JP2010117182A - 形状計測装置及び欠陥検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】外光の影響を排除し処理時間の短縮も可能な形状計測装置を構成する。
【解決手段】レーザ投光器Ａと、デジタルカメラＢの光電変換面と、光学レンズとをシャインフリュークの条件に従って配置する。計測対象物Ｍにレーザ投光器Ａからスリット状のレーザ光を照射し、計測対象物ＭをデジタルカメラＢで撮影して画像データを取得する。この画像データをマスク処理手段２３の１次元マスクでの処理で外光を排除し、この画像データから表面形状を抽出する。この後、複数の表面形状のデータから３次元形状データ生成手段２７が３次元形状データを生成する。
【選択図】図５

Description

本発明は、形状計測装置及び立体物の欠陥検査方法に関し、詳しくは、スリット状のレーザ光を計測対象物に照射し、この計測対象物を撮像手段で撮影し、撮影された画像データの処理を行うことにより、計測対象物の３次元形状データを生成する技術に関する。

上記のように構成された形状計測装置と類似するものとして特許文献１には、ビームあるいはスリット光線を対象に照射し、その反射光の位置を光センサで三角測量によって計測することで、対象に関する３次元形状を得る信号処理方法が示されている。

具体的には、入力信号と、この入力信号を所定時間遅延させた遅延信号との差信号をとることにより、遅延時間に相当する幅の正の信号と、負の信号とを得る。この正の信号と負の信号とは、パルス状の光の反射光に対応して遅延時間だけずれた位置に存在しており、正の信号に対応するもののみが負の信号として存在する。従って、正の信号と負の信号との論理積をとることによりレーザ光源からの光線の反射光のみを分離して得ることになり、背景光等のノイズの影響を除去して対象を認識できるものである。

また、形状計測装置に類似するものとして、特許文献２には、計測用照明で照射された光が計測対象物で反射し、ＴＯＦセンサに到達するまでの時間をタイマーで計測し、光の飛行時間と光の速度とから計測対象物までの距離を計測して映像として出力する距離計測装置が示されている。

具体的には、計測用照明をパルス発光させ、計測対象物に光を照射していない時のＴＯＦセンサの受光データを背景光情報として記憶し、信号処理回路は計測光情報から背景情報を減じた差を差分として算出し、背景光の影響を排除した距離計測を実現している。

特公平５‐５２５４６号公報 （実施例、図１〜図５） 特開２００８‐１２２２２３号公報 （段落番号〔００２２〕〜〔００３７〕、図１〜図１１）

計測対象物にレーザ光を照射して３次元形状データを生成する処理として、レーザ光が照射された計測対象物を撮像手段で撮影し、この撮像で撮影された画像データからレーザ光が照射された部位を抽出し、この抽出により得られた情報に基づいて三角測量の原理に基づき計測対象物の表面形状を抽出する処理を想定することができる。

パーツ類の形状を計測する形状計測装置は一般的に屋内に設置されることから、計測対象物の撮影により表面形状を取得する際には、屋内の照明や、窓から射し込む太陽光によって計測対象物の表面の輝度が高まることも多くある。このような理由から、レーザ光が照射された部位を輝度に基づいて抽出する際には外光の影響の除去を行う必要がある。このため、特許文献１に記載されるようにノイズを除去することや、特許文献２に記載されるように背景を撮影した画像データとの比較によりレーザ光以外の光（外光）が照射された部位の情報を除外する処理が行われていた。

しかしながら、特許文献１に示されるものでは、背景光の除去を完全に行い難い面があり、特許文献２に示されるものでは光線が照射されないタイミングでの画像データと、光線が照射されたタイミングとの２種の画像データとを撮影する処理を行うため、撮影のための時間が長くなる不都合を招き、しかも、２種の画像データを保存するために比較的大きい記憶領域を必要とするものであった。

ここで、スリット状のレーザ光を計測対象物に照射し、計測対象物を撮影した画像データからレーザ光が照射された部位を抽出する処理を考えると、現実には撮影された画像データにおける計測対象物の表面に形成された照射領域の一部の輝度が低下する現象が確認されている。つまり、画像データにはレーザ光が計測対象物の外面形状に対応した形状のラインとなって現れるものであるが、このラインの一部に輝度が低下する領域が確認できるのである。

この現象は、計測対象物の表面を撮像手段で撮影する際に、撮像手段の光学レンズによって表面の広い領域に対応する合焦を行えない（ピントが合わない）ことに起因する。

このように光学系に起因して画像データ中のレーザ光照射部位の輝度が低下した場合には、レーザ光が照射された部位の抽出を行い難くなり、改善の余地がある。

本発明の目的は、外光の影響を排除して形状の確実な抽出が可能な形状計測装置を合理的に構成する点にある。

本発明の特徴は、スリット状のレーザ光の照射を行うレーザ投光器と、計測対象物を撮影する撮像手段と、この撮像手段で撮影された画像データからレーザ光が照射されたライン照射領域に基づいて前記計測対象物の表面形状を抽出する表面形状抽出手段とを備え、前記レーザ投光器から拡がりを持って送り出される前記レーザ光の光路面に存在する像が、前記撮像手段の光電変換面に結像するように前記光路面と、撮像手段の光電変換面と、前記撮像手段の光学レンズとをシャインフリュークの条件に従って配置している点にある。

この構成によると、計測対象物においてレーザ光が照射された部位には計測対象の外面の形状に沿ってライン照射領域が形成される。このライン照射領域は光路面上に存在しており、撮像手段の光電変換面と光学レンズとがシャインフリュークの条件に従って配置されていることから、この光路面に存在する像は、光電変換面に結像する。これにより、撮像手段で撮像した画像データに形成されるライン照射領域の像の全てにピントが合い鮮明で輝度が高い状態にあるため、表面形状抽出手段はライン照射領域の輝度に基づいて計測対象物の外面形状に精度高く抽出できる。その結果、外光の影響を排除して形状の確実な抽出が可能な形状計測装置が構成された。

本発明は、前記表面形状抽出手段での処理を行う以前に、１次元マスクで前記画像データを処理することにより、処理後の画像データにおいて前記ライン照射領域が形成されている画素の輝度を高め、前記ライン照射領域以外の画素の輝度を弱めるマスク処理手段を備えても良い。この構成によると、マスク処理手段が１次元マスクで処理を行うことにより、画像データにおいてレーザ光が照射されたライン照射領域の輝度を高めると同時に、ライン照射領域以外の画素の輝度を弱めることで外光の影響を排除することを可能にする。

本発明は、前記１次元マスクが、対象画素のマスク値が近傍の画素のマスク値より大きい構造のマスクデータが設定され、前記マスク処理手段は、前記画像データにおいてレーザ光が照射されたスリットの方向と直交する方向を処理対象画素列に設定し、この処理対象画素列の個々の画素を対象画素として、その対象画素の輝度値を１次元マスクのマスク値に基づいて変換し、変換後の輝度値が最も大きいものを前記ライン照射領域としても良い。この構成によると、輝度が高い画素の輝度を一層高めると同時にライン照射領域以外の画素の輝度を下げることで、ノイズを除去してライン照射領域を明瞭にすることが可能となる。

本発明は、前記撮像手段と前記計測対象物との相対移動により異なる位置から計測対象物の撮影を行わせる撮影制御手段を備え、この撮影制御手段の制御により前記撮像手段が複数の画像データを撮影し、この撮像手段で取得した複数の画像データから前記表面形状抽出手段が前記表面形状を抽出すると共に、複数の表面形状から計測対象物の３次元形状データを生成する３次元データ生成手段を備えても良い。この構成によると、３次元データ生成手段が複数の表面形状に基づいて計測対象物の３次元形状データを生成できる。

本発明は、前記レーザ投光器と前記光学レンズと前記撮像手段とで成る撮像ユニットがロボットアームの先端部に備えられ、前記撮影制御手段は前記撮像ユニットを前記計測対象物の外面に沿って移動させても良い。この構成によると、撮影ユニットを計測対象物の外面に沿って移動させながら連続する画像データを取得することが可能となる。

本発明は、請求項３の３次元データ生成手段によって生成された３次元形状データを取得した後に、検査処理手段において予め設定されている基準形状データと比較を行い、次に、欠陥判定処理手段において前記比較により形状が異なる部位の寸法誤差が設定値を超えるものを欠陥箇所として特定しても良い。

この構成によると、３次元データ生成手段によって取得した３次元形状データと基準形状データとの比較を行い、この後に、設定値を超える寸法誤差の部位を欠陥箇所として特定できる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔全体構成〕
図１〜図４に示すように、スリット状のレーザ光の照射を行うレーザ投光器Ａと、計測対象物Ｍを撮影する撮像手段としてのデジタルカメラＢとをケースに収容した撮像ユニットＣａｍが構成されると共に、この撮像ユニットＣａｍを先端に支持する多関節のロボットアームＲと、ロボットアームＲを制御するロボットアーム制御部２と、撮像ユニットＣａｍで撮影された画像データの画像処理を行うことにより三角測量の原理に基づいて計測対象物Ｍの３次元形状データを生成する画像処理部３とを備えて形状計測装置が構成されている。

この形状計測装置は、３次元形状データをモニタ４に表示する機能を有すると共に、画像処理部３で生成した３次元形状データと、基準となる計測対象物Ｍの３次元形状データとの比較を行い、比較結果に基づいて形状の良否をモニタ４に表示する欠陥検査装置としても機能する。

形状計測装置は、計測台Ｓに計測対象物Ｍをセットした後に処理を実行することによりロボットアームＲの作動によって撮像ユニットＣａｍを計測対象物Ｍの周囲を移動させる。この移動経路中に設定された複数の撮影ポイントにおいて撮像ユニットＣａｍから計測対象物Ｍにスリット状のレーザ光Ｌを照射して撮影が行われる。

この撮影によって画像データが取得され、この画像データからレーザ光Ｌが照射された部位の表面形状を抽出して保存し、連続的な撮影により保存された複数の表面形状に基づいて計測対象物Ｍの３次元形状データが生成される。この後、基準となる計測対象物の３次元形状データとの比較により形状の良否が判別される。

特に、欠陥検査装置は、プレス加工の製造ラインや、ダイキャストの製造ライン等において、ラインを流れる製品を取り出し、その製品の３次元形状データを計測し、この３次元形状データと、設計された基準となる３次元形状データとの比較を行うことにより、その製品の形状の良否を判別する検査に使用される。

撮像ユニットＣａｍのレーザ投光器Ａは、レーザ光源１１と、このレーザ光源１１からのレーザ光Ｌをスリット状で扇形に拡がる形状で送り出すシリンドリカルレンズ１２を備えている。また、撮像ユニットＣａｍのデジタルカメラＢは、レーザ光Ｌの波長の光線の選択的に透過させる光学フィルタ１４と、光学レンズ１５と、光学レンズ１５の合焦を行うフォーカシング機構１６と、ＣＣＤやＣＭＯＳ等で構成される光電変換部１７とを備えている。

デジタルカメラＢとしてレーザ光Ｌの波長の光線の光電変換を効率的に行う感度特性を有したものあれば良く、必ずしもＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３原色の画像データの出力を行うものは必要としない。また、レーザ光源１１からのレーザ光Ｌをスリット状に送り出すために、ミラーの傾動やミラーの回転により扇状の領域にレーザ光Ｌを照射できる構成を備えても良い。

この撮像ユニットＣａｍでは、レーザ投光器Ａから拡がりを持って送り出される前記レーザ光Ｌの光路面ＬＳに存在する像が、デジタルカメラＢの光電変換部１７の光電変換面に結像するように光路面ＬＳと、光電変換面と、光学レンズ１５とがシャインフリュークの条件に従って配置されている。

具体的には、前記レーザ投光器Ａからレーザ光Ｌを送り出す投光軸Ｙを反投光方向に延長した第１仮想直線Ｐ１と、光学レンズ１５の光軸Ｘと直交する姿勢の第２仮想直線Ｐ２と、光電変換部１７の光電変換面を延長した第３仮想直線Ｐ３とが１つの交点Ｑで交わるようにシャインフリュークの条件に従って夫々が配置されている。尚、第１仮想直線Ｐ１と第２仮想直線Ｐ２と第３仮想直線Ｐ３とは、レーザ光Ｌの拡がり方向と直交する姿勢の仮想平面上に存在する。

シャインフリュークの条件に従ってレーザ投光器Ａと、光学レンズ１５と、光電変換部１７とが配置されることにより、レーザ光Ｌの光路面ＬＳに存在する像は必ず光電変換部１７の光電変換面にピントがあった状態で結像する。このような理由から、例えば、図４に示すように凹部が存在する形状の計測対象物Ｍに斜め情報から撮像ユニットＣａｍからレーザ光Ｌを照射した場合には、計測対象物Ｍの上面から凹部の底部までレーザ光Ｌが照射される。

このように照射されたレーザ光Ｌは計測対象物Ｍの上面から凹部の底面に亘ってライン状に照射されたライン照射領域Ｌｍが形成される。前述したようにレーザ光Ｌの光路面ＬＳに存在する像は必ず光電変換部１７の光電変換面にピントがあった状態で結像することから、このライン照射領域Ｌｍは、凹部が深く形成されていても、どのように複雑な形状であっても、光電変換面にピントがあった状態で結像することになる。

また、計測対象物ＭをデジタルカメラＢで撮影することによって取得した画像データＧでは、図４に示すように画像データＧにライン照射領域Ｌｍが形成され、このライン照射領域Ｌｍに対応する画素は輝度が高い値となる。

ロボットアームＲは、複数のアーム部Ｒａを関節部において連結し、この関節部において夫々のアーム部Ｒａが自由に揺動できる構造を有している。このロボットアームＲに備えられた撮像ユニットＣａｍを制御し、画像データを取得するためのケーブル５が、撮像ユニットＣａｍと画像処理部３との間に備えられている。また、ロボットアーム制御部２に制御信号を出力し、撮像ユニットＣａｍが撮影ポイントに到達したことを示す信号を伝えるケーブル６がロボットアーム制御部２と画像処理部３との間に備えられている。

〔画像処理部〕
画像処理部３は汎用コンピュータで構成され、この汎用コンピュータには図５に示す処理系を備えている。この処理系はソフトウエアで構成されるものを想定しているが、ハードウエアで構成されるものであって良く、ソフトウエアとハードウエアとの組合わせによって構成されるものでも良い。

つまり、画像処理部３は、基準形状データ取得手段２０と、撮影制御手段２１と、画像データ取得手段２２と、マスク処理手段２３と、表面形状抽出手段２４と、歪補正処理手段２５と、表面形状保存手段２６と、３次元形状データ生成手段２７と、検査処理手段２８と、欠陥判定処理手段２９とを備えている。

基準形状データ取得手段２０は、計測対象物Ｍの理想的な３次元形状データとなる基準形状データを取得する処理を行い、この取得はメディアを介して取得することや、通信回線を介して取得する処理を想定している。

撮影制御手段２１は、基準形状データ取得手段２０で取得した基準形状データに基づいて複数の撮影ポイントに設定すると共に、撮影ポイントを示す座標データをロボットアーム制御部２に出力する。また、この撮影制御手段２１は、撮像ユニットＣａｍを撮影ポイントに設定した状態で撮像ユニットＣａｍのデジタルカメラＢを制御して撮影を行う。

画像データ取得手段２２は、撮像ユニットＣａｍが撮影ポイントに到達し撮影が行われた際に、デジタルカメラＢの光電変換部１７からの画像データを取得する。

マスク処理手段２３は、画像データのマスク処理により画像データにおけるレーザ光Ｌが照射された領域（ライン照射領域Ｌｍ）を特定する処理を行う。この処理では、図６に示す１次元マスク２３ｍを用い、図７（ａ）に示すように、レーザ光Ｌが照射されたスリットの方向と直交する方向を処理対象画素列ＲＤに設定し、この処理対象画素列ＲＤの個々画素を対象画素Ｐｘとして、その対象画素Ｐｘの輝度値を１次元マスク２３ｍのマスク値に基づいて変換し、変換後の輝度値が最も大きい画素の位置をライン照射領域Ｌｍとする処理が行われる。

１次元マスク２３ｍのマスク値は図６に数値で示す如く設定されており、対象画素Ｐｘに対応するマスク値を基準にして、離間する位置の値ほど小さいデータ構造を有している。この１次元マスク２３ｍにより、対象画素Ｐｘの輝度値（濃度値）と、この対象画素Ｐｘに連なる位置の画素の輝度値（濃度値）との積を求め、更に、これらの積の値の積算値を対象画素Ｐｘの輝度値に置き換える積和処理を、連続する画素毎に行う。

図７（ａ）に示す１コマ（１フレーム）の画像データＧを例に挙げると、処理対象画素列ＲＤにおける各画素の輝度値を図７（ｂ）のように示すことが可能である。この画像データにおいて、各画素の輝度値を１次元マスク２３ｍで変換し、この１次元マスク２３ｍによる処理を処理対象画素列ＲＤに隣接する画素列（図７（ａ）では上側、あるいは、下側）において方向に順次を行う。これにより１コマの画像データの全画素を対象にした処理が行われる。

この処理の結果、図８（ａ）と図８（ｂ）に示す如く、ライン照射領域Ｌｍの輝度が高まり背景に照射していた外光の排除が実現する。

表面形状抽出手段２４は、マスク処理手段２３での処理が終了した画像データにおいて輝度に基づきライン照射領域Ｌｍを特定し、この特定された位置から三角測量の原理に基づいて表面形状を抽出する。この処理では、デジタルカメラＢと計測対象物Ｍとの相対的な距離に対応してレーザ光Ｌが照射されたライン照射領域Ｌｍが画像データ中において変位することから、この画像データ中におけるレーザ光Ｌの照射位置を特定すると共に、ロボットアーム制御部２から撮像ユニットＣａｍの位置を取得することにより、表面形状を取得する。

歪補正処理手段２５では、光電変換部１７の光電変換面と光学レンズ１５とがシャインフリュークの条件に従って配置されたことに起因する歪みを補正する処理が行われる。つまり、光学レンズ１５の光軸Ｘが計測対象物Ｍの表面に対して直交していない条件で撮影されたことに起因する変形を適正にする補正が行われる。

表面形状保存手段２６は、半導体メモリ等のストレージにデータのアクセスを行うものであり、ストレージに表面形状を保存する際には、ロボットアーム制御部２から撮像ユニットＣａｍの位置を取得することで、表面形状のデータと撮影位置データとが関連付けて保存される。

３次元形状データ生成手段２７は、表面形状保存手段２６に保存されて複数の表面形状のデータから計測対象物Ｍの形状に対応した３次元形状データを生成する。この生成の際には、表面形状のデータに関連付けて保存されている撮影位置データに基づいて表面形状のデータを３次元空間に連続的に配置する形態の処理が行われる。このように生成された３次元形状データはモニタ４に表示される。

検査処理手段２８は、基準形状データ取得手段２０において取得されている基準形状データと、３次元形状データ生成手段２７で生成された３次元形状データとを比較することにより、外面の形状が異なる部位の有無の検査処理を行う。

欠陥判定処理手段２９は、検査処理手段２８での検査処理により形状が異なる部位の寸法誤差が設定値を超えるものを欠陥箇所として特定し、その欠陥箇所の色相を異ならせることや、ブリンクさせる等の表示形態でモニタ４に表示する。

〔処理形態〕
画像処理部３での処理の概要を図９のフローチャートに示している。つまり、計測対象物Ｍを計測台Ｓに対してセットした状態で、この計測対象物Ｍの基準形状データを画像処理部３の基準形状データ取得手段２０が取得してメモリ等のストレージに保存する（＃０１ステップ）。

次に、ロボットアームＲを制御して撮像ユニットＣａｍを撮影ポイントに移動し、撮影を行い１コマの画像データを取得し、マスク処理、表面形状のデータの取得、歪の補正、表面形状のデータの保存を行う（＃０２〜＃０６ステップ）。

撮影ポイントは基準形状データに基づいて撮影制御手段２１が設定するものであり、撮像ユニットＣａｍを計測対象物Ｍの外面に沿って移動させるように撮影制御手段２１がロボットアーム制御部２に対して制御データを与える。

撮影ポイントに撮像ユニットＣａｍが到達すると、撮影制御手段２１がデジタルカメラＢを制御して撮影を行い、画像データ取得手段２２が１コマの画像データを取得する。

また、取得した１コマの画像データについてマスク処理手段２３が処理対象画素列ＲＤを設定し、１次元マスク２３ｍに基づいて処理を行うことで、画像データの外光の排除が行われる。また、外光が排除された画像データから表面形状抽出手段２４が表面形状を抽出し、歪補正処理手段２５が歪の補正を行い、表面形状保存手段２６がストレージに対して表面形状のデータと撮影位置データとが関連付けて保存される。

この一連の処理は次の画像データが取得される（撮影される）以前に行われるものであり、この一連の処理の後に、全ての撮影ポイントでの撮影が完了していないことが判別された場合には撮像ユニットＣａｍを次の撮影ポイントに移動し、前述した＃０２〜＃０６の処理を行い、完了していることが判別された場合には、次のステップに移行する（＃０７ステップ）。

撮影が完了していることが判別された場合には、ロボットアームＲをホームポジションまで移動させ、複数の表面形状のデータに基づいて３次元形状データ生成手段２７が３次元形状データを生成し、生成された３次元画像データをモニタ４に表示する（＃０９ステップ）。

この３次元形状データを生成する際には、３次元形状データに関連付けて保存されている撮影位置データに基づいて、複数の表面形状のデータを、メモリ上の３次元空間に連続的に配列する形態となる処理が行われる。

このように３次元形状データが生成された後には、検査処理手段２８において基準形状データと３次元形状データとが比較により検査され、欠陥判定処理手段において欠陥の有無の判定が行われる（＃１０、＃１１ステップ）。

検査処理手段２８では形状が異なる部位の存否の判別を行う。この検査処理手段２８において形状が異なる部位が存在することが判別された場合には、形状の異なる部位における寸法の差異が設定値を超える場合には、その部位の識別性を高めるため形状が異なる部位の色相を異ならせることや、ブリンクさせる等の表示形態でモニタ４に表示する。

〔実施例効果〕
このように本発明によると、レーザ投光器Ａと、デジタルカメラＢの光電変換部１７の光電変換面と、光学レンズ１５とがシャインフリュークの条件に従って配置されているので、レーザ光Ｌの光路面ＬＳに存在する像は必ず光電変換部１７の光電変換面にピントがあった状態で結像する。従って、撮影された画像データでは、計測対象物Ｍに照射されたレーザ光Ｌによるライン照射領域Ｌｍが鮮明で輝度も高いものとなる。更に、マスク処理手段２３が１次元マスク２３ｍでの処理を行うことにより、外光の影響を排除して画像データからレーザ光Ｌが照射された部位の輝度を更に高めることができる。

これにより、画像データから画素の輝度に基づいてレーザ光Ｌが照射された部位を単純に抽出する処理を行うものと比較して、屋内の照明や窓から射す太陽光等の外光の影響を排除して、レーザ光Ｌが照射されたライン照射領域Ｌｍを的確に抽出し、三角測量の原理によって表面形状のデータを求めることが可能となる。また、このように求めた表面形状のデータはシャインフリュークの条件に従う光学系によって撮影されたものであるため、歪を含むものである。このような理由から歪補正処理手段２５での補正処理によって歪が補正された表面形状のデータとして取得できる。

更に、補正された表面形状のデータは、撮影位置データと関連付けてメモリ等のストレージに保存される。また、表面形状のデータを取得するまでの処理において遅延処理や、複数の画像データの差分をとる比較処理等、ウエイトの大きい処理が行われないので、撮影から表面形状のデータの保存までの処理を次のコマの撮影までに完了できるものにしており、画像データの連続的な撮影を実現しており、計測対象物Ｍの撮影を完了するまでの時間を短縮できるものにしている。

次に、３次元形状データ生成手段２７において複数の表面形状のデータから計測対象物Ｍの３次元形状データを生成する場合には、複数の表面形状のデータ夫々に関連付けて保存されている撮影位置データに基づいて表面形状のデータを３次元空間に配置する処理形態となる。

検査処理手段２８において計測対象物Ｍの基準データと３次元形状データ生成手段２７で生成した３次元形状データとの比較を行い、比較の結果、形状が異なる部位の寸法誤差が設定値を超えるものについて欠陥判定処理手段２９が欠陥部位の識別性を高めた状態でモニタ４に表示することから、欠陥箇所の把握を容易に行える。

形状計測装置の全体を示す斜視図 レーザ投光器と光学レンズと光電変換部との配置を示す模式図 撮像ユニットの構成を示す斜視図 計測対象物の形成されるライン照射領域の撮影形態を示す斜視図 制御系のブロック回路図 マスク処理手段による処理形態を示す図 マスク処理前の画像データと輝度値とを示す図 マスク処理後の画像データと輝度値とを示す図 処理形態を示すフローチャート

符号の説明

１５ 光学レンズ
２１ 撮影制御手段
２３ マスク処理手段
２３ｍ １次元マスク
２４ 表面形状抽出手段
２７ ３次元データ生成手段
２８ 検査処理手段
２９ 欠陥判定処理手段
Ａ レーザ投光器
Ｂ 撮像手段（デジタルカメラ）
Ｃａｍ 撮像ユニット
Ｌ レーザ光
ＬＦ 光路面
Ｌｍ ライン照射領域
Ｍ 計測対象物
Ｒ ロボットアーム
ＲＤ 処理対象画素列

Claims (6)

1. スリット状のレーザ光の照射を行うレーザ投光器と、計測対象物を撮影する撮像手段と、この撮像手段で撮影された画像データからレーザ光が照射されたライン照射領域に基づいて前記計測対象物の表面形状を抽出する表面形状抽出手段とを備え、
   前記レーザ投光器から拡がりを持って送り出される前記レーザ光の光路面に存在する像が、前記撮像手段の光電変換面に結像するように前記光路面と、撮像手段の光電変換面と、前記撮像手段の光学レンズとをシャインフリュークの条件に従って配置してある形状計測装置。
2. 前記表面形状抽出手段での処理を行う以前に、１次元マスクで前記画像データを処理することにより、処理後の画像データにおいて前記ライン照射領域が形成されている画素の輝度を高め、前記ライン照射領域以外の画素の輝度を弱めるマスク処理手段を備えている請求項１記載の形状計測装置。
3. 前記１次元マスクが、対象画素のマスク値が近傍の画素のマスク値より大きい構造のマスクデータが設定され、
   前記マスク処理手段は、前記画像データにおいてレーザ光が照射されたスリットの方向と直交する方向を処理対象画素列に設定し、この処理対象画素列の個々の画素を対象画素として、その対象画素の輝度値を１次元マスクのマスク値に基づいて変換し、変換後の輝度値が最も大きいものを前記ライン照射領域とする請求項２記載の形状計測装置。
4. 前記撮像手段と前記計測対象物との相対移動により異なる位置から計測対象物の撮影を行わせる撮影制御手段を備え、この撮影制御手段の制御により前記撮像手段が複数の画像データを撮影し、この撮像手段で取得した複数の画像データから前記表面形状抽出手段が前記表面形状を抽出すると共に、
   複数の表面形状から計測対象物の３次元形状データを生成する３次元データ生成手段を備えている請求項１〜３のいずれか一項に記載の形状計測装置。
5. 前記レーザ投光器と前記光学レンズと前記撮像手段とで成る撮像ユニットがロボットアームの先端部に備えられ、前記撮影制御手段は前記撮像ユニットを前記計測対象物の外面に沿って移動させる請求項４記載の形状計測装置。
6. 請求項４記載の３次元データ生成手段によって生成された３次元形状データを取得した後に、検査処理手段において予め設定されている基準形状データと比較を行い、次に、欠陥判定処理手段において前記比較により形状が異なる部位の寸法誤差が設定値を超えるものを欠陥箇所として特定する欠陥検査方法。