JP2002286422A

JP2002286422A - 変位センサ

Info

Publication number: JP2002286422A
Application number: JP2001133387A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Kawachi; 雅弘河内; Tatsuya Matsunaga; 達也松永; Michitoshi Okada; 道俊岡田
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2001-03-25
Filing date: 2001-03-25
Publication date: 2002-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】高さ、変位、形状等を計測する汎用的な変位
センサに関し、計測時点において計測実施者が計測結果
を即時把握するのに適した装置を提供すること。【解決手段】を含む領域を別の角度から二次元撮像素
子にて撮影することにより映像信号を生成するヘッド部
と、ヘッド部で生成された映像信号を処理することによ
り、ラインビームの照射光像上の一連の点の高さに対応
する高さデータ列を取得する高さデータ列取得手段と、
所定の変換規則にしたがって、高さデータを色データに
変換することにより、高さデータ列から色データ列を取
得する色データ列取得手段と、色データ列に対応する画
素列直線を時系列的に隣接配置してなる高さ分布画像を
含む画像に相当する画像データ若しくは映像信号を生成
する画像化手段と、を具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、断面直線状のビ
ーム（以下、『ラインビーム』と称する）と二次元撮像
素子（例えば、二次元ＣＣＤ等）とを用い、光切断法の
原理で計測対象物体の変位（例えば、高さ等）を計測す
る変位センサに係り、特に、計測対象物体表面の微細な
凹凸等の性状を鮮明な画像として映し出すことにより、
予定の計測条件にしたがって正しく計測が行われている
か等の確認を容易になし得るようにした変位センサに関
する。

【０００２】

【従来の技術】本出願人は先に、断面直線状のビーム
（以下、『ラインビーム』と称する）と二次元撮像素子
（例えば、二次元ＣＣＤ等）とを用い、光切断法の原理
で計測対象物体の変位（例えば、高さ等）を計測する新
規な変位センサを提案している。

【０００３】この種の変位センサにあっては、外乱光の
存在などに起因して、予定の計測条件に従って正しく計
測が行われない場合が想定される。そのため、計測対象
物体表面の微細な凹凸等の性状を鮮明な画像として映し
出すことが要望される。

【０００４】特開平５−８１４５９号公報には、記録媒
体に形成されているエンボスを読み取って、イメージ出
力する際、実際のエンボスの見え方とほぼ同様に表示で
きるようにしたエンボス像読取装置が開示されている。

【０００５】すなわち、このエンボス像読取装置にあっ
ては、記録媒体（カード）表面に斜め方向から一定の入
射角でスリット光を投影し、記録媒体の地表面に投影さ
れたスリット光パターンに対する、エンボス部分に投影
されたスリット光パターンのずれ量からスリット光投影
位置の高さを検出する。この検出した高さデータを濃度
データとして多値画像データを作成する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、同公報
に記載された『エンボス像読取装置』にあっては、カー
ドに形成されたエンボスを高さに従い濃淡表示すること
で実際のエンボスに近い見え方の表示を提供するもので
あるが、高さの計測時点で表示するというよりも、カー
ドを用いた取引を記録する目的からしてエンボスが記録
されてから時間が経過した後に表示を見ることが想定さ
れていると理解することができる。実施例が伝票へのプ
リントを中心に記載されていることはその表れである。

【０００７】一方、高さ、変位、形状等を計測する汎用
的な変位センサにおいては、計測実施者の意図通りの計
測が実施できるようにするために、一般に計測結果を直
ちに表示し、対象物と変位センサとの位置関係や変位セ
ンサ自体の設定を含む計測条件を容易に調整し得ること
が重要である。

【０００８】斯かる観点から、汎用的な変位センサにお
ける表示技術として利用しようとするときには、この
『エンボス像読取装置』に記載された技術では尚も不十
分であって更なる工夫を要するとの結論に達した。

【０００９】この発明は、上述の問題点に着目してなさ
れたものであり、その目的とするところは、高さ、変
位、形状等を計測する汎用的な変位センサに関し、計測
時点において計測実施者が計測結果を即時把握するのに
適した装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の変位センサは概
念的には、次のように理解することができる。すなわ
ち、先ず、対象物体上に投射された線状の投光ビーム光
像に沿った一連の高さを計測することを繰り返し行う。
このような繰り返し計測を行いながら、計測結果を順次
表示する。その表示態様は、表示画面上で、一回の計測
で得た一連の高さ値を、高さ値の配列順に従って直線状
に並べた微小領域の集合として表すものである。一回の
計測で得た一連の高さ値に含まれる各高さ値は、対応す
る微小領域に、高さに対応付けた色彩によって表され
る。その次の計測で得た一連の高さ値は、先に表示した
領域に隣接して表示される。これを繰り返し行うことに
より、面状の表示が得られる。

【００１１】ここで、一回の計測で得た一連の高さ値の
色彩による『表示』は、その計測後であって次の計測が
行われるまでに実行してもよいし、次回以降の計測と平
行して行ってもよい。表示画面上の微小領域は、色彩を
表現できる最小単位としての１画素でもよいし、複数画
素の集合した領域でもよい。高さに対応付けた色彩は、
明るさの異なる無彩色の系列を含む。

【００１２】このような本発明の構成によれば、計測装
置の投受光光学系と対象物とを投光ビーム光像の長手方
向に対して垂直な方向に相対移動させつつ計測及びその
結果の表示を繰り返せば、対象物の各場所の高さを色彩
をもって表した地図状の表示が得られる。計測装置の投
受光光学系と対象物とを積極的に相対移動（走査など）
させることなく計測及びその結果の表示を繰り返せば、
対象物の経時的な移動又は変形に基づく、投光ビーム光
像の高さ変化の履歴の表示が得られる。

【００１３】そのため、対象物上に投射された線状の投
光ビーム光像に沿った一連の高さを計測することを繰り
返し行う場合に、繰り返し計測を続行しつつ、得られた
高さ値から順に表示するので、計測実施者は表示を開始
して間もなくすれば意図した計測が正しく行われている
のかどうかを判断することができ、計測条件を修正する
必要があれば、繰り返し計測の途中であっても計測条件
の修正を行うことができ、その修正の結果もまた表示に
よってすぐに確認できるので、計測装置としての使い勝
手が良好なものとなる。

【００１４】別の一面から見た本発明の変位センサは、
ヘッド部と、高さデータ列取得手段と、色データ列取得
手段と、画像化手段とを備えている。

【００１５】ヘッド部は信号処理部と一体又は別体に構
成され、計測対象物体の表面に所定角度でラインビーム
を照射すると共に、その照射位置を含む領域を別の角度
から二次元撮像素子にて撮影することにより映像信号を
生成する。

【００１６】高さデータ列取得手段は、ヘッド部で生成
された映像信号を処理することにより、ラインビームの
照射光像上の一連の点の高さに対応する高さデータ列を
取得する。高さデータ列を取得するためのアルゴリズム
には、一般的には三角測量の原理が採用される。又、一
般的には、ラインビームの照射光像のなす直線の向き
は、二次元撮像素子の水平走査線と直交する向きとされ
る。そのため、計測対象物体の表面の高さ方向の変位
は、二次元撮像素子の受光面上における水平走査線方向
の光像位置のずれとして現れる。

【００１７】尚、二次元撮像素子としては、本出願人に
より先に提案されているように、変位計測方向へ細長い
視野を有する特別な二次元撮像素子（例えば、二次元Ｃ
ＣＤなど）を採用することが好ましい。このような細長
い視野を有する二次元撮像素子を安価に製造する方法と
しては、既存のデジタルカメラやビデオカメラ等の素子
配列を有する撮像装置を流用し、その受光面上に細長い
窓を残してオプティカルブラック画素により周囲画素を
取り囲むことで実現することができる。オプティカルブ
ラック画素の形成方法としては、アルミ等の遮光性マス
クを貼り付けるもの、オプティカルブラック画素に相当
する画素が受光しないように素子構造を改変するもの、
素子自体は受光するものの、垂直シフトレジスタへの転
送経路を切断することによって、電荷の転送を遮断する
もの等を挙げることができる。

【００１８】色データ取得手段は、所定の変換規則に従
って、高さデータを色データに変換することにより、高
さデータ列から色データ列を取得する。画像化手段は、
色データ列に対応する画素列直線を時系列的に隣接配置
してなる高さ分布画像を含む画像に相当する画像データ
若しくは映像信号を生成する。

【００１９】ここで、『画素列直線』とは、先に一般的
に説明したように、表示画面上の１表示単位となる画素
（任意の大きさを有する）を画面の例えば垂直方向へ向
けて１列に並べたものに相当する。この画素列の大きさ
は、繰り返し説明するように任意であって、必ずしも１
本の水平走査線に限定したり、当該表示装置の分解能に
より規定される最小表示単位幅にこだわるものではな
い。

【００２０】又、画像データ若しくは映像信号としたの
は、いわゆるＮＴＣＳやその他の一般映像規格に合わせ
た映像信号のみならず、単に画像データを同期信号等を
付すことなく並列又は直列に出力する場合も含む主旨で
ある。

【００２１】本発明変位センサの好ましい実施の形態に
おいては、生成された画像データ若しくは映像信号に基
づいて予定された高さ分布画像を映し出す画像モニタが
さらに追加される。

【００２２】又、本発明の変位センサの好ましい実施の
形態においては、生成された画像データ若しくは映像信
号に基づいて、所定の画像処理を行う画像処理装置がさ
らに追加される。

【００２３】ここで、『画像処理装置』とあるのは、本
発明の変位センサから得られる画像データ若しくは映像
信号は三次元情報を有するため、これに基づき様々な特
徴抽出処理並びに計測処理等を別途画像処理装置を設け
て外部で実現できることを意味している。

【００２４】次に、本発明の変位センサにおける各種の
実施形態について説明すれば、次のようになる。

【００２５】すなわち、上述の本発明における『所定の
変換規則』については、高さを濃度に変換するものであ
ってもよいし、高さを色彩に変換するものであってもよ
い。

【００２６】ここで、高さを濃度に変換する場合には、
一般的には高い部分の濃度が明るく、低い部分の濃度が
暗くなるように設定することができる。一方、高さを色
彩に変換するものにあっては、濃度の場合とは異なり、
任意の色彩を当てはめることにより、微細な高度差であ
っても視覚から見た明確な差異を表現することが可能と
なる。

【００２７】又、上述の本発明における『所定の変換規
則』においては、高さ範囲とそれに対応する色範囲との
関係を変更可能とすることもできる。この場合、高さ範
囲が狭い場合であっても、色範囲を広く設定することに
より、高さの違いを鮮明に表す画像を生成することがで
きる。

【００２８】このとき、高さ範囲とそれに対応する色範
囲との関係をユーザが任意に変更可能とすれば、計測対
象となる高さレンジに応じて最適な色分布を得ることが
できる。

【００２９】上述した本発明における『所定の変換規
則』においては、所定の上限高さ以上の高さ領域は規定
の上限色に、及び／又は、所定の下限高さ以下の高さ領
域は規定の下限色にクリッピングするようにしてもよ
い。

【００３０】このような構成によれば、対象となる高さ
範囲の中で、必要な高さ範囲のみを明瞭に色分けした鮮
明な画像を得ることができる。

【００３１】このとき、クリッピングすべき領域を変更
可能とすれば、ユーザの要求に的確に応え、使い勝手の
良好な装置を実現することができる。

【００３２】先にも述べたように、本発明の変位センサ
における画像データ又は映像信号に含まれる高さ分布画
像は、予め決められた１画面分の本数の画素列直線が全
て揃った状態に対応するようにしてもよいし、それらの
画素列直線が揃う経過状態に対応するように構成しても
よい。

【００３３】ここで、全て揃った状態に対応するように
構成すれば、画面上には一定の高さ並びに幅を有する規
定サイズの長方形状高さ分布画像を得ることができる。
この画像は、そのまま画像モニタで確認できるし、更に
は画像処理装置に送り出すことによって、様々な分析に
供することができる。

【００３４】一方、画素列直線が揃う経過状態に対応す
るものとすれば、計測乃至撮影の初期の段階から、取得
される一連の画素列を直ちに画像化して、画像モニタを
介してオペレータに提供することができ、計測対象物の
性状をいち早くオペレータに伝えることができる。

【００３５】上述の変位センサにおける『画像化手段』
としては、特定の水平走査線上における高さ分布曲線、
及び／又は、特定の時間軸上における高さ分布曲線と
を、それぞれ高さ分布画像の該当する基準軸に沿って更
に含む画像に相当する画像データ若しくは映像信号を生
成するように構成してもよい。

【００３６】ここで、より具体的な一例とすれば、モニ
タ画面の水平方向には時間軸を、垂直方向にはビームラ
インをとることにより、高さ分布画像を構成する。この
高さ分布画像の上縁部又は下縁部には時間軸方向に沿っ
て、特定の水平ライン上の高さ分布曲線が描かれる。同
様にして、高さ分布画像の右側縁部又は左側縁部には、
ビームライン軸方向に沿って、特定の時間又は計測回数
における高さ分布曲線が描かれる。

【００３７】このような構成によれば、計測対象物体上
面の平面的、又は計測対象物体の特定位置における時系
列的な高さ分布全体を観察しつつも、特定の部位におけ
るそれぞれの基準軸に沿った高さ分布を確認することが
でき、装置の使い勝手が格段に向上する。

【００３８】このとき、特定の水平走査線、及び／又
は、特定の時間軸が変更可能とすれば、任意の水平走査
線及び／又は時間軸を選択することによって、オペレー
タの使い勝手を格段に向上できる。

【００３９】更に、特定の水平走査線、及び／又は、特
定の時間軸が常にピーク又はボトム高さ位置を横切るよ
うに自動追従するように構成すれば、一層の使い勝手を
向上することができる。尚、ピーク又はボトムの他に、
任意の特徴点を自在に設定可能とすれば、より一層の使
い勝手を向上できることは明らかである。

【００４０】上述のピーク又はボトム高さ位置並びに任
意の特徴点の計測は、高さ分布画像の特定領域内にて行
われるように構成することもできる。

【００４１】このとき、ピーク高さ位置を計測するため
の特定領域が変更可能であれば、一層の使い勝手を向上
できることは明らかである。

【００４２】上述の本発明の変位センサにおける『画像
化手段』は、経過時間又は計測回数により表示位置が時
間軸方向へとシフトされる高さ分布画像を含む画像に相
当する画像データ又は映像信号を生成するものとしても
よい。

【００４３】上述の本発明の変位センサにおける『画像
化手段』としては、表示範囲が常に一定となるように自
動修正された高さ分布画像を含む画像に相当する画像デ
ータ又は映像信号を生成するように構成してもよい。こ
のような構成によれば、センサと計測対象物体との距離
等が変動しても、画面上の色分布が変動しないという利
点が得られる。

【００４４】上述した本発明の変位センサにおける『画
像化手段』は、ピーク又はボトム高さ位置表示を有する
高さ分布画像を含む画像に相当する画像データ又は映像
信号を生成するものとしてもよい。

【００４５】更に、上述した本発明の変位センサにおけ
る『画像化手段』は、トリガ入力により規定された時間
範囲の高さ分布画像を含む画像に相当する画像データ又
は映像信号を生成するものであってもよい。

【００４６】

【発明の実施の形態】以下に、この発明の好適な実施の
一形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。

【００４７】本発明が適用された変位センサシステムの
一例を示す構成図（その１）が図１に示されている。

【００４８】同図に示されるように、この変位センサシ
ステムは、ヘッド部１と、信号処理部２と、画像モニタ
３と、三次元画像処理が可能な画像処理装置４とを備え
ている。

【００４９】ヘッド部１は、計測対象物体５の表面に所
定角度でラインビームを照射すると共に、その照射位置
を含む領域を別の角度から二次元撮像素子にて撮影する
ことにより映像信号を生成する機能を有する。

【００５０】尚、図では、計測対象物体５の表面には断
面台形状の突部５ａが形成されている。又、符号６で示
されるのはラインビームに相当する高さ計測用の投光、
符号７で示されるのは高さ計測用の受光である。

【００５１】ヘッド部の内部構成を示す構成図が図２に
示されている。同図に示されるように、このヘッド部１
内には、レーザダイオードから発せられた光をスリット
板を介して外部へ送出するスリット光源１０１と、スリ
ット光源１０１から放射される光を適宜集束並びに整形
してラインビームを生成し、これを計測対象物体５の表
面にほぼ真上から照射するための投光用レンズ系１０２
と、計測対象物体５の上のラインビーム照射位置を含む
所定領域を、受光用レンズ系１０３を介して撮影する二
次元ＣＣＤ１０４とが含まれている。この例では、投光
用レンズ系１０２としては球面レンズが採用され、受光
用レンズ系１０３としてはシリンドリカルレンズが採用
されている。尚、図において、５ａは突部、６は投光、
７は受光である。又、図１に示されるように、計測対象
物体５は図中矢印方向へと適宜な搬送機構で移動される
ように仕組まれている。

【００５２】次に、ヘッド部１並びに信号処理部２の電
気的な構成について説明する。ヘッド部並びに信号処理
部のハードウェア構成図が図３に示されている。

【００５３】同図に示されるように、ヘッド部１内に
は、スリット光源１０１と、投光レンズ１０２と、受光
レンズ１０３と、二次元ＣＣＤ１０４と、ＣＣＤドライ
ブ１０５と、発振回路１０６と、同期信号発生回路１０
７と、サンプルホールド回路１０８とが含まれている。

【００５４】スリット光源１０１は、先に説明したよう
に、レーザダイオードから発せられた光をスリット板に
通過させることによってスリット光を生成し、これを出
射する。スリット光源１０１から発せられたスリット光
は投光レンズ１０２を経由してラインビームに成形され
た後、計測対象物体５に照射される。この照射点を含む
一定の領域は、受光レンズ１０３を介して二次元撮像素
子１０４で撮影され、個々の画素に対応する離散的な映
像信号に変換される。このＣＣＤ１０４から出力される
離散的な映像信号は、サンプルホールド回路１０８によ
って滑らかに成形され、信号処理部１から外部へと出力
される。

【００５５】同期信号発生回路１０７は、スリット光源
１０１の投光タイミング、ＣＣＤドライブ１０４の駆動
タイミング、サンプルホールド回路１０８の駆動タイミ
ングを規定する各種の同期信号を発生する。この同期信
号の発生は、発振回路１０６から出力されるクロック信
号を基準として行われる。

【００５６】次に、信号処理部２の構成について説明す
る。信号処理部２内には、ＣＰＵ２０１と、演算部２０
２と、表示用ＬＥＤ２０３と、コンソール２０４と、Ｉ
／Ｏ２０５と、メモリ制御部２０６と、フレームバッフ
ァ２０７と、画像メモリ２０８と、Ｄ／Ａ変換器１０９
と、キャラクタディスプレイメモリ２１０と、グラフィ
ックディスプレイメモリ２１１と、Ａ／Ｄ変換器２１２
と、同期信号発生部２１３と、発信回路２１４とを含ん
でいる。ＣＰＵ２０１はマイクロプロセッサの他にＲＯ
ＭやＲＡＭなどから構成されており、信号処理部の全体
を統括制御するものである。

【００５７】より具体的に説明すれば、ＣＰＵ２０１
は、表示制御、入出力制御、ＰＩＸ→ｍｍ変換処理、設
定内容に従った各種演算処理等を実現するものである。

【００５８】演算部２０２は、専用のハードウェア回路
で構成され、画像処理に必要な各種の演算機能を内蔵し
ている。その詳細については、後に図４を参照して説明
する。表示用ＬＥＤ２０３は、各種の動作表示等に使用
される様々な色のＬＥＤである。

【００５９】コンソール２０４は、図示しないハンディ
タイプのコンソールユニットを信号処理部２に接続する
際のインタフェースとして機能するものである。

【００６０】Ｉ／Ｏ２０５は、信号処理部に対して外部
から各種の信号を入力したり、あるいは外部装置に対し
て各種の信号を出力するためのインタフェースとして機
能するものである。このＩ／Ｏ２０５は、センサ出力
（計測値を表すデジタルデータ、及び／又は、スイッチ
ング信号）を外部へと出力する。

【００６１】メモリ制御部２０６は、入力信号を画像メ
モリ２０８に格納したり、ＣＰＵ２０１からメモリ２０
７〜２１１へのアクセス制御を行ったり、各メモリ２０
７〜２１１と映像信号を重ね合わせてフレームバッファ
２０７に出力したり、フレームバッファ２０７を制御し
てＤ／Ａ変換器から映像信号を生成させる処理等を司る
ものである。

【００６２】尚、フレームバッファ２０７とは、映像信
号のタイミング調整用のメモリであり、また画像メモリ
２０８とは入力画像信号格納用のメモリあるいはプロフ
ァイル画像生成用メモリ等として機能するものである。

【００６３】同期信号発生部２１３は、ヘッド部１から
の同期信号に従い、信号処理部２の内部の各種の同期信
号を生成するものである。

【００６４】次に、演算部２０２の構成について説明す
る。演算部２０２は、映像信号から高さデータを取得す
るための演算を主として実行するものである。

【００６５】演算部のハードウェア構成図が図４に示さ
れている。同図に示されるように、演算部２０２は、イ
ンタフェース（Ｉ／Ｆ）２０２ａと、第１の演算部２０
２ｂと、第２の演算部２０２ｃと、レジスタ２０２ｄと
を含んでいる。

【００６６】そして、第１の演算部２０２ｂでは、イン
タフェース（Ｔ／Ｆ）２０２ａを介して取り込まれた映
像信号に基づいて、ＣＣＤ上のスリット位置算出のため
の濃淡重心Ｘを求める演算を実行する。又、第２の演算
部２０２ｃは、同様にインタフェース（Ｉ／Ｆ）２０２
ａを介して取り込まれた映像信号に基づいて、ＣＣＤ上
の光パワーＰを求める演算を実行する。こうして求めら
れた濃淡重心Ｘ並びに光パワーＰは、レジスタ２０２ｄ
に格納され、ＣＰＵバスを介する外部からのアクセスに
供せられる。

【００６７】次に、以上述べたハードウェア構成を前提
として、本発明に係る表示処理について説明する。

【００６８】本発明に係る表示処理を示すフローチャー
ト（その１）が図５に示されている。この処理は、高さ
データ取得処理（ステップ５０１）と１ラインの高さの
表示処理（ステップ５０２）とを繰り返し実行するよう
に構成されている。

【００６９】高さデータ取得処理（ステップ５０１）で
は、取得した映像の各水平ラインの濃淡重心を算出し、
濃淡重心位置の画素データを実際の高さ（ｍｍ）に変換
するといった処理を実行する。

【００７０】１ラインの高さの表示処理（ステップ５０
２）では、所定の変換規則に従って、高さデータを色デ
ータに変換することにより、高さデータ列から色データ
列を取得する色データ列取得手段と、色データ列に対応
する画素列直線を時系列的に隣接配置してなる高さ分布
画像を含む画像に相当する画像データを画像メモリ上に
生成する処理を実行する。

【００７１】所定の変換規則としては、高さを濃度に変
換するものと、高さを色彩に変換するものとが含まれて
いる。図５のフローチャートには、高さを濃度に変換す
る場合が示されている。

【００７２】この場合、まず、高さ結果に対し、表示範
囲内の場合、クリッピング処理を実施する。このクリッ
ピング処理によって、一定の上下限値を超える高さ範囲
については、上限濃度（例えば白）並びに下限濃度（例
えば黒）にクリッピングされる。次いで、表示範囲内の
高さ情報（ｍｍ）を濃淡の明るさ情報（階調）に変換す
る。次いで、時間情報より、濃淡画像メモリ上表示位置
座標を算出する。最後に、今回の計測結果を濃淡画像メ
モリ上に表示する。このとき、過去の結果に上書きされ
るため、過去の結果の消去は不要である。

【００７３】高さデータ取得処理の説明図（その１）が
図６に示されている。同図に示されるように、映像信号
中には突部の断面に対応して台形状の輝線が描かれてい
る。この映像信号に対して、各水平ラインの濃淡重心算
出処理を実行することによって、各水平ラインの濃淡ピ
ークに相当する画素（１１２．５４，１１１．３６，１
１２．１３，１１２．０４，１３０．２３，１６０．５
１，１６０．９８，１３２．２２…）が求められる。次
いで、上述した一連の画素は、高さ（１２．５４，１
１．３６，１２．１３，１２．０４，３０．２３，６
０．５１，６０．９８，３２．２２…）に所定の変換式
を用いて変換される。

【００７４】次に、画像モニタへの表示例を示す説明図
（その１）が図７に示されている。同図（ａ）は白黒濃
淡表示の場合であり、同図（ｂ）はカラー表示の場合で
ある。

【００７５】同図（ａ）に示される白黒濃淡表示では、
横軸に計測回数をまた縦軸にライン方向位置をとった高
さ分布画像が描かれている。２．５ｍｍ〜３２．５ｍｍ
からなる表示範囲は、２．５〜７．５，７．５〜１２．
５，１２．５〜１７．５，１７．５〜２２．５，２２．
５〜２７．５，２７．５〜３２．５からなる６段階に濃
淡分けが行われている。濃淡の割り付けは、高さが高い
ほど明るく高さが低いほど暗くなるように濃淡設定が行
われている。

【００７６】同図（ｂ）に示されるカラー表示について
は、同様に２．５ｍｍ〜３２．５ｍｍの表示範囲を６段
階の色彩により色分けしている。説明の都合上、各色は
白〜黒の無彩色で表されているが、実際には２．５〜
７．５については水色、７．５〜１２．５についてはピ
ンク色、１２．５〜１７．５については白色、１７．５
〜２２．５については薄いグレー、２２．５〜２７．５
については赤色、２７．５〜３２．５についてはオレン
ジ色等のような色分けが行われている。

【００７７】白黒で２５６階調の場合、カラーではＲＧ
Ｂ（２５６×２５６×２５６）の表示が可能となり、微
妙な高さ違いについても鮮明な表示が可能となる。

【００７８】次に、本発明が適用された変位センサシス
テムの一例を示す構成図（その２）が図８に示されてい
る。この例にあっては、濃淡の明るさ表示とグラフ表示
とが組み合わされた画像を表示するようにしている。す
なわち、図８に示されるように、高さ分布画像１０の下
側縁部周辺には、時間軸に沿うようにして、特定の水平
走査線上における高さ分布曲線８が描かれている。この
高さ分布曲線８は、水平線カーソルＣ１が存在する水平
走査線上の高さ分布を表している。

【００７９】一方、高さ分布画像１０の右側縁部の周辺
には、ビームライン（ラインビームの照射光像のなす直
線の延在方向）に沿うようにして、特定の時間軸上にお
ける高さ分布曲線９が描かれている。この高さ分布曲線
９は、高さ分布画像１０上に描かれた垂直線カーソルＣ
２が存在する時間軸上の高さ分布に対応している。

【００８０】水平線カーソルＣ１並びに垂直線カーソル
Ｃ２は、図示しないハンディタイプのコンソールユニッ
トの操作によって、上下左右にそれぞれ移動可能となさ
れている。

【００８１】そのため、オペレータは、これらのカーソ
ルＣ１，Ｃ２を操作して、任意の水平操作線上並びに任
意の時間上における高さ分布を確認しつつ、高さ分布画
像全体に基づき高さ分布の傾向を総括的に確認すること
もできる。

【００８２】次に、本発明に係る表示処理を示すフロー
チャート（その２）が図９に示されている。この表示処
理は、先に説明したように、高さ分布画像１０と、水平
並びに垂直方向の高さ分布曲線８，９とを同時に画像モ
ニタ３の画面３ａ上に表示させるためのものである。

【００８３】同図において処理が開始されると、まず最
初のステップでは、画像モニタ３の画面３ａ上におけ
る、ラインブライト表示位置（ＸＬ，ＹＬ）の取得が行
われる。これらの表示位置は、予めシステムに設定して
おいてもよいし、購入後にユーザが指定するようにして
もよい。

【００８４】続いて、表示位置初期化処理（ステップ９
０２）並びにライン番号初期化処理（ステップ９０３）
が行われた後、先ほどの場合と同様にして、高さデータ
の取得処理（ステップ９０４）並びにラインの高さの表
示処理（ステップ９０５）が実行される。

【００８５】すなわち、高さデータの取得処理（ステッ
プ９０４）では、取得した映像の各水平ラインの濃淡重
心を算出した後（図１０の説明図参照）、濃淡重心位置
の画素データ（ｐｉｘ）を実際の高さＺ（ｍｍ）に変換
する処理を実行する（図１０の説明図参照）。

【００８６】１ラインの高さの表示処理では、まず高さ
結果に対し、表示範囲内の場合、クリッピング処理を実
施し、次いで高さ情報Ｚ（ｍｍ）を濃淡の明るさ情報Ｐ
（階調）に変換し、最後に画像メモリ上の座標（Ｘ，
Ｎ）に階調Ｐを書き込んで表示させる処理を実行する。
尚、この場合、過去の結果に上書きされるため、過去の
結果の消去は不要であり、処理の高速化が実現できる。

【００８７】このようにして、高さデータの取得処理
（ステップ９０４）並びに１ラインの高さの表示処理
（ステップ９０５）が完了したならば、以上の処理をラ
イン番号を更新しつつ１２６ラインになるまで繰り返
し、その間にライン番号がラインブライト表示位置ＹＬ
に達する度に（ステップ９０６ＹＥＳ）、Ｘ方向断面ラ
インブライトに座標（Ｘ，Ｐ／４）を表示する処理を実
行する（ステップ９０７）。

【００８８】又、ライン番号が１２６に達する度に（ス
テップ９１０ＮＯ）、表示位置Ｘの更新を行い表示位置
ＸがＸＬに達するごとに（ステップ９０８ＹＥＳ）、Ｙ
方向断面ラインブライトに座標（Ｎ，Ｐ／４）を表示す
る処理を実行する（ステップ９０９）。

【００８９】その後、表示位置が５１２に達するごと
に、最初に戻って以上の処理が繰り返し実行される（ス
テップ９１１ＮＯ）。

【００９０】このようにして得られたモニタへの表示例
を示す説明図（その２）が図１１に示されている。

【００９１】先に説明したように、高さ分布画像１０の
上には水平線カーソルＣ１と垂直線カーソルＣ２とが描
かれ、また高さ分布画像１０の下側にはＸ方向断面ライ
ンブライト波形８が、また右側にはＹ方向断面ラインブ
ライト波形９が描かれている。そして、これら２つのラ
インブライト波形８，９は、カーソルＣ１，Ｃ２の移動
に応じて、適宜変化することとなる。

【００９２】次に、本発明が適用された変位センサシス
テムの一例を示す構成図（その３）が図１２に示されて
いる。この処理は、図１５に示されるように、時間の経
過と共に、画面上における最新表示位置を時間軸方向へ
とシフトさせながら、高さ分布画像を表示させる場合に
対応したものである。

【００９３】同図において処理が開始されると、まず表
示位置Ｘ並びにライン番号Ｎの初期化が行われた後（ス
テップ１３０１，１３０２）、先ほどと同様にして、高
さデータの取得処理（ステップ１３０３）並びに１ライ
ンの高さの表示処理（ステップ１３０４）が実行され
る。

【００９４】すなわち、先に説明したように、高さデー
タの取得処理（ステップ１３０３）では、取得した映像
の各水平ラインの濃淡重心を算出した後、濃淡重心位置
の画素データ（ｐｉｘ）を実際の高さＺ（ｍｍ）に変換
する。

【００９５】又、１ラインの高さの表示処理（ステップ
１３０４）では、高さ結果に対し、表示範囲外の場合、
クリッピング処理を実施した後、高さ情報Ｚ（ｍｍ）を
濃淡の明るさ情報Ｐ（階調）に変換し、最後に画像メモ
リ上の座標（Ｘ，Ｎ）に階調Ｐを書き込み表示する処理
を実行する。このとき過去の結果に上書きされるため、
過去の結果の消去は不要である。

【００９６】以上の処理は、ライン番号Ｎの値が１２６
に達するごとに（ステップ１３０５ＮＯ）、表示位置Ｘ
の値を＋１ずつ更新しつつ行われ、表示位置Ｘの値が５
１２に達すると共に、最初に戻って以上の処理が繰り返
される。

【００９７】以上の構成によれば、図１５に示されるよ
うに、高さ分布画像１０は、予め決められた１画面分の
本数の画素列直線が揃う経過状態につれて表示される。
具体的には、最初に計測されたデータは、画面３ａの左
端に表示され、以後続く計測回の画素列直線は順次隣接
してその右側へ並べて表示される。その結果、最新表示
位置は画面３ａの左端から順次右方向へとシフトされ、
最後に画面３ａの右端に達する。その後、新たな画素列
直線については、同図（ｄ）に示されるように、再度左
端から前回の画素列に上書きされるようにして表示され
る。このような表示結果によれば、オペレータは、順次
計測により取得されるデータを即座に画面３ａ上で確認
することができると共に、１画面分の計測に続いて次の
画面の画素列直線はその上に上書きされるため、前回の
画面と今回の画面とに相違がある場合には、上書きされ
るものと上書きされる前のものとの相違に基づき、この
ことを簡単に把握することができる。

【００９８】次に、本発明が適用された変位センサシス
テムの一例を示す構成図（その４）が図１６に示されて
いる。この例にあっては、表示範囲を自動的に変更可能
とすることにより、モニタ画面上における画像の不用意
な変動を抑制するようにしている。

【００９９】すなわち、図１６に示されるように、この
例にあっては、２種類のワークＡ，Ｂが計測予定されて
いる。ワークＡはワークＢよりも高い位置に存在し、
又、それぞれワークＡ，Ｂは水平方向へも移動可能に構
成されている。

【０１００】このような状況に関し、この表示方式にお
いては、モニタ画面上の高さ表示範囲は、全画面データ
のピークデータからの一定の範囲として設定される。そ
のため、図１６に示されるワークＡ，ワークＢのように
Ｚ方向へ位置が変動したとしても、段部の高さが一定で
ある限り、画面３ａ上の表示には何ら変動が存在しな
い。すなわち、図１７（ａ）と図１７（ｂ）とを比較し
て明らかなように、それぞれの高さ分布曲線８，９にお
いては、明らかに高さ変動の影響が表れているのに対
し、画面３ａ上に表示された高さ分布画像については、
その位置並びに濃度に関して何ら変動が見られない。こ
のことから、計測対象物体表面の微細な凹凸を監視する
ような場合、計測対象物体全体が上下に変動したとして
も、変動を安定的に表示させることができる。尚、この
高さ補正乃至は基準位置追従処理については、全画面デ
ータのピークデータから所定の表示範囲に相当するデー
タ範囲に存在するデータのみを有効データと見なして、
画像メモリの書き込む処理によって実現することが可能
である。

【０１０１】本発明が適用された変位センサシステムの
一例を示す構成図（その５）が図１８に示されている。
この例にあっては、クリッピング領域１１，１２，１３
を任意にライン方向へ位置及び幅設定可能とすることに
よって、必要な高さ領域だけを鮮明に表示させるように
したものである。

【０１０２】クリッピング処理の説明図が図１９に示さ
れている。同図において、１４は目的とする計測レン
ジ、１５は表示レンジ、１６は計測エラー領域、１７は
計測エラー領域である。それらの中で計測エラー領域１
６，１７については規定の下限色にクリッピングされ
る。そのため、図１７のモニタ画面に示されるように、
図１２に示される表示レンジ以上の部分についてはクリ
ッピング処理され、同時に１２並びに１３に示される計
測エラー領域又は表示レンジ以下の領域についても下限
色レベルにクリッピング処理される。

【０１０３】本発明が適用された変位センサシステムの
一例を示す構成図（その６）が図２０に示されている。
この例にあっては、例えば円錐体１８を有するような計
測対象物体の場合において、円錐の頂点に相当するピー
ク位置を、自動的にサーチし、その点にピークマーク２
０を表示するようにしている。

【０１０４】本発明が適用された変位センサシステムの
一例を示す構成図（その７）が図２１に示されている。

【０１０５】この例にあっては、先ほど説明した水平線
カーソルＣ１並びに垂直線カーソルＣ２がそれぞれオペ
レータによる所定操作で水平並びに垂直方向へと移動設
定可能に構成され、それらの設定カーソルに従って高さ
分布画像１０の下側並びに右側に該当する方向の高さ分
布曲線が自動的に表示されるようにしている。円錐体１
８の例で示すと特に明らかなように、カーソルＣ１，Ｃ
２の位置を様々に変化させつつ、その下側並びに右側の
ラインブライト波形を観察することによって、当該計測
対象物体の特徴を明確に把握することが可能となる。

【０１０６】本発明が適用される変位センサシステムの
一例を示す構成図（その８）が図２２に示されている。

【０１０７】この例にあっては、高さ分布画像に基づき
計測対象物体のピーク点を自動的にサーチする機能を有
すると共に、サーチされたピーク位置を水平線カーソル
Ｃ１並びに垂直線カーソルＣ２が必ず横切るように自動
追従機能を付加したものである。

【０１０８】このような構成によれば、円錐体１８を有
するような計測対象物体の場合、その頂点を横切る直線
による断面形状を容易に把握することができる。

【０１０９】本発明が適用された変位センサシステムの
構成図（その９）が図２３に示されている。この例にあ
っては、外部から到来するトリガ入力に従って計測動作
又は画像取込動作が一定期間行われるようにしたもので
ある。このような構成によれば、光電スイッチ２１を設
けて計測対象物体の到来タイミングを検出し、その出力
えトリガ入力を発生するようにすれば、任意の計測対象
物体についても、これをベルトコンベア等に搬送しつ
つ、それが到来するのを待って自動的に表面の高さ分布
を自動的に計測し、画像モニタ上に濃淡画像や色彩画像
をもって明瞭に映し出させることができる。そのため、
この種の変位センサの計測に際し、計測象物体の表面性
状等を予め確認するときには極めて好適なものとなるで
あろう。加えて、得られた高さ分布画像に相当する画像
データは例えばＮＴＳＣ方式等の標準映像信号に変換し
て画像処理装置４に与えることができるため、画像処理
装置４側では様々な公知の三次元画像処理ソフト、ある
いは適宜製作された最適な画像処理ソフトによって、計
測対象物体の表面性状を様々に分析することが可能とな
る。

【０１１０】本発明が適用された変位センサシステムの
構成図（その１０）が図２４に示されている。

【０１１１】この例にあっては、濃淡高さ表示画面に対
して、ライン方向計測領域を設定することにより、設定
領域内において、特徴点の抽出を可能としている。この
特徴点の抽出には、ピーク点、ボトム点、その他任意の
特徴点が含まれることは言うまでもない。

【０１１２】本発明が適用された変位センサシステムの
構成図（その１１）が図２５に示されている。

【０１１３】この例にあっては、高さ分布画像１０の上
に計測エリア２３を設定し、この計測エリア内におい
て、各ラインのピーク高さを検出可能としたものであ
る。このような構成によれば、任意の凹凸形状を表面に
有する計測物体に対し、特定の領域内における特徴点を
効率よく計測することが可能となるであろう。

【０１１４】最後に、モニタへの表示例を示す説明図
（その５）が図２６に示されている。

【０１１５】この例にあっては、表示範囲と色範囲との
関係を任意に変更可能としている。すなわち、同図
（ａ）の表示例にあっては、表示範囲７．５〜３２．５
を５段階の濃度乃至色に割り当てているのに対し、同図
（ｂ）に示される表示例にあってあ、表示範囲２０〜３
２．５を５段階の濃度乃至色範囲に割り当てている。

【０１１６】このような表示範囲の変更を行えば、計測
対象物体の凹凸性状に応じ、最適な表示画像を得ること
が可能となる。尚、この表示範囲の変更処理について
は、図示しないハンディタイプのコンソールユニットの
操作でオペレータが任意に行うことができる。

【０１１７】モニタへの表示例を示す説明図（その６）
が図２７に示されている。この例にあっては、画像モニ
タ３の表示画面３ａ上には、画面を４分割する形で、イ
メージモニタ２４、デジタルモニタ２５、トレンドモニ
タ２６並びにプロファイルモニタ２７に相当する画像が
それぞれ表示される。尚、以上説明した本発明の高さ分
布画像は、濃淡３ｄ画像２７に相当する。それら４つの
画像２４〜２７は、上下左右に互いに相関のとりやすい
ように、データの関連付け乃至位置合わせ整合が行われ
ている。その結果、オペレータはこの１枚の画面を見る
だけで、イメージモニタとデジタルモニタの比較、イメ
ージモニタとプロファイルモニタの比較、デジタルモニ
タとトレンドモニタとの比較、プロファイルモニタとト
レンドモニタとの比較等を通じ、計測対象物体の特徴並
びに出力信号と計測対象物体との関係等を任意にかつ容
易に把握することが可能となるのである。

【０１１８】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、対象物体上に投射された線状の投光ビーム光像
に沿った一連の高さを計測することを繰り返し行う場合
に、繰り返し計測を続行しつつ、得られた高さ値から順
に表示するので、計測実施者は表示を開示して間もなく
すれば意図した計測が正しく行われているのかどうかを
的確に判断することができ、計測条件を修正する必要が
あれば、繰り返し計測の途中であっても計測条件の修正
を行うことができ、その修正の結果もまた表示によって
すぐに確認できるので、計測装置としての使い勝手が格
段に向上するという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用された変位センサシステムの一例
を示す構成図（その１）である。

【図２】ヘッド部の内部構成を示す模式図である。

【図３】ヘッド部並びに信号処理部のハードウェア構成
図である。

【図４】演算部のハードウェア構成図である。

【図５】本発明に係る表示処理を示すフローチャート
（その１）である。

【図６】高さデータ取得処理の説明図（その１）であ
る。

【図７】モニタへの表示例を示す説明図（その１）であ
る。

【図８】本発明が適用された変位センサシステムの一例
を示す構成図（その２）である。

【図９】本発明に係る表示処理を示すフローチャート
（その２）である。

【図１０】高さデータ取得処理の説明図（その２）であ
る。

【図１１】モニタへの表示例を示す説明図（その２）で
ある。

【図１２】本発明が適用された変位センサシステムの一
例を示す構成図（その３）である。

【図１３】本発明に係る表示処理を示すフローチャート
（その３）である。

【図１４】高さデータ取得処理並びに表示処理を示す説
明図（その３）である。

【図１５】モニタへの表示例を時系列的に示す説明図
（その３）である。

【図１６】本発明が適用された変位センサシステムの一
例を示す構成図（その４）である。

【図１７】モニタへの表示例を示す説明図（その４）で
ある。

【図１８】本発明が適用された変位センサシステムの一
例を示す構成図（その５）である。

【図１９】クリッピング処理の説明図である。

【図２０】本発明が適用された変位センサシステムの一
例を示す構成図（その６）である。

【図２１】本発明が適用された変位センサシステムの一
例を示す構成図（その７）である。

【図２２】本発明が適用された変位センサシステムの一
例を示す構成図（その８）である。

【図２３】本発明が適用された変位センサシステムの構
成図（その９）である。

【図２４】本発明が適用された変位センサシステムの構
成図（その１０）である。

【図２５】本発明が適用された変位センサシステムの構
成図（その１１）である。

【図２６】モニタへの表示例を示す説明図（その５）で
ある。

【図２７】モニタへの表示例を示す説明図（その６）で
ある。

【符号の説明】

１ヘッド部２信号処理部３画像モニタ４画像処理装置５計測対象物体５ａ段部６高さ計測用の投光７高さ計測用の受光１０１スリット光源１０２投光用レンズ系１０３受光用レンズ系１０４二次元ＣＣＤＴＨ濃淡重心算出用しきい値Ｃ１水平線カーソルＣ２垂直線カーソル８特定の水平走査線上における高さ分布曲線９特定の時間軸上における高さ分布曲線１０高さ分布画像３ａ画像モニタの画面１１，１２，１３クリッピング領域１４計測レンジ１５表示レンジ１６，１７計測エラー領域２０ピークマーク１８円錐体２１光電スイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡田道俊京都市下京区塩小路通堀川東入南不動堂町 801番地オムロン株式会社内Ｆターム(参考） 2F065 AA04 AA24 AA53 BB05 DD00 DD06 FF02 FF04 FF09 GG06 HH05 HH12 JJ03 JJ08 JJ26 LL08 LL28 MM03 PP12 QQ01 QQ06 QQ24 QQ42 SS13 UU05 5B057 AA01 BA02 BA11 BA19 BA29 CA01 CA08 CA12 CA16 CB01 CB02 CB08 CB12 CE11 CE16 DA08 DA16 DA17 DB01 DB05 DB09 DC06 DC22

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】計測対象物体の表面に所定角度でライン
ビームを照射すると共に、その照射位置を含む領域を別
の角度から二次元撮像素子にて撮影することにより映像
信号を生成するヘッド部と、ヘッド部で生成された映像信号を処理することにより、
ラインビームの照射光像上の一連の点の高さに対応する
高さデータ列を取得する高さデータ列取得手段と、所定の変換規則にしたがって、高さデータを色データに
変換することにより、高さデータ列から色データ列を取
得する色データ列取得手段と、色データ列に対応する画素列直線を時系列的に隣接配置
してなる高さ分布画像を含む画像に相当する画像データ
若しくは映像信号を生成する画像化手段と、を具備することを特徴とする変位センサ。
【請求項２】生成された画像データ若しくは映像信号
に基づいて予定された高さ分布画像を映し出す画像モニ
タをさらに有する請求項１に記載の変位センサ。
【請求項３】生成された画像データ若しくは映像信号
に基づいて、所定の画像処理を行う画像処理装置をさら
に有する請求項１に記載の変位センサ。
【請求項４】所定の変換規則が、高さを濃度に変換す
るものである、請求項１〜３のいずれかに記載の変位セ
ンサ。
【請求項５】所定の変換規則が、高さを色彩に変換す
るものである、請求項１〜３のいずれかに記載の変位セ
ンサ。
【請求項６】所定の変換規則が、高さ範囲とそれに対
応する色範囲との関係が変更可能である、請求項１〜３
のいずれかに記載の変位センサ。
【請求項７】所定の変換規則が、所定の上限高さ以上
の高さ領域は規定の上限色に、および／または、所定の
下限高さ以下の高さ領域は規定の下限色にクリッピング
するものである、請求項１〜３のいずれかに記載の変位
センサ。
【請求項８】クリッピングすべき領域が変更可能であ
る、請求項７に記載の変位センサ。
【請求項９】画像データ又は映像信号に含まれる高さ
分布画像が、予め決められた一画面分の本数の画素列直
線が全て揃った状態に対応する、請求項１〜３のいずれ
かに記載の変位センサ。
【請求項１０】画像データ又は映像信号に含まれる高
さ分布画像が、予め決められた一画面分の本数の画素列
直線が揃う経過状態に対応する、請求項１〜３のいずれ
かに記載の変位センサ。
【請求項１１】画像化手段が、特定の水平走査線上に
おける高さ分布曲線、および／または、特定の時間軸上
における高さ分布曲線とを、それぞれ高さ分布画像の該
当する基準軸に沿ってさらに含む画像に相当する画像デ
ータ若しくは映像信号を生成するものである、請求項１
に記載の変位センサ。
【請求項１２】特定の水平走査線、および／または、
特定の時間軸が変更可能とされている、請求項１１に記
載の変位センサ。
【請求項１３】特定の水平走査線、および／または、
特定の時間軸が常にピーク又はボトム高さ位置を横切る
ように自動追従される、請求項１１に記載の変位セン
サ。
【請求項１４】ピーク又はボトム高さ位置の計測は高
さ分布画像の特定領域内にて行われる、請求項１３に記
載の変位センサ。
【請求項１５】ピーク高さ位置を計測するための特定
領域が変更可能である、請求項１４に記載の変位セン
サ。
【請求項１６】画像化手段が、経過時間又は計測回数
により表示位置が時間軸方向へとシフトされる高さ分布
画像を含む画像に相当する画像データ又は映像信号を生
成するものである、請求項１〜３のいずれかに記載の変
位センサ。
【請求項１７】画像化手段が、表示範囲が常に一定と
なるように自動修正された高さ分布画像を含む画像に相
当する画像データ又は映像信号を生成するものである、
請求項１又は３に記載の変位センサ。
【請求項１８】画像化手段が、ピーク又はボトム高さ
位置表示を有する高さ分布画像を含む画像に相当する画
像データ又は映像信号を生成するものである、請求項１
〜３のいずれかに記載の変位センサ。
【請求項１９】画像化手段が、トリガ入力により規定
された時間範囲の高さ分布画像を含む画像に相当する画
像データ又は映像信号を生成するものてある、請求項１
〜３のいずれかに記載の変位センサ。