| 【発明の名称】 |
寸法測定方法及び装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】早田 隆
【氏名】中原 宏尊
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| 【要約】 |
【課題】遠隔走査によってカメラを狭隘部へ近接し、カメラと構造物表面の距離を計測することなく、きずやき裂欠陥の実寸法測定を行う。
【解決手段】検査対象物９０の表面を撮影するカメラを有する寸法測定装置本体１と、寸法測定装置本体１に装備されて検査対象物９０の表面に既知の長さの平行光線によるスリット光２２を照射する照射手段と、前記スリット光２２とき裂欠陥９１とを同時に前記カメラで撮像して前記カメラの画像を取り込み各種の画像処理を行う画像処理手段と、前記画像処理手段からのき裂欠陥画像９１Ａとスリット光画像２２Ａを含んだ画像５１を表示する表示手段とから構成し、前記スリット光画像２２Ａを基準に、き裂欠陥９１の実寸法を求める。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】検査対象が存在する構造物の表面に照射した既知の長さの照射物と、前記検査対象とを同時に撮影し、その撮影した画像中の前記照射物の画像を基準に、前記検査対象の実寸法を求める寸法測定方法。
【請求項２】検査対象が存在する構造物の表面に既知の間隔を有して照射した複数のスポット光による各照射物と、前記検査対象とを同時に撮影し、その撮影した画像中の前記各照射物の各画像の間隔を基準に、前記検査対象の実寸法を求める寸法測定方法。
【請求項３】検査対象が存在する構造物の表面を撮影するカメラと、検査対象が存在する構造物の表面であって前記カメラの視野範囲に既知の長さの照射物を照射する照射手段と、前記カメラからの画像情報を取り込んで画像表示手段に前記照射物と前記検査対象を所望する形式で画像として表す処理を行う画像処理手段と、を備えた寸法測定装置。
【請求項４】検査対象が存在する構造物の表面を撮影するカメラと、検査対象が存在する構造物の表面であって前記カメラの視野範囲に既知の間隔を有して複数のスポット光を照射して前記表面に照射物を照射するスポット光の照射手段と、前記カメラからの画像情報を取り込んで画像表示手段に前記照射物と前記検査対象を所望する形式で画像として表す処理を行う画像処理手段と、を備えた寸法測定装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、画像情報から検査対象物の実寸法を測定する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】カメラを用いた目視検査は、各種製品の生産ライン上や構造物の定期検査時などあらゆる分野で行われており、カメラ画像をもとに検査対象物の異常検出や検査対象であるきず及びき裂等の欠陥の実寸法測定を行っている。
【０００３】欠陥などの実寸法は、カメラ画像における検査対象物と欠陥画像の大きさと、実環境でのカメラ視野角，カメラの姿勢及びカメラと検査対象物の距離の関係から求められる。
【０００４】これらの目視検査で用いられるカメラは、通常、検査対象物に対応して設置されたレールや軌道上に取り付けられている。カメラを駆動する機構には角度検出器や距離センサなどが具備されているため、カメラの姿勢，カメラと検査対象物との距離は容易に計測できる。また、カメラと検査対象物との位置関係が変化しない目視検査では、カメラの姿勢，位置などは予め把握できる。
【０００５】カメラによって得られた画像から構造物や欠陥などの実寸法を求める目視検査装置の従来技術には、例えば特開平9−280828 号公報で開示された目視検査装置などがある。この装置は、モニタ上に表示されているスケールの代わりとなるマーカの画像と検査対象物の画像から実寸法を求めるものである。マーカの長さを検査対象に合わせて自由に変えることができ、実寸法の測定が容易に行える。モニタ上に表示されているマーカは、予め検査対象物に取り付けたスケールをカメラで撮影し、その画像をもとに作られたものである。カメラは検査対象物に沿って設置された軌道上を安定して移動するため、カメラ姿勢，カメラ位置などを予め把握していれば変化することはない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】近年は、構造物狭隘部の遠隔目視検査が望まれている。さらに検査時間の短縮も要求される。遠隔狭隘部の目視検査のためには、カメラを遠隔で狭隘部へ近接する必要がある。
【０００７】しかしながら、上記の従来技術では、検査対象が遠隔狭隘部のため、スケールを取り付ける作業が困難で、スケールの代わりとなるマーカの表示が出来ない。さらにカメラ軌道の設置も難しい。軌道が設置できないとカメラの姿勢，位置の測定値が不正確となってしまう。
【０００８】また、軌道が取り付けられたとしても、検査時間の他に軌道の取り付け・取り外しの作業時間が付加されるため、全体の検査時間が多くなってしまう。
【０００９】本発明の目的は、スケールを取り付ける作業が困難な場合であっても検査対象の実寸法測定を迅速に行える測定方法及び装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明では、検査対象が存在する構造物の表面を撮影するカメラと、検査対象が存在する構造物の表面であって前記カメラの視野範囲に既知の長さの照射物を照射する照射手段と、前記カメラからの画像情報を取り込んで画像表示手段に前記照射物と前記検査対象を所望する形式で画像として表す処理を行う画像処理手段と、を備えた寸法測定装置が用いられ、検査対象が存在する構造物の表面に照射した既知の長さの照射物と、前記検査対象とを同時に撮影し、その撮影した画像中の前記照射物の画像を基準に、前記検査対象の実寸法を求める寸法測定方法が実行される。
【００１１】別の手段として、検査対象が存在する構造物の表面を撮影するカメラと、検査対象が存在する構造物の表面であって前記カメラの視野範囲に既知の間隔を有して複数のスポット光を照射して前記表面に照射物を照射するスポット光の照射手段と、前記カメラからの画像情報を取り込んで画像表示手段に前記照射物と前記検査対象を所望する形式で画像として表す処理を行う画像処理手段と、を備えた寸法測定装置が用いられ、検査対象が存在する構造物の表面に既知の間隔を有して照射した複数のスポット光による各照射物と、前記検査対象とを同時に撮影し、その撮影した画像中の前記各照射物の各画像の間隔を基準に、前記検査対象の実寸法を求める寸法測定方法が実施される。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の第１実施例を図を用いて説明する。
【００１３】図１に本発明の第１実施例の寸法測定装置の概要を示す。図１は検査対象物９０の表面の検査対象であるき裂欠陥９１を寸法測定装置本体１を用いて寸法測定している様子を示している。
【００１４】寸法測定装置本体１からはカメラ光軸と平行な光によるスリット光２２が検査対象物９０の表面に照射され、検査対象物９０の表面に周辺に比べて高輝度の直線が照射物として表される。その時のカメラ画像５１には、き裂欠陥９１の画像であるき裂欠陥画像９１Ａと照射物の画像であるスリット光画像２２Ａが表示されている。なお、寸法測定装置本体１には、図示していないが、カメラを遠隔走査する機構及び検査対象物９０を照らす照明設備を備えている。
【００１５】図２に本発明の第１実施例の寸法測定装置の詳細図を示す。寸法測定装置は、ＣＣＤカメラ１０とスポットレーザ光発光器２０とコリメータレンズ２３と反射ミラー２４とハーフミラー２５と画像処理装置５０とテレビモニタ６０から構成される。スポットレーザ光発光器２０から発光されたスポットレーザ光２１はコリメータレンズ２３によってスリット光２２になり、反射ミラー２４及びハーフミラー２５によって屈折し、カメラ１０の光軸と平行に検査対象物９０の表面に照射される。
【００１６】ＣＣＤカメラ１０とスポットレーザ光発光器２０とコリメータレンズ２３と反射ミラー２４とハーフミラー２５とは相対的に固定位置関係に設置され、スリット光２２がカメラ１０の光軸と平行に検査対象物９０の表面に照射されるように維持される。
【００１７】画像処理装置５０はＣＣＤカメラ１０からの撮影情報を取り込んでテレビモニタ６０へ所望の形式で表示する為の画像処理を施すものである。又、画像処理装置５０はＣＣＤカメラ１０からの撮影情報から、周辺との輝度変化が存在するき裂欠陥画像９１Ａの長さＬｍと、同じくスリット光画像２２Ａの長さ２２Ａとを両端間の直線距離における長さとして演算する機能を有する。
【００１８】画像処理装置５０で画像処理したＣＣＤカメラ１０で取り込んだ画像はテレビモニタ６０へ映像として表示される。
【００１９】１１はＣＣＤカメラ１０のカメラ視野範囲である。なお画像処理装置５０，テレビモニタ６０及びカメラを遠隔走査する機構と寸法測定装置本体のコントローラ(図示せず)は、測定位置から離れた安全な場所に居る作業員の近くに設置してある。
【００２０】テレビモニタ６０上には、平行スリット光画像２２Ａとき裂欠陥画像９１Ａが表示される。き裂欠陥９１の実寸法測定の手順を以下に述べる。
【００２１】予めスリット光２２の実寸法長さＳを測定しておく。スリット光２２の光は平行光線で、検査対象物９０と直交して照射されるから実寸法長さＳは寸法測定装置本体１が検査対象物９０からの距離に関わらず一定である。
【００２２】次に図１，図２に示すように画像処理装置５０によって、スリット光画像22Ａの長さＳｍとき裂欠陥画像９１Ａの長さＬｍを演算して求める。
【００２３】これら３つの値から、き裂欠陥の実寸法Ｌは(式１、Ｌ＝Ｓ×Ｌｍ／Ｓｍ)によって求まる。よって寸法測定装置本体１と検査対象物９０との距離が不明でも、き裂欠陥の実寸法が容易に求められる。
【００２４】寸法測定装置本体１のカメラ光軸と検査対象物９０が直交している場合は、図３(Ａ)のようにモニタ中心からのスリット光画像２２Ａの左右の大きさａとｂは等しくなる。直交していない場合は、図３(Ｂ)のようにａとｂの大きさは等しくなくなる。このようにスリット光画像２２Ａからカメラの姿勢が容易に推測され、出来るだけ寸法測定装置本体１のカメラ光軸と検査対象物９０が直交している状態を測定時には維持し、正確な測定を行う。
【００２５】本発明の第２実施例は、第１実施例を一部変更した例であって、変更した部分を以下に説明し、第１実施例と同一な部分は説明を省略する。
【００２６】図４に本発明の第２実施例の寸法測定装置の概要を示す。図４は検査対象物９０の表面のき裂欠陥９１を寸法測定装置本体１で寸法測定している様子を示している。
【００２７】寸法測定装置本体１からはカメラ光軸と平行なスポットレーザ光３０と３１が検査対象物９０の表面に照射物として照射されている。このためスポットレーザ光３０と３１は検査対象物９０の表面に２個の周辺より高輝度のスポットを照射物として出現させることが出来る。
【００２８】それらを撮像した時のカメラ画像５１には、き裂欠陥画像９１Ａとスポットレーザ光画像３０Ａと３１Ａが表示されている。
【００２９】図５，図９，図１０に本発明の第２実施例の寸法測定装置の詳細図を示す。寸法測定装置は、ＣＣＤカメラ１０と、スポットレーザ光発光器２０Ａと２０Ｂと、スポットレーザ発光器２０Ａと２０Ｂの間隔を調整する調整機構７０とスポットレーザ発光器２０Ａと２０Ｂをカメラ１０の光軸を中心に回転させる回転機構８０と画像処理装置５０とテレビモニタ６０から構成される。画像処理装置５０はＣＣＤカメラ１０から撮影情報を取り込んでき裂欠陥画像９１Ａの両端間長さＬｍと、同じくスポットレーザ光画像３１Ａ，３０Ａ間の間隔長さＳｍとを直線距離における長さとして演算する機能を有する。
【００３０】図９は寸法測定装置本体１の内部構造を示しており、寸法測定装置本体１のフレーム１０１には支柱１０２，１０３が固定され、その支柱１０２，１０３の上部には、円形断面の水平な支持フレーム１０４が固定され、その支持フレーム１０４の右端にはＣＣＤカメラ１０がカメラ光軸と支持フレーム１０４の軸心が一致するように設置される。
【００３１】その支持フレーム１０４の中間部分には、軸受け１０５を介して支持フレーム１０４の軸心を中心に回転自在に回転フレーム１０６が取り付けられる。その回転フレーム１０６には、溝１０７によってスライダー１０８が回転フレーム106の長手方向、すなわちＣＣＤカメラ１０のカメラ光軸や支持フレーム１０４の軸心と直交する方向へスライド移動自在に組み合わせられる。
【００３２】このスライダー１０８にはＣＣＤカメラ１０のカメラ光軸や支持フレーム104の軸心とレーザ光の照射方向Ｂが平行となるようにスポットレーザ発光器２０Ａと２０Ｂが固定される。そのスライダー１０８には、ネジ軸１０９が螺合し、そのネジ軸１０９を回転フレーム１０６の端部に装備したモータ１１０で回転駆動すると、ネジ軸１０９によってスライダー１０８がスポットレーザ発光器２０Ａと２０Ｂを支持したままスライド移動できる。そのモータ１１０にはスライダー１０８の移動量を計測する為にエンコーダ１１１が装備される。
【００３３】スポットレーザ発光器２０Ａと２０Ｂの間隔を調整する調整機構７０は以上のように構成され、スライダー１０８の移動量をエンコーダ１１１で検出してスポットレーザ発光器２０Ａと２０Ｂの間隔を遠隔地点から作業員がモータ１１０を制御し、且つエンコーダ１１１の検出結果を遠隔地点でモニタしながら調整する事が出来る。
【００３４】又、スポットレーザ発光器２０Ａと２０ＢをＣＣＤカメラ１０の光軸を中心に回転させる回転機構８０は、記述の回転フレーム１０６が軸受け１０５で回転し、回転フレーム１０６に装備されているスポットレーザ発光器２０Ａと２０Ｂが同時にＣＣＤカメラ１０の光軸を中心に回転する機構とされる。
【００３５】その回転機構８０を遠隔地点から制御できるように、遠隔地点から制御可能としたモータ１１２を支柱１０２に設置し、そのモータ１１２の回転出力軸に固定した歯車１１３を他の歯車１１４に噛み合わせる。その歯車１１４は回転中心が支持フレーム１０４の軸心と一致するように回転フレーム１０６へ固定される。このため、遠隔地点からモータ１１２を起動して制御すると、モータ１１２の回転駆動力が各歯車１１３，１１４を介して回転フレーム１０６に伝わり、その回転フレーム１０６は回転することが出来る。回転フレーム１０６の回転角を検出したい場合には、モータ１１２にエンコーダを装着してモータ１１２の回転量をエンコーダで検出して回転フレーム１０６の回転角を推察するようにする。
【００３６】画像処理装置５０，テレビモニタ６０及び寸法測定装置本体１のコントローラ（図示せず）は、第１実施例と同様に作業員の近くに設置してある。スポットレーザ光発光器２０Ａ，２０Ｂから発光されたスポットレーザ光３０，３１はそのまま、ＣＣＤカメラ１０の光軸と平行に検査対象物９０の表面に照射される。
【００３７】ＣＣＤカメラ１０で撮像された映像は、画像処理装置５０からテレビモニタ６０に表示される。１１はＣＣＤカメラ１０のカメラ視野範囲である。テレビモニタ６０の画面上には、スポットレーザ光画像３０Ａと３１Ａとき裂欠陥画像９１Ａが同一画面上に表示される。き裂欠陥の実寸法測定の手順は本発明の第１実施例と同様で、予め測定しておいたスポットレーザ光３０，３１の実寸法間隔Ｓと画像処理装置５０で求めたスポットレーザ光画像３０Ａと３０Ｂの間隔Ｓｍと、き裂欠陥画像９１Ａの長さＬｍを用いて、これら３つの値から、き裂欠陥の実寸法Ｌは式１である、Ｌ＝Ｓ×Ｌｍ／Ｓｍによって求まる。よって寸法測定装置本体１と検査対象物９０との距離が不明でも、き裂欠陥の実寸法が容易に求められる。
【００３８】寸法測定装置本体１と検査対象物９０との距離が変化しても、第１実施例と同様にき裂欠陥９１の実寸法は容易に計測できる。また寸法測定装置本体１の姿勢も第１実施例と同様に、モニタ中心からのスポットレーザ光画像３０Ａ，３１Ａの隔たりの大きさを比較することによって、容易に姿勢を推測できる。
【００３９】調整機構７０はレーザ発光器２０Ａ，２０Ｂの間隔を調整することができ、またその移動量もエンコーダによって検出できる。回転機構８０はレーザ発光器２０Ａ，２０Ｂ及び調整機構７０をＣＣＤカメラ１０のカメラ光軸中心に回転させる機構であり、その回転角度の検出もエンコーダによって検出できる。調整機構７０及び回転機構により、スポットレーザ光３０，３１の間隔、スポットレーザ光３０，３１を結ぶ直線の傾斜角度をあらゆるき裂欠陥の大きさ，傾きに合わせることができ、大きさや傾きが如何様でも寸法測定でき、画像処理装置による計測だけではなく、人間の目によるき裂欠陥の実寸法測定も容易に行える。
【００４０】例えば、レーザ発光器２０Ａ，２０Ｂの間隔を最小限の既知の間隔Ｓ１とした後に、レーザ発光器２０Ａ，２０Ｂの間隔を広げてゆきスポットレーザ光３０，３１がき裂欠陥画像９１Ａの両端に当てられるまでレーザ発光器２０Ａ，２０Ｂの間隔を広げ図６（Ａ）のような状態とする。その状態をテレビモニタ６０の映像を見ながら確認し、確認した時点での各レーザ発光器２０Ａ，２０Ｂの各移動量をエンコーダの示す計測値を見て知り、その各移動量の合計を移動寸法Ｓ２として検出し、そのＳ１にＳ２を加算してき裂欠陥９１の両端部を結ぶ直線の長さが分かり、その長さをき裂欠陥９１の長さとする。
【００４１】そのき裂欠陥９１が図６（Ｂ）のように傾斜している場合には、各レーザ発光器２０Ａ，２０Ｂを各スポットレーザ光３０，３１を結ぶ直線の傾斜がき裂欠陥９１の傾斜に合うように回転させてから上述のように測定してき裂欠陥９１の長さを求める。
【００４２】本発明の第３実施例の概要を図７に示す。図７のように検査対象物９０にカメラ光軸と平行なレーザ光で十字スリット光２８を照射する寸法測定装置である。十字スリット光２８により、第１実施例に比べ縦方向にもスリット光が基準長さの線として表示されるので、水平方向のスリット光２２を基準長さの線として用いた第１実施例の測定方法と同様に縦方向のスリット光を縦方向のき裂欠陥の測定の基準長さの線として利用して縦方向のき裂欠陥の測定精度が向上される。
【００４３】また寸法測定装置本体１の姿勢を水平と垂直の２次元で求めることが出来る。なお十字スリット光２８の十字の各辺の長さの寸法は予め実寸法で測定しておく必要がある。その他の構成と作用は第１実施例と同じである。
【００４４】本発明の第４実施例の概要を図８に示す。この実施例は第３実施例の十字スリット光２８を十字の各辺の端部に相当する位置に照射位置を決めた４個のスポットレーザ光３０，３１，３２，３３に置き換えたものである。第３実施例に比べ、コリメータレンズ，反射ミラー，ハーフミラーが不要なため、装置の機構が簡単となり、装置の小型化が図れる。この実施例の場合には、第２実施例の画像処理装置が用いられ、スポットレーザ光３０，３２の水平間隔とスポットレーザ光３１，３３の垂直間隔を画像処理装置で求める。そして予め測定して既知のスポットレーザ光３０，３２の水平間隔とスポットレーザ光３１，３３の垂直間隔を利用して第２実施例と同じ測定方法を水平方向のき裂欠陥ばかりでなく垂直方向のき裂欠陥にも応用し、水平と垂直の両方向のき裂欠陥の寸法測定に対応できる。
【００４５】以上の各実施例ではＣＣＤカメラを装備した寸法測定装置本体１を遠隔狭隘部で走査する手段を説明していないが、各実施例の寸法測定装置本体１には軌道など必要ないため、マニプレータ，ポール，水中ロボットなどのあらゆる走査機構に寸法測定装置本体１を搭載して遠隔走査が可能である。
【００４６】
【発明の効果】請求項１及び請求項２の発明によれば、スケールを測定対象物に装備したり測定対象物と寸法測定装置本体との間隔を一定に保つ為のレール等のガイド手段の利用を必要としないので、従来寸法測定が困難な狭隘な場所であっても、迅速且つ正確に測定対象物上の測定対象であるき裂欠陥等の実寸法を測定できる方法を提供できる。
【００４７】請求項３又は請求項４の発明によれば、スケールを測定対象物に装備したり測定対象物と寸法測定装置本体との間隔を一定に保つ為のレール等のガイド手段の利用を必要としないので、従来寸法測定が困難な狭隘な場所であっても、迅速且つ正確に測定対象物上の測定対象であるき裂欠陥等の実寸法を測定できる装置を提供できる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５１０８
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
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| 【出願日】 |
平成１０年７月６日（１９９８．７．６） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６８５０４
【弁理士】
【氏名又は名称】小川 勝男
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| 【公開番号】 |
特開２０００−１８９２１（Ｐ２０００−１８９２１Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１月２１日（２０００．１．２１） |
| 【出願番号】 |
特願平１０−１９００９３ |
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