(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転する物体を連続的に撮影した複数フレームの画像を記憶する画像記憶部と、
前記複数フレームの画像の輝度値から画素毎の代表輝度値を抽出して輝度値画像を生成し、基準となる形状を示す基準画像の輝度値と前記輝度値画像の輝度値との画素毎の差分に基づいて差分画像を生成する画像処理部と、
前記差分画像に基づいて物体の性状を示す性状変数を算出する性状算出部と、
を備えることを特徴とする物体測定装置。
【請求項２】
前記画像処理部は、画素毎に最小となる輝度値を抽出して輝度値画像を生成することを特徴とする請求項１に記載の物体測定装置。
【請求項３】
前記画像処理部は、
前記基準画像が一のフレームの画像の一部であり、前記撮影した画像又は前記輝度値画像が前記一のフレームの画像の他の部分であること、
を特徴とする請求項１に記載の物体測定装置。
【請求項４】
前記回転する物体は、台金と、前記台金を覆う層と、を具備し、
前記基準画像は、前記台金の形状を示す画像であることを特徴とする請求項１に記載の物体測定装置。
【請求項５】
前記回転する物体は、メッキ層と、前記メッキ層から突出する砥粒の層と、を具備し、
前記基準画像は、前記メッキ層表面の形状を示す画像であることを特徴とする請求項１に記載の物体測定装置。
【請求項６】
前記画像処理部は、画素毎に最大となる輝度値を抽出して前記基準画像を生成することを特徴とする請求項２に記載の物体測定装置。
【請求項７】
前記回転する物体は、台金と、前記台金を覆う層と、を具備することを特徴とする請求項５に記載の物体測定装置。
【請求項８】
物体測定装置における物体測定方法であって、
前記物体測定装置が、回転する物体を連続的に撮影した複数フレームの画像を読み出し、前記複数フレームの画像の輝度値から画素毎の代表輝度値を抽出して輝度値画像を生成する第１の過程と、
前記物体測定装置が、基準となる形状を示す基準画像の輝度値と前記輝度値画像の輝度値との画素毎の差分に基づいて差分画像を生成する第２の過程と、
前記物体測定装置が、前記差分画像に基づいて物体の性状を示す性状変数を算出する第３の過程と、
を有することを特徴とする物体測定方法。
【請求項９】
前記回転する物体は、台金と、前記台金を覆う層とを具備する部分と、前記台金が露出する部分を具備し、
前記第２の過程において、
前記基準画像は前記台金が露出する部分の台金の形状を示す画像であること、
を特徴とする請求項８に記載の物体測定方法。
【請求項１０】
前記回転する物体は、メッキ層と、前記メッキ層から突出する砥粒の層とを具備する部分と、前記メッキ層が露出する部分を具備し、
前記第２の過程において、
前記基準画像は前記メッキ層が露出する部分の表面の形状を示す画像であること、
を特徴とする請求項８に記載の物体測定方法。
【請求項１１】
物体測定装置のコンピュータに、
回転する物体を連続的に撮影した複数フレームの画像を読み出し、前記複数フレームの画像の輝度値から画素毎の代表輝度値を抽出して輝度値画像を生成する手順、
前記物体測定装置が、基準となる形状を示す基準画像の輝度値と前記輝度値画像の輝度値との画素毎の差分に基づいて差分画像を生成する手順、
前記物体測定装置が、前記差分画像に基づいて物体の性状を示す性状変数を算出する手順、
を実行させるための物体測定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体測定装置、物体測定方法、及び物体測定プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
物品の形状を機械的に加工するために、加工部材が回転する回転工具がしばしば使用されている。その回転工具は、例えば、ドリル、エンドミル等の軸物工具や、回転砥石、ネジ状電着工具などがあり、回転する加工部材が物品に接することで物品の形状を加工する。ここで、回転工具が機能を発揮する条件は、形状及び性状の両面で規定されている。特許文献１には、回転工具を回転させ、ラインセンサによって、回転工具の輪郭点を検知することにより形状を測定する方法が記載されている。特許文献２には、回転工具の表面から突出する砥粒を撮影した画像の焦点距離に基づき性状（砥粒の突出量）を算出する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６３−１８２５０５号公報
【特許文献２】特開２００４−０４５０７８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、特許文献１に記載の方法は、回転工具の輪郭点を検知するために、ラインセンサを移動させる機構を用いる。よって、特許文献１に記載の方法では、例えば、その機構を備えるためのハードウェア規模が過大となる。他方、特許文献２に記載の方法は、焦点距離を算出するために、回転工具の一部のみを撮影する。よって、回転工具全体を撮影することができない。特許文献１及び特許文献２に記載の方法は、いずれも、形状と性状を同時に測定できない問題がある。
【０００５】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、回転工具の形状と性状を同時に測定するできる物体測定装置、物体測定方法、及び物体測定プログラムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の一態様は、回転する物体を連続的に撮影した複数フレームの画像を記憶する画像記憶部と、前記複数フレームの画像の輝度値から画素毎の代表輝度値を抽出して輝度値画像を生成し、基準となる形状を示す基準画像の輝度値と前記輝度値画像の輝度値との画素毎の差分に基づいて差分画像を生成する画像処理部と、前記差分画像に基づいて物体の性状を示す性状変数を算出する性状算出部と、を備えることを特徴とする物体測定装置である。
【０００７】
（２）また、本発明の一態様は、上記の物体測定装置において、前記画像処理部は、画素毎に最小となる輝度値を抽出して輝度値画像を生成することを特徴とする。
【０００８】
（３）また、本発明の一態様は、上記の物体測定装置において、前記画像処理部は、
前記基準画像が一のフレームの画像の一部であり、前記撮影した画像又は前記輝度値画像が前記一のフレームの画像の他の部分であること、を特徴とする。
【０００９】
（４）また、本発明の一態様は、上記の物体測定装置において、前記回転する物体は、台金と、前記台金を覆う層と、を具備し、前記基準画像は、前記台金の形状を示す画像であることを特徴とする。
【００１０】
（５）また、本発明の一態様は、上記の物体測定装置において、前記回転する物体は、メッキ層と、前記メッキ層から突出する砥粒の層と、を具備し、前記基準画像は、前記メッキ層の表面の形状を示す画像であることを特徴とする。
【００１１】
（６）また、本発明の一態様は、上記の物体測定装置において、前記画像処理部は、画素毎に最大となる輝度値を抽出して基準画像を生成することを特徴とする。
【００１２】
（７）また、本発明の一態様は、上記の物体測定装置において、前記回転する物体は、台金と、台金を覆う層と、具備することを特徴とする。
【００１３】
（８）また、本発明の一態様は、物体測定装置における物体測定方法であって、前記物体測定装置が、回転する物体を連続的に撮影した複数フレームの画像を読み出し、前記複数フレームの画像の輝度値から画素毎の代表輝度値を抽出して輝度値画像を生成する第１の過程と、前記物体測定装置が、基準となる形状を示す基準画像の輝度値と前記輝度値画像の輝度値との画素毎の差分に基づいて差分画像を生成する第２の過程と、前記物体測定装置が、前記差分画像に基づいて物体の性状を示す性状変数を算出する第３の過程と、を有することを特徴とする。
【００１４】
（９）また、本発明の一態様は、上記の物体測定方法において、前記回転する物体は、台金と、前記台金を覆う層とを具備する部分と、前記台金が露出する部分を具備し、前記第２の過程において、前記基準画像は前記台金が露出する部分の台金の形状を示す画像であること、を特徴とする。
【００１５】
（１０）また、本発明の一態様は、上記の物体測定方法において、前記回転する物体は、メッキ層と、前記メッキ層から突出する砥粒の層とを具備する部分と、前記メッキ層が露出する部分を具備し、前記第２の過程において、前記基準画像は前記メッキ層が露出する部分の表面の形状を示す画像であること、を特徴とする。
【００１６】
（１１）また、本発明の一態様は、物体測定装置のコンピュータに、回転する物体を連続的に撮影した複数フレームの画像を読み出し、前記複数フレームの画像の輝度値から画素毎の代表輝度値を抽出して輝度値画像を生成する手順、前記物体測定装置が、基準となる形状を示す基準画像の輝度値と前記輝度値画像の輝度値との画素毎の差分に基づいて差分画像を生成する手順、前記物体測定装置が、前記差分画像に基づいて物体の性状を示す性状変数を算出する手順、を実行させるための物体測定プログラムである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、回転工具の形状と性状を同時に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第1の実施形態に係る物体測定装置１を示すブロック図である。
【図２】本実施形態に係る回転工具１０３の構成を示す概略図である。
【図３】本実施形態に係る撮影されたディジタル画像信号Ｉ１、Ｉ２及びＩ３が表す画像と輝度値最小画像との関係を示す概念図である。
【図４】本実施形態に係る性状変数を説明するための概念図である。
【図５】本実施形態に係る輝度値最小画像、メッキ画像及び差分画像の関係を示す概念図である。
【図６】本実施形態に係る輝度値最小画像、台金画像及び差分画像の関係を示す概念図である。
【図７】本実施形態に係る別の性状変数を説明するための概念図である。
【図８】本実施形態に係る物体測定方法を示す流れ図である。
【図９】本実施形態に係る輝度値最小画像を生成する処理を示す流れ図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る物体測定装置２を示すブロック図である。
【図１１】本実施形態に係る撮影されたディジタル画像信号Ｉ１、Ｉ２及びＩ３が表す輝度値最大画像との関係を示す概念図である。
【図１２】本実施形態に係る輝度値最大画像と断面図との関係を示す概念図である。
【図１３】本実施形態に係る輝度値最小画像、輝度値最大画像及び差分画像の関係を示す概念図である。
【図１４】本実施形態に係る物体測定方法を示す流れ図である。
【図１５】本実施形態に係る輝度値最大画像信号Ｉｍａｘを生成する処理を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（第１の実施形態）
以下、図面を参照しながら第１の実施形態について詳しく説明する。
図１は、本発明の第1の実施形態に係る物体測定装置１を示すブロック図である。物体測定装置１は、電源部１０１、工具駆動部１０２、回転軸１２１、光源部１０４、撮影部１０５、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ；アナログ・ディジタル）部１０６、画像記憶部１０７、画像処理部１０８、形状算出部１０９、及び性状算出部１１０を含んで構成される。
【００２０】
電源部１０１は、物体測定装置１の各部に電力を供給し、各部を動作させる。
工具駆動部１０２は、回転軸１２１を回転させる。
回転軸１２１には、その軸を中心に回転できるように回転工具１０３が固定されている。回転軸１２１は、工具駆動部１０２の駆動によって、回転工具１０３とともに回転する。図１の例では、回転工具１０３は、紙面に垂直な方向に延びている回転軸１２１を中心に回転する。回転工具１０３は連続的に回転してもよいし、間欠的に回転してもよい。即ち、回転工具１０３は位置決め等のために一時的に静止し、その後、回転を開始してもよい。なお、回転速度は、例えば１ｒｐｍである。
【００２１】
回転工具１０３は、回転中にそれに接した物体の一部を研磨又は切削する工具である。回転工具１０３は、例えば、円筒砥石である。回転工具（円筒砥石）１０３の構成例について、図２を用いて説明する。
図２は、本実施形態に係る回転工具１０３の構成を示す概略図である。図２の左図（Ａ）は、回転工具１０３の斜視図である。この図において、回転工具１０３の回転軸の方向をz軸方向である。図２の右図（Ｂ）は、回転工具１０３を回転軸方向から視た側面図である。
回転工具１０３は、台金１２２、メッキ層１２３及び砥粒１２４を含んで構成される。台金１２２は、回転軸１２１をはめ込むために、中心部に円筒状の中空を有する。台金１２２の半径は例えば５０ｍｍであり、その外縁の表面は薄い金属からなるメッキ層１２３（厚さは、例えば約０．０５ｍｍ以上）で覆われている。メッキ層１２３は、その表面に砥粒１２４が付着されている。砥粒１２４は、例えば金属に密着し硬度が高いダイヤモンド又はＣＢＮ（Ｃｕｂｉｃ  Ｂｏｒｏｎ  Ｎｉｔｒｉｄｅ；立方晶窒化ホウ素）の約３０〜４００μmの直径をもつ粒子である。
【００２２】
図１に戻り、光源部１０４は、複数の光源を備え、平行光を、その一部の光路が回転工具１０３の外縁に接し、その外縁の接線方向と光路の方向が一致するように、撮影部１０５に向けて照射する。平行光を照射する方向は、例えば、図２のx方向であり、撮影部１０５が備える撮影レンズの光軸の方向と同一である。これにより、被写体となる回転工具１０３の外縁の接線方向と撮影部１０５の撮影部分が同一となる。
撮影部１０５は、回転工具１０３の外縁を含む画像を撮影する。撮影部１０５は、例えば撮影レンズとしてテレセントリックレンズを有するＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）カメラである。ここで、撮影部１０５は、図２のz方向が横方向であり、y方向が縦方向となる画像を表す画像信号を撮影する。なお、図１の撮影部１０５がテレセントリックレンズを用いる場合には、光源部１０４から入射される平行光に基づく画像について歪の発生を防止できる。撮影部１０５は、撮影した画像信号をＡ／Ｄ部１０６に出力する。
【００２３】
Ａ／Ｄ部１０６は、撮影部１０５から入力されたアナログ画像信号を、ディジタル画像信号にＡ／Ｄ変換する。変換されたディジタル画像の形式は、例えば、１フレームあたり予め定められた画素数個分の輝度値からなるビットマップ形式である。Ａ／Ｄ部１０６は、変換されたディジタル画像信号Ｉｍを画像記憶部１０７に記憶させる。Ａ／Ｄ部１０６が、画像記憶部１０７にディジタル画像信号を出力する速度は、例えば、毎秒６００フレームである。この条件のもとでは、回転工具１０３が０．０１度回転するごとに１枚の画像分（１フレーム）のディジタル画像信号を画像記憶部１０７に書き込むこととなる。なお、Ａ／Ｄ部１０６は、回転工具１０３が連続的に回転しているか否によらずディジタル画像信号の書き込みを行ってもよい。その場合には、物体測定装置１は、回転軸１２１の回転角度を検出する角度検出センサを備え、角度検出センサは検出した角度情報とディジタル画像信号とをフレームごとに対応付けて画像記憶部１０７に書き込む。
【００２４】
画像記憶部１０７は、Ａ／Ｄ部１０６から読み込まれたディジタル画像信号をフレームごとに入力された時点の時刻情報と対応付けて記憶する。また、画像記憶部１０７は、予め取得した基準画像信号Ｉｂをフレームごとに時刻情報と対応付けて記憶する。基準画像信号とは、回転工具１０３を、ある基準となる状態で撮影された画像を表す画像信号である。例えば、基準画像信号Ｉｂには、台金画像信号、またはメッキ画像信号がある。
【００２５】
ここで、台金画像信号とは、砥粒１２４及びメッキ層１２３が被覆されていない台金１２２、つまり、台金１２２のみを回転軸１２１に取り付けて回転させ、撮影部で撮影した画像（台金画像と称する）を表す画像信号である。メッキ画像信号とは、メッキ層１２３のみを被覆した台金１２２、つまり、砥粒１２４で被覆されていない回転工具１０３を回転軸１２１に回転させ、撮影部１０５で撮影した画像（メッキ画像と称する）を表す画像信号である。
画像記憶部１０７は、画像処理部１０８から入力された画像信号をフレームごとに記憶する。
【００２６】
画像処理部１０８は、画像記憶部１０７から撮影されたディジタル画像信号Ｉｍを読み出し、読み出したディジタル画像信号Ｉｍに基づいて、輝度値最小画像（図３参照）を表す輝度値最小画像信号Ｉｍｉｎを生成する。輝度値最小画像信号Ｉｍｉｎとは、各フレームのディジタル画像信号を構成する画素の輝度値が、複数のフレーム間で最小となる画素から構成される１フレームのディジタル画像信号である。
画像処理部１０８は、生成した輝度値最小画像信号Ｉｍｉｎと画像記憶部１０７から読み出した基準画像信号Ｉｂに基づいて、差分画像（図５、６参照）を表す差分画像信号Ｉｄを生成する。差分画像信号Ｉｄとは、１つのフレームの画像信号に含まれる画素の輝度値から、他のフレームの画像信号に含まれる対応する画素の輝度値を減算した輝度値の画像信号である。
画像処理部１０８は、生成した輝度値最小画像信号Ｉｍｉｎを、形状算出部１０９及び性状算出部１１０に出力する。画像処理部１０８は、差分画像信号Ｉｄ及び画像記憶部１０７から読み出したディジタル画像信号Ｉｍを、性状算出部１１０に出力する。なお、画像処理部１０８が行う差分画像信号Ｉｄ及び輝度値最小画像信号Ｉｍｉｎの生成処理については後述する。
【００２７】
形状算出部１０９は、画像処理部１０８から入力された最小輝度値画像信号Ｉｍｉｎが表す画像において、物体の輪郭（エッジ）を抽出する。具体的には、形状算出部１０９は、横座標（z座標）、縦座標(y座標)各々について、隣接する画素値同士の輝度値の差分を算出し、算出した差分を示す信号に対して予め定められた空間周波数以下の成分を抽出することで、物体の輪郭を抽出する。
【００２８】
性状算出部１１０は、画像処理部１０８から入力された差分画像信号Ｉｄ又は撮影されたディジタル画像信号Ｉｍに基づいて性状変数を算出する。性状変数とは、例えば、メッキ層からの砥粒突き出し量a、台金からの砥粒突き出し量b又は連続切れ刃間隔cである（図４，６参照）。
【００２９】
以下、性状算出部１１０が行う性状変数の算出処理について説明をする。
図３は、本実施形態に係る撮影されたディジタル画像信号Ｉ１、Ｉ２及びＩ３が表す画像と輝度値最小画像との関係を示す概念図である。この図において、画像Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３は、それぞれ、互いに異なるフレームのディジタル画像信号Ｉ１、Ｉ２及びＩ３が表す画像である。また、この図の輝度値最小画像は、画像Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３から生成された輝度値最小画像である。この輝度値最小画像は、画像Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３の黒塗りされた部分（撮影部１０５が撮像した回転工具１０３の部分）の画像を重ね合わせた画像になっている。
回転工具１０３の部分の画像の輝度値は、黒塗りされていない部分の画像（背景画像、いわゆる白画面）の輝度値（ビットの最大値、例えば８ビットの場合は２５５）よりも低くなる。画像処理部１０８は、各画素毎のディジタル画像信号Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３について、画像信号間で最小となる輝度値を抽出し、抽出した輝度値の画像を生成することで、輝度値最小画像を生成する。なお、輝度値最小画像は、異なる時刻で撮影されたフレームにわたり回転工具１０３が最も広範に占める領域を表すこととなる。
【００３０】
図４は、本実施形態に係る性状変数（メッキ層からの砥粒突き出し量a、台金からの砥粒突き出し量b）を説明するための概念図である。この図において、横軸は図２のｚ軸、縦軸は図２のｙ軸である。
図４の上図４（Ａ）において、符号Ｐ１１を付した画像Ｐ１１は、画像処理部１０８が生成した輝度値最小画像Ｉｍｉｎを示す。画像Ｐ１１において、黒塗りされた部分の画像Ｏ１１は、複数のフレームの回転工具１０３部分の輝度値が最小となる画像である。
【００３１】
図４の下図４（Ｂ）は、画像Ｏ１１に対応する断面図であって、図２の平面Ｄを断面とする。この図において、画像Ｏ１１の高さは、台金１２２、メッキ層１２３、砥粒１２４の高さを合わせた高さとなっている。
図４の下図４（Ｂ）において、符号a、bを付した高さは、それぞれ、メッキ層からの砥粒突き出し量 a、台金からの砥粒突き出し量bを表す。メッキ層からの砥粒突き出し量aは、輝度値最小画像における物体の高さ（図２のy軸方向を高さという。以下、同じ）からメッキ層１２３表面の高さを差し引いた値である。台金からの砥粒突き出し量 b は、輝度値最小画像Ｉｍｉｎにおける物体の高さから台金１２２表面の高さを差し引いた値である。
性状算出部１１０は、以下のようにして、メッキ層からの砥粒突き出し量a及び台金からの砥粒突き出し量bを算出する。
【００３２】
＜メッキ層からの砥粒突き出し量aの算出処理＞
図５は、本実施形態に係る輝度値最小画像、メッキ画像、及び差分画像の関係を示す概念図である。この図の各画像において、横軸は図２のｚ軸、縦軸は図２のｙ軸である。
図５の上図５（Ａ）において、符号Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３を付した画像は、それぞれ、輝度値最小画像Ｐ１１、メッキ画像Ｐ１２、差分画像Ｐ１３を示す。メッキ画像Ｐ１２において、黒塗りされた部分の画像Ｏ１２は、複数のフレームについて、メッキ層１２３が被覆され砥粒１２４が付着していない回転工具１０３部分の画素値が最小となる画像である。差分画像Ｐ１３において、黒塗りされた部分の画像Ｏ１３は、画素毎に、画像Ｏ１１の輝度値から画像Ｏ１２の輝度値を減算した輝度値を示す画像である。
【００３３】
図５の下図５（Ｂ）は、画像Ｏ１１、画像Ｏ１２、画像Ｏ１３に対応する断面図であって、図２の平面Ｄを断面とする。この図において、画像Ｏ１１の高さは、台金１２２、メッキ層１２３、砥粒１２４の高さを合わせた高さである。画像Ｏ１２の高さは、台金１２２、メッキ層１２３の高さを合わせた高さである。画像Ｏ１３の高さは、砥粒１２４の高さである。
性状算出部１１０は、差分画像Ｐ１３の画像Ｏ１３の高さ方向の幅を算出することで、メッキ層からの砥粒突き出し量ａを算出する。
【００３４】
具体的には、性状算出部１１０は、画素毎に、輝度最小画像信号Ｉｍｉｎの輝度値からメッキ画像信号の輝度値を減算する。性状算出部１１０は、減算後の信号に対して、一定値（例えば、８ビットの濃淡画像の場合には、その中心値１２８）を加算した値を、差分画像信号Ｉｄの輝度値とする。一定の値を加算することにより、輝度値が所定のビットで表現される値の範囲を超えないようにすることができる。また、輝度値最小画像Ｐ１１とメッキ画像Ｐ１２が重なる部分において、双方の画像の輝度値が異なる場合には、輝度値が一致するように予め定めた係数を一方の画像の輝度値に乗算してから、両画像を減算してもよい。
性状算出部１１０は、差分画像Ｐ１３の画像Ｏ１３（輝度値が予め定めた閾値より高い領域）のｙ軸方向の最大値及び最小値を算出する。性状算出部１１０は、算出した最大値から最小値を減算する。これにより、性状算出部１１０は、画像Ｏ１３の高さ方向の幅を算出し、算出した幅をメッキ層からの砥粒突き出し量ａとする。なお、性状算出部１１０は、ｚ軸上の予め定めた複数の点で、画像Ｏ１３の高さを算出して、それらの平均値を、画像Ｏ１３の高さとしてもよい。
【００３５】
＜台金からの砥粒突き出し量ｂ＞
図６は、本実施形態に係る輝度値最小画像、台金画像、及び差分画像の関係を示す概念図である。この図の各画像において、横軸は図２のｚ軸、縦軸は図２のｙ軸である。
図６の上図６（Ａ）において、符号Ｐ１１、Ｐ１４、Ｐ１５を付した画像は、それぞれ、輝度値最小画像Ｐ１１、台金画像Ｐ１４、差分画像Ｐ１５を示す。台金画像Ｐ１４において、黒塗りされた部分の画像Ｏ１４は、複数のフレームについて、台金１２２のみの部分の画像を重ねあわせた画像である。差分画像Ｐ１５において、黒塗りされた部分の画像Ｏ１５は、画素毎に、画像Ｏ１１の輝度値から画像Ｏ１４の輝度値を減算した輝度値を示す画像である。
【００３６】
図６の下図６（Ｂ）は、画像Ｏ１１、画像Ｏ１４、画像Ｏ１５に対応する断面図であって、図２の平面Ｄを断面とする。この図において、画像Ｏ１１の高さは、台金１２２、メッキ層１２３、砥粒１２４の高さを合わせた高さである。画像Ｏ１４の高さは、台金１２２の高さである。画像Ｏ１５の高さは、メッキ層１２３及び砥粒１２４の高さを合わせた高さである。
性状算出部１１０は、差分画像Ｐ１５の画像Ｏ１５の高さ方向の幅を算出することで、台金からの砥粒突き出し量ｂを算出する。
【００３７】
＜連続切れ刃間隔cの算出処理＞
図７は、本実施形態に係る別の性状変数（連続切れ刃間隔c）を説明するための概念図である。この図において、横軸は図２のｚ軸、縦軸は図２のｙ軸である。図７の上図７（Ａ）において、符号Ｐ１６を付した画像Ｐ１６は、ディジタル画像信号が表す画像を示す。画像Ｐ１６において、画像Ｏ１６は、あるフレームでの回転工具１０３部分の画像である。
図７の下図７（Ｂ）に示されるように、連続切れ刃間隔cは、隣接する砥粒の中心点間の距離である。この場合、性状算出部１１０は、撮影されたディジタル画像信号Ｉｍについて輪郭を抽出する処理を施して物体（回転工具１０３）表面の形状情報を生成する。
【００３８】
具体的には、性状算出部１１０は、その表面の高さ情報（図２のy座標）に基づいて極大値をとる画素の水平横座標を抽出し、隣接点間の横座標の値の差を性状変数として算出する。また、回転工具１０３が回転するため、その表面の高さが変化する。そこで、性状算出部１１０は、各時刻で撮影されたディジタル画像信号Ｉｍが示す物体表面の高さを算出し、その高さが極大値となる時刻から、次に極大値となる時刻までの時間を算出する。性状算出部１１０は、算出された時間に物体（回転工具１０３）の移動速度（即ち、回転数と回転工具の半径の積）を乗ずることによって、連続切れ刃間隔cを算出することができる。
【００３９】
なお、性状算出部１１０は、算出した連続切れ刃間隔 cに、さらに回転工具の位置又は時間にわたる平均値を連続切れ刃間隔 cの代表値として算出してもよい。これにより、本実施形態に係る物体測定装置１は、測定対象となる物体（回転工具１０３）の性状を形状と同時に算出することができる。
【００４０】
次に本実施形態に係る物体測定処理について図を用いて説明する。
図８は、本実施形態に係る物体測定処理を示す流れ図である。
（ステップＳ２０１）光源部１０４は、平行光を撮影部１０５に向けて照射する。撮影部１０５は、回転工具１０３の外縁部を含む画像を撮影し、撮影した画像を表すディジタル画像信号をフレームごとに画像記憶部１０７に書き込む。その後、ステップＳ２０２に進む。
（ステップＳ２０２）工具駆動部１０２は、回転軸１２１を回転させることで、これに取り付けられた回転工具１０３を回転させる。その後、ステップＳ２０３に進む。
【００４１】
（ステップＳ２０３）画像処理部１０８は、処理の繰り返し回数ｍが予め設定された所定回数Ｍに達したか否かを判定する。繰り返し回数ｍが所定回数Ｍに達したと判定した場合（ステップＳ２０３  Ｙ）、ステップＳ２０７に進む。一方、繰り返し回数ｍが所定回数Ｍに達していないと判定した場合（ステップＳ２０３  Ｎ）、ステップＳ２０４に進む。
なお、この所定回数Ｍは、測定時間や回転工具を測定する区間の範囲によって予め定められた値である。
（ステップＳ２０４）画像処理部１０８は、画像記憶部１０７からフレームごとに撮影されたディジタル画像信号Ｉｍを取得する。ここで、取得される画像信号Ｉｍは、繰り返し回数ｍごとに異なる。例えば、繰り返し回数ｍは、フレーム時刻である。その後、ステップＳ２０５に進む。
【００４２】
（ステップＳ２０５）画像処理部１０８は、ディジタル画像信号Ｉｍと前（ｍ−１回目）における輝度値最小画像信号Ｉｍｉｎに基づいて、現在（ｍ回目）における輝度値最小画像信号Ｉｍｉｎを生成する。なお、繰り返し回数ｍが初期値である場合には、画像処理部１０８は、輝度値最小画像信号Ｉｍｉｎを生成する処理を実行せず、Ｉｍｉｎをディジタル画像信号Ｉｍと定める。その後ステップＳ２０６に進む。
（ステップＳ２０６）画像処理部１０８は、繰り返し回数ｍに１を加算することによって、カウントアップする。そして、ステップＳ２０３に戻る。
【００４３】
（ステップＳ２０７）画像処理部１０８は、生成した輝度値最小画像信号Ｉｍｉｎと基準画像信号Ｉｂに基づいて、差分画像Ｉｄを生成する。その後、ステップＳ２０８に進む。
（ステップＳ２０８）性状算出部１１０は、画像処理部１０８から入力された差分画像信号Ｉｄに基づいて性状変数（メッキ層からの砥粒突き出し量a及び台金からの砥粒突き出し量b）を算出する。その後、処理を終了する。
【００４４】
なお、性状算出部１１０が、連続切れ刃間隔cを算出する際は、例えば、ステップＳ２０５において、画像処理部１０８に輝度値最小画像信号Ｉｍｉｎを生成したり、ステップＳ２０７において、画像処理部１０８に差分画像Ｉｄを生成する処理を実行させなくともよい。その代わり、性状算出部１１０は、ステップＳ２０５において、ディジタル画像信号Ｉｍに基づいて、連続切れ刃間隔cを算出する。
【００４５】
図９は、本実施形態に係る輝度値最小画像信号Ｉｍｉｎを生成する処理を示す流れ図である。
（ステップＳ３０１）画像処理部１０８は、最初に処理の対象とする画素（例えば、ｉ＝０，ｊ＝０；初期値）を設定する。その後、ステップＳ３０２に進む。
（ステップＳ３０２）画像処理部１０８は、全画素について処理を実行済みか否か判断する。全画素について実行済みの場合は（ステップＳ３０２  Ｙ）、輝度値最小画像信号Ｉｍｉｎを生成する処理を終了する。全画素について実行済みではない場合は（ステップＳ３０２  Ｎ）、輝度値最小画像信号Ｉｍｉｎを生成する処理を終了する。
【００４６】
（ステップＳ３０３）画像処理部１０８は、ディジタル画像信号Ｉｍの画素ｉ，ｊにおける輝度値PIm(i,j)が直前の繰り返しｍ−１における輝度値最小画像信号Ｉｍｉｎの画素ｉ，ｊにおける輝度値PImin(i,j)よりも小さいか否か判断する。輝度値PIm(i,j)のほうが小さいと判断された場合（ステップＳ３０３  Ｙ）、ステップＳ３０４に進む。一方、輝度値PIm(i,j)と等しい又は大きいと判断された場合（ステップＳ３０３  Ｎ）、ステップＳ３０５に進む。
【００４７】
（ステップＳ３０４）画像処理部１０８は、輝度値最小画像信号Ｉｍｉｎの画素ｉ，ｊにおける輝度値PImin(i,j)を現在の繰り返しｍにおけるディジタル画像信号Ｉｍの画素ｉ，ｊにおける輝度値PIm(i,j)と定める。その後、ステップＳ３０５に進む。
（ステップＳ３０５）画像処理部１０８は、処理の対象とする画素（ｉ，ｊ）を変更する。
その後、ステップＳ３０２に戻る。
このようにして、輝度値最小画像信号Ｉｍｉｎは、ディジタル画像信号Ｉｍと輝度値を比較し、輝度値が小さいほうの画素で構成される。
例えば、繰り返し回数Ｍ＝３の場合、画像処理部１０８は、ディジタル画像信号Ｉ１、Ｉ２及びＩ３に基づいて、輝度値最小画像信号Ｉｍｉｎを生成する（図３参照）。
【００４８】
特に、回転工具１０３の形状は、回転軸を中心とした回転対称性を有するため、輝度値最小画像信号Ｉｍｉｎは回転工具１０３が最も突き出た部分の半径で囲まれる領域（外形）を示す。また、予め撮影した、回転工具１０３の一部の構成（例えば、台金１２２）の画像を基準画像Ｉｂとして、輝度値最小画像信号Ｉｍｉｎから生成した差分画像Ｉｄは、その一部の構成に付加された領域（例えば、メッキ層１２３又は砥粒１２４）を抽出することができる。従って、図４の下図４（Ｂ）に示すように、その領域の形状に基づいて回転工具１２３の性状変数、例えば、メッキ層からの砥粒突き出し量a又は台金からの砥粒突き出し量bを算出することができる。
【００４９】
このように本実施形態によれば、画像処理部１０８は、一のフレームの画像の輝度値と他のフレームの画像の輝度値に基づいて輝度値最小画像Ｉｍｉｎを生成し、基準となる形状を示す基準画像の輝度値と前記輝度値最小画像の輝度値との差分に基づいて差分画像を生成する。性状算出部１１０は、差分画像に基づいて物体の性状を示す性状変数を算出する。また、被写体となる物体の外縁の接線方向と撮影方向が同一であり、撮影された画像には、その物体の外縁を表す部分を含む。
これにより、物体測定装置１では、撮影された画像に基づいて輝度値最小画像が表す物体形状と性状変数を求めることができる。そのため、物体測定装置１では、回転工具１０３を撮影した画像を用いて、その形状（画像）と性状を同時に測定し、短時間に得ることができる。例えば、物体測定装置１では、形状を計測するために物体の表面に沿ってラインセンサを移動させる機構や、性状変数を計測するために別途の機器や工具（例えば、印章材を用いて作成したレプリカ）を要しない。よって、物体測定装置１では、回転工具の状態を検査するための効率を向上させることができる。
【００５０】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について図を用いて説明する。
図１０は、本発明の第２の実施形態に係る物体測定装置２を示すブロック図である。物体測定装置２と第１の実施形態に係る物体測定装置（図１）を比較すると、画像処理部２０８及び性状算出部２１０が異なる。しかしながら、他の構成要素が持つ機能は、第１の実施形態と同じである。第１の実施形態と同じ構成については説明を省略する。
【００５１】
画像処理部２０８は、画像処理部１０８が持つ機能に加えて、以下の機能を持つ。
画像処理部２０８は、画像記憶部１０７から読み出したディジタル画像信号に基づいて輝度値最大画像信号Ｉｍａｘを生成し、生成した輝度値最大画像信号Ｉｍａｘを基準画像信号とする。輝度値最大画像信号Ｉｍａｘとは、各フレームのディジタル画像信号を構成する画素の輝度値が、複数のフレーム間で最大となる画素から構成される１フレームのディジタル画像信号である。
【００５２】
図１１は、本実施形態に係る撮影されたディジタル画像信号Ｉ１、Ｉ２及びＩ３が示す画像と輝度値最大画像との関係を示す概念図である。この図において、画像Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３は、互いに異なるフレームのディジタル画像信号Ｉ１、Ｉ２及びＩ３が表す画像である。また、この図の輝度値最大画像は、画像Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３の輝度値最大画像である。この輝度値最大画像は、画像Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３の黒塗りされた部分の画像のうち、輝度値を最大とする画素からなる画像になっている。
画像処理部２０８は、画素毎のディジタル画像信号Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３について、画像信号間で最大となる輝度値を抽出し、抽出した輝度値の画像を生成することで、輝度値最大画像を生成する。なお、輝度値最大画像は、異なる時刻で撮影されたフレームにわたり物体（回転工具１０３）が共通に表される領域を示す。
【００５３】
図１２は、本実施形態に係る輝度値最大画像と断面図との関係を示す概念図である。この図において、横軸は図２のｚ軸、縦軸は図２のｙ軸である。
図１２の上図１２（Ａ）において、符号Ｐ２１を付した画像Ｐ２１は、画像処理部１０８が生成した輝度値最大画像Ｉｍａｘを示す。画像Ｐ２１において、黒塗りされた部分の画像Ｏ２１は、複数のフレームの回転工具１０３部分の画像について、画像すべてが重なった部分の画像である。
【００５４】
図１２の下図１２（Ｂ）は、画像Ｏ２１に対応する断面図であって、図２の平面Ｄでの断面図に対応する図である。この図において、画像Ｏ２１の高さは、台金１２２、メッキ層１２３、最も高さの低い（凹んだ）砥粒１２４の高さを合わせた高さとなっている。
次に、性状算出部２１０における砥粒凹凸量dの算出処理について説明する。
【００５５】
＜砥粒凹凸量dの算出処理＞
図１３は、本実施形態に係る輝度値最小画像、輝度値最大画像及び差分画像との関係を示す概念図である。
図１３の上図１３（Ａ）において、符号Ｐ１１、Ｐ２１、Ｐ２２を付した画像は、それぞれ、輝度値最小画像Ｐ１１、輝度値最大画像Ｐ２１、差分画像Ｐ２２を示す。画像Ｐ２１において、黒塗りされた部分の画像Ｏ２１は、複数のフレームの回転工具１０３部分の画像について、画像すべてで輝度値が最小となる画素からなる画像である。差分画像Ｐ２２において、黒塗りされた部分の画像Ｏ２２は、画素毎に、画像Ｏ１１の輝度値から画像Ｏ２１の輝度値を減算した輝度値を示す画像である。
【００５６】
図１３の下図１３（Ｂ）は、画像Ｏ１１、画像Ｏ２１、画像Ｏ２２に対応する断面図であって、図２の平面Ｄを断面とする。この図において、画像Ｏ１１の高さは、台金１２２、メッキ層１２３、最も高さの高い（突き出た）砥粒１２４の高さを合わせた高さである。画像Ｏ２１の高さは、台金１２２、メッキ層１２３、最も高さの低い（凹んだ）砥粒１２４の高さを合わせた高さである。
性状算出部２１０は、差分画像Ｐ２２の画像Ｏ２２の高さ方向の幅を算出することで、砥粒凹凸量dを算出する。砥粒凹凸量dは、図１３の下図（Ｂ）において、符号dを付した高さであり、輝度値最小画像が示す物体の高さから輝度値最大画像が示す物体の高さを差し引いた値である。なお、性状算出部２１０は、ｚ軸上の予め定めた複数の点で、画像Ｏ２２の高さを算出して、それらの平均値を、画像Ｏ２２の高さとしてもよい。
これにより、性状算出部２１０は、輝度値最大画像信号Ｉｍａｘを基準画像Ｉｂとして、輝度値最小画像信号Ｉｍｉｎから生成した差分画像Ｉｄを生成する。この差分画像Ｉｄの画像Ｏ２２は、回転工具１０３の砥粒１２４の最も突き出た部分と最も凹んだ部分で囲まれる領域である。つまり、物体測定装置２は、製造工程における凹凸のバラツキや、回転工具１０３の利用による摩耗でできた凹凸のバラツキを検出できる。
【００５７】
図１４は、本実施形態に係る物体測定処理を示す流れ図である。
図１４に示す物体測定処理は、第１の実施形態に係る物体測定処理（図８）のステップＳ２０５とＳ２０６の間に、ステップＳ２２１を有し、ステップＳ２０７とＳ２０８に代えてステップＳ２２２とＳ２２３を有する。第１の実施形態と同じステップについては説明を省略する。
【００５８】
（ステップＳ２２１）画像処理部１０８は、ディジタル画像信号Ｉｍと前の（ｍ−１回目）輝度値最大画像信号Ｉｍａｘに基づいて、現在の（ｍ回目）における輝度値最大画像信号Ｉｍａｘを生成する。輝度値最大画像信号Ｉｍａｘを生成する処理については後述する。なお、繰り返し回数ｍが初期値である場合には、画像処理部１０８は、輝度値最大画像信号Ｉｍａｘを生成する処理を実行せず、Ｉｍａｘをディジタル画像信号Ｉｍと定める。その後、ステップＳ２０６に進む。
【００５９】
（ステップＳ２２２）画像処理部１０８は、生成した輝度値最小画像信号Ｉｍｉｎと基準画像信号Ｉｂに基づいて、ステップＳ２０７と同様に差分画像信号Ｉｄを生成する。また、画像処理部１０８は、生成した差分画像信号Ｉｄを性状算出部１１０に出力する。但し、本実施形態では、基準画像信号Ｉｂは、輝度値最大画像信号Ｉｍａｘである。その後、ステップＳ２２３に進む。
【００６０】
（ステップＳ２２３）性状算出部１１０は、画像処理部１０８から入力された差分画像信号Ｉｄに基づいて性状変数を算出する。本実施形態では、性状算出部１１０は、砥粒凹凸量dを算出する（図１２参照）。砥粒凹凸量dは、輝度値最小画像から輝度値最大画像を除いた領域の上下方向の幅である（図１３参照）。なお、性状算出部１１０は、使用開始当初において砥粒が摩耗していない回転工具１０３について砥粒凹凸量の初期値を算出し、保持しておく。性状算出部１１０は、保持された初期値から算出された砥粒凹凸量の差分を性状変数（摩耗量）として算出してもよい。
【００６１】
図１５は、本実施形態に係る輝度値最大画像信号Ｉｍａｘを生成する処理を示す流れ図である。図１５に示す処理は、第１の実施形態に係る処理（図９）におけるステップＳ３０３及びＳ３０４に代え、ステップＳ３１３及びＳ３１４を有する。第１の実施形態と同じステップについては説明を省略する。
【００６２】
（ステップＳ３１３）画像処理部１０８は、ディジタル画像信号Ｉｍの画素ｉ，ｊにおける輝度値PIm(i,j)が直前の（ｍ−１回目）における輝度値最大画像信号Ｉｍａｘの画素ｉ，ｊにおける輝度値PImax(i,j)よりも大きいか否か判断する。輝度値PIm(i,j)のほうが大きいと判断された場合は、ステップＳ３１４に進む（ステップＳ３１３  Ｙ）。輝度値PIm(i,j)と等しい又は大きいと判断された場合は、ステップＳ３０５に進む（ステップＳ３１３  Ｎ）。
【００６３】
（ステップＳ３１４）画像処理部１０８は、輝度値最大画像信号Ｉｍａｘの画素ｉ，ｊにおける輝度値PImax(i,j)を現在の（ｍ回目）ディジタル画像信号Ｉｍの画素ｉ，ｊにおける輝度値PIm(i,j)と定める。その後、ステップＳ３０５に進む。
このようにして、輝度値最大画像信号Ｉｍａｘは、ディジタル画像信号Ｉｍと輝度値を比較し、輝度値が大きいほうの画素で構成される。
【００６４】
例えば、繰り返し回数Ｍ＝３の場合、輝度値最大画像信号Ｉｍａｘはディジタル画像信号Ｉ１、Ｉ２及びＩ３に基づいて生成される。
【００６５】
このように本実施形態によれば、撮影された物体の画像に基づいて、その物体の形状及び性状変数とりわけ砥粒凹凸量を同時に計測することができる。そのため、形状及び性状変数を短時間に得ることができ、性状変数を計測するために別途の機器や工具を要せずに済む。ひいては、回転工具の状態を検査するための効率を向上させることができる。
【００６６】
なお、上述した実施形態における物体測定装置１，２では、撮影された画像、基準画像、輝度値最小画像、輝度値最大画像各々を表す画像信号に対する処理が、必ずしもフレーム単位で行われるものとは限られない。物体計測装置１，２は、例えば、ある画像のフレームの一部を表す画像信号を基準画像信号として用い、そのフレームの他の部分に係る撮影された画像、輝度値最小画像又は輝度値最大画像を表す画像信号を用いてもよい。即ち、物体計測装置１，２は、被写体となる回転工具１０３の一部（例えば、摩耗を受けない部分；台金が露出する部分、メッキ層が露出する部分、等）を表す画像を基準画像とし、その他の部分（例えば、摩耗する部分；台金が覆う層を具備する部分、メッキ層から突出する砥粒の層を具備する部分）を表す画像に基づく輝度値最小画像又は輝度値最大画像とを用いて性状変数を算出してもよい。
【００６７】
なお、上述した実施形態における物体測定装置１，２によれば、各実施形態により異なる性状変数を算出する旨の説明を行ったが、必ずしもこれに限られず、上記の性状変数を全て又はその一部である任意の組み合わせを算出する構成及び機能を有するようにしてもよい。
【００６８】
なお、上述した実施形態における物体測定装置１，２の一部、例えば、画像処理部１０８、形状算出部１０９、及び性状算出部１１０をコンピュータで実現するようにしても良い。その場合、この制御機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現しても良い。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、物体測定装置に内蔵されたコンピュータシステムであって、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでも良い。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
また、上述した実施形態における物体測定装置の一部、または全部を、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）等の集積回路として実現しても良い。物体測定装置の各機能ブロックは個別にプロセッサ化してもよいし、一部、または全部を集積してプロセッサ化しても良い。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現しても良い。また、半導体技術の進歩によりＬＳＩに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いても良い。
【００６９】
以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
【符号の説明】
【００７０】
１、２…物体測定装置、１０１…電源部、１０２…工具駆動部、１０３…回転工具、１０４…光源部、１０５…撮影部、１０６…Ａ／Ｄ部、１０７…画像記憶部、１０８、２０８…画像処理部、１０９、２０９…形状算出部、１１０…性状算出部、１２１…回転軸、１２２…台金、１２３…メッキ層、１２４…砥粒
【図１】
0005677814.tif 000002
【図２】
0005677814.tif 000003
【図３】
0005677814.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005677814.tif 000008
【図８】
0005677814.tif 000009
【図９】
0005677814.tif 000010
【図１０】
0005677814.tif 000011
【図１１】
0005677814.tif 000012
【図１２】
0005677814.tif 000013
【図１３】
0005677814.tif 000014
【図１４】
0005677814.tif 000015
【図１５】
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