JPH10103921A - 光切断法によるワークの断面計測方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光切断画像の所定の特徴部に連続する画像部
分に近似する画像線の方程式を短時間で正確に求められ
るようにする。 【解決手段】 マスタワークの光切断画像のデータから
特定の特徴部Ｓａの形状を表わすテンプレートＴＰを作
成する。ワーク計測時の撮像画面に対しテンプレートＴ
Ｐを用いてパターンマッチングを行い、特徴部Ｓａに対
応する点Ｐａｍ１の位置を割出す。画像線を算出すべき
画像部分の端部に対応する点Ｐａｍ０，Ｐａｍ２の位置
を点Ｐａｍ１の基準位置からのずれ量に応じてティーチ
ングデータを補正して算定する。点Ｐａｍ１と点Ｐａｍ
０との間及び点Ｐａｍ１と点Ｐａｍ２との間に夫々複数
の走査線Ｌを設定し、各走査線Ｌ上の輝度分布に基づい
てワークの光切断画像Ｓの各走査線Ｌに合致する画像点
ＰＳの座標を検出する。これら画像点ＰＳの座標から回
帰処理で画像線ＬＳ１，ＬＳ２の方程式を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ワークにスリット
光を照射するスリット光源と、スリット光の光面に対し
光軸が斜交するような位置関係で配置した撮像器とを備
える光学式測定装置を用いて行う、光切断法によるワー
クの断面計測方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の計測方法として、ワーク
に照射されたスリット光が描くワークの光切断像を撮像
し、撮像器の画面に現われるワークの光切断画像の所定
の特徴部に連続する画像部分に近似する画像線の方程式
を求め、この画像線に基づいてワークの断面計測を行う
方法は知られている。この場合、特徴部が屈曲部である
と、屈曲部は多少とも曲率を持っているため、屈曲部の
位置を一義的に特定することが困難になる。そこで、屈
曲部に連続する両側の画像部分に各近似する２つの画像
線の方程式を求め、両画像線の交点を屈曲部の位置を表
わす点としている。

【０００３】そして、従来は特開平５−２８８５１３号
公報に見られるように、画面を一方の座標軸方向に走査
して輝度分布を計測し、この輝度分布の面積重心を光切
断画像の走査線に合致にする画像点とする処理を行い、
この処理を他方の座標軸方向に走査線の位置をずらして
画面全域に亘って行うことにより光切断画像を線として
表わす点列データを作成し、この点列データを２次微分
して２次微分値が零になる区間、即ち、光切断画像の屈
曲部の両側の直線区間の位置を割出し、これら直線区間
の近似直線を屈曲部の両側の光切断画像の部分を表わす
画像線としてその方程式を求め、両画像線の交点の座標
を算出している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来例の方法で
は、画面を一方の座標軸方向に走査して輝度分布を計測
することを他方の座標軸方向に位置をずらして画面全域
に亘って行うために、計測に時間がかかる。そのため、
オンライン計測を行う場合、計測時間に合わせてライン
のタクトタイムを長くせざるを得なくなることがあり、
生産性の向上を図る上で問題になっている。本発明は、
以上の点に鑑み、計測時間を可及的に短縮し得るように
した計測方法を提供することを課題としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく、
本発明は、ワークにスリット光を照射するスリット光源
と、スリット光の光面に対し光軸が斜交するような位置
関係で配置した撮像器とを備える光学式測定装置を用い
て行う、光切断法によるワークの断面計測方法であっ
て、ワークに照射されたスリット光が描くワークの光切
断像を撮像して、撮像器の画面に現われるワークの光切
断画像の所定の特徴部に連続する画像部分に近似する画
像線の方程式を求め、この画像線に基づいてワークの断
面計測を行う方法において、マスタワークの光切断像を
撮像して、撮像器の画面に現われるマスタワークの光切
断画像のデータから前記所定の特徴部の形状を表わすテ
ンプレートを作成する工程と、ワークの光切断像を撮像
したときに、撮像器の画面に対し前記テンプレートを用
いてパターンマッチングを行い、ワークの光切断画像の
前記所定の特徴部の位置を割出す工程と、割出された特
徴部の位置を基準にしてワークの光切断画像の該特徴部
に連続する画像部分に交差するように複数の走査線を設
定する工程と、各走査線上の輝度分布からワークの光切
断画像の該各走査線に合致する画像点の座標を検出する
工程と、これら画像点の座標から前記画像線の方程式を
求める工程とを備える、ことを特徴とする。

【０００６】テンプレートの作成工程では、画面全域に
亘って輝度分布を計測する必要があるが、この工程はオ
フラインで行うため、計測に時間がかかっても問題はな
い。そして、オンライン計測では、テンプレートを用い
たパターンマッチングによりワークの光切断画像の所定
の特徴部の位置を短時間で割出すことができる。この特
徴部の位置を基準にして設定される走査線は特徴部に連
続する光切断画像の部分に確実に交差し、かくて、限ら
れた数の走査線による光切断画像の位置計測により、特
徴部に連続する画像部分の画像線の方程式を正確に求め
ることができる。従って、ワークの断面計測を正確性を
損うことなく短時間で行い得られ、タクトタイムの短い
ラインでもオンライン計測が可能となる。

【０００７】尚、前記マスタワークの光切断画像のデー
タに基づいて前記画像線の方程式を求めるべき画像部分
の端部の位置を決定して記憶させておき、ワークの光切
断画像の前記所定の特徴部の位置が前記パターンマッチ
ングにより割出されたときに、記憶された前記端部の位
置を前記割出された特徴部の位置の基準位置からの偏差
に応じて補正して、前記画像線を求めるべき画像部分の
端部の位置を算定し、前記割出された特徴部の位置と前
記算定された端部の位置との間に前記複数の走査線を設
定すれば、ワークの光切断画像の所定の特徴部に連続す
る画像部分に複数の走査線を所要の位置関係で正確に設
定でき、有利である。この場合、前記割出された特徴部
の位置と前記算定された端部の位置とを結ぶ結線を複数
等分する各等分点に交差するように各走査線を設定する
ことが考えられるが、結線の長さが短い部分で走査線を
このように設定すると、特徴部側の走査線が特徴部のア
ール部分にかかったり、端部側の走査線がパターンマッ
チングの位置決め誤差の影響で所要の画像部分から外れ
たところにかかることがある。そのため、前記結線の長
さが所定値以下のときは、該結線の前記特徴部及び前記
端部の近傍領域を除く中間部分を複数等分する各等分点
に交差するように各走査線を設定することが望ましい。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１は、自動車車体等のワークＡ
の計測に用いる光学式測定装置の概要を示しており、該
装置は、ワークＡにスリット光を照射するスリットレー
ザ等から成るスリット光源１と、ＣＣＤカメラから成る
撮像器２と、撮像器２からの画像信号を入力する画像処
理装置３とで構成されている。

【０００９】スリット光源１と撮像器２はロボット等の
移動機構の動作端に取付けられる図外の測定ヘッドに搭
載され、測定ヘッドをワークＡの複数の計測部位に各対
向する位置に順に移動して、各計測部位の計測を行う。
尚、スリット光源１と撮像器２とは、スリット光の光面
ＳＰに撮像器２の光軸が所定角度θ（例えば４５°）で
斜交するような位置関係で測定ヘッドに搭載される。

【００１０】以下、ワークの断面計測について説明す
る。断面計測は、ワークＡの屈曲部やエッジ部や段差部
といった特徴部の位置を計測するために行う。計測に際
しては、スリット光源１をワークＡに正対させた状態で
スリット光を照射し、スリット光が描くワークＡの光切
断像Ｓを撮像器２で撮像する。ここで、スリット光の光
面ＳＰに直交する、撮像器２の光軸を含む平面に平行な
撮像画面の座標軸をＸ軸、Ｘ軸に直交する座標軸をＹ軸
とすると、図１に示すような断面Ｓ字状の計測部位で
は、撮像画面に、図２に示す如く、ワークＡの断面形状
に対応するＸ軸方向に屈曲したＳ字状の光切断画像Ｓが
現われ、該画像Ｓの特徴部を例えば山折りの屈曲部Ｓａ
としてその位置を計測する。尚、撮像画面には、谷折り
状に屈曲したワーク表面に写る光切断像ｓの反射像ｒに
よる外乱画像Ｒも現れる。

【００１１】上記屈曲部Ｓａはアールが付いているた
め、その位置を一義的に特定することは困難である。そ
こで、屈曲部Ｓａに連続するＹ軸方向上側の画像部分に
近似する第１の画像線ＬＳ１の方程式と、屈曲部Ｓａに
連続するＹ軸方向下側の画像部分に近似する第２の画像
線ＬＳ２の方程式とを求め、両画像線ＬＳ１，ＬＳ２の
交点Ｑの座標に基づいて屈曲部Ｓａの位置を計測する。

【００１２】ここで、各画像線ＬＳ１，ＬＳ２の方程式
は、画像処理装置３において、前記各画像部分にこれに
交差するように複数の走査線を設定し、光切断画像の各
走査線に合致する画像点の座標を検出し、これら画像点
から回帰処理によって求めるもので、画像線ＬＳ１，Ｌ
Ｓ２の方程式を正確に求めるには、各走査線の設定精度
と、各走査線における画像点の検出精度との向上が必要
になる。

【００１３】そこで、本実施形態では、各走査線の設定
精度を向上させるため、光切断画像Ｓの特徴部たる屈曲
部Ｓａの形状を表わすテンプレートを用いて撮像画面に
対するパターンマチッングを行うことにより屈曲部Ｓａ
の位置を割出し、この位置に基づいて所要の画像部分に
正確に各走査線を設定し得るようにしている。

【００１４】テンプレートは、マスタワークに対する計
測を行うティーチング時のデータに基づいて作成される
もので、以下ティーチング時の計測について詳述する。

【００１５】ティーチング計測では、先ず、マスタワー
クにスリット光を照射して、マスタワークの光切断像ｓ
を撮像する。次に、撮像画面に、図３（Ａ）に示す如
く、Ｘ軸に平行な走査線ＬをＹ軸方向に所定ピッチで多
数設定し、各走査線上の輝度分布から光切断画像Ｓの各
走査線に合致する画像点ＰＳのＸ座標を検出する。以
下、撮像画面のＹ軸方向に４８０個のピクセル（画素）
が並んでおり、Ｙ軸方向に５ピクセルピッチで９５本の
走査線Ｌを設定した場合を例にして説明する。

【００１６】図３（Ａ）のＬｎの走査線上の輝度分布は
図４（Ａ）に示す通りであり、この輝度分布を平滑化す
ると図４（Ｂ）に示すような輝度分布グラフが得られ
る。この輝度分布グラフには、光切断画像Ｓに由来する
左側の山部と、外乱画像Ｒに由来する右側の山部とが現
われている。

【００１７】次に、走査線上の各点の輝度変化のピーク
度Ｐを求め、走査線上のピーク度Ｐの分布を表わす図４
（Ｃ）に示すようなピーク度分布グラフを作成する。Ｘ
座標がｎの走査線上の点のピーク度Ｐは、図５（Ａ）に
示す如く、該点における輝度分布グラフ上の輝度点をａ
ｎ、該点を中心にして走査線上に設定する所定幅の計測
範囲Ｗの両端点における輝度分布グラフ上の輝度点を夫
々ｂｎ，ｃｎとして、ｂｎとｃｎとを結ぶ結線に対する
ａｎの高さを表わす値として求められる。この場合、前
記結線の中点に対するａｎの高さ（＝｛２ａｎ−（ｂｎ
＋ｃｎ）｝／２）をピーク度Ｐとしても良く、また、前
記結線にａｎから降した垂線の長さをピーク度Ｐとして
も良い。ここで、図５（Ａ）の輝度分布では、Ｘ＝ｎ１
の点のピーク度Ｐは正の値になり、Ｘ＝ｎ２の点のピー
ク度Ｐは負の値になる。

【００１８】輝度分布グラフに現われる外乱画像Ｒに由
来する山部は比較的幅が広いため、ピーク度Ｐは小さく
なり、一方、光切断画像Ｓに由来する山部は比較的幅が
狭いためピーク度Ｐは大きくなる。そして、前記計測範
囲Ｗの幅を適切な値（例えば１０ピクセル）に設定すれ
ば、ピーク度分布グラフの山部のうち所定値以上の高さ
を持つ山部は光切断画像Ｓに由来するものと判断でき
る。但し、外乱画像Ｒの幅が狭いと、ピーク度Ｐが所定
値以上になる可能性がある。ここで、スリット光の再反
射による外乱画像Ｒは、撮像方向の関係で、撮像画面の
光切断画像Ｓよりも撮像方向側、即ち、右側にずれた位
置に現われる。そのため、ピーク度分布グラフにおける
最大値の１／２を前記所定値として、それ以下の高さの
山部は処理対象から除き、残った山部のうち一番左側に
位置する山部を光切断画像Ｓに由来するものとして選定
することが望ましい。また、ノイズによってピーク度Ｐ
が大きくなるため、ピーク度Ｐは図４（Ｂ）のような平
滑化した輝度分布グラフから求めることが望ましい。

【００１９】上記の如くして選定したピーク度分布グラ
フの山部の頂点の位置を光切断画像Ｓの走査線に合致す
る画像点の位置とすることも可能であるが、頂点の位置
は計測の度に多少ともばらつくため、ピーク度分布グラ
フの選定された山部に対応する輝度分布グラフの山部の
面積重心の位置を画像点の位置とすることが考えられ
る。この場合、背景照明の影響を受ける山部の両裾部分
を除外して面積重心を求めることが望ましいが、面積重
心の計測範囲をどのようにして規定するかが問題にな
る。

【００２０】ここで、ピーク度分布曲線は、輝度分布グ
ラフの山部の両裾の立上り部で一旦負の値になり、或る
程度立上ったところで正の値になる。そして、ピーク度
分布曲線の山部の両側にピーク度が零になる零点Ｐ０が
現われ、零点Ｐ０間の区間は背景照明の影響を受けない
部分になる。そのため、図５（Ｂ）に示す如く、輝度分
布グラフの零点Ｐ０間の区間における面積重心Ｇ´を求
めて、その位置を画像点の位置とすれば、背景照明の影
響を排除して画像点の位置を正確に検出できる。

【００２１】然し、輝度分布グラフの山部の撮像方向側
（右側）の傾斜は反対側の傾斜よりも緩やかになり勝ち
であり、そのため、山部の面積重心Ｇ´が山部の頂点の
位置から撮像方向側にずれてしまう。一方、ピーク度分
布グラフの山部は、輝度分布グラフの山部の傾斜が両側
で異なっても、両側の傾斜がほぼ等しくなる。従って、
ピーク度分布グラフの零点Ｐ０間の区間における山部の
面積重心Ｇはその山部の頂点の位置から左程ずれない。
従って、画像点の検出精度を向上させるには、ピーク度
分布グラフの零点Ｐ０間の区間の面積重心Ｇを求めて、
該重心Ｇの位置を画像点ＰＳのＸ座標とすることが望ま
しい。

【００２２】以上の如くして光切断画像の各走査線に合
致する画像点ＰＳの位置を検出すると、これら画像点Ｐ
Ｓの位置を表わす点列データを作成する。点列データを
グラフ化して表わすと図３（Ｂ）に示すようになる。次
に、各走査線の画像点ＰＳのＸ軸方向の位置変化のピー
ク度を求める。Ｙ軸座標がｍの走査線のピーク度は、該
走査線の画像点をａｍ、該走査線を中心にして設定する
所定幅の計測範囲の両端の走査線の画像点を夫々ｂｍ，
ｃｍとして、ｂｍとｃｍを結ぶ結線に対するａｍの離間
距離を表わす値として算出される。この場合、前記結線
の中点とａｍとの間の距離をピーク度としても良く、ま
た、前記結線にａｍから降した垂線の長さをピーク度と
しても良い。

【００２３】次に、ピーク度が最大となる画像点、図３
（Ｂ）ではＹ軸座標がｍ１の走査線の画像点ａｍ１と、
ピーク度が最小（負の値）となる画像点、図３（Ｂ）で
はＹ軸座標がｍ２の走査線の画像点ａｍ２とを特徴点と
して抽出する。尚、最大ピーク度や最小ピーク度の画像
点が連続して複数個並んでいるときは、それらの中間の
画像点を特徴点として抽出する。また、光切断画像の端
部の画像点、図３（Ｂ）ではＬ１の走査線の画像点ａｍ
０及びＬ９５の走査線の画像点ａｍ３も特徴点として抽
出する。尚、隣接する２つの走査線の画像点がＸ軸方向
に所定値（例えば１０ピクセル）以上離れている場合は
光切断画像がそこで不連続になっていると判断できるか
ら、該両走査線の画像点を光切断画像の端部の画像点で
あるとして特徴点に抽出する。

【００２４】次に、特徴点として抽出された画像点のう
ちから外部操作によって所望の画像点を選択する。本実
施形態のように、光切断画像Ｓの山折れの屈曲部Ｓａを
特徴部としてその位置を計測する場合は、画像点ａｍ１
を選択する。このようにして画像点を選択すると、選択
された画像点を中心にしてＹ軸方向所定範囲の画像点の
位置を表わす点列データがこれら画像点同士の関連性を
示すデータと共にテンプレート作成用のデータとして記
憶される。また、上記画像線ＬＳ１，ＬＳ２の方程式を
求める画像部分の端部を規定する点として、選択された
画像点に最も近い上下２個の特徴点の画像点も記憶され
る。例えば、画像点ａｍ１を選択したときは、画像線を
算出すべき画像部分の端部の位置として画像点ａｍ０と
画像点ａｍ２の位置データが記憶される。

【００２５】図３（Ｃ）はテンプレート作成用データと
して記憶される点列データ及び関連性データを示してい
る。この例ではＮｏ１０が選択された画像点ａｍ１のデ
ータであり、その上下夫々１０個、計２１個の画像点の
データが記憶されている。関連性データは、「１」が上
端点、「２」が連続点、「３」が下端点であることを示
す。

【００２６】ワークの断面計測に際しては、ワークの計
測部位に対応するテンプレート作成用データを読み出し
て、計測すべき特徴部、上記の例では山折れ屈曲部Ｓａ
の形状を表わすテンプレート用の画像データをグラフィ
ック処理により作成する。グラフィック処理に際して
は、先ず、図６（Ａ）に示す如く、点列データ及び関連
性データに基づいて上端点と下端点との連続点同士を線
で結ぶ線状化処理を行い、次に、各ピクセルの周囲８個
のピクセルの輝度を該各ピクセルの輝度と等しくする膨
張化処理を行って、図６（Ｂ）に示す如く線を太らせ、
最後に、各ピクセルの輝度を該各ピクセルとその周囲８
個ピクセルの輝度の平均値とする平滑化処理を行い、図
６（Ｃ）に示すような輝度分布のテンプレート用画像デ
ータを作成する。光切断画像Ｓの輝度分布は図６（Ｄ）
に示す通りであり、図６（Ｃ）の輝度分布はこれに極め
て近似したものになる。図７（Ａ）は、ワークＡの光切
断像Ｓを撮像した撮像画面に対するテンプレートＴＰに
よるパターンマッチングの実施状況を視界的に表示した
図であり、光切断画像Ｓの山折れの屈曲部Ｓａの位置、
即ち、上記画像点ａｍ１に対応する位置が正規化相関法
等によるパターンマッチングで割り出される。尚、本実
施形態ではパターンマッチングの処理時間を短縮するた
めに、撮像画面とテンプレートＴＰとを同じ比率（例え
ば１／４）で縮小してパターンマッチングを行ってい
る。

【００２７】また、ワークの段差部では光切断画像Ｓが
図８（Ａ）に示す如く分断され、分割箇所の上下の走査
線の画像点ａｍ（ｎ）、ａｍ（ｎ＋１）がＸ軸方向に所
定値以上離れて、画像の端部を表わす特徴点として画像
点ａｍ（ｎ）、ａｍ（ｎ＋１）が抽出される。これら画
像点ａｍ（ｎ），ａｍ（ｎ＋１）がテンプレート作成用
データに取り込まれた場合、画像点ａｍ（ｎ）の関連性
データは「３」（下端点）となり、画像点ａｍ（ｎ＋
１）の関連性データは「１」（上端点）となる。この場
合、テンプレートの画像データを、図８（Ｂ）に示す如
く画像点ａｍ（ｎ）が下端点、画像点ａｍ（ｎ＋１）が
上端点になるように作成すると、実際の光切断画像Ｓに
対する近似度が低下する。そのため、この場合には、テ
ンプレートの画像を、図８（Ｃ）に示す如く、画像点ａ
ｍ（ｎ）の下方と画像点ａｍ（ｎ＋１）の上方とに夫々
走査ピッチの１／２延長して作成する。

【００２８】パターンマッチングによりワークの光切断
画像Ｓの計測すべき特徴部の位置、即ち、山折れの屈曲
部Ｓａに合致する上記画像点ａｍ１に対応する点Ｐａｍ
１の位置を割り出すと、次に、画像線を算出すべき画像
部分の端部の位置として記憶されている上記２つの画像
点ａｍ０，ａｍ２の位置を点Ｐａｍ１の基準位置（ティ
ーチング計測で検出された画像点ａｍ１の位置）からの
ずれに応じて補正して、これら画像点ａｍ０，ａｍ２に
対応する点Ｐａｍ０，Ｐａｍ２の位置を算定する。

【００２９】尚、点Ｐａｍ１が基準位置からＸ軸方向左
側にずれるのは、ワークＡが測定ヘッドに近付く方向に
変位しているときであり、点Ｐａｍ１が基準位置からＸ
軸方向右側にずれるのは、ワークＡが測定ヘッドから離
れる方向に変位しているときであり、撮像器２からの遠
近差により、Ｘ軸方向左側にずれたときは多少ではある
が光切断画像Ｓが拡大され、Ｘ軸方向右側にずれたとき
は光切断画像Ｓが縮小される。そのため、画像点ａｍ
０，ａｍ２を点Ｐａｍ１の基準位置からのＸ，Ｙ両軸方
向のずれに応じてＸ，Ｙ両軸方向に平行移動させるだけ
でなく、Ｘ軸方向のずれによる光切断画像Ｓの拡大、縮
小も考慮して点Ｐａｍ０，Ｐａｍ２の位置を算出するこ
とが望ましい。また、点Ｐａｍ０、点Ｐａｍ２の位置が
画面の外側に出るような位置に算定されたときは、その
点をこれと点Ｐａｍ１とを結ぶ直線と画面の外縁との交
点に置き換える。

【００３０】上記の如く点Ｐａｍ１，Ｐａｍ０，Ｐａｍ
２の位置を求めると、次に、図７（Ｂ）に示す如く、点
Ｐａｍ１と点Ｐａｍ０との結線及び点Ｐａｍ１と点Ｐａ
ｍ２との結線を夫々複数等分、例えば、６等分する各等
分点の位置を求め、これら各等分点を中点とするＸ軸に
平行な所定長さの走査線Ｌを点Ｐａｍ１と点Ｐａｍ０と
の間及び点Ｐａｍ１と点Ｐａｍ２との間に夫々５本設定
する。

【００３１】次に、各走査線Ｌ上の輝度分布から光切断
画像Ｓの各走査線Ｌに合致する画像点ＰＳの座標を検出
する。ここで、画像点ＰＳの検出は、ティーチング計測
時の画像点ＰＳの検出と同様に行う。即ち、図５（Ａ）
（Ｂ）に示す如く、輝度分布グラフからピーク度分布グ
ラフを作成し、ピーク度分布グラフの山部のうち所定値
以上の高さの山部であって最も左側に位置する山部の零
点Ｐ０間の区間における面積重心Ｇを求め、該重心Ｇの
位置を画像点ＰＳの位置とする。

【００３２】次に、図７（Ｃ）に示す如く、光切断画像
Ｓの山折れ屈曲部Ｓａに連続する上側の画像部分に近似
する第１画像線ＬＳ１の方程式を、点Ｐａｍ１と点Ｐａ
ｍ０との間の５個の画像点ＰＳの座標から回帰処理によ
って求め、また、光切断画像Ｓの山折れ屈曲部Ｓａに連
続する下側の画像部分に近似する第２画像線ＬＳ２の方
程式を、点Ｐａｍ１と点Ｐａｍ２との間の５個の画像点
ＰＳの座標から回帰処理によって求め、第１と第２の両
画像点ＬＳ１，ＬＳ２の交点Ｑの座標を算出する。

【００３３】尚、計測すべき特徴部と画像線を算出すべ
き画像部分の端部とを結ぶ結線、例えば点Ｐａｍ１と点
Ｐａｍ２との結線の長さが所定値（例えば１００ピクセ
ル）以下になると、この結線を６等分した場合、図９
（Ａ）に示す如く、最上位と最下位の等分点に設定した
走査線が光切断画像Ｓの山折れの屈曲部や谷折れの屈曲
部のアール部分に交差し、画像線を正しく算定できなく
なる。従って、結線の長さが所定値以下のときは、特徴
部及び端部の近傍部分を除く中間部分を複数等分する各
等分点に走査線を設定する。例えば、図９（Ｂ）に示す
如く、結線を８等分して、最上位と最下位の等分点を除
く中間の５個の等分点に走査線Ｌを設定する。

【００３４】また、前記画像線ＬＳ１，ＬＳ２の方程式
を求める回帰処理を短時間で行い得られるように、画像
線を直線として算出するか、円として算出するか、円の
場合は半径がいくつなのかを、予めティーチング時に決
定しておく。その決定方法は図１０に示す通りであり、
先ず、ＳＴＰ１でティーチングか否かを判別し、ティー
チング時はＳＴＰ２に進み、計測すべき特徴部と画像線
を算出すべき画像部分の端部とを結ぶ結線の長さが所定
値以上か否かを判別する。結線の長さが短いと、画像線
を円として算出した場合、計測の度にばらつきが出る。
ばらつきは結線の長さが１００ピクセルのときを境にし
てそれより短いと急激に大きくなる。従って、上記所定
値を１００ピクセルとして、結線の長さが所定値未満の
ときは、ＳＴＰ３で画像線を回帰直線（各画像点の直線
からのずれ量の総和が最小になる直線）として算出し、
ＳＴＰ４で算出が成功したか否かを判別して、不成功の
ときはＳＴＰ５でエラー処理を行う。

【００３５】結線の長さが所定値以上のときは、ＳＴＰ
６で画像線を回帰円（各画像点の円からのずれ量が最小
になる円）として算出し、ＳＴＰ７で算出が成功したか
否かを判別して、不成功のときはＳＴＰ８でエラー処理
を行い、成功のときはＳＴＰ９に進み、算出した回帰円
の半径が所定値（例えば５０００ピクセル）以上か否か
を判別し、大きいときはＳＴＰ３に進んで画像線を回帰
直線として算出する。そして、半径が所定値未満のとき
はＳＴＰ１０でその半径をティーチングデータとして格
納する。

【００３６】ワークの断面計測に際しては、ＳＴＰ１か
らＳＴＰ１１に進み、回帰円をティーチングされた半径
にして算出することが可能か否かを判別する。光切断画
像が基準位置からＸ軸方向に大きくずれているときは、
光切断画像の拡大、縮小の割合も大きくなって、ティー
チングされた半径で回帰円を算出することはできず、こ
の場合にはＳＴＰ２に進み、ティーチング時と同様の処
理を行う。それ以外の場合はＳＴＰ１２に進み、ティー
チングデータが画像線を直線として算出するように指定
しているか否かを判別し、指定していればＳＴＰ３で画
像線を回帰直線として求める。直線指定でないときはＳ
ＴＰ１３に進み、画像線をティーチングされた半径の回
帰円として算出し、ＳＴＰ１４で算出が成功したか否か
を判別して、不成功のときはＳＴＰ１５でエラー処理を
行う。

【００３７】本実施形態によれば、画像線を算出すべき
画像部分に所要の位置関係で正確に走査線Ｌを設定で
き、且つ、光切断画像Ｓの走査線Ｌに合致する画像点Ｐ
Ｓの座標もピーク度分布を用いることで正確に検出で
き、画像線の算出精度、従って、ワークの断面計測の精
度が向上する。更に、撮像画像の限られた部分を走査す
るだけであるため、計測時間を短縮でき、タクトタイム
の短いラインでのオンライン計測にも充分に対処でき
る。

【００３８】また、ティーチング時に特徴点として抽出
される画像点のうちから計測すべき特徴部に対応する画
像点を選択するだけで、その画像点を中心とする所定範
囲の点列データがテンプレート作成用データとして格納
されるため、特徴部の形状を表わすテンプレートを簡
単、且つ正確に作成でき、パターンマッチングの精度も
向上する。

【００３９】更に、テンプレートの画像データを上記の
如く格納される点列データからグラフィック処理により
作成しているため、画像データ自体を記憶させておく場
合に比し記憶させるべきデータ数が遥かに少なくて済
む。従って、自動車車体のような多数の計測部位を有す
るワークであっても、記憶装置は小型のもので足りる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 光学式測定装置の概要を示す斜視図

【図２】 図１に示す状態で撮像した撮像画面を示す図

【図３】 （Ａ）ティーチング計測時の撮像画面に対す
る走査線の設定を示す図、（Ｂ）マスタワークの光切断
画像の点列データ及び特徴点の抽出を示す図、（Ｃ）テ
ンプレート作成用のデータを示す図

【図４】 （Ａ）撮像画面の走査線上の輝度分布を示す
グラフ、（Ｂ）平滑処理した輝度分布を示すグラフ、
（Ｃ）ピーク度分布を示すグラフ

【図５】 （Ａ）ピーク度の求め方を示す図、（Ｂ）画
像点の求め方を示す図

【図６】 （Ａ）（Ｂ）（Ｃ）テンプレートの作成方法
を示す図、（Ｄ）光切断画像の輝度分布を示す図

【図７】 （Ａ）パターンマッチングの状況を示す図、
（Ｂ）画像線を求めるための走査線の設定を示す図、
（Ｃ）画像線を示す図

【図８】 （Ａ）（Ｂ）（Ｃ）画像分断部におけるテン
プレートの作成方法を示す図

【図９】 （Ａ）（Ｂ）短い区間での走査線の設定方法
を示す図

【図１０】 ティーチング時及びワーク計測時の画像線
の算出処理を示すフロー図

【符号の説明】

１ スリット光源 ２ 撮像器 ３ 画像処理装置 Ｓ 光切断画
像 ＴＰ テンプレート Ｐａｍ１ 特徴
部に対応する点 Ｐａｍ０，Ｐａｍ２ 端部に対応する点 Ｌ 走査
線 ＰＳ 画像点 ＬＳ１，ＬＳ２ 画像
線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 分動 勲 埼玉県狭山市新狭山１丁目10番地１ ホン ダエンジニアリング株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワークにスリット光を照射するスリット
   光源と、スリット光の光面に対し光軸が斜交するような
   位置関係で配置した撮像器とを備える光学式測定装置を
   用いて行う、光切断法によるワークの断面計測方法であ
   って、ワークに照射されたスリット光が描くワークの光
   切断像を撮像して、撮像器の画面に現われるワークの光
   切断画像の所定の特徴部に連続する画像部分に近似する
   画像線の方程式を求め、この画像線に基づいてワークの
   断面計測を行う方法において、 マスタワークの光切断像を撮像して、撮像器の画面に現
   われるマスタワークの光切断画像のデータから前記所定
   の特徴部の形状を表わすテンプレートを作成する工程
   と、 ワークの光切断像を撮像したときに、撮像器の画面に対
   し前記テンプレートを用いてパターンマッチングを行
   い、ワークの光切断画像の前記所定の特徴部の位置を割
   出す工程と、 割出された特徴部の位置を基準にしてワークの光切断画
   像の該特徴部に連続する画像部分に交差するように複数
   の走査線を設定する工程と、 各走査線上の輝度分布からワークの光切断画像の該各走
   査線に合致する画像点の座標を検出する工程と、 これら画像点の座標から前記画像線の方程式を求める工
   程とを備える、 ことを特徴とする光切断法によるワークの断面計測方
   法。
2. 【請求項２】 前記マスタワークの光切断画像のデータ
   に基づいて前記画像線の方程式を求めるべき画像部分の
   端部の位置を決定して記憶させておき、ワークの光切断
   画像の前記所定の特徴部の位置が前記パターンマッチン
   グにより割出されたときに、記憶された前記端部の位置
   を前記割出された特徴部の位置の基準位置からの偏差に
   応じて補正して、前記画像線を求めるべき画像部分の端
   部の位置を算定し、前記割出された特徴部の位置と前記
   算定された端部の位置との間に前記複数の走査線を設定
   することを特徴とする請求項１に記載の光切断法による
   ワークの断面計測方法。
3. 【請求項３】 前記割出された特徴部の位置と前記算出
   された端部の位置とを結ぶ結線の長さが所定値より長い
   ときは、該結線を複数等分する各等分点に交差するよう
   に各走査線を設定し、該結線の長さが所定値以下のとき
   は、該結線の前記特徴部及び前記端部の近傍領域を除く
   中間部分を複数等分する各等分点に交差するように各走
   査線を設定することを特徴とする請求項２に記載の光切
   断法によるワークの断面計測方法。