JP2018059768A - Arithmetic processing device, shape measurement device, arithmetic processing method, and shape measurement method and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、演算処理装置、形状測定装置、演算処理方法、形状測定方法及びプログラムに関する。 The present invention relates to an arithmetic processing device, a shape measuring device, an arithmetic processing method, a shape measuring method, and a program.
各種物体の表面形状や断面プロフィールの測定方法として、各種物体の表面に照射された線状光を撮像することで得られる光切断像を利用する、いわゆる光切断法が多く用いられている。 As a method for measuring the surface shape and cross-sectional profile of various objects, a so-called light cutting method using a light section image obtained by imaging linear light irradiated on the surface of various objects is often used.
例えば以下の特許文献１では、軌条（レール）の表面に対し軌条の長軸方向に直交するように線状レーザ光を照射した上で、ＣＭＯＳカメラやＣＣＤカメラのようなエリアカメラにより線状レーザ光が照射されている領域を撮像し、かかるエリアカメラによって生成された光切断像から軌条の断面プロフィールを得る、光切断法による断面プロフィールの測定方法が提案されている。かかる特許文献１に提案されている技術では、線状レーザ光の光源とエリアカメラとが一体となった校正済みの２次元変位計により、測定が行われている。
For example, in
また、以下の特許文献２及び特許文献３では、カメラの撮像面上に写る光切断像の輝度分布に基づいて、光切断像の撮像面上での画素位置を表す光切断線を抽出した上で、カメラレンズから物体表面までの離隔距離及び線状レーザ光とカメラとのなす角度を変換パラメータとする射影変換によって、物体の断面プロフィールを復元する方法が提案されている。かかる方法においては、復元によって得られた断面プロフィールが、着目している物体の真の断面プロフィールと適合しているほど、より精度の良い測定がなされたこととなる。
In
上記の復元のための変換パラメータ（以下、「復元パラメータ」ともいう。）は、線状レーザ光源及びカメラの配置で決まるために、その概略値は既知である一方で、かかる復元パラメータは、形状（断面）プロフィールの復元精度に大きく影響を与える。そのため、復元で得られる形状（断面）プロフィールが、校正で得られる真の形状（断面）プロフィール（以下、「校正プロフィール」ともいう。）とよく適合するように、復元パラメータの値をより正確に決定することが重要となる。 The above-described conversion parameter for restoration (hereinafter also referred to as “restoration parameter”) is determined by the arrangement of the linear laser light source and the camera, and thus its approximate value is known. (Cross section) This greatly affects the profile restoration accuracy. For this reason, the value of the restoration parameter is more accurately set so that the shape (cross-section) profile obtained by restoration is well matched with the true shape (section) profile obtained by calibration (hereinafter also referred to as “calibration profile”). It is important to decide.
ここで、校正プロフィール及び光切断線はそれぞれ連続的に分布しているため、それぞれの線上のどの点が互いに対応しているかという対応関係を直接的に特定することは、極めて困難である。そこで、以下の特許文献４では、断面プロフィールが複数の直線部から構成される校正試験片を用い、直線部の端点を対応点として取り扱うことが提案されている。その上で、かかる特許文献４で開示されている技術では、光切断線上の対応点を射影変換して得られる対応点について、対応点の間を結ぶ線分の長さが、校正プロフィール上の対応点の間を結ぶ線分の長さと等しくなるように復元パラメータを求める方法が提案されている。
Here, since the calibration profile and the optical section line are continuously distributed, it is extremely difficult to directly specify the correspondence relationship of which points on each line correspond to each other. Therefore, in the following
しかしながら、上記特許文献４に開示されている技術では、「射影変換においては複比が不変である」という関係を積極的に利用するために、特定形状を有する柱体の校正用ターゲットを用いる必要がある。加えて、上記特許文献４では、復元パラメータを算出する際に利用する評価関数が非線型関数で構成されているために、かかる評価関数の解を数値演算により算出する場合、最安定な解ではなく不安定な解が算出されてしまう可能性がある。
However, in the technique disclosed in
また、例えば軌条などのように、サイズや形状の異なるものが存在している被測定物の形状測定を行う際に、被測定物のサイズ等が大きく変化した場合には、光切断像の焦点ボケを防ぎ、測定範囲がカメラの視野内に適切に収まるようにすることが重要となる。そのため、レーザ光源やカメラから被測定物表面までの離隔距離を一定に保つように、被測定物のサイズ等に合わせてレーザ光源やカメラを移動させる必要がある。この際に測定の信頼性を確保するため、形状が既知の被測定物を製造ライン上に配置して、復元パラメータを校正することが求められる。しかしながら、特に軌条などのように、大型の校正用被測定物は、吊り上げ機を用いて手作業でライン上へ配置されることが多く、その準備や校正後の搬出に時間を要するために、生産性が低下してしまう可能性がある。 In addition, when measuring the shape of an object having different sizes or shapes, such as a rail, if the size of the object is greatly changed, the focus of the light section image It is important to prevent blur and ensure that the measurement range is properly within the field of view of the camera. Therefore, it is necessary to move the laser light source and the camera in accordance with the size of the object to be measured so that the separation distance from the laser light source and the camera to the surface of the object to be measured is kept constant. At this time, in order to ensure the reliability of the measurement, it is required to calibrate the restoration parameter by placing an object to be measured having a known shape on the production line. However, in particular, large calibration objects such as rails are often manually placed on the line using a lifting machine, and it takes time for preparation and unloading after calibration. Productivity may be reduced.
従って、より正確な復元パラメータをより簡便な方法で特定可能な技術が希求されている現状にある。 Therefore, there is a need for a technique that can specify a more accurate restoration parameter by a simpler method.
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、より正確な復元パラメータをより簡便な方法で特定することが可能な、演算処理装置、形状測定装置、演算処理方法、形状測定方法及びプログラムを提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an arithmetic processing apparatus and shape measurement capable of specifying a more accurate restoration parameter by a simpler method. An object is to provide an apparatus, an arithmetic processing method, a shape measuring method, and a program.
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、被測定物の被測定面に対して照射された、当該被測定物の長手方向に対して直交する方向に伸びた線状レーザ光の、前記被測定面での輝度分布を撮像した光切断像と、前記被測定面までの離隔距離を計測する変位センサにより生成された前記被測定物の表面形状を表す形状プロフィールと、に基づいて、前記光切断像から抽出される光切断線を射影変換する際に用いられる変換パラメータを校正する校正処理部と、校正された前記変換パラメータと、前記光切断像から抽出される光切断線と、を用いて、前記被測定物の表面形状を算出する形状算出部と、を備え、前記校正処理部は、前記形状プロフィールと前記光切断線との間で互いに対応関係にある校正対象点について、前記光切断線上の前記校正対象点を射影変換することで得られる射影変換後の前記校正対象点を結ぶ線分の長さが、前記光切断線上の校正対象点と対応関係にある前記形状プロフィール上の前記校正対象点を結ぶ線分の長さと等しいという合同条件に基づいて、前記変換パラメータを校正し、前記合同条件は、前記形状プロフィール上の前記線分の長さ、前記光切断線上の前記校正対象点の座標、及び、前記光切断像の生成に用いられたカメラの焦点距離をパラメータとして含み、かつ、前記線分の本数分の総和を係数に有する多項式で表される、演算処理装置が提供される。 In order to solve the above-described problems, according to one aspect of the present invention, a linear laser irradiated to a measurement surface of a measurement object and extending in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the measurement object A light profile obtained by imaging a luminance distribution of light on the surface to be measured, and a shape profile representing a surface shape of the object to be measured generated by a displacement sensor that measures a separation distance to the surface to be measured. Based on a calibration processing unit for calibrating a conversion parameter used when projecting and transforming a light section line extracted from the light section image, the calibrated conversion parameter, and a light section extracted from the light section image A shape calculation unit that calculates a surface shape of the object to be measured using a line, and the calibration processing unit is a calibration target that has a correspondence relationship between the shape profile and the optical cutting line For the point, The length of a line segment connecting the calibration target points after the projective transformation obtained by projective transformation of the calibration target points on the line is the shape profile on the shape profile that has a correspondence relationship with the calibration target points on the optical section line. The conversion parameter is calibrated based on the congruence condition that the length of the line segment connecting the calibration target points is equal to the length of the line segment on the shape profile, and the calibration target on the optical cutting line. Provided is an arithmetic processing unit that includes the coordinates of a point and the focal length of the camera used for generating the light section image as parameters, and is represented by a polynomial having a sum of the number of line segments as a coefficient. Is done.
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、被測定物の被測定面に対して線状レーザ光を照射して、当該被測定面における前記線状レーザ光の輝度分布を撮像した光切断像のデータを取得するとともに、前記被測定物の表面形状を表す形状プロフィールのデータを取得するデータ取得装置と、前記データ取得装置を制御するとともに、前記データ取得装置により取得された前記光切断像のデータ及び前記形状プロフィールのデータに基づき演算処理を行うことで、前記被測定物の形状に関するデータを算出する演算処理装置と、を備え、前記データ取得装置は、前記被測定面に対して、前記被測定物の長手方向に対して直交する方向に伸びた線状レーザ光を照射する線状レーザ光源と、前記被測定面における前記線状レーザ光の輝度分布を撮像する撮像装置と、前記線状レーザ光の輝線と平行となるように移動しつつ、前記被測定面までの離隔距離を計測する変位センサと、を有しており、前記線状レーザ光源の光軸方向と前記長手方向とは、互いに直交しており、かつ、前記撮像装置の光軸方向は、前記線状レーザ光源の光軸方向に対して所定の角度で傾斜しており、前記線状レーザ光源と前記変位センサとは、前記長手方向に沿って所定の間隔で離隔して配置されており、前記演算処理装置は、前記光切断像と前記形状プロフィールとに基づいて、前記光切断像から抽出される光切断線を射影変換する際に用いられる変換パラメータを校正する校正処理部と、校正された前記変換パラメータと、前記光切断像から抽出される光切断線と、を用いて、前記被測定物の表面形状を算出する形状算出部と、を有しており、前記校正処理部は、前記形状プロフィールと前記光切断線との間で互いに対応関係にある校正対象点について、前記光切断線上の前記校正対象点を射影変換することで得られる射影変換後の前記校正対象点を結ぶ線分の長さが、前記光切断線上の校正対象点と対応関係にある前記形状プロフィール上の前記校正対象点を結ぶ線分の長さと等しいという合同条件に基づいて、前記変換パラメータを校正し、前記合同条件は、前記形状プロフィール上の前記線分の長さ、前記光切断線上の前記校正対象点の座標、及び、前記光切断像の生成に用いられたカメラの焦点距離をパラメータとして含み、かつ、前記線分の本数分の総和を係数に有する多項式で表される、形状測定装置が提供される。 In order to solve the above-described problem, according to another aspect of the present invention, a linear laser beam is irradiated on a measurement target surface of a measurement object, and the linear laser light on the measurement target surface is irradiated. While acquiring the data of the light section image which imaged brightness distribution, acquiring the data of the shape profile showing the surface shape of the measured object, and controlling the data acquisition device, the data acquisition device An arithmetic processing device that calculates data related to the shape of the object to be measured by performing arithmetic processing based on the acquired data of the light section image and the data of the shape profile, and the data acquisition device includes the A linear laser light source for irradiating a linear laser beam extending in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the object to be measured with respect to the surface to be measured; An imaging device that images the luminance distribution of light, and a displacement sensor that measures a separation distance to the surface to be measured while moving so as to be parallel to the bright line of the linear laser beam, and The optical axis direction of the linear laser light source and the longitudinal direction are orthogonal to each other, and the optical axis direction of the imaging device is inclined at a predetermined angle with respect to the optical axis direction of the linear laser light source. The linear laser light source and the displacement sensor are disposed at a predetermined interval along the longitudinal direction, and the arithmetic processing unit is based on the light cut image and the shape profile. A calibration processing unit that calibrates a conversion parameter used for projective transformation of the light section line extracted from the light section image, the calibrated conversion parameter, and a light section line extracted from the light section image And the measured A shape calculation unit that calculates a surface shape of an object, and the calibration processing unit is configured to adjust the calibration target points that correspond to each other between the shape profile and the optical cutting line on the optical cutting line. The length of the line segment connecting the calibration target points after the projective transformation obtained by projective transformation of the calibration target points of the calibration profile on the shape profile having a correspondence relationship with the calibration target points on the optical section line The conversion parameter is calibrated based on a congruent condition that is equal to the length of the line segment connecting the target points, and the congruent condition is the length of the line segment on the shape profile and the calibration target point on the light cutting line. The shape measuring device is provided that includes, as parameters, the coordinates of the image and the focal length of the camera used to generate the light section image, and is represented by a polynomial having the sum of the number of line segments as a coefficient. Ru .
前記校正処理部は、前記形状プロフィール及び前記光切断線のそれぞれについて、２階差分を算出することで、前記形状プロフィール及び前記光切断線のそれぞれにおける直線部位の端点を特定するとともに、前記形状プロフィール及び前記光切断線それぞれの曲率の１階差分を算出することで、前記形状プロフィール及び前記光切断線のそれぞれにおける曲率変化点を特定し、前記形状プロフィール及び前記光切断線それぞれの互いに対応関係にある前記直線部位の端点及び前記曲率変化点のうち少なくとも三組以上を、前記校正対象点とすることが好ましい。 The calibration processing unit calculates a second-order difference for each of the shape profile and the light cutting line, thereby specifying an end point of a linear portion in each of the shape profile and the light cutting line, and the shape profile. And calculating a first-order difference in curvature of each of the optical cutting lines, thereby specifying a curvature change point in each of the shape profile and the optical cutting line, and corresponding to each other of the shape profile and the optical cutting line. It is preferable that at least three or more of the end points of the certain straight part and the curvature change point are set as the calibration target points.
前記校正処理部は、前記合同条件として表される前記多項式を数値演算により求解し、前記光切断像の生成に用いられたカメラの光軸方向と前記長手方向に対して直交する方向とのなす角度と、前記カメラにおける像の拡大率と、を、校正後の前記変換パラメータとして算出することが好ましい。 The calibration processing unit solves the polynomial expressed as the congruence condition by numerical calculation, and forms an optical axis direction of the camera used for generating the light section image and a direction orthogonal to the longitudinal direction. It is preferable to calculate the angle and the magnification ratio of the image in the camera as the conversion parameters after calibration.
前記校正処理部は、前記形状プロフィールと、前記校正された変換パラメータを用いて前記光切断線を射影変換することで得られる測定プロフィールと、の間の回転及び／又は並進に伴う位置ズレを補正するための位置合わせパラメータを算出し、前記形状算出部は、前記位置合わせパラメータを用いて補正した前記測定プロフィールと前記形状プロフィールとの一致度合いを検証してもよい。 The calibration processing unit corrects misalignment due to rotation and / or translation between the shape profile and the measurement profile obtained by projective transformation of the light section line using the calibrated conversion parameter. The alignment parameter may be calculated, and the shape calculation unit may verify the degree of coincidence between the measurement profile corrected using the alignment parameter and the shape profile.
前記被測定物は、略同一の断面を有する長尺物であってもよい。 The object to be measured may be a long object having substantially the same cross section.
また、上記課題を解決するために、本発明の更に別の観点によれば、被測定物の被測定面に対して照射された、当該被測定物の長手方向に対して直交する方向に伸びた線状レーザ光の、前記被測定面での輝度分布を撮像した光切断像と、前記被測定面までの離隔距離を計測する変位センサにより生成された前記被測定物の表面形状を表す形状プロフィールと、に基づいて、前記光切断像から抽出される光切断線を射影変換する際に用いられる変換パラメータを校正する校正処理ステップと、校正された前記変換パラメータと、前記光切断像から抽出される光切断線と、を用いて、前記被測定物の表面形状を算出する形状算出ステップと、を含み、前記校正処理ステップでは、前記形状プロフィールと前記光切断線との間で互いに対応関係にある校正対象点について、前記光切断線上の前記校正対象点を射影変換することで得られる射影変換後の前記校正対象点を結ぶ線分の長さが、前記光切断線上の校正対象点と対応関係にある前記形状プロフィール上の前記校正対象点を結ぶ線分の長さと等しいという合同条件に基づいて、前記変換パラメータが校正され、前記合同条件は、前記形状プロフィール上の前記線分の長さ、前記光切断線上の前記校正対象点の座標、及び、前記光切断像の生成に用いられたカメラの焦点距離をパラメータとして含み、かつ、前記線分の本数分の総和を係数に有する多項式で表される、演算処理方法が提供される。 In order to solve the above-mentioned problem, according to still another aspect of the present invention, the measurement object is irradiated with respect to the surface to be measured and extends in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the object to be measured. A shape representing a surface shape of the object to be measured generated by a light cut image obtained by imaging the luminance distribution of the linear laser beam on the surface to be measured and a displacement sensor for measuring a separation distance to the surface to be measured A calibration processing step for calibrating a conversion parameter used when projecting and transforming a light section line extracted from the light section image based on the profile; the calibration parameter extracted from the light section image; A shape calculation step of calculating a surface shape of the object to be measured using a light cutting line, and in the calibration processing step, the shape profile and the light cutting line correspond to each other In For the calibration target point, the length of the line segment connecting the calibration target points after the projective transformation obtained by projective transformation of the calibration target points on the optical cutting line corresponds to the calibration target point on the optical cutting line. The conversion parameter is calibrated based on a congruence condition that is equal to the length of a line segment connecting the calibration target points on the shape profile, and the congruence condition is a length of the line segment on the shape profile, The coordinates of the calibration target point on the light section line and the focal length of the camera used for generating the light section image are used as parameters, and are expressed by a polynomial having the sum of the number of line segments as a coefficient. An arithmetic processing method is provided.
また、上記課題を解決するために、本発明の更に別の観点によれば、被測定物の被測定面に対して、前記被測定物の長手方向に対して直交する方向に伸びた線状レーザ光を照射する線状レーザ光源と、前記被測定面における前記線状レーザ光の輝度分布を撮像する撮像装置と、前記線状レーザ光の輝線と平行となるように移動しつつ、前記被測定面までの離隔距離を計測する変位センサと、を有しており、前記線状レーザ光源の光軸方向と前記長手方向とは、互いに直交しており、かつ、前記撮像装置の光軸方向は、前記線状レーザ光源の光軸方向に対して所定の角度で傾斜しており、前記線状レーザ光源と前記変位センサとは、前記長手方向に沿って所定の間隔で離隔して配置されたデータ取得装置により、前記被測定面における前記線状レーザ光の輝度分布を撮像した光切断像のデータと、前記被測定物の表面形状を表す形状プロフィールのデータと、を取得するデータ取得ステップと、前記光切断像と前記形状プロフィールとに基づいて、前記光切断像から抽出される光切断線を射影変換する際に用いられる変換パラメータを校正する校正処理ステップと、校正された前記変換パラメータと、前記光切断像から抽出される光切断線と、を用いて、前記被測定物の表面形状を算出する形状算出ステップと、を含み、前記校正処理ステップでは、前記形状プロフィールと前記光切断線との間で互いに対応関係にある校正対象点について、前記光切断線上の前記校正対象点を射影変換することで得られる射影変換後の前記校正対象点を結ぶ線分の長さが、前記光切断線上の校正対象点と対応関係にある前記形状プロフィール上の前記校正対象点を結ぶ線分の長さと等しいという合同条件に基づいて、前記変換パラメータが校正され、前記合同条件は、前記形状プロフィール上の前記線分の長さ、前記光切断線上の前記校正対象点の座標、及び、前記光切断像の生成に用いられたカメラの焦点距離をパラメータとして含み、かつ、前記線分の本数分の総和を係数に有する多項式で表される、形状測定方法が提供される。 In order to solve the above problem, according to still another aspect of the present invention, a linear shape extending in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the object to be measured with respect to the surface to be measured of the object to be measured. A linear laser light source that irradiates laser light, an imaging device that captures the luminance distribution of the linear laser light on the surface to be measured, and the object to be measured while moving so as to be parallel to the bright line of the linear laser light A displacement sensor for measuring a separation distance to the measurement surface, and the optical axis direction of the linear laser light source and the longitudinal direction are orthogonal to each other, and the optical axis direction of the imaging device Is inclined at a predetermined angle with respect to the optical axis direction of the linear laser light source, and the linear laser light source and the displacement sensor are spaced apart at predetermined intervals along the longitudinal direction. The linear shape on the surface to be measured by the data acquisition device A data acquisition step of acquiring data of a light section image obtained by imaging the luminance distribution of the user light, and data of a shape profile representing the surface shape of the object to be measured, and based on the light section image and the shape profile A calibration processing step for calibrating a conversion parameter used for projective transformation of the light section line extracted from the light section image, the calibrated conversion parameter, and a light section line extracted from the light section image. And a shape calculating step for calculating a surface shape of the object to be measured, and in the calibration processing step, calibration target points that correspond to each other between the shape profile and the light cutting line. The length of the line segment connecting the calibration target points after the projective transformation obtained by projective transformation of the calibration target points on the optical cutting line is the calibration target on the optical cutting line The conversion parameter is calibrated based on a congruence condition that is equal to the length of a line segment connecting the calibration target points on the shape profile that has a corresponding relationship with the shape profile. It includes the length, the coordinates of the calibration target point on the light section line, and the focal length of the camera used for generating the light section image as parameters, and the sum of the number of the line segments as a coefficient. A shape measurement method represented by a polynomial is provided.
また、上記課題を解決するために、本発明の更に別の観点によれば、被測定物の被測定面に対して照射された、当該被測定物の長手方向に対して直交する方向に伸びた線状レーザ光の、前記被測定面での輝度分布を撮像した光切断像と、前記被測定面までの離隔距離を計測する変位センサにより生成された前記被測定物の表面形状を表す形状プロフィールと、を取得可能なコンピュータに、前記光切断像と前記形状プロフィールとに基づいて、前記光切断像から抽出される光切断線を射影変換する際に用いられる変換パラメータを校正する校正処理機能と、校正された前記変換パラメータと、前記光切断像から抽出される光切断線と、を用いて、前記被測定物の表面形状を算出する形状算出機能と、を実現させ、前記校正処理機能は、前記形状プロフィールと前記光切断線との間で互いに対応関係にある校正対象点について、前記光切断線上の前記校正対象点を射影変換することで得られる射影変換後の前記校正対象点を結ぶ線分の長さが、前記光切断線上の校正対象点と対応関係にある前記形状プロフィール上の前記校正対象点を結ぶ線分の長さと等しいという合同条件に基づいて、前記変換パラメータを校正し、前記合同条件は、前記形状プロフィール上の前記線分の長さ、前記光切断線上の前記校正対象点の座標、及び、前記光切断像の生成に用いられたカメラの焦点距離をパラメータとして含み、かつ、前記線分の本数分の総和を係数に有する多項式で表される、プログラムが提供される。 In order to solve the above-mentioned problem, according to still another aspect of the present invention, the measurement object is irradiated with respect to the surface to be measured and extends in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the object to be measured. A shape representing a surface shape of the object to be measured generated by a light cut image obtained by imaging the luminance distribution of the linear laser beam on the surface to be measured and a displacement sensor for measuring a separation distance to the surface to be measured A calibration processing function for calibrating conversion parameters used in projective transformation of a light section line extracted from the light section image based on the light section image and the shape profile in a computer capable of acquiring a profile And a shape calculation function for calculating the surface shape of the object to be measured using the calibrated conversion parameter and the light section line extracted from the light section image, and the calibration processing function. Is the shape A line segment connecting the calibration target points after the projective transformation obtained by projective transformation of the calibration target points on the optical cutting line with respect to the calibration target points mutually corresponding between the profile and the optical cutting line The conversion parameter is calibrated based on the congruent condition that the length is equal to the length of the line segment connecting the calibration target points on the shape profile that has a corresponding relationship with the calibration target point on the optical cutting line, and the congruence The condition includes, as parameters, the length of the line segment on the shape profile, the coordinates of the calibration target point on the light section line, and the focal length of the camera used to generate the light section image, and There is provided a program represented by a polynomial having coefficients corresponding to the total number of line segments.
以上説明したように本発明によれば、より正確な復元パラメータをより簡便な方法で特定することが可能となる。 As described above, according to the present invention, a more accurate restoration parameter can be specified by a simpler method.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Exemplary embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in this specification and drawing, about the component which has the substantially same function structure, duplication description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.
（形状測定装置の全体構成について）
まず、図１〜図２Ｂを参照しながら、本発明の実施形態に係る形状測定装置の全体構成について、簡単に説明する。図１は、本実施形態に係る形状測定装置の全体構成の一例を模式的に示した説明図である。図２Ａ及び図２Ｂは、本実施形態で被測定物として着目する軌条（レール）の形状について説明するための説明図である。
(About the overall configuration of the shape measuring device)
First, an overall configuration of a shape measuring apparatus according to an embodiment of the present invention will be briefly described with reference to FIGS. FIG. 1 is an explanatory view schematically showing an example of the entire configuration of the shape measuring apparatus according to the present embodiment. FIG. 2A and FIG. 2B are explanatory diagrams for explaining the shape of the rail (rail) of interest as a measurement object in the present embodiment.
本実施形態に係る形状測定装置１０は、着目している被測定物Ｓについて、いわゆる光切断法により被測定物Ｓの形状（表面形状）を測定する装置である。この形状測定装置１０は、図１に模式的に示したように、被測定物Ｓについてのデータを取得するデータ取得装置１００と、データ取得装置１００により取得された各種のデータに基づき所定の演算処理を行うことで、被測定部Ｓの形状に関するデータを算出する演算処理装置２００と、を有している。
The
データ取得装置１００は、被測定物Ｓの被測定面に対して線状レーザ光を照射して、かかる被測定面における線状レーザ光の輝度分布を撮像した光切断像のデータを取得する。また、データ取得装置１００は、かかる光切断像のデータとともに、被測定物Ｓの表面形状を表す形状プロフィールのデータを取得する。かかるデータ取得装置１００の詳細な構成については、以下で改めて説明する。
The
また、演算処理装置２００は、データ取得装置１００の駆動状態を制御するとともに、データ取得装置１００により取得された光切断像のデータ及び形状プロフィールのデータに基づき、以下で詳述するような演算処理を行うことで、被測定物の形状に関するデータを算出する。かかる演算処理装置２００の詳細な構成についても、以下で改めて説明する。
Further, the
ここで、本実施形態に係る形状測定装置１０が測定対象とする被測定物Ｓは、特に限定するものではないが、所定の形状を有する各種の金属片、金属板、軌条等といった、略同一の断面を有する長尺物であることが好ましい。以下では、かかる略同一の断面を有する長尺物として、図２Ａ及び図２Ｂに示したような軌条（レール）を例に挙げて説明を行うものとする。
Here, the object S to be measured by the
軌条は、図２Ａに模式的に示したように、所定の規格に対応した略同一の断面形状を有する長尺物である。以下の説明では、便宜的に、軌条の断面を便宜的にｘｙ平面とし、軌条の長手方向をｚ軸方向とする。また、図２Ａに示したように、ｘ軸方向を軌条の高さ方向とし、ｙ軸方向を軌条の幅方向とする。 The rail is a long object having substantially the same cross-sectional shape corresponding to a predetermined standard, as schematically shown in FIG. 2A. In the following description, for the sake of convenience, the section of the rail is referred to as an xy plane for the sake of convenience, and the longitudinal direction of the rail is referred to as the z-axis direction. Moreover, as shown to FIG. 2A, let the x-axis direction be the height direction of a rail, and let the y-axis direction be the width direction of a rail.
ここで、軌条は、図２Ｂに模式的に示したように、頭部Ｓ１、腹部Ｓ２、底部Ｓ３の３つの部分からなる。図２Ｂにおいて符号Ｓ４で示した部分は、頭頂部と呼ばれ、符号Ｓ５で示した部分は、頭部側面又は頭側と呼ばれることが多い。また、図２Ｂにおいて符号Ｓ６で示した部分は、腹部側面又は柱と呼ばれ、符号Ｓ７で示した部分は、下首部又は足と呼ばれることが多い。また、頭部側面Ｓ５から腹部側面Ｓ６に至る連結部を、顎下ということもある。以下の説明では、これら軌条の各部名称を用いる場合がある。 Here, as schematically shown in FIG. 2B, the rail is composed of three parts, a head part S1, an abdominal part S2, and a bottom part S3. In FIG. 2B, the part indicated by reference numeral S4 is called the top of the head, and the part indicated by reference numeral S5 is often called the head side surface or the head side. 2B is often referred to as an abdominal side surface or a column, and a portion indicated by reference numeral S7 is often referred to as a lower neck or a foot. Moreover, the connection part from head side surface S5 to abdominal side surface S6 may be called chin. In the following description, the names of each part of these rails may be used.
（データ取得装置の構成について）
次に、図３Ａ及び図３Ｂを参照しながら、本実施形態に係る形状測定装置１０が備えるデータ取得装置１００の構成について、詳細に説明する。図３Ａ及び図３Ｂは、本実施形態に係る形状測定装置が備えるデータ取得装置の構成を模式的に示した説明図である。なお、図３Ａ及び図３Ｂでは、データ取得装置１００により、被測定物Ｓである軌条の頭部側面〜腹部側面〜下首部〜底部側面にかけての表面に関して、各種のデータを取得する場合を例に挙げて図示を行っている。
(Configuration of data acquisition device)
Next, the configuration of the
本実施形態に係るデータ取得装置１００は、図３Ａ及び図３Ｂに示したように、線状レーザ光源１０１と、撮像装置１０３と、変位センサ１０５と、を少なくとも有している。線状レーザ光源１０１、撮像装置１０３及び変位センサ１０５は、これらの設置位置について意図しない変化が生じないように、非図示の公知の手段により固定されている。
As shown in FIGS. 3A and 3B, the
線状レーザ光源１０１は、演算処理装置２００による制御のもとで、被測定物Ｓの被測定面に対して、被測定物Ｓの長手方向（図３Ａにおけるｚ軸方向）に対して直交する方向（図３Ａの場合、ｘ軸方向）に伸びた線状レーザ光ＬＳを照射する装置である。この線状レーザ光源１０１は、例えば、可視光帯域等のように所定波長のレーザ光を射出する光源ユニットと、光源ユニットから射出されたレーザ光をｘ軸方向に拡げながら線幅方向に集光して線状光にするためのレンズ（例えば、シリンドリカルレンズやロッドレンズやパウエルレンズ等）と、で構成される。このレンズの線幅方向のピントを変更することで、レーザ照射位置での線状レーザ光ＬＳのｚ軸方向に沿った太さ（すなわち、線状レーザ光ＬＳの線幅）を調整することが可能となる。被測定物Ｓの表面に到達する直前での線状レーザ光ＬＳの線幅は、求める測定精度に応じて適宜設定すればよいが、例えば、数百μｍ程度とすることができる。
The linear
被測定物Ｓの表面の線状レーザ光ＬＳが照射された部分には、図３Ａに模式的に示したように、ｘ軸方向に沿って線状の明るい部位が形成される。この線状の明るい部位に対応する線分は、光切断線と呼ばれる。 In the portion irradiated with the linear laser beam LS on the surface of the object S to be measured, a linear bright portion is formed along the x-axis direction as schematically shown in FIG. 3A. A line segment corresponding to this linear bright part is called a light cutting line.
撮像装置１０３は、演算処理装置２００の制御のもとで、線状レーザ光ＬＳが照射された被測定物Ｓの表面を撮像する装置である。この撮像装置１０３は、所定の開放絞り値及び焦点距離を有するレンズと、撮像素子として機能するＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）又はＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等の各種センサと、を有している。かかる撮像装置１０３は、モノクロカメラであってもよいし、カラーカメラであってもよい。
The
撮像装置１０３に搭載されるレンズの焦点距離や画角等は、特に規定するものではないが、被測定物Ｓの表面のｘ方向全体が視野内に収まるように、選択されることが好ましい。また、撮像装置１０３に搭載される撮像素子の大きさや画素サイズも特に規定するものではないが、生成される画像の画質や画像分解能を考慮すると、画素サイズが小さく画素数が多い高解像度の撮像素子を利用することが好ましい。
The focal length, the angle of view, and the like of the lens mounted on the
撮像装置１０３が、被測定物Ｓの表面に照射されている線状レーザ光ＬＳを撮像することで、線状レーザ光ＬＳの照射部分に対応する線分（換言すれば、照射部分における線状レーザ光ＬＳの輝度分布）である光切断線が撮像された、いわゆる光切断像が生成される。撮像装置１０３は、かかる光切断像を生成すると、生成した光切断像のデータを、演算処理装置２００へと出力する。
The
変位センサ１０５は、演算処理装置２００の制御のもとで、線状レーザ光ＬＳの輝線と平行となるように移動しつつ、被測定物Ｓの被測定面までの離隔距離を計測する装置である。すなわち、変位センサ１０５は、図３Ａに示した例では、静止した状態にある被測定物Ｓのあるｚ位置について、非図示の駆動機構によってｘ軸方向に平行移動しながら、被測定物Ｓの被測定面までの離隔距離を計測していく。これにより、変位センサ１０５は、被測定物Ｓの表面形状を表す形状プロフィールを測定することができる。このような変位センサ１０５は、特に限定されるものではなく、所望の測定精度を実現することが可能な公知の各種の１次元変位センサを適宜利用することが可能である。変位センサ１０５は、上記のような形状プロフィールを特定すると、得られた形状プロフィールのデータを、演算処理装置２００へと出力する。
The
続いて、図３Ｂを参照しながら、線状レーザ光源１０１、撮像装置１０３及び変位センサ１０５の光学的な位置関係について説明する。なお、図３Ｂは、図３Ａに示したようなデータ取得装置１００を、被測定物Ｓである軌条の底面側から見た図となっている。
Next, the optical positional relationship among the linear
本実施形態に係るデータ取得装置１００では、線状レーザ光源１０１の光軸方向と、被測定物Ｓである軌条の長手方向（すなわち、ｚ軸方向）とが互いに直交するように（換言すれば、線状レーザ光源１０１が被測定物Ｓの被測定面と正対するように）、線状レーザ光源１０１が設置される。また、撮像装置１０３の光軸方向（図３Ｂにおいて一点鎖線で示した方向）は、線状レーザ光源１０１の光軸方向に対して、所定の角度θで傾斜している。
In the
図３Ｂに示した角度θを大きくすると測定プロフィールのｙ軸方向の分解能が向上する一方で、ｙ軸方向の測定範囲が狭くなる、又は、レーザ光が被測定体Ｓの表面で拡散する度合いが大きくなるために、撮像装置１０３への入射光量が減少し光切断像が暗くなる、というトレードオフの関係が存在する。従って、図３Ｂに示した角度θの大きさは、分解能と測定範囲、撮像条件や撮像装置１０３の設置上の制約を考慮のうえ決定することが好ましい。以上の条件を考慮のうえで、一般的には、図３Ｂに示した角度θの大きさは、２０度〜６０度程度が用いられる。
When the angle θ shown in FIG. 3B is increased, the resolution in the y-axis direction of the measurement profile is improved, while the measurement range in the y-axis direction is narrowed, or the degree to which the laser beam is diffused on the surface of the measurement object S is increased. Therefore, there is a trade-off relationship that the amount of light incident on the
また、本実施形態に係るデータ取得装置１００では、変位センサ１０５の光軸方向と、被測定物Ｓである軌条の長手方向（すなわち、ｚ軸方向）とが互いに直交するように（換言すれば、変位センサ１０５が被測定物Ｓの被測定面と正対するように）、変位センサ１０５が設置される。更に、線状レーザ光源１０１と変位センサ１０５とは、被測定物Ｓの長手方向（図３Ｂの場合、ｚ軸方向）に沿って所定の間隔ｚ０で離隔して配置されている。ここで、間隔ｚ０の具体的な大きさは、特に限定されるものではなく、線状レーザ光源１０１、撮像装置１０３及び変位センサ１０５の設置上の制約が存在しない範囲で、適宜設定すればよい。
Further, in the
本実施形態に係るデータ取得装置１００では、被測定物Ｓが所定の位置に載置されると、被測定物Ｓを静止させた状態で、変位センサ１０５による被測定物Ｓの測定を実施する。変位センサ１０５による測定が終了すると、被測定物Ｓとデータ取得装置１００との相対位置をｚ０だけ変化させて、変位センサ１０５によって測定された被測定物Ｓの位置を、線状レーザ光源１０１及び撮像装置１０３により撮像して、光切断像を生成させる。被測定物Ｓの同じ位置を、変位センサ１０５及び撮像装置１０３の双方で測定することで、同じ位置についての形状プロフィールと光切断像を得ることができる。本実施形態に係る形状測定装置１０では、これら形状プロフィール及び光切断像を利用して、後述する校正処理を実施する。ひとたび校正処理が終了すれば、その後、線状レーザ光源１０１や撮像装置１０３の配置を変更しなくてすむような、断面形状・サイズが同程度の被測定物Ｓについては、被測定物Ｓを移動させながら線状レーザ光源１０１及び撮像装置１０３により光切断像を連続的に生成して、いわゆる光切断法による形状測定を実施していくことができる。
In the
本実施形態に係るデータ取得装置１００では、変位センサ１０５により被測定物Ｓの表面を計測することで、変位センサ１０５の位置における被測定物Ｓの表面形状を表す形状プロフィールを、ある程度の正確さで特定することができる。しかしながら、変位センサ１０５による表面形状の測定は、被測定物Ｓを静止させた状態で、変位センサ１０５を平行移動させながら測定しなければならず、また、着目している被測定物Ｓの広い範囲をまとめて測定することはできない。そのため、変位センサ１０５のみで表面形状の測定を行う場合には、被測定物Ｓの全体について測定を行うために、多くの時間を要してしまう。そこで、本実施形態に係るデータ取得装置１００では、変位センサ１０５とは別に、線状レーザ光源１０１及び撮像装置１０３を設け、これら線状レーザ光源１０１及び撮像装置１０３によりいわゆる光切断法による光切断像の生成を行って、被測定物Ｓの全体について、高速な測定を可能としている。
In the
以上、図３Ａ及び図３Ｂを参照しながら、本実施形態に係るデータ取得装置１００の構成について、詳細に説明した。
The configuration of the
（演算処理装置について）
＜演算処理装置の全体構成について＞
次に、図４を参照しながら、本実施形態に係る形状測定装置１０が備える演算処理装置２００の全体構成について説明する。図４は、本実施形態に係る形状測定装置が備える演算処理装置の全体構成の一例を模式的に示したブロック図である。
(About arithmetic processing unit)
<Overall configuration of arithmetic processing unit>
Next, the overall configuration of the
先だって言及したように、本実施形態に係る演算処理装置２００は、データ取得装置１００の駆動状態を制御するとともに、データ取得装置１００により取得された光切断像のデータ及び形状プロフィールのデータに基づき、被測定物の形状に関するデータを算出する装置である。
As previously mentioned, the
この演算処理装置２００は、図４に模式的に示したように、データ取得装置制御部２０１と、データ取得部２０３と、演算処理部２０５と、結果出力部２０７と、表示制御部２０９と、記憶部２１１と、を主に備える。
As schematically shown in FIG. 4, the
データ取得装置制御部２０１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、通信装置等により実現される。データ取得装置制御部２０１は、本実施形態に係るデータ取得装置１００による被測定物Ｓに関するデータ取得処理の制御を実施する。より詳細には、データ取得装置制御部２０１は、静止した状態にある被測定物Ｓについて、変位センサ１０５の位置を変化させるための駆動機構の駆動制御を行いつつ、変位センサ１０５の駆動制御をあわせて行い、被測定物Ｓの形状プロフィールのデータを生成させる。変位センサ１０５による形状プロフィールの生成処理が終了すると、データ取得装置制御部２０１は、被測定物Ｓとデータ取得装置１００との相対位置を変化させる（具体的には、ｚ軸方向にｚ０だけ変化させる）。その上で、線状レーザ光源１０１に対して、線状レーザ光ＬＳの発振を開始させるための制御信号を送出するとともに、撮像装置１０３に対して、光切断線の撮像を開始させるためのトリガ信号を送出する。
The data acquisition
後述するような校正処理が終了した後は、データ取得装置制御部２０１は、被測定物Ｓの撮像を開始する際に、線状レーザ光源１０１に対して線状レーザ光ＬＳの発振を開始させるための制御信号を送出する。
After the calibration processing described later is completed, the data acquisition
また、一般に、被測定物Ｓ（例えば、軌条）の測定は、被測定物Ｓを搬送するための搬送ラインで実施されることが多く、かかる搬送ラインには、被測定物Ｓの移動速度を検出するために、例えばＰＬＧ（Ｐｕｌｓｅ Ｌｏｇｉｃ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ：パルス型速度検出器）等が設けられている。そこで、データ取得装置制御部２０１は、ＰＬＧから入力される１パルスのＰＬＧ信号に基づき、定期的に制御信号を撮像装置１０３に対して送信し、制御信号に基づき撮像装置１０３を機能させることができる。これにより、撮像装置１０３は、被測定物Ｓが所定の距離又は所定の時間だけ移動する毎に、被測定物Ｓの表面を撮像して、複数の光切断像を生成することが可能となる。
Further, in general, the measurement of the object to be measured S (for example, a rail) is often performed on a conveyance line for conveying the object to be measured S, and the moving speed of the object to be measured S is set on the conveyance line. For detection, for example, a PLG (Pulse Logic Generator) is provided. Therefore, the data acquisition
データ取得部２０３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信装置等により実現される。データ取得部２０３は、データ取得装置１００の変位センサ１０５から、かかる変位センサ１０５により生成された形状プロフィールのデータを取得する。また、データ取得部２０３は、データ取得装置１００の撮像装置１０３から、かかる撮像装置１０３により生成された光切断像のデータを取得する。データ取得部２０３は、これら形状プロフィールのデータ及び光切断像のデータを取得すると、取得したこれらのデータを、後述する演算処理部２０５に出力する。
The
また、データ取得部２０３は、取得した形状プロフィールのデータ及び光切断像のデータに対して、これらのデータを取得した日時等に関する時刻情報を関連付けた上で、これらデータを、記憶部２１１等に履歴情報として記録してもよい。
In addition, the
演算処理部２０５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。演算処理部２０５は、データ取得部２０３から出力された光切断像のデータ及び形状プロフィールのデータに基づき、以下で詳述するような所定の演算処理を行うことで、最終的に被測定物Ｓの形状に関するデータを算出する処理部である。
The
より詳細には、本実施形態に係る演算処理部２０５では、光切断像と形状プロフィールとに基づいて、光切断像から抽出される光切断線を射影変換する際に用いられる変換パラメータを校正する校正処理が実施される。また、本実施形態に係る演算処理部２０５では、校正された変換パラメータと、光切断像から抽出される光切断線と、を用いて、被測定物Ｓの表面形状を表すデータが算出される。
More specifically, the
演算処理部２０５は、上記のような各種の演算処理を実施すると、得られた処理結果に関する情報を、後述する結果出力部２０７に出力する。
When the
なお、この演算処理部２０５については、以下で改めて詳細に説明する。
The
結果出力部２０７は、演算処理部２０５から出力された各種の演算処理結果に関する情報を、表示制御部２０９に出力する。これにより、上記の変換パラメータの校正結果や、被測定物Ｓの形状に関する情報等が、表示部（図示せず。）に出力されることとなる。また、結果出力部２０７は、得られた演算処理結果を、製造管理用プロコン等の外部の装置に出力してもよく、得られた演算処理結果を利用して、製品の欠陥帳票等を作成してもよい。また、結果出力部２０７は、各種の演算処理結果に関する情報を、当該情報を算出した日時等に関する時刻情報と関連づけて、記憶部２１１等に履歴情報として格納してもよい。
The
表示制御部２０９は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、出力装置等により実現される。表示制御部２０９は、結果出力部２０７から伝送された、各種の演算処理結果を、演算処理装置２００が備えるディスプレイ等の出力装置や演算処理装置２００の外部に設けられた出力装置等に表示する際の表示制御を行う。これにより、形状測定装置１０の利用者は、変換パラメータの校正結果や、被測定物Ｓの表面形状に関する測定結果等を、その場で把握することが可能となる。
The
記憶部２１１は、例えば本実施形態に係る演算処理装置２００が備えるＲＡＭやストレージ装置等により実現される。記憶部２１１には、本実施形態に係る演算処理装置２００が、何らかの処理を行う際に保存する必要が生じた様々なパラメータや処理の途中経過等、または、各種のデータベースやプログラム等が、適宜記録される。この記憶部２１１は、データ取得装置制御部２０１、データ取得部２０３、演算処理部２０５、結果出力部２０７、表示制御部２０９等が、リード／ライト処理を実行することが可能である。
The
＜演算処理部２０５について＞
続いて、図５〜図１０Ｂを参照しながら、本実施形態に係る演算処理装置２００が備える演算処理部２０５について、詳細に説明する。
図５は、本実施形態に係る演算処理装置が有する演算処理部の構成の一例を示したブロック図である。図６は、本実施形態に係るデータ取得装置における光学配置について説明するための説明図である。図７は、本実施形態に係る演算処理装置における校正処理について説明するための説明図である。図８Ａ及び図８Ｂは、本実施形態に係る校正処理における校正対象点の一例を示したグラフ図である。図９Ａ及び図９Ｂは、本実施形態に係る校正処理における校正対象点検出処理の一例について説明するための説明図である。図１０は、本実施形態に係る演算処理装置における校正処理について説明するための説明図である。
<About the
Next, the
FIG. 5 is a block diagram illustrating an example of a configuration of an arithmetic processing unit included in the arithmetic processing device according to the present embodiment. FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining an optical arrangement in the data acquisition apparatus according to the present embodiment. FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining a calibration process in the arithmetic processing apparatus according to the present embodiment. 8A and 8B are graphs showing examples of calibration target points in the calibration processing according to the present embodiment. 9A and 9B are explanatory diagrams for describing an example of the calibration target point detection process in the calibration process according to the present embodiment. FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining a calibration process in the arithmetic processing apparatus according to the present embodiment.
本実施形態に係る演算処理部２０５では、先だって言及したように、最終的には、光切断像に基づき、かかる光切断像から抽出された光切断線を射影変換することで、被測定物Ｓの形状に関するデータが算出される。しかしながら、射影変換処理により被測定物Ｓの正確な形状を算出するためには、射影変換に用いられる変換パラメータの値を、正確に特定することが重要となる。そのため、本実施形態に係る演算処理部２０５では、被測定物Ｓの形状に関するデータを算出するに先立って、射影変換に用いられる変換パラメータの値を正確に特定するための校正処理が、少なくとも一度実施される。
As previously mentioned, the
このような処理を実施するために、本実施形態に係る演算処理部２０５は、図５に模式的に示したように、校正処理部２２１と、形状算出部２２９と、を有している。
In order to perform such processing, the
校正処理部２２１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。校正処理部２２１は、データ取得部２０３から出力された光切断像及び形状プロフィールに基づいて、光切断像から抽出される光切断線を射影変換する際に用いられる変換パラメータを校正する校正処理を実施する。
The
また、形状算出部２２９は、校正処理部２２１により校正された変換パラメータと、光切断像から抽出される光切断線と、を用いて、被測定物Ｓの表面形状を表すデータを算出する。
In addition, the
以下では、これら校正処理部２２１及び形状算出部２２９の詳細な機能について説明するに先立って、本実施形態に係る演算処理部２０５で実施される各処理の概略について、まず説明することとする。本実施形態に係る演算処理部２０５で実施される各処理の概略をまず説明することで、本実施形態に係る校正処理部２２１及び形状算出部２２９の機能の理解に役立つと思われるからである。
In the following, prior to describing the detailed functions of the
［射影変換処理について］
本実施形態に係る演算処理部２０５では、先だって言及したように、最終的には、光切断像に基づき、かかる光切断像から抽出された光切断線を射影変換することで、被測定物Ｓの形状に関するデータが算出される。そこで、以下では、本実施形態に係る演算処理部２０５（特に、形状算出部２２９）により実施される射影変換処理について、詳細に説明する。
[Projection transformation processing]
As previously mentioned, the
まず、射影変換処理における座標系について、図６を参照しながら説明する。
以下で説明する射影変換処理を説明するために、図６に示したような座標系に着目する。具体的には、物体側座標（被測定物Ｓにおける座標）に関して、軌条の長手方向をｚ軸にとり、線状レーザ光源１０１から射出される線状レーザ光ＬＳは、ｙ軸に沿ってｚ＝０の断面（ｘｙ平面）内に照射されているものとする。また、撮像装置１０３の光軸は、ｙｚ平面内にあって、物体側原点（ｘ，ｙ，ｚ）＝（０，０，０）を通り、線状レーザ光ＬＳが含まれるｘｙ平面に対して角度θをなすように配置されているものとする。
First, a coordinate system in the projective transformation process will be described with reference to FIG.
In order to explain the projective transformation process described below, attention is paid to a coordinate system as shown in FIG. Specifically, with respect to the object side coordinates (coordinates on the object S to be measured), the longitudinal direction of the rail is taken as the z axis, and the linear laser light LS emitted from the linear
また、データ取得装置１００において、撮像装置１０３に装着されているレンズＬＥから物体側原点までの距離をＬとし、レンズＬＥの焦点距離をｆとする。
In the
線状レーザ光ＬＳが、撮像装置１０３の撮像面ｐ２に写る場合を考える。この際、線状レーザ光ＬＳ上の輝点（ｘ，ｙ）の、撮像面ｐ２に対して平行な射影平面ｐ１へ射影された点（ｘ’，ｙ’）＝（ｘ，ｙ・ｓｉｎθ）が、撮像面ｐ２上の点（Ｘ，Ｙ）へと縮小されて写っていると考えることができるため、以下の式（１０１）が成立する。
Consider a case where the linear laser beam LS is reflected on the imaging surface p 2 of the
ここで、上記式（１０１）において、Ｍ’は、射影平面ｐ１と撮像面ｐ２の像の大きさの比率である拡大率である。ここで、レンズＬＥから射影平面ｐ１までの距離は、図６に示した幾何学的な関係から明らかなようにＬ−ｙ・ｃｏｓθであるため、拡大率Ｍ’は、レンズの結像公式により、以下の式（１０３）のように表すことができる。ここで、以下の式（１０３）におけるＭは、物体側原点を通る射影平面ｐ０での拡大率であり、以下の式（１０５）のように表される。 Here, in the above formula (101), M ′ is an enlargement ratio that is a ratio of the image sizes of the projection plane p 1 and the imaging plane p 2 . Here, since the distance from the lens LE to the projection plane p 1 is Ly−cos θ as apparent from the geometrical relationship shown in FIG. 6, the enlargement ratio M ′ is an imaging formula of the lens. Thus, it can be expressed as the following formula (103). Here, M in the following formula (103) is an enlargement ratio on the projection plane p 0 passing through the object-side origin, and is expressed as the following formula (105).
上記式（１０３）を式（１０１）に代入し、（ｘ，ｙ）について解くと、撮像面座標（Ｘ，Ｙ）から物体側座標（ｘ，ｙ）への射影変換を表す、以下の式（１０７）を得ることができる。以下の式（１０７）から明らかなように、撮像面座標（Ｘ，Ｙ）で表される点は、拡大率Ｍ、レンズＬＥの焦点距離ｆ、及び、撮像装置１０３の設置角度θの値に応じて、物体側座標（ｘ，ｙ）に対応する。
Substituting the above equation (103) into equation (101) and solving for (x, y), the following equation representing the projective transformation from the imaging surface coordinates (X, Y) to the object side coordinates (x, y) (107) can be obtained. As is clear from the following equation (107), the points represented by the imaging plane coordinates (X, Y) are the values of the magnification M, the focal length f of the lens LE, and the installation angle θ of the
ここで、上記式（１０７）に含まれる撮像装置１０３の設置角度θと、物体側原点での拡大率Ｍは、概算値は既知であっても正確な値は未知である、求めるべき変換パラメータである。従って、これら２種類の変換パラメータの値を正確に特定することができれば、射影変換式（１０７）によって、撮像面ｐ２上の光切断線から、被測定物Ｓの表面形状を表す形状プロフィールを復元することができる。そこで、以下の説明では、この求めるべき変換パラメータのことを、「復元パラメータ」と称することとする。かかる復元パラメータを利用した射影変換で復元される、被測定物Ｓの表面形状を表す形状プロフィールが、被測定物Ｓの表面形状を表すデータとなる。
Here, the installation angle θ of the
従って、本実施形態に係る演算処理部２０５では、２種類の復元パラメータの正確な値を特定するための校正処理が、被測定物Ｓの表面形状を表す形状プロフィールの算出に先だって、少なくとも一度実施される。
Therefore, in the
［校正処理について］
次に、図７〜図１０を参照しながら、本実施形態に係る校正処理部２２１で実施される校正処理の全体的な流れについて、詳細に説明する。
[About calibration processing]
Next, an overall flow of the calibration process performed by the
本実施形態に係る校正処理部２２１で実施される校正処理では、データ取得装置１００の変位センサ１０５により測定された形状プロフィールが、被測定物Ｓの真の表面形状を表した、校正の基準となる断面プロフィールであるとして取り扱われる。そこで、以下の説明では、変位センサ１０５により測定された形状プロフィールを、校正プロフィールと称することとする。
In the calibration process performed by the
本実施形態に係る校正処理において、校正処理部２２１は、まず、データ取得部２０３から、校正プロフィールのデータと、光切断像のデータと、を取得する（処理１）。その後、校正処理部２２１は、校正プロフィール及び光切断像のそれぞれから、校正処理の対象となる点（以下、「校正対象点」ともいう。）を検出する（処理２）。
In the calibration processing according to the present embodiment, the
続いて、校正処理部２２１は、検出した校正対象点に着目して、上記の２種類の復元パラメータを算出するとともに（処理３）、位置合わせパラメータを算出する（処理４）。ここで、位置合わせパラメータとは、校正された変換パラメータ（復元パラメータ）を用いて光切断線を射影変換することで得られる測定プロフィールと、校正プロフィールと、を一致させるために用いられるパラメータである。
Subsequently, the
校正処理部２２１は、復元パラメータと、位置合わせパラメータと、を算出すると、これらのパラメータを形状算出部２２９に出力して（処理５）、校正処理を終了する。
After calculating the restoration parameter and the alignment parameter, the
○校正対象点の検出処理
続いて、校正処理部２２１で実施される校正対象点の検出処理について説明する。
校正処理に用いられる校正プロフィール及び光切断像は、データ取得装置１００が、着目している被測定物Ｓの同じ位置についてデータ取得処理を行うことで生成されるものである。従って、校正プロフィール上のある点は、光切断像から抽出される光切断線上の点の何れかに対応しているはずであり、このような点の対応関係は、射影変換によっても不変となる。そこで、校正処理では、校正プロフィールと光切断線との間で互いに対応関係にある点に着目し、このような対応関係にある点の組み合わせを、校正対象点とする。
Calibration Point Detection Processing Next, calibration point detection processing performed by the
The calibration profile and the light section image used for the calibration process are generated by the
このような校正対象点は、校正プロフィール及び光切断線のそれぞれにおいて、複数見出すことができる。また、以下で詳述する校正処理では、理論上、校正プロフィールと光切断線との間で互いに対応関係にある点の組み合わせであれば、任意の組み合わせを利用することが可能である。 A plurality of such calibration target points can be found in each of the calibration profile and the light section line. Further, in the calibration process described in detail below, any combination can be used as long as it is a combination of points that have a corresponding relationship between the calibration profile and the optical cutting line.
しかしながら、本実施形態に係る校正処理では、上記の校正対象点として、（１）校正プロフィール及び光切断線のそれぞれにおける直線部位の端点（以下、「直線部端点」ともいう。）、及び、（２）校正プロフィール及び光切断線のそれぞれにおける曲率変化点（以下、「曲率変化点」ともいう。）という２種類の点を、校正対象点として用いることが好ましい。これら直線部端点及び曲率変化点は、以下で詳述するように、変曲点や曲率という座標変換に対して不変な量を利用して特定する点であるため、これらの点を校正対象点とすることで、校正処理の精度をより一層向上させることが可能となる。また、直線部端点及び曲率変化点を校正対象点とすることで、曲線部が存在する可能性のある被測定物Ｓそのものを利用して校正処理を行うことが可能となる。 However, in the calibration processing according to the present embodiment, as the calibration target points, (1) end points of straight line portions (hereinafter also referred to as “straight line end points”) in the calibration profile and the optical cutting line, and ( 2) It is preferable to use two kinds of points called curvature change points (hereinafter also referred to as “curvature change points”) in the calibration profile and the optical cutting line as calibration target points. These straight line end points and curvature change points are points that are specified using invariable quantities for the coordinate transformation of inflection points and curvatures, as will be described in detail below. By doing so, it is possible to further improve the accuracy of the calibration process. Further, by using the straight line end point and the curvature change point as the calibration target points, it is possible to perform the calibration process using the DUT S itself in which the curved portion may exist.
図８Ａは、ある軌条の校正プロフィール上における校正対象点の候補となる点と、直線部端点と、を表したものであり、図８Ｂは、ある軌条の校正プロフィール上における校正対象点の候補となる点と、曲率変化点と、を表したものである。図８Ａ及び図８Ｂからも明らかなように、校正対象点の候補となる点は、校正プロフィール及び光切断線のそれぞれにおいて、複数存在しうる。しかしながら、校正対象点が着目している被測定物Ｓのある一部分に偏って存在していると、校正処理に誤差が重畳する可能性が高くなる。従って、校正対象点は、着目している被測定物Ｓの被測定面においてバランス良く存在するように、選択することが好ましい。 FIG. 8A shows a point to be a calibration target point on a calibration profile of a certain rail and a straight line end point, and FIG. 8B shows a calibration target point candidate on a calibration profile of a certain rail. And the curvature change point. As is clear from FIGS. 8A and 8B, there can be a plurality of points that are candidates for the calibration target point in each of the calibration profile and the light section line. However, if the point to be calibrated is biased to a certain part of the object to be measured S, there is a high possibility that an error is superimposed on the calibration process. Therefore, it is preferable to select the calibration target points so that the calibration target points exist in a well-balanced manner on the measurement target surface of the measurement target S.
本実施形態に係る校正対象点の検出処理では、図８Ａ及び図８Ｂに示したような、校正対象点の候補となる点の全てを校正対象点として利用してもよいし、校正対象点の候補となる点のうちの一部を校正対象点として利用してもよい。校正対象点の候補となる点の一部を校正対象点として利用する場合、候補点の中から選択する校正対象点の個数は、校正プロフィール及び光切断線のそれぞれから３点以上とすることが重要である。これは、以下で詳述するように、本実施形態では、復元パラメータの算出を行う際に図形の合同条件を利用するが、図形の合同を規定する際に、３点以上の点が存在しないと、図形の合同を議論できないためである。 In the calibration target point detection processing according to the present embodiment, all of the calibration target point candidates as shown in FIGS. 8A and 8B may be used as calibration target points, Some of the candidate points may be used as calibration target points. When using a part of points that are candidates for calibration as calibration target points, the number of calibration target points to be selected from the candidate points may be 3 or more from each of the calibration profile and the optical cutting line. is important. As will be described in detail below, this embodiment uses the congruence condition of the graphic when calculating the restoration parameter, but there are no more than three points when defining the congruence of the graphic. This is because the congruence of figures cannot be discussed.
また、校正対象点の候補となる点のうちの一部を校正対象点として利用する場合、被測定物Ｓの形状において、特に着目したい位置の近傍に存在する校正対象点の候補点（特に、曲率変化点の候補点）を、校正対象点として用いることが好ましい。 In addition, when using a part of the calibration target point candidates as calibration target points, the calibration target point candidate points (particularly, in the vicinity of the position to be particularly focused on in the shape of the object S to be measured) Preferably, the curvature change point candidate point) is used as a calibration target point.
以下に、直線部端点及び曲率変化点の検出処理の流れについて、図９Ａ及び図９Ｂを参照しながら詳細に説明する。なお、校正プロフィール上の校正対象点の検出方法と、光切断線上の校正対象点の検出方法とは、処理内容自体は同一であり、処理に用いるデータの内容が異なるのみである。従って、以下では、校正プロフィール上の校正対象点の検出方法、及び、光切断線上の校正対象点の検出方法について、まとめて説明するものとし、処理に用いるデータを、「プロフィール」と総称する。 Hereinafter, the flow of detection processing of the straight line end point and the curvature change point will be described in detail with reference to FIGS. 9A and 9B. It should be noted that the method of detecting the calibration target point on the calibration profile and the method of detecting the calibration target point on the optical cutting line are the same in the processing content itself, and only the data content used in the processing is different. Therefore, in the following, a method for detecting a calibration target point on a calibration profile and a method for detecting a calibration target point on a light section line will be described together, and data used for processing will be collectively referred to as a “profile”.
◇直線部端点の検出処理
まず、図９Ａを参照しながら、直線部端点の検出処理について説明する。
直線部端点の検出処理では、まず、各プロフィールの移動平均を算出することで、平滑化プロフィールが生成される（処理１１）。校正対象点の検出処理において、得られたデータをそのまま利用しても良いが、得られたデータには、測定ノイズが重畳しているものである。そこで、各プロフィールの移動平均から平滑化プロフィールが生成されることで、かかるノイズの影響を抑制することが可能となる。
First, detection processing of a straight line end point will be described with reference to FIG. 9A.
In the straight line end point detection process, first, a smoothed profile is generated by calculating a moving average of each profile (process 11). In the calibration point detection process, the obtained data may be used as it is, but the obtained data is superimposed with measurement noise. Therefore, by generating a smoothing profile from the moving average of each profile, it becomes possible to suppress the influence of such noise.
具体的には、移動平均前のプロフィール上の点の座標を（ｘｋ，ｙｋ）としたときに、移動平均後の平滑化プロフィールの点の座標（ｘｋ，ｆ（ｘｋ））は、以下の式（１１１）のように算出される。ここで、以下の式（１１１）において、ｗｊ（ｊ＝１，２，・・・，２ｍ＋１）は、重みづけ係数であり、ｍは、自然数である。 Specifically, when the coordinates of the points on the profile before the moving average are (x k , y k ), the coordinates (x k , f (x k )) of the smoothed profile after the moving average are , And is calculated as in the following formula (111). Here, in the following formula (111), w j (j = 1, 2,..., 2m + 1) is a weighting coefficient, and m is a natural number.
次に、上記式（１１１）により得られた平滑化プロフィールに対して、２階差分処理が実施される（処理１２）。各プロフィール上の点は、実際には離散データの集合であるため、２階差分処理は、プロフィールのデータ間隔をΔｘとし、差分幅ｈ＝ｍ・Δｘとしたときに、以下の式（１１３）のように算出される。 Next, the second-order difference process is performed on the smoothed profile obtained by the above formula (111) (process 12). Since the point on each profile is actually a set of discrete data, the second-order difference processing is expressed by the following equation (113) when the data interval of the profile is Δx and the difference width h = m · Δx. It is calculated as follows.
なお、本説明では、上記式（１１１）におけるｍと、２階差分処理における差分幅ｍとを、便宜上同じ記号を用いて表記したが、これら設定値は、一般に異なるとする。 In this description, m in the above formula (111) and the difference width m in the second-order difference process are represented using the same symbols for convenience, but these setting values are generally different.
続いて、２階差分データ（ｘｋ，ｆ”（ｘｋ））に対して、｜ｆ”（ｘｋ）｜が所定の閾値以上となるピークの位置が検出される（処理１３）。具体的には、｜ｆ”（ｘｋ）｜が所定の閾値以上となるピークのピークｘ座標ｘｐが検出される。 Subsequently, with respect to the second-order difference data (x k , f ″ (x k )), a peak position where | f ″ (x k ) | is equal to or greater than a predetermined threshold is detected (processing 13). Specifically, the peak x coordinate x p of the peak at which | f ″ (x k ) | is equal to or greater than a predetermined threshold is detected.
次に、検出したピークｘ座標ｘｐに対応する平滑化プロフィール上の点（ｘｐ，ｆ（ｘｐ））が特定され（処理１４）、直線部端点の座標とされる。 Next, a point (x p , f (x p )) on the smoothing profile corresponding to the detected peak x-coordinate x p is specified (process 14) and used as the coordinates of the straight line end point.
この際に、ピークｘ座標ｘｐ自身を含む周辺の点（ｘｋ，ｆ”（ｘｋ））を用いてｆ”（ｘ）の補間処理を行い、ピークｘ座標ｘｐ’を求めてもよい。この場合には、ピークｘ座標ｘｐ’に相当する平滑化プロフィール上の点（ｘｐ’，ｆ（ｘｐ’））を、同様にｆ（ｘ）の補間処理で算出し、直線部端点の座標とすればよい。 At this time, interpolation processing of f ″ (x) is performed using peripheral points (x k , f ″ (x k )) including the peak x coordinate x p itself to obtain the peak x coordinate x p ′. Good. In this case, the point (x p ′, f (x p ′)) on the smoothing profile corresponding to the peak x coordinate x p ′ is similarly calculated by interpolation processing of f (x), and the straight line end point is obtained. The coordinates may be
◇曲率変化点の検出処理
次に、図９Ｂを参照しながら、曲率変化点の検出処理について説明する。
曲率変化点の検出処理では、まず、各プロフィールに対して、直線部端点を検出する場合と同様の移動平均処理が実施され、平滑化プロフィールが生成される（処理２１）。
Curvature Change Point Detection Processing Next, curvature change point detection processing will be described with reference to FIG. 9B.
In the curvature change point detection process, first, a moving average process similar to the case of detecting a straight line end point is performed on each profile to generate a smoothed profile (process 21).
次に、上記式（１１１）により得られた平滑化プロフィールを用いて、平滑化プロフィール上の点の座標（ｘｋ，ｆ（ｘｋ））に対して、以下の式（１１５）に基づき、ｘ座標ｘｋにおける曲率ｇ（ｘｋ）が算出される（処理２２）。ここで、以下の式（１１５）において、ｆ”（ｘｋ）は、上記式（１１３）で表される２階差分であり、ｆ’（ｘｋ）は、プロフィールのデータ間隔をΔｘとし、差分幅ｈ＝ｍ・Δｘとして、以下の式（１１７）のように算出される１階差分である。 Next, using the smoothing profile obtained by the above formula (111), the coordinates of the point on the smoothing profile (x k , f (x k )) are based on the following formula (115): A curvature g (x k ) at the x coordinate x k is calculated (process 22). Here, in the following formula (115), f ″ (x k ) is the second-order difference represented by the above formula (113), and f ′ (x k ) is the data interval of the profile Δx, It is a first-order difference calculated as the following equation (117) as the difference width h = m · Δx.
続いて、上記式（１１５）により得られた曲率データ（ｘｋ，ｇ（ｘｋ））に対して、以下の式（１１９）により、ｘ座標ｘｋにおける曲率変化を表す曲率１階差分が算出される（処理２３）。 Subsequently, with respect to the curvature data (x k , g (x k )) obtained by the above equation (115), the first-order curvature difference representing the curvature change at the x coordinate x k is expressed by the following equation (119). Calculated (process 23).
なお、上記式（１１３）、式（１１７）と、式（１１９）とで、差分幅は、便宜的に同じ記号ｈを用いて表記したが、一般に、差分幅の設定値は、曲率と曲率１階差分とで異なるものとする。 In the above formulas (113), (117), and (119), the difference width is expressed using the same symbol h for convenience, but in general, the set value of the difference width is the curvature and the curvature. It differs from the first floor difference.
続いて、曲率１階差分データ（ｘｋ，ｇ’（ｘｋ））に対して、｜ｇ’（ｘｋ）｜が所定の閾値以上となるピークの位置が検出される（処理２４）。具体的には、｜ｇ’（ｘｋ）｜が所定の閾値以上となるピークのピークｘ座標ｘｐが検出される。 Subsequently, with respect to the first-order curvature difference data (x k , g ′ (x k )), a peak position where | g ′ (x k ) | is equal to or greater than a predetermined threshold is detected (process 24). Specifically, a peak x coordinate x p of a peak at which | g ′ (x k ) | is equal to or greater than a predetermined threshold is detected.
次に、検出したピークｘ座標ｘｐに対応する平滑化プロフィール上の点（ｘｐ，ｆ（ｘｐ））が特定され（処理２５）、曲率変化点の座標とされる。 Next, a point (x p , f (x p )) on the smoothing profile corresponding to the detected peak x coordinate x p is specified (process 25) and used as the coordinate of the curvature change point.
この際に、ピークｘ座標ｘｐ自身を含む周辺の点（ｘｋ，ｇ’（ｘｋ））を用いてｇ’（ｘ）の補間処理を行い、ピークｘ座標ｘｐ’を求めてもよい。この場合には、ピークｘ座標ｘｐ’に相当する平滑化プロフィール上の点（ｘｐ’，ｆ（ｘｐ’））を、同様にｆ（ｘ）の補間処理で算出し、曲率変化点の座標とすればよい。 At this time, interpolation processing of g ′ (x) is performed using peripheral points (x k , g ′ (x k )) including the peak x coordinate x p itself to obtain the peak x coordinate x p ′. Good. In this case, the point (x p ′, f (x p ′)) on the smoothing profile corresponding to the peak x coordinate x p ′ is similarly calculated by interpolation processing of f (x), and the curvature change point is calculated. The coordinates may be
以上、本実施形態における校正対象点の検出処理について、具体的に説明した。 The calibration target point detection process in the present embodiment has been specifically described above.
○復元パラメータの算出処理
続いて、図１０を参照しながら、本実施形態における復元パラメータの算出処理について説明する。
図１０の上段に示したように、上記のようにして特定した光切断線上の校正対象点の集合を利用して射影変換を行うことで、射影変換後の校正対象点の座標をそれぞれ特定することができる。一方、校正プロフィールと光切断線とは、被測定物Ｓの同じ位置に着目することで得られたものであるから、図１０の右側に示したように、射影変換後の校正対象点の集合で規定される図形と、校正プロフィール上の校正対象点の集合で規定される図形とは、合同となるはずである。
Restoration Parameter Calculation Process Next, the restoration parameter calculation process in the present embodiment will be described with reference to FIG.
As shown in the upper part of FIG. 10, the coordinates of the calibration target points after the projective transformation are specified by performing the projective transformation using the set of calibration target points on the optical section line identified as described above. be able to. On the other hand, the calibration profile and the optical cutting line are obtained by paying attention to the same position of the object S to be measured. Therefore, as shown on the right side of FIG. The figure defined by the above and the figure defined by the set of calibration target points on the calibration profile should be congruent.
本実施形態で実施される復元パラメータの算出処理では、上記のような２つの図形の合同を考慮する際に、２つの校正対象点を結ぶ線分（以下、この線分を「対応線分」ともいう。）の長さに着目する。 In the restoration parameter calculation processing performed in the present embodiment, when considering the congruence of two figures as described above, a line segment connecting two calibration target points (hereinafter, this line segment is referred to as a “corresponding line segment”). Pay attention to the length.
図１０に示した例では、校正プロフィール及び光切断線でそれぞれ４点の校正対象点に着目しているため、４Ｃ２＝６本の対応線分を考慮することができる。 In the example shown in FIG. 10, attention is paid to four calibration target points in the calibration profile and the optical cutting line, and therefore, 4 C 2 = 6 corresponding line segments can be considered.
例えば、校正プロフィール上の校正対象点の座標を（ｕｉ，ｖｉ）とし、校正対象点（ｕｉ，ｖｉ）と（ｕｊ，ｖｊ）とを結ぶ対応線分の長さをｄｉｊとすると、ｄｉｊは、以下の式（１２１）のように表される。 For example, the coordinates of the calibration target point on the calibration profile are (u i , v i ), and the length of the corresponding line segment connecting the calibration target points (u i , v i ) and (u j , v j ) is d. Assuming ij , d ij is expressed as the following equation (121).
また、撮像装置１０３の撮像面ｐ２上の光切断線上において、校正対象点の座標を（Ｘｉ，Ｙｉ）とし、光切断線上の校正対象点を射影変換して得られる点の座標を（ｘｉ，ｙｉ）とする。この場合に、射影変換後の校正対象点（ｘｉ，ｙｉ）と（ｘｊ，ｙｊ）とを結ぶ対応線分の長さをδｉｊとすると、δｉｊは、射影変換式（１０７）を用いて、以下の式（１２３）のように表される。ここで、以下の式（１２３）の最右辺では、ｔ＝ｃｏｔθという変数の置き換えを行っている。
Further, the light section line on the imaging surface p 2 of the
ここで、例えば図１０に示したような２つの図形が合同となる条件として、図形を構成する辺の長さが全て同じという条件を考えることができる。そこで、復元パラメータを算出するためには、「校正プロフィール上の対応線分の長さｄｉｊと射影変換後の対応線分の長さδｉｊが一致する」という合同条件について、この合同条件を満たす撮像装置の設置角度θ（あるいは、置換変数のｔ）と拡大率Ｍとの組み合わせを求めればよいことになる。 Here, for example, as a condition that two figures as shown in FIG. 10 are congruent, a condition that the lengths of the sides constituting the figure are all the same can be considered. Therefore, in order to calculate the restoration parameter, for the joint condition that “the length d ij of the corresponding line segment on the calibration profile matches the length δ ij of the corresponding line segment after the projective transformation”, this joint condition is A combination of the installation angle θ (or the substitution variable t) of the imaging device to be satisfied and the enlargement ratio M may be obtained.
ここで、上記のような対応線分の合同条件として、以下の式（１２５）に示すような残差二乗和Ｅを評価関数とし、かかる残差二乗和Ｅを最小化するθ（又はｔ）とＭとの組み合わせを決定する方法が考えられる。 Here, as a congruence condition for the corresponding line segment as described above, a residual sum of squares E as shown in the following formula (125) is used as an evaluation function, and θ (or t) that minimizes the residual sum of squares E is used. A method for determining a combination of M and M is conceivable.
しかしながら、上記式（１２５）を用いた場合、上記式（１２３）を反映して、式（１２５）の具体的な評価関数中に、未知数ｔと校正対象点座標とが混在する無理関数や分数関数が含まれるようになる。そのため、上記式（１２５）で表される評価関数Ｅの最小化を考えた場合、未知数ｔと分離した形で対応線分の本数分の総和がとれず、数値演算で収束可能な安定的な解が得られない可能性がある。 However, when the above equation (125) is used, an irrational function or fraction in which the unknown t and the calibration point coordinates are mixed in the specific evaluation function of the equation (125), reflecting the above equation (123). Functions are included. Therefore, when considering minimization of the evaluation function E expressed by the above formula (125), the sum of the number of corresponding line segments cannot be obtained in a form separated from the unknown t, and stable so that it can be converged by numerical calculation. The solution may not be obtained.
そこで、本実施形態で実施される復元パラメータの算出処理では、式（１２３）の二乗及び分数の通分を考慮した、以下の式（１２７）で表される残差二乗和Ｅを、評価関数として用い、かかる評価関数Ｅの値を最小化するような解を特定する。式（１２７）の評価関数Ｅは、未知数ｔに関する多項式となっているため、式（１２７）をｔの次数ごとに整理することが可能であり、その係数は、校正プロフィール上の対応線分の長さ、光切断線上の校正対象点の座標、及び、光切断像の生成に用いられたカメラの焦点距離を含む項の、対応線分の本数分の総和となる。 Therefore, in the restoration parameter calculation processing performed in this embodiment, the residual square sum E expressed by the following equation (127) considering the square of the equation (123) and the fractional fraction is expressed as an evaluation function. And a solution that minimizes the value of the evaluation function E is specified. Since the evaluation function E of the equation (127) is a polynomial related to the unknown t, it is possible to arrange the equation (127) for each order of t, and the coefficient is the corresponding line segment on the calibration profile. This is the sum of the number of corresponding line segments of the term including the length, the coordinates of the calibration target point on the optical section line, and the focal length of the camera used to generate the optical section image.
上記式（１２７）の残差二乗和Ｅを最小化するような解は、ＥのＭ２での偏微分∂Ｅ／∂Ｍ２＝０という方程式と、Ｅのｔでの偏微分∂Ｅ／∂ｔ＝０という方程式と、を用いて求めることができる。具体的には、Ｍ２での偏微分に関する方程式を整理すると、式（１２９）が得られ、また、ｔでの偏微分に関する方程式について、式（１２９）を用いてＭを消去し整理すると、ｔだけに依存する式（１３１）が得られる。 A solution for minimizing the residual sum of squares E of the above equation (127) is obtained by the equation that the partial derivative ∂E / ∂M 2 = 0 at M 2 of E and the partial derivative ∂E / at t of E. It can be determined using the equation ∂t = 0. Specifically, when the equation relating to partial differentiation at M 2 is arranged, equation (129) is obtained, and regarding the equation relating to partial differentiation at t, when M is deleted and arranged using equation (129), Equation (131) that depends only on t is obtained.
ここで、上記式（１２９）及び式（１３１）において、
Ａ（ｔ）：変数ｔの６次多項式
Ｂ（ｔ）：変数ｔの４次多項式
Ｐ（ｔ）：変数ｔの３次多項式
Ｑ（ｔ）：変数ｔの５次多項式
Ｒ（ｔ）：変数ｔの７次多項式
である。また、Ａ（ｔ）、Ｂ（ｔ）、Ｐ（ｔ）、Ｑ（ｔ）、Ｒ（ｔ）の具体的な内容は、以下の通りである。
Here, in the above formula (129) and formula (131),
A (t): 6th order polynomial of variable t B (t): 4th order polynomial of variable t P (t): 3rd order polynomial of variable t Q (t): 5th order polynomial of variable t R (t): Variable It is a seventh order polynomial of t. The specific contents of A (t), B (t), P (t), Q (t), and R (t) are as follows.
上記のＡ（ｔ）、Ｂ（ｔ）、Ｐ（ｔ）、Ｑ（ｔ）、Ｒ（ｔ）の具体的な内容から明らかなように、式（１２７）の評価関数Ｅを最小化する合同条件から導出される、式（１２９）及び式（１３１）は、校正プロフィール上の対応線分の長さ、光切断線上の校正対象点の座標、及び、光切断像の生成に用いられたカメラの焦点距離をパラメータとして含み、かつ、対応線分の本数分の総和を係数に有する、未知数ｔに関する多項式からなることがわかる。 As is clear from the specific contents of A (t), B (t), P (t), Q (t), and R (t), the congruence that minimizes the evaluation function E of Expression (127) Equations (129) and (131) derived from the conditions are the length of the corresponding line segment on the calibration profile, the coordinates of the calibration target point on the optical cutting line, and the camera used to generate the optical cutting image. It can be seen that it consists of a polynomial relating to the unknown t, which includes as a parameter the total distance of the corresponding line segments.
ここで、上記式（１３１）は、１変数ｔに関する方程式であるため、例えばニュートン法等といった公知の様々な数値演算アルゴリズムにより、容易に解ｔを算出することが可能である。ここで、変数ｔは、ｔ＝ｃｏｔθ＝１／ｔａｎθの関係がある。そのため、逆正接関数Ａｃｒｔａｎを用いて、θ＝Ａｒｃｔａｎ（１／ｔ）の演算を行うことで、復元パラメータの一つである撮像装置１０３の設置角度θを、数値演算により求めることができる。
Here, since the equation (131) is an equation relating to one variable t, the solution t can be easily calculated by various known numerical operation algorithms such as Newton's method. Here, the variable t has a relationship of t = cot θ = 1 / tan θ. Therefore, by performing the calculation of θ = Arctan (1 / t) using the arctangent function Acrtan, the installation angle θ of the
また、式（１３１）から求めた解ｔを上記式（１２９）に代入し、平方根をとることで、復元パラメータの一つである拡大率Ｍを求めることができる。また、拡大率Ｍは、上記式（１０５）で表される関係が成立するため、求めた拡大率Ｍと、撮像装置１０３に装着されたレンズＬＥの焦点距離ｆと、を用いて、式（１０５）から、図６に示した距離Ｌを算出することも可能である。
In addition, by substituting the solution t obtained from the equation (131) into the above equation (129) and taking the square root, the enlargement ratio M, which is one of the restoration parameters, can be obtained. Further, since the enlargement factor M satisfies the relationship represented by the above equation (105), the equation (105) is obtained using the obtained enlargement factor M and the focal length f of the lens LE attached to the
このように、本実施形態に係る復元パラメータの算出処理では、数値演算の安定性、及び、数値演算の容易さ・簡便さを重視して、例えば式（１２７）のように、合同条件を表す評価関数Ｅを、校正プロフィール上の対応線分の長さ、光切断線上の校正対象点の座標、及び、光切断像の生成に用いられたカメラの焦点距離をパラメータとして含み、かつ、対応線分の本数分の総和を係数に有する、未知数ｔに関する多項式とする。これにより、本実施形態に係る復元パラメータの算出処理では、より正確な復元パラメータをより簡便な方法で特定することが可能となる。 As described above, in the restoration parameter calculation processing according to the present embodiment, the congruence condition is expressed as shown in Equation (127), for example, with emphasis on the stability of numerical calculation and the ease and simplicity of numerical calculation. The evaluation function E includes as parameters the length of the corresponding line segment on the calibration profile, the coordinates of the calibration target point on the optical cutting line, and the focal length of the camera used to generate the optical cutting image, and the corresponding line It is assumed that the polynomial for the unknown t has a sum of the number of minutes as a coefficient. Thereby, in the restoration parameter calculation processing according to the present embodiment, it is possible to specify a more accurate restoration parameter by a simpler method.
本実施形態では、以上のような方法で復元パラメータ（θ，Ｍ）を算出し、得られた復元パラメータ（θ，Ｍ）を用いて、先だって説明したような射影変換処理を行うことで、着目している被測定物Ｓの形状を表すデータ（測定プロフィール）を算出することができる。 In the present embodiment, the restoration parameter (θ, M) is calculated by the method as described above, and the projection transformation process as described above is performed using the obtained restoration parameter (θ, M). Data (measurement profile) representing the shape of the measuring object S can be calculated.
○位置合わせパラメータの算出処理
続いて、本実施形態における位置合わせパラメータの算出処理について説明する。
以上説明したような処理により、拡大率Ｍと撮像装置１０３の設置角度θとからなる復元パラメータを確定し、先だって説明した式（１０７）に基づき射影変換処理を行うことで、着目している被測定物Ｓの測定プロフィールを得ることができる。
Alignment Parameter Calculation Processing Next, the alignment parameter calculation processing in this embodiment will be described.
By the processing as described above, a restoration parameter composed of the enlargement ratio M and the installation angle θ of the
ここで、測定された校正プロフィールと算出された測定プロフィールとの間には、回転や並進に起因する見かけ上の位置ズレが生じている可能性がある。そのため、校正プロフィールと測定プロフィールとを一致させるための回転角と並進ベクトルとを、位置合わせパラメータとして算出することが好ましい。かかる位置合わせパラメータを用いて測定プロフィールに含まれる回転や並進に伴う見かけ上の位置ズレを補正し、測定プロフィールと校正プロフィールとの一致度合いを検証することが可能となる。 Here, there is a possibility that an apparent positional deviation due to rotation or translation occurs between the measured calibration profile and the calculated measurement profile. Therefore, it is preferable to calculate the rotation angle and the translation vector for matching the calibration profile and the measurement profile as the alignment parameters. By using such alignment parameters, it is possible to correct the apparent positional deviation due to rotation or translation included in the measurement profile, and to verify the degree of coincidence between the measurement profile and the calibration profile.
測定プロフィールに生じうる回転の大きさを表す回転角をαとし、並進ベクトルの成分を（ｘ０，ｙ０）とする。この場合に、測定プロフィール上の点（ｘｉ，ｙｉ）の回転・並進後の座標（ｕｉ’，ｖｉ’）は、以下の式（１５１）のように表される。 A rotation angle representing the magnitude of rotation that can occur in the measurement profile is α, and the translation vector component is (x 0 , y 0 ). In this case, coordinates (u i ′, v i ′) after rotation / translation of the point (x i , y i ) on the measurement profile are expressed as the following equation (151).
また、回転・並進後の点（ｕｉ’，ｖｉ’）と、校正プロフィール上の点（ｕｉ，ｖｉ）との残差二乗和Ｅを、以下の式（１５３）のように定義すると、かかる残差二乗和Ｅを最小化することで、両対応点が一致する条件を見出すことができる。ここで、以下の式（１５３）において、Ｎは、対応する点の個数である。 Further, defined as a point after the rotation-translation (u i ', v i' ) and, a point on the calibration profile (u i, v i) a residual square sum E of the following formula (153) Then, by minimizing the residual sum of squares E, it is possible to find a condition where both corresponding points match. Here, in the following formula (153), N is the number of corresponding points.
上記式（１５３）で表されるＥを最小化する条件は、∂Ｅ／∂ｘ０＝∂Ｅ／∂ｙ０＝∂Ｅ／∂α＝０である。従って、かかる条件に基づき式を整理すると、並進ベクトルの成分（ｘ０，ｙ０）と回転角αとは、以下の式（１５５）〜式（１５７）のように算出することができる。また、下記の式（１５７）におけるａｔａｎ２（ａ，ｂ）という関数は、（−π／２，π／２）の開区間に値域をもつ逆正接関数Ａｒｃｔａｎ（ｂ／ａ）に対し、ａ，ｂの値に応じて値域が（−π，π］になるように拡張された、以下の式（１６５）で定義される逆正接関数である。 The condition for minimizing E represented by the above formula (153) is ∂E / ∂x 0 = ∂E / ∂y 0 = ∂E / ∂α = 0. Therefore, when the equations are arranged based on such conditions, the translation vector components (x 0 , y 0 ) and the rotation angle α can be calculated as the following equations (155) to (157). In addition, the function atan2 (a, b) in the following equation (157) is expressed as a, with respect to the arctangent function Arctan (b / a) having a range in the open interval of (−π / 2, π / 2), This is an arctangent function defined by the following equation (165), which is expanded so that the value range becomes (−π, π) according to the value of b.
従って、上記の演算により、並進ベクトルの成分（ｘ０，ｙ０）と回転角αとを位置合わせパラメータとして算出した上で、上記式（１５１）により測定プロフィールをアフィン変換することで、回転や並進に起因する見かけ上の位置ズレが補正された測定プロフィールを得ることができる。得られた補正後の測定プロフィールと、校正プロフィールと、を比較することで、測定結果として得られた測定プロフィールと、校正プロフィールとの一致度合いを検証することが可能である。 Therefore, by calculating the translation vector component (x 0 , y 0 ) and the rotation angle α as the alignment parameters by the above calculation, the measurement profile is affine transformed by the above equation (151), so that the rotation and A measurement profile in which the apparent positional deviation due to translation is corrected can be obtained. By comparing the obtained measurement profile after correction and the calibration profile, it is possible to verify the degree of coincidence between the measurement profile obtained as a measurement result and the calibration profile.
測定結果として得られた測定プロフィールと、校正プロフィールとの一致度合いは、両者を重ねて図示するなどの定性的な方法で検証してもよいし、補正後の測定プロフィールと校正プロフィールとの残差二乗和等を算出することで、定量的に検証してもよい。また、検証の結果、測定プロフィールと校正プロフィールとの一致度合いが不十分であった場合には、一致度合いが十分となるまで、測定プロフィールの算出（換言すれば、復元パラメータの算出）を繰り返せばよい。 The degree of coincidence between the measurement profile obtained as a measurement result and the calibration profile may be verified by a qualitative method such as overlaying the two, and the residual between the corrected measurement profile and the calibration profile may be verified. You may verify quantitatively by calculating the sum of squares or the like. As a result of verification, if the degree of coincidence between the measurement profile and the calibration profile is insufficient, the calculation of the measurement profile (in other words, the restoration parameter calculation) is repeated until the degree of coincidence is sufficient. Good.
以上、本実施形態における位置合わせパラメータの算出処理について説明した。 The alignment parameter calculation process in the present embodiment has been described above.
［演算処理部２０５の構成について］
以上説明したような、本実施形態に係る各種の演算処理方法を踏まえ、再び図５に戻って、本実施形態に係る演算処理部２０５の構成について、詳細に説明する。
[Configuration of the arithmetic processing unit 205]
Based on the various arithmetic processing methods according to the present embodiment as described above, the configuration of the
演算処理部２０５が有する校正処理部２２１は、先ほど説明したような校正処理を実施する処理部である。この校正処理部２２１は、図５に示したように、校正対象点検出部２２３と、復元パラメータ算出部２２５と、位置合わせパラメータ算出部２２７と、を有している。
The
校正対象点検出部２２３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。校正対象点検出部２２３は、先ほど説明したような校正処理のうち、校正対象点の検出処理を実施する処理部である。校正対象点検出部２２３は、データ取得部２０３から取得した形状プロフィールのデータと、光切断像のデータと、を用いて、先ほど説明したような校正対象点の検出処理を実施する。この際、データ取得部２０３から取得した形状プロフィールは、校正プロフィールとして取り扱われる。校正対象点検出部２２３は、形状プロフィールと光切断線のそれぞれから校正対象点を検出すると、検出した校正対象点に関する情報（各校正対象点の座標に関する情報等）を、後述する復元パラメータ算出部２２５に出力する。また、校正対象点検出部２２３は、検出した校正対象点に関する情報を、結果出力部２０７に対して出力してもよい。
The calibration target
復元パラメータ算出部２２５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。復元パラメータ算出部２２５は、先ほど説明したような校正処理のうち、復元パラメータの算出処理を実施する処理部である。復元パラメータ算出部２２５は、校正対象点検出部２２３から出力された校正対象点に関する情報と、データ取得装置制御部２０１や記憶部２１１から取得した、撮像装置１０３に装着されたレンズＬＥの焦点距離ｆに関する情報と、を用いて、先ほど説明したような復元パラメータの算出処理を実施する。復元パラメータ算出部２２５は、拡大率Ｍ及び撮像装置１０３の設置角度θからなる復元パラメータを算出すると、得られた復元パラメータに関する情報を、後述する位置合わせパラメータ算出部２２７及び形状算出部２２９に出力する。また、復元パラメータ算出部２２５は、算出した復元パラメータに関する情報を、結果出力部２０７に対して出力してもよい。
The restoration
なお、復元パラメータ算出部２２５により算出される拡大率Ｍ及び撮像装置１０３の設置角度θの値は、データ取得装置１００の設置条件等から定まる概略値と近い値を有しているはずである。そこで、復元パラメータ算出部２２５は、データ取得装置１００の設置条件等から定まる概略値と、算出した拡大率Ｍ及び設置角度θと、を比較して、両者の差分が所定の閾値以上に大きい場合には、復元パラメータの算出処理のやり直しを行ったり、形状測定装置１０の使用者に警告を発したりするなどの処理を行っても良い。
It should be noted that the enlargement factor M calculated by the restoration
位置合わせパラメータ算出部２２７は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。位置合わせパラメータ算出部２２７は、先ほど説明したような校正処理のうち、位置合わせパラメータの算出処理を実施する処理部である。位置合わせパラメータ算出部２２７は、取得した形状プロフィール（校正プロフィール）と、校正された変換パラメータ（すなわち、復元パラメータ算出部２２５により算出された復元パラメータ）を用いて光切断線を射影変換することで得られる測定プロフィールと、の間の回転及び／又は並進に伴う位置ズレを補正するための位置合わせパラメータを、先ほど説明したように算出する。ここで、位置合わせパラメータの算出に用いる測定プロフィールは、位置合わせパラメータ算出部２２７が、算出された復元パラメータと光切断線とを用いて算出したものであってもよいし、形状算出部２２９により算出されたものであってもよい。位置合わせパラメータ算出部２２７は、回転角及び並進ベクトルの成分に関する位置合わせパラメータを算出すると、算出した位置合わせパラメータに関する情報を、形状算出部２２９に出力する。また、位置合わせパラメータ算出部２２７は、算出した位置合わせパラメータに関する情報を、結果出力部２０７に対して出力してもよい。
The alignment
形状算出部２２９は、校正処理部２２１の復元パラメータ算出部２２５により算出された復元パラメータと、データ取得部２０３から出力された光切断像のデータと、を用いて、先ほど説明したような射影変換処理により、被測定物Ｓの表面形状を表すデータである測定プロフィールを算出する処理部である。形状算出部２２９は、射影変換処理により被測定物Ｓの表面形状に関する測定プロフィールの情報を、結果出力部２０７に出力する。
The
また、形状算出部２２９は、算出した測定プロフィールに関する情報を、校正処理部２２１の位置合わせパラメータ算出部２２７に出力して、位置合わせパラメータ算出部２２７における位置合わせパラメータの算出処理に、算出した測定プロフィールを利用させてもよい。
In addition, the
更に、形状算出部２２９は、位置合わせパラメータ算出部２２７から位置合わせパラメータに関する情報を取得した場合に、算出した測定パラメータと、取得した位置合わせパラメータと、を用いて、先だって説明したような回転・並進の補正処理を実施し、補正後の測定パラメータと、校正パラメータと、の一致度合いを検証してもよい。
Further, when the
以上、図４〜図１０を参照しながら、本実施形態に係る演算処理装置２００の構成について、詳細に説明した。
The configuration of the
以上、本実施形態に係る演算処理装置２００の機能の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材や回路を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。また、各構成要素の機能を、ＣＰＵ等が全て行ってもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。
Heretofore, an example of the function of the
なお、上述のような本実施形態に係る演算処理装置の各機能を実現するためのコンピュータプログラムを作製し、パーソナルコンピュータ等に実装することが可能である。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体も提供することができる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリなどである。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信してもよい。 A computer program for realizing each function of the arithmetic processing apparatus according to the present embodiment as described above can be produced and installed in a personal computer or the like. In addition, a computer-readable recording medium storing such a computer program can be provided. The recording medium is, for example, a magnetic disk, an optical disk, a magneto-optical disk, a flash memory, or the like. Further, the above computer program may be distributed via a network, for example, without using a recording medium.
（形状測定方法について）
次に、図１１を参照しながら、以上説明したような本実施形態に係る形状測定装置１０で実施される形状測定方法の流れの一例について、簡単に説明する。図１１は、本実施形態に係る形状測定方法の流れの一例を示した流れ図である。
(About shape measurement method)
Next, an example of the flow of the shape measuring method performed by the
本実施形態に係る形状測定方法では、まず、データ取得装置１００が取得した形状プロフィール及び光切断像を用いて、演算処理装置２００により、先だって説明したような校正処理が実施され、復元パラメータ及び位置合わせパラメータが算出される（ステップＳ１０１）。
In the shape measurement method according to the present embodiment, first, using the shape profile and the light cut image acquired by the
続いて、データ取得装置１００により、着目している被測定物Ｓの光切断像のデータが取得され（ステップＳ１０３）、演算処理装置２００へと出力される。演算処理装置２００の演算処理部２０５に設けられた形状算出部２２９は、算出された各パラメータと、光切断像のデータと、を用いて、先だって説明したような射影変換処理が実施され、被測定物Ｓの表面形状を表す測定プロフィールが算出される（ステップＳ１０５）。
Subsequently, the
ここで、演算処理装置２００のデータ取得装置制御部２０１は、予め取得していた被測定物Ｓの長手方向の長さ等を参考にして、着目している被測定物Ｓの光切断像の生成が終了したか否かを判断する（ステップＳ１０７）。光切断像の生成が終了していない場合には（ステップＳ１０７−ＮＯ）、ステップＳ１０３に戻って処理が継続される。一方、光切断像の生成が終了した場合には（ステップＳ１０７−ＹＥＳ）、結果出力部２０７から、被測定物Ｓの形状測定結果が出力される（ステップＳ１０９）。
Here, the data acquisition
以上、図１１を参照しながら、本実施形態に係る形状測定装置１０で実施される形状測定方法の流れの一例について、簡単に説明した。
Heretofore, an example of the flow of the shape measuring method performed by the
（演算処理装置のハードウェア構成について）
次に、図１２を参照しながら、本実施形態に係る演算処理装置２００のハードウェア構成について、詳細に説明する。図１２は、本実施形態に係る演算処理装置２００のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。
(Hardware configuration of arithmetic processing unit)
Next, the hardware configuration of the
演算処理装置２００は、主に、ＣＰＵ９０１と、ＲＯＭ９０３と、ＲＡＭ９０５と、を備える。また、演算処理装置２００は、更に、バス９０７と、入力装置９０９と、出力装置９１１と、ストレージ装置９１３と、ドライブ９１５と、接続ポート９１７と、通信装置９１９とを備える。
The
ＣＰＵ９０１は、中心的な処理装置及び制御装置として機能し、ＲＯＭ９０３、ＲＡＭ９０５、ストレージ装置９１３、又はリムーバブル記録媒体９２１に記録された各種プログラムに従って、演算処理装置２００内の動作全般又はその一部を制御する。ＲＯＭ９０３は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する。ＲＡＭ９０５は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや、プログラムの実行において適宜変化するパラメータ等を一次記憶する。これらはＣＰＵバス等の内部バスにより構成されるバス９０７により相互に接続されている。
The
バス９０７は、ブリッジを介して、ＰＣＩ（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ／Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）バスなどの外部バスに接続されている。
The
入力装置９０９は、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、スイッチ及びレバーなどユーザが操作する操作手段である。また、入力装置９０９は、例えば、赤外線やその他の電波を利用したリモートコントロール手段（いわゆる、リモコン）であってもよいし、演算処理装置２００の操作に対応したＰＤＡ等の外部接続機器９２３であってもよい。更に、入力装置９０９は、例えば、上記の操作手段を用いてユーザにより入力された情報に基づいて入力信号を生成し、ＣＰＵ９０１に出力する入力制御回路などから構成されている。ユーザは、この入力装置９０９を操作することにより、演算処理装置２００に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりすることができる。
The
出力装置９１１は、取得した情報をユーザに対して視覚的又は聴覚的に通知することが可能な装置で構成される。このような装置として、ＣＲＴディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置、プラズマディスプレイ装置、ＥＬディスプレイ装置及びランプなどの表示装置や、スピーカ及びヘッドホンなどの音声出力装置や、プリンタ装置、携帯電話、ファクシミリなどがある。出力装置９１１は、例えば、演算処理装置２００が行った各種処理により得られた結果を出力する。具体的には、表示装置は、演算処理装置２００が行った各種処理により得られた結果を、テキスト又はイメージで表示する。他方、音声出力装置は、再生された音声データや音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して出力する。
The
ストレージ装置９１３は、演算処理装置２００の記憶部の一例として構成されたデータ格納用の装置である。ストレージ装置９１３は、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等の磁気記憶デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス、又は光磁気記憶デバイス等により構成される。このストレージ装置９１３は、ＣＰＵ９０１が実行するプログラムや各種データ、及び外部から取得した各種のデータなどを格納する。
The
ドライブ９１５は、記録媒体用リーダライタであり、演算処理装置２００に内蔵、あるいは外付けされる。ドライブ９１５は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又は半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２１に記録されている情報を読み出して、ＲＡＭ９０５に出力する。また、ドライブ９１５は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又は半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２１に記録を書き込むことも可能である。リムーバブル記録媒体９２１は、例えば、ＣＤメディア、ＤＶＤメディア、Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標）メディア等である。また、リムーバブル記録媒体９２１は、コンパクトフラッシュ（登録商標）（ＣｏｍｐａｃｔＦｌａｓｈ：ＣＦ）、フラッシュメモリ、又は、ＳＤメモリカード（Ｓｅｃｕｒｅ Ｄｉｇｉｔａｌ ｍｅｍｏｒｙ ｃａｒｄ）等であってもよい。また、リムーバブル記録媒体９２１は、例えば、非接触型ＩＣチップを搭載したＩＣカード（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ ｃａｒｄ）又は電子機器等であってもよい。
The
接続ポート９１７は、機器を演算処理装置２００に直接接続するためのポートである。接続ポート９１７の一例として、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）ポート、ＩＥＥＥ１３９４ポート、ＳＣＳＩ（Ｓｍａｌｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）ポート、ＲＳ−２３２Ｃポート、ＨＤＭＩ（登録商標）（Ｈｉｇｈ−Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）ポート等がある。この接続ポート９１７に外部接続機器９２３を接続することで、演算処理装置２００は、外部接続機器９２３から直接各種のデータを取得したり、外部接続機器９２３に各種のデータを提供したりする。
The
通信装置９１９は、例えば、通信網９２５に接続するための通信デバイス等で構成された通信インターフェースである。通信装置９１９は、例えば、有線もしくは無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、又はＷＵＳＢ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＵＳＢ）用の通信カード等である。また、通信装置９１９は、光通信用のルータ、ＡＤＳＬ（Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｌｉｎｅ）用のルータ、又は、各種通信用のモデム等であってもよい。この通信装置９１９は、例えば、インターネットや他の通信機器との間で、例えばＴＣＰ／ＩＰ等の所定のプロトコルに則して信号等を送受信することができる。また、通信装置９１９に接続される通信網９２５は、有線又は無線によって接続されたネットワーク等により構成され、例えば、インターネット、家庭内ＬＡＮ、社内ＬＡＮ、赤外線通信、ラジオ波通信又は衛星通信等であってもよい。
The
以上、本発明の実施形態に係る演算処理装置２００の機能を実現可能なハードウェア構成の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用するハードウェア構成を変更することが可能である。
Heretofore, an example of the hardware configuration capable of realizing the function of the
以上説明したように、本実施形態に係る形状測定装置及び形状測定方法によれば、より正確な復元パラメータをより簡便な方法で特定することが可能となる。 As described above, according to the shape measuring apparatus and the shape measuring method according to the present embodiment, it is possible to specify a more accurate restoration parameter by a simpler method.
また、復元パラメータの算出に用いられる校正対象点として、２階差分で検出可能な直線部端点と、曲率１階差分で検出可能な曲率変化点とを用いることで、曲線部を有する被測定物Ｓそのもの（例えば、軌条そのもの）を用いて校正処理を行うことが可能となる。そのため、例えば軌条の製造過程において、軌条のサイズ変更時の測定における信頼性確保のための校正処理を、製品である軌条そのものを用いて実施することで、校正用の軌条の配置による製造時間のロスを防ぐことが可能となる。 In addition, by using the straight line end point detectable by the second-order difference and the curvature change point detectable by the curvature first-order difference as the calibration target points used for the calculation of the restoration parameter, the measurement object having a curved portion is used. Calibration processing can be performed using S itself (for example, the rail itself). Therefore, for example, in the manufacturing process of the rail, the calibration process for ensuring the reliability in the measurement at the time of changing the size of the rail is performed using the rail that is the product itself. Loss can be prevented.
続いて、実施例を示しながら、本発明に係る形状測定装置、演算処理装置、形状測定方法、演算処理方法について具体的に説明する。なお、以下に示す実施例は、本発明に係る形状測定装置、演算処理装置、形状測定方法、演算処理方法のあくまでも一例にすぎず、本発明に係る形状測定装置、演算処理装置、形状測定方法、演算処理方法が下記の例に限定されるものではない。 Subsequently, the shape measuring device, the arithmetic processing device, the shape measuring method, and the arithmetic processing method according to the present invention will be specifically described with reference to examples. The embodiment shown below is only an example of the shape measuring device, the arithmetic processing device, the shape measuring method, and the arithmetic processing method according to the present invention, and the shape measuring device, the arithmetic processing device, and the shape measuring method according to the present invention. The calculation processing method is not limited to the following example.
＜データ取得装置１００＞
以下に示す実施例では、被測定物Ｓとして軌条を利用した。
データ取得装置１００の線状レーザ光源１０１として、波長６６０ｎｍのレーザ光を出射するレーザ光源を用いて、出力３５ｍＷ、広がり角６０°の線状レーザ光ＬＳを実現した。また、撮像装置１０３として、撮像面の画素数が２０４８×２０４８画素であり、画素サイズΔＸ＝ΔＹ＝０．００５５ｍｍの撮像素子を有するエリアカメラと、焦点距離ｆ＝３５ｍｍの単焦点レンズと、を用いた。撮像装置１０３の設置角度θは、約３５°に設定した。
<
In the examples shown below, a rail was used as the object S to be measured.
As the linear
また、変位センサ１０５としては、基準距離が１５０ｍｍであり、かつ、測定範囲が±４０ｍｍである１次元レーザ変位計を用い、かかる１次元レーザ変位計を、ステッピングモータ駆動の自動ステージに搭載した。変位センサ１０５は、被測定物Ｓである軌条の頭部側面〜腹部側面〜下首部〜底部側面にかけての表面を０．１ｍｍ間隔で走査しながら断面プロフィールを測定し、得られた測定結果を、形状プロフィール（校正プロフィール）として利用した。
As the
上記の撮像装置１０３により得られる光切断像のデータ間隔ΔＸは、ΔＸ＝０．００５５ｍｍであり、上記変位センサ１０５により得られる形状プロフィールのデータ間隔Δｕは、Δｕ＝０．１ｍｍとなる。
The data interval ΔX of the light section image obtained by the
また、図３Ａ及び図３Ｂに示した間隔ｚ０は、１００ｍｍとし、変位センサ１０５により形状プロフィールを取得後、軌条を長手方向に１００ｍｍ移動させて、光切断像を取得した。
Further, the interval z 0 shown in FIGS. 3A and 3B was set to 100 mm, and after obtaining the shape profile by the
＜校正対象点の検出＞
［直線部端点の検出］
得られた形状プロフィール及び光切断線から、直線部端点を以下のように検出した。
<Detection of calibration target point>
[Detection of straight line end points]
From the obtained shape profile and light cutting line, the end of the straight line portion was detected as follows.
得られた校正プロフィールに対し、式（１１１）において、ｍ＝８とするとともに、重みづけ係数ｗｊを全て１として移動平均を行い、平滑化プロフィールを得た。得られた平滑化プロフィールに対し、式（１１３）において、差分幅をｈ＝８・Δｘ（ｍ＝８，Δｘ＝０．１ｍｍ）として、２階差分データを得た。得られた２階差分データに対し、閾値０．５以上で所定の区間内にあるピークｘ座標ｘｐを求めた。 With respect to the obtained calibration profile, in Equation (111), m = 8 and a weighted coefficient w j was set to 1, and a moving average was performed to obtain a smoothed profile. With respect to the obtained smoothing profile, second-order difference data was obtained by setting the difference width to h = 8 · Δx (m = 8, Δx = 0.1 mm) in the equation (113). For the obtained second-order difference data, a peak x coordinate x p within a predetermined section with a threshold value of 0.5 or more was obtained.
また、ピークｘ座標ｘｐ自身を含む周辺の９点の２階差分データ（ｘｋ，ｆ”（ｘｋ））に対して放物線近似を行い、放物線の軸に対応する補間されたピークｘ座標ｘｐ’を求めた。更に、補間されたピークｘ座標ｘｐ’に対応する平滑化プロフィール上の点（ｘｐ’，ｆ（ｘｐ’））を、直線補間によって求めた。 In addition, parabolic approximation is performed on the surrounding second-order differential data (x k , f ″ (x k )) including the peak x coordinate x p itself, and the interpolated peak x coordinate corresponding to the axis of the parabola Further, x p 'was determined, and the point (x p ', f (x p ')) on the smoothing profile corresponding to the interpolated peak x coordinate x p ' was determined by linear interpolation.
かかる処理により、直線部端点として、４点の校正対象点が検出された。
図１３Ａに、校正プロフィールと、校正プロフィールを移動平均して得た平滑化プロフィールと、平滑化プロフィールに対する２階差分データと、２階差分データのピーク検出から得た直線部端点と、をあわせて図示したグラフ図を示した。なお、校正プロフィールと平滑化プロフィールとはほぼ一致していたため、図１３Ａにおいては、平滑化プロフィールは、校正プロフィールに隠れてしまっている。また、図１３Ａに示した点ａ〜点ｄの直線部端点の具体的な座標を、図１６に示した。
With this process, four calibration target points were detected as the end points of the straight line portion.
In FIG. 13A, the calibration profile, the smoothing profile obtained by moving and averaging the calibration profile, the second-order difference data for the smoothing profile, and the straight line end points obtained from the peak detection of the second-order difference data are combined. The illustrated graph is shown. Note that, since the calibration profile and the smoothing profile almost coincided with each other, in FIG. 13A, the smoothing profile is hidden behind the calibration profile. Moreover, the specific coordinate of the linear part end point of the point a-point d shown to FIG. 13A was shown in FIG.
続いて、得られた光切断線に対し、式（１１１）においてｍ＝１０とするとともに、重みづけ係数ｗｊを全て１として移動平均を行い、平滑化プロフィールを得た。得られた平滑化プロフィールに対し、式（１１３）式において、差分幅をｈ＝１０・Δｘ（ｍ＝１０，Δｘ＝０．００５５ｍｍ）として、２階差分データを得た。得られた２階差分データに対し、閾値２．０以上で所定の区間内にあるピークｘ座標ｘｐを求めた。 Subsequently, with respect to the obtained light section line, m = 10 in the formula (111) and a weighted coefficient w j was set to 1, and a moving average was performed to obtain a smoothing profile. With respect to the obtained smoothing profile, second-order difference data was obtained by setting the difference width to h = 10 · Δx (m = 10, Δx = 0.555 mm) in the equation (113). For the obtained second-order difference data, a peak x coordinate x p within a predetermined section with a threshold value of 2.0 or more was obtained.
また、ピークｘ座標ｘｐ自身を含む周辺の１１点の２階差分データ（ｘｋ，ｆ”（ｘｋ））に対して放物線近似を行い、放物線の軸に対応する補間されたピークｘ座標ｘｐ’を求めた。更に、補間されたピークｘ座標ｘｐ’に対応する平滑化プロフィール上の点（ｘｐ’，ｆ（ｘｐ’））を、直線補間によって求めた。 In addition, a parabolic approximation is performed on 11 neighboring second-order differential data (x k , f ″ (x k )) including the peak x coordinate x p itself, and the interpolated peak x coordinate corresponding to the axis of the parabola Further, x p 'was determined, and the point (x p ', f (x p ')) on the smoothing profile corresponding to the interpolated peak x coordinate x p ' was determined by linear interpolation.
かかる処理により、直線部端点として、４点の校正対象点が検出された。
図１３Ｂに、光切断線と、光切断線を移動平均して得た平滑化プロフィールと、平滑化プロフィールに対する２階差分データと、２階差分データのピーク検出から得た直線部端点と、をあわせて図示したグラフ図を示した。なお、光切断線と平滑化プロフィールとはほぼ一致していたため、図１３Ｂにおいては、平滑化プロフィールは、光切断線に隠れてしまっている。また、図１３Ｂに示した点ａ’〜点ｄ’の直線部端点の具体的な座標を、図１６に示した。
With this process, four calibration target points were detected as the end points of the straight line portion.
FIG. 13B shows an optical cutting line, a smoothing profile obtained by moving and averaging the optical cutting lines, the second-order difference data for the smoothing profile, and the straight line end points obtained from the peak detection of the second-order difference data. In addition, the illustrated graph is shown. In addition, since the optical cutting line and the smoothing profile substantially corresponded, in FIG. 13B, the smoothing profile is hidden behind the optical cutting line. FIG. 16 shows specific coordinates of the end points of the straight line from point a ′ to point d ′ shown in FIG. 13B.
［曲率変化点の検出］
得られた形状プロフィール及び光切断線から、２種類の曲率変化点を以下のように検出した。
[Detection of curvature change point]
Two types of curvature change points were detected as follows from the obtained shape profile and light cutting line.
○第１の曲率変化点の検出
得られた校正プロフィールに対し、式（１１１）においてｍ＝１０とするとともに、重みづけ係数ｗｊを全て１として移動平均を行い、平滑化プロフィールを得た。得られた平滑化プロフィールに対し、式（１１３）、式（１１７）のそれぞれにおいて差分幅をｈ＝３３・Δｘ（ｍ＝３３，Δｘ＝０．１ｍｍ）として、２階差分データ及び１階差分データを得た。得られた２種類の差分データを、式（１１５）に代入して、曲率データを得た。得られた曲率データに対し、式（１１９）において差分幅をｈ＝１７・Δｘ（ｍ＝１７，Δｘ＝０．１ｍｍ）として、曲率１階差分データを得た。得られた曲率１階差分データに対し、閾値０．００５以上で所定の区間内にあるピークｘ座標ｘｐを求めた。
Detection of First Curvature Change Point For the obtained calibration profile, m = 10 in the formula (111), and a weighted coefficient w j is set to 1, and a moving average is performed to obtain a smoothing profile. With respect to the obtained smoothing profile, the difference width is set to h = 33 · Δx (m = 33, Δx = 0.1 mm) in each of the expressions (113) and (117), and the second-order difference data and the first-order difference are set. I got the data. The obtained two types of difference data were substituted into equation (115) to obtain curvature data. For the obtained curvature data, the first-order curvature difference data was obtained by setting the difference width to h = 17 · Δx (m = 17, Δx = 0.1 mm) in the equation (119). For the obtained first-order curvature difference data, a peak x coordinate x p within a predetermined section with a threshold value of 0.005 or more was obtained.
また、ピークｘ座標ｘｐ自身を含む周辺の３５点の曲率１階差分データ（ｘｋ，ｇ’（ｘｋ））に対して放物線近似を行い、放物線の軸に対応する補間されたピークｘ座標ｘｐ’を求めた。更に、補間されたピークｘ座標ｘｐ’に対応する平滑化プロフィール上の点（ｘｐ’，ｆ（ｘｐ’））を、直線補間によって求めた。 In addition, parabolic approximation is performed on the first 35 difference curvature data (x k , g ′ (x k )) of the surrounding 35 points including the peak x coordinate x p itself, and the interpolated peak x corresponding to the parabola axis is performed. The coordinate x p ′ was obtained. Further, a point (x p ′, f (x p ′)) on the smoothing profile corresponding to the interpolated peak x coordinate x p ′ was obtained by linear interpolation.
かかる処理により、第１の曲率変化点として、２点の校正対象点が検出された。
図１４Ａに、校正プロフィールと、校正プロフィールを移動平均して得た平滑化プロフィールと、平滑化プロフィールに対する曲率１階差分データと、曲率１階差分データのピーク検出から得た曲率変化点と、をあわせて図示したグラフ図を示した。なお、校正プロフィールと平滑化プロフィールとはほぼ一致していたため、図１４Ａにおいては、平滑化プロフィールは、校正プロフィールに隠れてしまっている。また、図１４Ａに示した点ｅ及び点ｆの曲率変化点の具体的な座標を、図１６に示した。
With this process, two calibration target points were detected as the first curvature change points.
FIG. 14A shows a calibration profile, a smoothing profile obtained by moving and averaging the calibration profiles, curvature first-order difference data for the smoothing profile, and curvature change points obtained from peak detection of the curvature first-order difference data. In addition, the illustrated graph is shown. In addition, since the calibration profile and the smoothing profile substantially coincided with each other, in FIG. 14A, the smoothing profile is hidden behind the calibration profile. Moreover, the specific coordinate of the curvature change point of the point e shown in FIG. 14A and the point f was shown in FIG.
続いて、得られた光切断線に対し、式（１１１）においてｍ＝１５とするとともに、重みづけ係数ｗｊを全て１として移動平均を行い、平滑化プロフィールを得た。得られた平滑化プロフィールに対し、式（１１３）、式（１１７）のそれぞれにおいて差分幅をｈ＝４０・Δｘ（ｍ＝４０，Δｘ＝０．００５５ｍｍ）として、２階差分データ及び１階差分データを得た。得られた２種類の差分データを、式（１１５）に代入して、曲率データを得た。得られた曲率データに対し、式（１１９）において差分幅をｈ＝２０・Δｘ（ｍ＝２０，Δｘ＝０．００５５ｍｍ）として、曲率１階差分データを得た。得られた曲率１階差分データに対し、閾値０．５以上で所定の区間内にあるピークｘ座標ｘｐを求めた。 Subsequently, with respect to the obtained light section line, m = 15 in the formula (111) and a weighted coefficient w j was set to 1, and a moving average was performed to obtain a smoothing profile. With respect to the obtained smoothing profile, the difference width in each of Expression (113) and Expression (117) is h = 40 · Δx (m = 40, Δx = 0.555 mm), and the second-order difference data and the first-order difference I got the data. The obtained two types of difference data were substituted into equation (115) to obtain curvature data. With respect to the obtained curvature data, the first-order curvature difference data was obtained by setting the difference width to h = 20 · Δx (m = 20, Δx = 0.555 mm) in the equation (119). For the obtained curvature first-order difference data, a peak x coordinate x p within a predetermined section with a threshold value of 0.5 or more was obtained.
また、ピークｘ座標ｘｐ自身を含む周辺の４１点の曲率１階差分データ（ｘｋ，ｇ’（ｘｋ））に対して放物線近似を行い、放物線の軸に対応する補間されたピークｘ座標ｘｐ’を求めた。更に、補間されたピークｘ座標ｘｐ’に対応する平滑化プロフィール上の点（ｘｐ’，ｆ（ｘｐ’））を、直線補間によって求めた。 In addition, parabolic approximation is performed on the 41st-order curvature first-order difference data (x k , g ′ (x k )) around 41 points including the peak x coordinate x p itself, and the interpolated peak x corresponding to the axis of the parabola The coordinate x p ′ was obtained. Further, a point (x p ′, f (x p ′)) on the smoothing profile corresponding to the interpolated peak x coordinate x p ′ was obtained by linear interpolation.
かかる処理により、第１の曲率変化点として、２点の校正対象点が検出された。
図１４Ｂに、光切断線と、光切断線を移動平均して得た平滑化プロフィールと、平滑化プロフィールに対する曲率１階差分データと、曲率１階差分データのピーク検出から得た曲率変化点と、をあわせて図示したグラフ図を示した。なお、光切断線と平滑化プロフィールとはほぼ一致していたため、図１４Ｂにおいては、平滑化プロフィールは、光切断線に隠れてしまっている。また、図１４Ｂに示した点ｅ’及び点ｆ’の曲率変化点の具体的な座標を、図１６に示した。
With this process, two calibration target points were detected as the first curvature change points.
FIG. 14B shows an optical cutting line, a smoothing profile obtained by moving and averaging the optical cutting lines, curvature first-order difference data for the smoothing profile, and curvature change points obtained from peak detection of the curvature first-order difference data. The graph figure which illustrated together is shown. In addition, since the light cutting line and the smoothing profile were substantially in agreement, in FIG. 14B, the smoothing profile is hidden behind the light cutting line. Moreover, the specific coordinate of the curvature change point of the point e 'shown in FIG. 14B and the point f' was shown in FIG.
○第２の曲率変化点の検出
得られた校正プロフィールに対し、式（１１１）においてｍ＝４１とするとともに、重みづけ係数ｗｊを全て１として移動平均を行い、平滑化プロフィールを得た。得られた平滑化プロフィールに対し、式（１１３）、式（１１７）のそれぞれにおいて差分幅をｈ＝１５０・Δｘ（ｍ＝１５０，Δｘ＝０．１ｍｍ）として、２階差分データ及び１階差分データを得た。得られた２種類の差分データを、式（１１５）に代入して、曲率データを得た。得られた曲率データに対し、式（１１９）において差分幅をｈ＝７２・Δｘ（ｍ＝７２，Δｘ＝０．１ｍｍ）として、曲率１階差分データを得た。得られた曲率１階差分データに対し、閾値０．０００１以上で所定の区間内にあるピークｘ座標ｘｐを求めた。
Detection of Second Curvature Change Point For the obtained calibration profile, m = 41 in the formula (111) and a weighted coefficient w j was set to 1, and a moving average was performed to obtain a smoothed profile. With respect to the obtained smoothing profile, the difference width is set to h = 150 · Δx (m = 150, Δx = 0.1 mm) in each of the equations (113) and (117), and the second-order difference data and the first-order difference are set. I got the data. The obtained two types of difference data were substituted into equation (115) to obtain curvature data. With respect to the obtained curvature data, the first-order curvature difference data was obtained by setting the difference width to h = 72 · Δx (m = 72, Δx = 0.1 mm) in the equation (119). For the obtained first-order curvature difference data, a peak x coordinate x p within a predetermined section with a threshold value of 0.0001 or more was obtained.
また、ピークｘ座標ｘｐ自身を含む周辺の７３点の曲率１階差分データ（ｘｋ，ｇ’（ｘｋ））に対して放物線近似を行い、放物線の軸に対応する補間されたピークｘ座標ｘｐ’を求めた。更に、補間されたピークｘ座標ｘｐ’に対応する平滑化プロフィール上の点（ｘｐ’，ｆ（ｘｐ’））を、直線補間によって求めた。 Further, parabolic approximation is performed on the first-order difference data (x k , g ′ (x k )) of 73 points of curvature including the peak x coordinate x p itself, and the interpolated peak x corresponding to the parabola axis is performed. The coordinate x p ′ was obtained. Further, a point (x p ′, f (x p ′)) on the smoothing profile corresponding to the interpolated peak x coordinate x p ′ was obtained by linear interpolation.
かかる処理により、第２の曲率変化点として、１点の校正対象点が検出された。
図１５Ａに、校正プロフィールと、校正プロフィールを移動平均して得た平滑化プロフィールと、平滑化プロフィールに対する曲率１階差分データと、曲率１階差分データのピーク検出から得た曲率変化点と、をあわせて図示したグラフ図を示した。なお、校正プロフィールと平滑化プロフィールとはほぼ一致していたため、図１５Ａにおいては、平滑化プロフィールの大部分は、校正プロフィールに隠れてしまっている。また、図１５Ａに示した点ｇの曲率変化点の具体的な座標を、図１６に示した。
With this process, one calibration target point was detected as the second curvature change point.
FIG. 15A shows a calibration profile, a smoothing profile obtained by moving and averaging the calibration profiles, curvature first-order difference data for the smoothing profile, and curvature change points obtained from peak detection of the curvature first-order difference data. In addition, the illustrated graph is shown. Note that, since the calibration profile and the smoothing profile almost coincided with each other, in FIG. 15A, most of the smoothing profile is hidden by the calibration profile. Moreover, the specific coordinate of the curvature change point of the point g shown to FIG. 15A was shown in FIG.
続いて、得られた光切断線に対し、式（１１１）においてｍ＝５０とするとともに、重みづけ係数ｗｊを全て１として移動平均を行い、平滑化プロフィールを得た。得られた平滑化プロフィールに対し、式（１１３）、式（１１７）のそれぞれにおいて差分幅をｈ＝１８１・Δｘ（ｍ＝１８１，Δｘ＝０．００５５ｍｍ）として、２階差分データ及び１階差分データを得た。得られた２種類の差分データを、式（１１５）に代入して、曲率データを得た。得られた曲率データに対し、式（１１９）において差分幅をｈ＝９０・Δｘ（ｍ＝９０，Δｘ＝０．００５５ｍｍ）として、曲率１階差分データを得た。得られた曲率１階差分データに対し、閾値０．０１以上で所定の区間内にあるピークｘ座標ｘｐを求めた。 Subsequently, with respect to the obtained light section line, m = 50 in the formula (111), and the weighting coefficient w j was set to 1 to perform a moving average to obtain a smoothing profile. With respect to the obtained smoothing profile, the difference width in each of the expressions (113) and (117) is h = 181 · Δx (m = 181, Δx = 0.555 mm), and the second-order difference data and the first-order difference I got the data. The obtained two types of difference data were substituted into equation (115) to obtain curvature data. For the obtained curvature data, the first-order curvature difference data was obtained by setting the difference width to h = 90 · Δx (m = 90, Δx = 0.555 mm) in the equation (119). For the obtained curvature first-order difference data, a peak x coordinate x p within a predetermined section with a threshold value of 0.01 or more was obtained.
また、ピークｘ座標ｘｐ自身を含む周辺の９１点の曲率１階差分データ（ｘｋ，ｇ’（ｘｋ））に対して放物線近似を行い、放物線の軸に対応する補間されたピークｘ座標ｘｐ’を求めた。更に、補間されたピークｘ座標ｘｐ’に対応する平滑化プロフィール上の点（ｘｐ’，ｆ（ｘｐ’））を、直線補間によって求めた。 Further, parabolic approximation is performed on the first-order curvature difference data (x k , g ′ (x k )) of 91 points including the peak x coordinate x p itself, and the interpolated peak x corresponding to the parabola axis is performed. The coordinate x p ′ was obtained. Further, a point (x p ′, f (x p ′)) on the smoothing profile corresponding to the interpolated peak x coordinate x p ′ was obtained by linear interpolation.
かかる処理により、第２の曲率変化点として、１点の校正対象点が検出された。
図１５Ｂに、光切断線と、光切断線を移動平均して得た平滑化プロフィールと、平滑化プロフィールに対する曲率１階差分データと、曲率１階差分データのピーク検出から得た曲率変化点と、をあわせて図示したグラフ図を示した。なお、光切断線と平滑化プロフィールとはほぼ一致していたため、図１５Ｂにおいては、平滑化プロフィールの大部分は、光切断線に隠れてしまっている。また、図１５Ｂに示した点ｇ’の曲率変化点の具体的な座標を、図１６に示した。
With this process, one calibration target point was detected as the second curvature change point.
FIG. 15B shows an optical cutting line, a smoothing profile obtained by moving and averaging the optical cutting lines, curvature first-order difference data for the smoothing profile, and curvature change points obtained from peak detection of the curvature first-order difference data. The graph figure which illustrated together is shown. In addition, since the optical cutting line and the smoothing profile substantially matched, in FIG. 15B, most of the smoothing profile is hidden behind the optical cutting line. Further, specific coordinates of the curvature change point of the point g ′ shown in FIG. 15B are shown in FIG.
＜復元パラメータ及び位置合わせパラメータの算出＞
図１６に示した各７点の校正対象点を用いて、復元パラメータ及び位置合わせパラメータの算出を行った。
既知のパラメータであるレンズの焦点距離ｆ＝３５ｍｍと、校正プロフィール上の校正対象点（ｕｉ，ｖｉ）を式（１２１）に代入して得られる対応線分の長さｄｉｊと、光切断線上の校正対象点の座標（Ｘｉ，Ｙｉ）を式（１３３）〜式（１４１）に代入し、対応線分の２１本（７Ｃ２＝２１）分の総和を計算することで、合同条件式である式（１３１）の多項式の係数を求めた。
<Calculation of restoration parameter and alignment parameter>
Using the seven calibration target points shown in FIG. 16, the restoration parameter and the alignment parameter were calculated.
The lens focal length f = 35 mm, which is a known parameter, the length d ij of the corresponding line segment obtained by substituting the calibration target points (u i , v i ) on the calibration profile into the equation (121), and the light By substituting the coordinates (X i , Y i ) of the calibration target point on the cutting line into the equations (133) to (141), and calculating the sum total of 21 corresponding line segments ( 7 C 2 = 21) The coefficient of the polynomial of the equation (131), which is a congruent conditional expression, was obtained.
数値演算アルゴリズムであるニュートン法により、合同条件式である式（１３１）を解くと、ｔ＝ｃｏｔθ＝１．４３７となり、撮像装置１０３の設置角度θは、図１７に示したように、３４．８２５度となった。
When the equation (131), which is a congruent conditional expression, is solved by the Newton method, which is a numerical operation algorithm, t = cot θ = 1.437, and the installation angle θ of the
また、得られたｔ＝１．４３７（θ＝３４．８２５度）の値を式（１２９）に代入して平方根をとると、図１７に示したように、拡大率Ｍ＝１５．１１３となった。なお、得られた拡大率Ｍ＝１５．１１３と、ｆ＝３５ｍｍとを用いて、式（１０５）から距離Ｌを逆算すると、距離Ｌ＝５６３．９５９ｍｍとなった。 Further, when the obtained value of t = 1.437 (θ = 34.825 degrees) is substituted into the equation (129) and the square root is taken, as shown in FIG. 17, the enlargement ratio M = 15.113. became. In addition, when the distance L was calculated backward from Formula (105) using the obtained enlargement ratio M = 15.113 and f = 35 mm, the distance L = 563.959 mm.
続いて、式（１５５）及び式（１５７）から、位置合わせパラメータである回転角αと、並進ベクトルの成分（ｘ０，ｙ０）を算出した。得られた結果を、図１７にあわせて示した。 Subsequently, the rotation angle α as the alignment parameter and the translation vector component (x 0 , y 0 ) were calculated from the equations (155) and (157). The obtained results are shown in FIG.
＜測定プロフィールの算出＞
以上のようにして得られた復元パラメータを用い、得られた光切断線を射影変換することで、測定プロフィールを得た。得られた測定プロフィールについて、得られた位置合わせパラメータを用いて回転・並進の補正を行い、補正後の測定プロフィールを得た。かかる処理により得られた復元プロフィールと、変位センサ１０５により得られた校正プロフィールと、を図１８にあわせて示した。図１８から明らかなように、本発明に係る手法で復元した測定プロフィールは、校正プロフィールと非常に良く一致しており、製品の軌条を用いて校正処理を実施可能であることが明らかとなった。
<Calculation of measurement profile>
A measurement profile was obtained by projective transformation of the obtained light section line using the restoration parameter obtained as described above. About the obtained measurement profile, rotation / translation correction was performed using the obtained alignment parameter, and a corrected measurement profile was obtained. The restoration profile obtained by such processing and the calibration profile obtained by the
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It is obvious that a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can come up with various changes or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. Of course, it is understood that these also belong to the technical scope of the present invention.
１０ 形状測定装置
１００ データ取得装置
１０１ 線状レーザ光源
１０３ 撮像装置
１０５ 変位センサ
２００ 演算処理装置
２０１ データ取得装置制御部
２０３ データ取得部
２０５ 演算処理部
２０７ 結果出力部
２０９ 表示制御部
２１１ 記憶部
２２１ 校正処理部
２２３ 校正対象点検出部
２２５ 復元パラメータ算出部
２２７ 位置合わせパラメータ算出部
２２９ 形状算出部
DESCRIPTION OF
Claims (13)
校正された前記変換パラメータと、前記光切断像から抽出される光切断線と、を用いて、前記被測定物の表面形状を算出する形状算出部と、
を備え、
前記校正処理部は、
前記形状プロフィールと前記光切断線との間で互いに対応関係にある校正対象点について、前記光切断線上の前記校正対象点を射影変換することで得られる射影変換後の前記校正対象点を結ぶ線分の長さが、前記光切断線上の校正対象点と対応関係にある前記形状プロフィール上の前記校正対象点を結ぶ線分の長さと等しいという合同条件に基づいて、前記変換パラメータを校正し、
前記合同条件は、前記形状プロフィール上の前記線分の長さ、前記光切断線上の前記校正対象点の座標、及び、前記光切断像の生成に用いられたカメラの焦点距離をパラメータとして含み、かつ、前記線分の本数分の総和を係数に有する多項式で表される、演算処理装置。 A light cut image obtained by imaging the luminance distribution on the measurement surface of the linear laser beam irradiated on the measurement surface of the measurement object and extending in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the measurement object. And a projection profile of the light section line extracted from the light section image based on the profile of the surface shape of the object to be measured generated by a displacement sensor that measures the separation distance to the surface to be measured. A calibration processing unit that calibrates the conversion parameters used when
Using the calibrated conversion parameter and a light cutting line extracted from the light cutting image, a shape calculating unit that calculates a surface shape of the object to be measured;
With
The calibration processing unit
A line connecting the calibration target points after the projective transformation obtained by projective transformation of the calibration target points on the optical cutting line with respect to the calibration target points corresponding to each other between the shape profile and the optical cutting line. Based on the congruent condition that the length of the minute is equal to the length of the line segment connecting the calibration target points on the shape profile in correspondence with the calibration target point on the optical section line, the conversion parameter is calibrated,
The joint condition includes, as parameters, the length of the line segment on the shape profile, the coordinates of the calibration target point on the light cutting line, and the focal length of the camera used to generate the light cutting image, An arithmetic processing apparatus represented by a polynomial having a sum of the number of the line segments as a coefficient.
前記形状プロフィール及び前記光切断線のそれぞれについて、２階差分を算出することで、前記形状プロフィール及び前記光切断線のそれぞれにおける直線部位の端点を特定するとともに、前記形状プロフィール及び前記光切断線それぞれの曲率の１階差分を算出することで、前記形状プロフィール及び前記光切断線のそれぞれにおける曲率変化点を特定し、
前記形状プロフィール及び前記光切断線それぞれの互いに対応関係にある前記直線部位の端点及び前記曲率変化点のうち少なくとも三組以上を、前記校正対象点とする、請求項１に記載の演算処理装置。 The calibration processing unit
For each of the shape profile and the light cutting line, by calculating a second-order difference, an end point of a straight line portion in each of the shape profile and the light cutting line is specified, and each of the shape profile and the light cutting line, respectively. By calculating the first-order difference of the curvature of the curve, the curvature change point in each of the shape profile and the light section line is specified,
2. The arithmetic processing apparatus according to claim 1, wherein at least three or more sets of the end points of the linear portions and the curvature change points corresponding to each other of the shape profile and the optical cutting line are set as the calibration target points.
前記形状算出部は、前記位置合わせパラメータを用いて補正した前記測定プロフィールと前記形状プロフィールとの一致度合いを検証する、請求項１〜３の何れか１項に記載の演算処理装置。 The calibration processing unit corrects misalignment due to rotation and / or translation between the shape profile and the measurement profile obtained by projective transformation of the light section line using the calibrated conversion parameter. Calculate the alignment parameters to
The arithmetic processing apparatus according to claim 1, wherein the shape calculation unit verifies a degree of coincidence between the measurement profile corrected using the alignment parameter and the shape profile.
前記データ取得装置を制御するとともに、前記データ取得装置により取得された前記光切断像のデータ及び前記形状プロフィールのデータに基づき演算処理を行うことで、前記被測定物の形状に関するデータを算出する演算処理装置と、
を備え、
前記データ取得装置は、
前記被測定面に対して、前記被測定物の長手方向に対して直交する方向に伸びた線状レーザ光を照射する線状レーザ光源と、
前記被測定面における前記線状レーザ光の輝度分布を撮像する撮像装置と、
前記線状レーザ光の輝線と平行となるように移動しつつ、前記被測定面までの離隔距離を計測する変位センサと、
を有しており、
前記線状レーザ光源の光軸方向と前記長手方向とは、互いに直交しており、かつ、前記撮像装置の光軸方向は、前記線状レーザ光源の光軸方向に対して所定の角度で傾斜しており、
前記線状レーザ光源と前記変位センサとは、前記長手方向に沿って所定の間隔で離隔して配置されており、
前記演算処理装置は、
前記光切断像と前記形状プロフィールとに基づいて、前記光切断像から抽出される光切断線を射影変換する際に用いられる変換パラメータを校正する校正処理部と、
校正された前記変換パラメータと、前記光切断像から抽出される光切断線と、を用いて、前記被測定物の表面形状を算出する形状算出部と、
を有しており、
前記校正処理部は、
前記形状プロフィールと前記光切断線との間で互いに対応関係にある校正対象点について、前記光切断線上の前記校正対象点を射影変換することで得られる射影変換後の前記校正対象点を結ぶ線分の長さが、前記光切断線上の校正対象点と対応関係にある前記形状プロフィール上の前記校正対象点を結ぶ線分の長さと等しいという合同条件に基づいて、前記変換パラメータを校正し、
前記合同条件は、前記形状プロフィール上の前記線分の長さ、前記光切断線上の前記校正対象点の座標、及び、前記光切断像の生成に用いられたカメラの焦点距離をパラメータとして含み、かつ、前記線分の本数分の総和を係数に有する多項式で表される、形状測定装置。 Irradiating the surface to be measured of the object to be measured with linear laser light to obtain data of a light section image obtained by imaging the luminance distribution of the linear laser light on the surface to be measured, A data acquisition device for acquiring shape profile data representing the surface shape;
Calculation that controls the data acquisition device and calculates data related to the shape of the object to be measured by performing arithmetic processing based on the data of the light section image and the data of the shape profile acquired by the data acquisition device. A processing device;
With
The data acquisition device includes:
A linear laser light source for irradiating a linear laser beam extending in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the object to be measured with respect to the measurement surface;
An imaging device for imaging the luminance distribution of the linear laser beam on the measurement surface;
A displacement sensor that measures the separation distance to the surface to be measured while moving so as to be parallel to the bright line of the linear laser beam;
Have
The optical axis direction of the linear laser light source and the longitudinal direction are orthogonal to each other, and the optical axis direction of the imaging device is inclined at a predetermined angle with respect to the optical axis direction of the linear laser light source. And
The linear laser light source and the displacement sensor are spaced apart at a predetermined interval along the longitudinal direction,
The arithmetic processing unit includes:
Based on the light section image and the shape profile, a calibration processing unit that calibrates a conversion parameter used in projective conversion of the light section line extracted from the light section image;
Using the calibrated conversion parameter and a light cutting line extracted from the light cutting image, a shape calculating unit that calculates a surface shape of the object to be measured;
Have
The calibration processing unit
A line connecting the calibration target points after the projective transformation obtained by projective transformation of the calibration target points on the optical cutting line with respect to the calibration target points corresponding to each other between the shape profile and the optical cutting line. Based on the congruent condition that the length of the minute is equal to the length of the line segment connecting the calibration target points on the shape profile in correspondence with the calibration target point on the optical section line, the conversion parameter is calibrated,
The joint condition includes, as parameters, the length of the line segment on the shape profile, the coordinates of the calibration target point on the light cutting line, and the focal length of the camera used to generate the light cutting image, And the shape measuring apparatus represented by the polynomial which has the sum total for the number of said line segments as a coefficient.
前記形状プロフィール及び前記光切断線のそれぞれについて、２階差分を算出することで、前記形状プロフィール及び前記光切断線のそれぞれにおける直線部位の端点を特定するとともに、前記形状プロフィール及び前記光切断線それぞれの曲率の１階差分を算出することで、前記形状プロフィール及び前記光切断線のそれぞれにおける曲率変化点を特定し、
前記形状プロフィール及び前記光切断線それぞれの互いに対応関係にある前記直線部位の端点及び前記曲率変化点のうち少なくとも三組以上を、前記校正対象点とする、請求項６に記載の形状測定装置。 The calibration processing unit
For each of the shape profile and the light cutting line, by calculating a second-order difference, an end point of a straight line portion in each of the shape profile and the light cutting line is specified, and each of the shape profile and the light cutting line, respectively. By calculating the first-order difference of the curvature of the curve, the curvature change point in each of the shape profile and the light section line is specified,
The shape measuring apparatus according to claim 6, wherein at least three sets of the end points of the straight line portions and the curvature change points corresponding to each other of the shape profile and the optical cutting line are set as the calibration target points.
前記形状算出部は、前記位置合わせパラメータを用いて補正した前記測定プロフィールと前記形状プロフィールとの一致度合いを検証する、請求項６〜８の何れか１項に記載の形状測定装置。 The calibration processing unit corrects misalignment due to rotation and / or translation between the shape profile and the measurement profile obtained by projective transformation of the light section line using the calibrated conversion parameter. Calculate the alignment parameters to
The shape measuring apparatus according to claim 6, wherein the shape calculating unit verifies a degree of coincidence between the measurement profile corrected using the alignment parameter and the shape profile.
校正された前記変換パラメータと、前記光切断像から抽出される光切断線と、を用いて、前記被測定物の表面形状を算出する形状算出ステップと、
を含み、
前記校正処理ステップでは、
前記形状プロフィールと前記光切断線との間で互いに対応関係にある校正対象点について、前記光切断線上の前記校正対象点を射影変換することで得られる射影変換後の前記校正対象点を結ぶ線分の長さが、前記光切断線上の校正対象点と対応関係にある前記形状プロフィール上の前記校正対象点を結ぶ線分の長さと等しいという合同条件に基づいて、前記変換パラメータが校正され、
前記合同条件は、前記形状プロフィール上の前記線分の長さ、前記光切断線上の前記校正対象点の座標、及び、前記光切断像の生成に用いられたカメラの焦点距離をパラメータとして含み、かつ、前記線分の本数分の総和を係数に有する多項式で表される、演算処理方法。 A light cut image obtained by imaging the luminance distribution on the measurement surface of the linear laser beam irradiated on the measurement surface of the measurement object and extending in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the measurement object. And a projection profile of the light section line extracted from the light section image based on the profile of the surface shape of the object to be measured generated by a displacement sensor that measures the separation distance to the surface to be measured. A calibration processing step for calibrating the conversion parameters used when
Using the calibrated conversion parameter and a light cutting line extracted from the light cutting image, a shape calculating step for calculating a surface shape of the object to be measured;
Including
In the calibration process step,
A line connecting the calibration target points after the projective transformation obtained by projective transformation of the calibration target points on the optical cutting line with respect to the calibration target points corresponding to each other between the shape profile and the optical cutting line. The conversion parameter is calibrated based on the congruent condition that the length of the minute is equal to the length of the line segment connecting the calibration target points on the shape profile that has a corresponding relationship with the calibration target point on the optical cutting line,
The joint condition includes, as parameters, the length of the line segment on the shape profile, the coordinates of the calibration target point on the light cutting line, and the focal length of the camera used to generate the light cutting image, And the arithmetic processing method represented by the polynomial which has the sum total for the number of said line segments as a coefficient.
前記光切断像と前記形状プロフィールとに基づいて、前記光切断像から抽出される光切断線を射影変換する際に用いられる変換パラメータを校正する校正処理ステップと、
校正された前記変換パラメータと、前記光切断像から抽出される光切断線と、を用いて、前記被測定物の表面形状を算出する形状算出ステップと、
を含み、
前記校正処理ステップでは、
前記形状プロフィールと前記光切断線との間で互いに対応関係にある校正対象点について、前記光切断線上の前記校正対象点を射影変換することで得られる射影変換後の前記校正対象点を結ぶ線分の長さが、前記光切断線上の校正対象点と対応関係にある前記形状プロフィール上の前記校正対象点を結ぶ線分の長さと等しいという合同条件に基づいて、前記変換パラメータが校正され、
前記合同条件は、前記形状プロフィール上の前記線分の長さ、前記光切断線上の前記校正対象点の座標、及び、前記光切断像の生成に用いられたカメラの焦点距離をパラメータとして含み、かつ、前記線分の本数分の総和を係数に有する多項式で表される、形状測定方法。 A linear laser light source that irradiates a measurement target surface of the measurement target with a linear laser beam extending in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the measurement target, and the linear laser light on the measurement target surface And a displacement sensor that measures a separation distance to the measurement surface while moving so as to be parallel to the bright line of the linear laser beam, The optical axis direction of the linear laser light source and the longitudinal direction are orthogonal to each other, and the optical axis direction of the imaging device is inclined at a predetermined angle with respect to the optical axis direction of the linear laser light source. The linear laser light source and the displacement sensor image the luminance distribution of the linear laser light on the surface to be measured by a data acquisition device arranged at a predetermined interval along the longitudinal direction. And the data of the measured object and the measured object. A data acquisition step of acquiring the shape profile data representing the surface shape, and
A calibration processing step for calibrating a conversion parameter used when projecting and transforming a light section line extracted from the light section image based on the light section image and the shape profile;
Using the calibrated conversion parameter and a light cutting line extracted from the light cutting image, a shape calculating step for calculating a surface shape of the object to be measured;
Including
In the calibration process step,
A line connecting the calibration target points after the projective transformation obtained by projective transformation of the calibration target points on the optical cutting line with respect to the calibration target points corresponding to each other between the shape profile and the optical cutting line. The conversion parameter is calibrated based on the congruent condition that the length of the minute is equal to the length of the line segment connecting the calibration target points on the shape profile that has a corresponding relationship with the calibration target point on the optical cutting line,
The joint condition includes, as parameters, the length of the line segment on the shape profile, the coordinates of the calibration target point on the light cutting line, and the focal length of the camera used to generate the light cutting image, And the shape measuring method represented with the polynomial which has the sum total for the number of the said line segments as a coefficient.
前記光切断像と前記形状プロフィールとに基づいて、前記光切断像から抽出される光切断線を射影変換する際に用いられる変換パラメータを校正する校正処理機能と、
校正された前記変換パラメータと、前記光切断像から抽出される光切断線と、を用いて、前記被測定物の表面形状を算出する形状算出機能と、
を実現させ、
前記校正処理機能は、
前記形状プロフィールと前記光切断線との間で互いに対応関係にある校正対象点について、前記光切断線上の前記校正対象点を射影変換することで得られる射影変換後の前記校正対象点を結ぶ線分の長さが、前記光切断線上の校正対象点と対応関係にある前記形状プロフィール上の前記校正対象点を結ぶ線分の長さと等しいという合同条件に基づいて、前記変換パラメータを校正し、
前記合同条件は、前記形状プロフィール上の前記線分の長さ、前記光切断線上の前記校正対象点の座標、及び、前記光切断像の生成に用いられたカメラの焦点距離をパラメータとして含み、かつ、前記線分の本数分の総和を係数に有する多項式で表される、プログラム。
A light cut image obtained by imaging the luminance distribution on the measurement surface of the linear laser beam irradiated on the measurement surface of the measurement object and extending in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the measurement object. And a computer capable of acquiring a shape profile representing a surface shape of the object to be measured generated by a displacement sensor that measures a separation distance to the surface to be measured,
Based on the light section image and the shape profile, a calibration processing function for calibrating a conversion parameter used when projective transforming a light section line extracted from the light section image;
A shape calculation function for calculating a surface shape of the object to be measured using the calibrated conversion parameter and a light section line extracted from the light section image;
Realized,
The calibration processing function is
A line connecting the calibration target points after the projective transformation obtained by projective transformation of the calibration target points on the optical cutting line with respect to the calibration target points corresponding to each other between the shape profile and the optical cutting line. Based on the congruent condition that the length of the minute is equal to the length of the line segment connecting the calibration target points on the shape profile in correspondence with the calibration target point on the optical section line, the conversion parameter is calibrated,
The joint condition includes, as parameters, the length of the line segment on the shape profile, the coordinates of the calibration target point on the light cutting line, and the focal length of the camera used to generate the light cutting image, And the program represented by the polynomial which has the sum total for the number of said line segments as a coefficient.
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| KR102044852B1 (en) * | 2018-06-29 | 2019-11-13 | 대한민국(농촌진흥청장) | Automatic Detect Device and Method of dairy cow teat |
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