JPH0621766B2 - 断面形状の測定方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、静止状態または移動状態の被測定物の断面形
状を非接触で測定する断面形状の測定方法および装置に
関する。

〔従来の技術〕

従来における非接触の形状測定方法および装置として
は、特開昭５７−１１０９０７号公報に示されるよう
に、レーザ発振器とレーザ光線のスポット照射位置を撮
影するセンサからなる測定ヘッドを、被測定物の幅方向
に沿って周期的に往復移動（走査）させつつ、上記セン
サの出力信号を演算処理することによって被測定物の形
状を測定する、いわゆるレーザ光線式変位計で形状測定
を行なうものが知られている。

この他に、従来では光束の両側面が互いに平行でかつ平
らに形成されたスリット照明光を被測定物に照射し、こ
の照射箇所を少なくとも一個のカメラが有する二次元セ
ンサで撮影して、この二次元センサからの出力信号を演
算処理することによって被測定物の形状を算出する、い
わゆる光切断法によって形状測定を行なうものが知られ
ている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、前者のレーザ光線をスポット照射して使用する
ものにあっては、レーザ光線の指向性が強力であるた
め、被測定物に小さな突起がある場合や、測定ヘッドの
走査角度によっては、センサにレーザ光線が入射するこ
とが困難になって、正確な断面形状を測定できないこと
があるという問題がある。しかも、レーザ光線が被測定
物の１点のみをスポット照射することに起因して測定ヘ
ッドを操作させる必要があるから、移動している被測定
物の形状測定に実施した場合には、被測定物をその軸方
向に対し斜めに横断した面の形状が測定されるものであ
って、被測定物が幅方向に変動しつつ移動した場合、被
測定物をその軸方向に対し直角に横断した面の形状を正
確に測定することができないという問題があった。

また、上記後者の光切断法によるものでは、原理的には
上記前者の問題点を解決できるにも拘らず、実際上の測
定精度が悪いという問題がある。そこで、本発明者は鋭
意研究を重ねて測定精度がでない原因を追及した結果、
その原因がセンサを有するカメラ側にあることが判明し
た。

つまり、カメラは１台または数台をまとめて使用され、
そして、カメラは所定のｆ値をもったレンズを備えて形
成されているが、同じメーカーにより同じように製造さ
れたカメラであっても、そのレンズのｆ値は少しずつば
らついているとともに、カメラの性能も夫々ばらついて
おり、しかも、測定箇所からカメラのレンズまでの距離
が、カメラの取付けの向きおよび取付け加減でばらつく
ことが分った。

そして、これらのばらつきによりカメラの視野が異な
り、それに伴ってセンサの分解能も異なるという問題が
あり、これがために正確な断面形状の測定が困難になる
という問題があった。特に、測定精度を向上しようとし
てカメラを複数台使用して被測定物の各部分ごとを１台
のカメラのセンサで分割撮影する場合においては、既述
の各ばらつきが原因して、各センサの視野の大小および
各カメラの視野の向きによるＹ方向の基準位置等にばら
つきが発生し、また隣接するカメラの視野の重なり等も
発生するから、これらの条件によって正確な測定ができ
ないという問題があった。また、各カメラの取付け位置
のばらつきの修正作業が容易でなく、計測作業の能率が
悪いという問題があった。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために、本発明に係る断面形状の
測定方法は、 測定基準面に平らな面を有した光束をその平らな面が上
記測定基準面を横切るように照射し、その被照射箇所を
複数台のカメラが夫々有した二次元センサに分割投影し
て、これらセンサから出力される信号を任意なスレッシ
ョルド電圧を境に２値化した後、２値化された２値化デ
ータの境界を抽出して、この抽出データと上記各センサ
のＹ方向の基準との関係をもとに上記各二次元センサの
Ｙ方向の補正データを求めた後、 Ｙ方向の基準寸法が決定されているとともにＸ方向に沿
って２種類の基準寸法が周期的に決定されていて上記測
定基準面に置かれた基準ゲージに、平らな面を有した光
束をその平らな面が上記基準ゲージを横切るように照射
し、その被照射箇所を上記複数台のカメラが夫々有する
二次元センサに分割投影して、これらセンサから出力さ
れる信号を任意なスレッショルド電圧を境に２値化した
後、２値化された２値化データの境界を抽出し、 この抽出データと上記基準ゲージに決定された基準寸法
との関係をもとに上記各二次元センサについてのＸ、Ｙ
両方向の視野補正データを夫々求め、 この後、前記Ｘ方向の視野補正データおよび上記二次元
センサが取込んだ上記基準ゲージについての二次元画像
における基準寸法データと、上記基準ゲージに決定され
たＸ方向の寸法との関係をもとに隣接する上記二次元セ
ンサのＸ方向の視野オーバーラップの補正データを求
め、 上記Ｙ方向の補正データ、視野補正データ、および視野
オーバーラップ補正データを補正データ用メモリに格納
し、 次に、平らな面を有した光束をその平らな面が上記測定
基準面上に置かれた被測定物を横切るように照射し、そ
の被照射箇所を上記複数台のカメラの各二次元センサに
夫々分割投影して、これらのセンサから出力される信号
を任意なスレッショルド電圧を境に２値化した後、 この２値化された２値化データの境界を上記被測定物に
おける被照射箇所の輪郭形状を示す二次元データとして
抽出し、 この二次元データと、上記補正データ用メモリに格納さ
れた上記Ｙ方向の補正データ、視野補正データ、および
視野オーバーラップ補正データとをもとにして被測定物
の断面形状を求めることを特徴としたものである。

また、同様に上記問題点を解決するために、本発明に係
る断面形状の測定装置は、 Ｙ方向の基準寸法が決定されているとともに、Ｘ方向に
沿って２種類の基準寸法が周期的に決定されていて測定
基準面に載置される基準ゲージと、 平らな面を有した光束をその平らな面が上記測定基準面
上に載置される上記基準ゲージおよび被測定物を横切る
ようにして上記測定基準面に向けて照射する光源と、 前記光束の被照射箇所が分割投影される複数台のカメラ
が夫々有する二次元センサと、 上記二次元センサから出力される信号について−〜＋数
本以内のラスタ毎における最大電圧値と最低電圧値とを
求め、これらの値の1/2の電圧値をスレッショルド電圧
として、この電圧を境に上記二次元センサから出力され
る信号を２値化する２値化手段と、 ２値化された２値化データの境界を演算により抽出し、
また、上記測定基準面について抽出したデータと上記各
二次元センサのＹ方向の基準とをもとに上記各二次元セ
ンサのＹ方向の補正データを演算により算出し、かつ、
上記測定基準面上に置かれた上記基準ゲージについて抽
出した寸法データと上記基準ゲージに決定された基準寸
法をもとに上記各二次元センサについてのＸ、Ｙ両方向
の視野補正データを演算により算出し、さらに、上記Ｘ
方向の視野補正データと上記基準ゲージについての二次
元画像におけるＸ方向の寸法データと上記基準ゲージに
決定されたＸ方向の基準寸法とをもとに隣接する上記二
次元センサのＸ方向の視野オーバーラップ補正データを
演算により算出する境界抽出手段と、 上記基準ゲージの基準寸法と、上記Ｙ方向の補正データ
と、上記視野補正データと、上記視野オーバーラップ補
正データとが夫々格納される補正データ用メモリと、 上記補正データ用メモリに格納された上記各補正データ
と、上記境界抽出手段で抽出された被測定物における被
照射箇所の輪郭形状を示す上記二次元データとをもとに
して上記被測定物の断面形状を演算により求める断面形
状算出手段とを具備したものである。

〔作用〕

上記解決手段を備えた測定方法および装置は、測定を始
めるに当たって、あるいは測定を一時中断して基準ゲー
ジを測定基準面に設置して、この基準面を光源からの光
で照射して、被照射箇所を複数台のカメラの二次元セン
サに分割投影する。そうすると、二次元センサから出力
される信号が２値化手段で処理されて、基準ゲージに対
して光が当たっている箇所が白ビットとして振分けられ
るとともに、基準ゲージに対して光が当たっていない箇
所が黒ビットとして振分けられる。次ぎに、このように
して２値化された２値化データは、その境界を示すデー
タ、つまりは基準ゲージにおける被照射箇所のＸ方向、
Ｙ方向に沿う輪郭形状（この場合寸法）が、境界抽出手
段での演算によって抽出される。このようにして得られ
た基準ゲージの実際の測定データと基準ゲージに定めら
れている寸法をもとに、二次元センサのＸ方向およびＹ
方向の視野内の１ビットが実際の何mmに対応するかを換
算する視野補正データを上記境界抽出手段で演算して、
この値を補正データ用メモリに取込む。このメモリに取
込まれた視野補正データは、以後新たに視野補正データ
が取込まれるまで保存される。この後、測定基準面に被
測定物をそれ自体の移動によりあるいは適当な搬入手段
または手作業で配設して、この被測定物に対して光切断
法を実施する。そうすると、二次元センサから出力され
る信号が２値化手段で２値化されて、次ぎに２値化デー
タの境界を示す二次元データ、つまりは被測定物におけ
る被照射箇所の輪郭形状を、境界抽出手段での演算によ
って抽出する。この二次元データは断面形状算出手段に
入力される。そして、この算出手段では上記補正データ
用メモリに格納されている視野補正データと二次元デー
タとをもとにして被測定物の断面形状を算出する。以上
のように上記基準ゲージを使用して二次元センサの視野
補正データを取込んで、このデータで実際の測定寸法を
校正するから、複数台のカメラで被測定物の被照射箇所
を分割して撮影することに基づき各カメラ相互の視野の
大きさにずれがあっても、またカメラの取付け位置や向
きにずれがあっても、その影響を排除して正確に断面形
状を測定できるとともに、各カメラの取付けの精度を厳
密にしなくてもよくなるから、装置の取付けを容易化で
きる。しかも、上記視野の校正に加えて隣接カメラの視
野Ｘ方向オーバーラップおよび各カメラのＹ方向の補正
データを取込んで、これらのデータで実際の測定寸法を
校正する方法および装置であるから、複数台のカメラを
使用して全体の分解能をより向上して正確な測定を行な
わせることができる。また、上記２値化を、二次元セン
サからの出力信号について、−〜＋数本以内のラスタ毎
における最大電圧値と最低電圧とを求めて、これらの値
の略1/2の電圧値をスレッショルド電圧として実施する
装置にあっては、被測定物に照射される光源を光量むら
及び又は撮像される像の光量むらがある場合にあっても
二次元データの抽出が容易化するので、測定の正確性を
より高めることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図から第１２図を参照し
て説明する。

第１図、第４図〜第８図中１は測定基準面であり、測定
箇所に固定的または着脱可能に設置された例えば測定台
２の平らな上面により形成されている。この基準面１に
は基準ゲージ３が着脱自在に設置されるとともに、被測
定物４（第８図参照）が着脱自在に設置されるようにな
っている。なお、被測定物４が移動物体である場合に
は、その移動を案内するローラなどの頂部を測定基準面
１としてもよい。

基準ゲージ３はＸ方向（横方向）に沿って２種類の基準
寸法Ａ，Ｂが周期的に決定されているとともに、Ｙ方向
（縦方向）に沿う基準寸法Ｃも決定されているものであ
って、第２図に例示されるように凹凸状をなしている。

被測定物４には、連続して移動される帯状物体、例え
ば、タイヤ押出しトレッド，車輌等の窓用ウエザースト
リップ，アルミニューム合金等の押出し型材，金属の引
き抜き材，金属または樹脂製の中実材，型鋼，鋼板をプ
レス加工したもの，鋼板を曲げ加工したもの，または非
連続な合成樹脂成形品および木製物体等、種々の被測定
物があげられる。また、被測定物４は測定基準面１上を
移動されるものでなくてもよい。

測定基準面１の上方には投光器５が配設されている。投
光器５はハロゲンランプなどの光源６を少なくとも１台
例えば５台有して形成されていて、これら複数台の光源
６からの光束Ｄは、投光器５が備えるスリットおよびレ
ンズなどを介して平らな面を有するように制御されて、
その平らな面が測定基準面１を横切るようにして上記測
定基準面１の各部を幅方向に分担して照明するようにな
っている。

各光源６は、調光手段７に夫々接続されており、この手
段７を通して印加される電圧の変化で、被測定物４によ
り異なる撮影レベルに応じて、明るさを自動的に制御さ
れるようになっているとともに、この制御により後述す
る全カメラ９が適正な撮影レベルとなったことを図示し
ないＡＮＤ回路により判定して、そのＡＮＤの成立によ
り各カメラ９が有する二次元センサ１１から出力するよ
うに構成されている。

さらに、測定基準面１の上方には受光器８が配設されて
いる。受光器８は並設された複数台のカメラからなり、
本実施例の場合には７台のカメラ９と、これらに同期信
号を供給する同期信号発生回路１０とで形成されてい
る。カメラ９にはＩＴＶカメラまたはＭＯＳエリアアレ
ーセンサ等の二次元センサ１１を内蔵するものが使用さ
れ、本実施例の場合には２４４×３２０ビットのＭＯＳ
エリアアレーセンサを二次元センサ１１として内蔵した
カメラ９が使用されている。

これらのカメラ９は上記測定基準面１上の被測定物４を
各部分ごとに分割して撮影するものであり、このような
分割撮影によって一台のカメラ９のみで被測定物４全体
を撮影する場合に比較して分解能を向上するようになっ
ている。また、各カメラ９の撮影レベルは上記調光手段
７を介して光源６にフィードバックされるようになって
いる。

第１図に示されるように上記投光器５およびカメラ９
は、光源６からの光束Ｄの光軸およびカメラ９の光軸Ｅ
の被測定物４上での交点において立てた垂線Ｆに対し
て、上記光束Ｄの光軸をα゜傾けるとともに、カメラ９
の光軸Ｅをβ゜傾けて配設され、これらの角度を夫々
（45±20）゜としてある。なお、α＋βは90゜である方
がより望ましい。また、上記調光手段７に代えて各カメ
ラ９に自動絞り機構を備えたものを使用して、この機構
によって被測定物４により異なる撮影レベルに応じて絞
りが適正な値に自動制御されるようにするとともに、こ
の制御により全カメラ９が適正な撮影レベルとなったこ
とを図示しないＡＮＤ回路により判定して、そのＡＮＤ
の成立により各カメラ９が有する二次元センサ１１から
出力するように構成してもよい。

上記各カメラ９の二次元センサ１１を夫々ラスタスキャ
ンする図示しない各駆動機構の出力端は、センサセレク
タ１２を介して処理装置１３に内蔵の２値化手段１４に
接続されている。処理装置１３には、上記２値化手段１
４、バッファメモリ１５、エラー消去手段１６、境界抽
出手段１７、補正データ用メモリ１８、断面形状算出手
段１９が設けられており、これらの手段等はＣＰＵ２０
によって実現されている。

２値化手段１４は、上記二次元センサ１１からのアナロ
グ信号を、任意なスレッショルド電圧でスライスして白
黒ビットに振分けるように構成されている。そして、実
施例の２値化手段１４は、例えば第９図中上側の波形で
例示されるような二次元センサ１１からのアナログ出力
信号Ｇについて、−〜＋数本以内のラスタ毎における最
大電圧値ＶＨと最低電圧値ＶＬとを求めてから、これら
の値ＶＨ，ＶＬの略1/2つまり1/2±15％の電圧値をスレ
ッショルド電圧ＳＶ（しきい値）として、この電圧で、
同電圧を求めたラスタあるいは次ぎのラスタに係る二次
元センサ１１からのアナログ信号をスライスして、第９
図中下側の波形で例示したように白黒ビットに振分けて
２値化するようになっている。このようなラスター毎の
２値化手段１４は、光むらに拘らずより確実に２値化を
するための配慮であり、−〜＋数本以内のラスタ毎とし
た理由は経験的な確認によるものであって、かつ、それ
を越えるラスタ数を使用する場合には２値化の信頼性が
実用上において問題を生じる程度に低下したことによ
る。なお、この２値化手段１４はアナログ処理回路から
なる論理回路に代えてもよく、その場合には処理速度を
より高めることができる。なお、センサー毎又はセンサ
ー全体のスレッショルド電圧ＳＶを決定し、この電圧を
用いて２値化してもよい。

バッファメモリ１５は以上のようにして得た２値化デー
タを格納するものであって、格納された２値化データの
エラーは上記エラー消去手段１６で消去される。この手
段１６は、第１０図中上側に例示した白黒ビット格納状
態において白ビットの複数（例えば１０ビット以内）デ
ータに両側が隣接している黒データb1、および黒ビット
の複数（例えば１０ビット以内）データに両側が隣接し
ている白データb2がある場合に、これらのデータb1，b2
を、エラーデータと判定して第１０図中下側に例示した
白黒ビット格納状態に示すように両側に隣接しているデ
ータに同化させるという、差異データの平滑化処理を行
なう構成である。このエラー消去によって２値化データ
の誤りがなくなって、後述のようにして得られる被測定
物４の輪郭をより明確化できるものである。なお、この
手段１６は必要により省略してもよい。

境界抽出手段１７は、２値化データが上記バッファメモ
リ１５においてマトリックス的に配置されていると見な
し得ることから、このマトリックスにおける白黒ビット
の境界、つまりは基準ゲージ３および被測定物４に対し
て直角に交差する被照射箇所における光切断面の輪郭形
状を演算によって抽出するように構成された手段であ
る。また、この抽出手段１７は、外部キーボード２１に
より補正データ用メモリ１８に予め入力されている上記
基準ゲージ３に決定されている基準寸法（寸法Ａ，Ｂ，
Ｃ）と、上記演算により抽出した基準ゲージ３の輪郭を
示す寸法測定データとの関係をもとにして、演算により
上記二次元センサ１１の視野補正データを算出するよう
に構成されている。さらに上記抽出手段１７は上記演算
により抽出した基準ゲージ３の輪郭を示す寸法測定デー
タと、外部キーボード２１から予め入力されている上記
基準ゲージ３に決定されている基準寸法（寸法Ａ，Ｂ，
Ｃ）との関係をもとにして、演算により隣接する二次元
センサ１１の視野Ｘ方向オーバーラップの補正データを
算出するように構成されている。しかも、上記抽出手段
１７はその演算により抽出した抽出データと各センサ１
１のＹ方向の基準との関係をもとに演算により各二次元
センサ１１のＹ方向の補正データを算出するようにも構
成されている。なお、Ｙ方向の補正データを算出する手
段は論理回路に代えてもよく、その場合には処理速度を
より高めることができる。

そして、上記各補正データは、補正データ用メモリ１８
に格納されるようになっており、これらの各補正データ
は新たな補正データが格納されるまで保存される。

また、上記境界抽出手段１７によって抽出された被測定
物４の被照射箇所の輪郭形状を示す二次元データは断面
形状算出手段１９に取込まれるようになっている。この
算出手段１９は、取込んだ上記二次元データと上記補正
データ用メモリ１８に格納されている補正データとをも
とにして、被測定物４の断面形状を演算により算出して
外部に出力するように構成されている。そして、この算
出手段１９の出力端には上記処理装置１３の外部に設け
られるプリンタ２２、モニタテレビ２３、および磁気デ
ィスク等の記録ディスク２４などの少なくとも一つが接
続されている。なお、モニタテレビ２３には受光器８の
各カメラ９が夫々有した二次元センサ１１からの信号、
２値化データ、および上記断面形状算出手段１９のデー
タ出力が、図示しない切換え手段により選択的に入力さ
れるようになっている。

そして、以上の構成の装置は第１１図および第１２図に
示す順序によって被測定物４の断面形状を測定する。

つまり、ステップ１では、投光器５の各光源６を点灯す
ることにより、第７図に示すように平らな面を有した光
束Ｄを測定基準面１にこれを横切るようにして照射させ
る。

ステップ２では、受光器８の各カメラ９が夫々有した二
次元センサ１１のＹ方向に対する基準位置を決定する。
この決定は次ぎの〜の順序を経てなされる。ま
ず、上記測定基準面１の被照射箇所が投影されている各
二次元センサ１１の駆動機構を動作させて、各センサ１
１をラスタスキャンしてアナログ信号を出力する。こ
のアナログ信号はセンサセレクタ１２を通って、各セン
サ１１毎に順に２値化手段１４に入力する。２値化手
段１４は、入力したアナログ信号について−〜＋数本以
内のラスタ毎における最大の電圧値ＶＨと最低電圧値Ｖ
Ｌとを求めて、これらの値の略1/2の電圧をスレッショ
ルド電圧ＳＶとして設定し、この電圧ＳＶで上記アナロ
グ信号をスライスして、測定基準面１に光が当たってい
る箇所を白ビットとするとともに測定基準面１に光が当
たっていない箇所を黒ビットとして振分けて２値化す
る。そして、この２値化データはバッファメモリ１５
に格納されてから、そのエラーデータがエラー消去手
段１６により正された後、境界抽出手段１７に入力す
る。この手段１７は、白黒ビットの境界（つまり、こ
の場合は第７図および第８図中に示す測定基準面１にお
ける光の境界線）を抽出した後、この境界線と二次元
センサ１１が取込んだモニタテレビの一画面相当の任意
画素線（例えば最も下のラスタ）との間の高さy1を算出
する。この演算により、各センサ１１のＹ方向の補正デ
ータy1が得られ、この補正データy1は補正データ用メモ
リ１８に格納される。したがって、第８図に示すように
測定基準面１上の被測定物４のＹ方向の寸法y2は、二次
元センサ１１が取込んだ二次元画像中、上記最も下のラ
スタと被測定物４の上端との間の寸法をＹと置くことに
より、y2＝Ｙ−y1の演算式で算出できる。

ステップ３では、測定基準面１の上面に基準ゲージ３を
置く。それによりステップ４に移って基準ゲージ３を光
切断法によって計測する。この計測は第１２図に示すス
テップ１３〜１９を経て実施される。つまり、まず、ス
テップ１３では各二次元センサ１１で基準ゲージ３の被
照射箇所を受光する（換言すれば被照射箇所を撮像す
る。）。そして、各二次元センサ１１の駆動機構を動作
させて、各センサ１１をラスタスキャンしてアナログ信
号を出力する。ステップ１４では、アナログ信号をセン
サセレクタ１２を通して、各センサ１１ごとに順に２値
化手段１４に入力させる。ステップ１５では、入力した
アナログ信号（つまり、二次元映像信号）を、２値化手
段１４により、アナログ信号について、−〜＋数本以内
のラスタ毎における最大の電圧値ＶＨと最低電圧値ＶＬ
とを求めて、これらの値の略1/2の電圧をスレッショル
ド電圧ＳＶとして設定し、この電圧ＳＶで上記アナログ
信号をスライスして、測定基準面１に光が当たっている
箇所を白ビットとするとともに測定基準面１に光が当た
っていない箇所を黒ビットとして振分けて２値化する。
ステップ１６では２値化データをバッファメモリ１５に
格納する。そしてステップ１７では、センサセレクタ１
２によって入力される各二次元センサ１１のアナログ信
号について上記ステップ１５および１６を繰返す。この
後、ステップ１８でバッファメモリ１５に格納された２
値化データについてのエラーデータを、エラー消去手段
１６により正す。最後にステップ１９で、バッファメモ
リ１５に格納されたモニタテレビの一画面相当の２値化
データについて境界抽出手段１７で、白黒ビット境界
（この場合は基準ゲージ３における凹部の底面および凸
部の上面ならびにこれら底面と上面とをつないだ垂直な
境界）を抽出する。

以上でステップ４が実行され、次ぎにステップ５に移っ
て各二次元センサ１１の視野補正データを求める。この
データは上記境界抽出手段１７での演算により算出され
る。すなわち、この場合、上記二次元センサ１１が取込
んだ基準ゲージ３の二次元的画像が第４図の斜線で示す
ようなもので、この画像中における凹部底面のＸ方向の
実測寸法がＨビットで、かつ上記垂直な境界のＹ方向の
実測寸法がＩビットであったとする。そして、第３図に
おいて左端のセンサ１１の視野Ｉについての分解能がバ
ッファメモリでの二次元的画像上で、Ｘ方向がＪビット
で、Ｙ方向がＫビットであれば、次ぎに演算式によって
上記左端のセンサ１１の視野補正データが算出される。

Ｘ方向の視野補正データＸ１ ＝Ｂ／Ｈ（mm／ビット） Ｙ方向の視野補正データＹ１ ＝Ｃ／Ｉ（mm／ビット） したがつて、上記左端のセンサ１１のＸ方向、およびＹ
方向の視野は、次ぎの演算式によって算出される。

Ｘ方向の視野＝Ｊ×Ｂ／Ｈ（mm） Ｙ方向の視野＝Ｋ×Ｃ／Ｉ（mm） そして、上記の演算により求められた視野補正データＸ
１，Ｙ１は補正データ用メモリ１８に格納される。この
視野補正データは各二次元センサ１１の視野II，IIIに
ついて夫々求められて上記メモリ１８に格納される。

この後、ステップ６が実施されて、第３図におけるＬで
示される視野Ｘ方向のオーバーラップの補正データを求
める。このデータは上記境界抽出手段１７での演算によ
り算出される。すなわち、視野オーバーラップは隣接す
る二次元センサ１１同志の内一方が、上記ステップ４で
取込んだ二次元的画像が第５図に示され、かつ隣接する
他方の二次元センサ１１が、上記ステップ４で取込んだ
二次元的画像が第６図に示されるようなものであったと
した場合、これらの図において、 （Ｍ１＋Ｎ２−Ｌ）ビットは、基準ゲージのＸ方向の寸
法（Ａ＋Ｂ）mmに等しい。ここに、Ｍ１は隣接した視野
うち左側に位置される視野内の上記基準ゲージ３の二次
元的画像におけるＸ方向の全長Ｏ１からオーバーラップ
しない凸部の画像長さＮ１を減算した長さ、Ｍ２は隣接
した視野のうち右側に位置される視野内の上記基準ゲー
ジ３の二次元的画像におけるＸ方向にオーバーラップし
た凸部の画像長さ、そしてＬは上記オーバーラップ寸法
である。

したがって、これら隣接した視野のＸ方向オーバーラッ
プ補正データＬは次ぎの演算式で算出される。

Ｌ（ビット） ＝（Ｍ１＋Ｎ２）−（Ａ＋Ｂ）／Ｘ１ そして、上記の演算により求められた視野Ｘ方向オーバ
ーラップ補正データＬは補正データ用メモリ１８に格納
される。この補正データＬは隣接する二次元センサ１１
について夫々求められて上記メモリ１８に格納される。

以上のステップ１〜６により、各カメラ９のＹ方向の寸
法、視野、視野オーバーラップについての校正が完了さ
れ、その直後にステップ７に移って測定スタート待ちと
なる。そして、装置を校正モードから測定モードに切換
えて、ステップ８により被測定物４を測定基準面１上に
設置して測定をスタートする。測定のスタートにより、
投光器５の各光源６を点灯することにより、第７図に示
すように平らな面を有した光束Ｄを被測定物４を載せた
測定基準面１にこれを横切るようにして照射させて、ス
テップ９を実施する。

次ぎのステップ１０では上記ステップ１３〜１９が繰返
される。このステップ１０で抽出された被測定物４の輪
郭を示す二次元データは、上記補正データ用メモリ１８
に格納されることなく、次ぎのステップ１１を実施する
断面形状算出手段１９に出力される。そしてステップ１
１では、断面形状算出手段１９がこれに入力された二次
元データと上記メモリ１８に格納された各種補正用デー
タとをもとにして断面形状を演算する。この演算におけ
る被測定物４のＹ方向の実厚み寸法d1は、次ぎの演算式
で行われる。

d1＝（Ｙ−y1）×Ｂ／Ｉ（mm） なお、この式におけるＹ、yiは第８図において示されて
いる。

かくして算出された被測定物４のＹ方向寸法（厚みd1）
のパターンを認識することにより得られる被測定物４の
断面形状は、ステップ１２の実行によりプリンタ２２、
モニタテレビ２３、記録ディスク２４などの外部機器に
出力される。

すなわち、以上のようにして被測定物の断面形状が測定
される。

そして、以上の測定においては、各二次元センサ１１の
視野補正データを取込んで、このデータで測定寸法を校
正することにより、購入したカメラ９の使用書に記載さ
れたカメラ９のｆ値等の性能と実際の視野のずれをなく
すことができる。さらに、カメラ９を複数台使用するか
ら、分解能を向上できるとともに、隣接カメラ９の視野
Ｘ方向オーバーラップおよび各カメラ９のＹ方向の補正
データを取込んで、これらのデータで実際の測定寸法を
校正するから、各カメラ９の取付け位置や向きにずれが
あって各カメラ９の視野がオーバーラップしても、各カ
メラ９のＹ方向の向きが異なっていても、これらの影響
を排除して断面形状を測定できる。これにより、高精度
の測定を実現できるとともに、カメラ９の取付け精度を
厳密にしなくてもよくなって、装置の取付けを容易に実
施できる。しかも、既述の２値化手段１４を実施するこ
とから、被測定物４の形状が複雑である場合にあって
も、二次元データの抽出が容易となり、測定の正確性を
より高めることができる。

また、本発明は、上記エラー消去手段１６およびその実
行をするステップ１８は省略して実施することもでき、
その場合にはステップ１９をステップ１５とステップ１
６との間で実施するようにしてもよい。

さらに、本発明において、各二次元センサ１１の取付け
位置および向き等を予め手作業で正確に調整してから測
定を実行する場合には、ステップ２およびステップ６を
省略して実施しても差支えない。

なお、本発明は第１３図に示すように二次元センサを有
するカメラ９および光源６を有した投光器５を二組備え
て、これら各組が被測定物４の軸方向の対称位置に配置
して実施してもよい。なお、同図中Ｓは仮想基準面を示
す。このようにして実施する場合には、上記軸方向に対
して直角に交差する方向に沿う測定基軸Ｚの位置を、中
実な被測定物の太さ等の変化に拘らず安定化させて、測
定の信頼性を高めることができる。

その他、本発明の実施にあたっては、測定基準面、基準
ゲージおよびそれに決定された寸法、光源、カメラおよ
びその二次元センサ、２値化手段、境界抽出手段、補正
データ用メモリ、断面形状算出手段等の具体的な構造、
形状、位置等は、上記一実施例に制約されることなく、
発明の要旨に反しない限り種々の態様に構成して、実施
できることは勿論である。

〔発明の効果〕

上記特許請求の範囲に記載の構成を要旨とする断面形状
の測定方法および装置においては、カメラを複数台使用
して被照射箇所を分割撮影するので、その使用台数に応
じて分解能が高まり測定精度を向上できる。そして、こ
れらカメラの二次元センサの視野補正データ、隣接する
カメラ相互のＸ方向の視野重なりに対する視野オーバー
ラップ補正データ、および測定基準面の高さに対するＹ
方向の補正データを取込んで、これらの補正データで実
際の測定寸法を校正するので、カメラの仕様書上のｆ値
等と実際の視野のずれを排除できるとともに、各カメラ
の取付け位置や向きに多少のずれがあって各カメラの視
野がオーバーラップしていても、また、各カメラのＹ方
向の向きが異なっていても、これらの影響を排除して、
断面形状を高精度に測定できる。そのため、カメラの取
付け精度を厳密にしなくてもよくなって、装置の取付け
を容易化できる。しかも、２値化を、二次元センサから
のアナログ信号について、−〜＋数本以内のラスタ毎に
おける最大電圧値と最低電圧値とを求めて、これらの値
の略1/2の電圧値をスレッショルド電圧として実施する
ことを必須要件の一つとした発明においては、二次元デ
ータの抽出を容易化できるので、測定の正確性をより高
め得る。

【図面の簡単な説明】

第１図から第１２図は本発明の一実施例を示し、第１図
は光切断部の構成とともに示すブロック図、第２図は基
準ゲージの斜視図、第３図は隣接した複数の二次元セン
サの視野の状態を示す図、第４図から第６図は二次元セ
ンサが取込んだ夫々異なる基準ゲージの二次元像を示す
図、第７図は測定基準面に光束が照射された状態を示す
斜視図、第８図は二次元センサが取込んだ被測定物の二
次元像を示す図、第９図はアナログ信号と２値化データ
との関係を示す波形図、第１０図はエラービットの変換
状況を示す図、第１１図は測定ステップを示すフローチ
ャート、第１２図は光学計測のステップを示すフローチ
ャート、第１３図は本発明の他の実施例に係る投光器と
カメラの配置関係を示す図である。 １……測定基準面、３……測定ゲージ、Ａ，Ｂ，Ｃ……
測定ゲージに決定された寸法、Ｄ……光束、６……光
源、７……調光手段、１１……二次元センサ、１２……
センサセレクタ、１４……２値化手段、１５……バッフ
ァメモリ、１７……境界抽出手段、１８……補正データ
用メモリ、１９……断面形状算出手段。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−80003（ＪＰ，Ａ)

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】測定基準面に平らな面を有した光束をその
   平らな面が上記測定基準面を横切るように照射し、その
   被照射箇所を複数台のカメラが夫々有した二次元センサ
   に分割投影して、これらセンサから出力される信号を任
   意なスレッショルド電圧を境に２値化した後、２値化さ
   れた２値化データの境界を抽出して、この抽出データと
   上記各センサのＹ方向の基準との関係をもとに上記各二
   次元センサのＹ方向の補正データを求めた後、 Ｙ方向の基準寸法が決定されているとともにＸ方向に沿
   って２種類の基準寸法が周期的に決定されていて上記測
   定基準面に置かれた基準ゲージに、平らな面を有した光
   束をその平らな面が上記基準ゲージを横切るように照射
   し、その被照射箇所を上記複数台のカメラが夫々有する
   二次元センサに分割投影して、これらセンサから出力さ
   れる信号を任意なスレッショルド電圧を境に２値化した
   後、２値化された２値化データの境界を抽出し、 この抽出データと上記基準ゲージに決定された基準寸法
   との関係をもとに上記各二次元センサについてのＸ、Ｙ
   両方向の視野補正データを夫々求め、 この後、前記Ｘ方向の視野補正データおよび上記二次元
   センサが取込んだ上記基準ゲージについての二次元画像
   における寸法データと、上記基準ゲージに決定されたＸ
   方向の基準寸法との関係をもとに隣接する上記二次元セ
   ンサのＸ方向の視野オーバーラップの補正データを求
   め、 上記Ｙ方向の補正データ、視野補正データ、および視野
   オーバーラップ補正データを補正データ用メモリに格納
   し、 次に、平らな面を有した光束をその平らな面が上記測定
   基準面上に置かれた被測定物を横切るように照射し、そ
   の被照射箇所を上記複数台のカメラの各二次元センサに
   夫々分割投影して、これらのセンサから出力される信号
   を任意なスレッショルド電圧を境に２値化した後、 この２値化された２値化データの境界を上記被測定物に
   おける被照射箇所の輪郭形状を示す二次元データとして
   抽出し、 この二次元データと、上記補正データ用メモリに格納さ
   れた上記Ｙ方向の補正データ、視野補正データ、および
   視野オーバーラップ補正データとをもとにして被測定物
   の断面形状を求めることを特徴とする断面形状の測定方
   法。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第（１）項の記載におい
   て、被測定物の被照射箇所が投影された二次元センサか
   ら出力される信号について、−〜＋数本以内のラスタ毎
   における最大電圧値と最低電圧値を求め、これらの値の
   略1/2の電圧値をスレッショルド電圧として二次元セン
   サから出力される信号を２値化することを特徴とする断
   面形状の測定方法。
3. 【請求項３】Ｙ方向の基準寸法が決定されているととも
   に、Ｘ方向に沿って２種類の基準寸法が周期的に決定さ
   れていて測定基準面に載置される基準ゲージと、 平らな面を有した光束をその平らな面が上記測定基準面
   上に載置される上記基準ゲージおよび被測定物を横切る
   ようにして上記測定基準面に向けて照射する光源と、 前記光束の被照射箇所が分割投影される複数台のカメラ
   が夫々有する二次元センサと、 上記二次元センサから出力される信号について−〜＋数
   本以内のラスタ毎における最大電圧値と最低電圧値とを
   求め、これらの値の1/2の電圧値をスレッショルド電圧
   として、この電圧を境に上記二次元センサから出力され
   る信号を２値化する２値化手段と、 ２値化された２値化データの境界を演算により抽出し、
   また、上記測定基準面について抽出したデータと上記各
   二次元センサのＹ方向の基準とをもとに上記各二次元セ
   ンサのＹ方向の補正データを演算により算出し、かつ、
   上記測定基準面上に置かれた上記基準ゲージについて抽
   出した寸法データと上記基準ゲージに決定された基準寸
   法をもとに上記各二次元センサについてのＸ、Ｙ両方向
   の視野補正データを演算により算出し、さらに、上記Ｘ
   方向の視野補正データと上記基準ゲージについての二次
   元画像におけるＸ方向の寸法データと上記基準ゲージに
   決定されたＸ方向の基準寸法とをもとに隣接する上記二
   次元センサのＸ方向の視野オーバーラップ補正データを
   演算により算出する境界抽出手段と、 上記基準ゲージの基準寸法と、上記Ｙ方向の補正データ
   と、上記視野補正データと、上記視野オーバーラップ補
   正データとが夫々格納される補正データ用メモリと、 上記補正データ用メモリに格納された上記各補正データ
   と、上記境界抽出手段で抽出された被測定物における被
   照射箇所の輪郭形状を示す上記二次元データとをもとに
   して上記被測定物の断面形状を演算により求める断面形
   状算出手段とを具備することを特徴とする断面形状の測
   定装置。
4. 【請求項４】特許請求の範囲第（３）項の記載におい
   て、二次元センサを有するカメラ群および光源群が二組
   備えられているとともに、これら各組が被測定物の軸方
   向に対称位置に配置されていることを特徴とする断面形
   状の測定装置。
5. 【請求項５】特許請求の範囲第（３）項または第（４）
   項の記載において、複数台の各カメラの二次元センサか
   ら出力される信号をセンサセレクタを通して２値化手段
   に入力させることを特徴とする断面形状の測定装置。
6. 【請求項６】特許請求の範囲第（３）項〜第（５）項の
   うちいずれか１項の記載において、光源が二次元センサ
   の撮影レベルに応じて調光されるものであることを特徴
   とする断面形状の測定装置。
7. 【請求項７】特許請求の範囲第（３）項〜第（６）項の
   うちいずれか１項の記載において、二次元センサが有す
   るカメラが自動絞り機構を有したものであることを特徴
   とする断面形状の測定装置。