KR20240058907A - Work measuring device and work measuring method - Google Patents
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Abstract
워크 계측 장치는 워크에 라인광을 조사하는 제 1 광원, 워크에 통상 조명광을 조사하는 제 2 광원, 워크의 촬상부, 워크를 이동시키는 이동 기구, 제어부, 상기 촬상부가 취득한 화상에 근거하여 워크의 이차원 데이터 및 삼차원 데이터를 구하는 계측부를 구비한다. 상기 제어부는 상기 이동 기구에 의해 상기 워크를 이동시키면서, 상기 제 1 광원 및 상기 제 2 광원을 동시에 점등시킨 상태로, 상기 촬상부에 워크의 촬상 동작을 행하게 한다. 상기 계측부는 순차 촬상된 화상의 각각으로부터, 상기 워크의 주목 위치에 대응하는 화상 데이터를 추출함과 아울러, 추출된 화상 데이터를 시계열순으로 나열하여 상기 주목 위치의 휘도 분포 맵을 생성하고, 이 맵에 근거하여 상기 주목 위치의 이차원 데이터 및 삼차원 데이터를 도출한다.The work measurement device includes a first light source that irradiates line light to the work, a second light source that irradiates normal illumination light to the work, an imaging unit of the work, a moving mechanism that moves the work, a control unit, and an image of the work based on the image acquired by the imaging unit. It is provided with a measurement unit that obtains two-dimensional data and three-dimensional data. The control unit causes the imaging unit to perform an imaging operation of the workpiece while moving the workpiece by the moving mechanism and turning on the first light source and the second light source simultaneously. The measurement unit extracts image data corresponding to the position of interest of the work from each of the sequentially captured images, and arranges the extracted image data in time series to generate a luminance distribution map of the position of interest, and generates a luminance distribution map of the position of interest. Based on this, two-dimensional data and three-dimensional data of the location of interest are derived.
Description
본 발명은 계측 대상의 워크의 이차원 데이터 및 삼차원 데이터를 취득하는 워크 계측 장치 및 계측 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a work measurement device and measurement method for acquiring two-dimensional data and three-dimensional data of a workpiece to be measured.
워크의 높이 계측을 비접촉으로 행하는 방법으로서, 광절단법이 알려져 있다. 광절단법에서는 라인광이 조사된 워크를 스캔 촬상하고, 그 촬상 화상으로부터 삼각측량의 원리로 워크의 높이를 구한다. 특허문헌 1에는 광절단법을 사용한 워크의 삼차원 형상 계측 장치가 개시되어 있다. 특허문헌 1의 계측 장치에서는 스캔으로 얻어진 화상의 주목점의 픽셀의 휘도값을 시계열순으로 나열하고, 상기 주목점의 휘도 변화를 구하고 있다.The optical cutting method is known as a method for measuring the height of a workpiece non-contactly. In the optical cutting method, a workpiece irradiated with line light is scanned and imaged, and the height of the workpiece is determined from the captured image using the principle of triangulation. Patent Document 1 discloses a three-dimensional shape measuring device for a workpiece using an optical cutting method. In the measurement device of Patent Document 1, the luminance values of pixels of a point of interest in an image obtained by scanning are arranged in time series, and the change in luminance of the point of interest is determined.
특허문헌 2에는 워크의 삼차원 형상과 이차원 텍스쳐 화상으로부터, 워크의 삼차원 모델을 생성하는 장치가 개시되어 있다. 특허문헌 2의 계측 장치에서는 워크의 삼차원 데이터 및 이차원 데이터를 동시 취득하기 위해서, 삼차원 계측용의 제 1 광원 및 제 1 수광부와, 이차원 계측용이고 상기 제 1 광원과는 파장이 상이한 제 2 광원 및 제 2 수광부를 구비하고 있다.Patent Document 2 discloses a device that generates a three-dimensional model of a workpiece from the three-dimensional shape of the workpiece and a two-dimensional texture image. In order to simultaneously acquire three-dimensional data and two-dimensional data of a workpiece, the measuring device of Patent Document 2 includes a first light source and a first light receiving unit for three-dimensional measurement, a second light source for two-dimensional measurement and a different wavelength from the first light source, and It is provided with a second light receiving unit.
그러나, 특허문헌 1과 같이, 워크의 삼차원 데이터만을 구하는 계측 장치를 사용했을 경우, 워크의 이차원 데이터의 취득을 위해서는 상기 워크에 대한 별도의 계측 공정이 필요하게 된다. 한편, 특허문헌 2의 계측 장치에 의하면, 워크의 삼차원 계측용 및 이차원 계측용으로서, 각각 광원 및 카메라가 필요하게 되어, 장치가 복잡화한다.However, when a measuring device that obtains only three-dimensional data of a workpiece is used, as in Patent Document 1, a separate measurement process for the workpiece is required to obtain two-dimensional data of the workpiece. On the other hand, according to the measurement device of Patent Document 2, a light source and a camera are required for three-dimensional measurement and two-dimensional measurement of the workpiece, respectively, making the device complicated.
본 발명의 목적은 워크의 이차원 데이터 및 삼차원 데이터를, 작업성이 양호하게 또한 장치를 복잡화시키지 않고 계측할 수 있는 워크 계측 장치 및 계측 방법을 제공하는 것에 있다.The purpose of the present invention is to provide a work measuring device and measuring method that can measure two-dimensional data and three-dimensional data of a workpiece with good workability and without complicating the device.
본 발명의 일국면에 관한 워크 계측 장치는 계측 대상의 워크에 대하여 라인광을 조사하는 제 1 광원과, 상기 워크에 대하여 통상 조명광을 조사하는 제 2 광원과, 상기 라인광 및 상기 통상 조명광이 조사된 상기 워크 및 그 주변의 화상을 취득 가능한 촬상부와, 상기 워크를 소정의 이송 방향으로 상대 이동시키는 이동 기구와, 상기 촬상부, 상기 제 1 광원, 상기 제 2 광원 및 상기 이동 기구의 동작을 제어하는 제어부와, 상기 촬상부가 취득한 화상에 근거하여, 상기 워크에 관한 이차원 데이터 및 삼차원 데이터를 구하는 계측부를 구비하고, 상기 제어부는 상기 이동 기구에 의해 상기 워크를 이동시키면서, 상기 제 1 광원 및 상기 제 2 광원을 동시에 점등시킨 상태로, 상기 촬상부에 소정의 카메라 스케일 단위로 상기 워크의 촬상 동작을 행하게 하고, 상기 계측부는 상기 카메라 스케일 단위로 순차 촬상된 화상의 각각으로부터, 상기 워크의 주목 위치에 대응하는 화상 데이터를 추출함과 아울러, 추출된 화상 데이터를 시계열순으로 나열하여 상기 주목 위치의 휘도 분포 맵을 생성하고, 상기 휘도 분포 맵에 근거하여, 상기 주목 위치의 이차원 데이터 및 삼차원 데이터를 도출한다.A work measuring device according to one aspect of the present invention includes a first light source for irradiating line light to a workpiece to be measured, a second light source for irradiating normal illumination light to the workpiece, and irradiating the line light and the normal illumination light. an imaging unit capable of acquiring images of the workpiece and its surroundings, a moving mechanism that relatively moves the workpiece in a predetermined transport direction, and operations of the imaging unit, the first light source, the second light source, and the moving mechanism It has a control unit that controls and a measurement unit that obtains two-dimensional data and three-dimensional data about the workpiece based on the image acquired by the imaging unit, and the control unit moves the workpiece by the moving mechanism, while moving the first light source and the workpiece. With the second light source turned on simultaneously, the imaging unit is made to perform an imaging operation of the workpiece in units of a predetermined camera scale, and the measurement unit determines the position of interest of the workpiece from each of the sequentially captured images in units of the camera scale. In addition to extracting image data corresponding to Derive.
본 발명의 다른 국면에 관한 워크 계측 방법은 계측 대상의 워크의 이차원 데이터 및 삼차원 데이터를 취득하는 워크 계측 방법으로서, 상기 워크를 이동시키면서, 라인광 및 통상 조명광을 동시에 상기 워크에 조사한 상태로, 소정의 카메라 스케일 단위로 상기 워크의 화상을 취득하고, 상기 카메라 스케일 단위로 순차 촬상된 화상의 각각으로부터, 상기 워크의 주목 위치에 대응하는 화상 데이터를 추출함과 아울러, 추출된 화상 데이터를 시계열순으로 나열하여 상기 주목 위치의 휘도 분포 맵을 생성하고, 상기 휘도 분포 맵에 근거하여, 상기 주목 위치의 이차원 데이터 및 삼차원 데이터를 도출한다.A work measurement method according to another aspect of the present invention is a work measurement method for acquiring two-dimensional data and three-dimensional data of a workpiece to be measured, wherein line light and normal illumination light are simultaneously irradiated on the workpiece while moving the workpiece, and the workpiece is irradiated at a predetermined level. Acquire images of the work in units of camera scale, extract image data corresponding to the position of interest in the work from each of the sequentially captured images in units of camera scale, and sort the extracted image data in time series. By listing the positions of interest, a luminance distribution map is generated, and based on the luminance distribution map, two-dimensional data and three-dimensional data of the positions of interest are derived.
도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 워크 계측 장치의 하드 구성을 간략적으로 나타내는 모식도이다.
도 2는 상기 워크 계측 장치의 전기적 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3(A)∼(C)는 광절단법에 의한 워크의 높이 계측의 방법을 나타내는 모식도이다.
도 4a는 워크의 주목 위치에 대한 촬상 상황을 나타내는 도면이다.
도 4b는 워크의 주목 위치에 대한 촬상 상황을 나타내는 도면이다.
도 4c는 워크의 주목 위치에 대한 촬상 상황을 나타내는 도면이다.
도 4d는 워크의 주목 위치에 대한 촬상 상황을 나타내는 도면이다.
도 5(A)는 상기 주목 위치의 휘도 분포 맵의 일례를 나타내는 도면, 도 5(B)는 도 5(A)의 VB-VB선을 따른 휘도값을 나타내는 그래프이다.
도 6(A)∼(E)는 상기 휘도 분포 맵으로부터 워크의 이차원 데이터 및 삼차원 데이터를 도출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 실시형태의 워크 계측 장치를 사용한 워크의 이차원 데이터 및 삼차원 데이터의 도출 처리를 나타내는 플로우차트이다.
도 8(A)∼(D)는 변형예에 관한 휘도 분포 맵으로부터 워크의 이차원 데이터 및 삼차원 데이터를 도출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.1 is a schematic diagram briefly showing the hard configuration of a work measuring device according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a block diagram showing the electrical configuration of the work measuring device.
3(A) to 3(C) are schematic diagrams showing a method of measuring the height of a workpiece by an optical cutting method.
FIG. 4A is a diagram showing an imaging situation for a position of interest on a workpiece.
FIG. 4B is a diagram showing an imaging situation for a position of interest on a workpiece.
FIG. 4C is a diagram showing an imaging situation for a position of interest on a workpiece.
FIG. 4D is a diagram showing an imaging situation for a position of interest on a workpiece.
FIG. 5(A) is a diagram showing an example of a luminance distribution map of the position of interest, and FIG. 5(B) is a graph showing luminance values along the line VB-VB in FIG. 5(A).
6(A) to 6(E) are diagrams for explaining the process of deriving two-dimensional and three-dimensional data of a work from the luminance distribution map.
Fig. 7 is a flowchart showing the derivation process of two-dimensional data and three-dimensional data of a workpiece using the workpiece measuring device of this embodiment.
8(A) to 8(D) are diagrams for explaining the process of deriving two-dimensional data and three-dimensional data of a work from a luminance distribution map according to a modified example.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 근거하여 상세하게 설명한다. 본 발명에 관한 워크 계측 장치는 각종 공업제품, 반제품, 기계부품, 전자부품, 식품, 농산물 등의, 계측 대상의 워크의 이차원 계측 및 삼차원 계측에 널리 적용할 수 있다. 예를 들면, 기판에 실장된 부품을 워크로서 이차원·삼차원 계측을 행할 경우에, 본 발명의 워크 계측 장치는 바람직하다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail based on the drawings. The work measuring device according to the present invention can be widely applied to two-dimensional measurement and three-dimensional measurement of workpieces to be measured, such as various industrial products, semi-finished products, machine parts, electronic parts, food, agricultural products, etc. For example, when performing two-dimensional or three-dimensional measurement of a component mounted on a board as a workpiece, the workpiece measurement device of the present invention is preferable.
[장치 구성][Device Configuration]
도 1은 본 실시형태에 관한 워크 계측 장치(1)의 하드 구성을 간략적으로 나타내는 모식도이다. 워크 계측 장치(1)는 제 1 광원(2), 제 2 광원(3), 카메라 장치(4)(촬상부), 이동 모터(5)(이동 기구) 및 제어부(6)를 구비하고 있다. 워크 계측 장치(1)는 기대(51) 상의 워크(W)의 이차원 데이터(휘도 계측 데이터) 및 삼차원 데이터(높이 계측 데이터)를 도출하는 장치이다. 여기서는 워크(W)로서 마우스가 기대(51) 상에 적재되어 있는 예를 나타내고 있다. 기대(51)의 표면은 높이 계측시의 기준 높이면이 된다. 워크(W)가 실장 기판 상의 부품일 경우, 기대(51)는 상기 부품이 실장된 기판이 된다.1 is a schematic diagram schematically showing the hardware configuration of the work measuring device 1 according to the present embodiment. The work measuring device 1 includes a first light source 2, a second light source 3, a camera device 4 (imaging unit), a movement motor 5 (movement mechanism), and a control unit 6. The work measurement device 1 is a device that derives two-dimensional data (luminance measurement data) and three-dimensional data (height measurement data) of the work W on the base 51. Here, an example is shown in which the mouse as the work W is placed on the base 51. The surface of the base 51 becomes a reference height surface when measuring height. When the work W is a component on a mounting board, the base 51 becomes a board on which the component is mounted.
제 1 광원(2)은 슬릿 형상의 광을 발생하는 광원이며, 계측 대상의 워크(W)에 대하여 라인광(SL)을 조사한다. 예를 들면 제 1 광원(2)으로서는 레이저 광원과, 상기 레이저 광원이 발하는 레이저광을 부채형으로 넓히는 슬릿광으로 변환하는 광학 부품을 포함하는 광원 장치를 적용할 수 있다. 본 실시형태에서는 제 1 광원(2)은 워크(W)의 연직 상방으로부터 라인광(SL)을 조사하도록 배치되어 있는 예를 나타내고 있다.The first light source 2 is a light source that generates slit-shaped light, and radiates line light SL to the workpiece W to be measured. For example, as the first light source 2, a light source device including a laser light source and an optical component that converts the laser light emitted by the laser light source into slit light that spreads into a fan shape can be applied. This embodiment shows an example in which the first light source 2 is arranged to irradiate the line light SL from vertically above the work W.
제 2 광원(3)은 워크(W)에 대하여 통상 조명광(TL)을 조사한다. 도 1에서는 도시 간략화를 위해 통상 조명광(TL)을 원추형으로 넓어지는 확산광의 형태로 나타내고 있지만, 실제의 통상 조명광(TL)은 워크(W)에 대하여 전방위로부터 광선을 조사 가능한 무지향성의 조명광이다. 제 2 광원(3)은 예를 들면 다수의 LED가 매트릭스 탑재된 기판을, 지향 방향을 상이하게 하여 환상으로 배열하여 이루어지는 광원 장치를 적용할 수 있다. 워크(W)에 대하여 무지향성의 조명광을 조사 가능한 한에 있어서, 제 2 광원(3)의 배치 형태에는 특별히 제한은 없다.The second light source 3 normally irradiates the workpiece W with illumination light TL. In FIG. 1, for the sake of simplification, the normal illumination light TL is shown in the form of diffused light widening in a cone shape, but in reality, the normal illumination light TL is an omnidirectional illumination light that can irradiate light from all directions with respect to the work W. The second light source 3 can be, for example, a light source device in which a substrate on which a plurality of LEDs are mounted in a matrix is arranged in an annular manner with different orientation directions. There are no particular restrictions on the arrangement of the second light source 3 as long as it is possible to irradiate the work W with non-directional illumination light.
카메라 장치(4)는 라인광(SL) 및 통상 조명광(TL)이 조사된 워크(W) 및 그 주변의 화상을 취득한다. 카메라 장치(4)는 기대(51)의 연직 방향에 대하여 기울어진 촬상 광축(AX)을 갖고 있다. 즉 카메라 장치(4)는 라인광(SL)의 투영축에 대하여 기울어진 촬상 광축(AX)을 구비하고 있다. 이들 축 배치는 광절단법에 의해 워크(W)의 삼차원 형상을 계측하기 위한 배치이다. 한편, 촬상 광축(AX)을 연직 방향으로 배치하고, 라인광(SL)의 투영축을 촬상 광축(AX)에 대하여 기울여 배치하는 구성으로 해도 된다.The camera device 4 acquires images of the work W and its surroundings illuminated with line light SL and normal illumination light TL. The camera device 4 has an imaging optical axis AX inclined with respect to the vertical direction of the base 51. That is, the camera device 4 has an imaging optical axis AX inclined with respect to the projection axis of the line light SL. These axis arrangements are for measuring the three-dimensional shape of the work W by optical cutting. On the other hand, the imaging optical axis AX may be arranged in a vertical direction, and the projection axis of the line light SL may be arranged at an angle with respect to the imaging optical axis AX.
이동 모터(5)는 워크(W)를 소정의 워크 이송 방향(F)으로 상대 이동시키는 이동 기구의 구동원이다. 워크(W)의 상대 이동의 형태로서는 제 1 광원(2), 제 2 광원(3) 및 카메라 장치(4)의 측정계를 고정 배치로 하고, 워크(W) 및 기대(51)를 워크 이송 방향(F)으로 이동시키는 형태와, 정치된 워크(W) 및 기대(51)에 대하여 상기 측정계를 워크 이송 방향(F)으로 스캔 이동시키는 형태를 예시할 수 있다. 이동 모터(5)는 전자의 경우에는 워크(W) 및 기대(51)를 이동시키는 컨베이어 등의 구동원, 후자의 경우에는 상기 측정계를 가이드 레일 등을 따라 이동시키는 구동원이 된다.The movement motor 5 is a driving source of a movement mechanism that relatively moves the work W in the predetermined work transfer direction F. As a form of relative movement of the work W, the measuring systems of the first light source 2, the second light source 3, and the camera device 4 are set in a fixed arrangement, and the work W and the base 51 are moved in the work transfer direction. A form of moving in (F) and a form of scanning movement of the measuring system in the work transfer direction (F) with respect to the stationary work (W) and base 51 can be exemplified. In the former case, the movement motor 5 serves as a drive source such as a conveyor that moves the workpiece W and the base 51, and in the latter case, it becomes a drive source that moves the measuring system along a guide rail or the like.
제어부(6)는 마이크로 컴퓨터나 퍼스널 컴퓨터 등으로 이루어지고, 제 1 광원(2), 제 2 광원(3), 카메라 장치(4) 및 이동 모터(5)의 동작을 제어한다. 구체적으로는 제어부(6)는 제 1 광원(2)에 의한 라인광(SL)의 조사 동작, 제 2 광원(3)에 의한 통상 조명광(TL)의 조사 동작, 카메라 장치(4)에 의한 워크(W)의 촬상 동작, 및 이동 모터(5)에 의한 워크(W)의 이송 동작, 즉 스캔 동작 등을 제어한다.The control unit 6 is made of a microcomputer, personal computer, etc., and controls the operations of the first light source 2, the second light source 3, the camera device 4, and the movement motor 5. Specifically, the control unit 6 performs the irradiation operation of the line light (SL) by the first light source 2, the irradiation operation of the normal illumination light (TL) by the second light source 3, and the work operation by the camera device 4. The imaging operation of the workpiece W and the transport operation of the workpiece W by the movement motor 5, that is, the scanning operation, etc. are controlled.
[워크 계측 장치의 전기적 구성][Electrical configuration of work measuring device]
도 2는 워크 계측 장치(1)의 전기적 구성을 나타내는 블록도이다. 카메라 장치(4)는 촬상 소자(41), 화상 메모리(42), 계측부(43), 설정 기억부(44) 및 I/F부(45)를 구비하고 있다. 촬상 소자(41)는 광전 변환 소자로 이루어지는 화소가 매트릭스 배치된 센서이다. 촬상 소자(41)로서는 화소의 판독 범위를 정하는 ROI(Region Of Interest)의 지정이 가능한 CMOS 센서를 사용하는 것이 바람직하다.Figure 2 is a block diagram showing the electrical configuration of the work measuring device 1. The camera device 4 includes an imaging element 41, an image memory 42, a measurement unit 43, a settings storage unit 44, and an I/F unit 45. The imaging element 41 is a sensor in which pixels made of photoelectric conversion elements are arranged in a matrix. As the imaging device 41, it is desirable to use a CMOS sensor capable of specifying a ROI (Region of Interest) that determines the reading range of the pixel.
화상 메모리(42)는 촬상 소자(41)가 취득한 화상 데이터를 일시적으로 격납한다. 계측부(43)는 촬상 동작에 의해 취득된 워크(W)의 화상, 즉 화상 메모리(42)에 격납된 화상 데이터에 근거하여, 상기 워크(W)의 이차원 데이터 및 삼차원 데이터를 구한다. 본 실시형태에서는 계측부(43)가 카메라 장치(4)에 장비되어 있는 예를 나타내지만, 계측부(43)는 제어부(6) 또는 다른 외부장치에 장비되어 있어도 된다. 설정 기억부(44)는 계측부(43)의 계측 동작에 관한 각종 설정 데이터나 파라미터 등을 기억한다. 후술하는 휘도 분포 맵(M)에 있어서의 2D 영역 및 3D 영역을 구획하는 기준 위치에 관한 설정값을, 설정 기억부(44)에 격납시켜도 된다. I/F부(45)는 제어부(6)와 데이터통신을 행하게 하기 위한 인터페이스 회로이다.The image memory 42 temporarily stores image data acquired by the imaging element 41. The measurement unit 43 obtains two-dimensional data and three-dimensional data of the work W based on the image of the work W acquired through the imaging operation, that is, image data stored in the image memory 42. In this embodiment, an example is shown in which the measurement unit 43 is installed in the camera device 4, but the measurement unit 43 may be installed in the control unit 6 or another external device. The settings storage unit 44 stores various setting data and parameters related to the measurement operation of the measurement unit 43. Setting values regarding reference positions for dividing the 2D area and 3D area in the luminance distribution map M described later may be stored in the setting storage unit 44. The I/F unit 45 is an interface circuit for performing data communication with the control unit 6.
계측부(43)는 기능적으로 화상 배열부(431), 높이 산출부(432), 휘도 산출부(433) 및 ROI 설정부(434)를 포함한다. 화상 배열부(431)는 촬상 소자(41)에 의해 소정의 카메라 스케일 단위로 순차 촬상된 화상의 각각으로부터, 워크(W)의 주목 위치에 대응하는 화상 데이터를 추출한다. 또한, 화상 배열부(431)는 추출된 화상 데이터를 시계열순으로 나열하고, 상기 주목 위치에 관한 휘도 분포 맵(M)(도 5)을 생성한다.The measurement unit 43 functionally includes an image array unit 431, a height calculation unit 432, a luminance calculation unit 433, and an ROI setting unit 434. The image array unit 431 extracts image data corresponding to the position of interest on the work W from each of the images sequentially captured by the imaging device 41 in units of a predetermined camera scale. Additionally, the image arrangement unit 431 arranges the extracted image data in chronological order and generates a luminance distribution map M (FIG. 5) regarding the position of interest.
높이 산출부(432)는 워크(W)의 삼차원 데이터의 도출을 위해, 휘도 분포 맵(M)에 근거하여, 워크(W)의 각 주목 위치의 높이를 광절단법에 의해 구하는 처리를 실행한다. 휘도 산출부(433)는 워크(W)의 이차원 데이터의 도출을 위해, 휘도 분포 맵(M)에 근거하여, 각 주목 위치의 휘도를 구하는 처리를 실행한다. ROI 설정부(434)는 촬상 소자(41)의 ROI를 지정한다. ROI의 워크 이송 방향(F)의 레인지, 즉 프로파일 방향의 레인지를 넓게 할수록, 계측 대상의 워크(W)의 높이 레인지가 확장되어, 보다 높은 워크(W)의 삼차원 계측이 가능해진다.In order to derive three-dimensional data of the work W, the height calculation unit 432 performs processing to determine the height of each position of interest of the work W by an optical cutting method, based on the luminance distribution map M. . The luminance calculation unit 433 performs processing to determine the luminance of each position of interest based on the luminance distribution map M in order to derive two-dimensional data of the work W. The ROI setting unit 434 specifies the ROI of the imaging device 41. As the range in the work transfer direction (F) of the ROI, that is, the range in the profile direction, is widened, the height range of the work (W) to be measured is expanded, and three-dimensional measurement of a higher work (W) becomes possible.
제어부(6)는 이동 모터(5)를 구비한 이동 기구에 의해 워크(W)를 워크 이송 방향(F)으로 이동시키면서, 제 1 광원(2) 및 제 2 광원(3)을 동시에 점등시킨 상태로, 카메라 장치(4)에 소정의 프레임 레이트로 워크(W)의 촬상 동작을 행하게 한다. 즉, 촬상 소자(41)의 화소열의 사이즈에 비례한 피치마다, 환언하면 카메라 스케일 단위로, 제어부(6)는 카메라 장치(4)에 촬상 동작을 행하게 한다. 제어부(6)는 소정의 프로그램이 실행됨으로써, 기능적으로 카메라 제어부(61), 광원 제어부(62), 모터 제어부(63), 데이터 기억부(64) 및 I/F부(65)를 구비하도록 동작한다.The control unit 6 turns on the first light source 2 and the second light source 3 simultaneously while moving the work W in the work transfer direction F using a moving mechanism equipped with a moving motor 5. Thus, the camera device 4 is made to perform an imaging operation of the work W at a predetermined frame rate. That is, the control unit 6 causes the camera device 4 to perform an imaging operation for each pitch proportional to the size of the pixel column of the imaging element 41, in other words, in units of camera scale. The control unit 6 operates to functionally include a camera control unit 61, a light source control unit 62, a motor control unit 63, a data storage unit 64, and an I/F unit 65 by executing a predetermined program. do.
카메라 제어부(61)는 카메라 장치(4)를 제어하여, 상대 이동하는 워크(W)를 소정의 카메라 스케일 단위로 촬상시킨다. 이 촬상에 의해, 워크(W)의 다수매의 프레임 화상이 취득되어, 화상 메모리(42)에 격납된다. 상기 카메라 스케일 단위는 워크(W)의 상대 이동 거리와, 촬상 소자(41)의 화소열 상의 사이즈가 비례 관계가 되도록 설정된다.The camera control unit 61 controls the camera device 4 to capture images of the relatively moving work W in units of a predetermined camera scale. Through this imaging, multiple frame images of the work W are acquired and stored in the image memory 42. The camera scale unit is set so that the relative moving distance of the work W and the size of the pixel column of the imaging device 41 are proportional to each other.
광원 제어부(62)는 카메라 장치(4)에 의한 워크(W)의 촬상시에, 제 1 광원(2) 및 제 2 광원(3)을 동시에 점등시킨다. 이에 의해, 라인광(SL) 및 통상 조명광(TL)의 쌍방의, 워크(W)로부터의 반사광을 동시에 카메라 장치(4)에 입사시킬 수 있다. 모터 제어부(63)는 카메라 장치(4)에 의한 워크(W)의 촬상시에, 이동 모터(5)를 제어하여 워크(W) 및 기대(51)를 워크 이송 방향(F)으로 소정의 이동 속도로 상대 이동시킨다. 데이터 기억부(64)는 카메라 장치(4)의 계측부(43)로부터 송신되는 워크(W)의 이차원 데이터 및 삼차원 데이터를 기억한다. I/F부(65)는 카메라 장치(4)와 데이터 통신을 행하게 하기 위한 인터페이스 회로이다.The light source control unit 62 simultaneously turns on the first light source 2 and the second light source 3 when the work W is captured by the camera device 4. As a result, both the line light SL and the normal illumination light TL can be incident on the camera device 4 simultaneously. When imaging the work W by the camera device 4, the motor control unit 63 controls the movement motor 5 to move the work W and the base 51 by a predetermined amount in the work transfer direction F. Moves the opponent with speed. The data storage unit 64 stores two-dimensional data and three-dimensional data of the work W transmitted from the measurement unit 43 of the camera device 4. The I/F unit 65 is an interface circuit for performing data communication with the camera device 4.
[광절단법에 의한 높이 계측][Height measurement by optical cutting method]
도 3(A)∼(C)를 참조하여, 워크 계측 장치(1)에 있어서 실행 가능한, 광절단법에 의한 삼차원 계측(높이 계측)에 대해 설명을 추가한다. 도 3(A)에 나타내는 바와 같이, 여기서는 측정 대상으로서, 직육면체의 워크(W)가 기대(51)에 탑재되어 있는 예를 나타내고 있다. 높이 계측에는 상술한 카메라 장치(4)와, 라인광(SL)을 발하는 제 1 광원(2)이 사용된다. 도 1과는 달리 도 3(A)에서는 촬상 광축(AX)이 연직 방향이 되도록 카메라 장치(4)가 배치되고, 라인광(SL)의 투영 광축이 상기 촬상 광축(AX)에 대하여 소정의 교차각(θ)을 가지도록 제 1 광원(2)이 배치되어 있는 예를 나타낸다.With reference to FIGS. 3(A) to 3(C), explanation will be added regarding three-dimensional measurement (height measurement) by the optical cutting method that can be performed in the work measuring device 1. As shown in FIG. 3(A), here, an example is shown in which a rectangular parallelepiped work W is mounted on the base 51 as the measurement object. For height measurement, the above-described camera device 4 and the first light source 2 that emits line light SL are used. Unlike FIG. 1, in FIG. 3(A), the camera device 4 is arranged so that the imaging optical axis AX is in a vertical direction, and the projection optical axis of the line light SL intersects the imaging optical axis AX by a predetermined amount. An example is shown in which the first light source 2 is arranged to have an angle θ.
도 3(B)는 워크(W)에 라인광(SL)이 조사되는 임의의 스캔 위치에서 카메라 장치(4)가 취득하는 프레임 화상(F01)을 나타내고 있다. 라인광(SL)이 워크(W)를 포함하는 영역에 조사되면, 워크(W)의 주위의 기대(51)로부터의, 즉 기준 높이로부터의 반사광(RL1)과, 워크(W)의 상면으로부터의 반사광(RL2)이 카메라 장치(4)로 촬상된다. 라인광(SL)이 경사광이고 워크(W)가 높이를 갖기 때문에, 프레임 화상(F01) 상에 있어서, 반사광(RL1, RL2)은 X 좌표의 서로 상이한 위치에 관측된다. 구체적으로는 반사광(RL1)은 좌표(x11)에, 반사광(RL2)은 좌표(x11)보다 워크 이송 방향(F)의 상류측에 위치하는 좌표(x12)에 나타난다.FIG. 3(B) shows a frame image F01 acquired by the camera device 4 at an arbitrary scanning position where the line light SL is irradiated to the work W. When the line light SL is irradiated to the area including the work W, reflected light RL1 from the base 51 around the work W, that is, from the reference height, and from the upper surface of the work W The reflected light RL2 is imaged by the camera device 4. Since the line light SL is oblique light and the work W has a height, on the frame image F01, the reflected lights RL1 and RL2 are observed at different positions of the X coordinate. Specifically, the reflected light RL1 appears at the coordinate (x11), and the reflected light RL2 appears at the coordinate (x12) located upstream of the work transfer direction (F) from the coordinate (x11).
도 3(A)의 점 P0에 라인광(SL)이 조사되었을 경우를, 계산 상의 높이=0의 지점으로 한다. 그렇게 하면, 도 3(C)에 나타낸 바와 같이, 교차각(θ)을 사용한 삼각측량의 원리로부터, 좌표(x11)의 높이는 h1, 좌표(x12)의 높이는 h2라고 하는 높이 데이터를 얻을 수 있다. 이후, 후속의 프레임 화상(F02, F03)이 순차 촬상되어, 워크(W)의 상이한 위치의 화상이 취득된다. 이에 의해, 프레임 화상(F02)에서는 좌표(x21, x22)의 높이 데이터가, 프레임 화상(F03)에서는 좌표(x31, x32)의 높이 데이터가 취득된다. 말할 필요도 없이, 실제의 카메라 스케일 단위는 도시한 예보다 훨씬 좁은 피치이다.The case where the line light (SL) is irradiated to the point P0 in Fig. 3(A) is taken as the point of height = 0 in the calculation. Then, as shown in Fig. 3(C), from the principle of triangulation using the intersection angle θ, height data such as h1 as the height of the coordinate (x11) and h2 as the height of the coordinate (x12) can be obtained. Afterwards, subsequent frame images F02 and F03 are sequentially captured, and images of different positions of the work W are acquired. As a result, height data of coordinates (x21, x22) is acquired from the frame image F02, and height data of coordinates (x31, x32) is obtained from the frame image F03. Needless to say, actual camera scale units are much narrower pitch than the example shown.
이상과 같은 스캔 동작에 의해 취득된 복수의 높이 데이터를 통합함으로써, 워크(W)의 삼차원 데이터를 구할 수 있다. 또한, 각 프레임 화상(F01, F02, F03)에서 취득되는 높이 데이터는 반사광(RL1, RL2)이 상이한 X 좌표 위치에 조사된 결과에 근거한다. 이 때문에, 데이터 통합에 있어서는 예를 들면 프레임 화상(F01)에 있어서 워크(W)의 영역에서 얻어진 좌표(x12)의 높이 데이터와, 그 후의 스캔 위치에서 기대(51)의 영역에서 얻어진 좌표(x12)의 높이 데이터를 정합시키는 높이 테이블이 작성해도 된다.By integrating a plurality of height data acquired through the above scan operation, three-dimensional data of the work W can be obtained. Additionally, the height data acquired from each frame image (F01, F02, F03) is based on the results of the reflected light (RL1, RL2) being irradiated at different X coordinate positions. For this reason, in data integration, for example, the height data of the coordinates (x12) obtained in the area of the work W in the frame image F01 and the coordinates (x12) obtained in the area of the base 51 at the subsequent scan position ) A height table that matches the height data may be created.
[이차원 데이터 및 삼차원 데이터의 동시 취득][Simultaneous acquisition of two-dimensional and three-dimensional data]
계속해서, 워크 계측 장치(1)에 있어서의 이차원 데이터 및 삼차원 데이터의 동시 취득에 대해 설명한다. 도 4a∼도 4d는 워크(W)의 주목 위치(N)에 대한 촬상 상황을 나타내는 도면이다. 도 4a∼도 4d에서는 높이(h)를 갖는 직육면체상의 워크(W)를, 카메라 장치(4)의 촬상 소자(41)에 대하여 워크 이송 방향(F)으로 상대 이동시키면서, 소정의 카메라 스케일 단위로 상기 워크(W)의 촬상이 행해지는 상태를 나타내고 있다.Next, simultaneous acquisition of two-dimensional data and three-dimensional data in the work measurement device 1 will be described. FIGS. 4A to 4D are diagrams showing an imaging situation for the position N of the work W of interest. 4A to 4D, a rectangular parallelepiped-shaped work W having a height h is moved relative to the imaging element 41 of the camera device 4 in the work transfer direction F, while moving the work W in a predetermined camera scale unit. This shows a state in which imaging of the work W is performed.
워크(W)에 대해서는 제 1 광원(2)이 발하는 라인광(SL)과, 제 2 광원(3)이 발하는 도시 생략의 통상 조명광(TL)이 동시에 조사되고 있다. 이 때문에, 촬상 소자(41)에는 워크(W)에 조사된 라인광(SL)의 반사광인 라인 반사광(RL)과, 통상 조명광(TL)의 반사광인 통상 반사광(RT)이 동시에 입사한다. 또한, 라인 반사광(RL)으로서는 h=0의 위치로부터의 라인 반사광(RL1)과, 높이(h)로부터의 라인 반사광(RL2)이 나타나 있다.The work W is simultaneously illuminated with line light SL emitted by the first light source 2 and normal illumination light TL (not shown) emitted by the second light source 3. For this reason, the line reflected light RL, which is the reflected light of the line light SL irradiated to the work W, and the normal reflected light RT, which is the reflected light of the normal illumination light TL, simultaneously enter the imaging device 41. In addition, as the line reflected light RL, the line reflected light RL1 from the position of h=0 and the line reflected light RL2 from the height h are shown.
워크(W)에는 이차원 데이터 및 삼차원 데이터를 구해야 할 주목 위치(N)를 나타내고 있다. 주목 위치(N)의 워크 이송 방향(F)의 사이즈는 하나의 프레임 화상 및 다음 프레임 화상의 촬상 피치간에 해당 워크(W)가 이동하는 거리에 상당한다. 촬상 소자(41)에 첨부되어 있는 화소열(L1∼L10)은 상기 촬상 피치에 대응하는 화소수를 구비한 화소열이다. 주목 위치(N)는 워크 이송 방향(F)으로 이동되면서, 연속적으로 촬상되는 10매의 프레임 화상(F1∼F10)에 있어서, 화소열(L1∼L10)의 각각에 순차 촬상되게 된다. 이 중, 도 4a∼도 4d에서는 3번째∼6번째의 프레임 화상(F3∼F6)의 촬상 상황을 나타내고 있다. 또한, h=0의 라인 반사광(RL1)은 화소열(L4)에 입사하는 설정이다.The work (W) indicates a point of interest (N) from which two-dimensional and three-dimensional data should be obtained. The size of the workpiece transfer direction F at the position of interest N corresponds to the distance the workpiece W moves between the imaging pitches of one frame image and the next frame image. The pixel columns L1 to L10 attached to the imaging element 41 are pixel columns having the number of pixels corresponding to the imaging pitch. While the position of interest (N) is moved in the workpiece transport direction (F), images are sequentially captured in each of the pixel columns (L1 to L10) in the 10 frame images (F1 to F10) that are continuously captured. Among these, Figures 4A to 4D show the imaging situation of the third to sixth frame images (F3 to F6). Additionally, the line reflected light RL1 at h=0 is set to be incident on the pixel column L4.
도 4a의 프레임 화상(F3)에서는 주목 위치(N)는 아직 라인광(SL)의 조사 위치에는 도달하고 있지 않다. 이 때문에, 프레임 화상(F3)에 있어서 주목 위치(N)가 촬상되는 화소열(L3)에서 취득되는 화상 데이터(F3-L3)는 통상 반사광(RT)으로만 이루어지는 화상 데이터가 된다. 프레임 화상(F3)보다 먼저 촬상되는 프레임 화상(F1, F2)도 마찬가지이다.In the frame image F3 in Fig. 4A, the position of interest N has not yet reached the irradiation position of the line light SL. For this reason, the image data F3-L3 acquired from the pixel column L3 where the position of interest N in the frame image F3 is imaged is usually image data consisting only of the reflected light RT. The same applies to the frame images F1 and F2 that are captured before the frame image F3.
도 4b의 프레임 화상(F4)에서는 주목 위치(N)는 화소열(L3)의 워크 이송 방향(F)의 하류측에 인접하는 화소열(L4)에서 촬상된다. 프레임 화상(F4)에 있어서도, 워크(W)로부터의 통상 반사광(RT)이 화소열(L4)에 입사한다. 또한, 주목 위치(N)와 워크 이송 방향(F)의 동일 위치에 있는 h=0의 영역으로부터의 라인 반사광(RL1)도 화소열(L4)에 입사한다. 이 때문에, 프레임 화상(F4)에 있어서 주목 위치(N)가 촬상되는 화소열(L4)에서 취득되는 화상 데이터(F4-L4)는 통상 반사광(RT)에 라인 반사광(RL1)이 중첩된 화상 데이터가 된다.In the frame image F4 in FIG. 4B, the position N of interest is imaged in the pixel column L4 adjacent to the downstream side of the workpiece transport direction F of the pixel column L3. Also in the frame image F4, normal reflected light RT from the work W enters the pixel column L4. Additionally, the line reflected light RL1 from the area of h=0 at the same position in the position of interest N and the work transfer direction F also enters the pixel column L4. For this reason, the image data F4-L4 acquired from the pixel column L4 where the position of interest N in the frame image F4 is imaged is image data in which the line reflected light RL1 is superimposed on the normal reflected light RT. It becomes.
도 4c의 프레임 화상(F5)에서는 주목 위치(N)는 화소열(L5)에서 촬상된다. 프레임 화상(F5)에 있어서도, 워크(W)로부터의 통상 반사광(RT)이 화소열(L5)에 입사하고, 또한, 워크(W)의 높이(h)의 영역으로부터의 라인 반사광(RL2)이 화소열(L5)에 입사한다. 따라서, 프레임 화상(F5)에 있어서 주목 위치(N)가 촬상되는 화소열(L5)에서 취득되는 화상 데이터(F5-L5)는 통상 반사광(RT)에 라인 반사광(RL2)이 중첩된 화상 데이터가 된다.In the frame image F5 in FIG. 4C, the position N of interest is imaged in the pixel column L5. In the frame image F5 as well, the normal reflected light RT from the work W enters the pixel column L5, and the line reflected light RL2 from the area at the height h of the work W also enters the pixel column L5. It enters the pixel column (L5). Therefore, the image data F5-L5 acquired from the pixel column L5 where the position of interest N in the frame image F5 is imaged is image data in which the line reflected light RL2 is superimposed on the normal reflected light RT. do.
한편, 도 4d의 프레임 화상(F6)이 촬상되는 타이밍에서는 주목 위치(N)는 라인광(SL)의 조사 위치를 통과하고 있다. 이 때문에, 프레임 화상(F6)에 있어서 주목 위치(N)가 촬상되는 화소열(L6)에서 취득되는 화상 데이터(F6-L6)는 오직 통상 반사광(RT)의 화상 데이터가 된다. 또한, 도 4a∼도 4d에서는 라인광(SL)이 단순한 선 형상광으로서 그려져 있지만, 실제의 라인광(SL)은 워크 이송 방향(F)에 가우스 분포 형상의 광강도 분포를 가진다. 이 때문에, 화상 데이터(F6-L6)가 통상 반사광(RT)에 라인 반사광(RL2)의 일부가 중첩된 화상 데이터가 되는 경우도 있다. 프레임 화상(F6)보다 나중에 촬상되는 프레임 화상(F7∼F10)은 통상 반사광(RT)만이 입사하는 화상이 된다.On the other hand, at the timing when the frame image F6 in FIG. 4D is captured, the position of interest N passes the irradiation position of the line light SL. For this reason, the image data F6-L6 acquired from the pixel column L6 where the position of interest N in the frame image F6 is imaged becomes image data only of the normal reflected light RT. Furthermore, although the line light SL is drawn as simple linear light in FIGS. 4A to 4D, the actual line light SL has a Gaussian light intensity distribution in the workpiece transport direction F. For this reason, there are cases where the image data F6-L6 is image data in which a part of the line reflected light RL2 is superimposed on the normal reflected light RT. The frame images F7 to F10 captured later than the frame image F6 are images in which only the reflected light RT is normally incident.
이상과 같이, 도 4a∼도 4d의 화상 데이터(F3-L3∼F6-L6)를 포함하는 프레임 화상(F1∼F10)은 화상 메모리(42)(도 2)에 일시적으로 기억된다. 계측부(43)의 화상 배열부(431)는 화상 메모리(42)에 격납된 프레임 화상(F1∼F10) 중에서, 주목 위치(N)에 대응하는 화상 데이터를 추출한다. 또한, 화상 배열부(431)는 추출된 화상 데이터를 시계열순으로 나열하여 상기 주목 위치(N)의 휘도 분포 맵을 생성한다. 같은 처리를, 워크(W)의 다른 부위를 주목 위치(N)로 하여 반복한다.As described above, the frame images F1 to F10 including the image data F3-L3 to F6-L6 in FIGS. 4A to 4D are temporarily stored in the image memory 42 (FIG. 2). The image arrangement unit 431 of the measurement unit 43 extracts image data corresponding to the position N of interest from the frame images F1 to F10 stored in the image memory 42. Additionally, the image arrangement unit 431 arranges the extracted image data in time series to generate a luminance distribution map of the position of interest (N). The same process is repeated with another part of the work W as the position of interest N.
도 5(A)는 주목 위치(N)의 휘도 분포 맵(M)의 일례를 나타내는 도면이다. 도면 중의 x 방향은 화상 데이터를 시계열순으로 배열하는 방향이며, 워크(W)의 높이 데이터가 표출하는 프로파일 방향이다. y 방향은 워크 이송 방향(F)과 직교하는 워크(W)의 폭 방향이며, 라인광(SL)의 연장 방향이다. 도 5(B)는 도 5(A)의 VB-VB선을 따르는 휘도값을 나타내는 그래프이다.FIG. 5(A) is a diagram showing an example of a luminance distribution map (M) of a position (N) of interest. The x direction in the drawing is the direction in which image data is arranged in time series, and is the profile direction expressed by the height data of the work W. The y direction is the width direction of the workpiece W perpendicular to the workpiece transport direction F, and is the extension direction of the line light SL. FIG. 5(B) is a graph showing luminance values along the VB-VB line of FIG. 5(A).
도 5(A)에 예시하는 휘도 분포 맵(M)은 프레임 화상(F1∼F10)의 각각에 있어서, 주목 위치(N)에 대해 취득된 화상 데이터(F1-L1∼F10-L10)를 x 방향으로 나열하여 작성되어 있다. 즉, 휘도 분포 맵(M)은 프레임 화상(F1∼F10)에 있어서의 어느 하나의 주목 위치(N)의 휘도 변화를 나타내고 있다.The luminance distribution map M illustrated in FIG. 5(A) displays image data F1-L1 to F10-L10 acquired for the position of interest N in the x direction in each of the frame images F1 to F10. It is written by listing. That is, the luminance distribution map M represents the luminance change at one of the positions of interest (N) in the frame images F1 to F10.
도 4b에 나타낸 바와 같이, 화상 데이터(F4-L4)에는 h=0의 영역으로부터의 라인 반사광(RL1)이 포함되어 있다. 따라서, 휘도 분포 맵(M)의 F4-L4의 영역에는 라인 반사광(RL1)에 대응하는 휘도 데이터(D11)가 계측되어 있다. 또한, 도 4c에 나타낸 바와 같이, 화상 데이터(F5-L5)에는 워크(W)의 높이(h)의 영역으로부터의 라인 반사광(RL2)이 포함되어 있다. 따라서, 휘도 분포 맵(M)의 F5-L5의 영역에는 라인 반사광(RL2)에 대응하는 휘도 데이터(D12)가 계측되어 있다. 한편, 통상 반사광(RT)은 모든 화상 데이터(F1-L1∼F10-L10)에 포함되어 있다. 이 때문에, 도 5(B)에 나타낸 바와 같이, 휘도 분포 맵(M)의 전체 영역에 있어서, 통상 반사광(RT)에 대응하는 휘도 데이터(D12)가 계측되고 있다. VB-VB선 상에서는 라인 반사광(RL2)의 휘도 데이터(D12)가 돌출되어 높은 휘도값을 나타내고 있다. 휘도 데이터(D12)가 방형파가 아니라 삼각파의 형상이 되는 것은 기술한 바와 같이 라인광(SL)이 가우스 분포의 광강도 분포를 갖기 때문이다.As shown in Fig. 4B, the image data F4-L4 includes line reflected light RL1 from the region of h=0. Accordingly, luminance data D11 corresponding to the line reflected light RL1 is measured in the area F4-L4 of the luminance distribution map M. Additionally, as shown in FIG. 4C, the image data F5-L5 includes the line reflected light RL2 from the area at the height h of the work W. Accordingly, luminance data D12 corresponding to the line reflected light RL2 is measured in the area F5-L5 of the luminance distribution map M. Meanwhile, reflected light (RT) is usually included in all image data (F1-L1 to F10-L10). For this reason, as shown in Fig. 5(B), luminance data D12 corresponding to the normal reflected light RT is measured in the entire area of the luminance distribution map M. On the VB-VB line, the luminance data D12 of the line reflected light RL2 protrudes and shows a high luminance value. The reason why the luminance data D12 has the shape of a triangular wave rather than a square wave is because the line light SL has a Gaussian light intensity distribution, as described.
상술한 휘도 분포 맵(M)에 근거하여, 계측부(43)의 높이 산출부(432)는 주목 위치(N)의 높이 데이터, 즉 삼차원 데이터를, 휘도 산출부(433)는 주목 위치(N)의 휘도 데이터, 즉 이차원 데이터를 도출한다. 도 6(A)∼(E)는 휘도 분포 맵(M)으로부터 워크의 이차원 데이터 및 삼차원 데이터를 도출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.Based on the above-described luminance distribution map M, the height calculation unit 432 of the measurement unit 43 collects the height data of the position of interest (N), that is, three-dimensional data, and the luminance calculation unit 433 calculates the height data of the position of interest (N). luminance data, that is, two-dimensional data, is derived. Figures 6(A) to (E) are diagrams for explaining the process of deriving two-dimensional and three-dimensional data of a work from the luminance distribution map (M).
데이터 도출에 있어서 화상 배열부(431)는 휘도 분포 맵(M) 상에, 도 6(A)에 나타낸 바와 같이, 이차원 데이터를 취득하는 2D 영역(M1)과, 삼차원 데이터를 취득하는 3D 영역(M2)을 설정한다. 3D 영역(M2)은 휘도 분포 맵(M)에 있어서 라인광(SL)에 근거하는 워크(W)의 높이 정보가 나타나는 영역으로 설정되고, 2D 영역(M1)은 그 밖의 영역으로 설정된다. 도 5(A)에 예시하는 휘도 분포 맵(M)에서는 높이 정보가 나타나는 것은 화상 데이터(F4-L4∼F10-L10)의 영역이기 때문에, 상기 영역이 3D 영역(M2)으로 설정된다. 이 경우, 2D 영역(M1)은 화상 데이터(F1-L1∼F3-L3)의 영역이 된다.In deriving data, the image arrangement unit 431 divides the luminance distribution map M into a 2D area M1 for acquiring two-dimensional data and a 3D area M1 for acquiring three-dimensional data, as shown in FIG. 6(A). Set M2). The 3D area M2 is set as an area in the luminance distribution map M where the height information of the work W based on the line light SL appears, and the 2D area M1 is set as the other areas. In the luminance distribution map M illustrated in Fig. 5(A), height information appears in the area of the image data (F4-L4 to F10-L10), so this area is set as the 3D area M2. In this case, the 2D area M1 becomes an area of image data (F1-L1 to F3-L3).
3D 영역(M2)의 범위는 ROI 설정부(434)에 의한 촬상 소자(41)의 ROI의 지정 범위에 의해 조정할 수 있다. 촬상 소자(41)는 매트릭스 배열된 다수의 화소를 갖고, 이들 화소군의 이차원 배열 범위가 화상을 취득 가능한 화상 에리어가 된다. ROI 설정부(434)는 촬상 소자(41)가 취득하는 전체 화상 에리어 중 사용하는 일부를 지정하는 ROI 지정을 행한다. 워크 이송 방향(F)의 레인지가 넓은 ROI 지정을 행하면, 계측 가능한 워크(W)의 높이 레인지를 확장할 수 있다. ROI 설정부(434)는 워크(W)의 종별에 따라, 적절한 범위를 갖는 ROI 지정을 행한다. ROI 지정에 근거하는 2D 영역(M1) 및 3D 영역(M2)의 설정값은 설정 기억부(44)에 격납된다.The range of the 3D area M2 can be adjusted by the ROI designation range of the imaging device 41 by the ROI setting unit 434. The imaging element 41 has a large number of pixels arranged in a matrix, and the two-dimensional array range of these pixel groups becomes an image area where images can be acquired. The ROI setting unit 434 specifies the ROI that specifies the part to be used among the entire image area acquired by the imaging device 41. By specifying an ROI with a wide range in the work transfer direction (F), the height range of the work (W) that can be measured can be expanded. The ROI setting unit 434 specifies ROI with an appropriate range according to the type of work W. The setting values of the 2D area M1 and 3D area M2 based on ROI designation are stored in the setting storage unit 44.
도 6(B)에 나타낸 바와 같이, 휘도 산출부(433)는 2D 영역(M1)에 임의로 설정한 데이터 취득 라인(G1) 상에 있어서, 소정 수의 휘도 데이터를 추출한다. 데이터 취득 라인(G1)은 1라인만이어도 되고, 복수 라인이어도 된다. 도 6(C)는 데이터 취득 라인(G1)을 따라 임의의 피치로 추출된 휘도 데이터를 나타내는 그래프이다. 통상 반사광(RT)은 무지향성의 통상 조명광(TL)의 반사광이지만, 데이터 취득 라인(G1) 상의 휘도 데이터에는 어느 정도의 휘도값의 편차가 생긴다. 휘도 산출부(433)는 추출한 휘도 데이터군의 예를 들면 평균값, 최대값, 혹은 중간값을 구하는 처리를 행하여 하나의 휘도 데이터를 도출한다. 이 휘도 데이터가 주목 위치(N)의 이차원 데이터가 된다.As shown in Fig. 6(B), the luminance calculation unit 433 extracts a predetermined number of luminance data on the data acquisition line G1 arbitrarily set in the 2D area M1. The data acquisition line G1 may be one line or multiple lines. FIG. 6(C) is a graph showing luminance data extracted at an arbitrary pitch along the data acquisition line G1. The normal reflected light RT is reflected light of the non-directional normal illumination light TL, but a certain degree of deviation in the luminance value occurs in the luminance data on the data acquisition line G1. The luminance calculation unit 433 derives one luminance data by performing processing to obtain, for example, an average value, a maximum value, or a median value of the extracted luminance data group. This luminance data becomes two-dimensional data of the position of interest (N).
높이 산출부(432)는 도 6(D)에 나타낸 바와 같이, 3D 영역(M2)에 있어서, 워크(W)의 최고 위치를 상당하는 휘도 데이터(D12)를 x 방향으로 가로 지르는 데이터 취득 라인(G2) 상에 있어서, 소정 수의 휘도 데이터를 추출한다. 도 6(E)는 데이터 취득 라인(G2)을 따라 임의의 피치로 추출된 휘도 데이터를 나타내는 그래프이다. 이 휘도 데이터의 파형에는 통상 반사광(RT)의 휘도 성분으로 상승된 휘도 데이터(D12)의 피크값(TD)이 나타난다. 피크값(TD)은 워크(W)의 높이(h)를 정확하게 나타내는 휘도 데이터가 된다. 높이 산출부(432)는 예를 들면 무게 중심 계산이나 위상 계산에 의해 피크값(TD)을 구하고, 휘도 데이터(D12)의 높이 위치로 한다. 마찬가지로, 휘도 데이터(D11)에 대해서도 피크값을 구하고, h=0의 높이 기준 위치로 한다. 이렇게 하여 얻은 휘도 데이터(D11, D12)의 각 피크값에 근거하여, 높이 산출부(432)는 광절단법에 의해 주목 위치(N)의 높이를 구함으로써, 삼차원 데이터를 취득한다.As shown in FIG. 6(D), the height calculation unit 432 has a data acquisition line ( In phase G2), a predetermined number of luminance data is extracted. FIG. 6(E) is a graph showing luminance data extracted at an arbitrary pitch along the data acquisition line G2. In the waveform of this luminance data, the peak value (TD) of the luminance data (D12), which is usually increased by the luminance component of the reflected light (RT), appears. The peak value (TD) is luminance data that accurately represents the height (h) of the work (W). The height calculation unit 432 calculates the peak value TD by, for example, center-of-gravity calculation or phase calculation, and sets it as the height position of the luminance data D12. Similarly, the peak value is obtained for the luminance data D11, and h=0 is set as the height reference position. Based on the respective peak values of the luminance data D11 and D12 obtained in this way, the height calculation unit 432 obtains three-dimensional data by obtaining the height of the position of interest N by an optical cutting method.
[데이터 도출 처리의 플로우][Flow of data derivation processing]
도 7은 본 실시형태의 워크 계측 장치(1)를 사용한 워크(W)의 이차원 데이터 및 삼차원 데이터의 도출 처리를 나타내는 플로우차트이다. 워크(W)의 계측의 개시에 있어서, ROI 설정부(434)가 촬상 소자(41)의 ROI 지정을 행한다(스텝 S1). 워크(W)의 높이가 미리 상정되어 있을 경우, 이 ROI 지정은 상술한 2D 영역(M1) 및 3D 영역(M2)의 설정으로 연결된다. 미리, 설정 기억부(44)에 2D 영역(M1) 및 3D 영역(M2)의 범위의 설정을 기억시켜 두고, 스텝 S1에서 상기 설정을 판독하도록 해도 된다.Fig. 7 is a flowchart showing the derivation process of two-dimensional data and three-dimensional data of the workpiece W using the workpiece measuring device 1 of the present embodiment. At the start of measurement of the work W, the ROI setting unit 434 specifies the ROI of the imaging device 41 (step S1). When the height of the work W is assumed in advance, this ROI designation is connected to the settings of the 2D area M1 and 3D area M2 described above. The settings of the ranges of the 2D area M1 and the 3D area M2 may be stored in advance in the settings storage unit 44, and the settings may be read in step S1.
그 다음에, 워크(W)의 스캔이 실행된다(스텝 S2). 스캔에 있어서, 제어부(6)의 광원 제어부(62)는 제 1 광원(2) 및 제 2 광원(3)을 동시에 점등시켜, 라인광(SL) 및 통상 조명광(TL)을 워크(W)에 조사시킨다. 모터 제어부(63)는 이동 모터(5)를 동작시켜, 워크(W)를 소정 속도로 워크 이송 방향(F)으로 이동시킨다. 카메라 제어부(61)는 카메라 장치(4)를 제어하여, 소정의 카메라 스케일 단위로 워크(W)의 프레임 화상을 연속적으로 촬상시킨다. 취득된 프레임 화상 데이터는 화상 메모리(42)에 일시적으로 격납된다(스텝 S3).Next, scanning of the work W is performed (step S2). In scanning, the light source control unit 62 of the control unit 6 simultaneously turns on the first light source 2 and the second light source 3 to transmit the line light SL and the normal illumination light TL to the work W. Let them investigate. The motor control unit 63 operates the moving motor 5 to move the work W in the work transfer direction F at a predetermined speed. The camera control unit 61 controls the camera device 4 to continuously capture frame images of the work W in units of a predetermined camera scale. The acquired frame image data is temporarily stored in the image memory 42 (step S3).
그 후, 계측부(43)가 화상 메모리(42)로부터 화상 데이터를 판독하여, 워크(W)의 계측 데이터를 도출하는 처리를 실행한다. 우선, 계측부(43)는 워크(W)에 대하여, 주목 위치(N)를 설정한다(스텝 S4). 주목 위치(N)는 워크(W)의 표면을 세분화하여 n개 설정된다. 그 다음에, 화상 배열부(431)가, 카운터를 N=1로 설정하여, 화상 메모리(42) 내의 프레임 화상의 각각으로부터, 1번째의 주목 위치(N)의 화상 데이터를 추출한다(스텝 S5). 이 화상 데이터는 예를 들면 도 4a∼도 4d에 나타낸 화상 데이터(F3-L3∼F6-L6)이다. 또한, 화상 배열부(431)는 추출된 화상 데이터를 시계열순으로 나열하여, 상기 주목 위치(N)의 휘도 분포 맵(M)을 생성한다(스텝 S6). 휘도 분포 맵(M)의 구체예는 도 5(A)에 나타나 있다.After that, the measurement unit 43 reads image data from the image memory 42 and performs processing to derive measurement data of the work W. First, the measurement unit 43 sets the position of interest N with respect to the work W (step S4). N positions of interest (N) are set by subdividing the surface of the work (W). Next, the image arrangement unit 431 sets the counter to N = 1 and extracts the image data of the first position of interest (N) from each of the frame images in the image memory 42 (Step S5 ). This image data is, for example, the image data (F3-L3 to F6-L6) shown in Figs. 4A to 4D. Additionally, the image arrangement unit 431 arranges the extracted image data in chronological order and generates a luminance distribution map (M) of the position of interest (N) (step S6). A specific example of the luminance distribution map (M) is shown in Figure 5(A).
계속해서, 높이 산출부(432)가 휘도 분포 맵(M)의 3D 영역(M2)으로부터 휘도 데이터를 판독한다(스텝 S7). 3D 영역(M2)은 도 6(A)의 휘도 분포 맵(M)에 예시하는 바와 같으며, 휘도 데이터의 판독은 도 6(D)의 데이터 취득 라인(G2)을 따른 휘도 데이터의 추출에 상당한다. 그 다음에, 높이 산출부(432)는 도 6(E)에 예시한 바와 같이, 추출한 휘도 데이터의 파형의 피크값(TD)을 구함으로써, 라인광(SL)(라인 반사광(RL))의 중심 위치를 구하는 처리를 실행한다(스텝 S8). 이에 의해, 워크(W)의 높이(h)의 위치가 특정된다. 그리고, 높이 산출부(432)는 h=0이 되는 높이 기준 위치를 참조하여, 광절단법에 의해 주목 위치(N)의 높이에 상당하는 삼차원 데이터를 도출한다(스텝 S9).Subsequently, the height calculation unit 432 reads luminance data from the 3D area M2 of the luminance distribution map M (step S7). The 3D area M2 is as illustrated in the luminance distribution map M in Fig. 6(A), and reading of the luminance data corresponds to extraction of luminance data along the data acquisition line G2 in Fig. 6(D). do. Next, as illustrated in FIG. 6(E), the height calculation unit 432 obtains the peak value (TD) of the waveform of the extracted luminance data, thereby determining the level of the line light (SL) (line reflected light (RL)). Processing to determine the center position is performed (step S8). Thereby, the position of the height h of the work W is specified. Then, the height calculation unit 432 refers to the height reference position where h=0 and derives three-dimensional data corresponding to the height of the position of interest (N) by optical cutting (step S9).
다음으로, 휘도 산출부(433)가, 휘도 분포 맵(M)의 2D 영역(M1)으로부터 휘도 데이터를 판독한다(스텝 S10). 3D 영역(M2)은 도 6(A)의 휘도 분포 맵(M)에 예시하는 바와 같으며, 휘도 데이터의 판독은 도 6(B)의 데이터 취득 라인(G1)을 따른 휘도 데이터의 추출에 상당한다. 계속해서 휘도 산출부(433)는 추출한 휘도 데이터의 평균값을 구하는 등 하여, 주목 위치(N)의 휘도에 상당하는 이차원 데이터를 도출한다(스텝 S11). 스텝 S9 및 스텝 S11에서 각각 도출된 삼차원 데이터 및 이차원 데이터는 제어부(6)에 전송되어, 데이터 기억부(64)에 격납된다(스텝 S12).Next, the luminance calculation unit 433 reads luminance data from the 2D area M1 of the luminance distribution map M (step S10). The 3D area M2 is as illustrated in the luminance distribution map M in Fig. 6(A), and reading of the luminance data corresponds to extraction of luminance data along the data acquisition line G1 in Fig. 6(B). do. Subsequently, the luminance calculation unit 433 derives two-dimensional data corresponding to the luminance of the position of interest (N) by calculating the average value of the extracted luminance data, etc. (Step S11). The three-dimensional data and two-dimensional data derived in step S9 and step S11, respectively, are transferred to the control unit 6 and stored in the data storage unit 64 (step S12).
계속해서, 계측부(43)는 주목 위치(N)의 처리 개수를 나타내는 카운터가, 스텝 S4에서 설정한 n개에 도달해 있는지 여부, 즉 N=n을 만족하는지 여부를 판정한다(스텝 S13). N=n이 아닐 경우(스텝 S13에서 NO), 계측부(43)는 N=N+1로서 카운터를 인크리먼트하고(스텝 S14), 스텝 S5로 돌아가 다음의 주목 위치(N)에 대하여 같은 처리를 실행한다. 한편, N=n일 경우(스텝 S13에서 YES), 계측부(43)는 처리를 마친다.Subsequently, the measurement unit 43 determines whether the counter indicating the number of processed positions N of interest has reached the number n set in step S4, that is, whether N = n is satisfied (step S13). If N = n (NO in step S13), the measurement unit 43 increments the counter as N = N + 1 (step S14), returns to step S5, and processes the same for the next position of interest (N). Run . On the other hand, if N=n (YES in step S13), the measurement unit 43 completes the processing.
이상과 같이 하여, 본 실시형태의 워크 계측 장치(1)에 의하면, 제 1 광원(2)의 라인광(SL)을 워크(W)에 조사한 라인 반사광(RL)을 촬상함으로써, 광절단법에 의해 상기 워크(W)의 삼차원 데이터를 구할 수 있다. 또한, 제 2 광원(3)의 통상 조명광(TL)을 워크(W)에 조사한 통상 반사광(RT)을 촬상함으로써, 상기 워크(W)의 이차원 데이터를 구할 수 있다. 제어부(6)는 워크(W)를 이동시키면서 제 1 광원(2) 및 제 2 광원(3)을 동시에 점등시킨 상태로, 카메라 장치(4)에 촬상 동작을 실행시킨다. 이 때문에, 카메라 장치(4)는 이차원 및 삼차원의 계측 데이터의 쌍방을 추출 가능한 프레임 화상을 취득할 수 있다.As described above, according to the workpiece measuring device 1 of the present embodiment, the line light SL of the first light source 2 is irradiated onto the workpiece W to image the line reflected light RL, thereby performing the optical cutting method. Through this, three-dimensional data of the work W can be obtained. Additionally, by imaging the normal reflected light (RT) obtained by irradiating the normal illumination light TL from the second light source 3 to the work W, two-dimensional data of the work W can be obtained. The control unit 6 causes the camera device 4 to perform an imaging operation while moving the workpiece W and turning on the first light source 2 and the second light source 3 simultaneously. For this reason, the camera device 4 can acquire a frame image from which both two-dimensional and three-dimensional measurement data can be extracted.
취득된 프레임 화상군으로부터 작성되는 주목 위치(N)의 휘도 분포 맵(M)은 라인 반사광(RL) 및 통상 반사광(RT)에 근거하는 휘도 정보이며, 상기 주목 위치(N)에 관한 이차원 및 삼차원 정보를 포함하는 휘도 분포 정보가 된다. 따라서, 휘도 분포 맵(M)으로부터, 주목 위치(N)의 이차원 데이터 및 삼차원 데이터를 도출할 수 있다. 이와 같이, 본 실시형태에 관한 워크 계측 장치(1)에 의하면, 워크(W)의 이차원 데이터 및 삼차원 데이터를, 하나의 카메라 장치(4)를 사용한 1회의 워크(W)의 스캔 동작으로 취득할 수 있다. 따라서, 작업성이 양호하게 또한 장치를 복잡화시키지 않고 워크(W)를 계측할 수 있다.The luminance distribution map (M) of the position of interest (N) created from the acquired frame image group is luminance information based on line reflected light (RL) and normal reflected light (RT), and is two-dimensional and three-dimensional regarding the position of interest (N). It becomes luminance distribution information containing information. Therefore, two-dimensional data and three-dimensional data of the position of interest (N) can be derived from the luminance distribution map (M). In this way, according to the work measurement device 1 according to the present embodiment, two-dimensional data and three-dimensional data of the work W can be acquired by a single scanning operation of the work W using one camera device 4. You can. Therefore, the workpiece W can be measured with good workability and without complicating the device.
[변형예][Variation example]
도 8(A)∼(D)는 변형예에 관한 휘도 분포 맵(MA)으로부터 워크(W)의 이차원 데이터 및 삼차원 데이터를 도출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 변형예에서는 계측부(43)는 휘도 분포 맵(MA)에 있어서 3D 영역이 소정의 영역폭보다 넓은 영역으로 설정되어 있는 경우, 휘도 분포 맵(MA)의 휘도 평균값을 산출하여 이차원 데이터를 구하는 예를 나타낸다.8(A) to 8(D) are diagrams for explaining the process of deriving two-dimensional data and three-dimensional data of the work W from the luminance distribution map MA according to a modified example. In a modified example, when the 3D area in the luminance distribution map (MA) is set to an area wider than a predetermined area width, the measurement unit 43 calculates the luminance average value of the luminance distribution map (MA) to obtain two-dimensional data. indicates.
도 8(A)에 나타낸 바와 같이, 변형예에 관한 휘도 분포 맵(MA)에 있어서 3D 영역의 프로파일 방향(x 방향)의 범위는 도 6(A)의 3D 영역의 범위가 넓게 설정되어 있다. 3D 영역의 범위는 ROI 설정부(434)가 워크 이송 방향(F)으로 넓은 ROI 지정을 행함으로써 확장할 수 있다. 3D 영역을 확장하면, 워크(W)의 높이 계측의 레인지가 커진다. 따라서, 높이 기준의 휘도 데이터(D11)에 대하여, 휘도 분포 맵(MA) 상에서 상당히 이간된 위치에 나타나는 휘도 데이터(D12A)를 계측할 수 있다. 즉, 보다 뒤가 높은 워크(W)의 높이 계측을 행하는 것이 가능해진다.As shown in FIG. 8(A), in the luminance distribution map MA according to the modified example, the range of the profile direction (x direction) of the 3D area is set to be wider than that of the 3D area in FIG. 6(A). The range of the 3D area can be expanded by the ROI setting unit 434 specifying a wide ROI in the work transfer direction (F). When the 3D area is expanded, the range of height measurement of the work W increases. Accordingly, with respect to the height-based luminance data D11, the luminance data D12A that appears at a significantly separated position on the luminance distribution map MA can be measured. In other words, it becomes possible to measure the height of the work W that is higher at the back.
3D 영역의 높이 레인지가 충분히 크게 취해져 있는 휘도 분포 맵(MA)의 경우, 예를 들면 3D 영역의 프로파일 방향의 범위가 2D 영역의 2배∼5배 정도로 설정되어 있을 경우, 카메라 장치(4)에 의해 촬상되는 화상에 있어서의 라인광(SL)(라인 반사광(RL))의 성분은 상대적으로 작아진다. 따라서, 휘도 분포 맵(MA)의 휘도 평균값은 이차원 데이터에 대응하는 휘도 데이터에 근사한다.In the case of a luminance distribution map (MA) in which the height range of the 3D area is sufficiently large, for example, when the range of the profile direction of the 3D area is set to about 2 to 5 times that of the 2D area, the camera device 4 The component of line light (SL) (line reflected light (RL)) in the image captured by this method becomes relatively small. Accordingly, the luminance average value of the luminance distribution map (MA) approximates luminance data corresponding to two-dimensional data.
상기의 지견에 근거하여 변형예에서는 도 8(B)에 나타낸 바와 같이, 계측부(43)는 휘도 데이터(D12)를 x 방향으로 가로 지르는 데이터 취득 라인(G3)을 따라, 임의의 피치로 휘도 데이터를 추출한다. 도 8(C)는 추출된 휘도 데이터의 x 방향의 분포를 나타내는 그래프이다. 휘도 산출부(433)는 데이터 취득 라인(G3)을 따라 추출된 복수의 휘도 데이터의 휘도 평균값을 산출한다. 이 휘도 평균값을, 워크(W)의 주목 위치(N)에 대해 근사적으로 도출된 이차원 데이터로 취급한다.Based on the above knowledge, in the modified example, as shown in FIG. 8(B), the measurement unit 43 collects the luminance data at an arbitrary pitch along the data acquisition line G3 that crosses the luminance data D12 in the x direction. Extract . Figure 8(C) is a graph showing the distribution of extracted luminance data in the x direction. The luminance calculation unit 433 calculates an average luminance value of a plurality of luminance data extracted along the data acquisition line G3. This luminance average value is treated as two-dimensional data approximately derived for the position of interest (N) of the work (W).
높이 산출부(432)는 마찬가지로 데이터 취득 라인(G3)을 따라 추출된 복수의 휘도 데이터를 사용하여, 도 8(D)에 나타내는 바와 같은 휘도 데이터를 나타내는 그래프를 작성한다. 그리고 높이 산출부(432)는 상술한 실시형태와 마찬가지로 하여 휘도 데이터(D12)의 피크값(TD)을 구함과 아울러, 광절단법에 의해 주목 위치(N)의 높이를 구함으로써, 삼차원 데이터를 취득한다. 이러한 변형예에 의하면, 하나의 데이터 취득 라인(G3)을 따른 휘도 데이터 추출에 의해 이차원 데이터 및 삼차원 데이터를 도출할 수 있기 때문에, 계측 작업을 간소화할 수 있다.The height calculation unit 432 similarly uses a plurality of luminance data extracted along the data acquisition line G3 to create a graph representing the luminance data as shown in FIG. 8(D). Then, the height calculation unit 432 calculates the three-dimensional data by calculating the peak value TD of the luminance data D12 in the same manner as in the above-described embodiment and calculating the height of the position of interest N using the optical cutting method. acquire. According to this modification, two-dimensional data and three-dimensional data can be derived by extracting luminance data along one data acquisition line G3, so the measurement work can be simplified.
[상기 실시형태에 포함되는 발명][Invention included in the above embodiment]
본 발명의 일국면에 관한 워크 계측 장치는 계측 대상의 워크에 대하여 라인광을 조사하는 제 1 광원과, 상기 워크에 대하여 통상 조명광을 조사하는 제 2 광원과, 상기 라인광 및 상기 통상 조명광이 조사된 상기 워크 및 그 주변의 화상을 취득 가능한 촬상부와, 상기 워크를 소정의 이송 방향으로 상대 이동시키는 이동 기구와, 상기 촬상부, 상기 제 1 광원, 상기 제 2 광원 및 상기 이동 기구의 동작을 제어하는 제어부와, 상기 촬상부가 취득한 화상에 근거하여, 상기 워크에 대한 이차원 데이터 및 삼차원 데이터를 구하는 계측부를 구비하고, 상기 제어부는 상기 이동 기구에 의해 상기 워크를 이동시키면서, 상기 제 1 광원 및 상기 제 2 광원을 동시에 점등시킨 상태로, 상기 촬상부에 소정의 카메라 스케일 단위로 상기 워크의 촬상 동작을 행하게 하고, 상기 계측부는 상기 카메라 스케일 단위로 순차 촬상된 화상의 각각으로부터, 상기 워크의 주목 위치에 대응하는 화상 데이터를 추출함과 아울러, 추출된 화상 데이터를 시계열순으로 나열하여 상기 주목 위치의 휘도 분포 맵을 생성하고, 상기 휘도 분포 맵에 근거하여, 상기 주목 위치의 이차원 데이터 및 삼차원 데이터를 도출한다.A work measuring device according to one aspect of the present invention includes a first light source for irradiating line light to a workpiece to be measured, a second light source for irradiating normal illumination light to the workpiece, and irradiating the line light and the normal illumination light. an imaging unit capable of acquiring images of the workpiece and its surroundings, a moving mechanism that relatively moves the workpiece in a predetermined transport direction, and operations of the imaging unit, the first light source, the second light source, and the moving mechanism It is provided with a control unit that controls and a measurement unit that obtains two-dimensional data and three-dimensional data for the workpiece based on the image acquired by the imaging unit, wherein the control unit moves the workpiece by the moving mechanism, and controls the first light source and the With the second light source turned on simultaneously, the imaging unit is made to perform an imaging operation of the workpiece in units of a predetermined camera scale, and the measurement unit determines the position of interest of the workpiece from each of the sequentially captured images in units of the camera scale. In addition to extracting image data corresponding to Derive.
본 발명의 다른 국면에 관한 워크 계측 방법은 계측 대상의 워크의 이차원 데이터 및 삼차원 데이터를 취득하는 워크 계측 방법으로서, 상기 워크를 상대 이동시키면서, 라인광 및 통상 조명광을 동시에 상기 워크에 조사한 상태로, 소정의 카메라 스케일 단위로 상기 워크의 화상을 취득하고, 상기 카메라 스케일 단위로 순차 촬상된 화상의 각각으로부터, 상기 워크의 주목 위치에 대응하는 화상 데이터를 추출함과 아울러, 추출된 화상 데이터를 시계열순으로 나열하여 상기 주목 위치의 휘도 분포 맵을 생성하고, 상기 휘도 분포 맵에 근거하여, 상기 주목 위치의 이차원 데이터 및 삼차원 데이터를 도출한다.A work measurement method according to another aspect of the present invention is a work measurement method for acquiring two-dimensional data and three-dimensional data of a workpiece to be measured, in a state in which line light and normal illumination light are simultaneously radiated onto the workpiece while moving the workpiece relatively, An image of the workpiece is acquired in units of a predetermined camera scale, image data corresponding to the position of interest of the workpiece is extracted from each of the images sequentially captured in the camera scale unit, and the extracted image data is arranged in chronological order. A luminance distribution map of the location of interest is generated, and based on the luminance distribution map, two-dimensional data and three-dimensional data of the location of interest are derived.
상기의 워크 계측 장치 또는 계측 방법에 의하면, 제 1 광원의 라인광을 워크에 조사한 반사광을 촬상부에 촬상시킴으로써, 광절단법에 의해 상기 워크의 삼차원 데이터를 구할 수 있다. 또한, 제 2 광원의 통상 조명광을 워크에 조사한 반사광을 촬상부에 촬상시킴으로써, 상기 워크의 이차원 데이터를 구할 수 있다. 또한, 통상 조명광은 워크에 대하여 전방위로부터 광선을 조사 가능한 무지향성의 조명광이다. 그리고, 제어부가 제 1 광원 및 제 2 광원을 동시에 점등시킨 상태로, 촬상부에 촬상 동작을 실행시킨다. 이 때문에, 상기 촬상부는 이차원 및 삼차원의 계측 데이터를 추출 가능한 화상을, 카메라 스케일 단위를 따른 촬상마다 취득할 수 있다.According to the above-described work measuring device or measuring method, three-dimensional data of the work can be obtained by an optical cutting method by having the line light of the first light source irradiate the work and the reflected light is captured by the imaging unit. Additionally, two-dimensional data of the work can be obtained by having the image pickup unit capture the reflected light from the normal illumination light from the second light source on the work. In addition, normal illumination light is non-directional illumination light that can irradiate light from all directions with respect to the work. Then, the control unit causes the imaging unit to perform an imaging operation with the first light source and the second light source turned on simultaneously. For this reason, the imaging unit can acquire images from which two-dimensional and three-dimensional measurement data can be extracted for each imaging along the camera scale unit.
또한 계측부는 워크를 이동시키면서 순차 촬상된 화상의 각각으로부터, 상기 워크의 주목 위치에 대응하는 화상 데이터를 추출한다. 추출된 화상 데이터를 시계열순으로 나열함으로써, 상기 주목 위치의 휘도 분포 맵이 생성된다. 이 휘도 분포 맵은 상기 라인광 및 통상 조명광의 반사광에 근거하는 휘도 정보이며, 어느 하나의 주목 위치에 대한 이차원 및 삼차원 정보를 포함하는 휘도 분포 정보가 된다. 따라서, 상기 휘도 분포 맵으로부터, 상기 주목 위치의 이차원 데이터 및 삼차원 데이터를 도출할 수 있다. 이와 같이, 본 발명에 관한 워크 계측 장치 또는 계측 방법에 의하면, 워크의 이차원 데이터 및 삼차원 데이터를, 하나의 촬상부를 사용한 1회의 워크의 스캔 동작으로 취득하는 것이 가능하다. 따라서, 작업성 양호하게 또한 장치를 복잡화시키지 않고 워크를 계측할 수 있다.Additionally, the measurement unit extracts image data corresponding to the position of interest of the work from each of the sequentially captured images while moving the work. By arranging the extracted image data in time series order, a luminance distribution map of the position of interest is generated. This luminance distribution map is luminance information based on the reflected light of the line light and normal illumination light, and becomes luminance distribution information including two-dimensional and three-dimensional information about a position of interest. Therefore, two-dimensional data and three-dimensional data of the position of interest can be derived from the luminance distribution map. In this way, according to the workpiece measurement device or measurement method according to the present invention, it is possible to acquire two-dimensional data and three-dimensional data of the workpiece through a single scan operation of the workpiece using one imaging unit. Therefore, the workpiece can be measured with good workability and without complicating the device.
상기의 워크 계측 장치에 있어서, 상기 계측부는 상기 휘도 분포 맵에 있어서, 상기 라인광에 근거하는 높이 정보가 나타나는 영역을 상기 삼차원 데이터가 취득하는 3D 영역으로 하고, 다른 영역을 상기 이차원 데이터가 취득하는 2D 영역으로 설정하는 것이 바람직하다.In the work measurement device, the measurement unit determines, in the luminance distribution map, an area where height information based on the line light appears as a 3D area where the three-dimensional data is acquired, and another area is where the two-dimensional data is acquired. It is desirable to set it to a 2D area.
이 워크 계측 장치에 의하면, 휘도 분포 맵에 있어서 높이 정보가 나타나는 영역 외에 2D 영역이 설정되기 때문에, 이차원 데이터 및 삼차원 데이터를 확실하게 선별하여 취득시킬 수 있다.According to this work measurement device, since a 2D area is set in addition to the area where height information appears in the luminance distribution map, two-dimensional data and three-dimensional data can be reliably selected and acquired.
상기의 워크 계측 장치에 있어서, 상기 계측부는 상기 3D 영역의 정보에 근거하여 광절단법에 의해 상기 주목 위치의 높이를 구하여 상기 삼차원 데이터를 취득하고, 상기 2D 영역의 휘도 데이터에 근거하여 상기 주목 위치의 상기 이차원 데이터를 취득하는 것이 바람직하다.In the above work measurement device, the measurement unit obtains the three-dimensional data by obtaining the height of the position of interest by optical cutting based on the information of the 3D area, and obtains the position of interest based on the luminance data of the 2D area. It is desirable to acquire the two-dimensional data.
이 워크 계측 장치에 의하면, 광절단법에 근거하여 주목 위치의 삼차원 형상을 구하고, 휘도 데이터에 근거하여 주목 위치의 색채, 모양 등을 구하는 것이 가능해진다.According to this work measurement device, it becomes possible to obtain the three-dimensional shape of the position of interest based on an optical cutting method and to obtain the color, shape, etc. of the position of interest based on luminance data.
상기의 워크 계측 장치에 있어서, 상기 계측부는 상기 휘도 분포 맵에 있어서 상기 3D 영역이 소정의 영역폭보다 넓은 영역으로 설정되어 있는 경우, 상기 휘도 분포 맵의 휘도 평균값을 산출하여 상기 이차원 데이터를 구하는 것이 바람직하다.In the above work measurement device, when the 3D area in the luminance distribution map is set to an area wider than a predetermined area width, the measurement unit calculates the luminance average value of the luminance distribution map to obtain the two-dimensional data. desirable.
휘도 분포 맵에 있어서 3D 영역의 높이 레인지가 충분히 크게 취해져 있는 경우, 촬상되는 화상에 있어서의 라인광의 성분은 상대적으로 작아진다. 따라서, 휘도 분포 맵의 휘도 평균값은 이차원 데이터에 대응하는 휘도 데이터에 근사한다. 상기의 워크 계측 장치에 의하면, 이차원 데이터의 도출을 간소화할 수 있다.When the height range of the 3D area is sufficiently large in the luminance distribution map, the component of line light in the captured image becomes relatively small. Therefore, the luminance average value of the luminance distribution map approximates luminance data corresponding to two-dimensional data. According to the above work measurement device, derivation of two-dimensional data can be simplified.
상기의 워크 계측 장치에 있어서, 상기 촬상부는 화소가 매트릭스 배열된 촬상 소자를 구비하고, 상기 계측부는 상기 촬상 소자가 취득하는 전체 화상 에리어 중 사용하는 일부를 지정하는 ROI 지정이 가능하고, 상기 3D 영역은 ROI 지정의 범위에 근거하여 설정할 수 있다.In the work measurement device described above, the imaging unit includes an imaging device in which pixels are arranged in a matrix, the measurement unit is capable of specifying an ROI that specifies a portion to be used among the entire image area acquired by the imaging device, and the 3D area is can be set based on the scope of ROI designation.
이 워크 계측 장치에 의하면, 워크의 상정 높이 등에 따라, ROI 지정의 범위를 적절히 조정함으로써, 적확하게 워크의 삼차원 데이터를 취득할 수 있다.According to this work measurement device, three-dimensional data of the work can be accurately acquired by appropriately adjusting the ROI designation range according to the assumed height of the work, etc.
1; 워크 계측 장치
2; 제 1 광원
3; 제 2 광원
4; 카메라 장치(촬상부)
41; 촬상 소자
43; 계측부
431; 화상 배열부
432; 높이 산출부
433; 휘도 산출부
434; ROI 설정부
5; 이동 모터(이동 기구)
6; 제어부
F; 워크 이송 방향
SL; 라인광
TL; 통상 조명광
RL; 라인 반사광
RT; 통상 반사광
W; 워크
N; 주목 위치
M; 휘도 분포 맵One; Work measuring device
2; first light source
3; second light source
4; Camera device (imaging unit)
41; imaging device
43; measuring department
431; image array unit
432; height calculation unit
433; Luminance calculation unit
434; ROI setting section
5; Movement motor (movement mechanism)
6; control unit
F; Work transfer direction
SL; line light
TL; normal lighting
RL; line reflection
RT; Normal reflected light
W; work
N; location of interest
M; Luminance distribution map
Claims (6)
상기 워크에 대하여 통상 조명광을 조사하는 제 2 광원과,
상기 라인광 및 상기 통상 조명광이 조사된 상기 워크 및 그 주변의 화상을 취득 가능한 촬상부와,
상기 워크를 소정의 이송 방향으로 상대 이동시키는 이동 기구와,
상기 촬상부, 상기 제 1 광원, 상기 제 2 광원 및 상기 이동 기구의 동작을 제어하는 제어부와,
상기 촬상부가 취득한 화상에 근거하여, 상기 워크에 대한 이차원 데이터 및 삼차원 데이터를 구하는 계측부를 구비하고,
상기 제어부는 상기 이동 기구에 의해 상기 워크를 이동시키면서, 상기 제 1 광원 및 상기 제 2 광원을 동시에 점등시킨 상태로, 상기 촬상부에 소정의 카메라 스케일 단위로 상기 워크의 촬상 동작을 행하게 하고,
상기 계측부는,
상기 카메라 스케일 단위로 순차 촬상된 화상의 각각으로부터, 상기 워크의 주목 위치에 대응하는 화상 데이터를 추출함과 아울러, 추출된 화상 데이터를 시계열순으로 나열하여 상기 주목 위치의 휘도 분포 맵을 생성하고,
상기 휘도 분포 맵에 근거하여, 상기 주목 위치의 이차원 데이터 및 삼차원 데이터를 도출하는 워크 계측 장치.a first light source that irradiates line light to the workpiece to be measured;
a second light source that radiates normal illumination light to the workpiece;
an imaging unit capable of acquiring images of the work and its surroundings irradiated with the line light and the normal illumination light;
a moving mechanism that relatively moves the workpiece in a predetermined transfer direction;
a control unit that controls operations of the imaging unit, the first light source, the second light source, and the moving mechanism;
A measurement unit that obtains two-dimensional data and three-dimensional data about the workpiece based on the image acquired by the imaging unit,
The control unit causes the imaging unit to perform an imaging operation of the workpiece in units of a predetermined camera scale while moving the workpiece by the moving mechanism and turning on the first light source and the second light source simultaneously,
The measuring unit,
Extracting image data corresponding to the position of interest of the work from each of the images sequentially captured in the camera scale unit, and arranging the extracted image data in time series to generate a luminance distribution map of the position of interest,
A work measurement device that derives two-dimensional data and three-dimensional data of the position of interest based on the luminance distribution map.
상기 계측부는 상기 휘도 분포 맵에 있어서, 상기 라인광에 근거하는 높이 정보가 나타나는 영역을 상기 삼차원 데이터가 취득하는 3D 영역으로 하고, 다른 영역을 상기 이차원 데이터가 취득하는 2D 영역으로 설정하는 워크 계측 장치.According to claim 1,
The measurement unit sets, in the luminance distribution map, an area where height information based on the line light appears as a 3D area where the three-dimensional data is acquired, and sets other areas as a 2D area where the two-dimensional data is acquired. .
상기 계측부는 상기 3D 영역의 정보에 근거하여 광절단법에 의해 상기 주목 위치의 높이를 구하여 상기 삼차원 데이터를 취득하고, 상기 2D 영역의 휘도 데이터에 근거하여 상기 주목 위치의 상기 이차원 데이터를 취득하는 워크 계측 장치.According to claim 2,
The measurement unit obtains the three-dimensional data by obtaining the height of the position of interest by an optical cutting method based on the information of the 3D area, and acquires the two-dimensional data of the position of interest based on the luminance data of the 2D area. Measuring device.
상기 계측부는 상기 휘도 분포 맵에 있어서 상기 3D 영역이 소정의 영역폭보다 넓은 영역으로 설정되어 있는 경우, 상기 휘도 분포 맵의 휘도 평균값을 산출하여 상기 이차원 데이터를 구하는 워크 계측 장치.According to claim 2 or 3,
When the 3D area in the luminance distribution map is set to be wider than a predetermined area width, the measurement unit calculates a luminance average value of the luminance distribution map to obtain the two-dimensional data.
상기 촬상부는 화소가 매트릭스 배열된 촬상 소자를 구비하고,
상기 계측부는 상기 촬상 소자가 취득하는 전체 화상 에리어 중 사용하는 일부를 지정하는 ROI 지정이 가능하고,
상기 3D 영역은 ROI 지정의 범위에 근거하여 설정되는 워크 계측 장치.According to any one of claims 2 to 4,
The imaging unit includes an imaging device in which pixels are arranged in a matrix,
The measurement unit is capable of specifying an ROI that specifies a portion to be used among the entire image area acquired by the imaging device,
A work measuring device in which the 3D area is set based on the ROI designation range.
상기 워크를 상대 이동시키면서, 라인광 및 통상 조명광을 동시에 상기 워크에 조사한 상태로, 소정의 카메라 스케일 단위로 상기 워크의 화상을 취득하고,
상기 카메라 스케일 단위로 순차 촬상된 화상의 각각으로부터, 상기 워크의 주목 위치에 대응하는 화상 데이터를 추출함과 아울러, 추출된 화상 데이터를 시계열순으로 나열하여 상기 주목 위치의 휘도 분포 맵을 생성하고,
상기 휘도 분포 맵에 근거하여, 상기 주목 위치의 이차원 데이터 및 삼차원 데이터를 도출하는 워크 계측 방법.A work measurement method for acquiring two-dimensional data and three-dimensional data of a workpiece to be measured, comprising:
While moving the work relative to the work, line light and normal illumination light are simultaneously irradiated on the work, and an image of the work is acquired in units of a predetermined camera scale;
Extracting image data corresponding to the position of interest of the work from each of the images sequentially captured in the camera scale unit, and arranging the extracted image data in time series to generate a luminance distribution map of the position of interest,
A work measurement method for deriving two-dimensional data and three-dimensional data of the position of interest based on the luminance distribution map.
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