JPH10227619A

JPH10227619A - 円筒状物体の寸法計測方法及び装置

Info

Publication number: JPH10227619A
Application number: JP9031927A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Meguro; 眞一目黒; Masataka Hirai; 正孝平井; Masakatsu Nunotani; 正勝布谷
Original assignee: N T T FUANETSUTO SYST KK; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: N T T FUANETSUTO SYST KK; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1997-02-17
Filing date: 1997-02-17
Publication date: 1998-08-25
Anticipated expiration: 2017-02-17
Also published as: JP3516289B2

Abstract

(57)【要約】【課題】円筒状物体の外径、内径、偏心の各寸法を低
い装置コストで高速に、かつ調整容易に画像計測する方
法及び装置を提供する。【解決手段】円筒状物体１の内周２のエッジ部の略対
向する２か所についての基準位置からの変位量を全内周
に渡って画像処理装置８で画像計測し、一定の計算式で
外径、内径、偏心の寸法を変位量のみから算出する。こ
こで２つの内周エッジ部を全内周に渡って撮像する手段
を、円筒状物体１の外周が位置決めされたマウント台５
のＶ溝に接しながら円筒状物体１を定位置で回転させる
回転駆動機構６とラインセンサーカメラ７で構成する。
このように寸法計測を１つの撮像手段と１つの画像計測
手段のみで行うことで、装置構成を簡単化してコストを
低くし寸法計測を高速化する。また撮像手段を単一にす
ることで、撮像ライン３の位置決め、撮像焦点・倍率等
の精度維持のための調整と校正を容易にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、円筒状物体の複数
の構造寸法を一度に高精度にかつ高速に画像計測する方
法と装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】極めて高い寸法精度で大量生産が要求さ
れる円筒状物体の一つに、通信用光ファイバコネクタの
重要な構成要素であるフェルールと呼ばれる部品があ
る。フェルールの寸法は外径２．５ｍｍ、内径１２５μ
ｍ、長さ１０ｍｍ程度である。製品となるフェルールの
外径、内径、偏心の３項目の寸法の許容偏差は１μｍ以
下ないし０．１μｍ以下と極めて小さい。このため、製
造時に高精度な寸法計測に基づく選別と合否判定が行わ
れており、製造速度に見合った速度で全数の寸法計測を
低コストで実施することが製造に欠かせない要件となっ
ている。

【０００３】フェルールの寸法計測には画像処理による
計測、レーザ応用計測等の微小寸法の高精度計測手段を
複数組み合わせて実行する方法が、従来から広く用いら
れてきた。例えば、外径計測にはピンゲージ、電気マイ
クロメータ、レーザ測長器が使用され、内径計測と偏心
計測にはエリアセンサーカメラと画像処理装置による画
像計測等が多く使用されてきた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たような複数の計測手段を単独であるいは組み合わせて
用いることによって複数の寸法項目の計測を行う従来の
方法では、次のような問題点があった。すなわち、計測
手段が複数必要なので、機構・構成が複雑になり、計測
時間が遅くまた装置が高価である。さらに、精度を維持
するための調整・校正が複雑になる。

【０００５】本発明の目的は、円筒状物体についての複
数の寸法項目の計測を行う従来の方法のこれらの問題点
を解決するため、円筒状物体の３つの寸法項目である外
径、内径、偏心の各寸法を１つの画像計測に基づいて安
価なコストで高速に計測可能にし、かつ精度維持のため
の調整や校正を容易にする新規な方法及び装置を提供す
ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め本発明による円筒状物体の寸法計測装置は、円筒状物
体のいずれか一方の端面方向から前記円筒状物体の外周
の中心線上の異なる２つの点で同期して前記円筒状物体
の内周縁部の画像を全内周にわたり撮像する手段と、前
記撮像された画像から得られる各々の前記円筒状物体の
内周縁部位置と予め設定した各々の基準値とを比較し各
々の変位量を計測する手段と、前記計測した２組の変位
量から一定の計算式により前記円筒状物体の外径、内
径、及び偏心の値を算出する手段と、を含んで構成され
ることを特徴とする。

【０００７】また、前記内周縁部の画像を全内周にわた
り撮像する手段が、円筒状物体を回転させる手段と、ラ
インセンサーカメラと、光源と、を有することを特徴と
する。

【０００８】また、前記円筒状物体を回転させる手段
が、Ｖ溝構造体及び前記Ｖ溝構造体の一端に設けられ前
記円筒状物体を位置決めする構造物で構成されるマウン
ト台と、前記Ｖ溝構造体の谷線とは異なる角度の回転軸
を有し前記マウント台に位置決めされた円筒状物体に接
して回転する回転駆動機構と、を有することを特徴とす
る。

【０００９】また、以上の寸法計測装置において、前記
円筒状物体を順次搬送して入れ替える搬送手段を新たに
備えることを特徴とする。

【００１０】また、前記搬送手段が、複数の前記円筒状
物体を横並びに配列し保持する第１及び第２のトレー
と、前記第１のトレー内に保持された前記円筒状物体を
一斉に横方向に移動させる手段と、前記円筒状物体を前
記第１のトレーの一端から前記マウント台へ移動させる
手段と、前記マウント台から前記円筒状物体を前記第２
のトレーへ一端より移動させる手段と、前記第２のトレ
ー内に保持された前記円筒状物体を一斉に横方向に移動
させる手段と、を有することを特徴とする。

【００１１】あるいは、前記搬送手段が、複数の前記円
筒状物体を横並びに配列し保持するトレーと、前記トレ
ーを該トレー内に保持された前記円筒状物体の１配列間
隔だけ横方向に移動させるとともに前記円筒状物体のい
ずれかを前記マウント台のＶ溝谷線の延長線上に位置決
めする手段と、前記円筒状物体を前記トレーから前記マ
ウント台へあるいは前記マウント台から前記トレーまた
は別のトレーへ前記マウント台のＶ溝谷線の方向に沿い
移動させる手段と、を有することを特徴とする。

【００１２】また、以上の寸法計測装置において、前記
円筒状物体の外径、内径、及び偏心の値を算出する手段
により求められた数値により良否判断信号もしくはラン
ク分け信号を発生する手段と、前記搬送手段が前記円筒
状物体をマウント台から前記第２のトレーまたは前記ト
レーまたは別のトレーへ移動させる際に、寸法計測が終
了した前記円筒状物体を前記良否判断信号もしくはラン
ク分け信号により仕分けする手段と、を新たに有するこ
とを特徴とする。

【００１３】一方、上記の目的を達成するための本発明
による円筒状物体の寸法計測方法は、円筒状物体のいず
れか一方の端面方向から前記円筒状物体の外周の中心線
上の異なる２つの点で同期して前記円筒状物体の内周縁
部の画像を全内周にわたり撮像する工程と、前記撮像さ
れた画像から得られる各々の前記円筒状物体の内周縁部
位置と予め設定した各々の基準値とを比較し各々の変位
量を計測する工程と、前記計測した２組の変位量から一
定の計算式により前記円筒状物体の外径、内径、及び偏
心の値を算出する工程と、を含んで構成されることを特
徴とする。

【００１４】また、前記予め設定した各々の基準値とし
て、同一装置で測定した外径と内径の値が既知である円
筒状物体の測定値を用いることを特徴とする。

【００１５】また、前記一定の計算式のうち、外径Ｄを
算出する計算式は、外径の基準値をＤ₀、鉛直方向の位
置決め方法に依存する定数をｃ、計測点数をｎ、一方の
測定位置におけるｘ番目の内周の軌跡の変位量を
Ａ_(x)、もう一方の測定位置におけるｘ番目の内周の軌
跡の変位量をＢ_(x)、及び円筒１回転分の計測点数をｍ
とする式

【００１６】

【数６】

【００１７】もしくは

【００１８】

【数７】

【００１９】であり、かつ内径ｄを算出する計算式は、
内径の基準値をｄ₀とする式

【００２０】

【数８】

【００２１】であり、かつ偏心Ｃを算出する計算式は、
変数Ｆ_(x)の最大値をｍａｘ〔Ｆ_(x)〕、変数Ｆ_(x)の最
小値をｍｉｎ〔Ｆ_(x)〕とする式

【００２２】

【数９】

【００２３】であることを特徴とする。

【００２４】また、前記一定の計算式は、式Ａ_(x)＋Ｂ_(x)＝ｐ＋ｑｓｉｎ（（２πｘ／ｍ）＋ｒ）を用い、前記計測した変位量の全てを最適近似する様に
数値解析的に決定される係数ｐ、ｑ及びｒを使用する式
であって、外径Ｄを算出する計算式は、Ｄ＝Ｄ₀＋（ｃ×ｐ）であり、かつ内径ｄを算出する計算式は、

【００２５】

【数１０】

【００２６】であり、かつ偏心Ｃを算出する計算式は、Ｃ＝ｑ／２であることを特徴とする。

【００２７】さらに、前記Ｖ溝構造体のＶ溝角度が９０
度であり、かつ前記鉛直方向の位置決め方法に依存する
定数ｃが１／√２であることを特徴とする。

【００２８】本発明では、円筒状物体の内周エッジ部の
ほぼ対向する２か所についての基準位置からの変位量を
全内周にわたって画像計測し、一定の計算式によって外
径、内径、偏心の３つの寸法項目を変位量のみから算出
することを特徴とする。さらに、２つの内周エッジ部の
画像を全内周にわたって連続的に撮像する手段を、円筒
状物体の外周が位置決めされた固定面に接しながら、円
筒状物体を定位置で回転させる機構と、ラインセンサー
カメラから構成することを特徴とする。

【００２９】このように本発明では、円筒状物体におけ
る複数の寸法項目の計測を１つの撮像手段と１つの画像
計測手段のみによって実現される単一の画像計測方法・
装置によって実行することにより、装置の構成を簡単化
してコストを低くするとともに、寸法計測を高速化す
る。また、撮像手段を単一にすることで、撮像ラインの
位置決め調整、照明調整、撮像焦点調整、撮像倍率調整
等の精度維持のための各種調整と校正を容易にする。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の内容
を、図面を用いて次に詳細に説明する。

【００３１】図１は、本発明の基本的な実施形態例を説
明する図であって、ラインセンサーカメラを使用した例
を示している。１は被計測物体である円筒状物体（以下
円筒）、２は円筒の端面に開孔する穴が構成する内周、
３は撮像ラインであって、円筒の一端面における外周の
中心線上に固定的に設定され、円筒の内周と２か所で交
わる線分を構成し、撮像視野位置を表す。４は光源であ
って、円筒の穴の内部に光を照射することによって穴を
照明し、内周エッジ部の画像を明瞭にする。５は円筒を
定位置で保持するためのマウント台であって、例えばＶ
溝と円筒の端面を位置決めする構造物（図示省略）とか
ら構成される。６は円筒をほぼ一定速度で回転させるた
めの回転駆動機構であって、円筒の外周に接しながら等
速運動するローラまたはベルト等で構成される。７はラ
インセンサーカメラであって、ラインセンサー素子に結
像させるための光学系である光学レンズ、反射鏡等を含
む。８は撮像された画像から内周エッジ部の変位量を計
測するための画像処理装置、９は計測された変位量から
円筒の３つの寸法項目を算出するためのデータ処理装置
である。

【００３２】本実施形態例では、円筒１をマウント台５
に乗せて位置決めし、回転駆動機構６で例えば図１中の
矢印の方向に回転させる。撮像ライン３の位置の像はラ
インセンサーカメラ７に結像し、ここでＣＣＤラインセ
ンサー素子等により電気信号に変換され画像処理装置８
に入力されて変位量が計測され、さらにこれがデータ処
理装置９へ入力されて円筒１の３つの寸法項目が算出さ
れる。なお、光源４の位置は図１ではラインセンサーカ
メラ７とは円筒１を挟んで対向する側にあり、透過照明
を構成しているので穴内部が明るく周辺が暗い画像とし
て撮像されるが、これに限らずラインセンサーカメラ７
と同じ側にあってもよい。この場合には反射照明となり
穴内部が暗く、周辺が明るい画像として撮像される。本
実施形態例のように１つのラインセンサーカメラ７によ
って撮像する方法は、撮像した画像の中で幅方向（ライ
ンセンサー素子の１ラインを構成する画素配列の方向）
の寸法誤差が極めて生じにくく高い計測精度が得られる
特長がある。それはラインセンサー素子上での画素の配
列が１直線であり、かつ一定寸法に固定されているから
である。

【００３３】図２は、本発明による撮像画像の詳細を説
明する図である。円筒１の外周中心線上に設定される撮
像ライン３が内周２と交わる２点をそれぞれＡ、Ｂとす
る。１０は、撮像ライン３をラインセンサーカメラ７で
撮像し電気信号となって得られるカメラ画像である。矢
印ｙはラインセンサーカメラ７の水平走査方向の画素ア
ドレス、矢印ｘはラインセンサーカメラ７の垂直走査方
向、すなわちライン方向の画素アドレスである。ｘは円
筒１の回転角度に一意に対応する。１１は撮像ライン３
上の点Ａで観測される内周の軌跡である。１２は撮像ラ
イン３上の点Ｂで観測される内周の軌跡である。１１、
１２は共に内周１の回転によって生じる線状の軌跡であ
り、円筒１の１回転を周期とする繰り返し特性を持つ。
一般に光源４を図１の配置とした場合には穴内部は明レ
ベル、穴以外は暗レベルで構成されるカメラ画像１０と
なる。したがって、明レベルと暗レベルの境界が内周の
軌跡として定義される。一例として、内周の直径すなわ
ち内径が１２５μｍで撮像ライン３の長さを１５５μｍ
とした場合であって、ラインセンサーカメラ７の仕様が
解像度５１２０画素／ラインの場合であれば、１画素
０．０３μｍの解像度で撮像される。

【００３４】図３は、撮像されたカメラ画像１０のうち
画像計測に必要な内周の軌跡１１、１２部分とその周辺
部分のみを入力画像として抽出する本発明の１実施態様
の概念を示す図である。この目的は、画像計測における
処理画像量を削減し、処理時間の短縮と低コスト化を実
現することにある。図３（ａ）中の２０は解像度５１２
０画素／ラインのラインセンサーカメラ７により撮像さ
れたカメラ画像である。図３（ｂ）中の２１は、カメラ
画像２０のうちｙ＝４０９６からｙ＝５１１９までの１
０２４画素を抽出して得られる入力画像であり、点Ａで
観測される内周の軌跡１１を含んでいる。図３（ｃ）中
の２２はカメラ画像２０のうちｙ＝０からｙ＝１０２３
までの１０２４画素を抽出して得られる入力画像であり
点Ｂで観測される内周の軌跡１２を含んでいる。ライン
センサーカメラの解像度および抽出する画像のｙアドレ
スは本例の値に限らず任意に設定できる。この概念によ
りカメラ画像２０から入力画像２１、２２を得ること
は、電子回路による画像信号処理における一般的な手法
である走査変換処理や信号抽出・挿入処理によって電気
的に実現できる。

【００３５】また、この入力画像抽出の概念は、複数の
反射鏡を組み合わせて離れた２つの像を近接して配置す
るように結像する等の一般的な光学的手段を用いても実
現できる。この場合には点Ａ、と点Ｂはラインセンサー
カメラ上で近接して結像するので、ラインセンサーカメ
ラ７の必要とする解像度は撮像ライン３の全長を含む場
合よりも小さく設定できる。例えば、本光学的手段を用
いない場合にはラインセンサーカメラとして解像度５１
２０画素／ラインが必要な場合に、本手段を適用するこ
とで画素数のより小さい例えば解像度１０２４画素／ラ
インあるいは２０４８画素／ラインのラインセンサーカ
メラを使用することができ、撮像時間の短縮が可能とな
る。図３（ｄ）中の３０は、本光学的手段を用いて２０
４８画素／ラインのラインセンサーカメラによって撮像
したカメラ画像である。カメラ画像３０は、点Ａを含む
像と点Ｂを含む像の２つの像が光学的境界である線３１
で接続された画像として観察される。

【００３６】図４は、円筒の３つの寸法項目の定義を説
明し、さらに本発明によって撮像され観測される内周の
軌跡に基づいて計測される変位量を説明するための図で
ある。Ｄは計測されるべき円筒１の外径寸法、ｄは円筒
１の内径寸法、Ｃは円筒１の偏心量であり円筒外周の中
心５０と円筒の内周の中心５１との距離である。ｘは円
筒外周の中心５０を回転中心として例えば矢印の方向に
回転する円筒１の回転角である。入力画像２１には点Ａ
における内周の軌跡１１が含まれており、これと、予め
撮像して入力画像として登録されている既知の寸法を持
つ標準円筒の点Ａにおける内周の軌跡６１を基準位置と
する画像比較演算により、軌跡６１に対する軌跡１１の
ｙ方向の変位量を求め、これをＡ_(x)とする。同様に入
力画像２２において、標準円筒の点Ｂにおける内周の軌
跡６２を基準位置とする画像比較演算により、軌跡６２
に対する軌跡１２のｙ方向の変位量を求め、これをＢ
_(x)とする。基準位置となる標準円筒の内周の軌跡６
１、６２の作成方法については、既知の寸法を持つ１つ
の標準円筒を撮像した入力画像またはこれを画像処理に
より加工した入力画像による方法に限らず、複数の円筒
を撮像して得られる複数の入力画像を用いて内周の軌跡
を平均化する等の画像安定化と精度向上のための処理を
加えて作成してもよい。標準円筒を被計測円筒と同一の
撮像装置によって撮像し、この内周の軌跡を基準位置と
することによって、撮像装置の特性ばらつきや経年変化
の影響を受けにくい安定で高精度な計測を可能にする。
また、撮像装置の調整や校正が容易になる。また、数値
設定によって人工的に生成した仮想の内周の軌跡を標準
円筒の内周の軌跡６１、６２とする方法によってもよ
い。

【００３７】撮像の手段としてラインセンサーカメラを
用いることにより、円筒を高速で回転させて撮像するた
め撮像時間が短くでき、また、内周のエッジ部分のみに
注目した部分画像に対する変位量計測のため処理時間が
短くできるので、高速の計測が可能である。また、内周
の軌跡の観測値が連続性と周期性をもつので、数学的、
統計的な解析に基づくデータ処理によって効果的に外乱
を取り除き高精度な計測を可能にすることができる。

【００３８】以上、撮像手段としてラインセンサーカメ
ラを使用した実施形態例を示したが、これに限らずエリ
アセンサーカメラを使用して本発明を構成することも可
能である。すなわち、円筒の内周をエリアセンサーカメ
ラで撮像した画像から、一定の位置で対向する２つの内
周エッジ部について、予め設定された基準位置に対する
相対的な変位量を画像計測する。この計測を、定位置で
回転する円筒の一定回転角毎に繰り返すことによって、
内周の軌跡の変位量Ａ_(x)、Ｂ_(x)が求まる。エリアセン
サーカメラによる撮像は、円筒を一定回転角毎に停止さ
せて連続的な静止画像を得る方法と、円筒を一定速度で
回転させながら一定の時間間隔でシャッタ露光して連続
的な静止画像を得る方法がありいずれを用いてもよい。
基準位置を設定するための画像についてはラインセンサ
ーカメラを用いた場合と同様に標準円筒が使用できる。

【００３９】円筒の３つの寸法項目は一定の計算式に基
づいて、計測された内周の軌跡の変位量Ａ_(x)、Ｂ_(x)を
用いて算出される。

【００４０】計算式の１実施形態例として以下の式１、
式２、式３、式４がある。

【００４１】外径：

【００４２】

【数１１】

【００４３】又は

【００４４】

【数１２】

【００４５】ここで、Ｄ₀は基準として登録した標準円
筒の既知の外径または計算により求められる仮想の標準
円筒の外径である。ｎは変位量Ａ_(x)、Ｂ_(x)の計測点数
であり、円筒１回転の計測点数をｍとするとｎ＞ｍの範
囲で設定することが望ましい。ｃはｙ方向の位置決め方
法に依存する定数で、図２のように直角Ｖ溝で位置決め
する方法の場合にはｃ＝１／√２となる。ｋはｋ＝ｍ／
２で与えられる定数である。なお、式１、式２により求
まる外径は円筒の一回転以上における平均値である。

【００４６】内径：

【００４７】

【数１３】

【００４８】ここで、ｄ₀は基準として登録した標準円
筒の既知の内径または計算により求められる仮想の標準
円筒の内径である。なお、式３により求まる内径は円筒
の一回転以上における平均値である。

【００４９】偏心量：

【００５０】

【数１４】

【００５１】ここで、ｍａｘ〔Ｆ_(x)〕、ｍｉｎ
〔Ｆ_(x)〕はそれぞれ変数Ｆ_(x)の最大値、および最小値
である。

【００５２】計算式の他の実施形態例として以下の式
５、式６、式３、式７がある。

【００５３】通常は円筒に偏心があるので２つの変位量
の和である（Ａ_(x)＋Ｂ_(x)）は、サイン関数として近似
できる。近似式を式５とする。

【００５４】Ａ_(x)＋Ｂ_(x)＝ｐ＋ｑｓｉｎ（（２πｘ／ｍ）＋ｒ） …（式５）（Ａ_(x)＋Ｂ_(x)）の観測値に基づき式５の係数ｐ，ｑ及
びｒの最適近似値を求めることは、解析的な方法、数値
計算法、フーリエ変換法等の通常の方法を用いることに
よって容易にかつ高速に実現できる。係数ｐ，ｑ等を用
いて３つの寸法項目Ｄ、ｄ、Ｃは、次の計算式によって
算出できる。

【００５５】Ｄ＝Ｄ₀＋（ｃ×ｐ） …（式６）

【００５６】

【数１５】

【００５７】Ｃ＝ｑ／２ …（式７）さらに、連続的に観測される２つの変位量を結合して得
られる（Ａ_(x)＋Ｂ_（ｘ））あるいは（Ａ_（ｘ）−
Ｂ_(x)）の２つの観測値を周波数解析することによっ
て、計測誤差の要因を取り除き計測精度を向上できる。
すなわち、円筒状物体の寸法むら、運動むら、撮像むら
などの各種外乱によるばらつき要素を、平均化、平滑
化、帯域フィルタ等の良く知られた手法を用いて改善す
ることができる。特に真円度に代表される円筒状物体の
寸法むらについては、回転周期と同期して変化する観測
値となるので外乱による雑音成分と明確に分離すること
が可能である。すなわち上記２つの観測値を、直流成
分、回転周期と同期する成分、ランダムに変化する成分
に分解し、それぞれの値を観測データとして利用するこ
とによってさらに計測精度を高めることができる。ま
た、上記２つの観測値は周期的に繰り返すので良く知ら
れた統計的処理によって繰り返し誤差を補正し精度を改
善できる。また、本発明の原理は、一定の内周エッジ部
に相当する軌跡を基準として登録し、これとの相対位置
比較で求まる変位量を基本量としているので、標準円筒
を同一の撮像手段で撮像して基準として登録することに
よって、位置決め条件、撮像条件等の経時経年変動にた
いしても自動的に補正が行われ安定な計測が可能であ
る。位置決め条件の変動としては、撮像ラインの円筒中
心線からの横ずれ、撮像ラインの縦ずれ、撮像ラインの
回転ずれ等がある。また撮像条件の変動としては、光源
の光量変動等による撮像画像の明るさ変動、撮像光軸の
傾き等がある。これらの変動の程度が比較的小さい場合
には、本発明によるラインセンサーカメラの使用や標準
円筒による基準位置の設定等によってこれらの変動によ
る計測誤差は実用上問題にならない程度に低減できる。

【００５８】図５は、本発明による第１の具体的な実施
形態例の構成を説明するための上面図であって、７０、
７１、７２、７３、７４、７５は複数の円筒状物体を横
並びに配列し保持するトレー、７６はトレー７０、７
１、７２を、７７はトレー７３、７４、７５をそれぞれ
矢印の方向に搬送し位置決めする搬送機構、８０は位置
決めされたトレー７１から排出された円筒状物体１ｃを
一時保持し次にマウント台５に供給するための供給台、
８１は検査が終了しマウント台５から排出された円筒状
物体１ｅを一時保持し、次に位置決めされたトレー７４
に送り込むための排出台である。トレー７０は次に検査
されるトレー、トレー７１は検査中のトレー、トレー７
２は検査が終了した空トレーであって、トレー７１にあ
った６個の円筒状物体１ａ〜１ｆは検査の進行に伴って
順次右方向に搬送される。

【００５９】マウント台５上で検査中の円筒状物体１ｄ
は、回転駆動機構６によって回転させられると共に、回
転中に長さ方向の高精度な位置決めを維持するために円
筒状物体の一端が常時ストッパー１３に押し当てられて
いる方向の力が加えられる。この力は例えば、図５
（ｂ）の部分拡大図に示すように回転駆動機構６を構成
し円筒状物体１ｄの円筒面に接して回転する例えばロー
ラーの回転軸と円筒状物体１ｄの回転軸との成す角度θ
を、矢印で示したようなローラーが左回りに円筒状物体
が右回りに回転する回転方向と関連付けて与えることに
よって供給される。また、この力は例えば、円筒状物体
１ｄのストッパー１３に接する端面と反対側の端面を回
転軸方向に押さえる駆動機構を設置することによっても
供給できる。マウント台５の中の半円形で示されるスト
ッパー１３は通常Ｖ溝の延長上の一端に配置されＶ溝と
ともにマウント台５を構成する。

【００６０】検査の終了した円筒状物体はさらに右方向
に順次搬送されトレー７４に収納される。トレー７４が
満杯になると搬送機構７７によって空きトレー７３、満
杯トレー７５と共に矢印の方向に定位置まで搬送され
る。このようにトレーに収納された円筒状物体は自動的
に順次マウント台５に装着され検査され、さらに自動的
に順次空トレーに収納されていく。このような構成、動
作によるハンドリング行っているので、円筒状物体は一
方向の流れ作業的に搬送・検査・収納が行われ、本実施
形態例による場合には高速でありかつ安定である特長が
ある。また、図示しないが、搬送機構７６と７７を連結
して空きトレー７２を空きトレー７３の後に搬送して位
置付けする構成とすることも可能である。

【００６１】本実施形態例ではマウント台としてＶ溝を
用いたが、マウント台はＶ溝に限られる物ではなく、円
筒を定位置で回転させることが可能な、例えば円筒の外
径より狭い間隙を持つ二本組の固定ローラ等であっても
同様の効果が得られる。

【００６２】また、本実施形態例ではＶ溝の配置を開口
側が上向きの場合についてのみ述べたが、開口部が下向
きや横向きの配置であってもかまわない。例えば下向き
の配置の場合、円筒は搬送トレーから円筒の下方に配置
されたローラまたはベルト等の回転機構の上方への移動
によってＶ溝の下方からマウントされ計測される。その
後、円筒をＶ溝に押し当てていた回転機構等を下方へ移
動することで、当該円筒を重力による落下によって容易
にディスマウントし、搬送トレーに戻すことが可能とな
る。また、開口部が下向きの配置の場合、Ｖ溝への埃な
ど異物の付着による汚れが少なく正確な位置での回転が
長期間維持できる利点を有する。

【００６３】図６は図５の実施形態例の部分詳細を示す
側面図であって、８３は供給側にあるトレー７１内の円
筒状物体１ａ，１ｂを右方向に１ステップずつ搬送する
ための供給側送り爪ブレード、８４は収納側にあるトレ
ー７４内の円筒状物体１ｆを右方向に１ステップずつ搬
送するための収納側送り爪ブレード、８５は供給台８０
上にある円筒状物体１ｃとマウント台５上にある円筒状
物体１ｄを同時に右方向に１ステップずつ搬送するため
のマウント送りブレードである。８６はマウント台５上
の円筒状物体１ｄに回転と軸方向への移動を与えるため
のローラー（又は円板）、８７はローラー８６に回転力
を供給するための駆動ローラーであって、これらは回転
駆動機構６を構成する。ローラー８６の回転軸は可動で
あって、例えば矢印の方向に一点鎖線の位置へ移動す
る。この作用は、円筒状物体１ｃまたは１ｄの搬送に伴
い供給台８０またはマウント台５の最上部を円筒状物体
が乗り越える時にローラー８６が障害となることを避け
る。供給側送り爪ブレード８３、収納側送り爪ブレード
８４、マウント送りブレード８５はそれぞれ図示した矢
印の方向（上→右→下→左）に運動し、１サイクルの運
動で結果として円筒状物体を一斉に１ステップ右方向に
搬送する。３つのブレードは必要に応じて一定のタイミ
ング同期で動作する。

【００６４】図７は、本発明による第２の具体的な実施
形態例の構成を説明するための上面図であって、９０は
円筒状物体１ｄをトレー７１とマウント台５との間で移
送するための移送機構、９１はトレー７１を右方向に１
ステップずつ搬送し位置決めする搬送機構である。円筒
状物体１ｄを移送する動作は、例えば次のとおりであ
る。移送機構９０を構成するスティックは前後に矢印の
方向に運動し円筒状物体１ｄをマウント台５へ移送し、
また、例えばスティックの先端に装備した吸引機構によ
ってマウント台５上の円筒状物体１ｄの端面を吸着して
トレー７１へ移送する。このとき、光源４が円筒状物体
１ｄを挟むようにラインセンサーカメラ７に対向対して
配置されている場合には、光源４が円筒状物体１ｄの移
動の障害とならないように一時的に光源４の位置を移動
する。

【００６５】図８は、図７の実施形態例の部分詳細を示
す側面図である。円筒状物体１ｄをマウント台５で移送
する時には、ローラー８６は上方に移動して円筒状物体
１ｄが軸方向に移動可能とする。また、円筒状物体１ｄ
がマウント台５に装着され回転運動を与える時には、ロ
ーラー８６を下方に移動し、さらに必要に応じて円筒状
物体１ｄをマウント台５に押しつける矢印の方向に力Ｆ
を印加する。

【００６６】図９は、本発明による仕分け機構を含む形
態の第３の具体的な実施形態例の構成を説明するための
上面図であって、１０１は検査結果がランクＡであった
円筒状物体を収納するトレー、１０２は検査結果がラン
クＢであった円筒状物体を収納するトレー、１０３は検
査結果がランクＣであった円筒状物体を収納するトレ
ー、１０４は検査が終了した円筒状物体１ｅを検査結果
である良否判定信号またはランク分け信号に基づき定め
られたトレー位置へ移送する仕分け機構である。図９で
は、仕分け位置の並び方向は前後であって段数は３であ
るが、これに限らず仕分け位置の並び方向は上下であっ
ても、また段数は２以上任意であってもよい。本実施形
態例は、図５の実施形態例における排出台８１を仕分け
機構に代えることで図５の実施形態例にも適用可能であ
る。また、本実施形態例は、図７の実施形態例におい
て、マウント台５とトレーの搬送機構の間に仕分け機構
を設け、検査終了後の円筒状物体１ｄを仕分け機構に移
送するように移送機構９０を動作させることで、図７の
実施形態例にも適用可能である。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、円筒状
物体における複数の寸法項目の計測が１つの撮像手段と
１つの画像計測手段のみによって構成された方法・装置
によって実行できるため、従来の方法に比較し次のよう
な利点がある。すなわち、単一の画像計測なので、装置
の構成が簡単となり、計測が高速で装置コストが低くな
る。撮像手段が単一なので撮像ラインの位置決め調整、
照明調整、撮像焦点調整、撮像倍率調整等の各種調整と
校正が容易である。

【００６８】また本発明は、円筒状物体の内径の観測だ
けで外径の計測が可能であるため、センサの視野が内径
を包含する範囲でよく、センサの画素（分解能）を有効
に利用することができる。また計測のための光学レンズ
の歪み、焦点深度などの設計条件が緩和される。さらに
外周端面の加工精度に誤差がある場合、外周端面に面取
りがあった場合にも外径の計測精度に影響を与えないと
いう特長がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による基本的な実施形態例の構成を説明
するための図である。

【図２】上記実施形態例の１つの撮像手段により撮像さ
れた画像の説明図である。

【図３】（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、上記実施
形態例において撮像された全体画像から内周エッジ部近
傍のみの画像を取り出す概念図である。

【図４】円筒状物体の寸法項目を定義し、内周エッジ部
軌跡の変位量を説明するための図である。

【図５】（ａ），（ｂ）は、本発明による第１の具体的
な実施形態例の構成を説明するための上面図である。

【図６】上記第１の具体的な実施形態例の構成の部分詳
細を示す側面図である。

【図７】本発明による第２の具体的な実施形態例の構成
を説明するための上面図である。

【図８】上記第２の具体的な実施形態例の構成の部分詳
細を示す側面図である。

【図９】本発明による仕分け機構を含む形態の第３の具
体的な実施形態例の構成を説明するための上面図であ
る。

【符号の説明】

１，１ａ〜１ｆ…円筒状物体２…円筒の内周３…撮像ライン４…光源５…マウント台６…回転駆動機構７…ラインセンサーカメラ８…画像処理装置９…データ処理装置１０，２０，３０…カメラ画像１１…点Ａで観測される内周の軌跡１２…点Ｂで観測される内周の軌跡１３…ストッパー２１，２２…入力画像３１…光学的境界線５０…円筒外周の中心５１…円筒内周の中心６１…標準円筒の点Ａにおける内周の軌跡６２…標準円筒の点Ｂにおける内周の軌跡７０，７１，７２，７３，７４，７５…複数の円筒状物
体を保持するトレー７６，７７…搬送機構８０…供給台８１…排出台８３…供給側送り爪ブレード８４…収納側送り爪ブレード８５…マウント送りブレード８６…ローラー又は円板８７…駆動ローラー９０…移送機構９１…搬送機構１０１，１０２，１０３…トレー１０４…仕分け機構Ａ_(x)…軌跡６１に対する軌跡１１のｙ方向の変位量Ｂ_(x)…軌跡６２に対する軌跡１２のｙ方向の変位量Ｄ…外径ｄ…内径Ｃ…偏心

フロントページの続き (72)発明者平井正孝東京都新宿区西新宿３丁目19番２号日本電信電話株式会社内 (72)発明者布谷正勝東京都新宿区西新宿８丁目14番24号エヌ・ティ・ティ・ファネット・システムズ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円筒状物体のいずれか一方の端面方向か
ら前記円筒状物体の外周の中心線上の異なる２つの点で
同期して前記円筒状物体の内周縁部の画像を全内周にわ
たり撮像する手段と、前記撮像された画像から得られる各々の前記円筒状物体
の内周縁部位置と予め設定した各々の基準値とを比較し
各々の変位量を計測する手段と、前記計測した２組の変位量から一定の計算式により前記
円筒状物体の外径、内径、及び偏心の値を算出する手段
と、を含んで構成されることを特徴とする円筒状物体の寸法
計測装置。
【請求項２】前記内周縁部の画像を全内周にわたり撮
像する手段が、円筒状物体を回転させる手段と、ライン
センサーカメラと、光源と、を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の円筒状物体の寸法計
測装置。
【請求項３】前記円筒状物体を回転させる手段が、Ｖ溝構造体及び前記Ｖ溝構造体の一端に設けられ前記円
筒状物体を位置決めする構造物で構成されるマウント台
と、前記Ｖ溝構造体の谷線とは異なる角度の回転軸を有して
前記マウント台に位置決めされた円筒状物体に接して回
転する回転駆動機構と、を有することを特徴とする請求項２に記載の円筒状物体
の寸法計測装置。
【請求項４】前記円筒状物体を順次搬送して入れ替え
る搬送手段を備える、ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか
に記載の円筒状物体の寸法計測装置。
【請求項５】前記搬送手段が、複数の前記円筒状物体を横並びに配列し保持する第１及
び第２のトレーと、前記第１のトレー内に保持された前記円筒状物体を一斉
に横方向に移動させる手段と、前記円筒状物体を前記第１のトレーの一端から前記マウ
ント台へ移動させる手段と、前記マウント台から前記円筒状物体を前記第２のトレー
へ一端より移動させる手段と、前記第２のトレー内に保持された前記円筒状物体を一斉
に横方向に移動させる手段と、を有することを特徴とする請求項４に記載の円筒状物体
の寸法計測装置。
【請求項６】前記搬送手段が、複数の前記円筒状物体を横並びに配列し保持するトレー
と、前記トレーを該トレー内に保持された前記円筒状物体の
１配列間隔だけ横方向に移動させるとともに前記円筒状
物体のいずれかを前記マウント台のＶ溝谷線の延長線上
に位置決めする手段と、前記円筒状物体を前記トレーから前記マウント台へある
いは前記マウント台から前記トレーまたは別のトレーへ
前記マウント台のＶ溝谷線の方向に沿い移動させる手段
と、を有することを特徴とする請求項４に記載の円筒状物体
の寸法計測装置。
【請求項７】前記円筒状物体の外径、内径、及び偏心
の値を算出する手段により求められた数値により良否判
断信号もしくはランク分け信号を発生する手段と、前記搬送手段が前記円筒状物体をマウント台から前記第
２のトレーまたは前記トレーまたは別のトレーへ移動さ
せる際に、寸法計測が終了した前記円筒状物体を前記良
否判断信号もしくはランク分け信号により仕分けする手
段と、を有することを特徴とする請求項５または請求項６に記
載の円筒状物体の寸法計測装置。
【請求項８】円筒状物体のいずれか一方の端面方向か
ら前記円筒状物体の外周の中心線上の異なる２つの点で
同期して前記円筒状物体の内周縁部の画像を全内周にわ
たり撮像する工程と、前記撮像された画像から得られる各々の前記円筒状物体
の内周縁部位置と予め設定した各々の基準値とを比較し
各々の変位量を計測する工程と、前記計測した２組の変位量から一定の計算式により前記
円筒状物体の外径、内径、及び偏心の値を算出する工程
と、を含んで構成されることを特徴とする円筒状物体の寸法
計測方法。
【請求項９】前記予め設定した各々の基準値として、
同一装置で測定した外径と内径の値が既知である円筒状
物体の測定値を用いる、ことを特徴とする請求項８に記載の円筒状物体の寸法計
測方法。
【請求項１０】前記一定の計算式のうち、外径Ｄを算
出する計算式は、外径の基準値をＤ₀、鉛直方向の位置
決め方法に依存する定数をｃ、計測点数をｎ、一方の測
定位置におけるｘ番目の内周の軌跡の変位量をＡ_(x)、
もう一方の測定位置におけるｘ番目の内周の軌跡の変位
量をＢ_(x)、及び円筒１回転分の計測点数をｍとする式【数１】もしくは【数２】であり、かつ内径ｄを算出する計算式は、内径の基準値をｄ₀と
する式【数３】であり、かつ偏心Ｃを算出する計算式は、変数Ｆ_(x)の最大値を
ｍａｘ〔Ｆ_(x)〕、変数Ｆ_(x)の最小値をｍｉｎ
〔Ｆ_(x)〕とする式【数４】である、ことを特徴とする請求項８または請求項９に記載の円筒
状物体の寸法計測方法。
【請求項１１】前記一定の計算式は、式Ａ_(x)＋Ｂ_(x)＝ｐ＋ｑｓｉｎ（（２πｘ／ｍ）＋ｒ）を用い、前記計測した変位量の全てを最適近似する様に
数値解析的に決定される係数ｐ、ｑ及びｒを使用する式
であって、外径Ｄを算出する計算式は、Ｄ＝Ｄ₀＋（ｃ×ｐ）であり、かつ内径ｄを算出する計算式は、【数５】であり、かつ偏心Ｃを算出する計算式は、Ｃ＝ｑ／２である、ことを特徴とする請求項８または請求項９に記載の円筒
状物体の寸法計測方法。
【請求項１２】前記Ｖ溝構造体のＶ溝角度が９０度で
あり、かつ前記鉛直方向の位置決め方法に依存する定数
ｃが１／√２である、ことを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の
円筒状物体の寸法計測方法。