JP7028086B2

JP7028086B2 - 形状測定装置および形状測定方法

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Publication number: JP7028086B2
Application number: JP2018128757A
Authority: JP
Inventors: 厚裕日比; 雄介今野; 純梅村; 洸平大角; 佑史大嶋
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2018-07-06
Filing date: 2018-07-06
Publication date: 2022-03-02
Anticipated expiration: 2038-07-06
Also published as: JP2020008390A

Description

本発明は、測定対象物の形状を光切断法により測定する形状測定装置および形状測定方法に関する。

光切断法は、相対移動する測定対象物に照射した線状光の反射光を撮像装置で撮像し、その撮像画像に写る線の曲がり具合から測定対象物の凹凸を測定する手法である。図５は、測定対象物の形状を光切断法により測定する従来の形状測定装置１０１を示す。形状測定装置１０１は、ラインレーザやスリット光等の線状光を照射する線状光源１０２を備え、搬送されている測定対象物１００の測定面１００ａに対して線状光を照射する。

形状測定装置１０１は、測定対象物１００の測定面１００ａ上に形成された光切断線Ｌ１を、エリアカメラ１０３により撮影し、得られた撮像画像（光切断画像とも呼ぶ）を演算処理装置１０４に出力する。この際、測定面１００ａが平坦であれば撮像画像には直線状の光切断線Ｌ１が現れる。しかし、測定面１００ａに凹凸がある場合には曲りのある光切断線Ｌ１が得られる。このように、光切断線Ｌ１の曲がり具合に基づき、照射断面における凹凸を測定する方法を光切断法と呼ぶ。

光切断法では、測定対象物１００と、線状光源１０２およびエリアカメラ１０３とを相対移動させているが、例えば、鉄鋼等の製造プロセスでは、固定された搬送ライン上を一様なサイズでない製品（例えば、厚み変動や、幅変動がある測定対象物１００）が移動することもある。また、図６Ａに示すように、測定対象物１００を搬送中に、測定対象物１００の幅中心が搬送ラインの幅方向中心からずれてしまい、測定対象物１００が斜行してしまうこともある。

特許文献１では、例えば、測定対象物１００にサイズ変動が生じたり、或いは、測定対象物１００が斜行してしまったときに、エリアカメラ１０３のレンズに生じるフォーカスズレを自動補正する方法を提案している。また、特許文献２には、フレームの周囲に枠を設け、その枠に撮影対象物がかかったらズームアウトして視野外れを防止することが開示されている。さらに、特許文献３には、追従対象物体が移動したときに、監視用のカメラが設置された旋回台を回転させる構成が開示されている。

国際公開第２０１６/１７１２６５号特開２０１３－９４３５号公報特許第３９６０７５８号公報

しかしながら、特許文献１では、エリアカメラ１０３の撮像視野に光切断線Ｌ１が収まっていることが必要である。そのため、図６Ｂに示すように、例えば湾曲状に変形した測定対象物１００等が搬送されたり、或いは、測定対象物１００が大きく斜行して、光切断線Ｌ１が撮像視野からはみ出してしまった場合（以下、視野外れとも呼ぶ）には、フォーカス補正ができないばかりか、光切断線Ｌ１を基に測定面１００ａの表面形状を測定できないという問題があった。

また、特許文献２では、ズームアウトすることで、フレーム毎に空間分解能が変化してしまうため、測定面１００ａの形状測定へ適用できないという問題があった。さらに、特許文献３では、旋回台を高速に回転させ難いため、測定対象物１００が搬送ライン上を高速に移動する場合、測定対象物１００の急峻なサイズ変動や斜行に対して、旋回台が追従し難い。そのため、特許文献３でも、光切断線Ｌ１の視野外れが生じてしまい、光切断線Ｌ１を基に測定面１００ａの表面形状を測定できないという問題があった。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、光切断線を基に測定対象物の表面形状を、従来よりも確実に測定できる形状測定装置および形状測定方法を提供することを目的とする。

本発明の形状測定装置は、測定対象物の測定面の形状を測定する形状測定装置において、前記測定面に線状光を照射する線状光源と、前記線状光による前記測定面上の光切断線を含む所定領域を撮像し、取得した撮像画像の一部領域を光切断線抽出画像として抽出する第１撮像部と、少なくとも前記光切断線抽出画像の撮像領域を含み、かつ、前記光切断線抽出画像の撮像領域よりも広域な前記測定面の領域を撮像した広域撮像画像を取得する第２撮像部と、前記光切断線抽出画像に基づいて前記測定対象物の表面形状を算出する演算処理装置と、を有し、前記演算処理装置は、前記広域撮像画像から光切断線位置を測定する光切断線位置測定部と、前記第１撮像部で前記光切断線抽出画像内から前記光切断線が外れる場合、前記撮像画像から前記光切断線抽出画像を抽出する抽出位置を、前記光切断線位置に基づいて、前記光切断線抽出画像内に前記光切断線が含まれる抽出位置に変更させる撮像視野制御部と、を備えるものである。

また、本発明の形状測定装置は、測定対象物の測定面の形状を測定する形状測定装置において、前記測定面に線状光を照射する線状光源と、前記線状光による前記測定面上の光切断線を含む所定領域を撮像し、取得した撮像画像の一部領域を光切断線抽出画像として抽出する第１撮像部と、少なくとも前記光切断線抽出画像の撮像領域を含み、かつ、前記光切断線抽出画像の撮像領域よりも広域な前記測定面の領域を撮像した広域撮像画像を取得する第２撮像部と、前記光切断線抽出画像に基づいて前記測定対象物の表面形状を算出する演算処理装置と、を有し、前記演算処理装置は、前記広域撮像画像から光切断線位置を測定する光切断線位置測定部と、前記第１撮像部で前記光切断線に対するフォーカスが外れる場合、前記第１撮像部のフォーカス位置を、前記光切断線位置に基づいて、前記光切断線にフォーカスが合うフォーカス位置に変更させるフォーカス調整部と、を備えるものである。

また、本発明の形状測定装置は、測定対象物の測定面の形状を測定する形状測定装置において、前記測定面に線状光を照射する線状光源と、前記線状光による前記測定面上の光切断線を含む所定領域を撮像し、取得した撮像画像の一部領域を光切断線抽出画像として抽出する第１撮像部と、少なくとも前記光切断線抽出画像の撮像領域を含み、かつ、前記光切断線抽出画像の撮像領域よりも広域な前記測定面の領域を撮像した広域撮像画像を取得する第２撮像部と、前記光切断線抽出画像に基づいて前記測定対象物の表面形状を算出する演算処理装置と、を有し、前記演算処理装置は、前記広域撮像画像から光切断線位置を測定する光切断線位置測定部と、前記第１撮像部で前記光切断線抽出画像内から前記光切断線が外れる場合、前記撮像画像から前記光切断線抽出画像を抽出する抽出位置を、前記光切断線位置に基づいて、前記光切断線抽出画像内に前記光切断線が含まれる抽出位置に変更させる撮像視野制御部と、前記第１撮像部で前記光切断線に対するフォーカスが外れる場合、前記第１撮像部のフォーカス位置を、前記光切断線位置に基づいて、前記光切断線にフォーカスが合うフォーカス位置に変更させるフォーカス調整部と、を備えるものである。

本発明の形状測定方法は、測定対象物の測定面の形状を測定する形状測定方法において、前記測定面に線状光を照射する照射ステップと、第１撮像部によって、前記線状光による前記測定面上の光切断線を含む所定領域を撮像し、取得した撮像画像の一部領域を光切断線抽出画像として抽出する第１撮像ステップと、少なくとも前記光切断線抽出画像の撮像領域を含み、かつ、前記光切断線抽出画像の撮像領域よりも広域な前記測定面の領域を撮像した広域撮像画像を、第２撮像部により取得する第２撮像ステップと、前記光切断線抽出画像に基づいて前記測定対象物の表面形状を算出する演算処理ステップと、を有し、前記演算処理ステップは、前記広域撮像画像から光切断線位置を測定する光切断線位置測定ステップと、前記第１撮像部で前記光切断線抽出画像内から前記光切断線が外れる場合、前記撮像画像から前記光切断線抽出画像を抽出する抽出位置を、前記光切断線位置に基づいて、前記光切断線抽出画像内に前記光切断線が含まれる抽出位置に変更させる撮像視野制御ステップと、を備えるものである。

また、本発明の形状測定方法は、測定対象物の測定面の形状を測定する形状測定方法において、前記測定面に線状光を照射する照射ステップと、第１撮像部によって、前記線状光による前記測定面上の光切断線を含む所定領域を撮像し、取得した撮像画像の一部領域を光切断線抽出画像として抽出する第１撮像ステップと、少なくとも前記光切断線抽出画像の撮像領域を含み、かつ、前記光切断線抽出画像の撮像領域よりも広域な前記測定面の領域を撮像した広域撮像画像を、第２撮像部により取得する第２撮像ステップと、前記光切断線抽出画像に基づいて前記測定対象物の表面形状を算出する演算処理ステップと、を有し、前記演算処理ステップは、前記広域撮像画像から光切断線位置を測定する光切断線位置測定ステップと、前記第１撮像部で前記光切断線に対するフォーカスが外れる場合、前記第１撮像部のフォーカス位置を、前記光切断線位置に基づいて、前記光切断線にフォーカスが合うフォーカス位置に変更させるフォーカス調整ステップと、を備えるものである。

また、本発明の形状測定方法は、測定対象物の測定面の形状を測定する形状測定方法において、前記測定面に線状光を照射する照射ステップと、第１撮像部によって、前記線状光による前記測定面上の光切断線を含む所定領域を撮像し、取得した撮像画像の一部領域を光切断線抽出画像として抽出する第１撮像ステップと、少なくとも前記光切断線抽出画像の撮像領域を含み、かつ、前記光切断線抽出画像の撮像領域よりも広域な前記測定面の領域を撮像した広域撮像画像を、第２撮像部により取得する第２撮像ステップと、前記光切断線抽出画像に基づいて前記測定対象物の表面形状を算出する演算処理ステップと、を有し、前記演算処理ステップは、前記広域撮像画像から光切断線位置を測定する光切断線位置測定ステップと、前記第１撮像部で前記光切断線抽出画像内から前記光切断線が外れる場合、前記撮像画像から前記光切断線抽出画像を抽出する抽出位置を、前記光切断線位置に基づいて、前記光切断線抽出画像内に前記光切断線が含まれる抽出位置に変更させる撮像視野制御ステップと、前記第１撮像部で前記光切断線に対するフォーカスが外れる場合、前記第１撮像部のフォーカス位置を、前記光切断線位置に基づいて、前記光切断線にフォーカスが合うフォーカス位置に変更させるフォーカス調整ステップと、を備えるものである。

本発明によれば、広域撮像画像内に含まれた光切断線の位置に基づいて、第１撮像部が撮像画像内から抽出する光切断線抽出画像の抽出位置を変更させるようにしたことで、光切断線抽出画像内からの光切断線の視野外れを防止できる。かくして、本発明では、光切断線を基に測定対象物の表面形状を、従来よりも確実に測定できる。

また、本発明によれば、広域撮像画像内に含まれた光切断線の位置に基づいて、第１撮像部のフォーカス位置を変更させるようにしたことで、第１撮像部における光切断線に対するフォーカス外れを防止できる。かくして、本発明では、光切断線を基に測定対象物の表面形状を、従来よりも確実に測定できる。

本発明の形状測定装置の構成を示す概略図である。図２Ａは、測定面における光切断線を示した概略図であり、図２Ｂは、光切断線の位置がピークとなって現れるプロジェクション波形を示したグラフである。本発明による形状測定処理手順を示すフローチャートである。他の実施形態による形状測定処理手順を示すフローチャートである。光切断法の説明に供する概略図である。図６Ａは、測定対象物が斜行したときの説明に供する概略図であり、図６Ｂは、光切断線の視野外れが生じるときの説明に供する概略図である。

以下図面について、本発明の一実施形態を詳述する。以下の説明において、同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

＜本発明の形状測定装置について＞
図１は、本発明による形状測定装置１の構成を示す概略図である。形状測定装置１は、搬送ラインに沿って搬送方向Ｄに搬送される測定対象物１００の測定面１００ａを撮像し、得られた撮像画像内から一部領域ＥＲ１を光切断線抽出画像として抽出する。ここで、光切断線抽出画像とは、撮像画像内から光切断線Ｌ１が写った領域周辺のみを関心領域（以下、ＲＯＩ：Region of interestと称する）として抽出したものであり、以下、ＲＯＩ画像とも称する。

形状測定装置１は、ＲＯＩ画像に対して画像処理を実行することにより、測定面１００ａの表面形状を測定する。この形状測定装置１は、線状光源６と撮像装置２と演算処理装置３と記憶部４と表示装置５とを備えており、以下これらの構成について順番に説明する。

線状光源６は、レーザやＬＥＤ等の公知の光源からなり、測定対象物１００の測定面１００ａに、線状光Ｌを照射する。測定対象物１００の測定面１００ａの線状光Ｌが照射された箇所には、線状の明るい部位（光切断線）Ｌ１が形成される。光切断線Ｌ１からの反射光は撮像装置２により撮像される。撮像装置２は、ＲＯＩ画像を生成する第１撮像部１１ａと、ＲＯＩ画像の撮像領域も含みかつＲＯＩ画像よりも広域な領域ＥＲ２を撮像した広域撮像画像を取得する第２撮像部１１ｂと、第１撮像部１１ａのフォーカス調整を行うためのフォーカス調整用モータ１２とを有する。

第１撮像部１１ａは、例えばエリアカメラであり、初めに光切断線Ｌ１が形成された測定面１００ａの所定領域を撮像し、撮像視野全体の全画素が露光された撮像画像を内部に取得する。その後、第１撮像部１１ａは、取得した撮像画像の中から、光切断線Ｌ１を含んだ一部領域ＥＲ１内の画素のみを読み出し、ＲＯＩ画像として抽出する。

なお、ここで撮像画像とは、ディスプレイに表示される具体的な画像としての形態だけでなく、画像として生成される前の撮像データも含まれる。よって、撮像視野全体の全画素が露光された撮像データを、具体的な画像として形成することなく、露光によって取得した全画素のデータのうちから、一部領域ＥＲ１内の画素に対応した部分だけを読み出して、直接ＲＯＩ画像とすることもできる。

このように、第１撮像部１１ａは、撮像視野全体の全画素が露光された撮像画像内から、光切断線Ｌ１周辺を写したＲＯＩ画像を抽出することで、撮像画像よりもデータ量が低減されたＲＯＩ画像を生成する。第１撮像部１１ａは、測定対象物１００が搬送されている間、撮像画像を所定間隔で取得してゆき、撮像画像が得られる度にＲＯＩ画像を得、当該ＲＯＩ画像を演算処理装置３に順次送出する。

ここで、高速で測定対象物１００が搬送される場合や、撮像間隔を短くして高密度に形状測定を行う場合には、高フレームレートが要求されるが、第１撮像部１１ａで得られるフルフレーム（第１撮像部１１ａの撮像視野全体の撮像画像）では伝送データ量が大きく、単位時間当たりの伝送可能量の上限による制約から、十分なフレームレートが得られない。よって、第１撮像部１１ａにおいて光切断線Ｌ１の視野外れを防止するためにフルフレームにして視野を広くするという対処方法は好ましくない。

そのため、フルフレームで対処するのではなく、第１撮像部１１ａの撮像視野全体の中から、光切断線Ｌ１が写った一部領域ＥＲ１のみを抽出し、画像伝送速度を高速化することが望ましい。しかしながら、光切断線Ｌ１が写った一部領域ＥＲ１を抽出するＲＯＩ画像を小さくすればするほど、光切断線Ｌ１の視野外れの可能性が高くなる。

そこで、本発明による形状測定装置１では、ＲＯＩ画像を生成する第１撮像部１１ａとは別に、ＲＯＩ画像よりも広域な測定面１００ａ上の領域を撮像する第２撮像部１１ｂを設けるようにした。ここで、第１撮像部１１ａは、従来通り光切断線Ｌ１の曲がり具合から測定面１００ａの凹凸を測定するためのＲＯＩ画像を生成するものである。一方、第２撮像部１１ｂは、測定面１００ａ上で変動する光切断線Ｌ１の位置（以下、光切断線位置と称する）を測定するために、当該測定面１００ａを撮像するものである。

第２撮像部１１ｂは、ＲＯＩ画像の撮像領域を含み、かつ、ＲＯＩ画像の撮像領域よりも広域な測定面１００ａの領域を撮像した広域撮像画像を取得する。これにより、第２撮像部１１ｂは、ＲＯＩ画像内から光切断線Ｌ１が外れた際にも、測定面１００ａの光切断線Ｌ１を撮像した広域撮像画像を取得し得る。そのため、第２撮像部１１ｂは、測定対象物１００のサイズ変動や、測定対象物１００の斜行により、光切断線位置が変動しても、測定面１００ａ上の光切断線Ｌ１を撮像できる視野が設定されている。

第２撮像部１１ｂは、測定対象物１００が搬送されている間、広域撮像画像を所定間隔で取得してゆき、これを演算処理装置３に順次送出する。ここで、広域撮像画像は、少なくとも第１撮像部１１ａで取得される撮像画像よりも低解像度または低画質でなり、撮像画像よりもデータ量が低減されている。なお、好ましくは、広域撮像画像のデータ量がＲＯＩ画像と同等のデータ量となるように、低解像度または低画質の広域撮像画像とすることが望ましい。これにより、第２撮像部１１ｂから演算処理装置３へのデータ転送速度を高速化し得、演算処理装置３は、ＲＯＩ画像の取得タイミングと同等の取得タイミングで広域撮像画像を取得することも可能である。

また第２撮像部１１ｂは、単に低解像度または低画質にするのではなく、予め想定されるサイズ変動や斜行が発生する時間間隔を超えない程度にフレームレートを低下させて撮像を行ってもよい。

本発明による形状測定装置１では、第２撮像部１１ｂで得られた広域撮像画像内の光切断線位置を演算処理装置３で測定し、この光切断線位置に基づいて、第１撮像部１１ａで撮像画像から抽出するＲＯＩ画像の抽出位置を調整する。これにより、形状測定装置１では、ＲＯＩ画像による高速撮影を可能としつつ、ＲＯＩ画像からの光切断線Ｌ１の視野外れを防止できる。

この場合、演算処理装置３は、第１撮像部１１ａからＲＯＩ画像を受け取る第１画像取得部１４ａと、第２撮像部１１ｂから広域撮像画像を受け取る第２画像取得部１４ｂとを有する。第１画像取得部１４ａは、第１撮像部１１ａから逐次入力されるＲＯＩ画像を、撮像視野制御部１５および形状測定部１７に送出する。

形状測定部１７は、ＲＯＩ画像内に存在する光切断線Ｌ１の曲がり具合に基づいて測定対象物１００の測定面１００ａの凹凸形状を算出する。測定面１００ａが凹凸のない平坦面である場合には、ＲＯＩ画像に直線状の光切断線Ｌ１が現れる。一方、例えば測定面１００ａに凸形状がある場合、ＲＯＩ画像には、測定面１００ａの凸形状によって生じた曲線部が光切断線Ｌ１に現れる。

なお、形状測定部１７による測定面１００ａの凹凸形状を算出する算出処理は、国際公開第２０１６/１７１２６５号と同じであるため、ここではその説明は省略するが、例えば、国際公開第２０１６/１７１２６５号に示すように、形状測定部１７は、ＲＯＩ画像の縦方向の各位置において、最大輝度となる水平方向の位置を特定し、光切断線Ｌ１の曲線部を求め、測定面１００ａの凹凸形状を算出する。

形状測定部１７は、算出した測定面１００ａの形状を形状画像として記憶部４や表示装置５に送出する。記憶部４は、形状測定部１７から受け取った形状画像を記憶し、表示装置５は、形状測定部１７から受け取った形状画像を表示する。表示装置５は、測定面１００ａの形状画像を表示することで、オペレータに対して測定面１００ａの凹凸の有無を通知できる。記憶部４は、測定面１００ａの形状画像を記憶することで、例えば、測定面１００ａにおいて凹凸形状のある位置を特定できる。

一方、第２画像取得部１４ｂは、第２撮像部１１ｂから逐次入力される広域撮像画像を、光切断線位置測定部１６に送出する。光切断線位置測定部１６は、広域撮像画像内の光切断線位置を測定する。ここで、図２Ａは、第２撮像部１１ｂにより測定面１００ａを撮像した広域撮像画像Ａの一例である。

広域撮像画像Ａにおいて、測定対象物１００の搬送方向をＸ方向とし、Ｘ方向に対して直交する光切断線Ｌ１の延伸方向をＹ方向とする。広域撮像画像Ａは、例えば、Ｎ×Ｍ画素の画像Ｉ（ｘ，ｙ）であるとする（０≦ｘ≦Ｎ－１、０≦ｙ≦Ｍ－１）。ここで、ｘは各画素のＸ方向位置であり、ｙは各画素のＹ方向位置を示す。

光切断線位置測定部１６は、下記式（１）に基づき、図２Ａの広域撮像画像Ａの水平方向（Ｘ方向）の各位置において、光切断線Ｌ１の延伸方向（縦方向、Ｙ方向）に並ぶ各画素の輝度値の和（累積輝度値）をとり、図２Ｂに示すような水平方向における各位置での累積輝度値を表した波形（以下、プロジェクション波形と称する）を算出する。

ここで、光切断線位置は、光切断線Ｌ１が照射されていない部分とは異なる輝度値で広域撮像画像Ａに現れる。従って、プロジェクション波形においても、光切断線Ｌ１が照射されている位置の累積輝度値は、光切断線Ｌ１が照射されていない他の位置の累積輝度値と比較して、著しく高くなり、ピークとして現れる。例えば、図２Ａに示すように、光切断線Ｌ１は縦方向に延びているため、図２Ｂに示すように、プロジェクション波形には光切断線Ｌ１の位置がピークとなって現れる。光切断線位置測定部１６は、算出したプロジェクション波形において累積輝度値が著しく高くなっている位置を、光切断線位置として測定する。

なお、光切断線位置は、例えば、下記式（２）に示すようにプロジェクション波形のピーク位置としてもよく、また、下記式（３）に示すように、プロジェクション波形の重心位置としてもよい。なお、広域撮像画像から光切断線Ｌ１の大まかな位置を特定できれば良いため、広域撮像画像について低解像化および低画質化し得る。

なお、図２Ａに示す広域撮像画像Ａには、直線部Ｌａと、測定面１００ａの凸形状によって生じた曲線部Ｌｂとでなる光切断線Ｌ１が現れている。図１に示すように、光切断線位置測定部１６は、測定した光切断線位置を光切断線位置データとして、撮像視野制御部１５およびフォーカス調整部１８に送出する。なお、この光切断線位置データは、図２Ａに示すように、広域撮像画像Ａの水平方向（Ｘ方向）での光切断線Ｌ１の位置を示すＸ座標データである。

ここで、記憶部４には、第１撮像部１１ａで取得される撮像画像内での位置と、第２撮像部１１ｂで取得される広域撮像画像内での位置との位置関係を示した対応位置情報が予め記憶されている。撮像視野制御部１５は、光切断線位置データを受け取ると、対応位置情報を参照し、光切断線位置測定部１６で広域撮像画像から測定された光切断線位置を、第１撮像部１１ａで取得される撮像画像内での位置に変換する。

このようにして、撮像視野制御部１５は、広域撮像画像内での位置で示された光切断線位置を、撮像画像内での位置として示し、これを抽出位置データとして第１画像取得部１４ａを介して第１撮像部１１ａに送出する。これにより、第１撮像部１１ａは、撮像画像内から抽出するＲＯＩ画像の抽出位置を、抽出位置データに基づいて変更し、撮像画像内からＲＯＩ画像を抽出する。なお、この実施形態の場合、第１撮像部１１ａは、例えば、抽出位置データの位置を中点とした所定領域を、ＲＯＩ画像として撮像画像から抽出することで、光切断線Ｌ１が含まれたＲＯＩ画像を生成する。

かくして、測定対象物１００のサイズ変動や、測定対象物１００の斜行により、撮像画像内で光切断線位置の変動が生じ、現在のＲＯＩ画像内から光切断線Ｌ１が外れる恐れがあっても、第１撮像部１１ａは、第２撮像部１１ｂで取得した広域撮像画像内での光切断線位置に基づいて、撮像画像内での光切断線Ｌ１の位置ずれに追従してＲＯＩ画像の抽出位置を変更できる。このように、第１撮像部１１ａは、ＲＯＩ画像内に光切断線Ｌ１が常に写るように撮像画像からの抽出位置を変えてゆき、ＲＯＩ画像内からの光切断線Ｌ１の視野外れを防止し、光切断線Ｌ１が常に含まれるＲＯＩ画像を取得し続けることができる。

かかる構成に加えて、記憶部４には、第２撮像部１１ｂで取得される広域撮像画像内での光切断線位置と、広域撮像画像内での光切断線位置にある光切断線Ｌ１に対して第１撮像部１１ａがフォーカスを合わせることができるフォーカス位置との対応関係を示した合焦対応情報が予め記憶されている。フォーカス調整部１８は、光切断線位置データを受け取ると、合焦対応情報を参照し、光切断線位置測定部１６で広域撮像画像から測定された光切断線位置から、第１撮像部１１ａで撮影されている撮像画像内の光切断線Ｌ１にフォーカスが合うフォーカス位置を特定する。

フォーカス調整部１８は、合焦対応情報を基に特定したフォーカス位置をフォーカス設定データとして撮像装置２のフォーカス調整用モータ１２に送出する。フォーカス調整用モータ１２は、フォーカス設定データを基に、第１撮像部１１ａのレンズを駆動制御し、当該レンズのフォーカス位置を調整する。これにより、第１撮像部１１ａは、撮像画像内の光切断線Ｌ１に対して常にフォーカスを合わせることができ、撮像画像内から抽出されるＲＯＩ画像において光切断線Ｌ１を細く鮮明に写すことができる。

第１撮像部１１ａは、撮像画像内で光切断線Ｌ１にフォーカスが合い、かつ光切断線Ｌ１が写ったＲＯＩ画像を撮像画像内から抽出し、当該ＲＯＩ画像を演算処理装置３に送出する。かくして、測定対象物１００のサイズ変動や、測定対象物１００の斜行により、撮像画像内で光切断線位置の変動が生じ、ＲＯＩ画像内で光切断線Ｌ１に対するフォーカスが外れる恐れがあっても、第１撮像部１１ａでは、フォーカス設定データに基づいて、ＲＯＩ画像内の光切断線Ｌ１に対して常にフォーカスを合わせることができる。よって、演算処理装置３では、形状測定部１７において、ＲＯＩ画像に基づき光切断線Ｌ１の曲がり具合を正確に求めることができ、光切断線位置が変動しても形状測定の精度を維持できる。

＜本発明の形状測定処理＞
次に、形状測定装置１にて実行される、上述した形状測定処理について、図３に示すフローチャートを用いて説明する。図３に示すように、形状測定装置１は、開始ステップからステップＳＰ１およびステップＳＰ９に移る。ここで、図３におけるステップＳＰ１～ステップＳＰ８は、第１撮像部１１ａに関する処理を示し、ステップＳＰ９～ステップＳＰ１４は、第２撮像部１１ｂに関する処理である。

ここでは、先ず始めに第２撮像部１１ｂに関する処理について説明する。ステップＳＰ９において、形状測定装置１は、形状測定処理が開始されると、第２撮像部１１ｂの初期設定を行い、次のステップＳＰ１０に移る。ここで、第２撮像部１１ｂは、初期設定として、例えば広域撮像画像内における光切断線Ｌ１の予測位置を設定する。また、測定対象物１００のサイズ変動や、測定対象物１００の斜行等により、光切断線位置が変動しても、測定面１００ａ上の光切断線Ｌ１を撮像できる十分に広い視野を設定する。

ステップＳＰ１０において、測定対象物１００が搬送ラインに沿って搬送されているときには、ステップＳＰ１１に移る。ステップＳＰ１１において、演算処理装置３は、測定面１００ａを撮像した広域撮像画像を第２撮像部１１ｂから取得し、次のステップＳＰ１２に移る。ステップＳＰ１２において、演算処理装置３は、光切断線位置測定部１６によって、広域撮像画像から光切断線位置を測定し、次のステップＳＰ１３に移る。

ステップＳＰ１３において、撮像視野制御部１５は、光切断線位置測定部１６により測定した光切断線位置を光切断線位置データとして受け取ると、対応位置情報を参照し、光切断線位置データに対応した抽出位置データを特定する。また、ステップＳＰ１３において、フォーカス調整部１８は、光切断線位置測定部１６により測定した光切断線位置を光切断線位置データとして受け取ると、フォーカス対応情報を参照し、光切断線位置データに対応したフォーカス設定データを特定する。

次にステップＳＰ１４に移り、撮像視野制御部１５は、特定した抽出位置データを第１撮像部１１ａに送出し、フォーカス調整部１８は、特定したフォーカス設定データを第１撮像部１１ａに送出して、再び上述したステップＳＰ１０に移る。このように、ステップＳＰ１０において否定結果が得られるまで、すなわち、測定対象物１００が搬送し終わるまで、ステップＳＰ１１～ステップＳＰ１４を繰り返す。

次に、第１撮像部１１ａに関する処理について説明する。ステップＳＰ１において、形状測定装置１は、形状測定処理が開始されると、第１撮像部１１ａの初期設定を行い、次のステップＳＰ２に移る。ここで、第１撮像部１１ａは、初期設定として、例えば撮像画像内における光切断線Ｌ１の予測位置に基づき、撮像画像内からＲＯＩ画像を抽出する初期の抽出位置と、当該光切断線Ｌ１にフォーカスを合わせる初期のフォーカス位置と、を設定する。

なお、初期設定として用いる、撮像画像内における光切断線Ｌ１の予測位置は、過去の操業データやプロセスコンピュータ（図示せず）からの上位情報等から予め決めておくこともできる。

ステップＳＰ２において、測定対象物１００が搬送ラインに沿って搬送されているときには、ステップＳＰ３に移る。ステップＳＰ３において、第１撮像部１１ａは、抽出位置データおよびフォーカス設定データを演算処理装置３から受け取ったか否かを判断する。ステップＳＰ３において、肯定結果が得られると、このことは抽出位置データおよびフォーカス設定データを演算処理装置３から受け取っていないことを表しており、このとき、第１撮像部１１ａは次にステップＳＰ６に移る。

これに対して、ステップＳＰ３において肯定結果が得られると、このことは抽出位置データおよびフォーカス設定データを演算処理装置３から受け取ったこと、すなわち、第２撮像部１１ｂで取得した広域撮像画像内の光切断線位置を基に、演算処理装置３で抽出位置データおよびフォーカス設定データが特定されたことを示しており、このとき、第１撮像部１１ａは次のステップＳＰ４およびステップＳＰ５に移る。

ステップＳＰ４において、第１撮像部１１ａは、演算処理装置３から受け取った抽出位置データを基に、撮像画像内からＲＯＩ画像を抽出する抽出位置を設定し、次のステップＳＰ６に移る。また、ステップＳＰ５において、第１撮像部１１ａは、演算処理装置３から受け取ったフォーカス設定データを基にレンズを駆動制御し、ＲＯＩ画像内の光切断線Ｌ１にフォーカスが合うようにフォーカスを設定し、次のステップＳＰ６に移る。

ステップＳＰ６において、第１撮像部１１ａは、測定対象物１００の測定面１００ａを撮像し、測定面１００ａ上に光切断線Ｌ１が写った撮像画像を内部に取得し、次のステップＳＰ７に移る。ステップＳＰ７において、第１撮像部１１ａは、ステップＳＰ５で設定されたフォーカス位置を基にフォーカスを合わせ、かつ、ステップＳＰ４で設定された抽出位置で撮像画像内からＲＯＩ画像を抽出し、得られたＲＯＩ画像を演算処理装置３に送出して、再びステップＳＰ２に戻る。このように、ステップＳＰ２において否定結果が得られるまで、すなわち、測定対象物１００が搬送し終わるまで、ステップＳＰ３～ステップＳＰ７を繰り返す。

測定対象物１００が搬送し終わり、ステップＳＰ２において否定結果が得られると、演算処理装置３は次のステップＳＰ８に移る。ステップＳＰ８において、演算処理装置３は、第１撮像部１１ａから取得した各ＲＯＩ画像から測定面１００ａの表面形状を算出し、当該表面形状を記憶部４や表示装置５に送出し、上述した形状算出処理を終了する。

＜作用および効果＞
以上の構成において、第１撮像部１１ａは、測定面１００ａ上の光切断線Ｌ１を含む所定領域を第１撮像部１１ａで撮像し、得られた撮像画像の一部領域ＥＲ１をＲＯＩ画像として抽出する。第１撮像部１１ａは、撮像画像を取得する度に当該撮像画像からＲＯＩ画像を抽出し、当該ＲＯＩ画像のみを演算処理装置３に送出する。

このように、形状測定装置１では、データ量を低減したＲＯＩ画像を第１撮像部１１ａで生成し、これを演算処理装置３へ送出することで、第１撮像部１１ａから演算処理装置３へのデータ転送速度を高速化できる。従って、演算処理装置３は、測定対象物１００が高速に搬送されている場合や、撮像間隔を短くして高密度に形状測定を行う場合であっても、必要充分なフレームレートが得られ、高速に搬送される測定対象物１００の表面形状をＲＯＩ画像に基づいて算出できる。

これ加えて、形状測定装置１では、少なくともＲＯＩ画像の撮像領域を含み、かつ、ＲＯＩ画像の撮像領域よりも広域な測定面１００ａの領域ＥＲ２を撮像した広域撮像画像を、第２撮像部１１ｂにより取得する。これにより、演算処理装置３では、第１撮像部１１ａでＲＯＩ画像内から光切断線Ｌ１が外れても、第２撮像部１１ｂで取得した広域撮像画像内の光切断線位置に基づいて、第１撮像部１１ａでの撮像画像内のＲＯＩ画像の抽出位置を変更させることができる。

例えば、測定対象物１００のサイズ変動や、測定対象物１００の斜行が生じ、現在のＲＯＩ画像内から光切断線Ｌ１が大きく外れる場合でも、ＲＯＩ画像よりも撮像領域が広い広域撮像画像から光切断線Ｌ１の位置変化を測定でき、光切断線位置の変化に追従してＲＯＩ画像の抽出位置も変更できる。これにより、演算処理装置３は、撮像領域が極めて狭いＲＯＩ画像を用いても、光切断線Ｌ１を含むＲＯＩ画像を常に取得できる。従って、形状測定装置１では、ＲＯＩ画像からの光切断線Ｌ１の視野外れを防止でき、かくして、光切断線Ｌ１を基に測定対象物１００の表面形状を、従来よりも確実に測定できる。

また、演算処理装置３では、第１撮像部１１ａで光切断線Ｌ１に対するフォーカスが外れても、第２撮像部１１ｂで取得した広域撮像画像内の光切断線位置に基づいて、第１撮像部１１ａのフォーカス位置を変更させることができる。

例えば、測定対象物１００のサイズ変動や、測定対象物１００の斜行が生じ、現在のＲＯＩ画像内にある光切断線Ｌ１の位置が変更し、光切断線Ｌ１からフォーカスが大きく外れる場合でも、光切断線位置の変化に追従してフォーカス位置を変更できる。これにより、演算処理装置３は、撮像領域が極めて狭いＲＯＩ画像を用いることで、光切断線Ｌ１に対するフォーカスの位置ズレが生じ易くても、光切断線Ｌ１にフォーカスが合ったＲＯＩ画像を常に取得できる。従って、形状測定装置１では、第１撮像部１１ａでの光切断線Ｌ１に対するフォーカス外れを防止でき、かくして、光切断線Ｌ１を基に測定対象物１００の表面形状を、従来よりも正確に測定できる。

＜他の実施形態＞
なお、上述した実施形態においては、演算処理装置３によって抽出位置データおよびフォーカス設定データの両方を特定し、撮像画像からのＲＯＩ画像の抽出位置と、撮像画像内の光切断線Ｌ１に対するフォーカス位置と、を同時に調整する形状測定装置１について説明したが、本発明はこれに限らず、演算処理装置３によって抽出位置データおよびフォーカス設定データのうちいずれか一方のみを特定するような形状測定装置であってもよい。

また、上述した実施形態においては、現在のＲＯＩ画像内に光切断線Ｌ１が写っているか否かを判断せずに、第１撮像部１１ａは、演算処理装置３より受け取った抽出位置データおよびフォーカス設定データを基にＲＯＩ画像の抽出位置やフォーカス位置を変えるようにしたが、本発明はこれに限らない。例えば、現在のＲＯＩ画像内に光切断線Ｌ１が写っているか否かを判断し、ＲＯＩ画像内に光切断線Ｌ１が写っていない場合にのみ、抽出位置データおよびフォーカス設定データを基にＲＯＩ画像の抽出位置やフォーカス位置を変えるようにしてもよい。

ここで、図３との対応部分に同一符号を付して示す図４は、他の実施形態による形状測定処理のフローチャートを示したものである。図４に示す他の実施形態による形状測定処理は、ステップＳＰ１２とステップＳＰ１３との間に、ステップＳＰ１５を設けた点で、上述した図３の形状測定処理と相違している。以下、その相違点に着目して説明する。

この場合、ステップＳＰ１２において、光切断線位置測定部１６は、第２撮像部１１ｂから取得した広域撮像画像から光切断線位置を算出すると、次のステップＳＰ１５に移る。ステップＳＰ１５において、光切断線位置測定部１６は、ステップＳＰ１２で新たに光切断線位置を測定する前の光切断線位置と、ステップＳＰ１２で新たに測定した光切断線位置とが一定値以上変化しているか否かを判断する。

この場合、一定値としては、ステップＳＰ１２で光切断線位置を測定する前の光切断線位置から、ステップＳＰ１２で新たに測定した光切断線位置に変化すると、第１撮像部１１ａにおいて、光切断線位置がＲＯＩ画像内から外れたり、或いは、光切断線Ｌ１に対するフォーカスが外れる変位量とする。

ここで、ステップＳＰ１５において肯定結果が得られると、このことは、ステップＳＰ１２で光切断線位置を測定する前の光切断線位置と、ステップＳＰ１２で新たに測定した光切断線位置とが一定値以上変化していること、すなわち、光切断線位置がＲＯＩ画像内から外れたり、或いは、光切断線Ｌ１に対するフォーカスが外れるほど、光切断線位置が変化したことを表しており、このとき、光切断線位置測定部１６は、次のステップＳＰ１３に移る。

ステップＳＰ１３において、演算処理装置３は、第２撮像部１１ｂで取得した広域撮像画像内の光切断線位置を基に、抽出位置データおよびフォーカス設定データを特定し、上述した図３と同様にステップＳＰ１３以降を実行する。

一方、ステップＳＰ１５において否定結果が得られると、このことは、ステップＳＰ１２で光切断線位置を測定する前の光切断線位置と、ステップＳＰ１２で新たに測定した光切断線位置とが一定値以上変化していないこと、すなわち、光切断線位置の変位量が小さく、光切断線位置がＲＯＩ画像内に留まり、光切断線Ｌ１に対するフォーカスも合っていることを表しており、このとき、光切断線位置測定部１６は、再びステップＳＰ１０に戻る。

この場合、演算処理装置３は、新たに抽出位置データおよびフォーカス設定データを特定せず、これら抽出位置データおよびフォーカス設定データを第１撮像部１１ａに送出しない。第１撮像部１１ａは、ステップＳＰ３において否定結果が得られるため、撮像画像から抽出するＲＯＩ画像の抽出位置や、フォーカス位置を変えずにそのまま維持する。

なお、ここでは、ステップＳＰ１２で光切断線位置を測定する前の光切断線位置と、ステップＳＰ１２で新たに測定した光切断線位置とが一定値以上変化したときに、抽出位置データおよびフォーカス設定データを演算処理装置３から第１撮像部１１ａに送出するようにしたが、本発明はこれに限らない。

例えば、光切断線位置の変位を演算処理装置３で判断せずに、第１撮像部１１ａで判断するようにしてもよい。この場合、第１撮像部１１ａは、第２撮像部１１ｂで広域撮像画像を取得する度に生成される抽出位置データおよびフォーカス設定データを、その都度受け取り、光切断線位置が一定値以上変化したか否かを判断する。

第１撮像部１１ａは、光切断線位置が一定値以上変化し、光切断線位置がＲＯＩ画像内から外れたり、或いは、光切断線Ｌ１に対するフォーカスが外れると判断したときに、演算処理装置３から受け取った抽出位置データおよびフォーカス設定データを基に、ＲＯＩ画像の抽出位置を変え、フォーカス位置を変える。このような実施形態であっても、上述した実施形態と同様の効果を奏することができる。

また、上述した実施形態においては、図２Ｂに示すようなプロジェクション波形を基に、広域撮像画像内の光切断線位置を測定するようにしたが、本発明はこれに限らない。光切断線位置測定部１６は、例えば、広域撮像画像を２値化し、広域撮像画像内の明暗を基に光切断線位置を測定してもよい。

また、上述した実施形態においては、測定対象物１００を搬送し、撮像装置２および線状光源６を固定するようにしたが、本発明はこれに限らず、例えば測定対象物１００を静止させた状態とし、撮像装置２および線状光源６を移動させるようにしてもよい。

なお、上述した実施形態において、光切断線抽出画像（ＲＯＩ画像）や、広域撮像画像については、上述した撮像画像と同様に、ディスプレイに表示される具体的な画像としての形態だけでなく、画像として生成される前のデータも当然に含まれるものである。

１形状測定装置
３演算処理装置
６線状光源
１１ａ第１撮像部
１１ｂ第２撮像部
１５撮像視野制御部
１８フォーカス調整部

Claims

測定対象物の測定面の形状を測定する形状測定装置において、
前記測定面に線状光を照射する線状光源と、
前記線状光による前記測定面上の光切断線を含む所定領域を撮像し、取得した撮像画像の一部領域を光切断線抽出画像として抽出する第１撮像部と、
少なくとも前記光切断線抽出画像の撮像領域を含み、かつ、前記光切断線抽出画像の撮像領域よりも広域な前記測定面の領域を撮像した広域撮像画像を取得する第２撮像部と、
前記光切断線抽出画像に基づいて前記測定対象物の表面形状を算出する演算処理装置と、
を有し、
前記演算処理装置は、
前記広域撮像画像から光切断線位置を測定する光切断線位置測定部と、
前記第１撮像部で前記光切断線抽出画像内から前記光切断線が外れる場合、前記撮像画像から前記光切断線抽出画像を抽出する抽出位置を、前記光切断線位置に基づいて、前記光切断線抽出画像内に前記光切断線が含まれる抽出位置に変更させる撮像視野制御部と、
を備える、形状測定装置。
測定対象物の測定面の形状を測定する形状測定装置において、
前記測定面に線状光を照射する線状光源と、
前記線状光による前記測定面上の光切断線を含む所定領域を撮像し、取得した撮像画像の一部領域を光切断線抽出画像として抽出する第１撮像部と、
少なくとも前記光切断線抽出画像の撮像領域を含み、かつ、前記光切断線抽出画像の撮像領域よりも広域な前記測定面の領域を撮像した広域撮像画像を取得する第２撮像部と、
前記光切断線抽出画像に基づいて前記測定対象物の表面形状を算出する演算処理装置と、
を有し、
前記演算処理装置は、
前記広域撮像画像から光切断線位置を測定する光切断線位置測定部と、
前記第１撮像部で前記光切断線に対するフォーカスが外れる場合、前記第１撮像部のフォーカス位置を、前記光切断線位置に基づいて、前記光切断線にフォーカスが合うフォーカス位置に変更させるフォーカス調整部と、
を備える、形状測定装置。
測定対象物の測定面の形状を測定する形状測定装置において、
前記測定面に線状光を照射する線状光源と、
前記線状光による前記測定面上の光切断線を含む所定領域を撮像し、取得した撮像画像の一部領域を光切断線抽出画像として抽出する第１撮像部と、
少なくとも前記光切断線抽出画像の撮像領域を含み、かつ、前記光切断線抽出画像の撮像領域よりも広域な前記測定面の領域を撮像した広域撮像画像を取得する第２撮像部と、
前記光切断線抽出画像に基づいて前記測定対象物の表面形状を算出する演算処理装置と、
を有し、
前記演算処理装置は、
前記広域撮像画像から光切断線位置を測定する光切断線位置測定部と、
前記第１撮像部で前記光切断線抽出画像内から前記光切断線が外れる場合、前記撮像画像から前記光切断線抽出画像を抽出する抽出位置を、前記光切断線位置に基づいて、前記光切断線抽出画像内に前記光切断線が含まれる抽出位置に変更させる撮像視野制御部と、
前記第１撮像部で前記光切断線に対するフォーカスが外れる場合、前記第１撮像部のフォーカス位置を、前記光切断線位置に基づいて、前記光切断線にフォーカスが合うフォーカス位置に変更させるフォーカス調整部と、
を備える、形状測定装置。
前記演算処理装置は、前記光切断線抽出画像内に含まれた前記光切断線の変位量に基づき、前記測定対象物の表面形状を算出する、請求項１～３のいずれか１項に記載の形状測定装置。
測定対象物の測定面の形状を測定する形状測定方法において、
前記測定面に線状光を照射する照射ステップと、
第１撮像部によって、前記線状光による前記測定面上の光切断線を含む所定領域を撮像し、取得した撮像画像の一部領域を光切断線抽出画像として抽出する第１撮像ステップと、
少なくとも前記光切断線抽出画像の撮像領域を含み、かつ、前記光切断線抽出画像の撮像領域よりも広域な前記測定面の領域を撮像した広域撮像画像を、第２撮像部により取得する第２撮像ステップと、
前記光切断線抽出画像に基づいて前記測定対象物の表面形状を算出する演算処理ステップと、
を有し、
前記演算処理ステップは、
前記広域撮像画像から光切断線位置を測定する光切断線位置測定ステップと、
前記第１撮像部で前記光切断線抽出画像内から前記光切断線が外れる場合、前記撮像画像から前記光切断線抽出画像を抽出する抽出位置を、前記光切断線位置に基づいて、前記光切断線抽出画像内に前記光切断線が含まれる抽出位置に変更させる撮像視野制御ステップと、
を備える、形状測定方法。
測定対象物の測定面の形状を測定する形状測定方法において、
前記測定面に線状光を照射する照射ステップと、
第１撮像部によって、前記線状光による前記測定面上の光切断線を含む所定領域を撮像し、取得した撮像画像の一部領域を光切断線抽出画像として抽出する第１撮像ステップと、
少なくとも前記光切断線抽出画像の撮像領域を含み、かつ、前記光切断線抽出画像の撮像領域よりも広域な前記測定面の領域を撮像した広域撮像画像を、第２撮像部により取得する第２撮像ステップと、
前記光切断線抽出画像に基づいて前記測定対象物の表面形状を算出する演算処理ステップと、
を有し、
前記演算処理ステップは、
前記広域撮像画像から光切断線位置を測定する光切断線位置測定ステップと、
前記第１撮像部で前記光切断線に対するフォーカスが外れる場合、前記第１撮像部のフォーカス位置を、前記光切断線位置に基づいて、前記光切断線にフォーカスが合うフォーカス位置に変更させるフォーカス調整ステップと、
を備える、形状測定方法。
測定対象物の測定面の形状を測定する形状測定方法において、
前記測定面に線状光を照射する照射ステップと、
第１撮像部によって、前記線状光による前記測定面上の光切断線を含む所定領域を撮像し、取得した撮像画像の一部領域を光切断線抽出画像として抽出する第１撮像ステップと、
少なくとも前記光切断線抽出画像の撮像領域を含み、かつ、前記光切断線抽出画像の撮像領域よりも広域な前記測定面の領域を撮像した広域撮像画像を、第２撮像部により取得する第２撮像ステップと、
前記光切断線抽出画像に基づいて前記測定対象物の表面形状を算出する演算処理ステップと、
を有し、
前記演算処理ステップは、
前記広域撮像画像から光切断線位置を測定する光切断線位置測定ステップと、
前記第１撮像部で前記光切断線抽出画像内から前記光切断線が外れる場合、前記撮像画像から前記光切断線抽出画像を抽出する抽出位置を、前記光切断線位置に基づいて、前記光切断線抽出画像内に前記光切断線が含まれる抽出位置に変更させる撮像視野制御ステップと、
前記第１撮像部で前記光切断線に対するフォーカスが外れる場合、前記第１撮像部のフォーカス位置を、前記光切断線位置に基づいて、前記光切断線にフォーカスが合うフォーカス位置に変更させるフォーカス調整ステップと、
を備える、形状測定方法。
前記演算処理ステップは、前記光切断線抽出画像内に含まれた前記光切断線の変位量に基づき、前記測定対象物の表面形状を算出する、請求項５～７のいずれか１項に記載の形状測定方法。