JP2010107351A - Processing tool or apparatus for measuring shape of to-be-processed object - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、加工機械の機内において、カメラを用いた画像認識により、加工用工具または加工対象物の形状を測定する形状測定装置に関する。 The present invention relates to a shape measuring apparatus that measures the shape of a processing tool or a processing object by image recognition using a camera in a processing machine.
工作機械等の加工機械では、加工用工具や、加工対象物の形状を自動認識することで、工具の選択ミスによる加工不具合の防止や、操作ミスによる機械衝突を避ける機能が開発され、実用化され始めている。 In machine tools such as machine tools, functions to prevent machining failures due to tool selection mistakes and avoid machine collisions due to operation mistakes have been developed and put into practical use by automatically recognizing the shape of machining tools and workpieces. Being started.
加工後の形状を高精度に測定する用途を除き、ＣＣＤカメラを使用して対象物の撮影し、画像処理により、輪郭抽出やパターンマッチング等をおこなって、対象物を測定するのが一般的であり、マシニングセンタのマガジン上の工具形状を認識する装置（例えば特許文献１）や、旋盤でチャッキングした加工対象物の形状を測定する装置（例えば特許文献２）などが知られている。 Except for the purpose of measuring the shape after processing with high accuracy, it is common to photograph the object using a CCD camera and measure the object by performing contour extraction, pattern matching, etc. by image processing. There are known an apparatus for recognizing a tool shape on a magazine of a machining center (for example, Patent Document 1), an apparatus for measuring a shape of a workpiece to be chucked with a lathe (for example, Patent Document 2), and the like.
工作機械の加工室内に画像認識用カメラを設置しようとすると、加工終了後であっても加工室内にはオイルミストや粉塵等の浮遊が多く、カメラレンズまたは、カメラを格納した防水ボックスの頻繁な清掃が必要になる。このため、対象物の撮影場所は、加工室と板金で隔てられた工具マガジンを備えた工具格納エリア内や、横型マシニングセンタのパレットチェンジャーを介した加工準備エリア内で行う方が有利である。 When trying to install an image recognition camera in the processing room of a machine tool, there is a lot of floating oil mist or dust in the processing room even after the processing is completed. Cleaning is necessary. For this reason, it is advantageous that the object is photographed in a tool storage area provided with a tool magazine separated from the processing chamber by sheet metal or in a processing preparation area via a pallet changer of a horizontal machining center.
加工室内に比べて、上記の様なエリアはスペースが狭く、一般に測定物と撮影用カメラとの距離が余裕を持って確保できない。図５に、このような場合の従来の測定装置におけるカメラ配置例を示し、その構成を簡単に説明する。 Compared to the processing chamber, the area as described above is narrow, and generally the distance between the object to be measured and the photographing camera cannot be secured with a margin. FIG. 5 shows an example of camera arrangement in a conventional measuring apparatus in such a case, and its configuration will be briefly described.
この従来例は、マガジンに格納された測定対象４（この例では切削工具）を、３台のカメラ１１〜１３を用いて撮影している。ここで、カメラ台数を３台にしているのは、分解能がＶＧＡ規格（６４０×４００画素）の安価なネットワークカメラを使用するためである。すなわち、長尺なドリルまでを撮影しようとすると、６４０×４００の画素数の場合、工具の長さ方向の分解能が６４０では不足する場合があるためである。
In this conventional example, a measurement object 4 (a cutting tool in this example) stored in a magazine is photographed using three
ここでネットワークカメラを使用しているのは、工作機械のようにインバータ装置を多用するノイズの多い環境で、カメラから、画像処理装置までの比較的長距離（例えば１０ｍを越える）の信号伝達を安定して行うためである。ネットワークカメラとして現時点で安価に手に入るカメラの撮像素子の画素分解能はＶＧＡ規格レベルである。 The network camera is used here in a noisy environment where a large number of inverter devices are used, such as machine tools, to transmit signals over a relatively long distance (for example, over 10 m) from the camera to the image processing device. This is to perform stably. The pixel resolution of the image sensor of a camera that can be obtained at low cost as a network camera at this time is at the VGA standard level.
３個のカメラの撮影画像は、カメラ１が測定対象４の上部側、カメラ２が中部、カメラ３が下部側になるように、３組の画像が縦長に繋ぎ合わされた後、画像処理にかけられる。ここでは、測定対象物として工具をあげたが、測定対象を加工対象物とすると、一般にさらにサイズが大きくなるため、より多くのカメラ数が必要となる。
The captured images of the three cameras are subjected to image processing after the three sets of images are joined together vertically so that the
図５の従来装置例は、画像処理として１つの画像から輪郭線抽出または、シルエット法で、測定物の計測を行う例であるが、２つ以上のカメラを用いて、ステレオ法で、３次元形状を測定する例を図６に示す。測定対象に対して、正面画像を撮影するカメラ１２と、撮影角度がそれぞれ左右にθ３，θ４となるカメラ１１，カメラ１３を使用して、３つの画像を取得し、ステレオ法による画像解析を行って、測定物の形状を測定する。
The example of the conventional apparatus shown in FIG. 5 is an example of measuring an object to be measured by extracting a contour line from one image or silhouette method as image processing, but using two or more cameras and three-dimensionally by a stereo method. An example of measuring the shape is shown in FIG. Using the
従来の形状測定装置では、複数カメラを用いるため、カメラ自身のコストもかかるが、設置場所の環境から、カメラ毎に、防水防塵対策が必要なため、カメラ数増加にともなうシステム価格の上昇はさらに顕著になる。また、複数設置されたカメラの光軸を、常に加工振動でずれないように独立して管理調整する事が煩雑になるという課題があった。 The conventional shape measuring device uses multiple cameras, so the cost of the camera itself is also high, but because of the environment of the installation location, waterproof and dustproof measures are required for each camera, so the increase in system price as the number of cameras increases further Become prominent. In addition, there is a problem that it is complicated to independently manage and adjust the optical axes of a plurality of installed cameras so that the optical axes are not always shifted by processing vibration.
また、広角レンズを用いて１つのカメラで撮影するよう構成した場合でも、レンズ周辺でとらえる測定物の１画素あたりの撮影範囲が広がるため、所定の検出位置分解能を得るために画素数は増加し、入手可能な最高画素数のカメラでも十分な測定分解能が得られない場合があるとの課題がある。また、高分解能が必要な用途では、カメラと測定対象物を、例えば直交直行する２方向に移動可能として、カメラと測定対象物との相対位置を変化させながら測定対象物を撮影することも考えられる必要があり、このような構成は、駆動系の追加により、さらにシステムコストが上昇する課題がある。 Even when a wide-angle lens is used to shoot with a single camera, the photographic area per pixel of the measurement object captured around the lens is widened, so the number of pixels increases to obtain a predetermined detection position resolution. However, there is a problem that a sufficient measurement resolution may not be obtained even with a camera having the maximum number of pixels available. In applications that require high resolution, the camera and measurement object can be moved in, for example, two orthogonal directions, and the measurement object can be photographed while changing the relative position of the camera and measurement object. Such a configuration has a problem that the system cost further increases due to the addition of the drive system.
本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたものであり、請求項１を適用した測定装置は、カメラで撮影した画像を解析し、測定対象である加工用工具または加工対象物または加工対象物保持装置の形状を計測する形状測定装置において、前記カメラ内の撮像素子は、当該撮像素子の一辺に沿って２以上のエリアに区分されており、前記形状測定装置は、区分された前記エリア毎に、前記測定対象の撮影範囲を、前記カメラと前記測定対象とを相対移動させる第１の方向とは垂直な成分を含む方向にずらすための光学系と、前記カメラと前記測定対象とを、前記第１の方向に相対移動させる相対移動手段と、前記カメラと前記測定対象とを前記相対移動手段により相対移動させながら前記撮像素子に撮像を行わせ、各撮像時点での前記各エリアの撮像画像を合成する合成手段と、を備えることにより、測定対象の撮像画像の分解能を向上させるよう構成する。 The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and the measuring device to which the first aspect is applied analyzes an image photographed by a camera, and a machining tool or a workpiece to be measured or In the shape measuring device for measuring the shape of the workpiece holding device, the image sensor in the camera is divided into two or more areas along one side of the image sensor, and the shape measuring device is divided. For each area, an optical system for shifting the imaging range of the measurement object in a direction including a component perpendicular to a first direction in which the camera and the measurement object are relatively moved, the camera, and the measurement object Are moved relative to each other in the first direction, and the image sensor is caused to take an image while the camera and the measurement object are moved relative to each other by the relative movement unit. Synthesizing means for synthesizing the captured image of each area, by providing, constituting as to improve the resolution of the captured image of the measuring object.
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、上記光学系は、前記カメラの前面に配置したミラーを有し、前記ミラーは、前記撮像素子の前記各エリアに対応する反射面毎に、前記各エリアの撮像範囲が、前記カメラと前記測定対象とが相対移動する前記第１の方向と垂直な方向に異なるよう変化させた多段傾斜ミラーである、ことを特徴とする。なお、１つの好適な態様では、カメラと多段傾斜ミラーは、防塵ケース内に一体に組み付けたのち、測定場所に取り付けてもよい。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the optical system includes a mirror disposed on a front surface of the camera, and the mirror is provided for each reflection surface corresponding to each area of the image sensor. In addition, the imaging range of each area is a multi-stage tilt mirror that is changed so as to be different in a direction perpendicular to the first direction in which the camera and the measurement object move relative to each other. In one preferred embodiment, the camera and the multi-stage tilt mirror may be assembled in a dustproof case and then attached to the measurement location.
請求項３を適用した測定装置は、カメラで撮影した画像を解析し、測定対象である加工用工具または加工対象物または加工対象物保持装置の形状を計測する形状計測装置において、前記カメラ内の撮像素子は、当該撮像素子の一辺に沿って２以上のエリアに区分されており、前記形状計測装置は、区分された前記エリア毎に、前記測定対象の撮影範囲を、前記カメラと前記測定対象とを相対移動させる第１の方向に沿ってずらすための光学系と、前記カメラと前記測定対象とを、前記第１の方向に相対移動させる相対移動手段と、前記カメラと前記測定対象とを前記相対移動手段により相対移動させながら前記撮像素子に撮像を行わせ、異なる撮像時点での前記各エリアの撮像画像を用いてステレオ法により前記測定対象の三次元形状を求める形状計算手段と、を備える。 A measuring device to which claim 3 is applied is a shape measuring device that analyzes an image captured by a camera and measures the shape of a processing tool or a processing target or a processing target holding device that is a measurement target. The image sensor is divided into two or more areas along one side of the image sensor, and the shape measuring device sets the photographing range of the measurement object for each of the divided areas, the camera and the measurement object. An optical system for moving the camera and the measurement object relative to each other, relative movement means for moving the camera and the measurement object in the first direction, and the camera and the measurement object. The image sensor is caused to take an image while being relatively moved by the relative moving means, and the three-dimensional shape of the measurement object is obtained by a stereo method using the picked-up images of the respective areas at different times of image pickup. Comprising a shape calculating means.
請求項４に係る発明は、請求項３に係る発明において、上記光学系は、前記カメラの前面に配置したミラーを有し、前記ミラーは、前記撮像素子の前記各エリアに対応する反射面毎に、前記各エリアの撮像範囲が、前記カメラと前記測定物とが相対移動する前記第１の方向に沿って異なるよう変化させた多面体ミラーである、ことを特徴とする。なお、１つの好適な態様では、カメラと多段傾斜ミラーは、防塵ケース内に一体に組み付けたのち、測定場所に取り付けてもよい。 The invention according to a fourth aspect is the invention according to the third aspect, wherein the optical system includes a mirror disposed on a front surface of the camera, and the mirror is provided for each reflection surface corresponding to each area of the image sensor. In addition, the imaging range of each area is a polyhedral mirror that is changed so as to be different along the first direction in which the camera and the measurement object move relative to each other. In one preferred embodiment, the camera and the multi-stage tilt mirror may be assembled in a dustproof case and then attached to the measurement location.
請求項１に係る発明を適用した測定装置では、撮像素子の一辺の画素数に対して、エリア分割数に応じた倍数の画素数を、測定対象の相対移動方向に直交する方向についての位置分解能として使用できるため、従来、複数台使用していたカメラを１台ですませることができ、コストを抑えることができる。また、切削振動等でカメラの光軸がずれてもカメラの台数が少なく取り付け調整箇所が減ることで、メンテナンスが容易になる。
In the measurement device to which the invention according to
請求項２に係る発明を適用した測定装置では、多段傾斜ミラーを標準的なネットワークカメラの直前に置くため、カメラとミラーを小型の防塵ケース内に一体固定して格納でき、機械への取り付けが、容易になるとともに、オイルミストや粉塵等の汚れが付着しても、防塵ケースの窓を清掃するだけで済むため、メンテナンスが容易となる。また、カメラの光軸がミラーによりほぼ９０°曲げられるため、測定物とカメラの距離が短い場合にも、カメラ長手方向を測定物と平行にできるため、カメラ配置が容易となる。請求項１に係る発明だけなら、プリズムを用いた装置や、機内の複数箇所にミラーを分散配置した装置も想定されるが、これらの装置では、小型の防塵ケースに光学系を全ておさめるのが難しい。また、カメラのレンズ表面に複数のプリズムを一体整形することも可能であるが、この場合は、レンズの研磨が極めて困難である。請求項２に係る発明は、このような点を改善する。
In the measuring apparatus to which the invention according to
請求項３を適用した測定装置は、測定物とカメラを相対移動することにより、複数の相対位置で撮像を行うことで、１つのカメラで同一測定物の、異なる撮影方向の画像がえられる。それら異なる時点の各エリアの撮影画像のうち、測定対象の同一位置（或いは範囲）をそれら異なる撮影方向から撮影した画像同士を組み合わせることで、ステレオ法により、測定対象の三次元形状を求めることができる。また、測定対象がマガジン上の加工工具のように、異なる加工物が連続的に相対移動する場合には、平行して複数ワークの撮像を進めることができるため、カメラ数を減らしたことによる、測定物の測定時間増加を抑制することができる。 The measurement apparatus to which the third aspect is applied can capture images at a plurality of relative positions by moving the measurement object and the camera relative to each other, thereby obtaining images of the same measurement object in different shooting directions with a single camera. Among the captured images of each area at different points in time, the three-dimensional shape of the measurement object can be obtained by a stereo method by combining images obtained by capturing the same position (or range) of the measurement object from these different shooting directions. it can. In addition, when different workpieces are continuously moved relative to each other like a processing tool on a magazine, it is possible to advance imaging of a plurality of workpieces in parallel, thereby reducing the number of cameras. An increase in measurement time of the measurement object can be suppressed.
請求項４を適用した測定装置では、多面体ミラーを標準的なネットワークカメラの直前に置くため、請求項２の場合と同様、小型化等の効果が得られる。 In the measuring apparatus to which the fourth aspect is applied, since the polyhedral mirror is placed immediately in front of the standard network camera, the effect of downsizing can be obtained as in the case of the second aspect.
請求項１ならびに請求項２に係る発明の実施形態の一例を図１に示す。カメラ１内の撮像素子２は、当該素子２の一辺（図示例ではＸ軸方向すなわち測定対象の移動方向、に平行な辺）に沿ってエリアＡ、エリアＢ，エリアＣの３つに区分され、それぞれのエリアが測定対象の異なる範囲を撮影するように設計されている。エリアＡ，Ｂ，Ｃは、図に示したＸ軸方向に並んでいる。撮像素子２は例えばＶＧＡ規格の解像度（画素数）であり、エリアＡ，Ｂ，Ｃは、それぞれ、例えば１３３×６４０画素の画素数を有する。カメラ１の前には多段傾斜ミラー３が設置されており、撮像素子２の中央のエリアＢに入射する光の光軸は、多段傾斜ミラー３の中央のθＢの角度を有する反射面で４５°曲げられており、測定対象の中央付近を撮影するように構成されている。
An example of an embodiment of the invention according to
一方、エリアＡに入射する光の光軸は、多段傾斜ミラー３の傾斜角θＡの反射面で曲げられており、測定物移動方向のＸ軸と直行するＺ軸の＋方向にθ１の角度を持って撮影が行われるように構成されている。エリアＣは、多段傾斜ミラー３のθＣの角度の反射面を使用してＺ軸の−方向にθ２の角度を持って撮影が行われるように構成されている。 On the other hand, the optical axis of the light incident on the area A is bent by the reflecting surface having the inclination angle θA of the multi-stage tilting mirror 3, and the angle θ1 is set to the + direction of the Z axis perpendicular to the X axis in the moving direction of the measurement object. It is configured so that it can be taken. Area C is configured such that photographing is performed with the angle θ2 in the negative direction of the Z axis using the reflective surface with the angle θC of the multistage tilt mirror 3.
ここに多段傾斜ミラーの傾斜角θＡ、θＢ，θＣは、θＡ＝４５°＋θ１／２
θＢ＝４５°、θＣ＝４５°−θ２／２になるように構成されている。
Here, the tilt angles θA, θB, and θC of the multi-stage tilt mirror are θA = 45 ° + θ1 / 2.
θB = 45 ° and θC = 45 ° −θ2 / 2.
多段傾斜ミラー３の各反射面の法線方向がＸ軸方向に対して垂直である場合、各エリアＡ，Ｂ，Ｃが同じ撮影時点で撮像する範囲は、Ｘ軸方向について、各エリアの幅に応じた分だけ、ずれたものとなる。しかし、図示しない相対移動手段により、カメラ１と測定対象４とをＸ軸方向に相対移動させながら、撮影時点ごとに撮像素子２に撮影を行わせることで、各エリアの異なる撮影時点の撮像画像の中から、Ｘ軸方向位置が一致するものを求めることができる。したがって、図示省略した画像合成手段により、それら各撮影時点での各エリアの撮像画像を、各エリアの撮像範囲のＺ軸方向の位置と、各撮影時点でのそれら各エリアの撮像範囲のＸ軸方向の位置と、に応じてタイルの敷き詰め（もちろん、各撮像画像を重複させつつ敷き詰めても良い）の如くに合成することで、Ｚ軸方向については撮像素子２のＹ方向についての長さ（すなわち画素数）よりも大きく、Ｘ軸方向については各エリアＡ，Ｂ，Ｃの幅よりも大きい範囲の画像を合成することができる。
When the normal direction of each reflecting surface of the multi-stage tilt mirror 3 is perpendicular to the X-axis direction, each area A, B, and C is imaged at the same shooting time point with respect to the X-axis direction. It will be shifted by the amount corresponding to. However, the relative movement means (not shown) moves the
ここで、各エリアの撮像範囲のＺ軸方向についての位置は、多段傾斜ミラー３の各反射面の基準方向（例えばＹ軸方向）に対する角度と、ミラー３・測定対象４間の距離と、に基づき求めることができる。また、各撮影時点でのそれら各エリアの撮像範囲のＸ軸方向の位置は、撮像素子２の各エリアＡ，Ｂ，Ｃの撮像範囲のＸ軸方向についての初期位置、各撮影時点の時刻、カメラ１と測定対象４との相対移動の速度、等に基づき求めることができる。
Here, the position in the Z-axis direction of the imaging range of each area is determined by the angle of each reflecting surface of the multi-stage tilt mirror 3 with respect to the reference direction (for example, the Y-axis direction) and the distance between the mirror 3 and the
なお、上述の相対移動手段としては、従来公知のものを用いればよい。相対移動手段は、例えば、カメラ１をＸ軸方向に移動させる（この場合測定対象４は固定）ものであっても良いし、測定対象４をＸ軸方向に移動させる（この場合カメラ１は固定）ものであってもよい。
In addition, a conventionally well-known thing should just be used as the above-mentioned relative movement means. The relative movement means may be, for example, one that moves the
また、上述の画像合成手段は、例えば各撮影時点での各エリアＡ，Ｂ，Ｃの撮像画像を、画像メモリ上の、それぞれその時点での当該エリアの撮像範囲に対応するＸ及びＺ方向位置に書き込むようなもので良い。このような処理を実現するハードウエア及びソフトウエアは従来より知られており、画像合成手段としてはこのような従来の手段を用いることができる。 Further, the above-described image compositing means, for example, captures the captured images of the areas A, B, and C at each photographing time position in the X and Z directions corresponding to the photographing range of the area at that time on the image memory. Something like writing on. Hardware and software for realizing such processing are conventionally known, and such conventional means can be used as the image composition means.
撮像素子で得られた各エリアＡ，Ｂ，Ｃの画像は、Ｚ方向の座標順に合成されるとともに、測定物をＸ軸方向に逐次相対移動させる毎に、Ｘ軸方向について位置の異なる画像と合成されて、測定対象４全体の画像として１枚に合成される。合成された画像が、画像処理にかけられる。普及価格帯のＶＧＡ分解能のネットワークカメラを使用した例では、撮像素子２を３つのエリアに分割することで、Ｚ軸方向について６４０素子を３カ所割り当てることができ、各エリアの撮影領域同士を２０％オーバーラップ（重複）させても、Ｚ軸方向について１６６４素子を使用して撮影できるため、ＵＸＧＡ規格のカメラを超える分解能での撮影が可能となる。
The images of the areas A, B, and C obtained by the imaging device are combined in the order of the coordinates in the Z direction, and each time the measurement object is sequentially moved relative to the X axis direction, The combined images are combined into one image as the
また、図示例では、多段傾斜ミラー３は、撮影角度をエリアＡ，Ｂ，Ｃごとに異ならせると共に、各エリアＡ，Ｂ，Ｃに入射する光の光軸をほぼ９０°曲げている。このために、一般に光軸と平行な方向が長くなるカメラ１を、測定対象４の長手方向と平行に配置することができ、測定対象４とカメラ１との距離が制約された機内計測においても、カメラ設置場所の確保が容易になる効果を合わせ持っている。
Further, in the illustrated example, the multi-stage tilt mirror 3 varies the photographing angle for each of the areas A, B, and C, and bends the optical axis of the light incident on each area A, B, and C by approximately 90 °. For this reason, the
図１の例では、撮像素子２を３分割したが、３分割に限らず、２分割以上に分割すれば、上述のＺ軸方向についての撮影範囲の増大（言い換えれば分解能の増大）効果を得ることができる。
In the example of FIG. 1, the
また、多段傾斜ミラー３の各反射面のうち、両端の反射面を微少量だけ中央側に向けて、各エリアＡ，Ｂ，Ｃが同時点で同じＸ方向位置の撮像範囲を撮像するようにしてもよい。 Further, among the reflecting surfaces of the multi-stage tilt mirror 3, the reflecting surfaces at both ends are directed to the center side by a minute amount so that the areas A, B, and C are simultaneously imaged within the same X direction position. May be.
また、上述の例では、各エリアの同一時点での撮像範囲をＺ軸方向（すなわち撮影面上で上記相対移動の方向に垂直な方向）にずらせたが、このずらし方向はＺ軸方向そのものに限られるものではなく、Ｚ軸方向の成分を含んだ方向であればよい。 In the above example, the imaging range at the same time in each area is shifted in the Z-axis direction (that is, the direction perpendicular to the direction of relative movement on the imaging surface), but this shifting direction is the Z-axis direction itself. The direction is not limited, and any direction including a component in the Z-axis direction may be used.
次に、別の例として、請求項３ならびに請求項４に対応する実施形態の一例を図２に示す。カメラ１内の撮像素子２は、エリアＡ、エリアＢ，エリアＣに区分され、それぞれのエリアが測定対象の異なる範囲を撮影するように設計されている。カメラ１の前には多面体ミラー５が設置されており、撮像素子２の中央のエリアＢに入射する光の光軸は、多面体ミラー５の中央の反射面で９０°曲げられて水平方向に向けられる。これによりエリアＢは、測定対象の範囲の中央にある工具７を撮影するように構成されている。図２の紙面が水平面であり、カメラ１の撮像面は紙面に対して平行（すなわち撮像方向が紙面に垂直）となっている。
Next, as another example, an example of an embodiment corresponding to claim 3 and
一方、エリアＡに入射する光の光軸は、多面体ミラー５の工具８側の反射面により、水平方向に９０°曲げられ水平方向に向けられると同時に、水平面内でθ３だけ曲げられる。これによりエリアＡは、回転して工具８を撮影するように構成されている。また、エリアＣに入射する光軸は、工具１側の反射面で９０°曲げられて水平方向に向けられると同時に、水平面内でθ４だけ曲げられる。これによりエリアＣは、工具６を撮影するように構成されている。
On the other hand, the optical axis of the light incident on the area A is bent by 90 ° in the horizontal direction and directed in the horizontal direction by the reflecting surface of the
ここに、多面体ミラー５は、３つの反射面を含む断面が台形となった形状をしており、右側の反射面と中央の反射面の法線同士は２面間の角度が、θ４／２の角度をなし、左側の反射面と中央の反射面の法線同士はθ３／２の角度をなすように形成されている。多面体ミラー５全体は、カメラ１の前面に４５°傾斜して配置されており、これにより各反射面についての入射光軸が水平方向に向けられるようになっている。また、カメラ１と多面体ミラー５は、防塵ケース内に一体で固定された上で、機械の測定エリアに設置される。
Here, the
撮像素子の各エリアには、エリアＡに工具８、エリアＢに工具７，エリアＣに工具６が同時に撮影されるが、測定対象（工具６，７，及び８）をカメラ１に対し、図示の測定物移動方向に相対移動させながら撮影を行うと、図３のように、工具６に着目した場合、時系列で工具６が右から左に移動する間に、ｔ＝Ｔ０においてエリアＡにθ３の角度から撮影した工具６の画像が、ｔ＝Ｔ１においてエリアＢに正面から撮影した工具６の画像が、ｔ＝Ｔ２においてエリアＣにθ４の角度から撮影した工具６の画像が得られることになる。したがって、時系列で得られた各エリアの画像を組み合わせることにより、ステレオ法等の手法を用いて工具６の例えば三次元形状の測定を実施することができる。
In each area of the image sensor, the
なお、撮像素子２を分割したことによる画像の短軸方向（すなわち図２，３に示す想定物移動方向に対応する方向）についての分解能減少は、上述の請求項１に係る発明の実施形態の例と同様に、測定対象の相対移動による撮影領域の変化を利用して、時系列の画像を合成することにより補うことができる。
Note that the resolution reduction in the short axis direction of the image (that is, the direction corresponding to the assumed object movement direction shown in FIGS. 2 and 3) due to the division of the
図４は、請求項１から４に係る発明を同時に適用した計測装置の実施例であり、撮像素子２を６つのエリアに分割している。また、この例の多面体ミラー９は、６つの反射面から構成されている。これら６つの反射面は、隣接する２面ずつがペアになっている。中央のペアは、図２の例の多面体ミラー５の中央の反射面に対応しており、測定対象からの光を水平方向からカメラ１に入射する約９０度曲げるが、測定物移動方向には曲げない。ただし、中央のペアを構成する各反射面は、撮影範囲を図１の例と同様にＺ軸方向（図４では紙面に垂直な方向）にずらすべく角度が異なっている。中央のペアのうちの図中右側の反射面で反射された光は、撮像素子２のエリアＣに入射し、同様にそのペアの図中左側の反射面で反射された光は、撮像素子２のエリアＤに入射する。エリアＣとエリアＤとは、Ｚ軸方向について異なる高さ（位置）の画像を撮像する。同様に、６つの反射面のうちの右側のペアは、エリアＥ及びＦに対応しており、これらエリアＥ，ＦはＺ軸方向について異なる高さの画像を撮像するように傾斜している。また、同様に左側のペアは、エリアＡ及びＢに対応しており、これらエリアＡ，ＢはＺ軸方向について異なる高さの画像を撮像するように傾斜している。なお、各ペアの各反射面は、例えばエリアＡ，Ｃ，及びＥが同じＺ軸方向位置を撮像し、エリアＢ，Ｄ，及びＦが同じＺ軸方向位置（ただしＡ，Ｃ及びＥとは異なる）を撮像するように角度が設定されている。
FIG. 4 shows an embodiment of a measuring apparatus to which the inventions according to
このように、多面体ミラー９は、多面体ミラー５の各面をそれぞれ２分割し、水平方向の傾斜角を、図１の例の多段傾斜ミラー３と同様に変化させたものということができる。この実施例では、測定物の長手方向（Ｚ軸方向）の分解能向上を行うと同時に、ステレオ法を単一カメラで行うことができる。
Thus, it can be said that the polyhedral mirror 9 is obtained by dividing each surface of the
図７は、請求項１ならびに請求項２に係る発明の実施形態の別の一例を示す図であり、マシニングセンタの回転テーブル２２上に乗ったイケール２１に取り付けられている測定対象４を測定する例を示している。この例では、測定対象４が加工対象物及び加工対象物保持装置であるため、加工工具と比較して広い面積を撮影するために、１９２０×１０８０画素を持つフルハイビジョン用の撮像素子２を使用しており、同素子２を測定対象４の上部であるＹ軸方向についての＋側を撮影するエリアＡと、下部であるＹ軸方向についての−側を撮影するエリアＡに２分割している。そして、２つの反射面を持つ多段傾斜ミラー３を使用して、エリアＡ，Ｂそれぞれの撮影範囲が、測定対象４の上部及び下部という各々の目的の範囲となるように構成されている。
FIG. 7 is a diagram showing another example of the embodiment of the invention according to
この例では、回転テーブル２２を回転させつつ測定対象４の撮像を行い、各撮像時点での各エリアの撮像画像を組み合わせることで、大きな撮像範囲の画像を得る。この場合、カメラ１と測定対象４との相対移動は、回転テーブル２２による測定対象４の回転により実現されている。この場合でも、多段傾斜ミラー３により各エリアの撮像範囲をずらす方向は、カメラ１と測定対象４との相対移動の方向、すなわち回転の方向に対して垂直な成分を含んでいる。
In this example, the
１ カメラ、２ 撮像素子、３ 多段傾斜ミラー、４ 測定対象、５ 多面体ミラー、６，７，８ 工具、９ 多面体ミラー、１０ 防塵ケース。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記カメラ内の撮像素子は、当該撮像素子の一辺に沿って２以上のエリアに区分されており、
前記形状測定装置は、
区分された前記エリア毎に、前記測定対象の撮影範囲を、前記カメラと前記測定対象とを相対移動させる第１の方向とは垂直な成分を含む方向にずらすための光学系と、
前記カメラと前記測定対象とを、前記第１の方向に相対移動させる相対移動手段と、
前記カメラと前記測定対象とを前記相対移動手段により相対移動させながら前記撮像素子に撮像を行わせ、各撮像時点での前記各エリアの撮像画像を合成する合成手段と、
を備えることにより、測定対象の撮像画像の分解能を向上させるよう構成した形状測定装置。 In the shape measuring device that analyzes the image taken with the camera and measures the shape of the processing tool or the processing target or processing target holding device that is the measurement target,
The image sensor in the camera is divided into two or more areas along one side of the image sensor,
The shape measuring device is
An optical system for shifting the imaging range of the measurement object for each of the divided areas in a direction including a component perpendicular to a first direction in which the camera and the measurement object are relatively moved;
Relative movement means for relatively moving the camera and the measurement object in the first direction;
Synthesizing means for causing the imaging device to perform imaging while relatively moving the camera and the measurement object by the relative movement means, and synthesizing the captured images of the areas at the time of each imaging;
A shape measuring device configured to improve the resolution of a captured image to be measured.
前記カメラ内の撮像素子は、当該撮像素子の一辺に沿って２以上のエリアに区分されており、
前記形状計測装置は、
区分された前記エリア毎に、前記測定対象の撮影範囲を、前記カメラと前記測定対象とを相対移動させる第１の方向に沿ってずらすための光学系と、
前記カメラと前記測定対象とを、前記第１の方向に相対移動させる相対移動手段と、
前記カメラと前記測定対象とを前記相対移動手段により相対移動させながら前記撮像素子に撮像を行わせ、異なる撮像時点での前記各エリアの撮像画像を用いてステレオ法により前記測定対象の三次元形状を求める形状計算手段と、
を備える形状測定装置。 In the shape measuring device that analyzes the image taken by the camera and measures the shape of the processing tool or the processing target or processing target holding device that is the measurement target,
The image sensor in the camera is divided into two or more areas along one side of the image sensor,
The shape measuring device is
An optical system for shifting the imaging range of the measurement object for each of the divided areas along a first direction in which the camera and the measurement object are relatively moved;
Relative movement means for relatively moving the camera and the measurement object in the first direction;
The camera and the measurement object are moved relative to each other by the relative movement means, and the imaging device performs imaging, and the three-dimensional shape of the measurement object is obtained by a stereo method using captured images of the areas at different imaging points. Shape calculation means for obtaining
A shape measuring device comprising:
4. The apparatus according to claim 3, wherein the optical system includes a mirror disposed on a front surface of the camera, and the mirror is provided for each reflection surface corresponding to each area of the image sensor. The shape measuring device is characterized in that the imaging range is a polyhedral mirror that is changed so as to be different along the first direction in which the camera and the measurement object move relative to each other.
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