(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体にスリット光を照射した状態で該物体を撮影し、得られた画像における上記スリット光を所定のシフト量で順次スキャンして該スリット光の形状を計測し、その形状から物体の三次元高さを演算する物体の三次元高さの計測方法において、
上記スリット光を検出するために、明るさが暗い状態から明るい状態に変化したときの閾値としてＬｔｏＨ閾値を設定するとともに、明るさが明るい状態から暗い状態に変化したときの閾値としてＨｔｏＬ閾値を設定し、かつＬｔｏＨ閾値の値をＨｔｏＬ閾値よりも明るくなるような値に設定し、
各スキャンの際には、検査している画素の明るさが上記ＬｔｏＨ閾値より大きいか否かを順次判定し、この画素の明るさが上記ＬｔｏＨ閾値より大きくなったら、次の画素からはその明るさがＨｔｏＬ閾値より小さいか否かを判定し、検査している画素の明るさが上記ＨｔｏＬ閾値より小さくなったら今回のスキャンを終了して、予め定めたオフセット量だけ戻るとともにシフトして次のスキャンを開始することを特徴とする物体の三次元高さ計測方法。
【請求項２】
各スキャンの際に、上記スリット光を検出することができなかった場合には、シフトすることなく予め定められた基準位置からスキャンを再開することを特徴とする請求項１に記載の物体の三次元高さ計測方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は物体の三次元高さの計測方法に関し、より詳しくは、物体にスリット光を照射することによってその物体の高さを計測するようにした物体の三次元高さの計測方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、物体の高さを計測するために、スリット光を照射した状態で該物体を撮影し、得られた画像における上記スリット光を所定のシフト量で順次スキャンして該スリット光の形状を計測し、その形状から物体の三次元高さを演算するようにした物体の三次元高さの計測方法が知られている（例えば、特公平８−２０２１３号公報、特開平９−２２９６３２号公報）。
上記画像のスリット光の形状を計測する際には、通常、最初に上記スリット光が横方向に伸びるように検査領域を設定し、次に検査領域の下辺から上方に向けて縦方向にスキャンを行い、最も明るい点にスリット光があると判定する。そして検査領域の上辺に至ったら所定のシフト量だけ横方向に位置をずらし、再び検査領域の下辺から上辺まで縦方向にスキャンする。
このようにして、得られた画像におけるスリット光を所定のシフト量で順次スキャンすることにより検査領域の全域をスキャンし、各スキャンにおけるスリット光の位置から該スリット光の形状を計測するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに従来は、上記スキャンを行なう際には各スキャン毎に検査領域の下辺から上辺までの全行程をスキャンさせるようにしていたので、検査領域の全域をスキャンするのに時間がかかるという欠点があった。この欠点は、特に解像度を高めるためにシフト量を小さく設定すると顕著になる。
本発明はそのような事情に鑑み、スキャンに要する時間を短縮化することができる物体の三次元高さ計測方法を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、物体にスリット光を照射した状態で該物体を撮影し、得られた画像における上記スリット光を所定のシフト量で順次スキャンして該スリット光の形状を計測し、その形状から物体の三次元高さを演算する物体の三次元高さの計測方法において、
上記スリット光を検出するために、明るさが暗い状態から明るい状態に変化したときの閾値としてＬｔｏＨ閾値を設定するとともに、明るさが明るい状態から暗い状態に変化したときの閾値としてＨｔｏＬ閾値を設定し、かつＬｔｏＨ閾値の値をＨｔｏＬ閾値よりも明るくなるような値に設定し、
各スキャンの際には、検査している画素の明るさが上記ＬｔｏＨ閾値より大きいか否かを順次判定し、この画素の明るさが上記ＬｔｏＨ閾値より大きくなったら、次の画素からはその明るさがＨｔｏＬ閾値より小さいか否かを判定し、検査している画素の明るさが上記ＨｔｏＬ閾値より小さくなったら今回のスキャンを終了して、予め定めたオフセット量だけ戻るとともにシフトして次のスキャンを開始することを特徴とするものである。
【０００５】
上記方法によれば、各スキャンの際に上記スリット光を検出したら、予め定めたオフセット量だけ戻るとともにシフトして次のスキャンを開始するので、各スキャン毎に全行程をスキャンしてから次のスキャンを開始する場合に比較して、短時間でスキャンを終了することができる。
またＬｔｏＨ閾値とＨｔｏＬ閾値とを設定するとともに、ＬｔｏＨ閾値の値をＨｔｏＬ閾値よりも明るくなるような値に設定してあるので、ノイズなどの影響によりＬｔｏＨ閾値を超えてもすぐにこれを下回り、再びこのＬｔｏＨ閾値を超えるような場合であっても、閾値が１つの場合に比較して、より確実にスリット光を検出することができ、したがってノイズなどの悪影響を抑制することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下図示実施例について本発明を説明すると、図１において、三次元高さが計測される物体１の上方にこれを撮影するカメラ２と、上記物体１にライン状のスリット光を照射する照射手段３とを設けてある。
上記物体１に照射されるスリット光の照射位置は変位手段６によって変位されるようになっており、図示実施例では上記変位手段６は、上記物体１を載置した搬送テーブル７と、この搬送テーブル７に固定したナット部材８に螺合させたねじ軸９と、このねじ軸９を回転させるサーボモータ１０とを備えている。
上記変位手段６としては上述した構成のものに限定されるものではなく、カメラ２と照射手段３とを移動させるようにしても、或いはガルバノミラー等を用いてスリット光のみを変位させるようにしてもよい。
上記サーボモータ１０の運転は制御装置１３によって制御されるようになっており、上記サーボモータ１０によってねじ軸９を回転させることにより上記搬送テーブル７を移動させることができるようにしてある。上記サーボモータ１０に設けたエンコーダ１４からのパルス信号は上記制御装置１３に入力されるようになっており、そのパルス数から上記搬送テーブル７上に載置された物体１の搬送量を算出することができるようになっている。
【０００７】
図示実施例では、上記カメラ２は鉛直下方に向けて配置してあり、他方、照射手段３は斜めに配置して、上記カメラ２の鉛直下方位置となる搬送テーブル７に上記スリット光を照射することができるようにしてある。
このとき、上記スリット光は、搬送テーブル７の送り方向と直交する方向に照射されるようになっている。またこのスリット光は、上記カメラ２の光軸と搬送テーブル７の表面とが交わる点を横切るように設定してあり、かつスリット光とカメラ２の光軸との交差角度θはあらかじめ所定の角度に設定してある。なお、必ずしもカメラ２の光軸を鉛直下方に向ける必要はなく、斜めに配置しても良い。
【０００８】
上記カメラ２で撮影された画像は上記制御装置１３に入力され、この制御装置１３によって物体１の三次元高さが演算される。図２は物体１にスリット光を照射した状態をカメラ２で撮影した画像１６の一例を示したもので、同図において１７は検査領域を、１８ａ、１８ｂ、１８ｃは撮影されたスリット光を示している。
このとき、スリット光１８ａ、１８ｃは搬送テーブル７の表面に照射されたスリット光を示しており、両者は実質的に一直線上に位置するようになる。他方、スリット光１８ｂは物体１上に照射されたスリット光を示している。そして本実施例では、物体１の両側に、つまり検査領域１７の両側の部分に、搬送テーブル７の表面に照射されたスリット光１８ａ、１８ｃが得られるように設定してある。
上記検査領域１７の下辺は基準位置としてあり、この下辺から上記スリット光１８ａ、１８ｃまでの距離Ｌ１、Ｌ３とスリット光１８ｂまでの距離Ｌ２とを計測してそれらのスリット光間のずれ量δを算出することにより、三角測量の原理によって物体１の高さを演算するようになっている。
【０００９】
図２の矢印は上記検査領域１７におけるスキャンの方向を示したもので、本実施例では検査領域１７の基準位置における一端となるスタート位置からスリット光１８ａの長手方向と直交する縦方向にスキャンを開始する（矢印１９ａ）。そしてスリット光１８ａを検出したら、予め定めたオフセット量ｆだけ戻るとともにスリット光１８ａの長手方向である横方向に所定シフト量ｓだけ位置をずらし（矢印１９ｂ）、再び縦方向にスキャンを開始する（矢印１９ｃ）。以後これを繰り返して、検査領域１７の基準位置からスリット光１８ａまでの距離Ｌ１を検出する。
スキャンがスリット光１８ａを超えると（矢印１９ｄ）、この際のスキャンはスリット光１８ａを検出することができずに、スリット光１８ｂを検出するようになる。このスリット光１８ｂが検出された場合も、上述した場合と同様に予め定めたオフセット量ｆだけ戻るとともに横方向に所定シフト量ｓだけ位置をずらし（矢印１９ｅ）、再び縦方向にスキャンを開始する（矢印１９ｆ）。以後これを繰り返して、検査領域１７の基準位置からスリット光１８ｂまでの距離Ｌ２を検出する。
さらに、スキャンがスリット光１８ｂを超えると（矢印１９ｇ）、この際のスキャンはスリット光を全く検出することができずに、検査領域１７の上辺に至ることになる。この場合には、横方向に移動することなく検査領域１７の下辺から縦方向にスキャンを開始するようになり（矢印１９ｈ）、それによってスリット光１８ｃを検出することとなる。そしてスリット光１８ｃを検出したら、上述した場合と同様に予め定めたオフセット量ｆだけ戻るとともに横方向に所定シフト量ｓだけ位置をずらし（矢印１９ｉ）、再び縦方向にスキャンを開始する（矢印１９ｊ）。以後これを繰り返して検査領域１７の基準位置からスリット光１８ｃまでの距離Ｌ３を検出し、検査領域１７の他端となったらスキャンを終了する。
【００１０】
このように、本実施例においてはスリット光１８ａ〜１８ｃを検出したら、予め定めたオフセット量ｆだけ戻るとともに横方向に所定シフト量ｓだけ位置をずらしてスキャンを再開しているので、短時間で検査領域１７内の全スキャンを終了することができる。
つまり従来は、図２の想像線１９ａ’で示すように、横方向に位置をずらした際に常に検査領域の下辺から上辺までの全工程をスキャンしていたので、時間がかかっていた。
【００１１】
次に、図３は一回のスキャンにおいてスリット光を検出する際の状態を示したものである。本実施例においては、上述したように検査領域１７の下辺から上辺への縦方向に向けてスキャンを行い、その際の画像の明るさを例えば２５６階調で検出するようになっている。スリット光１８ａ〜１８ｃの近傍では画像の明るさは急激に明るくなり、ピークＰを超えると画像の明るさは急激に暗くなる。
本実施例では２つの閾値を設定してあり、ＬｔｏＨ閾値２０ａは明るさが暗い状態から明るい状態に変化したときの閾値であり、ＨｔｏＬ閾値２０ｂは明るさが明るい状態から暗い状態に変化したときの閾値である。そしてそれらの閾値は、ＬｔｏＨ閾値２０ａのほうがＨｔｏＬ閾値２０ｂよりも明るくなるような値に設定してある。
上記制御装置１３は、最初のスキャンは検査領域１７の下辺の基準位置から、検査している画素の明るさが上記ＬｔｏＨ閾値２０ａより大きいか否かを順次判定し、この画素の明るさが上記ＬｔｏＨ閾値２０ａより大きくなったら、次の画素からはその明るさがＨｔｏＬ閾値２０ｂより小さいか否かを判定する。
そして検査している画素の明るさが上記ＨｔｏＬ閾値２０ｂより小さくなったら今回のスキャンを終了し、上述したように所定オフセット量ｆだけ戻るとともに横方向に所定シフト量ｓだけ位置をずらし、再び縦方向にスキャンを開始する。その新たなスキャンの際には、新たに検査している画素の明るさが上記ＬｔｏＨ閾値２０ａより大きいか否かを判定するようになり、上述したのと同様にして、画素の明るさが上記ＬｔｏＨ閾値２０ａより大きくなったら、次の画素からはその明るさがＨｔｏＬ閾値２０ｂより小さいか否かを判定するようになる。
【００１２】
そして制御装置１３は、画素の明るさが上記ＬｔｏＨ閾値２０ａより大きくなってから上記ＨｔｏＬ閾値２０ｂより小さくなるまでの範囲で、最も明るさの大きな画素（上記ピークＰとなる画素）を求め、そのピークＰを検出したスリット光の中心として設定する。
ここで、上記ＬｔｏＨ閾値２０ａとＨｔｏＬ閾値２０ｂとを設定したのは、ノイズなどの影響によりＬｔｏＨ閾値２０ａを超えてもすぐにこれを下回り、再びこのＬｔｏＨ閾値２０ａを超えるような場合があるからである。この場合にはすくなくとも２つのピークが得られるようになる。また、例えばＬｔｏＨ閾値２０ａを超えた明るさの範囲内でも２つ以上のピーク（極大値）が得られる可能性がある。これらの場合には、それらの平均値を求めてその値を上記ピークＰとして設定することができる。或いは、あるピークが他のピークよりも充分に大きい場合には、その大きなピークのみを上記ピークＰとして設定してもよい。
【００１３】
制御装置１３は、上述のようにして各スキャン毎にピークＰを求めると、得られた多数のピークを各スリット光１８ａ〜１８ｃに属するピーク毎のグループに分別し、次に各グループ毎に平均値をとってそれから上記距離Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を求める。
さらに、検査領域１７の左右両端部分のスリット光１８ａ、１８ｃは、上述したように搬送テーブル７の表面に照射されたスリット光であるので、それらの距離Ｌ１、Ｌ３の平均値から搬送テーブル７の表面に照射されたスリット光の平均距離が求められ、この平均距離と物体１に関する距離Ｌ２とから、両者間のずれ量δが算出される。そしてこのずれ量δから物体１の高さが演算される。なお、上記スリット光１８ａ、１８ｃを基準としてそこからスリット光１８ｂの間隔を求めることにより直接的にずれ量δを求めるようにしてもよいことは勿論である。
【００１４】
このようにして物体１の高さが演算されたら、上記変位手段６により物体１が所定量だけ移動されて該物体１に照射されるスリット光の照射位置が変位され、この状態で再び上記カメラ２によって新たな画像が取り込まれて上述した作業が繰り返される。
そして物体１を移動させながら多数の画像を取り込むことにより、物体１の全域における高さを演算することができ、それによって物体１の全体の形状を把握することができる。
【００１５】
なお、上記スリット光１８ａ〜１８ｃを検出した際に戻るオフセット量ｆは、画素の明るさが上記ＬｔｏＨ閾値２０ａより大きくなってから上記ＨｔｏＬ閾値２０ｂより小さくなった位置を基準とすることができ、又は上述のようにして求めたピークＰを基準としてもよい。
また、上記実施例では物体１の表面（上面）が平面であるので、上記距離Ｌ２の平均値を求めているが、物体１の表面が曲面である場合には、この表面に照射されたスリット光における個々のピークＰを求めることになることは勿論である。
【００１６】
【発明の効果】
以上のように、本発明においては、スリット光を検出したら予め定めたオフセット量だけ戻って次のスキャンを開始するようにしているので、各スキャンの際に全行程をスキャンしていた従来に比較して短時間でスキャンを終了することができるという効果が得られる。
また本発明においては、ＬｔｏＨ閾値とＨｔｏＬ閾値とを設定するとともに、ＬｔｏＨ閾値の値をＨｔｏＬ閾値よりも明るくなるような値に設定してあるので、ノイズなどの影響によりＬｔｏＨ閾値を超えてもすぐにこれを下回り、再びこのＬｔｏＨ閾値を超えるような場合であっても、閾値が１つの場合に比較して、より確実にスリット光を検出することができ、したがってノイズなどの悪影響を抑制することができるという作用効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す斜視図。
【図２】画像１６のスキャンの状態を示す説明図。
【図３】各スキャンにおける画素の明るさを判断する際の説明図。
【符号の説明】
１  物体              ２  カメラ
３  照射手段          ６  変位手段
１３  制御装置        １６画像
１７  検査領域        １８ａ〜１８ｃ  スリット光
２０ａ、２０ｂ  閾値
【図１】
0003759584.tif 000002
【図２】
0003759584.tif 000003
【図３】
0003759584.tif 000004