JPS63128203A - 物体の光学式位置測定方法 - Google Patents

物体の光学式位置測定方法

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JPS63128203A
JPS63128203A JP27498386A JP27498386A JPS63128203A JP S63128203 A JPS63128203 A JP S63128203A JP 27498386 A JP27498386 A JP 27498386A JP 27498386 A JP27498386 A JP 27498386A JP S63128203 A JPS63128203 A JP S63128203A
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JP
Japan
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measured
photoelectric detector
bright
measurement
detection output
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JP27498386A
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Shoji Watanabe
渡辺 祥二
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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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〕 本発明は光学式手段を用い、被測定物体と非接触で物体
の位置を測定する方法に関する。
〔従来の技術〕
従来、被測定物体の被測定部位を望む位置に光学レンズ
と光電検出器で構成される撮像手段を配して物体の位置
や幅を測定する方法は各種提案されている。
第5図は周知の撮像手段を示す図であるが、被測定物体
1を上方から望む位置にカメラ2を配し、該カメラ2は
レンズ3と映像を電気信号に変える光電検出器4からな
っている。5は電気信号の信号処理装置である。今、被
測定物体1の幅Wを測定する場合下記(11式が成り立
つ。
ここでLはレンズ3から被測定物体1までの距離、lは
レンズ3から光電検出器4までの距離、Eは光電検出器
4で撮像された被測定物体1の映像の幅である。この映
像幅Eを被測定物体1とその背景との明暗を分離して求
める手段として、照明をカメラ2側から被測定物体に照
射するか又はカメラ2と反対側から照射して被測定物体
の影と分離する方式がある。いずれの方式にしても光電
検出器4には第6図に示すように検出器の出力として明
レベルと暗レベルが現れ、予め設定した一定の検出器出
力(以下2値化レベルと言う)に対し、この検出レベル
が大きいか小さいかで映像のエツジla、lbを検出し
、この結果から物体1の幅Wを求める。しかしながら上
記従来の手段では、被測定物体1の厚み、カメラ2と被
測定物体1との距離あるいはカメラ2の傾き(光軸角度
のずれ)等が変化した場合、正確な測定値が得られない
基本的な問題があった。
このような問題点を解決する手段として、例えば特開昭
59−605号公報は板の基準通板レベルに対する通板
レベルの変位を検出する高さ検出器をカメラと別に設け
る技術を示し、特開昭54−161963号公報はカメ
ラを被測定物体の幅方向に2台設ける手段あるいは特開
昭51127755号公報は予め標準距離にある標準物
体と光学測長器の光軸の交点に対象的に細光軸を投射し
てその変位量から距離を補正する手段等が周知である。
一方、最近の当該分野では測定精度の向上、装置コスト
の低減および測定の完全自動化が要求されるようになり
高水準な測定技術の開発が望まれるに至っている。とこ
ろが上記の従来技術をもってしても、これらの要求を充
分に満足できていない。即ち、実際の使用場所では前記
の被測定物体の厚み変化、カメラと被測定物体との距離
、2台のカメラで一つの端部を撮像するよう構成された
装置例では2台のカメラ間距離、あるいはカメラの傾き
等の条件の他に、照明装置の輝度の変化による明レベル
の変動、背景からの反射光による暗レベルの変化、レン
ズの中心と周辺との光量差、さらには焦点ボケ等も測定
精度への影響が大きいことが分かった。また、検出器出
力から寸法を演算するために必要な各パラメータ(カメ
ラ間距離、カメラの傾き等)は通常、設計値または実際
に測定した値を使用するが厳密には真値とは異なるため
に演算した結果には誤差を含むことになる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明は2値化レベルの設定に伴う各種の外乱要因を最
小にするべく、従来の2値化レベルを予め固定するとい
う考えを変え、オンラインで2値化レベルを逐次変更す
ることと、撮像系の配置関係で定まる各種のパラメータ
を最適な値とすることとで測定精度を格段に向上させる
ことを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は+11被測定物体の被測定部位を望む位置に光
学レンズと光電検出器とでなる撮像手段を配して前記光
電検出器からの明暗レベル電気信号から物体の端部位置
を測定する方法において、前記明暗レベル電気信号から
検出位置に対応する検出出力の光量分布を求め、該分布
の明暗中間区域の最明部と最暗部との平均検出出力とな
る検出位置を被測定物体の端部と決定する物体の光学式
位置測定方法および(2)前記撮像手段の視野内で端部
位置が既知の基準板の端部位置を移動させて前記撮像手
段で複数回撮像して該基準板の各端部位置を前記撮像手
段の撮像系のパラメータをもとに演算し、該各演算結果
と基準板の各端部位置とから測定誤差を求めた後、該測
定誤差のうち最も誤差が小さくなる時のパラメータを該
撮像系のパラメータと定めて端部位置を測定する物体の
光学式位置測定方法である。
〔作用・実施例〕
第1図は検出位置に対する検出器出力の理論的な光量分
布を示し、a線は予め2値化レベルpを設定した時の明
レベルa1と暗レベルa2を示し、該明レベルa1と暗
レベルa2との間a3を本発明では明暗中間区域と言う
。この2値化レベルpに対して、何らかの測定条件の変
化例えば照明が明るい方へ変化した場合、実際の検出出
力はb線になる。その結果、条件変化後の検出位置は2
値化レベルpが一定なので検出位置にqだけの誤差を生
むことになる。すなわち、当初設定した2値化レベルp
を基準とする限り、測定上の条件変化があれば真の位置
を大小いずれか誤って認識することになる。以上のこと
から本発明の原理は測定時の条件の変化があっても変化
後のb線の2値化レベルをp′に変更すれば検出位置の
誤差は生じないことに着目してなされたものである。第
2図は実際の装置における光量分布を示し、前記第1図
と違う点はレンズの中心部と周辺部位における明るさの
差のため、a線の両端の検出出力が中央部より低い状態
を示しており、通常の光学レンズと光電検出器からなる
撮像装置ではこのようなパターンになることが多い。
本発明の位置測定の手順はまず、第2図の光量分布を検
出器の出力信号から読み取り、明暗中間区域a3を検出
したあと、この明暗中間区$a3の最明部all と最
暗部a22の検出出力値をそれぞれ求め、続いてこの2
つの検出出力値の平均値を算出し、その結果を2値化レ
ベルpとする。
式で表せば下記(2)式となる。
・・・・・・(2) なお、本発明における最明部all と最暗部a22は
必ずしも明暗中間区域a3の最端部でなくても、明暗中
間区域a3が限定できれば最明部all  ・最暗部a
22各々から一定幅離れた位置での値を採用してもよい
次に撮像系のパラメータの設定について説明する。第3
図はレンズ3と受光素子4を用いた光電検出器からなる
カメラであり、Y軸(被測定物体に対し垂直)に対して
カメラの光軸上におけるレンズの第2主点とはA1の角
度を有し、Pは受光素子のピッチ、Llは受光素子とレ
ンズ第2主点間の距離、Elは受光素子上の被測定物体
の端部位置を示す。カメラの光軸に対する被測定物体の
端部の角度A ■’ は(3)式で求められる。
A+’ −tan−’  CP−P、+/L+)  −
−+3)また、Y軸に対する端部の角度A1は、A+=
A+′  A+       ・・・・・・(4)とな
る。
従って、上記のカメラにおけるパラメータは受光素子の
ピッチP、受光素子とレンズ第2主点間の距1i11L
+およびY軸に対するカメラの光軸角度A1″である。
次に、このようなカメラを端部位置測定のために実際の
測定装置として使用する場合は、例えば第4図に示す幅
がWの被測定物体1の上方に被測定物体の両端をそれぞ
れ望む位置に各一対合計4個のカメラを配置する。この
ようなカメラ配置を側面からの座標として見れば、座標
のパラメータは以下の4つとなる。
X12 ;カメラ1、カメラ2の第1主点間のX軸方向
距離 X34;カメラ3、カメラ4の第1主点間のX軸方向距
離 X13 ;カメラ、2の原点とカメラ3.4の原点間の
X軸方向距離 Y13 ;カメラ、2の原点とカメラ3.4の原点間の
Y軸方向距離 従って、被測定物体1の端部座標P (X +’、Y 
+’ )、Q (X2′、Y2’ )は下記(5)〜(
8)で求めることができる。
X +′=X12(tanA + +  tanA2)
 /(tanA + −tanA 2 )     −
・・・・・(5)Y +′−X 12/(tanA 1
−tanA 2) −−(61X 2’  =X 34
  (tanA 3 +  tanA a) /(ta
nA 3−  tanA a )  + X 13・・
・・・・(7) Y2′ =X34 / (tanA3−  tanA4
)+Y13           ・・・・・・(8)
以上の関係式が成り立つことを前提に、本発明は次の手
順でパラメータを求めていく。まず、実際の被測定物体
の位置測定を行う前に、撮像装置の視野内に予め端部位
置が既知の基準板(実際の長さが分かっているテストサ
ンプル)を載置して前記の座標演算を行いこの演算結果
と基準板の実際の座標と比較して相互の差から誤差を求
める。この時の誤差の値とパラメータの値を記憶してお
き、続いて、視野内の基準板の位置を移動して各パラメ
ータのうちのいずれかを変更して同様に座標演算、誤差
の演算を行う。以上の演算を複数回繰り返しパラメータ
の評価を行いつつ各パラメータの最小値を求める。最終
的に求めた最小値のパラメータを当該撮像系のパラメー
タとして設定する。
第7図は以上の手順をブロック図で示したものであり、
計算機を介して演算する。
実際には以上のパラメータ補正によっても理論式に合わ
ない誤差があるので、誤差を表にまとめておき被測定物
体の測定時に、演算で求めた端部座標(X、 Y)に補
正の値dx、dyを加算して最終的に端部座標(X、Y
)を求めることが望ましい。即ちこの誤差の補正を式で
示すと式(10)、(11)となる。
X = X′十d x     −(10)Y=Y′ 
+dy      ・・・・・・(11)但し、 X、
Yi補正後の端部座標 X′、Y′ 、補正前の端部座標 dx=f  (X′、Y’ );X座標の補正値dv 
=g (X′、Y′);Y座標の補正値被測定物体の@
Wを座標の位置から最終的に求める場合は前記(5)〜
(8)式の関係から下記(12)式に・・・・・・ (
12) 〔発明の効果〕 テストザンプルを測定範囲の各位置で測定して、従来の
方法と本発明を適用した結果をノギス測定値で比較した
のが第1表であり、精度は格段に向上していることが分
かる。
第1表 また、実際に被測定物体の圧延鋼矢板を移動させつつ本
発明方法で全幅の測定を行い、その後製品全長にわたっ
てノギス測定値との差を比較した結果、両者は良く一致
しており高速走間状態での位置変動(上下、左右、傾き
)に対しても高精度の測定が可能であることも確認され
た。第8図はその測定誤差(幅測定値−ノギス測定値)
を示す。
本発明方法を圧延鋼矢板の全幅寸法45(1m〜550
nの範囲の全てのサイズに対して走間状態で使用した結
果、各種の外乱があっても±0.6 mmの範囲の精度
で測定できた。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は本発明の2値化レベル設定を説明
するグラフ、第3図および第4図はカメラの配置を説明
する略図、第5図はカメラの撮像状態を説明する図、第
6図は2値化レベルの説明図、第7図は本発明のパラメ
ータ設定の手順を示すブロック図、第8図は効果の精度
を示すグラフである。 一一一利(−検出イ立! 汐 第1図 オタ(出イJ【1「 N2回 臀刊湘刊Q

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)被測定物体の被測定部位を望む位置に光学レンズ
    と光電検出器とでなる撮像手段を配して前記光電検出器
    からの明暗レベル電気信号から物体の端部位置を測定す
    る方法において、前記明暗レベル電気信号から検出位置
    に対応する検出出力の光量分布を求め、該分布の明暗中
    間区域の最明部と最暗部との平均検出出力となる検出位
    置を被測定物体の端部と決定することを特徴とする物体
    の光学式位置測定方法。
  2. (2)被測定物体の被測定部位を望む位置に光学レンズ
    と光電検出器とでなる撮像手段を配して前記光電検出器
    からの明暗レベル電気信号から物体の端部位置を測定す
    る方法において、前記撮像手段の視野内で端部位置が既
    知の基準板の端部位置を移動させて前記撮像手段で複数
    回撮像して該基準板の各端部位置を前記撮像手段の撮像
    系のパラメータをもとに演算し、該各演算結果と基準板
    の各端部位置とから測定誤差を求めた後、該測定誤差の
    うち最も誤差が小さくなる時のパラメータを該撮像系の
    パラメータと定めて端部位置を測定することを特徴とす
    る物体の光学式位置測定方法。
JP27498386A 1986-11-18 1986-11-18 物体の光学式位置測定方法 Pending JPS63128203A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04181105A (ja) * 1990-11-15 1992-06-29 Nec Kyushu Ltd 画像処理方法
JP2007309760A (ja) * 2006-05-18 2007-11-29 Canon Chemicals Inc 欠陥検出方法および装置

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