JPH10141928A - 非接触画像計測システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 曲率の大きい部位のエッジも確実に検出し、
撮像手段と被測定対象との間の相対的な移動回数を減ら
して、被測定対象の輪郭形状を効率良く測定する。 【解決手段】 ＣＣＤカメラで撮像された被測定対象の
画像に含まれるエッジに沿って当該エッジを検出するた
めの検出ツールを順次生成する測定む制御部３４と、こ
の測定制御部３４によって生成された検出ツールによっ
て前記エッジの位置を測定する画像計測部３５と、被測
定対象のエッジに関する設計値を記憶する設計値記憶部
３３とが備えられる。測定制御部３４は、設計値記憶部
３３に記憶された設計値に基づいてエッジの予測曲線を
生成すると共にこの生成された予測曲線上に測定目標点
を設定し、この測定目標点上に検出ツールを生成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ＣＣＤカメラ等
の撮像手段で被測定対象を撮像して得られた画像から被
測定対象の輪郭形状等を測定する非接触画像計測システ
ムに関する。

【０００２】

【従来の技術】精密機械部品の輪郭形状は、直線や円弧
で表せる簡単なものよりも自由曲線でしか表せない複雑
なものが多い。このような輪郭形状を精密検査するに
は、数千或いはそれ以上の点を測定する必要がある。こ
のため、輪郭形状を効率よく測定できる非接触画像計測
システムが求められている。

【０００３】従来の非接触画像計測システムでは、輪郭
形状を測定する場合、例えば図９（ａ）に示すように、
ＣＣＤカメラ等の撮像手段で捉えた撮像視野Ｓ内の被測
定対象の画像４１のエッジ上に、オペレータの操作によ
って最初の２つの測定点（ｘ1，ｙ1），（ｘ2，ｙ2）を
設定する。そして、３番目以降の測定点（ｘi，ｙi）
は、直前の２つの既測定点（ｘi-2，ｙi-2），（ｘi-
1，ｙi-1）を利用して順次自動的に設定される。具体的
には、点（ｘi-2，ｙi-2）から点（ｘi-1，ｙi-1）へ向
かう直線Ｌを生成し、この直線Ｌ上に点（ｘi-1，ｙi-
1）から所定の距離Ｈ（Ｈ：測定ピッチ）だけ離れた点
（ｘi'，ｙi'）を測定目標点とする。次に、この測定目
標点（ｘi'，ｙi'）を中点とし、直線Ｌと直交する所定
長さ（サーチ距離）の直線からなるエッジ検出ツールＴ
を生成し、このエッジ検出ツールＴ上の画像の濃度変化
からエッジの位置を測定点（ｘi，ｙi）として求める。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の非接触画像計測システムでは、以下のような
問題がある。 （１）上記の測定点の検出方法は、エッジがほぼ直線に
沿って延びることを前提としているので、図９（ｂ）に
示すように、被測定対象の画像４１の輪郭に曲率の大き
い部位が存在していると、測定目標点（ｘi'，ｙi'）が
エッジから大きく外れるため、エッジ検出が不能にな
り、測定が途中で中断される場合がある。

【０００５】（２）図９（ｃ）に示すように、次の測定
点（ｘi，ｙi）の測定目標点（ｘi'，ｙi'）が撮像視野
Ｓから外れると、次の測定目標点（ｘi'，ｙi'）が次の
撮像視野Ｓ’内に入るように撮像手段を被測定対象に対
して移動させるが、次の測定点以後の測定点が全く分か
らないため、次の測定目標点（ｘi'，ｙi'）が次の撮像
視野Ｓ’の中心に位置するように撮像手段を駆動する。
そうすると、駆動前の撮像視野Ｓと駆動後の撮像視野
Ｓ’との間に大きなオーバラップ部分が発生する。この
ため、測定全体における撮像手段の駆動回数が多くな
り、測定時間が長くなるという問題がある。

【０００６】本発明は、このような点に鑑みなされたも
ので、曲率の大きい部位のエッジも確実に検出すること
ができる非接触画像計測システムを提供することを目的
とする。本発明はまた、撮像手段と被測定対象との間の
相対的な移動回数を減らして、被測定対象の輪郭形状を
効率良く測定することができる非接触画像計測システム
を提供することを他の目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の非接触画
像計測システムは、被測定対象を撮像する撮像手段と、
この撮像手段で撮像された前記被測定対象の画像に含ま
れるエッジに沿って当該エッジを検出するための検出ツ
ールを順次生成する制御手段と、この制御手段によって
生成された検出ツールによって前記エッジの位置を測定
する計測手段と、前記被測定対象の前記エッジに関する
設計値を記憶する設計値記憶手段とを備え、前記制御手
段が、前記設計値記憶手段に記憶された設計値に基づい
て前記エッジの予測曲線を生成すると共にこの生成され
た予測曲線上に測定目標点を設定し、この測定目標点上
に前記検出ツールを生成するものであることを特徴とす
る。

【０００８】また、本発明の第２の非接触画像計測シス
テムは、上記構成において、前記制御手段が、前記撮像
手段の撮像視野内に可能な限り多くの前記検出ツールを
収納し、且つ同一の検出ツールが異なる撮像視野内に重
複して収納されないように、前記被測定対象に対する前
記撮像手段の測定位置を順次移動させるものであり、前
記計測手段が、前記各測定位置において前記撮像視野内
に含まれる検出ツールによって前記エッジの位置を測定
するものであることを特徴とする。

【０００９】即ち、対象物の輪郭形状の設計値は、ＣＡ
Ｄ／ＣＡＭシステムにおいて、所定の言語で記述され、
ＣＡＤデータ・ファイルの形で保存されているのが一般
的である。本発明では、この点に着目し、エッジ（輪郭
形状）に関する設計値を設計値記憶手段に記憶してお
き、この記憶された設計値に基づいてエッジの予測曲線
を生成し、この生成された予測曲線上に測定目標点を設
定するようにしている。このため、どのような曲率の部
位であっても測定目標点がエッジから大きく外れること
はなく、検出ツールを常にエッジに沿った正しい位置に
生成することができる。これにより、測定開始点から測
定終了点までエッジを見失うことなしに連続的な計測が
可能となる。

【００１０】また、本発明によれば、設計値に基づいて
測定目標点を決定するので、測定開始点から測定終了点
に至る全ての測定目標点が予め分かっている。このた
め、撮像手段の撮像視野内に可能な限り多くの検出ツー
ルを収納し、且つ同一の検出ツールが異なる撮像視野内
に重複して収納されないように、被測定対象に対する撮
像手段の測定位置を順次移動させるようにすれば、隣接
する撮像視野間でオーバラップする部分が非常に少なく
なる。このため、測定全体における撮像手段と被測定対
象との相対的な移動動作を従来よりも大幅に少なくする
ことができ、被測定対象の輪郭形状の測定効率を向上さ
せることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明の
好ましい実施の形態について説明する。図１は、この発
明の一実施例に係る非接触画像計測システムの全体構成
を示す斜視図である。このシステムは、非接触画像計測
型の三次元測定機１と、この三次元測定機１を駆動制御
すると共に、必要なデータ処理を実行するコンピュータ
システム２と、計測結果をプリントアウトするプリンタ
３とにより構成されている。

【００１２】三次元測定機１は、次のように構成されて
いる。即ち、架台１１上には、被測定対象であるワーク
１２を載置する測定テーブル１３が装着されており、こ
の測定テーブル１３は、図示しないＹ軸駆動機構によっ
てＹ軸方向に駆動される。架台１１の両側縁中央部には
上方に延びる支持アーム１４，１５が固定されており、
この支持アーム１４，１５の両上端部を連結するように
Ｘ軸ガイド１６が固定されている。このＸ軸ガイド１６
には、撮像ユニット１７が支持されている。撮像ユニッ
ト１７は、図示しないＸ軸駆動機構によってＸ軸ガイド
１６に沿って駆動される。撮像ユニット１７の下端部に
は、ＣＣＤカメラ１８が測定テーブル１３と対向するよ
うに装着されている。また、撮像ユニット１７の内部に
は、図示しない照明装置及びフォーカシング機構の他、
ＣＣＤカメラ１８のＺ軸方向の位置を移動させるＺ軸駆
動機構が内蔵されている。

【００１３】コンピュータシステム２は、コンピュータ
本体２１、キーボード２２、ジョイスティックボックス
２３、マウス２４及びＣＲＴディスプレイ２５を備えて
構成されている。コンピュータ本体２１は、図示しない
ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びハードディスク装置等から
構成され、所定のソフトウェアとの協働によって、図２
に示すような各種の機能を実現する。

【００１４】即ち、ＣＣＤカメラ１８で捉えたワーク１
２の撮像視野内の多値画像データは、画像メモリ３１に
格納される。画像メモリ３１に格納された多値画像デー
タは、表示制御部３２の動作によってＣＲＴディスプレ
イ２５に表示される。また、設計値記憶部３３には、ワ
ーク１２の輪郭形状等を記述した設計値データが記憶さ
れている。この設計値データとしては、例えばＩＧＥＳ
（Initial Graphic Exchange Specification）ファイ
ル、ＤＸＦファイル（ＤＸＦ：米国オートデスク社の商
標）等のＣＡＤデータ・ファイルとして記述されたデー
タを使用する。

【００１５】測定制御部３４は、キーボード２２，マウ
ス２２及びジョイスティックボックス２３からのオペレ
ータによる指令、並びに設計値記憶部３３に記憶された
設計値データに基づいて、撮像視野内のワーク１２の輪
郭測定に必要なエッジ検出ツールを生成して画像計測部
３５に計測指令を出力したり、ワーク１２に対する撮像
視野を移動させるため、三次元測定機１に測定テーブル
１３の移動指令を出力する。画像計測部３５は、測定制
御部３４の制御の下で、生成されたエッジ検出ツールに
基づいて輪郭測定処理を実行する。この測定結果は測定
結果評価部３６に与えられる。測定結果評価部３６は、
画像計測部３５からの測定結果と設計値記憶部３３に記
憶された設計値データとを比較して測定結果を評価し、
この評価結果をプリンタ３に出力する。

【００１６】次に、このように構成された本実施例に係
る非接触画像計測システムの輪郭測定処理を説明する。
図３は、輪郭測定処理のための測定制御部３４のフロー
チャートである。先ず、キーボード２２、マウス２４に
よるオペレータの指令に基づいて、ワーク１２の座標系
と設計値座標系とを一致させるため、ワーク１２の複数
点を測定し、これらの点の座標を設計値座標系の座標に
対応させるようにワーク座標系を設定する（Ｓ１）。次
に、設計値記憶部３３からワーク１２の輪郭形状の設計
値データを取り出し（Ｓ２）、図４に示すように、設計
値データ（ｘi"，ｙi"）（但し、ｉ＝１〜ｎ）の点列
（図中○で表示）をつなぐエッジの予測曲線Ｃを例えば
スプライン関数で作成し、この予測曲線Ｃを始点から終
点まで予め指定された測定ピッチＨで分割して測定目標
点（ｘi'，ｙi'）（但し、ｉ＝１〜Ｎ）の点列（図中・
で表示）を算出する（Ｓ３）。なお、ここでは設計値デ
ータの点列と測定目標点の点列とが異なっているが、こ
れらを全く同じにしてもよい。

【００１７】続いて、図５に示すように、各測定目標点
（ｘi'，ｙi'）を中点とし、予測曲線Ｃに直交する所定
長さの直線をエッジ検出ツールＴi（但し、ｉ＝１〜
Ｎ）として生成する（Ｓ４）。このとき、各エッジ検出
ツールＴiの始点（ｘsi，ｙsi）と終点（ｘei，ｙei）
の座標も同時に算出しておく。

【００１８】次に計測制御処理を実行する（Ｓ５）。こ
の計測制御処理では、図６に示すように、ＣＣＤカメラ
１８の撮像視野Ｓ内に可能な限り多くのエッジ検出ツー
ルＴiが収まるように、且つ同じエッジ検出ツールＴiが
異なる撮像視野内に重複して収容されないように撮像視
野を順次移動させながら、視野内のエッジ検出ツールＴ
iに沿ったエッジ点の測定処理が実行される。

【００１９】図７は、この計測制御処理のフローチャー
トである。撮像視野Ｓのｘ軸方向長さをＳｘ、ｙ軸方向
長さをＳｙとすると、ステップＳ１１〜Ｓ１７では、１
つの撮像視野Ｓ（Ｓｘ×Ｓｙ）に収容可能なエッジ検出
ツールＴiの組を決定する。即ち、まず、１つの撮像視
野Ｓ内に収容される最も始点に近いツールの番号ｉと同
じく最も終点に近いツールの番号ｊをそれぞれ１に初期
設定する（Ｓ１１）。そして、ｊの値を更新しながら１
つの撮像視野Ｓをはみ出すまでｊ番目のツールＴjの始
点（ｘsi，ｙsi）と終点（ｘei，ｙei）に基づいて、撮
像視野Ｓの範囲及び位置を決定するためのパラメータ、
即ちｘ軸方向の最大値ｘmax、最小値ｘmin、並びにｙ軸
方向の最大値ｙmax、最小値ｙminを順次更新しながら求
めていく（Ｓ１２〜Ｓ１７）。

【００２０】具体例に沿ってこれを説明すると、例え
ば、図８（ａ）のように、ｘｙ座標系が設定されている
場合、１番目（ｉ＝ｊ＝１）のツールＴ1については、
ステップＳ１２でその始点（ｘsj，ｙsj）が（ｘmin，
ｙmin）となり、終点（ｘej，ｙej）が（ｘmax，ｙma
x）となる。次に、図８（ｂ）のように、ｊ＝２となる
と、ｘmin，ｙmaxは変化なしとなるが、xmax，yminは、
それぞれ新たなツールＴ2の始点及び終点座標に基づい
て、ｘmax＝ｘej，ｙmin＝ｙsjとなる。このようなｘma
x，ｘmin，ｙmax，ｙminの更新を行っているのがステッ
プＳ１６である。図８（ｃ）に示すように、ｊ＝４にな
ってツールＴ1〜Ｔ4までの範囲を求めると、この範囲の
ｙ軸方向長さが撮像視野Ｓのｙ軸方向の長さＳｙを越え
る。これを判定しているのがステップＳ１７である。そ
こで、続くステップＳ１８では、図８（ｄ）に示すよう
に、ｊを１つ減らし、それまでに求められたｘmax，ｘm
in，ｙmax，ｙminで示される範囲の中心点（ｘc，ｙc）
（ステップＳ１５で逐次求められている）へ撮像視野Ｓ
の中心点を位置させるべく三次元測定機への移動指令を
出力し、画像計測部３５に計測実行を指示する。計測が
終了したら、ｉとｊをｊ＋１に更新して（Ｓ１９）、こ
れらがＮを越えるまでステップＳ１２〜Ｓ１８の処理を
繰り返す。

【００２１】この処理により、図６に示すように、撮像
範囲Ｓの重複する部分を極力少なくしながら効率の良い
計測が可能になる。

【００２２】

【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、エ
ッジ（輪郭形状）に関する設計値を設計値記憶手段に記
憶しておき、この記憶された設計値に基づいてエッジの
予測曲線を生成し、この生成された予測曲線上に測定目
標点を設定するようにしているので、どのような曲率の
部位であっても測定目標点がエッジから大きく外れるこ
とがなく、測定開始点から測定終了点までエッジを見失
うことなしに連続的な計測が可能となるという効果を奏
する。

【００２３】また、本発明によれば、撮像手段の撮像視
野内に可能な限り多くの検出ツールを収納し、且つ同一
の検出ツールが異なる撮像視野内に重複して収納されな
いように、被測定対象に対する撮像手段の測定位置を順
次移動させるようにすることにより、隣接する撮像視野
間でオーバラップする部分を少なくすることができるの
で、測定全体における撮像手段と被測定対象との相対的
な移動動作を従来よりも大幅に少なくすることができ、
被測定対象の輪郭形状の測定効率を向上させることがで
きるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係る非接触画像計測シス
テムの斜視図である。

【図２】 同システムにおけるコンピュータシステムの
機能を示す機能ブロック図である。

【図３】 同システムにおける輪郭計測処理のフローチ
ャートである。

【図４】 同輪郭計測処理の設計値に基づく測定目標点
の設定処理を説明するための図である。

【図５】 同測定目標点にエッジ検出ツールを設定した
状態を示す図である。

【図６】 同輪郭計測処理における効率的な撮像視野の
設定方法を説明するための図である。

【図７】 同撮像視野の設定を含む計測制御処理のフロ
ーチャートである。

【図８】 同撮像視野の設定処理を説明するための図で
ある。

【図９】 従来の輪郭計測処理を説明するための図であ
る。

【符号の説明】

１…三次元測定機、２…コンピュータシステム、３…プ
リンタ、１１…架台、１２…ワーク、１３…測定テーブ
ル、１４，１５…支持アーム、１６…Ｘ軸ガイド、１７
…撮像ユニット、１８…ＣＣＤカメラ、２１…コンピュ
ータ本体、２２…キーボード、２３…ジョイスティック
ボックス、２４…マウス、２５…ＣＲＴディスプレイ、
３１…画像メモリ、３２…表示制御部、３３…設計値記
憶部、３４…測定制御部、３５…画像計測部、３６…測
定結果評価部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定対象を撮像する撮像手段と、 この撮像手段で撮像された前記被測定対象の画像に含ま
   れるエッジに沿って当該エッジを検出するための検出ツ
   ールを順次生成する制御手段と、 この制御手段によって生成された検出ツールによって前
   記エッジの位置を測定する計測手段と、 前記被測定対象の前記エッジに関する設計値を記憶する
   設計値記憶手段とを備え、 前記制御手段は、前記設計値記憶手段に記憶された設計
   値に基づいて前記エッジの予測曲線を生成すると共にこ
   の生成された予測曲線上に測定目標点を設定し、この測
   定目標点上に前記検出ツールを生成するものであること
   を特徴とする非接触画像計測システム。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、前記撮像手段の撮像視
   野内に可能な限り多くの前記検出ツールを収納し、且つ
   同一の検出ツールが異なる撮像視野内に重複して収納さ
   れないように、前記被測定対象に対する前記撮像手段の
   測定位置を順次移動させるものであり、 前記計測手段は、前記各測定位置において前記撮像視野
   内に含まれる検出ツールによって前記エッジの位置を測
   定するものであることを特徴とする請求項１記載の非接
   触画像計測システム。