JPH1068607A - ３次元形状計測方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】フレームメモリに格納した画像ではなく画像入
力装置により撮像した画像から距離を直接求め３次元形
状計測の処理時間を短縮する。 【解決手段】光源からの光により物体の表面上に光切断
線を形成し、ＴＶカメラ４を用いて光切断線を撮像す
る。ＴＶカメラ４からの画像の読出と同時に物体までの
距離を位置演算部５で求め、求めた距離をメモリ６に格
納する。位置演算部５はＴＶカメラ４の受光面に形成さ
れる光切断線の像に交差する方向に順次読み出される画
素の濃度から、読み出し順で前後の画素の濃度の大小を
比較することにより濃度が極大になる画素を求める。そ
の後、濃度が極大になる画素の受光面上での位置に基づ
いて物体までの距離を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、物体の表面に光切
断線を形成し、画像入力装置により光切断線を撮像して
三角測量法の原理を適用することにより物体までの距離
を求めるようにした３次元形状計測方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来より、光切断法によって物体の３次
元形状を計測する方法が提案されている。この種の光切
断法では物体に１本の光切断線を形成し、この光切断線
をＴＶカメラのような画像入力装置により撮像すること
により、三角測量法の原理を適用して物体までの距離を
求める。３次元形状を計測する際には、物体と光切断線
との位置関係を光切断線に交差する方向に相対的に変化
させて（通常は物体を移動させる）複数箇所での計測を
行なうである。

【０００３】画像入力装置として用いるＴＶカメラは撮
像の時間間隔が６０分の１秒などと設定されている。こ
の時間間隔をＴとし、物体と光切断線との相対的な移動
速度をＶとすれば、画像入力装置で得られる各画像間は
物体がＶＴだけ移動した状態での画像になる。つまり、
物体を移動方向にＶＴずつ刻んだ位置での物体までの距
離を求めることになる。このように、１本の光切断線の
みでは物体の移動方向における分解能をＶＴ以下にして
分解能を高めることができないものである。つまり、物
体が高速で移動する場合には物体の形状を多箇所で測定
することができないものである。

【０００４】これに対して、特開平３−１３８５０７号
公報に記載された技術のように、物体に複数本の光切断
線を形成し、複数本の光切断線を１台の画像入力装置で
同時に撮像することが考えられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
公報に記載のものは、画像入力装置で撮像した画像をフ
レームメモリに格納した後に読み出して距離を求める演
算を行なうものであるから、フレームメモリに画像を書
き込んだり読み出したりするための時間が必要になり、
処理時間が比較的長くなるという問題を有している。

【０００６】本発明は上記事由に鑑みて為されたもので
あり、その目的は、フレームメモリに格納した画像に基
づいて距離を演算するのではなく画像入力装置により撮
像した画像から距離を直接求めることによって処理時間
を短縮することにあり、他の目的は、物体が比較的高速
に移動する場合でも多箇所で計測して分解能を高め、別
の目的は、物体の搬送に伴う振動成分を除去して計測精
度を高めることができる３次元形状計測方法を提供しよ
うとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、光源
からの光により物体の表面上に光切断線を形成し、画像
入力装置を用いて光切断線を撮像することにより三角測
量法を用いて物体までの距離を求める３次元形状計測方
法において、画像入力装置の受光面に形成される光切断
線の像に交差する方向に画素の濃度を順次読み出すとと
もに、読み出し順で前後の画素の濃度の大小を比較する
ことにより濃度が極大になる画素を求め、濃度が極大に
なる画素の上記受光面上での位置に基づいて物体までの
距離を求めた後、求めた距離をメモリに格納するのであ
る。

【０００８】この方法によれば、画像入力装置により撮
像した光切断線の像をフレームメモリに格納してから物
体までの距離を求めるのではなく、画像入力装置から画
素の濃度を読み出すとともに物体までの距離を求め、求
めた距離をメモリに格納することができるから、フレー
ムメモリが不要になってメモリ量を低減することがで
き、しかもフレームメモリに対する書込や読出の時間が
不要になって処理時間を短縮することができる。

【０００９】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、複数本の光切断線を基準平面上で互いに平行かつ一
定間隔になるように形成し、基準平面上で物体を光切断
線に交差する方向に搬送し、基準平面上での光切断線の
間隔は、画像入力装置による撮像の時間間隔と物体の搬
送速度との積の有理数倍であって非整数倍になるように
設定し、この倍数を分数で表し分母と分子とを最大公約
数で割って約分した形としたときの分母を光切断線の本
数とするのである。

【００１０】この方法では、後述するように、画像入力
装置による撮像の時間間隔の間に物体が進む距離に対し
て光切断線の本数分の１の分解能で物体の搬送方向にお
ける各部位の距離を計測することができる。したがっ
て、比較的高速で搬送される物体でも精度のよい距離計
測（高さ計測）が可能になる。請求項３の発明は、請求
項１または請求項２の発明において、複数本の光切断線
を基準平面上で互いに平行かつ一定間隔になるように形
成し、基準平面上に載置された標準となる物体に形成し
た光切断線を基準として、隣接する光切断線に重ならな
い範囲で検査領域を設定し、この検査領域内の光切断線
に基づいて物体までの距離を求めるのである。

【００１１】請求項４の発明は、請求項１の発明におい
て、上記光源がスリット光を形成する光源であって、標
準となる物体の表面が光切断線の長手方向に一定角度で
傾斜しているときには、画像入力装置の受光面に形成さ
れる光切断線の像が上記受光面の基準軸の方向に一致す
るように光源と画像入力装置との相対位置を設定するの
である。

【００１２】請求項５の発明は、請求項１の発明におい
て、上記光源がスポット光を走査する光源であって、標
準となる物体の表面が光切断線の長手方向に凹凸を有す
るときには、画像入力装置の受光面に形成される光切断
線の像が上記受光面の基準軸の方向に一致するようにス
ポット光を移動させるのである。請求項６の発明は、請
求項１または請求項２の発明において、複数本の光切断
線を基準平面上で互いに平行かつ一定間隔になるように
形成し、画像入力装置を複数台設けるとともに、各画像
入力装置の撮像のタイミングを一定時間だけずらすので
ある。

【００１３】請求項７の発明は、請求項１または請求項
２の発明において、複数本の光切断線を基準平面上で互
いに平行かつ一定間隔になるように形成し、各光切断線
は複数の光色とし、各光色の光を個別に通過させるフィ
ルタを設けた複数の画像入力装置により光色の異なる各
光切断線を個別に撮像するのである。請求項８の発明
は、請求項１または請求項２の発明において、複数本の
光切断線を基準平面上で互いに平行かつ一定間隔になる
ように形成し、各光切断線は互いに異なる複数の光色と
し、カラーＴＶカメラよりなる画像入力装置により撮像
した光切断線を色信号別に取り出して距離を求めるので
ある。

【００１４】請求項９の発明は、請求項１または請求項
２の発明において、基準平面に対して斜めに交差する方
向から光を照射することにより光切断線を形成するとと
もに、基準平面に直交する方向の光軸を有する画像入力
装置により光切断線を撮像する３次元形状計測方法であ
って、画像入力装置の光軸を含み光切断線に沿った平面
の両側に配置した光源から互いに異なる光色の光を照射
することにより光切断線を形成し、カラーＴＶカメラよ
りなる画像入力装置により撮像した光切断線を色信号別
に取り出して距離を求めるのである。

【００１５】請求項１０の発明は、請求項１または請求
項２の発明において、基準平面に対して斜めに交差する
方向から光を照射することにより光切断線を形成すると
ともに、基準平面に直交する方向の光軸を有する画像入
力装置により光切断線を撮像する３次元形状計測方法で
あって、画像入力装置の光軸を含み光切断線に沿った平
面の両側に配置した光源から交互に光を照射することに
より光切断線を形成し、１台の画像入力装置により撮像
した光切断線を上記平面に対する各側からの光別に取り
出して距離を求めるのである。

【００１６】請求項１１の発明は、請求項１または請求
項２の発明において、複数本の光切断線を基準平面上で
互いに平行かつ一定間隔になるように形成し、各光切断
線により測定すべき距離の範囲に応じて画像入力装置の
受光面上での光切断線の像の移動幅を可及的に大きくと
れるように配置したミラーを通して光切断線を画像入力
装置で撮像するのである。

【００１７】請求項１２の発明は、請求項１１の発明に
おいて、各光切断線から画像入力装置までの光路長をほ
ぼ等しくする光路長調節手段を設けたものである。請求
項１３の発明は、請求項１または請求項２の発明におい
て、複数本の光切断線を基準平面上で互いに平行かつ一
定間隔になるように形成し、光切断線に直交する面内で
湾曲した凸面鏡を通して光切断線を画像入力装置で撮像
するのである。

【００１８】請求項１４の発明は、請求項１または請求
項２の発明において、物体を基準平面上で光切断線に交
差する方向に搬送し、基準平面までの距離の時間変化に
基づいて基準平面の振動成分を検出し、光切断線により
求めた距離の計測値から上記振動成分による基準平面の
距離変化分を除去して距離を求めるのである。請求項１
５の発明は、請求項１４の発明において、上記振動成分
を基準平面までの距離を求めるように別途に設けた変位
センサにより検出するのである。

【００１９】請求項１６の発明は、請求項１４の発明に
おいて、上記振動成分を基準平面上に光スポットを形成
し上記光スポットを光切断線とともに画像入力装置で撮
像することにより求めた基準平面までの距離により検出
するのである。請求項１７の発明は、請求項１４の発明
において、上記振動成分を物体に光切断線を形成してい
るときに基準平面上に形成された部分の光切断線に基づ
いて求めた基準平面までの距離により検出するのであ
る。

【００２０】請求項３ないし請求項１７の発明による作
用は後述する各実施形態により明らかになる。

【００２１】

【発明の実施の形態】

（原理）三角測量法の原理を説明する。ここでは、図２
１、図２２に示すように、ＣＣＤ素子１から一定距離の
前方に受光光学系２を配置し（図２１ではＣＣＤ素子１
と受光光学系２とを備えたＴＶカメラ４を画像入力装置
としている）、受光光学系２の光軸に交差する方向から
光源３によりスリット光を照射する。受光光学系２は光
源３により物体Ｓの上に形成される光切断線の像がＣＣ
Ｄ素子１の受光面に結像されるような位置に配置され
る。スリット光により形成される平面に直交しかつ受光
光学系２の光軸を含む平面内において、受光光学系２の
光軸方向をｚ方向とし受光光学系２の中心を原点として
ＣＣＤ素子１から離れる向きを正にとり、受光光学系２
の光軸に直交する方向をｘ方向とし受光光学系２から光
源３に向かう向きを正にとるものとする。右手座標系を
考えると、次の関係式が成立する。 ｚ＝Ｄ／（ cotγ＋κ・Ｘ） ｘ＝κ・Ｘ・ｚ ｙ＝κ・Ｙ・ｚ ただし、ｘ，ｙ，ｚは上記座標系における切断線上の点
の位置、Ｘ，ＹはＣＣＤ素子１の受光面上での切断線の
像のｘ方向、ｙ方向の位置、Ｄはｘ軸上での受光光学系
２の中心とスリット光により形成される平面との距離、
γはｘｚ平面においてスリット光がｘ軸に対してなす角
度、κはｚ方向におけるＣＣＤ素子１と受光光学系２の
中心との距離をＰとするときに−１／Ｐである。ここ
に、距離Ｄ，Ｐ、角度γは装置の設計値により既知であ
るから、ＣＣＤ素子１の受光面上での光切断線の像のｘ
方向およびｙ方向の位置座標を求めることによって、ス
リット光により形成されている光切断線の上の各点につ
いて上記座標系での座標を求めることができる。以下の
各実施形態では上述の原理に基づいてＣＣＤ素子１の受
光面上に形成される光切断線の像の位置から光切断線の
実空間での座標位置を求めるようにしてある。

【００２２】（実施形態１）本実施形態では、図２に示
すように、物体ＳがコンベアＣ上で一定方向（上述のｘ
方向の負の向き：矢印で示してある）に搬送されるとと
もに、複数個（図では４個）の光源３がｘ方向において
一定間隔（５ＶＴ：ただし、ＶはコンベアＣの送り速
度、ＴはＣＣＤ素子１による撮像の時間間隔）で配列さ
れている場合の例を示す。各光源３は互いに平行なスリ
ット光を形成するように配置される。光源３としてはレ
ーザ光源を用いるのが望ましく、シリンドリカルレンズ
などを用いてビームを一方向に広げることによってスリ
ット光を得るようになっている。ここに、光源３はｘｙ
平面に平行な平面上に配列され、物体Ｓの高さを計測す
る際の基準平面（コンベアＣの上面）もｘｙ平面に平行
な平面としてある。したがって、光源３により基準平面
に形成される光切断線も光源３の間隔と等しくなる。ま
た、コンベアＣの送り速度がＶであって、ＣＣＤ素子１
の撮像の時間間隔がＴであるから、ＣＣＤ素子１により
撮像される画像のうち時系列的に隣同士となる画像はコ
ンベアＣがＶＴだけ進んだ状態を撮像していることにな
る。したがって、隣接する一対の光源３の間隔が５ＶＴ
であるときには、隣接する光切断線の間の部位を計測す
るのに５枚の画像があればよいことになる。ただし、Ｃ
ＣＤ素子１による撮像の時間間隔はＴであるが、ＣＣＤ
素子１で撮像した画像を取り込む時間はＴよりも十分に
短くし、ＣＣＤ素子１により撮像された光切断線が、ｙ
方向に対して実質的な傾斜をもたないようにしてある。
画像を取り込む時間は電子回路による電子シャッタ（Ｄ
ＤＣ素子１の電荷を取り出す時間を制限して、制限時間
後の電荷は捨てる）あるいはＣＣＤ素子１の前方に配置
したメカニカルシャッタにより規制する。ＣＣＤ素子１
および受光光学系２は適宜の筐体に収納されてＴＶカメ
ラ４を構成している。

【００２３】本発明の特徴は撮像装置としてのＴＶカメ
ラ４により得た画像をフレームメモリに格納することな
く、画像を読み込みつつ光切断線の座標を求め、求めた
座標をメモリに格納する点にあり、図１に示すように、
ＴＶカメラ４から出力される画像信号は位置演算部５に
順次入力されて実空間での光切断線の座標位置が求めら
れ、求められた座標位置はメモリ６に格納される。

【００２４】位置演算部５は、基準平面（コンベアＣの
上面）を求める処理を行なった後に、物体Ｓを測定する
処理を行なう。基準平面には段差のない平面であるから
基準平面に形成される光切断線は直線になり、ＣＣＤ素
子１の受光面には図３のような光切断線の像ｘ₁ 〜ｘ₄
が形成される。各像ｘ₁ 〜ｘ₄ はＣＣＤ素子１の受光面
のＹ方向に形成され、ＣＣＤ素子１はＸ方向にラスタ走
査が行なわれて画素値（濃度）が順次読み出されて画像
信号が得られるから、像ｘ₁ 〜ｘ₄ に対応する濃度が読
み出されるたびに画像信号には濃度の極大になる部分が
周期的に発生する。そこで、位置演算部５では、画像信
号を受けて各画素の濃度を一時的にバッファに保持し、
次に入力される画素の濃度とバッファに保持された画素
の濃度との大小を比較することにより、濃度が極大にな
る画素を求める。つまり、ＣＣＤ素子１の受光面上で濃
度が極大になる画素の座標値Ｘを求めることによって、
像ｘ₁ 〜ｘ₄ のｘ方向の座標値Ｘを求めることができ
る。原理において説明したように、座標値Ｘがわかれば
実空間での基準平面のｚ方向の座標値ｚを求めることが
できるから、まず像ｘ₁ に対する座標値Ｘが求まると、
座標値ｚを求める演算を行なってメモリ６に格納する。
同様にして、像ｘ₂ 〜ｘ₄ についても座標値ｚを求めて
メモリ６に格納する。このようにしてｙ方向の１行分に
ついて像ｘ₁ 〜ｘ₄ の位置から基準平面の座標値ｚを求
めた後、ｙ方向に１行進めて次行で像ｘ ₁ 〜ｘ₄ の位置
から基準平面の座標値ｚを求める。以下、同様にして全
行について座標値ｚを求める。

【００２５】また、上述の過程において、ＣＣＤ素子１
の受光面上での各像ｘ₁ 〜ｘ₄ のｘ方向の座標値Ｘが求
められているから、座標値Ｘに基づいて物体Ｓの表面に
スリット光を照射したときの光切断線の各像ｘ₁ ′〜ｘ
₄ ′（図４参照）の位置を求めるための検査範囲Ｄ₁ 〜
Ｄ₄ を規定する。つまり、物体Ｓの表面にスリット光を
照射したときの像ｘ₁ ′〜ｘ₄ ′の移動方向は物体Ｓに
対するスリット光の照射方向により知ることができ、か
つ基準平面からの物体Ｓの表面までの高さを制限してお
けば、各スリット光により物体Ｓの表面に形成される光
切断線の像ｘ₁′〜ｘ₄ ′が、基準平面に形成された光
切断線の像ｘ₁ 〜ｘ₄ に対してどれだけ移動するかがわ
かるから、その移動範囲を含む程度に上記検査範囲Ｄ₁
〜Ｄ₄ を設定するのである。検査範囲Ｄ₁ 〜Ｄ₄ は、各
像ｘ₁ 〜ｘ₄ に対して所定画素前から隣接する次の像ｘ
₁ 〜ｘ₄ の所定画素前までに設定される。このことによ
り、基準平面から物体Ｓの表面までの高さを測定できる
範囲は制限されるが、光切断線と像ｘ₁ 〜ｘ₄ との対応
付けが不要になる。つまり、検査範囲Ｄ₁ 〜Ｄ₄ を設定
するのは、各像ｘ₁ ′〜ｘ₄ ′と光切断線との対応関係
を明確にし、各像ｘ ₁ ′〜ｘ₄ ′と光切断線との対応付
けの処理を不要にして処理量を低減するためである。ま
た、検査範囲Ｄ₁ 〜Ｄ₄ を隣合う一対の光切断線の像ｘ
₁ 〜ｘ₄ の間に設定しているから、隣接する各一対の光
切断線の像ｘ₁ 〜ｘ₄ から求めた基準平面の各点の座標
値ｚに基づいて各検査範囲Ｄ₁ 〜Ｄ₄ に対応する基準平
面の傾きを知ることができる。

【００２６】上記手順をまとめると、図５のようにな
る。まず、ＴＶカメラ４により基準平面を撮像する（Ｓ
１）。ＣＣＤ素子１からの各画素の濃度を求めるため
に、まずｙ座標を初期化し（Ｓ２）、像ｘ₁ 〜ｘ₄ の番
号（ｊ）を１に設定しておく（Ｓ３）。こうしてＣＣＤ
素子１の各画素の濃度をｘ方向に順次読み込み、濃度の
極大値か否かを判断する（Ｓ４）。濃度が極大になれ
ば、その画素の座標値Ｘを求めてメモリ６に格納する
（Ｓ５）。また同時に実空間でのｚ方向の座標値ｚを求
めて、（ｘ，ｙ）の座標値とともにメモリ６に格納する
（Ｓ６）。次に、像ｘ₁〜ｘ₄ の番号（ｊ）を１だけ増
やして（Ｓ７）、番号（ｊ）が４以内かどうかを判定し
（Ｓ８）、４番目の像ｘ₄ に達していなければステップ
Ｓ３〜Ｓ８を繰り返す。

【００２７】ステップＳ８において番号（ｊ）が４を超
えるとｙ座標を１だけ増やし（Ｓ９）、最終行（＝Ｍ）
になるまで（Ｓ１０）ステップＳ３〜Ｓ１０を繰り返
す。このようにして、ＣＣＤ素子１の全画素について光
切断線の像ｘ₁ 〜ｘ₄ の座標値Ｘおよび光切断線の座標
値ｚをメモリ６に格納することができる。つまり、基準
平面に形成された光切断線の各点の座標値を求めること
ができる。その後、検査範囲Ｄ₁ 〜Ｄ₄ を決定する（Ｓ
１１）。

【００２８】上述のようにして基準平面に関する情報を
メモリ６に格納した後に、物体Ｓを計測する。物体Ｓの
表面にスリット光が照射されると光切断線に段差が生じ
る。したがって、ＣＣＤ素子１の受光面に形成される像
ｘ₁ ′〜ｘ₄ ′にも図４のように段差が生じる。物体Ｓ
の高さを計測する処理も基準平面の上に形成された光切
断線の座標値を求める処理とほぼ同様である。ただし、
物体Ｓの表面に形成される光切断線の各点の座標値を求
めたときに、その座標値と等しい（ｘ，ｙ）の座標値を
持つ座標値ｚを基準平面の上で求めて物体Ｓの表面に形
成された光切断線のｚ方向の座標値ｚから減算し、その
減算結果を物体Ｓの高さとし、かつ求めた高さを（ｘ，
ｙ）の座標値とともにメモリ６に格納する点が相違す
る。

【００２９】つまり、物体Ｓの表面に形成される光切断
線は、基準平面に形成される光切断線とはｘ方向にずれ
ているから、検査範囲Ｄ₁ 〜Ｄ₄ に対応する既知の基準
平面の傾きに基づいて、物体Ｓの表面に形成される光切
断線の位置に対応する基準平面の座標値ｚを求めるので
ある。基準平面について（ｘ，ｙ）の座標値に対応した
座標値ｚは、検査領域Ｄ₁ 〜Ｄ₄ の両側の一対の光切断
線の座標値に基づいて補間演算により求めることができ
る。なお、基準平面はコンベアＣの送りによっては変化
せず、基準平面の傾きは主として光源３やＴＶカメラ４
のコンベアＣに対する位置関係により生じるものと仮定
している。物体Ｓの大きさはおおよそわかっているか
ら、コンベアＣの送り速度とＣＣＤ素子１の撮像の時間
間隔Ｔとの関係により、物体Ｓの表面に最初のスリット
光が照射されてからすべての物体Ｓがすべてのスリット
光を通過するまでの時間に基づいて、画像を取り込む枚
数を設定しておく。また、図示しないセンサにより物体
Ｓの先頭位置が最初のスリット光付近に到達したことを
検出し、検出時点から所定枚数の画像を取り込むように
する。

【００３０】上記手順をまとめると、図６のようにな
る。まず、物体Ｓの先頭位置がセンサを通過すると、画
像を取り込む枚数ｉを１に初期化し（Ｓ１）、ＴＶカメ
ラ４による撮像を開始する（Ｓ２）。また、ＣＣＤ素子
１からの各画素の濃度を求めるために、まずｙ座標を初
期化し（Ｓ３）、物体Ｓの表面に形成される光切断線の
像ｘ₁ ′〜ｘ₄ ′の番号（ｊ）を１に設定しておく（Ｓ
４）。こうしてＣＣＤ素子１の各画素の濃度をｘ方向に
順次読み込み、濃度の極大値か否かを判断する（Ｓ
５）。ただし、濃度の極大値の判定は検査領域Ｄ₁ 〜Ｄ
₄ の範囲内でのみ行ない、また各検査領域Ｄ₁ 〜Ｄ₄ の
中で得られた光切断線は、その検査領域Ｄ₁ 〜Ｄ₄ を規
定した基準平面上の光切断線を形成するスリット光に対
応するものとみなされる。したがって、検査領域Ｄ₁ 〜
Ｄ₄ の中に光切断線の像ｘ₁ ′〜ｘ₄ ′を検出すること
ができないときには物体Ｓの高さが測定可能な範囲を超
えているものと判断し、エラーの処理を行なえばよい。
なお．測定可能な物体Ｓの高さは５ＶＴ tanγ程度であ
って、光源３の間隔が大きいほど測定可能な高さは大き
くなる。

【００３１】濃度が極大になれば、その画素の座標値Ｘ
を求め（Ｓ６）、また同時に実空間でのｚ方向の座標値
ｚを求め、このときの（ｘ，ｙ）の座標値に対応する基
準平面の座標値ｚを求める。ここに、物体Ｓの高さを測
定するときには、検査領域Ｄ ₁ 〜Ｄ₄ を求める必要がな
いから座標値Ｘはメモリ６に格納しない。物体Ｓの表面
について求めた座標値ｚから基準平面の座標値ｚを減算
すれば、それが物体Ｓの高さになる。このようにして求
めた物体Ｓの高さは（ｘ，ｙ）の座標値とともにメモリ
６に格納される（Ｓ７）。その後、像ｘ₁ ′〜ｘ₄ ′の
番号（ｊ）を１だけ増やして（Ｓ８）、番号（ｊ）が４
以内かどうかを判定し（Ｓ９）、４番目の像ｘ₄ に達し
ていなければステップＳ４〜Ｓ９を繰り返す。

【００３２】ステップＳ１１において番号（ｊ）が４を
超えるとｙ座標を１だけ増やし（Ｓ１０）、最終行（＝
Ｍ）になるまで（Ｓ１１）ステップＳ４〜Ｓ１１を繰り
返す。このようにして、ＣＣＤ素子１の全画素について
光切断線の像ｘ₁ ′〜ｘ₄ ′の座標値Ｘおよび光切断線
の座標値ｚをメモリ６に格納することができる。つま
り、物体Ｓに形成された光切断線の各点の座標値を求め
ることができる。

【００３３】物体Ｓの表面の全面にわたる計測には、複
数枚の画像を撮像する必要があるから、枚数ｉを１だけ
増やし（Ｓ１２）、あらかじめ設定してある枚数Ｎを超
えたか否かを判定し（Ｓ１３）、超えていると処理を終
了する。本実施形態の処理では物体ＳをＶＴの間隔で光
切断することになり、コンベアＣの移動方向におけるス
リット光の間隔は５ＶＴであるから、たとえば物体Ｓの
先頭に最初にスリット光が照射されてから６枚目の画像
で物体Ｓの先頭に次のスリット光が照射されることにな
る。つまり、物体Ｓの大きさにもよるが、最小では５枚
の画像によって物体Ｓの表面全体を計測することにな
る。

【００３４】（実施形態２）実施形態１では、光源３を
コンベアＣの送り速度ＶとＣＣＤ素子１の撮像の時間間
隔Ｔとの積ＶＴの整数倍に設定していたが、本実施形態
では光源３の間隔をＶＴの非整数倍である有理数倍に設
定しているものである。具体的には７ＶＴ／４に設定し
てある。複数枚の画像を取り込むときに、各画像は物体
ＳがＶＴずつずれた状態を撮像しているのに対して、光
切断線の位置がＶＴの整数倍（２倍）からＶＴ／４だけ
ずれていることにより、たとえば物体Ｓの先頭がいずれ
かの光切断線に一致する画像が得られてから８枚後の画
像によって物体Ｓの先頭がいずれかの光切断線に一致す
る画像が得られることになる。つまり、７枚の画像があ
れば光切断線と物体Ｓとのすべての位置関係を撮像する
ことができる。このことによって、物体ＳをコンベアＣ
の移動方向においてＶＴ／４の間隔で光切断することに
なる。つまり、１個の光源３を用いる場合や、ＶＴの整
数倍の間隔で光源３を配置しているときには、物体Ｓを
光切断する分解能はＶＴになるが、本実施形態ではＶＴ
／４になり、分解能が４倍に向上することになる。ただ
し、この分解能を得るには最低４個の光源３が必要であ
る。

【００３５】本実施形態の説明から容易にわかるよう
に、光源３の間隔はＶＴの整数倍に対してＶＴの１より
小さい有理数倍だけずらしておくと、分解能を高めるこ
とが可能である。いま、ｉ，ｊ，ｋを自然数とするとき
に、光源３の間隔を次式のように設定する。 ｛ｉ±（ｊ／ｋ）｝ＶＴ ただし、ｊ≠ｋであって、ｊ／ｋは約分可能なときには
分母と分子の最大公約数で約分するものとする。また、
ｉ±（ｊ／ｋ）は仮分数の形にしてあるものとする。そ
こで、ｊ／ｋを約分し、ｉ±（ｊ／ｋ）を仮分数で表す
とＪ／Ｋという形になるものとする。このときのＫは光
源３の必要十分な個数になる。つまり、光源３をＫ個よ
り多く設けても分解能が向上しない個数である。また、
分解能は（１／Ｋ）ＶＴになり、その分解能を得るため
のＴＶカメラ４による撮像の回数はＪ回になる。上述の
例では、（７／４）ＶＴであるから、光源３の個数が４
個であり、分解能が１／４になるのである。また、ＴＶ
カメラ４による撮像回数は１つの物体Ｓについて７回に
なる。

【００３６】（実施形態３）実施形態１においては、検
査領域Ｄ₁ 〜Ｄ₄ を基準平面に形成された光切断線の像
ｘ₁ 〜ｘ₄ に基づいて設定していたが、本実施形態は、
検査領域Ｄ₁ 〜Ｄ₄の設定方法を変更したものである。
ただし、本実施形態では複数個の同種の物体Ｓが順にコ
ンベアＣの上を搬送され、かつ各物体Ｓはｙ方向におけ
る位置ずれがほとんどなく、かつ回転移動もほとんどな
いものとしてある。このような条件は、たとえば、コン
ベアＣにパレットが取り付けられ、パレットの定位置に
物体Ｓが装着されているような場合に相当する。また、
本実施形態は物体Ｓが標準となる物体Ｓの高さに対して
大幅にずれがないか否かを検出するような目的に用いる
ことができる。たとえば、物体Ｓに異物が付着していな
いかなどを検査する際に用いることができる。

【００３７】本実施形態では、実施形態１と同様にして
基準平面に形成した光切断線の座標値を求め、検査領域
Ｄ₁ 〜Ｄ₄ を設定する。次に、異物の付着していないこ
とがわかっている標準となる物体Ｓに対してスリット光
を照射することにより、図７に示すような光切断線の像
ｘ₁ ′〜ｘ₄ ′を形成する。ここで、物体Ｓに対応する
部位では像ｘ₁ ′〜ｘ₄ ′が偏移しているから、像
ｘ₁ ′〜ｘ₄ ′が偏移している部位について検査領域Ｄ
₁ ′〜Ｄ₄ ′も偏移させるように補正する（図では左向
きに偏移することになる）。この補正は検査領域Ｄ₁ 〜
Ｄ₄ を設定したときと同様に光切断線の像ｘ₁ ′〜
ｘ₄ ′に対して所定画素分だけずれるようにしてある。
ただし、１つの検査領域Ｄ₁ ′〜Ｄ₄ ′は光切断線の像
ｘ₁ ′〜ｘ₄ ′によって分割されず一つの連続領域を形
成する。検査領域Ｄ₁ ′〜Ｄ₄ ′をこのように補正する
と、物体Ｓの表面の異物の付着などを検査する際に、物
体Ｓの高さ寸法を計測する場合と同程度の高さ寸法の異
物まで検出が可能になり、測定範囲のダイナミックレン
ジが向上するのである。他の構成および動作は実施形態
１と同様である。

【００３８】（実施形態４）本実施形態は物体Ｓの形状
を考慮して検査領域Ｄ₁ ′〜Ｄ₄ ′を設定するものであ
る。いま、図８（ａ）に示すように、標準となる物体
（表面に変形や異物の付着がない物体）Ｓの上面がｙ方
向の正の向きに上り傾斜しているものとする。このと
き、光切断線の像ｘ₁ ′〜ｘ₄ ′は図８（ｂ）のように
Ｙ方向の正の向きにおいてＸ方向の負の向きに斜めに傾
いた直線になる。このように一様な傾きを持つ直線の像
ｘ₁ ′〜ｘ₄ ′が得られるときには、この像ｘ₁ ′〜ｘ
₄ ′が図８（ｃ）のようなＹ方向の直線となるように光
源３またはＴＶカメラ４の向きを調節するのである。以
後の処理は実施形態３と同様に光源３またはＴＶカメラ
４の向きを調節した後の像ｘ₁ ′〜ｘ₄ ′に基づいて検
査領域Ｄ₁ ′〜Ｄ₄ ′を設定し、異物の高さ寸法を測定
することになる。

【００３９】物体Ｓが上述のような形状であるときに、
基準平面に形成された光切断線の像ｘ₁ 〜ｘ₄ から一定
画素幅の検査領域Ｄ₁ 〜Ｄ₄ を設定すると、物体Ｓの各
部位で異物の高さ寸法を測定できる範囲が異なることに
なる。つまり、物体Ｓの高さ寸法の大きい部位では高さ
寸法の小さい部位に比べて高さ寸法の測定可能範囲が小
さくなるのであるが、本実施形態のように物体Ｓの形状
に合わせて物体Ｓの上に形成される光切断線の像ｘ₁ ′
〜ｘ₄ ′がＹ方向（つまり基準軸）に平行になるように
光源３やＴＶカメラ４の向きを調節することにより、異
物の高さ寸法を測定できる範囲がどの部位でも等しくな
るのである。

【００４０】（実施形態５）上述の各実施形態では光源
３からスリット光を照射する例を示したが、本実施形態
はスポット光を物体Ｓに照射し、しかもスポット光はｙ
方向だけではなくｘ方向にも走査可能なものを用いる場
合の例を示す。このような光源３としては、レーザ光を
互いに直交する振動軸を持つ２枚の振動ミラーや互いに
直交する回転軸を持つ２個のポリゴンミラーを用いるも
のがある。

【００４１】基本的な考え方は実施形態４と同様であっ
て、標準となる物体Ｓの形状に応じて物体Ｓの表面の光
切断線に対する像ｘ₁ ′〜ｘ₄ ′が直線になるように、
光スポットの位置を補正するのである。たとえば、図９
（ａ）のようにｙ方向において厚みが波型に変化する物
体Ｓに対して、ｙ方向の一直線上で光スポットを走査し
たりスリット光を照射したりすれば、図９（ｂ）のよう
に光切断線の像ｘ₁ ′〜ｘ₄ ′が波型になる。これに対
して、本実施形態では、標準となる物体Ｓの光切断線の
像ｘ₁ ′〜ｘ₄ ′に基づいて光スポットの位置を修正
し、図９（ｃ）のように光切断線の像ｘ₁ ′〜ｘ₄ ′を
Ｙ方向（つまり基準軸）に平行な直線となるようにす
る。

【００４２】実施形態４の技術では、物体Ｓの高さ寸法
がｙ方向において一様に傾斜している場合にしか適用で
きなかったが、本実施形態の技術は、物体Ｓの高さ寸法
が不規則に変化するような場合でも対応可能となる。 （実施形態６）上述の各実施形態ではＴＶカメラ４を１
台だけ用いた例を示したが、本実施形態では図１０に示
すように、２台のＴＶカメラ４ａ，４ｂを用いる例を示
す。両ＴＶカメラ４ａ，４ｂは、物体Ｓとの間にビーム
スプリッタなどを介在させて視野および光軸を一致させ
るのが処理上は望ましいが、両ＴＶカメラ４ａ，４ｂに
より得た画像を両ＴＶカメラ４ａ，４ｂの位置に基づい
て修正すれば視野および光軸を一致させる場合と同様の
処理が可能である。ここでは、２個の光源３を用いてお
り、両光源３はｘ方向の間隔が（７／４）ＶＴ（Ｖはコ
ンベアＣの送り速度、ＴはＴＶカメラ４ａ，４ｂによる
撮像の時間間隔）に設定されているものとする。また、
ＴＶカメラ４ａ，４ｂの撮像のタイミングはＴ／２だけ
ずらしてあるものとする。つまり、ＴＶカメラ４ａ，４
ｂによって物体ＳがＶＴ／２ずつ進んだ画像を撮像する
ことができる。つまり、実施形態２の半分の時間間隔で
撮像しているから、２個の光源３で４個の光源３を用い
た場合と同じ分解能を得ることができる。また、光切断
線の本数が２本になるから、ＴＶカメラ４ａ，４ｂの視
野を狭くすることができる。逆に言えば、ＴＶカメラ４
ａ，４ｂが実施形態２のＴＶカメラ４と同じ広さの視野
を持つものとすれば、光切断線の像ｘ₁ 〜ｘ₄ ，ｘ₁ ′
〜ｘ₄ ′の受光面上での移動距離を実施形態２の略２倍
にとることができ、測定精度を高めることができる。

【００４３】ところで、両ＴＶカメラ４ａ，４ｂの撮像
のタイミングは、同期信号とシャッタタイミングとの一
方を制御することで変えることができる。同期信号はＣ
ＣＤ素子１で撮像する画面の複数フィールドごとに１回
発生する信号である。つまり、物体Ｓが所定位置を通過
してから各ＴＶカメラ４ａ，４ｂで撮像を開始するタイ
ミングにより同期信号の相対的な時間差が決定される。
しかして、同期信号の発生から何フィールド目の画像を
取り込むかを一定に保ち、同期信号の発生タイミングを
Ｔ／２だけずらすようにするか、あるいは同期信号の発
生タイミングは等しくしておき、Ｔ／２だけ時間のずれ
たフィールドの画像を取り込むかによって、両ＴＶカメ
ラ４ａ，４ｂの画像の撮像タイミングをＴ／２だけずら
すことができるのである。ここに、シャッタとしては電
子シャッタを用いるものとし、ＣＣＤ素子１からの読出
タイミングによりシャッタタイミングを決めている。

【００４４】（実施形態７）本実施形態は、図１１に示
すように、４個の光源３ａ，３ｂを備えるものである
が、実施形態６と同様に２台のＴＶカメラ４ａ，４ｂを
設けてある。光源３ａ，３ｂは互いに異なる色（たとえ
ば、赤と青）のスリット光を物体Ｓに照射し、各ＴＶカ
メラ４ａ，４ｂでは光源３ａ，３ｂの一方の色のみを透
過させるフィルタＦａ，Ｆｂを前方に備えている。した
がって、ＴＶカメラ４ａでは光源３ａにより形成された
光切断線がフィルタＦａを通して撮像され、ＴＶカメラ
４ｂでは光源３ｂにより形成されたフィルタＦｂを通し
て光切断線が撮像されることになる。ここで、光源３
ａ，３ｂの間隔は（７／４）ＶＴに設定されている。こ
の構成でも実施形態６と同様に２台のＴＶカメラ４ａ，
４ｂによる撮像のタイミングはＴ／２だけずらしてあ
る。したがって、両ＴＶカメラ４ａ，４ｂにより得た画
像を組み合わせるとＶＴ／４の分解能で物体Ｓの各部位
の高さ寸法を求めることができる。ここにおいて、上記
構成では各ＴＶカメラ４ａ，４ｂでは２本ずつの光切断
線の像ｘ₁ ′，ｘ₃ ′とｘ₂ ′，ｘ₄ ′が得られ、各Ｔ
Ｖカメラ４ａ，４ｂで得られる像ｘ₁ ′，ｘ₃ ′と
ｘ₂ ′，ｘ₄ ′は光源３ａ，３ｂを（１４／４）ＶＴの
間隔で配置したものになるから、ＴＶカメラ４ａ，４ｂ
として実施形態２のＴＶカメラ４と同じ仕様のものを用
いるものとし、基準平面からＴＶカメラ４ａ，４ｂまで
の距離も実施形態２と等しいものとすれば、本実施形態
では検査領域Ｄ₁ 〜Ｄ₄ を約２倍に設定することができ
る。つまり実施形態２に比較すると高さ寸法の測定範囲
が約２倍になるのである。他の構成および動作は実施形
態６と同様である。

【００４５】（実施形態８）本実施形態は、図１２に示
すように、ＶＴ／４の間隔で配置した各光源３ａ〜３ｄ
にそれぞれ異なる光色（たとえば、赤、青、緑、紫）の
ものを用いた例であって、上述の各実施形態ではＴＶカ
メラ４，４ａ，４ｂとしてモノクロカメラを用いること
ができるのに対して、本実施形態では１台のカラーのＴ
Ｖカメラ４ｃを画像入力装置として用いている。基本的
な原理は実施形態７と同様である。

【００４６】ここに、光源３ａ〜３ｄの光色の条件は、
ＴＶカメラ４ｃの画像信号を色別に出力すると、４色の
うちの３色は独立した画像信号として取り出すことがで
き、残りの１色は複数の画像信号に取り出すことができ
ることである。つまり、上述の光色では赤、青、緑はＴ
Ｖカメラ４ｃの３色の画像信号として独立して取り出す
ことができ、紫は赤色の信号と青色の信号とに現れるこ
とになる。

【００４７】ＴＶカメラ４ｃからの各色の画像信号は、
図１３のようになり、図１３（ａ）に示す赤色の画像
と、図１３（ｃ）に示す青色の画像とには紫色の光切断
線が現れて２本ずつの光切断線の像ｘｒ，ｘｐとｘｂ，
ｘｐが得られることになる。また、緑色の画像には図１
３（ｂ）のように緑色の１本の光切断線の像ｘｇが現れ
る。赤色と青色との画像における紫色の光切断線の像ｘ
ｐは、各光源３ａ〜３ｄの光出力が等しくかつ物体Ｓの
各色に対する反射率が等しければ、赤色や青色の像ｘ
ｒ，ｘｂとは濃度によって識別することができる。

【００４８】ここに、４本の光切断線はＶＴ／４の間隔
で形成され、ＴＶカメラ４ｃの撮像の時間間隔はＴであ
るから物体ＳをＶＴ／４の分解能で計測することができ
る。緑色の画像では光切断線の像ｘｇが１本しか形成さ
れないから、緑色については高さ寸法の計測範囲を広く
とることができ、また、赤色や青色の画像では２本の光
切断線の像ｘｒ，ｘｐあるいはｘｂ，ｘｐが形成される
が、高さ寸法の計測範囲は光切断線をＶＴ／２の間隔で
形成したときの計測範囲以上になる。

【００４９】（実施形態９）本実施形態は、図１４に示
すように、物体Ｓの上に比較的大きな段差Ｓｔが形成さ
れている場合の例である。このような形状の物体Ｓで
は、物体Ｓに対して片側からスリット光を照射すると、
突部Ｓｐにより死角が生じて段差Ｓｔの形状を正確に測
定することができないものである。

【００５０】そこで、実施形態では物体Ｓの搬送方向に
直交する面に対して両側に４個ずつの光源３ｅ，３ｆを
設けてある。各４個の光源３ｅ，３ｆはそれぞれ赤色と
青色との光源であって、基準平面上では一組ずつの光源
３ｅ，３ｆがそれぞれ同じ位置に光切断線を形成するよ
うに配置されている。各４個の光源３ｅ，３ｆのそれぞ
れの間隔は実施形態１、２に準じて設定される。また、
光源３ｅ，３ｆは物体Ｓの搬送方向に直交しＴＶカメラ
４ｃの光軸を含む平面に対して対称となるように配列さ
れている。ＴＶカメラ４ｃにはカラーのものを用いる。

【００５１】このような構成を採用すれば、段差Ｓｔが
形成されていることにより赤色と青色との光源３ｅ，３
ｆの一方の死角になってスリット光が照射されない部位
であっても他方は照射されるから、死角が形成されるこ
となく物体Ｓの高さを計測することができる。また、ど
ちらの光源３ｅ，３ｆからの光かは光色によって識別さ
れる。他の構成および動作は実施形態１、２と同様であ
る。

【００５２】（実施形態１０）本実施形態は、図１５に
示すように、光源３ｅ，３ｆを実施形態９と同様に配列
し、実施形態６と同様に２台のＴＶカメラ４ａ，４ｂを
配置したものである。ただし、光源３ｅ，３ｆは異なる
光色である必要はなく、同色のものを用いることができ
る。どちらの光源３ｅ，３ｆからの光であるかを区別す
るために、本実施形態では光源３ｅ，３ｆを交互に点灯
させ、かつ各光源３ｅ，３ｆごとに異なるＴＶカメラ４
ａ，４ｂで撮像した像を用いる。本実施形態は、どちら
の光源３ｅ，３ｆにより形成される光かを区別する構成
が実施形態９と異なるが、他の構成および動作は実施形
態９と同様である。

【００５３】（実施形態１１）本実施形態は、図１６に
示すように、物体ＳとＴＶカメラ４との間の光路上にＴ
Ｖカメラ４に設けたＣＣＤ素子１の受光面上に所定の高
さ範囲に存在する光切断線の像ｘ₁ ′〜ｘ₄ ′のみが形
成されるようにミラーＭａ〜Ｍｄを設けたものである。
つまり、光切断線の形成される高さ範囲が所定の範囲内
であるときにのみ光切断線の像ｘ₁ ′〜ｘ₄ ′がＣＣＤ
素子１の受光面に形成されるようにミラーＭａ〜Ｍｄの
位置関係が設定されている。ＣＣＤ素子１の受光面に光
切断線の像ｘ₁ ′〜ｘ₄ ′を形成することができる高さ
範囲をｈ₁ 〜ｈ₂ （ｈ₁ ＞ｈ₂ ）とし、高さがｈ₁ から
ｈ₂ に変化したときにＣＣＤ素子１の受光面上で像
ｘ₁ ′〜ｘ₄ ′が移動する画素数をｑとすれば、高さに
対する分解能は、次式で表される。 （ｈ₁ −ｈ₂ ）／ｑ ミラーＭａ〜Ｍｄがない場合には、同じ画素数でより広
い高さ範囲に対応することになり分解能は悪くなる。要
するに、特定の高さ範囲の計測を行なう場合にはミラー
Ｍａ〜Ｍｄを用いることによってより高い精度で計測す
ることができるのである。他の構成および動作は実施形
態１、２と同様である。

【００５４】（実施形態１２）本実施形態は、図１７に
示すように、実施形態１１の構成において、物体ＳとＴ
Ｖカメラ４との間の光路上に位相板７ａ〜７ｃを挿入し
たものである。各位相板７ａ〜７ｃは屈折率の異なるガ
ラス板であって、ミラーＭａ〜Ｍｄを用いることによる
光路長の差を吸収し、各光切断線とＴＶカメラ４ａとの
光路長を光学的にほぼ等しくし、これによって各光切断
線のピントのずれを抑制している。他の構成および動作
は実施形態１１と同様である。

【００５５】（実施形態１３）本実施形態は、図１８に
示すように、実施形態１、２の構成において、ＴＶカメ
ラ４と物体Ｓとの間の光路上に凸面鏡８を配置したもの
である。つまり、光切断線を凸面鏡８を通してＴＶカメ
ラ４に入射させるのである。この構成ではＴＶカメラ４
の視野を広げることができる。

【００５６】（実施形態１４）本実施形態は、図１９に
示すように、実施形態２の構成において、ＴＶカメラ４
とは別に基準平面までの距離を測定する変位センサ９を
設けたものである。変位センサ９は、光学的な三角測量
法を用いたセンサ（ビーム光を照射しＰＳＤのような位
置センサを用いて三角測量法の原理によって基準位置か
らの距離を求めるセンサ）を用いるのが望ましい。

【００５７】変位センサ９はコンベアＣの送り方向にお
ける特定位置で基準平面の変位を連続的に検出してお
り、この変位センサ９で検出した変位は基準平面の振動
成分に相当するから、光切断線を用いて求めた基準平面
までの距離を変位センサ９で検出した変位分だけ補正
し、補正後の基準平面までの距離とＴＶカメラ４で撮像
した光切断線の像に基づく物体Ｓまでの距離とから、物
体Ｓの高さ寸法を求めるようにする。つまり、光切断線
により計測した物体Ｓの高さ寸法からコンベアＣでの搬
送に伴う振動成分を除去したことになり、物体Ｓの高さ
寸法をより正確に検出することができる。

【００５８】（実施形態１５）本実施形態は、図２０に
示すように、実施形態２の構成において、スポット光を
基準平面に照射する光源３ｇを追加したものである。光
源３ｇからの光ビームは他の光源３により形成されるス
リット光を含む平面と平行であってｘｚ平面に平行な面
内に含まれる。また、光源３ｇからの光ビームにより形
成される光スポットは光切断線とは異なる位置に形成さ
れるようにしてある。

【００５９】原理の説明から明らかなように、光源３ｇ
からの光により形成される光スポットをＴＶカメラ４で
検出することによって三角測量法により光スポットの形
成されている部位のｚ方向の距離を計測することができ
る。そこで、本実施形態では光切断線を用いた計測時に
同時に光スポットによる計測も行なうのである。実施形
態２と同様に、まず基準平面について光切断線での計測
を行なう。

【００６０】次に、光切断線を物体Ｓに形成して計測を
行なう際に光スポットによる基準平面の計測も同時に行
なう。基準平面について、光スポットが形成されている
部位のＹ座標は既知であるから、このＹ座標の上で濃度
が極大値となるＸ方向の座標値を求め、この座標値に基
づいて基準平面のｚ方向の座標値ｚを求める。ＴＶカメ
ラ４による撮像の時間間隔はＴであるから、光スポット
により計測したｚ方向の座標値ｚのｘ方向における分解
能はＶＴであり、これは光切断線による高さ計測のｘ方
向における分解能の４倍になる（つまり分解能は低
い）。そこで、光スポットにより求めた座標値ｚをｘ方
向において補間する。これによって、物体Ｓの各位置に
形成されている光切断線の位置での基準平面の座標値ｚ
の変動成分を求めたことになるから、光切断線を用いて
測定した元の基準平面と光スポットにより求めた基準平
面との差分を物体Ｓについて求めた高さ寸法から除去す
れば、基準平面の変動成分を除去してより正確に物体Ｓ
の高さ寸法を求めることができる。ここにおいて、本実
施形態では実施形態２と同様に光切断線はｙ方向に形成
されているものとしてあり、したがって、光スポットに
より求めたｘ方向の各位置での基準平面の座標値ｚは、
１本の光切断線について同じ値を用いるものとする。

【００６１】なお、通常は光切断線のｙ方向の長さは物
体Ｓのｙ方向の幅よりも広く設定しているから、物体Ｓ
の計測中に光切断線の端部で基準平面に形成されている
部分から基準平面の高さ寸法を求めるようにしても基準
平面の振動成分を検出することが可能である。

【００６２】

【発明の効果】請求項１の発明は、光源からの光により
物体の表面上に光切断線を形成し、画像入力装置を用い
て光切断線を撮像することにより三角測量法を用いて物
体までの距離を求める３次元形状計測方法において、画
像入力装置の受光面に形成される光切断線の像に交差す
る方向に画素の濃度を順次読み出すとともに、読み出し
順で前後の画素の濃度の大小を比較することにより濃度
が極大になる画素を求め、濃度が極大になる画素の上記
受光面上での位置に基づいて物体までの距離を求めた
後、求めた距離をメモリに格納するのであり、画像入力
装置により撮像した光切断線の像をフレームメモリに格
納してから物体までの距離を求めるのではなく、画像入
力装置から画素の濃度を読み出すとともに物体までの距
離を求め、求めた距離をメモリに格納することができる
から、フレームメモリが不要になってメモリ量を低減す
ることができるという利点があり、しかもフレームメモ
リに対する書込や読出の時間が不要になって処理時間を
短縮することができるという利点がある。

【００６３】請求項２の発明のように、複数本の光切断
線を基準平面上で互いに平行かつ一定間隔になるように
形成し、基準平面上で物体を光切断線に交差する方向に
搬送し、基準平面上での光切断線の間隔は、画像入力装
置による撮像の時間間隔と物体の搬送速度との積の有理
数倍であって非整数倍になるように設定し、この倍数を
分数で表し分母と分子とを最大公約数で割って約分した
形としたときの分母を光切断線の本数とすれば、画像入
力装置による撮像の時間間隔の間に物体が進む距離に対
して光切断線の本数分の１の分解能で物体の搬送方向に
おける各部位の距離を計測することができるから、比較
的高速で搬送される物体でも精度のよい距離計測が可能
になるという利点を有する。

【００６４】請求項３の発明のように、複数本の光切断
線を基準平面上で互いに平行かつ一定間隔になるように
形成し、基準平面上に載置された標準となる物体に形成
した光切断線を基準として、隣接する光切断線に重なら
ない範囲で検査領域を設定し、この検査領域内の光切断
線に基づいて物体までの距離を求めるようにすると、検
査領域の設定によって基準平面上での光切断線と物体上
での光切断線との対応付けが容易になって両者の差から
物体の高さを容易に求めることができ、しかも、物体の
形状に合わせて検査領域を設定することにより標準とな
る物体に対する高さの変化の検出範囲（つまりダイナミ
ックレンジ）を大きくとることが可能になるという利点
を有する。

【００６５】請求項４の発明のように、上記光源がスリ
ット光を形成する光源であって、標準となる物体の表面
が光切断線の長手方向に一定角度で傾斜しているときに
は、画像入力装置の受光面に形成される光切断線の像が
上記受光面の基準軸の方向に一致するように光源と画像
入力装置との相対位置を設定すると、画像入力装置の受
光面上では光切断線の像が基準軸の方向に沿うことによ
って、物体の高さ変化を抽出する処理が簡単になる。

【００６６】請求項５の発明のように、上記光源がスポ
ット光を走査する光源であって、標準となる物体の表面
が光切断線の長手方向に凹凸を有するときには、画像入
力装置の受光面に形成される光切断線の像が上記受光面
の基準軸の方向に一致するようにスポット光を移動させ
ると、請求項４の発明と同様に、画像入力装置の受光面
上で光切断線の像が基準軸の方向に沿うことによって、
物体の高さ変化を抽出する処理が簡単になり、しかも比
較的複雑な形状の物体でも適用可能になるという利点が
ある。

【００６７】請求項６の発明のように、複数本の光切断
線を基準平面上で互いに平行かつ一定間隔になるように
形成し、画像入力装置を複数台設けるとともに、各画像
入力装置の撮像のタイミングを一定時間だけずらすよう
にすれば、比較的少ない本数の光切断線で高い分解能を
得ることができるという利点がある。請求項７の発明の
ように、複数本の光切断線を基準平面上で互いに平行か
つ一定間隔になるように形成し、各光切断線は複数の光
色とし、各光色の光を個別に通過させるフィルタを設け
た複数の画像入力装置により光色の異なる各光切断線を
個別に撮像すれば、各画像入力装置で撮像する光切断線
の間隔を比較的長くとって各画像入力装置で撮像した画
像に対する処理時間を比較的長く取ることができる。つ
まり、各画像入力装置で撮像した画像を個別に処理すれ
ば低速の処理装置でも処理が可能になる。また、光切断
線の間隔が長いことによって物体の高さの変化を検出で
きる範囲が広くなる。

【００６８】請求項８の発明のように、複数本の光切断
線を基準平面上で互いに平行かつ一定間隔になるように
形成し、各光切断線は互いに異なる複数の光色とし、カ
ラーＴＶカメラよりなる画像入力装置により撮像した光
切断線を色信号別に取り出して距離を求めるようにすれ
ば、各色信号別に個別に処理することで低速の処理装置
でも処理が可能になる。また、各色の光切断線の間隔を
長くすることができ物体の高さの変化を検出できる範囲
が広くなる。

【００６９】請求項９の発明のように、基準平面に対し
て斜めに交差する方向から光を照射することにより光切
断線を形成するとともに、基準平面に直交する方向の光
軸を有する画像入力装置により光切断線を撮像する３次
元形状計測方法であって、画像入力装置の光軸を含み光
切断線に沿った平面の両側に配置した光源から互いに異
なる光色の光を照射することにより光切断線を形成し、
カラーＴＶカメラよりなる画像入力装置により撮像した
光切断線を色信号別に取り出して距離を求めるようにす
れば、物体に段差などがあり一側から光を照射しても死
角になって光切断線が形成されないような面が存在する
ときでも、両側から光を照射することで死角が形成され
なくなる。

【００７０】請求項１０の発明のように、基準平面に対
して斜めに交差する方向から光を照射することにより光
切断線を形成するとともに、基準平面に直交する方向の
光軸を有する画像入力装置により光切断線を撮像する３
次元形状計測方法であって、画像入力装置の光軸を含み
光切断線に沿った平面の両側に配置した光源から交互に
光を照射することにより光切断線を形成し、１台の画像
入力装置により撮像した光切断線を上記平面に対する各
側からの光別に取り出して距離を求めるようにすれば、
物体に段差などがあり一側から光を照射しても死角にな
って光切断線が形成されないような面が存在するときで
も、両側から光を照射することで死角が形成されなくな
る。請求項９の発明と請求項１０の発明との相違は、各
側からの光による光切断線を区別するために、色を用い
るか時間を用いるかの相違である。

【００７１】請求項１１の発明のように、複数本の光切
断線を基準平面上で互いに平行かつ一定間隔になるよう
に形成し、各光切断線により測定すべき距離の範囲に応
じて画像入力装置の受光面上での光切断線の像の移動幅
を可及的に大きくとれるように配置したミラーを通して
光切断線を画像入力装置で撮像するようにすれば、画像
入力装置の受光面の限られた面積内で物体までの距離の
変化に対する光切断線の移動量をできるだけ大きくとる
ことができ、物体までの距離の変化を検出する分解能が
高くなる。

【００７２】請求項１２の発明のように、各光切断線か
ら画像入力装置までの光路長をほぼ等しくする光路長調
節手段を設けると、各光切断線の像をピントが合うよう
に受光面上に結像させることができ、物体までの距離の
変化の検出精度を高めることができる。請求項１３の発
明のように、複数本の光切断線を基準平面上で互いに平
行かつ一定間隔になるように形成し、光切断線に直交す
る面内で湾曲した凸面鏡を通して光切断線を画像入力装
置で撮像すると、画像入力装置の視野を広げることがで
きる。

【００７３】請求項１４の発明のように、物体を基準平
面上で光切断線に交差する方向に搬送し、基準平面まで
の距離の時間変化に基づいて基準平面の振動成分を検出
し、光切断線により求めた距離の計測値から上記振動成
分による基準平面の距離変化分を除去して距離を求める
ようにすれば、搬送中の物体の振動による高さ変化を除
去することができ、より高い精度で物体までの距離を求
めることができる。

【００７４】ここに、振動成分は、請求項１５の発明の
ように、基準平面までの距離を求めるように別途に設け
た変位センサにより検出したり、請求項１６の発明のよ
うに、基準平面上に光スポットを形成し上記光スポット
を光切断線とともに画像入力装置で撮像することにより
求めた基準平面までの距離により検出したり、請求項１
７の発明のように、物体に光切断線を形成しているとき
に基準平面上に形成された部分の光切断線に基づいて求
めた基準平面までの距離により検出したりすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本構成を示すブロック図である。

【図２】実施形態１の光学系を示す斜視図である。

【図３】実施形態１の基準平面に対する画像を示す図で
ある。

【図４】実施形態１の物体に対する画像を示す図であ
る。

【図５】実施形態１の動作説明図である。

【図６】実施形態１の動作説明図である。

【図７】実施形態３の物体に対する画像を示す図であ
る。

【図８】実施形態４の動作説明図である。

【図９】実施形態５の動作説明図である。

【図１０】実施形態６の光学系を示す斜視図である。

【図１１】実施形態７の光学系を示す斜視図である。

【図１２】実施形態８の光学系を示す斜視図である。

【図１３】同上の画像を示す図である。

【図１４】実施形態９の光学系を示す斜視図である。

【図１５】実施形態１０の光学系を示す斜視図である。

【図１６】実施形態１１の光学系を示す概略図である。

【図１７】実施形態１２の光学系を示す概略図である。

【図１８】実施形態１３の光学系を示す概略図である。

【図１９】実施形態１４の光学系を示す斜視図である。

【図２０】実施形態１５の光学系を示す斜視図である。

【図２１】本発明の原理説明図である。

【図２２】本発明の原理説明図である。

【符号の説明】

１ ＣＣＤ素子 ２ 受光光学系 ３ 光源 ３ａ〜３ｇ 光源 ４ ＴＶカメラ ４ａ〜４ｃ ＴＶカメラ ５ 位置演算部 ６ メモリ ７ａ〜７ｃ 位相板 ８ 凸面鏡 ９ 変位センサ Ｆａ，Ｆｂ フィルタ Ｍａ〜Ｍｄ ミラー

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【手続補正書】

【提出日】平成９年３月１０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４４】（実施形態７）本実施形態は、図１１に示
すように、４個の光源３ａ，３ｂを備えるものである
が、実施形態６と同様に２台のＴＶカメラ４ａ，４ｂを
設けてある。光源３ａ，３ｂは互いに異なる色（たとえ
ば、赤と青）のスリット光を物体Ｓに照射し、各ＴＶカ
メラ４ａ，４ｂでは光源３ａ，３ｂの一方の色のみを透
過させるフィルタＦａ，Ｆｂを前方に備えている。した
がって、ＴＶカメラ４ａでは光源３ａにより形成された
光切断線がフィルタＦａを通して撮像され、ＴＶカメラ
４ｂでは光源３ｂにより形成されたフィルタＦｂを通し
て光切断線が撮像されることになる。ここで、光源３
ａ，３ｂの間隔は（７／４）ＶＴに設定されている。し
たがって、両ＴＶカメラ４ａ，４ｂにより得た画像を組
み合わせるとＶＴ／４の分解能で物体Ｓの各部位の高さ
寸法を求めることができる。ここにおいて、上記構成で
は各ＴＶカメラ４ａ，４ｂでは２本ずつの光切断線の像
ｘ₁ ′，ｘ₃ ′とｘ₂′，ｘ₄ ′が得られ、各ＴＶカメ
ラ４ａ，４ｂで得られる像ｘ₁ ′，ｘ₃ ′とｘ ₂ ′，ｘ
₄ ′は光源３ａ，３ｂを（１４／４）ＶＴの間隔で配置
したものになるから、ＴＶカメラ４ａ，４ｂとして実施
形態２のＴＶカメラ４と同じ仕様のものを用いるものと
し、基準平面からＴＶカメラ４ａ，４ｂまでの距離も実
施形態２と等しいものとすれば、本実施形態では検査領
域Ｄ₁ 〜Ｄ₄ を約２倍に設定することができる。つまり
実施形態２に比較すると高さ寸法の測定範囲が約２倍に
なるのである。

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源からの光により物体の表面上に光切
   断線を形成し、画像入力装置を用いて光切断線を撮像す
   ることにより三角測量法を用いて物体までの距離を求め
   る３次元形状計測方法において、画像入力装置の受光面
   に形成される光切断線の像に交差する方向に画素の濃度
   を順次読み出すとともに、読み出し順で前後の画素の濃
   度の大小を比較することにより濃度が極大になる画素を
   求め、濃度が極大になる画素の上記受光面上での位置に
   基づいて物体までの距離を求めた後、求めた距離をメモ
   リに格納することを特徴とする３次元形状計測方法。
2. 【請求項２】 複数本の光切断線を基準平面上で互いに
   平行かつ一定間隔になるように形成し、基準平面上で物
   体を光切断線に交差する方向に搬送し、基準平面上での
   光切断線の間隔は、画像入力装置による撮像の時間間隔
   と物体の搬送速度との積の有理数倍であって非整数倍に
   なるように設定し、この倍数を分数で表し分母と分子と
   を最大公約数で割って約分した形としたときの分母を光
   切断線の本数とすることを特徴とする請求項１記載の３
   次元形状計測方法。
3. 【請求項３】 複数本の光切断線を基準平面上で互いに
   平行かつ一定間隔になるように形成し、基準平面上に載
   置された標準となる物体に形成した光切断線を基準とし
   て、隣接する光切断線に重ならない範囲で検査領域を設
   定し、この検査領域内の光切断線に基づいて物体までの
   距離を求めることを特徴とする請求項１または請求項２
   記載の３次元形状計測方法。
4. 【請求項４】 上記光源はスリット光を形成する光源で
   あって、標準となる物体の表面が光切断線の長手方向に
   一定角度で傾斜しているときには、画像入力装置の受光
   面に形成される光切断線の像が上記受光面の基準軸の方
   向に一致するように光源と画像入力装置との相対位置を
   設定することを特徴とする請求項１記載の３次元形状計
   測方法。
5. 【請求項５】 上記光源はスポット光を走査する光源で
   あって、標準となる物体の表面が光切断線の長手方向に
   凹凸を有するときには、画像入力装置の受光面に形成さ
   れる光切断線の像が上記受光面の基準軸の方向に一致す
   るようにスポット光を移動させることを特徴とする請求
   項１記載の３次元形状計測方法。
6. 【請求項６】 複数本の光切断線を基準平面上で互いに
   平行かつ一定間隔になるように形成し、画像入力装置を
   複数台設けるとともに、各画像入力装置の撮像のタイミ
   ングを一定時間だけずらすことを特徴とする請求項１ま
   たは請求項２記載の３次元形状計測方法。
7. 【請求項７】 複数本の光切断線を基準平面上で互いに
   平行かつ一定間隔になるように形成し、各光切断線は複
   数の光色とし、各光色の光を個別に通過させるフィルタ
   を設けた複数の画像入力装置により光色の異なる各光切
   断線を個別に撮像することを特徴とする請求項１または
   請求項２記載の３次元形状計測方法。
8. 【請求項８】 複数本の光切断線を基準平面上で互いに
   平行かつ一定間隔になるように形成し、各光切断線は互
   いに異なる複数の光色とし、カラーＴＶカメラよりなる
   画像入力装置により撮像した光切断線を色信号別に取り
   出して距離を求めることを特徴とする請求項１または請
   求項２記載の３次元形状計測方法。
9. 【請求項９】 基準平面に対して斜めに交差する方向か
   ら光を照射することにより光切断線を形成するととも
   に、基準平面に直交する方向の光軸を有する画像入力装
   置により光切断線を撮像する３次元形状計測方法であっ
   て、画像入力装置の光軸を含み光切断線に沿った平面の
   両側に配置した光源から互いに異なる光色の光を照射す
   ることにより光切断線を形成し、カラーＴＶカメラより
   なる画像入力装置により撮像した光切断線を色信号別に
   取り出して距離を求めることを特徴とする請求項１また
   は請求項２記載の３次元形状計測方法。
10. 【請求項１０】 基準平面に対して斜めに交差する方向
    から光を照射することにより光切断線を形成するととも
    に、基準平面に直交する方向の光軸を有する画像入力装
    置により光切断線を撮像する３次元形状計測方法であっ
    て、画像入力装置の光軸を含み光切断線に沿った平面の
    両側に配置した光源から交互に光を照射することにより
    光切断線を形成し、１台の画像入力装置により撮像した
    光切断線を上記平面に対する各側からの光別に取り出し
    て距離を求めることを特徴とする請求項１または請求項
    ２記載の３次元形状計測方法。
11. 【請求項１１】 複数本の光切断線を基準平面上で互い
    に平行かつ一定間隔になるように形成し、各光切断線に
    より測定すべき距離の範囲に応じて画像入力装置の受光
    面上での光切断線の像の移動幅を可及的に大きくとれる
    ように配置したミラーを通して光切断線を画像入力装置
    で撮像することを特徴とする請求項１または請求項２記
    載の３次元形状計測方法。
12. 【請求項１２】 各光切断線から画像入力装置までの光
    路長をほぼ等しくする光路長調節手段を設けたことを特
    徴とする請求項１１記載の３次元形状計測方法。
13. 【請求項１３】 複数本の光切断線を基準平面上で互い
    に平行かつ一定間隔になるように形成し、光切断線に直
    交する面内で湾曲した凸面鏡を通して光切断線を画像入
    力装置で撮像することを特徴とする請求項１または請求
    項２記載の３次元形状計測方法。
14. 【請求項１４】 物体を基準平面上で光切断線に交差す
    る方向に搬送し、基準平面までの距離の時間変化に基づ
    いて基準平面の振動成分を検出し、光切断線により求め
    た距離の計測値から上記振動成分による基準平面の距離
    変化分を除去して距離を求めることを特徴とする請求項
    １または請求項２記載の３次元形状計測方法。
15. 【請求項１５】 上記振動成分は基準平面までの距離を
    求めるように別途に設けた変位センサにより検出するこ
    とを特徴とする請求項１４記載の３次元形状計測方法。
16. 【請求項１６】 上記振動成分は基準平面上に光スポッ
    トを形成し上記光スポットを光切断線とともに画像入力
    装置で撮像することにより求めた基準平面までの距離に
    より検出することを特徴とする請求項１４記載の３次元
    形状計測方法。
17. 【請求項１７】 上記振動成分は物体に光切断線を形成
    しているときに基準平面上に形成された部分の光切断線
    に基づいて求めた基準平面までの距離により検出するこ
    とを特徴とする請求項１４記載の３次元形状計測方法。