(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測対象の軸周りに外周の一部を構成し軸方向に対して角度をなす第１外周面、および、当該第１外周面の軸方向端縁部である接続部にて接続され、前記軸方向に対して前記第１外周面と異なる角度をなす円錐面又は円柱面を構成する第２外周面を有する計測対象に光を照射し、当該照射による反射光に基づき、前記接続部の外径を測定する画像計測方法であって、
前記計測対象の軸を中心に配置される光源から前記第１外周面で反射された反射光が軸方向を向くよう前記計測対象に光を照射し、前記第１外周面で反射された反射光から前記接続部の平面形状の画像を前記計測対象と同軸上に配置される画像入力手段にて撮影し、撮影された画像に基づいて画像データを作成する段階と、
前記画像データを２値化する段階と、
２値化された前記画像データに基づいて前記接続部の平面形状を計測する段階と、
計測した前記接続部の平面形状に基づいて前記接続部の外径を算出する段階と、
を含むことを特徴とする画像計測方法。
【請求項２】
前記接続部の外径は、計測された前記接続部の平面形状から前記接続部の面積Ｓを算出し、算出した前記面積Ｓに基づいて前記接続部の外径Ｄを
Ｄ＝２×（Ｓ／π）1/2
により算出することを特徴とする請求項１記載の画像計測方法。
【請求項３】
計測された前記接続部の平面形状から前記接続部の外径を複数検出し、検出した複数の前記外径を平均し前記接続部の外径の平均値を算出することを特徴とする請求項１記載の画像計測方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像計測装置および画像計測方法に関し、特に軸方向の傾斜角が異なる外周面の接続部の外径を計測する画像計測装置および画像計測方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば内燃機関の燃料噴射弁に用いられる図９に示すようなバルブニードル１００は、テーパ部１０１および円錐部１０２を有している。バルブニードル１００のテーパ部１０１および円錐部１０２の外周面は、軸方向の傾斜角が異なっている。上記のバルブニードルなどのように例えば複数のテーパ部、円柱部、あるいは球状部など曲面形状部を有する計測対象の寸法や形状を計測する方法として、例えば図９に示すように計測対象となるバルブニードル１００の側方に設けられた光源１０３から光を照射し、計測対象の影１０４をスクリーン１０５に拡大して投影することにより計測対象の寸法や形状を計測する方法がある。
【０００３】
上記のような計測方法の計測精度を高める方法として、例えば特開平５−２６４２１７号公報に開示されている方法がある。特開平５−２６４２１７号公報に開示されている投影機によると、設定した拡大倍率に応じて照明の絞り量を調整することでスクリーンに投影される画像を鮮明に投影できる構成となっている。これにより、計測対象の寸法や形状の計測精度を向上可能であることが開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平５−２６４２１７号公報に開示されている投影機に限らず、従来の計測方法は図９に示すように計測対象の側方から光を照射している。そのため、計測対象の一断面しか計測することができず、繰り返し計測精度が低いという問題がある。
【０００５】
また、投影することにより計測対象の寸法や形状を計測する場合、計測精度を向上するには拡大倍率を大きくする必要がある。拡大倍率を大きくすると、投影される画像はスクリーンの１画面だけでは表示できない。そのため、計測対象を精密に移動させつつ、複数の画像を計測する必要が生じる。その結果、計測対象の寸法や形状を高速かつ高精度の計測することは困難である。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、軸方向の傾斜角が異なる外周面の接続部の外径を高精度、かつ高速で測定することができる画像計測装置および画像計測方法を提供することにある。
【０００９】
本発明の請求項１記載の画像計測方法によると、接続部の平面形状に基づいて接続部の外径を算出する。したがって、例えば計測対象の側方から光を照射し投影された影により外径などを算出する従来の計測方法と比較すると、軸方向の傾斜角が異なる外周面同士の接続部の外径を高精度に測定することができる。
【００１０】
本発明の請求項２記載の画像計測方法によると、計測された接続部の平面形状から面積を算出する。そして、算出された接続部の面積に基づいて接続部の外径を算出する。したがって、算出される外径は接続部の外径の平均値となり、外径の計測精度を高めることができるとともに、繰り返し計測精度を高めることができる。
【００１１】
本発明の請求項３記載の画像計測方法によると、接続部の平面形状から接続部の外径を複数検出し、検出された複数の外径を平均することにより接続部の外径を算出する。したがって、算出される外径は接続部の外径の平均値となり、外径の計測精度を高めることができるとともに、繰り返し計測精度を高めることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す複数の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
（第１実施例）
本発明の第１実施例による画像計測装置を図１に示す。
図１に示すように第１実施例の画像計測装置１は、光源２、画像入力手段としてのＣＣＤカメラ３、演算手段としての演算部４、計測対象を固定する固定部材５を備えている。
【００１３】
また、第１実施例では計測対象として図２に示すような燃料噴射弁のバルブニードル６を使用する。図２に示すようにバルブニードル６は、テーパ部６１および円錐部６２を有している。第１外周面としてのテーパ部６１の外周面６１ａと、第２外周面としての円錐部６２の外周面６２ａとは軸方向の傾斜角が異なっている。テーパ部６１と円錐部６２とが接続されている部分が接続部６３となる。
【００１４】
図１に示すように光源２は計測対象となるバルブニードル６の周方向外側に設けられ、バルブニードル６に対し光を照射する。また、光源２はバルブニードル６の周囲を包囲するように円環状に配置されている。光源２からの光は、バルブニードル６に対し円錐状に照射される。
【００１５】
本実施例では、光源入力手段としてＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ３を使用している。ＣＣＤカメラ３は計測対象となるバルブニードル６の軸と同軸上に配設され、バルブニードル６の上方からバルブニードル６の平面画像を撮影する。また、ＣＣＤカメラ３はテーパ部６１の外周面６１ａで反射された光源２からの光が垂直に入射する位置に設けられている。ＣＣＤカメラ３に入射した光は、電気信号に変換され画像データとしてＣＣＤカメラ３に接続された演算部４に出力される。
【００１６】
演算部４は、ＣＣＤカメラ３に接続されており、例えばコンピュータなどの処理装置が使用される。演算部４では、画像データを２値化し、２値化された画像データに基づいてバルブニードル６の接続部６３の平面形状が計測される。そして、計測した接続部６３の平面形状に基づいて接続部６３の軸方向に対する断面の面積を算出し、算出された面積から接続部６３の外径Ｄを算出する。
固定部材５は、バルブニードル６が移動しないようにバルブニードル６を挟持し固定している。
【００１７】
次に、画像計測方法について図３に示すフローチャートに基づいて説明する。
▲１▼  画像データの作成（ステップＳ１０１）
計測対象となるバルブニードル６を固定部材５に固定し、ＣＣＤカメラ３の下方に定位させる。ＣＣＤカメラ３は図１の上方からバルブニードル６を撮影するため、バルブニードル６の平面形状が撮影される。
【００１８】
ＣＣＤカメラ３の下方に定位されたバルブニードル６に対し、光源２からの光が照射される。照射された光はテーパ部６１の外周面６１ａで反射し、外周面６１ａで反射した光は図１の点線で示した方向に進行しＣＣＤカメラ３へ入射する。このとき、テーパ部６１以外、例えば円錐部６２の外周面６２ａで反射した光はＣＣＤカメラ３に入射しない。そのため、ＣＣＤカメラ３が撮影する画像は、テーパ部６１に対応する明るい部分とテーパ部６１以外の部分に対応する暗い部分とを有している。
【００１９】
ＣＣＤカメラ３は入射した光の強弱に応じて入射された光を電気信号に変換する。変換された電気信号は、デジタル信号に変換され画像データが作成される。これにより、ＣＣＤカメラ３によって撮影されたバルブニードル６の平面形状の画像が濃淡を有する画像データに変換される。変換された画像データは演算部４へ出力される。
【００２０】
▲２▼  画像データの２値化（Ｓ１０２）
ＣＣＤカメラ３で作成された画像データに基づく画像は、テーパ部６１の外周面６１ａからの光だけを感知する場合でもＣＣＤカメラ３を構成する素子の感度は一定でないため濃淡を有している。そこで、ＣＣＤカメラ３から伝送された画像データを２値化する。２値化により濃淡を有していた画像データは、図４に示すように白黒２色に区分された画像７に変換される。画像７は、ＣＣＤカメラ３に光が入射した部分に対応する白色領域７１と、ＣＣＤ３に光が入射していない部分に対応する黒色領域７２とに区分される。
【００２１】
バルブニードル６のテーパ部６１の外周面６１ａで反射した光源２からの光はＣＣＤカメラ３に入射するため、テーパ部６１に対応する部分は画像７の白色領域７１となる。これに対し円錐部６２の外周面６２ａで反射した光はＣＣＤカメラ３に入射しないため、円錐部６２に対応する部分は画像７の黒色領域７２となる。これにより白色領域７１と黒色領域７２との円形状の境界部がテーパ部６１と円錐部６２との接続部６３となる。また、円錐部６２に対応している黒色領域７２は、バルブニードル６の軸方向に対し垂直な接続部６３の断面の形状となる。
【００２２】
▲３▼  接続部の面積の算出（Ｓ１０３）
図４に示す２値化された画像データから黒色領域７２を構成する画素の数を計数する。ＣＣＤカメラ３で作成された画像データの黒色領域７２は、図５に示すようにＸ軸方向およびＹ軸方向に画素の集合として作成されている。黒色領域７２を構成している画素の数を計数し、計数した画素の数にあらかじめ設定されている変換係数を乗ずることにより黒色領域７２の面積が算出される。これにより、図４に示す黒色領域７２、すなわち接続部６３の軸方向に対し垂直な断面の面積Ｓが算出される。
【００２３】
▲４▼  接続部の外径の算出（Ｓ１０４）
算出された黒色領域７２、すなわち接続部６３の面積Ｓから接続部６３の外径Ｄを算出する。外径Ｄは接続部６３の面積Ｓより、
Ｄ＝２×（Ｓ／π）1/2
として算出する。
接続部６３の面積Ｓから外径Ｄを算出することにより、接続部６３の外径の平均値が算出される。
以上▲２▼〜▲４▼の処理は、演算部４により実施される。
【００２４】
以上説明したように第１実施例では、テーパ部６１と円錐部６２との接続部６３の外径Ｄを接続部６３の面積Ｓから算出している。したがって、例えば従来のように側方より光を照射し一側面から外径を測定する場合と比較して、接続部６３の外径Ｄを高い精度で計測することができる。
【００２５】
また、面積Ｓから算出される外径Ｄはテーパ部６１と円錐部６２との接続部６３の外径の平均値であるため、外径Ｄの計測の繰り返し精度を向上させることができる。
さらに、接続部６３はＣＣＤカメラ３により１枚の画像として撮影されるので、複数の画像を撮影したり、複数の画像を撮影するために計測対象を精密に移動させる必要がない。したがって、接続部６３の外径の計測を高速に実施することができる。
【００２６】
第１実施例では、ＣＣＤカメラ３を固定したままバルブニードル６が挟持された固定部材５を移動させることにより、複数の計測対象を連続的に計測することができる。したがって、大量の計測対象を高速かつ高精度に計測することができる。
【００２７】
（第２実施例）
本発明の第２実施例を図６および図７に示す。第１実施例と同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
図６に示すように、第２実施例では計測対象として第１実施例と同様に燃料噴射弁のバルブニードル８を使用している。第２実施例の計測対象であるバルブニードル８はテーパ部が設けられておらず、円錐部８１と円錐部８１に接続された円柱部８２とを有している。第１外周面としての円錐部８１の外周面８１ａと、第２外周面としての円柱部８２の外周面８２ａとは軸方向の傾斜角が異なっている。そのため、第２実施例では円錐部８１と円柱部８２との接続部８３の外径を計測する。
【００２８】
図６に示すように、光源２から照射された光はバルブニードル８の表面で反射する。バルブニードル８の軸線の延長線上に設けられたＣＣＤカメラ３には、円錐部８１で反射された光だけが入射する。これにより、ＣＣＤカメラ３が撮影し２値化された画像データに基づく画像は図７に示すような画像となる。
２値化された画像９の白色領域９１と黒色領域９２との境界部が接続部８３の外周となる。したがって、第２実施例では白色領域９１の面積を算出することにより接続部８３の面積が算出される。そして、接続部８３の面積に基づいて外径Ｄｂの平均値を算出することができる。接続部８３の外径Ｄｂの算出は、第一実施例と同様であるので説明は省略する。
【００２９】
第２実施例では、計測対象に対する光源２の照射角を変化させることにより、図６に示すような円錐部８１と円柱部８２との接続部８３の外径を算出することもできる。
【００３０】
（第３実施例）
第３実施例は、接続部の外径の算出方法が第１実施例および第２実施例と異なる。
上記の複数の実施例では２値化された画像データから接続部の外径を算出している。例えば第１実施例の場合、図４に示すように２値化された画像データに基づく画像７の黒色領域７２からテーパ部６１と円錐部６２との接続部６３の面積Ｓを算出し、その面積Ｓから外径Ｄを算出する。
【００３１】
第３実施例では、図４に示すような２値化された画像データに基づく画像７から、図８に示すように白色領域７１と黒色領域７２との境界部に複数の測定点７３を検出する。これらの測定点７３は接続部６３の外径Ｄの両端部に対応している。そのため、例えば測定点７３ａと測定点７３ｂとの距離ｄは、黒色領域７２、すなわち接続部６３の外径Ｄに等しい。この測定点間の距離ｄを複数計測することにより、接続部６３の外径を複数計測することができる。そして、計測した複数の外径の平均値を算出することにより、接続部６３の外径Ｄを算出することができる。
【００３２】
以上複数の実施例では、計測対象として燃料噴射弁のバルブニードルを適用したが、本発明を適用する計測対象としてはバルブニードルに限るものではない。また、軸線に対し傾斜した外周面を１つまたは２つ有している計測対象について説明したが、軸線に対し傾斜した外周面を３つ以上有している計測対象も光源からの光の照射角度を変化させることにより各外周面同士の接続部の外径を計測することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による画像計測装置を示す模式図である。
【図２】本発明の第１実施例による画像計測装置の計測対象となるバルブニードルを示す側面図である。
【図３】本発明の第１実施例による画像計測方法を示すフロー図である。
【図４】本発明の第１実施例による画像計測装置のＣＣＤカメラで撮影した画像データを２値化した画像を示す模式図である。
【図５】２値化した画像データから領域の面積を算出する方法を説明するための図である。
【図６】本発明の第２実施例による画像計測装置を示す模式図である。
【図７】本発明の第２実施例による画像計測装置のＣＣＤカメラで撮影した画像データを２値化した画像を示す模式図である。
【図８】本発明の第３実施例による画像計測方法を説明するための図である。
【図９】従来の画像計測装置を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
１    画像計測装置
２    光源
３    ＣＣＤカメラ（画像入力手段）
４    演算部（演算手段）
６、８    バルブニードル（計測対象）
６１ａ、８１ａ    外周面（第１外周面）
６２ａ、８２ａ    外周面（第２外周面）
６３、８３    接続部
【図１】
0004292352.tif 000002
【図２】
0004292352.tif 000003
【図３】
0004292352.tif 000004
【図４】
0004292352.tif 000005
【図５】
0004292352.tif 000006
【図６】
0004292352.tif 000007
【図７】
0004292352.tif 000008
【図８】
0004292352.tif 000009
【図９】
0004292352.tif 000010