JPH0440573A - 形状測定方法 - Google Patents

形状測定方法

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JPH0440573A
JPH0440573A JP2147782A JP14778290A JPH0440573A JP H0440573 A JPH0440573 A JP H0440573A JP 2147782 A JP2147782 A JP 2147782A JP 14778290 A JP14778290 A JP 14778290A JP H0440573 A JPH0440573 A JP H0440573A
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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 この発明は、たとえばプレスパネルなどのように平面と
これに連なる曲面を有する被測定物の形状を光切断法に
よって測定するに際し、2次元撮像手段で撮像された画
像データを処理して上記平面と曲面との変曲点を求める
形状ホ11定方法に関する。
従来の技術および発明の課題 上記のような被測定物の形状測定においては、平面と曲
面との変曲点の検出を特徴とする特許が多い。
上記のような被測定物の形状を測定する方法として、光
切断法が検討されているが、光切断法において、上記の
ような変曲点を自動的に検出する方法は提案されていな
い。
このため、従来は、表面粗さ計などを用いて作業者が目
視によって形状を測定しているが、人為的誤差が大きく
、測定に時間がかかるという問題があった。
画像データから変曲点を検出する方法として、1次微分
または2次微分を用いた差分法が考えられるが、このよ
うな方法では、きすなどによるノイズの影響を受けやす
く、精度の高いff111定が困難である。
この発明の目的は、上記の問題を解決し、光切断法を用
いて平面と曲面との変曲点を自動的にかつ正確に検出で
きる方法を提供することにある。
課題を解決するための手段 この発明による形状測定方法は、 平面とこれに連なる曲面を有する被測定物の形状を光切
断法によって測定するに際し、2次元撮像手段で撮像さ
れた画像データを処理して上記平面と曲面との変曲点を
求める方法であって、 上記画像データの光部分上に任意の2点をとって、これ
ら2点を結ぶ直線と光部分とで囲まれた部分の面積を演
算し、これら2点を光部分上を順次移動させて、上記面
積の演算値が所定のしきい値の一方の側から他方の側に
変化する点を上記変曲点とすることを特徴とするもので
ある。
この発明による形状測定方法は、また、平面とこれに連
なる曲面を有する被測定物の形状を光切断法によって測
定するに際し、2次元撮像手段で撮像された画像データ
を処理して上記平面と曲面との変曲点を求める方法であ
って、 上記画像データの光部分上の任意の2点を結ぶ直線を設
定し、この直線上の複数の点につき各点と光部分との差
分を求めて、各差分の2乗の総和を演算し、上記2点を
光部分上を順次移動させて、上記差分の2乗の総和の演
算値が所定のしきい値の一方の側から他方の側に変化す
る点を上記変曲点とすることを特徴とするものである。
作   用 光切断法において、平面とこれに連なる曲面を有する被
測定物を2次元撮像手段で撮像すると、第4図および第
5図のような画像が得られる。この画像は被測定物の表
面に当たった光の部分(光部分) (Ill)を表わし
ており、直線部(Ll)が平面の光部分、曲線部(C1
)が曲面の光部分を表わしており、直線部(Ll)と曲
線部(CI)との変曲点(R8)が平面と曲面の変曲点
に対応している。
第4図において、光部分(旧)上に任意の2点(A) 
(B)をとって、これら2点(A) (B)を結ぶ直線
と光部分(Ill)とで囲まれた部分の面積を演算する
と、2点(A) (B)が両方とも直線部(Ll)上に
あるときは、面積はほぼOであるが、それ以外のときは
、面積に正の値が現われる。したがって、0に近いしき
い値を設定して、上記面積の演算値が所定のしきい値の
一方の側から他方の側に変化する点を求めることにより
、変曲点(R8)を検出することができる。上記のよう
な面積に基づいて判断するので、しきい値の設定に余裕
があり、細かい調整が可能で、ノイズに強く、精度の向
上が図れる。
第5図において、光部分(Ill)上に任意の2点(A
) (B)をとって、これら2点(A) (B)を結ぶ
直線(Q)を設定し、この直線(Q)上の複数の点につ
き各点と光部分(Ill)との差分を求めて、各差分の
2乗の総和を演算すると、2点(A)(B)が両方とも
直線部(LL)上にあるときは、差分の2乗の総和はほ
ぼ0であるが、それ以外のときは、差分の2乗の総和に
正の値が現われる。したがって、0に近いしきい値を設
定して、上記総和の演算値が所定のしきい値の一方の側
から他方の側に変化する点を求めることにより、変曲点
(RS)を検出することができる。上記のような差分の
2乗の総和に基づいて判断するので、しきい値を調整す
ることによって、ノイズに対する強さを調整でき、ノイ
ズ対策か容易で、精度の向上が図れる。
実  施  例 以下、図面を参照して、この発明の詳細な説明する。
第1図は、被1i111定物であるプレスパネル(1)
と、形状fllllllll全装置略構成を示す。
パネル(1)は、互いに直角をなす2つの平面すなわち
第1平面(1a)と第2平面(1b)とが1/4部分円
筒面(]C)で繋っているものであり、l1lll定台
(2)にのせられる。1llll定台(2)は、上下2
段の水平面すなわち上側の第1水平面(2a)と下側の
第2水平面(2b)の間に垂直な基僧面(2C)が形成
されたものである。そして、パネル(1)は、第1平面
(1a)が水平かつ第1水平面(2a)と同じ高さにな
り、かつ第2平面(]b)か基準面(2C)と平行にな
るように、第2水平面(2b)上にのせられる。
fll11定装置は、光源(3)、CCDテレビカメラ
(2次元撮像手段) (4) 、画像処理装置(5)お
よび演算処理装置(6)を備えている。
光源(3)は、測定台(2)およびパネル(1)の表面
に真上から第1水平面(2a)および基準面(2C)と
直交するスリット光線を照n・jするものであり、たと
えば半導体レーザなどが使用される。
テレビカメラ(4)は、光源(3)に面するalll定
台(2)およびパネル(1)の表面に当たった光を撮像
するためのものである。
画像処理装置(5)は、テレビカメラ(4)の映像信号
を処理して、後述する画像データを演算装置に出力する
ものである。
演算処理装置(6)は、画像処理装置(5)の出力より
パネル(1)の形状を求めるものであり、コンピュータ
によって構成されている。
第2図は、テレビカメラ(4)で撮像されたテレビ画像
の1例を示す。なお、テレビ画像について、第2図の上
下左右を上下左右とする。
テレビ画像は水平走査線(A)と所定の基準タロツクパ
ルスによって複数の点に等分され、各点は、次のように
、Y軸と2軸を用いて表わされる。すなわち、テレビ画
像の中央の左右方向の軸をY軸、上下方向の軸をZII
ilIIとし、これらの交点を原点(0)とする。した
かって、水平走査線方向すなわち水平走査方向がZ軸方
向、これと直交する垂直走査方向がY軸方向となる。
また、テレビ画像の右側がY軸の正方向、左側が負方向
であり、テレビ画像の下側がZ軸の正方向、上側か負方
向である。そして、各点の座標値は、パネル(1)の実
際の寸法(mm )を100倍した整数値で表わされる
。テレビ画像とこれに写っているパネルの部分の実際の
寸法との関係は、パネル(1)とテレビカメラ(4)と
の相対位置関係によって決まる。今、テレビ画面の左右
幅かパネル(1)の実際の寸法30mmに、テレビ画面
の上下幅がパネル(1)の実際の寸法20 +nmにそ
れぞれ相当するとすれば、テレビ画像の原点(0)のY
座標値およびZ座標値はともに0、右端のY座標値は+
1500 (+15++on)、左端のY座標値は−1
500(−15+nm) 、下端のZ座標値は+100
0 (+10mm) 、上端のZ座標値は−1000(
10mm)である。
各水平走査線のY座標値は、変数Y[1]に格納される
。ここで、iは水平走査線(A)の番号(走査線番号)
である。水平走査線(A)の数はたとえば484本であ
り、右端のものを0として、順に番号を付している。す
なわち、右端の水平走査線(A)の番号iは0、左端の
水平走査線(A)の番号iは483である。
通常、テレビ画像の左側にはパネル(1)に当たった光
の部分(Ill)、右側にはA++1定台(2)に当た
った光の部分(+12)かそれぞれ表われる。なお、前
者を第1光部分、後者を第2光部分と呼ぶことにする。
第1光部分(旧)は、第1甲面(1a)に当たった光の
部分に対応する第1直線部(Ll)と、円筒面(1c)
に当たった光の部分に対応する曲線部(cl)とからな
る。第1直線部(Ll)の左端を第1始点(Sl)、曲
線部(C1)の右端を第1終点(El)、第1直線部(
Ll)から曲線部(C1)に移る点(変曲点)をR始点
(1?S)と呼ぶことにする。パネル(1)に当たった
光をテレビカメラ(4)で撮像した場合、反射率の関係
などより、円筒面(1c)の第1平面(1a)側の一部
しか写らない。したがって、R始点(R8)は、第1平
面(1a)から円筒面(1c)に移る点すなわち実際の
円筒面(1c〉の始点と一致するが、第1柊点(El)
は、円筒面(IC)から第2平面(lb)に移る点すな
わち実際の円筒面(lc)の終点(R終点) (RE)
とは一致しない。
第2光部分(+12)は、第2図(a)のように表われ
る場合と、同図(b)のように表われる場合とがある。
第2図(a)の場合、第2光部分(II 2 )は、第
1水平面(2a)に当たった光の部分に対応する第2直
線部(R2)と、基準面(2C)に当たった光の部分に
対応する第3直線部(R3)とからなる。この場合、第
2直線部(R2)の右端を第2始点(S2)、第3直線
部(R3)の左端を第2終点(R2)、第2直線部(R
2)から第3直線部(R3)に移る点(変曲点)を折点
(F2)と呼ぶことにする。第2図(b)の場合、第2
光部分(+12)は、第1水平面(2a)に当たった光
の部分に対応する第2直線部(R2)だけからなる。こ
の場合、第2直線部(R2)の右端が第2始点(S2)
、左端が第2柊点(R2)であると同時に折点(F2)
となる。
画像処理装置(5)は、上記のように等分した複数の点
に対応する映像信号を輝度情報に変換し、光部分(旧)
(R2)のある水平走査線(A)についてのみ、次のよ
うな画像データi、Y[il、Z [ilおよびL [
jlを作って演算処理装置(6)に出力する。iは、光
部分(旧)(+12)のある水平走査線(A)の走査線
番号である。Y[1]は、光部分(II 1 ) (I
I 2 ’)のある水平走査線(A)のY座標値である
。Z[1]は、このi番目の水平走査線i上の光部分(
旧)(R2)のZ座標値である。L [ilは、この1
番目の水平走査線i上の光部分(Ill)(II 2 
)の輝度すなわち光の強度である。なお、このような画
像データのうち、第1光部分(旧)に対応するものを第
1データ、第2光部分(R2)に対応するものを第2デ
ータと呼ぶことにする。
なお、このような機能を有する画像処理装置(5)とし
て、市販品を使用することができる。
次に、第3図のフローチャートを参照して、測定時の演
算処理装置(6)の動作の1例の概略を説明する。
この測定は、曲線部(C1)の画像データから円筒面(
1c)の終点(R終点) (RE)を検出して、第2平
面(lb)の位置を求め、これと基準面(2C)との間
隔を求めるものである。なお、前述のように、第1光部
分(Ill)の曲線部(C1)には、円筒面(1c)に
当たった光の一部しか写っていない。このため、上記の
測定においては、曲線部(CI)の画像データより、回
帰曲線を用いて円筒面(lc)の形状を推定し、これに
よってR終点(RE)を検出している。
第3図において、まず、画像処理装置(5)からデータ
を読込み(ステップ1)、データの再配置を行なう(ス
テップ2)。次に、第2始点(S2)、第2終点(R2
)、第1始点(Sl)および第1終点(El)の検出を
行なう(ステップ3)。次に、折点(F2)の検出を行
ない(ステップ4)、R始点(R111i)の検出を行
なう(ステップ5)。次に、回帰関数の決定を行ない(
ステップ6)、R終点(12E)を決定する(ステップ
7)。そして、最後に、第2平面(1b)と基準面(2
c)の間隔を計算しくステップ8)、処理を終了する。
前述のように、画像処理装置から得られるデータは、光
部分(旧)(R2)のある水平走査線番号iについての
Y[il 、Z[il 、L[ilのみである。このた
め、ステップ2のデータ再配置により、光部分の存在し
ない走査線番号iに関して、Y[il、Z[1]および
L [ilを次のようにセラ]・する。
Z口]−1000 Y [jl = L [+] −0 ステツプ3のS2、R2、Sl、旧の検出は、走査線番
号iを変化させて画像データを調べることにより行なう
ことができる。
第3図のステップ4の折点(F2)の検出処理は、たと
えば次のようにして行なわれる。
すなわち、ます、第2データの平滑化を行ない、この平
滑データの1次微分および2次微分を行ない、さらにこ
の2次微分データの平滑化を行ない、この平滑データが
所定値以下となる点を折点(F2)とする。
また、座標データを平滑化処理して、この平滑データの
微分値か所定値以上となる点を第1仮折点として設定し
、上記座標データの微分値か所定値量」二となる点を第
2仮折点とし、これら第1仮折点と第2仮折点の座標の
差が所定値以下になるまで第2仮折点を演算し、この差
が所定値以下になる第2仮折点を折点(F2)とするこ
とにより、折点(F2)を検出することもできる。
第3図のステップ5のR始点(1? S )の検出処理
の1例を、第1光部分(Ill)を表イつす第4図およ
びその検出処理のフローチャートを表わす第6図を参照
して説明する。
第4図において、ます、曲線部(C1)上に任意の2点
(A) (B)をとって(ステップ11)、これら2点
(A) (B)を結ぶ直線と光部分(旧)とで囲まれた
部分の面積を演算しくステップ12)、これを所定のし
きい値と比較する(ステップ13)。面積の演算値がし
きい値以下になるまで、2点(A)(B)を直線部(L
l)側に少しずつ移動させる(ステップ14)。そして
、面積の演算値がしきい値以下となったときの点(A)
をR始点(R3)としくステップ15)、処理を終了す
る。
光部分(旧)上に任意の2点(A) (B)をとって、
これら2点(A) (B)を結ぶ直線と光部分(Ill
)とで囲まれた部分の面積を演算すると、2点(A)(
B)が両方とも直線部(Ll)上にあるときは、面積は
ほぼ0であるが、それ以外のときは、面積に正の値が現
われる。したがって、上記のように2点(A) (B)
を曲線部(CI)側から直線部(Ll)側に移動させて
面積の演算値がしきい値以下になったときの点(A)を
求めることにより、変曲点(R3)を検出することがで
きる。上記のような面積に基ついて判断するので、しき
い値の設定に余裕があり、細かい調整が可能で、ノイズ
に強く、精度の向上か図れる。
同様に、2点(A)(B)を直線部(Ll)側から曲線
部(CI)側に少しずつ移動させて、面積の演算値かし
きい値より大きくなったときの点(A)を求めることに
より、R始点(17S)を検出することもできる。
第3図のステップ5のR始点(1?S)の検出処理の他
の1例を、同様に第1光部分(Ill)を表わす第5図
およびその検出処理のフローチャートを表イっす第7図
を参照して説明する。
第5図において、まず、曲線部(C1)上に任意の2点
(A)(B)をとって(ステップ21)、これら2点(
A) (B)を結ぶ直線(Q)を設定しくステップ22
)、この直線(Q)上の複数の点につき各点と光部分(
Hl)とのZ軸方向の差分を求めて、各点のZ軸方向の
差分の2乗の総和を演算しくステップ23)、これを所
定のしきい値と比較する(ステップ24)。総和の演算
値がしきい値以下になるまで、2点(A)(B)を直線
部(Ll)側に少しずつ移動させる(ステップ25)。
そして、総和の演算値がしきい値以下となったときの点
(A)をR始点(R3)としくステップ26)、処理を
終了する。
第5図において、光部分(+11 )上に任意の2点(
A) (B)をとって、これら2点(A)(+3)を結
ぶ直線(Q)を設定し、この直線(Q)上の複数の点に
つき各点と光部分(旧)とのZ軸方向の差分を求めて、
各点のZ軸方向の差分の2乗の総和を演算すると、2点
(A) (B)が両方とも直線部(L I )上にある
ときは、Z軸方向の差分の2乗の総和はほぼ0であるが
、それ以外のときは、Z軸方向の差分の2乗の総和に正
の値が現われる。したがって、上記のように2点(A)
 (B)を曲線部(C1)側から直線部(Ll)側に移
動させて総和の演算値がしきい値以下になったときの点
(A)を求めることにより、変曲点(J?S)を検出す
ることができる。
上記のようなZ軸方向の差分の2乗の総和に基づいて判
断するので、しきい値を調整することによって、ノイズ
に対する強さを調整でき、ノイズ対策が容易で、精度の
向上が図れる。
同様に、2点(A) (B)を直線部(C1)側から曲
線部(C1)側に少しずつ移動させて、総和の演算値が
しきい値より大きくなったときの点(A)を求めること
により、R始点(R3)を検出することもできる。
第3図のステップ6の回帰関数決定の処理は、第1光部
分(旧)の曲線部(C1)を推定するための回帰関数た
とえばZ=aebYの係数aおよびbを最小2乗法によ
って決定するものであり、たとえば、第1光部分(Il
l)の第1直線部(Ll)がY軸と平行になるように画
像データの座標変換(回転変換)を行なったのち、R始
点(R8)がZ軸と一致するように画像データの座標変
換(平行移動)を行ない、R始点(R9)のZ座標値を
順に変えて、仮に求めた回帰関数と画像データとの誤差
の2乗の重み付き積分値が最小になるようにaおよびb
を決定する。
第3図のステップ7のR終点(RE)の決定処理は、た
とえば、次のようにして行なわれる。
上記のようにして回帰関数である指数関数Z=aebY
が決まると、これを用い、R始点(I?S)からZ座標
値を少しずつ変えながら、指数関数上のY座標値を計算
し、このY座標値の1次微分値が所定のしきい値Tより
小さくなった点をR終点(RE)とする。また、逆に、
指数関数Z=aebYを用い、R始点(R8)からY座
標値を少しずつ変えながら、指数関数上のZ座標値を計
算し、このZ座標値の1次微分値が所定のしきい値Tよ
り大きくなった点をR終点(RE)とすることもできる
このようにして求められたR終点(RE)はパネル(1
)の円筒面(lc)と第2平面(1b)との境界に合致
しており、R終点(RE)のY座標値は第2平面(lb
)のY座標値と一致している。また、先に求められてい
る折点(F2)は測定台(2)の第1水平面(2a)と
基準面(2c)との境界と合致しており、折点(F2)
のY座標値は基準面(2c)のY座標値と一致している
。したがって、R終点(RE)のY座標値と折点(F2
)のY座標値との差が、パネル(1)の第2平面(1b
)と基準面(2c)との間隔を表わ] 9 している。第3図のステップ8では、このようにR終点
(I?E)のY座標値と折点(F2)のY座標値との差
を演算することにより、パネル(1)の第2平面(1b
)と基準面(2c)との間隔を求めている。
パネル(1)および測定台(2)とテレビカメラ(4)
との相対位置関係により、テレビ画像が第2図と異なる
ものになることがある。ところが、このような場合でも
、上記とほぼ同様に画像データを処理して、測定を行な
うことができる。
また、画像データに適当な座標変換を施すことにより、
第2図のような画像データに変換して、処理することも
できる。
発明の効果 この発明の形状測定方法によれば、上述のように、光切
断法を用いて平面と曲面との変曲点を自動的にかつ正確
に検出することができ、誤差が小さく、測定が容易で、
測定時間も短縮される。しかも、きずなどのノイズの影
響を受けに<<、精度の高い測定ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の実施例を示す被測定物と形状測定装
置の概略斜視図、第2図はテレビ画像の1例を示す図、
第3図は形状測定の処理の1例を示すフローチャート、
第4図はR始点検出処理の1例を説明するためのテレビ
画像の第1光部分の図、第5図はR始点検出処理の他の
1例を説明するためのテレビ画像の第1光部分の図、第
6図は第4図に対応した検出処理のフローチャート、第
7図は第5図に対応した検出処理のフローチャートであ
る。 (1)・・・プレスパネル(被測定物) 、(Ia)(
Ib)・・・平面、(lc)・・・部分円筒面、(2)
・・・測定台、(2a) (2b)・・・水平面、(2
c)・・・基準面、(3)・・・光源、(4)・・・C
CDテレビカメラ(2次元撮像手段)、(5)・・・画
像処理装置、(8)・・・演算処理装置。 以  上

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)平面とこれに連なる曲面を有する被測定物の形状
    を光切断法によって測定するに際し、2次元撮像手段で
    撮像された画像データを処理して上記平面と曲面との変
    曲点を求める方法であって、 上記画像データの光部分上に任意の2点をとって、これ
    ら2点を結ぶ直線と光部分とで囲まれた部分の面積を演
    算し、これら2点を光部分上を順次移動させて、上記面
    積の演算値が所定のしきい値の一方の側から他方の側に
    変化する点を上記変曲点とすることを特徴とする形状測
    定方法。
  2. (2)平面とこれに連なる曲面を有する被測定物の形状
    を光切断法によって測定するに際し、2次元撮像手段で
    撮像された画像データを処理して上記平面と曲面との変
    曲点を求める方法であって、 上記画像データの光部分上の任意の2点を結ぶ直線を設
    定し、この直線上の複数の点につき各点と光部分との差
    分を求めて、各差分の2乗の総和を演算し、上記2点を
    光部分上を順次移動させて、上記差分の2乗の総和の演
    算値が所定のしきい値の一方の側から他方の側に変化す
    る点を上記変曲点とすることを特徴とする形状測定方法
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101026193B1 (ko) * 2008-10-27 2011-03-31 주식회사 유라코퍼레이션 와이어링 하네스용 3차원 경로성립성 측정시험장치
KR101026192B1 (ko) * 2008-10-27 2011-03-31 주식회사 유라코퍼레이션 와이어링 하네스용 와이어 번들별 곡률반경 측정시험장치

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KR101026193B1 (ko) * 2008-10-27 2011-03-31 주식회사 유라코퍼레이션 와이어링 하네스용 3차원 경로성립성 측정시험장치
KR101026192B1 (ko) * 2008-10-27 2011-03-31 주식회사 유라코퍼레이션 와이어링 하네스용 와이어 번들별 곡률반경 측정시험장치

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