JP4430680B2 - 3D dimension measuring apparatus and 3D dimension measuring program - Google Patents

3D dimension measuring apparatus and 3D dimension measuring program Download PDF

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Description

本発明は、計測対象のスリット光画像及び輝度画像に基づいて計測対象の3次元寸法を計測する3次元寸法計測装置及び3次元寸法計測プログラムに関する。   The present invention relates to a three-dimensional dimension measuring apparatus and a three-dimensional dimension measuring program for measuring a three-dimensional dimension of a measurement target based on a slit light image and a luminance image of the measurement target.

従来、光切断法によって計測対象の特徴点を抽出する3次元寸法計測においては、スリット光を投射して得られたスリット光画像を用いて特徴点が抽出されていた。   Conventionally, in three-dimensional dimension measurement in which feature points to be measured are extracted by a light cutting method, feature points are extracted using a slit light image obtained by projecting slit light.

このような技術としては、例えば、突合せ溶接部の溶接ビード部の3次元形状を計測して溶接状態の検査を行う溶接状態検査方法及び検査装置(特許文献1参照)が知られている。この溶接状態検査方法及び検査装置は、溶接ビード部にスリット光源からスリット光を投射して、その反射光像をTVカメラで撮像する光切断法により検査対象の溶接ビードの3次元形状を計測する。   As such a technique, for example, a welding state inspection method and an inspection apparatus (see Patent Document 1) are known in which a three-dimensional shape of a weld bead portion of a butt weld portion is measured to inspect a welding state. This welding state inspection method and inspection apparatus measures a three-dimensional shape of a weld bead to be inspected by a light cutting method in which slit light is projected from a slit light source onto a weld bead and a reflected light image is captured by a TV camera. .

従って、特許文献1の溶接状態検査方法及び検査装置は、検査対象となる溶接ビード部をスリット光画像から抽出する必要がある。スリット光画像は、溶接面の表面に投射されたスリット光を斜め方向から眺めた画像であり、画像としては濃淡の情報を持たない線画像となる。即ち、線の屈曲が溶接面の凹凸を示している。
特開2005−279653号公報
Therefore, the welding state inspection method and inspection apparatus of Patent Document 1 need to extract the weld bead portion to be inspected from the slit light image. The slit light image is an image obtained by viewing the slit light projected on the surface of the welding surface from an oblique direction, and the image is a line image having no shading information. That is, the bending of the line indicates the unevenness of the weld surface.
JP 2005-279653 A

しかしながら、この線画像のみからビード部の境目を正確に見つけ出すことは難しい。特に、突合せの板部分からなだらかに溶接されている場合には、板部とビード部の境を正確に検出することは困難であるという問題点がある。   However, it is difficult to accurately find the boundary of the bead portion only from this line image. In particular, there is a problem that it is difficult to accurately detect the boundary between the plate portion and the bead portion when the butt plate portion is gently welded.

本発明は、上記問題点を解決するために成されたものであり、計測対象の3次元寸法を高い精度で、かつ低コストで計測する3次元寸法計測装置及び3次元寸法計測プログラムを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and provides a three-dimensional dimension measuring apparatus and a three-dimensional dimension measuring program for measuring a three-dimensional dimension of a measurement target with high accuracy and low cost. For the purpose.

上記目的を達成するために、請求項1記載の3次元寸法計測装置は、計測対象を撮像して画像信号を生成する撮像手段と、前記計測対象に少なくとも1本のスリット状の光を投射するスリット光投射手段と、前記撮像手段により生成された画像信号に基づいて、前記計測対象のエッジを抽出するエッジ抽出手段と、前記スリット光投射手段が投射しているときに前記撮像手段により生成された画像信号に基づいて、スリットの中心位置を表すスリット中心線を抽出するスリット中心線抽出手段と、前記エッジ抽出手段によって抽出された前記エッジと前記スリット中心線抽出手段によって抽出された前記スリット中心線とに基づいてスリットの特徴点を抽出するスリット特徴点抽出手段と、前記スリット特徴点抽出手段によって抽出された前記特徴点の座標に基づいて、前記特徴点の3次元座標を算出する3次元座標演算手段と、前記3次元座標演算手段によって算出された3次元座標に基づいて前記計測対象の特徴量を算出する特徴量演算手段と、を備えている。   In order to achieve the above object, the three-dimensional dimension measuring apparatus according to claim 1 projects an imaging unit that images a measurement target and generates an image signal, and projects at least one slit-like light on the measurement target. Based on an image signal generated by the slit light projection means, the image pickup means, and an edge extraction means for extracting an edge of the measurement object, and generated by the image pickup means when the slit light projection means is projecting. A slit center line extracting means for extracting a slit center line representing the center position of the slit based on the image signal, the edge extracted by the edge extracting means and the slit center extracted by the slit center line extracting means Slit feature point extracting means for extracting the feature points of the slit based on the line, and before the slit feature point extracting means Based on the coordinates of the feature points, a three-dimensional coordinate calculation means for calculating the three-dimensional coordinates of the feature points, and the feature quantity of the measurement target is calculated based on the three-dimensional coordinates calculated by the three-dimensional coordinate calculation means. Characteristic amount calculation means.

請求項2記載の3次元寸法計測装置は、請求項1記載の3次元寸法計測装置において、前記計測対象を照明する照明手段を更に備え、前記エッジ抽出手段は、前記照明手段が照明しているときに前記撮像手段により生成された画像信号に基づいて、前記計測対象のエッジを抽出する。   3. The three-dimensional dimension measuring apparatus according to claim 2, further comprising illumination means for illuminating the measurement object, wherein the edge extraction means is illuminated by the illumination means. Sometimes, the edge to be measured is extracted based on the image signal generated by the imaging means.

請求項1又は請求項2記載の発明によれば、スリット光による線画像及び2次元画像に基づいて特徴点を抽出するため、正確に計測対象の3次元寸法を計測することができる。   According to the first or second aspect of the invention, since the feature points are extracted based on the line image and the two-dimensional image by the slit light, the three-dimensional dimension of the measurement object can be accurately measured.

請求項3記載の3次元寸法計測装置は、請求項1又は請求項2記載の3次元寸法計測装置において、前記スリット抽出手段は、スリット反射像の長手方向に交差する方向に隣接する複数の画素の位置情報を用いて前記スリット中心線を抽出する。   The three-dimensional dimension measuring apparatus according to claim 3 is the three-dimensional dimension measuring apparatus according to claim 1 or 2, wherein the slit extracting means includes a plurality of pixels adjacent in a direction intersecting with a longitudinal direction of the slit reflection image. The slit center line is extracted using the position information of

請求項3記載の発明によれば、スリットの中心位置を表わすスリットの中心線を、より正確に抽出することができる。   According to the invention of claim 3, the center line of the slit representing the center position of the slit can be extracted more accurately.

請求項4記載の3次元寸法計測装置は、請求項1又は請求項3記載の3次元寸法計測装置において、前記照明手段による前記計測対象の照明と前記スリット光投射手段による前記計測対象への光の投射とを順次又は同時に行うように制御する計測制御手段を更に備えている。   The three-dimensional dimension measuring apparatus according to claim 4 is the three-dimensional dimension measuring apparatus according to claim 1 or 3, wherein illumination of the measurement object by the illumination unit and light to the measurement object by the slit light projection unit are provided. Measurement control means for controlling the projections to be performed sequentially or simultaneously.

請求項4記載の発明によれば、照明とスリット光投射を順次行うか又は同時に行うか制御することができる。   According to the invention of claim 4, it is possible to control whether the illumination and the slit light projection are performed sequentially or simultaneously.

請求項5記載の3次元寸法計測装置は、請求項1から請求項4の何れか1項記載の3次元寸法計測装置において、前記3次元座標演算手段は、撮像系座標と3次元座標との対応を示す座標変換テーブルに基づいて前記特徴点の3次元座標を算出する。   The three-dimensional dimension measuring apparatus according to claim 5 is the three-dimensional dimension measuring apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the three-dimensional coordinate calculation means includes an imaging system coordinate and a three-dimensional coordinate. Based on the coordinate conversion table indicating the correspondence, the three-dimensional coordinates of the feature points are calculated.

請求項5記載の発明によれば、特徴点の撮像系座標から3次元座標への変換を座標変換テーブルに基づいて算出することができる。   According to the fifth aspect of the present invention, the conversion of the feature point from the imaging system coordinates to the three-dimensional coordinates can be calculated based on the coordinate conversion table.

請求項6記載の3次元寸法計測装置は、請求項1から請求項4の何れか1項記載の3次元寸法計測装置において、前記3次元座標演算手段は、撮像系座標を3次元座標に変換する座標変換演算式に基づいて前記特徴点の3次元座標を算出する。   The three-dimensional dimension measuring apparatus according to claim 6 is the three-dimensional dimension measuring apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the three-dimensional coordinate calculation means converts imaging system coordinates into three-dimensional coordinates. The three-dimensional coordinates of the feature points are calculated based on the coordinate conversion calculation formula.

請求項6記載の発明によれば、特徴点の撮像系座標から3次元座標への変換を座標変換演算式に基づいて算出することができる。   According to the sixth aspect of the present invention, the conversion of the feature points from the imaging system coordinates to the three-dimensional coordinates can be calculated based on the coordinate conversion arithmetic expression.

請求項7記載の3次元寸法計測プログラムは、コンピュータを、撮像手段により生成された画像信号に基づいて、前記計測対象のエッジを抽出するエッジ抽出手段、スリット光投射手段が投射しているときに前記撮像手段により生成された画像信号に基づいて、スリットの中心位置を表すスリット中心線を抽出するスリット中心線抽出手段、前記エッジ抽出手段によって抽出された前記エッジと前記スリット中心線抽出手段によって抽出された前記スリット中心線とに基づいてスリットの特徴点を抽出するスリット特徴点抽出手段、前記スリット特徴点抽出手段によって抽出された前記特徴点の座標に基づいて、前記特徴点の3次元座標を算出する3次元座標演算手段、及び前記3次元座標演算手段によって算出された3次元座標に基づいて前記計測対象の特徴量を算出する特徴量演算手段、として機能させる。   The three-dimensional dimension measurement program according to claim 7, when the computer projects the edge extraction means for extracting the measurement target edge and the slit light projection means based on the image signal generated by the imaging means. Based on the image signal generated by the imaging means, a slit center line extracting means for extracting a slit center line representing the center position of the slit, the edge extracted by the edge extracting means and the slit center line extracting means Slit feature point extracting means for extracting a feature point of the slit based on the slit center line, and the three-dimensional coordinates of the feature point based on the coordinates of the feature point extracted by the slit feature point extracting means. Based on the calculated three-dimensional coordinate calculation means and the three-dimensional coordinates calculated by the three-dimensional coordinate calculation means Feature amount calculation means for calculating a feature quantity of serial measurement object, to function as a.

請求項7記載の発明によれば、スリット光による線画像及び2次元画像に基づいて特徴点を抽出し、正確に計測対象の3次元寸法を計測するようにコンピュータを機能させることができる。   According to the seventh aspect of the present invention, it is possible to cause the computer to function so as to extract feature points based on the line image and the two-dimensional image by the slit light and accurately measure the three-dimensional dimension of the measurement target.

以上説明したように、本発明によれば、計測対象の特徴点を正確に検出でき、計測対象の3次元寸法を高い精度で、かつ低コストで計測できるという効果が得られる。   As described above, according to the present invention, it is possible to accurately detect a feature point of a measurement target, and to obtain an effect of measuring a three-dimensional dimension of the measurement target with high accuracy and low cost.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図1には本発明の実施の形態に係る3次元寸法計測装置1の機能ブロック図が示されている。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a functional block diagram of a three-dimensional dimension measuring apparatus 1 according to an embodiment of the present invention.

図1に示すように、3次元寸法計測装置1は、計測対象を照明する光源11と、計測対象に少なくとも1本のスリット光を投射するスリット光源12と、光源11による照明及びスリット光源12によるスリット光投射を制御する計測制御部13と、光源11による光の計測対象による反射光を撮像して反射像を生成し、スリット光源12によるスリット光の計測対象によるスリット反射光を撮像してスリット反射像を生成するTVカメラ14と、コンピュータ10を備えている。   As shown in FIG. 1, the three-dimensional dimension measuring apparatus 1 includes a light source 11 that illuminates a measurement target, a slit light source 12 that projects at least one slit light onto the measurement target, illumination by the light source 11, and a slit light source 12. The measurement control unit 13 that controls the projection of the slit light, the reflected light from the light measurement target by the light source 11 is imaged to generate a reflection image, and the slit reflected light from the slit light measurement target by the slit light source 12 is imaged and slit. A TV camera 14 that generates a reflected image and a computer 10 are provided.

上記コンピュータ10は、CPU、ROM、RAMを含んで構成される。また、コンピュータ10は、TVカメラ14によって生成された反射像及びスリット反射像の画像信号をA/D変換するA/D変換部15と、A/D変換部によって得られた画像信号を記憶する画像メモリ16と、画像メモリ16に格納された画像信号から計測対象のエッジを抽出するエッジ抽出部17と、画像メモリ16に格納された画像信号からスリット反射像の中心であるスリット中心位置を抽出するスリット抽出部18と、エッジ及びスリット中心位置からスリットの特徴点を抽出するスリット特徴点抽出部19と、特徴点の座標から3次元座標を算出する3次元座標演算部20と、特徴点の3次元座標から計測対象の特徴量を算出する特徴量演算部21とを備えている。   The computer 10 includes a CPU, a ROM, and a RAM. The computer 10 also stores an A / D converter 15 that performs A / D conversion on the image signals of the reflected image and the slit reflected image generated by the TV camera 14, and an image signal obtained by the A / D converter. The image memory 16, the edge extraction unit 17 that extracts the measurement target edge from the image signal stored in the image memory 16, and the slit center position that is the center of the slit reflection image is extracted from the image signal stored in the image memory 16. A slit extracting unit 18, a slit feature point extracting unit 19 for extracting a feature point of the slit from the edge and the center position of the slit, a three-dimensional coordinate calculating unit 20 for calculating a three-dimensional coordinate from the coordinates of the feature point, And a feature amount calculation unit 21 that calculates a feature amount to be measured from three-dimensional coordinates.

ここで、計測対象の特徴量とは、計測対象の特徴を表わす代表的な数値をいう。例えば、計測対象が丸穴形状の場合は、中心座標、半径及び法線ベクトルなどであり、計測対象が突合せ溶接のビード部の場合は、ビード幅、ビード高さである。   Here, the feature quantity of the measurement target is a representative numerical value representing the characteristic of the measurement target. For example, when the measurement target is a round hole shape, the coordinates are the center coordinates, the radius, the normal vector, and the like, and when the measurement target is a butt weld bead portion, the bead width and the bead height.

(第1の実施の形態)
図2には、本実施の形態にかかる丸穴の3次元寸法計測装置1による計測が示されている。本実施の形態では、丸穴の特徴点の計測にTVカメラ14とスリット光による三角測量法を採用する。計測対象となる丸穴を含む部材(以下「丸穴部材」という。)30にスリット光源12によってスリット状の光を投射して、そのスリット反射光をTVカメラ14で撮像する。
(First embodiment)
FIG. 2 shows the measurement by the three-dimensional dimension measuring apparatus 1 for the round hole according to the present embodiment. In the present embodiment, a triangulation method using the TV camera 14 and slit light is employed for measuring the feature points of the round holes. The slit light source 12 projects slit-like light onto a member 30 including a round hole to be measured (hereinafter referred to as “round hole member”), and the slit reflected light is imaged by the TV camera 14.

従来は、得られたスリット光画像31から丸穴の円周に相当する部分が特徴点として抽出されていた。しかし、この方法では線画像のみから特徴点が抽出されており、計測対象の持つ表面形状などの特徴がスリット光画像、即ち、線画像の線の傾き変化に置き換えられている。このため、情報量が減少し、抽出する特徴点の位置にバラツキが生じて特徴点を特定する際の誤差原因となっていた。そこで、スリット光を撮像するのと同じTVカメラ14が計測対象を撮像して2次元画像32を生成し、その2次元画像から円周部を抽出する。   Conventionally, a portion corresponding to the circumference of a round hole has been extracted as a feature point from the obtained slit light image 31. However, in this method, feature points are extracted only from the line image, and features such as the surface shape of the measurement object are replaced with slit light images, that is, changes in line inclination of the line image. For this reason, the amount of information is reduced, and the position of the feature point to be extracted varies, which causes an error when specifying the feature point. Therefore, the same TV camera 14 that images the slit light images the measurement object, generates a two-dimensional image 32, and extracts a circumferential portion from the two-dimensional image.

次に、本実施の形態における3次元寸法計測装置1の作用について、図3に示す丸穴計測に関する画像例及び図4示すフローチャートに沿って説明する。   Next, the effect | action of the three-dimensional dimension measuring apparatus 1 in this Embodiment is demonstrated along the example of an image regarding the round hole measurement shown in FIG. 3, and the flowchart shown in FIG.

先ず、ステップ100では、計測制御部13からの信号に基づいて、スリット光源12が計測対象である丸穴部材30にスリット光を投射し、光源11が丸穴部材30を照明する。図3(A)は、丸穴部材30にスリット光投射及び照明を行っている画像である。   First, in step 100, based on a signal from the measurement control unit 13, the slit light source 12 projects slit light onto the round hole member 30 that is a measurement target, and the light source 11 illuminates the round hole member 30. FIG. 3A is an image in which slit light projection and illumination are performed on the round hole member 30.

本実施の形態では、計測制御部13は、スリット光源12によるスリット光投射と光源による照明を同時に制御するが、順次行うように制御することもできる。同時に行う場合には計測時間を短縮されるがスリット光と背景のS/N比が悪くなり、順次行う場合にはS/N比は良くなるが計測時間が長くなる。光源については図2には示していないが、これは特別の光源を用いて計測対象を照明するのではなく、通常の部屋の照明器具を利用しているためである。   In the present embodiment, the measurement control unit 13 controls the slit light projection by the slit light source 12 and the illumination by the light source at the same time. If it is performed simultaneously, the measurement time is shortened, but the S / N ratio between the slit light and the background is deteriorated, and if it is sequentially performed, the S / N ratio is improved but the measurement time is increased. The light source is not shown in FIG. 2, but this is because a special light source is not used to illuminate the measurement object, but a normal room lighting fixture is used.

また、本実施の形態の場合、3点以上の特徴点を抽出するため、複数のスリット光を投射する必要がある。図2では、2台のスリット光源12で2本のスリット光を投射しているが、1台のスリット光源12の位置を変更してスリット光を複数回投射することも可能である。   In the case of this embodiment, it is necessary to project a plurality of slit lights in order to extract three or more feature points. In FIG. 2, two slit light sources 12 project two slit lights, but it is also possible to change the position of one slit light source 12 and project the slit light a plurality of times.

ステップ110では、TVカメラ14が、丸穴部材30を撮像し、スリット光投射によって丸穴部材30から反射して得られるスリット散乱光と、照明によって丸穴部材30から反射して得られる散乱光とに基づく画像を生成する。図3(B)は、丸穴部材にスリット光投射及び照明をした状態を撮像した画像である。   In step 110, the TV camera 14 images the round hole member 30, and slit scattered light obtained by reflecting from the round hole member 30 by slit light projection, and scattered light obtained by reflecting from the round hole member 30 by illumination. An image based on and is generated. FIG. 3B is an image obtained by imaging a state in which the round hole member is subjected to slit light projection and illumination.

ステップ120では、A/D変換部15が、TVカメラ14によって生成された画像をA/D変換する。A/D変換された画像は、画像メモリ16に蓄えられる。   In step 120, the A / D conversion unit 15 performs A / D conversion on the image generated by the TV camera 14. The A / D converted image is stored in the image memory 16.

ステップ130では、スリット抽出部18がスリットの中心位置を表わすスリット中心線を抽出する。具体的には、スリット抽出部18は、画像メモリ16に蓄えられた画像から、TVカメラ14の座標系でのスリット幅方向の代表位置であるスリット中心座標を抽出する。スリット中心座標の抽出方法としては、スリット長手方向に垂直な方向にある値以上の輝度値を持つ画素についてそれらの輝度重心の位置を求める方法や、単純に中心位置を求める方法がある。   In step 130, the slit extraction unit 18 extracts a slit center line representing the center position of the slit. Specifically, the slit extraction unit 18 extracts, from the image stored in the image memory 16, slit center coordinates that are representative positions in the slit width direction in the coordinate system of the TV camera 14. As a method for extracting the slit center coordinates, there are a method for obtaining the position of the luminance center of gravity for a pixel having a luminance value equal to or greater than a value in a direction perpendicular to the slit longitudinal direction, and a method for simply obtaining the center position.

ステップ140では、エッジ抽出部17がエッジ抽出部17が丸穴の円周部に相当するエッジを抽出する。具体的には、エッジ抽出部17は、画像処理技術を用いて、画像メモリ16に蓄えられた画像信号からスリット光を消去した後にエッジを抽出する。スリット光を含んだままでもエッジの抽出は可能だが、より精度よくエッジを抽出するために予めスリット光を消去しておく。図3(C)は、図3(B)の画像からスリット光を消去した画像である。また、撮像のステップでスリット光をOFFにした状態で撮像した濃淡画像を用いてもよい。   In step 140, the edge extraction unit 17 extracts an edge corresponding to the circumferential part of the round hole. Specifically, the edge extraction unit 17 extracts an edge after erasing slit light from the image signal stored in the image memory 16 by using an image processing technique. Although the edge can be extracted even if the slit light is included, the slit light is erased in advance in order to extract the edge more accurately. FIG. 3C is an image obtained by erasing slit light from the image of FIG. Further, a grayscale image captured with the slit light turned off in the imaging step may be used.

抽出されたエッジの表現方法としては、TVカメラ14上の離散的な2次元座標列として表現する方法、TVカメラ14の座標系を用いて円周部に相当するエッジを中心点と半径を用いた円近似の式で表現する方法、或いは円ではなく楕円近似で表現する方法等がある。   As a method of expressing the extracted edge, a method of expressing it as a discrete two-dimensional coordinate sequence on the TV camera 14, and using the center point and radius of the edge corresponding to the circumference using the coordinate system of the TV camera 14. There are a method of expressing with a circle approximation formula or a method of expressing with an ellipse approximation instead of a circle.

ステップ150では、スリット特徴点抽出部19が、上述のステップで求めたエッジとスリット中心線の交差する点をスリット特徴点33として抽出する。図3(D)は、スリット中心線とエッジである丸穴の円周部の交点として特徴点を抽出する画像である。   In step 150, the slit feature point extraction unit 19 extracts a point where the edge obtained in the above step and the slit center line intersect as the slit feature point 33. FIG. 3D is an image in which feature points are extracted as intersections between the slit center line and the circumference of a round hole that is an edge.

ステップ160では、3次元座標演算部20が、TVカメラ14の座標系による特徴点33の座標を3次元座標に変換する。この座標変換の方法は、予め行ったキャリブレーションにより作成された座標変換テーブルを参照して変換する方法や、キャリブレーションにより作成された座標変換式に座標を代入して算出する方法がある。   In step 160, the three-dimensional coordinate calculation unit 20 converts the coordinates of the feature point 33 in the coordinate system of the TV camera 14 into three-dimensional coordinates. As the coordinate conversion method, there are a method of conversion by referring to a coordinate conversion table created by calibration performed in advance, and a method of calculating by substituting coordinates into a coordinate conversion formula created by calibration.

変換テーブルによる座標変換は、図5に例示する変換テーブルに基づいて行われる。この変換テーブルは、TVカメラ画素(i,j)に対する3次元座標(X,Z)に対応をとるものである。ここで、Y座標はセンサの設置位置によって決まる。   The coordinate conversion by the conversion table is performed based on the conversion table illustrated in FIG. This conversion table corresponds to the three-dimensional coordinates (X, Z) for the TV camera pixel (i, j). Here, the Y coordinate is determined by the installation position of the sensor.

3次元座標演算部20が、図5に示すテーブルを用いて、特徴点の3次元座標を算出する。例えば、TVカメラ座標中の特徴点が(i,j)=(123.4,234.5)の場合、3次元座標演算部20が、(i,j)=(123,234)、(124,234)、(123,235)、(124,235)に対応する(X,Z)の座標を読み出し、その重心演算を行うことで(123.4,234.5)に対応する(X,Z)座標を算出する。   The three-dimensional coordinate calculation unit 20 calculates the three-dimensional coordinates of the feature points using the table shown in FIG. For example, when the feature point in the TV camera coordinates is (i, j) = (123.4,234.5), the three-dimensional coordinate calculation unit 20 performs (i, j) = (123,234), (124,234), (123,235), The coordinates (X, Z) corresponding to (124, 235) are read, and the center of gravity is calculated to calculate (X, Z) coordinates corresponding to (123.4, 234.5).

また、変換式による座標変換は、次のように行う。予め行ったキャリブレーションにより、上記テーブルのi,jの行及び列に対応するX,Zそれぞれの変換式を求める。例えば、TVカメラ座標中の特徴点が(i,j)=(123.4,234.5)の場合、3次元座標演算部20が、変換式にi=123,124を代入してそれぞれのX,Zを求め、j=234,235を代入してそれぞれのX,Zを求める。それ以降は、3次元座標演算部20が、上述の変換テーブルによる場合と同様に、重心演算により(123.4,234.5)に対応する(X,Z)座標を算出する。   In addition, coordinate conversion by the conversion formula is performed as follows. X and Z conversion formulas corresponding to the i and j rows and columns of the above table are obtained by calibration performed in advance. For example, when the feature point in the TV camera coordinates is (i, j) = (123.4, 234.5), the three-dimensional coordinate calculation unit 20 substitutes i = 123, 124 into the conversion formula to obtain the respective X, Z, Substituting j = 234,235, the respective X and Z are obtained. Thereafter, the three-dimensional coordinate calculation unit 20 calculates (X, Z) coordinates corresponding to (123.4, 234.5) by the center of gravity calculation, as in the case of the conversion table described above.

ステップ170では、スリット特徴点抽出部19が、計測対象の形状に応じて必要な数の特徴点の座標を算出したか否かを判断する。形状によっては、更に特徴点の座標の算出が必要となる。本実施の形態の丸穴計測では、丸穴のエッジ部分の異なる3点以上の3次元座標を求めるため、ステップ100に戻り、上述の処理を少なくとも2回繰り返して行う。   In step 170, it is determined whether the slit feature point extraction unit 19 has calculated the coordinates of the required number of feature points according to the shape of the measurement target. Depending on the shape, it is necessary to further calculate the coordinates of the feature points. In the round hole measurement according to the present embodiment, in order to obtain three or more three-dimensional coordinates at different edge portions of the round hole, the process returns to step 100 and the above process is repeated at least twice.

そして最後に、ステップ180では、特徴量演算部21が、特徴点の3次元座標から、丸穴の特徴量として、丸穴の中心の3次元座標と半径及び法線ベクトルを算出する。   Finally, in step 180, the feature quantity computing unit 21 calculates the three-dimensional coordinates, radius, and normal vector of the center of the round hole as the feature quantity of the round hole from the three-dimensional coordinates of the feature point.

以上のように、本実施の形態に係る3次元寸法計測装置1によれば、スリット光画像31ではなく、情報の多い2次元画像32の濃淡情報を用いることによって、丸穴の円周のエッジ部分を容易に抽出することができる。そして、3次元寸法計測装置1は、抽出したエッジ部分とスリット中心線との交点を特徴点33として抽出し、その3次元座標を算出する。このようにして3次元寸法計測装置1は、円周のエッジ部分の少なくとも3点の特徴点33を精度よく抽出することができ、丸穴の正確な特徴量を算出することが可能となる。   As described above, according to the three-dimensional dimension measuring apparatus 1 according to the present embodiment, the edge of the circumference of the round hole is obtained by using the grayscale information of the two-dimensional image 32 having a lot of information instead of the slit light image 31. The part can be extracted easily. Then, the three-dimensional dimension measuring apparatus 1 extracts the intersection of the extracted edge portion and the slit center line as the feature point 33, and calculates the three-dimensional coordinates. In this way, the three-dimensional dimension measuring apparatus 1 can accurately extract at least three feature points 33 in the edge portion of the circumference, and can calculate an accurate feature amount of the round hole.

また、この3次元寸法計測装置1によれば、1つのTVカメラでスリット光画像と2次元画像を撮像するため構成がシンプルで、画像処理のみで計測対象の特徴量を算出するため、従来の市販センサに比べて低コストであるなどのメリットがある。   In addition, according to the three-dimensional dimension measuring apparatus 1, since the slit light image and the two-dimensional image are captured by one TV camera, the feature quantity of the measurement target is calculated only by image processing. There are advantages such as low cost compared to commercially available sensors.

(第2の実施の形態)
図6には、第2の実施の形態に係る溶接ビード形状が示されている。本実施の形態では、同図(A)の斜視図に示される溶接ビード50の形状から溶接の良し悪しを判定するために、ビード形状の特徴量を算出する。ビード形状の代表的な特徴量としては、同図(B)の断面図に示すように、ビード幅51及びビード高さ52がある。これらは3次元的な形状であるので、計測するには光切断法が有効な方法となる。
(Second Embodiment)
FIG. 6 shows a weld bead shape according to the second embodiment. In the present embodiment, the feature amount of the bead shape is calculated in order to determine the quality of the weld from the shape of the weld bead 50 shown in the perspective view of FIG. Typical feature values of the bead shape include a bead width 51 and a bead height 52 as shown in the cross-sectional view of FIG. Since these are three-dimensional shapes, the light cutting method is an effective method for measurement.

図7に示す本実施の形態に係る3次元寸法計測装置は、図1に示す機能ブロック図と同様に構成され、図3に示すフローチャートの処理を実行してビード幅51及びビード高さ52を計測する。なお、第1の実施の形態と異なるステップについて説明する。   The three-dimensional dimension measuring apparatus according to the present embodiment shown in FIG. 7 is configured in the same manner as the functional block diagram shown in FIG. 1, and executes the processing of the flowchart shown in FIG. 3 to set the bead width 51 and the bead height 52. measure. Note that steps different from those of the first embodiment will be described.

ステップ100からステップ120を経て、ステップ130では、スリット抽出部18が、スリット光画像61からスリット中心線を抽出する。光切断法では、このスリット中心線からビード特徴点を抽出し、それらの寸法を計測してビード特徴量を算出する。このとき、スリット光画像からビード高さ52を求めることは比較的容易であるが、ビード幅51を求めるためには、どこからどこまでがビード部分に相当するかを判別する必要があり、これを線画像であるスリット光画像から正確に求めることは困難である。   From step 100 through step 120, at step 130, the slit extraction unit 18 extracts a slit center line from the slit light image 61. In the light cutting method, bead feature points are extracted from the slit center line, and their dimensions are measured to calculate a bead feature amount. At this time, it is relatively easy to obtain the bead height 52 from the slit light image, but in order to obtain the bead width 51, it is necessary to determine from where to where corresponds to the bead portion. It is difficult to obtain accurately from the slit light image that is an image.

ステップ140では、エッジ抽出部17が、ビード突合せ部分の2次元画像62からビード両端部分を抽出する。2次元画像62は、濃淡情報など情報量が豊富なので、突き合わせられた平板部と溶接によるビード部とが容易に分離できる。   In step 140, the edge extraction unit 17 extracts bead end portions from the two-dimensional image 62 of the bead butt portion. Since the two-dimensional image 62 has abundant amount of information such as grayscale information, the flat plate portion and the bead portion by welding can be easily separated.

ステップ150では、スリット特徴点抽出部19が、スリット光源12によるスリット光画像61である線画像とビード両端部分との交点をスリット特徴点63として抽出し、ステップ160では、3次元座標演算部20が、スリット特徴点63の3次元座標を求める。   In step 150, the slit feature point extraction unit 19 extracts the intersection point between the line image, which is the slit light image 61 by the slit light source 12, and the both ends of the bead as the slit feature point 63, and in step 160, the three-dimensional coordinate calculation unit 20 Obtains the three-dimensional coordinates of the slit feature point 63.

そして、ステップ180では、特徴量演算部21が、溶接ビード50の特徴量であるビード幅51及びビード高さ52を算出する。   In step 180, the feature amount calculation unit 21 calculates a bead width 51 and a bead height 52 that are feature amounts of the weld bead 50.

以上のように、本実施の形態に係る3次元寸法計測装置1によれば、溶接ビード50のスリット光画像61ではなく、情報量の多い2次元画像62の濃淡情報を用いることによって、ビード両端部分を容易に抽出することができる。そして、3次元寸法計測装置1は、抽出したビード両端部分とスリット中心線との交点を特徴点63として抽出し、その3次元座標を算出する。このようにして3次元寸法計測装置1は、ビード両端部分の特徴点63を精度よく抽出することができ、溶接ビード50の正確な特徴量を算出することが可能となる。特に、従来技術では正確に計測することが困難だったビード幅51も、容易にかつ正確に計測することができるというメリットがある。   As described above, according to the three-dimensional dimension measuring apparatus 1 according to the present embodiment, by using not the slit light image 61 of the weld bead 50 but the shading information of the two-dimensional image 62 with a large amount of information, The part can be extracted easily. And the three-dimensional dimension measuring apparatus 1 extracts the intersection of the extracted bead both ends and the slit center line as the feature point 63, and calculates the three-dimensional coordinate. In this way, the three-dimensional dimension measuring apparatus 1 can accurately extract the feature points 63 at both ends of the bead, and can calculate an accurate feature amount of the weld bead 50. In particular, there is a merit that the bead width 51, which has been difficult to measure accurately with the prior art, can be easily and accurately measured.

本発明に係る3次元寸法計測装置の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of the three-dimensional dimension measuring apparatus according to the present invention. 第1の実施の形態に係る3次元寸法計測装置による丸穴の計測を示す図である。It is a figure which shows the measurement of the round hole by the three-dimensional dimension measuring apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施の形態に係る丸穴計測に関する画像例である。It is an example of an image regarding round hole measurement concerning a 1st embodiment. 本発明に係る3次元寸法計測装置の作用を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the effect | action of the three-dimensional dimension measuring apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る座標変換テーブル例を示す図である。It is a figure which shows the example of a coordinate conversion table which concerns on this invention. 第2の実施の形態に係る溶接ビード形状を示す図である。It is a figure which shows the weld bead shape which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施の形態に係る3次元寸法計測装置による溶接ビードの計測を示す図である。It is a figure which shows the measurement of the weld bead by the three-dimensional dimension measuring apparatus which concerns on 2nd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 3次元寸法計測装置
10 コンピュータ
11 光源
12 スリット光源
13 計測制御部
14 TVカメラ
15 A/D変換部
16 画像メモリ
17 エッジ抽出部
18 スリット抽出部
19 スリット特徴点抽出部
20 3次元座標演算部
21 特徴量演算部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 3D dimension measuring apparatus 10 Computer 11 Light source 12 Slit light source 13 Measurement control part 14 TV camera 15 A / D conversion part 16 Image memory 17 Edge extraction part 18 Slit extraction part 19 Slit feature point extraction part 20 Three-dimensional coordinate calculation part 21 Feature amount calculator

Claims (7)

計測対象を撮像して画像信号を生成する撮像手段と、
前記計測対象に少なくとも1本のスリット状の光を投射するスリット光投射手段と、
前記撮像手段により生成された画像信号に基づいて、前記計測対象のエッジを抽出するエッジ抽出手段と、
前記スリット光投射手段が投射しているときに前記撮像手段により生成された画像信号に基づいて、スリットの中心位置を表すスリット中心線を抽出するスリット中心線抽出手段と、
前記エッジ抽出手段によって抽出された前記エッジと前記スリット中心線抽出手段によって抽出された前記スリット中心線とに基づいてスリットの特徴点を抽出するスリット特徴点抽出手段と、
前記スリット特徴点抽出手段によって抽出された前記特徴点の座標に基づいて、前記特徴点の3次元座標を算出する3次元座標演算手段と、
前記3次元座標演算手段によって算出された3次元座標に基づいて前記計測対象の特徴量を算出する特徴量演算手段と、
を備えた3次元寸法計測装置。
Imaging means for imaging a measurement object and generating an image signal;
Slit light projection means for projecting at least one slit-shaped light onto the measurement object;
Edge extraction means for extracting an edge of the measurement object based on an image signal generated by the imaging means;
A slit center line extracting means for extracting a slit center line representing the center position of the slit based on the image signal generated by the imaging means when the slit light projecting means is projecting;
Slit feature point extraction means for extracting feature points of the slit based on the edge extracted by the edge extraction means and the slit centerline extracted by the slit centerline extraction means;
Three-dimensional coordinate calculation means for calculating the three-dimensional coordinates of the feature points based on the coordinates of the feature points extracted by the slit feature point extraction means;
Feature quantity calculation means for calculating the feature quantity of the measurement object based on the three-dimensional coordinates calculated by the three-dimensional coordinate calculation means;
A three-dimensional dimension measuring apparatus.
前記計測対象を照明する照明手段を更に備え、
前記エッジ抽出手段は、前記照明手段が照明しているときに前記撮像手段により生成された画像信号に基づいて、前記計測対象のエッジを抽出する、請求項1記載の3次元寸法計測装置。
Further comprising illumination means for illuminating the measurement object,
The three-dimensional dimension measuring apparatus according to claim 1, wherein the edge extraction unit extracts the measurement target edge based on an image signal generated by the imaging unit when the illumination unit is illuminating.
前記スリット抽出手段は、スリット反射像の長手方向に交差する方向に隣接する複数の画素の位置情報を用いて前記スリット中心線を抽出する、請求項1又は請求項2記載の3次元寸法計測装置。   3. The three-dimensional dimension measuring apparatus according to claim 1, wherein the slit extracting unit extracts the slit center line using position information of a plurality of pixels adjacent to each other in a direction intersecting a longitudinal direction of the slit reflection image. . 前記照明手段による前記計測対象の照明と前記スリット光投射手段による前記計測対象への光の投射とを順次又は同時に行うように制御する計測制御手段を更に備えた請求項1から請求項3の何れか1項記載の3次元寸法計測装置。   4. The measurement control unit according to claim 1, further comprising: a measurement control unit configured to control the illumination of the measurement target by the illumination unit and the projection of light onto the measurement target by the slit light projection unit sequentially or simultaneously. The three-dimensional dimension measuring apparatus according to claim 1. 前記3次元座標演算手段は、撮像系座標と3次元座標との対応を示す座標変換テーブルに基づいて前記特徴点の3次元座標を算出する請求項1から請求項4の何れか1項記載の3次元寸法計測装置。   The said three-dimensional coordinate calculating means calculates the three-dimensional coordinate of the said feature point based on the coordinate conversion table which shows a response | compatibility with an imaging system coordinate and a three-dimensional coordinate. 3D dimension measuring device. 前記3次元座標演算手段は、撮像系座標を3次元座標に変換する座標変換演算式に基づいて前記特徴点の3次元座標を算出する請求項1から請求項4の何れか1項記載の3次元寸法計測装置。   5. The 3D coordinate according to claim 1, wherein the three-dimensional coordinate calculation means calculates the three-dimensional coordinates of the feature points based on a coordinate conversion calculation formula for converting imaging system coordinates into three-dimensional coordinates. Dimensional dimension measuring device. コンピュータを、
撮像手段により生成された画像信号に基づいて、前記計測対象のエッジを抽出するエッジ抽出手段、
スリット光投射手段が投射しているときに前記撮像手段により生成された画像信号に基づいて、スリットの中心位置を表すスリット中心線を抽出するスリット中心線抽出手段、
前記エッジ抽出手段によって抽出された前記エッジと前記スリット中心線抽出手段によって抽出された前記スリット中心線とに基づいてスリットの特徴点を抽出するスリット特徴点抽出手段、
前記スリット特徴点抽出手段によって抽出された前記特徴点の座標に基づいて、前記特徴点の3次元座標を算出する3次元座標演算手段、
前記3次元座標演算手段によって算出された3次元座標に基づいて前記計測対象の特徴量を算出する特徴量演算手段、
として機能させるための3次元寸法計測プログラム。
Computer
Edge extraction means for extracting an edge of the measurement object based on an image signal generated by the imaging means;
A slit center line extracting means for extracting a slit center line representing the center position of the slit based on the image signal generated by the imaging means when the slit light projecting means is projecting;
Slit feature point extracting means for extracting feature points of the slit based on the edge extracted by the edge extracting means and the slit center line extracted by the slit center line extracting means;
3D coordinate calculation means for calculating the 3D coordinates of the feature points based on the coordinates of the feature points extracted by the slit feature point extraction means;
Feature quantity calculation means for calculating the feature quantity of the measurement object based on the three-dimensional coordinates calculated by the three-dimensional coordinate calculation means;
3D dimension measurement program to function as
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