JPS63108207A - 断面形状の測定方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、静止状態または移動状態の被測定物の断面形
状を非接触で測定する断面形状の測定方法および装置に
関する。

〔従来の技術〕

従来における非接触の形状測定方法および装置としては
、特開昭５７−１１０９０７Ｊ！公報に示されるように
、レーザ発振器とレーザ光線のスポット照射位置を撮影
するセンサから−なる測定ヘッドを、被測定物の幅方向
に沿って周期的に往復移動（走査）させつつ、上記セン
サの出力信号を演算処理することによって被測定物の形
状を測定する、いわゆるレーザ光線式変位計で形状測定
を行なうものが知られている。

この他に、従来では光束の両側面が互いに平行でかつ平
らに形成されたスリット照明光を被測定物に照射し、こ
の照射箇所を少なくとも一個のカメラが有する二次元セ
ンサで撮影して、この二次元センサからの出力信号を演
算処理することによって被測定物の形状を算出する、い
わゆる光切断法によって形状測定を行なうものが知られ
ている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、前者のレーザ光線をスポット照射して使用する
ものにあっては、レーザ光線の指向性が強力であるため
、被測定物に小さな突起がある場合や、測定ヘッドの走
査角度によっては、センサにレーザ光線が入射すること
が困難になって、正確な断面形状を測定できないことが
あるという問題がある。しかも、レーザ光線が被測定物
の１点のみをスポット照射することに起因して測定ヘッ
ドを操作させる必要があるから、移動している被測定物
の形状測定に実施した場合には、被測定物をその軸方向
に対し斜めに横断した面の形状が測定されるものであっ
て、被測定物が幅方向に変動しつつ移動した場合、被測
定物をその軸方向に対し直角に横断した面の形状を正確
に測定することができないという問題があった。

また、上記後者の光切断法によるものでは、原理的には
上記前者の問題点を解決できるにも拘らず、実際上の測
定精度が悪いという問題がある。

そこで、本発明者は鋭意研究を重ねて測定精度がでない
原因を追及した結果、その原因がセンサを有するカメラ
側にあることが判明した。

つまり、カメラは１台または数台をまとめて使用され、
そして、カメラは所定のｆ値をもったレンズを備えて形
成されているが、同じメーカーにより同じように製造さ
れたカメラであっても、そのレンズのｆｌｉｉは沙しず
つばらついているとともに、カメラの性能も夫々ばらつ
いており、しかも、測定箇所からカメラのレンズまでの
距離が、カメラの取付けの向きおよび取付は加減でばら
つくことが分った。

そして、これらのばらつきによりカメラの視野が異なり
、それに伴ってセンサの分解能も異なるという問題があ
り、これがために正確な断面形状の測定が困難になると
いう問題があった。特に、測定精度を向上しようとして
カメラを複数台使用して被測定物の各部分ごとを１台の
カメラのセンサで分割撮影する場合においては、既述の
各ばらつきが原因して、各センサの視野の大小および各
カメラの視野の向きによるＹ方向の基準位置等にばらつ
きが発生し、また隣接するカメラの視野の重なり等も発
生するから、これらの条件によって正確な測定ができな
いという問題があった。また、各カメラの取付は位置の
ばらつきの修正作業が容易でなく、計測作業の能率が悪
いという問題があった。

〔問題点を解決するための手段〕

本出願に係る第１の発明は、測定基準面に設置されると
ともにＸ方向およびＹ方向の寸法が決定されている基準
ゲージに、平らな面を有した光束をその平らな面が上記
基準ゲージを横切るようにして照射し、その被照射箇所
をカメラが有する二次元センサに投影して、このセンサ
からのアナログ信号を任意なスレッショルド電圧でスラ
イスして白黒ビットに振分けて２値化した後、２値化さ
れた白黒ビットの境界を演算により抽出して、この抽出
データと上記基準ゲージに決定された寸法との関係をも
とに演算により上記二次元センサの視野補正データを算
出して補正データ用メモリに格納してから、平らな面を
有した光束をその平らな面が上記測定基準面上に位置さ
れた被測定物を横切るようにして照射し、その被照射箇
所を上記二次元センサに投影して、このセンサからのア
ナログ信号を任意なスレッショルド電圧でスライスして
白黒ビットに擾分けて２値化した後、２値化された白黒
ビットの境界を演算により上記被測定物における被照射
箇所の輪郭形状を示す二次元データとして抽出し、この
二次元データと上記メモリに格納された上記二次元セン
サの視野補正データとをもとにして被測定物の断面形状
を演算により算出して出力することを特徴とする。

そして、本出願に係る第２の発明は、測定基準面に平ら
な面を有した光束をその平らな面が上記測定基準面を横
切るようにして照射し、その被照射箇所を複数台のカメ
ラが夫々有した二次元センサに投影して、これらセンサ
からのアナログ信号を任意なスレッショルド電圧でスラ
イスして白黒ビットに振分けて２値化した後、２値化さ
れた白黒ビットの境界を演算により抽出して、この抽出
データと各センサのＹ方向の基準との関係をもとに演募
により上記各二次元センサのＹ方向の補正データを求め
てバッファメモリに格納し、かつ、Ｙ方向の寸法が決定
されているとともにＸ方向に沿って２種類の寸法が決定
されていて上記測定基準面に設置された基準ゲージに、
平らな面を有した光束をその平らな面が上記基準ゲージ
を横切るようにして照射し、その被照射箇所を上記複数
台のカメラが夫々有した二次元センサに投影して、これ
らセンサからのアナログ信号を任意なスレッショルド電
圧でスライスして白黒ビットに振分けて２値化した後、
２値化された白黒ビットの境界を演算により抽出して、
この抽出データと上記基準データに決定された寸法との
関係をもとに演算により上記各二次元センサの視野補正
データを算出するとともに、上記基準ゲージに決定され
た寸法との関係をもとに演算により上記隣接する二次元
センサのＸ方向の視野オーバーラツプの補正データを求
めて、これらの補正データを夫々補正データ用メモリに
格納して、次ぎに、平らな面を有した光束をその平らな
面が上記測定基準面上に位置された被測定物を横切るよ
うにして照射し、その照射箇所を分割して上記各二次元
センサに夫々投影して、これらのセンサからのアナログ
信号を任意なスレッショルド電圧でスライスして白黒ビ
ットに振分けて２値化した後、２値化された白黒ビット
の境界を演算により上記被測定物における被照射箇所の
輪郭形状を示す二次元データとして抽出し、この二次元
データと上記メモリに格納された各補正データとをもと
にして被測定物の断面形状を演算により算出して出力す
ることを特徴とする。

また、本出願に係る第３の発明は、測定基準面に設置さ
れるとともにＸ方向およびＹ方向の寸法が決定されてい
る基準ゲージと、平らな面を有した光束をその平らな面
が上記測定基準面に位置された被測定物を横切るように
して被測定物に向けて照射する光源と、被照射箇所が投
影されるカメラの二次元センサと、この二次元センサか
らのアナログ信号について、一〜十数本以内のラスタ毎
における最大電圧値と最低電圧値とを求め、これらの値
の略１／２の電圧値をスレッショルド電圧として、この
電圧で二次元センサからのアナログ信号をスライスして
白黒ビットに振分けて２値化する２１１ｉ化手段と、２
値化された白黒ビットの境界を演算して抽出する境界抽
出手段と、この境界抽出手段で抽出された上記基準ゲー
ジの寸法測定データと上記基準ゲージに決定された寸法
との関係をもとに演算して求められた上記二次元センサ
の視野補正データを格納する補正データ用メモリと、こ
の補正データ用メモリに格納された上記補正データと、
上記境界抽出手段で抽出された上記被測定物における被
照射箇所の輪郭形状を示す上記二次元データとをもとに
して上記被測定物の断面形状を演算により求めて出力す
る断面形状算出手段とを具備することを特徴とする。

また、本出願に係る第４の発明は、Ｙ方向の寸法が決定
されているとともに、Ｘ方向に沿って２種類の寸法が決
定されていて測定基準面に設置された基準ゲージと、平
らな面を有した光束をその平らな面が上記測定基準面に
位置される被測定物を横切るようにして被測定物に向け
て照射する光源と、被照射箇所が投影されるカメラの二
次元センサと、この二次元センサからのアナログ信号に
ついて、一〜十数本以内のラスタ毎における最大電圧値
と最低電圧値とを求め、これらの値の略１／２の電圧値
をスレッショルド電圧として゛、この電圧で二次元セン
サからのアナログ信号をスライスして白黒ビットに振分
けて２値化する２値化手段と、２値化された白黒ビット
の境界を演算により求める境界抽出手段と、この境界抽
出手段で抽出された上記基準ゲージの寸法測定データと
上記基準ゲージに決定された寸法との関係をもとに演算
して求められた上記二次元センサの視野補正データ、お
よび隣接する二次元センサのＸ方向の視野オーバーラツ
プの補正データを格納する補正データ用メモリと、この
補正データ用メモリに格納された各補正データと上記境
界抽出手段で抽出された上記被測定物における被照射箇
所の輪郭形状を示す二次元データとをもとにして上記被
測定物の断面形状を演算により求める断面形状算出手段
とを具備することを特徴とする。

〔作用〕

上記解決手段を備えた測定方法および装置は、測定を始
めるに当たって、あるいは測定を一時中断して基準ゲー
ジを測定基準面に設置して、この基準面を光源からの光
で照射して、被照射箇所をカメラの二次元センサに投影
する。そうすると、二次元センサからのアナログ信号が
２値化手段で処理されて、基準ゲージに対して光が当た
っている箇所が白ビットとして擾分けられるとともに、
基準ゲージに対して光が当たっていない箇所が黒ビット
として振分けられる。このようにして２値化された白黒
ビットはバッファメモリ上においてマトリックス的に配
置されていると見なされるから、次ぎに、白黒ビットの
境界を示すデータ、つまりは基準ゲージにおける被照射
箇所のＸ方向、Ｙ方向に沿う輪郭形状（この場合寸法）
が、境界抽出手段での演算によって抽出される。このよ
うにして得られた基準ゲージの実際の測定データと基準
ゲージに定められている寸法をもとに、二次元センサの
Ｘ方向およびＹ方向の視野内の１ビツトが実際の何層に
対応するかを換算する視野補正データを上記境界抽出手
段で演算して、この値を補正データ用メモリに取込む。

このメモリに取込まれた視野補正データは、以後新たに
視野補正データが取込まれるまで保存される。この後、
測定基準面に被測定物をそれ自体の移動によりあるいは
適当な搬入手段または手作業で配設して、この被測定物
に対して光切断法を実施する。そうすると、二次元セン
サからのアナログ信号が２値化手段で処理されて、被測
定物に対して光が当たっている箇所が白ビットとして振
分けられるとともに、被測定物に対して光が当たってい
ない箇所が黒ビットとして振分けられる。このようにし
て２値化された白黒ビットはバッファメモリ上において
マトリックス的に配置されていると見なされるから、次
ぎに、白黒ビットの境界を示す二次元データ、つまりは
被測定物における被照射箇所の輪郭形状を、境界抽出手
段での演算によって抽出する。この二次元データは断面
形状算出手段に入力される。

そして、この算出手段では上記補正データ用メモリに格
納されている視野補正データと二次元データとをもとに
して被測定物の断面形状を算出する。

以上のように上記基準ゲージを使用して二次元センサの
視野補正データを取込んで、このデータで実際の測定寸
法を校正するから、１台のみのカメラで被測定物全体を
ｆｉ彰する場合にあっては、購入したカメラの仕Ｉｌｌ
に記載されたカメラのｆ値等の性能と実際の視野のずれ
をなくすことができる。また、複数台のカメラで被測定
物を部分ごとに分割して撮影する場合には、各カメラ相
互の視野の大きざにずれがあっても、またカメラの取付
は位置や向きにずれがあっても、その影響を排除して正
確に断面形状を測定できるとともに、各カメラの取付け
の精度を厳密にしなくてもよくなるから、装置の取付け
を容易化できる。しかも、上記視野の校正に加えて隣接
カメラの視野Ｘ方向オーバーラツプおよび各カメラのＹ
方向の補正データを取込んで、これらのデータで実際の
測定寸法を校正する方法および装置にあっては、複数台
のカメラを使用して全体の分解能をより向上して正確な
測定を行なわせることができる。また、上記２１１Ｉ化
を、二次元センサからのアナログ信号について、一〜十
数本以内のラスタ毎における最大電圧値と最低電圧とを
求めて、これらの値の略１／２の電圧値をスレッショル
ド電圧として実施する装置にあっては、被測定物に照射
される光源の光量むら及び又はＦｕｌｌ）される像の光
量むらがある場合にあっても二次元データの抽出が容易
化するので、測定の正確性をより高めることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図から第１２図を参照し
て説明する。

第１図、第４図〜第８図中１は測定基準面であり、測定
箇所に固定的または着脱可能に設置された例えば測定台
２の平らな上面により形成されている。この基準面１に
は基準ゲージ３が着脱自在に設置されるとともに、被測
定物４（第８図参照）が着脱自在に設置されるようにな
っている。なお、被測定物４が移動物体である場合には
、その移動を案内するローラなどの頂部を測定基準面１
としてもよい。

基準ゲージ３はＸ方向（横方向）に沿って２種類の寸法
Ａ、Ｂが決定されているとともに、Ｙ方向（１１方向）
に沿う寸法Ｃも決定されているものであって、第２図に
例示されるように凹凸状をなしている。

被測定物４には、連続して移動される帯状物体、例えば
、タイヤ押出しトレッド、車輌等の窓用ウェザ−ストリ
ップ、アルミニューム合金等の押出し型材、金属の引き
抜き材、金属または樹脂製の中実材、型ｍ、ｔＡ板をプ
レス加工したもの、鋼板を曲げ加工したもの、または非
連続な合成樹脂成形品および木製物体等、種々の被測定
物があげられる。また、被測定物４は測定基準面１上を
移動されるものでなくてもよい。

測定基準面１の上方には投光器５が配設されている。投
光器５はハロゲンランプなどの光［６を少なくとも１台
例えば５台有して形成されていて、これら複数台の光源
６からの光束りは、投光器５が備えるスリットおよびレ
ンズなどを介して平らな面を有するように制御されて、
その平らな面が測定基準面１を横切るようにして上記測
定基準面１の各部を幅方向に分担して照明するようにな
っている。

各部！ｌ！６は、調光手段７に夫々接続されており、こ
の手段７を通して印加される電圧の変化で、被測定物４
により異なる撮影レベルに応じて、明るさを自動的に制
御されるようになっているとともに、この制御により後
述する全カメラ９が適正な撮影レベルとなったことを図
示しないＡＮＤ回路により判定して、そのＡＮＤの成立
により各カメラ９が有する二次元センサ１１から出力す
るように構成されている。

さらに、測定基準面１の上方には受光器８が配設されて
いる。受光器８は１台または複数台のカメラからなり、
本実施例の場合には７台のカメラ９と、これらに同期信
号を供給する同期信号発生回路１０とで形成されている
。カメラ９にはＩＴＶカメラまたはＭＯＳエリアアレー
センサ等の二次元センサ１１を内蔵するものが使用され
、本実施例の場合には２４４Ｘ３２０ピツトのＭＯＳエ
リアアレーセンサを二次元センサ１１として内蔵したカ
メラ９が使用されている。

これらのカメラ９は上記測定基準面１上の被測定物４を
各部分ごとに分割して撮影するものであり、このような
分割撮影によって一台のカメラ９のみで被測定物４全体
を撮影する場合に比較して分解能を向上するようになっ
ている。また、各カメラ９の撮影レベルは上記調光゛手
段７を介して光［６にフィードバックされるようになっ
ている。

第１因に示されるように上記投光器５およびカメラ９は
、光源６からの光束りの光軸およびカメラ９の光軸Ｅの
被測定物４上での交点において立てた垂線Ｆに対して、
上記光束りの光軸をα０傾けるとともに、カメラ９の光
軸Ｅをβ０傾けて配設され、これらの角度を夫々（４５
±２０）０としである。なお、α＋βは９０°である方
がより望ましい。また、上記調光手段７に代えて各カメ
ラ９に自動絞り機構を備えたものを使用して、この機構
によって被測定物４により異なる撮影レベルに応じて絞
りが適正な値に自動制御されるようにするとともに、こ
の制御により全カメラ９が適正な穎影レベルとなったこ
とを図示しないＡＮＤ回路により判定して、そのＡＮＤ
の成立により各カメラ９が有する二次元センサ１１から
出力するように構成してもよい。

上記各カメラ９の二次元センサ１１を夫々ラスタスキャ
ンする図示しない各駆動機構の出力端は、センサセレク
タ１２を介して処理装置１３に内蔵の２値化手段１４に
接続されている。処理装置１３には、上記２値化手段１
４、バッファメモリ１５、エラー消去手段１６、境界抽
出手段１７、補正データ用メモリ１８、断面形状算出手
段１９が設けられており、これらの手段等はＣＰｔＪ２
０によって実現されている。

２値化手段１４は、上記二次元センサ１１からのアナロ
グ信号を、任意なスレッショルド電圧でスライスして白
黒ビットに振分けるように構成されている。そして、実
施例の２値化手段１４は、例えば第９図中上側の波形で
例示されるような二次元センサ１１からのアナログ出力
信号Ｇについて、一〜十数本以内のラスタ毎における最
大電圧値ＶＨと最低電圧値ＶＬとを求めてから、これら
の値ＶＨ，ＶＬの略１／２つまり１／２±１５％の電圧
値をスレッショルド電圧Ｓ■（しきい値）として、この
電圧で、同電圧を求めたラスタあるいは次ぎのラスタに
係る二次元センサ１１からのアナログ信号をスライスし
て、第９図中下側の波形で例示したように白黒ビットに
振分けて２値化するようになっている。このようなラス
ター毎の２値化手段１４は、光むらに拘らずより確実に
２値化をするための配慮であり、一〜十数本以内のラス
タ毎とした理由は経験的な確認によるものであって、か
つ、それを越えるラスタ数を使用する場合には２値化の
信頼性が実用上において問題を生じる程度に低下したこ
とによる。なお、この２値化手段１４はアナログ処理回
路からなる論理回路に代えてもよく、その場合には処理
速度をより高めることができる。なお、センサー毎又は
センサー全体のスレッショルド電圧Ｓｖを決定し、この
元圧を用いて２値化してもよい。

バッファメモリ１５は以上のようにして得た２値化デー
タを格納するものであって、格納された２１！化データ
のエラーは上記エラー消去手段１６で消去される。この
手段１６は、第１０図中上側に例示した白黒ビット格納
状態において白ビットの複数（例えば１０ビット以内）
データに両側が隣接している黒データｂ１、および黒ビ
ットの複数（例えば１０ビット以内）データに両側が隣
接している白データｂ２がある場合に、これらのデータ
ｂ１．　ｂ２を、エラーデータと判定して第１０図中下
側に例示した白黒ビット格納状態に示すように両側に隣
接しているデータに同化させるという、差異データの平
滑化処理を行なう構成である。このエラー消去によって
２値化データの誤りがなくなって、後述のようにして得
られる被測定物４の輪郭をより明確化できるものである
。なお、この手段１６は必要により省略してもよい。

境界抽出手段１７は、２値化データが上記バッファメモ
リ１５においてマトリックス的に配置されていると見な
し得ることから、このマトリックスにおける白黒ビット
の境界、つまりは基準ゲージ３および被測定物４に対し
て直角に交差する被照射箇所における光切断面の輪郭形
状を演算によって抽出するように構成された手段である
。また、この抽出手段１７は、外部キーボード２１によ
り補正データ用メモリ１８に予め入力されている上記基
準ゲージ３に決定されている基準寸法（寸法Ａ、Ｂ、Ｃ
）と、上記演算により抽出した基準ゲージ３の輪郭を示
す寸法測定データとの関係をもとにして、演算により上
記二次元センサ１１の視野補正データを算出するように
構成されている。

さらに上記抽出手段１７は上記演算により抽出した基準
ゲージ３の輪郭を示す寸法測定データと、外部キーボー
ド２１から予め入力されている上記基準ゲージ３に決定
されている基準寸法（寸法Ａ。

Ｂ、Ｃ）との関係をもとにして、演算により隣接する二
次元センサ１１の視野Ｘ方向オーバーラツプの補正デー
タを算出するように構成されている。

しかも、上記抽出手段１７はその演算により抽出した抽
出データと各センサ１１のＹ方向の基準との関係をもと
に演算により各二次元センサ１１のＹ方向の補正データ
を算出するようにも構成されている。なお、Ｙ方向の補
正データを算出する手段は論理回路に代えてもよく、そ
の場合には処理速度をより高めることができる。

そして、上記各補正データは、補正データ用メモリ１８
に格納されるようになっており、これらの各補正データ
は新たな補正データが格納されるまで保存される。

また、上記境界抽出手段１７によって抽出された被測定
物４の被照射箇所の輪郭形状を示す二次元データは断面
形状算出手段１９に取込まれるようになっている。この
算出手段１９は、取込んだ上記二次元データと上記補正
データ用メモリ１８に格納されている補正データとをも
とにして、被測定物４の断面形状を演算により算出して
外部に出力するように構成されている。そして、この算
出手段１９の出力端には上記処理装置１３の外部に設け
られるプリンタ２２）モニタテレビ２３、および磁気デ
ィスク等の記録ディスク２４などの少なくとも一つが接
続されている。なお、モニタテレビ２３には受光器８の
各カメラ９が夫々有した二次元センサ１１からの信号、
２値化データ、および上記断面形状算出手段１９のデー
タ出力が、図示しない切換え手段により選択的に入力さ
れるようになっている。

そして、以上の構成の装置は第１１図および第１２図に
示す順序によって被測定物４の断面形状を測定する。

つまり、ステップ１では、投光器５の各光源６を点灯す
ることにより、第７図に示すように平らな面を有した光
束りを測定基準面１にこれを横切るようにして照射させ
る。

ステップ２では、受光器８の各カメラ９が夫々有した二
次元センサ１１のＹ方向に対する基準位置を決定する。

この決定は次ぎの■〜■の順序を経てなされる。■まず
、上記測定基準面１の被照射箇所が投影されている各二
次元センサ１１の駆動機構を動作させて、各センサ１１
をラスタスキャンしてアナログ信号を出力する。■この
アナログ信号はセンサセレクタ１２を通って、各センサ
１１毎に順に２値化手段１４に入力する。■２値化手段
１４は、入力したアナログ信号について一〜士数本以内
のラスタ毎における最大の電圧値ＶＨと最低電圧値ＶＬ
とを求めて、これらの値の略１／２の電圧をスレッショ
ルド電圧Ｓ■として設定し、この電圧Ｓ■で上記アナロ
グ信号をスライスして、測定基準面１に光が当たってい
る箇所を白ピットとするとともに測定基準面１に光が当
たっていない箇所を黒ビットとして振分けて２値化する
。■そして、この２値化データはバッファメモリ１５に
格納されてから、■そのエラーデータがエラー消去手段
１６により正された後、境界抽出手段１７に入力する。

■この手段１７は、白黒ビットの境界（つまり、この場
合は、第す図および第８図中に示す測定基準面１におけ
る光の境界線〉を抽出した後、■この境界線と二次元セ
ンサ１１が取込んだモニタテレビの一画面相当の任意画
素１ｍ（例えば最も下のラスタ）との間の高ざｙｌを算
出する。この演算により、各センサ１１のＹ方向の基準
位置、つまりはＹ方向の補正データｙ１が得られ、この
補正データｙ１は補正データ用メモリ１８に格納される
。したがって、第８図に示すように測定基準面１上の被
測定物４のＹ方向の寸法ｙ２は、二次元センサ１１が取
込んだ二次元画像中、上記基準位置と被測定物４との間
の寸法をＹと置くことにより、ｙ２−Ｙ−ｙｌの演算式
で算出できる。

ステップ３では、測定基準面１の上面に基準ゲージ３を
置く。それによりステップ４に移って基準ゲージ３を光
切断法によって計測する。この計測は第１２図に示すス
テップ１３〜１９を経て実施される。つまり、まず、ス
テップ１３では各二次元センサ１１で基準ゲージ３の被
照射箇所を受光する（換言すれば被照射箇所を成像する
。）。

そして、各二次元センサ１１の駆動機構を動作させて、
各センサ１１をラスタスキャンしてアナログ信号を出力
する。ステップ１４では、アナログ信号をセンサセレク
タ１２を通して、各センサ１１ごとに順に２値化手段１
４に入力させる。ステップ１５では、入力したアナログ
信号（つまり、二次元映像信号）を、２値化手段１４に
より、アナログ信号について一〜十数本以内のラスタ毎
における最大の電圧値ＶＨと最低電圧値ＶＬとを求めて
、これらの値の略１／２の電圧をスレッショルド電圧Ｓ
ｖとして設定し、この電圧Ｓ■で上記アナログ信号をス
ライスして、測定基準面１に光が当たっている箇所を白
ビットとするとともに測定基準面１に光が当たっていな
い箇所を黒ビットとして振分けて２値化する。ステップ
１６では２値化データをバッファメモリ１５に格納する
。そしてステップ１７では、センサセレクタ１２によっ
て入力される各二次元センサ１１のアナログ信号につい
て上記ステップ１５および１６を繰返す。

この後、ステップ１８でバッファメモリ１５に格納され
た２値化データについてのエラーデータを、エラー消去
手段１６により正す。最後にステップ１９で、バッファ
メモリ１５に格納されたモニタテレビの一画面相当の２
値化データについて境界抽出手段１７で、白黒ビット境
界（この場合は基準ゲージ３における凹部の底面および
凸部の上面ならびにこれら底面と上面とをつないだ垂直
な境界）を抽出する。

以上でステップ４が実行され、次ぎにステップ５に移っ
て各二次元センサ１１の視野補正データを求める。この
データは上記境界抽出手段１７での演算により算出され
る。すなわち、この場合、上記二次元センサ１１が取込
んだ基準ゲージ３の二次元的画像が第４図の斜線で示す
ようなもので、この画像中における凹部底面のＸ方向の
実測寸法がＨビットで、かつ上記垂直な境界のＹ方向の
実測寸法がＩビットであったとする。そして、第３図に
おいて左端のセンサ１１の視野工についての分解能がバ
ッファメモリでの二次元的画像上で、Ｘ方向がＪビット
、でＹ方向かにビットであれば、次ぎに演算式によって
上記左端のセンサ１１の視野補正データが算出される。

Ｘ方向の視野補正データ×１ −Ｂ／Ｈ（囚／ピット） Ｙ方向の視野補正データＹ１ ＝Ｃ／Ｉ（ａｍ／ビット） したがって、上記左端のセンサ１１のＸ方向、およびＹ
方向の視野は、次ぎの演算式によって算出される。

Ｘ方向の視野−ＪＸＢ／Ｈ（ａ） Ｙ方向の視野−ＫＸＣ／　Ｉ　（ａ） そして、上記の演算により求められた視野補正データＸ
１．Ｙｌは補正データ用メモリ１８に格納される。この
視野補正データは各二次元センサ１１の視野■、■につ
いて夫々求められて上記メモリ１８に格納される。

この後、ステップ６が実施されて、第３図におけるＬで
示される視野Ｘ方向のオーバーラツプの補正データを求
める。このデータは上記境界抽出手段１７での演算によ
り算出される。すなわち、′視野オーバーラツプは隣接
する二次元センサ１１同志の内一方が、上記ステップ４
で取込んだ二次元的画像が第５図に示され、かつ隣接す
る他方の二次元センサ１１が、上記ステップ４で取込ん
だ二次元的画像が第５図に示されるようなものであった
とした場合、これらの図において、（Ｍ１＋Ｎ２−Ｌ）
ビンｒは、基準ゲージのＸ方向の寸法（Ａ＋Ｂ）Ｍに等
しい。ここに、Ｍｌは隣接した視野うち左側に位置され
る視野内の上記基準ゲージ３の二次元的画像におけるＸ
方向の全長０１からオーバーラツプしない凸部の画像長
さＮ１を減算した長さ、Ｍ２は隣接した視野のうち右側
に位置される視野内の上記基準ゲージ３の二次元的画像
におけるＸ方向にオーバーラツプした凸部の画像長さ、
そしてＬは上記オーバーラツプ寸法である。

したがって、これら隣接した視野のＸ方向オーバーラツ
プ補正データＬは次ぎの演算式で算出される。

Ｌ（ビット） −（Ｍｌ　＋Ｎ２）−（Ａ＋８）／Ｘ１そして、上記の
演算により求められた視野Ｘ方向オーバラップ補正デー
タＬは補正データ用メモリ１８に格納される。この補正
データＬは隣接する二次元センサ１１について夫々求め
られて上記メモリ１８に格納される。

以上のステップ１〜６により、各カメラ９のＹ方向の寸
法、視野、視野オーバーラツプについての校正が完了さ
れ、その直後にステップ７に移って測定スタート持ちと
なる。そして、装置を校正モードから測定モードに切換
えて、ステップ８により被測定物４を測定基準面１上に
設置して測定をスタートする。測定のスタートにより、
投光器５の各光源６を点灯することにより、第７図に示
すように平らな面を有した光束りを被測定物４を載せた
測定基準面１にこれを横切るようにして照射させて、ス
テップ９を実施する。

次ぎのステップ１０では上記ステップ１３〜１９が繰返
される。このステップ１０で抽出された被測定物４の輪
郭を示す二次元デ〜　タは、上記補正データ用メモリ１
８に格納されることなく、次ぎのステップ１１を実施す
る断面形状算出手段１９に出力される。そしてステップ
１１では、断面形状算出手段１９がこれに入力された二
次元データと上記メモリ１８に格納された各種補正用デ
ータとをもとにして断面形状を演算する。この演算にお
ける被測定物４のＹ方向の実厚み寸法ｄ１は、次ぎの演
算式で行われる。

ｄ１＝　（Ｙ−Ｖｌ）　ＸＢ／　Ｉ　（ａｍ）なお、こ
の式におけるＹ、ｙｌ、およびｄｌは第８図において示
されている。

かくして算出された被測定物４のＹ方向寸法（厚みｄｌ
）のパターンを認識することにより得られる被測定物４
の断面形状は、ステップ１２の実行によりプリンタ２２
）モニタテレビ２３、記録ディスク２４などの外部機器
に出力される。

すなわち、以上のようにして被測定物の断面形状が測定
される。

そして、以上の測定においては、各二次元センサ１１の
視野補正データを取込んで、このデータで測定寸法を校
正することにより、購入したカメラ９の使用書に記載さ
れたカメラ９のｆ値等の性能と実際の視野のずれをなく
すことができる。さらに、カメラ９を複数台使用するか
ら、分解能を向上できるとともに、隣接カメラ９の視野
Ｘ方向オーバーラツプおよび各カメラ９のＹ方向の補正
データを取込んで、これらのデータで実際の測定寸法を
校正するから、各カメラ９の取付は位置や向きにずれが
あって各カメラ９の視野がオーバーラツプしても、各カ
メラ９のＹ方向の向きが異なっていても、これらの影響
を排除して断面形状を測定できる。これにより、高精度
の測定を実現できるとともに、カメラ９の取付は精度を
厳密にしなくてもよくなって、装置の取付けを容易に実
施できる。しかも、既述の２値化手段１４を実施するこ
とから、被測定物４の形状が複雑である場合にあっても
、二次元データの抽出が容易となり、測定の正確性をよ
り高めることができる。

なお、上記一実施例は以上のように構成したが、本発明
においてカメラの使用台数を一台のみにして実施する場
合には、上記センサセレクタ１２を省略するとともに、
上記ステップ５．１４．１７を削除して測定を実施すれ
ばよい。

また、本発明は、上記エラー消去手段１６およびその実
行をするステップ１８は省略して実施することもでき、
その場合にはステップ１９をステップ１５とステップ１
６との間で実施するようにしてもよい。

さらに、本発明において、各二次元センサ１１の取付は
位置および向き等を予め手作業で正確に調整してから測
定を実行する場合には、ステップ２およびステップ６を
省略して実施しても差支えない。

なお、本発明は第１３図に示すように二次元センサを有
するカメラ９および光源６を有した投光器５を二組備え
て、これら各組が被測定物４の軸方向の対称位置に配置
して実施してもよい。なお、同図中Ｓは仮想基準面を示
す。このようにして実施する場合には、上記軸方向に対
して直角に交差する方向に沿う測定基軸２の位置を、中
実な被測定物の太さ等の変化に拘らず安定化させて、測
定の信頼性を高めることができる。

その他、本発明の実施にあたっては、測定基準面、基準
ゲージおよびそれに決定された寸法、光源、カメラおよ
びその二次元センサ、２値化手段、境界抽出手段、補正
データ用メモリ、断面形状算出手段等の具体的な構造、
形状、位置等は、上記一実施例に制約されることなく、
発明の要旨に反しない限り種々の態様に構成して、実施
できることは勿論である。

〔発明の効果〕

上記特許請求の範囲に記載の構成を要旨とする第１〜第
４の発明においては、二次元センサの視野補正データを
予め取込んで、このデータで実際の測定寸法の校正を行
なうことにより、購入したカメラに仕様書に記載された
カメラのｆｌｉｌ等の性能と実際の視野のずれをなくす
ことができる。これとともに、カメラを複数台使用して
実施される発明においては、その使用台数の応じて分解
能を向上できる。そして、この場合に上記の視野の校正
とともに、予め視野オーバーラツプおよびＹ方向の補正
データを取込んで、これらのデータで実際の測定寸法を
校正する発明においては、各カメラの取付は位置や向き
にずれがあって各カメラの視野がオーバーラツプしても
、各カメラのＹ方向の向きが異なっていても、これらの
影響を排除して断面形状を高精度に測定できるとともに
、カメラの取付は精度を厳密にしなくてもよくなって、
装置の取付けを容易化できる。しかも、２値化を、二次
元センサからのアナログ信号について、一〜十数本以内
のラスタ毎における最大電圧値と最低電圧値とを求めて
、これらの値の略１／２の電圧値をスレッショルド電圧
として実施することを必須要件の一つとした発明におい
ては、二次元データの抽出を容易化できるので、測定の
正確性をより高め得る。

【図面の簡単な説明】

第１図から第１２図は本発明の一実施例を示し、第１図
は光切断部の構成とともに示すブロック図、第２図は基
準ゲージの斜視図、第３図は隣接した複数の二次元セン
サの視野の状態を示す図、第４図から第６図は二次元セ
ンサが取込／υだ夫々異なる基準ゲージの二次元像を示
す図、第７図は測定基準面に光束が照射された状態を示
す斜視図、第８図は二次元センサが取込んだ被測定物の
二次元像を示す図、第９図はアナログ信号と２値化デー
タとの関係を示す波形図、第１０図はエラービットの変
換状況を示す図、第１１図は測定ステップを示すフロー
チャート、第１２図は光学計測のステップを示すフロー
チャート、第１３図は本発明の他の実施例に係る投光器
とカメラの配置関係を示す図である。 １・・・測定基準面、３・・・測定ゲージ、Ａ、８．０
・・・測定ゲージに決定された寸法、Ｄ・・・光束、６
・・・光源、７・・・調光手段、１１・・・二次元セン
サ、１２・・・センサセレクタ、１４・・・２値化手段
、１５・・・バッファメモリ、１７・・・境界抽出手段
、１８・・・補正データ用メモリ、１つ・・・断面形状
算出手段。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第　１　図 第　２　図 第３図　　　　第４図 第、じ　　　　　　　第６図 ＝　　、、Ｘ、 第７図　　　　　第８０ 第１０図 ／４Ｓ　１３図

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. （１）測定基準面に設置されるとともにＸ方向およびＹ
   方向の寸法が決定されている基準ゲージに、平らな面を
   有した光束をその平らな面が上記基準ゲージを横切るよ
   うにして照射し、その被照射箇所をカメラが有する二次
   元センサに投影して、このセンサからのアナログ信号を
   任意なスレッショルド電圧でスライスして白黒ビットに
   振分けて２値化した後、２値化された白黒ビットの境界
   を演算により抽出して、この抽出データと上記基準ゲー
   ジに決定された寸法との関係をもとに演算により上記二
   次元センサの視野補正データを算出して補正データ用メ
   モリに格納してから、 平らな面を有した光束をその平らな面が上記測定基準面
   上に位置された被測定物を横切るようにして照射し、そ
   の被照射箇所を上記二次元センサに投影して、このセン
   サからのアナログ信号を任意なスレッショルド電圧でス
   ライスして白黒ビットに振分けて２値化した後、 ２値化された白黒ビットの境界を演算により上記被測定
   物における被照射箇所の輪郭形状を示す二次元データと
   して抽出し、 この二次元データと上記メモリに格納された上記二次元
   センサの視野補正データとをもとにして被測定物の断面
   形状を演算により算出して出力することを特徴とする断
   面形状の測定方法。
2. （２）特許請求の範囲第（１）項の記載において、被測
   定物の被照射箇所が投影された二次元センサからのアナ
   ログ信号について、一〜十数本以内のラスタ毎における
   最大電圧値と最低電圧値とを求め、これらの値の略１／
   ２の電圧値をスレッショルド電圧として二次元センサか
   らのアナログ信号を白黒ビットに振分けて２値化するこ
   とを特徴とする断面形状の測定方法。
3. （３）測定基準面に平らな面を有した光束をその平らな
   面が上記測定基準面を横切るようにして照射し、その被
   照射箇所を複数台のカメラが夫々有した二次元センサに
   投影して、これらセンサからのアナログ信号を任意なス
   レッショルド電圧でスライスして白黒ビットに振分けて
   ２値化した後、２値化された白黒ビットの境界を演算に
   より抽出して、この抽出データと各センサのＹ方向の基
   準との関係をもとに演算により上記各二次元センサのＹ
   方向の補正データを求めてバッファメモリに格納し、 かつ、Ｙ方向の寸法が決定されているとともにＸ方向に
   沿って２種類の寸法が決定されていて上記測定基準面に
   設置された基準ゲージに、平らな面を有した光束をその
   平らな面が上記基準ゲージを横切るようにして照射し、
   その被照射箇所を上記複数台のカメラが夫々有する二次
   元センサに投影して、これらセンサからのアナログ信号
   を任意なスレッショルド電圧でスライスして白黒ビット
   に振分けて２値化した後、２値化された白黒ビットの境
   界を演算により抽出して、この抽出データと、上記基準
   データに決定された寸法との関係をもとに演算により上
   記各二次元センサの視野補正データを算出するとともに
   、上記基準ゲージに決定された寸法との関係をもとに演
   算により上記隣接する二次元センサのＸ方向の視野オー
   バーラップ及びＹ方向の補正データを求めて、これらの
   補正データを夫々メモリに格納して、 次ぎに、平らな面を有した光束をその平らな面が上記測
   定基準面上に位置された被測定物を横切るようにして照
   射し、その被照射箇所を分割して上記各二次元センサに
   夫々投影して、これらのセンサからのアナログ信号を任
   意なスレッショルド電圧でスライスして白黒ビットに振
   分けて２値化した後、 ２値化された白黒ビットの境界を演算により上記被測定
   物における被照射箇所の輪郭形状を示す二次元データと
   して抽出し、 この二次元データと上記メモリに格納された各補正デー
   タとをもとにして被測定物の断面形状を演算により算出
   して出力することを特徴とする断面形状の測定方法。
4. （４）特許請求の範囲第（３）項の記載において、被測
   定物の被照射箇所が投影された二次元センサからのアナ
   ログ信号について、一〜十数本以内のラスタ毎における
   最大電圧値と最低電圧値とを求め、これらの値の略１／
   ２の電圧値をスレッショルド電圧として二次元センサか
   らのアナログ出力信号を白黒ビットに振分けて２値化す
   ることを特徴とする断面形状の測定方法。
5. （５）測定基準面に設置されるとともにＸ方向およびＹ
   方向の寸法が決定されている基準ゲージと、平らな面を
   有した光束をその平らな面が上記測定基準面に位置され
   た被測定物を横切るようにして被測定物に向けて照射す
   る光源と、 被照射箇所が投影されるカメラの二次元センサと、 上記二次元センサからのアナログ信号について、一〜十
   数本以内のラスタ毎における最大電圧値と最低電圧値と
   を求め、これらの値の略１／２の電圧値をスレッショル
   ド電圧として、この電圧で二次元センサからのアナログ
   信号をスライスして白黒ビットに振分けて２値化する２
   値化手段と、２値化された白黒ビットの境界を演算して
   抽出する境界抽出手段と、 上記境界抽出手段で抽出された上記基準ゲージの寸法測
   定データと上記基準ゲージに決定された寸法との関係を
   もとに演算して求められた上記二次元センサの視野補正
   データを格納する補正データ用メモリと、 上記補正データ用メモリに格納された上記視野補正デー
   タと、上記境界抽出手段で抽出された上記被測定物にお
   ける被照射箇所の輪郭形状を示す上記二次元データとを
   もとにして上記被測定物の断面形状を演算により求めて
   出力する断面形状算出手段と を具備することを特徴とする断面形状の測定装置。
6. （６）特許請求の範囲第（５）項の記載において、二次
   元センサを有するカメラおよび光源が二組備えられてい
   るとともに、これら各組が被測定物の軸方向の対称位置
   に配置されていることを特徴とする断面形状の測定装置
   。
7. （７）特許請求の範囲第（５）項または第（６）項の記
   載において、二次元センサを有するカメラが複数台並設
   して使用されているとともに、これら各カメラの二次元
   センサからのアナログ信号をセンサセレクタを通して２
   値化手段に入力させることを特徴とする断面形状の測定
   装置。
8. （８）特許請求の範囲第（５）項〜第（７）項のうちい
   ずれか１項の記載において、光源が二次元センサの撮影
   レベルに応じて調光されるものであることを特徴とする
   断面形状の測定装置。
9. （９）特許請求の範囲第（５）項〜第（８）項のうちい
   ずれか１項の記載において、二次元センサを有するカメ
   ラが自動絞り機構を有したものであることを特徴とする
   断面形状の測定装置。
10. （１０）Ｙ方向の寸法が決定されているとともに、Ｘ方
    向に沿って２種類の寸法が決定されていて測定基準面に
    設置される基準ゲージと、 平らな面を有した光束をその平らな面が上記測定基準面
    に位置される被測定物を横切るようにして被測定物に向
    けて照射する光源と、 被照射箇所が投影されるカメラの二次元センサと、 上記二次元センサからのアナログ信号について、一〜十
    数本以内のラスタ毎における最大電圧値と最低電圧値と
    を求め、これらの値の略１／２の電圧値をスレッショル
    ド電圧として、この電圧で二次元センサからのアナログ
    信号をスライスして白黒ビットに振分けて２値化する２
    値化手段と、２値化された白黒ビットの境界を演算によ
    り求める境界抽出手段と、 上記境界抽出手段で抽出された上記基準ゲージの寸法測
    定データと上記基準ゲージに決定された寸法との関係を
    もとに演算して求められた上記二次元センサの視野補正
    データ、および隣接する二次元センサのＸ方向の視野オ
    ーバーラップ及びＹ方向の補正データを格納する補正デ
    ータ用メモリと、 上記補正データ用メモリに格納された上記視野補正デー
    タと、上記境界抽出手段で抽出された上記被測定物にお
    ける被照射箇所の輪郭形状を示す上記二次元データとを
    もとにして上記被測定物の断面形状を演算により求める
    断面形状算出手段とを具備することを特徴とする断面形
    状の測定装置。
11. （１１）特許請求の範囲第（１０）項の記載において、
    二次元センサを有するカメラおよび光源が二組備えられ
    ているとともに、これら各組が被測定物の軸方向の対称
    位置に配置されていることを特徴とする断面形状の測定
    装置。
12. （１２）特許請求の範囲第（１０）項または第（１１）
    項の記載において、二次元センサを有するカメラが複数
    台並設して使用されているとともに、これら各カメラの
    二次元センサからのアナログ信号をセンサセレクタを通
    して２値化手段に入力させることを特徴とする断面形状
    の測定装置。
13. （１３）特許請求の範囲第（１０）項〜第（１２）項の
    うちいずれか１項の記載において、光源が二次元センサ
    の撮影レベルに応じて調光されるものであることを特徴
    とする断面形状の測定装置。
14. （１４）特許請求の範囲第（１０）項〜第（１３）項の
    うちいずれか１項の記載において、二次元センサを有す
    るカメラが自動絞り機構を有したものであることを特徴
    とする断面形状の測定装置。