected onto the object, and the slit light distorted on the surface of the object is projected with a two-dimensional CCD camera, thereby calculating the shape of the object from the amount of distortion of the slit light. It is currently impossible to do the inspection. For the light cutting method, see 3D Engineering. Optical three-dimensional measurement Toru Yoshizawa edited by New Technology Communications 1998, pages 28-37.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the spatial resolution by this method depends on the number of pixels of the CCD camera, there is a disadvantage that the resolution is lowered when the measurement target is large. Moreover, it cannot measure about a long measurement object. In a production line of a factory or the like, a light cutting method is often used for shape inspection of products. However, since a two-dimensional CCD camera is used, a large amount of memory is required, and it takes a long time to calculate the shape, so that there is a problem that the shape cannot be measured at high speed.
[0006]
In view of the above, the present invention has a simple configuration of a system for executing, and a continuously moving object shape measuring method capable of inspecting at a high speed, and a system for executing such a continuously moving object shape measuring method, The purpose is to provide.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
According to the continuously moving object shape measuring method of the present invention, an equally spaced grid is projected on a continuously moving object in a direction inclined by a predetermined angle from a vertical direction with respect to the moving direction of the object, and the grid is projected. An object is photographed by a plurality of line sensors arranged in parallel at different photographing timings according to a moving time for moving the distance between the line sensors from an angle different from the lattice projection angle, and a line image is obtained. Then, a plurality of phase-shifted line images are subjected to phase analysis by a phase shift method to obtain a height distribution of the object.
[0008]
The continuous moving object shape measuring method according to the present invention requires a small amount of memory to use the line sensor, and since the calculation method is simple, the shape can be measured at high speed. Therefore, it can be expected to be applied to fields that require high-speed shape measurement. Furthermore, the continuous moving object shape measuring method according to the present invention has an advantage that the shape can be measured at once over the entire surface of the object, and application to the field of measuring the shape over the entire surface of the object at high speed can be expected. In addition to being able to inspect at high speed, the present invention has an advantage that the system structure is simple and can be configured at low cost. Moreover, since the algorithm is simple, it does not take time for the arithmetic processing. Therefore, there is an advantage that high-performance arithmetic processing capability is not required.
[0009]
If the grating is a cosine wave grating, the phase can be obtained without using the Fourier transform method, and the analysis becomes easier and faster.
[0010]
In the phase analysis by the phase shift method, the height distribution of the object is obtained by obtaining the phase difference between the phase distribution of the projection grating and the phase distribution of the line image on the plane reference plate that is obtained in advance. This will make the analysis easier and faster. At this time, if a high-speed phase value calculation table prepared in advance is used, the configuration becomes simpler and the analysis becomes easier and faster.
[0011]
If the photographing direction of the line sensor is perpendicular to the moving direction of the object, the configuration becomes simpler and the analysis becomes easier.
[0012]
The continuous moving object shape measurement system according to the present invention includes a grid projection unit that projects a grid at equal intervals onto a continuously moving object at an angle slightly inclined from a direction perpendicular to the moving direction of the object, and the object A plurality of line sensors arranged in parallel, each of which is photographed at a photographing timing in accordance with a moving time during which the object moves a distance between the line sensors from an angle different from a lattice projection angle, and a line photographed by the line sensor A memory means for storing an image; and an analysis means for analyzing the phase of a plurality of phase-shifted images stored in the memory by a phase shift method to generate a height distribution of the object. .
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an optical system according to an embodiment of a continuously moving object shape measuring system according to the present invention. This optical system includes a grating projection device 3 and a camera 4, and projects a cosine wave grating from the grating projection device 3 at an incident angle α onto the object 1 moving in the x-axis direction at a constant speed, and is projected onto the object 1. The cosine wave grating is arranged so as to be photographed by the camera 4 oriented in the direction perpendicular to the moving direction of the object 1. The camera 4 includes four line sensors arranged at equal intervals, and each line sensor captures a line in a direction perpendicular to the moving direction of the object 1.
[0014]
FIG. 2 is a diagram showing the movement timing of the object 1 and the shooting timing of the lines taken by each line sensor. The cosine wave grating is projected onto the surface of the object 1 at an incident angle α. As shown in FIG. 2, the object 1 moves at a constant speed in the direction of the x-axis, and the imaging line sensor captures a line in a direction perpendicular to the moving direction. The imaging position relationship between the grid to be projected and the four lines to be measured is in a fixed state. Therefore, as shown in FIG. 2, when the object moves in front of the camera at a constant speed, the point P on the object is photographed with four lines to be measured. The shooting timing of each line sensor is synchronized with the moving speed of the object. The relationship between the photographing timing and the moving speed of the object will be described with reference to FIG. Each time the point P on the object 1 passes on the line captured by each line sensor, the line sensor captures a line image. By maintaining this timing, the line sensors at four different positions can each photograph the point P.
[0015]
FIG. 3 is a diagram showing the phase of the grating and the arrangement of four lines to be measured. As shown in FIG. 3, the distance between the four lines to be measured is a distance (that is, D / 4) in which the phase of the lattice in the moving direction component of the object is shifted by π / 2 in the projected lattice pattern.
[0016]
The basic principle of the present invention is the same as the conventional lattice projection shape measurement. There is a phase analysis method as a method of measuring the shape with higher accuracy using this principle. The present invention applies a phase shift method which is one of phase analysis methods. A method of projecting a grating pattern having a cosine wave-like light intensity distribution (hereinafter referred to as a cosine wave grating) and performing phase analysis from four lines using the phase shift method will be described.
[0017]
The relationship between the cosine wave grating and the phase will be described. FIG. 4 is a graph showing the relationship between the light intensity distribution of the cosine wave grating and the phase. The relationship between the light intensity and phase at a certain point P on the light intensity distribution is expressed by the following equation, where D is the pitch of the cosine wave grating, I _P is the light intensity at the point P, and φ _P is the phase value. Can do.
[Expression 1]

However, the phase of the time the light intensity is maximum defined as 0, I _H and I _L is the maximum value and the minimum value of the light intensity.
[0018]
Next, a method for calculating the deformation amount from the phase change will be described. FIG. 5 is a diagram illustrating the relationship between the amount of change in the unevenness of the object and the phase change of the lattice pattern to be projected. An object 1 is on a reference plate 2 which is a plane. When the pitch of the projection grating on the reference plate surface 2 is D and the incident angle of the projection grating is α, the pitch D _z of the z-axis direction component of the projection grating can be expressed by the following equation.
[Expression 2]

A height change h between a certain point P on the surface of the object 1 and a point P ′ on the reference plate 2 can be expressed by the following equation from the equation (2) with the phase difference between these two points as Δφ.
[Equation 3]

[0019]
Next, it will be described that the phase shift method can be applied to shape measurement of a continuously moving object. FIG. 6 is a diagram showing the phase of the grating of the object imaged by the line sensor. This figure is shown on the x-axis of FIG. If there is no object, each line sensor looks at P _A ′ to P _D ′, so that the lattice pattern with cosine wave phase of 0, π / 2, π, and 3π / 2 is photographed. become. When there is an object, each line sensor that captures the point P on the object has a lattice pattern that is shifted by a phase Δφ corresponding to the height (that is, the phase of the cosine wave grating is 0 + Δφ, (π / 2 ) + Δφ, π + Δφ, and (3π / 2) + Δφ, so the phase shift method can be applied.From the above, what is the long shape of the object to be measured? Before measuring the shape of the object, the phase distribution of the reference flat reference plate is obtained, and then the phase distribution of the uneven object to be measured is obtained. By calculating the phase difference, the height distribution, that is, the shape of the object can be measured.For this purpose, a high-speed calculation table for the phase value is prepared in advance, and the calculation by the phase shift method is performed in this way. It is advantageously carried out using a fast calculation phase table.
[0020]
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of a continuously moving object shape measuring system according to the present invention. The optical system comprising the grating projection device 3 and the camera 4 for projecting and photographing a grating on the object 1 is the same as that shown in FIG. The system further includes a speed detection sensor 5, a controller 6 having an input unit connected to the output unit of the speed detection sensor, an output unit connected to the input unit of the camera 4, and an output unit of the camera 4. A memory 7 having an input unit connected thereto, an analysis unit 8 having an input unit connected to the output unit of the memory 7, and a display device 9 connected to the output unit of the analysis unit 8 are provided. The speed detection sensor 5 detects the moving speed of the object 1 and supplies the moving speed information to the controller 6. The controller 6 supplies the moving speed information to the camera 4 as a shooting timing signal. The camera 4 captures a line image of the object 1 by each line sensor in accordance with the capturing timing signal and supplies it to the memory 7. The memory 7 stores luminance data of the line image. The memory 7 supplies the luminance data of the line image to the analysis unit 8. The analysis unit 8 includes the high-speed calculation phase table, converts the luminance data into a phase value, obtains a signal representing the height distribution of the object 1 by the phase shift method as described above, and supplies the signal to the display device 8. . The display device 8 displays an image representing the height distribution of the object 1.
[0021]
Here, a method of storing the line image in the memory 7 will be described. FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the structure of the memory 7. The positions at the time t of the points P _{1 to} P ₄ on the object moving at a constant speed (the interval between the points P _{1 to} P ₄ is equal to the interval between the four lines to be measured) are P ₁ (t) to P _4. (T), and the brightness at which each of the line sensors A to D instantaneously captures the points P _{1 to} P ₄ is _defined as I _P1A (t) to I _P4D (t). In addition, the times when the point P passes through the lines A to D are t = 0, T, 2T, and 3T, respectively. When time t = 0, line A _captures line image I _P1A (0). At this time, I _P1A (0) is stored at the left end of the memory frame. Next, when the time t = T, the data I _P1A (0) in the memory is shifted to the right by one. At the same time, lines A and B capture line images I _P2A (T) and I _P1B (T). I _P2A (T) and I _P1B (T) are stored at the left end of the memory frame. Next, at time t = 2T, the memory data I _P1A (0), I _P2A (T), and I _P1B (T) are again shifted to the right by one. At the same time, the lines A to C _{capture the} line images I _P3A (2T), I _P2B (2T), and I _P1C (2T). At this time, I _P3A (2T), I _P2B (2T), and I _P1C (2T) are stored at the left end of the memory frame. Similarly, I _P4A (3T), I _P3B (3T), I _P2C (3T) and I _P1D (3T) are stored at the left end of the memory frame. At t = 3T, all four lines of luminance data I _P1A (0), I _P1B (T), I _P1C (2T) and I _P1D (3T) at the point P ₁ on the object are all present. Performing phase analysis of point P ₁ on the object by the phase shift method of four luminance indicated by the broken line. After the phase analysis, the data is discarded, and after t = 4T, the phase analysis of other points on the object can be performed one after another at every time T.
[0022]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to realize a continuously moving object shape measuring method capable of performing a high-speed inspection with a simple system configuration and a system for executing such a continuously moving object shape measuring method. Can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an optical system according to an embodiment of a continuously moving object shape measurement system according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating the movement timing of an object 1 and the shooting timing of a line shot by each line sensor.
FIG. 3 is a diagram showing the phase of a grating and the arrangement of four lines to be measured.
FIG. 4 is a graph showing a relationship between a light intensity distribution and a phase of a cosine wave grating.
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between an unevenness change amount of an object and a phase change of a lattice pattern to be projected.
FIG. 6 is a diagram showing a phase of a grating of an object photographed by a line sensor.
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of a continuously moving object shape measurement system according to the present invention.
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a structure of a memory 7;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Object 2 Reference | standard board 3 Lattice projection apparatus 4 Camera 5 Speed detection sensor 6 Controller 7 Memory 8 Analysis part 9 Display apparatus

Claims

Projecting a cosine wave grating at equal intervals on a continuously moving object in a direction inclined by a predetermined angle from a direction perpendicular to the moving direction of the object,
The object on which the cosine wave grating is projected is arranged perpendicularly and parallel to the moving direction of the object so as to photograph a line with an interval that the phase of the cosine wave grating is shifted by π / 2 in the moving direction of the object. Each of the four line sensors is photographed at a photographing timing according to a moving time in which the object moves a distance between the line sensors from an angle different from the lattice projection angle to obtain a line image,
A continuously moving object shape measuring method, wherein the four line images obtained by phase shifting the cosine wave grating are subjected to phase analysis by a phase shift method to obtain a height distribution of the object.

2. The continuous moving object shape measuring method according to claim 1, wherein the grating is a cosine wave grating.

3. The continuous moving object shape measuring method according to claim 1, wherein the phase distribution of the projection grating and the phase distribution of the line image on a plane reference plate, which are obtained in advance during phase analysis by the phase shift method, are obtained. A continuous moving object shape measuring method characterized in that a height distribution of the object is obtained by obtaining a phase difference between the object and the object.

4. The continuously moving object shape measuring method according to claim 3, wherein when the phase difference is obtained, a phase value high speed calculation table prepared in advance is used.

5. The continuously moving object shape measuring method according to claim 1, wherein the shooting direction of the line sensor is perpendicular to the moving direction of the object. .

A grid projection means for projecting an equidistant grid on a continuously moving object at an angle slightly inclined from a direction perpendicular to the moving direction of the object;
The object is imaged from an angle different from the grating projection angle at an imaging timing according to a moving time during which the object moves a distance between the line sensors, and the phase of the cosine wave grating is π in the moving direction of the object. Four line sensors arranged perpendicular to and parallel to the direction of movement of the object so as to capture lines at intervals of / 2;
Memory means for storing a line image taken by the line sensor;
Continuous moving object shape measurement comprising: analyzing means for phase-analyzing four images in which the grating stored in the memory is phase-shifted by a phase shift method and generating a height distribution of the object system.