JPH01242905A - 視覚装置における実寸法計測方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、被写体上のモニタ対象物をモニタする視覚点
検装置における実寸法算出方法に関する。

〔従来の技術〕

従来は第６図に示す様にテレビカメラ（１）を用いる視
覚点検装置において、被写体（３）上のサビ、キズ等の
モニタ対象物（１４）の実寸法を求めるには、物差し等
の長さ既知の物体（１５）をモニタ対象物（１４）と同
時に撮像し、モニタ上での長さ既知の物体の像（１７）
とモニタ対象物の像（１６）との大きさを比較すること
により行うか、あるいはテレビカメラのレンズの焦点距
離が既知の場合には、テレビカメラ１からモニタ対象物
体３までの距離を超音波測距器等により計ることにより
レンズの視野角とその計測した距離とにより、モニタ画
面に写る視野が計算されるため、モニタ画面上でのモニ
タ対象物の像が占める割合により、同モニタ対象物の実
寸法を換算算出している。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来の方法は次のような問題点があった。

（ｌｊ　　光学系の歪み（撮像レンズ、撮像管、ブラウ
ン管の歪み）の影響を受けるため、特に画面の周辺部に
おいては換算誤差が太き（なる。

（２）被写体がテレビカメラに対し傾斜している場合に
は、モニタ画面上では、その傾斜角分縮んで写るため、
本来の寸法がわからない。

（３）距離計測による方法では、距離の測定精度、レン
ズの視野角の精度に寸法換算精度が依存するが、テレビ
カメラのレンズにズームレンズを使用する場合、そのズ
ーム比率がわからない場合には、換算不能であり、また
ズーム比率が計測できたとしても、その精度は良くない
ため寸法換算精度は落ちる。

（４）距離計測による方法では、テレビカメラと被写体
との距離及びレンズのズーム比率が時々刻々と変化する
場合（移動穴の点検装置ではこの場合が多い）、点ネ★
後ＶＴＲの画像から寸法換算する場合に、その距離のデ
ータ及びズーム比率に関するデータが画像上に何もない
ため寸法換算不能である。

（５）長さ既知の物体を撮像できない場合（実際の点検
装置ではこの場合が多い）、実寸の換算が行えない。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記問題点を解決するため、視覚装置の光軸と
平行でかつ所定の間隔を有する光軸を具えた投光器でビ
ームを投光し、その投光点および被写体を上記視覚装置
で同時に撮像するとともに、上記視覚装置の光軸に直交
する平面上に、同光軸との交点を原点として描かれ、か
つ上記視覚装置と同一または同一特性の視覚装置により
予め撮像された座標線図の像を上記投光点および被写体
の像に重畳し、上記座標線図の像における上記投光点お
よび被写体の像の相互関係から同被写体の寸法を求める
視覚装置における実寸法計測方法を提案するものである
。

〔作　用〕

上記手段により撮像された投光点像およびモニタ対象物
の像はテレビカメラと被写体との距離又はレンズのズー
ム比が変化するにつれ変るが、投光ビームは同カメラの
光学系の光軸からの実距離及び大きさは一定（既知）で
ある。従ってこれらを前記座標線図の尺度で読みとるこ
とにより、換算率が求まり、下記の（１）式又は（２）
式の換算率を掛ければ、光学歪み補正がなされた実寸法
が換算算出される。

Ｒ／Ｎｌｌ　　（投光ビームが平行でない場合）・・・
（１）Ｄ／Ｎｏ（投光ビームが平行な場合）・・・・・
・・・・（２）ここでＲ：前記光学系と投光器の光軸間
距離Ｄ：投光器の平行ビームの径 Ｎ、二枚光点像の座標原点からの距離 Ｎｏ　二枚光点像の径 又、モニタ対象物が前記光軸に対して傾斜している場合
は、投光点像の短径（Ｎ３）　、長径（Ｎβ）、短径方
向の角度（α）、及び投光点像の座標原点からの距離（
ＮＲ）を計り、前記と同様（１）式又は（３）式の換算
率が求まる。

Ｒ／Ｎｓ　　（投光ビームが平行な場合）・・・（３）
一方、モニタ対象物の傾斜角θに応じてモニタ対象物の
像は変化している。又その変化率は表示スクリーン上の
方向によって変るので、（４）式の関係式で示される予
め求められた方向補正係数にψを更に掛けて実寸法が換
算算出される。

Ｋψ＝馬−φ（Ｎｆ／Ｎ！　、α）・・・・・・・・・
・・・（４）このようにして光学系による歪補正はもと
より、ズーム比が変ったり、相対移動するモニタ対象物
に対しても、モニタを効果的に行うことが可能となる。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第１図ないし第５図により説明する
。

第１図にて、投光器２はその光軸ｍがテレビカメラ１の
光軸ｌと距離Ｒだけ離れて常に配設されて視覚装置が構
成される。成る距離離れた位置に光軸βと直行した平面
３を配する。この平面３上に第２図（ａ）にその一部を
示すような、上記光軸ｌとの交点を原点５とする直交座
標の格子線が画かれる。

＋ｌ）　　この直交座標線図を本モニター用のテレビカ
メラ１又はそれと同一特性のテレビカメラで撮像すると
表示スクリーン４　（第１図（ｂ））上に、第２図（ｂ
）にその一部を誇張して示したような座標線図が得られ
る。像の歪みはテレビカメラＩの光学系の歪み（撮像レ
ンズ、撮像管、ブラウン管の歪みが大きい）によるもの
である。この座標線図像を第３図（ａ）に示すように透
明なスクリーン１２上に消えないように転写して後、前
記表示スクリーン４上に同座標線図像と一致するように
セントする。この転写された座標線図像が以後の計測の
規準尺度となる。

（２）　　第１図にて、前記平面３がモニタ用の被写体
で、その１部がモニタ対象物１４とする。

投光器２よ・り広がり角βの小さい又は広がり角β＝０
で口径りを有するビームを投光して、テレビカメラＩで
撮像すると、同図（ｂ）に符号６′で示すような像が上
記表示スクリーン４上にえられ、これが第３図（ｂ）に
示すように透明スクリーン１２を介して見られる。以後
この像を表示スクリーン４上の像と略記する。

（３）第１図及び第３図にて同表示スクリーン４上のモ
ニタ対象物１４の像１４′の横寸法を前記座標線図の目
盛すなわち前記規準尺目盛で読むとＸ、が得られる。又
、投光点像６′の原点５からの横位置を読むとＮＲがえ
られる。従ってモニタ対象物の像Ｘ、に対応する実寸法
Ｘは、距離Ｒが既知の実寸法であるから換算率は（１）
式で求まる。よって実寸法は（５）式で与えられる。

Ｘ　”　Ｘ　ｓ　　・Ｒ／Ｎ、・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・（５）又、ビームの径りを
有する平行ビームの投光器２を用いる場合は、上記と同
様にして投光点像の径をＮＤとすれば、（６）式で与え
られる。

Ｘ−Ｘ３　・Ｄ　／　Ｎ　ｏ・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・（６）（４）また例えば、第
４図（ａ）に示すように被写体面３がテレビカメラ１の
光軸ｉに対して傾斜角θで傾斜している場合は、表示ス
クリーン４上に得られる像は、同図（ｂ）に示すように
なる。すなわち、モニタ対象物１４ａは、１４′ａに、
投光点６ａは６′ａに写され、投光点像６′ａは楕円形
となる。よって投光点像６′ａの短形ＮＳと長径Ｎｌ、
及び短径方向のＸ軸とのなす角α（図示例では９０’）
が求まる。

さらに、モニタ対象物の像１４ａ′の寸法、例えば横寸
法Ｘ、が求まるので、その実寸法は前（３）項と同様に
（１１式より次の（７）式で与えられる。

ｘ’＝ｘ、　　・Ｒ／　Ｎ　Ｒ・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・（７）又、平行ビームの投光器２
を用いる場合は（２）式より次の（８）式で与えられる
。

ｘ’＝ｘ、　　・Ｄ／Ｎ、　　・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・（８）上記で得られた実寸法は計
測寸法の方向角ψ（Ｘ軸に対する）に応じてモニタ対象
物１４ａの寸法Ｘ（この場合、ψ＝０”）より短縮又は
膨張している。従って、予め上記傾斜角θを変えて、上
記、Ｎ　ＩＩ　／　Ｎ　ｓとαを読みとり、モニタ像１
４′ａのＸ軸からの角度ψ方向の補正係数、すなわち（
４）式のにψを求めておけば、容易にψ方向の補正され
た実寸法Ｘが（９）式で与えられる。

ｘ＝ｘ　’・Ｋψ ＝ｘ’　・鶏ひφ（Ｎｌ／Ｎ３、α）・・・・・・（９
）このようにして、被写体３とテレビカメラ１との距離
が時々刻々変化する場合、あるいはレンズのズーム比が
変る場合においても、投光器２の光軸ｍとテレビカメラ
の光軸ｌとの距離Ｒ又は同投光器２のビーム平行式の場
合はビームの口径も既知で一定であるため以上の方法に
より光学系の歪みの影響を受けずにモニタ対象物の実寸
法を容易に求めることができる。

上記の方法は、投光ビームが表示スクリーン４上で明瞭
に判定できることを前提としている（特にビームの外径
りを規準として換算算出する方法では重要である）。第
５図（ａ）に投光器（２）の構成例として、アパーチャ
（９）により、光ビームの辺縁を明瞭化する方法を示す
。レーザー光発振器等の光源（７）とレンズ系（８）、
（８′）と同レンズ間に配されたアパーチャ（９）とに
より構成され、レンズ系（８）　、（８’）により、レ
ーザー光を所定の径に拡大し、かつ平行光とする。アパ
ーチャ（９）は出射光の強度分布が第５図（ｂ）の実線
で示す様にパターンの辺縁部での強度の立ち上がりを良
くするためのものである（第５図（ｂ）の破線はアパー
チャ（９）がない場合の強度分布を示している）。これ
により　、表示スクリーン４上における投光点像の寸法
の計測を容易化かつ高精度化できる。

なお光源（７）として、光ファイバーを使用して、レー
ザー光を導いても同様に実現できることは明らかであり
、この場合には投光器（２）の先端部分が小形・軽量化
できる。

〔発明の効果〕

被写体上に既知寸法の物体がなく、かつ被写体とテレビ
カメラとの距離及び撮像レンズのズーム比が不明であっ
ても、又被写体の傾斜があっても被写体上のモニタ対象
物の実寸法算出が、光学系の歪みの影響を受けずに実施
できる。

また点検した画像上に、モニタ対象物の像と共に投光器
のビームの像が撮像されているため、画像をＶＴＲに録
画しておけば、点検終了後においても実寸法が換算算出
できるメリットがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成図、第２図は光学光歪
の補正方法説明図、第３図は表示スクリーン上における
寸法読取り方法の説明図、第４図は同実施例（被写体が
傾斜している場合）の説明図、第５図は第１図の投光器
の構成例、第６図は従来方法の一実施例の構成図。 図中、 １・・・テレビカメラ、　　２・・・投光器、３・・・
平面、　　４表示スクリーン、５・・・原点、　６ａ・
・・投光点、 ６′、６′ａ・・・投光点像、 ７・・・光源、　８．８′・・・レンズ系９・・・アパ
ーチャ、 １２・・・透明スクリーン １４．１４ａ・・・モニタ対象物 １４′、１４′ａ・・・モニタ対象物の像１５・・・既
知の物体、１５’・・・既知の物体の像！・・・テレビ
カメラの光軸、 ｍ・・・投光器の光軸 代理人　弁理士　坂　間　　暁　外２名菓１囚 （ｂ〕 Ａ２囚 第３区 （０−〕 晃４図 ＼　　　　　　　　　（幻 （しつ ｌ　　　ｂ り５図 −Ｌ沼炙 ご″−ム中氏σもの五色１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 視覚装置の光軸と平行でかつ所定の間隔を有する光軸を
   具えた投光器でビームを投光し、その投光点および被写
   体を上記視覚装置で同時に撮像するとともに、上記視覚
   装置の光軸に直交する平面上に、同光軸との交点を原点
   として描かれ、かつ上記視覚装置と同一または同一特性
   の視覚装置により予め撮像された座標線図の像を上記投
   光点および被写体の像に重畳し、上記座標線図の像にお
   ける上記投光点および被写体の像の相互関係から同被写
   体の寸法を求めることを特徴とする視覚装置における実
   寸法計測方法。