JP3759584B2 - 物体の三次元高さ計測方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は物体の三次元高さの計測方法に関し、より詳しくは、物体にスリット光を照射することによってその物体の高さを計測するようにした物体の三次元高さの計測方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、物体の高さを計測するために、スリット光を照射した状態で該物体を撮影し、得られた画像における上記スリット光を所定のシフト量で順次スキャンして該スリット光の形状を計測し、その形状から物体の三次元高さを演算するようにした物体の三次元高さの計測方法が知られている(例えば、特公平8−20213号公報、特開平9−229632号公報)。
上記画像のスリット光の形状を計測する際には、通常、最初に上記スリット光が横方向に伸びるように検査領域を設定し、次に検査領域の下辺から上方に向けて縦方向にスキャンを行い、最も明るい点にスリット光があると判定する。そして検査領域の上辺に至ったら所定のシフト量だけ横方向に位置をずらし、再び検査領域の下辺から上辺まで縦方向にスキャンする。
このようにして、得られた画像におけるスリット光を所定のシフト量で順次スキャンすることにより検査領域の全域をスキャンし、各スキャンにおけるスリット光の位置から該スリット光の形状を計測するようにしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに従来は、上記スキャンを行なう際には各スキャン毎に検査領域の下辺から上辺までの全行程をスキャンさせるようにしていたので、検査領域の全域をスキャンするのに時間がかかるという欠点があった。この欠点は、特に解像度を高めるためにシフト量を小さく設定すると顕著になる。
本発明はそのような事情に鑑み、スキャンに要する時間を短縮化することができる物体の三次元高さ計測方法を提供するものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、物体にスリット光を照射した状態で該物体を撮影し、得られた画像における上記スリット光を所定のシフト量で順次スキャンして該スリット光の形状を計測し、その形状から物体の三次元高さを演算する物体の三次元高さの計測方法において、
上記スリット光を検出するために、明るさが暗い状態から明るい状態に変化したときの閾値としてLtoH閾値を設定するとともに、明るさが明るい状態から暗い状態に変化したときの閾値としてHtoL閾値を設定し、かつLtoH閾値の値をHtoL閾値よりも明るくなるような値に設定し、
各スキャンの際には、検査している画素の明るさが上記LtoH閾値より大きいか否かを順次判定し、この画素の明るさが上記LtoH閾値より大きくなったら、次の画素からはその明るさがHtoL閾値より小さいか否かを判定し、検査している画素の明るさが上記HtoL閾値より小さくなったら今回のスキャンを終了して、予め定めたオフセット量だけ戻るとともにシフトして次のスキャンを開始することを特徴とするものである。
【0005】
上記方法によれば、各スキャンの際に上記スリット光を検出したら、予め定めたオフセット量だけ戻るとともにシフトして次のスキャンを開始するので、各スキャン毎に全行程をスキャンしてから次のスキャンを開始する場合に比較して、短時間でスキャンを終了することができる。
またLtoH閾値とHtoL閾値とを設定するとともに、LtoH閾値の値をHtoL閾値よりも明るくなるような値に設定してあるので、ノイズなどの影響によりLtoH閾値を超えてもすぐにこれを下回り、再びこのLtoH閾値を超えるような場合であっても、閾値が1つの場合に比較して、より確実にスリット光を検出することができ、したがってノイズなどの悪影響を抑制することができる。
【0006】
【発明の実施の形態】
以下図示実施例について本発明を説明すると、図1において、三次元高さが計測される物体1の上方にこれを撮影するカメラ2と、上記物体1にライン状のスリット光を照射する照射手段3とを設けてある。
上記物体1に照射されるスリット光の照射位置は変位手段6によって変位されるようになっており、図示実施例では上記変位手段6は、上記物体1を載置した搬送テーブル7と、この搬送テーブル7に固定したナット部材8に螺合させたねじ軸9と、このねじ軸9を回転させるサーボモータ10とを備えている。
上記変位手段6としては上述した構成のものに限定されるものではなく、カメラ2と照射手段3とを移動させるようにしても、或いはガルバノミラー等を用いてスリット光のみを変位させるようにしてもよい。
上記サーボモータ10の運転は制御装置13によって制御されるようになっており、上記サーボモータ10によってねじ軸9を回転させることにより上記搬送テーブル7を移動させることができるようにしてある。上記サーボモータ10に設けたエンコーダ14からのパルス信号は上記制御装置13に入力されるようになっており、そのパルス数から上記搬送テーブル7上に載置された物体1の搬送量を算出することができるようになっている。
【0007】
図示実施例では、上記カメラ2は鉛直下方に向けて配置してあり、他方、照射手段3は斜めに配置して、上記カメラ2の鉛直下方位置となる搬送テーブル7に上記スリット光を照射することができるようにしてある。
このとき、上記スリット光は、搬送テーブル7の送り方向と直交する方向に照射されるようになっている。またこのスリット光は、上記カメラ2の光軸と搬送テーブル7の表面とが交わる点を横切るように設定してあり、かつスリット光とカメラ2の光軸との交差角度θはあらかじめ所定の角度に設定してある。なお、必ずしもカメラ2の光軸を鉛直下方に向ける必要はなく、斜めに配置しても良い。
【0008】
上記カメラ2で撮影された画像は上記制御装置13に入力され、この制御装置13によって物体1の三次元高さが演算される。図2は物体1にスリット光を照射した状態をカメラ2で撮影した画像16の一例を示したもので、同図において17は検査領域を、18a、18b、18cは撮影されたスリット光を示している。
このとき、スリット光18a、18cは搬送テーブル7の表面に照射されたスリット光を示しており、両者は実質的に一直線上に位置するようになる。他方、スリット光18bは物体1上に照射されたスリット光を示している。そして本実施例では、物体1の両側に、つまり検査領域17の両側の部分に、搬送テーブル7の表面に照射されたスリット光18a、18cが得られるように設定してある。
上記検査領域17の下辺は基準位置としてあり、この下辺から上記スリット光18a、18cまでの距離L1、L3とスリット光18bまでの距離L2とを計測してそれらのスリット光間のずれ量δを算出することにより、三角測量の原理によって物体1の高さを演算するようになっている。
【0009】
図2の矢印は上記検査領域17におけるスキャンの方向を示したもので、本実施例では検査領域17の基準位置における一端となるスタート位置からスリット光18aの長手方向と直交する縦方向にスキャンを開始する(矢印19a)。そしてスリット光18aを検出したら、予め定めたオフセット量fだけ戻るとともにスリット光18aの長手方向である横方向に所定シフト量sだけ位置をずらし(矢印19b)、再び縦方向にスキャンを開始する(矢印19c)。以後これを繰り返して、検査領域17の基準位置からスリット光18aまでの距離L1を検出する。
スキャンがスリット光18aを超えると(矢印19d)、この際のスキャンはスリット光18aを検出することができずに、スリット光18bを検出するようになる。このスリット光18bが検出された場合も、上述した場合と同様に予め定めたオフセット量fだけ戻るとともに横方向に所定シフト量sだけ位置をずらし(矢印19e)、再び縦方向にスキャンを開始する(矢印19f)。以後これを繰り返して、検査領域17の基準位置からスリット光18bまでの距離L2を検出する。
さらに、スキャンがスリット光18bを超えると(矢印19g)、この際のスキャンはスリット光を全く検出することができずに、検査領域17の上辺に至ることになる。この場合には、横方向に移動することなく検査領域17の下辺から縦方向にスキャンを開始するようになり(矢印19h)、それによってスリット光18cを検出することとなる。そしてスリット光18cを検出したら、上述した場合と同様に予め定めたオフセット量fだけ戻るとともに横方向に所定シフト量sだけ位置をずらし(矢印19i)、再び縦方向にスキャンを開始する(矢印19j)。以後これを繰り返して検査領域17の基準位置からスリット光18cまでの距離L3を検出し、検査領域17の他端となったらスキャンを終了する。
【0010】
このように、本実施例においてはスリット光18a〜18cを検出したら、予め定めたオフセット量fだけ戻るとともに横方向に所定シフト量sだけ位置をずらしてスキャンを再開しているので、短時間で検査領域17内の全スキャンを終了することができる。
つまり従来は、図2の想像線19a’で示すように、横方向に位置をずらした際に常に検査領域の下辺から上辺までの全工程をスキャンしていたので、時間がかかっていた。
【0011】
次に、図3は一回のスキャンにおいてスリット光を検出する際の状態を示したものである。本実施例においては、上述したように検査領域17の下辺から上辺への縦方向に向けてスキャンを行い、その際の画像の明るさを例えば256階調で検出するようになっている。スリット光18a〜18cの近傍では画像の明るさは急激に明るくなり、ピークPを超えると画像の明るさは急激に暗くなる。
本実施例では2つの閾値を設定してあり、LtoH閾値20aは明るさが暗い状態から明るい状態に変化したときの閾値であり、HtoL閾値20bは明るさが明るい状態から暗い状態に変化したときの閾値である。そしてそれらの閾値は、LtoH閾値20aのほうがHtoL閾値20bよりも明るくなるような値に設定してある。
上記制御装置13は、最初のスキャンは検査領域17の下辺の基準位置から、検査している画素の明るさが上記LtoH閾値20aより大きいか否かを順次判定し、この画素の明るさが上記LtoH閾値20aより大きくなったら、次の画素からはその明るさがHtoL閾値20bより小さいか否かを判定する。
そして検査している画素の明るさが上記HtoL閾値20bより小さくなったら今回のスキャンを終了し、上述したように所定オフセット量fだけ戻るとともに横方向に所定シフト量sだけ位置をずらし、再び縦方向にスキャンを開始する。その新たなスキャンの際には、新たに検査している画素の明るさが上記LtoH閾値20aより大きいか否かを判定するようになり、上述したのと同様にして、画素の明るさが上記LtoH閾値20aより大きくなったら、次の画素からはその明るさがHtoL閾値20bより小さいか否かを判定するようになる。
【0012】
そして制御装置13は、画素の明るさが上記LtoH閾値20aより大きくなってから上記HtoL閾値20bより小さくなるまでの範囲で、最も明るさの大きな画素(上記ピークPとなる画素)を求め、そのピークPを検出したスリット光の中心として設定する。
ここで、上記LtoH閾値20aとHtoL閾値20bとを設定したのは、ノイズなどの影響によりLtoH閾値20aを超えてもすぐにこれを下回り、再びこのLtoH閾値20aを超えるような場合があるからである。この場合にはすくなくとも2つのピークが得られるようになる。また、例えばLtoH閾値20aを超えた明るさの範囲内でも2つ以上のピーク(極大値)が得られる可能性がある。これらの場合には、それらの平均値を求めてその値を上記ピークPとして設定することができる。或いは、あるピークが他のピークよりも充分に大きい場合には、その大きなピークのみを上記ピークPとして設定してもよい。
【0013】
制御装置13は、上述のようにして各スキャン毎にピークPを求めると、得られた多数のピークを各スリット光18a〜18cに属するピーク毎のグループに分別し、次に各グループ毎に平均値をとってそれから上記距離L1、L2、L3を求める。
さらに、検査領域17の左右両端部分のスリット光18a、18cは、上述したように搬送テーブル7の表面に照射されたスリット光であるので、それらの距離L1、L3の平均値から搬送テーブル7の表面に照射されたスリット光の平均距離が求められ、この平均距離と物体1に関する距離L2とから、両者間のずれ量δが算出される。そしてこのずれ量δから物体1の高さが演算される。なお、上記スリット光18a、18cを基準としてそこからスリット光18bの間隔を求めることにより直接的にずれ量δを求めるようにしてもよいことは勿論である。
【0014】
このようにして物体1の高さが演算されたら、上記変位手段6により物体1が所定量だけ移動されて該物体1に照射されるスリット光の照射位置が変位され、この状態で再び上記カメラ2によって新たな画像が取り込まれて上述した作業が繰り返される。
そして物体1を移動させながら多数の画像を取り込むことにより、物体1の全域における高さを演算することができ、それによって物体1の全体の形状を把握することができる。
【0015】
なお、上記スリット光18a〜18cを検出した際に戻るオフセット量fは、画素の明るさが上記LtoH閾値20aより大きくなってから上記HtoL閾値20bより小さくなった位置を基準とすることができ、又は上述のようにして求めたピークPを基準としてもよい。
また、上記実施例では物体1の表面(上面)が平面であるので、上記距離L2の平均値を求めているが、物体1の表面が曲面である場合には、この表面に照射されたスリット光における個々のピークPを求めることになることは勿論である。
【0016】
【発明の効果】
以上のように、本発明においては、スリット光を検出したら予め定めたオフセット量だけ戻って次のスキャンを開始するようにしているので、各スキャンの際に全行程をスキャンしていた従来に比較して短時間でスキャンを終了することができるという効果が得られる。
また本発明においては、LtoH閾値とHtoL閾値とを設定するとともに、LtoH閾値の値をHtoL閾値よりも明るくなるような値に設定してあるので、ノイズなどの影響によりLtoH閾値を超えてもすぐにこれを下回り、再びこのLtoH閾値を超えるような場合であっても、閾値が1つの場合に比較して、より確実にスリット光を検出することができ、したがってノイズなどの悪影響を抑制することができるという作用効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す斜視図。
【図2】画像16のスキャンの状態を示す説明図。
【図3】各スキャンにおける画素の明るさを判断する際の説明図。
【符号の説明】
1 物体 2 カメラ
3 照射手段 6 変位手段
13 制御装置 16画像
17 検査領域 18a〜18c スリット光
20a、20b 閾値
Claims (2)
- 物体にスリット光を照射した状態で該物体を撮影し、得られた画像における上記スリット光を所定のシフト量で順次スキャンして該スリット光の形状を計測し、その形状から物体の三次元高さを演算する物体の三次元高さの計測方法において、
上記スリット光を検出するために、明るさが暗い状態から明るい状態に変化したときの閾値としてLtoH閾値を設定するとともに、明るさが明るい状態から暗い状態に変化したときの閾値としてHtoL閾値を設定し、かつLtoH閾値の値をHtoL閾値よりも明るくなるような値に設定し、
各スキャンの際には、検査している画素の明るさが上記LtoH閾値より大きいか否かを順次判定し、この画素の明るさが上記LtoH閾値より大きくなったら、次の画素からはその明るさがHtoL閾値より小さいか否かを判定し、検査している画素の明るさが上記HtoL閾値より小さくなったら今回のスキャンを終了して、予め定めたオフセット量だけ戻るとともにシフトして次のスキャンを開始することを特徴とする物体の三次元高さ計測方法。 - 各スキャンの際に、上記スリット光を検出することができなかった場合には、シフトすることなく予め定められた基準位置からスキャンを再開することを特徴とする請求項1に記載の物体の三次元高さ計測方法。
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