JPS6153643B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、溶接ビード、電子部品のはんだ付部
などの立体的形状を検出する形状検出装置に関す
るものである。 光切断法は、被測定物の立体形状を測定あるい
は検査する手段として従来から使用されてきた。
第１図ａは、その原理を示す。ここで１は測定し
ようとする物体であり、その斜め上方にスリツト
光投光器２を設け、スリツト状光線４を被測定物
上に投影する。これを反対側斜め上方より像検出
器３により検出する。このようにする事により、
対象物の断面形状を知る事ができる。第１図ｂは
このようにして検出された被測定物の形状５（検
出像）を示す。もしスリツト光投光器の光軸と、
像検出器の光軸を含む平面上で、被測定物が大き
な形状変化を生じていない場合（第１図のような
場合）、この方式により測定物の形状を正しく観
察する事が可能である。しかし対象物の形状変化
が、上記平面上で大きい場合（第２図ａのような
場合）、投影されたスリツト像の手前に被測定物
の一部が存在し、これが視野をさえぎり、第２図
ｂに例示するような検出像５Ａとなり、その一部
を観察する事ができない。 特に、第３図ａ，ｂに示す如きプリント板の半
田付部１０の上記平面上での形状例ではスリツト
像４の形状の正しい検出は困難である。 第１図に示した光切断の原理的構成において
は、このような死角を補償する方法としては第４
図に示すように検出器３と対向する位置に検出器
３Ａを設置し、これで観察する事により検出器３
の死角を補償する事が考えられるが、被測定物
が、プリント板の半田付部のように対象物全体の
内の微小な一部であり、対象物自体が検出器３Ａ
にとつてしやへい物であるような場合、この方法
では死角を補償することはできない。これを第５
図で詳述する。第１図の如き方法によれば、左上
からスリツト投光器２により、スリツト輝線ａ，
ｂ，ｃが対象物３Ｅに形成される。これを像検出
器３でｄ方向から検出する。然るに、プリント板
３Ｄに対して１つのはんだ付け部３Ｅがあるよう
な場合、リード３ｅにより輝線ｂの一部が光検出
器３のあるｄ方向からは見えず、第２図ｂに示す
如き中央に断線、即ち死角を生ずる。これを防ぐ
ため、ｇ方向から観察すれば、ｂの死角部分が原
理的には見えることになる。しかし、実際にはプ
リント板３Ｄとはんだ３Ｅそのものがじやまをし
てみることができない。 本発明の目的は、上述した従来技術の欠点をな
くし、光切断法における死角を補償した形状検出
装置を提供するにある。 本発明の要旨は、被測定物の上方によりスリツ
ト光を投光し、このスリツト像を両側斜め上方よ
り検出し、これを合成して１つの光切断像を形成
する事により、上記問題点を解決するようにした
ものである。以下図面により本発明を詳述する。 第６図は本発明の基本的構成を説明する図であ
る。被測定物の上方にスリツト光投光器２を設
け、投光器２からのスリツト光軸を中心に、左右
対称な位置で且つ斜め方向位置に像検出器３，３
Ａを設ける。この像検出器３，３Ａの検出像を利
用して死角のない像を得るようにしている。この
手段について以下述べる。 第７図は本発明の一実施例として、像検出器と
してTVカメラを使用した場合を示している。ス
リツト投光器２のスリツト光軸に対してTVカメ
ラ１１，１２は左右対称で且つ斜め上方向に設け
ている。第７図は主に、スリツト投光器２、２個
のTVカメラ１１，１２、映像反転回路２７、映
像合成回路２４からなる。TVカメラ１１，１２
はTVカメラを横転した状態で設置し、TVカメラ
の垂直走査方向にスリツト像が伸びており、TV
カメラの水平走査において、このスリツト像を１
回転切るようにしてある。第８図は、この状態を
説明するため、TVカメラ１１，１２の検出像を
観察するためのモニタ１３、モニタ１４の映像を
例示している。第８図でａはモニタ１３、ｂはモ
ニタ１４の映像である。第８図のように、２つの
TVカメラ３，３Ａの検出像５，５Ａは左右対称
となる。映像反転回路２７は、第８図ｂを左右反
転し、映像合成回路２４はこの反転した映像と、
TVカメラ１１の映像信号を合成し、一本の光切
断像を出力するものである。まず、映像反転回路
の構成と機能について説明する。映像反転回路２
７はＡ／Ｄ変換器１６Ａ、メモリ２１、メモリ２
２、アツプ・ダウンカウンタ１９，２０、フリツ
プフロツプ１８、マルチプレクサ２３で構成され
る。なお、１５は全体のタイミングとクロツクを
同期させるための同期信号、クロツク発生器であ
る。TVカメラ１２は外部同期状態で、１５から
の同期信号により動作している。１２の映像信号
は、Ａ／Ｄ変換器１６Ａにより、１５からのクロ
ツクに従つてＡ／Ｄ変換され、その結果はメモリ
２１または２２へ記録される。メモリ２１，２２
の切換はフリツプ・フロツプ１８によつており、
各水平走査毎に、例えばメモリ２１には偶数番目
の水平走査、メモリ２２には奇数番目の水平走査
において、Ａ／Ｄ変換された映像信号を記録す
る。そして、メモリへの記憶と同時にメモリの番
地を保持するアツプダウンカウンタ１９また２０
を１つづつ進める。一方、残りのメモリ、即ち、
例えば、メモリ２１で偶数番目の水平走査におけ
る映像信号を記憶している時、メモリ２２はメモ
リの番地を保持するアツプダウンカウンタ２０を
１つづつダウンカウントし、その値に従つてメモ
リ２２の内容を２３へ出力する。すなわち、メモ
リからの出力は、入力と逆向きに行われるため、
映像信号は反転（左右に、時間的に）した状態と
なる。このように、１９，２１と２０，２２は一
方がアツプ・カウントし、映像信号を入力してい
る時、他方はダウンカウントして反転した映像信
号を出力する。そしてその切換はフリツプ・フロ
ツプ１８によつて行われる。出力された映像信号
は、マルチプレクサ２３により、同じく１８の切
換指令に従い、映像合成回路２４へ出力される。 このように映像左右反転すると、その映像は入
力映像に対し、一水平走査だけ時間が遅れる。こ
れに対処するため、TVカメラＡ１１の映像信号
はＡ／Ｄ変換器１６の後、遅延回路１７により一
水平走査だけ時間を遅らせ、映像合成回路により
２つのTVカメラの映像を合成する。合成は単純
に２つの映像信号の和をとつても良いし、２つの
映像信号のレベルを比較し、明るい方の値を出力
値としてとるようにしても良い。２４の出力は、
その後の信号処理回路へ送られる場合もあるし、
また第７図のようにＤ／Ａ変換器２５を通過後、
モニタ２６により直接観察する場合もある。な
お、この実施例ではTVカメラを使用したが、こ
れは撮像管、２次元固体センサ、光学的な２次元
スキヤニング装置等いずれを使用しても良い。 第９図は本発明の他の一実施例を示す。本実施
例はスリツト光投光器２、TVカメラ１１，１
２、Ａ／Ｄ変換器１６，１６Ａ、光切断線中心位
置検出回路３０，３１、クロツク同期信号発生器
１５、閾値設定部３１、検出エリア設定回路３
２、中心位置反転回路３９、中心位置合成回路３
３からなる、TVカメラ１１，１２の設置方法
は、第７図の実施例と同じである。第７図の実施
例では、２つの映像を合成し、１つの映像を得た
が、本発明の形状検出方法を自動形状検査装置、
自動形状認識装置等に応用する場合には、濃淡を
有する２次元画像よりも、スリツト像の中心線情
報（１次元の光切断波形）を自動検査、認識装置
に入力された方が能率が良い事が多い。第９図の
実施例はこのような場合に対する本発明の一実施
例を示したものである。第９図の各部動作を説明
するに先立ち、第１０図を使用して全体機能を説
明する。 第１０図においてａ，ｂは２つのTVカメラ１
１，１２の画像である。同図ｘ，ｙは座標関係を
示している。同図ｃ，ｄはａ，ｂの画面中、走査
線３５，３５Ａにおける映像信号３６，３６Ａを
示している。ここで映像信号中スリツト像の部分
は明るく検出されるが、決してスパイク状の一点
ではなく、幅を有している。その中心位置を求め
るため、閾値V₀と比較し、映像信号の立上り部
３７の位置Xs、立下り部３８の位置Xeを求め、
中心位置XcをXc＝Ｘｓ＋Ｘｅ／２として求める。ｄの映 像信号についても立下り部３７Ａ、立下り部３８
Ａの各位置Xs′，Xe′を利用してXc′＝Ｘｓ′＋Ｘｅ′
／２を 求め、さらにXc″＝Ｘ_L−Xc′として反転した中心
位置を求める。これを各水平走査線について求め
る事により、ｅ，ｆに示すように同じ向きの２つ
の光切断線中心位置情報を得る。 ２つの光切断線の合成法は各水平走査におい
て、映像信号レベルがV₀より低い時Xcまたは
Xc″＝０と表現するとすると、

【表】 なる方式により行なう事ができる。第９図は以上
の機能を有する実施例である。TVカメラ１１，
１２で検出された映像信号は１６，１６Ａでデイ
ジタル信号に変換され、３０，３０Ａでスリツト
像中心位置Xc，Xc′が求められる。この内Xc′は
３９で反転されXc″となる。３３ではこれを上記
条件式に従つて合成する。 第１１図は光切断線中心位置検出回路３０，３
０Ａの実施例を示している。１６からの出力であ
る映像信号Ｖは比較器４０により設定部３１から
のV₀と比較されＶ≧V₀の時出力される。これを
検出エリア設定回路３２からの検出エリア（第１
０図３４，３４Ａ）信号とのアンドをとり、検出
エリア内でのＶ≧V₀なる部分を検出する。ワン
シヨツト・マルチ４１とフリツプ・フロツプ４５
により最初にＶ≧V₀となつた瞬間を検出し、こ
の時のｘ座標値Xsをレジスタ４２に記憶する。 ｘ座標値は、タイミング発生器１５からの水平
同期信号Hsyncでリセツトされるカウンタ４３
に、タイミング信号発生器１５から入れるクロツ
クを入力する事により実現している。同様にXe
をレジスタ４２Ａに記憶し、加算器４６で、これ
らを基にXcを算出、出力する。 第１２図は中心位置反転回路３９と中心位置合
成回路３３の実施例を示している。３９はＸ_L設
定部４７、減算器４８で構成され、Xc″＝Ｘ_L−
Xc′を実現する。３３は加算器４９、マルチプレ
クサ５０、レジスタ５１で構成されXc，Xc″を入
力しＸｃ＋Ｘｃ″／２を求めこれら３つのいずれか１つ を、Xc′≠０、Xc≠０かそうでないかの条件によ
りマルチプレクサ５０で選択し、レジスタ５１に
保持し、タイミング信号発生器１５からのHsync
により、これをリセツトするものである。 以上の構成、機能により死角のない、スリツト
像中心線を出力する事ができ、なお、この実施例
ではTVカメラを使用したが、これは撮像管、２
次元固体センサ、光学的な２次元スキヤニング装
置等いずれを使用しても良い。 第１３図は本発明の他の一実施例として、検出
器として一次元イメージセンサを使用した場合の
像検出器とその周辺制御回路構成を示している。
本実施例は、結像レンズ５２、ガルバノミラー５
３、１次元イメージ・センサ５４で構成される像
検出器３、アンプ５５、鋸状波発生回路５６、タ
イミング制御回路５７、センサ駆動回路５８、ビ
デオアンプ５９、ゲート回路６０で構成される。
第１３図では１つの像検出器の構成を示している
が、実際には、第１３図のものを２個必要とし
（５７は１個）、かつ像検出器は第６図のように傾
けて設置される。５４は５２の実像面上に設置さ
れ、実像５３により左右に走査される。 第１４図は制御のタイミングを示している。５
７は第１４図中の鋸状波発生スタートパルス６
１、ゲート信号６４を左右２つの像検出器の５
６，６０に出力する。６１のパルスにより、左右
２つの像検出器のガルバノ・ミラーは６２，６３
に示す鋸状波に従つてスキヤニングされる。すな
わち、２つの像検出器の実像の走査方向は左右反
転される。そして６２，６３の比較的なだらかな
直線部中の中央部分、すなわち６１のパルスから
Δｔ遅れた６４のｔ_L区間が像情報を検出する区
間であり、これは第１０図の３４、Ｘ_Lに相当し
ており、この間のみ、ゲート６０を開とし、映像
信号をその後の処理回路へ送る。このようにし
て、線対称である２つのスリツト像を方向の一致
した映像信号として出力する事ができる。なおこ
の実施例では２つの映像信号の合成については例
示しないが、映像として合成する場合は、これ
に、第７図の１６，１７，２４を使用できるし、
光切断中心線を合成出力する場合は、これに第９
図の１６，１６Ａ，３０，３０Ａ，３３，３２，
３１を使用できる。後者の場合、３９は不要であ
り、３０Ａの出力はそのまま３３に入力される。 以上の実施例について効果を総括して述べる。 (1) 第６図の検出方式を採用する事により、第２
図、第３図に例示したようなプリント板はんだ
付面のように、その立体的形状が大きく変化す
る測定物に対し、一方の像検出器で死角が発生
した時反対側の検出器では死角が発生しないた
め、全体として死角のない形状検出が可能とな
る。 (2) 第７図の実施例に示すように、この２つの映
像の内一方を反転した上、両者を合成する事に
より死角のない１つの映像を得る事ができる。
第９図に実施例を示した。光切断線の中心位置
情報についても、一方を反転した上、両者を合
成する事により、死角のない１つの光切断線中
心位置情報を得る事ができる。 (3) 第１３図の実施例に示すように、１次元イメ
ージ・センサを使用すれば、光学的走査方向を
逆にする事により、上記機能を実現できる。 (4) 検出スリツト像を閾値処理し、スリツト像を
横切る方向の走査における立上り、立下り位置
を求め、その平均値をスリツト中心位置として
検出する事により、光切断線（１次元情報）を
検出する事が可能である。 以上の実施例の説明に当つては、スリツトは輝
線であるとして説明したが、視野を明るくし、ス
リツト部を暗線としたが、スリツトでなく、半分
が明、半分が暗としたステツプ的エツヂを使用し
ても良い。 また、実施例の説明に当つては、被測定物を移
動させなかつたが、被測定物を検出ヘツド部１，
３，３Ａと相対的に移動させながら、上記形状検
出を行なえば死角のない３次元的な形状検出が可
能である。 以上の本発明によれば、精度のよい形状検出が
可能になつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は光切断法の原理を説明する図、第２図
はこの原理的方法における問題点を説明する図、
第３図ａ，ｂは、死角に入つた部分の形状例図、
第４図は従来例図、第５図は、死角除去の問題点
を説明する図、第６図は、本発明の構成を説明す
る図、第７図は、本発明の一実施例の構成図、第
８図は本発明の一実施例のスリツト像状態を説明
する図、第９図は本発明の他の実施例の全体構成
図、第１０図は第９図の実施例の機能を説明する
図、第１１図は第９図の実施例の光切断線中心位
置検出回路の構成図、第１２図は第９図の実施例
の中心位置反転回路と中心位置合成回路の構成
図、第１３図は本発明の他の一実施例の像検出器
と周辺回路の構成図、第１４図は第１３図の実施
例の動作タイミングを説明する図である。 １……被測定物、２……スリツト光投光器、
３，３Ａ……像検出器、１１，１２……TVカメ
ラ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被測定物の上方より線状光を投光するスリツ
   ト投光器と、上記被測定物上に投影された線状光
   を検出する、上記スリツト投光器からのスリツト
   光軸を中心に、左右対称位置で且つ斜め方向位置
   に設けられた第１、第２の像検出器と、該第１、
   第２の像検出器で検出された検出像の情報をもと
   に死角なしの被測定物の形状を検出する手段とよ
   り成る形状検出装置。 ２ 上記手段にあつては、２つの像検出器の映像
   信号の内一方を左右反転させると共に、この映像
   反転に要する時間遅れを補償するため、他の一つ
   の映像信号を同じ時間だけ遅延させて、２つの映
   像信号を合成して死角のない１つのスリツト像を
   形成する手段を備えてなる特許請求の範囲第１項
   記載の形状検出装置。 ３ 上記手段にあつては、各検出された検出像に
   ついてスリツト像を横断する方向の各映像信号を
   設定した基準レベルと比較し、映像信号の立上
   り、立下りを検出し、その平均値としてスリツト
   像の各映像信号中の中心位置を検出し、表面の反
   射状態に影響されないスリツト像の中心線情報を
   える手段を備えてなる特許請求の範囲第１項記載
   の形状検出装置。 ４ 上記手段にあつては、上記中心位置の１つの
   位置を左右反転させて２つの中心位置を合成し、
   １つのスリツト中心位置情報を出力して死角のな
   い、１つのスリツト中心位置情報を得る手段を備
   えてなる特許請求の範囲第３項記載の形状検出装
   置。 ５ 上記第１、第２の像検出器はそれぞれTVカ
   メラより成る特許請求の範囲第１項又は第２項又
   は第３項又は第４項記載の形状検出装置。 ６ 上記第１、第２の像検出器は、それぞれ、ス
   リツト光を結像する結像レンズと、該結像レンズ
   からの光を走査するガルバノミラーと、該ガルバ
   ノミラーからの光を検知する一次元形状のセンサ
   とをもつて形成した特許請求の範囲第１項記載の
   形状検出装置。