JP5965939B2 - ワーク形状特定装置 - Google Patents

Description

本発明は、ワークの二次元形状を、その画像に基づきコンピュータの画像処理により特定するワーク形状特定装置に関する。

ワークの寸法測定などを行う場合に、従来より、ワークの画像を取得し、その画像に基づいて、ワークの輪郭の幾何学的属性を抽出する画像処理が行われている（特許文献１参照）。

図２０は、例えば、極めて単純な形状である長方形ワークＪＳを、下から平行光を照射するステージ（図示せず）に載せ、その上方からワークのシルエットを撮像した画像ＪＧをコンピュータで画像処理することによりその形状を特定し、縦横寸法を測定する場合の説明図である。

まず、当該画像ＪＧの輪郭の直線部の近傍に、マウスなどで始点ＳＰ１及び終点ＥＰ１をポイントすると、始点ＳＰ１及び終点ＥＰ１を結ぶ線分Ｃ１を中心線とするウィンドウＪＷ１が生成され、同様に各辺について、始点ＳＰ２及び終点ＥＰ２を指定して線分Ｃ２を中心線とするウィンドウＪＷ２が生成され、始点ＳＰ３及び終点ＥＰ３を指定して線分Ｃ３を中心線とするウィンドウＪＷ３が生成され、始点ＳＰ４及び終点ＥＰ４を指定して線分Ｃ４を中心線とするウィンドウＪＷ４が生成される（図２０（ａ）参照）。

次いで、図２０（ｂ）に示すように、生成されたウィンドウＪＷ１〜ＪＷ４によりワークの輪郭線Ｌ１〜Ｌ４を切り出し、図２０（ｃ）に示すように、その輪郭を構成する各点についてそのＸＹ座標を検出してこれを直線近似する。そして、寸法測定に際しては、図２０（ｄ）に示すように、抽出された四辺のうち、縦横の対向二辺を選択することによりその間隔を算出して、縦横の長さを測定することができる。

そして、次のワークについて寸法測定する場合は、ふたたびステージ（図示せず）に乗せてシルエットを撮像した画像を取り込む。
このとき、全く同じ位置にワークを置くことはできないので、図２０（ｅ）に示すように、上述と同様の手順を繰り返し行い、測定するたびごとに始点ＳＰ１〜ＳＰ４、終点ＥＰ１〜ＥＰ４をポイントしてウィンドウを設定し直さなければならない。

このように単純な形状である長方形のワーク形状を特定する場合でも、最低８つの点をポイントしなければならず、これが複雑な形状になれば辺の数も増えるので、ポイント数も増大し、手間がかかるという問題があった。

さらに、同規格の製品（ワーク）が量産される場合の製品検査では、同じ形状であるにも関わらず、同じ作業を繰り返し行わなければならず、その作業が非常に面倒であった。

特許４０７４０２０号公報

そこで本発明は、取り込んだ画像に基づいて、面倒な操作を行うことなくウィンドウを極めて簡単に設定することができ、しかも、一度測定したワークと同規格のワークについては改めてウィンドウを設定することなく形状を特定できるようにすることを技術的課題としている。

この課題を解決するために、本発明は、直線成分及び円弧成分の一方又は双方で構成されるワークの二次元形状を、ワークを撮像した画像に基づき、コンピュータの画像処理により特定するワーク形状特定装置であって、
予めワークの輪郭線となるエッジを検出する１以上のウィンドウからなるウィンドウパターンを登録するウィンドウパターン登録手段と、測定しようとするワークを撮像した測定用画像が取り込まれたときに、前記ウィンドウパターンをワークに重ねてワークのエッジを抽出し、ワーク形状を特定するワーク形状特定手段とを備え、
前記ウィンドウパターン登録手段は、
基準となる一のワークを撮像して取得した画像に基づき当該画像の直線状輪郭線に沿って直線成分認識用ウィンドウを設定する直線ウィンドウ設定手段と、
当該画像の円弧状輪郭線に沿って円弧成分認識用ウィンドウを設定する円弧ウィンドウ設定手段と、
前記各設定手段により設定された１以上のウィンドウからなるウィンドウパターンをワーク種別に応じて記憶するウィンドウパターン記憶手段とを備え、
前記ワーク形状特定手段は、
測定しようとするワークを撮像した画像が取り込まれたときに予め登録された同一ワーク種別のウィンドウパターンを読み出すウィンドウパターン読出手段と、
読み出されたウィンドウパターンを当該画像に重ね合わせるマッチング手段と、
ウィンドウパターンの直線成分認識用ウィンドウ内に存在するエッジを構成する各点のＸＹ座標を抽出すると共に、そのＸＹ座標に基づいて直線近似式を算出する直線エッジ特定手段と、
ウィンドウパターンの円弧成分認識用ウィンドウ内に存在するエッジを構成する各点のＸＹ座標を抽出すると共に、その座標データに基づいて円近似式と、近似された円弧の中心座標及び半径を算出する円弧エッジ特定手段と、
前記各ウィンドウで算出された各近似式に基づいてそれぞれの直線及び円弧の交点座標を算出する交点座標算出手段とを備えたことを特徴とする。

本発明のワーク形状特定装置によれば、基準となる一のワークを撮像して取得した画像の直線部分及び円弧部分の夫々に直線認識用ウィンドウ及び円弧認識用ウィンドウが設定されるので、ウィンドウを設定する面倒な操作は一切必要ない。
また、設定された一以上のウィンドウからなるウィンドウパターンがワークの種別に応じて登録されるので、一旦ウィンドウパターンが登録されたワークについては、ウィンドウを設定する必要がなくなる。

ワークの形状を特定する場合は、同一種別のワークについて予め登録されたウィンドウパターンが読みだされてワークの画像に重ならうようにマッチングされるので、ステージに載せられたワークの位置にかかわらず、各ウィンドウが正確にワークの画像に重ねあわされて、ウィンドウが重なった部分のエッジ情報が抽出される。
したがって、製品検査のように同じ種別のワークの寸法を次々と測定する場合に、ウィンドウを設定する必要がなくなり、寸法測定を極めて簡単に行うことができる。

本発明に係るワーク形状特定装置の一例を示す説明図。 ウィンドウパターン登録手段の詳細を説明するフローチャート。 ワーク形状特定手段を説明するフローチャート。 ワークの画像の説明図。 外周エッジのエッジ抽出エリア設定処理を示す説明図。 外周エッジのセグメント抽出処理を示す説明図。 外周エッジのウィンドウ設定用セグメント生成処理を示す説明図。 外周エッジのウィンドウ設定処理を示す説明図。 内部エッジのエッジ抽出エリア設定処理を示す説明図。 内部エッジのセグメント抽出処理を示す説明図。 内部エッジのウィンドウ設定用セグメント生成処理を示す説明図。 内部エッジのウィンドウ設定処理を示す説明図。 微小エッジのウィンドウ設定処理を示す説明図。 ウィンドウパターンを示す説明図。 ワークとウィンドウパターンの画像を示す説明図。 マッチング処理を示す説明図。 セグメント抽出処理を示す説明図。 形状特定用セグメント生成処理を示す説明図。 形状特定結果を示す説明図。 従来装置による処理手順を示す説明図。

本例では、面倒な操作を行うことなくウィンドウを極めて簡単に設定することができ、しかも、一度測定したワークと同規格のワークについては改めてウィンドウを設定することなく形状を特定できるようにするという目的を達成するために、基準となるワークを撮像した画像に基づいてエッジを抽出するウィンドウパターンを予め登録しておき、このウィンドウパターンに基づき測定しようとするワークのエッジを抽出して、その形状を特定できるようにした。

本発明に係るワーク形状特定装置１は、コンピュータで構成され、例えば図１に示すように、光軸Ｘに沿って上向きに平行光を照射するステージ２と、当該ステージ２上に載置されたワークＳを上方から照射する撮像器３を備えた画像入力装置４に接続して使用される。
そして、直線成分及び円弧成分の一方又は双方で構成されるワークＳを撮像した画像Ｇをディスプレイ（図示せず）に表示させ、マウス操作を行いながら、その二次元形状をコンピュータの画像処理により特定するためのもので、得られた形状データは、ワークの寸法測定などを行うときの基礎データとして用いられる。

このワーク形状特定装置１は、予めワークＳの輪郭線となるエッジを検出する１以上のウィンドウからなるウィンドウパターンＷＰを登録するウィンドウパターン登録手段Ｍ１と、測定しようとするワークＳを撮像した測定用画像が取り込まれたときに、前記ウィンドウパターンＷＰをワークＳに重ねてエッジを抽出し、ワーク形状を特定するワーク形状特定手段Ｍ２と、入力された画像に対して前記ウィンドウパターン登録手段Ｍ１と前記ワーク形状特定手段Ｍ２のいずれの処理を実行させるかを所定のマウス操作により選択する処理選択手段Ｍ０を備えている。

ウィンドウパターン登録手段Ｍ１は、ワークＳを撮像して取得した画像Ｇに基づき、ワークＳの最外部の閉じた線形状となる外周エッジＰＥについてエッジ認識用のウィンドウを設定する外周ウィンドウ設定手段Ｍ11と、外周エッジＰＥの内側にある内部エッジＭＥについてエッジ認識用のウィンドウを設定する内部ウィンドウ設定手段Ｍ12と、微小領域のエッジＢＥについて必要に応じて微小領域認識用ウィンドウＢＷｎを設定する微小ウィンドウ設定手段Ｍ13を備えている。

また、前記各ウィンドウ設定手段Ｍ11〜Ｍ13により設定された１以上のウィンドウからなるウィンドウパターンＷＰを生成するウィンドウパターン生成手段Ｍ14と、ウィンドウパターンＷＰを構成する各ウィンドウＬＷｎ、ＲＷｎごとに個別の識別コードを設定する識別コード設定手段Ｍ15と、ウィンドウパターンＷＰを所定の記憶領域に記憶するウィンドウパターン記憶手段Ｍ16とを備えている。

図２はウィンドウパターン登録手段Ｍ１における処理手順をより具体的に示すフローチャートであって、図２（ａ）が外周ウィンドウ設定手段Ｍ11の処理手順、図２（ｂ）が内部ウィンドウ設定手段Ｍ12の処理手順、図２（ｃ）が微小ウィンドウ設定手段Ｍ13の処理手順を示している。

基準となる一のワークＳを撮像して取得した画像Ｇが入力されたときに処理選択手段Ｍ０によりウィンドウパターン登録手段Ｍ１が選択されると、図２（ａ）に示す外周ウィンドウ設定手段Ｍ11の処理が実行開始され、ステップSTP11で画像Ｇに基づき、ワークＳの最外部の閉じた線形状となる外周エッジＰＥの全周に沿って、予め設定された幅でエッジ抽出エリアＰＡを設定するエッジ抽出エリア設定処理を行う（エッジ抽出エリア設定手段）。

次いで、ステップSTP12に移行して、前記エッジ抽出エリアＰＡ内のエッジを構成する全ての点のＸＹ座標を検出するエッジ情報検出処理を行う（エッジ情報検出手段）。

ステップSTP13では、検出された各点のＸＹ座標に基づき、予め設定された大きさ未満の微小不連続領域ＥＸを除き、所定長さ以上の連続した直線部分を直線セグメントＬＳｎとして抽出し、所定の半径以上で且つ所定の中心角以上の円弧部分を円弧セグメントＲＳｎとして抽出するセグメント抽出処理を行う（セグメント抽出手段）。

ステップSTP14では、隣接する直線セグメントＬＳｎが同じ方向成分を有する同一直線上にある場合にこれらを結合した結合直線セグメントを、方向成分が異なる場合は各直線セグメントを、それぞれウィンドウ設定用直線セグメントＬＴｎとし、隣接する円弧セグメントＲＳｎが同心同半径の円弧上にある場合はこれらを結合した結合円弧セグメントを、同心同半径の円弧上にない場合は各円弧セグメントを、それぞれウィンドウ設定用円弧セグメントＲＴｎとするウィンドウ設定用セグメント生成処理を行う（ウィンドウ設定用セグメント生成手段）。

ステップSTP15では、前記ウィンドウ設定用直線セグメントＬＴｎを中心とする所定幅の帯状領域を直線成分認識用ウィンドウＬＷｎとして設定する直線ウィンドウ設定処理を行い（直線ウィンドウ設定手段）、ステップSTP16では、前記ウィンドウ設定用円弧セグメントＲＴｎを中心とする所定幅の帯状領域を円弧成分認識用ウィンドウＲＷｎとして設定する円弧ウィンドウ設定処理を行う（円弧ウィンドウ設定手段）。

外周ウィンドウ設定手段Ｍ11の処理が終了すると、図２（ｂ）に示す内部ウィンドウ設定手段Ｍ12の処理が実行開始され、ステップSTP21で、前記画像Ｇに基づき、エッジ抽出エリアＰＡの内側境界線の内側の領域内において、ワークＳの輪郭線となる内部エッジＭＥを検出し、その全長に沿って、予め設定された幅の内部エッジ抽出エリアＭＡを設定する内部エッジ抽出エリア設定処理を行う（内部エッジ抽出エリア設定手段）。

次いで、ステップSTP22に移行して、内部エッジ抽出エリアＭＡ内のエッジを構成する全ての点のＸＹ座標を検出するエッジ情報検出処理を行う（内部エッジ情報検出手段）。

ステップSTP23では、検出された各点のＸＹ座標に基づき、予め設定された大きさ未満の微小不連続領域ＥＸを除き、所定長さ以上の連続した直線部分を直線セグメントＬＳｎとして抽出し、所定の半径以上で且つ所定の中心角以上の円弧部分を円弧セグメントＲＳｎとして抽出するセグメント抽出処理を行う（内部セグメント抽出手段）。

ステップSTP24では、隣接する直線セグメントＬＳｎが同じ方向成分を有する同一直線上にある場合にこれらを結合した結合直線セグメントを、方向成分が異なる場合は各直線セグメントを、それぞれウィンドウ設定用直線セグメントＬＴｎとし、隣接する円弧セグメントＲＳｎが同心同半径の円弧上にある場合はこれらを結合した結合円弧セグメントを、同心同半径の円弧上にない場合は各円弧セグメントを、それぞれウィンドウ設定用円弧セグメントＲＴｎとする内部ウィンドウ設定用セグメント生成処理を行う（内部ウィンドウ設定用セグメント生成手段）。

ステップSTP25では、ウィンドウ設定用直線セグメントＬＴｎを中心とする所定幅の帯状領域が直線成分認識用ウィンドウＬＷｎとして設定され（直線ウィンドウ設定手段）、
ステップSTP26では、ウィンドウ設定用円弧セグメントＲＴｎを中心とする所定幅の帯状領域が円弧成分認識用ウィンドウＲＷｎとして設定される（円弧ウィンドウ設定手段）。

なお、ここまでの処理は、ワークＳをステージに置き、処理選択手段Ｍ０によりウィンドウパターン登録手段Ｍ１を選択することにより自動的に実行される。
ただし、ワークＳに孔がない場合などは、ステップSTP21で内部エッジＭＥが存在しないと判断され、内部ウィンドウ設定手段Ｍ12の処理を行うことなく次の処理に移行する。

外周ウィンドウ設定手段Ｍ11及び内部ウィンドウ設定手段Ｍ12の処理が終了すると、ウィンドウ設定手段Ｍ11及びＭ12によりウィンドウＬＷｎ、ＲＷｎが設定されなかったエッジの微小不連続領域ＥＸについて、図２（ｃ）に示す微小ウィンドウ設定手段Ｍ13によりそのエッジ形状に応じた微小領域認識用ウィンドウＢＷｎが設定される。

この処理はマウスなどにより所定のスイッチ操作を行うことにより実行開始され、ステップSTP31であらかじめ設定された複数の微小領域認識用ウィンドウＢＷｎから任意のウィンドウをマウス操作により選択する微小ウィンドウ選択処理を行う（微小ウィンドウ選択手段）。

次いで、ステップSTP32では、選択された微小領域認識用ウィンドウＢＷｎをマウス操作によりドラッグしてエッジの微小領域上に移動させ、その位置でウィンドウの向きや大きさを調整する微小ウィンドウ設定処理を行う（微小ウィンドウ設定手段）。

この微小領域認識用ウィンドウＢＷｎとしては、少なくとも、Ｒ面取認識用ウィンドウ、Ｃ面取認識用ウィンドウが設定されており、各ウィンドウはワーク形状特定手段Ｍ２で実行される処理が異なる。

このようにして、ウィンドウを設定し終わった段階で、ディスプレイに表示された登録ボタン（図示せず）をマウスにより操作すると、設定された一以上のウィンドウが前述したウィンドウパターン生成手段Ｍ14により一体化されてウィンドウパターンＷＰが生成され、次いで、識別コード設定手段Ｍ15によりウィンドウパターンＷＰを構成する各ウィンドウＬＷｎ、ＲＷｎ、ＢＷｎごとに個別の識別コードが設定され、ウィンドウパターン記憶手段Ｍ16にウィンドウパターンＷＰがワークＳの種別ごとに記憶され、これによりウィンドウパターンＷＰの登録処理が終了する。

また、形状を特定しようとするワークＳを撮像した画像Ｇが取り込まれたときに、図１に示す処理選択手段Ｍ０により選択されるワーク形状特定手段Ｍ２は、予め登録された同一ワーク種別のウィンドウパターンＷＰを読み出すウィンドウパターン読出手段Ｍ21と、読み出されたウィンドウパターンＷＰを当該画像Ｇに重ね合わせるマッチング手段Ｍ22と、ウィンドウパターンＷＰの直線成分認識用ウィンドウＬＷｎにより直線エッジの特定を行う直線エッジ特定手段Ｍ23と、円弧成分認識用ウィンドウＲＷｎにより円弧エッジの特定を行う円弧エッジ特定手段Ｍ24と、特定された直線エッジ及び円弧エッジの交点座標を算出する交点座標算出手段Ｍ25と、微小領域認識用ウィンドウＢＷｎにより微小領域のエッジを特定する微小エッジ特定手段Ｍ26とを備えている。

図３はワーク形状特定手段Ｍ２における処理手順をより具体的に示すフローチャートであって、図３（ａ）が直線エッジ特定手段Ｍ23の処理手順、図３（ｂ）が円弧エッジ特定手段Ｍ24の処理手順、図３（ｃ）が微小エッジ特定手段Ｍ25の処理手順を示している。

直線エッジ特定手段Ｍ23では、図３（ａ）に示す通り、まず、ステップSTP41で、ウィンドウパターンＷＰの直線認識用ウィンドウＬＷｎ内に存在するエッジを構成する各点のＸＹ座標を検出する座標検出処理を行う（座標検出手段）。
次いで、ステップSTP42で、検出された点のＸＹ座標に基づき、予め設定された大きさ未満の微小不連続領域ＥＸを除き、所定長さ以上の連続した直線部分を直線セグメントＬＳｎとして抽出する直線セグメント抽出処理を行う（直線セグメント抽出手段）。

ステップSTP43では、同一ウィンドウ内に複数の直線セグメントが存する場合に、同じ方向成分を有する同一直線上にあるか否かを判断し、同一直線上にない場合はステップSTP44に移行してエラーを出力し処理を終了し、同一直線上にある場合はステップSTP45で複数の直線セグメントＬＳｎを結合して形状特定用セグメントＬＵｎとする形状特定用セグメント生成処理を行う（形状特定用セグメント生成手段）。
なお、同一ウィンドウ内に一つの直線セグメントＬＳｎしかない場合は、そのセグメントＬＳｎがそのまま形状特定用セグメントＬＵｎとして設定される。

ステップSTP46では、形状特定用セグメントＬＵｎを構成する各点のＸＹ座標に基づいて直線近似を行い、その近似式を算出する近似式算出処理を行う（近似式算出手段）。

円弧エッジ特定手段Ｍ24では、図３（ｂ）に示す通り、まず、ステップSTP51で、ウィンドウパターンＷＰの円弧認識用ウィンドウＲＷｎ内に存在するエッジを構成する各点のＸＹ座標を検出する座標検出処理を行う（座標検出手段）。
次いで、ステップSTP52で、検出された点のＸＹ座標に基づき、予め設定された大きさ未満の微小不連続領域ＥＸを除き、所定の半径以上で且つ所定の中心角以上の円弧部分を円弧セグメントとして抽出する円弧セグメント抽出処理を行う（円弧セグメント抽出手段）。

ステップSTP53では、同一ウィンドウ内に複数の円弧セグメントが存する場合に、同心同半径の円弧上にあるか否かを判断し、同心同半径の円弧上にない場合はステップSTP54に移行してエラーを出力し処理を終了し、同心同半径の円弧上にある場合はステップSTP55で複数の円弧セグメントＲＳｎを結合して形状特定用セグメントＲＵｎとする形状特定用セグメント生成処理を行う（形状特定用セグメント生成手段）。
なお、同一ウィンドウ内に一つの円弧セグメントＲＳｎしかない場合は、そのセグメントＲＳｎがそのまま形状特定用セグメントＲＵｎとして設定される。

ステップSTP56では、形状特定用セグメントＲＵｎを構成する各点のＸＹ座標に基づいて円近似を行い、その近似式を算出する近似式算出処理を行う（近似式算出手段）。
なお、近似式の算出によって、同時に、円弧（円）の中心座標、半径が、算出されることになる。

そして、交点座標算出手段Ｍ25では、直線エッジ特定手段Ｍ23により算出された各直線近似式及び円弧エッジ特定手段Ｍ24により算出された各円近似式に基づいて、直線近似式で表される直線の延長線同士の交点、又は、延長戦と円近似式で表される円弧との交点（接点を含む）を求め、その交点座標を算出する。

微小エッジ特定手段Ｍ26では、図３（ｃ）に示す通り、まず、ステップSTP61で、ウィンドウパターンＷＰの微小領域認識用ウィンドウＢＷｎ内に存在するエッジを構成する各点のＸＹ座標を検出する座標検出処理を行う（座標検出手段）。
次いで、ステップSTP62では、設定された微小領域認識用ウィンドウＢＷｎの種類に応じた計算処理を行う。

例えば、微小領域認識用ウィンドウＢＷｎが、Ｒ面取認識用ウィンドウ２２であった場合、その円弧エッジを構成する各点のＸＹ座標データに基づいて円近似式と、近似された円弧の中心座標及び半径を算出するＲ面取エッジ特定処理を行う（Ｒ面取エッジ特定手段）。
また、微小領域認識用ウィンドウＢＷｎが、Ｃ面取認識用ウィンドウ２３であった場合は、面取部分の直線エッジを構成する各点のＸＹ座標データに基づき、当該面取部分の近似式を算出し、その両側に隣接する直線認識用ウィンドウＬＷｎで算出された直線近似式と、面取部分の近似式に基づいて、面取りの大きさを算出するＣ面取エッジ特定処理を行う（Ｃ面取エッジ特定手段）。

以上が本発明の位置構成例であって、次にその作用について、図４〜図１９に示すディスプレイ画像に基づいて説明する。
まず、図４に示すようなワークＳについて、ウィンドウパターンを登録する場合について説明する。
このワークＳは、図４で見て、外周輪郭部の左下コーナー１１が大きな円弧エッジに形成され、右上コーナー１２が大きく斜めに切り落とされた直線エッジに形成され、左上コーナー１３にＲ面取りが形成され、右下コーナー１４にＣ面取りが形成され、内側には長方形の長穴１５と、円形の丸穴１６が形成されている。
また、上辺１７、長穴１５の左辺、丸穴１６に微細なバリや切欠きによる不連続領域ＥＸが形成されている。

画像入力装置４によりその画像Ｇが入力され、処理選択手段Ｍ０によりウィンドウパターン登録手段Ｍ１が選択されると、ウィンドウパターンの登録処理が開始され、まず、外周エッジＰＥについてウィンドウが設定される。
このとき、図５に示すように、ワークＳの最外部の閉じた線形状となる外周エッジＰＥの全周に沿って、予め設定された幅でエッジ抽出エリアＰＡを設定（ステップSTP11）し、そのエリアＰＡ内で、外周エッジＰＥを構成する全ての点についてＸＹ座標が検出される（ステップSTP12）。

次いで、検出された各点のＸＹ座標に基づき、図６に示すように、予め設定された大きさ未満の微小不連続領域ＥＸを除き、所定長さ以上の連続した直線部分を直線セグメントＬＳ１〜ＬＳ６として抽出し、所定の半径以上で且つ所定の中心角以上の円弧部分を円弧セグメントＲＳ１として抽出する（ステップSTP13）。
なお、ここでは、微小なバリや欠損部、直線の方向が変わる変曲点や、直線と円弧の連結点が、微小不連続領域ＥＸとして扱われる。

次いで、隣接する直線セグメントＬＳｎが同じ方向成分を有する同一直線上にある場合にこれらを結合した結合直線セグメントを、方向成分が異なる場合は各直線セグメントを、それぞれウィンドウ設定用直線セグメントＬＴｎとする。
本例では、図７に示すように、直線セグメントＬＳ５及びＬＳ６が同一直線状にあるので、これを結合した結合直線セグメンをウィンドウ設定用直線セグメントＬＴ５とし、その他のセグメントＬＳ１〜ＬＳ４は、そのままウィンドウ設定用直線セグメントＬＴ１〜４とする。
また、円弧セグメントＲＳ１は一つしかないので、これをウィンドウ設定用円弧セグメントＲＴ１とする（ステップSTP14）。

そして、図８に示すように、各ウィンドウ設定用直線セグメントＬＴ１〜５を中心とする所定幅の帯状領域を直線成分認識用ウィンドウＬＷ１〜５として設定（ステップSTP15）し、ウィンドウ設定用円弧セグメントＲＴ１を中心とする所定幅の帯状領域を円弧成分認識用ウィンドウＲＷ１として設定する（ステップSTP16）。

このようにして外周エッジＰＥについて、直線成分認識用ウィンドウＬＷ１〜５及び円弧成分認識用ウィンドウＲＷ１が設定されると、次いで内部エッジについてウィンドウが設定される。
まず、図９に示すように、画像Ｇに設定されたエッジ抽出エリアＰＡの内側境界線ＢＬで囲まれた内側領域内で、ワークＳの輪郭線となる内部エッジＭＥを検出し、その全長に沿って、予め設定された幅の内部エッジ抽出エリアＭＡを設定（ステップSTP21）し、エリアＭＡ内のエッジを構成する全ての点のＸＹ座標を検出する（ステップSTP22）。

次いで、図１０に示すように、検出された各点のＸＹ座標に基づき、予め設定された大きさ未満の微小不連続領域ＥＸを除き、所定長さ以上の連続した直線部分を直線セグメントＬＳ11〜15として抽出し、所定の半径以上で且つ所定の中心角以上の円弧部分を円弧セグメントＲＳ11〜12として抽出する（ステップSTP23）。

そして、図１１に示すように、隣接する直線セグメントＬＳｎが同じ方向成分を有する同一直線上にある場合にこれらを結合した結合直線セグメントを、方向成分が異なる場合は各直線セグメントを、それぞれウィンドウ設定用直線セグメントＬＴｎとする。
本例では、直線セグメントＬＳ11及びＬＳ12が同一直線状にあるので、これを結合した結合直線セグメンをウィンドウ設定用直線セグメントＬＴ11とし、その他のセグメントＬＳ13〜15をそのままウィンドウ設定用直線セグメントＬＴ12〜14とする。
また、隣接する円弧セグメントＲＳ11〜12が同心同半径の円弧上にあるので、これらを結合した結合円弧セグメントをウィンドウ設定用円弧セグメントＲＴ11とする（ステップSTP24）。

次いで、図１２に示すように、ウィンドウ設定用直線セグメントＬＴ11〜14を中心とする所定幅の帯状領域が直線成分認識用ウィンドウＬＷ11〜14として設定され（ステップSTP25）、ウィンドウ設定用円弧セグメントＲＴ11を中心とする所定幅の帯状領域が円弧成分認識用ウィンドウＲＷ11として設定される（ステップSTP26）。

微小ウィンドウを設定する場合は、例えば、図１３に示すように、複数種類の微小ウィンドウが配列されたパレット２１を備えた微小ウィンドウ設定画面がディスプレイに表示される。
微小ウィンドウとしては、４方向のＲ面取認識用ウィンドウ２２と、４方向のＣ面取認識用ウィンドウ２３と、ピンホール認識用ウィンドウ２４と、６方向の微小直線認識用ウィンドウ２５が設定されている。
Ｒ面取認識用ウィンドウ２２は、そのウィンドウ内で検出されたエッジを構成する点のＸＹ座標に基づき、これを円近似した近似式、円弧の中心、円弧半径を算出するために用いられる。
Ｃ面取認識用ウィンドウ２３は、そのウィンドウ内で検出されたエッジを構成する点のＸＹ座標に基づき、これを直線近似した近似式を算出し、隣接するエッジの近似式に基づいて面取りの大きさを算出するために用いられる。
ピンホール認識用ウィンドウ２４は、そのウィンドウ内で検出されたエッジを構成する点のＸＹ座標に基づき、これを円近似した近似式、円の中心、半径を算出するために用いられる。
微小直線認識用ウィンドウ２５は、そのウィンドウ内で検出されたエッジを構成する点のＸＹ座標に基づき、これを直線近似した近似式を算出するために用いられる。

画面Ｇ上に、微小領域認識用ウィンドウＢＷ１としてＲ面取ウィンドウ２２を設定する場合は、図１３に示すように、パレット２１の任意の向きのＲ面取ウィンドウ２２ａをマウスでクリックする（ステップSTP31）と、そのウィンドウＢＷ１が画面Ｇ上に表示されるので、画像Ｇの左上コーナーまでマウスでドラッグし、その位置で必要に応じて向きと大きさを微調整することにより微小領域認識用ウィンドウＢＷ１を設定する（ステップSTP32）。

同じく、微小領域認識用ウィンドウＢＷ２としてＣ面取ウィンドウ２３を設定する場合は、図１３に示すように、パレット２１の任意の向きのＣ面取ウィンドウ２３ａをマウスでクリックする（ステップSTP31）と、そのウィンドウＢＷ２が画面Ｇ上に表示されるので、画像Ｇの右下コーナーまでマウスでドラッグし、その位置で必要に応じて向きと大きさを微調整することにより微小領域認識用ウィンドウＢＷ２を設定する（ステップSTP32）。

このようにして、外周エッジＰＥ及び内部エッジＭＥについて、直線認識用ウィンドウＬＷｎ、円弧認識用ウィンドウＲＳｎ、微小領域認識用ウィンドウＢＷｎを設定した段階で、マウスにより登録ボタンを押すと、これらが一体化され、図１４に示すようなウィンドウパターンＷＰが登録される。

ワーク形状を特定する場合は、ワークＳを撮像してその画像Ｇをディスプレイに表示させた状態で、処理選択手段Ｍ０によりワーク形状特定手段Ｍ２が選択されると、図１５に示すように、その画像Ｇの上に、同じ種別のワークＳについて予め登録したウィンドウパターンＷＰが読み出され、図１６に示すように、ウィンドウパターンＷＰがＸＹθ方向に自動調整されて画像Ｇに重なるようにマッチングされる。

次いで、各ウィンドウＬＷｎ、ＲＷｎ内に存在するエッジのみが読み取られ、そのエッジを構成する各点のＸＹ座標が検出され（ステップSTP41、51）、そのＸＹ座標に基づき、予め設定された大きさ未満の微小不連続領域ＥＸを除き、直線認識用ウィンドウ内にある直線部分を直線セグメントＬＳｎとし、円弧認識用ウィンドウ内に存する円弧部分を円弧セグメントＲＳｎとして抽出する（ステップSTP42、52）。

同一ウィンドウ内に存在する複数の直線セグメントＬＳｎが同一直線上にある場合はステップSTP45で複数の直線セグメントＬＳｎを結合して単一の形状特定用セグメントＬＵｎとし（ステップSTP43〜45）、同一ウィンドウ内に存在する複数の円弧セグメントＲＳｎが同心同径の円弧線上にある場合はステップSTP45で複数の円弧セグメントＲＳｎを結合して単一の形状特定用セグメントＲＵｎとする（ステップSTP53〜55）。

本例では、図１７に示すように、直線認識用ウィンドウＬＷ１〜５、ＬＷ11〜15内で抽出された直線セグメントＬＳ１〜12のうち、直線認識用ウィンドウＬＷ２内に二つの直線セグメントＬＳ２〜３があり、直線認識用ウィンドウＬＷ13内に三つの直線セグメントＬＳ９〜11がある。
また、円弧認識用ウィンドウＲＷ１内に二つの円弧セグメントＲＳ１〜２があり、円弧認識用ウィンドウＲＷ11に二つの円弧セグメントＲＳ３〜４がある。

直線セグメントＬＳ２〜３、ＬＳ９〜11は、それぞれ同一直線状にあり、円弧セグメントＲＳ１〜２、ＲＳ３〜４はそれぞれ同心同径の円弧上にあるので、図１８に示すように、それぞれが連結されて単一の形状特定用セグメントＬＵ２、ＬＵ13と、ＲＵ１、ＲＵ11が生成される。
また、それ以外のウィンドウについては、各ウィンドウ内に一のセグメントしかないので、そのセグメントがそのまま形状特定用セグメントＬＵ１、ＬＵ３〜５、ＬＵ11〜14として生成される。

そして、直線認識用ウィンドウＬＷｎにより抽出された形状特定用セグメントＬＵｎについて、直線近似が行われ、その近似式が算出され（ステップSTP46）、円弧認識用ウィンドウＲＷｎにより抽出された形状特定用セグメントＲＵｎについて、円近似が行われ、その近似式が算出されると共に、円弧（円）の中心ＣＰ１、ＣＰ２の座標、半径が算出される。

算出された各近似式に基づいて、図１９に示すように、ワークＳの輪郭を構成する直線Ｌ１〜Ｌ９と、円弧（円）Ｒ１、Ｒ２を描き、それぞれの交点（接点を含む）ＸＰ１〜ＸＰ12のＸＹ座標が算出される。

また、微小領域認識用ウィンドウＢＷ１〜２内に存在するエッジを構成する各点がのＸＹ座標が検出される（ステップSTP61、62）。
微小領域認識用ウィンドウＢＷ１は、Ｒ面取認識用ウィンドウ２２であるから、そのＸＹ座標に基づいて、Ｒ面取りされた微小円弧が円近似されて、その近似式が算出されるとともに、中心点ＣＰ３の座標、半径が算出される。
微小領域認識用ウィンドウＢＷ２は、Ｃ面取認識用ウィンドウ２３であるから、そのＸＹ座標に基づいて、面取部分の直線近似式が算出され、その両側に隣接する直線認識用ウィンドウＬＷｎで算出された直線近似式と、面取部分の近似式に基づいて、面取りの大きさが算出される。

以上述べたように、本発明によれば、一つのワークＳの画像を読み込むだけで、直線部分について直線認識用ウィンドウが、円弧部分について円弧認識用ウィンドウが、自動的に設定されるので面倒な手間が必要ない。
また、面取りなど微細な加工が施されている微小領域については、必要に応じて微小領域認識用ウィンドウを設定できるので、微小領域について形状が把握できなくなることもない。

このように設定された一以上のウィンドウがウィンドウパターンＷＰとして登録されるので、同一種別のワークについては、登録されたウィンドウパターンＷＰにより形状特定を行うことができ、そのたびごとにウィンドウパターンＷＰを設定する面倒もない。

しかも、このように登録されたウィンドウパターンＷＰを用いてワークＳの形状を特定し、予め設定された部分の寸法を測定する場合は、寸法測定の手順をあらかじめ設定しておくことができる。

例えば、単に縦横寸法を測定する場合は、縦寸法として、対向する直線認識用ウィンドウＬＷ２とＬＷ５で検出される直線Ｌ２とＬ５の間隔を定義しておけば、どのワークＳについても、画像Ｇを入力するだけで、直線認識用ウィンドウＬＷ２とＬＷ５で検出された形状特定用セグメントＬ２とＬ５の近似式に基づいて、その間隔が算出されるので、縦寸法が自動的に算出されることになる。

また、横寸法として、対向する直線認識用ウィンドウＬＷ１とＬＷ３で検出される直線Ｌ１とＬ３の間隔を定義しておけば、どのワークＳについても、画像Ｇを入力するだけで、直線認識用ウィンドウＬＷ１とＬＷ３で検出された直線Ｌ１とＬ３の近似式に基づいて、その間隔が算出されるので、横寸法が自動的に算出されることになる。

この場合に、最小寸法、最大寸法、平均寸法を表示するようにすれば、対向する直線同士が平行でない場合に、その傾きが許容範囲か否かを容易に判断することができる。

さらに、丸穴１６に関し、その位置として、直線認識用ウィンドウＬＷ２及びＬＷ３で検出される直線Ｌ２とＬ５と、円弧認識用ウィンドウＲＷ11で検出される円Ｒ２の中心との距離を定義しておけば、どのワークＳについても、画像Ｇを入力するだけで、所定の計算が実行されて、丸穴１６の位置が自動的に算出されることになる。

なお、ウィンドウパターンＷＰを構成する各ウィンドウＬＷｎ、ＲＷｎ、ＢＷｎには、識別コードを付しておけば、各寸法をウィンドウの識別コードに基づいて定義することが可能となり、マッチング処理においてウィンドウパターンＷＰの位置及び姿勢が変更されても、この定義を設定し直す必要がない。

本発明に係るワーク形状特定装置は、加工後の平板上ワークが設計寸法通りに仕上がっているか否かの製品検査などを行う場合に、寸法測定の基礎データとしてワークの形状を特定する用途に適用できる。

１ ワーク形状特定装置
２ ステージ
Ｓ ワーク
３ 撮像器
４ 画像入力装置
Ｇ 画像
Ｍ０ 処理選択手段
Ｍ１ ウィンドウパターン登録手段
Ｍ２ ワーク形状特定手段
Ｍ11 外周ウィンドウ設定手段
Ｍ12 内部ウィンドウ設定手段
Ｍ13 微小ウィンドウ設定手段
Ｍ14 ウィンドウパターン生成手段
Ｍ15 識別コード設定手段
Ｍ16 ウィンドウパターン記憶手段
Ｍ21 ウィンドウパターン読出手段
Ｍ22 マッチング手段
Ｍ23 直線エッジ特定手段
Ｍ24 円弧エッジ特定手段
Ｍ25 交点座標算出手段
Ｍ26 微小エッジ特定手段

Claims (8)

1. 直線成分及び円弧成分の一方又は双方で構成されるワークの二次元形状を、ワークを撮像した画像に基づき、コンピュータの画像処理により特定するワーク形状特定装置であって、
   予めワークの輪郭線となるエッジを検出する１以上のウィンドウからなるウィンドウパターンを登録するウィンドウパターン登録手段と、測定しようとするワークを撮像した測定用画像が取り込まれたときに、前記ウィンドウパターンをワークに重ねてワークのエッジを抽出し、ワーク形状を特定するワーク形状特定手段とを備え、
   前記ウィンドウパターン登録手段は、
   基準となる一のワークを撮像して取得した画像に基づき当該画像の直線状輪郭線に沿って直線成分認識用ウィンドウを設定する直線ウィンドウ設定手段と、
   当該画像の円弧状輪郭線に沿って円弧成分認識用ウィンドウを設定する円弧ウィンドウ設定手段と、
   前記各設定手段により設定された１以上のウィンドウからなるウィンドウパターンをワーク種別に応じて記憶するウィンドウパターン記憶手段とを備え、
   前記ワーク形状特定手段は、
   測定しようとするワークを撮像した画像が取り込まれたときに予め登録された同一ワーク種別のウィンドウパターンを読み出すウィンドウパターン読出手段と、
   読み出されたウィンドウパターンを当該画像に重ね合わせるマッチング手段と、
   ウィンドウパターンの直線成分認識用ウィンドウ内に存在するエッジを構成する各点のＸＹ座標を抽出すると共に、そのＸＹ座標に基づいて直線近似式を算出する直線エッジ特定手段と、
   ウィンドウパターンの円弧成分認識用ウィンドウ内に存在するエッジを構成する各点のＸＹ座標を抽出すると共に、その座標データに基づいて円近似式と、近似された円弧の中心座標及び半径を算出する円弧エッジ特定手段と、
   前記各ウィンドウで算出された各近似式に基づいてそれぞれの直線及び円弧の交点座標を算出する交点座標算出手段とを備えたことを特徴とするワーク形状特定装置。
2. 前記ウィンドウパターン登録手段は、
   基準となる一のワークを撮像して取得した画像に基づき、ワークの最外部の閉じた線形状となる外周エッジの全周に沿って、予め設定された幅でエッジ抽出エリアを設定するエッジ抽出エリア設定手段と、
   そのエッジ抽出エリア内で、外周エッジを構成する全ての点のＸＹ座標を検出するエッジ情報検出手段と、
   検出された各点のＸＹ座標に基づき、予め設定された大きさ未満の微小不連続領域ＥＸを除き、所定長さ以上の連続した直線部分を直線セグメントとして抽出し、所定の半径以上で且つ所定の中心角以上の円弧部分を円弧セグメントとして抽出するセグメント抽出手段と、
   隣接する直線セグメントが同じ方向成分を有する同一直線上にある場合にこれらを結合した結合直線セグメントを、方向成分が異なる場合は各直線セグメントを、それぞれウィンドウ設定用直線セグメントとし、隣接する円弧セグメントが同心同半径の円弧上にある場合はこれらを結合した結合円弧セグメントを、同心同半径の円弧上にない場合は各円弧セグメントを、それぞれウィンドウ設定用円弧セグメントとするウィンドウ設定用セグメント生成手段とを備え、
   前記直線ウィンドウ設定手段により、前記ウィンドウ設定用直線セグメントを中心とする所定幅の帯状領域が前記直線成分認識用ウィンドウとして設定され、
   前記円弧ウィンドウ設定手段により、前記ウィンドウ設定用円弧セグメントを中心とする所定幅の帯状領域が、前記円弧成分認識用ウィンドウとして設定される請求項１記載のワーク形状特定装置。
   
3. 前記ウィンドウパターン登録手段は、
   前記全エッジ抽出エリアの内側境界線の内側の領域内において、前記画像に基づき、当該画像の直線状輪郭線に沿って内部直線成分認識用ウィンドウを設定する内部直線ウィンドウ設定手段と、
   当該画像の円弧状輪郭線に沿って内部円弧成分認識用ウィンドウを設定する内部円弧ウィンドウ設定手段とを備え、
   これら各ウィンドウ設定手段で設定されたウィンドウが、前記パターン記憶手段に前記ウィンドウパターンとして記憶される請求項２記載のワーク形状特定装置。
4. 前記ウィンドウパターン登録手段は、
   前記エッジ抽出エリアの内側境界線の内側の領域内において、ワークの輪郭線となるエッジの全長に沿って、予め設定された幅の内部エッジ抽出エリアを設定する内部エッジ抽出エリア設定手段と、
   その内部エッジ抽出エリア内で、エッジを構成する全ての点のＸＹ座標を検出する内部エッジ情報検出手段と、
   検出された各点のＸＹ座標に基づき、予め設定された大きさ未満の微小不連続領域ＥＸを除き、所定長さ以上の連続した直線部分を直線セグメントとして抽出し、所定の半径以上で且つ所定の中心角以上の円弧部分を円弧セグメントとして抽出する内部セグメント抽出手段と、
   隣接する直線セグメントが同じ方向成分を有する同一直線上にある場合にこれらを結合した結合直線セグメントを、方向成分が異なる場合は各直線セグメントを、それぞれウィンドウ設定用直線セグメントとし、隣接する円弧セグメントが同心同半径の円弧上にある場合はこれらを結合した結合円弧セグメントを、同心同半径の円弧上にない場合は各円弧セグメントを、それぞれウィンドウ設定用円弧セグメントとする内部ウィンドウ設定用セグメント生成手段とを備え、
   前記内部直線ウィンドウ設定手段により、前記ウィンドウ設定用直線セグメントを中心とする所定幅の帯状領域が前記内部直線成分認識用ウィンドウとして設定され、
   前記内部円弧ウィンドウ設定手段により、前記ウィンドウ設定用円弧セグメントを中心とする所定幅の帯状領域が、前記内部円弧成分認識用ウィンドウとして設定される請求項３記載のワーク形状特定装置。
5. 前記ウィンドウパターン登録手段は、
   前記各ウィンドウ設定手段によりウィンドウが形成されなかったエッジの微小不連続領域について、エッジ形状に応じてあらかじめ設定された複数の微小領域認識用ウィンドウから任意のウィンドウを選択する微小ウィンドウ選択手段と、
   選択された微小領域認識用ウィンドウをエッジの微小領域上に設定する微小ウィンドウ設定手段とを備え、
   当該微小ウィンドウ設定手段で設定された微小領域認識用ウィンドウが、前記パターン記憶手段に前記ウィンドウパターンとして記憶される請求項２乃至４いずれか記載のワーク形状特定装置。
6. 前記微小領域認識用ウィンドウとして、少なくとも、Ｒ面取認識用ウィンドウ、Ｃ面取認識用ウィンドウが設定され、
   前記ワーク形状特定手段は、
   Ｒ面取認識用ウィンドウ内に存在するエッジを構成する各点のＸＹ座標を抽出すると共に、その座標データに基づいて円近似式と、近似された円弧の中心座標及び半径を算出するＲ面取エッジ特定手段と、
   Ｃ面取認識用ウィンドウ内に存在するエッジを構成する各点のＸＹ座標を抽出すると共に、その座標データに基づいて、面取りの大きさを算出するＣ面取エッジ特定手段とを備えた請求項５記載のワーク形状特定装置。
7. 前記直線エッジ特定手段及び円弧エッジ特定手段は、
   前記ウィンドウパターンの各ウィンドウ内に存在するエッジを構成する各点のＸＹ座標を検出する座標抽出手段と、
   検出された点のＸＹ座標に基づき、予め設定された大きさ未満の微小不連続領域を除き、所定長さ以上の連続した直線部分を直線セグメントとして抽出し、所定の半径以上で且つ所定の中心角以上の円弧部分を円弧セグメントとして抽出するセグメント抽出手段と、
   同一ウィンドウ内に存する複数のセグメントが、同じ方向成分を有する同一直線上にある場合、または、同心同半径の円弧上にある場合、これらを結合して単一の形状特定用セグメントとし、同一ウィンドウ内に一のセグメントしかない場合はこれをそのまま形状特定用セグメントとする形状特定用セグメント生成手段と、
   形状特定用セグメントの座標情報に基づいて、直線近似式又は円近似式を算出する近似式算出手段とを備えた請求項１記載のワーク形状特定装置。
8. 前記ウィンドウパターン登録手段は、ウィンドウパターンを構成するそれぞれのウィンドウごとに個別の識別コードを設定する識別コード設定手段を備えた請求項１乃至７いずれか記載のワーク形状特定装置。

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