JPS6243123B2 - - Google Patents

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JPS6243123B2
JPS6243123B2 JP56123691A JP12369181A JPS6243123B2 JP S6243123 B2 JPS6243123 B2 JP S6243123B2 JP 56123691 A JP56123691 A JP 56123691A JP 12369181 A JP12369181 A JP 12369181A JP S6243123 B2 JPS6243123 B2 JP S6243123B2
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JP
Japan
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light source
grating
moiré
moire
measurement
Prior art date
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Application number
JP56123691A
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Japanese (ja)
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JPS5826206A (en
Inventor
Koichi Kitamura
Katsuhiro Kawashima
Hiroshi Soga
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
Application filed by Nippon Steel Corp filed Critical Nippon Steel Corp
Priority to JP12369181A priority Critical patent/JPS5826206A/en
Publication of JPS5826206A publication Critical patent/JPS5826206A/en
Publication of JPS6243123B2 publication Critical patent/JPS6243123B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
    • G01B11/254Projection of a pattern, viewing through a pattern, e.g. moiré

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、いわゆるモアレ形状測定において、
モアレ等高パターンから測定対象の断面図を得る
ためのデーター自動処理方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention provides a method for measuring so-called moiré shapes.
The present invention relates to an automatic data processing method for obtaining a cross-sectional view of a measurement object from a moiré contour pattern.

いわゆる等高モアレとは、周知のとおり、一方
向に周期的な透過特性を有する格子を測定対象物
の手前に置き、点(線)光源より格子を通して測
定対象物表面に光をあて、測定対象物表面に格子
の影(変形格子像)を作り、その変形格子像をさ
らに格子を通して、光源と同じ高さの所から撮像
する時、変形格子像と格子の空間周波数変調の結
果生成する干渉縞であり、この干渉縞が地図の等
高線のごとく測定対象の等高パターンを表わすこ
とより立体形状測定に利用されている。等高モア
レを生成する代表的な方法は、第1図に示すよう
に、測定対象物1の直前に格子2を置き、変形格
子像3を、同一の格子2を通して撮像することに
よりモアレを生成する方法で、一般に照射法と呼
ばれる。なおこの図でSは点光源、Tは撮像点で
ある。
As is well-known, the so-called contour moiré is a process in which a grating with periodic transmission characteristics in one direction is placed in front of the object to be measured, and light is directed from a point (line) light source through the grating onto the surface of the object to be measured. When a shadow of a grating (deformed grating image) is created on the surface of an object, and the deformed grating image is further passed through the grating and imaged from the same height as the light source, interference fringes are generated as a result of spatial frequency modulation of the deformed grating image and the grating. These interference fringes represent the contour pattern of the object to be measured, like contour lines on a map, and are therefore used for three-dimensional shape measurement. As shown in Fig. 1, a typical method for generating a contour moire is to place a grating 2 immediately in front of the measurement object 1 and to generate a moire by capturing a deformed grating image 3 through the same grating 2. This method is generally called the irradiation method. Note that in this figure, S is a point light source, and T is an imaging point.

このモアレ形状測定法の測定分解能は、第2図
より次のように説明される。第2図は、第1図に
示した照射法を真横から見た図であり、点光源S
から照射された光は、格子2を通り測定対象1上
に放射状に照射され(第2図中のSを起点とする
放射実線群)、測定対象1表面上でこの光の当つ
た所は明るくまた当らない所は暗くなり、いわゆ
る変形格子像を作る。これを、撮像点Tから見る
と、測定対象表面からの光は、格子2により遮ら
れ、撮像点Tを起点とする放射状の光(第2図中
のTを起点とする放射破線群)しか撮像されない
ので、この結果、測定対象1表面上において2つ
の放射線群の交点のところは明るく、そうでない
所は暗く撮像され、この明暗がモアレ縞の明暗と
なるわけであり、ここで、第2図において2つの
放射線群の交わる所すなわち明相のモアレ縞の出
来る所は格子2に対し平行な直線(N=1,2,
…)上にあるので、モアレ縞は格子2からの等高
線となるのである。
The measurement resolution of this moiré shape measurement method is explained as follows from FIG. Figure 2 is a side view of the irradiation method shown in Figure 1, and shows the point light source S.
The light irradiated from the surface passes through the grating 2 and is irradiated radially onto the measurement object 1 (radiation solid lines starting from S in Figure 2), and the area on the surface of the measurement object 1 that is hit by this light is bright. Also, areas that are not hit by the light become dark, creating a so-called deformed lattice image. When viewed from the imaging point T, the light from the surface of the measurement object is blocked by the grating 2, and only radial light starting from the imaging point T (radial broken lines starting from T in Figure 2) is visible. As a result, the intersection points of the two radiation groups on the surface of the measurement object 1 are imaged brightly, and the other areas are imaged darkly, and this brightness and darkness becomes the brightness and darkness of the moiré fringes. In the figure, the intersection of two radiation groups, that is, the place where bright-phase moiré fringes are formed, is a straight line parallel to the grating 2 (N=1, 2,
...), so the moiré fringes are contour lines from the grid 2.

第2図において、明相のモアレ縞の出来る所
(N=1,2,……)の格子2からの距離Z1
Z2,……は、点光源Sと撮像点Tの距離d、点光
源Sと撮像点Tの格子2からの長さl、格子2の
ピツチpにより(1)式のようになる。
In FIG. 2, the distance Z 1 from the grid 2 of the place where bright-phase moiré fringes occur (N=1, 2,...),
Z 2 , . . . are expressed by equation (1) based on the distance d between the point light source S and the imaging point T, the length l of the point light source S and the imaging point T from the grating 2, and the pitch p of the grating 2.

(1)式より、モアレ測定法の分解能すなわちモア
レ縞の縞間隔ΔZN(=ZN−ZN-1)が決定さ
れ、さらに、モアレ縞の格子2からの距離もそれ
ぞれ定量的に計算される。
From equation (1), the resolution of the moire measurement method, that is, the fringe interval ΔZ N (=Z N −Z N-1 ) of the moire fringes, is determined, and the distances of the moire fringes from the grating 2 are also quantitatively calculated. Ru.

ところで、従来のモアレ測定法においては、主
にその応用が、オフライン的な応用に限られてい
たため、測定結果は、モアレ等高パターンのまま
写真やテレビ画像として記録し、記録されたモア
レ縞パターンから、必要に応じ人間が測定対象の
立体情報を抽出していた。これは、あたかも地図
における等高線を見てどこに山や谷があるか(定
性情報)あるいは、山や谷の大きさはどれだけか
(定量情報)を、我々が認識するのと同じ手順で
ある。ところが、このようなデーター処理によつ
ては、モアレ形状測定技術をオンライン的に利用
することが不可能である。ここで言うオンライン
的な利用とは、モアレ等高パターンによる形状測
定結果を、例えば測定対象の形状制御の操作量に
フイードバツク出来るような情報にオンラインで
自動データー処理することをいうのであるが、こ
のオンライン的な利用が不可能であつた理由は以
下のとおりである。
By the way, in the conventional moire measurement method, its application was mainly limited to off-line applications, so the measurement results were recorded as a photograph or TV image as a moire contour pattern, and the recorded moire fringe pattern From there, humans extracted 3D information about the measurement target as needed. This is the same procedure as when we look at contour lines on a map and recognize where the mountains and valleys are (qualitative information) or how big the mountains and valleys are (quantitative information). However, such data processing makes it impossible to use moiré shape measurement technology online. Online use here refers to automatic online data processing of shape measurement results using moiré contour patterns into information that can be fed back to the manipulated variables for shape control of the measurement target, for example. The reasons why it was not possible to use it online are as follows.

第一の理由は、モアレ縞パターンはあくまで等
高パターンであり、第3図のような等高パターン
があつた時、それが果して、測定対象の凸部なの
か凹部なのか判らないことである。オフライン的
な応用においては、凸部か凹部かを人間が測定対
象に触れたりして判断したり、あるいは前もつて
測定対象によつては膨らむものか凹むものかが判
つているものもあり、これらオフラインの場合は
問題にならないが、測定対象形状が前もつて未知
でしかも短時間で測定結果が必要とされるオンラ
インの場合には、凸凹が判別できないと困る。
The first reason is that the moiré fringe pattern is just a contour pattern, and when a contour pattern like the one shown in Figure 3 appears, it is impossible to tell whether it is a convex part or a concave part of the measurement target. . In offline applications, humans can determine whether a part is a convex or concave part by touching the object to be measured, or depending on the object to be measured, it may be known in advance whether it is a convex part or a concave part. This is not a problem in these offline cases, but in online cases where the shape of the object to be measured is unknown in advance and measurement results are required in a short period of time, it becomes a problem if irregularities cannot be determined.

第二の理由は、モアレ縞パターンから測定対象
の凸凹位置や凸凹量を数値的に抽出することを自
動データー処理で行いたい時、測定対象が凸状で
あるか凹状であるかが判つていても、凸凹位置や
凸凹量を自動データー処理で計算するのは難しい
点である。人間が、モアレ縞パターンから凸凹位
置や凸凹量を認識するのは、例えば第3図のよう
なモアレ縞パターンの場合(仮に凸状であるとす
る)、一番内側の閉曲線4aの中心が頂点であ
り、かつ、閉曲線4a〜4dの数から中心高さを
認識するわけであるが、これらの処理はいずれも
人間の優れたパターン認識能力に頼つていて、オ
ンラインでの自動データー処理に置きかえるの
は、計算時間及び計算量の関係で極めて困難であ
る。例えば、第4イ図のようなモアレ縞パターン
において、断面6による測定対象断面情報が要求
される場合、第4図ロに示すモアレ縞パターン5
の断面6に沿つた輝度信号(テレビカメラの電圧
出力信号等)から測定対象断面情報を抽出しよう
としても、輝度信号の極大の所に明相のモアレ縞
の中心があり、輝度信号の極小の所に暗相のモア
レ縞の中心があることは簡単に判るものの、それ
らのモアレ縞の次数((1)式におけるN)が判らな
いので、どこが頂点になるかが判らないため断面
図が書けない。またモアレの縞間隔ΔZN(=ZN
−ZN-1)は(1)式より計算されるが、実際上は PN/d≪1 (2) という条件下で利用される場合が多く(2)が成立す
れば(1)式より、縞間隔ΔZNは ΔZN≒P・l/d (3) となるため(ΔZNがNに依存しない)、モアレ縞
パターンから測定対象の断面図を書く時にモアレ
縞の次数Nは不必要になる場合が多い。しかるに
この場合においても、断面図を書くためには、頂
点の位置がわからないと書きようがない。つま
り、第4図ハを例にとつた場合、A点を基準にし
た時のB点の位置が、A点よりP・l/dだけ高いB点 でよいのか、P・l/dだけ低いB′点になるべきなの
か が、わからないのである。
The second reason is that when you want to use automatic data processing to numerically extract the unevenness position and amount of unevenness of a measurement object from a moiré fringe pattern, it is difficult to know whether the measurement object is convex or concave. However, it is difficult to calculate the position and amount of unevenness using automatic data processing. Humans recognize the position and amount of unevenness from a moire fringe pattern. For example, in the case of a moire fringe pattern like the one shown in FIG. 3 (assuming it is convex), the center of the innermost closed curve 4a is the vertex. And, the center height is recognized from the number of closed curves 4a to 4d, but all of these processes rely on the excellent pattern recognition ability of humans, and can be replaced with online automatic data processing. is extremely difficult due to the calculation time and amount of calculation. For example, in a moire fringe pattern as shown in FIG. 4A, if information on the cross section of the object to be measured based on the cross section 6 is required, the moire fringe pattern 5 shown in FIG.
Even if you try to extract measurement target cross-section information from the luminance signal (voltage output signal of a television camera, etc.) along the cross section 6 of Although it is easy to see that the center of the dark-phase moire fringes is located at a certain point, the order of those moire fringes (N in equation (1)) is unknown, so it is difficult to know where the apex is, so it is difficult to draw a cross-sectional diagram. do not have. Also, the moiré stripe interval ΔZ N (=Z N
−Z N-1 ) is calculated from equation (1), but in practice it is often used under the condition that PN/d≪1 (2) If (2) holds, then equation (1) , since the fringe interval ΔZ N is ΔZ N ≒P・l/d (3) (ΔZ N does not depend on N), the order N of the moire fringe is unnecessary when drawing a cross-sectional view of the measurement object from the moire fringe pattern. It is often the case. However, even in this case, it is impossible to draw a cross-sectional view unless the position of the vertex is known. In other words, if we take Figure 4 C as an example, should the position of point B be higher than point A by P·l/d or lower by P·l/d with respect to point A? I don't know if it should be point B' or not.

以上の理由により、モアレ縞パターンから測定
対象断面図を抽出するオンライン自動データー処
理は従来困難であつた。
For the above reasons, online automatic data processing for extracting a cross-sectional view of a measurement object from a moiré fringe pattern has conventionally been difficult.

本発明の目的は、従来のモアレ測定法を改良し
て上述の欠点を取り除くことにより、モアレ測定
法において得られたモアレ等高パターンから任意
方向の測定対象断面形状を自動データー処理によ
り計算することを可能ならしめる点にある。本発
明では、この目的を達成するために、モアレ縞を
生成せしめ撮像するのに必要な光源及び撮像素子
を水平方向に微動させることによつてモアレ等高
パターンが変化する方向を検出することにより、
測定対象の凸凹判別をして、測定対象の任意方向
断面形状を自動計算する。
The purpose of the present invention is to improve the conventional moire measurement method and eliminate the above-mentioned drawbacks, thereby calculating the cross-sectional shape of the object to be measured in any direction from the moire contour pattern obtained by the moire measurement method by automatic data processing. The point is to make it possible. In order to achieve this objective, the present invention detects the direction in which the moire contour pattern changes by slightly moving the light source and image sensor necessary for generating and imaging moire fringes in the horizontal direction. ,
Automatically calculates the cross-sectional shape of the measurement object in any direction by determining the unevenness of the measurement object.

即ち本発明は、測定対象物の手前に格子を配設
すると共に、該格子の背後に前記対象物を指向す
る光源を設け、光源から測定対象物を照射し前記
測定対象物表面に前記格子の影を生成せしめ、そ
の影を撮像することにより測定対象物の立体形状
を二次元的な等高パターン縞として計測するモア
レ形状測定において、得られたモアレ等高パター
ンから必要な方向の測定対象物断面形状を得るた
めに、前記光源又は撮像素子を前記格子からの同
一距離平面内で、前記格子系と直角方向あるいは
直角成分を有する方向に微動させることに伴い前
記モアレ等高パターンがどのように変化するかと
いう情報から、測定対象物の凸凹判別をして、モ
アレ等高パターンから前記必要方向測定対象物断
面形状を得ることを特徴とするものである。以
下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明す
る。
That is, in the present invention, a grating is disposed in front of an object to be measured, and a light source directed toward the object is provided behind the grating, and the object is irradiated from the light source so that the surface of the object is illuminated by the grating. In moiré shape measurement, which measures the three-dimensional shape of a measurement target as a two-dimensional contour pattern stripe by generating a shadow and imaging the shadow, the object to be measured in the required direction from the obtained moire contour pattern. In order to obtain a cross-sectional shape, the light source or the image sensor is slightly moved within a plane at the same distance from the grating in a direction perpendicular to the grating system or in a direction having a perpendicular component. The method is characterized in that the unevenness of the object to be measured is determined based on the information as to whether the object changes, and the cross-sectional shape of the object to be measured in the required direction is obtained from the moiré contour pattern. Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to the drawings.

第5図は、本測定法をCC(連続鋳造)スラブ
のオンラインバルジング測定に用いた応用例であ
る。CCスラブのバルジングとはCCスラブの二次
元的な膨らみのことをいう。これは第5図におい
て、CCスラブの凝固シエル7が未凝固部8の静
圧を受けてロール9の間で二次元的に膨らむこと
をさし、これが内部キズ等鋳片欠陥の原因になる
ことから、オンライン測定が待たれていた。本例
は、この二次元的な膨らみであるバルジングを、
モアレ測定法により連続的に二次元等高パターン
として測定すると共に、一定周期で、スラブの巾
方向及び長手方向断面形状を自動データー処理に
より計算するものである。
Figure 5 is an example of application of this measurement method to online bulging measurement of CC (continuous casting) slabs. CC slab bulging refers to the two-dimensional bulge of the CC slab. In Fig. 5, this refers to the fact that the solidified shell 7 of the CC slab swells two-dimensionally between the rolls 9 under the static pressure of the unsolidified part 8, which causes defects such as internal scratches. Therefore, online measurement was awaited. In this example, we will introduce bulging, which is this two-dimensional bulge.
In addition to continuously measuring a two-dimensional contour pattern using the moiré measurement method, the cross-sectional shape of the slab in the width direction and longitudinal direction is calculated at regular intervals through automatic data processing.

第5図において、10は連続発振のアルゴン
(Ar)レーザーであり、該レーザー10から出力
されるレーザービーム11は、ビームエクスパン
ダ12によつて径の大きい平行ビームに拡げられ
全反射ミラー13aにより曲げられた後に、凹レ
ンズ14aによつて円錘状のビームになり、格子
2を介して測定対象の凝固シエル7上に照射され
る。この時、凝固シエル7上に出来た格子2の影
(変形格子像)を、格子2を介し、さらにレーザ
ービーム11の波長選択性を有するバンドパスフ
イルタ15を通じて、テレビカメラ16で、凹レ
ンズ14aの虚焦点S(点光源)と同じ高さの場
所から撮像すると、凝固シエル7の等高パターン
を表わすモアレ縞がテレビカメラ16により撮像
され、映像信号はテレビモニタ17に入力される
と共に、インターフエイス18に入力される。イ
ンターフエイス18は映像信号のうち必要断面に
沿つた輝度信号をAD変換し、コンピユータ19
に転送すると共に、全反射ミラー13aを一定周
期で上下動させるための制御を行う。第5図にお
いて全反射ミラー13aが上方に移動すると、レ
ーザービームは全反射ミラー13aで反射されず
に全反射ミラー13bで反射され、やはり凹レン
ズ14bで円錘状に拡げられる。ここで、凹レン
ズ14bの虚焦点S′を、Sと同じ高さに合わせる
と、全反射ミラー13aの上下動に応じて、モア
レの点光源が水平方向に周期的に動くことにな
る。第5図においてモアレの点光源を水平方向に
周期的に動かす目的は、測定対象の凸凹判別をし
て任意方向断面形状を目動計算することにある。
以下に、その方法を図面により詳細に説明する。
In FIG. 5, 10 is a continuous wave argon (Ar) laser, and a laser beam 11 outputted from the laser 10 is expanded into a parallel beam with a large diameter by a beam expander 12, and then by a total reflection mirror 13a. After being bent, the beam is turned into a conical beam by the concave lens 14a, and is irradiated onto the coagulation shell 7 to be measured through the grating 2. At this time, the shadow of the grating 2 (deformed grating image) formed on the coagulation shell 7 is passed through the grating 2 and further through the bandpass filter 15 having wavelength selectivity of the laser beam 11, and then the television camera 16 captures the image of the concave lens 14a. When an image is captured from a location at the same height as the imaginary focal point S (point light source), moiré fringes representing the contour pattern of the coagulation shell 7 are captured by the television camera 16, and the video signal is input to the television monitor 17, and the interface 18 is input. The interface 18 AD converts the luminance signal along the necessary cross section of the video signal and sends it to the computer 19.
At the same time, control is performed to move the total reflection mirror 13a up and down at a constant period. In FIG. 5, when the total reflection mirror 13a moves upward, the laser beam is not reflected by the total reflection mirror 13a, but is reflected by the total reflection mirror 13b, and is also expanded into a conical shape by the concave lens 14b. Here, if the imaginary focus S' of the concave lens 14b is set to the same height as S, the moire point light source will move periodically in the horizontal direction in accordance with the vertical movement of the total reflection mirror 13a. In FIG. 5, the purpose of periodically moving the moiré point light source in the horizontal direction is to determine the unevenness of the object to be measured and calculate the movement of the cross-sectional shape in any direction.
The method will be explained in detail below with reference to the drawings.

第6図は、第5図におけるモアレ測定の光学的
配置を真横から見た図である。第6図において点
光源の位置がSからS′へ水平方向に移動すると、
明相のモアレ縞の出来る位置は従来の20,2
1,……から20′,21′,……と変化すること
がわかる。これは(1)式においてdが減少すること
を意味していて、(1)式でdのみが減少するとZN
は増加し、すなわち同次数のモアレ縞の出来る位
置が、格子5から遠ざかることになる。ここでモ
アレ縞の動き方に注目してみると、第7図A,
A′に示すように測定対象の凸状部分において
は、ZNの増加に伴いモアレ縞22,23……は
凸部頂点を中心に22′,23′…へ拡大したり、
あるいは新しいモアレ縞が凸部頂点を中心に生ま
れる。一方、測定対象の凹状部分においては第7
図B,B′に示すようにモアレ縞22,23……は
凹部底点に向かつて22′,23′……のように収
縮したり、あるいは凹部底点で消滅する。従つ
て、測定対象の凸部と凹部では、光源の移動に伴
うモアレ縞の移動方向が反対になるわけであり、
この方向から凸凹判別及びその頂点及び底点の位
置がわかるのである。
FIG. 6 is a diagram of the optical arrangement for moiré measurement in FIG. 5, viewed from the side. In Figure 6, when the position of the point light source moves horizontally from S to S',
The position where bright-phase moiré fringes occur is 20,2
It can be seen that the values change from 1, . . . to 20', 21', . This means that d decreases in equation (1), and if only d decreases in equation (1), Z N
increases, that is, the position where moiré fringes of the same order are formed moves away from the grating 5. If we pay attention to the movement of the moiré fringes, we can see that Fig. 7A,
As shown in A', in the convex part of the measurement target, as ZN increases, the moiré fringes 22, 23... expand to 22', 23', etc. around the apex of the convex part, and
Alternatively, new moire fringes are created around the apex of the convex portion. On the other hand, in the concave part of the measurement target, the seventh
As shown in Figures B and B', the moiré fringes 22, 23, . . . shrink as shown in 22', 23', . Therefore, the moving direction of the moiré fringes due to the movement of the light source is opposite between the convex and concave parts of the measurement target.
From this direction, it is possible to determine the concavity and convexity and to know the positions of its apex and bottom points.

例えば、モアレ縞等高パターンからある特定方
向の断面形状を得るためには、以下のようにすれ
ばよい。第8a図は、中心部が凸状の測定対象物
のモアレ縞パターンにおける必要断面に沿つての
輝度信号であり、24は光源位置がSの時の信号
で、24′は光源位置がS′の時の信号である。2
4と24′とを比較すると、光源の移動に伴うモ
アレ縞の移動によつて、極大・極小ピーク位置が
当然ずれてきて、その相対的にずれる方向が凸凹
情報を含んでいる。つまり、第7a図において、
I′はIより左にずれたので断面形状はIにおいて
右上りであり、J′はJより右にずれたので断面形
状はJにおいて右下りであり、またKとK′は左
右同位置にあるので、断面形状はKにおいて水平
であるとの判断ができるのである。従つて、第4
ハ図のように極大・極小ピーク位置の傾きの方向
が判らないので断面形状が書けないという問題は
解消するのである。
For example, in order to obtain a cross-sectional shape in a particular direction from a moiré stripe contour pattern, the following may be performed. FIG. 8a shows a luminance signal along a necessary cross section of a moiré fringe pattern of a measurement object having a convex center, 24 is a signal when the light source position is S, and 24' is a signal when the light source position is S'. This is the signal at the time of . 2
Comparing No. 4 and No. 24', the maximum and minimum peak positions naturally shift due to the movement of the moiré fringes as the light source moves, and the direction of the relative shift includes unevenness information. That is, in FIG. 7a,
Since I' has shifted to the left from I, the cross-sectional shape is upward to the right at I. Since J' has shifted to the right from J, the cross-sectional shape is downward to the right at J, and K and K' are at the same position on the left and right. Therefore, it can be determined that the cross-sectional shape is horizontal at K. Therefore, the fourth
This solves the problem of not being able to draw the cross-sectional shape because the direction of the slope of the maximum and minimum peak positions is unknown, as shown in Figure C.

第8b図の25,25′は、ピーク位置を自動
検出するにあたり24,24′のような生信号か
らバンドパスフイルタによつてノイズを除去した
信号であり、フイルタリングによつて、モアレ光
源の照射ムラ(低周波ノイズ)や高調波モアレ、
CC鋳片表面の小さな疵等による細かなムラ(高
周波ノイズ)を除去することができる。
25 and 25' in Fig. 8b are signals obtained by removing noise from raw signals such as 24 and 24' using a bandpass filter when automatically detecting the peak position. Uneven irradiation (low frequency noise) and harmonic moiré,
Fine unevenness (high frequency noise) caused by small scratches on the surface of CC slabs can be removed.

第8c図は、第8b図の25から得られた極
大・極小ピーク位置、25と25′のピーク位置
の移動方向から得られた傾き情報、(3)式から計算
された縞間隔ΔZNをもとに、プロツトされた断
面形状である。
Figure 8c shows the maximum and minimum peak positions obtained from 25 in Figure 8b, the tilt information obtained from the moving direction of the peak positions 25 and 25', and the fringe interval ΔZ N calculated from equation (3). This is the cross-sectional shape originally plotted.

以上が、モアレ縞等高パターンからある特定方
向の断面形状を得るためのデーター処理方法であ
るが、この方法をブロツク図で表わすと第9図の
ようになる。第9図は、第5図のIF(インター
フエイス)18とデーター処理用コンピユータ1
9の機能をブロツク図で表わしたものである。第
9図において、IF18はテレビカメラからのテ
レビアナログ信号のうち、必要断面に沿つた部分
をA/D変換して、データー処理用コンピユータ
19に転送する。ここで、IF18は自動データ
ー処理のため光源位置を動かす制御信号Sまたは
S′を出力し、また設定器からスラブサイズ、必要
断面情報を入力される。テレビアナログ信号は光
源位置制御と同期して光源位置がSの時の信号と
S′の時の信号が交互に入力される。2つの光源位
置におけるテレビアナログ信号は交互にA/D変
換され、それぞれデーター処理用コンピユータ1
9に送られ、バンドパスフイルタでノイズ除去を
した後に、ピーク位置検出される。それぞれのピ
ーク位置は、相互に比較され、左右のピーク位置
移動方向からそのピーク位置における傾き情報が
得られ(凸凹判別)、別途に計算される縞間隔Δ
N(この計算に必要なd,l,P及びリフトオ
フは設定器から入力する)の情報と共に、必要断
面形状が得られる。必要断面形状が得られれば、
形状制御のプロセスコンピユータに形状信号をた
だちに入力できる。
The above is a data processing method for obtaining a cross-sectional shape in a particular direction from a moiré stripe contour pattern. This method is shown in a block diagram as shown in FIG. 9. Figure 9 shows the IF (interface) 18 in Figure 5 and the data processing computer 1.
This is a block diagram showing the functions of No. 9. In FIG. 9, the IF 18 A/D converts a portion of the television analog signal from the television camera along the required cross section and transfers it to the data processing computer 19. Here, IF18 is a control signal S or a control signal that moves the light source position for automatic data processing.
S′ is output, and the slab size and required cross-section information are input from the setting device. The TV analog signal is synchronized with the light source position control and is the signal when the light source position is S.
The signals at S' are input alternately. The television analog signals at the two light source positions are alternately A/D converted and each is sent to a data processing computer 1.
9, and after removing noise with a bandpass filter, the peak position is detected. The respective peak positions are compared with each other, and the slope information at the peak position is obtained from the movement direction of the left and right peak positions (unevenness discrimination), and the fringe interval Δ is calculated separately.
Together with the information on Z N (d, l, P and lift-off required for this calculation are input from the setting device), the required cross-sectional shape is obtained. Once the required cross-sectional shape is obtained,
Shape signals can be input immediately to the shape control process computer.

次に、本発明の構成を説明する。ただし基本的
にモアレ縞を生成する方法は、第5図のように先
に出願した特許(レーザーモアレによる形状測定
方法)にあるレーザー光源によるレーザーモアレ
法によるものとして説明する。本発明において、
モアレ等高パターンの自動データー処理のため
に、モアレの光源または撮像素子を格子からの同
一平面内で、格子系と直角方向あるいは直角成分
を有する方向に微動させ、モアレ等高パターンの
動く方向を検知するわけであるが、その際、光源
位置を動かしても撮像素子の位置を動かしても良
い。しかし、撮像素子を動かすよりも光源位置を
動かす方が一般に容易であり、かつ撮像素子を動
かすと測定対象物をとらえる構図が変化するの
で、光源位置を動かす方が妥当である。
Next, the configuration of the present invention will be explained. However, basically, the method for generating moire fringes will be explained based on the laser moire method using a laser light source, which is disclosed in a previously filed patent (form measurement method using laser moire), as shown in FIG. In the present invention,
For automatic data processing of moiré contour patterns, the moiré light source or image sensor is slightly moved within the same plane from the grating in a direction perpendicular to the grating system or in a direction having a perpendicular component, and the moving direction of the moire contour pattern is determined. In this case, the light source position may be moved or the image sensor position may be moved. However, it is generally easier to move the light source position than to move the image sensor, and since moving the image sensor changes the composition in which the object to be measured is captured, it is more appropriate to move the light source position.

光源位置を動かす方法はいろいろあり、例えば
第5図に示すような反射ミラーの上下動により光
路を制御する方法や、第10図に示すように凹レ
ンズ14a,14bをスライドさせる方法等があ
る。第10図のような方法だと光源位置が高さ方
向にも変化するが、実用的にはグレーテイングと
点光源間の距離に比べると殆ど高さ方向の変化が
無視できるため支障がない。従つて、必ずしも厳
密な意味で点光源の位置を水平面内で動かさなく
てもよい。光源位置または撮像素子を動かす距離
は、それぞれのモアレ縞の動く方向が検知できる
だけの微動で十分であり、例えば、(1)式において
P=1mm、d=2m、l=2mとすると、格子系
と直交方向に数10mmで十分である。また、光源位
置や撮像素子の微動が、空間的にあるいは環境的
に困難な場合は、例えばオプテイカルフアイバー
の先にレンズを配したものを用いれば、フアイバ
ーそのものがフレキシブルであり非常に細いの
で、便利であるし微動も行い易い。
There are various methods for moving the light source position, such as a method of controlling the optical path by vertically moving a reflecting mirror as shown in FIG. 5, and a method of sliding concave lenses 14a and 14b as shown in FIG. 10. In the method shown in FIG. 10, the light source position also changes in the height direction, but in practice there is no problem because the change in the height direction can be ignored compared to the distance between the grating and the point light source. Therefore, the position of the point light source does not necessarily have to be moved within the horizontal plane in a strict sense. As for the distance by which the light source position or the image sensor is moved, it is sufficient to have a slight movement that can detect the moving direction of each moiré fringe. For example, if P = 1 mm, d = 2 m, and l = 2 m in equation (1), the grating system A distance of several tens of mm in the direction orthogonal to is sufficient. In addition, if the light source position or slight movement of the image sensor is difficult due to spatial or environmental reasons, for example, an optical fiber with a lens placed at the end can be used, since the fiber itself is flexible and very thin. It's convenient and easy to make small movements.

上述のようにして得られた2つのモアレ等高パ
ターンは、それぞれ第9図に示すようにIFで
A/D変換されコンピユータに取り込まれるわけ
であるが、IFは、光源あるいは撮像素子の微動
制御とモアレパターンの入力とを同期させるもの
とする。尚、厳密には2つのモアレ等高パターン
は撮像される時間は異なるが、光源位置あるいは
撮像素子の位置微動は極めて短時間で行うことが
できるので問題はない。
The two moire contour patterns obtained as described above are A/D converted by the IF and input into the computer as shown in Fig. 9. and the input of the moiré pattern shall be synchronized. Strictly speaking, the two moiré contour patterns are imaged at different times, but this poses no problem since the position of the light source or the image sensor can be slightly moved in a very short time.

コンピユータ19では、2つのモアレパターン
の必要断面に沿つた輝度信号が入力され、それぞ
れの輝度信号の同次数のモアレピーク位置が比較
されるわけであるが、一般に輝度の生信号はモア
レの明暗相以外のノイズ成分を含むためコンピユ
ータでノイズ除去される。例えば、高速フーリエ
変換をして、モアレの空間周波数成分近辺の項の
みを抽出し、それを高速逆フーリエ変換をすると
極めて短時間でノイズが除去される。これらのノ
イズ除去は、コンピユータによるデジタルフイル
タリングの他に、アナログ信号のうちにアナログ
フイルタで行うことも可能である。
The computer 19 inputs luminance signals along the necessary cross-sections of the two moire patterns, and compares the moire peak positions of the same order of the respective luminance signals, but generally the raw luminance signal contains signals other than the bright and dark phases of the moire. Since it contains noise components, it is removed by a computer. For example, if a fast Fourier transform is performed to extract only the terms near the spatial frequency components of moiré, and then a fast inverse Fourier transform is performed, noise can be removed in an extremely short time. In addition to digital filtering performed by a computer, these noises can be removed using an analog filter from the analog signal.

ノイズ除去された輝度信号は、ピーク位置検出
され、2つのモアレパターンの同次数のモアレ縞
の輝度ピーク位置が比較される。それで、ピーク
位置の変化方向からそれぞれのピーク位置におけ
る傾きの方向(右上り/右下り/水平)が決定さ
れ記憶される。
The peak position of the brightness signal from which the noise has been removed is detected, and the brightness peak positions of moire fringes of the same order in the two moire patterns are compared. Therefore, the direction of inclination (upward right/downward right/horizontal) at each peak position is determined from the direction of change of the peak position and is stored.

また、2つのモアレパターンのうちの1つのパ
ターンの必要断面に沿つた輝度ピーク位置は、す
でに前述のピーク位置でわかつているので、傾き
の方向さえわかれば断面図はすぐプロツトできる
のである。尚、隣りの輝度ピークとの高さ方向の
距離は、モアレ縞の縞間隔ΔZNを前もつて計算
しておくことから容易に得られる。ΔZNは、近
似的に(3)式により計算される定数であるが、より
正確に計算したいのであれば、前もつて、測定対
象物表面に出来るモアレ縞の次数がリフトオフ
(グレーテイングと測定対象物との距離)で大体
定まるから、その次数近辺でのΔZNを計算して
おけばよい。
Furthermore, since the luminance peak position along the required cross section of one of the two moiré patterns is already known from the peak position described above, the cross-sectional view can be immediately plotted as long as the direction of inclination is known. Note that the distance in the height direction from the adjacent brightness peak can be easily obtained by calculating the stripe spacing ΔZ N of the moiré fringes in advance. ΔZ N is a constant calculated approximately using equation (3), but if you want to calculate it more accurately, you should first calculate the order of the moiré fringes formed on the surface of the measurement object by lift-off (grating and measurement). (distance to the object), so it is sufficient to calculate ΔZ N around that order.

前述第5図の、CCバルジング熱間オンライン
測定においては、CCのバルジングが熱間オンラ
インで連続的に観察できるようになり、しかも本
発明によりバルジング量がCC鋳片の巾方向及び
長手方向の断面形状として定量的にしかも瞬時に
得られるので、その結果、CCバルジング量を連
続的に計測し、その量をCC引き抜き速度及び冷
却水量の操業の設定にフイードパツクさせCCバ
ルジングを1(mm)以内に制御することが可能と
なり、従来に比べて内部ワレ発生率が10%以下と
なつた。
In the CC bulging hot online measurement shown in FIG. Since the shape can be obtained quantitatively and instantaneously, the amount of CC bulging can be continuously measured, and the amount can be fed-packed to the operation settings of CC withdrawal speed and cooling water amount to reduce CC bulging to within 1 (mm). This has made it possible to control the internal cracking rate, reducing the incidence of internal cracks to less than 10% compared to conventional methods.

以上説明したように本発明によればモアレ形状
測定において測定対象の凸凹判別をすることがで
き、測定対象の任意方向形状を自動的に求めるこ
とができる利点が得られる。
As explained above, according to the present invention, it is possible to determine the unevenness of a measurement object in moire shape measurement, and there is an advantage that the shape of the measurement object in any direction can be automatically determined.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図〜第4図は等高モアレの説明図、第5図
は本発明の実施例を示すブロツク図、第6図〜第
8図はその動作説明図、第9図は第5図の一部を
詳細に示すブロツク図、第10図は光源位置を動
かす他の例を示すブロツク図である。 1:測定対象物、2:格子、3:変形格子像、
S:点光源、T:撮像点、4a〜4d:モアレ縞
(暗相)、5:モアレ縞パターン、6:断面、7:
凝固シエル、8:未凝固部、9:ロール、10:
Arレーザー、11:レーザービーム、12:ビ
ームエクスパンダー、13a,13b:全反射ミ
ラー、14a,14b:凹レンズ、15:バンド
パスフイルター、16:テレビカメラ、17:テ
レビモニター、18:インターフエイス、19:
コンピユーター、S,S′:凹レンズの虚焦点(点
光源)、20:点光源SによるN次モアレ縞の出
来る位置(ZN)、20′:点光源SによるN次モ
アレ縞の出来る位置(ZN)、21:点光源Sによ
るN+1次モアレ縞の出来る位置(ZN+1)、2
1′:点光源S′によるN+1次モアレ縞の出来る
位置(ZN+1)、22:点光源SによるN次モアレ
縞、22′:点光源S′によるN次モアレ縞、2
3:点光源SによるN+1次モアレ縞、23′:
点光源S′によるN+1次モアレ縞、24:テレビ
アナログ生信号(光源位置S)、24′:テレビア
ナログ生信号(光源位置S′)、25:バンドパス
フイルター後の信号(光源位置S)、25′:バン
ドパスフイルター後の信号(光源位置S′)、2
6:断面形状。
1 to 4 are explanatory diagrams of contour moiré, FIG. 5 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, FIGS. 6 to 8 are explanatory diagrams of its operation, and FIG. 9 is an illustration of the same height moiré. FIG. 10 is a block diagram showing another example of moving the light source position. 1: Measurement object, 2: Grid, 3: Deformed grid image,
S: point light source, T: imaging point, 4a to 4d: moire fringe (dark phase), 5: moire fringe pattern, 6: cross section, 7:
Solidified shell, 8: Unsolidified part, 9: Roll, 10:
Ar laser, 11: Laser beam, 12: Beam expander, 13a, 13b: Total reflection mirror, 14a, 14b: Concave lens, 15: Band pass filter, 16: TV camera, 17: TV monitor, 18: Interface, 19 :
Computer, S, S': Imaginary focus of concave lens (point light source), 20: Position where N-th moire fringes are formed by point light source S (Z N ), 20': Position where N-th moire fringes are formed due to point light source S (Z N ), 21: Position where N+1-order moiré fringes are formed due to point light source S (Z N+1 ), 2
1': Position where N+1-order moire fringes are formed due to point light source S' (Z N+1 ), 22: N-order moire fringes due to point light source S, 22': N-order moire fringes due to point light source S', 2
3: N+1st-order moiré fringe due to point light source S, 23':
N+1st moiré fringe due to point light source S', 24: TV analog raw signal (light source position S), 24': TV analog raw signal (light source position S'), 25: signal after bandpass filter (light source position S), 25': Signal after bandpass filter (light source position S'), 2
6: Cross-sectional shape.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 測定対象の手前に格子を配設するとともに、
該格子の背後に、前記測定対象に指向する光源を
設け、光源から測定対象を照射し、該測定対象表
面に前記格子の影を生成せしめ、その影を撮像す
ることにより測定対象の立体形状を二次元的な等
高パターン縞として計測するよう構成したモアレ
による形状測定装置において、得られたモアレ等
高パターンから任意方向の測定対象の断面形状を
得るための、上記光源または撮像素子を、上記格
子からの同一距離平面内で、前記格子系と直角方
向或は直角成分を有する方向に変位せしめる手段
と、光源或は撮像素子の変位に伴なうモアレ等高
パターンの変化から測定対象の凹凸を判別する演
算処理装置とを設けたことを特徴とするモアレに
よる形状測定装置。
1 Place a grid in front of the measurement target and
A light source directed toward the measurement object is provided behind the grating, the light source illuminates the measurement object, a shadow of the grating is generated on the surface of the measurement object, and the three-dimensional shape of the measurement object is determined by imaging the shadow. In the moiré shape measuring device configured to measure as two-dimensional contour pattern stripes, the light source or image sensor is used to obtain the cross-sectional shape of the object to be measured in any direction from the obtained moire contour pattern. means for displacing the grating in a direction perpendicular to the grating system or in a direction having a perpendicular component within a plane at the same distance from the grating; What is claimed is: 1. A shape measuring device using moiré, characterized in that it is provided with an arithmetic processing device for determining
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JPS52116263A (en) * 1976-03-25 1977-09-29 Rikagaku Kenkyusho Method of indicating and processing threeedimensional information on objects

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