JPH02271209A - 三次元表面形状判別装置 - 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、三次元表面形状判別装置に関し、特に細線状
のレーザー光を照射せしめた物体の表面をテレビカメラ
にて撮像し、該テレビカメラから得られる映像信号中の
前記レーザー光の映像信号を用いて物体の表面の形状を
判別する三次元表面形状判別装置に関する。

（従来の技術） 物体の表面形状を判別する装置として、たとえばテレビ
カメラで物体の表面を撮影し、このテレビカメラから得
られる映像信号を画像処理し、物体の表面形状を判別す
る装置は数多く知られている。

また、表面形状の検査、例えば彫刻物の表面状態の検査
などに「光切断法」が用いられている。

この「光切断法」は、幅の狭い直線的なレーザー光（ス
リット光）を検査物体の表面に照射しておき、このレー
ザー光を照射せしめた物体の表面を、光源とは異なる位
置に配置したテレビカメラにて撮像し、部品を取り付け
た基板表面に投影されたスリット光の位置と部品の頂部
に投影されたスリット光の位置との距離差により部品の
基板からの高さを測定するが、このような方法を用いて
基板上の物品の位置、高さ部品の取り付は方向を判別す
る従来例として、たとえば特開昭６１−７６９０３号公
報に記載された部品検査装置を挙げることができる。

（発明が解決しようとする課題） 上述の如き特開昭６１−７６９０３号公報に記載されて
いる部品検査装置は、まず、スリット光を照射せしめた
物体の表面をテレビカメラにて撮像し、この撮像操作で
得られた１フレ一ム分の画像信号全部を−Ｈフレームメ
モリに記憶せしめておく。そして記憶せしめた後で該フ
レームメモリからＸ軸方向１ライン分ずつ画像データを
読み出し、この１ライン分の画像データを逐次画像処理
している。このため、テレビ画面１画面分を記憶させる
大きなフレームメモリが必要となるほか、該大きなフレ
ームメモリに画像データを記憶させ、かつ１ライン分ず
つ読み出す回路が煩雑となるほか、処理時間も多くかか
るという不都合がある。

本発明は上述のような従来の不都合を解消しようとする
もので、その目的は、光切断法を用いた表面形状判別装
置において、画像処理速度を向上せしめるとともにメモ
リを含むハードウェアを従来装置より簡単な構成とする
ような三次元表面形状判別装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上述の如き本発明の目的を達成するために、本発明は、
被検査物表面に照射した線状の光線を撮影した画像信号
から該被検査物表面形状を検査する三次元表面形状判別
装置において、被検査物表面の基準線位置にスリット状
の光線を照射する光源と、該光源とは異なる位置から被
検査物表面に照査されたスリット状の光線を撮像する撮
像手段と、該撮像手段から得られた画像を走査する走査
手段と、該走査して得られる輝度データを順次走査線単
位で比較して前記画像での最大輝度位置を判別する判別
手段と、前記最大輝度位置データから被検査物表面の基
準線位置の高さデータを計測する計測手段とを有する三
次元表面形状判別装置が提供され、更に上記被検査物表
面の基準縁位置を順次移動せしめて該基準線位置毎に被
検査物表面検査を実行する繰り返し手段を有し、被検査
物表面の所定エリアの表面形状を判別する三次元表面形
状判別装置が提供される。しかも、被検査物の表面が傾
斜していてスリット状の光線の巾が広がって、最大輝度
位置データが複数本の走査線にまたがるような時には、
該走査線アドレスを平均化する平均化手段を有するもの
である。

（作用） 被検査物表面の基準線位置にスリット状の光線を照射し
、スリット状の光線を発する光源とは異なる位置から被
検査物表面に照査された光線を撮像する。該撮像手段か
ら得られた画像を走査して得られる輝度データを順次走
査線単位で比較し、前記画像での最大輝度位置を見出す
、そして得られた最大輝度位置データから被検査物表面
の基準線位置の高さデータを計測する。更に上記被検査
物表面の基準線位置を順次■３動せしめて該基準線位置
毎に被検査物表面検査を実行する動作を繰り返し、被検
査物表面の所定エリアの表面形状を判別する。もし被検
査物の表面が傾斜していてスリット状の光線の巾が広が
って、最大輝度位置データが複数本の走査線にまたがる
ような時には、該走査線アドレスを平均化する平均化手
段を有するものである。

（実施例） 次に本発明の一実施例を、図面を用いて詳細に説明する
。

第１図は、本発明の概略ブロック図である。第１図にお
いて、１０は半導体レーザーからなる光源である。該光
源の下部には、シリンドリカルレンズからなる直線偏光
部１２が配設され、半導体レーザーから発せられる点光
源はシリンドリカルレンズにより直線的な光線（スリッ
ト光）に偏光される。直線偏光部１２により直線的に偏
光された光線は光源の真下に配設された被検査物１４の
表面に投射される。第１図において１６は被検査物１４
上に投射された光線の光跡である。該被検査物１４はＸ
方向及びＹ方向に平面的に８動自在なＸＹテーブル１８
上に固定されている。２０は光源１０とは異なる位置に
配置された撮像部であり、１画面をＸ方向及びＹ方向に
平面走査するテレビカメラからなる。この撮像部２０は
被検査物１４の上面にある検査表面１４゛に投影されて
いる光線の光跡に対して斜め４５°上方に配設されて該
光跡を撮像し、被検査物１４の表面形状の情報を電気信
号に変換する。２２は撮像部２０を高速同期で駆動する
高速外部同期回路、２４は撮像部２０により得た被検査
物１４の表面形状のアナログ電気信号をデジタルの電気
信号に変換するＡ／Ｄ変換器、２６はＡ／Ｄ変換器２４
がら得られるデジタルの画像データを基に被検査物１４
上面の表面形状データを得る重心測定部で、詳細な構成
は後述する。２８は重心測定部２６から得られる表面形
状データ及び、ＸＹテーブルから得られる座標データを
各条件により検査を行う検査回路であり、詳細な構造は
後述する。

次に上記のうち、高速外部同期回路２２、重心測定部２
６の詳細な構成を説明する。

高速外部同期回路２２は、撮像部２０に取り込まれた検
査表面１４°の画像を走査する走査信号を作成し、該走
査信号で撮像部２０のテレビカメラを水平方向と垂直方
向に走査して、所定の画像信号を得る。ただ、この高速
外部同期回路２２は通常のテレビカメラのように撮像部
２０に取り込まれた検査表面１４゛の画面全部を第２図
に示すように左上部から右最下部まで限なく走査するも
のではなく、第３図に示すように、撮像部２０に取り込
まれた検査表面１４°の画面のうち、Ｙ方向の必要な領
域のみ走査する。この領域の広さは、被検査物１４の表
面粗さによって決定する。

重心測定部２６は、第４図に詳細に示すように、最大輝
度レベル格納メモリ３０、最大Ｙ軸アドレス格納メモリ
３２、同輝度カウント数格納メモリ３４を有している。

該最大輝度レベル格納メモリ３０には、比較回路３６が
付属しており、最大Ｙ軸アドレス格納メモリ３２には演
算回路３８．４０とマルチプレクサ４２が付属しており
、同輝度カウント数格納メモリ３４にはマルチプレクサ
４４が付属している。

最大輝度レベル格納メモリ３０にはＡ／Ｄ変換器２４か
ら出力されるデジタルの画像データ（ＡＩ度リレベルが
入力される。そしてこのメモリの容量は、Ｘ軸アドレス
の最大値と同じの最大アドレスを持フており、Ｘ軸アド
レスに対応した画像データの輝度レベルの最大値を格納
する。

最大Ｙ軸アドレス格納メモリ３２はＸ軸アドレスに対応
した最大輝度レベルのあるＹ軸アドレスが格納される。

最大輝度レベルが１ラインだけの場合はそのＹ軸アドレ
スが格納され、最大輝度レベルが複数ラインに亙る場合
は中心のＹ！１！［ｌｌアドレスが格納される。最大輝
度レベル格納メモリ３゜が更新される場合は最大Ｙ軸ア
ドレス格納メモリ３２も現在のＹ軸アドレスに更新され
る。但し、最大輝度レベル格納メモリ３ｏのデータと画
像データが等しい時は同輝度カウント数格納メモリ３４
のデータ値の１／２を現在のＹ軸アドレスから減算した
値で更新される。

同輝度カウント数格納メモリ３４はＹ軸方向に同輝度が
連続した場合のライン数を格納するメモリである。最大
輝度レベル格納メモリ３０に格納されている画像データ
とＡ／Ｄ変換器２４から出力される画像データとが等し
い時には、同輝度カウント数格納メモリ３４のデータが
数値”１″だけインクリメントされ、それ以外の時はク
リアされる。

次に本発明の三次元表面形状判別装置の動作を説明する
。

ここで説明を簡単にするため、ＸＹテーブル１８はＸ方
向のみ８動するものとし、さらに該ＸＹテーブル１８が
第１図に示す位置に見掛は上停止しているものとして説
明を行う。そしてＸＹテーブル１８上に載置された被検
査物１４０表面に投影された直線的な光線の位置Ｘ１を
基準線位置とし、ここに投影された細長い線部分を被検
査領域とする。

このような状態にある被検査物１４付近を撮像部２０に
て撮像した場合、該撮像部２０の撮像管の撮像面には、
第２図に示すような映像が写し出される。本発明に掛る
三次元表面形状判別装置では撮像面全面を走査すること
なく、第３図に示すように、画像面のうちの必要部分（
第３図において実線にて囲んだ部分）のみを第５図に示
すようにｎ＋１木の走査線で走査する。

まず、第５図に示すように、Ｙ軸アドレス”０“番地指
定のアドレス信号が水平同期信号として高速外部同期回
路２２から出力され、その出力は撮像部２０、Ａ／Ｄ変
換器２４、重心測定部２６に送られる。これと同時に該
高速外部同期回路２２からはＸ軸アドレス信号が°°０
°゛から”５１１”まで順次出力される。このため、撮
像部２０ではまずＹ軸アドレス”０″番地目の１ライン
分について走査を開始し、このアナログの画像データは
Ａ／Ｄ変換器２４でデジタル信号に変換された後、最大
輝度レベル格納メモリ３０に送られる。該最大輝度レベ
ル格納メモリ３０には、高速外部同期回路２２からＸ軸
アドレス信号が久方されているため、Ａ／Ｄ変換器２４
を通フて撮像部２０から送られてくる輝度レベルを示す
画像データは順次Ｘ＠”０”番地目から”５１１”番地
までに記憶される。しかしながら、第６図に示すように
、Ｙ軸アドレス”０”番地のＹ＠線上には輝線が無いの
で、Ａ／Ｄ変換器２４から出力される画像データ（輝度
レベル）は″０”である。

Ｙ軸アドレス”０”番地の走査が終了すると、次はＹ軸
アドレス”１”番地指定のアドレス信号が水平同期信号
として高速外部同期回路２２から出力され、Ｙ軸アドレ
ス゛°０”番地と同様な走査が行われる。

このような操作が繰り返されて第１０番目を走査した時
、該走査線上には輝線が存在しているため、高輝度レベ
ルの画像データがＡ／Ｄ変換器２４から出力される。こ
れと同時に、最大輝度レベル格納メモリ３０からは記憶
内容が順次読み出され、比較回路３６に送られ、この信
号はＡ／Ｄ変換器２４から出力される画像データと順次
該比較回路３６で比較される。そして、前回記憶された
ものよりも高輝度レベルにある所のみ最大輝度レベル格
納メモリ３０に内容が更改される。すなわち、第６図に
示すように、Ｘ軸第”０”番地目からＸ軸第”１００“
番地目及びＸ軸第”３５０”番地目からｘ＠第”５１１
”番地目までの記憶内容が更改される。

一方、高速外部同期回路２２から出力されるＸ軸アドレ
ス信号は、最大Ｙ軸アドレス格納メモリ３２にも送られ
る。このため、最大輝度レベルを示す各Ｘ軸アドレス部
分には、そのＹ！ｌ１ＩＩ！アドレス位置が記憶される
。すなわち、輝線の存在するＸ軸第″０“番地目からＸ
軸第”ｉｏｏ”番地目及びＸ軸第”３５０“番地目から
Ｘ＠第”５１１“番地目までにＹ軸アドレス位置が記憶
される。

Ｙ軸アドレス”　１０”番地の走査が終了すると、最大
Ｙ軸アドレス格納メモリ３２の記憶内容が確定する。

このような動作が終了すると、次はＹ軸アドレス”　１
１”番地指定のアドレス信号が水平同期信号として高速
外部同期回路２２から出力され、Ｙ軸アドレス”　１０
°°番地と同様な走査が行われる。しかしながら、第１
１番目のＹＩＩ１１位置には輝線が存在しないので、最
大輝度レベル格納メモリ３０及び最大Ｙ軸アドレス格納
メモリ３２の記憶内容は更改されない。

再度このような操作が繰り返されて第２０番目を走査し
た時、該走査線上には輝線が存在しているため、高輝度
レベルの画像データがＡ／Ｄ変換器２４から出力される
。これと同時に、最大輝度レベル格納メモリ３０からは
記憶内容が順次読み出され、比較回路３６に送られ、こ
の信号はＡ／Ｄ変換器２４から出力される画像データと
順次該比較回路３６で比較される。そして、前回記憶さ
れたものよりも高輝度レベルにある所のみ最大輝度レベ
ル格納メモリ３０に内容が更改される。すなわち、第６
図に示すように、Ｘ軸第″１００”番地目からＸ軸第”
３５０”番地目までの記憶内容が更改される。

一方、高速外部同期回路２２から出力されるＸ軸アドレ
ス信号は、最大Ｙ軸アドレス格納メモリ３２にも送られ
る。このため、最大輝度レベルを示す各Ｘ軸アドレス部
分には、そのＹ軸アドレス位置が記憶される。すなわち
、輝線の存在するＸ軸第”１００”番地目からＸ軸第”
３５０”番地目までにＹ＠アドレス位置が記憶される。

このような動作が終了すると、次はＹ軸アドレス°゛２
１”番地指定のアドレス信号が水平同期信号として高速
外部同期回路２２から出力され、Ｙ軸アドレス”２０″
番地と同様な走査が行われる。しかしながら、第２１番
目のＹ軸位置には輝線が存在しないので、最大輝度レベ
ル格納メモリ３０及び最大Ｙ軸アドレス格納メモリ３２
の記憶内容は更改されない。

このような走査がＹ軸第４０番地まで続き、Ｙ軸方向の
走査が終了する。こののち最大Ｙ軸アドレス格納メモリ
３２の記憶内容は検査回路２８に送られ該検査回路２８
の記憶回路に記憶される１本の細長い線部分からなる被
検査領域の表面形状の測定が終了する。

検査回路２８では、重心測定部２６から送られたデータ
を元に、被検査物表面の細長い１木の被検査領域の形状
データを得る。すなわち、第６図を参照して、Ｙ軸　ア
ドレス”　１０”の走査線位置が基準線位置であり、Ｙ
軸　アドレス″’ｉｏ”からＹ軸　アドレス゛°　２０
”までの間隔が、Ｘ軸　アドレス”　１００”からＸ軸
　ア　ドレス”３５０”までの高さ情報となる（第７図
（ａ）参照）。なお、最大輝度が検知されたＸ釉アドレ
ス信号は同輝度カウント数格納メモリ３４に送られ、該
同輝度カウント格納メモリ３４の最大輝度を示す番地に
は数値″０”が記↑、９される。

このような１画面の走査動作が終了すると、ＸＹテーブ
ル１８はＸ軸方向に少し８勅し、ＸＹテーブル１８上に
載置された被検査物１４の表面に投影された直線的な光
線の位置Ｘｉ（基準線位置）を以前の位置より移動せし
める。そして、上記と同様な走査動作が繰り返して実行
され、隣接する次の細長い線部分からなる被検査領域の
検査が行われる。

このような細長い線部分からなる被検査領域の検査を所
定領域にわたって行い、該所定領域の高さ情報を得る。

次に被検査物の表面が傾斜しており、光跡１６の巾が広
がり、その巾が複数本の走査線にまたがるような場合の
データ処理について説明する。

上述の如く、光跡の巾が広がっており、Ａ／Ｄ変換器２
４から出力された画像データが、前回の検査領域の検査
時と同じ値であったとする。すなわち、入力された画像
データと、前回の画像データが最大輝度レベル格納メモ
リ３０から読み出された画像データと比較回路３６で比
較され、これらが等しい時、該比較回路３６から等値信
号が出力される。この信号により、マルチプレクサ４４
は”＋１インクリメント側”に切り変り、同輝度カウン
ト数格納メモリ３４を＋１インクリメントするとともに
、該同輝度カウント数格納メモリ３４から読み出された
値は演算回路３８で１／２され、最大Ｙ軸アドレス格納
メモリ３２に人力されるＹ軸アドレスから該１／２され
た値が演算回路４０で減算され、その値が最大Ｙ軸格納
メモリ３２に格納される。このような処理を実行するこ
とにより、例えば第７図（ｂ）に示すように、最大輝度
を示すＹ軸アドレスが連続した場合には、それら複数本
にまたがるＹ軸アドレスの中心値を最大輝度のＹ軸アド
レスとすることができる。

上述の如き検査動作が被検査物１４の先頭から最後端位
置まで実行され、−被検査物の表面形状の測定が終了す
る。なお、最大Ｙ軸アドレス格納メモリ３２から出力さ
れた高さデータ、及び該高さデータの測定を行なった時
のＸＹテーブルの座標が検査回路２８に送られ、周知の
画像処理が行われて、被検査物表面の傷の位置、深さな
どを調べ、必要によってはＣＲＴ画面に被検査物表面の
形状を表示させるなどの処理が実行される。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明は、被検査物表面の
基準線位置に線状光線を照射し、線状光線を発する光源
とは異なる位置から被検査物表面に照査された光線を撮
像するとともに、該撮像手段から得られた画像を走査し
て得られる輝度データを順次走査線単位で比較している
ので、従来装置のように、撮像手段にて得られる１画面
を全部記憶する大規模なフレームメモリが不要となるほ
か、従来装置のように、撮像手段にて得られる画像デー
タを一旦フレームメモリに記憶させ、該記憶内容を再度
読み出して画像処理を行うような手間はなく、撮像手段
から得られる画像データをリアルタイムで処理している
ので、画像処理時間が従来の表面検査装置に比べて大幅
に短縮される。

さらに、画像内での最大輝度位置を見出し、得られた最
大輝度位置データから被検査物表面の基準線位置の高さ
データを計測するように構成しているので、ノイズ分が
除去され、正確な高さデータを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の概略構成ブロック図、第２図及び第３
図は画像内のスリット光の光跡を示す平面図、第４図は
重心測定部の詳細を示すブロック図、第５図は各部のタ
イムチャート、第６図は本発明実施例の画像内のスリッ
ト光の光跡を示す平面図、第７図（ａ）、（ｂ）は最大
輝度レベルの位置説明図である。 １０・・・光源、１２・・・直線偏光部、１４・・・被
検査物、１４′・・・検査表面、１６・・・光跡、１８
・・・ＸＹテーブル、２０・・・撮像部、２２・・・高
速外部同期回路、２４・・・Ａ／Ｄ変換器、２６・・・
重心測定部、２８・・・検査回路、３０・・・最大輝度
レベル格納メモリ、３２・・・最大Ｙ軸アドレス格納メ
モリ、３４・・・同輝度カウント数格納メモリ、３６・
・・比較回路、３８・・・演算回路、４０・・・演算回
路、４２・・・マルチプレクサ、４４・・・マルチプレ
クサ、ｘｌ・・・基準線位置。 特許比願人　　株式会社　ファモス 代　　理　　人　　　弁理士　　辻　　　　　實□Ｘ軸
力向 Ｌ、、−、、−−−−−一−−−−−−−、−Ｊ第４図 τ 沿 ヨで ン 第６図 □Ｘ軸方向 第７図 （ｃＬ）＜　ｂ　）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）被検査物表面に照射したスリット状の光線を撮影
   した画像信号から該被検査物表面形状を検査する三次元
   表面形状判別装置において、被検査物表面の基準線位置
   にスリット状の光線を照射する光源と、該光源とは異な
   る位置から被検査物表面に照査されたスリット状の光線
   を撮像する撮像手段と、該撮像手段から得られた画像を
   走査する走査手段と、該走査して得られる輝度データを
   順次走査線単位で比較して前記画像での最大輝度位置を
   判別する判別手段と、前記最大輝度位置データから被検
   査物表面の基準線位置の高さデータを計測する計測手段
   とを有することを特徴とする三次元表面形状判別装置。
2. （２）上記被検査物表面の基準線位置を順次移動せしめ
   て該基準線位置毎に被検査物表面検査を実行する繰り返
   し手段を有し、被検査物表面の所定エリアの表面形状を
   判別することを特徴とする請求項（１）記載の三次元表
   面形状判別装置。
3. （３）最大輝度位置データが複数本の走査線にまたがる
   時、該走査線アドレスを平均化する平均化手段を有する
   ことを特徴とする請求項（１）又は（２）記載の三次元
   表面形状判別装置。