JPH06160034A - 断面形状測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】外乱光の明るさに影響されることなく断面形状
を安定的かつ正確に測定しうる光切断方式の断面形状測
定装置を提供すること。 【構成】出力可変のレーザ投光器１ａと感度可変のＣＣ
Ｄカメラ２ａを設け、外乱光が非常に強いと判断した時
にレーザ投光器１ａの出力を上げるとともにＣＣＤカメ
ラ２ａの感度を下げるような指令をそれぞれレーザ光制
御部９とカメラ感度制御部１４に出力する外乱光認識部
１５を設ける。そして、レーザスリット光を照射した時
の画像から照射しない時の画像を減算処理して断面形状
を抽出するよう画像処理部１１を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、いわゆる光切断方式の
断面形状測定装置に関し、特に外乱光に影響されること
なく断面形状を安定的かつ正確に測定しうるものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】例えば自動車のボデーを構成する各種パ
ネルの表面の形状を測定する方法として、最近では、い
わゆる光切断法を用いて光学的に被測定物の断面の形状
を測定する光切断方式の断面形状測定装置が一般的にな
りつつある。ここで、光切断法とは、被測定物の表面に
スリット光を照射しその反射光の形状を観測して被測定
物の断面の形状を測定する方法である（例えば特開平２
−３００６１６号公報参照）。

【０００３】その測定原理を図４により説明すると、レ
ーザ投光器１からスリット状のレーザ光を被測定物Ｗの
表面に照射し、その反射光をＣＣＤカメラ２でとらえる
ことによって断面形状の測定を行っている。レーザ投光
器１は半導体レーザ発振素子３とスリット光生成レンズ
４とスリット５とで構成され、ＣＣＤカメラ２は受光レ
ンズ６とＣＣＤ面センサ７とで構成されている。なお、
ＣＣＤカメラ２の手前には、通常、バンドパスフィルタ
８が配置されている。

【０００４】しかしこれでは、外部からの外乱光が強い
場合に、その外乱光をＣＣＤカメラ２がとらえてしま
い、正確な測定ができないおそれがある。例えば、図５
（Ａ）に示すように測定時の周囲の明るさが８０ルクス
のときには、画像処理による断面形状の測定は可能であ
る（同図（Ｂ）参照）が、図６（Ａ）に示すように周囲
の明るさが６００ルクスと明るいときには、まわりの景
色が写ってしまい、測定できなくなってしまう（同図
（Ｂ）参照）。ＣＣＤカメラ２のレンズ絞りを絞れば景
色は消えるがスリット光も消えてしまうので、この方法
は有効な対策とはなりえない。

【０００５】そこで、従来は、外乱光対策として、レー
ザスリット光をオン・オフして二つの画像をとる方法が
多く用いられていた。この方法を図７と図８により説明
すると、まず、レーザ制御部９からレーザオフ信号をレ
ーザ投光器１に出力するとともに画像取り込み信号を画
像メモリ１０に出力して、レーザスリット光が照射され
ない時の画像、つまり、外乱光だけの画像（以下これを
第１画像という。図８（ａ）参照）をＣＣＤカメラ２か
ら画像メモリ１０に取り込む。次に、レーザ制御部９か
らレーザオン信号をレーザ投光器１に出力するとともに
画像取り込み信号を画像メモリ１０に出力して、レーザ
スリット光が照射された時の画像、つまり、スリット光
と外乱光とが重なった画像（以下、これを第２画像とい
う。図８（ｂ）参照）をＣＣＤカメラ２から画像メモリ
１０に取り込む。それから、画像処理部１１において、
第２画像から第１画像を引き算する画像の減算処理を行
って、第２画像から外乱光分を消去してスリット光が照
射された部分だけの画像を抽出する（図８（ｃ）参
照）。これにより、外乱光があっても断面形状の測定が
できる。この測定結果は、例えばプロッタ等の測定結果
出力部１２から出力される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の外乱光対策にあっても、例えば外部からの外
乱光が非常に強くてＣＣＤカメラ２の入力光量の上限値
を超えているような場合には、スリット光が外乱光に埋
もれてしまい、これに上記の画像減算処理を行うとスリ
ット光の外乱光に埋もれた部分が消えてしまうおそれが
ある。すなわち、図９（Ａ）に示すようにスリット光Ｐ
と外乱光Ｑとが重なっているとき、外乱光Ｑが弱くてス
リット光Ｐほど明るくない場合には、画像減算処理がな
されると同図（Ｂ）に示すように完全なスリット像が得
られるが、外乱光Ｑが強くてスリット光Ｐより明るい場
合には、画像減算処理を行うと同図（Ｃ）に示すように
スリット光Ｐの外乱光Ｑに埋もれていた部分が消去され
て完全なスリット像が得られないので、断面形状の正確
な測定はなしえないことになる。

【０００７】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、外乱光の強弱に影響される
ことなく断面形状を安定的かつ正確に測定することがで
きる光切断方式の断面形状測定装置を提供することを目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明は、被測定物の表面にスリット光を照射する
出力可変の投光手段と、前記表面からの反射光を受光し
てその形状を認識する感度可変の認識手段と、前記投光
手段オフ時の前記認識手段からの第１画像データを記憶
する第１記憶手段と、前記投光手段オン時の前記認識手
段からの第２画像データを記憶する第２記憶手段と、前
記第２画像データから前記第１画像データを減算処理し
て前記表面の断面形状を抽出する画像処理手段と、前記
第１画像データに基づいて外乱光の明るさを演算し、こ
の外乱光の明るさが所定値以上のときに、前記投光手段
の出力を上げる指令信号と前記認識手段の感度を下げる
指令信号とを出力する制御手段とを有することを特徴と
する。

【０００９】

【作用】このように構成した本発明にあっては、第１記
憶手段に投光手段オフ時における認識手段からの第１画
像データが取り込まれると、制御手段は、この第１画像
データに基づいて外乱光の明るさを演算し、この外乱光
の明るさが所定値以上のときには、投光手段の出力を上
げる指令信号と認識手段の感度を下げる指令信号とをそ
れぞれ投光手段と認識手段に出力してこれらを作動さ
せ、第２記憶手段に投光手段オン時における認識手段か
らの第２画像データを記憶する。これにより、たとえ外
乱光が強くてもスリット光は外乱光に埋もれることなく
画像として認識しうる状態になる。これに対し、外乱光
の明るさが所定値以下のときには、そうした処置は必要
ないものと判断して、通常の出力レベルと通常の感度と
でそれぞれ投光手段と認識手段を作動させ、第２記憶手
段に第２画像データを取り込む。どちらにせよ、第１画
像データと第２画像データが取り込まれると、画像処理
手段は、第２画像データから第１画像データを減算処理
してスリット像だけを抽出し、被測定物の表面の断面形
状を測定する。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳
細に説明する。図１は本発明の一実施例による断面形状
測定装置の概略構成図、図２は同実施例の動作を示すフ
ローチャート、図３はそれの説明に供する図である。な
お、図７と共通の部分には同一の符号を付してある。

【００１１】この断面形状測定装置は、図１に示すよう
に、測定ヘッド２０を有し、この測定ヘッド２０には、
スリット状のレーザ光を生成して被測定物Ｗの表面に投
光するレーザ投光器１ａと、その反射光を受光して被測
定物Ｗ表面に生じる切断線の形状を観測し認識するＣＣ
Ｄカメラ２ａとが設けられている。前述のように、レー
ザ投光器１ａは半導体レーザ発振素子とスリット光生成
レンズとスリットとで構成され、また、ＣＣＤカメラ２
ａは受光レンズとＣＣＤ面センサとで構成されている。
本実施例では、レーザ投光器１ａはそのレーザ光の出力
を調節できる出力可変型のものであり、また、ＣＣＤカ
メラ２ａはその感度を調節できる感度可変型のものであ
る。レーザ投光器１ａの出力およびＣＣＤカメラ２ａの
感度はレーザ光制御部９およびカメラ感度制御部１４に
よってそれぞれ制御される。

【００１２】また、この測定装置は、ＣＣＤカメラ２ａ
が撮像した画像データを記憶する画像メモリ１０と、こ
の画像メモリ１０に取り込まれた画像データを処理して
断面形状を測定する画像処理部１１と、この測定結果を
外部に出力する測定結果出力部１２とを有する。画像メ
モリ１０には、レーザスリット光が照射されない時の画
像つまり外乱光だけの第１画像と、レーザスリット光が
照射された時の画像つまりスリット光と外乱光とが重な
った第２画像とが取り込まれる。これら画像データの取
り込みタイミングは、レーザ光制御部９からの画像取り
込み信号によって制御される。また、画像処理部１１
は、断面形状の測定にあたって、画像メモリ１０内の第
２画像から第１画像を引き算する画像の減算処理を行っ
て、第２画像から外乱光分を消去してスリット光が照射
された部分だけの画像を抽出するといった処理を実行す
る。これにより、たとえ外乱光が存在しても断面形状を
測定することができる。測定結果出力部１２は例えばプ
ロッタやモニタ等で構成されている。

【００１３】さらに、本実施例では、外乱光の明るさを
演算しこの演算結果に基づいてレーザ光制御部９とカメ
ラ感度制御部１４を統括的に制御する外乱光認識部１５
が設けられている。この外乱光認識部１５は、画像メモ
リ１０内の第１画像データに基づいて外乱光の明るさを
演算し、この外乱光の明るさが所定値以上のときに、レ
ーザ投光器１ａの出力を上げるよう指令するレーザ出力
可変信号と、ＣＣＤカメラ２ａの感度を下げるよう指令
するカメラ感度可変信号とをそれぞれレーザ光制御部９
とカメラ感度制御部１４に出力する。

【００１４】このように、外乱光の明るさが所定値以上
のときにレーザ投光器１ａの出力を上げるとともにＣＣ
Ｄカメラ２ａの感度を下げることによって、外乱光が非
常に強くてもスリット光を外乱光に埋もれることなく画
像として認識しうる状態にすることができるが、その原
理は次の通りである。すなわち、外乱光が非常に強い場
合に通常のレーザ出力でレーザスリット光を照射しその
反射光を通常のカメラ感度で撮像すると、図３（Ａ）に
示すように、スリット光Ｐが外乱光Ｑに埋もれてしま
い、その埋もれた部分のスリット光を認識することがで
きない。これを第２画像として第１画像との減算処理を
行うと、スリット光Ｐの外乱光Ｑに埋もれていた部分が
消去されて完全なスリット像が得られないことは前述し
た通りである（図９（Ｃ）参照）。そこで、レーザ投光
器１ａの出力を上げてスリット光の明るさを一時的に外
乱光の明るさより明るくすれば、図３（Ｂ）に示すよう
に、スリット光Ｐと外乱光Ｑが重なってもスリット光Ｐ
は外乱光Ｑに埋もれることなく両者を区別して認識する
ことができる状態になる。ただ、スリット光と外乱光が
共に明るい状態だと、その明るさがＣＣＤカメラ２ａの
認識可能の上限値を超えることにより（飽和(saturatio
n)）結果としてスリット光と外乱光との区別がつかなく
なるおそれがるので、それを防止するためＣＣＤカメラ
２ａの感度を一時的に下げる。ＣＣＤカメラ２ａの感度
を下げることによって、図３（Ｃ）に示すような、スリ
ット光Ｐ全体を認識しうる第２画像が得られることにな
る。なお、レーザ出力の上昇を一時的にとどめるのは、
安全を考慮して一瞬だけ出力を上げる趣旨である。

【００１５】なお、投光手段はレーザ投光器１ａ、認識
手段はＣＣＤカメラ２ａ、第１記憶手段と第２記憶手段
は画像メモリ１０、画像処理手段は画像処理部１１、制
御手段は外乱光認識部１５によりそれぞれ構成されてい
る。

【００１６】次に、このように構成されたこの断面形状
測定装置の動作を図２のフローチャートに従って説明す
る。まず、測定ヘッド１３に設けられた図示しない測定
スイッチがオンされると、レーザ制御部９はレーザオフ
信号をレーザ投光器１ａに出力するとともに画像取り込
み信号を画像メモリ１０に出力して、レーザスリット光
が照射されない時の画像、つまり外乱光だけの第１画像
をＣＣＤカメラ２ａから画像メモリ１０に取り込む（Ｓ
１）。外乱光認識部１５はこの第１画像に基づいて外乱
光の明るさを演算し、その値があからじめ設定された所
定値以上であるかどうか判断する（Ｓ２）。この判断の
結果として外乱光の明るさが所定値以下であれば、通常
のレーザ出力とカメラ感度でも十分にスリット光と外乱
光とを区別できる状態であると判断して、ＯＫ信号をレ
ーザ制御部９に送り、レーザ制御部９は、レーザオン信
号をレーザ投光器１ａに出力すると共に画像取り込み信
号を画像メモリ１０に出力して、通常の出力でレーザス
リット光が照射された時の画像、つまりスリット光と外
乱光とが重なった第２画像を通常のカメラ感度でＣＣＤ
カメラ２ａから画像メモリ１０に取り込む（Ｓ３）。そ
れから、画像処理部１１は、第２画像から第１画像を引
き算する画像の減算処理を行って、第２画像から外乱光
分を消去してスリット光が照射された部分だけの画像を
抽出し（Ｓ４）、このスリット像に基づいて被測定物Ｗ
の断面形状を測定する（Ｓ５）。それから、測定結果を
例えばプロッタやモニタ等の測定結果出力部１２から出
力する（Ｓ６）。

【００１７】これに対し、ステップ２の判断の結果とし
て外乱光の明るさが所定値以上であれば、外乱光が強く
て通常のレーザ出力ではスリット光が外乱光に埋もれて
いるものと判断して、レーザ投光器１ａの出力を上げる
よう指令するレーザ出力可変信号をレーザ光制御部９に
送ってレーザ投光器１ａの出力を一時的に上昇させると
ともに（Ｓ７）、ＣＣＤカメラ２ａの感度を下げるよう
指令するカメラ感度可変信号をカメラ感度制御部１４に
送ってＣＣＤカメラ２ａの感度を一時的に低下させた後
（Ｓ８）、ステップ３に進んで第２画像を撮像し取り込
む。この第２画像は、スリット光を外乱光から区別して
認識できる状態にあることは前述した通りである。そし
て、以降は、上記の場合と同じステップをふんで断面形
状を測定する。

【００１８】したがって、本実施例によれば、外乱光が
非常に強い場合にはレーザ投光器１ａのレーザ出力とＣ
ＣＤカメラ２ａの感度を調節するようにしたので、この
場合であってもスリット光を外乱光から区別して認識し
うる状態の第２画像を得ることができ、従来通りの画像
減算処理を行うことによって、安定した断面形状を正確
に測定することができるようになる。

【００１９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、外
乱光の強弱に影響されることなく断面形状を安定的かつ
正確に測定できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による断面形状測定装置の概
略構成図である。

【図２】同実施例の動作を示すフローチャートである。

【図３】同実施例の説明に供する図である。

【図４】光切断法の測定原理の説明に供する図である。

【図５】従来技術の説明に供する図である。

【図６】同じく従来技術の説明に供する図である。

【図７】従来の断面形状測定装置の一例を示す概略構成
図である。

【図８】図７の装置による測定原理の説明に供する図で
ある。

【図９】従来技術の説明に供する図である。

【符号の説明】

１ａ…レーザ投光器（投光手段） ２ａ…ＣＣＤカメラ（認識手段） ９…レーザ光制御部 １０…画像メモリ（第１記憶手段、第２記憶手段） １１…画像処理部（画像処理手段） １４…カメラ感度制御部 １５…外乱光認識部（制御手段） Ｗ…被測定物

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被測定物の表面にスリット光を照射する出
   力可変の投光手段と、 前記表面からの反射光を受光してその形状を認識する感
   度可変の認識手段と、 前記投光手段オフ時の前記認識手段からの第１画像デー
   タを記憶する第１記憶手段と、 前記投光手段オン時の前記認識手段からの第２画像デー
   タを記憶する第２記憶手段と、 前記第２画像データから前記第１画像データを減算処理
   して前記表面の断面形状を抽出する画像処理手段と、 前記第１画像データに基づいて外乱光の明るさを演算
   し、この外乱光の明るさが所定値以上のときに、前記投
   光手段の出力を上げる指令信号と前記認識手段の感度を
   下げる指令信号とを出力する制御手段と、 を有することを特徴とする断面形状測定装置。