KR20140135827A - 형상 계측 방법 및 형상 계측 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 광절단법에서 광절단선의 검출에 필요로 하는 시간을 단축하고, 나아가서는, 대상물의 형상 계측의 정밀도를 향상시키는 것을 목적으로 한다. 본 발명에 관한 형상 측정 방법에서는, 추출한 광절단선(160)을 포함하는 영역 내에 에어리어 분할선(150)을 그어, 소에어리어(151)로 분할한 후, 각 소에어리어(151) 내에 있는 광절단선(160)의 위치를 중심으로 하여 상하 방향으로 복수개의 화소분만큼 넓힌 종방향 영역(152)을 설정한다. 종방향 영역(152)의 총영역(153)에서, 다음회의 화상 처리를 행한다.

Description

형상 계측 방법 및 형상 계측 장치{SHAPE MEASURING METHOD AND SHAPE MEASURING DEVICE}
본 발명은, 소정의 방향으로 이동하는 대상물상에 투영된 슬릿광의 반사광으로부터 광절단선(光切斷線)을 추출하고, 당해 광절단선에 의거하여 대상물의 입체적 형상을 계측하는 형상 계측 방법 및 형상 계측 장치에 관한 것이다.
반송중의 대상물의 입체적 형상을 계측하는 기술로서 광절단법이 있다.
구체적으로는, 광절단법(光切斷法)은 이하와 같이 하여 실시된다.
우선, 반송중의 대상물의 상방에서 소정의 각도만큼 반송 방향에 대해 경사시켜서 배치된 광원으로부터 대상물의 폭방향(대상물의 반송 방향과 직교하는 방향)으로 판형상 또는 선형상의 광선을 조사한다.
광원은 반송 방향에 대해 경사하고 있기 때문에, 광원으로부터의 광선에 의해 형성된 상(像)의 위치는 대상물의 표면의 요철에 맞추어서 변화한다. 대상물의 표면에서 반사되어 온 상(像)인 광절단선을 대상물의 수직 상방에 설치된 카메라 그 밖의 촬상 장치에 의해 촬상한다.
광원과 촬상 장치와의 위치 관계 및 화상상의 광절단선에 의거하여 광절단선상에서의 대상물의 형상을 검출한다.
광절단선상에서의 대상물의 형상의 검출을 대상물의 길이 방향에서 연속적으로 행하여, 또는, 반송 방향으로 이동하는 대상물에 대해 연속적으로 형상의 검출을 실시함에 의해, 대상물 전체의 3차원 형상을 계측할 수 있다.
광절단법에서는, 광절단선을 파악한 화상으로부터 외란이나 노이즈의 영향을 배제하고, 광절단선을 정확하며 샤프하게 추출하는 것이 중요해진다.
이 목적을 달성하기 위해, 여러가지의 제안이 이루어져 있다.
예를 들면, 특허 제2913903호 공보(특허 문헌 1)에서는, 광원으로서 레이저를 사용하고, 레이저광만을 통과시키는 간섭 필터를 촬상 장치의 렌즈 앞에 배치함에 의해, 절단광 이외의 광성분을 컷트하고, 외란 성분을 배제하고 있다.
특개평7-324915호 공보(특허 문헌 2)에서는, 광원으로서 레이저 슬릿광을 이용하고, 촬상 장치의 렌즈에 광학 필터를 조합시킴에 의해, 외란 성분이나 노이즈 성분을 제거하고 있다.
특허 제4896828호 공보(특허 문헌 3)에서는, 간섭 필터나 광학 필터로는 제거할 수가 없는 외란 노이즈를 제거하기 위해, 광절단선을 찾는 범위를 한정하는 소영역을 설정하고, 소영역 내의 휘도 분포의 평균치 또는 중심치(重心値)를 광절단선의 위치로서 인식하고 있다. 또한, 휘도 분포의 분산치를 구하고, 이 분산치에 의거하여, 인접하는 다음의 소영역을 결정하고 있다. 또한, 전화면내의 휘도 분포로부터 최대휘도의 점을 찾고, 그 점을 포함하는 영역을 광절단선의 계측 시작 위치로 하여 있다.
특허 문헌 1 : 일본국 특허 제2913903호 공보 특허 문헌 2 : 일본국 특개평7-324915호 공보 특허 문헌 3 : 특허 제4896828호 공보
외광이나 조명광 등의 환경광의 중에는, 조사한 광절단선의 광선과 같은 파장 또는 가까운 파장이 포함되어 있기 때문에, 카메라의 렌즈에 필터를 설치하여도 외란광을 완전하게 제거할 수가 없어서, 광절단선의 영상과 환경광에 기인하는 외란광의 영상을 동시에 촬상하는 것을 피할 수가 없다.
또한, 대상물에 부착한 물방울(水滴), 주변에 떠돌고 있는 퓸(fume)의 영향에 의해, 광의 반사율이 변화하기 때문에 광절단선의 휘도가 변화하는 일이 있다.
이 때문에, 이하와 같은 문제가 생긴다.
제1로서, 광절단선의 휘도가 낮으면, 안정적으로 절단선을 인식할 수가 없다.
제2로서, 광절단선의 휘도가 외란 성분의 휘도와 같은 정도까지 저하되면, 외란 성분과 광절단선과의 식별이 곤란 또는 불가능하게 된다.
상술한 특허 문헌 1 및 2는, 이와 같은 외란광, 물방울, 퓸 등에 기인하는 문제에 대처할 수가 없다.
이에 대해, 광절단선의 일부를 추출하고, 그 점을 기준으로 하여 주변의 휘도가 높은 점을 탐색하면서 광절단선의 절출(切出)을 행하는 특허 문헌 3에서는, 광절단선의 위치로부터 한정된 영역 내의 휘도 분포만을 처리하기 때문에, 광절단선으로부터 먼 위치에 있는 외란 성분의 제거가 충분하지 않은 경우, 또는, 광절단선의 휘도와 외란 성분의 휘도와의 차가 적은 경우라도, 광절단선을 검출하는 것이 어느 정도 가능하다.
특허 문헌 3에서는, 광절단선의 계측 시작점을 찾기 위해, 화상 내의 휘도 분포로부터 가장 도가 높은 점을 광절단선의 일부로 판단하고 있다. 그 때문에, 특허 문헌 3에서는, 광절단선의 일부가 반드시 외란 성분보다 큰 휘도로 반사하고 있을 필요가 있는데, 외란 성분의 영향이 큰 경우에는, 반드시 그렇게 되지 않는 일이 있다.
또한, 특허 문헌 3에서는, 광절단선을 탐색하는 소영역을 전단계의 광절단선 추출시의 휘도 분포 분산치에 의거하여 결정하고 있고, 또한, 광절단선의 위치를 소영역 내의 휘도 분포의 중심치 또는 평균치에 의거하여 결정하고 있다.
통상, 광원은 외측을 향하여 분산치가 커지기 때문에, 외측을 향할수록 계측하는 영역이 넓어진다. 또한, 외란 성분이 광절단선의 부근에 있는 경우에는, 다음의 계측 영역이 커진다. 통상, 외란 성분은 어느 정도의 넓이의 범위에 영향을 주기 때문에, 이 상태에서 휘도의 중심치 또는 평균치를 구하면, 실제의 광절단선과는 다른 위치를 광절단선의 위치로서 인식하게 된다.
또한, 대상물이 고온인 경우, 대상물이 적색의 광을 발하고 있는 일이 있다. 이와 같은 경우, 대상물로부터의 적색광의 파장과 광원으로부터의 조사광의 파장이 서로 근사하는 일이 있어서, 광절단선의 반사광을 식별할 수가 없게 된다.
본 발명은 이와 같은 종래의 광절단선을 이용한 형상 계측 기술에서의 문제점을 해결하는 것을 가능하게 하는 형상 계측 방법 및 형상 계측 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 소정의 방향으로 이동하는 대상물상에 투영된 슬릿광의 반사광으로부터 광절단선을 추출하고, 당해 광절단선에 의거하여 상기 대상물의 입체적 형상을 계측하는 형상 계측 방법에 있어서, 추출한 광절단선을 포함하는 영역 내에 상기 소정의 방향으로 늘어나는 N(N은 1 이상의 정수)개의 에어리어 분할선을 그어, 당해 영역을 (N+1)개의 소(小)에어리어로 분할하는 제1의 과정과, 각 소에어리어 내에 있는 광절단선의 위치를 중심으로 하여 상기 소정의 방향으로 미리 정하여진 수의 화소분만큼 넓힌 종방향 영역을 설정하는 제2의 과정과, 상기 제2의 과정에서 설정된 상기 소에어리어마다의 상기 종방향 영역의 총영역에서, 화상 처리를 행하는 제3의 과정을 구비하는 형상 계측 방법을 제공한다.
본 발명에 관한 형상 측정 방법은, 상기 총영역에서, 광절단선에 상당하는 휘도를 갖는 화소가 검출되지 않은 경우에는, 상기 종방향 영역을 상기 소정의 방향으로 미리 정하여진 수의 화소분만큼 순차적으로 넓히는 제4의 과정을 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명에 관한 형상 측정 방법에서는, 상기 N은 노이즈량에 응하여 결정되는 것이 바람직하다.
본 발명에 관한 형상 측정 방법에서는, 상기 N은, 예를 들면, 노이즈량이 미리 정하여진 임계치를 넘는 경우에는, 30 이상의 범위로 결정되고, 노이즈량이 상기 임계치 이하인 경우에는, 1 내지 29의 범위로 결정된다.
본 발명에 관한 형상 측정 방법에서는, 상기 미리 정하여진 수는 상기 대상물의 이동 속도에 응하여 결정되는 것이 바람직하다.
본 발명에 관한 형상 측정 방법에서는, 상기 미리 정하여진 수는 상기 대상물의 이동에 수반하는 상기 대상물의 단위시간당의 형상의 변화량에 응하여 결정되는 것이 바람직하다.
본 발명에 관한 형상 측정 방법에서는, 상기 제2의 과정에서, 상기 광절단선이 하나의 방향으로 볼록한 형상을 하고 있는 경우에는, 상기 하나의 방향으로만 늘어나는 상기 종방향 영역을 설정하는 것이 바람직하다.
본 발명에 관한 형상 측정 방법에서는, 상기 종방향 영역의 모든 영역에서, 상기 하나의 방향으로만 늘어나는 상기 종방향 영역에서 광절단선에 상당하는 휘도를 갖는 화소가 검출되지 않은 경우에는, 상기 하나의 방향과는 반대의 방향으로 늘어나는 상기 종방향 영역을 설정하는 것이 바람직하다.
본 발명에 관한 형상 측정 방법에서는, 상기 제2의 과정에서, 상기 소정의 방향 또는 상기 소정의 방향과는 반대의 방향으로만 늘어나는 상기 종방향 영역을 설정하는 것이 바람직하다.
본 발명에 관한 형상 측정 방법에서는, 상기 종방향 영역의 모든 영역에서, 광절단선에 상당하는 휘도를 갖는 화소가 검출되지 않은 경우에는, 반대의 방향으로 늘어나는 상기 종방향 영역을 설정하는 것이 바람직하다.
본 발명은, 또한, 소정의 방향으로 이동하는 대상물상에 투영된 슬릿광의 반사광으로부터 광절단선을 추출하고, 당해 광절단선에 의거하여 상기 대상물의 입체적 형상을 계측하는 형상 계측 방법에 있어서, 추출한 광절단선의 최상부 및 최하부를 각각 상변 및 하변으로 하고, 단위시간당에 상기 광절단선이 변화하는 좌우 방향의 최대치를 좌변 및 우변으로 하는 사각형을 설정하는 제1의 과정과, 상기 제1의 과정에서 설정된 상기 사각형 내의 영역에서, 화상 처리를 행하는 제2의 과정을 구비하는 형상 계측 방법을 제공한다.
본 발명은, 또한, 소정의 방향으로 이동하는 대상물에 슬릿광을 조사하는 광원과, 상기 대상물의 표면에서 반사한 반사광을 촬상하는 촬상 장치와, 소정의 파장의 반사광만을 상기 촬상 장치에 통과시키는 필터와, 상기 광원 및 상기 촬상 장치의 동작을 제어함과 함께, 상기 반사광의 화상으로부터 추출한 광절단선에 의거하여 상기 대상물의 입체적 형상을 계측하는 제어 장치로 이루어지는 형상 측정 장치로서, 상기 제어 장치는, 상기 반사광의 화상으로부터 광절단선을 추출하고, 추출한 광절단선을 포함하는 영역 내에 상기 소정의 방향으로 늘어나는 N(N은 1 이상의 정수)개의 에어리어 분할선을 그어, 당해 영역을 (N+1)개의 소에어리어로 분할하고, 각 소에어리어 내에 있는 광절단선의 위치를 중심(中心)으로 하여 상기 소정의 방향으로 미리 정하여진 수의 화소분만큼 넓힌 종방향 영역을 설정하고, 상기 소에어리어마다의 상기 종방향 영역의 총영역에서, 화상 처리를 행하는, 것인 형상 계측 장치를 제공한다.
본 발명에 관한 형상 측정 장치에서는, 상기 제어 장치는, 상기 총영역에서, 광절단선에 상당하는 휘도를 갖는 화소가 검출되지 않은 경우에는, 상기 종방향 영역을 상기 소정의 방향으로 미리 정하여진 수의 화소분만큼 순차적으로 넓히는 것이 바람직하다.
본 발명에 관한 형상 측정 장치에서는, 상기 제어 장치는 상기 N을 노이즈량에 응하여 결정하는 것이 바람직하다.
본 발명에 관한 형상 측정 장치에서는, 상기 제어 장치는, 예를 들면, 노이즈량이 미리 정하여진 임계치를 넘는 경우에는, 상기 N을 30 이상의 범위로 결정하고, 노이즈량이 상기 임계치 이하인 경우에는, 상기 N을 1 내지 29의 범위로 결정한다.
본 발명에 관한 형상 측정 장치에서는, 상기 제어 장치는 상기 미리 정하여진 수를 상기 대상물의 이동 속도에 응하여 결정하는 것이 바람직하다.
본 발명에 관한 형상 측정 장치에서는, 상기 제어 장치는 상기 미리 정하여진 수를 상기 대상물의 이동에 수반하는 상기 대상물의 단위시간당의 형상의 변화량에 응하여 결정하는 것이 바람직하다.
본 발명에 관한 형상 측정 장치에서는, 상기 제어 장치는 상기 미리 정하여진 수를 상기 촬상 장치의 스캔 주기에 응하여 결정하는 것이 바람직하다.
본 발명에 관한 형상 측정 장치에서는, 상기 제어 장치는, 상기 광절단선이 하나의 방향으로 볼록한 형상을 하고 있는 경우에는, 상기 하나의 방향으로만 늘어나는 상기 종방향 영역을 설정하는 것이 바람직하다.
본 발명에 관한 형상 측정 장치에서는, 상기 제어 장치는, 상기 하나의 방향으로만 늘어나는 상기 종방향 영역에서 광절단선에 상당하는 휘도를 갖는 화소가 검출되지 않은 경우에는, 상기 하나의 방향과는 반대의 방향으로 늘어나는 상기 종방향 영역을 설정하는 것이 바람직하다.
본 발명에 관한 형상 측정 장치에서는, 상기 제어 장치는, 상기 소정의 방향 또는 상기 소정의 방향과는 반대의 방향으로만 늘어나는 상기 종방향 영역을 설정하는 것이 바람직하다.
본 발명에 관한 형상 측정 장치에서는, 상기 제어 장치는, 상기 종방향 영역에서, 광절단선에 상당하는 휘도를 갖는 화소가 검출되지 않은 경우에는, 반대의 방향으로 늘어나는 상기 종방향 영역을 설정하는 것이 바람직하다.
본 발명은, 또한, 소정의 방향으로 이동하는 대상물에 슬릿광을 조사하는 광원과, 상기 대상물의 표면에서 반사한 반사광을 촬상하는 촬상 장치와, 소정의 파장의 반사광만을 상기 촬상 장치에 통과시키는 필터와, 상기 광원 및 상기 촬상 장치의 동작을 제어함과 함께, 상기 반사광의 화상으로부터 추출한 광절단선에 의거하여 상기 대상물의 입체적 형상을 계측하는 제어 장치로 이루어지는 형상 측정 장치로서, 상기 제어 장치는, 상기 반사광의 화상으로부터 광절단선을 추출하고, 상기 광절단선의 최상부 및 최하부를 각각 상변 및 하변으로 하고, 단위시간당에 상기 광절단선이 변화하는 좌우 방향의 최대치를 좌변 및 우변으로 하는 사각형을 설정하고, 상기 사각형 내의 영역에서, 화상 처리를 행하는 것인 형상 계측 장치를 제공한다.
본 발명에 관한 형상 측정 장치에서는, 상기 필터는, 이동평균 필터, 가우시안 필터 및 미디언 필터의 어느 하나 또는 2개 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명은, 또한, 소정의 방향으로 이동하는 대상물상에 투영된 슬릿광의 반사광으로부터 광절단선을 추출하고, 당해 광절단선에 의거하여 상기 대상물의 입체적 형상을 계측하는 형상 계측 방법을 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램으로서, 상기 프로그램이 상기 컴퓨터에 행하게 하는 처리는, 추출한 광절단선을 포함하는 영역 내에 상기 소정의 방향으로 늘어나는 N(N은 1 이상의 정수)개의 에어리어 분할선을 그어, 당해 영역을 (N+1)개의 소에어리어로 분할하는 제1의 처리와, 각 소에어리어 내에 있는 광절단선의 위치를 중심으로 하여 상기 소정의 방향으로 미리 정하여진 수의 화소분만큼 넓힌 종방향 영역을 설정하는 제2의 처리와, 상기 제2의 처리에서 설정된 상기 소에어리어마다의 상기 종방향 영역의 총영역에서, 화상 처리를 행하는 제3의 처리로 이루어지는 것인 프로그램을 제공한다.
본 발명은, 또한, 소정의 방향으로 이동하는 대상물상에 투영된 슬릿광의 반사광으로부터 광절단선을 추출하고, 당해 광절단선에 의거하여 상기 대상물의 입체적 형상을 계측하는 형상 계측 방법을 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램으로서, 상기 프로그램이 상기 컴퓨터에 행하게 하는 처리는, 추출한 광절단선의 최상부 및 최하부를 각각 상변 및 하변으로 하고, 단위시간당에 상기 광절단선이 변화하는 좌우 방향의 최대치를 좌변 및 우변으로 하는 사각형을 설정하는 제1의 처리와, 상기 제1의 처리에서 설정된 상기 사각형 내의 영역에서, 화상 처리를 행하는 제2의 처리로 이루어지는 것인 프로그램을 제공한다.
종래, 인라인에서 사용되는 형상 계측 장치에서는, 처리 시간이 길어지기 때문에, 복수의 필터를 이용한 필터링 처리를 행하는 것이 어렵고, 광학 필터나 간단한 연산 처리를 이용하는 것밖에 할 수가 없었다. 이 때문에, 외광, 반사광, 퓸, 발열 발광 등에 기인하는 외란을 배제할 수가 없어서, 대상물의 정확한 형상을 계측하는 것은 극히 곤란하였다.
본 발명에 관한 형상 계측 방법 및 형상 계측 장치는, 전회의 계측에서의 연산 결과에 의거하여, 다음 처리의 계측 에어리어를 한정함에 의해, 연산 시간을 단축하는 것을 가능하게 하고 있다. 이 연산 시간의 단축에 의해, 인라인 사용시에도, 외란 노이즈에 대해 유효한 복수의 필터를 조합시켜서 사용하는 것이 가능해지고, 촬상 데이터 위가 다양한 노이즈에 대해 적절한 제거 처리를 행하는 것이 가능해진다. 이 때문에, 촬상 데이터의 상태에 관계없이, 정확한 광절단선의 위치를 특정할 수 있고, 광절단선을 고정밀도로 정확하게 추출하는 것이 가능해지고 있다. 이 결과로서, 대상물의 정확한 형상을 계측하는 것이 가능하다.
또한, 광원의 파장을 대상물에 응하여 변경하는 것이 가능하기 때문에, 종래의 소프트웨어 처리만으로는 곤란하였던 발열 발광하는 대상물의 형상도 정확하게 계측하는 것이 가능하다.
도 1은 발명의 제1의 실시 형태에 관한 형상 측정 장치를 열간 압연 라인에 응용한 경우의 개략도.
도 2는 본 발명의 제1의 실시 형태에 관한 형상 측정 장치의 개략도.
도 3은 형상 프로파일의 한 예를 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 제1의 실시 형태에 관한 형상 측정 장치의 동작을 도시하는 플로 차트.
도 5는 평활화 처리 전의 화상 및 평활화 처리 후의 화상의 한 예를 도시하는 도면.
도 6은 이동평균 필터를 이용하여 노이즈 제거를 행한 경우의 제거 전과 제거 후의 화상의 한 예를 도시하는 도면.
도 7(A)는 3×3의 화소 배열에서의 이동평균 레이트를 표시하는 표, 도 7(B)는 5×5의 화소 배열에서의 이동평균 레이트를 표시하는 표.
도 8(A)는 3×3의 화소 배열에서의 가우시안 필터 레이트를 표시하는 표, 도 8(B)는 5×5의 화소 배열에서의 가우시안 필터 레이트를 표시하는 표.
도 9는 3×3의 화소 배열에서의 각 화소의 휘도치를 도시하는 도면.
도 10은 미디언 필터를 이용하여 노이즈 제거 처리를 행하는 경우의 처리 전과 처리 후의 화상.
도 11(A)는 수축 처리가 행하여지는 과정의 화상을 도시하는 도면, 도 11(B)는 팽창 처리가 행하여지는 과정의 화상을 도시하는 도면.
도 12는 2치화된 화상의 수축·팽창 처리 전 및 수축·팽창 처리 후의 화상의 한 예를 도시하는 도면.
도 13(A) 내지 (D)는 팽창 처리 후에 수축 처리를 행하는 경우의 한 예를 도시하는 화상.
도 14는 세선화 처리 전후의 화상의 한 예를 도시하는 도면.
도 15는 세선화 처리 전후의 화상의 한 예를 도시하는 도면.
도 16(A)는 세선화 처리의 실시 후에 남은 광절단선을 도시하는 화상, 도 16(B)는 광절단선만을 추출한 화상.
도 17은 에어리어와 촬상 화상이 맞겹쳐진 화상의 한 예를 도시하는 도면.
도 18은 본 발명의 제1의 실시 형태에 관한 형상 계측 장치에서, 다음회의 화상 처리 에어리어를 결정하는 프로세스를 도시하는 개략도.
도 19는 본 발명의 제2의 실시 형태에 관한 형상 계측 장치에서, 다음회의 화상 처리 에어리어를 결정하는 프로세스를 도시하는 개략도.
(제1의 실시 형태)
도 1은, 본 발명의 제1의 실시 형태에 관한 형상 측정 장치(100)를, 한 예로서, 열간 압연 라인에 응용한 경우의 개략도이다.
열간 압연 라인은, 압연 섹션(210)과, 형상 측정 섹션(220)과, 냉각 섹션(230)과, 권취 섹션(240)이 압연재(250)의 반송 방향(R)의 상류측부터 하류측을 향하여 이 순번대로 배치됨에 의해, 구성되어 있다.
압연 섹션(210)에는, 압연 롤(211)과, 압연 롤(211)의 동작을 제어하는 압연 롤 제어 장치(212)가 배치되어 있다.
압연재(250)는 방향(R)으로 반송되고 있다. 최초에, 압연재(250)는, 압연 섹션(210)에서, 압연 롤(211)에 의해, 소정의 두께까지 압연된다.
압연 섹션(210)을 통과한 압연재(250)는 형상 측정 섹션(220)에 진입하고, 본 발명의 제1의 실시 형태에 관한 형상 측정 장치(100)는, 후술하는 바와 같이 하여, 압연재(250)의 형상을 측정한다.
형상 측정의 결과는 압연 섹션(210)의 압연 롤 제어 장치(212)에 피드백되고, 그 결과에 응하여, 압연재(250)의 압연 동작이 수정된다.
압연재(250)의 형상 측정이 종료된 후, 압연재(250)는 냉각 섹션(230)에 진입하여, 냉각 유닛(231)에 의해 냉각된다. 예를 들면, 냉각 유닛(231)은 압연재(250)에 냉각수를 방사함에 의해, 압연재(250)를 냉각한다.
냉각된 압연재(250)는 권취 섹션(240)에서, 권취 롤(241)에 권취된다.
도 2는 본 실시 형태에 관한 형상 측정 장치(100)의 개략도이다.
형상 측정 장치(100)는, 압연 섹션(210)에서 압연된 압연재(250)의 형상 프로파일을 계측함에 의해, 압연재(250)의 입체적 형상(3차원적 형상)을 재현하고, 압연재(250)가 소정의 정밀도(평탄도, 갈라짐이나 잔금의 유무 등)를 만족하고 있는지의 여부를 판정한다.
본 실시 형태에 관한 형상 측정 장치(100)는, 슬릿광(111)을 압연재(250)에 조사하는 광원(110)과, 광원(110)으로부터 조사되고, 압연재(250)의 표면에서 반사한 반사광을 촬상하는 촬상 장치(120)와, 소정의 파장의 반사광만을 촬상 장치(120)에 보내는 필터(130)와, 광원(110) 및 촬상 장치(120)의 동작을 제어하는 형상 측정 제어 장치(140)로 구성되어 있다.
광원(110)은, 점(点) 레이저 빔을, 예를 들면, 실린드리컬 렌즈에 통과시킴에 의해 슬릿광(111)을 발생시켜, 이 슬릿광(111)을 압연재(250)의 전폭(全幅)(반송 방향(R)과 직교하는 방향에서의 전체 길이)에 걸쳐서 조사한다.
촬상 장치(120)는, 예를 들면, 2차원 CCD 카메라로 이루어진다.
촬상 장치(120)는 압연재(250)의 표면에서 반사한 반사광의 화상을 촬상한다. 구체적으로는, 촬상 장치(120)는, 광원(110)으로부터 조사되는 슬릿광(111)이 압연재(250)의 표면에 도달하는 영역을 포함하는 영역(121)(도 2에 도시하는 2개의 파선(121A 및 121B)으로 둘러싸여진 영역)의 화상을 촬상한다.
촬상 장치(120)가 촬상한 반사광의 화상은 형상 측정 제어 장치(140)에 송신된다.
광원(110)은 촬상 장치(120)에 대해 가변으로 구성되어 있고, 광원(110)의 레이저광 투사축과 촬상 장치(120)의 광축이 이루어지는 각도를 약 25도 내지 160도의 범위 내에서 변경 가능하도록 구성되어 있다.
필터(130)는, 광원(110)으로부터 조사되는 슬릿광(111)과 동일 파장의 광만을 통과시킨다. 따라서, 촬상 장치(120)는, 광원(110)으로부터 조사되는 슬릿광(111)과 동일 파장의 반사광만을 촬상한다.
필터(130)는, 후술하는 이동평균 필터, 가우시안 필터 및 미디언 필터의 어느 하나 또는 2개 이상의 조합으로 이루어진다.
또한, 본 실시 형태에서의 필터(130)는, 하드웨어로서의 렌즈뿐만 아니라, 형상 측정 제어 장치(140) 내에서의 소프트웨어에 의한 필터링 처리도 조합시킨 것으로 이루어진다.
형상 측정 제어 장치(140)는, 광원(110) 및 촬상 장치(120)의 동작을 제어하는 촬상 제어 유닛(141)과, 촬상 장치(120)가 촬상한 화상을 기억하는 메모리(142)와, 메모리(142)에 기억된 화상을 해석하고, 압연재(250)의 형상 프로파일을 작성하는 화상 인식 유닛(143)과, 메모리(142)에 기억된 화상 및 화상 인식 유닛(143)이 작성한 형상 프로파일을 표시하는 디스플레이(144)로 구성되어 있다.
촬상 제어 유닛(141)은 광원(110) 및 촬상 장치(120)의 동작을 제어한다. 구체적으로는, 촬상 제어 유닛(141)은, 광원(110)이 조사하는 슬릿광(111)의 휘도의 조정, 광원(110)이 조사하는 슬릿광(111)의 조사 각도의 조정, 촬상 장치(120) 내의 렌즈의 조리개의 조정, 촬상 시간의 조정 등을 실행한다.
메모리(142)는, 예를 들면, 프레임 메모리로 이루어지고, 촬상 장치(120)로부터 송신되어 온 화상을, 예를 들면, 1280×1024개의 픽셀(화소)로 기억한다.
화상 인식 유닛(143)은, 메모리(142)에 기억된 화상 내의 반사광으로부터 광절단선을 추출하고, 당해 광절단선의 좌표(X좌표 및 Y좌표)를 화상 좌표 데이터로서 산출한다. X좌표는 압연재(250)의 폭방향에서의 좌표이고, Y좌표는 압연재(250)의 반송 방향(R)에서의 좌표이다.
화상 좌표 데이터를 산출한 후, 화상 인식 유닛(143)은 이 화상 좌표 데이터에 의거하여 압연재(250)의 형상 프로파일을 산출한다. 산출된 형상 프로파일은 정규화되어, 2차원(X좌표 및 Z좌표)의 정규화 좌표 데이터로서 메모리(142)에 기억되고, 또는, 디스플레이(144)에 표시된다.
Z좌표는 압연재(250)의 두께 방향에서의 좌표이다.
이와 같이 하여, 정규화된 형상 프로파일이 구하여진다. 도 3은 형상 프로파일의 한 예를 도시한다.
도 4는 본 실시 형태에 관한 형상 측정 장치(100)의 동작을 도시하는 플로 차트이다. 이하, 도 4를 참조하여, 본 실시 형태에 관한 형상 측정 장치(100)의 동작을 설명한다.
먼저, 촬상 처리(스텝 S100)가 실시된다. 구체적으로는, 광원(110)이 슬릿광(111)을 압연재(250)의 표면에 조사하고, 촬상 장치(120)가 슬릿광(111)이 조사되고 있는 영역을 포함하는 영역(121) 나아가서는 반사광을 촬상하고, 촬상한 화상을 형상 측정 제어 장치(140)에 송신한다. 형상 측정 제어 장치(140)에 송신된 화상은 메모리(142)에 보존된다.
뒤이어, 화상 인식 유닛(143)은 반사광의 화상 내에서 광절단선을 추출하는 영역을 절출한다(스텝 S110). 즉, 화상 인식 유닛(143)은 촬상 장치(120)로부터 송신되어 온 화상의 전(全) 영역에서 광절단선을 추출하는 것이 아니라, 화상의 전 영역 중의 미리 결정된 일부의 영역 내에서만 광절단선을 추출하는 작업을 실시한다.
광절단선을 추출하는 영역의 결정은 직전에 추출된 광절단선에 의거하여 행하여진다(후술하는 스텝 S200 참조). 결정 방법은 후술한다.
뒤이어, 화상 인식 유닛(143)은 화상으로부터 노이즈를 제거하기 위해, 이하와 같은 노이즈 제거 작업을 실시한다.
우선, 화상 인식 유닛(143)은, 화상에 대해 평활화 처리를 실시하는 것이 필요한지의 여부의 판정을 행한다(스텝 S120).
화상에 물방울이나 증기의 영향이 없는 경우에는(예를 들면, 대상물이 건조되어 있는 것이 분명한 경우), 평활화 처리는 실행하지 않는다(스텝 S120의 NO).
평활화 처리의 실시가 필요하다고 판정된 경우에는(스텝 S120의 YES), 다음과 같이 하여, 평활화 처리가 실시된다(스텝 S130).
광절단선을 촬상한 화상에는, 퓸, 물방울, 반사광 등의 노이즈가 포함되어 있다. 이와 같은 노이즈는 점형상이나 작은 괴형상으로 분포하고 있는 일이 많다, 촬상 데이터를 평활화 처리함에 의해, 이와 같은 노이즈 성분을 경감할 수 있다.
노이즈를 제거하는 처리는, 화상의 상태에 맞추어서, 필터(130)를 구성하는 이동평균 필터, 가우시안 필터 또는 미디언 필터의 어느 하나 또는 2개 이상을 사용한다.
촬상된 화상에 대해 평활화 처리를 행함에 의해, 높은 휘도로 비쳤던 점형상, 괴형상의 외란 노이즈를 컷트하고, 광절단선의 상을 명확화하는 것이 가능해진다.
도 5는 평활화 처리 전의 화상 및 평활화 처리 후의 화상의 한 예이다.
도 6은 이동평균 필터를 이용하여 노이즈 제거를 행한 경우의 제거 전과 제거 후의 화상의 한 예를 도시한다(화상 인용 : 이미징 솔루션 <http://imagingsolution.net/>).
이동평균 필터는 화상의 휘도치를 매끈하게 함에 의해, 화상 내의 노이즈를 제거한다.
구체적으로는, 주목 화소와 그 주변 화소의 휘도치에 이동평균 레이트를 곱함에 의해, 휘도의 평활화를 행한다. 이 처리를 촬상 화상 전체에 행함에 의해, 전체의 휘도가 평활화된다. 이동평균 필터는, 모든 이동평균 레이트를 더하면 1이 되도록 조정한다(인용 문헌 : 디지털 화상 처리 CG-ARTS 협회 ISBN-10 4903474014 <http://imagingsolution.net/>).
도 7(A)는 3×3의 화소 배열에서의 이동평균 레이트, 도 7(B)는 5×5의 화소 배열에서의 이동평균 레이트를 도시한다. 어느 쪽의 경우도, 중앙의 화소가 주목 화소이다.
일반적으로, 주목 화소의 부근의 주변 화소의 휘도치는 주목 화소의 휘도치와 가까운 경우가 많지만, 주목 화소로부터 멀어지면 휘도차가 커지는 경우가 많다. 이것을 고려하여 평균치를 계산할 때의 무게를 주목 화소에 가까울수록 크게한 것이 가우시안 필터이다.
가우시안 필터는 로우패스 필터에 가까운 효과가 있고, 고주파의 노이즈 제거에 유효하다. 고주파란, 짧은 주기로 「명암 명암」을 반복하는 패턴을 가리킨다.
가우시안 필터에서의 처리는, 주목 화소와 그 주변 화소의 휘도치에 소정의 레이트를 곱함에 의해 행하여진다. 퓸 등의 영향으로 고주파의 노이즈가 넓어져 있는 경우에는 가우시안 필터가 유효하다.
도 8(A)는 3×3의 화소 배열에서의 가우시안 필터 레이트, 도 8(B)는 5×5의 화소 배열에서의 가우시안 필터 레이트를 도시한다. 어느 경우도, 중앙의 화소가 주목 화소이다.
특정한 주파수를 지워 없애기 위해서는, 주기가 반분 떨어진 2점의 데이터를 평균함에 의해, 그 주파수 성분을 지워 없앨 수 있다. 이 원리를 사용한 것이 가우시안 필터이다(인용 문헌 : 디지털 화상 처리 CG-ARTS 협회 ISBN-10 4903474014 <http://imagingsolution.net/>).
미디언 필터는, 주목 화소의 주변 화소의 휘도치의 크기를 순번대로 나열하고, 중앙치를 주목 화소로 치환함에 의해, 노이즈를 제거하는 필터이다. 이것은 불꽃(火花), 스플래시, 외란광 등 주변 화소의 휘도치보다 크게 다른 "점(点)으로 점재(點在)하는 형상" 또는 스파이크형상의 노이즈의 제거에 적합하다. 이 처리는, 촬상한 화상의 윤곽이나 에지가 흐려지는 일이 없다는 이점이 있다.
도 9는 3×3의 화소 배열에서의 각 화소의 휘도치를 나타낸다(화상 인용 : 이미징 솔루션 <http://imagingsolution.net/>).
주목 화소의 주변 화소의 휘도치를 취득하고, 이 휘도치를, 이하와 같이, 작은 순번으로 나열한다.
24, 30, 31, 34, 41, 57, 61, 96, 165
뒤이어, 중앙치(中央値)인 41을 최대치의 휘도치 165로 치환한다. 이 처리를 전 화소에 관해 행함에 의해, 노이즈 제거를 행한다(인용 문헌 : 디지털 화상 처리 CG-ARTS 협회 ISBN-10 4903474014 <http://imagingsolution.net/>).
도 10은 미디언 필터를 이용하여 노이즈 제거 처리를 행하는 경우의 처리 전과 처리 후의 화상이다(화상 인용 : 이미징 솔루션 <http://imagingsolution.net/>).
평활화 처리(스텝 S130)가 종료된 후, 화상 인식 유닛(143)은, 평활화한 촬상 데이터 위로 퍼지는 광절단선 이외의 소패턴 노이즈의 제거 처리가 필요한지의 여부를 판정한다(스텝 S140).
평활화 처리에도 소패턴 노이즈를 제거하는 기능이 있기 때문에, 소패턴 노이즈가 평활화 처리만으로 제거 가능한 정도의 것인 경우에는, 소패턴 노이즈의 제거 처리는 실시되지 않는다(스텝 S140의 NO).
화상 인식 유닛(143)은, 필요하다고 판정한 경우에는(스텝 S140의 YES), 소패턴 노이즈의 제거 처리를 실행한다(스텝 S150).
구체적으로는, 화상 인식 유닛(143)은, 처리 화상을 2치화한 후, 수축 팽창 처리를 행함에 의해, 소패턴 노이즈를 제거한다. 이에 의해, 광절단선을 더욱 선명하게 할 수 있다.
수축 처리란, 주목 화소의 주변에 1화소라도 흑(黑)화소가 있으면 모든 주변 화소를 흑으로 치환하는 처리를 가리키고, 팽창 처리란, 주목 화소의 주변에 1화소라도 백(白)화소가 있으면 모든 주변 화소를 백으로 치환하는 처리를 가리킨다(인용 문헌 : 이미징 솔루션 <http://imagingsolution.net/>).
도 11(A)는 수축 처리가 행하여지는 과정의 화상을 도시하고, 도 11(B)는 팽창 처리가 행하여지는 과정의 화상을 도시한다.
또한, 도 12는 2치화된 화상의 수축·팽창 처리 전 및 수축·팽창 처리 후의 화상의 한 예이다.
또한, 먼저 팽창 처리를 행하고 나서 수축 처리를 행함에 의해, 이빠진 상(像)을 보완할 수 있다.
도 13(A) 내지 (D)는 그 한 예를 도시하는 화상이다(화상 인용 : 이미징 솔루션 <http://imagingsolution.net/>).
도 13(A)의 동그라미표로 도시하는 바와 같이, 비교적 큰 이빠짐부가 존재하고 있는 경우, 최초에 팽창 처리, 뒤이어 수축 처리를 행한다. 이에 의해, 도 13(D)에 도시하는 바와 같이, 이빠짐부는 거의 보완된다(즉, 이빠짐부가 거의 없어진다).
화상 인식 유닛(143)은 소패턴 노이즈 제거 처리(스텝 S150)가 종료된 후, 세선화 처리가 필요한지의 여부를 판정한다(스텝 S160).
세선화 처리는, 남은 패턴의 연속성의 유무를 확인하기 위한 처리이다. 세선화 처리에서는, 패턴의 중심의 1화소만이 남아 있고, 다른 화소는 삭제된다.
또한, 세선화 처리를 행하지 않아도 패턴의 연속성을 인식할 수 있는 경우에는, 세선화 처리는 행할 필요는 없다. 패턴의 연속성을 인식할 수가 없는 경우만, 세선화 처리가 실행된다(스텝 S170).
도 14 및 도 15는 각각 세선화 처리 전후의 화상의 한 예이다.
세선화 처리에 의해 제거할 수가 없었던 노이즈는 미세한 점 또는 짧은 선이 되고, 광절단선은 샤프한 길가란 선으로서 남는다(도 16(A)). 화상 인식 유닛(143)은 화상 내의 연속한 길다란 선만을 추출하고, 그 밖의 상을 삭제한다(도 16(B)).
뒤이어, 화상 인식 유닛(143)은, 이하와 같이 하여, 광절단선을 추출한다(스텝 S180).
화상 인식 유닛(143)은, 추출한 연속선(도 16(B))으로부터 상하 방향으로 임의의 범위의 에어리어를 취하고, 이 에어리어를 촬상 화상과 맞겹친다. 도 17은 에어리어와 촬상 화상이 맞겹쳐진 화상이다.
또한, 촬상 화상의 외란 노이즈가 큰 경우에는, 촬상 화상에 대신하고, 평활화된 화상(도 5(B)에 도시한 화상)을 사용한다.
뒤이어, 화상 인식 유닛(143)은, 이 에어리어 내의 종방향의 화소의 휘도 중심점(重心点)을 전부 연산한다. 휘도 중심을 계산함에 의해, 촬상 장치(120)의 화소수 이상의 정밀도를 실현하는 것이 가능해진다.
휘도 중심점의 계산에서는, 휘도가 임계치 이상인 화소를 유효 화소로서 사용한다.
또한, 화상 인식 유닛(143)은, 휘도 중심점의 계산에 즈음하여, 임계치 이상의 휘도가 종방향으로 연속하고 있는지의 여부를 검색한다. 연속하지 않는 휘도가 있는 경우에는, 그 휘도를 계산으로부터 제외한다.
표 1은 휘도의 분포의 한 예를 표시한다.
[표 1]
Figure pct00001
휘도의 임계치를 77이라고 하면, 표 1에 표시한 휘도 분포에서는, 위부터 3 내지 5열째의 화소(임계치 이상의 휘도를 갖는 화소)가 중심점 계산의 대상이 된다.
왼쪽부터 2열째의 일번 위에도 임계치 이상의 휘도를 갖는 화소(휘도 91을 갖는 화소)가 존재하고 있지만, 이 화소는, 임계치 이상의 휘도를 갖는 화소이고, 종방향으로 연속하고 있는 화소(즉, 위부터 3 내지 5열째의 화소)의 하나가 아니기 때문에, 이 화소는 중심점의 계산으로부터 제외된다.
화상 인식 유닛(143)은, 이와 같이 하여, 종방향의 중심점을 전부 산출하고, 산출된 각 중심점을 서로 연결한다. 이와 같이 하여 서로 연결된 선이 광절단선이다(스텝 S180).
광절단선을 추출한 후, 화상 인식 유닛(143)은, 추출한 광절단선의 형상으로부터 대상물인 압연재(250)의 형상을 연산한다(스텝 S190).
이상과 같이 하여 광절단선 나아가서는 압연재(250)의 형상을 추출한 후, 화상 인식 유닛(143)은 다음회의 화상 처리를 실시하는 처리 에어리어를 결정한다(스텝 S200).
즉, 화상 인식 유닛(143)은, 다음회의 화상 처리 속도를 고속화하기 위해, 금회 연산한 광절단선의 위치 및 형상에 의거하여, 다음회의 촬상 데이터 처리 에어리어를 결정한다. 다음회의 화상 처리(스텝 S110 내지 S190)는, 여기서 결정한 한정적인 처리 에어리어 내에서만 행하여진다.
도 18은 다음회의 화상 처리 에어리어를 결정하는 프로세스를 도시하는 개략도이다.
우선, 화상 인식 유닛(143)은, 이번 추출한 광절단선(160)을 포함하는 영역 내에 종방향(반송 방향(R))으로 늘어나는 복수개의 에어리어 분할선(150)을 그어, 당해 영역을 복수개의 소에어리어(151)로 분할한다. 예를 들면, 화상 인식 유닛(143)은, 30개의 에어리어 분할선(150)을 그어, 31개의 소에어리어(151)를 설정한다.
에어리어 분할선(150)의 개수(나아가서는, 소에어리어(151)의 개수)는 임의의 수로 설정할 수 있다.
이 경우, 화상 인식 유닛(143)은, 화상 내의 노이즈량에 응하여, 에어리어 분할선(150)의 개수를 결정할 수 있다.
에어리어 분할선(150)의 개수는 많은 쪽이 노이즈 제거의 정밀도를 올릴 수 있지만, 반대로, 처리 시간은 증가한다. 이 때문에, 화상 인식 유닛(143)은, 노이즈 제거의 정밀도와 처리 시간의 장단과의 균형을 고려하여, 에어리어 분할선(150)의 개수를 결정한다.
예를 들면, 미리 노이즈량의 임계치를 정하여 두고, 화상 인식 유닛(143)은, 노이즈량이 당해 임계치를 넘는 경우에는, 에어리어 분할선(150)의 개수를 30 이상(예를 들면, 30 내지 50)의 범위로 결정하고, 노이즈량이 임계치 이하인 경우에는, 에어리어 분할선(150)의 개수를 1 내지 29의 범위로 결정한다.
또는, 노이즈량의 임계치를 미리 정하는 일 없이, 에어리어 분할선(150)의 개수를 결정하는 것도 가능하다.
예를 들면, 화상 인식 유닛(143)은, 평활화 처리(스텝 S130) 및 소(小)패턴 노이즈 제거 처리(스텝 S150)의 한쪽 또는 쌍방이 실시되었는지의 여부에 응하여, 에어리어 분할선(150)의 개수를 결정하는 것도 가능하다.
예를 들면, 화상 인식 유닛(143)은, 평활화 처리(스텝 S130) 및 소패턴 노이즈 제거 처리(스텝 S150)의 쌍방이 실시된 경우에는, 에어리어 분할선(150)의 개수를 1 내지 9의 범위로 결정하고, 어느 한쪽이 실시된 경우에는, 에어리어 분할선(150)의 개수를 10 내지 29의 범위로 결정하고, 어느 것도 실시되지 않은 경우에는, 에어리어 분할선(150)의 개수를 30 내지 50의 범위로 결정하도록 할 수도 있다.
뒤이어, 화상 인식 유닛(143)은, 분할한 각 소에어리어(151) 내에 있는 광절단선의 위치를 중심으로 하여 상하 방향으로 임의의 수의 화소분만큼 넓힌 종방향 영역(152)을 설정한다.
상하 방향으로 넓히는 화소의 수는 임의의 수를 선택할 수 있다.
기본적으로는, 종방향 영역(152)은, 촬상 장치(120)가, 압연재(250)가 반송 방향(R)으로 이동하는 경우의 최대 이동량을 망라할 수 있도록, 결정된다. 즉, 촬상 장치(120)는, 전회의 계측부터 다음회의 계측까지의 사이에서의 반송 방향(R)의 예상 최대 이동량을 스캔할 필요가 있다. 이 때문에, 화상 인식 유닛(143)은, 상하 방향으로 넓히는 화소의 수는 압연재(250)의 이동 속도에 응하여 결정한다.
또한, 예를 들면, 압연재(250)가 상하 방향으로 물결치고 있고, 형상 변화의 정도가 큰 경우에는, 단위시간당의 압연재(250)의 형상의 변화량은 커진다. 또는, 압연재(250)의 이동 속도가 크면, 동일 형상이라도 단위시간당의 압연재(250)의 형상의 변화량은 커진다.
이와 같이, 최대 화소수는, 라인 속도 외에, 형상 변화의 주파수에 의해, 다음의 촬상이 종료될 때까지 광절단선이 변화하는 최대 변화량에 응하여 결정된다.
또는, 화상 인식 유닛(143)은, 촬상 장치(120)의 스캔 주기에 응하여, 최대 화소수를 결정하는 것도 가능하다.
예를 들면, 촬상 장치(120)의 스캔 주기가 20[msec]인 경우에는, 20[msec]의 사이에 변화하는 상하 방향의 양을 최대 변화량으로서 결정하고, 화상 인식 유닛(143)은, 그에 응하여, 최대 화소수를 결정하는 것도 가능하다.
이와 같이 하여 결정된 종방향 영역(152)의 전부를 결합한 영역(153)이 다음회의 화상 처리를 실시하는 영역으로서 사용된다(스텝 S110 참조).
또한, 전회의 화상 처리 후에 결정된 영역(153) 내에서, 광절단선(160)에 상당하는 휘도의 화소를 찾을 수가 없었던 경우에는, 종방향 영역(152)을 상하 방향으로 서서히 신장시켜(최종적으로는, 상하 방향의 전 영역까지 신장시켜), 재차의 검색이 행하여진다.
본 실시 형태에 관한 형상 측정 장치(100)에 의하면, 이하의 효과를 얻을 수 있다.
인라인에서 사용되는 종래의 형상 계측 장치에서는, 처리 시간이 길어지기 때문에, 복수의 필터를 이용하여 화상 처리를 행하는 것이 어렵고, 단일한 광학 필터나 간단한 연산 처리를 이용할 수 밖에 없었다. 이 때문에, 외광, 반사광, 퓸, 계측 대상물의 발열 발광 등에 의한 외란에 대해 유효한 대응을 할 수가 없었고, 나아가서는, 계측 대상물의 정확한 형상 계측을 행하는 것이 극히 곤란하였다.
이에 대해, 본 실시 형태에 관한 형상 측정 장치(100)에서는, 전회의 계측에서의 연산 결과에 의거하여 다음 처리의 계측 에어리어를 한정함에 의해, 연산 시간을 단축하는 것을 가능하게 하고 있다.
이 연산 시간의 단축에 의해, 인라인 사용시에도 외란 노이즈에 대해 유효한 복수의 필터를 조합시켜서 사용하는 것이 가능해지고, 나아가서는, 촬상 데이터상의 다양한 노이즈에 대해 적절한 제거 처리를 행하는 것이 가능해진다. 이 때문에, 촬상 데이터의 상태에 관계없이, 정확한 광절단선의 위치를 높은 정밀도로 특정하는 것이 가능하고, 나아가서는, 인라인에서도 대상물의 정확한 형상을 계측하는 것이 가능하다.
또한, 광원(110)의 파장을 대상물에 응하여 변경하는 것이 가능하기 때문에, 종래의 소프트웨어 처리만으로는 곤란하였었던 발열 발광하는 대상물의 형상의 정확한 계측도 가능하다.
예를 들면, 발열 발광하는 압연재(250)는, 통상, 적색광에 가까운 600 내지 750㎚의 파장을 갖는 광을 발하고 있다. 또한, 통상, 광원으로서 사용되는 램프나 레이저는 600 내지 750㎚의 파장대에서 강한 광을 발하기 때문에, 압연재(250)로부터 발하여지는 광과 반사광과의 식별이 어렵다. 본 실시 형태에 관한 형상 측정 장치(100)는, 통상의 램프나 적색 레이저에 더하여, 380 내지 570㎚의 파장의 광을 발하는 광원(110)과, 그 광원에 맞는 복수개의 ?오프 필터(130)를 이용하는 것도 가능하여, 계측 대상물이 발열 발광하는 경우라도, 계측 대상물의 형상의 정확한 계측이 가능하다.
본 실시 형태에 관한 형상 측정 장치(100)는 상기한 구조로 한정되는 것이 아니고, 여러가지의 개변이 가능하다.
예를 들면, 본 실시 형태에 관한 형상 측정 장치(100)에서는 계측 대상물로서 압연재(250)를 선택하였지만, 계측 대상물은 압연재(250)로는 한정되지 않는다. 슬래브, 블룸, 빌릿 등의 주조 직후의 소재 외에, 건설용의 H형강이나 시트 파일 등 제품의 형상의 계측에도 사용 가능하다.
또한, 본 실시 형태에 관한 형상 측정 장치(100)에서는, 화상 인식 유닛(143)은, 각 소에어리어(151) 내에 있는 광절단선의 위치를 중심으로 하여 상하 방향으로 종방향 영역(152)을 넓히도록 하고 있지만, 종방향 영역(152)의 설정 방법은 이것으로는 한정되지 않는다.
예를 들면, 화상 인식 유닛(143)은, 광절단선이 일방향(예를 들면, 상방향)으로 볼록한 형상을 하고 있는 경우에는, 당해 일방향으로만 늘어나는 종방향 영역(152)을 설정한다. 이 경우, 일방향으로 늘어나는 종방향 영역(152) 내에서 광절단선에 상당하는 휘도를 갖는 화소가 검출되지 않은 경우에는, 화상 인식 유닛(143)은, 일방향과는 반대의 방향(예를 들면, 하방향)으로 늘어나는 종방향 영역(152)을 설정한다.
이와 같이, 상하 양방향으로 종방향 영역(152)을 넓히는 경우와 비교하고, 일방향으로 종방향 영역(152)을 늘린 때에, 광절단선에 상당하는 휘도를 갖는 화소가 검출된 경우에는, 종방향 영역(152)을 다시 한쪽의 방향으로 늘릴 필요는 없어지기 때문에, 화상 처리 시간 및 처리량을 저감시킬 수 있다.
또는, 화상 인식 유닛(143)은, 광절단선이 일방향(예를 들면, 상방향)으로 볼록한 형상을 이루고 있는지의 여부에 관계없이, 당해 일방향으로만 늘어나는 종방향 영역(152)을 설정하고, 당해 종방향 영역(152) 내에서 광절단선에 상당하는 휘도를 갖는 화소가 검출되지 않은 경우에는, 일방향과는 반대의 방향(예를 들면, 하방향)으로 늘어나는 종방향 영역(152)을 설정하는 것으로 하는 것도 가능하다.
(제2의 실시 형태)
상기한 제1의 실시 형태에 관한 형상 계측 장치(100)에서는, 화상 인식 유닛(143)은, 종방향 영역(152)을 설정하고, 전 종방향 영역(152)을 결합한 영역(153)을 다음회의 화상 처리를 실시하는 영역으로서 결정한다.
이에 대해, 제2의 실시 형태에 관한 형상 계측 장치에서는, 화상 인식 유닛(143)은, 다음과 같이 하여, 다음회의 화상 처리를 실시하는 영역을 결정한다.
도 19는, 본 실시 형태에서, 다음회의 화상 처리 에어리어를 결정하는 프로세스를 도시하는 개략도이다.
화상 인식 유닛(143)은, 반사광의 화상으로부터 광절단선(160)을 추출하면, 당해 광절단선(160)의 최상부(161) 및 최하부(62)를 각각 상변(171) 및 하변(172)으로 하고, 단위시간당에 광절단선(160)이 변화하는 좌우 방향의 최대치를 좌변(173) 및 우변(174)으로 한 장방형(170)을 설정한다.
다음회의 화상 처리는 장방형(170) 내에서 행하여진다.
본 실시 형태에 의하면, 제1의 실시 형태와는 달리, 화상을 분할한 필요성이 없기 때문에, 처리 시간을 보다 단축하는 것이 가능하다.
100 : 본 발명의 제1의 실시 형태에 관한 형상 측정 장치
110 : 광원
120 : 촬상 장치
130 : 필터
140 : 형상 측정 제어 장치
141 : 촬상 제어 유닛
142 : 메모리
143 : 화상 인식 유닛
144 : 디스플레이
150 : 에어리어 분할선
151 : 소에어리어
152 : 종방향 영역
153 : 종방향 영역의 결합 영역
160 : 광절단선
161 : 광절단선의 최상부
162 : 광절단선의 최하부
170 : 장방형
210 : 압연 섹션
220 : 형상 측정 섹션
230 : 냉각 섹션
240 : 권취 섹션
250 : 압연재

Claims (26)

  1. 소정의 방향으로 이동하는 대상물상에 투영된 슬릿광의 반사광으로부터 광절단선을 추출하고, 당해 광절단선에 의거하여 상기 대상물의 입체적 형상을 계측하는 형상 계측 방법에 있어서,
    추출한 광절단선을 포함하는 영역 내에 상기 소정의 방향으로 늘어나는 N(N은 1 이상의 정수)개의 에어리어 분할선을 그어, 당해 영역을 (N+1)개의 소에어리어로 분할하는 제1의 과정과,
    각 소에어리어 내에 있는 광절단선의 위치를 중심으로 하여 상기 소정의 방향으로 미리 정하여진 수의 화소분만큼 넓힌 종방향 영역을 설정하는 제2의 과정과,
    상기 제2의 과정에서 설정된 상기 소에어리어마다의 상기 종방향 영역의 총영역에서, 화상 처리를 행하는 제3의 과정을 구비하는 것을 특징으로 하는 형상 계측 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 총영역에서, 광절단선에 상당하는 휘도를 갖는 화소가 검출되지 않은 경우에는, 상기 종방향 영역을 상기 소정의 방향으로 미리 정하여진 수의 화소분만큼 순차적으로 넓히는 제4의 과정을 구비하는 것을 특징으로 하는 형상 계측 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 N은 노이즈량에 응하여 결정되는 것을 특징으로 하는 형상 계측 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 N은, 노이즈량이 미리 정하여진 임계치를 넘는 경우에는, 30 이상의 범위로 결정되고, 노이즈량이 상기 임계치 이하인 경우에는, 1 내지 29의 범위로 결정되는 것을 특징으로 하는 형상 계측 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미리 정하여진 수는 상기 대상물의 이동 속도에 응하여 결정되는 것을 특징으로 하는 형상 계측 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미리 정하여진 수는 상기 대상물의 이동에 수반하는 상기 대상물의 단위시간당의 형상의 변화량에 응하여 결정되는 것을 특징으로 하는 형상 계측 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2의 과정에서, 상기 광절단선이 하나의 방향으로 볼록한 형상을 하고 있는 경우에는, 상기 하나의 방향으로만 늘어나는 상기 종방향 영역을 설정하는 것을 특징으로 하는 형상 계측 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 종방향 영역의 모든 영역에서, 상기 하나의 방향으로만 늘어나는 상기 종방향 영역에서 광절단선에 상당하는 휘도를 갖는 화소가 검출되지 않은 경우에는, 상기 하나의 방향과는 반대의 방향으로 늘어나는 상기 종방향 영역을 설정하는 것을 특징으로 하는 형상 계측 방법.
  9. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2의 과정에서, 상기 소정의 방향 또는 상기 소정의 방향과는 반대의 방향으로만 늘어나는 상기 종방향 영역을 설정하는 것을 특징으로 하는 형상 계측 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 종방향 영역의 모든 영역에서, 광절단선에 상당하는 휘도를 갖는 화소가 검출되지 않은 경우에는, 반대의 방향으로 늘어나는 상기 종방향 영역을 설정하는 것을 특징으로 하는 형상 계측 방법.
  11. 소정의 방향으로 이동하는 대상물상에 투영된 슬릿광의 반사광으로부터 광절단선을 추출하고, 당해 광절단선에 의거하여 상기 대상물의 입체적 형상을 계측하는 형상 계측 방법에 있어서,
    추출한 광절단선의 최상부 및 최하부를 각각 상변 및 하변으로 하고, 단위시간당에 상기 광절단선이 변화하는 좌우 방향의 최대치를 좌변 및 우변으로 하는 사각형을 설정하는 제1의 과정과,
    상기 제1의 과정에서 설정된 상기 사각형 내의 영역에서, 화상 처리를 행하는 제2의 과정을 구비하는 것을 특징으로 하는 형상 계측 방법.
  12. 소정의 방향으로 이동하는 대상물에 슬릿광을 조사하는 광원과,
    상기 대상물의 표면에서 반사한 반사광을 촬상하는 촬상 장치와,
    소정의 파장의 반사광만을 상기 촬상 장치에 통과시키는 필터와,
    상기 광원 및 상기 촬상 장치의 동작을 제어함과 함께, 상기 반사광의 화상으로부터 추출한 광절단선에 의거하여 상기 대상물의 입체적 형상을 계측하는 제어 장치로 이루어지는 형상 측정 장치로서,
    상기 제어 장치는,
    상기 반사광의 화상으로부터 광절단선을 추출하고,
    추출한 광절단선을 포함하는 영역 내에 상기 소정의 방향으로 늘어나는 N(N은 1 이상의 정수)개의 에어리어 분할선을 그어, 당해 영역을 (N+1)개의 소에어리어로 분할하고,
    각 소에어리어 내에 있는 광절단선의 위치를 중심으로 하여 상기 소정의 방향으로 미리 정하여진 수의 화소분만큼 넓힌 종방향 영역을 설정하고,
    상기 소에어리어마다의 상기 종방향 영역의 총영역에서, 화상 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 형상 계측 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 총영역에서, 광절단선에 상당하는 휘도를 갖는 화소가 검출되지 않은 경우에는, 상기 종방향 영역을 상기 소정의 방향으로 미리 정하여진 수의 화소분만큼 순차적으로 넓히는 것을 특징으로 하는 형상 계측 장치.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 제어 장치는 상기 N을 노이즈량에 응하여 결정하는 것을 특징으로 하는 형상 계측 장치.
  15. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 노이즈량이 미리 정하여진 임계치를 넘는 경우에는, 상기 N을 30 이상의 범위로 결정하고, 노이즈량이 상기 임계치 이하인 경우에는, 상기 N을 1 내지 29의 범위로 결정하는 것을 특징으로 하는 형상 계측 장치.
  16. 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 장치는 상기 미리 정하여진 수를 상기 대상물의 이동 속도에 응하여 결정하는 것을 특징으로 하는 형상 계측 장치.
  17. 제12항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 장치는 상기 미리 정하여진 수를 상기 대상물의 이동에 수반하는 상기 대상물의 단위시간당의 형상의 변화량에 응하여 결정하는 것을 특징으로 하는 형상 계측 장치.
  18. 제12항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 장치는 상기 미리 정하여진 수를 상기 촬상 장치의 스캔 주기에 응하여 결정하는 것을 특징으로 하는 형상 계측 장치.
  19. 제12항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 광절단선이 하나의 방향으로 볼록한 형상을 하고 있는 경우에는, 상기 하나의 방향으로만 늘어나는 상기 종방향 영역을 설정하는 것을 특징으로 하는 형상 계측 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 하나의 방향으로만 늘어나는 상기 종방향 영역에서 광절단선에 상당하는 휘도를 갖는 화소가 검출되지 않은 경우에는, 상기 하나의 방향과는 반대의 방향으로 늘어나는 상기 종방향 영역을 설정하는 것을 특징으로 하는 형상 계측 장치.
  21. 제12항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 소정의 방향 또는 상기 소정의 방향과는 반대의 방향으로만 늘어나는 상기 종방향 영역을 설정하는 것을 특징으로 하는 형상 계측 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 종방향 영역에서, 광절단선에 상당하는 휘도를 갖는 화소가 검출되지 않은 경우에는, 반대의 방향으로 늘어나는 상기 종방향 영역을 설정하는 것을 특징으로 하는 형상 계측 장치.
  23. 소정의 방향으로 이동하는 대상물에 슬릿광을 조사하는 광원과,
    상기 대상물의 표면에서 반사한 반사광을 촬상하는 촬상 장치와,
    소정의 파장의 반사광만을 상기 촬상 장치에 통과시키는 필터와,
    상기 광원 및 상기 촬상 장치의 동작을 제어함과 함께, 상기 반사광의 화상으로부터 추출한 광절단선에 의거하여 상기 대상물의 입체적 형상을 계측하는 제어 장치로 이루어지는 형상 측정 장치로서,
    상기 제어 장치는,
    상기 반사광의 화상으로부터 광절단선을 추출하고,
    상기 광절단선의 최상부 및 최하부를 각각 상변 및 하변으로 하고, 단위시간당에 상기 광절단선이 변화하는 좌우 방향의 최대치를 좌변 및 우변으로 하는 사각형을 설정하고,
    상기 사각형 내의 영역에서, 화상 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 형상 계측 장치.
  24. 제12항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 필터는, 이동평균 필터, 가우시안 필터 및 미디언 필터의 어느 하나 또는 2개 이상으로 이루어지는 것인 것을 특징으로 하는 형상 계측 장치.
  25. 소정의 방향으로 이동하는 대상물상에 투영된 슬릿광의 반사광으로부터 광절단선을 추출하고, 당해 광절단선에 의거하여 상기 대상물의 입체적 형상을 계측하는 형상 계측 방법을 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램으로서,
    상기 프로그램이 상기 컴퓨터에 행하게 하는 처리는,
    추출한 광절단선을 포함하는 영역 내에 상기 소정의 방향으로 늘어나는 N(N은 1 이상의 정수)개의 에어리어 분할선을 그어, 당해 영역을 (N+1)개의 소에어리어로 분할하는 제1의 처리와,
    각 소에어리어 내에 있는 광절단선의 위치를 중심으로 하여 상기 소정의 방향으로 미리 정하여진 수의 화소분만큼 넓힌 종방향 영역을 설정하는 제2의 처리와,
    상기 제2의 처리에서 설정된 상기 소에어리어마다의 상기 종방향 영역의 총영역에서, 화상 처리를 행하는 제3의 처리로 이루어지는 것을 특징으로 하는 프로그램.
  26. 소정의 방향으로 이동하는 대상물상에 투영된 슬릿광의 반사광으로부터 광절단선을 추출하고, 당해 광절단선에 의거하여 상기 대상물의 입체적 형상을 계측하는 형상 계측 방법을 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램으로서,
    상기 프로그램이 상기 컴퓨터에 행하게 하는 처리는,
    추출한 광절단선의 최상부 및 최하부를 각각 상변 및 하변으로 하고, 단위시간당에 상기 광절단선이 변화하는 좌우 방향의 최대치를 좌변 및 우변으로 하는 사각형을 설정하는 제1의 처리와,
    상기 제1의 처리에서 설정된 상기 사각형 내의 영역에서, 화상 처리를 행하는 제2의 처리로 이루어지는 것을 특징으로 하는 프로그램.
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