JPWO2016103492A1 - Shape measuring method and apparatus - Google Patents
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Abstract
対象の形状や表面状態にかかわらず、大物形状、長尺、広範囲の計測する汎用性を有する形状計測を可能にする。計測対象の形状を計測する方法及びその装置を、計測対象に複数の光源から発射された複数の照明光を照射し、計測対象の複数の照明光が照射された領域をカラーカメラで撮像し、カラーカメラで撮像して得られた検査対象のカラー画像を波長に応じて複数の画像に分離し、分離した複数の画像に対してそれぞれ異なる画像処理を施し、異なる画像処理を施した画像を合成して合成画像を作成し、作成した合成画像に基づいて計測対象の形状を計測するように構成した。Regardless of the shape and surface state of the target, it enables shape measurement that has the versatility of measuring large shapes, long shapes, and a wide range. A method and apparatus for measuring the shape of a measurement target is irradiated with a plurality of illumination lights emitted from a plurality of light sources on the measurement target, and an area irradiated with the plurality of illumination lights of the measurement target is imaged with a color camera, The color image to be inspected obtained by the color camera is separated into multiple images according to the wavelength, and each of the separated images is subjected to different image processing, and the images subjected to different image processing are combined. Thus, a composite image is created, and the shape of the measurement target is measured based on the created composite image.
Description
本発明は、測定対象物の三次元の形状を光学的に非接触で計測する形状計測方法およびその装置に関する。 The present invention relates to a shape measuring method and apparatus for measuring a three-dimensional shape of a measurement object optically in a non-contact manner.
測定対象物の三次元形状を光学的に非接触で計測する方法として、いろいろな方法が提案されている。 Various methods have been proposed as a method for optically measuring the three-dimensional shape of a measurement object in a non-contact manner.
特許文献1には、三次元形状の測定対象物に対して照射光を照射する光照射手段と、前記照射光が照射された測定対象物を撮像する撮像手段と、この撮像手段で撮像された光投影画像に基づいて前記測定対象物の座標を算出する画像処理手段とを備えた三次元形状の計測装置において、前記光照射手段を複数有すると共に,これら光照射手段がいずれも前記測定対象物に対して異なる方向から照射光を照射し、当該各光照射手段から照射する照射光をいずれも異なる波長に設定したことを特徴とする三次元形状の計測装置について記載されている。 In Patent Document 1, light irradiation means for irradiating irradiation light to a three-dimensional shape measurement object, imaging means for imaging the measurement object irradiated with the irradiation light, and the imaging means In a three-dimensional shape measuring apparatus comprising an image processing means for calculating coordinates of the measurement object based on a light projection image, the light irradiation means includes a plurality of light irradiation means, and each of the light irradiation means is the measurement object. The three-dimensional measuring device is characterized in that the irradiation light is irradiated from different directions and the irradiation light irradiated from the respective light irradiation means is set to different wavelengths.
特許文献2には、相対的に連続移動する測定対象物体に、垂直方向に対して所定の角度だけ傾いた方向から、異なる投影機で一定輝度光と濃度傾斜パターン光とを投影し、移動方向に直列に配置された少なくとも3台のラインセンサーによって、前記一定輝度光を投影した状態、前記濃度傾斜パターン光を投影した状態および光を投影しない状態のそれぞれの状態にある測定対象物の画像を撮影して同一位置の輝度を測定し、算出した同一位置の輝度比から形状計測を可能としたラインセンサーを用いた形状計測装置であって、前記一定輝度光と濃度傾斜パターン光の投影経路または前記測定対象物による反射経路に各ラインセンサーに一部の波長域の光のみを入射させる波長制限手段を設け、前記投影機の光軸をそれぞれ垂直方向に対して同じ方向に等しい角度で傾斜させて対応するラインセンサーの視線とのなす角度を等しくし、各ラインセンサー間で入力光量に対する出力の関係を線形化し、直線ゲイン係数を等しく設定したことを特徴とするラインセンサーを用いた形状計測装置について記載されている。 In Patent Document 2, a constant luminance light and a density gradient pattern light are projected onto a measurement object that moves relatively continuously from a direction inclined by a predetermined angle with respect to a vertical direction by using different projectors. An image of the measurement object in each of a state in which the constant luminance light is projected, a state in which the density gradient pattern light is projected, and a state in which the light is not projected is obtained by at least three line sensors arranged in series. A shape measuring device using a line sensor that measures the luminance at the same position by photographing and measures the shape from the calculated luminance ratio at the same position, wherein the projection path of the constant luminance light and the density gradient pattern light or Wavelength limiting means for allowing only light in a part of the wavelength range to enter each line sensor in the reflection path by the measurement object is provided, and the optical axis of the projector is set to be perpendicular to the vertical direction Inclined at the same angle in the same direction to equalize the angle formed with the line of sight of the corresponding line sensor, linearize the relationship of output to the input light quantity between each line sensor, and set the linear gain coefficient equal A shape measuring device using a line sensor is described.
特許文献1には、複数の照射方向、および波長の異なる照明を用いた形状計測装置に関し記載されているが、いずれも一般に光切断法と呼ばれる形状計測方法を使用するものであり、対象の形状や表面状態による得手不得手がある。また、光切断方式ではレーザラインが照射されている箇所のみの計測になるため、大物形状、長尺、広範囲の計測には向かない。 Patent Document 1 describes a shape measuring apparatus using illumination with different irradiation directions and wavelengths, but all use a shape measuring method generally called a light cutting method, and the shape of an object. There are weaknesses due to surface condition. In addition, since the optical cutting method measures only the portion irradiated with the laser line, it is not suitable for measuring large shapes, long shapes, and a wide range.
特許文献2では、複数の異なる照明下での画像を、照明の波長を変えることで同時取得しているが、対象物の形状と反射率があらかじめ推定できることが前提であり、汎用性が低い。 In Patent Document 2, images under a plurality of different illuminations are acquired simultaneously by changing the wavelength of illumination. However, it is premised that the shape and reflectance of an object can be estimated in advance, and versatility is low.
本発明は、上記従来技術の課題を解決して、対象の形状や表面状態にかかわらず、大物形状、長尺、広範囲の計測を可能にする汎用性を有する形状計測方法及びその装置を提供するものである。 The present invention solves the above-mentioned problems of the prior art, and provides a versatile shape measuring method and apparatus capable of measuring a large shape, a long length, and a wide range regardless of the shape and surface state of an object. Is.
上記課題を解決するために、本発明では、計測対象の形状を計測する方法において、計測対象に複数の光源から発射された複数の照明光を照射し、計測対象の複数の照明光が照射された領域をカラーカメラで撮像し、カラーカメラで撮像して得られた検査対象のカラー画像を波長に応じて複数の画像に分離し、分離した複数の画像に対してそれぞれ異なる画像処理を施し、異なる画像処理を施した画像を合成して合成画像を作成し、作成した合成画像に基づいて計測対象の形状を計測するようにした。 In order to solve the above problems, in the present invention, in a method for measuring the shape of a measurement object, the measurement object is irradiated with a plurality of illumination lights emitted from a plurality of light sources, and the measurement object is irradiated with a plurality of illumination lights. The image area is imaged with a color camera, the color image to be inspected obtained with the color camera is separated into a plurality of images according to the wavelength, and each of the separated images is subjected to different image processing, A composite image is created by combining images subjected to different image processing, and the shape of the measurement object is measured based on the created composite image.
また、上記課題を解決するために、本発明では、計測対象の形状を計測する方法において、計測対象に複数の光源から発射された波長の異なる複数の照明光を照射し、計測対象の波長の異なる複数の照明光が照射された領域をカラーカメラで撮像し、カラーカメラで撮像して得られた計測対象のカラー画像を異なる波長に応じて複数の画像に分離し、波長に応じて分離した複数の画像に対してそれぞれ異なる画像処理を施し、異なる画像処理を施した画像を合成して合成画像を作成し、作成した合成画像を参照画像と比較して合成画像における計測対象の欠陥を検出し、合成画像と検出した欠陥との情報を出力するようにした。 In order to solve the above problem, in the present invention, in the method for measuring the shape of the measurement target, the measurement target is irradiated with a plurality of illumination lights having different wavelengths emitted from a plurality of light sources, and the measurement target wavelength is measured. The area irradiated with multiple different illumination lights was imaged with a color camera, and the color image of the measurement object obtained by imaging with the color camera was separated into multiple images according to different wavelengths, and separated according to the wavelengths Apply different image processing to multiple images, create a composite image by combining the images with different image processing, and compare the created composite image with the reference image to detect the measurement target defect in the composite image In addition, information on the composite image and the detected defect is output.
更に、上記課題を解決するために、本発明では、計測対象の形状を計測する装置を、計測対象に複数の照明光を照射する複数の光源を備えた光照射部と、計測対象の光照射部により複数の照明光が照射された領域を撮像して取得した検査対象のカラー画像を波長に応じて複数の画像に分離して出力する画像取得部と、画像取得部から分離して出力された複数の画像に対してそれぞれ異なる画像処理を施す画像処理部と、画像処理部で異なる画像処理を施した画像を合成して合成画像を作成する合成画像作成部と、合成画像作成部で作成した合成画像に基づいて計測対象の形状を計測する形状計測部と、形状計測部で計測対象の形状を計測した結果を出力する出力部とを備えて構成した。 Furthermore, in order to solve the above-described problems, in the present invention, an apparatus for measuring the shape of a measurement target includes a light irradiation unit including a plurality of light sources that irradiates a measurement target with a plurality of illumination lights, and light irradiation of the measurement target. An image acquisition unit that separates and outputs a color image to be inspected obtained by imaging a region irradiated with a plurality of illumination light by a unit, and outputs the separated color image from the image acquisition unit. Created by an image processing unit that performs different image processing on multiple images, a composite image creation unit that creates a composite image by combining images that have undergone different image processing by the image processing unit, and a composite image creation unit And a shape measuring unit that measures the shape of the measurement target based on the synthesized image, and an output unit that outputs the result of measuring the shape of the measurement target by the shape measuring unit.
本発明によれば、対象の形状や表面状態にかかわらず、大物形状、長尺、広範囲の計測を可能にする汎用性を有する形状計測を行うことができる。 According to the present invention, it is possible to perform shape measurement having versatility that enables measurement of a large shape, a long length, and a wide range regardless of the shape and surface state of the target.
本発明は、撮像手段を計測対象に沿って移動させながら取得したカラー画像を複数の画像に分離し、分離したそれぞれのを画像を処理した後に合成することにより、対象の形状や表面状態にかかわらず、大物形状、長尺、広範囲の計測を可能にする汎用性を有する形状計測を可能にした形状計測方法及びその装置に関するものである。
以下に、本発明の実施例を、図を用いて説明する。 The present invention separates the acquired color image into a plurality of images while moving the imaging means along the measurement object, and synthesizes each separated image after processing the image, thereby depending on the shape and surface state of the object. In particular, the present invention relates to a shape measuring method and apparatus that enable shape measurement having versatility that enables measurement of large shapes, long shapes, and a wide range.
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
本実施例では、1つのカラーカメラで取得されるRGBそれぞれで異なる形状計測手法を適用することで高精度・高密度な形状情報を取得することを可能にする。本発明の実施例1を図1〜図11を用いて説明する。 In this embodiment, it is possible to acquire high-precision and high-density shape information by applying different shape measurement methods for each of RGB acquired by one color camera. A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1に本実施例の形状計測装置1000の構成を示す。測定対象1として電車の車両構体の内部形状を想定する。本実施例による形状計測装置1000は、測定対象1の形状を計測する計測ヘッド10と、測定対象1の位置と姿勢を計測するトラッカー部400と、計測ヘッドからの出力信号を処理する処理部500、全体を制御する制御部600を備えている。
FIG. 1 shows the configuration of a
測定対象1の形状を計測する計測ヘッド10は、形状計測部100、位置姿勢計測部200、搬送部300を備えている。形状計測部100は、レーザ光源111とコーンミラー112とを備えてリング状のビームを形成するリングビーム発生部110と、結像レンズ121と特殊透過フィルタ122とカラーカメラ123を備えた画像検出部120、測定対象1を一様に照明する照明部130を備えて構成される。
The
リングビーム発生部110から発生したリングビーム115が測定対象1に照射された箇所をカラーカメラ123にて撮像する。また、その際の計測ヘッド10の位置姿勢は位置姿勢計測部200により計測される。計測ヘッド10は搬送部300により移動しながら、カラーカメラ123による撮像、位置姿勢計測部200による位置姿勢計測を行う。例えば、搬送部300による計測ヘッド10の搬送は、測定対象1中に張られたワイヤ301上を進む構成とする。
A
搬送部300による搬送中(移動中)の計測ヘッド10の位置及び姿勢の計測は、計測ヘッド10にトラッカー部400から照射される複数本のレーザを、計測ヘッド10に設けた位置姿勢計測部200にて検出することで行う。計測ヘッド10の位置に応じてトラッカー部400が計測ヘッド10の位置と姿勢とを正確にトラッキングするよう、制御部600にてトラッカー部400から計測ヘッド10に照射するレーザの位置を制御する。
The position and orientation of the measuring
処理部500は、形状計測部100のカラーカメラ123からの出力を処理して2次元の画像を生成する画像生成部501、位置姿勢計測部200からの出力を受けて計測ヘッド10の位置や姿勢を計測する位置・姿勢計測部502、画像生成部501で生成した画像を位置・姿勢計測部502で計測した計測ヘッド10の位置や姿勢の情報を用いて補正するが補正処理部503、補正処理部503で補正した画像データを処理して測定対象1の3次元画像を形成する3次元画像形成部504、3次元画像形成部504で形成した3次元画像から測定対象1の形状欠陥を抽出する欠陥抽出部505、3次元画像形成部504で形成した3次元画像と欠陥抽出部504で抽出した欠陥の情報とを画面上に表示する出力部506を備えている。
The
制御部600は、測定対象1の3次元形状計測と欠陥の検出を実行するために、計測ヘッド10と、トラッカー部400と、処理部500とを制御する。
The
形状計測装置1000を用いた計測のフローを図2に示す。まず、制御部600に、図示していない入力装置から計測ヘッド10の移動速度、加減速度、画像取得レート、計測終了位置のz座標等の形状条件を設定し(S100)、制御部600で搬送部300を制御して計測ヘッド10を移動開始させるとともに、形状計測部100及び位置姿勢計測部200で計測を始める(S101)。
A measurement flow using the
計測ヘッド10が移動しながら、カラーカメラ123にて測定対象1の画像を取得し(S102)、同時に位置姿勢計測部200からの出力を処理部500の位置・姿勢計測部502で受けて計測ヘッド10の位置や姿勢を計測する(S103)。なお、制御部600は、トラッカー部400から照射される位置姿勢計測用レーザが計測ヘッド10の位置姿勢計測部200からはずれないようトラッキングする(S104)。
While the measuring
処理部500の位置・姿勢計測部502は、位置計測部200で位置姿勢計測用レーザを検出した信号を処理して得られる位置姿勢計測結果とトラッキング結果より計測ヘッド10の座標、傾きを算出する(S105)。位置姿勢計測用レーザが照射された位置姿勢計測部200からの出力を受けて、処理部500の位置・姿勢計測部502は、移動する計測ヘッド10のz軸上の位置を常時計測ており、その位置が事前に設定した計測ヘッド10の停止位置を越えるか否かをモニタリングしておき(S106)、停止位置に到達するまでS102からS105を繰り返し、計測ヘッド10の位置が停止位置を越えたら制御部600で搬送部300を制御して計測ヘッド10を停止させる(S107)。
The position /
次に、S102とS105にて取得された画像と計測ヘッドの位置姿勢情報とから、補正処理部503で補正した画像データを3次元画像形成部504処理して計測対象1の3次元形状を算出する(S108)。ここで、カラーカメラ123により撮像された画像、位置姿勢計測部200の計測は同期して行われている。詳細は後述するが、補正処理部503では、カラーカメラ123により移動しながら撮像されて画像生成部501で生成された複数の画像より測定対象1の形状を表す点群を算出し、その座標を位置・姿勢計測部502により有られた位置姿勢計測結果より高精度に補正する。
以下、各部の詳細を説明する。Next, the image data corrected by the
Details of each part will be described below.
(形状計測部)
本実施例における形状計測部100の特徴は、レンズ121とカラーカメラ123との間に特殊透過フィルタ122を用いることである。図3に、特殊透過フィルタ122の透過率特性122aを示す。図4の(a)には、レンズ121だけを装着して特殊透過フィルタ122を用いない場合のカラーカメラ123のRGB(Green,Red,Bule)それぞれの透過率特性123a〜123cを示す。図3及び図4の(a)において、横軸が波長を示し、縦軸に透過率を示す。図3には、図4の(a)に示したような特殊透過フィルタ122を用いない場合のカラーカメラ123のRGBそれぞれの透過率特性123a〜123cを、特殊透過フィルタ122の透過率特性122aと重ねて表示してある。(Shape measurement unit)
The feature of the
図3に示したように、特殊透過フィルタ122を用いない場合のカラーカメラ123のRGBそれぞれの透過率特性123a〜123cに対し、特殊透過フィルタ122の透過率122aには、以下のような透過率特性を持たせる。すなわち、レーザライン115aを形成するためのリングビーム生成部110に用いるレーザ光源111から発射されるレーザはGの波長帯域122bを有するが、特殊透過フィルタ122の透過率122aは、Gの波長領域123bではレーザ光源111の波長領域122bに対して透過率が高く、Gの波長領域123bの他の波長は通さない、かつRの波長領域123a及びBの波長領域123cでは再び透過させるという特徴を持たせる。また、照明部130から発射されるレーザのスペクトル130aは、図4に示すように、レーザライン115aを取得するG帯域の波長は含まず、BとRの帯域の波長を持つことを特徴とする。
As shown in FIG. 3, the
上記したような透過率特性を有する各光学素子を用いて取得した画像を、図5A乃至図5Dに模式的に示す。図5Aに示したように、取得した画像551(カラー画像)中には、リングビーム115が測定対象1にあたり生じるレーザライン115aがあり、特殊透過フィルタ122がBとRの波長領域の一部を透過することから、レーザライン115aだけでなく、その周辺の照明部130により照明された領域も撮像される。
Images acquired using the respective optical elements having the transmittance characteristics as described above are schematically shown in FIGS. 5A to 5D. As shown in FIG. 5A, in the acquired image 551 (color image), there is a
図5Aに示したカラー画像をRGBそれぞれに分解した画像を図5B〜図5Dに示す。照明部130から発射されるレーザには、図4の(b)に示したように、Gの波長領域成分の波長を含まないという特性を有しているために、図5Cに示したGの波長領域の検出信号だけを用いて形成した画像(以下、G画像と記す)には、ほぼレーザライン115aのみが撮像されている。一方、図5Bに示したBの波長領域123cの検出信号だけを用いて形成した画像(以下、B画像と記す)と図5Cに示したRの波長領域123aの検出信号だけを用いて形成した画像(以下、R画像と記す)とには、レーザライン115aは表示されず、カラーカメラ123視野内の計測対象1の像が撮像されている。
Images obtained by decomposing the color image shown in FIG. 5A into RGB are shown in FIGS. 5B to 5D. As shown in FIG. 4B, the laser emitted from the illuminating
詳細は後述の(処理部)にて説明するが、図5Cに示したG画像からは、光切断法を用いて、図6に示すように測定対象1のレーザライン115a上の断面形状115bを算出することができる。一方、図5Bに示したR画像、及び図5Dに示したB画像は、計測ヘッド10を動かしながら取得した複数枚の画像を用いてモーションステレオ法を利用し、計測対象1の形状を算出するのに用いることができる。
The details will be described later (processing unit), but from the G image shown in FIG. 5C, the
(位置姿勢計測部)
図7に位置姿勢計測部200とトラッカー部400との構成を示す。位置姿勢計測部200は、ビームスプリッタ210、2次元検出素子230a及び230bを備え、形状計測部の位置3自由度(x、y、z)、傾き3自由度(θx、θy、θz)の計6自由度を計測する。トラッカー部400は、レーザビーム発振部410とxyステージ430及び反射光検出部440を備え、レーザビーム発振部410から位置姿勢計測用レーザ410aと410b、距離計測用レーザ420が出射される。(Position and orientation measurement unit)
FIG. 7 shows a configuration of the position /
レーザビーム発振部410から出力された位置姿勢計測用レーザ410aと410bは互いに平行なビームであり、位置姿勢計測部200に入射してビームスプリッタ210により、姿勢計測用レーザ410aと410bは透過光として、距離計測用レーザ420は反射光として分岐される。ビームスプリッタ210を透過した姿勢計測用レーザ410aと410bはCCD、CMOSなどの2次元検出素子230aで受光される。一方、ビームスプリッタ210で反射した距離計測用レーザ420はレンズ204により2次元検出素子230b上に集光される。
The position /
2次元検出素子230aおよび230bは受光したレーザの中心の座標を算出する役割を果たす。2次元検出素子230aには、姿勢計測用レーザ410aと410bがそれぞれ異なる位置に入射し、姿勢計測用レーザ410aと410bとに対応する点像410pおよび410qのある画像231aを得る。姿勢計測用レーザ410aと410bは平行に伝播しているため、画像231a上の2つの点像410pと410qのそれぞれの中心位置を結ぶ直線232aと、トラッカー部400が傾いていない時の基準線232bとの成す角、即ち傾きがθzとなる。
The two-
ここで、点像410pと410qのそれぞれの中心は、得られた輝度分布に対し、ガウス関数をフィッティングする、又は、点像の重心を算出するなどして求めることができる。また、2次元検出素子230bより得られる画像231bにおける距離計測用レーザ420に対応する点像410rの基準点233からのズレdx、dyから
Here, the respective centers of the
を用いてx、yそれぞれの軸を回転軸とした回転角度θx、θyが算出される。ここで、fはレンズ204と2次元検出素子230bとの距離である。
Are used to calculate rotation angles θx and θy with the respective axes of x and y as rotation axes. Here, f is the distance between the
このように、並行な2本のビームである姿勢計測用レーザ410aと410bを用いることで、位置姿勢計測部200の3次元の傾き(θx、θy、θz)を算出することができる。
As described above, the three-dimensional inclinations (θx, θy, θz) of the position /
さらに、レーザは直進するため、画像231a上の点像410pもしくは点像410qの位置情報と3次元の傾き(θx、θy、θz)の情報とを用いて、計測ヘッド10を移動させるためのワイヤ301のたわみや振動により、位置姿勢計測部200がx軸、y軸方向に基準値から平行移動した量も算出できる。残りのz軸方向の距離は、2次元検出器230bの表面で反射しビームスプリッター210で反射して再びトラッカー部400に入射した距離計測用レーザ420をトカッラー部400の検出器440で検出して得たデータを用いて算出し、位置3自由度(x、y、z)が全て求まる。
Further, since the laser goes straight, a wire for moving the measuring
ここで距離計測用レーザ420は、2次元検出器230bの表面反射を用いて計測しているが、位置姿勢計測部200の光学系の外に別途反射板を用意し、その反射板との距離を計測するようにしてもよい。
Here, the
(トラッカー部)
トラッカー部400は、上記に説明したように、レーザビーム発振部410とxyステージ430及び反射光検出部440を備え、レーザビーム発振部410から位置姿勢計測部200による位置姿勢計測に用いる位置姿勢計測用レーザ410a、410b、および距離計測用レーザ420を出射する。(Tracker part)
As described above, the
ここで、計測ヘッド10がワイヤ301に沿って移動中にxy平面内で大きく変位した場合、レーザビーム発振部410から位置姿勢計測部200に向けて出力された位置姿勢計測用レーザ410a、410bが、計測ヘッド10内部の位置姿勢計測部200の2次元検出素子230a、230bから外れてしまう可能性がある。
Here, when the
そのため、常に位置姿勢計測部200の位置姿勢をモニタリングしながら、レーザビーム発振部410から出射した位置姿勢計測用レーザ410a、410bが、位置姿勢計測部200の2次元検出素子230a、230bから外れないようトラッカー部400内のレーザビーム発振部410載せたxyステージ430を制御して、計測ヘッド10の動きに追従させる構成とする。
Therefore, while constantly monitoring the position and orientation of the position and
例えば、点像位置410pが2次元検出素子230a内に設定した領域(図示せず)から外れたら、設定領域内に戻るようxyステージ430にフィードバック処理をかける。このxyステージ430の移動量を位置姿勢計測部200からの出力から求めた位置座標に加算し、最終的な位置座標とする。
For example, when the
(処理部)
処理部500では、位置姿勢計測用レーザ410aと410b、距離計測用レーザ420の出射、位置姿勢計測用各レーザ位置の制御、計測結果から形状算出を行う。位置姿勢計測用レーザ410aと410b、距離計測用レーザ420に関しては、上記した位置姿勢計測部200の説明の中で説明した。また、位置姿勢計測用各レーザ位置の制御は図2にて説明した。以下、形状計測部100で計測した形状計測結果から測定対象1の形状を算出する方法を、図8のフロー及び図9A乃至9C、図10A、図10B、及び図11を参照しながら説明する。(Processing part)
In the
まず、形状計測部100のカラーカメラ123にて取得した測定対象1の画像を、RGB成分に分解する(S200)。次に、RGB成分に分解して得られた3種類の画像の内、リングビーム発生部110で発生させた波長領域がG成分のリングビームが照射されることにより測定対象1に形成されたレーザライン115aが撮像されている図9Aに示したようなG画像901について、光切断法を用いて断面形状を算出し(S201)、S201にて算出した断面形状の座標を位置姿勢計測部200にて計測した計測結果を用いて補正する(S202)。これらを計測ヘッド10をワイヤ301に沿って移動させながら取得した画像それぞれについて行うことで図9Bに示すようなに示すような測定対象1の断面の形状データ902が取得される。
First, the image of the measuring object 1 acquired by the
次に、R画像及びB画像に関しては形状を算出するために、図10A(R画像の場合を示す)に示したような画像1001中の特徴点を算出して、図10Bに示すような特徴画像1002を得る(S203)。この特徴画像1002を得る方法としては、例えば、エッジ抽出処理を行う。図10Cに模式図1003を示した。
Next, in order to calculate the shape of the R image and the B image, the feature points in the
計測ヘッド10をワイヤ301に沿って動かしながら取得した複数枚の画像を用いてモーションステレオ法を利用し形状を算出する。図10Aに示したような計測ヘッド10が移動しながら取得した複数の画像1001は、それぞれ計測位置が異なるため、異なる画像で同じ個所が撮像されている場合に視差が異なる。この視差を位置姿勢計測部200及びトラッカー部400で計測して得られる計測ヘッド10の位置姿勢情報を位置・姿勢計測部502で算出した位置姿勢計測結果801を用いて図10Bに示したような特徴量画像1002から画像間の特徴量同士の対応点を算出し(S204)、ステレオ法に基づき図10Cに示したような形状1003を算出する(S205)。最後に、図11に示すように、G画像およびR画像とB画像より算出された形状を統合して形状画像1100を得る(S206)。
A shape is calculated using a motion stereo method using a plurality of images acquired while moving the measuring
次に、S206で統合して形成した形状画像1100を、CAD802に保管されている測定対象1の設計データと比較して差異を検出し(S207)、形状画像1100と設計データとの差異が予め設定した基準よりも大きいか所を欠陥として抽出し(S208)、抽出した欠陥1102の位置情報を、S206で統合して形成した形状画像1100と重ね合せてディスプレイ506上に表示する(S209)。
Next, the shape image 1100 integrated and formed in S206 is compared with the design data of the measurement object 1 stored in the
ステレオ法は、計測対象1の表面に特徴のない場合、画像に特徴点がないため、対応点の検出ができず形状を計算できない欠点がある。一方、光切断法は、表面に特徴がなくてもレーザラインよりその形状を算出することができる。このように複数手法を用いることで、計測手法の欠点を補い、より高精度な形状計測が実現する。また、光切断法はレーザラインの照射された箇所のみを計測するが、ステレオ法では、画像中に特徴となる点があれば、より広い領域の形状を一度に算出することができる。本実施例では、これら複数の計測手法の同時計測を、特殊透過フィルタとカラーカメラを用いることで実現する。 The stereo method has a drawback that when there is no feature on the surface of the measurement object 1, there is no feature point in the image, so that the corresponding point cannot be detected and the shape cannot be calculated. On the other hand, the optical cutting method can calculate the shape from the laser line even if the surface has no feature. By using a plurality of methods in this way, it is possible to compensate for the drawbacks of the measurement method and realize more accurate shape measurement. In addition, the light cutting method measures only the portion irradiated with the laser line. In the stereo method, if there is a characteristic point in the image, the shape of a wider region can be calculated at a time. In the present embodiment, the simultaneous measurement of the plurality of measurement methods is realized by using a special transmission filter and a color camera.
本実施例によれば、複数の計測処方による複数の画像を同時に得ることができるので、各計測手法で得られた画像間に位置のずれが発生せず、各画像を位置補正することなく重ね合せることにより高精度な形状計測を比較的短時間で実現することができる。 According to the present embodiment, a plurality of images based on a plurality of measurement prescriptions can be obtained at the same time, so that no positional deviation occurs between the images obtained by each measurement technique, and each image is superimposed without correcting the position. By combining them, highly accurate shape measurement can be realized in a relatively short time.
(搬送部)
形状計測部100、リングビーム発生部110、照明部130、位置姿勢計測部200、搬送部300を備えた計測ヘッド10の搬送方法として、図1にはワイヤー301による搬送の例を示した。本実施例の手法は、形状計測部100にカラーカメラ123を1台備えることで複数手法を実現できるため、装置が小型になるという特徴がある。そのため、搬送部300による搬送に変えて、手持ち、車輪による走行、UAV(Unmanned Aerial Vehicle)への搭載など様々な搬送方法を用いることができる。(Transport section)
As a method of transporting the measuring
本発明の実施例2を図12A〜図14を用いて説明する。 A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
実施例1との違いは光切断用のリングビームが波長と照射方向の異なる2種類あり、それに伴い特殊透過フィルタ1222の透過特性、照明1230のスペクトルが異なる点である。その他の構成は図1を用いて説明した実施例1の形状測定装置1000の構成と同じであるので、説明を省略する。
The difference from the first embodiment is that there are two types of ring beams for light cutting with different wavelengths and irradiation directions, and accordingly, the transmission characteristics of the
図12Aに、本実施例による形状計測部1200の概要を示す。本実施例においては、リングビーム発生部1210において、実施例1で説明したリングビーム115を計測対象1に照射するとともに、リングビーム115に対して傾斜したリングビーム116も測定対象1に照射される。リングビーム115の波長はG帯域の中心付近であり、リングビーム116の波長はR帯域の中心付近とする。
FIG. 12A shows an outline of the shape measuring unit 1200 according to this embodiment. In the present embodiment, the
図12Bに、リングビーム発生部1210の概略の構成を示す。リングビーム発生部1210は、G帯域の波長を有するレーザを発信するレーザ光源1211とリング状のビームを形成するコーンミラー1212との組み合わせと、R帯域の波長を有するレーザを発信するレーザ光源1213とリング状のビームを形成するコーンミラー1214との組み合わせとを備えている。
FIG. 12B shows a schematic configuration of the
特殊透過フィルタ1222の透過特性を図13に示す。本実施例における特殊透過フィルタ1222は、B帯域とそれよりも短い波長の光を透過する透過特性1222aのほかに、レーザ光源1211とコーンミラー1212との組み合わせにより形成されるG帯域の波長を有するリングビーム115による測定対象1からの反射光を透過する透過特性1223bと、レーザ光源1213とコーンミラー1214との組み合わせにより形成されるR帯域の波長を有するリングビーム116による測定対象1からの反射光を透過する透過特性1223aとを持つ。
The transmission characteristics of the
図14の(a)には、レンズ121だけを装着して特殊透過フィルタ1222を用いない場合のカラーカメラ123のRGBそれぞれの波長領域に対する透過率特性1223a〜1223cを示す。
FIG. 14A shows
図13には、図14の(a)に示したような特殊透過フィルタ1222を用いない場合のカラーカメラ123のRGBそれぞれの透過率特性1223a〜1223cを、特殊透過フィルタ1222の透過率特性1222a、1223a,1223bと重ねて表示してある。
FIG. 13 shows the transmittance characteristics 1223 to 1223c of RGB of the
また、図14の(b)には、照明部1230から測定対象1に照射される照明光のスペクトル1230aを示す。カラーカメラ123のB帯域1223cに合わせたスペクトル1230aとなっており、B帯域の波長の光による画像取得が可能となる。
Further, FIG. 14B shows a
2波長のリングビームを異なる方向に照射することにより、一方のリングビームでは、ビーム照射位置、もしくはビーム照射位置とカメラの位置関係により死角となる領域が、もう一方のリングビームでは検出可能となり、検出範囲が広がる。さらに、B帯域の波長の光にて取得した画像を用いたステレオ計測も行うことで、より計測時の死角が少ない計測を、1つのカメラにて行うことができる。 By irradiating two-wave ring beams in different directions, one ring beam can detect the beam irradiation position, or the area that becomes a blind spot due to the positional relationship between the beam irradiation position and the camera, and the other ring beam can detect it. The detection range is expanded. Furthermore, by performing stereo measurement using an image acquired with light of a wavelength in the B band, it is possible to perform measurement with fewer blind spots during measurement with one camera.
本発明の実施例3を図15を用いて説明する。
実施例1との違いは、リングビーム照明による光切断法、画像によるステレオ法に加え、ランダムドット照明を用いた形状計測法も同時に行う点にある。図15に形状計測部1500を示す。カラーカメラ123の帯域RGBそれぞれについて、R帯域にてランダムドット照明、G帯域にて光切断法、B帯域にてステレオ法を実施する。ランダムドット照明部1540は、R帯域の波長を持つ照明光を測定対象1に照射する。特殊透過フィルタ1522の透過特性は実施例2の図13で説明した特殊透過フィルタ1222と同様な透過率特性を有している。また、照明部1530のスペクトルも実施例2において図14の(b)に示した特性と同様である。A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The difference from the first embodiment is that a shape measurement method using random dot illumination is simultaneously performed in addition to the light cutting method using ring beam illumination and the stereo method using images. FIG. 15 shows a shape measuring unit 1500. For each band RGB of the
本実施例では、カラーカメラ123のRGBの帯域それぞれにて異なる3通りの形状計測手法を独立に実施することができる。ランダムドット照明部1540によるランダムドット照明は、測定対象1の表面に特徴が少ない時でも使用できる。また、光切断法においてリングビーム生成部1510で発生させたリングビームは一回の計測にて一断面を高精度に計測するが、ランダムドット照明は広い範囲に照明するため、計測範囲が広いという特徴がある。これらの計測手法を複数組み合わせ同時に実施することで、計測時の死角が少ない計測を、1つのカメラにて行うことができる。
In the present embodiment, three different shape measurement methods can be independently implemented for each of the RGB bands of the
また、ランダムドット照明の代わりにパターン照明を用いることもできる。その場合も、各形状計測手法の欠点を補い合うことで、高精度・広範囲の計測が可能となる。 Also, pattern illumination can be used instead of random dot illumination. Even in this case, high-precision and wide-range measurement is possible by compensating for the disadvantages of each shape measurement method.
本発明の実施例4を図16を用いて説明する。
形状計測部1600を台車50に載せ、周囲の形状を計測しながら移動する。形状計測部1600を構成するリングビーム発生部110、カラーカメラ123、照明部130の構成は実施例1で説明したものと同様である。未知の環境で周囲形状を計測し、地図の構築および自己位置推定を行う技術であるSLAM(SIMULTANEOUS Localization and Mapping)を利用することで、位置同定システムへの適用が可能となる。A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The
SLAMにおける地図の構築、自己位置推定の精度は、形状計測精度そのもに依存するところが大きい。本発明の複数方式を搭載した形状計測部100により、光切断法による壁や障害物の認識の他、画像・ステレオ計測による周囲の特徴模様の計測を同時に行うことにより、SLAM高精度化が実現する。また、図17のように形状計測部1700を上向きに設置することもできる。床面、天井など環境に応じて特徴点が多い向きにカメラの視野が向くよう形状計測部100を設置する。
The accuracy of map construction and self-position estimation in SLAM largely depends on the shape measurement accuracy itself. The
本発明の実施例5を図18を用いて説明する。本実施例では、測定対象の長軸が地面に対して斜めに傾いているときでも形状計測を行える形状計測装置の例を説明する。 A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, an example of a shape measuring apparatus capable of measuring a shape even when the long axis of the measurement target is inclined obliquely with respect to the ground will be described.
図18に装置構成を示す。エスカレータ2の形状計測を例に説明する。エスカレータ2は台座20に固定されている。形状計測装置は、形状計測部100と、位置姿勢計測部200、搭載部314と、搭載部314と接続された搭載用ワイヤ310と、移動用ワイヤ311と、トラッカー部400及び、処理部500とを備えている。傾斜台431はXYステージ430に搭載したトラッカ―部400の向きを変更する役割を果たす。形状計測部の相対的な位置と姿勢を計測すればよく、傾斜台431は傾斜角度を測定する必要はなく、図7の位置姿勢計測用レーザ410a、410bが位置姿勢計測部200の2次元検出素子230a、230bに対して概垂直に入射するように角度を調整すればよい。
FIG. 18 shows the apparatus configuration. The shape measurement of the escalator 2 will be described as an example. The escalator 2 is fixed to the pedestal 20. The shape measuring device includes a
また、アダプタ330の取付位置を変え、形状計測部100と搭載部314の傾きを等しくすることができ、傾斜台430を用いることなく構成することができる。搭載部314は支柱313に固定された搭載用ワイヤ310に計測ヘッド10を搭載する役割を果たす。モータ321は巻き取り部320に配置されており移動用ワイヤ311を用いて形状計測部を移動する役割を果たす。計測の仕方は、実施例1で説明した方法と同じである。
Further, the mounting position of the adapter 330 can be changed to make the inclination of the
本実施例によれば、エスカレータのように測定対象が重力方向に対して斜めに傾斜している場合でも、形状を計測することができる。 According to the present embodiment, the shape can be measured even when the measuring object is inclined obliquely with respect to the direction of gravity, such as an escalator.
これにより、本発明では、例えば設置、測定の工数が少ない方法で、移動手段の精度によらず、大きな測定対象の形状物を高精度に測定することが出来る。例えば10mを超える測定対象の形状を、例えば1mm以下の精度で測定できる測定形状計測システムを提供することができる。 As a result, in the present invention, for example, a large object to be measured can be measured with high accuracy regardless of the accuracy of the moving means by a method with less man-hours for installation and measurement. For example, it is possible to provide a measurement shape measurement system that can measure the shape of a measurement object exceeding 10 m with an accuracy of, for example, 1 mm or less.
本発明の実施例6を図20を用いて説明する。本実施例では、測定対象の長軸が地面に対して垂直のときでも形状計測を行える形状計測システムの例をエレベータのレールの形状計測を例に説明する。 A sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, an example of a shape measurement system that can perform shape measurement even when the long axis of a measurement target is perpendicular to the ground will be described by taking the shape measurement of an elevator rail as an example.
エレベータ3は、レール31、吊り上げ部801、エレベータ制御部802と乗車部分のかごから成る。図19はかごに変えて形状計測装置800を搭載した、レール31の形状計測例である。位置姿勢計測センサ部200を天板803に取り付け、形状計測部100の位置と姿勢を計測する。吊り下げワイヤ317で計測ヘッド10を吊り上げる。巻き取り部801で吊り下げワイヤ317を巻き取り、長さを調整することにより形状計測ヘッド10を上下に移動する。
The
図20は、吊り下げワイヤ317を用いることなく、ガイドレール901上を移動しながら形状計測を行う形状計測システム900の構成例である。形状計測ヘッド10に車輪902を取り付け、自重でレール上を移動しながら形状計測を行う。また、モータなどの駆動機構を用いて車輪901を駆動させる構成としても良い。
FIG. 20 is a configuration example of a shape measurement system 900 that performs shape measurement while moving on the
これまで説明してきた実施例は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されない。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。 The embodiments described so far are merely examples of implementation in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention is not limitedly interpreted by these. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or the main features thereof.
1・・・測定対象 2・・・エスカレータ 3・・・エレベータ 10・・・計測ヘッド 20・・・台座 31・・・レール 50・・・台車 100・・・形状計測部 110・・・リングビーム発生部 111・・・レーザ光源 112・・・コーンミラー 115、116・・・リングビーム 115a・・・レーザライン 120・・・画像検出部 121・・・結像レンズ 122・・・特殊透過フィルタ 123・・・カラーカメラ 130・・・照明部 140・・・ランダムドット照明部 200・・・位置姿勢計測部 230a、230b・・・2次元検出素子 232・・・基準線 233・・・基準点 300・・・搬送部 301・・・ワイヤ 310・・・搭載用ワイヤ 311・・・移動用ワイヤ 313・・・支柱 314・・・搭載部 317・・・吊り下げワイヤ 320・・・巻き取り部 321・・・モータ 330・・・アダプタ 400・・・トラッカー部 410a、410b・・・位置姿勢計測用レーザ 420・・・距離計測用レーザ 430・・・傾斜台 500・・・処理部 800・・・形状計測装置 801・・・吊り上げ部 802・・・エレベータ制御部。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Measuring object 2 ...
上記課題を解決するために、本発明では、計測対象の形状を計測する方法において、計測対象に複数の光源から発射された複数の照明光を照射し、計測対象の複数の照明光が照射された領域をカラーカメラで撮像し、カラーカメラで撮像して得られた計測対象のカラー画像を波長に応じて複数の画像に分離し、分離した複数の画像に対してそれぞれ異なる画像処理を施し、異なる画像処理を施した画像を合成して合成画像を作成し、作成した合成画像に基づいて計測対象の形状を計測するようにした。 In order to solve the above problems, in the present invention, in a method for measuring the shape of a measurement object, the measurement object is irradiated with a plurality of illumination lights emitted from a plurality of light sources, and the measurement object is irradiated with a plurality of illumination lights. The color image of the measurement object obtained by imaging with the color camera and the image captured with the color camera is separated into a plurality of images according to the wavelength, and each of the separated images is subjected to different image processing, A composite image is created by combining images subjected to different image processing, and the shape of the measurement object is measured based on the created composite image.
更に、上記課題を解決するために、本発明では、計測対象の形状を計測する装置を、計測対象に複数の照明光を照射する複数の光源を備えた光照射部と、計測対象の光照射部により複数の照明光が照射された領域を撮像して取得した計測対象のカラー画像を波長に応じて複数の画像に分離して出力する画像取得部と、画像取得部から分離して出力された複数の画像に対してそれぞれ異なる画像処理を施す画像処理部と、画像処理部で異なる画像処理を施した画像を合成して合成画像を作成する合成画像作成部と、合成画像作成部で作成した合成画像に基づいて計測対象の形状を計測する形状計測部と、形状計測部で計測対象の形状を計測した結果を出力する出力部とを備えて構成した。
Furthermore, in order to solve the above-described problems, in the present invention, an apparatus for measuring the shape of a measurement target includes a light irradiation unit including a plurality of light sources that irradiates a measurement target with a plurality of illumination lights, and light irradiation of the measurement target. An image acquisition unit that separates and outputs a color image of a measurement target acquired by imaging a region irradiated with a plurality of illumination lights into a plurality of images according to wavelength, and is output separately from the image acquisition unit Created by an image processing unit that performs different image processing on multiple images, a composite image creation unit that creates a composite image by combining images that have undergone different image processing by the image processing unit, and a composite image creation unit And a shape measuring unit that measures the shape of the measurement target based on the synthesized image, and an output unit that outputs the result of measuring the shape of the measurement target by the shape measuring unit.
Claims (15)
計測対象に複数の光源から発射された複数の照明光を照射し、
前記計測対象の前記複数の照明光が照射された領域をカラーカメラで撮像し、
前記カラーカメラで撮像して得られた前記検査対象のカラー画像を波長に応じて複数の画像に分離し、
前記分離した複数の画像に対してそれぞれ異なる画像処理を施し、
前記異なる画像処理を施した画像を合成して合成画像を作成し、
前記作成した合成画像に基づいて前記計測対象の形状を計測する
ことを特徴とする形状計測方法。A method for measuring the shape of a measurement object,
Irradiate multiple illumination lights emitted from multiple light sources onto the measurement target,
The area irradiated with the plurality of illumination lights of the measurement object is imaged with a color camera,
The color image of the inspection object obtained by imaging with the color camera is separated into a plurality of images according to the wavelength,
Each of the separated images is subjected to different image processing,
A composite image is created by combining the images subjected to the different image processing,
A shape measuring method, wherein the shape of the measurement target is measured based on the created composite image.
計測対象に複数の光源から発射された波長の異なる複数の照明光を照射し、
前記計測対象の前記波長の異なる複数の照明光が照射された領域をカラーカメラで撮像し、
前記カラーカメラで撮像して得られた前記計測対象のカラー画像を前記異なる波長に応じて複数の画像に分離し、
前記波長に応じて分離した複数の画像に対してそれぞれ異なる画像処理を施し、
前記異なる画像処理を施した画像を合成して合成画像を作成し、
前記作成した合成画像を参照画像と比較して前記合成画像における前記計測対象の欠陥を検出し、
前記合成画像と前記検出した欠陥との情報を出力する
ことを特徴とする形状計測方法。A method for measuring the shape of a measurement object,
Irradiate multiple illumination lights with different wavelengths emitted from multiple light sources to the measurement target,
Image a region irradiated with a plurality of illumination lights having different wavelengths of the measurement target with a color camera,
Separating the color image of the measurement object obtained by imaging with the color camera into a plurality of images according to the different wavelengths;
Each of the plurality of images separated according to the wavelength is subjected to different image processing,
A composite image is created by combining the images subjected to the different image processing,
Detecting the measurement target defect in the composite image by comparing the created composite image with a reference image;
Information on the synthesized image and the detected defect is output. A shape measuring method.
計測対象に複数の照明光を照射する複数の光源を備えた光照射部と、
前記計測対象の前記光照射部により複数の照明光が照射された領域を撮像して取得した前記検査対象のカラー画像を波長に応じて複数の画像に分離して出力する画像取得部と、
前記画像取得部から分離して出力された複数の画像に対してそれぞれ異なる画像処理を施す画像処理部と、
前記画像処理部で異なる画像処理を施した画像を合成して合成画像を作成する合成画像作成部と、
前記合成画像作成部で作成した合成画像に基づいて前記計測対象の形状を計測する形状計測部と、
前記形状計測部で前記計測対象の形状を計測した結果を出力する出力部と
を備えたことを特徴とする形状計測装置。An apparatus for measuring the shape of a measurement object,
A light irradiation unit comprising a plurality of light sources for irradiating a measurement object with a plurality of illumination lights;
An image acquisition unit that separates and outputs a color image of the inspection target obtained by imaging and acquiring a region irradiated with a plurality of illumination lights by the light irradiation unit of the measurement target; and
An image processing unit that performs different image processing on each of the plurality of images output separately from the image acquisition unit;
A composite image creation unit that creates a composite image by combining images subjected to different image processing in the image processing unit;
A shape measuring unit that measures the shape of the measurement target based on the composite image created by the composite image creating unit;
An output unit that outputs a result of measuring the shape of the measurement target by the shape measurement unit.
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