JPH01242906A - 光切断法における線化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、光切断法における線化処理の方法に関する。

［従来の技術］ 物体の形状を、その物体に触れることなく３次元測定す
る手段として光切断法がある。

この場合、線状光源を必要とし、それを得る手段として
、レーザ光源を柱状レンズに通し帯状光源とする方法、
あるいはレーザ光源をミラーに当てて反射させ、このミ
ラーを回転または振動させることによって時間的経緯よ
り帯状光源とする方法等が採られる。

このような場合、被測定物の照射された光はある有限の
幅を持つ光帯となる。光切断法においては、この光帯の
幅が零の線状となるのが望ましいが、このことは、物理
的に不可能であり、よりて複数の撮像素子にまたがるこ
とは不可避である。

従っである幅をもつ光帯から線を特定する処理、すなわ
ち線化が必要である。

これを解決する手段として、例えば特開昭６２−２１０
１１がある。これは、測定対象物に投射するスリット光
の強度を段階的に変化させて撮像し、得られる複数の画
像データの中から最も明るい撮像画像点を代表値として
検出し、これを特定のアドレスに対応させ各々の点を結
ぶことによって線化し、これを処理することで、３次元
形状情報の測定を行なうものである。

〔発明が解決しようとする課題］ 特開昭６２−２１０１１の場合、認識された光切断線の
各点が特定のアドレスとして対応づけられるため、量子
化誤差を生じることは避けられない。よって、この誤差
を減少するために、前記撮像素子の素子数を多く採るか
、または、カメラを被測定物体に近づけ一素子あたりの
分解能を小さくする方法を採るのが従来の手段であった
。

しかし、撮像素子の素子数を多く採ると、画素数がその
分だけ多くなり、よって画像処理に必要とされる画像記
憶装置の記憶容量が大きくなり非常に高価となるばかり
でなく、画像処理時間が膨大となり実用的でない。また
撮像素子の数には制限があるため、誤差を小さくするに
も限界があった。

また、カメラを被測定物体に近づけた場合は、視野が狭
くなり、よって測定範囲が狭くなるため、同時に広範囲
の測定が不可となり、光切断法による測定の長所である
広範囲同時測定を生かすことかできなかった。

以上の点から、光切断法による３次元物体の寸法測定は
、高精度に、かつ短時間に測定することは、適当でない
とされていた。

さらに、特開昭６２−２１０１１の場合、３段階に分け
て撮像するため、多くの撮像時間、信号処理時間を要し
ていた。

［３題を解決するための手段］ 本発明の光切断法における線化方法は、その目的を達成
するために、ほぼ一定の強度分布を持つ細長い光帯を被
測定物の表面に照射し、撮像素子がマトリックス状に配
列され、入射光量と出力値かほぼ比例する固体撮像装置
により被測定物表面上の光帯照射像を撮像して被測定物
の形状を測定する方法において、光帯の像を横切る素子
行列の列ごとに出力値の重心点を求め、素子行列の行方
向に沿って面記重心点を順次結ぶことを特徴としている
。

固体撮像装置として、ＣＣＤ型イメージセンサ、ＭＯ３
型イメージセンサその他のエリアセンサが用いられる。

光帯の撮像に際し、素子行列の列が光帯像を直角に横切
る必要はなく、斜めに横切ってもよい。出力の重心点は
、素子行列の列方向に沿う出力分布の平均値を示す位置
を表わしている。重心点を求めるには、アナログ出力値
をデジタル値に変換したのち、コンピュータにより演算
する。また、コンピュータの演算により隣り合う重心点
を直線で結んで重心点の連結を行う。なお、各重心点の
間の座標値は公知の直線近似法で求めることができる。

これらの結果はモニターテレビに表示、プロッタに図形
出力、または磁気ディスクその他に記録するなどする。

［作用］ 重心点を結ぶことにより、光帯に沿った被測定物の輪郭
線が得られる。重心点およびこれを結ぶ線の大きさおよ
び幅は、それぞれ零と見なすことができるために、被測
定物の形状は細かな線で精密に描かれる。

［実施例］ 以下、図面を参照しながら、実施例により本発明の特徴
を具体的に説明する。

第１図は本発明実施例の装置構成を示す概略図である。

図に示すように、レーザ光源１より下方に向けて出力さ
れた光ビームは、例えば柱状レンズ２等によりある幅を
持つ光帯に変換される。その光帯は、被測定物３に投影
されレーザ光源１の光に対しｊ′方向に異なった角度に
設置されたテレビカメラ４の、配列要素を持つ撮像素子
、例えばＣＣＤ電荷転送撮像素子（以下ＣＣＤ　ＪＭ像
毒素子称す）上に結像する。この場合、カメラの位置が
レーザ光源の光軸に対しｊ′方向に異なった角度に設置
しておけば、被測定物体３に照射されたレーザ光帯のＣ
ＣＤ撮像素子上の結像像は、被測定物体３表面の凹凸に
対応することになり、このＣＣＤ撮像素子の出力信号を
処理することで３次元物体の形状測定を可能とする。

以上は、光切断法を呼ばれる公知の技術である。

しかしながら、＋ｆｆｆｆ螢光帯る幅を持つためにＣＣ
Ｄ素子上にもある幅をもって結像し、以下に述へるよう
な方法を用いない場合は、府に述べたような問題を生じ
る。

さて、撮像素子上の出力信号は、アナログ・ディジタル
変換器（以下Ａ／Ｄ変換と称す）５でマトリックス状に
配列されたＣＣＤ素子全ての素子アナログ信号出力につ
いてディジタル信号に変換される。このディジタル変換
出力信号は、画像フレームメモリー６に一画面分蓄積さ
れる。その出力を重心（″Ｒ算比出力装置７、以下に述
へる方法で重心値として求めることにより、前記レーザ
光帯がある一定幅を持っていても、前記問題を生しるこ
となく線化することを可能ならしめている。

以下、第２図に従って線化の方法を詳細に説明する。第
２図（ａ）は、第１図のＣＣＤカメラ４のＣＣＤ素子上
に結像したある一部分を模式的に示したもので、ｉはＣ
ＣＤ素子上の水平方向の番号（列番号）を表わし、破線
はＣＣＤ素子か受光したことによりＣＣＤ信号出力か生
じるか否かの境界線を表わしている。従って、図中の２
本の破線の内側全てのＣＣＤ素子は、レーザ光帯直交方
向の光強度分布が正規分布を成すために、第２図（ｂ）
に示すような、ほぼレーザ光帯の結像光に対応したほぼ
正規分布に近い信号強度分布をもつ。

ここで、今、第２図（ａ）の各ＣＣＤ素子について順次
ｉ番目毎に、ｊ　（列）方向のＣＣＤ各素子の信号出力
を、第１図の変換器５でディジタル信号に変換し、各々
をフレームメモリー６に記録すれば、上記操作が完了し
た時、フレームメモリー６には、ＣＣＤ各素子が受光し
た受光強度に比例したディジタル値としてｉ。ｘＪｎの
配列に記録されることになる。このフレームメモリー６
に記録された受光強度に比例した信号出力は、重心演算
出力装置７により、（＋）式に従って各ｉ番目毎の重心
値Ｇ１として出力される。

ｉｎ Σ（ｊＸｆｊ） Ｊ：１ Ｊ＋１ 但し、ｉｎ、ｊｎ：ＣＣＤ素子横方向および縦方向の素
子行列の番号の最大値 ｆｊ：各ＣＣＤ素子受光強度に比例し たディジタル信号出力値 以上より、被測定物に照射されたある幅をもつ光帯の各
点における中心位置を正確に決定することができる。

この重心値Ｇ（（ｉ＝１〜＋ｎ）の算出結果を１から１
゜番目まで連続的に結べば、前記量子化誤差を生じるこ
となく線化ができる。なお、第２図の場合のＣＣＤ素子
上の受光光帯の撮像光の方向は、ｉ　（行）方向すなわ
ち横方向に並んでいるが、これが斜め方向である場合に
おいても、そのために特別な手段をとることなく前記と
同様な処理を行なえば、斜め方向の重心位置を求めるこ
とになり、前記と同様に線化ができる。また、前記撮像
光の方向がｊ方向すなわち縦方向に並んでいても、あら
かじめそれか縦方向に並んでいると認識できておればｉ
をｊに、ｉｎをｊ。と置き換えることで、同様に線化が
できる。

［発明の効果］ 第３図は、被測定物のある点を基準として一定方向に移
動させた時の、真値に対する光切断法による従来法と本
発明の方法のそれぞれの測定値の比較結果を部分的に拡
大して表わした一例で、本発明の効果を知ることができ
る。

以上に説明したように、本発明によれば、−回の撮像の
みで従来より短時間に、正確な、かつ安価な光切断法に
よる３次元寸法測定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の装置構成を示す概略図、第２
図（ａ）は第１図のＣＣＤカメラのＣＣＤ素子上に結像
したある一部分を示した模式図、第２図（ｂ）は第２図
（ａ）に示す撮像素子Ａ−Ａ’上の受光強度分布を示す
線図、および第３図は従来法と本発明の方法との測定値
の比較結果を示すグラフである。 １・・・レーザ光源、２・・・柱状レンズ、３・・・被
測定物、４・・・テレビカメラ、５・・・アナログ・デ
ジタル変換器、６・・・フレームメモリー、７・・・重
心演算出力装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ほぼ一定の強度分布を持つ細長い光帯を被測定物の表面
   に照射し、撮像素子がマトリックス状に配列され、入射
   光量と出力値がほぼ比例する固体撮像装置により被測定
   物表面上の光帯照射像を撮像して被測定物の形状を測定
   する方法において、光帯の像を横切る素子行列の列ごと
   に出力値の重心点を求め、素子行列の行方向に沿って前
   記重心点を順次結ぶことを特徴とする光切断法における
   線化方法。