JPH05167129A - Method of calculating center of laser spot by image processing - Google Patents
Method of calculating center of laser spot by image processingInfo
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- JPH05167129A JPH05167129A JP3351386A JP35138691A JPH05167129A JP H05167129 A JPH05167129 A JP H05167129A JP 3351386 A JP3351386 A JP 3351386A JP 35138691 A JP35138691 A JP 35138691A JP H05167129 A JPH05167129 A JP H05167129A
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- spot
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- Pending
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- Lasers (AREA)
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、画像処理技術によって
レーザスポットの中心をエネルギー分布の曲線から算出
する方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of calculating the center of a laser spot from an energy distribution curve by image processing technology.
【0002】[0002]
【従来の技術】レーザスポット光による各種の測定や加
工に際し、レーザスポットの位置決めのためにレーザス
ポットの中心が求められなければならない。通常、レー
ザスポットのエネルギー分布は、物体に照射されたと
き、ガウス分布ないしこれに近似の強度特性を示す。そ
こで、レーザスポットの中心点の算出方法として、重心
法が多用されている。重心法は、ある座標で、エネルギ
ー分布のグラフの面積を2等分する手法であり、簡便に
もかかわらず高い精度でレーザスポットの中心点の算出
を可能とする。2. Description of the Related Art The center of a laser spot must be determined for positioning the laser spot during various measurements and processing using the laser spot light. Usually, the energy distribution of the laser spot shows a Gaussian distribution or an intensity characteristic close to this when the object is irradiated. Therefore, the centroid method is often used as a method for calculating the center point of the laser spot. The center-of-gravity method is a method of dividing the area of the energy distribution graph into two equal parts at a certain coordinate, and it is possible to calculate the center point of the laser spot with high accuracy in spite of its simplicity.
【0003】従来の重心法の手法は、レーザスポットの
各位置のエネルギー強度に比例する信号レベル全体の領
域、またはあるしきい値のレベル以下を切り捨てた領域
すなわち信号レベルのピークレベルに近い範囲で出力デ
ータの重心を計算している。このような計算手法による
と、レーザスポットの中心に近い部分では、重心点算出
への寄与度が低く、しかも受光素子の飽和や干渉などの
光学的要因による影響で、誤差が発生しやすくなるた
め、その改善が望まれていた。The conventional center-of-gravity method is used in a region of the entire signal level proportional to the energy intensity at each position of the laser spot, or in a region in which a portion below a certain threshold level is truncated, that is, in a range close to the peak level of the signal level. The center of gravity of output data is calculated. According to such a calculation method, in the portion near the center of the laser spot, the contribution to the calculation of the center of gravity is low, and moreover, the error is likely to occur due to the influence of optical factors such as saturation and interference of the light receiving element. , The improvement was desired.
【0004】[0004]
【発明の目的】したがって、本発明の目的は、中心点算
出への寄与度の低い部分を利用しないで、従来技術の欠
点を除去し、また簡単な計算によってレーザスポットの
中心点を正確に求められるようにすることである。SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, the object of the present invention is to eliminate the drawbacks of the prior art without utilizing the portion of low contribution to the calculation of the center point, and to obtain the center point of the laser spot accurately by a simple calculation. Is to be done.
【0005】[0005]
【発明の解決手段】上記目的の下に、本発明は、レーザ
スポットの強度特性波形の立ち上がりおよび立ち下がり
部分に着目し、その部分のみをレーザスポットの中心の
算出に用いることによって、エネルギー分布のピーク部
分による誤差の影響を少なくし、またエネルギー分布の
立ち上がりおよび立ち下がり部分の近隣位置のデータ間
で信号レベルの差または微分の絶対値を用いて、、測定
精度を向上させている。In view of the above object, the present invention focuses on the rising and falling portions of the intensity characteristic waveform of the laser spot, and uses only that portion for calculating the center of the laser spot. The influence of the error due to the peak portion is reduced, and the measurement accuracy is improved by using the difference in signal level or the absolute value of the differential between the data at the positions near the rising and falling portions of the energy distribution.
【0006】[0006]
【実施例】図1は、画像処理システム1の概要を示して
いる。レーザ発生器3は、レーザスポット2を発生し、
測定対象または加工対象の物体4の表面に照射してい
る。図2は、直交座標系で例えばX軸方向のレーザスポ
ット2のエネルギーの強度分布をグラフとして例示して
いる。ここでレーザスポット2は、ガウス分布またはこ
れに近似の強度特性をもって、物体4の表面に現れてい
る。このレーザスポット2は、工業用カメラ5によって
撮像され、レーザスポット2のエネルギー強度に比例す
る信号レベルの画像出力のデータに変換されて、画像処
理システム1に送り込まれる。画像処理システム1は、
本発明のレーザスポットの中心算出方法のプログラムを
実行することによって、X軸上でレーザスポット2のエ
ネルギー分布の中心を求める。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows an outline of an image processing system 1. The laser generator 3 generates a laser spot 2,
The surface of the object 4 to be measured or processed is irradiated. FIG. 2 illustrates the intensity distribution of energy of the laser spot 2 in the X-axis direction in a rectangular coordinate system as a graph. Here, the laser spot 2 appears on the surface of the object 4 with a Gaussian distribution or an intensity characteristic close to this. The laser spot 2 is imaged by the industrial camera 5, converted into image output data having a signal level proportional to the energy intensity of the laser spot 2, and sent to the image processing system 1. The image processing system 1
The center of the energy distribution of the laser spot 2 is obtained on the X axis by executing the program of the method for calculating the center of the laser spot of the present invention.
【0007】図3は、その順序を示している。まず、A
/D変換器6は、工業用カメラ5の画像出力をアナログ
量のデータから例えば256階調のデジタル量のデータ
に変換する。CPU7は、そのデジタル量のデータを対
応の位置(ビット)とともにメモリ8に格納してから、
これらのデータから近隣位置例えば隣り合うビットのデ
ータ間で信号レベルの差の絶対値または位置の変化に対
するデータ(エネルギー強度)の微分の絶対値を求め、
所定値以上の絶対値をもつデータの対から大きいほうの
位置とその信号レベルとを対にして取り出す。このあ
と、CPU7は、取り出したデータ群について従来の方
法によって重心を計算し、この重心をレーザスポット2
の中心点とする。なお、これらの絶対値は、図2の下方
に示すグラフによって表される。FIG. 3 shows the order. First, A
The / D converter 6 converts the image output of the industrial camera 5 from analog amount data to digital amount data of 256 gradations, for example. The CPU 7 stores the digital amount of data in the memory 8 together with the corresponding position (bit),
From these data, the absolute value of the difference between the signal levels between adjacent positions, for example, the data of adjacent bits, or the absolute value of the differential of the data (energy intensity) with respect to the change of the position,
A larger position and its signal level are taken out as a pair from a pair of data having an absolute value equal to or more than a predetermined value. After that, the CPU 7 calculates the center of gravity of the extracted data group by a conventional method, and uses this center of gravity as the laser spot 2
The center point of. Note that these absolute values are represented by the graph shown in the lower part of FIG.
【0008】ここで、近隣位置のデータは、隣り合うビ
ットのデータのほか、所定のビットを飛び越したビット
位置のデータであってもよい。A/D変換過程あるいは
近隣位置のデータ間で、信号レベル差や微分の絶対値を
求める過程で、必要に応じ平滑化が行われる。この平滑
化が行われると、信頼性の低い誤差信号が消去されるた
め、測定の信頼性が高められる。Here, the data at the neighboring position may be not only the data of the adjacent bits but also the data of the bit position where a predetermined bit is skipped. Smoothing is performed as necessary in the A / D conversion process or in the process of obtaining the absolute value of the signal level difference or the differential between the data of the neighboring positions. When this smoothing is performed, the error signal having low reliability is erased, so that the reliability of measurement is improved.
【0009】このようにして、2つのデータ間で信号レ
ベル差を求め、この信号レベル差の絶対値をそのまま用
いるか、または出力2つのデータの差分を位置で微分
し、その絶対値のうち所定の値以上のものを用いること
によって、エネルギー分布の波形のうちピークレベル、
およびゆるやかな立ち上がりや立ち下がり部分が除去さ
れ、急峻な立ち上がり部分のみが抽出される。このた
め、求められた重心点すなわちレーザスポット2の中心
点は、信号レベルの波形のうち急峻な立ち上がり波形の
特徴からのみ抽出されたことになる。In this way, the signal level difference between the two data is obtained, and the absolute value of this signal level difference is used as it is, or the difference between the two output data is differentiated by the position, and a predetermined value among the absolute values is determined. The peak level of the waveform of the energy distribution,
And the gentle rising and falling parts are removed and only the steep rising parts are extracted. Therefore, the obtained center of gravity, that is, the center point of the laser spot 2 is extracted only from the characteristics of the steep rising waveform of the signal level waveform.
【0010】[0010]
【他の実施例】上記実施例は、デジタル量の信号に変換
した後に、画像処理を行っているが、アナログ処理のみ
で対応することもできる。また、以上の説明は、直交座
標のX軸方向についてのみ説明しているが、これに直交
するY軸方向についても同様に行われる。X軸方向の重
心とY軸方向の重心によって、平面的上でより正確な中
心が2つの座標によって決定できる。Other Embodiments In the above embodiment, the image processing is performed after the signal is converted into the digital signal, but it is also possible to deal with the analog processing alone. Further, although the above description has been made only in the X-axis direction of the Cartesian coordinates, it is similarly made in the Y-axis direction orthogonal thereto. With the center of gravity in the X-axis direction and the center of gravity in the Y-axis direction, a more accurate center on a plane can be determined by the two coordinates.
【0011】[0011]
【発明の効果】本発明では、次の効果がある。レーザス
ポットの信号レベル波形のうちピーク部分やゆるやかな
両裾部分のデータ、つまり重心点算出への寄与度の低い
波形が利用されず、また受光素子の飽和や光の干渉を起
こす部分も用いられていないため、これらにもとづく誤
差がなくなり、スポット中心算出の精度や信頼性が高め
られる。信号レベル波形の急峻な立ち上がりまたは立ち
下がり部分で多くのデータが中心算出に関与するので、
平均化効果が得られ、総ビット数の少ないカメラを用い
ても、より高速の計測が可能となる。同一機器構成の場
合に、従来方式に比較して計算対象となるデータの数が
少なくなり、その分処理スピードが上がり、レーザスポ
ットの中心算出の速度が早められる。The present invention has the following effects. Of the signal level waveform of the laser spot, the data of the peak portion and the gentle skirts, that is, the waveform with a low contribution to the calculation of the center of gravity is not used, and the portion that causes saturation of the light receiving element or light interference is also used. Therefore, errors based on these are eliminated, and the accuracy and reliability of spot center calculation are improved. Since a lot of data is involved in the center calculation at the steep rising or falling part of the signal level waveform,
An averaging effect can be obtained, and even if a camera with a small total number of bits is used, higher speed measurement can be performed. In the case of the same device configuration, the number of data to be calculated is smaller than that in the conventional method, the processing speed is increased accordingly, and the speed of calculating the center of the laser spot is accelerated.
【図1】画像処理システムのブロック線図である。FIG. 1 is a block diagram of an image processing system.
【図2】レーザスポットのガウス分布強度特性、差およ
び微分の絶対値のグラフである。FIG. 2 is a graph of a Gaussian distribution intensity characteristic of a laser spot, an absolute value of a difference and a differential.
【図3】レーザスポットの中心算出方法のフローチャー
ト図である。FIG. 3 is a flowchart of a laser spot center calculation method.
1 画像処理システム 2 レーザスポット 3 レーザ発生器 4 物体 5 工業用カメラ 6 A/D変換器 7 CPU 8 メモリ 1 Image Processing System 2 Laser Spot 3 Laser Generator 4 Object 5 Industrial Camera 6 A / D Converter 7 CPU 8 Memory
Claims (2)
のレーザスポットを各位置の強度に比例する信号レベル
のデータに変換し、これらのデータから近隣位置のデー
タ間で信号レベル差の絶対値を求め、所定値以上の絶対
値に相当する位置のデータ群の重心を計算し、この重心
の位置をもってレーザスポットの中心とすることを特徴
とする画像処理によるレーザスポットの中心算出方法。1. A laser spot having a Gaussian distribution or an intensity characteristic similar to the Gaussian distribution is converted into signal level data proportional to the intensity at each position, and the absolute value of the signal level difference between data at neighboring positions is converted from these data. A method for calculating the center of a laser spot by image processing, characterized in that the center of gravity of a data group at a position corresponding to an absolute value equal to or greater than a predetermined value is calculated, and the position of this center of gravity is used as the center of the laser spot.
のレーザスポットを各位置の強度に比例する信号レベル
のデータに変換し、これらのデータから位置による微分
の絶対値を求め、所定値以上の絶対値に対応する位置の
データ群の重心を計算し、この重心の位置をもってレー
ザスポットの中心とすることを特徴とする画像処理によ
るレーザスポットの中心算出方法。2. A laser spot having a Gaussian distribution or an intensity characteristic similar to the Gaussian distribution is converted into signal level data proportional to the intensity at each position, and the absolute value of the differential according to the position is obtained from these data to obtain a value not less than a predetermined value. A method for calculating the center of a laser spot by image processing, characterized in that the center of gravity of a data group at a position corresponding to an absolute value is calculated, and the position of this center of gravity is used as the center of the laser spot.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3351386A JPH05167129A (en) | 1991-12-13 | 1991-12-13 | Method of calculating center of laser spot by image processing |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3351386A JPH05167129A (en) | 1991-12-13 | 1991-12-13 | Method of calculating center of laser spot by image processing |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05167129A true JPH05167129A (en) | 1993-07-02 |
Family
ID=18416942
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP3351386A Pending JPH05167129A (en) | 1991-12-13 | 1991-12-13 | Method of calculating center of laser spot by image processing |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05167129A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112528513A (en) * | 2020-12-21 | 2021-03-19 | 北京机电工程研究所 | Rapid wide-gray-scale star spot gray scale distribution method and device |
-
1991
- 1991-12-13 JP JP3351386A patent/JPH05167129A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112528513A (en) * | 2020-12-21 | 2021-03-19 | 北京机电工程研究所 | Rapid wide-gray-scale star spot gray scale distribution method and device |
CN112528513B (en) * | 2020-12-21 | 2024-02-23 | 北京机电工程研究所 | Quick wide-gray-scale star-spot gray scale distribution method and device |
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