(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査体にライン状のライン光を照射する照明手段と、被検査体に照射されたライン光を撮影する撮影手段と、この撮影手段によって撮影された画像を認識する画像認識手段と、上記照明手段および撮影手段と被検査体とを相対的に移動させる相対移動手段とを備え、ライン光を被検査体に対して相対移動させることにより該被検査体を３次元計測するようにした３次元計測装置において、
上記被検査体は、ワークに予め定められた配列方向に配列して設けられた複数の凹凸状部分を有しており、これら複数の凹凸状部分の少なくともいずれかは、上記配列方向と直交する方向の直線部分を有しており、
さらに上記ライン光の相対移動方向と、この相対移動方向に対するライン光の角度とは、該ライン光が上記直線部分に対して斜めに交差して照射されながら相対移動されるように予め設定されていることを特徴とする３次元計測装置。
【請求項２】
上記ライン光の角度は、上記相対移動方向に対して直交する方向に照射されるように設定され、かつライン光の相対移動方向は、上記配列方向に対して斜めとなるように設定されていて、それによって該ライン光が上記直線部分に対して斜めに交差して照射されながら相対移動されるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の３次元計測装置。
【請求項３】
上記ライン光の相対移動方向は、上記配列方向と平行となるように設定され、かつライン光の角度は、上記相対移動方向に対して斜めとなるように設定されていて、それによって該ライン光が上記直線部分に対して斜めに交差して照射されながら相対移動されるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の３次元計測装置。
【請求項４】
上記３次元計測装置は文字形状データ記憶部と文字良否判定部とを備え、また上記凹凸状部分はアルファベットや数字などの文字を有しており、上記文字形状データ記憶部には予め上記文字の正常な形状が記録されていて、上記文字良否判定部は、上記ライン光が上記直線部分に対して斜めに交差して照射されることによって得られる文字の歪を補正して、その補正後の文字の形状と上記文字形状データ記憶部に記録されている文字の形状とを比較してその良否を判定することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の３次元計測装置。
【請求項５】
上記３次元計測装置は文字形状データ記憶部と文字良否判定部とを備え、また上記凹凸状部分はアルファベットや数字などの文字を有しており、上記文字形状データ記憶部には、予め上記ライン光が上記直線部分に対して斜めに交差して照射されることによって得られる歪んだ文字の形状を記録されていて、上記文字良否判定部は、上記ライン光が上記直線部分に対して斜めに交差して照射されることによって得られる文字の形状と上記文字形状データ記憶部に記録されている文字の形状とを比較してその良否を判定することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の３次元計測装置。
【請求項６】
上記３次元計測装置は、上記照明手段と撮影手段とを設けた移動ユニットと、この移動ユニットを、これに設けた上記照明手段と撮影手段と一体に上記相対移動方向に移動させる駆動手段と、上記ワークを所定の状態で固定する位置決め手段とを備えており、
上記位置決め手段によってワークを位置決め固定することにより、該ワークに設けられた上記被検査体の配列方向と、上記駆動手段によって移動される移動ユニットの移動方向とが、上記照明手段から照射されるライン光が上記被検査体の直線部分に対して斜めに交差して照射されながら相対移動されるように設定されることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の３次元計測装置。
【請求項７】
照明手段によって被検査体にライン状のライン光を照射するとともに、該被検査体に照射されたライン光を撮影手段によって撮影しながら、上記ライン光と被検査体とを相対移動させることにより該被検査体を３次元計測するようにした３次元計測方法において、
上記被検査体は、ワークに予め定められた配列方向に配列して設けられた複数の凹凸状部分を有しており、これら複数の凹凸状部分の少なくともいずれかは、上記配列方向と直交する方向の直線部分を有しており、
さらに上記ライン光は上記直線部分に対して斜めに交差して照射されるように予め設定されていて、その設定のままライン光と被検査体とを相対移動させることを特徴とする３次元計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光切断法を用いた３次元計測装置と３次元計測方法に関し、特に直線部分を有する凹凸状部分が設けられた被検査体、例えばＶ字状に刻印された被検査体としての文字の深さや形状、或いは文字間隔、文字水平度、位置ズレ、文字カケ等を検査するのに好適な３次元計測装置と３次元計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光切断法を用いた３次元計測装置として、被検査体にライン状のライン光を照射する照明手段と、被検査体に照射されたライン光を撮影する撮影手段と、この撮影手段によって撮影された画像を認識する画像認識手段と、上記照明手段および撮影手段と被検査体とを相対的に移動させる相対移動手段とを備え、ライン光を被検査体に対して相対移動させることにより該被検査体を３次元計測するようにしたものが知られている（特許文献１）。
ところで、図１１に示すように、被検査体１が例えばワークにＶ字状に刻印されたアルファベットや数字の組合せである場合には、被検査体１は各文字からなる複数の凹凸状部分３を有していることになる。そして複数の凹凸状部分３は、通常上記ワークに予め定められた配列方向Ａに沿って配列されて設けられている。また、被検査体１の凹凸状部分３のいずれかは、例えば「Ｂ」、「Ｄ」、「１」といった文字は、上記配列方向Ａと直交する方向の直線部分３ａを有することになる。
他方、上記照明手段から照射されたライン光４は上記配列方向Ａと平行となる相対移動方向Ｂに相対移動されるように設定され、かつ該ライン光４は上記配列方向Ａと直交する方向で被検査体１に照射されるようになっている。
この状態で上記ライン光４と被検査体１とを上記相対移動方向Ｂに相対移動させることにより、それぞれの凹凸状部分３を光切断法により３次元計測することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−５８１５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ライン光４が上記相対移動方向Ｂに相対移動された際には、該ライン光４は上記凹凸状部分３の直線部分３ａに対しては平行となるように照射されることになり、該ライン光４は各直線部分３ａに平行に照射されながらこれと直交する方向に横切ることになる。
その際、ライン光４は、Ｖ字状に刻印された直線部分３ａの壁面により上記撮影手段に向けて正反射されることがあり、その場合には撮影手段によるライン光の良好な撮影が困難となって上記画像認識手段による直線部分３ａの認識が不良となることがあった。
他方、上記ライン光４が上記凹凸状部分３の直線部分３ａ以外の部分に照射される場合には、その直線部分３ａ以外の部分における反射は、上述した直線部分３ａの壁面によって撮影手段に向けて正反射されるような状態とはならないので、上記撮影手段によるライン光の撮影が良好に行われ、したがって上記画像認識手段による認識も良好なものとなる。
【０００５】
また、上記ライン光は所定時間ごとに、例えば０．００３秒ごとの所定間隔で撮影されることになるが、上記ライン光４が直線部分３ａに対して平行となるように照射されながら該直線部分３ａを横切る場合には該直線部分３ａに対する撮影回数が少なくなるので、Ｖ字状の凹凸状部分３における最深部の測定が困難になるという問題もあった。これを回避するには、直線部分３ａに対する撮影回数を多くすればよいが、その場合には全体の測定に時間がかかることになる。
なお、上記ライン光４が上記凹凸状部分３の直線部分３ａ以外の部分に照射される場合には、当該部分に対する撮影回数は直線部分３ａを横切る場合の撮影回数よりも多くなるため、当該部分の最深部の測定を良好に行うことができる。
本発明は上述した事情に鑑み、上記凹凸状部分３が上記予め定められた配列方向Ａと直交する方向の直線部分３ａを有していても、より確実にその計測を行うことができるようにした３次元計測装置と３次元計測方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち本発明の３次元計測装置は、被検査体にライン状のライン光を照射する照明手段と、被検査体に照射されたライン光を撮影する撮影手段と、この撮影手段によって撮影された画像を認識する画像認識手段と、上記照明手段および撮影手段と被検査体とを相対的に移動させる相対移動手段とを備え、ライン光を被検査体に対して相対移動させることにより該被検査体を３次元計測するようにした３次元計測装置において、
上記被検査体は、ワークに予め定められた配列方向に配列して設けられた複数の凹凸状部分を有しており、これら複数の凹凸状部分の少なくともいずれかは、上記配列方向と直交する方向の直線部分を有しており、
さらに上記ライン光の相対移動方向と、この相対移動方向に対するライン光の角度とは、該ライン光が上記直線部分に対して斜めに交差して照射されながら相対移動されるように予め設定されていることを特徴とするものである。
また本発明の３次元計測方法は、照明手段によって被検査体にライン状のライン光を照射するとともに、該被検査体に照射されたライン光を撮影手段によって撮影しながら、上記ライン光と被検査体とを相対移動させることにより該被検査体を３次元計測するようにした３次元計測方法において、
上記被検査体は、ワークに予め定められた配列方向に配列して設けられた複数の凹凸状部分を有しており、これら複数の凹凸状部分の少なくともいずれかは、上記配列方向と直交する方向の直線部分を有しており、
さらに上記ライン光は上記直線部分に対して斜めに交差して照射されるように予め設定されていて、その設定のままライン光と被検査体とを相対移動させることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
上記本発明の３次元計測装置と３次元計測方法によれば、上述したように、上記被検査体１が、ワークに予め定められた配列方向Ａに配列して設けられた複数の凹凸状部分３を有しており、これら複数の凹凸状部分３の少なくともいずれかが、上記予め定められた方向Ａと直交する方向の直線部分３ａを有していても、上記ライン光の相対移動方向と、この相対移動方向に対するライン光の角度とは、該ライン光が上記直線部分に対して斜めに交差して照射されながら相対移動されるように予め設定されているので、直線部分３ａ以外の撮影について上述してあるように、凹凸状部分３を良好に認識することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施例を示す平面図。
【図２】図１の側面図。
【図３】第１実施例におけるライン光４の相対移動方向Ｂと被検査体１の配列方向Ａとの関係を説明する説明図。
【図４】画像認識手段３１の構成を説明するブロック図。
【図５】文字の深さを測定する差異の測定ポイント３８を説明するための説明図。
【図６】本発明の第２実施例を示す平面図。
【図７】図６の側面図。
【図８】本発明の第３実施例を示す平面図。
【図９】図８の側面図。
【図１０】第３実施例におけるライン光４の相対移動方向Ｂと被検査体１の配列方向Ａとの関係を説明する説明図。
【図１１】従来の光切断法におけるライン光４の相対移動方向Ｂと被検査体１の配列方向Ａとの関係を説明する説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下図示実施例について本発明を説明すると、図１、図２において、本発明に係る３次元計測装置１０は固定フレーム１１とこの固定フレーム１１上に設けた回転テーブル１２とを備えており、この回転テーブル１２はサーボモータなどの回転駆動手段１３によって水平面内で回転されるようになっている。
上記回転テーブル１２には位置決め手段１４を設けてあり、この位置決め手段１４によってワーク２を回転テーブル１２上の所定位置に位置決めして固定することができるようにしてある。
【００１０】
図示実施例では、上記位置決め手段１４は、回転テーブル１２に相互に直交する方向に配置して固定した２つの位置決めストッパ１５と、各位置決めストッパ１５に向けて上記ワーク２を押し付けるシリンダユニット１６とから構成してあり、一方のシリンダユニット１６によってワーク２を一方の位置決めストッパ１５に押し付けると同時に、これと直交する方向に、他方のシリンダユニット１６によってワーク２を他方の位置決めストッパ１５に押し付けることによって、ワーク２を回転テーブル１２上の所定位置に固定することができるようにしてある。
なお、位置決め手段１４としては上記構成のものに限定されるものではなく、回転テーブル１２上にワーク２を固定することができれば、如何なる構成のものであってもよい。
【００１１】
上記ワーク２の所要位置には、図３に示すように、図１１で示したのと同一の被検査体１を設けてあり、したがってこの被検査体１は、予め定められた配列方向Ａに沿って配列した複数の凹凸状部分３を有しており、また凹凸状部分３のいずれかは上記予め定められた方向Ａと直交する方向の直線部分３ａを有している。
そして上記ワーク２を位置決め手段１４によって回転テーブル１２に位置決め固定する際には、ワーク２に設けた被検査体１が水平面内に位置し、かつ被検査体１の中心位置が、より具体的には被検査体１の配列方向における中心位置とこれと直交する被検査体１の幅方向（凹凸状部分３の直線部分３ａの方向）における中心位置とが、上記回転テーブル１２の回転中心に概ね一致するようにしてある。
【００１２】
図１、図２に示すように、上記固定フレーム１１には回転テーブル１２の側方に、Ｌ字形の支柱２１の一方の脚部２１ａを立設してあり、水平方向に伸びる該支柱２１の他方の脚部２１ｂの下部に、上記回転テーブル１２の回転中心を越えて水平方向に伸びる上部フレーム２２を固定してある。
この上部フレーム２２の下面には移動ユニット２３を設けてあり、この移動ユニット２３はロッドレスシリンダなどの相対移動手段２４により、上部フレーム２２の長手方向に沿って往復駆動されるようになっている。そして上記移動ユニット２２には、上記被検査体１にライン状のライン光４を照射する照明手段２５と、この照明手段２５によって被検査体１に照射されたライン光４を撮影する撮影手段２６とを設けてある。
【００１３】
上記照明手段２５は円柱状で中央に照射部を有しており、この照射部から照射される光はスリット状に広がってライン状に照射されるようになっている。また照明手段２５はライン光４を被検査体１の真上から照射することができるように、被検査体１の表面（水平面）に対して９０度の角度に配置してある。
上記撮影手段２６は被検査体１の水平面に対して４５度の角度に配置してあり、照明手段２５から照射されるライン光４を斜めの角度から撮影することができるようにしてある。
そして上記相対移動手段２４により移動ユニット２３を移動させることにより、上記照明手段２５および撮影手段２６を被検査体１に対して相対的に移動させれば、それによってライン光４を被検査体１に対して相対移動させることができるので、光切断法による被検査体１の３次元計測を行うことができる。
【００１４】
図３に示すように、本実施例においては、上記照明手段２５によって被検査体１に照射されるライン光４は、移動ユニット２３の移動方向Ｂに対して直角となるように設定してある。
そして本実施例における移動ユニット２３の移動方向Ｂは、上記凹凸状部分３の予め定められた配列方向Ａに対して斜めとなる角度θに、例えば１５度の角度に設定してある。これにより、上記ライン光４の長手方向が凹凸状部分３の直線部分３ａに対して平行とならずに、これを上記角度θで斜めに交差して横切るように設定してある。
このときのライン光４の長手方向に対する直線部分３ａの交差角度は、上記回転テーブル１２を回転させることにより、所定の角度θに設定することができる。またこの際には、上記凹凸状部分３が有するその他の全ての直線部分（例えば「Ａ」が有する両側と中央との３つの直線部分）に対してライン光４が平行となることがないような角度を選定してある。
【００１５】
図４に示すように、上記撮影手段２６によって撮影された画像は、制御装置の画像認識手段３１に入力されるようになっている。
上記画像認識手段３１は、上記撮影手段２６によって所定の間隔で撮影された複数の画像をつなぎ合わせる画像処理部３２と、この画像処理部３２によって得られた画像を２値化する２値化処理部３３とを備えており、２値化処理部３３によって２値化された画像は文字良否判定部３４に入力される。
上記被検査体１を構成するアルファベットや数字などの適正な形状は文字形状データ記憶部３５に予め記録されており、上記文字良否判定部３４は、上記２値化処理部３３によって得られた各文字のデータと文字形状データ記憶部３５に記録されているデータとを比較して、その形状の良否を判定するようになっている。
【００１６】
このとき図１１に示すように、上記ライン光４を文字の配列方向Ａと直交する方向に照射し、かつ配列方向Ａと平行な相対移動方向Ｂに移動させれば、それぞれの文字の形状は正常な形状のまま入力されるようになる。
これに対し図３に示すように、上記ライン光４を文字の配列方向Ａに対して斜の角度θで照射した状態で各文字に対して相対移動させると、得られる文字は本来の文字に対して上記角度θ分だけ歪んだ形状で入力されることになる。
本実施例では、上記文字形状データ記憶部３５には、上記被検査体１を構成するアルファベットや数字などの正常な形状が予め記録されており、他方、上記文字良否判定部３４は、上記２値化処理部３３によって得られた各文字の形状について、上記角度θ分だけ歪んだ形状を補正することによって正常な形状となるように演算しており、その演算された補正後の文字の形状と上記文字形状データ記憶部３５に記録されている正常な文字の形状とを比較して、その良否を判別するようになっている。
そして仮に不良のデータが検出された場合には、該文字良否判定部３４から直ちに不良の信号が出力されて以後の作業が行われないようになっている。
【００１７】
本実施例の変形例として、上記文字形状データ記憶部３５に、予め上記角度θ分だけ歪んだ形状の文字を記憶させておき、この文字形状データ記憶部３５に記憶された各文字の形状と、上記２値化処理部３３によって得られた各文字の形状とを比較させることによって、各文字の良否を判定させるようにしてもよい。
【００１８】
次に、上記画像処理部３２によって得られた画像は三次元処理部３６によって各文字の深さが演算され、その結果は深さ良否判定部３７に入力されて、ここで上記文字良否判定部３４で「良」と判定された文字について深さが適正であるか否かの判定が行われる。各文字の深さデータは文字深さデータ記憶部３８に予め登録されており、この文字深さデータ記憶部３８には各文字ごとに、深さを計測する箇所が記録されている。
例えば図５に示すように、文字が「５」である場合には、予め４箇所の測定エリア３９が定められており、深さ良否判定部３７はその４箇所のそれぞれの測定エリア３９における平均深さを算出するようになっている。そして全ての測定エリア３９における平均深さがそれぞれ基準値内であれば当該文字を良と判定し、いずれか１つでも基準値外となれば当該文字を不良と判定するようになっている。
そして仮に不良のデータが検出された場合には、該深さ良否判定部３７から不良の信号が出力されるようになっている。
なお、上記平均深さを求める代わりに、最大深さを求めるように設定することも可能である。
【００１９】
上記構成によれば、ライン光４は被検査体１の直線部分３ａに対して斜めに交差して照射されながら相対移動されることになるので、その直線部分３ａに対して平行に照射された場合のように、該直線部分３ａの壁面によって撮影手段２６に向けて正反射されるような状態とはならない。
その結果、上記撮影手段２６によるライン光４の撮影が不良となることが防止でき、したがって画像認識手段３１による被検査体１の凹凸状部分３を良好に認識することができる。
また、上記ライン光４は上記直線部分３ａを斜めに横切るようになるので、該直線部分３ａをこれと直交する方向に横切る場合に比較して、当該部分に対する撮影回数を多くすることができ、それによって当該部分の最深部の測定も良好に行うことができる。
【００２０】
図６、図７は本発明の第２実施例を示したもので、本実施例においては、上述した第１実施例の回転テーブル１２の代わりに、上部フレーム２２を揺動可能に設けたものである。すなわち本実施例においては、第１実施例の回転テーブル１２は省略してあり、固定フレーム１１にワーク２を位置決め固定する位置決め手段１４を設けてある。
他方、支柱２１を円柱状に形成するとともに、上部フレーム２２はＬ字形に形成してあり、該上部フレーム２２の一方の脚部２２ａの先端部を円柱状の支柱２１の上部に回転軸４１を介して回転可能に設けてある。そして上部フレーム２２の他方の脚部２２ｂの下面に移動ユニット２３を設けてあり、該移動ユニット２３を相対移動手段２４により上記他方の脚部２２ｂの長手方向に沿って往復動させることができるようにしてある。
したがって上記回転軸４１を介して上部フレーム２２を水平面内で揺動させ、所定の揺動位置でクランプ４２によって上部フレーム２２を支柱２１に固定することにより、被検査体１の配列方向Ａに対する相対移動方向Ｂの角度を、例えば１５度の角度に設定することができる。
その他の構成は第１実施例と同様に構成してあり、本実施例においても第１実施例と同等の作用効果を得ることができる。
【００２１】
図８、図９は本発明の第３実施例を示したもので、本実施例は上記第１実施例や第２実施例とは異なり、ワーク１と上部フレーム２２とを相対的に揺動させることができないようにしたものである。
すなわち本実施例においては、固定フレーム１１にワーク２を位置決め固定する位置決め手段１４を設けてあり、第１実施例とは異なってワーク２を回転させることができないようにしてある。
他方、固定フレーム１１に第１実施例と同様に構成したＬ字形の支柱２１の一方の脚部２１ａを固定してあり、このＬ字形の支柱２１の他方の脚部２１ｂに上部フレーム２２を固定してある。したがって上部フレーム２２は、第２実施例とは異なり揺動させることができないようにしてある。
そして本実施例では、図１０に示すように、上記相対移動手段２４によって移動される移動ユニット２３の相対移動方向Ｂと、位置決め手段１４によって固定フレーム１１に位置決め固定されたワーク２の被検査体１の配列方向Ａとが平行となるように設定してある。
【００２２】
さらに本実施例においては、移動ユニット２３に設けた照明手段２５によって被検査体１に照射されるライン光４は、移動ユニット２３の相対移動方向Ｂと直交する方向に対して斜めに、例えば１５度の角度θとなるように設定してある。これにより、上記ライン光４の長手方向が凹凸状部分３の直線部分３ａに対して平行とならずに、これを斜めに交差して横切るように設定してある。
また本実施例においても、上記凹凸状部分３が有するその他の全ての直線部分（例えば上述したように「Ａ」が有する両側と中央との３つの直線部分）に対してライン光４が平行となることがないような角度に予め設定してあることは勿論である。
このような構成を有する第３実施例においても、上述の実施例と同等の作用効果を得ることができる。
【００２３】
なお、上記第３実施例において、移動ユニット２３を相対移動手段２４に揺動可能に設けてもよく、これによりライン光４の相対移動方向Ｂに対する傾斜角度θを調整することが可能となる。
【符号の説明】
【００２４】
１  被検査体                                ２  ワーク
２  凹凸状部分                              ３ａ  直線部分
４  ライン光                                １０  ３次元計測装置
１１  固定フレーム                          １２  回転テーブル
１３  回転駆動手段                          １４  位置決め手段
２１  支柱                                  ２２  上部フレーム
２３  移動ユニット                          ２４  相対移動手段
２５  照明手段                              ２６  撮影手段
３１  画像認識手段                          ３４  文字良否判定部
３５  文字形状データ記憶部                  Ａ  配列方向
Ｂ  相対移動方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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