(57)【要約】【課題】測定対象物の寸法を測定するたびごとに、スケールを置いて長さ較正値を測定することなく、光切断線の長さを正確に測定できるようにする。【解決手段】  測定対象物（Ｗ）に照射されたスリット光による光切断線（３）をその照射方向と異なる方向から撮像することにより、測定対象物（Ｗ）と載置面（Ｂ）との段差で偏位した光切断線（３）の画像上の段差（Ｐ）及び長さ（Ｑ）と、予め設定された高さ較正値（α）及び長さ較正値（β）に基づいて、測定対象物（Ｗ）の高さ（Ｈ）及び長さ（Ｌ）を測定する寸法測定方法において、前記長さ較正値（β）を高さの関数として設定し、前記高さ較正値（α）に基づいて測定対象物（Ｗ）の高さ（Ｈ）が測定されたときに、その高さにおける長さ較正値（βＨ）を前記関数に基づいて算出し、算出された長さ較正値（βＨ）に基づいて光切断線（３）の長さ（Ｌ）を測定するようにした。【選択図】図１
2007071756.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物に照射されたスリット光による光切断線をその照射方向と異なる方向から撮像することにより、測定対象物と載置面との段差で偏位した光切断線の画像上の段差及び長さと、予め設定された高さ較正値及び長さ較正値に基づいて、測定対象物の高さ及び長さを測定する寸法測定方法において、
前記長さ較正値を高さの関数として設定し、前記高さ較正値に基づいて測定対象物の高さが測定されたときに、その高さにおける長さ較正値を前記関数に基づいて算出し、算出された長さ較正値に基づいて光切断線の長さを測定することを特徴とする寸法測定方法。
【請求項２】
長さ較正値を高さの関数として設定する際に、高さが異なる複数の基準面のスリット光の照射位置における単位長スケールに対する画像上の長さに基づき、夫々の高さに対応した長さ較正値を測定し、各基準面の高さと各較正値に基づき高さをパラメータとする長さ較正値の関数を設定する請求項１記載の寸法測定方法。
【請求項３】
長さ較正値を高さの関数として設定する際に、高さが異なる既知の第一及び第二基準面のスリット光の照射位置における単位長スケールに対する画像上の長さに基づき、夫々の高さに対応した長さ較正値を測定し、第一及び第二基準面の高さと各較正値に基づき高さをパラメータとする長さ較正値の直線近似式を設定する請求項２記載の寸法測定方法。
【請求項４】
長さ較正値を高さの関数として設定する際に、測定対象物が載置される面を第一基準面とし、高さが既知の較正用ブロックを第一基準面に置くことによりその上面を第二基準面として、長さ較正値を求める請求項３記載の寸法測定方法。
【請求項５】
上面に単位長スケールが形成された較正用ブロックを用いる請求項４記載の寸法測定方法。
【請求項６】
撮像光軸が測定対象物を載置する面に対して傾斜している場合において、長さ較正値を高さの関数として設定する際に、撮像光軸に直交する第一基準面と、その第一基準面から上方へ既知の高さだけ平行移動した位置に配された第二基準面のスリット光の照射位置における単位長スケールに対する画像上の長さに基づき、夫々の高さに対応した長さ較正値を測定し、第一及び第二基準面の高さと各較正値に基づき高さをパラメータとする長さ較正値の直線近似式を設定する請求項２記載の寸法測定方法。
【請求項７】
長さ較正値を高さの関数として設定する際に、撮像光軸に直交する前記第一基準面を形成した傾斜ブロックに、平行面を有する較正用ブロックを重ねてその上面を第二基準面とする請求項６記載の寸法測定方法。
【請求項８】
長さ較正値を高さの関数として設定する際に、前記第一基準面が形成された傾斜ブロックを水平方向に平行移動させることにより得られる斜面を第二基準面とする請求項６記載の寸法測定方法。
【請求項９】
長さ較正値を高さの関数として設定する際に、前記第一基準面に対して、スリット光を照射するレーザ装置と光切断線を撮像する撮像カメラとを高さ方向に一体的に所定量相対移動させたときの第一基準面を第二基準面とし、前記第一及び第二基準面のスリット光の照射位置における単位長スケールに対する画像上の長さに基づき、夫々の高さに対応した長さ較正値を測定し、第一及び第二基準面の高さと各較正値に基づき高さをパラメータとする長さ較正値の直線近似式を設定する請求項２記載の寸法測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物に照射されたスリット光による光切断線をその照射方向と異なる方向から撮像することにより、測定対象物と載置面との段差で偏位した光切断線の段差及び長さに基づいて測定対象物の高さ及び長さを測定する光切断法による寸法測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光切断法を用いて寸法測定を行う場合、測定対象物にスリット光を照射したときに測定対象物の形状に応じて形成される光切断線をその照射方向と異なる方向から撮像カメラで撮像し、画像上の光切断線の段差及び長さにより測定対象物の高さ及び長さを測定することとしている。
【特許文献１】特開平８−４３０４５号公報
【０００３】
具体的には、図８に示すように、レーザ装置３１から測定対象物３２に照射されたラインレーザ（スリット光）による光切断線３３を、その照射方向と異なる方向から撮像カメラ３４で撮像し、画像上の光切断線３３の段差Ｐ及び長さＱにより測定対象物の高さ及び長さを測定することとしている。
ここで、光切断線３３の長手方向をＸ、これに直交する水平方向をＹ、これらに直交する高さ方向をＺとする空間座標を想定すると、光切断法では、光切断線３３の画像上のピクセル数で表わされる段差Ｐ及び長さＱに基づきＺ方向の高さ及びＸ方向の長さを測定する場合、１ピクセルあたりの高さ及び長さを較正値α、βとして予め設定しておく必要がある。
【０００４】
高さ較正値αは、基準面３５に高さｈ０が既知の較正用ブロック３６を置き、スリット光を照射したときに、基準面３５に形成される光切断線３３ａと、較正用ブロック３６の上面に形成される光切断線３３ｂの段差の画像上のピクセル数Ｐ０より、次式で求められる。
α＝ｈ０／Ｐ０
したがって、高さｈが未知の測定対象物３２にスリット光を照射したときに、基準面３５に形成される光切断線３３ａと、測定対象物３２の上面に形成される光切断線３３ｂの段差の画像上のピクセル数がＰだったときに、その高さｈは次式で求められる。
ｈ＝α×Ｐ
【０００５】
また、長さ較正値βは、測定対象物３２を載置する基準面３５に置かれたスケール３７を撮像カメラ３４で撮像し、スケール３７の単位長Ｌ０と、これに対応する画像上のピクセル数Ｑ０から次式で求められる。
β＝Ｌ０／Ｑ０
したがって、測定対象物３２上に形成される光切断線３３ｂのピクセル数がＱであったときに、その長さＬは次式で求められる。
Ｌ＝β×Ｑ
【０００６】
しかしながら、実際に測定対象物３２を置いて、その高さ及び長さを測定すると、高さ方向の誤差はほとんどないものの、長さ方向の誤差が大きいという問題があった。
これは、高さ較正値αは高さ方向に関係なく一定であるのに対し、長さ較正値βは高さ方向に対して変動するのにも関わらず特定の高さにおける値を用いているからである。
すなわち、任意の高さＨ１とＨ２にスケール３７を置いて撮像した場合、スケール３７の単位長Ｌ０に対する画像上のピクセル数Ｑは、スケール３７が撮像カメラ３４に近づくほど大きくなるにもかかわらず、スケール３７を基準面３５に置いたとき、すなわち高さｈ＝０のときの長さ較正値をすべての高さにおける長さ較正値βとして用いているため、誤差が生じる。
【０００７】
測定対象物３２の寸法を測定するたびごとに、その上面にスケール３７を置いて長さ較正値βを求めれば誤差をなくすことができるが、寸法測定のたびごとにキャリブレーションし直さなければならないとなると極めて面倒であり、作業能率も低い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで本発明は、測定対象物の寸法を測定するたびごとに、スケールを置いて長さ較正値を測定することなく、光切断線の長さを正確に測定できるようにすることを技術的課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題を解決するために、本発明は、測定対象物に照射されたスリット光による光切断線をその照射方向と異なる方向から撮像することにより、測定対象物と載置面との段差で偏位した光切断線の画像上の段差及び長さと、予め設定された高さ較正値及び長さ較正値に基づいて、測定対象物の高さ及び長さを測定する寸法測定方法において、前記長さ較正値を高さの関数として設定し、前記高さ較正値に基づいて測定対象物の高さが測定されたときに、その高さにおける長さ較正値を前記関数に基づいて算出し、算出された長さ較正値に基づいて光切断線の長さを測定することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の寸法測定方法によれば、長さ較正値が高さの関数として設定され、測定対象物の高さが測定されるたびに、その高さにおける正確な長さ較正値が算出されるので、光切断線に基づいて長さを測定するたびにスケールを用いてキャリブレーションしなくても、誤差なく正確に長さを測定することができるという効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本例では、測定対象物の寸法を測定するたびごとに、スケールを置いて長さ較正値を測定することなく、光切断線の長さを正確に測定できるようにするという目的を達成するために、従来、高さに関係なく一定であった長さ較正値を、高さの関数として設定することとした。
【００１２】
図１は本発明に係る寸法測定方法を示す説明図、図２はその測定光学系を示す説明図、図３は較正値を設定する処理手順を示すフローチャート、図４は寸法測定の処理手順を示すフローチャート、図５〜図７は他の測定光学系を示す説明図である。
【実施例１】
【００１３】
本発明の寸法測定方法で用いる測定光学系１を示し、載置面Ｂに置かれた測定対象物Ｗにスリット光となるラインレーザを照射するレーザ装置２と、ラインレーザによる光切断線３をその照射方向と異なる方向から撮像する撮像カメラ４と、撮像された画像に基づいて長さ及び高さを測定する画像処理装置５を備えている。
【００１４】
画像処理装置５では、載置面Ｂと測定対象物Ｗとの段差で偏位した光切断線３の画像上の段差Ｐ及び偏位部分３ｂの長さＱと、予め設定された高さ較正値α及び長さ較正値βに基づいて測定対象物Ｗの高さ及び長さを測定する。
【００１５】
この場合、寸法測定する前に、画像処理装置５で、予め高さ較正値α及び長さ較正値βを以下のように設定しておく。
まず、高さが異なる既知の第一基準面Ｓ１及び第二基準面Ｓ２に照射されたラインレーザの照射位置で、既知の高さｈ２に対応する光切断線３の段差Ｐ０と、光切断線３の形成位置（スリット光の照射位置）における既知の長さＬ０に対応する光切断線３の長さを画像上のピクセル数で測定する。
本例では、測定対象物Ｗの載置面Ｂを第一基準面Ｓ１とし、高さｈ２の較正用ブロック６を第一基準面Ｓ１に置くことによりその上面を第二基準面Ｓ２とする。
【００１６】
この状態で、ラインレーザを照射させて光切断線３を撮像し、第一基準面Ｓ１上の光切断線３ａと、第二基準面Ｓ２上の光切断線３ｂの画像上の段差Ｐ０をピクセル数で測定する。
また、第一基準面Ｓ１に単位長Ｌ０の目盛を設けたスケール（単位長スケール）８を置いて、ラインレーザの照射位置における単位長Ｌ０に応じた画像上の長さＱ１をピクセル数で測定し、第二基準面Ｓ２となる較正用ブロック６の上面に同様のスケール（単位長スケール）７を形成してその単位長Ｌ０に応じた画像上の長さＱ２をピクセル数で測定しておく。
なお、スケール８としては、長さ較正値βの測定に影響を与えない厚さ（例えば本例では０.５ｍｍ程度）のスケールを用いる。
【００１７】
そして、これらのデータに基づき、高さ較正値αは次式により求められる。
α＝ｈ２／Ｐ０
これより、画像上で測定された段差Ｐに対する高さＨは次式で求められる。
Ｈ＝α×Ｐ
【００１８】
また、長さ較正値βを、高さｈの一次関数（直線近似式）として、次式のように設定する。
β＝ｆ（ｈ）＝ａｈ＋ｂ………………（１）              
ａ，ｂ：定数
ここで、まず、第一基準面Ｓ１上で測定した光切断線３の画像上の長さＱ１、第二基準面Ｓ２上で測定した光切断線３の画像上の長さＱ２に基づいて、
β１＝ｆ（ｈ１）＝Ｌ０／Ｑ１……………（２）
β２＝ｆ（ｈ２）＝Ｌ０／Ｑ２……………（３）
とする。
【００１９】
式（１）〜（３）より、定数ａ、ｂを求めると式（１）は式（４）となる。
β＝［（β２−β１）／（ｈ２−ｈ１）］ｈ
＋［（ｈ２−ｈ１）β２−（β２−β１）ｈ２］／（ｈ２−ｈ１）……………（４）
ここで、第一基準面Ｓ１の高さｈ１を０と置けば、式（４）は次式で表される。
なお、ラインレーザの照射光軸ＯＡ１と撮像光軸ＯＡ２を第一基準面Ｓ１上で交差させれば、画像上の中央水平線の高さを０と見なすことができるので高さ観察がしやくなる。
β＝［（β２−β１）／（ｈ２）］ｈ＋β１  ……………（５）      
そして、高さＨにおける長さ較正値βＨは、ｈ＝Ｈを代入して、次式で求められる。
βＨ＝［（β２−β１）／（ｈ２）］Ｈ＋β１ 
これより、高さＨにおける光切断線３ｂの画像上の長さＱのときに測定対象物Ｗの長さＬは、
Ｌ＝βＨ×Ｑ
で求められる。
【００２０】
以上が本発明の一例構成であって、次にその作用について説明する。
まず、高さｈの較正用ブロック６を用いて、高さ較正値α及び長さ較正値βの設定をおこなう。
図３は画像処理装置５における較正値α及びβの設定処理手順を示す。
まず、ステップＳＴＰ１では、載置面Ｂ（第一基準面Ｓ１）に置かれたスケール８を撮像カメラ４で撮像し、その画像に基づいて高さｈ＝０のときのラインレーザ光照射位置におけるスケール８の単位長Ｌ０に対応するピクセル数Ｑ１を測定する。
次いで、ステップＳＴＰ２で、載置面Ｂに較正用ブロック６を置いて、その上面に形成されたスケール７を撮像し、高さｈ＝ｈ２のときのラインレーザ光照射位置におけるスケール７の単位長Ｌ０に対応するピクセル数Ｑ２を測定する。
また、載置面Ｂと較正用ブロック６との高さｈ２の段差で生ずる光切断線３ａ及び３ｂの段差Ｐ０を測定する。
ステップＳＴＰ３ではこれらのデータに基づいて、高さ較正値αを設定すると共に、長さ較正値βを高さの関数として設定しておく。
【００２１】
図４は計測対象物Ｗについて高さ及び長さを測定する測定処理手順を示す。
まず、載置面Ｂに計測対象物Ｗを置き、ステップＳＴＰ１１でレーザ装置２からラインレーザを照射して、ステップＳＴＰ１２で撮像カメラ４により光切断線３を撮像する。
このとき、載置面Ｂと計測対象物Ｗの段差により光切断線３ａ及び３ｂが偏位して形成されるので、ステップＳＴＰ１３ではその段差Ｐ及び長さＱを画像上のピクセル数で測定する。
【００２２】
次いで、ステップＳＴＰ１４では、段差Ｐと高さ較正値αに基づき、計測対象物Ｗの高さＨ＝α×Ｐを算出し、これを所定の記憶領域に記憶する。
また、ステップＳＴＰ１５では、算出された高さに基づき長さ較正値βＨを算出し、ステップＳＴＰ１６では、長さＱと算出された長さ較正値βＨに基づき、計測対象物Ｗの長さＬ＝βＨ×Ｑを算出し、これを所定の記憶領域に記憶する。
そして最後に、ステップＳＴＰ１７に移行し、記憶された高さＨ及び長さＬを表示させて測定が終了する。
【実施例２】
【００２３】
本例の測定光学系１１は、図５に示すように、スリット光を照射するレーザ装置２及び光切断線を撮像する撮像カメラ４を固定したベース１２を任意の昇降機構１３で第一基準面Ｓ１に対して所定量昇降可能に配し、あるいは、載置面Ｂを所定量昇降可能とすることにより、レーザ装置２及び撮像カメラ４が高さ方向に一体的に所定量相対移動できるように配されている。
【００２４】
そして、第一基準面Ｓ１に対して、ベース１２を所定量降下させることにより、レーザ装置２と撮像カメラ４が一体的に降下するので、移動後の第一基準面Ｓ１を第二基準面Ｓ２とすれば、同様に長さ較正値βを高さの関数として設定することができる。
なお、高さ較正値αを設定する際に第一基準面Ｓ１上に段差がないので、この場合は、第一基準面Ｓ１に照射されたラインレーザの光切断線１４ａと、移動後の第二基準面Ｓ２に照射されたラインレーザの光切断線１４ｂの画像を記憶して、二つの画像から段差Ｐ０を読み取るようにすればよい。
また、具体的な処理手順については実施例１と同様である。
【実施例３】
【００２５】
本例の測定光学系２１は、図６に示すように、撮像カメラ４の撮像光軸ＯＡ２が測定対象物Ｗの載置面Ｂに対して傾斜している場合において、撮像光軸ＯＡ２に直交する第一基準面Ｓ１を形成した傾斜ブロック２２に、高さ（厚さ）Ｔの平行面２３を有する較正用ブロック２４を重ねてその上面を第二基準面Ｓ２として長さ較正値βを設定する。
【００２６】
この場合、第一基準面Ｓ１と及び第二基準面Ｓ２にスケール２５を置いて撮像すると、スケール２５は撮像光軸ＯＡ２に直交しているので、撮像カメラ４のピント合わせが容易であり、かつ、ラインレーザの照射位置に関係なく長さ較正値βが設定できるというメリットがある。
【００２７】
なお、ラインレーザの照射光軸ＯＡ１及び撮像カメラ４の撮像光軸ＯＡ２が載置面Ｂの垂線（Ｚ軸）に対して成す角を夫々θ１、θ２とすると、第一基準面Ｓ１に対する第二基準面Ｓ２の高さｈ２は、次式で表わされる。
ｈ２＝［ｃｏｓθ１／ｃｏｓ（θ１＋θ２）］Ｔ
【００２８】
したがって、第一基準面Ｓ１と第二基準面Ｓ２の段差で生ずる偏位部分３ａの画像上の段差Ｐ０とすると、高さ較正値αは、次式により求められる。
α＝ｈ２／Ｐ０
＝［ｃｏｓθ１／ｃｏｓ（θ１＋θ２）］Ｔ／Ｐ０
これより、画像上で測定された任意の段差Ｐにおける高さＨは次式で求められる。
Ｈ＝α×Ｐ
＝［ｃｏｓθ１／ｃｏｓ（θ１＋θ２）］ＴＰ／Ｐ０
【実施例４】
【００２９】
本例の測定光学系３１は、図７に示すように、撮像カメラ４の撮像光軸ＯＡ２が測定対象物Ｗの載置面Ｂに対して傾斜している場合において、撮像光軸ＯＡ２に直交する第一基準面Ｓ１を形成した傾斜ブロック３２を水平方向（Ｙ方向）に平行移動させることにより得られる斜面を第二基準面Ｓ２としている。
この場合に、平行移動量ｄとすると、第一基準面Ｓ１に対する第二基準面Ｓ２の高さｈ２’は、次式で表わされる。
ｈ２’＝ｄ・ｓｉｎθ２・ｃｏｓθ１／ｃｏｓ（θ１＋θ２）
【００３０】
したがって、第一基準面Ｓ１と第二基準面Ｓ２の高さ変化で生ずる光切断線３の画像上の段差Ｐ０とすると、高さ較正値αは、次式により求められる。
α＝ｈ２’／Ｐ０
＝（ｄ／Ｐ０）ｓｉｎθ２・ｃｏｓθ１／ｃｏｓ（θ１＋θ２）
なお、この場合、第一基準面Ｓ１上に段差がないので、第一基準面Ｓ１に照射されたラインレーザの光切断線３と、移動後の第二基準面Ｓ２に照射されたラインレーザの光切断線３の画像を記憶して、二つ画像から段差Ｐ０を読み取るようにすればよい。
そして、任意の計測対象物Ｗを載置面Ｂに置いたときに計測された段差がＰだったときに、計測対象物Ｗの高さＨは次式で求められる。
Ｈ＝α×Ｐ
＝（ｄ・Ｐ／Ｐ０）ｓｉｎθ２・ｃｏｓθ１／ｃｏｓ（θ１＋θ２）
また、長さ較正値βの算出方法及びその他の具体的な処理手順については実施例１と同様である。
【００３１】
なお、上述の実施例の説明では、二つの基準面Ｓ１及びＳ２の画像に基づいて測定された二つの長さ較正値β１及びβ２により高さｈをパラメータとする長さ較正値の関数β＝ｆ（ｈ）を設定する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、３以上の基準面の画像に基づいて測定された３以上の長さ較正値により高さをパラメータとする関数を設定する場合であっても良く、この場合、直線近似する場合に限らず曲線近似する場合であっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
以上述べたように、本発明は、測定対象物に照射されたスリット光による光切断線をその照射方向と異なる方向から撮像することにより、測定対象物の高さ及び長さを測定する用途に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に用いる寸法測定方法を示す説明図。
【図２】その光線図を示す説明図。
【図３】較正値を設定する処理手順を示すフローチャート。
【図４】寸法測定の処理手順を示すフローチャート。
【図５】他の測定光学系を示す説明図。
【図６】他の測定光学系を示す説明図。
【図７】他の測定光学系を示す説明図。
【図８】従来の測定方法を示す説明図。
【符号の説明】
【００３４】
１、１１、２１、３１  測定光学系
２  レーザ装置
３  光切断線
４  撮像カメラ
５  画像処理装置
Ｗ  測定対象物
Ｂ  載置面５
Ｓ１  第一基準面
Ｓ２  第二基準面
Ｐ  段差
Ｑ  長さ
α  高さ較正値
β  長さ較正値
【図１】
2007071756.tif 000003
【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】
2007071756.tif 000008
【図７】
2007071756.tif 000009
【図８】
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