JPH11118444A

JPH11118444A - 非接触画像計測システム

Info

Publication number: JPH11118444A
Application number: JP9280784A
Authority: JP
Inventors: Sadayuki Matsumiya; 貞行松宮; Koichi Komatsu; 浩一小松; Hidemitsu Asano; 秀光浅野; Yoichi Saito; 洋一斉藤; Naoharu Horiuchi; 直治堀内; Hiroyuki Komaru; 浩之小丸
Original assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Current assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Priority date: 1997-10-14
Filing date: 1997-10-14
Publication date: 1999-04-30
Anticipated expiration: 2017-10-14
Also published as: JP3608920B2

Abstract

(57)【要約】【課題】形状が未知又は変化する物体に対しても柔軟
にエッジ追跡を行って必要な計測情報を抽出すると共
に、抽出されたエッジの点列データを有効に活用して、
被測定対象の輪郭形状評価を行うことを可能にする。【解決手段】測定範囲指定部４１は、被測定対象の画
像に含まれる測定すべきエッジの範囲を指定するために
設けられる。エッジ抽出部４２は、測定範囲指定部４１
で指定された範囲のエッジを追跡しながらエッジの点列
情報を順次抽出する。このエッジ情報抽出手段で抽出さ
れたエッジの形状を評価するための形状評価種別を指定
するための形状評価種別指定部４４と、エッジ抽出部４
２で抽出されたエッジの点列情報に対して形状評価種別
指定部４４で指定された形状評価処理を実行する形状評
価部４５とが備えられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＣＤカメラ等の
撮像手段で被測定対象を撮像すると共に、被測定対象の
画像に含まれる輪郭を検出して必要な計測情報を抽出す
る非接触画像計測システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の非接触画像計測システム
は、接触測定では困難なＩＣのリードフレームのような
薄板の測定や配線パターン等の測定に使用されている。
非接触画像計測を行う場合には、被測定対象（ワーク）
を測定テーブルにセットしたのち、ＣＣＤカメラ等の撮
像装置をワークの測定したい箇所に移動させ、フォーカ
ス調整を行ってＣＲＴディスプレイ上にワークの拡大画
像を表示させる。そして、測定する箇所をマウスのカー
ソルやウィンドウで指示し、画像処理技術に基づいて画
像のエッジ部分を抽出して所望する計測値を演算処理に
より求めていく。

【０００３】このような非接触画像システムにおいて、
形状が未知又は変化する物体に対しても柔軟にエッジ追
跡を行って必要な計測情報を抽出することができる操作
性に優れた非接触画像計測システムが本出願人によって
提案されている（特開平８−２９２０１５号）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのようなエ
ッジ追跡機能を持った非接触画像計測システムを更に改
良し、抽出されたエッジの点列データを有効に活用し
て、被測定対象の輪郭形状評価を行うことができる非接
触画像計測システムを提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る非接触画像
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を記憶す
る画像記憶手段と、この画像記憶手段に記憶された前記
被測定対象の画像を表示する表示手段と、この表示手段
に表示された被測定対象の画像に含まれる測定すべきエ
ッジの範囲を指定する測定範囲指定手段と、この測定範
囲指定手段で指定された範囲のエッジを追跡しながら前
記エッジの点列情報を順次抽出するエッジ情報抽出手段
と、このエッジ情報抽出手段で抽出されたエッジの形状
を評価するための形状評価種別を指定する形状評価種別
指定手段と、前記エッジ情報抽出手段で抽出されたエッ
ジの点列情報に対して前記形状評価種別指定手段で指定
された形状評価処理を実行する形状評価手段とを備えた
ことを特徴とする。

【０００６】前記エッジ情報抽出手段は、例えば、前記
表示手段に前記測定すべきエッジに重ねて所定のウイン
ドウを表示させると共に、前記エッジに沿って前記ウィ
ンドウを移動させながら、前記ウィンドウ内の画像情報
から前記ウィンドウ内の複数のエッジ点を検出し、得ら
れた複数のエッジ点に近似直線を当てはめると共に、こ
の近似直線に沿って一部の領域が現在のウィンドウに重
なるように次の新たなウィンドウを生成するものであ
る。

【０００７】前記エッジ情報抽出手段はまた、前記測定
すべきエッジに関する設計値を外部から取り込んで、こ
の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検出ツール生成手段と、この検出ツ
ール生成手段で生成された検出ツールによって前記エッ
ジの位置を順次検出する手段とを備えたものでも良い。

【０００８】また、前記形状評価手段は、例えば、前記
エッジ情報抽出手段で抽出されたエッジの点列情報に補
間曲線を当てはめる補間曲線当てはめ手段と、この補間
曲線当てはめ手段によって当てはめられた補間曲線に対
して前記形状評価種別指定手段で指定された形状種別に
基づく演算処理を行ってその演算結果を前記表示手段に
表示する形状評価演算手段とを備えたものである。

【０００９】形状評価演算手段としては、例えば任意の
幾何要素の当てはめ、幾何要素自体の物理量の算出及び
幾何要素と他の幾何要素との間の物理量の算出の処理を
実行するものである。ここで、幾何要素とは、例えばピ
ーク点、接線、垂線、平行線、中線、円、楕円及び直線
のうちの少なくとも一つを含み、幾何要素自体の物理量
及び幾何要素と他の幾何要素との間の物理量とは、例え
ば交角、距離、段差、半径、真円度、真直度、面積及び
ピッチの少なくとも一つを含むものである。

【００１０】本発明によれば、測定範囲指定手段で被測
定対象の画像に含まれる測定すべきエッジの範囲が指定
されると、エッジ情報抽出手段が、指定された範囲のエ
ッジを追跡しながらエッジの点列情報を順次抽出する。
そして、抽出されたエッジの点列情報は、形状評価種別
指定手段で指定された形状評価種別に基づいて、形状評
価手段において、前記抽出されたエッジの点列情報に対
して形状評価処理が実行される。本発明は、非接触式の
計測システムであるから、従来の蝕針式測定機や三次元
測定機等の接触式測定機とは異なり、被測定対象が変形
しやすいものや極力接触を避ける必要があるものでも測
定が可能であり、しかも接触式よりも短時間に測定評価
が可能であるため、測定作業効率を大幅に高めることが
できる。

【００１１】また、従来の蝕針式測定機では、アームの
円弧運動による誤差を補正する必要があったが、この発
明によればそのような誤差補正も不要である。更に、本
発明は、画像計測を基本としているため、ズーム機能を
利用して拡大画像に対してエッジ検出及び形状評価を行
えば、高分解能の測定が可能になるうえ、従来の接触式
では評価困難であった時計ねじなどの微小ワークの評価
も可能になる。本発明のシステムで測定可能な対象物と
しては、ねじ、鍵、無段階変速装置に使用されるベルト
を構成する金属片、歯車、樹脂部材、薄膜、フィルム、
紙、接触により組成変化を生じるもの、透明ケースに収
納されたもの等、広範囲にわたる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して本発
明の実施例について説明する。図１は、本発明の実施例
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。

【００１３】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、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１
３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１
４，１５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。

【００１４】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、例えば図２
に示すように構成されている。即ち、ＣＣＤカメラ１８
から入力される画像情報は、インタフェース（以下、Ｉ
／Ｆと呼ぶ）３１を介して多値画像メモリ３２に格納さ
れる。多値画像メモリ３２に格納された多値画像情報
は、表示制御部３３を介してＣＲＴディスプレイ２５に
表示される。一方、マウス２４から入力される位置情報
は、Ｉ／Ｆ３４を介してＣＰＵ３５に入力される。ＣＰ
Ｕ３５は、プログラムメモリ３６に格納されたプログラ
ムに従って、マウス２４から入力された情報に基づい
て、エッジの点列データの抽出処理と抽出されたエッジ
の点列データからエッジの形状評価のための処理を実行
する。ワークメモリ３７はＣＰＵ３５での各種処理のた
めの作業領域を提供する。

【００１５】図３は、ＣＰＵ３５を中心として実行され
る各種機能の構成を示す機能ブロック図である。測定範
囲指定部４１は、キーボード２２、マウス２４等の入力
手段と、ＣＲＴディスプレイ２５の表示画面とに基づい
て、表示画面上の画像の評価対象の範囲、即ちエッジの
追跡のためのエッジ検出ツールとしてのウィンドウ、追
跡の開始位置、終了位置、ピッチ又は検出範囲等を指定
するためのものである。エッジ抽出部４２は、測定範囲
指定部４１で指定された位置、大きさ及び向きのウィン
ドウをエッジ検出ツールとして表示するためのデータを
生成し、このウィンドウの内部の多値画像情報を多値画
像メモリ３２から抽出してエッジ点の検出、検出された
エッジ点への近似直線の当てはめ処理、及び求められた
近似直線に沿った次のウィンドウの生成処理を順次実行
する。検出されたエッジ点の点列データは、ワークメモ
リ３７内部の点列データ記憶部４３に格納される。形状
評価種別指定部４４は、入力手段や表示画面を使用し
て、抽出されたエッジの点列データに対してどのような
形状評価を行うかを指定するためのものである。形状評
価部４５は、点列データ記憶部４３から求められたエッ
ジの点列データを読み出して形状評価種別指定部４４で
指定された形状評価のための各種演算処理を実行する。

【００１６】次に、このように構成された非接触画像計
測システムにおける測定手順について説明する。図４
は、測定手順のフローチャートである。まず、ＣＣＤカ
メラ１８から多値画像メモリ３２にワーク１２の画像を
取得する（Ｓ１）。次に、測定範囲指定部４１を使用し
て、自動エッジ倣い検出ツール、この例ではウィンドウ
を選択し（Ｓ２）、更に画像のエッジ追跡開始位置、終
了位置、ピッチ又は検出範囲を指定する（Ｓ３）。続い
てエッジ抽出部４２を起動して、次とエッジ倣い検出処
理を実行する（Ｓ４）。点列データが求まったら、形状
評価種別指定部４４及び形状評価部４５を起動して、輪
郭形状評価処理を実行する（Ｓ５）。

【００１７】図５は、このエッジ抽出部４２による自動
エッジ倣い検出処理の手順を示すフローチャート、図６
は、この処理を説明するためＣＲＴディスプレイ２５に
表示されたワーク１２の一部を示す画像情報５１を示す
図である。図６に示す画像情報５１には、追跡しようと
するエッジ５２とエッジ検出ツールとしてのウィンドウ
５３が含まれている。ウィンドウ５３は、マウス２４等
を操作してエッジ５２の一部を内部に含むように設定さ
れている。ウィンドウ５３は、例えば、その四隅Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄをマウス２４のクリック操作で設定するか、
又は矩形の対角方向の２点を指定したのち、その矩形領
域をドラッグ操作で任意の角度に傾け、移動させる等の
操作によって指定する。なお、このとき、エッジ５２に
沿って追跡する方向も指定する。

【００１８】まず、ＣＰＵ３５は、ウィンドウ５３内の
多値画像情報からエッジ点５４を複数検出する（Ｓ１
１）。図７には、このサンプリングの詳細が示されてい
る。エッジ点のサンプリングの間隔Δは、予めワークメ
モリ３７に設定しておく。ＣＰＵ３５は、まず、始点Ａ
（ｘａ，ｙａ）から終点Ｂ（ｘｂ，ｙｂ）まで、ｘ座標
をcos θ［但し、θはウィンドウ５３の傾きであ
る。］、ｙ座標をsin θずつ変化させながら、多値画像
メモリ３２からｘ，ｙ座標で示されるアドレスの多値画
像情報を抽出していく。得られた多値の点列データから
適当なスレッショルドレベルを設定し、このスレッショ
ルドレベルと点列データとの交差するポイントをエッジ
点としてサンプリングし、点列データ記憶部４３に格納
する。次に、始点と終点とを、それぞれΔ・sin θ及び
Δ・cos θだけ移動させて、同様のサンプリングを実行
する。以上の処理を始点Ｃ（ｘｃ，ｙｃ）及び終点Ｄ
（ｘｄ，ｙｄ）まで連続して行うと、予め設定された間
隔Δでの複数のエッジ点５４のサンプリングが終了す
る。

【００１９】次に、ＣＰＵ３５は、得られた複数のエッ
ジ点５４のサンプリング値に例えば最小２乗法により、
近似直線を当てはめる（Ｓ１２）。いま、図８に示すよ
うに、ウィンドウ５３により得られたエッジ点５４のサ
ンプリング値から近似直線Ｌが求められたとすると、Ｃ
ＰＵ３５は、この近似直線Ｌに沿うように、次のウィン
ドウ５３′を決定する（Ｓ１３）。このため、まず、現
ウィンドウ５３で求められたウィンドウ５３の移動方向
における最も端のエッジ点５３ａから近似直線Ｌに垂線
を下ろし、この垂線と近似直線Ｌとの交点から、近似直
線Ｌに沿ってウィンドウ５３の移動方向とは逆向きにＨ
・ｍ／１００（但し、Ｈはウィンドウの高さ、ｍは予め
設定された重複率（％））だけ離れた点Ｐ１とこの点Ｐ
１からウィンドウ４３の移動方向にＨだけ離れた点Ｐ２
とを求める。次に、点Ｐ１，Ｐ２で近似直線Ｌにそれぞ
れ直交する直線上で、近似直線ＬからそれぞれＷ／２
（但し、Ｗはウィンドウの幅）だけ離れた点をそれぞれ
新たなウィンドウ５３′の四隅の点Ａ′，Ｂ′，Ｃ′，
Ｄ′とする。これにより、次のウィンドウ５３′が決定
される。

【００２０】次のウィンドウ５３′が決定されたら、前
述と同様のウィンドウ５３′内のエッジ点のサンプリン
グと近似直線の当てはめを行いながら、順次ウィンドウ
５３を移動していく。そして、追跡すべきエッジを全て
追跡したら、処理を終了する（Ｓ１４）。

【００２１】なお、ウィンドウ５３の初期位置を設定す
る際、マウス２４等を操作してエッジ５２上に測定終了
点を設定するか、又はワーク座標系上の点として直接数
値を入力する等の方法により、一連の処理を測定終了点
で自動的に終了させることができる。図９は、この測定
終了のためのＣＰＵ３５の処理の手順を示すフローチャ
ート、図１０は、この処理を説明するためＣＲＴディス
プレイ２５に表示されたワーク１２の一部を示す画像情
報５１を示す図、図１１及び図１２は、終了判定処理を
説明するための図である。いま、説明の簡単化のため、
図１１に示すように、ウィンドウ５３の中心を基準とし
てウィンドウ座標系ｍ，ｎを定め、その原点をＯｗとす
る。

【００２２】ＣＰＵ３５は、まず、ワーク座標系ｘ，ｙ
でウィンドウ５３の中心Ｏｗと終了点Ｅとの相対位置を
表すベクトルＥを算出する（Ｓ２１）。次に、ワークメ
モリ３７上でベクトルＥを例えばワーク座標系とウィン
ドウ座標系との間の傾きが０°になるように回転させる
（Ｓ２２）。回転されたベクトルＥ′のベクトル成分Ｅ
ｘ，Ｅｙが、図１２に示すように、ウィンドウ５３′の
幅Ｗ及び高さＨの１／２よりも小さい場合、即ち｜Ｅｘ
｜＜Ｗ／２，｜Ｅｙ｜＜Ｈ／２であれば（Ｓ２３）、終
了条件を満足すると判断して、新たなウィンドウ５３は
生成せず、ウィンドウ５３内の必要な測定点を抽出した
ら、一連の処理を終了する。一方、回転されたベクトル
Ｅ′のベクトル成分Ｅｘ，Ｅｙが、図１２に示すよう
に、｜Ｅｘ｜＜Ｗ／２，｜Ｅｙ｜＜Ｈ／２のいずれか一
方の条件を満さなければ（Ｓ２３）、終了条件を満足す
ると判断するまで、新たに生成されるウィンドウ５３に
ついて上述した処理を繰り返す（Ｓ２１〜Ｓ２３）。な
お、ワーク１２が円のように閉じられた形状である場合
には、測定の開始点及び終了点が一致する。このため、
最初のウィンドウ５３の生成時においては、上述した終
了条件の判別を行わず、２回目以降のウィンドウ５３の
生成時において、判別を行うようにすればよい。２回目
には、ウィンドウ５３の移動によって測定終了点がウィ
ンドウ５３から外れるからである。

【００２３】このように、最初にウィンドウの初期位置
を設定すれば、その後はウィンドウがエッジに沿って自
律的に移動して必要なエッジ点をサンプリングしていく
ので、エッジに関する必要な情報が極めて簡単な操作で
得られるという利点がある。なお、曲線近似によって次
のウィンドウ位置を決定することも考えられるが、この
場合には、サンプリング点に異常点が含まれている場
合、その点に左右されて次のウィンドウでエッジを見失
う事が考えられる。この点、このシステムでは、ウィン
ドウ内で得られた複数のエッジ点から最小２乗法により
近似直線を求め、この近似直線に沿って次のウィンドウ
位置を決定しているので、サンプル値に異常点が含まれ
ていても、次のウィンドウ位置の決定に大きく影響を及
ぼす事はない。

【００２４】また、このシステムでは、予め指定した重
複率ｍで前のウィンドウに重なるように次のウィンドウ
が決定されるので、例えば図１３に示すように、エッジ
が急峻に変化している場合でも、次のウィンドウでエッ
ジを見失う事がない。この重複率ｍは、エッジの急峻度
とエッジの追従効率とを勘案して、任意の値に設定すれ
ばよい。図示の例は、重複率が約２０％の例を示してい
る。

【００２５】しかし、適切な重複率を設定しても、予想
以上に急峻なエッジに対しては、エッジを見失うことも
ある。この場合、図１４に示すように、近似直線に沿っ
た方向ではワーク１２の形状が不連続になっていると判
断し、ウィンドウ５３内で得られた最後のエッジ点Ｐｎ
の近傍を捜し回ることにより、見失ったエッジ５２を捜
し出すことができる。図１５は、このエッジ追跡測定の
ためのＣＰＵ３５の処理の手順を示すフローチャート、
図１６は、この処理を説明するための図である。

【００２６】ＣＰＵ３５は、ウィンドウ５３内の多値画
像情報からエッジ点を検出して（Ｓ１１）、エッジ点が
検出されなければ（Ｓ３１）、エッジ点Ｐｎの近傍につ
いて明るさ（例えば、反射強度）を調べ（Ｓ３２）、ワ
ーク１２の形状が図１６（ａ）に示すような鋭角である
か、あるいは図１６（ｂ）に示すような鈍角であるかを
判別する（Ｓ３３）。ここで、明るさを調べる位置は、
最終エッジ検出点Ｐｎを基準として角度と距離によって
決める。図１４に示すように、エッジを見失ったときの
ウィンドウ５３は近似直線に対して垂直に設定されるた
め、その方向を基準として連続するエッジの方向を推定
する。エッジが得られなかった点Ｐｎ＋１は、連続する
エッジを見失う直前の位置からサンプリング間隔Δだけ
離れた位置であるため、実際のワーク１２の形状に対し
て矛盾する場合が少なく、明るさを調べる位置として最
適であると考えられる。

【００２７】ワーク１２の形状が鋭角である場合には、
図１５（ａ）に示すように、ウィンドウ５３をエッジ点
Ｐｎを中心にして−９０°回転させ（Ｓ３４）、ウィン
ドウ５３内の多値画像情報からエッジ点Ｐｎ＋１を検出
する（Ｓ３５）。ここで、エッジ点Ｐｎ＋１が検出され
れば（Ｓ３６）、見失われたエッジ５２を捜し出したと
して、上述した直線の当てはめ処理を行う。一方、エッ
ジ点Ｐｎ＋１が再び検出されなければ（Ｓ３６）、図１
７（ｂ）に示すように、ウィンドウ５３をエッジ点Ｐｎ
を中心にして−４５°回転させ（Ｓ３７）、ウィンドウ
５３内の多値画像情報からエッジ点Ｐｎ＋１を検出する
（Ｓ３８）。ここで、エッジ点Ｐｎ＋１が検出されれば
（Ｓ３９）、見失われたエッジ５２を捜し出したとし
て、上述した直線の当てはめ処理を行う。一方、エッジ
点Ｐｎ＋１が再び検出されなければ（Ｓ３９）、測定の
続行を断念し、例えばＣＲＴディスプレイ２５を介して
ユーザに警告する。以下、ワーク１２の形状が図１６
（ｂ）に示すような鈍角である場合にも、回転角を例え
ば＋９０°，＋４５°と変更して同様の処理を行う（Ｓ
３０〜Ｓ３３）。

【００２８】また、ＣＲＴディスプレイ２５の画面に入
りきらないワーク１２を測定する際には、ウィンドウ５
３の移動とワーク１２の撮像位置とを協動させることに
より、常に表示画面内にウィンドウ５３が収まるように
することができる。このため、比較的大型のワーク１２
についても、エッジ抽出と測定点抽出とを支障なく行う
ことができる。図１８は、このエッジ追跡測定のための
ＣＰＵ３５の処理の手順を示すフローチャート、図１９
は、この処理を説明するための図である。

【００２９】ＣＰＵ３５は、近似直線に沿うように次の
ウィンドウ５３′を決定して（Ｓ１４）、画面５１の中
央Ｏａとウィンドウ５３′の中心Ｏｗ′との相対位置を
表すベクトルＡを算出し（Ｓ５１）、ウィンドウ５３′
が画面５１に収まるか否かを判別する（Ｓ５２）。ウィ
ンドウ５３′が画面５１に収まらない場合には、次の画
面５１′の中央Ｏｂから近似直線に沿って境界ＦＦ′に
至るまでの距離を所定の割合（例えば、５０％）で内分
するベクトルＢを算出した後（Ｓ５３）、画面５１の中
央Ｏａと画面５１′の中央Ｏｂとの相対位置を表すベク
トルＢ−Ａ（移動量）を算出し（Ｓ５４）、ベクトルＢ
−Ａの向きとは逆向きに｜Ｂ−Ａ｜だけステージを移動
させる（Ｓ５５）。なお、上述した割合の指定はプログ
ラムメモリ３６に記憶されたソフトウェアで実現してい
るので、変数として取り扱い変更を容易に行うことがで
きる。

【００３０】次に、輪郭形状評価処理（Ｓ５）について
説明する。図２０は、輪郭形状評価処理のフローチャー
トである。まず、形状評価部４５は、上記の輪郭追跡処
理によって点列データ記憶部４３に記憶されたエッジの
点列データを読み出す（Ｓ６１）。次に、補間曲線を選
択して点列データに例えば最小二乗法を当てはめる（Ｓ
６２）。

【００３１】補間曲線としては、三次多項式、ベジェ曲
線、スプライン、円弧、直線等が考えられるが、ワーク
の性質に応じて、これらのうちの一つを選択する。例え
ば、数１に示すような三次多項式を選択した場合、

【００３２】

【数１】ｆ（ｘ）＝ａｘ³＋ｂｘ²＋ｃｘ＋ｄ

【００３３】求められたエッジの点列データを（ｘｉ，
ｙｉ）（ｉ＝１〜ｎ）とすると、

【００３４】

【数２】

【００３５】で示すＳ（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）が最小となる
ａ，ｂ，ｃ，ｄの値を求め、これを数１に当てはめて補
間曲線とする。

【００３６】次に、形状評価種別を選択する（Ｓ６
３）。形状評価種別は、形状評価種別指定部４４を用い
てオペレータが選択する。形状評価種別としては、例え
ば任意の幾何要素の当てはめ、幾何要素自体の物理量の
算出及び幾何要素と他の幾何要素との間の物理量の算出
の処理等が挙げられる。幾何要素としては、例えばピー
ク点、接線、垂線、平行線、中線、円、楕円、直線等の
うちの一つが選択され、幾何要素自体の物理量及び幾何
要素と他の幾何要素との間の物理量としては、例えば交
角、距離、段差、半径、真円度、真直度、面積、ピッチ
等の一つが選択される。

【００３７】例えば、形状評価種別として図２１（ａ）
に示すように下側のピーク点Ｐｕの算出を選択すると、
形状評価種別指定部４４は、評価範囲の入力をオペレー
タに促す。これに応答してオペレータが図示のように、
評価範囲ＥＡをマウス２４の操作によって指定すると、
この評価種別と指定範囲ＥＡの情報が形状評価部４５に
与えられる。

【００３８】形状評価部４５は、与えられた情報に基づ
いて、指定された評価の処理を実行する（Ｓ６４）。例
えば上記の例では、下記数３の計算を実行する。

【００３９】

【数３】

【００４０】これを解いて、下側のピーク点Ｐｕの座標
を求める。

【００４１】また、図２１（ｂ）に示すように、補間曲
線として直線Ｌ１，Ｌ２が選択されているときに、これ
ら直線Ｌ１，Ｌ２のエッジに接する半径ｒの円Ｃの算出
を指定すると、形状評価部４５は、

【００４２】

【数４】Ｌ１：ｙ＝ａ１ｘ＋ｂ１Ｌ２：ｙ＝ａ２ｘ＋ｂ２Ｌ１’：ｙ＝ａ１（ｘ＋ｒsinθ１）＋ｂ１［但し、
θ１＝tan^-1ａ１］Ｌ２’：ｙ＝ａ２（ｘ−ｒsinθ２）＋ｂ２［但し、
θ２＝tan^-1ａ２］

【００４３】の直線Ｌ１’と直線Ｌ２’の交点を求める
円の中心座標として算出する。

【００４４】このような処理を実行すると、図２２
（ａ）に示すような、歯車のまたぎ歯厚Ｓｍや同図
（ｂ）に示すような、ねじの有効径Ｍ、ピッチＰ等を算
出することができる。

【００４５】更に、形状評価部４５では、図２３に示す
ように、設計値との照合処理を実行するこようにしても
良い。この場合、照合処理に先だって、点列データから
求められた補間曲線と設計値データ列との間の誤差が最
小となるように、設計基準座標系と照合面座標系とを移
動させる二次元ベストフィット処理を実行する。これに
より、精度の高い設計値照合処理が可能になる。

【００４６】なお、以上の実施例では、評価すべきエッ
ジに沿ってウィンドウを移動させながらウィンドウ内の
複数のエッジ点に近似直線を当てはめ、この近似直線に
沿って、一部の領域が現在のウィンドウに重なるように
次のウィンドウを生成することにより、エッジ点を追跡
処理したが、測定すべきエッジに関する設計値が予め与
えられている場合には、この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
標点を設定し、この測定目標点上にエッジを検出するた
めの検出ツールを順次生成することにより、エッジ追跡
を行っても良い。

【００４７】図２４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２
２、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（Ｓ７１）。次に、設計値記憶部４６からワーク１
２の輪郭形状の設計値データを取り出し（Ｓ７２）、図
２５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（Ｓ７
３）。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。

【００４８】続いて、図２６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（Ｓ７４）。このとき、各エッジ検
出ツールＴiの始点（ｘsi，ｙsi）と終点（ｘei，ｙe
i）の座標も同時に算出しておく。

【００４９】次に計測制御処理を実行する（Ｓ７５）。
この計測制御処理では、図２７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Ｔiに沿ったエッジ点の測定処理が実行される。

【００５０】図２８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Ｓ８１〜Ｓ８７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（Ｓ８１）。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（Ｓ８２〜Ｓ８７）。

【００５１】具体例に沿ってこれを説明すると、例え
ば、図２９（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Ｓ８２でその始点（ｘsj，ｙsj）が（ｘmi
n，ｙmin）となり、終点（ｘej，ｙej）が（ｘmax，ｙm
ax）となる。次に、図２９（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
ｘmax，ｘmin，ｙmax，ｙminの更新を行っているのがス
テップＳ８６である。図２９（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Ｓ８７であ
る。そこで、続くステップＳ８８では、図２９（ｄ）に
示すように、ｊを１つ減らし、それまでに求められたｘ
max，ｘmin，ｙmax，ｙminで示される範囲の中心点（ｘ
c，ｙc）（ステップＳ８５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、エッジ点の点列データを計測して点列
データ記憶部４６に格納する。計測が終了したら、ｉと
ｊをｊ＋１に更新して（Ｓ８９）、これらがＮを越える
までステップＳ８２〜Ｓ８８の処理を繰り返す。

【００５２】この処理により、図２７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。

【００５３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、非
接触式の計測システムを用いて形状評価が可能になるた
め、従来の蝕針式測定機や三次元測定機等の接触式測定
機とは異なり、被測定対象が変形しやすいものや極力接
触を避ける必要があるものでも測定が可能であり、しか
も接触式よりも短時間に測定評価が可能であるため、測
定作業効率を大幅に高めることができ、しかもあらゆる
種類のワークについて、その輪郭形状の評価が可能にな
るという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る非接触画像計測システ
ムの構成を示す斜視図である。

【図２】同システムにおけるコンピュータ本体のブロ
ック図である。

【図３】同システムの機能ブロック図である。

【図４】同システムの測定手順を示すフローチャート
である。

【図５】同システムにおけるエッジ追跡処理のフロー
チャートである。

【図６】同システムにおける表示画面を示す図であ
る。

【図７】同システムにおけるウィンドウ内のエッジ点
検出を説明するための図である。

【図８】同システムにおける次のウィンドウ位置の決
定手順を説明するための図である。

【図９】同システムにおける終了処理のフローチャー
トである。

【図１０】同システムにおける表示画面を示す図であ
る。

【図１１】同システムにおける終了点の判別手順を説
明するための図である。

【図１２】同システムにおける終了点判別を説明する
ための図である。

【図１３】同システムにおけるウィンドウの移動軌跡
を示す図である。

【図１４】同システムにおけるウィンドウ内のエッジ
点検出を説明するための図である。

【図１５】同システムにおけるエッジ追跡処理のフロ
ーチャートである。

【図１６】同システムにおけるワーク形状の判別手順
を説明するための図である。

【図１７】同システムにおける次のウィンドウ位置の
決定手順を説明するための図である。

【図１８】同システムにおけるステージ移動処理のフ
ローチャートである。

【図１９】同システムにおける次の画面位置の決定手
順を説明するための図である。

【図２０】同システムにおける輪郭形状評価のフロー
チャートである。

【図２１】同システムにおける評価処理を説明するた
めの図である。

【図２２】同システムにおける評価処理を説明するた
めの図である。

【図２３】同システムにおける設計値との照合評価処
理を説明するための図である。

【図２４】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２５】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２６】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２７】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２８】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２９】同撮像視野の設定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、
３１，３４…インタフェース、３２…多値画像メモリ、
３３…表示制御部、３５…ＣＰＵ、３６…プログラムメ
モリ、３７…ワークメモリ、４１…測定範囲指定部、４
２…エッジ抽出部、４３…点列データ記憶部、４４…形
状評価種別指定部、４５…形状評価部、４６…設計値記
憶部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者斉藤洋一神奈川県川崎市高津区坂戸１丁目20番１号株式会社システムテクノロジーインスティテュート内 (72)発明者堀内直治神奈川県川崎市高津区坂戸１丁目20番１号株式会社システムテクノロジーインスティテュート内 (72)発明者小丸浩之神奈川県川崎市高津区坂戸１丁目20番１号株式会社システムテクノロジーインスティテュート内

Claims

【特許請求の範囲】

【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を記憶
する画像記憶手段と、この画像記憶手段に記憶された前記被測定対象の画像を
表示する表示手段と、この表示手段に表示された被測定対象の画像に含まれる
測定すべきエッジの範囲を指定する測定範囲指定手段
と、この測定範囲指定手段で指定された範囲のエッジを追跡
しながら前記エッジの点列情報を順次抽出するエッジ情
報抽出手段と、このエッジ情報抽出手段で抽出されたエッジの形状を評
価するための形状評価種別を指定する形状評価種別指定
手段と、前記エッジ情報抽出手段で抽出されたエッジの点列情報
に対して前記形状評価種別指定手段で指定された形状評
価処理を実行する形状評価手段とを備えたことを特徴と
する非接触画像計測システム。
【請求項２】前記エッジ情報抽出手段は、前記表示手
段に前記測定すべきエッジに重ねて所定のウインドウを
表示させると共に、前記エッジに沿って前記ウィンドウ
を移動させながら、前記ウィンドウ内の画像情報から前
記ウィンドウ内の複数のエッジ点を検出し、得られた複
数のエッジ点に近似直線を当てはめると共に、この近似
直線に沿って一部の領域が現在のウィンドウに重なるよ
うに次の新たなウィンドウを生成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。
【請求項３】前記エッジ情報抽出手段は、前記測定す
べきエッジに関する設計値を外部から取り込んで、この
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
ルを順次生成する検出ツール生成手段と、この検出ツール生成手段で生成された検出ツールによっ
て前記エッジの位置を順次検出する手段とを備えたもの
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。
【請求項４】前記形状評価手段は、前記エッジ情報抽出手段で抽出されたエッジの点列情報
に補間曲線を当てはめる補間曲線当てはめ手段と、この補間曲線当てはめ手段によって当てはめられた補間
曲線に対して前記形状評価種別指定手段で指定された形
状種別に基づく演算処理を行ってその演算結果を前記表
示手段に表示する形状評価演算手段とを備えたものであ
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。
【請求項５】前記形状評価演算手段は、任意の幾何要
素の当てはめ、幾何要素自体の物理量の算出及び幾何要
素と他の幾何要素との間の物理量の算出の処理を実行す
るものであることを特徴とする請求項４記載の非接触画
像計測システム。
【請求項６】前記幾何要素は、ピーク点、接線、垂
線、平行線、中線、円、楕円及び直線のうちの少なくと
も一つを含み、前記幾何要素自体の物理量及び幾何要素と他の幾何要素
との間の物理量は、交角、距離、段差、半径、真円度、
真直度、面積及びピッチの少なくとも一つを含むことを
特徴とする請求項５記載の非接触画像計測システム。