JP3797422B2 - ビジュアル式変位センサ - Google Patents
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Description
【０００１】
【技術分野】
この発明は、計測光としてラインビームを使用しかつ撮像素子として二次元撮像素子を使用した新規なビジュアル式変位センサに係り、特に、測定点座標抽出の対象となる撮像素子の視野を任意に限定可能としたビジュアル式変位センサに関する。
【０００２】
【背景技術】
本発明者等は、先に、計測光としてラインビームを使用しかつ計測用撮像素子として二次元撮像素子を使用した新規なビジュアル式変位センサを提案した。
【０００３】
斯かるビジュアル式ラインセンサによれば、計測光としてラインビームを使用していることから、計測対象部位の変位を点状ではなく線状に計測することができること、等の優れた特長を有する。
【０００４】
この種のビジュアル式変位センサの基本構成は、計測対象物体に対して所定角度でラインビームを照射するための発光素子（例えばレーザダイオード）と、ラインビームが照射された計測対象物体を別の角度から撮影するための二次元撮像素子（例えば二次元ＣＣＤ）と、二次元撮像素子で撮影された画像中のラインビーム照射光像に基づいて、測定点座標の決定を行う測定点座標決定手段と、決定された測定点座標に基づいて、目的とする変位の計測を行う変位計測手段と、を含むものである。
【０００５】
計測環境が理想的なものであれば、二次元撮像素子の視野内に現れるラインビームの照射光像の個数は、本来、予定された個数となる筈である。すなわち、計測対象物が不透明体でその表面に段差等が存在しなければ、二次元撮像素子の視野内に現れるラインビームの照射光像の個数は１個となる筈である。計測対象物がガラス板等の透明板であったり、或いは、計測対象物が不透明体であってもその表面に段差等が存在する場合には、二次元撮像素子の視野内に現れるラインビームの照射光像の個数は、透明板の積層枚数や段差の段数等で定まる予定された複数個となる筈である。
【０００６】
一方、決定された測定点座標に基づいて、目的とする変位の計測を行う変位計測アルゴリズムは、当該センサが予定された計測環境下に置かれた場合に限って正常に作動して、目的とする変位を計測する。すなわち、二次元撮像素子の視野内に現れるラインビームの照射光像の個数が予定された個数でないと、目的とする計測変位の測定に支障を来たす場合が想定される。
【０００７】
同様に、二次元撮像素子で撮影された画像中のラインビーム照射光像に基づいて、測定点座標の決定を行う測定点座標決定アルゴリズムについても、当該センサが予定された計測環境下に置かれた場合に限って正常に作動して、測定点座標の決定を行う。すなわち、二次元撮像素子の視野内に現れるラインビームの照射光像の濃度が規定範囲に収まっていないと、測定点座標の決定を行えない場合が想定される。
【０００８】
そのため、この種のビジュアル式変位センサにあっては、計測環境が適切でないことにより、二次元撮像素子の視野内に外乱光に起因するラインビーム照射光像類似の光像が現れ、測定点座標の個数が予定された個数を超えてしまうと、当該センサに組み込まれた変位計測アルゴリズムによっては、目的とする変位を正常に計測することができない場合が想定される。
【０００９】
また、この種のビジュアル式変位センサにあっては、例えばブラウン管のガラス板や液晶パネルのガラス板等のように、計測対象となる透明板の裏面に反射率の高い金属被膜が被着されていると、濃度自動調整機能が正常に作用したとしても、二次元撮像素子の視野内に変位測定方向へ間隔を開けて現れるラインビーム照射光像の濃度を、全ての光像について規定範囲内に収めることができなくなり、これにより濃度が既定値を外れたラインビーム照射光像部分については、当該センサに組み込まれた測定点座標決定アルゴリズムによっては、測定点座標を決定することができず、結果として、目的とする変位を正常に計測することができない場合が想定される。
【００１０】
さらに、この種のビジュアル式変位センサにあっては、計測対象となる段差に跨るようにしてラインビームを照射しつつ段差計測を行うような場合において、当該段差を構成する上段面と下段面とに大きな反射率差が存在すると、濃度自動調整機能が作用したとしても、二次元撮像素子の視野内に変位測定方向と直交する方向へ間隔を開けて現れるラインビーム照射光像の濃度を、全ての光像について規定範囲内に収めることができなくなり、これにより濃度が既定値を外れたラインビーム照射光像部分については、当該センサに組み込まれた測定点座標決定アルゴリズムによっては、測定点座標を決定することができず、結果として、目的とする変位を正常に計測することができない場合が想定される。
【００１１】
この発明は、計測光としてラインビームを使用しかつ計測用撮像素子として２次元撮像素子を使用したビジュアル式変位センサにおける以上の問題点に着目してなされてものであり、その目的とするところは、計測環境が適切でないことにより、二次元撮像素子の視野内に外乱光に起因するラインビーム照射光像類似の光像が現れ、測定点座標の個数が予定された個数を超えてしまった場合にも、オペレータが簡単な支援操作を行うだけで、当該センサに組み込まれた変位計測アルゴリズムによって、目的とする変位を正常に計測可能な状態に復帰できるようにしたビジュアル式変位センサを提供することにある。
【００１２】
この発明の他の目的は、例えばブラウン管のガラス板や液晶パネルのガラス板等のように、計測対象となる透明板の裏面に反射率の高い金属被膜が被着されていることに起因して、濃度自動調整機能が作用したとしても、二次元撮像素子の視野内に変位測定方向へ間隔を開けて現れるラインビーム照射光像の濃度を、全ての光像について規定範囲内に収めることができなくなった場合にも、オペレータが簡単な支援操作を行うだけで、濃度が既定値を外れたラインビーム照射光像部分についても、当該センサに組み込まれた測定点座標決定アルゴリズムによって、測定点座標を決定することができ、結果として、目的とする変位を正常に計測可能な状態に復帰できるようにしたビジュアル式変位センサを提供することにある。
【００１３】
この発明の他の目的とするところは、計測対象となる段差に交差するようにしてラインビームを照射しつつ段差計測を行うような場合において、当該段差を構成する上段面と下段面とに大きな反射率差が存在することに起因して、濃度自動調整機能が作用したとしても、二次元撮像素子の視野内に変位測定方向と直交する方向へ間隔を開けて現れるラインビーム照射光像の濃度を、全ての光像について規定範囲内に収めることができなくなくなった場合にも、オペレータが簡単な支援操作を行うだけで、濃度が既定値を外れたラインビーム照射光像部分についても、当該センサに組み込まれた測定点座標決定アルゴリズムによって、測定点座標を決定することができ、結果として、目的とする変位を正常に計測可能な状態に復帰できるようにしたビジュアル式変位センサを提供することにある。
【００１４】
この発明の他の目的とするところは、厚み計測中のガラス板の位置が厚さ方向へ変動したり、あるいはラインビームを照射しつつ段差計測中の物体の位置がライン方向へと変動したような場合にも、厚み計測や段差計測を安定的に継続することが可能なビジュアル式変位センサを提供することにある。
【００１５】
この発明の他の目的とするところは、外乱光の存在、透明板の反射率表裏差、段差の段間反射率差に起因する計測不能の事態が発生した場合には、そられの原因をオペレータに対して的確に知らせることができる案内表示を付加したビジュアル式変位センサを提供することにある。
【００１６】
この発明のさらに他の目的並びに作用効果については、以下の明細書の記載を参照することにより、当業者で有れば容易に理解されるであろう。
【００１７】
【発明の開示】
一面から見た、この発明のビジュアル式変位センサは、計測対象物体に対して所定角度でラインビームを照射するための発光素子と、ラインビームが照射された計測対象物体を別の角度から撮影するための二次元撮像素子と、二次元撮像素子の視野内に１若しくは２以上の計測対象領域を設定することが可能な計測対象領域設定手段と、二次元撮像素子で撮影された画像に基づいて、設定された計測対象領域に含まれる１若しくは２以上の測定点座標の決定を行う測定点座標決定手段と、決定された１若しくは２以上の測定点座標に基づいて、目的とする変位の計測を行う変位計測手段と、を具備することを特徴とするものである。
【００１８】
このような構成によれば、計測環境が適切でないこと等により、二次元撮像素子の視野内に外乱光に起因するラインビーム照射光像類似の光像が現れ、測定点座標の個数が予定された個数を超えてしまった場合にも、オペレータが外乱光に基づく光像が除外されるようにして計測対象領域を設定するだけで、当該センサに組み込まれた変位計測アルゴリズムによって、目的とする変位を正常に計測可能な状態に復帰させることができる。
【００１９】
ここで、計測対象領域設定手段により設定される１若しくは２以上の計測対象領域は、二次元撮像素子の視野内における変位測定方向に設定可能としてもよく、また二次元撮像素子の視野内における変位測定方向と直交する方向に設定可能としてもよく、さらに二次元撮像素子の視野内における変位測定方向及びこれと直交する方向との双方に沿って設定可能としてもよい。
【００２０】
また、本発明の好ましい実施の形態では、測定点座標決定手段が、二次元撮像素子で撮影された画像全体から、設定された１若しくは２以上の計測対象領域以外の領域の画像をマスクして抽出された画像に基づいて、１若しくは２以上の測定点座標を決定する、ようにしてもよい。
【００２１】
また、本発明の好ましい実施の形態では、測定点座標決定手段が、二次元撮像素子で撮影された画像全体に基づいて、１若しくは２以上の測定点座標を仮決定し、この仮決定された１若しくは２以上の測定点座標を、設定された１若しくは２以上の計測対象領域の該当するものとそれぞれ照合することにより、１若しくは２以上の測定点座標を本決定する、ようにしてもよい。
【００２２】
本発明の好ましい実施の形態では、二次元撮像素子で撮影された生画像の状態に対応する情報を画像モニタの画面上に表示させるためのモニタ用画像編集手段を有する、ようにしてもよい。このとき、生画像の状態に対応する情報が、生画像そのもの、及び／又は、生画像に対応するラインブライト波形である、ようにしてもよい。
【００２３】
本発明の好ましい実施の形態では、二次元撮像素子で撮影された生画像から設定された計測対象領域以外の領域をマスクして抽出したマスク済み画像の状態に対応する情報を画像モニタの画面上に表示させるためのモニタ画像編集手段を有する、ようにしてもよい。このとき、マスク済み画像の状態に対応する情報が、マスク済み画像そのもの、及び／又は、マスク済み画像に対応するラインブライト波形である、ようにしてもよい。
【００２４】
本発明の好ましい実施の形態では、二次元撮像素子の視野内に設定された計測対象領域に対応する情報を画像モニタの画面上に表示させるためのモニタ用画像編集手段を有する、ようにしてもよい。このとき、計測対象領域に対応する情報が、生画像若しくはマスク済み画像上における計測対象領域の境界位置、及び／又は、境界を示す数値である、ようにしてもよい。
【００２５】
本発明の好ましい実施の形態では、二次元撮像素子の視野内において決定された測定点座標に対応する情報を画像モニタの画面上に表示させるためのモニタ画像編集手段を有する、ようにしてもよい。このとき、測定点座標に対応する情報が、生画像若しくはマスク済み画像上における測定点座標の位置、及び／又は、測定点座標を示す数値である、ようにしてもよい。
【００２６】
本発明の好ましい実施の形態では、二次元撮像素子の視野内における計測対象領域の設定、設定変更、設定解除等を、画像モニタの画面上における操作で実現可能とするためのグラフィカル・ユーザ・インタフェース（ＧＵＩ）を有する、ようにしてもよい。
【００２７】
他の一面から見た本発明のビジュアル式変位センサは、計測対象物体に対して所定角度でラインビームを照射するための発光素子と、ラインビームが照射された計測対象物体を別の角度から撮影するための二次元撮像素子と、二次元撮像素子の視野内に２以上の計測対象領域を変位測定方向にその位置及び長さを指定して設定することが可能な計測対象領域設定手段と、各計測対象領域に１以上のラインビーム光像が含まれるとき計測対象領域毎に少なくとも一つのラインビーム光像濃度を計測適切値に調整した上で、二次元撮像素子で撮影された画像に基づいて、設定された計測対象領域に含まれる１若しくは２以上の測定点座標の決定を行う濃度調整機能付き測定点座標決定手段と、決定された１若しくは２以上の測定点座標に基づいて、目的とする変位の計測を行う変位計測手段と、を具備することを特徴とするものである。
【００２８】
このような構成によれば、例えばブラウン管のガラス板や液晶パネルのガラス板等のように、計測対象となる透明板の裏面に反射率の高い金属被膜が被着されていることに起因して、濃度自動調整機能が作用したとしても、二次元撮像素子の視野内に変位測定方向へ間隔を開けて現れるラインビーム照射光像の濃度を全ての光像について規定範囲内に収めることができなくなった場合にも、オペレータが個々のラインビーム照射光像に独立した計測対象領域を設定するだけで、濃度が既定値を外れたラインビーム照射光像部分についても、当該センサに組み込まれた測定点座標決定アルゴリズムによって、測定点座標を決定することができ、結果として、目的とする変位を正常に計測可能な状態に復帰させることができる。
【００２９】
本発明の好ましい実施の形態においては、計測対象物体の基準面についての計測変位の変動に追従させて、少なくとも一つの計測対象領域を変位測定方向に移動させる領域自動追従手段を有する、ようにしてもよい。
【００３０】
他の一面から見た本発明のビジュアル式変位センサは、計測対象物体に対して所定角度でラインビームを照射するための発光素子と、ラインビームが照射された計測対象物体を別の角度から撮影するための二次元撮像素子と、二次元撮像素子の視野内に２以上の計測対象領域を変位測定方向と直交する方向にその位置及び長さを指定して設定することが可能な計測対象領域設定手段と、各計測対象領域に１以上のラインビーム光像が含まれるとき各計測対象領域毎に少なくとも一つのラインビーム光像濃度を計測適切値に調整した上で、二次元撮像素子で撮影された画像に基づいて、設定された計測対象領域に含まれる１若しくは２以上の測定点座標の決定を行う濃度調整機能付き測定点座標決定手段と、決定された１若しくは２以上の測定点座標に基づいて、目的とする変位の計測を行う変位計測手段と、を具備することを特徴とするものである。
【００３１】
このような構成によれば、計測対象となる段差に跨るようにしてラインビームを照射しつつ段差計測を行うような場合において、当該段差を構成する上段面と下段面とに大きな反射率差が存在することに起因して、濃度自動調整機能が作用したとしても、二次元撮像素子の視野内に変位測定方向と直交する方向へ間隔を開けて現れるラインビーム照射光像の濃度を全ての光像について規定範囲内に収めることができなくなくなった場合にも、オペレータが下段表面と上段表面とに別々の計測可能領域を設定するだけで、濃度が既定値を外れたラインビーム照射光像部分についても、当該センサに組み込まれた測定点座標決定アルゴリズムによって、測定点座標を決定することができ、結果として、目的とする変位を正常に計測可能な状態に復帰させることができる。
【００３２】
他の一面から見た本発明のビジュアル式変位センサは、計測対象物体に対して所定角度でラインビームを照射するための発光素子と、ラインビームが照射された計測対象物体を別の角度から撮影するための二次元撮像素子と、二次元撮像素子の視野内に２以上の計測対象領域を、変位測定方向並びにこれと直交する方向に、二次元的拡がりを以て、設定することが可能な計測対象領域設定手段と、設定された計測対象領域を考慮しかつ個々のラインビーム光像濃度を計測適切値に調整した上で、二次元撮像素子で撮影された画像に基づいて、１若しくは２以上の測定点座標の決定を行う領域判定並びに濃度調整機能付き測定点座標決定手段と、決定された１若しくは２以上の測定点座標に基づいて、目的とする変位の計測を行う変位計測手段と、を具備することを特徴とするものである。
【００３３】
このような構成によれば、例えばブラウン管のガラス板や液晶パネルのガラス板等のように、計測対象となる透明板の裏面に反射率の高い金属被膜が被着されていることに起因して、濃度自動調整機能が作用したとしても、二次元撮像素子の視野内に変位測定方向へ間隔を開けて現れるラインビーム照射光像の濃度を全ての光像について規定範囲内に収めることができなくなった場合にも、オペレータが個々のラインビーム照射光像に独立した計測対象領域を設定するだけで、濃度が既定値を外れたラインビーム照射光像部分についても、当該センサに組み込まれた測定点座標決定アルゴリズムによって、測定点座標を決定することができ、結果として、目的とする変位を正常に計測可能な状態に復帰させることができる。加えて、このような構成によれば、計測対象となる段差に跨るようにしてラインビームを照射しつつ段差計測を行うような場合において、当該段差を構成する上段面と下段面とに大きな反射率差が存在することに起因して、濃度自動調整機能が作用したとしても、二次元撮像素子の視野内に変位測定方向と直交する方向へ間隔を開けて現れるラインビーム照射光像の濃度を全ての光像について規定範囲内に収めることができなくなくなった場合にも、オペレータが下段表面と上段表面とに別々の計測可能領域を設定するだけで、濃度が既定値を外れたラインビーム照射光像部分についても、当該センサに組み込まれた測定点座標決定アルゴリズムによって、測定点座標を決定することができ、結果として、目的とする変位を正常に計測可能な状態に復帰させることができる。
【００３４】
他の一面から見た本発明のビジュアル式変位センサは、計測対象物体に対して所定角度でラインビームを照射するための発光素子と、ラインビームが照射された計測対象物体を別の角度から撮影するための二次元撮像素子と、二次元撮像素子の視野内に１若しくは２以上の計測対象領域を設定することが可能な計測対象領域設定手段と、二次元撮像素子で撮影された画像に基づいて、設定された計測対象領域に含まれる１若しくは２以上の測定点座標の決定を行う測定点座標決定手段と、決定された１若しくは２以上の測定点座標に基づいて、目的とする変位の計測を行う変位計測手段と、設定された１若しくは２以上の計測対象領域の少なくとも一つを、二次元撮像素子で撮影された画像から判定される情報に基づいて移動させる設定領域移動手段と、を具備することを特徴とする。
【００３５】
本発明の好ましい実施の形態においては、設定領域移動手段が、二次元撮像素子で撮影された画像に基づいて、計測対象物体上の基準面が移動したと判定されたとき、基準面と対をなす面に対応する計測対象領域を、基準面の移動に追従させて変位測定方向へと移動させる、ようにしてもよい。
【００３６】
本発明の好ましい実施の形態においては、基準面が移動したか否かの判定は、基準面に対応して予め設定された計測対象領域を使用して計測された変位が変動したことに基づいて行われる、ようにしてもよい。
【００３７】
本発明の好ましい実施の形態においては、設定領域移動手段が、二次元撮像素子で撮影された画像に基づいて、計測対象物体上の段差境界線が移動したと判定されたとき、段差境界線を挟んでその両脇に段差測定のために設定された一対の計測対象領域を、段差境界線の移動に追従させて、変位測定方向と直交する方向へと移動させる、ようにしてもよい。
【００３８】
このとき、段差境界線が移動したか否かの判定は、ラインビームに沿う計測変位と規定の変位しきい値との交差点が変位測定方向と直交する方向へと移動したことに基づいて行われる、ようにしてもよい。
このとき、変位しきい値が、段差を構成する基準段面の計測値に追従して設定される、ようにしてもよい。
【００３９】
他の一面から見た本発明のビジュアル式変位センサは、既知の厚さを有する透明体に関して、厚さ測定を試験的に行う試験測定手段と、当該透明体の厚さを教示するための厚さ教示手段と、試験的に測定された厚さと教示された厚さとに基づいて、透明体の厚さ算出のための演算式を校正する演算式校正手段と、を具備する、ことを特徴とするものである。
【００４０】
本発明の好ましい実施の形態においては、厚さ試験測定乃至厚さ教示に必要な操作案内情報を画像モニタの画面上に対話的に表示させるためのモニタ画像編集手段を有する、ようにしてもよい。
【００４１】
このような構成によれば、この種の変位センサにおける透明体厚さ測定のための校正作業がユーザに取って格段に簡単なものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下に、本発明に係るビジュアル式変位センサの実施の一形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００４３】
本発明の一実施形態であるビジュアル式変位センサの電気的構成の全体を示すブロック図が図１に示されている。同図に示されるように、このビジュアル式変位センサ１００は、センサヘッド部１とセンサ本体部２と画像モニタ６とコンソールユニット７とを含んでいる。
【００４４】
センサヘッド部１は、計測対象物３の表面に計測光であるラインビームを所定角度で照射し、その状態で計測対象物３の表面を２次元撮像素子で別の角度から撮影して、ラインビームの照射光像を含む計測対象物体表面の映像信号ｖｓを生成する。投受光系としては、正反射系と拡散反射系とがある。
【００４５】
尚、図中、４はラインビーム（断面直線状のビーム）の照射光、５はラインビームの反射光、ｖｓは映像信号である。センサ本体部２は、センサヘッド部１から得られた映像中のラインビームによる光像位置から、所定の測距原理（例えば三角測量法など）に従って、目的とする変位量（移動量や寸法など）を計測し、変位量計測値として出力する。
【００４６】
センサヘッド部１の内部構成の一例が図２に詳細に示されている。同図に示されるように、センサヘッド部１の内部には、計測光を計測対象物３へと照射するための投光系要素（ＬＤ駆動回路１１１、ＬＤ１１２、投光レンズ１１３）と、計測対象物体３からの反射光を受光するための受光系要素（受光レンズ１２１、ＣＣＤ１２２，増幅回路１２３、ＨＰＦ１２４、Ｐ／Ｈ回路１２５、ＡＧＣ増幅回路１２６）とが含まれている。
【００４７】
投光系要素について説明する。タイミング信号発生回路１０１は、レーザダイオード（以下、ＬＤという）１１２を発光させるためのＬＤ駆動パルス信号Ｐ１を発生する。ＬＤ駆動パルス信号Ｐ１に応答してＬＤ駆動回路１１１がＬＤ１１２をパルス発光させる。又、タイミング信号発生回路１０１はＬＤ駆動回路１１１を介してパルス状レーザ光のピークパワーを制御する。ＬＤ１１２から出射されたパルス状レーザ光は、投光レンズ１１３を通して、計測対象物体３の表面に計測光（照射光４）として照射される。これにより、計測対象物体３の表面には、計測光の照射による線状の光像（ラインビームの照射光像）が形成される。
【００４８】
受光系要素について説明する。計測対象物体３で反射したラインビーム（反射光５）は、受光レンズ１２１を通して撮像素子であるＣＣＤ２次元イメージセンサ（以下、単にＣＣＤという）１２２へと入射される。すなわち、計測対象物体３の表面は、ＣＣＤ１２２により別の角度から撮影されて、ラインビームの照射光像を含む映像信号に変換される。
【００４９】
ＣＣＤ１２２の受光面上におけるラインビームの照射光像位置が、目的とする変位（例えば、センサヘッド部１と計測対象物体３との距離）に応じて変化するように、ＬＤ１１２、ＣＣＤ１２２、投光レンズ１１３、受光レンズ１２１の位置関係が決められる。この位置関係の決定には、例えば、三角測距方式応用の光切断法などが利用される。
【００５０】
ＣＣＤ１２２から出力される映像信号は、各画素毎に増幅回路１２３で増幅さたのち、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１２４及びピークホールド（Ｐ／Ｈ）回路１２５により各画素間に現れるゼロレベル信号の揺らぎが除去されて、各画素信号が正しく受光量を表すように調整される。その後、ＡＧＣ増幅回路１２６により信号値の大きさが適切に制御され、映像信号ｖｓとしてセンサ本体部２へと送られる。
【００５１】
タイミング信号発生回路１０１より送られるパルス信号Ｐ２により、ＣＣＤ制御回路１３１を介してシャッター時間を含むＣＣＤ１２２の駆動態様が制御される。同様にして、パルス信号Ｐ３〜Ｐ５により、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１２４のフィルタタイミング、ピークホールド回路（Ｐ／Ｈ）１２５のピークホールドタイミング、ＡＧＣ増幅回路１２６のゲインとその切り替えタイミングが制御される。
【００５２】
撮影条件格納部１４１には、ＣＣＤシャッター時間、ＬＤ発光時間、ＬＤピークパワー、ＡＧＣ増幅回路のゲインからなる撮影条件が複数パターン格納されており、センサ本体部２からの受光量制御信号ＣＯＮＴにより計測に最適な撮影条件が選択される。
【００５３】
なお、画像モニタ６は、計測結果、操作ガイド、ラインビームの照射光像、ラインブライト波形、計測対象領域の輪郭、ＣＣＤから得られる生画像等々の表示に使用されるもので、ＣＲＴやＬＣＤディスプレイ等で構成することができる。また、コンソールユニット７には、ＧＵＩと共同して各種の操作を実行するためのキーが配置されており、センサ本体部２に対して各種の指令を与えるため等に使用される。
【００５４】
次に、センサ本体部の内部構成を概略的に示すブロック図（その１）が図３に示されている。同図に示されるように、このセンサ本体部（第１実施形態）は、Ａ／Ｄ変換器２０１と、領域判定部２０２と、表示合成部２０４と、Ｄ／Ａ変換器２０５と、変位、濃度抽出部２０６と、コンソールインタフェース２０７と、外部Ｉ／Ｏインタフェース２０８と、メモリ２０９と、ＣＰＵ２５０とを含んでいる。
【００５５】
ＣＰＵ２５０は、マイクロプロセッサを主体として構成され、この例では、ソフトウェア的に３つの機能が主として実現されている。その１つは、領域設定部２５１である。この領域設定部２５１は、コンソールインタフェース２０７に接続されたコンソールユニット７の所定操作に応答して、センサヘッド部１を構成する２次元ＣＣＤ１２２の視野Ｚに、計測対象領域を設定する機能を有する。この計測対象領域とは、２次元ＣＣＤ１２２にて撮影される全画像の中で、計測の対象となる領域の画像を限定するものである。この領域設定部２５１で設定された計測対象領域は、領域判定部２０２へと通知され、ここで領域判定処理のための基準として使用される。領域設定部２５１においては、２次元ＣＣＤ１２２のｘｙいずれの方向においても、任意の拡がり幅をもって、計測対象領域を設定可能となされている。つまり、この種の２次元ＣＣＤ１２２を使用した変位センサにおいては、２次元ＣＣＤ１２２内の長方形視野Ｚのうちの、長手方向に沿って変位測定方向Ｘを設定する一方、これと直交する方向にラインビームの照射光像の向きを割り当て、ラインビームの照射光像の延在方向Ｙに沿っても、各点の高さないし変位を測定可能としているのであるが、ここで言う領域設定処理においては、上述した長方形領域の長手方向Ｘ並びにこれと直交する方向Ｙのいずれにおいても計測対象領域を設定可能となされている。加えて、設定される計測対象領域の数は、１若しくは２以上の数の設定が可能であって、これにより全画素領域内において、離散的に複数の任意の大きさを有する領域を計測対象領域として設定することが可能となされている。
【００５６】
計測対象領域の設定態様のいくつかの例を示す図が図４（ａ）〜図４（ｈ）に示されている。尚、図において、Ｚは二次元撮像素子であるＣＣＤ１２２の視野（受光面とも言う）、Ｘは変位測定方向、Ｙは変位測定方向と直交する方向（ラインビームの照射により生ずるライン状光像の延在方向でもあることから「ライン方向」ともいう）である。
【００５７】
図４（ａ）においてＫ１は、変位測定方向Ｘに位置及び長さが設定された１個の計測対象領域、図４（ｂ）においてＫ２はライン方向Ｙに位置及び長さが設定された１個の計測対象領域である。
【００５８】
図４（ｃ）においてＫ１１，Ｋ１２は変位測定方向Ｘに位置及び長さが設定された２個の計測対象領域、図４（ｄ）においてＫ２１，Ｋ２２はライン方向Ｙに位置及び長さが設定された２個の計測対象領域である。
【００５９】
図４（ｅ）においてＫ１１１，ＡＫ１２１は、変位測定方向Ｘ及びライン方向Ｙの双方に亘って位置及び長さが設定された２個の計測対象領域である。尚、この例ではライン方向Ｙの位置及び長さについては、Ｋ１１１とＫ１２１とで同一である。
【００６０】
図４（ｆ）においてＫ２１１，Ｋ２２１は、変位測定方向Ｘ及びライン方向Ｙの双方に亘って位置及び長さが設定された２個の計測対象領域である。尚、この例では、変位測定方向Ｘの位置及び長さについては、Ｋ２１１とＫ２２１とで同一である。
【００６１】
図４（ｇ）においてＫ０１，Ｋ０２は、変位測定方向Ｘ及びライン方向Ｙの双方に亘って位置及び長さが設定された２個の計測対象領域である。尚、この例では、変位測定方向Ｘ及びライン方向ＹのいずれについてもＫ０１とＫ０２とで異なる。
【００６２】
図４（ｈ）においてＫ００１，Ｋ００２，Ｋ００３は、変位測定方向Ｘ及びライン方向Ｙの双方に亘って位置及び長さが設定された３個の計測対象領域である。
【００６３】
図４（ａ）〜図４（ｈ）に示される各計測対象領域の設定は、変位測定方向Ｘについては、例えばＣＣＤのピクセル番号により、ライン方向ＹについてはＣＣＤの水平走査ライン番号により行なうことができる。
【００６４】
一方、領域判定部２０２では、領域設定部２５１にて設定された領域に対応して、センサヘッド１からＡ／Ｄ変換器２０１を介して送られてくるディジタル映像信号を選択的にゲートすることとなる。つまり、設定された計測対象領域が、画面中に１若しくは２以上存在する場合、それらの計測対象領域のタイミングにおいて、ディジタル映像信号を通過させることによって、計測対象領域の画素出力列のみを抽出して、抽出画像を生成する。こうして得られた抽出画像は、領域判定部２０２から表示合成部２０４へ送られる。
【００６５】
領域判定部２０２からの抽出画像は、領域設定部２５１から送られてくる計測対象領域の境界線などを示すグラフィック画像と表示合成部２０４において合成され、こうして得られた合成画像はＤ／Ａ変換器２０５を介して、画像モニタ６へと送られ、画像モニタ６の画面上には、２次元ＣＣＤ１２２で撮影されかつ領域判定部２０２においてマスキング処理された生画像データや、特定水平走査ラインの濃度分布（輝度分布）を示すラインブライト波形などと共に表示されるのである。尚、これらの表示態様については、後に画面説明図を参照しながら詳細に説明する。
【００６６】
一方、領域判定部２０２において抽出された画像データは、変位、濃度抽出部２０６へも並列に送られる。この変位、濃度抽出部２０６では、領域判定部２０２から得られた抽出画像に基づいて、変位位置（測定点を示す画素座標）並びにその濃度を求め、これをＣＰＵ２５０の演算部２５２へと供給する。この演算部２５２には、画素座標を変位量（ｍｍ）に変換するための画素／ｍｍ換算演算、変位量に基づいて各種の定型演算（平均値演算、最大値演算、最小値演算、段差演算等々）を行う計測処理演算、計測値に基づき製品良否を判定するための良否判定演算、画像モニタへの表示データを編集する表示処理演算などの様々な演算機能が組み込まれている。
【００６７】
そのため、変位、濃度抽出部２０６から供給される変位位置並びに濃度データは、それらの演算に供される。すなわち、画素／ｍｍ換算演算部では、変位位置から実際の変位がｍｍ単位で求められる。又、計測処理演算部では、得られた１若しくは２以上の変位量に基づき、最大、最小、ピークホールド、その他各種の定型計測演算処理により、該当する計測値が求められる。
【００６８】
又、良否判定部では、上述の処理で得られた変位や各種計測値を予め設定された許容値と比較することで、検査対象製品の良否が判定される。更に、表示処理部においては、こうして得られた計測結果や変位量並びに良否変換結果などを表示用の画像データに編集し、表示合成部２０４並びにＤ／Ａ変換器２０５を経由して、画像モニタ６へと送り出す。
【００６９】
又、変位、濃度抽出部２０６にて求められた濃度データ（例えば特定水平走査ラインのラインビーム照射光像の濃度）は感度判定部２５３において感度判定演算に供せられ、こうして得られた感度判定結果に基づきセンサヘッド部１の受光光量制御用のデータＣＯＮＴが生成され、この制御データＣＯＮＴによりセンサヘッド部１の撮影条件が変更されて、映像信号中のラインビーム照射光像の濃度は計測に適した値に自動制御される。
【００７０】
次に、以上説明した変位センサのセンサ本体部２の動作を図５〜図１２を参照しながらより詳細に説明する。
【００７１】
センサ本体部２における変位量測定動作を概略的に示すゼネラルフローチャートが図５に示されている。同図において、まず最初のステップでは、センサヘッド１内のＣＣＤ１２２で撮影された画像をセンサ本体部２へと取り込む（ステップ５０１）。
【００７２】
センサヘッド部１内のＣＣＤ１２２で撮像された画像の説明図が図６に示されている。同図に示されるように、センサヘッド部１に内蔵されたＣＣＤ１２２は、細長長方形の視野１２２ａを有する。この視野１２２ａの長辺に沿うＸ方向は変位測定方向とされており、また短辺に沿うＹ方向はライン方向とされている。また、センサの視野１２２ａ内には、この例ではジクザグ状の直線（計測対象物表面に凹凸が存在することに相当）としてラインビーム照射光像Ａ１が描かれている。また、変位測定方向において、図中左側がセンサヘッドに近い方向、逆に右側がセンサヘッドに遠い方向とされている。
【００７３】
図５に戻って、次のステップとして、測定範囲内の特徴点抽出処理を実行する（ステップ５０２）。測定範囲内における測定点抽出処理の説明図が図７に示されている。同図に示されるように、センサの視野１２２ａ内には、図中左右方向へ延びる２本の互いに平行な点線Ａ２，Ａ３によって計測対象領域Ａ４が示されている。そして、この測定点抽出処理では、この計測対象領域Ａ４内において、所定の特徴点抽出アルゴリズムを使用することにより、ピーク位置（Ｐｘ，Ｐｙ）並びにボトム位置（Ｂｘ，Ｂｙ）が抽出される。なお、後述するように、計測対象領域Ａ４を特定する始点Ａ２及び終点Ａ３は予めユーザにより、ＧＵＩ（グラフィカル・ユーザ・インターフェイス）並びにコンソールユニット７の所定操作で設定されたものである。
【００７４】
図５に戻って、次のステップでは、特徴点を含む水平走査ラインのラインブライトを抽出する処理を実行する（ステップ５０３）。ＣＣＤによる撮影画像とラインブライト波形との関係を示す説明図が図８に示されている。同図に示されるように、このラインブライト抽出処理では、図中一点鎖線で示されるピーク位置を含むラインＡ６上において、各ピクセルの受光輝度が抽出され、これが変位測定方向に配列されることによって、図に示されるラインブライト波形Ａ５が生成される。図８に示されるように、このラインブライト波形Ａ５は、横軸を変位測定方向及び縦軸を階調（濃度）とする直交座標上において描かれている。
【００７５】
図５に戻って、次のステップでは、所定のアルゴリズムに従って、ラインブライト波形上の測定点座標が抽出される（ステップ５０４）。この測定点座標の抽出は、しきい値決定処理と測定点座標決定処理とを経て行われる。しきい値決定処理の一例を示す説明図が図９に示されている。同図に示されるように、しきい値ＴＨの決定はピーク値を示すピクセルＰＰの輝度Ｖｐに対してａ％として決定される。すなわち、ＴＨ＝Ｖｐ×ａ％として自動的に決定される。また、測定点座標決定処理の説明図が図１０に示されている。測定点座標抽出処理には、この例では、重心モードとエッジ中心モードと片側エッジモードとの３種類のモードが用意されている。重心モードにおいては、図１０（ａ）に示されるように、図中ハッチングで示されるしきい値ＴＨを超える部分の濃淡重心として測定点座標が求められる。また、エッジ中心モードにおいては、図１０（ｂ）に示されるように、ラインブライト波形としきい値ＴＨとの交点である２つのエッジの中心として測定点が求められる。更に、片側エッジモードにおいては、図１０（ｃ）に示されるように、ラインブライト波形としきい値ＴＨとの片側エッジとして測定点座標が求められる。
【００７６】
図５に戻って、次のステップでは、測定点座標から変位量が算出される（ステップ５０５）。その変位量算出処理は例えば光学系が三角測距である場合、変位量Ｚ＝Ａ×Ｂ／（Ｃ×Ｘ）として求められる。ここで、Ｘは変位測定方向座標、Ａ，Ｂ，Ｃはそれぞれ光学系により決定される定数である。
【００７７】
図５に戻って、次のステップでは、得られた変位量（必要であれば判定出力）を画像モニタ４及び外部機器６へと出力する（ステップ５０６）。
【００７８】
モニタ画面上に画像を生成する方法の説明図が図１１に示されている。同図に示されるように、この実施の形態においては、４枚（層）の画像メモリ（０）〜（３）が使用される。それらのうちで、画像メモリ（０）はセンサヘッド部１から取り込まれた生画像が、画像メモリ（１）には画面枠、判定値、固定枠画面部分などが、画像メモリ（２）にはラインブライト波形並びに測定値が、画像メモリ（３）には変位量並びに判定基準などがそれぞれ格納可能となされている。そして、これらの画像メモリ（０）〜（３）上のデータは、ＣＲＴコントローラ等の作用により、互いに重ねて、並べて、又は単独で、読み出され、画像モニタ６の画面上に表示される。
【００７９】
ＣＣＤによる撮像画像とラインブライト波形等との関係を示すモニタ画面の説明図が図１２に示されれている。なお、同図において、６ａは画像モニタ６のモニタ画面、Ａ１はラインビームの照射光像、Ａ２，Ａ３は計測対象領域の境界線、Ａ４はユーザにより設定された計測対象領域、Ａ５はピークラインＡ６のラインブライト波形、Ａ６はピークライン、Ａ７は決定された測定点座標を示す十字状の測定点マーク、Ｍ１，Ｍ２はマスク領域である。
【００８０】
図から明らかなように、この実施形態の変位センサでは、計測対象領域Ａ４内においてのみ、測定点座標の抽出が行われる。そのため、計測対象領域Ａ４以外の領域に外乱光に基づく誤った光像が存在しても、それに惑わされることなく、測定点座標を的確に抽出して、正確な計測を行うことができる。また、測定点抽出のための演算の対象となる画像データは計測対象領域Ａ４にあるものに限られることから、その分だけ演算所要時間も短縮され、センサの応答速度は高速化される。さらに、マスク領域Ｍ１，Ｍ２としてハッチングに塗られているように、計測対象領域Ａ４以外の領域の画像は画像モニタに表示されないから、モニタ画面からラインビームの照射位置が理解しやすい利点もある。
【００８１】
なお、この実施形態では、計測対象領域Ａ４は１個しか設定されていないが、先に図４を参照して説明したように、２以上の個数を設定してもよい。また、その方向も、変位測定方向Ｘ及び／又はライン方向Ｙのいずれでもよい。さらに、計測対象領域Ａ４内にて抽出される測定点座標の個数も１又は２以上の任意個数とすることができる。
【００８２】
このように図２に示されるセンサヘッド部１と図３に示されるセンサ本体部２とが協働することによって、この実施形態のビジュアル式変位センサによれば、２次元撮像素子である２次元ＣＣＤの視野内に１若しくは２以上の計測対象領域を設定すると共に、２次元ＣＣＤで撮影された画像に基づいて、設定された計測対象領域に含まれる１若しくは２以上の測定点座標の決定が行われ、この決定された１若しくは２以上の測定点座標に基づいて、目的とする変位の計測が行われる。
【００８３】
もっとも、上述のように、ＣＣＤの視野内にある複数個の測定点が全て正常に抽出できるのは、それらの測定点に対応する光像の濃度が全て計測適切値を示す場合に限られる。すなわち、例えば２個の照射光像の濃度差が大きすぎているような場合、如何に撮影条件自動制御が正常に作動しても、双方の光像をいずれも計測に適した濃度に設定することは困難であり、濃度の低い方の光像の濃度を適切値に調整すれば、他方の光像に対する映像信号の濃度は飽和してしまう。
【００８４】
そこで、本発明者等は上記の問題を領域別濃度調整処理という新規な手法を用いて解決した。
【００８５】
領域別濃度調整処理を示すタイムチャートが図１３に示されている。同図に示されるように、この実施形態の変位センサにおいては、１若しくは２以上の計測対象領域が２次元ＣＣＤの視野内に設定されると、各計測対象領域内のビーム照射点の光像に対する濃度は常に計測に適した濃度に自動調整されるのである。
【００８６】
今仮に、ＣＣＤの視野内に変位測定方向へ位置及び長さを異ならせて、図４（ｃ）に示されるように、２つの計測対象領域Ａ１（領域０）、Ａ２（領域１）が設定され、それぞれの領域内にラインビームの照射光像が存在するものと想定する。このように、各光像毎に計測対象領域を設定すると、各計測対象領域内のピーク映像はいずれも計測に適した大きさに調整される。
【００８７】
すなわち、図１３において、（ａ）に示されるＶＤ信号の列と、（ｃ）に示される領域設定の列とを照合して明らかなように、この実施形態にあっては、相連続する垂直周期において、交互に領域（エリア）１と領域（エリア）０とに切り替えて、時分割的に受光感度の制御が行われる。その結果、２次元ＣＣＤの視野内に、２つの映像ピークが存在し、そのうち一方が他方に比べて極端に大きいか又は小さいような場合、この時分割切り替えによる感度自動調整機能が働くことによって、いずれのピークにおいても、適切な濃度をもって測定点座標の決定処理が可能となる。
【００８８】
すなわち、図１３の例では、領域０に含まれる映像は第２周期においては濃度不足であるが、順次濃度自動調整が行われる結果、適切な濃度まで濃度を増加させた第４周期の時点で、例えば図１５に示されるような特徴点抽出演算を用いて、測定点座標の抽出が行われる。一方、領域１に含まれる映像は当初（第３周期）より適切な濃度を有するため、これに基づきそのまま測定点座標の決定が行われる。従前は、このように１つの画面上に濃度の大きく異なる２つの映像が存在した場合、一括して濃度調整を行おうとすると、いずれか一方の映像において濃度不足又は濃度過度が生じ、測定点座標の決定に支障を来したのであるが、このように領域別に濃度自動調整を行うようにしているため、いずれの映像においても適切な濃度において測定点座標の決定が行われ、これに基づき目的とする計測（例えば、透明体の厚さ計測など）が可能となるのである。
【００８９】
尚、図１５に示される特徴点抽出演算は、各ピクセル毎の濃度値を規定のスレッシュ値と比較して左右のエッジを求め、サブピクセルまで計算された左右エッジの中心位置として測定点座標を決定するものである。
【００９０】
また、本発明の領域限定機能は、必ずしも個々のピーク映像毎に行うものではなく、図１４に示されるように、１つの計測対象領域中に２以上のピーク映像（山１、山２）が含まれる場合も差し支えない
【００９１】
次に、図１６〜図２２を参照して、特定の画像モニタの画面を使用し、計測対象領域を２以上設定して、透明体の厚さ計測を行うための操作を説明する。
【００９２】
図１６（ａ）に示されるように、表面７０ａはガラスが剥き出しであっても、裏面７０ｂに金属被膜７０ｃが存在するガラス板７０などがしばしば存在する。このようなガラス板としては、テレビのブラウン管に使用されたガラス板、液晶表示パネルのガラス板などが相当する。このようなガラス板７０をビジュアル式変位センサのセンサヘッド１で計測しようとすると、表面７０ａと裏面７０ｂとの反射率差が大きすぎることから、表面７０ａの光像濃度を計測適切値とすると裏面７０ｂの変位計測に支障を来すことが知られている。
【００９３】
すなわち、図１６（ｂ）のモニタ画面に示されるように、濃度の正常な表面照射光像７０２については細い像として表示されるが、濃度が飽和している裏面照射光像７０１については太い像で示されている。又、画面上には、表面ラインブライト波形７０４と裏面ラインブライト波形７０３とが表示されており、裏面ラインブライト波形７０３の頂部が階調２５５ライン７１３まで達していることからも明らかなように、裏面照射光像７０１は濃度が高すぎて計測に適さない。より具体的には、測定点座標計測アルゴリズムとして、先に図１５を参照して説明した特徴抽出演算を行おうとしても、適切な測定点座標を求めることができない。尚、同図において、７０１は裏面照射光像、７０２は表面照射光像、７０３は裏面ラインブライト波形、７０４は表面ラインブライト波形、７０５は裏面の測定点座標表示、７０６は表面の測定点座標表示、７０７は領域表示、７０８は感度表示、７０９はピーク値表示、７１０はモード表示、７１１，７１２，７１３はそれぞれ階調１００，２００，２５５を示すライン、７１４は計測値表示、７１５は良否判定結果表示である。
【００９４】
このような場合、本発明の変位センサにおいては、裏面照射光像７０１と表面照射光像７０２とを別々の計測対象領域（エリア０とエリア１）に設定する。
すなわち、まず、図１７（ａ）に示されるように、画面上のガイドに従って、設定する領域数を選択する。ここでは、２つの領域を選択するため、『２領域（エリア０とエリア１）』を所定操作で選択する。
【００９５】
すると、図１７（ｂ）に示されるように、モニタ画面上には、図中細長長方形状の点線枠で示されるように、領域指定ウィンドウ７１１が表示される。この領域指定ウィンドウ７１１は、所定操作で左右方向に拡大並びに縮小が可能であり、これにより、変位方向に沿って所定領域を指定することが可能となっている。
【００９６】
そこで、まず図１８（ａ）に示されるように、図中矢印Ｚ１に示されるように領域指定ウィンドウ７１１の右側縦線を左方向へ移動させて、表面照射光像７０２の右隣りに近接して位置させる。次に、図中矢印Ｚ２で示される左側縦線についてはそのままの位置に固定し、所定の確定操作を行う。これにより、図１８（ｂ）に示されるように、領域０の設定操作が完了する。
【００９７】
続いて、図１９に示されるように、所定のガイドに従って、エリア１の測定領域の指定を開始し、領域指定ウィンドウ７１１を構成する左右の縦線によって、今度は裏面照射光像７０１を囲むことによって、測定領域１の設定を完了する。
【００９８】
すると、図２０に示されるように、モニタ画面上には、上下２段に領域０及び領域１の撮影画像が別々に表示され、同時に、それぞれの領域別に、先に図１３のタイムチャートで説明したように、時分割的な濃度自動調整処理が実行され、裏面照射光像７０１並びに表面照射光像７０２はいずれも細幅の像で示すように適切な濃度に設定される。尚、裏面照射光像７０１と重ねて描かれた裏面ラインブライト波形７０３からも明らかなように、ピーク波形の濃度は飽和することなく、計測に適した値に自動調整される。
【００９９】
このとき、画面の右隅には、エリア０及びエリア１のそれぞれに対応して、ピーク表示並びに感度表示が行われる。すなわち、図の例では、エリア０に関しては感度『１３』並びにピークレベル『２００』であることが理解され、エリア１については感度『６』並びにピークレベル『１５０』であることが理解される。
【０１００】
そのため、これらの表示によれば、ガラス板の表裏において大きな反射率差が存在するにも拘わらず、裏面側の撮影における感度を低下させたことにより、表裏いずれにおいても変位が適切に計測されたことをオペレータは容易に理解することができる。
【０１０１】
尚、本発明の領域限定式計測処理においては、必ずしも、領域判定部２０２においてマスク処理の結果得られた抽出画像に基づいて、変位並びに濃度の抽出を行うことを必須のものとするものではない。
【０１０２】
すなわち、マスク画像を使用する測定点座標抽出処理では不都合が生ずる場合もある。このような問題点は、以下に説明する第２実施形態の測定点抽出処理にて解決できる。
【０１０３】
マスク画像を使用する測定点座標抽出処理の問題点を説明するための図が図２１に、測定点座標抽出処理の第２実施形態を説明するための図が図２２にそれぞれ示されている。
【０１０４】
入力画像そのものから抽出された測定点座標が図２１（ａ）に、入力画像をマスクして得られたマスク画像から抽出された測定点座標が図２１（ｂ）にそれぞれ示されている。尚、Ｌ１，Ｌ２は計測対象領域の左右境界線、ＴＨはしきい値、ＰＬ１は入力画像としきい値ＴＨとが交叉する左側エッジ、ＰＲ１は同右側エッジ、ＰＭ１は入力画像からエッジ中心アルゴリズムを使用して抽出された測定点座標である。また、ＰＬ２はマスク画像としきい値ＴＨとが交叉する左側エッジ、ＰＲ２は同右側エッジ、ＰＭ２はマスク画像からエッジ中心アルゴリズムを使用して抽出された測定点座標である。
【０１０５】
それらの図から明らかなように、ラインビームの照射光像が計測対象領域の内側に存在しても、それが計測対象領域の境界線に近接して存在すると、図２１（ｂ）に白塗り領域で示されるように、左側境界線Ｌ１よりも左側に位置する計測対象領域外の光像成分はラインビーム照射光像から除外されてしまう。そのため、マスク済み画像としきい値ＴＨとの交点である左右エッジＰＬ２，ＰＲ２に基づきエッジ中心アルゴリズムにて算出された測定点座標ＰＭ２（図２１（ｂ）参照）は、入力画像としきい値ＴＨとの交点である左右エッジＰＬ１，ＰＲ１に基づきエッジ中心アルゴリズムにて算出された測定点座標ＰＭ１（図２１（ａ）参照）とは一致しなくなる。図示例では、測定点座標ＰＭ２の方が、測定点座標ＰＭ１よりも右側へ移動されている。
【０１０６】
このような不都合を回避するためには、変位並びに濃度抽出については、マスク処理を通過する前の、生画像を用いて、各々の測定点座標を決定し、これを仮決定として、更にその後に測定点座標と測定対象領域との比較を行い、それらが照合するものについて、最終的に測定点座標と本決定するようにすればよい。
【０１０７】
すなわち、図２２（ａ）に示されるように、今仮にＣＣＤの視野内にラインビームの照射による正常な光像と外乱光の照射による光像とが存在し、正常な光像は左側境界線Ｌ１に近接して計測対象領域の内側に存在する一方、外乱光による光像は計測対象領域の外側に位置するものと想定する。
【０１０８】
このような場合、本発明では、先ず、それらの光像そのものに対して（マスク画像ではない）、エッジ中心アルゴリズムを使用して、測定点座標ＰＭ１１，ＰＭ１２をそれぞれ抽出し、これを測定点座標として仮決定する。尚、図２２（ａ）において、Ｌ１，Ｌ２は計測対象領域の左右の境界線、ＴＨはしきい値、ＰＬ１１，ＰＲ１１はしきい値と正常光像とが交叉する左右のエッジ、ＰＬ１２，ＰＲ１２はしきい値と外乱光像とが交叉する左右のエッジである。
【０１０９】
本発明では、次に、仮決定された測定点座標ＰＭ１１，ＰＭ１２と計測対象領域とを照合することにより、それら仮決定された２個の測定点座標ＰＭ１１，ＰＭ１２のうちで、計測対象領域の内側に存在するもののみを真の測定点座標として本決定し、それ以外のものを真の測定点座標の対象から除外する。具体的には、図２２の場合で言うと、測定点座標ＰＭ１１のみが真の測定点座標であると本決定され、測定点座標ＰＭ１２は本決定の対象から除外される。
【０１１０】
以上の構成によれば、外乱光像に基づく測定点座標ＰＭ１２は除外されるから、外乱光に基づく誤計測が回避される。加えて、本決定される測定点座標ＰＭ１１は、入力画像そのものを基として抽出されたものであるから、マスク画像を基として抽出されたものに比べて精度が良好である。
【０１１１】
このような処理を行うための電気的構成を概略的に説明したのが、図２３に示されるセンサ本体部の内部構成を概略的に示すブロック図（その２）である。
【０１１２】
この図２３に示される例においては、センサヘッド１から得られたアナログ映像信号ｖｓは、Ａ／Ｄ変換器２０１を介してディジタル信号に変換された後、直接に変位、濃度抽出部２１０へと与えられる。この変位、濃度抽出部２１０では、マスキング前の生の画像に基づいて、従前通りに変位並びに濃度の抽出を行い、得られた変位並びに濃度を含む画像を表示合成部２０４へと送る。一方、同様にして得られた変位並びに抽出濃度は、ここで初めて領域判定部２１１へと送られる。
【０１１３】
その結果、画像モニタの画面上には、生画像そのものがあるいは生画像から抽出されたラインブライト波形がそのまま表示される一方、変位、濃度抽出部２１０で抽出された変位並びに濃度は、領域判定部２１１において適切なものであるかどうの判定が初めて行われる。
【０１１４】
すなわち、変位、濃度抽出部２１０から得られる変位並びに濃度（仮決定状態）については、外乱光やその他不要な信号も含まれている可能性があるものの、これは領域判定部２１１中においてフィルタリングされ、設定された領域に収まるもののみが真の変位位置並びに濃度（本決定状態）として演算部２５２や感度判定部２５３へと送られ、先ほどと同様にして演算処理や受光光量制御信号ＣＯＮＴの生成に利用されるのである。
【０１１５】
以上説明したように、本発明の領域限定機能付きの計測処理によれば、裏面７０ｂに金属被膜７０ｃを有するガラス板７０の厚み測定に応用した場合、格別の作用効果を奏するものである。
【０１１６】
もっとも、表面７０ａと裏面７０ｂとのそれぞれに計測対象領域を設定しておいても、様々な原因で、計測対象物であるガラス板７０の表面７０ａのレベルが上下すると、２つの領域の位置を固定したままでは、いささか不都合が生ずることが知見された。
【０１１７】
すなわち、これは、図２４（ａ）に示されるように、何らかの理由で矢印Ａ１に示されるように、ガラス板７０が垂直に上下動した場合や、図２４（ｂ）に示されるように、矢印Ａ２方向へとコンベア上を流れてくるガラス板７０に反りや撓みがある場合などに発生する。尚、反りや撓みのあるガラスとしては、代表的なものにブラウン管が挙げられる。
【０１１８】
このような場合、本発明のセンサ本体部２においては、図２５に示されるように、表面７０ａの計測値を常時監視しており、これに変動が生じた場合には、その変動量に応じて、裏面７０ｂに相当する計測対象領域の位置を、これに追従するように制御する。すなわち、図２５に示されるように、本実施形態においては、連続する２つの垂直周期毎に、設定領域の切り替えを交互に実施する。そして、連続する２つの垂直周期の前の周期において、表面７０ａに相当する第０領域の変位（高さ）を求め、これに変動があった場合には、後の周期において、裏面７０ｂに対応する領域の位置を、ガラスの厚さ一定を前提として、再計算するのである。その結果、次の領域１に関する設定においては、裏面７０ｂに対応する領域１の位置も変動に追従しているため、裏面の計測に際し、裏面の位置が計測対象領域からはずれて、濃度自動調整処理がうまく働かないといった不都合を回避することができる。
【０１１９】
より具体的に説明すると、図２５（ｂ）に示されるレーザの点灯、ＣＣＤのシャッタ時間およびＡＧＣ増幅回路のゲインに関しては、第０周期については領域０（ガラス板表面）の感度で、第２周期については領域１（ガラス板裏面）の感度で、第４周期については領域０（ガラス板表面）の感度で行なわれる。図２５（ｃ）に示される計測対象となる領域設定に関しては、第１及び第２周期については領域０（ガラス板表面）に、第３及び第４周期については領域１（ガラス板裏面）に、第５及び第６周期については領域０（ガラス板表面）に、それぞれ設定される。図２５（ｄ）に示される映像信号の取得は、第１周期、第３周期、第５周期といったように１周期おきに飛び飛びで行なわれる。図２５（ｆ）に示される計測表示処理に関しては、領域０と領域１とに１周期置きに交互に変えて、計測の実施と表示更新とが繰り返される。図２５（ｅ）に示される領域演算に関しては、領域０の変位計測値を元に領域１の範囲を再計算する。再計算された領域１の範囲は次の周期の領域１設定処理に反映される。
【０１２０】
尚、図２５（ｂ）に示すレーザ点灯制御は、感度判定部２５３で生成される制御信号ＣＯＮＴを受けて、センサヘッド１内の撮影条件格納部１４１から適切な撮影条件が読み出され、タイミング信号発生回路１０１を介して投光系、受光系回路が制御されることで実現される。また、図２５（ｃ）に示す領域設定処理は、領域設定部２５１で設定された領域に基づいて領域判定部２０２がマスク処理を実行することで実現される。また、図２５（ｅ）に示す領域演算処理は、領域設定部２５１が領域０の変位計測値を基に領域１の範囲を再計算することで実現される。さらに、図２５（ｆ）に示す計測表示処理は、演算部２５２内の画素／ｍｍ換算処理、計測処理、良否処理、表示処理が作動することで実現される。
【０１２１】
このことをモニタ画面上の例で示すのが図２６である。すなわち、図２６（ａ）はガラス板の表面高さが変動する前の状態であり、同図（ｂ）に示されるものが、ガラス板の高さが様々な原因で変動した場合の例である。それらから明らかなように、表面計測領域７１３並びに裏面計測領域７１４が正常に設定されていれば、表面照射光像７０２並びに裏面照射光像７０１は適当な細幅に維持されているのに対し、何らかの原因で計測対象となるガラス板が上下動すると、もしも裏面計測領域７１４が固定されたままであれば、裏面照射光像７０１は領域をはみ出し、裏面画像を認識できなくなり、計測不能に陥る。
【０１２２】
これに対して、先に説明した領域再計算の手法を用いれば、裏面計測領域７１４Ａが再計算されて適切に設定されるため、図２６（ｂ）の下段に示されるように、裏面照射光像７０１Ａは新たに作成された裏面計測領域７１４Ａに収まるから、透明板が上下動する場合にも、その厚さ計測を安定的に維持することができる。
【０１２３】
このように、本発明では、２次元撮像素子である２次元ＣＣＤの視野内に、１若しくは２以上の計測対象領域を設定することにより、外乱光に基づくピーク波形をマスクしたり或いは高反射率面に相当する飽和画像を適切に濃度調整して、常に最適な高精度の変位計測を行うことが可能となるのである。
【０１２４】
又、本発明の領域限定式の変位計測処理は、ラインビームのライン方向すなわち計測方向と直交する方向においても領域を複数設定しかつ領域別に濃度調整を実行することができる。このような例を示すのが図２７並びに２８である。
【０１２５】
図２７において、１はセンサヘッド部、８０１は計測対象物体、８０２は計測対象物体上の段部、８０３は段差である。このように、センサヘッド部１から発せられたラインビーム８０４を、段部８０２に跨るように設定することによって、段差８０３の計測を行うことができる。
【０１２６】
その際、段部８０２を構成する上段の面と下段の面とに大きな反射率の差があると、先ほどと同様に、いずれかの一方の面において受光光量が飽和し、計測不能に陥ることがある。
【０１２７】
このような場合にも、上段の面と下段の面とにそれぞれ別々の計測対象領域を設定すれば、各々の反射光量を適切な値に自動調整して、計測不能に陥ったり大きな計測誤差が生ずることを確実に回避することができる。
【０１２８】
段差計測時におけるモニタ画面の説明図が図２８に示されている。尚、図において、８０５Ａはエリア０の感度、８０６Ａはエリア０のピークレベル、８０５Ｂはエリア１の感度、８０６Ｂはエリア１のピークレベル、８０７は第１表示領域、８０８は第２表示領域、波線で囲まれた８０７Ａは第１表示領域における計測対象領域、波線で囲まれた８０８Ａは第２表示領域における計測対象領域、８０９は段差計測結果の表示、８１０は上段面反射光のラインブライト波形、８１１は下段面反射光のラインブライト波形、８１２は上段面反射光の光像、８１２Ａは上段面反射光の濃度調整後の光像、８１３は下段面反射光の光像である。
【０１２９】
このように２次元ＣＣＤの視野内において、そのライン方向に離隔して、それぞれ独立に計測対象領域８０７Ａ，８０８Ａを設定したことにより、同画面の第２表示領域８０８のほぼ中央に示されるように、上段反射光並びに下段反射光のそれぞれに対応するラインブライト波形８１０，８１１はいずれも適切な濃度に制御され、双方の面を確実に計測することができる。すなわち、２次元ＣＣＤから出力される各水平走査ライン出力のうち、領域８０８Ａに相当する領域に関して適切な濃度制御を行い、同時に領域８０７Ａに相当する領域からの水平走査ライン出力に対して適切な濃度調整を行うことによって、それぞれの領域におけるラインブライト波形８１０，８１１のピークを適切な値に制御し、高精度の計測を行うことが可能となるのである。
【０１３０】
次に、上記の段差計測における横ずれ追従制御について説明する。段差計測における物体横ずれ時の問題点の説明図が図２９に示されている。尚、図において、８０１は計測対象物体、８０２は段部、８０３は段差、８０４はラインビームである。同図（ａ）に示されるように、計測対象物体８０１が基準位置にあるとき、ライン方向へ設定された２つの計測対象領域Ａ，Ｂは段差８０３を構成する下段面と上段面とに位置決めされている。これに対して、同図（ｂ）に示されるように、計測対象物体８０１が横方向へずれると、計測対象領域Ａには段部８０２が入り込むことから、段差計測に支障を来すこととなる。この問題は、計測対象物体８０１の横ずれに追従させて、計測対象領域Ａ５Ｂも横方向へ移動させることで解決することができる。
【０１３１】
段差計測時の横ずれ追従制御の説明図が図３０に、同制御における処理の流れを示すタイムチャートが図３１にそれぞれ示されている。
【０１３２】
段部８０２の位置がラインビーム８０４のラインに沿って左右に移動する場合には、図３０に示されるように、例えば変位値として基準線８２１を抽出するためのしきい値ＴＨ０を設定し、計測画像における全ラインの計測結果である線８２０との交点８２２を基準線８２１の位置とする。このとき、基準線８２１の算出方法としては一般的なエッジ検出方法が適用できる。このようにして、基準線８２１の位置が決まったならば、次いで基準線８２１の両側へ例えば、ΔＹずつ離隔させた位置に計測対象領域０，１を再設定することで、物体８２１の移動と計測対象領域０，１の移動とを連動させ、領域０，１を常に段差の上段面と下段面とに適切に位置決めすることができる。
【０１３３】
すなわち、本発明にあっては、計測中の対象物体８０１がライン方向へ移動した場合には、ラインビーム８０４の照射ラインに沿って計測対象物体８０１の高さを測定し直し、あらかじめ決められた高さ相当のしきい値ＴＨ０に達する位置を段部８０２と認識して、段部８０２の位置を基準としてその両側に適宜離間して計測対象領域０，１を設定し直すのである。
【０１３４】
より具体的には、図３１に示されるように、レーザの点灯、ＣＣＤのシャッタ時間およびＡＧＣ増幅回路を制御して行う感度調整については図２５の場合と同様である。第０周期のレーザ点灯により生成された画像は第１周期にて計測画像として取得される。次いで、第２周期では、計測表示処理として、領域０計測画像に対して、変位計測が実施されるとともに、設定されたしきい値ＴＨ０を元に基準線８２１を算出し、領域演算では、この基準線８２１から次の計測に用いる領域０，１の領域範囲を再計算する。この再計算に基づき、第４周期及び第５周期において、領域０範囲並びに領域１範囲の輪郭表示位置が変更される。次いで、第３及び第４周期では、第２周期で再計算された領域１範囲により領域１計測画像が取得され、領域１の計測が実施される。以後、同様にして、領域０，１の再計算乃至再設定が繰り返し行なわれる結果、計測対象物体８０１がライン方向へ振れても、領域０，１は段部８０２を跨ぐことなく、上段面、下段面に分離して適切に位置決めされる。
【０１３５】
尚、基準線８２１の位置検出のために使用したしきい値ＴＨ０は固定値としてもよいが、段差の上段面又は下段面のどちらか（あらかじめ決めた方を基準面と言う）に対応する距離計測値としきい値ＴＨとの差が一定となるようにしきい値ＴＨ０自体も追従させると、段差位置のライン方向への変動だけでなく、基準面の距離方向の変位（段差のある物体全体としての上下変動）にも追従できるという利点がある。
【０１３６】
このように、以上説明した本発明の実施形態によれば、２次元ＣＣＤの視野内において、変位測定方向並びにこれと直交する方向に任意に幅並びに位置を決めて計測対象領域を設定し、これによりマスクされる部分については計測処理を行なわないことによって、外乱光などの影響を排除し、さらに計測対象領域に含まれる部分については計測処理に利用するのみならず、その濃度を適切に自動調整するようにしたことによって、複数の領域に含まれるラインブライト波形が大きくレベル差があるような場合でも、これを時分割的に濃度自動調整することによって、いずれの光像についても測定点座標を確実に決定できるのである。このことから、本発明によれば、外乱光の存在する環境や、金属被膜の形成されたガラス板、さらには反射率の大きく異なる２面間の段差を測定するのに実用上極めて好適なものとなる。
【０１３７】
加えて、本発明にあっては、変位測定方向又はライン方向へ複数設定した計測対象領域を、いずれかの領域の計測値変動に追従して相対移動可能としているため、ガラスの板厚計測中にガラス板が上下動したり、段差計測中に段差の境界線が横ずれしたりした場合にも、物体上の目的とする位置に計測対象領域を正確に位置決め維持できるという利点もある。
【０１３８】
次に、図３２及び図３３を参照して画像モニタ６のための表示合成処理について簡単に説明する。この実施形態のビジュアル式変位センサにあっては、図３２に示されるように、５枚のグラフィックメモリ（０〜５）と、１枚の画像メモリとを設けて、画像編集及び表示処理を実現している。図３２において、画像メモリには、背景としての計測画像が格納される。一方、グラフィックメモリ（０〜４）にはグラフィック画像が格納される。すなわち、グラフィックメモリ（０）には、ラインブライトガイド、設定メニュー、感度情報ガイド［白、描画更新しない］が格納される。グラフィックメモリ（１）には、計測結果［白］が格納される。グラフィックメモリ（２）には、ラインブライト、ＬＶ、ＰＥＡＫ［黄］が格納される。グラフィックメモリ（３）には、測定点［赤］が格納される。グラフィックメモリ（４）には、計測領域［緑］が格納される。これらのメモリの格納内容は、図３３に示されるように、互いに上書き加算処理されて、画像モニタ６用の表示画像に編集され、画像モニタ６の画面上にカラー表示される。
【０１３９】
尚、以上の説明の中でガラスの厚み計測を例に挙げたが、もちろんこの厚み計測にはガラスの屈折率などに起因するキャリブレーション処理を前もって行うことが必要となる。従来、このキャリブレーション処理は、オペレータが決められた手順で、計測対象となる透明体の屈折率に応じた数値を正確に入力するといった複雑な操作が必要であり、この種のビジュアル式変位センサの使い勝手を損ねる一因となっていた。
【０１４０】
そこで、本発明者等は、新たに非常に簡単にキャリブレーション処理を対話形式で行うことができる変位センサを提供した。
【０１４１】
以下、透明体厚み演算のキャリブレーション処理を図３４〜図３６に示されるフローチャート、並びに、図３７〜図４３に示される説明図を参照して系統的に説明する。
【０１４２】
まず、ビジュアル式変位センサの透明体厚さ測定でキャリブレーション処理が必要となる理由を図４４を参照して簡単に説明する。
【０１４３】
同図に示されるように、このような透明板に計測光であるレーザビームを照射した場合、そのレーザビームは、表面に入射した時点で当該透明体の屈折率に応じて屈折する。その結果、実際の裏面と見かけ上の裏面位置との間には、誤差が生ずる。ビジュアル式変位センサにおいては、この誤差がそのまま２次元撮像素子上の測定点座標の誤差として現れるため、何等補正を行わないと、正確な透明体の厚さを測定することはできない。
【０１４４】
透明体厚み演算キャリブレーションのアルゴリズムを説明するための図が図４３に示されている。同図に示されるように、キャリブレーション前における測定変位をＰ１，Ｐ２とすると、キャリブレーション後における透明体表裏の変位はＤ１，Ｄ２となる。すなわち、見かけ上の厚さＰ２−Ｐ１から実際の厚さＤ２−Ｄ１を求めるためには、スパンＳ並びにオフセットＯの値を装置に教示せねばならない。
【０１４５】
以上を前提として、図３４の処理が開始されると、設定開始を待機する状態となる（ステップ３４０１）。この状態において、設定開始のための所定操作が行われると（ステップ３４０１ＹＥＳ）、続いてアプリケーションの選択を待機する状態となる（ステップ３４０２）。この状態において、所定操作でアプリケーションの選択（この場合には『透明体厚み』が実行されると（ステップ３４０２『透明体厚み』）、続いてワークの設置完了を待機する状態となる（ステップ３４０３）。（図３７及び図３８参照）
【０１４６】
この状態において、基準となる透明体を設置し、表面の指定を行い（ステップ３４０４）、完了の指示を行い（ステップ３４０５）、更に裏面の領域指定を行い（ステップ３４０６）、完了の指示を行うと（ステップ３４０７『ＥＮＴ』）、表面Ｐ１（ｍｍ）の計測（キャリブレーション前）が行われる（ステップ３５０１）。
【０１４７】
続いて、この計測が正常に完了したならば（ステップ３５０２ＹＥＳ）、続いて、表面の位置Ｄ１（ｍｍ）の入力（キャリブレーション後）並びに裏面Ｐ２（ｍｍ）の計測（キャリブレーション前）が実行され（ステップ３５０３，３５０４）、それらが正常に計測されたならば（ステップ３５０５ＹＥＳ）、裏面の位置Ｄ２（ｍｍ）の入力（キャリブレーション後）が行われ、続いて図３６へ移って、キャリブレーションの実行処理（ステップ３６０１）、ＯＵＴ０の設定（厚み）（ステップ３６０２）、ＯＵＴ１の設定（ガラスの表面）並びにＯＵＴ２の設定（ガラス表面）（ステップ３６０３）が実行される。（図３９〜図４２参照）
【０１４８】
これにより、オペレータは、特別な知識や操作などを習熟せずとも、苦もなく、この種の透明体厚み演算キャリブレーション操作を実施することが可能となる。
【０１４９】
【産業上の利用可能性】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、計測環境が適切でないこと等により、二次元撮像素子の視野内に外乱光に起因するラインビーム照射光像類似の光像が現れ、測定点座標の個数が予定された個数を超えてしまった場合にも、オペレータが外乱光に基づく光像が除外されるようにして計測対象領域を設定するだけで、当該センサに組み込まれた変位計測アルゴリズムによって、目的とする変位を正常に計測可能な状態に復帰させることができる。
【０１５０】
また、本発明によれば、例えばブラウン管のガラス板や液晶パネルのガラス板等のように、計測対象となる透明板の裏面に反射率の高い金属被膜が被着されていることに起因して、濃度自動調整機能が作用したとしても、二次元撮像素子の視野内に変位測定方向へ間隔を開けて現れるラインビーム照射光像の濃度を全ての光像について規定範囲内に収めることができなくなった場合にも、例えば、オペレータが個々のラインビーム照射光像に独立した計測対象領域を設定するだけで、濃度が既定値を外れたラインビーム照射光像部分についても、当該センサに組み込まれた測定点座標決定アルゴリズムによって、測定点座標を決定することができ、結果として、目的とする変位を正常に計測可能な状態に復帰させることができる。
【０１５１】
また、本発明によれば、計測対象となる段差に跨るようにしてラインビームを照射しつつ段差計測を行うような場合において、当該段差を構成する上段面と下段面とに大きな反射率差が存在することに起因して、濃度自動調整機能が作用したとしても、二次元撮像素子の視野内に変位測定方向と直交する方向へ間隔を開けて現れるラインビーム照射光像の濃度を全ての光像について規定範囲内に収めることができなくなくなった場合にも、オペレータが下段表面と上段表面とに別々の計測可能領域を設定するだけで、濃度が既定値を外れたラインビーム照射光像部分についても、当該センサに組み込まれた測定点座標決定アルゴリズムによって、測定点座標を決定することができ、結果として、目的とする変位を正常に計測可能な状態に復帰させることができる。
【０１５２】
また、本発明によれば、厚み計測対象であるガラス板が上下に移動したり段差計測対象である段付物体がライン方向へ左右に移動した場合にも、それらの移動に計測対象領域を追従させて、計測不能に陥ることを未然防止できる。
【０１５３】
さらに、本発明によれば、外乱光の存在、透明板の反射率表裏差、段差の段間反射率差に起因する計測不能の事態が発生した場合には、そられの原因をオペレータに対して的確に知らせることができる案内表示を付加したビジュアル式変位センサを提供することができる。
【０１５４】
【図面の簡単な説明】
第１図は、ビジュアル式変位センサの全体を示す図であり、第２図は、センサヘッド部の内部構成を示す図であり、第３図は、センサ本体部の内部構成を概念的に示すブロック図（その１）であり、第４図は、計測対象領域の設定態様を示す図であり、第５図は、センサ本体部の変位量測定動作を概略的に示すゼネラルフローチャートであり、第６図は、センサヘッド部内のＣＣＤで撮像された画像の説明図であり、第７図は、測定範囲内における測定点抽出処理の説明図であり、第８図は、ＣＣＤによる撮像画像とラインブライト波形との関係を示す図であり、第９図は、しきい値決定処理の説明図であり、第１０図は、測定点座標決定処理の説明図であり、第１１図は、モニタ画面生成方法の説明図であり、第１２図は、ＣＣＤによる撮像画像とラインブライト波形等との関係を示すモニタ画面の説明図であり、第１３図は、領域別濃度調整処理を示すタイムチャートであり、第１４図は、ラインブライト波形と計測対象領域との関係を示す説明図であり、第１５図は、測定点座標を決定するための特徴抽出演算を説明するための図であり、第１６図は、従来の計測結果を示す図であり、第１７図は、領域設定に際するモニタ画面の説明図（その１）であり、第１８図は、領域設定に際するモニタ画面の説明図（その２）であり、第１９図は、領域設定に際するモニタ画面の説明図（その３）であり、第２０図は、２領域設定後の計測に際するモニタ画面の説明図であり、第２１図は、マスク画像を使用する測定点抽出処理の問題点を説明するための図であり、第２２図は、測定点座標抽出処理の第２実施形態を説明するための図であり、第２３図は、センサ本体部の内部構成を概念的に示すブロック図（その２）であり、第２４図は、計測点の上下変動の態様を示す図であり、第２５図は、計測点の上下変動に設定領域を追従させる処理を示すタイムチャートであり、第２６図は、計測点の上下変動の前後におけるモニタ画面の様子を示す説明図であり、第２７図は、段差計測時のセンサと計測対象物体との位置関係を示す図であり、第２８図は、段差計測時のモニタ画面を示す説明図であり、第２９図は、段差計測時における物体横ズレ時の問題点を示す説明図であり、第３０図は、段差計測時の横ズレ追従制御の説明図であり、第３１図は、段差計測時の横ズレ追従制御における処理の流れを示すタイムチャートであり、第３２図は、画像モニタのための表示合成処理の説明図（その１）であり、第３３図は、画像モニタのための表示合成処理の説明図（その２）であり、第３４図は、透明体厚み演算のキャリブレーション処理を示すフローチャート（その１）であり、第３５図は、透明体厚み演算のキャリブレーション処理を示すフローチャート（その２）であり、第３６図は、透明体厚み演算のキャリブレーション処理を示すフローチャート（その３）であり、第３７図は、透明体厚み演算キャリブレーション操作のための画面説明図（その１）であり、第３８図は、透明体厚み演算キャリブレーション操作のための画面説明図（その２）であり、第３９図は、透明体厚み演算キャリブレーション操作のための画面説明図（その３）であり、第４０図は、透明体厚み演算キャリブレーション操作のための画面説明図（その４）であり、第４１図は、透明体厚み演算キャリブレーション操作のための画面説明図（その５）であり、第４２図は、透明体厚み演算キャリブレーション操作のための画面説明図（その６）であり、第４３図は、透明体厚み演算キャリブレーションのアルゴリズムを説明するための図であり、第４４図は、ビジュアル式変位センサの透明体厚さ測定でキャリブレーションが必要となる理由の説明図である。
【技術分野】
この発明は、計測光としてラインビームを使用しかつ撮像素子として二次元撮像素子を使用した新規なビジュアル式変位センサに係り、特に、測定点座標抽出の対象となる撮像素子の視野を任意に限定可能としたビジュアル式変位センサに関する。
【０００２】
【背景技術】
本発明者等は、先に、計測光としてラインビームを使用しかつ計測用撮像素子として二次元撮像素子を使用した新規なビジュアル式変位センサを提案した。
【０００３】
斯かるビジュアル式ラインセンサによれば、計測光としてラインビームを使用していることから、計測対象部位の変位を点状ではなく線状に計測することができること、等の優れた特長を有する。
【０００４】
この種のビジュアル式変位センサの基本構成は、計測対象物体に対して所定角度でラインビームを照射するための発光素子（例えばレーザダイオード）と、ラインビームが照射された計測対象物体を別の角度から撮影するための二次元撮像素子（例えば二次元ＣＣＤ）と、二次元撮像素子で撮影された画像中のラインビーム照射光像に基づいて、測定点座標の決定を行う測定点座標決定手段と、決定された測定点座標に基づいて、目的とする変位の計測を行う変位計測手段と、を含むものである。
【０００５】
計測環境が理想的なものであれば、二次元撮像素子の視野内に現れるラインビームの照射光像の個数は、本来、予定された個数となる筈である。すなわち、計測対象物が不透明体でその表面に段差等が存在しなければ、二次元撮像素子の視野内に現れるラインビームの照射光像の個数は１個となる筈である。計測対象物がガラス板等の透明板であったり、或いは、計測対象物が不透明体であってもその表面に段差等が存在する場合には、二次元撮像素子の視野内に現れるラインビームの照射光像の個数は、透明板の積層枚数や段差の段数等で定まる予定された複数個となる筈である。
【０００６】
一方、決定された測定点座標に基づいて、目的とする変位の計測を行う変位計測アルゴリズムは、当該センサが予定された計測環境下に置かれた場合に限って正常に作動して、目的とする変位を計測する。すなわち、二次元撮像素子の視野内に現れるラインビームの照射光像の個数が予定された個数でないと、目的とする計測変位の測定に支障を来たす場合が想定される。
【０００７】
同様に、二次元撮像素子で撮影された画像中のラインビーム照射光像に基づいて、測定点座標の決定を行う測定点座標決定アルゴリズムについても、当該センサが予定された計測環境下に置かれた場合に限って正常に作動して、測定点座標の決定を行う。すなわち、二次元撮像素子の視野内に現れるラインビームの照射光像の濃度が規定範囲に収まっていないと、測定点座標の決定を行えない場合が想定される。
【０００８】
そのため、この種のビジュアル式変位センサにあっては、計測環境が適切でないことにより、二次元撮像素子の視野内に外乱光に起因するラインビーム照射光像類似の光像が現れ、測定点座標の個数が予定された個数を超えてしまうと、当該センサに組み込まれた変位計測アルゴリズムによっては、目的とする変位を正常に計測することができない場合が想定される。
【０００９】
また、この種のビジュアル式変位センサにあっては、例えばブラウン管のガラス板や液晶パネルのガラス板等のように、計測対象となる透明板の裏面に反射率の高い金属被膜が被着されていると、濃度自動調整機能が正常に作用したとしても、二次元撮像素子の視野内に変位測定方向へ間隔を開けて現れるラインビーム照射光像の濃度を、全ての光像について規定範囲内に収めることができなくなり、これにより濃度が既定値を外れたラインビーム照射光像部分については、当該センサに組み込まれた測定点座標決定アルゴリズムによっては、測定点座標を決定することができず、結果として、目的とする変位を正常に計測することができない場合が想定される。
【００１０】
さらに、この種のビジュアル式変位センサにあっては、計測対象となる段差に跨るようにしてラインビームを照射しつつ段差計測を行うような場合において、当該段差を構成する上段面と下段面とに大きな反射率差が存在すると、濃度自動調整機能が作用したとしても、二次元撮像素子の視野内に変位測定方向と直交する方向へ間隔を開けて現れるラインビーム照射光像の濃度を、全ての光像について規定範囲内に収めることができなくなり、これにより濃度が既定値を外れたラインビーム照射光像部分については、当該センサに組み込まれた測定点座標決定アルゴリズムによっては、測定点座標を決定することができず、結果として、目的とする変位を正常に計測することができない場合が想定される。
【００１１】
この発明は、計測光としてラインビームを使用しかつ計測用撮像素子として２次元撮像素子を使用したビジュアル式変位センサにおける以上の問題点に着目してなされてものであり、その目的とするところは、計測環境が適切でないことにより、二次元撮像素子の視野内に外乱光に起因するラインビーム照射光像類似の光像が現れ、測定点座標の個数が予定された個数を超えてしまった場合にも、オペレータが簡単な支援操作を行うだけで、当該センサに組み込まれた変位計測アルゴリズムによって、目的とする変位を正常に計測可能な状態に復帰できるようにしたビジュアル式変位センサを提供することにある。
【００１２】
この発明の他の目的は、例えばブラウン管のガラス板や液晶パネルのガラス板等のように、計測対象となる透明板の裏面に反射率の高い金属被膜が被着されていることに起因して、濃度自動調整機能が作用したとしても、二次元撮像素子の視野内に変位測定方向へ間隔を開けて現れるラインビーム照射光像の濃度を、全ての光像について規定範囲内に収めることができなくなった場合にも、オペレータが簡単な支援操作を行うだけで、濃度が既定値を外れたラインビーム照射光像部分についても、当該センサに組み込まれた測定点座標決定アルゴリズムによって、測定点座標を決定することができ、結果として、目的とする変位を正常に計測可能な状態に復帰できるようにしたビジュアル式変位センサを提供することにある。
【００１３】
この発明の他の目的とするところは、計測対象となる段差に交差するようにしてラインビームを照射しつつ段差計測を行うような場合において、当該段差を構成する上段面と下段面とに大きな反射率差が存在することに起因して、濃度自動調整機能が作用したとしても、二次元撮像素子の視野内に変位測定方向と直交する方向へ間隔を開けて現れるラインビーム照射光像の濃度を、全ての光像について規定範囲内に収めることができなくなくなった場合にも、オペレータが簡単な支援操作を行うだけで、濃度が既定値を外れたラインビーム照射光像部分についても、当該センサに組み込まれた測定点座標決定アルゴリズムによって、測定点座標を決定することができ、結果として、目的とする変位を正常に計測可能な状態に復帰できるようにしたビジュアル式変位センサを提供することにある。
【００１４】
この発明の他の目的とするところは、厚み計測中のガラス板の位置が厚さ方向へ変動したり、あるいはラインビームを照射しつつ段差計測中の物体の位置がライン方向へと変動したような場合にも、厚み計測や段差計測を安定的に継続することが可能なビジュアル式変位センサを提供することにある。
【００１５】
この発明の他の目的とするところは、外乱光の存在、透明板の反射率表裏差、段差の段間反射率差に起因する計測不能の事態が発生した場合には、そられの原因をオペレータに対して的確に知らせることができる案内表示を付加したビジュアル式変位センサを提供することにある。
【００１６】
この発明のさらに他の目的並びに作用効果については、以下の明細書の記載を参照することにより、当業者で有れば容易に理解されるであろう。
【００１７】
【発明の開示】
一面から見た、この発明のビジュアル式変位センサは、計測対象物体に対して所定角度でラインビームを照射するための発光素子と、ラインビームが照射された計測対象物体を別の角度から撮影するための二次元撮像素子と、二次元撮像素子の視野内に１若しくは２以上の計測対象領域を設定することが可能な計測対象領域設定手段と、二次元撮像素子で撮影された画像に基づいて、設定された計測対象領域に含まれる１若しくは２以上の測定点座標の決定を行う測定点座標決定手段と、決定された１若しくは２以上の測定点座標に基づいて、目的とする変位の計測を行う変位計測手段と、を具備することを特徴とするものである。
【００１８】
このような構成によれば、計測環境が適切でないこと等により、二次元撮像素子の視野内に外乱光に起因するラインビーム照射光像類似の光像が現れ、測定点座標の個数が予定された個数を超えてしまった場合にも、オペレータが外乱光に基づく光像が除外されるようにして計測対象領域を設定するだけで、当該センサに組み込まれた変位計測アルゴリズムによって、目的とする変位を正常に計測可能な状態に復帰させることができる。
【００１９】
ここで、計測対象領域設定手段により設定される１若しくは２以上の計測対象領域は、二次元撮像素子の視野内における変位測定方向に設定可能としてもよく、また二次元撮像素子の視野内における変位測定方向と直交する方向に設定可能としてもよく、さらに二次元撮像素子の視野内における変位測定方向及びこれと直交する方向との双方に沿って設定可能としてもよい。
【００２０】
また、本発明の好ましい実施の形態では、測定点座標決定手段が、二次元撮像素子で撮影された画像全体から、設定された１若しくは２以上の計測対象領域以外の領域の画像をマスクして抽出された画像に基づいて、１若しくは２以上の測定点座標を決定する、ようにしてもよい。
【００２１】
また、本発明の好ましい実施の形態では、測定点座標決定手段が、二次元撮像素子で撮影された画像全体に基づいて、１若しくは２以上の測定点座標を仮決定し、この仮決定された１若しくは２以上の測定点座標を、設定された１若しくは２以上の計測対象領域の該当するものとそれぞれ照合することにより、１若しくは２以上の測定点座標を本決定する、ようにしてもよい。
【００２２】
本発明の好ましい実施の形態では、二次元撮像素子で撮影された生画像の状態に対応する情報を画像モニタの画面上に表示させるためのモニタ用画像編集手段を有する、ようにしてもよい。このとき、生画像の状態に対応する情報が、生画像そのもの、及び／又は、生画像に対応するラインブライト波形である、ようにしてもよい。
【００２３】
本発明の好ましい実施の形態では、二次元撮像素子で撮影された生画像から設定された計測対象領域以外の領域をマスクして抽出したマスク済み画像の状態に対応する情報を画像モニタの画面上に表示させるためのモニタ画像編集手段を有する、ようにしてもよい。このとき、マスク済み画像の状態に対応する情報が、マスク済み画像そのもの、及び／又は、マスク済み画像に対応するラインブライト波形である、ようにしてもよい。
【００２４】
本発明の好ましい実施の形態では、二次元撮像素子の視野内に設定された計測対象領域に対応する情報を画像モニタの画面上に表示させるためのモニタ用画像編集手段を有する、ようにしてもよい。このとき、計測対象領域に対応する情報が、生画像若しくはマスク済み画像上における計測対象領域の境界位置、及び／又は、境界を示す数値である、ようにしてもよい。
【００２５】
本発明の好ましい実施の形態では、二次元撮像素子の視野内において決定された測定点座標に対応する情報を画像モニタの画面上に表示させるためのモニタ画像編集手段を有する、ようにしてもよい。このとき、測定点座標に対応する情報が、生画像若しくはマスク済み画像上における測定点座標の位置、及び／又は、測定点座標を示す数値である、ようにしてもよい。
【００２６】
本発明の好ましい実施の形態では、二次元撮像素子の視野内における計測対象領域の設定、設定変更、設定解除等を、画像モニタの画面上における操作で実現可能とするためのグラフィカル・ユーザ・インタフェース（ＧＵＩ）を有する、ようにしてもよい。
【００２７】
他の一面から見た本発明のビジュアル式変位センサは、計測対象物体に対して所定角度でラインビームを照射するための発光素子と、ラインビームが照射された計測対象物体を別の角度から撮影するための二次元撮像素子と、二次元撮像素子の視野内に２以上の計測対象領域を変位測定方向にその位置及び長さを指定して設定することが可能な計測対象領域設定手段と、各計測対象領域に１以上のラインビーム光像が含まれるとき計測対象領域毎に少なくとも一つのラインビーム光像濃度を計測適切値に調整した上で、二次元撮像素子で撮影された画像に基づいて、設定された計測対象領域に含まれる１若しくは２以上の測定点座標の決定を行う濃度調整機能付き測定点座標決定手段と、決定された１若しくは２以上の測定点座標に基づいて、目的とする変位の計測を行う変位計測手段と、を具備することを特徴とするものである。
【００２８】
このような構成によれば、例えばブラウン管のガラス板や液晶パネルのガラス板等のように、計測対象となる透明板の裏面に反射率の高い金属被膜が被着されていることに起因して、濃度自動調整機能が作用したとしても、二次元撮像素子の視野内に変位測定方向へ間隔を開けて現れるラインビーム照射光像の濃度を全ての光像について規定範囲内に収めることができなくなった場合にも、オペレータが個々のラインビーム照射光像に独立した計測対象領域を設定するだけで、濃度が既定値を外れたラインビーム照射光像部分についても、当該センサに組み込まれた測定点座標決定アルゴリズムによって、測定点座標を決定することができ、結果として、目的とする変位を正常に計測可能な状態に復帰させることができる。
【００２９】
本発明の好ましい実施の形態においては、計測対象物体の基準面についての計測変位の変動に追従させて、少なくとも一つの計測対象領域を変位測定方向に移動させる領域自動追従手段を有する、ようにしてもよい。
【００３０】
他の一面から見た本発明のビジュアル式変位センサは、計測対象物体に対して所定角度でラインビームを照射するための発光素子と、ラインビームが照射された計測対象物体を別の角度から撮影するための二次元撮像素子と、二次元撮像素子の視野内に２以上の計測対象領域を変位測定方向と直交する方向にその位置及び長さを指定して設定することが可能な計測対象領域設定手段と、各計測対象領域に１以上のラインビーム光像が含まれるとき各計測対象領域毎に少なくとも一つのラインビーム光像濃度を計測適切値に調整した上で、二次元撮像素子で撮影された画像に基づいて、設定された計測対象領域に含まれる１若しくは２以上の測定点座標の決定を行う濃度調整機能付き測定点座標決定手段と、決定された１若しくは２以上の測定点座標に基づいて、目的とする変位の計測を行う変位計測手段と、を具備することを特徴とするものである。
【００３１】
このような構成によれば、計測対象となる段差に跨るようにしてラインビームを照射しつつ段差計測を行うような場合において、当該段差を構成する上段面と下段面とに大きな反射率差が存在することに起因して、濃度自動調整機能が作用したとしても、二次元撮像素子の視野内に変位測定方向と直交する方向へ間隔を開けて現れるラインビーム照射光像の濃度を全ての光像について規定範囲内に収めることができなくなくなった場合にも、オペレータが下段表面と上段表面とに別々の計測可能領域を設定するだけで、濃度が既定値を外れたラインビーム照射光像部分についても、当該センサに組み込まれた測定点座標決定アルゴリズムによって、測定点座標を決定することができ、結果として、目的とする変位を正常に計測可能な状態に復帰させることができる。
【００３２】
他の一面から見た本発明のビジュアル式変位センサは、計測対象物体に対して所定角度でラインビームを照射するための発光素子と、ラインビームが照射された計測対象物体を別の角度から撮影するための二次元撮像素子と、二次元撮像素子の視野内に２以上の計測対象領域を、変位測定方向並びにこれと直交する方向に、二次元的拡がりを以て、設定することが可能な計測対象領域設定手段と、設定された計測対象領域を考慮しかつ個々のラインビーム光像濃度を計測適切値に調整した上で、二次元撮像素子で撮影された画像に基づいて、１若しくは２以上の測定点座標の決定を行う領域判定並びに濃度調整機能付き測定点座標決定手段と、決定された１若しくは２以上の測定点座標に基づいて、目的とする変位の計測を行う変位計測手段と、を具備することを特徴とするものである。
【００３３】
このような構成によれば、例えばブラウン管のガラス板や液晶パネルのガラス板等のように、計測対象となる透明板の裏面に反射率の高い金属被膜が被着されていることに起因して、濃度自動調整機能が作用したとしても、二次元撮像素子の視野内に変位測定方向へ間隔を開けて現れるラインビーム照射光像の濃度を全ての光像について規定範囲内に収めることができなくなった場合にも、オペレータが個々のラインビーム照射光像に独立した計測対象領域を設定するだけで、濃度が既定値を外れたラインビーム照射光像部分についても、当該センサに組み込まれた測定点座標決定アルゴリズムによって、測定点座標を決定することができ、結果として、目的とする変位を正常に計測可能な状態に復帰させることができる。加えて、このような構成によれば、計測対象となる段差に跨るようにしてラインビームを照射しつつ段差計測を行うような場合において、当該段差を構成する上段面と下段面とに大きな反射率差が存在することに起因して、濃度自動調整機能が作用したとしても、二次元撮像素子の視野内に変位測定方向と直交する方向へ間隔を開けて現れるラインビーム照射光像の濃度を全ての光像について規定範囲内に収めることができなくなくなった場合にも、オペレータが下段表面と上段表面とに別々の計測可能領域を設定するだけで、濃度が既定値を外れたラインビーム照射光像部分についても、当該センサに組み込まれた測定点座標決定アルゴリズムによって、測定点座標を決定することができ、結果として、目的とする変位を正常に計測可能な状態に復帰させることができる。
【００３４】
他の一面から見た本発明のビジュアル式変位センサは、計測対象物体に対して所定角度でラインビームを照射するための発光素子と、ラインビームが照射された計測対象物体を別の角度から撮影するための二次元撮像素子と、二次元撮像素子の視野内に１若しくは２以上の計測対象領域を設定することが可能な計測対象領域設定手段と、二次元撮像素子で撮影された画像に基づいて、設定された計測対象領域に含まれる１若しくは２以上の測定点座標の決定を行う測定点座標決定手段と、決定された１若しくは２以上の測定点座標に基づいて、目的とする変位の計測を行う変位計測手段と、設定された１若しくは２以上の計測対象領域の少なくとも一つを、二次元撮像素子で撮影された画像から判定される情報に基づいて移動させる設定領域移動手段と、を具備することを特徴とする。
【００３５】
本発明の好ましい実施の形態においては、設定領域移動手段が、二次元撮像素子で撮影された画像に基づいて、計測対象物体上の基準面が移動したと判定されたとき、基準面と対をなす面に対応する計測対象領域を、基準面の移動に追従させて変位測定方向へと移動させる、ようにしてもよい。
【００３６】
本発明の好ましい実施の形態においては、基準面が移動したか否かの判定は、基準面に対応して予め設定された計測対象領域を使用して計測された変位が変動したことに基づいて行われる、ようにしてもよい。
【００３７】
本発明の好ましい実施の形態においては、設定領域移動手段が、二次元撮像素子で撮影された画像に基づいて、計測対象物体上の段差境界線が移動したと判定されたとき、段差境界線を挟んでその両脇に段差測定のために設定された一対の計測対象領域を、段差境界線の移動に追従させて、変位測定方向と直交する方向へと移動させる、ようにしてもよい。
【００３８】
このとき、段差境界線が移動したか否かの判定は、ラインビームに沿う計測変位と規定の変位しきい値との交差点が変位測定方向と直交する方向へと移動したことに基づいて行われる、ようにしてもよい。
このとき、変位しきい値が、段差を構成する基準段面の計測値に追従して設定される、ようにしてもよい。
【００３９】
他の一面から見た本発明のビジュアル式変位センサは、既知の厚さを有する透明体に関して、厚さ測定を試験的に行う試験測定手段と、当該透明体の厚さを教示するための厚さ教示手段と、試験的に測定された厚さと教示された厚さとに基づいて、透明体の厚さ算出のための演算式を校正する演算式校正手段と、を具備する、ことを特徴とするものである。
【００４０】
本発明の好ましい実施の形態においては、厚さ試験測定乃至厚さ教示に必要な操作案内情報を画像モニタの画面上に対話的に表示させるためのモニタ画像編集手段を有する、ようにしてもよい。
【００４１】
このような構成によれば、この種の変位センサにおける透明体厚さ測定のための校正作業がユーザに取って格段に簡単なものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下に、本発明に係るビジュアル式変位センサの実施の一形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００４３】
本発明の一実施形態であるビジュアル式変位センサの電気的構成の全体を示すブロック図が図１に示されている。同図に示されるように、このビジュアル式変位センサ１００は、センサヘッド部１とセンサ本体部２と画像モニタ６とコンソールユニット７とを含んでいる。
【００４４】
センサヘッド部１は、計測対象物３の表面に計測光であるラインビームを所定角度で照射し、その状態で計測対象物３の表面を２次元撮像素子で別の角度から撮影して、ラインビームの照射光像を含む計測対象物体表面の映像信号ｖｓを生成する。投受光系としては、正反射系と拡散反射系とがある。
【００４５】
尚、図中、４はラインビーム（断面直線状のビーム）の照射光、５はラインビームの反射光、ｖｓは映像信号である。センサ本体部２は、センサヘッド部１から得られた映像中のラインビームによる光像位置から、所定の測距原理（例えば三角測量法など）に従って、目的とする変位量（移動量や寸法など）を計測し、変位量計測値として出力する。
【００４６】
センサヘッド部１の内部構成の一例が図２に詳細に示されている。同図に示されるように、センサヘッド部１の内部には、計測光を計測対象物３へと照射するための投光系要素（ＬＤ駆動回路１１１、ＬＤ１１２、投光レンズ１１３）と、計測対象物体３からの反射光を受光するための受光系要素（受光レンズ１２１、ＣＣＤ１２２，増幅回路１２３、ＨＰＦ１２４、Ｐ／Ｈ回路１２５、ＡＧＣ増幅回路１２６）とが含まれている。
【００４７】
投光系要素について説明する。タイミング信号発生回路１０１は、レーザダイオード（以下、ＬＤという）１１２を発光させるためのＬＤ駆動パルス信号Ｐ１を発生する。ＬＤ駆動パルス信号Ｐ１に応答してＬＤ駆動回路１１１がＬＤ１１２をパルス発光させる。又、タイミング信号発生回路１０１はＬＤ駆動回路１１１を介してパルス状レーザ光のピークパワーを制御する。ＬＤ１１２から出射されたパルス状レーザ光は、投光レンズ１１３を通して、計測対象物体３の表面に計測光（照射光４）として照射される。これにより、計測対象物体３の表面には、計測光の照射による線状の光像（ラインビームの照射光像）が形成される。
【００４８】
受光系要素について説明する。計測対象物体３で反射したラインビーム（反射光５）は、受光レンズ１２１を通して撮像素子であるＣＣＤ２次元イメージセンサ（以下、単にＣＣＤという）１２２へと入射される。すなわち、計測対象物体３の表面は、ＣＣＤ１２２により別の角度から撮影されて、ラインビームの照射光像を含む映像信号に変換される。
【００４９】
ＣＣＤ１２２の受光面上におけるラインビームの照射光像位置が、目的とする変位（例えば、センサヘッド部１と計測対象物体３との距離）に応じて変化するように、ＬＤ１１２、ＣＣＤ１２２、投光レンズ１１３、受光レンズ１２１の位置関係が決められる。この位置関係の決定には、例えば、三角測距方式応用の光切断法などが利用される。
【００５０】
ＣＣＤ１２２から出力される映像信号は、各画素毎に増幅回路１２３で増幅さたのち、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１２４及びピークホールド（Ｐ／Ｈ）回路１２５により各画素間に現れるゼロレベル信号の揺らぎが除去されて、各画素信号が正しく受光量を表すように調整される。その後、ＡＧＣ増幅回路１２６により信号値の大きさが適切に制御され、映像信号ｖｓとしてセンサ本体部２へと送られる。
【００５１】
タイミング信号発生回路１０１より送られるパルス信号Ｐ２により、ＣＣＤ制御回路１３１を介してシャッター時間を含むＣＣＤ１２２の駆動態様が制御される。同様にして、パルス信号Ｐ３〜Ｐ５により、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１２４のフィルタタイミング、ピークホールド回路（Ｐ／Ｈ）１２５のピークホールドタイミング、ＡＧＣ増幅回路１２６のゲインとその切り替えタイミングが制御される。
【００５２】
撮影条件格納部１４１には、ＣＣＤシャッター時間、ＬＤ発光時間、ＬＤピークパワー、ＡＧＣ増幅回路のゲインからなる撮影条件が複数パターン格納されており、センサ本体部２からの受光量制御信号ＣＯＮＴにより計測に最適な撮影条件が選択される。
【００５３】
なお、画像モニタ６は、計測結果、操作ガイド、ラインビームの照射光像、ラインブライト波形、計測対象領域の輪郭、ＣＣＤから得られる生画像等々の表示に使用されるもので、ＣＲＴやＬＣＤディスプレイ等で構成することができる。また、コンソールユニット７には、ＧＵＩと共同して各種の操作を実行するためのキーが配置されており、センサ本体部２に対して各種の指令を与えるため等に使用される。
【００５４】
次に、センサ本体部の内部構成を概略的に示すブロック図（その１）が図３に示されている。同図に示されるように、このセンサ本体部（第１実施形態）は、Ａ／Ｄ変換器２０１と、領域判定部２０２と、表示合成部２０４と、Ｄ／Ａ変換器２０５と、変位、濃度抽出部２０６と、コンソールインタフェース２０７と、外部Ｉ／Ｏインタフェース２０８と、メモリ２０９と、ＣＰＵ２５０とを含んでいる。
【００５５】
ＣＰＵ２５０は、マイクロプロセッサを主体として構成され、この例では、ソフトウェア的に３つの機能が主として実現されている。その１つは、領域設定部２５１である。この領域設定部２５１は、コンソールインタフェース２０７に接続されたコンソールユニット７の所定操作に応答して、センサヘッド部１を構成する２次元ＣＣＤ１２２の視野Ｚに、計測対象領域を設定する機能を有する。この計測対象領域とは、２次元ＣＣＤ１２２にて撮影される全画像の中で、計測の対象となる領域の画像を限定するものである。この領域設定部２５１で設定された計測対象領域は、領域判定部２０２へと通知され、ここで領域判定処理のための基準として使用される。領域設定部２５１においては、２次元ＣＣＤ１２２のｘｙいずれの方向においても、任意の拡がり幅をもって、計測対象領域を設定可能となされている。つまり、この種の２次元ＣＣＤ１２２を使用した変位センサにおいては、２次元ＣＣＤ１２２内の長方形視野Ｚのうちの、長手方向に沿って変位測定方向Ｘを設定する一方、これと直交する方向にラインビームの照射光像の向きを割り当て、ラインビームの照射光像の延在方向Ｙに沿っても、各点の高さないし変位を測定可能としているのであるが、ここで言う領域設定処理においては、上述した長方形領域の長手方向Ｘ並びにこれと直交する方向Ｙのいずれにおいても計測対象領域を設定可能となされている。加えて、設定される計測対象領域の数は、１若しくは２以上の数の設定が可能であって、これにより全画素領域内において、離散的に複数の任意の大きさを有する領域を計測対象領域として設定することが可能となされている。
【００５６】
計測対象領域の設定態様のいくつかの例を示す図が図４（ａ）〜図４（ｈ）に示されている。尚、図において、Ｚは二次元撮像素子であるＣＣＤ１２２の視野（受光面とも言う）、Ｘは変位測定方向、Ｙは変位測定方向と直交する方向（ラインビームの照射により生ずるライン状光像の延在方向でもあることから「ライン方向」ともいう）である。
【００５７】
図４（ａ）においてＫ１は、変位測定方向Ｘに位置及び長さが設定された１個の計測対象領域、図４（ｂ）においてＫ２はライン方向Ｙに位置及び長さが設定された１個の計測対象領域である。
【００５８】
図４（ｃ）においてＫ１１，Ｋ１２は変位測定方向Ｘに位置及び長さが設定された２個の計測対象領域、図４（ｄ）においてＫ２１，Ｋ２２はライン方向Ｙに位置及び長さが設定された２個の計測対象領域である。
【００５９】
図４（ｅ）においてＫ１１１，ＡＫ１２１は、変位測定方向Ｘ及びライン方向Ｙの双方に亘って位置及び長さが設定された２個の計測対象領域である。尚、この例ではライン方向Ｙの位置及び長さについては、Ｋ１１１とＫ１２１とで同一である。
【００６０】
図４（ｆ）においてＫ２１１，Ｋ２２１は、変位測定方向Ｘ及びライン方向Ｙの双方に亘って位置及び長さが設定された２個の計測対象領域である。尚、この例では、変位測定方向Ｘの位置及び長さについては、Ｋ２１１とＫ２２１とで同一である。
【００６１】
図４（ｇ）においてＫ０１，Ｋ０２は、変位測定方向Ｘ及びライン方向Ｙの双方に亘って位置及び長さが設定された２個の計測対象領域である。尚、この例では、変位測定方向Ｘ及びライン方向ＹのいずれについてもＫ０１とＫ０２とで異なる。
【００６２】
図４（ｈ）においてＫ００１，Ｋ００２，Ｋ００３は、変位測定方向Ｘ及びライン方向Ｙの双方に亘って位置及び長さが設定された３個の計測対象領域である。
【００６３】
図４（ａ）〜図４（ｈ）に示される各計測対象領域の設定は、変位測定方向Ｘについては、例えばＣＣＤのピクセル番号により、ライン方向ＹについてはＣＣＤの水平走査ライン番号により行なうことができる。
【００６４】
一方、領域判定部２０２では、領域設定部２５１にて設定された領域に対応して、センサヘッド１からＡ／Ｄ変換器２０１を介して送られてくるディジタル映像信号を選択的にゲートすることとなる。つまり、設定された計測対象領域が、画面中に１若しくは２以上存在する場合、それらの計測対象領域のタイミングにおいて、ディジタル映像信号を通過させることによって、計測対象領域の画素出力列のみを抽出して、抽出画像を生成する。こうして得られた抽出画像は、領域判定部２０２から表示合成部２０４へ送られる。
【００６５】
領域判定部２０２からの抽出画像は、領域設定部２５１から送られてくる計測対象領域の境界線などを示すグラフィック画像と表示合成部２０４において合成され、こうして得られた合成画像はＤ／Ａ変換器２０５を介して、画像モニタ６へと送られ、画像モニタ６の画面上には、２次元ＣＣＤ１２２で撮影されかつ領域判定部２０２においてマスキング処理された生画像データや、特定水平走査ラインの濃度分布（輝度分布）を示すラインブライト波形などと共に表示されるのである。尚、これらの表示態様については、後に画面説明図を参照しながら詳細に説明する。
【００６６】
一方、領域判定部２０２において抽出された画像データは、変位、濃度抽出部２０６へも並列に送られる。この変位、濃度抽出部２０６では、領域判定部２０２から得られた抽出画像に基づいて、変位位置（測定点を示す画素座標）並びにその濃度を求め、これをＣＰＵ２５０の演算部２５２へと供給する。この演算部２５２には、画素座標を変位量（ｍｍ）に変換するための画素／ｍｍ換算演算、変位量に基づいて各種の定型演算（平均値演算、最大値演算、最小値演算、段差演算等々）を行う計測処理演算、計測値に基づき製品良否を判定するための良否判定演算、画像モニタへの表示データを編集する表示処理演算などの様々な演算機能が組み込まれている。
【００６７】
そのため、変位、濃度抽出部２０６から供給される変位位置並びに濃度データは、それらの演算に供される。すなわち、画素／ｍｍ換算演算部では、変位位置から実際の変位がｍｍ単位で求められる。又、計測処理演算部では、得られた１若しくは２以上の変位量に基づき、最大、最小、ピークホールド、その他各種の定型計測演算処理により、該当する計測値が求められる。
【００６８】
又、良否判定部では、上述の処理で得られた変位や各種計測値を予め設定された許容値と比較することで、検査対象製品の良否が判定される。更に、表示処理部においては、こうして得られた計測結果や変位量並びに良否変換結果などを表示用の画像データに編集し、表示合成部２０４並びにＤ／Ａ変換器２０５を経由して、画像モニタ６へと送り出す。
【００６９】
又、変位、濃度抽出部２０６にて求められた濃度データ（例えば特定水平走査ラインのラインビーム照射光像の濃度）は感度判定部２５３において感度判定演算に供せられ、こうして得られた感度判定結果に基づきセンサヘッド部１の受光光量制御用のデータＣＯＮＴが生成され、この制御データＣＯＮＴによりセンサヘッド部１の撮影条件が変更されて、映像信号中のラインビーム照射光像の濃度は計測に適した値に自動制御される。
【００７０】
次に、以上説明した変位センサのセンサ本体部２の動作を図５〜図１２を参照しながらより詳細に説明する。
【００７１】
センサ本体部２における変位量測定動作を概略的に示すゼネラルフローチャートが図５に示されている。同図において、まず最初のステップでは、センサヘッド１内のＣＣＤ１２２で撮影された画像をセンサ本体部２へと取り込む（ステップ５０１）。
【００７２】
センサヘッド部１内のＣＣＤ１２２で撮像された画像の説明図が図６に示されている。同図に示されるように、センサヘッド部１に内蔵されたＣＣＤ１２２は、細長長方形の視野１２２ａを有する。この視野１２２ａの長辺に沿うＸ方向は変位測定方向とされており、また短辺に沿うＹ方向はライン方向とされている。また、センサの視野１２２ａ内には、この例ではジクザグ状の直線（計測対象物表面に凹凸が存在することに相当）としてラインビーム照射光像Ａ１が描かれている。また、変位測定方向において、図中左側がセンサヘッドに近い方向、逆に右側がセンサヘッドに遠い方向とされている。
【００７３】
図５に戻って、次のステップとして、測定範囲内の特徴点抽出処理を実行する（ステップ５０２）。測定範囲内における測定点抽出処理の説明図が図７に示されている。同図に示されるように、センサの視野１２２ａ内には、図中左右方向へ延びる２本の互いに平行な点線Ａ２，Ａ３によって計測対象領域Ａ４が示されている。そして、この測定点抽出処理では、この計測対象領域Ａ４内において、所定の特徴点抽出アルゴリズムを使用することにより、ピーク位置（Ｐｘ，Ｐｙ）並びにボトム位置（Ｂｘ，Ｂｙ）が抽出される。なお、後述するように、計測対象領域Ａ４を特定する始点Ａ２及び終点Ａ３は予めユーザにより、ＧＵＩ（グラフィカル・ユーザ・インターフェイス）並びにコンソールユニット７の所定操作で設定されたものである。
【００７４】
図５に戻って、次のステップでは、特徴点を含む水平走査ラインのラインブライトを抽出する処理を実行する（ステップ５０３）。ＣＣＤによる撮影画像とラインブライト波形との関係を示す説明図が図８に示されている。同図に示されるように、このラインブライト抽出処理では、図中一点鎖線で示されるピーク位置を含むラインＡ６上において、各ピクセルの受光輝度が抽出され、これが変位測定方向に配列されることによって、図に示されるラインブライト波形Ａ５が生成される。図８に示されるように、このラインブライト波形Ａ５は、横軸を変位測定方向及び縦軸を階調（濃度）とする直交座標上において描かれている。
【００７５】
図５に戻って、次のステップでは、所定のアルゴリズムに従って、ラインブライト波形上の測定点座標が抽出される（ステップ５０４）。この測定点座標の抽出は、しきい値決定処理と測定点座標決定処理とを経て行われる。しきい値決定処理の一例を示す説明図が図９に示されている。同図に示されるように、しきい値ＴＨの決定はピーク値を示すピクセルＰＰの輝度Ｖｐに対してａ％として決定される。すなわち、ＴＨ＝Ｖｐ×ａ％として自動的に決定される。また、測定点座標決定処理の説明図が図１０に示されている。測定点座標抽出処理には、この例では、重心モードとエッジ中心モードと片側エッジモードとの３種類のモードが用意されている。重心モードにおいては、図１０（ａ）に示されるように、図中ハッチングで示されるしきい値ＴＨを超える部分の濃淡重心として測定点座標が求められる。また、エッジ中心モードにおいては、図１０（ｂ）に示されるように、ラインブライト波形としきい値ＴＨとの交点である２つのエッジの中心として測定点が求められる。更に、片側エッジモードにおいては、図１０（ｃ）に示されるように、ラインブライト波形としきい値ＴＨとの片側エッジとして測定点座標が求められる。
【００７６】
図５に戻って、次のステップでは、測定点座標から変位量が算出される（ステップ５０５）。その変位量算出処理は例えば光学系が三角測距である場合、変位量Ｚ＝Ａ×Ｂ／（Ｃ×Ｘ）として求められる。ここで、Ｘは変位測定方向座標、Ａ，Ｂ，Ｃはそれぞれ光学系により決定される定数である。
【００７７】
図５に戻って、次のステップでは、得られた変位量（必要であれば判定出力）を画像モニタ４及び外部機器６へと出力する（ステップ５０６）。
【００７８】
モニタ画面上に画像を生成する方法の説明図が図１１に示されている。同図に示されるように、この実施の形態においては、４枚（層）の画像メモリ（０）〜（３）が使用される。それらのうちで、画像メモリ（０）はセンサヘッド部１から取り込まれた生画像が、画像メモリ（１）には画面枠、判定値、固定枠画面部分などが、画像メモリ（２）にはラインブライト波形並びに測定値が、画像メモリ（３）には変位量並びに判定基準などがそれぞれ格納可能となされている。そして、これらの画像メモリ（０）〜（３）上のデータは、ＣＲＴコントローラ等の作用により、互いに重ねて、並べて、又は単独で、読み出され、画像モニタ６の画面上に表示される。
【００７９】
ＣＣＤによる撮像画像とラインブライト波形等との関係を示すモニタ画面の説明図が図１２に示されれている。なお、同図において、６ａは画像モニタ６のモニタ画面、Ａ１はラインビームの照射光像、Ａ２，Ａ３は計測対象領域の境界線、Ａ４はユーザにより設定された計測対象領域、Ａ５はピークラインＡ６のラインブライト波形、Ａ６はピークライン、Ａ７は決定された測定点座標を示す十字状の測定点マーク、Ｍ１，Ｍ２はマスク領域である。
【００８０】
図から明らかなように、この実施形態の変位センサでは、計測対象領域Ａ４内においてのみ、測定点座標の抽出が行われる。そのため、計測対象領域Ａ４以外の領域に外乱光に基づく誤った光像が存在しても、それに惑わされることなく、測定点座標を的確に抽出して、正確な計測を行うことができる。また、測定点抽出のための演算の対象となる画像データは計測対象領域Ａ４にあるものに限られることから、その分だけ演算所要時間も短縮され、センサの応答速度は高速化される。さらに、マスク領域Ｍ１，Ｍ２としてハッチングに塗られているように、計測対象領域Ａ４以外の領域の画像は画像モニタに表示されないから、モニタ画面からラインビームの照射位置が理解しやすい利点もある。
【００８１】
なお、この実施形態では、計測対象領域Ａ４は１個しか設定されていないが、先に図４を参照して説明したように、２以上の個数を設定してもよい。また、その方向も、変位測定方向Ｘ及び／又はライン方向Ｙのいずれでもよい。さらに、計測対象領域Ａ４内にて抽出される測定点座標の個数も１又は２以上の任意個数とすることができる。
【００８２】
このように図２に示されるセンサヘッド部１と図３に示されるセンサ本体部２とが協働することによって、この実施形態のビジュアル式変位センサによれば、２次元撮像素子である２次元ＣＣＤの視野内に１若しくは２以上の計測対象領域を設定すると共に、２次元ＣＣＤで撮影された画像に基づいて、設定された計測対象領域に含まれる１若しくは２以上の測定点座標の決定が行われ、この決定された１若しくは２以上の測定点座標に基づいて、目的とする変位の計測が行われる。
【００８３】
もっとも、上述のように、ＣＣＤの視野内にある複数個の測定点が全て正常に抽出できるのは、それらの測定点に対応する光像の濃度が全て計測適切値を示す場合に限られる。すなわち、例えば２個の照射光像の濃度差が大きすぎているような場合、如何に撮影条件自動制御が正常に作動しても、双方の光像をいずれも計測に適した濃度に設定することは困難であり、濃度の低い方の光像の濃度を適切値に調整すれば、他方の光像に対する映像信号の濃度は飽和してしまう。
【００８４】
そこで、本発明者等は上記の問題を領域別濃度調整処理という新規な手法を用いて解決した。
【００８５】
領域別濃度調整処理を示すタイムチャートが図１３に示されている。同図に示されるように、この実施形態の変位センサにおいては、１若しくは２以上の計測対象領域が２次元ＣＣＤの視野内に設定されると、各計測対象領域内のビーム照射点の光像に対する濃度は常に計測に適した濃度に自動調整されるのである。
【００８６】
今仮に、ＣＣＤの視野内に変位測定方向へ位置及び長さを異ならせて、図４（ｃ）に示されるように、２つの計測対象領域Ａ１（領域０）、Ａ２（領域１）が設定され、それぞれの領域内にラインビームの照射光像が存在するものと想定する。このように、各光像毎に計測対象領域を設定すると、各計測対象領域内のピーク映像はいずれも計測に適した大きさに調整される。
【００８７】
すなわち、図１３において、（ａ）に示されるＶＤ信号の列と、（ｃ）に示される領域設定の列とを照合して明らかなように、この実施形態にあっては、相連続する垂直周期において、交互に領域（エリア）１と領域（エリア）０とに切り替えて、時分割的に受光感度の制御が行われる。その結果、２次元ＣＣＤの視野内に、２つの映像ピークが存在し、そのうち一方が他方に比べて極端に大きいか又は小さいような場合、この時分割切り替えによる感度自動調整機能が働くことによって、いずれのピークにおいても、適切な濃度をもって測定点座標の決定処理が可能となる。
【００８８】
すなわち、図１３の例では、領域０に含まれる映像は第２周期においては濃度不足であるが、順次濃度自動調整が行われる結果、適切な濃度まで濃度を増加させた第４周期の時点で、例えば図１５に示されるような特徴点抽出演算を用いて、測定点座標の抽出が行われる。一方、領域１に含まれる映像は当初（第３周期）より適切な濃度を有するため、これに基づきそのまま測定点座標の決定が行われる。従前は、このように１つの画面上に濃度の大きく異なる２つの映像が存在した場合、一括して濃度調整を行おうとすると、いずれか一方の映像において濃度不足又は濃度過度が生じ、測定点座標の決定に支障を来したのであるが、このように領域別に濃度自動調整を行うようにしているため、いずれの映像においても適切な濃度において測定点座標の決定が行われ、これに基づき目的とする計測（例えば、透明体の厚さ計測など）が可能となるのである。
【００８９】
尚、図１５に示される特徴点抽出演算は、各ピクセル毎の濃度値を規定のスレッシュ値と比較して左右のエッジを求め、サブピクセルまで計算された左右エッジの中心位置として測定点座標を決定するものである。
【００９０】
また、本発明の領域限定機能は、必ずしも個々のピーク映像毎に行うものではなく、図１４に示されるように、１つの計測対象領域中に２以上のピーク映像（山１、山２）が含まれる場合も差し支えない
【００９１】
次に、図１６〜図２２を参照して、特定の画像モニタの画面を使用し、計測対象領域を２以上設定して、透明体の厚さ計測を行うための操作を説明する。
【００９２】
図１６（ａ）に示されるように、表面７０ａはガラスが剥き出しであっても、裏面７０ｂに金属被膜７０ｃが存在するガラス板７０などがしばしば存在する。このようなガラス板としては、テレビのブラウン管に使用されたガラス板、液晶表示パネルのガラス板などが相当する。このようなガラス板７０をビジュアル式変位センサのセンサヘッド１で計測しようとすると、表面７０ａと裏面７０ｂとの反射率差が大きすぎることから、表面７０ａの光像濃度を計測適切値とすると裏面７０ｂの変位計測に支障を来すことが知られている。
【００９３】
すなわち、図１６（ｂ）のモニタ画面に示されるように、濃度の正常な表面照射光像７０２については細い像として表示されるが、濃度が飽和している裏面照射光像７０１については太い像で示されている。又、画面上には、表面ラインブライト波形７０４と裏面ラインブライト波形７０３とが表示されており、裏面ラインブライト波形７０３の頂部が階調２５５ライン７１３まで達していることからも明らかなように、裏面照射光像７０１は濃度が高すぎて計測に適さない。より具体的には、測定点座標計測アルゴリズムとして、先に図１５を参照して説明した特徴抽出演算を行おうとしても、適切な測定点座標を求めることができない。尚、同図において、７０１は裏面照射光像、７０２は表面照射光像、７０３は裏面ラインブライト波形、７０４は表面ラインブライト波形、７０５は裏面の測定点座標表示、７０６は表面の測定点座標表示、７０７は領域表示、７０８は感度表示、７０９はピーク値表示、７１０はモード表示、７１１，７１２，７１３はそれぞれ階調１００，２００，２５５を示すライン、７１４は計測値表示、７１５は良否判定結果表示である。
【００９４】
このような場合、本発明の変位センサにおいては、裏面照射光像７０１と表面照射光像７０２とを別々の計測対象領域（エリア０とエリア１）に設定する。
すなわち、まず、図１７（ａ）に示されるように、画面上のガイドに従って、設定する領域数を選択する。ここでは、２つの領域を選択するため、『２領域（エリア０とエリア１）』を所定操作で選択する。
【００９５】
すると、図１７（ｂ）に示されるように、モニタ画面上には、図中細長長方形状の点線枠で示されるように、領域指定ウィンドウ７１１が表示される。この領域指定ウィンドウ７１１は、所定操作で左右方向に拡大並びに縮小が可能であり、これにより、変位方向に沿って所定領域を指定することが可能となっている。
【００９６】
そこで、まず図１８（ａ）に示されるように、図中矢印Ｚ１に示されるように領域指定ウィンドウ７１１の右側縦線を左方向へ移動させて、表面照射光像７０２の右隣りに近接して位置させる。次に、図中矢印Ｚ２で示される左側縦線についてはそのままの位置に固定し、所定の確定操作を行う。これにより、図１８（ｂ）に示されるように、領域０の設定操作が完了する。
【００９７】
続いて、図１９に示されるように、所定のガイドに従って、エリア１の測定領域の指定を開始し、領域指定ウィンドウ７１１を構成する左右の縦線によって、今度は裏面照射光像７０１を囲むことによって、測定領域１の設定を完了する。
【００９８】
すると、図２０に示されるように、モニタ画面上には、上下２段に領域０及び領域１の撮影画像が別々に表示され、同時に、それぞれの領域別に、先に図１３のタイムチャートで説明したように、時分割的な濃度自動調整処理が実行され、裏面照射光像７０１並びに表面照射光像７０２はいずれも細幅の像で示すように適切な濃度に設定される。尚、裏面照射光像７０１と重ねて描かれた裏面ラインブライト波形７０３からも明らかなように、ピーク波形の濃度は飽和することなく、計測に適した値に自動調整される。
【００９９】
このとき、画面の右隅には、エリア０及びエリア１のそれぞれに対応して、ピーク表示並びに感度表示が行われる。すなわち、図の例では、エリア０に関しては感度『１３』並びにピークレベル『２００』であることが理解され、エリア１については感度『６』並びにピークレベル『１５０』であることが理解される。
【０１００】
そのため、これらの表示によれば、ガラス板の表裏において大きな反射率差が存在するにも拘わらず、裏面側の撮影における感度を低下させたことにより、表裏いずれにおいても変位が適切に計測されたことをオペレータは容易に理解することができる。
【０１０１】
尚、本発明の領域限定式計測処理においては、必ずしも、領域判定部２０２においてマスク処理の結果得られた抽出画像に基づいて、変位並びに濃度の抽出を行うことを必須のものとするものではない。
【０１０２】
すなわち、マスク画像を使用する測定点座標抽出処理では不都合が生ずる場合もある。このような問題点は、以下に説明する第２実施形態の測定点抽出処理にて解決できる。
【０１０３】
マスク画像を使用する測定点座標抽出処理の問題点を説明するための図が図２１に、測定点座標抽出処理の第２実施形態を説明するための図が図２２にそれぞれ示されている。
【０１０４】
入力画像そのものから抽出された測定点座標が図２１（ａ）に、入力画像をマスクして得られたマスク画像から抽出された測定点座標が図２１（ｂ）にそれぞれ示されている。尚、Ｌ１，Ｌ２は計測対象領域の左右境界線、ＴＨはしきい値、ＰＬ１は入力画像としきい値ＴＨとが交叉する左側エッジ、ＰＲ１は同右側エッジ、ＰＭ１は入力画像からエッジ中心アルゴリズムを使用して抽出された測定点座標である。また、ＰＬ２はマスク画像としきい値ＴＨとが交叉する左側エッジ、ＰＲ２は同右側エッジ、ＰＭ２はマスク画像からエッジ中心アルゴリズムを使用して抽出された測定点座標である。
【０１０５】
それらの図から明らかなように、ラインビームの照射光像が計測対象領域の内側に存在しても、それが計測対象領域の境界線に近接して存在すると、図２１（ｂ）に白塗り領域で示されるように、左側境界線Ｌ１よりも左側に位置する計測対象領域外の光像成分はラインビーム照射光像から除外されてしまう。そのため、マスク済み画像としきい値ＴＨとの交点である左右エッジＰＬ２，ＰＲ２に基づきエッジ中心アルゴリズムにて算出された測定点座標ＰＭ２（図２１（ｂ）参照）は、入力画像としきい値ＴＨとの交点である左右エッジＰＬ１，ＰＲ１に基づきエッジ中心アルゴリズムにて算出された測定点座標ＰＭ１（図２１（ａ）参照）とは一致しなくなる。図示例では、測定点座標ＰＭ２の方が、測定点座標ＰＭ１よりも右側へ移動されている。
【０１０６】
このような不都合を回避するためには、変位並びに濃度抽出については、マスク処理を通過する前の、生画像を用いて、各々の測定点座標を決定し、これを仮決定として、更にその後に測定点座標と測定対象領域との比較を行い、それらが照合するものについて、最終的に測定点座標と本決定するようにすればよい。
【０１０７】
すなわち、図２２（ａ）に示されるように、今仮にＣＣＤの視野内にラインビームの照射による正常な光像と外乱光の照射による光像とが存在し、正常な光像は左側境界線Ｌ１に近接して計測対象領域の内側に存在する一方、外乱光による光像は計測対象領域の外側に位置するものと想定する。
【０１０８】
このような場合、本発明では、先ず、それらの光像そのものに対して（マスク画像ではない）、エッジ中心アルゴリズムを使用して、測定点座標ＰＭ１１，ＰＭ１２をそれぞれ抽出し、これを測定点座標として仮決定する。尚、図２２（ａ）において、Ｌ１，Ｌ２は計測対象領域の左右の境界線、ＴＨはしきい値、ＰＬ１１，ＰＲ１１はしきい値と正常光像とが交叉する左右のエッジ、ＰＬ１２，ＰＲ１２はしきい値と外乱光像とが交叉する左右のエッジである。
【０１０９】
本発明では、次に、仮決定された測定点座標ＰＭ１１，ＰＭ１２と計測対象領域とを照合することにより、それら仮決定された２個の測定点座標ＰＭ１１，ＰＭ１２のうちで、計測対象領域の内側に存在するもののみを真の測定点座標として本決定し、それ以外のものを真の測定点座標の対象から除外する。具体的には、図２２の場合で言うと、測定点座標ＰＭ１１のみが真の測定点座標であると本決定され、測定点座標ＰＭ１２は本決定の対象から除外される。
【０１１０】
以上の構成によれば、外乱光像に基づく測定点座標ＰＭ１２は除外されるから、外乱光に基づく誤計測が回避される。加えて、本決定される測定点座標ＰＭ１１は、入力画像そのものを基として抽出されたものであるから、マスク画像を基として抽出されたものに比べて精度が良好である。
【０１１１】
このような処理を行うための電気的構成を概略的に説明したのが、図２３に示されるセンサ本体部の内部構成を概略的に示すブロック図（その２）である。
【０１１２】
この図２３に示される例においては、センサヘッド１から得られたアナログ映像信号ｖｓは、Ａ／Ｄ変換器２０１を介してディジタル信号に変換された後、直接に変位、濃度抽出部２１０へと与えられる。この変位、濃度抽出部２１０では、マスキング前の生の画像に基づいて、従前通りに変位並びに濃度の抽出を行い、得られた変位並びに濃度を含む画像を表示合成部２０４へと送る。一方、同様にして得られた変位並びに抽出濃度は、ここで初めて領域判定部２１１へと送られる。
【０１１３】
その結果、画像モニタの画面上には、生画像そのものがあるいは生画像から抽出されたラインブライト波形がそのまま表示される一方、変位、濃度抽出部２１０で抽出された変位並びに濃度は、領域判定部２１１において適切なものであるかどうの判定が初めて行われる。
【０１１４】
すなわち、変位、濃度抽出部２１０から得られる変位並びに濃度（仮決定状態）については、外乱光やその他不要な信号も含まれている可能性があるものの、これは領域判定部２１１中においてフィルタリングされ、設定された領域に収まるもののみが真の変位位置並びに濃度（本決定状態）として演算部２５２や感度判定部２５３へと送られ、先ほどと同様にして演算処理や受光光量制御信号ＣＯＮＴの生成に利用されるのである。
【０１１５】
以上説明したように、本発明の領域限定機能付きの計測処理によれば、裏面７０ｂに金属被膜７０ｃを有するガラス板７０の厚み測定に応用した場合、格別の作用効果を奏するものである。
【０１１６】
もっとも、表面７０ａと裏面７０ｂとのそれぞれに計測対象領域を設定しておいても、様々な原因で、計測対象物であるガラス板７０の表面７０ａのレベルが上下すると、２つの領域の位置を固定したままでは、いささか不都合が生ずることが知見された。
【０１１７】
すなわち、これは、図２４（ａ）に示されるように、何らかの理由で矢印Ａ１に示されるように、ガラス板７０が垂直に上下動した場合や、図２４（ｂ）に示されるように、矢印Ａ２方向へとコンベア上を流れてくるガラス板７０に反りや撓みがある場合などに発生する。尚、反りや撓みのあるガラスとしては、代表的なものにブラウン管が挙げられる。
【０１１８】
このような場合、本発明のセンサ本体部２においては、図２５に示されるように、表面７０ａの計測値を常時監視しており、これに変動が生じた場合には、その変動量に応じて、裏面７０ｂに相当する計測対象領域の位置を、これに追従するように制御する。すなわち、図２５に示されるように、本実施形態においては、連続する２つの垂直周期毎に、設定領域の切り替えを交互に実施する。そして、連続する２つの垂直周期の前の周期において、表面７０ａに相当する第０領域の変位（高さ）を求め、これに変動があった場合には、後の周期において、裏面７０ｂに対応する領域の位置を、ガラスの厚さ一定を前提として、再計算するのである。その結果、次の領域１に関する設定においては、裏面７０ｂに対応する領域１の位置も変動に追従しているため、裏面の計測に際し、裏面の位置が計測対象領域からはずれて、濃度自動調整処理がうまく働かないといった不都合を回避することができる。
【０１１９】
より具体的に説明すると、図２５（ｂ）に示されるレーザの点灯、ＣＣＤのシャッタ時間およびＡＧＣ増幅回路のゲインに関しては、第０周期については領域０（ガラス板表面）の感度で、第２周期については領域１（ガラス板裏面）の感度で、第４周期については領域０（ガラス板表面）の感度で行なわれる。図２５（ｃ）に示される計測対象となる領域設定に関しては、第１及び第２周期については領域０（ガラス板表面）に、第３及び第４周期については領域１（ガラス板裏面）に、第５及び第６周期については領域０（ガラス板表面）に、それぞれ設定される。図２５（ｄ）に示される映像信号の取得は、第１周期、第３周期、第５周期といったように１周期おきに飛び飛びで行なわれる。図２５（ｆ）に示される計測表示処理に関しては、領域０と領域１とに１周期置きに交互に変えて、計測の実施と表示更新とが繰り返される。図２５（ｅ）に示される領域演算に関しては、領域０の変位計測値を元に領域１の範囲を再計算する。再計算された領域１の範囲は次の周期の領域１設定処理に反映される。
【０１２０】
尚、図２５（ｂ）に示すレーザ点灯制御は、感度判定部２５３で生成される制御信号ＣＯＮＴを受けて、センサヘッド１内の撮影条件格納部１４１から適切な撮影条件が読み出され、タイミング信号発生回路１０１を介して投光系、受光系回路が制御されることで実現される。また、図２５（ｃ）に示す領域設定処理は、領域設定部２５１で設定された領域に基づいて領域判定部２０２がマスク処理を実行することで実現される。また、図２５（ｅ）に示す領域演算処理は、領域設定部２５１が領域０の変位計測値を基に領域１の範囲を再計算することで実現される。さらに、図２５（ｆ）に示す計測表示処理は、演算部２５２内の画素／ｍｍ換算処理、計測処理、良否処理、表示処理が作動することで実現される。
【０１２１】
このことをモニタ画面上の例で示すのが図２６である。すなわち、図２６（ａ）はガラス板の表面高さが変動する前の状態であり、同図（ｂ）に示されるものが、ガラス板の高さが様々な原因で変動した場合の例である。それらから明らかなように、表面計測領域７１３並びに裏面計測領域７１４が正常に設定されていれば、表面照射光像７０２並びに裏面照射光像７０１は適当な細幅に維持されているのに対し、何らかの原因で計測対象となるガラス板が上下動すると、もしも裏面計測領域７１４が固定されたままであれば、裏面照射光像７０１は領域をはみ出し、裏面画像を認識できなくなり、計測不能に陥る。
【０１２２】
これに対して、先に説明した領域再計算の手法を用いれば、裏面計測領域７１４Ａが再計算されて適切に設定されるため、図２６（ｂ）の下段に示されるように、裏面照射光像７０１Ａは新たに作成された裏面計測領域７１４Ａに収まるから、透明板が上下動する場合にも、その厚さ計測を安定的に維持することができる。
【０１２３】
このように、本発明では、２次元撮像素子である２次元ＣＣＤの視野内に、１若しくは２以上の計測対象領域を設定することにより、外乱光に基づくピーク波形をマスクしたり或いは高反射率面に相当する飽和画像を適切に濃度調整して、常に最適な高精度の変位計測を行うことが可能となるのである。
【０１２４】
又、本発明の領域限定式の変位計測処理は、ラインビームのライン方向すなわち計測方向と直交する方向においても領域を複数設定しかつ領域別に濃度調整を実行することができる。このような例を示すのが図２７並びに２８である。
【０１２５】
図２７において、１はセンサヘッド部、８０１は計測対象物体、８０２は計測対象物体上の段部、８０３は段差である。このように、センサヘッド部１から発せられたラインビーム８０４を、段部８０２に跨るように設定することによって、段差８０３の計測を行うことができる。
【０１２６】
その際、段部８０２を構成する上段の面と下段の面とに大きな反射率の差があると、先ほどと同様に、いずれかの一方の面において受光光量が飽和し、計測不能に陥ることがある。
【０１２７】
このような場合にも、上段の面と下段の面とにそれぞれ別々の計測対象領域を設定すれば、各々の反射光量を適切な値に自動調整して、計測不能に陥ったり大きな計測誤差が生ずることを確実に回避することができる。
【０１２８】
段差計測時におけるモニタ画面の説明図が図２８に示されている。尚、図において、８０５Ａはエリア０の感度、８０６Ａはエリア０のピークレベル、８０５Ｂはエリア１の感度、８０６Ｂはエリア１のピークレベル、８０７は第１表示領域、８０８は第２表示領域、波線で囲まれた８０７Ａは第１表示領域における計測対象領域、波線で囲まれた８０８Ａは第２表示領域における計測対象領域、８０９は段差計測結果の表示、８１０は上段面反射光のラインブライト波形、８１１は下段面反射光のラインブライト波形、８１２は上段面反射光の光像、８１２Ａは上段面反射光の濃度調整後の光像、８１３は下段面反射光の光像である。
【０１２９】
このように２次元ＣＣＤの視野内において、そのライン方向に離隔して、それぞれ独立に計測対象領域８０７Ａ，８０８Ａを設定したことにより、同画面の第２表示領域８０８のほぼ中央に示されるように、上段反射光並びに下段反射光のそれぞれに対応するラインブライト波形８１０，８１１はいずれも適切な濃度に制御され、双方の面を確実に計測することができる。すなわち、２次元ＣＣＤから出力される各水平走査ライン出力のうち、領域８０８Ａに相当する領域に関して適切な濃度制御を行い、同時に領域８０７Ａに相当する領域からの水平走査ライン出力に対して適切な濃度調整を行うことによって、それぞれの領域におけるラインブライト波形８１０，８１１のピークを適切な値に制御し、高精度の計測を行うことが可能となるのである。
【０１３０】
次に、上記の段差計測における横ずれ追従制御について説明する。段差計測における物体横ずれ時の問題点の説明図が図２９に示されている。尚、図において、８０１は計測対象物体、８０２は段部、８０３は段差、８０４はラインビームである。同図（ａ）に示されるように、計測対象物体８０１が基準位置にあるとき、ライン方向へ設定された２つの計測対象領域Ａ，Ｂは段差８０３を構成する下段面と上段面とに位置決めされている。これに対して、同図（ｂ）に示されるように、計測対象物体８０１が横方向へずれると、計測対象領域Ａには段部８０２が入り込むことから、段差計測に支障を来すこととなる。この問題は、計測対象物体８０１の横ずれに追従させて、計測対象領域Ａ５Ｂも横方向へ移動させることで解決することができる。
【０１３１】
段差計測時の横ずれ追従制御の説明図が図３０に、同制御における処理の流れを示すタイムチャートが図３１にそれぞれ示されている。
【０１３２】
段部８０２の位置がラインビーム８０４のラインに沿って左右に移動する場合には、図３０に示されるように、例えば変位値として基準線８２１を抽出するためのしきい値ＴＨ０を設定し、計測画像における全ラインの計測結果である線８２０との交点８２２を基準線８２１の位置とする。このとき、基準線８２１の算出方法としては一般的なエッジ検出方法が適用できる。このようにして、基準線８２１の位置が決まったならば、次いで基準線８２１の両側へ例えば、ΔＹずつ離隔させた位置に計測対象領域０，１を再設定することで、物体８２１の移動と計測対象領域０，１の移動とを連動させ、領域０，１を常に段差の上段面と下段面とに適切に位置決めすることができる。
【０１３３】
すなわち、本発明にあっては、計測中の対象物体８０１がライン方向へ移動した場合には、ラインビーム８０４の照射ラインに沿って計測対象物体８０１の高さを測定し直し、あらかじめ決められた高さ相当のしきい値ＴＨ０に達する位置を段部８０２と認識して、段部８０２の位置を基準としてその両側に適宜離間して計測対象領域０，１を設定し直すのである。
【０１３４】
より具体的には、図３１に示されるように、レーザの点灯、ＣＣＤのシャッタ時間およびＡＧＣ増幅回路を制御して行う感度調整については図２５の場合と同様である。第０周期のレーザ点灯により生成された画像は第１周期にて計測画像として取得される。次いで、第２周期では、計測表示処理として、領域０計測画像に対して、変位計測が実施されるとともに、設定されたしきい値ＴＨ０を元に基準線８２１を算出し、領域演算では、この基準線８２１から次の計測に用いる領域０，１の領域範囲を再計算する。この再計算に基づき、第４周期及び第５周期において、領域０範囲並びに領域１範囲の輪郭表示位置が変更される。次いで、第３及び第４周期では、第２周期で再計算された領域１範囲により領域１計測画像が取得され、領域１の計測が実施される。以後、同様にして、領域０，１の再計算乃至再設定が繰り返し行なわれる結果、計測対象物体８０１がライン方向へ振れても、領域０，１は段部８０２を跨ぐことなく、上段面、下段面に分離して適切に位置決めされる。
【０１３５】
尚、基準線８２１の位置検出のために使用したしきい値ＴＨ０は固定値としてもよいが、段差の上段面又は下段面のどちらか（あらかじめ決めた方を基準面と言う）に対応する距離計測値としきい値ＴＨとの差が一定となるようにしきい値ＴＨ０自体も追従させると、段差位置のライン方向への変動だけでなく、基準面の距離方向の変位（段差のある物体全体としての上下変動）にも追従できるという利点がある。
【０１３６】
このように、以上説明した本発明の実施形態によれば、２次元ＣＣＤの視野内において、変位測定方向並びにこれと直交する方向に任意に幅並びに位置を決めて計測対象領域を設定し、これによりマスクされる部分については計測処理を行なわないことによって、外乱光などの影響を排除し、さらに計測対象領域に含まれる部分については計測処理に利用するのみならず、その濃度を適切に自動調整するようにしたことによって、複数の領域に含まれるラインブライト波形が大きくレベル差があるような場合でも、これを時分割的に濃度自動調整することによって、いずれの光像についても測定点座標を確実に決定できるのである。このことから、本発明によれば、外乱光の存在する環境や、金属被膜の形成されたガラス板、さらには反射率の大きく異なる２面間の段差を測定するのに実用上極めて好適なものとなる。
【０１３７】
加えて、本発明にあっては、変位測定方向又はライン方向へ複数設定した計測対象領域を、いずれかの領域の計測値変動に追従して相対移動可能としているため、ガラスの板厚計測中にガラス板が上下動したり、段差計測中に段差の境界線が横ずれしたりした場合にも、物体上の目的とする位置に計測対象領域を正確に位置決め維持できるという利点もある。
【０１３８】
次に、図３２及び図３３を参照して画像モニタ６のための表示合成処理について簡単に説明する。この実施形態のビジュアル式変位センサにあっては、図３２に示されるように、５枚のグラフィックメモリ（０〜５）と、１枚の画像メモリとを設けて、画像編集及び表示処理を実現している。図３２において、画像メモリには、背景としての計測画像が格納される。一方、グラフィックメモリ（０〜４）にはグラフィック画像が格納される。すなわち、グラフィックメモリ（０）には、ラインブライトガイド、設定メニュー、感度情報ガイド［白、描画更新しない］が格納される。グラフィックメモリ（１）には、計測結果［白］が格納される。グラフィックメモリ（２）には、ラインブライト、ＬＶ、ＰＥＡＫ［黄］が格納される。グラフィックメモリ（３）には、測定点［赤］が格納される。グラフィックメモリ（４）には、計測領域［緑］が格納される。これらのメモリの格納内容は、図３３に示されるように、互いに上書き加算処理されて、画像モニタ６用の表示画像に編集され、画像モニタ６の画面上にカラー表示される。
【０１３９】
尚、以上の説明の中でガラスの厚み計測を例に挙げたが、もちろんこの厚み計測にはガラスの屈折率などに起因するキャリブレーション処理を前もって行うことが必要となる。従来、このキャリブレーション処理は、オペレータが決められた手順で、計測対象となる透明体の屈折率に応じた数値を正確に入力するといった複雑な操作が必要であり、この種のビジュアル式変位センサの使い勝手を損ねる一因となっていた。
【０１４０】
そこで、本発明者等は、新たに非常に簡単にキャリブレーション処理を対話形式で行うことができる変位センサを提供した。
【０１４１】
以下、透明体厚み演算のキャリブレーション処理を図３４〜図３６に示されるフローチャート、並びに、図３７〜図４３に示される説明図を参照して系統的に説明する。
【０１４２】
まず、ビジュアル式変位センサの透明体厚さ測定でキャリブレーション処理が必要となる理由を図４４を参照して簡単に説明する。
【０１４３】
同図に示されるように、このような透明板に計測光であるレーザビームを照射した場合、そのレーザビームは、表面に入射した時点で当該透明体の屈折率に応じて屈折する。その結果、実際の裏面と見かけ上の裏面位置との間には、誤差が生ずる。ビジュアル式変位センサにおいては、この誤差がそのまま２次元撮像素子上の測定点座標の誤差として現れるため、何等補正を行わないと、正確な透明体の厚さを測定することはできない。
【０１４４】
透明体厚み演算キャリブレーションのアルゴリズムを説明するための図が図４３に示されている。同図に示されるように、キャリブレーション前における測定変位をＰ１，Ｐ２とすると、キャリブレーション後における透明体表裏の変位はＤ１，Ｄ２となる。すなわち、見かけ上の厚さＰ２−Ｐ１から実際の厚さＤ２−Ｄ１を求めるためには、スパンＳ並びにオフセットＯの値を装置に教示せねばならない。
【０１４５】
以上を前提として、図３４の処理が開始されると、設定開始を待機する状態となる（ステップ３４０１）。この状態において、設定開始のための所定操作が行われると（ステップ３４０１ＹＥＳ）、続いてアプリケーションの選択を待機する状態となる（ステップ３４０２）。この状態において、所定操作でアプリケーションの選択（この場合には『透明体厚み』が実行されると（ステップ３４０２『透明体厚み』）、続いてワークの設置完了を待機する状態となる（ステップ３４０３）。（図３７及び図３８参照）
【０１４６】
この状態において、基準となる透明体を設置し、表面の指定を行い（ステップ３４０４）、完了の指示を行い（ステップ３４０５）、更に裏面の領域指定を行い（ステップ３４０６）、完了の指示を行うと（ステップ３４０７『ＥＮＴ』）、表面Ｐ１（ｍｍ）の計測（キャリブレーション前）が行われる（ステップ３５０１）。
【０１４７】
続いて、この計測が正常に完了したならば（ステップ３５０２ＹＥＳ）、続いて、表面の位置Ｄ１（ｍｍ）の入力（キャリブレーション後）並びに裏面Ｐ２（ｍｍ）の計測（キャリブレーション前）が実行され（ステップ３５０３，３５０４）、それらが正常に計測されたならば（ステップ３５０５ＹＥＳ）、裏面の位置Ｄ２（ｍｍ）の入力（キャリブレーション後）が行われ、続いて図３６へ移って、キャリブレーションの実行処理（ステップ３６０１）、ＯＵＴ０の設定（厚み）（ステップ３６０２）、ＯＵＴ１の設定（ガラスの表面）並びにＯＵＴ２の設定（ガラス表面）（ステップ３６０３）が実行される。（図３９〜図４２参照）
【０１４８】
これにより、オペレータは、特別な知識や操作などを習熟せずとも、苦もなく、この種の透明体厚み演算キャリブレーション操作を実施することが可能となる。
【０１４９】
【産業上の利用可能性】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、計測環境が適切でないこと等により、二次元撮像素子の視野内に外乱光に起因するラインビーム照射光像類似の光像が現れ、測定点座標の個数が予定された個数を超えてしまった場合にも、オペレータが外乱光に基づく光像が除外されるようにして計測対象領域を設定するだけで、当該センサに組み込まれた変位計測アルゴリズムによって、目的とする変位を正常に計測可能な状態に復帰させることができる。
【０１５０】
また、本発明によれば、例えばブラウン管のガラス板や液晶パネルのガラス板等のように、計測対象となる透明板の裏面に反射率の高い金属被膜が被着されていることに起因して、濃度自動調整機能が作用したとしても、二次元撮像素子の視野内に変位測定方向へ間隔を開けて現れるラインビーム照射光像の濃度を全ての光像について規定範囲内に収めることができなくなった場合にも、例えば、オペレータが個々のラインビーム照射光像に独立した計測対象領域を設定するだけで、濃度が既定値を外れたラインビーム照射光像部分についても、当該センサに組み込まれた測定点座標決定アルゴリズムによって、測定点座標を決定することができ、結果として、目的とする変位を正常に計測可能な状態に復帰させることができる。
【０１５１】
また、本発明によれば、計測対象となる段差に跨るようにしてラインビームを照射しつつ段差計測を行うような場合において、当該段差を構成する上段面と下段面とに大きな反射率差が存在することに起因して、濃度自動調整機能が作用したとしても、二次元撮像素子の視野内に変位測定方向と直交する方向へ間隔を開けて現れるラインビーム照射光像の濃度を全ての光像について規定範囲内に収めることができなくなくなった場合にも、オペレータが下段表面と上段表面とに別々の計測可能領域を設定するだけで、濃度が既定値を外れたラインビーム照射光像部分についても、当該センサに組み込まれた測定点座標決定アルゴリズムによって、測定点座標を決定することができ、結果として、目的とする変位を正常に計測可能な状態に復帰させることができる。
【０１５２】
また、本発明によれば、厚み計測対象であるガラス板が上下に移動したり段差計測対象である段付物体がライン方向へ左右に移動した場合にも、それらの移動に計測対象領域を追従させて、計測不能に陥ることを未然防止できる。
【０１５３】
さらに、本発明によれば、外乱光の存在、透明板の反射率表裏差、段差の段間反射率差に起因する計測不能の事態が発生した場合には、そられの原因をオペレータに対して的確に知らせることができる案内表示を付加したビジュアル式変位センサを提供することができる。
【０１５４】
【図面の簡単な説明】
第１図は、ビジュアル式変位センサの全体を示す図であり、第２図は、センサヘッド部の内部構成を示す図であり、第３図は、センサ本体部の内部構成を概念的に示すブロック図（その１）であり、第４図は、計測対象領域の設定態様を示す図であり、第５図は、センサ本体部の変位量測定動作を概略的に示すゼネラルフローチャートであり、第６図は、センサヘッド部内のＣＣＤで撮像された画像の説明図であり、第７図は、測定範囲内における測定点抽出処理の説明図であり、第８図は、ＣＣＤによる撮像画像とラインブライト波形との関係を示す図であり、第９図は、しきい値決定処理の説明図であり、第１０図は、測定点座標決定処理の説明図であり、第１１図は、モニタ画面生成方法の説明図であり、第１２図は、ＣＣＤによる撮像画像とラインブライト波形等との関係を示すモニタ画面の説明図であり、第１３図は、領域別濃度調整処理を示すタイムチャートであり、第１４図は、ラインブライト波形と計測対象領域との関係を示す説明図であり、第１５図は、測定点座標を決定するための特徴抽出演算を説明するための図であり、第１６図は、従来の計測結果を示す図であり、第１７図は、領域設定に際するモニタ画面の説明図（その１）であり、第１８図は、領域設定に際するモニタ画面の説明図（その２）であり、第１９図は、領域設定に際するモニタ画面の説明図（その３）であり、第２０図は、２領域設定後の計測に際するモニタ画面の説明図であり、第２１図は、マスク画像を使用する測定点抽出処理の問題点を説明するための図であり、第２２図は、測定点座標抽出処理の第２実施形態を説明するための図であり、第２３図は、センサ本体部の内部構成を概念的に示すブロック図（その２）であり、第２４図は、計測点の上下変動の態様を示す図であり、第２５図は、計測点の上下変動に設定領域を追従させる処理を示すタイムチャートであり、第２６図は、計測点の上下変動の前後におけるモニタ画面の様子を示す説明図であり、第２７図は、段差計測時のセンサと計測対象物体との位置関係を示す図であり、第２８図は、段差計測時のモニタ画面を示す説明図であり、第２９図は、段差計測時における物体横ズレ時の問題点を示す説明図であり、第３０図は、段差計測時の横ズレ追従制御の説明図であり、第３１図は、段差計測時の横ズレ追従制御における処理の流れを示すタイムチャートであり、第３２図は、画像モニタのための表示合成処理の説明図（その１）であり、第３３図は、画像モニタのための表示合成処理の説明図（その２）であり、第３４図は、透明体厚み演算のキャリブレーション処理を示すフローチャート（その１）であり、第３５図は、透明体厚み演算のキャリブレーション処理を示すフローチャート（その２）であり、第３６図は、透明体厚み演算のキャリブレーション処理を示すフローチャート（その３）であり、第３７図は、透明体厚み演算キャリブレーション操作のための画面説明図（その１）であり、第３８図は、透明体厚み演算キャリブレーション操作のための画面説明図（その２）であり、第３９図は、透明体厚み演算キャリブレーション操作のための画面説明図（その３）であり、第４０図は、透明体厚み演算キャリブレーション操作のための画面説明図（その４）であり、第４１図は、透明体厚み演算キャリブレーション操作のための画面説明図（その５）であり、第４２図は、透明体厚み演算キャリブレーション操作のための画面説明図（その６）であり、第４３図は、透明体厚み演算キャリブレーションのアルゴリズムを説明するための図であり、第４４図は、ビジュアル式変位センサの透明体厚さ測定でキャリブレーションが必要となる理由の説明図である。
Claims (9)
- 計測対象物体に対して所定角度でラインビームを照射するための発光素子と、
ラインビームが照射された計測対象物体を別の角度から撮影するための二次元撮像素子と、
二次元撮像素子の視野内に第１の計測対象領域及び第２の計測対象領域を変位測定方向の位置を異ならせて設定することが可能な計測対象領域設定手段と、
二次元撮像素子で撮影された画像に基づいて、設定された計測対象領域に含まれる１若しくは２以上の測定点座標の決定を行う測定点座標決定手段と、
決定された１若しくは２以上の測定点座標に対応する変位の計測を行う変位計測手段と、
を具備することを特徴とするビジュアル式変位センサ。 - 測定点座標決定手段は、各計測対象領域に１以上のラインビーム光像が含まれるとき計測対象領域毎に少なくとも一つのラインビーム光像濃度を計測適切値に調整した上で、二次元撮像素子で撮影された画像に基づいて、設定された計測対象領域に含まれる１若しくは２以上の測定点座標の決定を行う濃度調整機能付き測定点座標決定手段である、
請求項１に記載のビジュアル式変位センサ。 - 第１の計測対象領域に基準面上のラインビーム光像が含まれるときに、第１の計測対象領域において計測された基準面の変位測定方向の移動に追従させて第２の計測対象領域を変位測定方向へと移動させる、請求項１に記載のビジュアル式変位センサ。
- 計測対象物体に対して所定角度でラインビームを照射するための発光素子と、
ラインビームが照射された計測対象物体を別の角度から撮影するための二次元撮像素子と、
二次元撮像素子の視野内に第１の計測対象領域及び第２の計測対象領域を変位測定方向と直交する方向の位置を異ならせて設定することが可能な計測対象領域設定手段と、
二次元撮像素子で撮影された画像に基づいて、設定された計測対象領域に含まれる１若しくは２以上の測定点座標の決定を行う測定点座標決定手段と、
決定された１若しくは２以上の測定点座標に対応する変位の計測を行う変位計測手段と、
を具備することを特徴とするビジュアル式変位センサ。 - 測定点座標決定手段は、各計測対象領域に１以上のラインビーム光像が含まれるとき計測対象領域毎に少なくとも一つのラインビーム光像濃度を計測適切値に調整した上で、二次元撮像素子で撮影された画像に基づいて、設定された計測対象領域に含まれる１若しくは２以上の測定点座標の決定を行う濃度調整機能付き測定点座標決定手段である、請求項４に記載のビジュアル式変位センサ。
- 第１の計測対象領域に基準面上のラインビーム光像が含まれるときに、第１の計測対象領域において計測された基準面の変位測定方向の移動に追従させて第２の計測対象領域を変位測定方向へと移動させる、請求項４に記載のビジュアル式変位センサ。
- 二次元撮像素子で撮影された画像に基づいて、計測対象物体上の段差境界線が移動したと判定されたとき、段差境界線を挟んでその両脇に段差測定のために設定された第１の計測対象領域及び第２の計測対象領域を、段差境界線の移動に追従させて、変位測定方向と直交する方向へと移動させる、請求項４に記載のビジュアル式変位センサ。
- 段差境界線が移動したか否かの判定は、ラインビームに沿う計測変位と規定の変位しきい値との交差点が変位測定方向と直交する方向へと移動したことに基づいて行われる、請求項７に記載のビジュアル式変位センサ。
- 変位しきい値が、段差を構成する基準段面の計測値に追従して設定される、請求項８に記載のビジュアル式変位センサ。
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