JP3861751B2 - 形状寸法検査装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属、樹脂、ゴム等の成型品、金型、加工品の製造時あるいは保守時に製品あるいは部品などの被検査品の形状寸法を検査する形状寸法検査装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、製品や部品の形状寸法を検査するには、例えば、特公平6−29712号公報に開示されるような投影機を用いた形状検査装置が知られている。投影機を使用する場合、スクリーンに投影された被検査品像の上から寸法目盛の記入された投影機と同じ倍率の基準となる検査図面(検査画像)を重ね合わせることによって、検査図面に示された公差内であるか否かを目視で判断している。
【0003】
しかしながら、投影機において被検査品の一部を拡大して検査しようとした場合には倍率に応じたレンズに交換すると同時に図面を交換しなければならない。さらに、検査結果は紙の図面で残されるため過去の検査結果と比較するのが困難であると同時に、人手による輪郭トレースのため個人差によって精度が一定しないという欠点がある。
【0004】
このことを解決するために、例えば、特開2001−41725号公報に開示されるようなコンピュータを使用した形状検査装置が提案されている。
【0005】
コンピュータを使用した形状検査装置は、一般的にCCDカメラによる被検査品のラスタ画像と検査図面となるグラフィック画像(ラスタ画像の検査画像)を重ね合わせて形状を比較している。
【0006】
コンピュータシステムは、画面上に表示されるのはCCDカメラ等から入力された被検査品のラスタ画像と検査図面に対応するグラフィック図形である。画面上に被検査品のラスタ画像と公差範囲を示すグラフィック画像が表示されていても、グラフィック画像は点の集合であるドット情報であり寸法値を読み取ることはできない。そのため、合否判定は現物を測定して公差範囲内であるか否かを判定しなければならず、検査が面倒になる。
【0007】
また、CCDカメラの画像とグラフィック図形の倍率を合わせる方法(寸法校正)としては、2つのラスタ画像を1つの画面に重ねて表示させる機能(キャプチャ表示)によって、グラフィック表示画面にあらかじめ表示されている基準形状にCCDカメラで撮像した被検査品の画像を合わせ込むことで行われている。寸法校正が正しいことを保証するためには形状判定する被検査品について、検査前と検査後の2回校正しなければ正しい精度であることを保証できない。これは、検査中にCCDカメラの倍率が変化していないことを証明するための方法が他にないためである。
【0008】
さらに、CCDカメラの画素数は一定のため、被検査品の全体画像から一部を切り出し任意の倍率に拡大して検査しようとした場合には、検査対象範囲の表示画素数が少なくなってしまい検査対象部分の解像度が低くなる。従って、レンズ交換等により光学的に倍率を上げなければならないが、倍率変更に伴う寸法校正が必要となる。
【0009】
このようなことを解決するために、本出願人は先に特願2001―370091号として、解像度を調整できるイメージスキャナによって被検査品の形状ラスタ画像を得て2値化処理したラスタ画像をベクトル画像に変換し、被検査品の形状画像と形状設計データであるベクトル画像の検査画像を重ね合わせ画面に表示して被検査品の形状画像と検査画像を比較して形状検査を行うことを提案している。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
最近は被検査品の形状画像と検査画像を比較して形状検査を行うのではなく、被検査品の輪郭形状の寸法を測定して形状検査を行い、輪郭形状画像に記載して検査報告書に貼付けることが要求されている。検査報告書には当該被検査品の標準設計データが記載されている。被検査品の形状検査は検査報告書に記載されている標準設計データと照合することによって確認することが行われる。
【0011】
被検査品をイメージスキャナで読取り形状ラスタ画像を得るには、被検査品の実物あるいはレプリカを平板状に切出し加工した平板状被検査品をイメージスキャナのコンタクトガラス面に載置している。平板状被検査品は厚みを持っている。
【0012】
ところで、イメージスキャナのCCDセンサは明暗を認識するが、被検査品に対して内部照明から照射された厚み方向についても画像として認識する。その結果、被検査品の輪郭形状画像には被検査品の厚み情報が含まれることになり、精度の良い寸法検査ができないという実用上の問題点を有している。
【0013】
本発明の目的は、被検査品の厚み情報を除去した輪郭形状画像を得て寸法を精度良く簡単に測定できる形状検査装置を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴とするところは、イメージスキャナのコンタクトガラス面に載置されている被検査品の上部から被検査品が照射範囲内になるように外部照明で照射して被検査品の形状ラスタ画像を得て2値化処理したラスタ画像をベクトル画像に変換し、被検査品の寸法を測定するようにしたことにある。
【0015】
具体的には、外部照明によってイメージスキャナのコンタクトガラス面に対してほぼ垂直方向から照明を照射するようにする。
【0016】
本発明は外部照明によって被検査品の上部から照明を照射して被検査品の厚み方向(垂直面)における明度低下を防止しているので、被検査品の厚み情報を除去した輪郭形状画像を得て寸法を精度良く簡単に測定することができる。
【0017】
なお、本発明において、被検査品の輪郭形状は外側輪郭形状だけでなく、被検査品の内側に設けられている空洞(穴や凹部など)の輪郭形状も含まれる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図1に本発明の一実施例を示す。
図1において、形状検査装置は、被検査品の画像入力部1、画像入力部1から得られる被検査品のラスタ画像をベクトル画像(CADデータ)に変換し寸法測定を行う演算処理部2、画像データ表示や寸法測定、検査記録作成をするための表示部3と、文字入力、画像の操作をするための例えばマウス、キーボードのような操作部4と、検査結果を出力するための例えばプリンタ等の出力部5から構成される。
【0019】
画像入力部1は、イメージスキャナ11と被検査品(検査品)12および寸法校正用の標準スケール13をセットするためのコンタクトガラス面14があり、さらに画像入力に不要な外光を遮蔽するためのカバー15とイメージスキャナ11の内部照明11c(図2に図示)による不要な影(回析光)を消去するために被検査品12の上部から照明する外部照明16を備えている。
【0020】
被検査品(検査品)12はコンタクトガラス面14に載置されている。また、外部照明16は被検査品12の上部のほぼ垂直方向から被検査品12が照射範囲内になるように照明を照射している。換言すると、外部照明16はイメージスキャナ11のコンタクトガラス面14に対してほぼ垂直方向から照明を照射する。
【0021】
演算処理部2は画像入力部1より入力される被検査品12のラスタ画像の明るさ、コントラスト、回転、2値化処理等をするためのラスタ画像処理部22と、ラスタ画像をベクトル画像に変換するためのラスタベクタ変換処理部23と、ベクトル化された被検査品12のCAD図データのスケール値を校正するための寸法校正処理部24と、ベクトル変換された被検査品12の輪郭形状画像から寸法を測定するための寸法測定処理部25と、検査報告書等の検査記録を作成するための検査記録作成部26とを備えている。演算処理部2は通常、上述の表示部3、操作部4および出力部5と一体に構成されている。
【0022】
図2は外部照明16によって影の消去を説明する図で、図1と合わせて説明する。
図2(a)において画像情報を入力するためイメージスキャナ11に内蔵されたCCDセンサ11aが被検査品12の垂直面12aに近づいたとする。このとき、イメージスキャナ11の内部照明11cはイメージセンサの近傍から被検査品12の垂直面12aに対し所定の照射範囲11dで被検査品12の垂直面(厚み方向)12aに照射される。
【0023】
一方、CCDセンサ11aは明暗を認識する認識範囲11bを有するが、被検査品12に対して照射範囲11dにある厚み方向に照射された範囲を画像として認識してしまう。その結果、被検査品12の垂直面12aおよび何もない空白部分を平均した明度情報を得ることになる。従って、被検査品12の輪郭部から外側の画像輪郭部には検査品の垂直面12aの情報が含まれ、これが画像における影となって現れる。
【0024】
しかし、本発明は図2(a)の状態において図2(b)に示すように被検査品12の上部からイメージスキャナ11のコンタクトガラス面14を介してCCDセンサ11aに適度な照度の外部照明16を当てることによって、被検査品12の垂直面12aにおける明度低下を防止することができる。
【0025】
図3は画像入力部1から入力された被検査品12のラスタ画像であるTIFFフォーマットファイル(Tagged-Image File Format)をラスタベクタ変換によりベクトルデータに変換する場合において、イメージスキャナ11に設定した解像度情報をラスタ画像内から抽出し、実寸表示のCADデータに自動変換することについて説明した図である。
【0026】
解像度情報を含むファイル形式であるTIFFファイルの構造について説明する。TIFFファイル形式はイメージスキャナ11で読み込まれたデータを処理するために作られたタグ付画像ファイル形式の画像フォーマット仕様である。
【0027】
図3はTIFFファイルの一例構成図であって、情報の記録領域であるヘッダ(A)とイメージファイルディレクトリ(B)およびデータ領域(C)に分かれている。解像度等の画像情報はイメージファイルディレクトリ(B)に記録される。
【0028】
したがって、TIFF形式のファイルではイメージファイルディレクトリ(IFD)の内容を読み取ることによって、画像入力装置1で読み込まれた解像度を判定することができる。画像ファイルの解像度は1インチ当たりのドット数を示しているので、ドット数をカウントすることで寸法に変換することが可能となる。
【0029】
このことを図4を用いて説明する。図4において、12bは被検査品12のラスタ画像を示し、12cは被検査品12のラスタ画像12bについて輪郭を抽出しベクトル(CAD)データとしたものを示す。
【0030】
図4(a)は、画像入力部1から入力された被検査品12と標準スケール13のラスタ画像12bであって、外部照明16により影を消去したものである。図4(b)はラスタ画像処理部22でラスタ画像12bに画像処理を施し2値化画像12cに変換したものである。
【0031】
図4(c)は、2値化されたラスタ画像12cをラスタベクタ変換処理部23によりベクトルデータ(ベクトル画像)12dに変換した輪郭形状CAD図であって、同時に変換された標準スケール13によって寸法校正されている。図4(d)は被検査品12の輪郭形状画像12dについて指定された位置の寸法を測定し記載した輪郭形状画像12eである。
【0032】
このように、被検査品12の厚み情報を除去したラスタ画像12bをベクトル画像12dに変換してCADデータとして扱うことで輪郭形状を目視で確認できると共にCAD図上に寸法を数値で示すことが可能となる。なお、図4は被検査品12が星形状の単純なものであるが、さらに複雑な形状であっても正確な形状・寸法測定が可能となる。
【0033】
図5に本発明による形状検査装置のフローチャートを示す。
図1、図2に示す本発明の実施例の動作を図5を参照して説明する。
【0034】
ステップS101において被検査品12と寸法校正用の標準スケール13をイメージスキャナ11のコンタクトガラス面14にセットし、周囲から光が入らないようにカバー15をする。ステップS102では被検査品12と標準スケール13に外部照明16を当てる。
【0035】
ステップS102からステップS103に移行して、イメージスキャナ11内の内部照明11cと外部照明16に合わせて被検査品12の画像取り込み範囲、明るさ、コントラスト、解像度、カラー条件等の画像入力条件をイメージスキャナ11に設定する。イメージスキャナ11への画像入力条件の設定は演算処理部2の操作部4から入力される。この場合、被検査品12の形状と厚さによって外部照明16の照度を調節し形状輪郭部に発生する影が消えるように設定する。
【0036】
ステップS104では、ステップS103で設定されたイメージスキャナ11の画像入力条件に従って被検査品12と標準スケール13の形状画像を取り込み、原画像として一時記憶部27に保存後にラスタ画像処理部22に加えられる。ステップS105では画像のノイズ(画像以外の不要な点や線)を取り除き、ステップS106に移りで2値化処理をした上で画像ファイルとして一時記憶部27に保存後にラスタベクタ変換処理部23に送られる。一時記憶部27に保存するファイル形式は画像の解像度情報を含む形式、例えばTIFFフォーマットとする。
【0037】
ステップS107では、ステップS106で一時記憶部27に保存された2値化画像ファイルに対してラスタベクタ変換処理部23においてラスタベクタ処理を施しCADデータに変換する。ラスタベクタ変換処理部23は、画像ファイルに含まれる解像度情報を読み取り実寸法に変換したCAD図(ベクトル画像)を作成する。ラスタベクタ変換処理部23で変換されたCADデータは市販されている一般的なCADソフトで読み書きができるようにDXFファイルフォーマット等で一時記憶部27に保存され、寸法校正処理部24に与えられる。
【0038】
ステップS108では、被検査品12と同時にCAD変換された標準スケール13の長さを検査員が表示部3を見ながら操作部4の例えばマウス操作によって測定し、自動変換された寸法値と比較することによって校正する。
【0039】
例えば、寸法誤差が100±0.1mmと設定されていた場合において、標準スケールの100mmを測定したときにCAD上で101mmであった場合には100/101=0.99倍の寸法補正を行うことによって表示寸法の校正とする。寸法校正され、CAD図に変換された被検査品12の輪郭図は、市販されている一般的なCADソフトで読み書きができるようにDXFファイルフォーマット等で一時記憶部27に保存され、寸法測定処理部25に送られる。
【0040】
ステップS109では、被検査品12のCADデータ12dを表示部3の画面上に表示させ、操作部4の例えばマウス操作により予め指定された位置の寸法を測定し、ステップS110で被検査品12の寸法測定結果12eとして一時記憶部27に保存され、検査記録作成部26に送られる。
【0041】
ステップS111では、予め記憶部28に記憶されている記録フォーマット28bに被検査品12の寸法測定結果12eを貼り付け、必要であれば被検査品12の履歴等を記載する。最後にステップS112において記憶部28に検査結果28bとして保存する。
【0042】
このようにして被検査品の検査を行うのであるが、外部照明によって被検査品の上部から照明を照射して被検査品の厚み方向(垂直面)における明度低下を防止しているので、被検査品の厚み情報を除去した輪郭形状画像を得て寸法を精度良く簡単に測定することができる。
【0043】
なお、上述の実施例は被検査品の形状画像をベクトル画像(CADデータ)にしているので、画面に表示された被検査品の輪郭形状画像から寸法を測定でき製作図面の公差範囲内であるかどうかを簡単に判定することができる。
【0044】
また、被検査品の輪郭形状画像をベクトルデータ(CADデータ)として扱うことによって、ラスタ画像の欠点である拡大縮小による解像度の変化を受けなくなり、複雑な形状であっても正確な寸法測定が可能となる。
【0045】
【発明の効果】
本発明は外部照明によって非検査品の上部から照明を照射して被検査品の厚み方向(垂直面)における明度低下を防止しているので、被検査品の厚み情報を除去した輪郭形状画像を得て寸法を精度良く簡単に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図2】イメージスキャナの外部照明により形状輪郭の影を消去する説明図である。
【図3】TIFFファイルの一例構成図である。
【図4】本発明の検査状態の推移を示す図である。
【図5】本発明の動作を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
1 画像入力部
11 イメージスキャナ
11a CCDセンサ
11b CCDセンサの認識範囲
11c イメージスキャナの内部照明
11d 照射範囲
12 被検査品
12a 被検査品の垂直面
12b 被検査品のラスタ画像
12c 被検査品のCADデータ
13 標準スケール
14 コンタクトガラス面
15 カバー
16 外部照明
2 演算処理部
21 制御部
22 ラスタ画像処理部
23 ラスタベクタ変換処理部
24 寸法校正処理部
25 寸法測定処理部
26 検査記録作成部
27 一時記憶部
28 記憶部
28a 検査結果
28b 記録フォーマット
3 表示部
4 操作部
5 出力部
Claims (1)
- 解像度を調整でき、被検査品を厚みのある平板状に形成した前記被検査品の形状のラスタ画像を出力し、内部照明手段を有するイメージスキャナと、前記イメージスキャナのコンタクトガラス面に載置された前記被検査品の上部から照明し、前記被検査品の厚さにより前記被検査品の形状輪郭部に発生する影が消えるように照度を設定されている外部照明手段と、前記被検査品の標準設計データが記載されている検査報告書を格納する記憶手段と、前記イメージスキャナから得られたラスタ画像を2値化処理するラスタ画像処理手段と、前記ラスタ画像処理手段が出力する前記被検査品のラスタ画像をベクトル画像に変換し輪郭形状画像を抽出するラスタベクタ変換処理手段と、ベクトル画像に変換された前記被検査品の輪郭形状画像について指定された位置の寸法を測定する寸法測定手段と、前記被検査品の輪郭形状画像と共に前記寸法測定手段によって得られた寸法値を、前記記憶手段に格納されている前記検査報告書の検査記録様式に貼りつけ格納する検査記録作成手段とを具備し、前記被検査品の形状検査は、前記検査報告書に記載されている標準設計データと照合して確認することを特徴とする形状寸法検査装置。
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