JP6412730B2 - エッジ位置検出装置、幅測定装置、及びその校正方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、ラインスキャン形のＣＣＤカメラを使用した鋼板等のエッジ位置検出装置、幅測定装置、及びその校正方法に関する。

従来、鋼板の製造ラインにおいては、搬送される鋼板の幅や長さ等の形状を非接触で測定する装置として、ラインスキャン形のＣＣＤカメラや、エリアスキャン形のＣＣＤカメラを用いたエッジ位置検出装置、幅測定装置がある。

これらの装置は、一般に、鋼板のエッジ位置を正確に検出するために、鋼板の上部にＣＣＤカメラを設け、鋼板の下部に、鋼板の移動方向と直行する方向に長い照明光源を備えて、鋼板によって遮光された鋼板エッジの明暗をコントラスと良くして撮像するようにしている（例えば、特許文献１参照。）。

特許第４９９５１７８号公報

特許文献１に開示された鋼板の幅測定等においては、鋼板の幅測定精度を向上させるために、鋼板の端部断面形状の影響を受けないようにするために、ＣＣＤカメラの光軸を測定基準面の鉛直方向に対して予め設定された角度で傾斜させ、常に、鋼板の端部下部角を確実にとらえて撮像したいとする要求がある。

また、ＣＣＤカメラの光軸を傾斜させたいとする理由には、ＣＣＤカメラの視野範囲を、被測定物の測定空間近傍に限定したい場合、例えば、鋼板の下部に設ける照明光源の幅寸法を小さくして、照明光源と鋼板を搬送する製造設備と干渉をなくしたり、測定光学空間の空気の清浄化を図ったりする場合などがある。

このような要求を満たすために、ＣＣＤカメラの光軸の傾斜する場合には、エッジ位置や幅測定位置の校正の問題がある。先ず、この校正の問題について説明する。

図８を参照して、ＣＣＤカメラ１の光軸Ｃａを測定基準面の鉛直方向とした、従来のエッジ位置検出装置の校正方法を説明する。

一般的に、鋼板のエッジ位置検出装置、幅測定装置等は、その位置の設定位置精度が予め保証された校正板を１４使用して、測定精度を保証するようにしている。

校正板１４は、例えば、図８（ｃ）に示すように、１枚の板に複数の穴を明け、その穴の両端を予め設定された（エッジ）位置精度で加工して、エッジ基準、及び幅基準として使用している。

図８（ａ）に示すように、下部光源１６を使用したエッジ位置検出方式の場合、この校正板１４の幅方向の中心位置ＣＬを、例えば、ＣＣＤカメラ１の光軸Ｃａ中心に合わせ、エッジ基準位置Ｎ１〜Ｎ４、Ｐ１〜Ｐ４が設定される。

ＣＣＤカメラ１の校正は、校正板１４のエッジ基準位置（Ｎ１〜Ｎ４、Ｐ１〜Ｐ４）と、このエッジ基準位置に対応するＣＣＤカメラ１のカメラピクセル(画素)アドレス出力と、を対応付けるもので、図８（ｂ）に示すような関係を校正テーブルとして保存しておく。

特許文献１に開示されたた製品幅長さ計において、ＣＣＤカメラの光軸を、測定基準面に対して鉛直方向に設けた場合には、図８（ｂ）に示すように、エッジ基準位置（Ｎ１〜Ｎ４、Ｐ１〜Ｐ４）とＣＣＤカメラのアドレス出力は直線補間が可能な線形の関係が得られる。

したがって、エッジ位置がエッジ基準位置(校正点)の間で検出された場合でも、線形補間が可能であるので、その位置は校正テーブルを使用して測定範囲の全てにおいて、予め設定された位置精度を保証することが可能である。

しかしながら、ＣＣＤカメラ１の光軸Ｃａが測定基準面に対して、予め設定された角度（θ）傾斜した場合には、図９（ａ）に示すように、測定基準面とその結像面とは平行な関係とならないので、校正テーブルのエッジ基準位置（Ｎ１〜Ｎ４、Ｐ１〜Ｐ４）座標とＣＣＤカメラ１のカメラピクセルアドレス（出力）とは、図９（ｂ）に示すような非線形な関係となることが知られている。

したがって、図９（ｃ）に示すように、ＣＣＤカメラ１のエッジ位置が校正点間（Ａｉ−Ａｉ＋１）で検出された場合、校正テーブルを参照して校正点間を直線補間で補正しても、直線補間した座標位置Ｐｍと真の座標位置Ｐｒとは誤差を生じる問題がある。

この誤差を低減する対策として、校正板１４のエッジ基準位置のピッチ(穴明け)を細かく設定する(校正点を増やす)方法が考えられるが、高精度で設定されるエッジ基準位置を多数加工することは、加工が複雑で高価になる問題がある。

本発明は、測定基準面の鉛直方向に対して光軸Ｃａを予め設定される角度（θ）傾斜させたＣＣＤカメラを用いて、エッジ位置を求めるエッジ位置測定装置、及び幅測定装置において、校正板のエッジ基準位置の設定数を削減して、校正点間のエッジ位置を高精度で補正することが可能なエッジ位置測定装置、幅測定装置、及びその校正方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本実施形態の請求項１に係るエッジ位置検出装置は、被測定物のエッジ部を撮像するＣＣＤカメラと、前記被測定物の測定基準面において、複数のエッジ基準位置を設定するための校正板と、前記校正板のエッジ基準位置の撮像信号と、前記複数のエッジ位置基準位置(校正点)と、を予め対応付けした校正テーブルを備え、前記ＣＣＤカメラの撮像信号から、前記被測定物のエッジ位置を、前記校正テーブルを参照して求めるエッジ位置演算部と、を備えるエッジ位置検出装置であって、前記ＣＣＤカメラはラインスキャン形のＣＣＤカメラであって、当該ＣＣＤカメラの光軸は、前記被測定物の測定基準面の鉛直軸に対して予め定める角度傾斜させて、当該ＣＣＤカメラのエッジ位置測定範囲において、前記被測定物の端部下部角を常に撮像するように設定し、前記エッジ位置演算部は、前記ＣＣＤカメラの撮像信号からエッジ位置に対応するピクセルアドレスを求めるエッジ検出部と、前記校正テーブルを備え、当該校正テーブルを参照して、校正点間の中央位置座標を求めるエッジ位置座標演算部と、前記校正点間を結ぶ真の校正カーブを計算により求め、前記校正点間を結ぶ校正折線と、前記中央位置座標に対応する前記真の校正カーブの当該仮想校正点座標との差を求め、各校正点間の差を仮想校正点誤差（Ｅｎ）テーブルとして作成しておく校正点間補間処理部と、を備え、前記ＣＣＤカメラは、前記被測定物の端部下部角を撮像し、前記エッジ検出部は、撮像した当該端部下部角の撮像信号からピクセルアドレスを求め、前記エッジ位置座標演算部は、前記校正テーブルを参照して、前記ピクセルアドレスに対応する測定基準（校正テーブル）座標での２つの校正点を求め、前記校正点間補間処理部は、求めた前記ピクセルアドレスに対応する、前記仮想校正点誤差を参照して校正点補間演算を行い補正されたエッジ位置求め、前記エッジ位置検出装置は、前記ＣＣＤカメラで検出したカメラピクセルアドレスに対応する前記被測定物のエッジ位置を、前記校正テーブル及び前記仮想校正点誤差テーブルを参照して、仮想的に校正点を増やしてエッジ位置の測定誤差を軽減するようにしたことを特徴とする。

上記目的を達成するために、本実施形態の請求項３に係る幅測定装置は、被測定物の両端のエッジ部を予め設定された間隔で設定して撮像する一対のＣＣＤカメラと、前記被測定物の測定基準面において、前記被測定物のエッジ位置の測定範囲において複数の幅基準位置(校正点)を設定する校正板と、前記校正板の幅基準位置の撮像信号と、前記複数の校正点と、を予め対応付けした校正テーブルを備え、夫々の前記ＣＣＤカメラの撮像信号から、前記被測定物の幅両端部のエッジ位置を、前記校正テーブルを参照して求めるエッジ位置演算部と、を備え、さらに、求めた当該幅両端部のエッジ位置信号から前記被測定物の幅を求める幅演算部と、を備える幅測定装置であって、前記ＣＣＤカメラはラインスキャン形のＣＣＤカメラであって、当該ＣＣＤカメラの光軸は、前記被測定物の測定基準面の鉛直軸に対して予め定める角度傾斜させて、当該ＣＣＤカメラのエッジ位置測定範囲において、前記被測定物の下部角を常に撮像するように設定し、前記エッジ位置演算部は、前記ＣＣＤカメラの撮像信号からエッジ位置に対応するピクセルアドレスを求めるエッジ検出部と、前記校正テーブルを備え、当該校正テーブルを参照して、校正点間の中央位置座標を求めるエッジ位置座標演算部と、前記校正点間を結ぶ真の校正カーブを計算により求め、前記校正点間を結ぶ校正折線と、前記中央位置座標に対応する前記真の校正カーブの当該仮想校正点座標との差を求め、各校正点間の差を仮想校正点誤差（Ｅｎ）テーブルとして作成しておく校正点間補間処理部と、を備え、夫々の前記ＣＣＤカメラは、前記被測定物の幅両端部下部角を撮像し、前記エッジ検出部は、撮像した当該端部下部角の撮像信号からピクセルアドレスを求め、前記エッジ位置座標演算部は、前記校正テーブルを参照して、前記ピクセルアドレスに対応する測定基準（校正テーブル）座標での２つの校正点を求め、前記校正点間補間処理部は、求めた前記ピクセルアドレスに対応する、前記仮想校正点誤差テーブルを参照して校正点補間演算を行って補正されたエッジ位置求め、前記エッジ位置検出装置は、前記ＣＣＤカメラで検出したカメラピクセルアドレスに対応する前記被測定物のエッジ位置を、前記校正テーブル及び前記仮想校正点誤差テーブルを参照して、仮想的に校正点を増やして補正されたエッジ位置を求め、前記幅演算部は、補正された一対のエッジ位置から前記被測定物の幅を求めるようにしたことを特徴とする。

上記目的を達成するために、本実施形態の請求項６に係るエッジ位置検出装置の校正方法は、被測定物のエッジ部を撮像するＣＣＤカメラと、前記被測定物の測定基準面において、複数のエッジ基準位置を設定するための校正板と、前記校正板のエッジ基準位置の撮像信号と、前記複数のエッジ位置基準位置(校正点)と、を予め対応付けした校正テーブルを備え、前記ＣＣＤカメラの撮像信号から、前記被測定物のエッジ位置を、前記校正テーブルを参照して求めるエッジ位置演算部と、を備えるエッジ位置検出装置の校正方法であって、前記ＣＣＤカメラはラインスキャン形のＣＣＤカメラであって、当該ＣＣＤカメラの光軸は、前記被測定物の測定基準面の鉛直軸に対して予め定める角度傾斜させて、当該ＣＣＤカメラのエッジ位置測定範囲において、前記被測定物の端部下部角を常に撮像するように設定し、前記エッジ位置演算部は、前記ＣＣＤカメラの撮像信号からエッジ位置に対応するピクセルアドレスを求めるエッジ検出部と、前記校正テーブルを備え、当該校正テーブルを参照して、校正点間の中央位置座標を求めるエッジ位置座標演算部と、前記校正点間を結ぶ真の校正カーブを計算により求め、前記校正点間を結ぶ校正折線と、前記中央位置座標に対応する前記真の校正カーブの当該仮想校正点座標との差を求め、各校正点間の差を仮想校正点誤差（Ｅｎ）テーブルとして作成しておく校正点間補間処理部と、を備え、前記ＣＣＤカメラは、前記被測定物の端部下部角を撮像し、前記エッジ検出部は、撮像した当該端部下部角の撮像信号からピクセルアドレスを求め、前記エッジ位置座標演算部は、前記校正テーブルを参照して、前記ピクセルアドレスに対応する測定基準（校正テーブル）座標での２つの校正点を求め、前記校正点間補間処理部は、求めた前記ピクセルアドレスに対応する、前記仮想校正点誤差を参照して校正点補間演算を行い補正されたエッジ位置求め、前記エッジ位置検出装置は、前記ＣＣＤカメラで検出したカメラピクセルアドレスに対応する前記被測定物のエッジ位置を、前記校正テーブル及び前記仮想校正点誤差テーブルを参照して、仮想的に校正点を増やしてエッジ位置の測定誤差を軽減するようにしたことを特徴とする。

上記目的を達成するために、本実施形態の請求項７に係る幅測定装置の校正方法は、被測定物の両端のエッジ部を予め設定された間隔で設定して撮像する一対のＣＣＤカメラと、前記被測定物の測定基準面において、前記被測定物の両端部のエッジ位置の測定範囲において、当該両端部間の複数の幅エッジ基準位置(校正点)を設定する１枚の校正板と、前記校正板の両端部のエッジ基準位置の撮像信号と、前記複数の校正点と、を予め対応付けした校正テーブルを備え、夫々の前記ＣＣＤカメラの撮像信号から、前記被測定物の両端部のエッジ位置を、前記校正テーブルを参照して求めるエッジ位置演算部と、を備え、さらに、求めた当該両端部のエッジ位置信号から前記被測定物の幅を求める幅演算部と、を備える幅測定装置の校正方法であって、前記ＣＣＤカメラはラインスキャン形のＣＣＤカメラであって、当該ＣＣＤカメラの光軸は、前記被測定物の測定基準面の鉛直軸に対して予め定める角度傾斜させて、当該ＣＣＤカメラのエッジ位置測定範囲において、前記被測定物の下部角を常に撮像するように設定し、前記エッジ位置演算部は、前記ＣＣＤカメラの撮像信号からエッジ位置に対応するピクセルアドレスを求めるエッジ検出部と、前記校正テーブルを備え、当該校正テーブルを参照して、校正点間の中央位置座標を求めるエッジ位置座標演算部と、前記校正点間を結ぶ真の校正カーブを計算により求め、前記校正点間を結ぶ校正折線と、前記中央位置座標に対応する前記真の校正カーブの当該仮想校正点座標との差を求め、各校正点間の差を仮想校正点誤差（Ｅｎ）テーブルとして作成しておく校正点間補間処理部と、を備え、夫々の前記ＣＣＤカメラは、前記被測定物の両端部下部角を撮像し、前記エッジ検出部は、撮像した当該端部下部角の撮像信号からピクセルアドレスを求め、前記エッジ位置座標演算部は、前記校正テーブルを参照して、前記ピクセルアドレスに対応する測定基準（校正テーブル）座標での２つの校正点を求め、前記校正点間補間処理部は、求めた前記ピクセルアドレスに対応する、前記仮想校正点誤差テーブルを参照して校正点補間演算を行って補正されたエッジ位置求め、前記エッジ位置検出装置は、前記ＣＣＤカメラで検出したカメラピクセルアドレスに対応する前記被測定物のエッジ位置を、前記校正テーブル及び前記仮想校正点誤差テーブルを参照して、仮想的に校正点を増やして補正されたエッジ位置を求め、前記幅演算部は、補正された一対のエッジ位置から前記被測定物の幅を求めるようにしたことを特徴とする。

第１の実施の形態のエッジ位置検出装置の測定原理の説明図。 第１の実施の形態のエッジ位置検出装置の構成図。 仮想校正点誤差テーブルの作成方法を説明する図。 校正方法の動作を説明するフローチャート図。 校正位置座標とカメラピクセルアドレス座標との座標変換式の作成方法を説明する図。 第２の実施形態の幅測定装置の構成図。 第２の実施の形態の幅測定装置のＣＣＤカメラの光学系の構成図。 従来の光学系の校正方法を説明する図。 光軸を傾斜させた場合の従来の校正方法の問題点を説明する図。

以下、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１〜図５を参照して、第１の実施形態のエッジ位置検出装置について説明する。図１は、本実施形態のエッジ位置検出装置の校正の原理の概要を説明する図である。

校正の原理は、図１（ａ）に示すように、ＣＣＤカメラ１が、測定基準面の鉛直方向に対して角度θ傾斜して設定された光学系が対象となる。

このような光学系の場合には、図８(ｃ)で説明したような校正板１４を、測定基準面において校正テーブルを作成すると、測定基準面の座標（校正テーブル座標）とＣＣＤカメラ１で撮像された撮像信号のカメラピクセルアドレス(結像面の座標)とは、測定基準面とＣＣＤカメラ１の撮像面とが平行でないため、図９(ｂ)に示すような非線形の関係となることは図９でも述べた。

そこで、エッジ位置測定の前処理として、図１に示すように、ＣＣＤカメラ１のレンズ主点の位置を、測定基準面からの高さＨ０、測定基準座標原点からの距離Ｘc、主点を通る光軸Ｃａの傾斜角度を角度θとして、測定基準面の各校正点間（ｘｉ−ｘｉ＋１）の理論上の誤差を計算で求めておき、各校正点間の中央の位置座標に仮想的な仮想校正点を設定する。

そこで、
（１）予め校正テーブルを作成する（校正点間座標を結ぶ校正折線を求める）。
（２）設定した光学座標で測定基準面の座標と結像面の座標との座標関係を示す真の校正カーブＬｒｃを計算により求める。(図１（ｂ）参照。)
（３）校正折線Ｌｍの校正点間座標と、真の校正カーブＬｒｃから求めた仮想校正点Ｐｒとの差を誤差として求め、この誤差を仮想校正点誤差テーブルとして記憶しておく。

そして、エッジ位置検出処理（測定）として、
（４）ＣＣＤカメラで検出したピクセルアドレスに対応するエッジ位置座標を、
校正テーブルを参照して求める。
（５）そして求めたエッジ位置について、仮想校正点誤差テーブルを参照して、補正されたエッジ位置を求める。（図１(ｃ)参照）
即ち、ＣＣＤカメラの光学的な配置から、校正済みの校正点間の中央部Ｐｍと幾何学的計算によって求まる真の校正カーブの仮想校正点Ｐｒとの差（誤差）を算出し、この誤差分を差し引いた位置を補正されたエッジ位置とする。

したがって、図１（ｄ）に示すように、既存の校正点に加えて仮想的な仮想校正点が加わり、校正折線と真の校正カーブとの差は減少するので、校正板１４のエッジ基準位置を新たに追加することなく測定精度が向上した、エッジ位置検出装置を提供することができる。

次に、このような校正原理を備えるエッジ位置検出装置の構成について、図２を参照して説明する。

エッジ検出装置３０の構成は、被測定物１３ａのエッジ部を撮像するＣＣＤカメラ１と、被測定物１３ａの測定基準面において、複数のエッジ基準位置を設定するための校正板１４と、校正板１４のエッジ基準位置の撮像信号と、複数のエッジ位置基準位置(校正点)と、を予め対応付けした校正テーブル２２ａを備え、ＣＣＤカメラ１の撮像信号から、被測定物１３ａのエッジ位置を、校正テーブルを参照して求めるエッジ位置演算部２と、を備える。

次に、各部の構成について説明する。ＣＣＤカメラ１はラインスキャン形のＣＣＤカメラであって、ＣＣＤカメラ１の光軸Ｃａは、被測定物１３ａの測定基準面の鉛直軸に対して予め定める角度（θ）傾斜させて、ＣＣＤカメラのエッジ位置測定範囲において、被測定物１３ａの端部下部角を常に撮像するように設定しておく。

さらに、被測定物１３ａの下部に下部光源１６を備え、下部光源１６の幅方向の寸法は、ＣＣＤカメラ１の測定範囲に対応する視野範囲をカバーする長さとしておく。

エッジ位置演算部２は、ＣＣＤカメラ１の撮像信号からエッジ位置に対応するピクセルアドレスを求めるエッジ検出部２１と、校正テーブルを備え、校正テーブルを参照して、校正点間の中央位置座標を求めるエッジ位置座標演算部２２と、校正点間を結ぶ真の校正カーブを計算により求め、校正点間を結ぶ校正折線と、中央位置座標に対応する真の校正カーブの仮想校正点座標との差を求め、各校正点間の差を仮想校正点誤差（Ｅｎ）テーブル２３ａとして作成しておく校正点補間処理部２３と、を備える。

次に、このように構成された、エッジ値検出装置３０の動作について説明する。

ＣＣＤカメラ１は、被測定物１３ａの端部下部角を撮像し、エッジ検出部２１は、撮像した当該端部下部角の撮像信号からピクセルアドレスを求める。

そして、エッジ位置座標演算部２２は、校正テーブルを参照して、ピクセルアドレスに対応する測定位置（校正テーブル）座標の２つの校正点を求める。

次に、校正点間補間処理部２３は、求めた前記ピクセルアドレスに対応する、仮想校正点誤差を参照して校正点補間演算を行い補正されたエッジ位置求める（この校正点補間処理部２３の動作の詳細については後述する。）。

このような構成のエッジ位置検出装置３０は、ＣＣＤカメラ１で検出したカメラピクセルアドレスに対応する被測定物１３ａのエッジ位置を、校正テーブル２２ａ及び仮想校正点誤差テーブル２３ａを参照して、仮想的に校正点を増やしてエッジ位置の測定誤差を軽減することができる。

さらに、ＣＣＤカメラ１の光軸を斜視することで、下部光源の必要な幅方向寸法を小さくすることも可能である。

次に、図３乃至図５を参照して、この校正点補間処理部２３の詳細な実施例について説明する。図３は、本実施形態のエッジ位置検出装置３０の校正点間補間処理部２３の動作を説明するフローチャート図である。

校正点補間処理部２３の動作は、図３に示すように、測定前に予め実行しておく前処理と、測定時のエッジ処理とがある。前処理は、先ず、校正板１４を測定基準面において、校正テーブルの座標ｘとＣＣＤカメラ１のカメラピクセルアドレスｉとを、対応付けしたテーブルを作成する（ｓ１）。

このテーブルのイメージの一部分を、図４に示す校正点ｎ、校正点ｎ＋１、・・・校正点ｎ＋ｉと複数の点を結ぶ破線(校正折線Ｌｍ)で示す。

次に、図５の示すＣＣＤカメラ1で撮像する光学系の設定条件から、校正テーブル座標ｘと、ＣＣＤカメラ1の撮像面座標(ピクセルアドレス)ｉとを対応付けした真の校正カーブＬｒｃを幾何学的なカメラの設定条件から求める（ｓ２）。この真の校正カーブＬｒｃ作成方法については、図５を参照して後述する。

次に、校正折線Ｌｍの校正点間の中央位置Ｐｍと、この中央位置に対応する真の校正カーブＬｒｃの仮想交差点Ｐｒの間の差を求め、全校正点間についてこの誤差を求め、仮想校正点誤差テーブルとして記憶しておく（ｓ３）。

次に、このような前処理を完了した状態で、エッジ位置の検出処理を開始する。先ず、エッジ検出部２１は、ＣＣＤカメラ１が検出した撮像信号からエッジ値に対応するピクセルアドレスを検出してエッジ値座標演算部に２２に送る（ｓ４）。

エッジ値座標演算部に２２は、このピクセルアドレスに対応する校正テーブル座標ｘでの位置を、校正テーブル２２ａを参照して求める（ｓ５）とともに、求めた座標位置が仮想校正点以上か以下かを判定して校正点間補間処理部２３に送る（ｓ６）。

そして、校正点間補間処理部２３では、求めた座標に対応するエッジ位置を、仮想校正点誤差テーブルを参照して誤差補間演算を行い、例えば、仮想校正点以下のｉａ場合、校正点補間後の校正折線Ｌｍｒの対応する座標ｘａ誤差補間演算のエッジ値とする（ｓ７）。

次に、図５を参照して、真の校正カーブＬｒｃの算出、及び、校正点間の補間演算方法について、詳細を説明する。

図５は、ＣＣＤカメラ１のレンズ主点の位置を、測定基準面からの高さＨ０、測定基準座標原点からの距離Ｘc、この主点を通る光軸Ｃａの傾斜角度を角度θとして、測定基準面の座標ｘと、結像面のカメラピクセル座標ｉとの対応関係を数式化するための幾何学的なモデル図である。

測定基準面の座標ｘと、結像面のカメラピクセル座標ｉとは、可逆な関数関係にある。

先ず、光軸Ｃａ１の方程式と光軸Ｃａ２の方程式とから、画素分解能ｄｘのカメラピクセルアドレスｉと、測定基準面（校正テーブル）座標ｘとの座標変換関数の一般式を求める。

直線Ｃａ１の方程式は、
x =−tan(θ+α1)・(y−H0)+Xc
y=0のとき、x=Xc+H0・tanθ+dx1 だから、
Xc+H0・tanθ+dx1 = H0・tan(θ+α1)+Xc
H0・tanθ+dx1 = H0・tan(θ+α1)
dx1 = H0・tan(θ+α1)−H0・tanθ
dx1 = H0・[tan(θ+α1)−tanθ]
α1=tan^-1(1・dx/H0・cosθ) を代入すると、
dx1 = H0・[tan(θ+ tan^-1(1・dx/H0・cosθ))−tanθ]
直線Ｃａ２の方程式は、
x =−tan(θ+α2)・(y−H0)+Xc
y=0のとき、x=Xc+H0・tanθ+dx1+dx2 だから、
Xc+H0・tanθ+dx1+dx2 = H0・tan(θ+α2)+Xc
H0・tanθ+dx1+dx2 = H0・tan(θ+α2)
dx1+dx2 = H0・tan(θ+α2)−H0・tanθ
dx1+dx2 = H0・[tan(θ+α2)−tanθ]
α2=tan^-1(2・dx/H0・cosθ) を代入すると、
dx1+dx2 = H0・[tan(θ+ tan^-1(2・dx/H0・cosθ))−tanθ]
結局、一般式は、
x = dx1+dx2+dxi+Xc+H0・tanθ
= H0・[tan(θ+ tan^-1(i・dx/H0・cosθ))−tanθ] +Xc+H0・tanθ ・・・（１）
となる。

ここで、求めた（１）式は、i・dxとx座標の関係を示しているが、言い換えれば、画素分解能がdxの場合のカメラピクセルアドレスiとx座標の関係 x = ｇ(i) を示している。

この逆関数 i = ｇ-1(x) を求めると次の式になる。

x = H0・[tan(θ+ tan^-1(i・dx/H0・cosθ))−tanθ] +Xc+H0・tanθ
x−Xc+H0・tanθ= H0・[tan(θ+ tan^-1(i・dx/H0・cosθ))−tanθ]
(x−Xc+H0・tanθ)/H0 = tan(θ+ tan^-1(i・dx/H0・cosθ))−tanθ
(x−Xc+H0・tanθ)/H0+tanθ = tan(θ+ tan^-1(i・dx/H0・cosθ))
tan^-1 [(x−Xc+H0・tanθ)/H0+tanθ] = θ+ tan^-1(i・dx/H0・cosθ)
tan[tan^-1 [(x−Xc+H0・tanθ)/H0+tanθ]−θ] = i・dx/H0・cosθ
H0・[tan[tan^-1 [(x−Xc+H0・tanθ)/H0+tanθ]−θ]] /(dx・cosθ) = i
よって、
i = H0・[tan[tan^-1 [(x−Xc+H0・tanθ)/H0+tanθ]−θ]] /(dx・cosθ)・（２）
求めた座標からピクセルアドレスを算出する関数 i = g^-1(x) と、ピクセルアドレスから座標を算出する関数 x = g(i) が求まったら、既存の校正折線Ｌｍを示す関数 x = f(i) (逆関数 i = f^-1(x) ) に対して以下のような操作を行う。

次に、xn ≦ x < xn+1 を満たす 校正点n と 校正点n+1 を探し、
これら校正点の中間位置座標 xnc = (xn + xn+1)/2 に対するピクセルアドレス f^-1(xnc) を求める。

ピクセルアドレス f^-1(xnc) における既存の校正折線Ｌｍと真の校正カーブＬｃｃとの差Ｅｎは、
Ｅｎ=g(f^-1(xnc)) − xnc・・・・・（３）
となる。

このＥｎを使って次のように校正点補間を行う。

校正点補間後の補間式は、以下のようになる。

一般的に、座標(in, xn)、(f^-1(xnc), (xnc-En))の2点を通る直線の式は、
x=((xnc-En)-xn)/(f^-1(xnc)-in)・(i-in)＋ xn
となり、これに、xcn = (xn + xn+1)/2
を代入すると、
x=(((xn + xn+1)/2-En)-xn)/(f^-1((xn + xn+1)/2)-in)・(i-in)＋xn
が求まる
以下、同様に、座標(f^-1(xnc), (xnc-En)、(in+1, xn+1)の２点を通る式は、
x=((xn+1)-(xnc-En))/(in+1 - f^-1(xnc))・(i- f^-1(xnc))＋ (xnc-En)
となり、これに、xcn = (xn + xn+1)/2
を代入すると、
x=((xn+1)-((xn + xn+1)/2-En))/(in+1 - f^-1((xn + xn+1)/2))・(i- f^-1((xn + xn+1)/2))＋ ((xn + xn+1)/2-En)
が求まる。

即ち、例えば、ＣＣＤカメラ１で検出したカメラピクセルアドレス（エッジ位置）ｉａに対応する誤差補間された校正テーブルの座標ｘａが求まる。

したがって、ＣＣＤカメラの幾何学的な設定条件から、真の校正カーブを求めて、校正点テーブルと真の校正カーブの仮想校正点との誤差から、検出したカメラピクセルアドレスの誤差を補間したエッジ位置を求めることが出来る。

（第２の実施形態）
第２の実施形態では、第１の実施形態で説明したエッジ位置検出装置３０の２台を１組として、ステレオ方式で被測定物１３ｂの幅両端部の夫々のエッジ値を測定して、幅を測定する幅測定装置４０について、図６及び図７を参照して説明する。

第２の実施形態が第１の実施形態のエッジ検出装置の各部と同一部分は同一の符号を付してその説明を省略する。第２の実施形態が、第1の実施形態と異なる点は、第１の実施形態では被測定物１３の一方の端部のエッジ位置のみを測定する構成であったが、第２の実施形態は、幅両端部のエッジ位置から幅を測定する構成とした点にある。即ち、校正板１４ａの一対の両端部のエッジ位置を幅基準として設定する。

次に、図６を参照して、幅測定装置４０の構成を説明する。幅測定装置４０は、被測定物１３ｂの両端のエッジ部を予め設定された間隔で設定して撮像する２台１組のＣＣＤカメラ１Ａ、１Ｂと、ＣＣＤカメラ１Ｃ、１Ｄと、被測定物１３ｂの測定基準面ＰＬにおいて、被測定物１３ｂのエッジ位置の測定範囲において複数の幅エッジ基準位置(校正点)を設定する校正板１４ａと、を備える。

また、各ＣＣＤカメラの出力に対応する、夫々のエッジ位置を求める、第１の実施形態で説明した構成と同じ構成のエッジ位置演算部２の４台と、２台１組のＣＣＤカメラの出力から、被測定物１３ｂの夫々の端部の浮上り量ｈを独立して補正する２台１組の浮上り補正演算部３と、２台の浮上り補正演算部２のエッジ位置出力から被測定物１３ｂの幅を求める幅演算部４と、を備える。

また、被測定物１３ｂの下部には下部光源１６ｂを備える。

次に、図７を参照して、幅測定装置４０のＣＣＤカメラの光学設定について説明する。ステレオ方式の１組２台（×２=４台）のＣＣＤカメラ１Ａ、１Ｂ及びＣＣＤカメラ１Ｃ、１Ｄは、破線に示す幅測定位置Ｂをスキャンして被測定物１３ｂの両端部の夫々のエッジ位置を検出し、２台のカメラで２点から立体的に撮像して測定基準面ＰＬからの浮上り量ｈに対する誤差を補正する。

図７（ｂ）に示すように、例えば、ＣＣＤカメラ１Ｂ、ＣＣＤカメラ１Ｃのそれぞれの主レンズ中心間の距離をＬ、ＣＣＤカメラ１Ｃ、ＣＣＤカメラ１ＤＤ間の距離をＬｄとすると、被測定物１３ｂのエッジ位置と各カメラの主レンズ中心位置との距離Ｗｄｓ、Ｗｗｓは各カメラの検出エッジ位置（Ｗｄｓの場合は、Ｗｃ、Ｗｄ）は、ステレオ方式の計測原理から演算で求めることができる。

さらに、このように構成された一方のＷサイドのエッジ位置についてはＣＣＤカメラ１Ａ、及びＣＣＤカメラ１Ｂの光軸Ｃａを測定基準面ＰＬの鉛直方向Ｃに対して、夫々、予め設定された角度θａ、角度θｂ、夫々異なる角度で傾斜させる。

また、他方のＤサイドのエッジ位置についてはＣＣＤカメラ１Ｄ、及びＣＣＤカメラ１Ｃの光軸Ｃａを測定基準面ＰＬの鉛直方向Ｃに対しても同様に、夫々を予め設定された角度θａ、角度θｂ、夫々異なる角度で傾斜させることより、各ＣＣＤカメラのエッジ位置測定範囲Ｗｆ（最小板幅Ｗｍｉｎ〜最大板幅Ｗｍａｘ）において、常に、被測定物１３ｂの端部の下部角Ｄを斜視することが可能となる。

このように被測定物１３ｂを斜視する様の設定することで、被測定物１３ｂのエッジ位置を一定の条件で撮像できるようにするとともに、被測定物１３ｂの下部光源の幅方向の寸法Ｗ_ＢＬを短縮することが可能である。

また、ＣＣＤカメラを斜視する条件に設定しても仮想校正点を増やすことで、校正板１４ｂの幅エッジ基準位置を増やすことなく、誤差補正された幅測定装置を提供することができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、測定基準面の鉛直方向に対して光軸Ｃａを予め設定される角度（θ）傾斜させたＣＣＤカメラを用いて、エッジ位置求めるエッジ位置測定装置、及び幅測定装置において、校正板のエッジ基準位置の設定数を削減して、校正点間のエッジ位置を高精度で補正することが可能なエッジ位置測定装置、幅測定装置、及びその校正方法を提供することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ ＣＣＤカメラ
２ エッジ位置演算部
３ 浮き上がり補正演算部
４ 幅演算部
１３、１３ａ、１３ｂ 被測定物
１４、１４ｂ 校正板
１６、１６ａ、１６ｂ 下部光源
２１ エッジ検出部
２２ エッジ位置座標演算部
２２ａ 校正テーブル
２３ 校正点間補間処理部
２３ａ 仮想交点誤差テーブル
３０ エッジ位置検出装置
４０ 幅測定装置

Claims (8)

1. 被測定物のエッジ部を撮像するＣＣＤカメラと、前記被測定物の測定基準面において、複数のエッジ基準位置を設定するための校正板と、
   前記校正板のエッジ基準位置の撮像信号と、複数のエッジ位置基準位置(校正点)と、を予め対応付けした校正テーブルを備え、前記ＣＣＤカメラの撮像信号から、前記被測定物のエッジ位置を、前記校正テーブルを参照して求めるエッジ位置演算部と、を備えるエッジ位置検出装置であって、
   前記ＣＣＤカメラはラインスキャン形のＣＣＤカメラであって、当該ＣＣＤカメラの光軸は、前記被測定物の測定基準面の鉛直軸に対して予め定める角度傾斜させて、当該ＣＣＤカメラのエッジ位置測定範囲において、前記被測定物の端部下部角を常に撮像するように設定し、
   前記エッジ位置演算部は、前記ＣＣＤカメラの撮像信号からエッジ位置に対応するピクセルアドレスを求めるエッジ検出部と、
   前記校正テーブルを備え、当該校正テーブルを参照して、校正点間の中央位置座標を求めるエッジ位置座標演算部と、
   前記校正点間を結ぶ真の校正カーブを前記ＣＣＤカメラの幾何学的な設定条件に基づいて計算により求め、前記校正点間を結ぶ校正折線と、前記中央位置座標に対応する前記真の校正カーブの仮想校正点座標との差を求め、各校正点間の差を仮想校正点誤差（Ｅｎ）テーブルとして作成しておく校正点間補間処理部と、を備え、
   前記ＣＣＤカメラは、前記被測定物の端部下部角を撮像し、前記エッジ検出部は、撮像した当該端部下部角の撮像信号からピクセルアドレスを求め、
   前記エッジ位置座標演算部は、前記校正テーブルを参照して、前記ピクセルアドレスに対応する測定基準（校正テーブル）座標での２つの校正点を求め、
   前記校正点間補間処理部は、求めた前記ピクセルアドレスに対応する、前記仮想校正点誤差を参照して校正点補間演算を行い補正されたエッジ位置を求め、
   前記エッジ位置検出装置は、前記ＣＣＤカメラで検出したカメラピクセルアドレスに対応する前記被測定物のエッジ位置を、前記校正テーブル及び前記仮想校正点誤差テーブルを参照して、仮想的に校正点を増やしてエッジ位置の測定誤差を軽減するようにしたことを特徴とするエッジ位置検出装置。
2. さらに、前記被測定物の下部に下部光源を備え、当該下部光源の幅方向の寸法は、前記ＣＣＤカメラの視野の延長線の範囲をカバーするようにして、下部光源の幅方向寸法を小さく抑えるようにした請求項１に記載のエッジ位置検出装置。
3. 被測定物の両端のエッジ部を予め設定された間隔で設定して撮像する一対のＣＣＤカメラと、前記被測定物の測定基準面において、前記被測定物のエッジ位置の測定範囲において複数の幅基準位置(校正点)を設定する校正板と、
   前記校正板の幅基準位置の撮像信号と、前記複数の校正点と、を予め対応付けした校正テーブルを備え、
   夫々の前記ＣＣＤカメラの撮像信号から、前記被測定物の幅両端部のエッジ位置を、前記校正テーブルを参照して求めるエッジ位置演算部と、を備え、
   さらに、求めた当該幅両端部のエッジ位置信号から前記被測定物の幅を求める幅演算部と、を備える幅測定装置であって、
   前記ＣＣＤカメラはラインスキャン形のＣＣＤカメラであって、当該ＣＣＤカメラの光軸は、前記被測定物の測定基準面の鉛直軸に対して予め定める角度傾斜させて、当該ＣＣＤカメラのエッジ位置測定範囲において、前記被測定物の下部角を常に撮像するように設定し、
   前記エッジ位置演算部は、前記ＣＣＤカメラの撮像信号からエッジ位置に対応するピクセルアドレスを求めるエッジ検出部と、
   前記校正テーブルを備え、当該校正テーブルを参照して、校正点間の中央位置座標を求めるエッジ位置座標演算部と、
   前記校正点間を結ぶ真の校正カーブを計算により求め、前記校正点間を結ぶ校正折線と、
   前記中央位置座標に対応する前記真の校正カーブの仮想校正点座標との差を求め、各校正点間の差を仮想校正点誤差（Ｅｎ）テーブルとして作成しておく校正点間補間処理部と、を備え、
   夫々の前記ＣＣＤカメラは、前記被測定物の幅両端部下部角を撮像し、前記エッジ検出部は、撮像した当該端部下部角の撮像信号からピクセルアドレスを求め、
   前記エッジ位置座標演算部は、前記校正テーブルを参照して、前記ピクセルアドレスに対応する測定基準（校正テーブル）座標での２つの校正点を求め、
   前記校正点間補間処理部は、求めた前記ピクセルアドレスに対応する、前記仮想校正点誤差テーブルを参照して校正点補間演算を行って補正されたエッジ位置を求め、
   エッジ位置検出装置は、前記ＣＣＤカメラで検出したカメラピクセルアドレスに対応する前記被測定物のエッジ位置を、前記校正テーブル及び前記仮想校正点誤差テーブルを参照して、仮想的に校正点を増やして補正されたエッジ位置を求め、前記幅演算部は、補正された一対のエッジ位置から前記被測定物の幅を求めるようにしたことを特徴とする幅測定装置。
4. さらに、前記被測定物の下部に下部光源を備え、当該下部光源の幅方向の寸法は、前記ＣＣＤカメラの視野の延長線の範囲をカバーするようにして、下部光源の幅方向寸法を小さく抑えるようにした請求項３に記載の幅測定装置。
5. 前記被測定物の両端のエッジ部を予め設定された間隔で設定して撮像する一対の一方の端部のエッジ位置検出装置は、２台の前記ＣＣＤカメラと、当該２台のＣＣＤカメラの光軸は、前記被測定物の測定基準面の鉛直軸に対して予め定める異なる角度傾斜させて、当該ＣＣＤカメラのエッジ位置測定範囲において、前記被測定物の端部下部角を常に異なる角度で撮像し、
   前記２台のＣＣＤカメラの夫々のエッジ位置を求める２台の前記エッジ位置演算部と、
   更に、求めた２つのエッジ位置信号により、前記被測定物の浮き上がり量を補正する浮上り補正演算部と、
   を備え、
   前記幅測定装置は、前記エッジ位置を高精度で求めるとともに、前記被測定物の浮き上がり量を補正するようにしたことを特徴とする請求項３に記載の幅測定装置。
6. 被測定物のエッジ部を撮像するＣＣＤカメラと、前記被測定物の測定基準面において、複数のエッジ基準位置を設定するための校正板と、前記校正板のエッジ基準位置の撮像信号と、複数のエッジ位置基準位置(校正点)と、を予め対応付けした校正テーブルを備え、前記ＣＣＤカメラの撮像信号から、前記被測定物のエッジ位置を、前記校正テーブルを参照して求めるエッジ位置演算部と、を備えるエッジ位置検出装置の校正方法であって、
   前記ＣＣＤカメラはラインスキャン形のＣＣＤカメラであって、当該ＣＣＤカメラの光軸は、前記被測定物の測定基準面の鉛直軸に対して予め定める角度傾斜させて、当該ＣＣＤカメラのエッジ位置測定範囲において、前記被測定物の端部下部角を常に撮像するように設定し、
   前記エッジ位置演算部は、前記ＣＣＤカメラの撮像信号からエッジ位置に対応するピクセルアドレスを求めるエッジ検出部と、前記校正テーブルを備え、当該校正テーブルを参照して、校正点間の中央位置座標を求めるエッジ位置座標演算部と、前記校正点間を結ぶ真の校正カーブを計算により求め、前記校正点間を結ぶ校正折線と、前記中央位置座標に対応する前記真の校正カーブの仮想校正点座標との差を求め、各校正点間の差を仮想校正点誤差（Ｅｎ）テーブルとして作成しておく校正点間補間処理部と、を備え、
   前記ＣＣＤカメラは、前記被測定物の端部下部角を撮像し、前記エッジ検出部は、撮像した当該端部下部角の撮像信号からピクセルアドレスを求め、
   前記エッジ位置座標演算部は、前記校正テーブルを参照して、前記ピクセルアドレスに対応する測定基準（校正テーブル）座標での２つの校正点を求め、
   前記校正点間補間処理部は、求めた前記ピクセルアドレスに対応する、前記仮想校正点誤差を参照して校正点補間演算を行い補正されたエッジ位置を求め、
   前記エッジ位置検出装置は、前記ＣＣＤカメラで検出したカメラピクセルアドレスに対応する前記被測定物のエッジ位置を、前記校正テーブル及び前記仮想校正点誤差テーブルを参照して、仮想的に校正点を増やしてエッジ位置の測定誤差を軽減するようにしたことを特徴とするエッジ位置検出装置のエッジ位置の校正方法。
7. 被測定物の両端のエッジ部を予め設定された間隔で設定して撮像する一対のＣＣＤカメラと、前記被測定物の測定基準面において、前記被測定物の両端部のエッジ位置の測定範囲において、当該両端部間の複数の幅エッジ基準位置(校正点)を設定する１枚の校正板と、
   前記校正板の両端部のエッジ基準位置の撮像信号と、前記複数の校正点と、を予め対応付けした校正テーブルを備え、
   夫々の前記ＣＣＤカメラの撮像信号から、前記被測定物の両端部のエッジ位置を、前記校正テーブルを参照して求めるエッジ位置演算部と、を備え、
   さらに、求めた当該両端部のエッジ位置信号から前記被測定物の幅を求める幅演算部と、
   を備える幅測定装置の校正方法であって、
   前記ＣＣＤカメラはラインスキャン形のＣＣＤカメラであって、当該ＣＣＤカメラの光軸は、前記被測定物の測定基準面の鉛直軸に対して予め定める角度傾斜させて、当該ＣＣＤカメラのエッジ位置測定範囲において、前記被測定物の下部角を常に撮像するように設定し、
   前記エッジ位置演算部は、前記ＣＣＤカメラの撮像信号からエッジ位置に対応するピクセルアドレスを求めるエッジ検出部と、
   前記校正テーブルを備え、当該校正テーブルを参照して、校正点間の中央位置座標を求めるエッジ位置座標演算部と、
   前記校正点間を結ぶ真の校正カーブを計算により求め、前記校正点間を結ぶ校正折線と、
   前記中央位置座標に対応する前記真の校正カーブの仮想校正点座標との差を求め、各校正点間の差を仮想校正点誤差（Ｅｎ）テーブルとして作成しておく校正点間補間処理部と、を備え、
   夫々の前記ＣＣＤカメラは、前記被測定物の両端部下部角を撮像し、前記エッジ検出部は、撮像した当該端部下部角の撮像信号からピクセルアドレスを求め、
   前記エッジ位置座標演算部は、前記校正テーブルを参照して、前記ピクセルアドレスに対応する測定基準（校正テーブル）座標での２つの校正点を求め、
   前記校正点間補間処理部は、求めた前記ピクセルアドレスに対応する、前記仮想校正点誤差テーブルを参照して校正点補間演算を行って補正されたエッジ位置を求め、
   エッジ位置検出装置は、前記ＣＣＤカメラで検出したカメラピクセルアドレスに対応する前記被測定物のエッジ位置を、前記校正テーブル及び前記仮想校正点誤差テーブルを参照して、仮想的に校正点を増やして補正されたエッジ位置を求め、前記幅演算部は、補正された一対のエッジ位置から前記被測定物の幅を求めるようにしたことを特徴とする幅測定装置の校正方法。
8. 前記真の校正カーブは、前記ＣＣＤカメラの幾何学的な設定条件に基づいて、前記校正テーブルの座標と、前記ＣＣＤカメラのピクセルアドレス（座標）との座標変換関数を用いて求めるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のエッジ位置検出装置。

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