JPH09287926A - 断面形状計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 物体の反射率の違いによる像のにじみやとぎ
れを生じることなく物体の断面形状を得る。 【解決手段】 互いに異なる撮影条件により、物体の光
断面像を表す複数の撮像データを得る。各撮像データに
ついて、同一ライン上における輝度を求め、この輝度が
最大となるラインの撮像データを画像メモリに格納す
る。撮像データ上の全てのラインについて、最大輝度と
なるデータを画像メモリに格納し、これらを合成して最
終的な断面像を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、物体の形状を非接
触で計測する自動形状計測装置や、溶接トーチの位置決
め装置、溶接線自動倣い装置等に適用される断面形状計
測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光切断法を用いて物体の断面形状を得る
場合、例えば、図６に示すように、スリット光光源２１
から発生させたスリット光２２を、被検体２３の観察し
たい部分、例えば溶接対象の開先面２４に照射し、得ら
れた光切断線２５を撮像カメラ２８で斜め上方より撮像
することで、開先の断面形状を得る。この光切断線２５
を正確に得るためには、スリット光２２や撮像カメラ２
８のフォーカス、撮像カメラ２８のレンズ絞りおよびス
リット光の照射光強度を最適に調整する必要がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
光切断法においては、例えば溶接開先にあって開先が深
く狭開先である場合や、開先面が研磨してある時には、
正確な光切断像を得ることは困難である。これは、開先
下部において反対側の壁にスリット光が反射することに
より、本来の光切断線に余分な反射光が混入するためで
ある。また、研磨してある面では他の面に比較して反射
率が高く、撮像された光切断像は開先下部がにじんで線
幅が広がってしまい、本来の光切断線が得られなくなる
といった問題があった。

【０００４】そこで、開先面に注目して撮像カメラのレ
ンズ絞りを強くする、あるいはスリット光の照射光強度
を弱めることが考えられる。しかしながら、レンズ絞り
を強くしたりスリット光の照射光強度を弱めると、開先
下部の像は鮮明になるものの、相対的に反射率の低いそ
の他の部分では、光切断線がとぎれとぎれに撮像されて
しまい、正確な光切断像を得ることができなかった。

【０００５】本発明の目的は、物体の反射率の違いによ
る像のにじみやとぎれを生じることなく物体の断面形状
を得ることができる断面形状計測装置を提供することに
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】一実施の形態を示す図１
を参照して説明すると、請求項１の発明は、物体外形の
凹凸を表す外形像を撮像し、外形像に画像処理を施すこ
とにより物体の断面形状を得る断面形状測定装置に適用
され、それぞれ異なる撮影条件により撮像された複数の
外形像を格納可能な画像記憶手段１０と、複数の外形像
から、各外形像の互いに対応する領域ごとに、領域内の
領域データを抽出する抽出手段１１と、抽出された複数
の領域データから、各領域ごとに一つのデータを選択す
る選択手段１１と、各領域ごとの一つのデータを合成し
て物体の断面形状を表す断面像を得る合成手段１１とを
備えたことにより上記目的を達成する。

【０００７】請求項２の発明は、外形像が、スリット状
のレーザ光を前記物体に照射し、レーザ光の照射された
部分を撮像することにより得られる光切断像である。

【０００８】請求項１の発明は、異なる撮影条件により
得られた複数の外形像が画像記憶手段１０に記憶され、
この複数の外形像同志の互いに対応する複数の領域の領
域データが抽出手段１１により抽出される。選択手段１
１は抽出手段により抽出された各外形像ごとの領域デー
タから各領域ごとに一つのデータを選択する。そして選
択された一つのデータは合成手段１１により合成され、
物体の断面形状を表す断面像が得られる。

【０００９】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段の項では、本発明を分かり易くする
ために発明の実施の形態の図を用いたが、これにより本
発明が実施の形態に限定されるものではない。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の一実
施の形態を説明する。図１は、本発明による断面形状計
測装置の一実施の形態の概略説明図である。図１に示す
ように、本実施の形態による断面形状計測装置は、不図
示のレーザ光源から発せられるレーザ光を不図示のシリ
ンドリカルレンズによりスリット光２として被検体３に
向けて出力するスリット光光源１と、被検体３の開先面
４に照射されたスリット光２の光切断線５をレンズ６お
よびレンズ絞り調節器７を通して撮像するための撮像カ
メラ８と、レンズ絞り調節器７を制御するレンズ絞り制
御装置９と、撮像カメラ８により撮像された光切断線５
をデジタルの撮像データとして記憶する画像記憶装置１
０と、画像記憶装置１０に記憶された撮像データに対し
て後述するような画像処理を施す画像処理装置１１と、
画像処理が施された撮像データを可視像として表示する
ＣＲＴなどの画像表示装置１２とからなる。

【００１１】なお、本実施の形態においては、レンズ絞
り制御装置９によりレンズ絞り調節器７を調節し、複数
のレンズ絞り条件による光切断線５の撮像データを撮像
して、画像記憶装置１０に記憶するものである。図３は
画像記憶装置１０内の画像メモリの撮像データ格納状態
を示す図である。後述するように絞り条件の異なる複数
（ｎ個）の撮像データが画像メモリ（Ｍ１〜Ｍｎ）に記
憶される。

【００１２】次いで、本実施の形態の動作について説明
する。図２は、本実施の形態による断面形状計測装置の
動作の一例を示すフローチャートである。まずステップ
Ｓ１において、画像記憶装置１０に取り込む撮像データ
番号ｎとして初期値１を指定し、ステップＳ２において
レンズ絞り制御装置９によりレンズ絞り調節器７の絞り
値を予め定めたＳｎに調節する。例えば、ｎ＝１なら絞
り値Ｓ１に調節する。次いで、ステップＳ３において、
絞り値Ｓｎの条件により光切断線５を撮像カメラ８で撮
像してデジタルの撮像データを得、画像記憶装置１０内
の画像メモリＭｎに格納する。例えば、ｎ＝１なら画像
メモリＭ１に格納する。その後、ステップＳ４で画像番
号ｎをインクリメントし、ステップＳ５で撮像データ番
号ｎと入力すべき撮像データ数の大小関係を判別し、撮
像データ番号ｎが入力すべき撮像データ数を超えていな
ければステップＳ２に戻り、以下ステップＳ２〜Ｓ５の
処理を繰り返す。これにより、異なるレンズ絞り値Ｓ１
〜Ｓｎによるｎ個の撮像データが画像記憶装置１０の画
像メモリＭ１〜Ｍｎに順次格納される。

【００１３】ステップＳ５において、入力すべき数の撮
像データを格納し終えたと判断されると、次の処理に進
み、ステップＳ６で撮像データの縦軸方向に伸びるライ
ン（図３参照）のライン番号ｉを１に初期化する。この
ラインは、撮像データにおいて、縦軸方向に並ぶ画素の
一列分あるいは複数列分の画素列からなるものである。
次いでステップＳ７において、後述する最適輝度Ｖｓと
最大輝度Ｖｎとの差の絶対値Ｖｎｓの値に初期値として
２５５（８ビットの最高値）を設定し、さらにステップ
Ｓ８で撮像データ番号ｎを１に初期化する。次のステッ
プＳ９において、画像メモリＭｎにおけるラインｉの最
大輝度Ｖｎを求める。ここでは、ラインｉを構成する画
素の画素値中で最大の画素値を最大輝度Ｖｎとして求め
るものである。例えば、ｎ＝１、ｉ＝１なら画像メモリ
Ｍ１のライン番号１の中における画素の最大輝度を求め
る。そして、ステップＳ１０で最大輝度Ｖｎと予め設定
した最適輝度Ｖｓとの差の絶対値｜Ｖｎ−Ｖｓ｜を算出
し、この差の絶対値｜Ｖｎ−Ｖｓ｜が最小値か否かを判
断する。これは、ｎ＝１の場合にあっては、上述したＶ
ｎｓとの比較により判断するものであり、ｎ＞２の場合
にあっては、現在まで求められた絶対値の最小値と現在
求められた絶対値とを比較することにより判断する。そ
して、現在求められている絶対値｜Ｖｎ−Ｖｓ｜が最小
値であると判断された場合には、ステップＳ１１におい
て、次回のステップＳ１０における判断の対象となるＶ
ｎｓの値を絶対値｜Ｖｎ−Ｖｓ｜とする。そして次のス
テップＳ１２において、選択画像データ番号ｊに現在の
撮像データ番号ｎを代入する。すなわち、複数の画像メ
モリＭ１〜Ｍｎのライン番号ｉのうち、最高輝度データ
を有する撮像データ番号が選択される。

【００１４】ステップＳ１０において絶対値｜Ｖｎ−Ｖ
ｓ｜が最小でないと判断された場合には、ステップＳ１
３においてステップＳ４と同様に撮像データ番号ｎがイ
ンクリメントされ、ステップＳ１４でステップＳ５と同
様に撮像データ番号ｎと入力すべき撮像データ数の大小
関係を判別し、撮像データ番号ｎが入力すべき撮像デー
タ数を超えていなければ、ステップＳ９に戻り、以下ス
テップＳ９〜Ｓ１２の処理を繰り返す。

【００１５】入力した全撮像データ分の処理が終了した
ら、ステップＳ１５で画像メモリＭｊのラインｉのデー
タを画像メモリＭ０にコピーし、ステップＳ１６でライ
ン番号ｉをインクリメントし、ステップＳ１７でライン
数が撮像データの全ライン数に達したか否かの判別を行
う。ライン数が全てのライン数に達していない場合は、
ステップＳ７に戻り、再度上述したステップＳ７〜Ｓ１
６の処理を繰り返す。そして全てのラインについてステ
ップＳ７〜Ｓ１６の動作が終了した時点で一連の作業が
完了し、画像メモリＭ０上には撮像データの各ラインｉ
ごとに最適なレンズ絞り条件で撮像したデータが合成さ
れる。そして画像メモリＭ０において合成された合成デ
ータが画像表示装置１２において可視像として表示され
る。

【００１６】上記ステップＳ７〜Ｓ１７の処理を模式的
に図３に示す。画像メモリＭ１〜Ｍｎに記憶された各撮
像データにおける互いに対応するライン（斜線参照）に
おいて、絶対値｜Ｖｎ−Ｖｓ｜が最小となるラインが選
択されて、画像メモリＭ０に記憶される。例えば、ライ
ン番号１については画像メモリＭ１のデータが、ライン
番号２については画像メモリＭ２のデータが選択される
ようにする。

【００１７】このように本実施の形態においては、複数
のレンズ絞り条件により得られた各撮像データから、最
高輝度の部分を抽出して断面像を得るようにしたため、
断面形状の部分ごとに鮮明な画像が得られる最適絞り値
が異なる場合であっても、その絞り値ごとに最も鮮明な
ラインを抽出し、全体として像のにじみやとぎれのない
鮮明な断面形状を表す画像を得ることができる。

【００１８】なお、本実施の形態では各ラインの最大輝
度に注目したが、ライン方向の輝度分布やその半値幅等
を利用しても、最適なデータの選択が可能である。以
下、半値幅を用いて最適な撮像データを得る処理を上記
図２に示すフローチャートに適用した実施の形態につい
て説明する。図４は半値幅を用いて、最適な撮像データ
を得る処理のフローチャートである。なお、図４に示す
フローチャートは上記図２に示すフローチャートのステ
ップＳ１４とステップＳ１５との間において行われる。
撮像データの半値幅を表すデータを図５に示す。図５に
示すように、半値幅とは、最大輝度の半分の値における
画素の分布の範囲の値のことをいうものである。

【００１９】ステップＳ１４の処理を終えた後、ステッ
プＳ２１において、選択された撮像データの最大輝度Ｖ
ｎが全てのラインにおいて等しいか否かの判断がなさ
れ、等しくない場合は上述したステップＳ１５へ進み、
上述したのと同様の処理がなされる。一方、等しいと判
断された場合は、ステップＳ２２で撮像データの縦軸方
向に伸びるラインのライン番号ｉを１に初期化し、ステ
ップＳ２３で半値幅を判断するための値の初期値である
Ｖｍｎｓの値をあらかじめ定められた所定の値に設定
し、さらにステップＳ２４で撮像データ番号ｎを１に初
期化する。次のステップＳ２５において、画像メモリＭ
ｎにおいてラインｉの最小半値幅Ｖｍｎを求め、ステッ
プＳ２６で最小半値幅Ｖｍｎとあらかじめ設定した最適
半値幅Ｖｍｓとの差の絶対値｜Ｖｍｎ−Ｖｍｓ｜を算出
し、この差の絶対値｜Ｖｍｎ−Ｖｍｓ｜が最小値か否か
を判断する。これは、ｎ＝１の場合にあっては、上述し
たＶｍｎｓとの比較により判断するものであり、ｎ＞２
の場合にあっては、現在まで求められた絶対値の最小値
と現在求められた絶対値とを比較することにより判断す
る。そして、現在求められている絶対値｜Ｖｍｎ−Ｖｍ
ｓ｜が最小値であると判断された場合には、ステップＳ
２７において、次回のステップＳ２６における判断の対
象となるＶｍｎｓの値を絶対値｜Ｖｍｎ−Ｖｍｓ｜とす
る。そして次のステップＳ２８において、選択画像デー
タ番号ｊに現在の撮像データ番号ｎを代入する。

【００２０】ステップＳ２６において絶対値｜Ｖｍｎ−
Ｖｍｓ｜が最小でないと判断された場合には、ステップ
Ｓ２９において、ステップＳ４，Ｓ１３と同様に撮像デ
ータ番号ｎがインクリメントされ、ステップＳ３０でス
テップＳ５，Ｓ１４と同様に撮像データ番号ｎと入力す
べき撮像データ数の大小関係を判別し、撮像データ番号
ｎが入力すべき撮像データ数を超えていなければ、ステ
ップＳ２５に戻り、以下ステップＳ２５〜Ｓ３０の処理
を繰り返す。そして、撮像データ番号ｎが入力すべき撮
像データ数を越えた場合は、上述したステップＳ１５に
進んで上述したのと同様の処理を行う。

【００２１】ここで、半値幅によりラインを選択するの
は以下の理由による。すなわち、図５（ａ），（ｂ）に
示すように、輝度値の分布はラインにより異なるもので
あるが、最大輝度は図５（ａ）と図５（ｂ）とで同一と
なる。しかしながら、最適輝度Ｖｓが最大輝度Ｖｎと等
しく設定されている場合、ラインデータを選択する際に
図５（ａ）のラインデータを選択すると、そのラインに
おける断面像のラインが他のラインにおける断面像のラ
インよりも太くなってしまい、正確な断面を検出するこ
とができない。したがって、各ラインにおける最大輝度
が同一である場合には、半値幅の大きさを判断して半値
幅の最も小さいものを選択することにより、図５（ｂ）
に示すように、断面像の輪郭を明確に表すことができる
ラインを選択することができ、その結果、断面像をより
正確に検出することができる。

【００２２】なお、本実施の形態では領域を１ライン毎
に分割し、全てのラインについて上記の処理を行うが、
領域の分割形態はこの例に限定されるものではなく、複
数ライン分をまとめて一つの領域としたり、上下部分の
分割や非受光部分の排除等、被検体の形状や表面状態に
よって様々な手法が考えられる。また、ラインの方向に
ついても、図３に示す縦方向のみならず横方向に延在す
るラインであってもよい。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、異
なる撮影条件により得られた複数のデータの中から、最
適なデータを部分ごとに合成して断面像を得るようにし
たため、物体の断面形状計測を高精度に行うことができ
る。また、溶接トーチの位置決め装置や溶接線自動倣い
装置への適用も図れ、自動化率の向上を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による断面形状計測装置の一実施の形態
の概略説明図

【図２】本実施の形態における断面形状計測方法の一例
を示すフローチャート

【図３】本実施の形態における画像メモリのデータ格納
状態を示す図

【図４】他の実施の形態における断面形状計測方法の一
例を示すフローチャート

【図５】撮像データの半値幅を示す図

【図６】従来の断面形状計測装置の構成を示す斜視図

【符号の説明】

１ スリット光光源 ２ スリット光 ３ 被検体 ４ 開先面 ５ 光切断線 ６ レンズ ７ レンズ絞り調節器 ８ 撮像カメラ ９ レンズ絞り制御装置 １０ 画像記憶装置 １１ 画像処理装置 １２ 画像表示装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体外形の凹凸を表す外形像を撮像し、
   該外形像に画像処理を施すことにより前記物体の断面形
   状を得る断面形状測定装置において、 それぞれ異なる撮影条件により撮像された複数の外形像
   を格納可能な画像記憶手段と、 前記複数の外形像から、該各外形像の互いに対応する複
   数の領域ごとに、該領域内の領域データを抽出する抽出
   手段と、 該抽出された複数の領域データから、前記各領域ごとに
   一つのデータを選択する選択手段と、 前記各領域ごとの前記一つのデータを合成して前記物体
   の断面形状を表す断面像を得る合成手段とを備えたこと
   を特徴とする断面形状計測装置。
2. 【請求項２】 前記外形像が、スリット状のレーザ光を
   前記物体に照射し、該レーザ光が照射された物体の部分
   を撮像することにより得られる光切断像であることを特
   徴とする請求項１記載の断面形状計測装置。