JPS63150609A - 外径測定方法 - Google Patents

外径測定方法

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JPS63150609A
JPS63150609A JP29763686A JP29763686A JPS63150609A JP S63150609 A JPS63150609 A JP S63150609A JP 29763686 A JP29763686 A JP 29763686A JP 29763686 A JP29763686 A JP 29763686A JP S63150609 A JPS63150609 A JP S63150609A
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JP
Japan
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measured
outer diameter
image
measuring method
coordinate system
Prior art date
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Pending
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JP29763686A
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English (en)
Inventor
Shigenori Hirano
茂徳 平野
Shuzo Ito
伊藤 主三
Tetsuya Yano
哲也 矢野
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Teijin Engineering Ltd
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Teijin Engineering Ltd
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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】 [発明の利用分野] 本弁明は丸断面を有する長尺物の外径を測定する方法に
関する。
し従来技術」 丸m等の丸断面を有する長尺物は、持聞昭61−258
105号公報等の如くレーザー等の平行光を用いて外径
を測定するのが一般である。
しかし、平行光を用いて外径を測定する場合対象物の外
径より大きなレンズ等を有する光学系が必要であり、対
象物の外径が大きくなると、収差の小さい光学系を構成
するとことが困難となり又価格の増大をきたすという問
題があった。又更に外径が大きくなるとかかる平行光に
よる測定法は実際には適用できない問題があった。
[発明の目的1 本発明はかかる問題に鑑みなされたもので、その目的は
平行光を用いなくても安価な散乱光光源で測定装置が構
成でき、対象物のパスラインが変動しても正確に外径を
測定でき、かつ大きな外(¥にも適用できる方法を提供
することにある。
[発明の構成・作用1 上述の目的は、以下の本発明により達成される。
すなわち、本発明は丸断面を有する長尺の被測定物に対
してその半径方向に被測定物を中にして光源とイメージ
センサ−を対向配置し、被測定物の影像をイメージセン
ナ−で検出して被測定物の外径を測定する外径測定方法
において、拡散光源と受光レンズを有するイメージセン
サ−とからなる2組の測定系をその光軸が被測定物の軸
に垂直な平面の2次元座標系の座標軸になるように配置
し、2つのイメージセンサ−の信号から被測定物の断面
中心の前記2次元座標系での座標を測定し、該座標に阜
いて被測定物の外径を1llll定ザることを特徴とす
る外径測定方法を第1発明とし、第1発明と同じ測定系
とその配置ににす、2つのイメージセンサ−の信号から
被測定物のイメージセンサ−上への影像を形成する光線
によって形成される被測定物の外接四辺形の頂点の座標
を求め、この座標から被測定物の外径を測定することを
特徴とし、第1発明より被測定物の移動に伴なう測定誤
差の小さい外径測定法を第2発明とするものである。
上述の本発明は、散乱光と小口径の受光レンズを用いる
ことによる測定ムス)差要囚の増加を2つの測定系によ
る2次元座標系で被測定物をill+定し、特定データ
処理と組み合わせて解決し、安定かつ高精度な1)11
定を可能としたもので、前述の平行光方式の問題を一挙
に解決覆ると共に、安定な遠隔測定も実現するという優
れた作用を奏するものである。
なお、上述の本発明において座標系は直交座標系とする
ことがデータ処理面で有利である。2つの測定系は被測
定物の断面上で結果的に2次元座標系を構成すれば良く
、夫々が軸方向に隔った断面上にあった方が2つの光学
系の干渉除去上は良いが、一方散測定物が移動する場合
には同一平面上にあった方がシステム構成、測定精度面
から好ましく、2つの測定系の配置断面は状況に応じて
適宜選択すべきである。又上述の本発明においては、2
次元座標系の原点は被mll定物の断面中心の近傍にあ
ることが測定精度面、データ処理面から好ましい。
以下本発明の詳細を実施例に基いて説明する。
第1図は本発明の一実施例の構成図である。図において
、1.2はラインセンサーカメラ、3は丸鋼等の被測定
物、4.5は散乱光光源である。
ラインセンサーカメラ1と散乱光光源4で1つの測定系
、ラインセンサーカメラ2と散乱光光源5でもう一つの
測定系を構成し、2つの測定系はその光軸X、Yが2次
元直交座標系のXN+、Y@を構成し、その原点が定常
状態の被測定物3の断面中心に一致するように配置され
ている。
ラインセンサーカメラ1,2は被測定物の直径より小さ
い口径の受光レンズla、2aを備え、被測定物の半径
方向の寸法が測定できるようにその搬像素子の一次元の
ラインセンサー1b、2bのアレイ方向が各軸に垂直に
なるように配置される。このラインセンサーカメラ2に
はCOD、MO3Wのラインセンサー素子を用いた市販
品がそのまま適用でき、本例では余人エンジニアリング
(株製のCOD素子を用いたチルスキャン(商品名)を
使用した。又、散乱光光源4.5は被測定物の直径より
良い高周波点灯蛍光灯を用い、ラインセンサー11]、
2bのアレイ方向になるように配置されている。なお、
測定系の光軸は光源4.5とラインセンサー1b、2b
の各中心と受光レンズ1a、2aの中心を通る光線軸で
ある。
又、図のax、 ayはラインセンサーカメラ1,2の
受光レンズ1a、2aの座標系の原点0からの距離すな
わち対物距離、bx、 byは受光レンズ1a。
2aと一次元ラインセンサー1b、2bとの距離すなわ
ち結像距離である。
そしてラインセンサーカメラ1.2の出力は、図示省略
したマイクロコンピュータよりなるデータ処理装置に接
続され一データ処理装置において以下の処理をすること
により、被測定物の外径を測定するように構成されてい
る。
すなわち、上述の構成において被測定物3が図の実線か
ら点線の位置へ移動した時換言すればその断面の中心点
が1.原点Oから座標(Xo、Yo)に移動したとき、
ラインセンサー1b、26上・での該中心点の像の移動
量をそれぞれ△△、Δ泊とすると、次の■、■式が成立
する。
△A= br / (a [+Xo ) ・Yo  −
−■ΔB= by / (a y−←Yo)・Xo ・
・・・・・■■、■式をXo、Yoについて解くと XO=ΔB (a y b 、 +a K△A)/ (
b X b y−八へΔB)  ・・・・・・■Yo=
Δ△(ayl)y+ay△B) /(bにby−へAへB) ・・・・・・ ■又、被測
定物の外径のラインセンサー111゜2b上での像の大
きざをそれぞれrA、r3とし、それに対応する被測定
物の外径をRA、RBとすると、 Rx=<ax+Xo)/bx−rA−−■Re=(ay
+Yo)7’by−rs−■である。ここでXo、Yo
は前述の■、■式で得られる被測定物断面の中心座標で
ある。
従って、各ラインセンサー1b、2bからの映像信号よ
り被測定物3の影(象の中心位置のラインセンI+−1
b、2bの中心点よりの変化RΔA。
ΔB測測定、0.0式に塁いて被測定物の断面中心座I
W(Xo、Yo)を求める。次いで前記映像信号より被
測定物3の影像の長さrA、r日を測定し、■、tΦ式
に基いて被測定物の外径を求める。
このようにして所望の外径が測定される。
被測定物が所定のパスライン上を移送される場合には、
その中心を原点とし、その原点位置に外径が既γ口の被
測定物3を置さ、そのときにイメージロンサ゛−カメラ
1.2で11られる像の大きざからそれぞれのイメージ
ごンサカメラ1.2の対物距離及び結像距離を予め求め
、データ処理装置に設定しておく。
このようにして、被測定物がパスライン上で変動し、断
面中心点が原点より移動しても、イメージセンサ−カメ
ラ1.2の映像信号より中心点座標を検出し、続けて丸
断面外径を算出して測定することができる。
さて、以上説明した第1発明で測定される被測定物の外
径RA、RBは厳密には被測定物の外径ではなく、第2
図に示すように被測定物の接線光線で定められる像の大
きさである。
従って対物距離と対象物体の外径との比が大きくなると
実外径と児かcノ上の像との差は無視できなくなる。従
って以下に説明する補正を行なうことが好ましい。
すなわち、前述の第1発明で測定される外径RAは第3
図図示のものである。そこで被測定物3の実際の正しい
実外径RA’、RB’ はその幾何学的関係から前述0
〜0式で求められた中心座標(Xo、Yo)、外径RA
、R8を用い、次式により補正することにより得られる
R△’=RA/   +   A/  磨A 〜・・・
・・・■ R8’ =Ra /r丁Tゴ主8/2ρB)2・・・・
・・■ 以上のように■、■式で得られた外径の測定値RA、R
8を■、■式の関係で定められる接線光線に基づく幾何
学的補正により補正することより、拡散光線による影像
誤差を補正し正しい外径の測定IR八′、R8′を得る
ことができる。
以上本発明の第1発明を説明した。次に第1発明の拡散
光線による影像誤差及び中心点移動に伴なう誤差のない
第2発明を第3図により説明する。
なお、測定系の構成は前述の第1発明と全く同じである
第3図に示すように被測定物3のイメージセンサ1a、
lb上への影像を形成する光線によって形成される被測
定物3の外接四辺形P+ P2 P3P4はイメージセ
ンナカメラ1.2からの映像信号により以下のように求
められる。
すなわらX軸上に設置したイメージレンυカメラ1.Y
軸上に設置したイメージセンサカメラ2において、原点
○が投影されるイメージセンサ−1b、2b上のピッ(
・位置をMc 、 Nc 、被測定物3の円周が投影さ
れるイメージセン’+−1b。
2b上のビット位置を各々M+ 、M2 、Nl 。
N2  (但し、Ml <M2 、 Nl <N2 >
、イメージセンサ−1b、2bの素子間隔をWとする。
そこで m  1  =  (M2   MO)  W/b  
Km 2= (Ml  Ivlc ) W/b Xn 
1 = (NC−Nl ) W/b yn 2= <N
c −Nz ) W/b yとすれば外接四辺形PI 
P2 P3 PJの頂点P1〜P4の座標は次式となる
これより外接四辺形PI P2P3 PJの各辺の長さ
が求められる。
L+ =P+ P? L2=P2Px La =P3 Ps L4=PJ Pl ここでLs =P2PJ とするとPI P2 PJ 
P2 P3 PJで囲まれる三角形の面積S+ 、82
はヘロンの公式より求められるため外接四辺形PI P
2P3 PJの面積Sは下式で与えられる。
S=S+  +82 〈イ旦し、h + = (L+ +L4+Ls )/2
゜h  2−(L2  +L3  +L5  )/2)
被測定物の直径をRとすると R/2X (L+ +L2 +L3 +14 )X1/
2=S であるから、直径Rは下式より得られる。
R=4S/ (L+ +L2 +L3 +L4 )以上
の通り、本発明の第2発明によれば、イメージセンサカ
メラ1,2の映像信号から被測定物3のイメージセンサ
1b、2b上の映像の両端及び原点に対応する点のビッ
ト位置を求め、次いで上述の演算処理により被測定物の
外径を測定することができる。そして演算処理は、被測
定物3の影像をイメージセンサ−1b、2b上に形成す
る光線が作る被測定物3の外接四辺形の面積を求め、次
いでこの面積に基づいて被測定物3の外(¥を求めるよ
うにしているので、幾何光学上何ら近似のない正確な測
定が得られる。従ってこの第2発明によれば、前述の測
定誤差のない測定が得られるのである。
以上の通り、本発明では、2つの測定系を用い、散乱光
と小口径の受光レンズのイメージセンサとによる誤差の
小さい外径測定法を提供するもので、工業上非常に有用
なものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、実施例の全体構成の説明図、第2図は第1発
明での幾何学的補正の説明図、第3図は第2発明の測定
処理方法の説明図である。 1.2:イメージセンサ−カメラ。 3;被測定物 4.5=光源

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、丸断面を有する長尺の被測定物に対してその半径方
    向に被測定物を中にして光源とイメージセンサーを対向
    配置し、被測定物の影像をイメージセンサーで検出して
    被測定物の外径を測定する外径測定方法において、拡散
    光源と受光レンズを有するイメージセンサーとからなる
    2組の測定系をその光軸が被測定物の軸に垂直な平面の
    2次元座標系の座標軸になるように配置し、2つのイメ
    ージセンサーの信号から被測定物の断面中心の前記2次
    元座標系での座標を測定し、該座標に基いて被測定物の
    外径を測定することを特徴とする外径測定方法。 2、前記測定値を被測定物の接線光線に基づく幾何学的
    補正により補正する特許請求の範囲第1項記載の外径測
    定方法。 3、前記2次元座標系が直交座標である特許請求の範囲
    第1項若しくは第2項記載の外径測定方法。 4、前記被測定物はその断面中心が前記2次元座標系の
    原点近傍に位置するように配置されている特許請求の範
    囲第1項、第2項若しくは第3項記載の外径測定方法。 5、前記被測定物は軸方向に移動される特許請求の範囲
    第4項記載の外径測定方法。 6、丸断面を有する長尺の被測定物に対してその半径方
    向に被測定物を中にして光源とイメージセンサーを対向
    配置し、被測定物の影像をイメージセンサーで検出して
    被測定物の外径を測定する外径測定方法において、拡散
    光源と受光レンズを有するイメージセンサーとからなる
    2組の測定系をその光軸が被測定物の軸に垂直な平面の
    2次元座標系の座標軸になるように配置し、2つのイメ
    ージセンサーの信号から被測定物のイメージセンサ上へ
    の影像を形成する光線によって形成される被測定物の外
    接四辺形の頂点の座標を求め、この座標から被測定物の
    外径を測定することを特徴とする外径測定方法。 7、前記2次元座標系が直交座標である特許請求の範囲
    第6項記載の外径測定方法。 8、前記被測定物はその断面中心が前記2次元座標系の
    原点近傍に位置するように配置されている特許請求の範
    囲第6項若しくは第7項記載の外径測定方法。 9、前記被測定物は軸方向に移動される特許請求の範囲
    第8項記載の外径測定方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0312106U (ja) * 1989-06-21 1991-02-07
JP2007071752A (ja) * 2005-09-08 2007-03-22 Mitsubishi Electric Corp 検査装置
CN110595369A (zh) * 2019-08-14 2019-12-20 太原理工大学 一种基于机器视觉的管材直径测量装置及其测量方法

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