JP2002525561A - ３次元構造の表面画像検知及び表面検査用装置 - Google Patents
３次元構造の表面画像検知及び表面検査用装置Info
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Abstract
(57)【要約】
３次元物体（１０１）の２次元画像を提供するための装置が、照明源（１０２）を用いて、物体の表面（１１１）を照明する。表面（１１１）の一部分（１０６）は、プレート（１０５）内のアパーチャ（１１２）を通してマトリックスセンサー（１０３）の一部分（１０７）の上に画像形成される。物体は、同時に並進運動（１０８）させられている一方でその主要軸を中心として回転（１１０）させられ、同時にアパーチャも回転させられる。これらの並進及び回転運動を同期化させることによって、物体表面の連続的部分がマトリックスセンサー（１０３）のそれぞれの連続的部分上に画像形成でき、かくして、物体表面の利用価値が高い２次元画像を提供する。
Description
【０００１】 （技術分野） 本発明は、自動検査及びその他の応用分野向けの三次元構造の画像検知用装置
に関する。
に関する。
【０００２】 （背景技術） 既知の画像形成システムにおいては、検知用要素の２次元アレイを用いた電荷
結合素子（ＣＣＤ）といったようなセンサーに基づいて、マトリックスカメラ（
すなわちエリアスキャンカメラ）が使用される。マトリックスカメラは、ビデオ
カメラ、閉回路ＴＶカメラ（ＣＣＴＶ）及びカムコーダの中で広く使用され、３
次元構造の画像を捕捉するために、使用することができる。
結合素子（ＣＣＤ）といったようなセンサーに基づいて、マトリックスカメラ（
すなわちエリアスキャンカメラ）が使用される。マトリックスカメラは、ビデオ
カメラ、閉回路ＴＶカメラ（ＣＣＴＶ）及びカムコーダの中で広く使用され、３
次元構造の画像を捕捉するために、使用することができる。
【０００３】 マトリックスカメラを使用することに伴う問題点は、３次元構造の一部分しか
カメラに見えないという点にある。例えば、シリンダ又は球の表面の画像を形成
するとき、カメラは、カメラに最も近い表面しか見ず、側面又は裏面を見ること
はできない。このことはすなわち、構造の完全に包括的な画像を構築するために
多数の画像が必要とされるということを意味している。自動検査システムといっ
たような実用的な利用分野においては、多数の画像を捕捉及び処理するために単
一の画像の場合に比べてより重い処理負荷が課され、かくしてシステムコストに
影響を及ぼすことから、このことは１つの欠点である。
カメラに見えないという点にある。例えば、シリンダ又は球の表面の画像を形成
するとき、カメラは、カメラに最も近い表面しか見ず、側面又は裏面を見ること
はできない。このことはすなわち、構造の完全に包括的な画像を構築するために
多数の画像が必要とされるということを意味している。自動検査システムといっ
たような実用的な利用分野においては、多数の画像を捕捉及び処理するために単
一の画像の場合に比べてより重い処理負荷が課され、かくしてシステムコストに
影響を及ぼすことから、このことは１つの欠点である。
【０００４】 マトリックスカメラを使用することがもつ第２の問題は、構造のいずれかの非
平面部域がゆがんだ形でセンサ上に投射されることになるという点にある。例え
ば、円筒形又は球形構造の壁は、表面からカーブしてカメラが離れるにつれて画
像のゆがみを生成することになる。このことはすなわち、画像処理システムが、
例えば表面上に印刷された文字といった表面細部を含む画像を検査するときにこ
のゆがみを補正しなければならないということを意味している。このタイプの補
正手段は、複雑性を著しく増大させ、ひいては画像処理システムのコストも増大
させた。
平面部域がゆがんだ形でセンサ上に投射されることになるという点にある。例え
ば、円筒形又は球形構造の壁は、表面からカーブしてカメラが離れるにつれて画
像のゆがみを生成することになる。このことはすなわち、画像処理システムが、
例えば表面上に印刷された文字といった表面細部を含む画像を検査するときにこ
のゆがみを補正しなければならないということを意味している。このタイプの補
正手段は、複雑性を著しく増大させ、ひいては画像処理システムのコストも増大
させた。
【０００５】 マトリックスカメラを使用することに伴う第３の問題点は、多数の画像をタイ
ルのように張り合わせることが必要となるという点にある。このことは、画像形
成されつつある表面が、多数の画像のうちの２つ以上のものにまたがる可能性の
あるパターンを含有しており完全な画像を再構築するべくこれらの画像をタイル
張りする（すなわち合わせて重ね継ぐ）ことが必要となる場合にあてはまる。こ
の結果、画像処理システムの複雑性はさらに著しく増大し、再構築された画像の
中に擬似「人為的重ね継ぎ構造」が作り出される危険性がもたらされることにな
る。
ルのように張り合わせることが必要となるという点にある。このことは、画像形
成されつつある表面が、多数の画像のうちの２つ以上のものにまたがる可能性の
あるパターンを含有しており完全な画像を再構築するべくこれらの画像をタイル
張りする（すなわち合わせて重ね継ぐ）ことが必要となる場合にあてはまる。こ
の結果、画像処理システムの複雑性はさらに著しく増大し、再構築された画像の
中に擬似「人為的重ね継ぎ構造」が作り出される危険性がもたらされることにな
る。
【０００６】 もう１つの既知の画像検知システムにおいては、３次元構造の画像を捕捉する
ためにラインスキャンカメラが使用される。このラインスキャンカメラは、構造
の長く狭い部分の画像を形成するように配置される。ラインスキャンセンサー上
に画像を構築することのできる適切な積分時間の後、ライン画像は、画像ピクセ
ル（すなわち画素）の１本のラインの形でカメラから読み出され、画像記憶及び
画像処理システムまで移送される。構造は、その隣接する長く狭い部分について
プロセスを反復することができるような形で、カメラとの関係において移動する
ように配置されており、場合によっては多数の部分を通して２次元ピクセルアレ
イが得られる。
ためにラインスキャンカメラが使用される。このラインスキャンカメラは、構造
の長く狭い部分の画像を形成するように配置される。ラインスキャンセンサー上
に画像を構築することのできる適切な積分時間の後、ライン画像は、画像ピクセ
ル（すなわち画素）の１本のラインの形でカメラから読み出され、画像記憶及び
画像処理システムまで移送される。構造は、その隣接する長く狭い部分について
プロセスを反復することができるような形で、カメラとの関係において移動する
ように配置されており、場合によっては多数の部分を通して２次元ピクセルアレ
イが得られる。
【０００７】 ラインスキャン画像形成の標準的な例は、ラインスキャンカメラが主要軸に対
し平行な方向でシリンダ壁に沿って一連のライン画像を捕捉する一方で円筒形構
造をその主要軸を中心として回転するように配置する、円筒形表面の画像の形成
にある。
し平行な方向でシリンダ壁に沿って一連のライン画像を捕捉する一方で円筒形構
造をその主要軸を中心として回転するように配置する、円筒形表面の画像の形成
にある。
【０００８】 ラインスキャン画像形成に付随する問題点は、それが光学的に非効率的である
ということにある。カメラのレンズは、構造の狭い部分よりも広い部域の画像を
形成する能力をもち、照明システムは同様に構造のより広い部分を照明すること
になる。ラインスキャンカメラは、利用可能な画像の小さい部分のみを使用し、
残りを廃棄する。この光学的な効率の悪さは、画像形成システム全体における制
限条件を導き、画像捕捉の速度を制限し、高い強度の照明という付加的複雑性を
要求することになる。
ということにある。カメラのレンズは、構造の狭い部分よりも広い部域の画像を
形成する能力をもち、照明システムは同様に構造のより広い部分を照明すること
になる。ラインスキャンカメラは、利用可能な画像の小さい部分のみを使用し、
残りを廃棄する。この光学的な効率の悪さは、画像形成システム全体における制
限条件を導き、画像捕捉の速度を制限し、高い強度の照明という付加的複雑性を
要求することになる。
【０００９】 ラインスキャン画像形成に伴う第２の問題は、画像のスミアリング（すなわち
画像のブレ）である。標準的な実用システムでは、連続的なピクセルラインが構
造の周囲に規則的な物理的変位で得られるような形で、カメラに対して構造が一
定の速度で移動するように配置されている。このことはすなわち、構造の表面上
のいずれかの特長がカメラとの関係において移動しており、カメラが使う積分時
間の程度に応じて画像中でブレる傾向をもつことになるということを意味してい
る。このブレは、構造において画像形成されつつあるピクセルのサイズに近い或
いはその１〜５倍大きいサイズをもつ小さなドット又はラインといったような構
造表面上の細かいディテールについて最も重大なものとなる。画像スミアリング
の包括的効果は、捕捉された画像の質が、ドット及びラインといったような細か
いディテールに対して特に影響を及ぼす画像の鮮鋭度の喪失及びコントラストの
喪失と共に低下することにある。
画像のブレ）である。標準的な実用システムでは、連続的なピクセルラインが構
造の周囲に規則的な物理的変位で得られるような形で、カメラに対して構造が一
定の速度で移動するように配置されている。このことはすなわち、構造の表面上
のいずれかの特長がカメラとの関係において移動しており、カメラが使う積分時
間の程度に応じて画像中でブレる傾向をもつことになるということを意味してい
る。このブレは、構造において画像形成されつつあるピクセルのサイズに近い或
いはその１〜５倍大きいサイズをもつ小さなドット又はラインといったような構
造表面上の細かいディテールについて最も重大なものとなる。画像スミアリング
の包括的効果は、捕捉された画像の質が、ドット及びラインといったような細か
いディテールに対して特に影響を及ぼす画像の鮮鋭度の喪失及びコントラストの
喪失と共に低下することにある。
【００１０】 ラインスキャンカメラの既知の変形形態すなわち時間遅延積分（ＴＤＩ）カメ
ラでは、ラインスキャン画像形成の問題の一部分が克服されている。ＴＤＩライ
ンスキャンカメラにおいては、ピクセルの多数の平行なラインが同時に画像形成
される。このことはすなわち、画像形成された部域の幅が、使用される特定の画
像形成デバイスに応じて８、１６、３２又は９６本の平行な画素ラインまで増大
されることを意味している。ＴＤＩシステムにおいては、センサ上の部分的に積
分された画像が構造の動きを追跡するような形で、センサ上で積分されつつある
画像をシフトさせるのにシフトレジスタ方法が用いられる。従って、読出しの中
の各ピクセルは、８、１６、３２又は９６クロック周期の間すでに露呈されたこ
とになる。こうして、システムの光学的効率が良くなる。
ラでは、ラインスキャン画像形成の問題の一部分が克服されている。ＴＤＩライ
ンスキャンカメラにおいては、ピクセルの多数の平行なラインが同時に画像形成
される。このことはすなわち、画像形成された部域の幅が、使用される特定の画
像形成デバイスに応じて８、１６、３２又は９６本の平行な画素ラインまで増大
されることを意味している。ＴＤＩシステムにおいては、センサ上の部分的に積
分された画像が構造の動きを追跡するような形で、センサ上で積分されつつある
画像をシフトさせるのにシフトレジスタ方法が用いられる。従って、読出しの中
の各ピクセルは、８、１６、３２又は９６クロック周期の間すでに露呈されたこ
とになる。こうして、システムの光学的効率が良くなる。
【００１１】 ＴＤＩ画像形成に付随する問題は、基本のラインスキャンカメラと同じ理由で
画像のスミアリングがなおも存在し、細かいディテールについてのコントラスト
及び画像鮮鋭度の喪失を導くという点にある。ＴＤＩカメラに伴う第２の問題点
は、その専門化された用途に起因する比較的高いコスト及びその結果として製造
台数が少ないことにある。
画像のスミアリングがなおも存在し、細かいディテールについてのコントラスト
及び画像鮮鋭度の喪失を導くという点にある。ＴＤＩカメラに伴う第２の問題点
は、その専門化された用途に起因する比較的高いコスト及びその結果として製造
台数が少ないことにある。
【００１２】 通常のラインスキャンカメラとＴＤＩラインスキャンカメラの両方に付随する
さらなる問題点は、画像形成が、３次元構造に沿ったライン上でカメラを焦点合
せできる利用分野に制限されるということにある。（画像の適切な鮮鋭度を維持
するための）標準的レンズの実用的な考慮事項及び被写界深度を考慮すると、こ
のことはすなわち、ラインスキャンシステムが、シリンダといったような平坦な
壁をもつ構造に最も適しており、例えば球形構造といったようなさらに複雑な表
面にはうまく適していないということを意味している。
さらなる問題点は、画像形成が、３次元構造に沿ったライン上でカメラを焦点合
せできる利用分野に制限されるということにある。（画像の適切な鮮鋭度を維持
するための）標準的レンズの実用的な考慮事項及び被写界深度を考慮すると、こ
のことはすなわち、ラインスキャンシステムが、シリンダといったような平坦な
壁をもつ構造に最も適しており、例えば球形構造といったようなさらに複雑な表
面にはうまく適していないということを意味している。
【００１３】 （発明の開示） 本発明に従うと、３次元物体の表面の２次元表現を提供するための装置におい
て、１つの経路に沿って物体を並進運動させるための手段及びその軸のうちの少
なくとも１本を中心として該物体を同時に回転させるための手段、２次元表現を
検知するための手段、検知用手段の一部分上に物体表面の一部分を画像形成する
ための手段、を含んで成り、画像形成用手段は、物体経路に対し平行な経路に沿
って並進運動可能であり、物体並進運動用手段及び画像形成用手段の並進運動速
度及び物体の回転速度は、物体が物体経路の一部分に沿って走行するにつれて物
体及び画像形成手段の回転及び並進運動の組合せが物体表面の隣接する部分の連
続的画像を検知手段の連続する部分の上に画像形成させることになり、かくして
物体の表面の２次元画像を捕捉するような形で選択されている装置が提供される
。
て、１つの経路に沿って物体を並進運動させるための手段及びその軸のうちの少
なくとも１本を中心として該物体を同時に回転させるための手段、２次元表現を
検知するための手段、検知用手段の一部分上に物体表面の一部分を画像形成する
ための手段、を含んで成り、画像形成用手段は、物体経路に対し平行な経路に沿
って並進運動可能であり、物体並進運動用手段及び画像形成用手段の並進運動速
度及び物体の回転速度は、物体が物体経路の一部分に沿って走行するにつれて物
体及び画像形成手段の回転及び並進運動の組合せが物体表面の隣接する部分の連
続的画像を検知手段の連続する部分の上に画像形成させることになり、かくして
物体の表面の２次元画像を捕捉するような形で選択されている装置が提供される
。
【００１４】 （発明を実施するための最良の形態） 本発明についてここで、添付図面を参照しながら、単なる一例として記述して
いく。
いく。
【００１５】 円筒形の物体１０１は、シリンダ表面１１１の部分１０６が照明されるような
形で、光源１０２により照明される。マトリックス画像センサー１０３がこの部
分１０６の画像１１４を、レンズ１０４を介してかつプレート１０５内のアパー
チャ１１２を介してセンサー表面１１５の一部分１０７の上で受けとる。アパー
チャ１１２は、シリンダ１０１の主要軸に対し実質的に平行である長手方向軸を
もつ細長く側面が平行なアパーチャ１１２である。従ってマトリックスセンサー
１０３上に画像形成されるべきシリンダ表面１１１の部分１０６は、シリンダの
主要軸１１３に対し実質的に平行な方向でシリンダ１０１の側面に沿って存在す
る長くて比較的狭い部分である。さらに、マトリックスセンサー１０３が受理す
る画像１１４も同様に、照明された部分１０６に対応する長くて比較的狭い画像
部分１０７である。
形で、光源１０２により照明される。マトリックス画像センサー１０３がこの部
分１０６の画像１１４を、レンズ１０４を介してかつプレート１０５内のアパー
チャ１１２を介してセンサー表面１１５の一部分１０７の上で受けとる。アパー
チャ１１２は、シリンダ１０１の主要軸に対し実質的に平行である長手方向軸を
もつ細長く側面が平行なアパーチャ１１２である。従ってマトリックスセンサー
１０３上に画像形成されるべきシリンダ表面１１１の部分１０６は、シリンダの
主要軸１１３に対し実質的に平行な方向でシリンダ１０１の側面に沿って存在す
る長くて比較的狭い部分である。さらに、マトリックスセンサー１０３が受理す
る画像１１４も同様に、照明された部分１０６に対応する長くて比較的狭い画像
部分１０７である。
【００１６】 物体１０１の円筒形表面１１１全体は、物体１０１の同時の機械的並進運動及
び回転ならびにそれと同時のプレート１０５の機械的並進運動を行なうように配
置する一方で、マトリックスセンサー１０３についてこの機械的並進運動及び回
転のサイクルにその視野積分周期を同期化させるように配置することによって、
マトリックスセンサー１０３によって走査されひいては画像形成される。
び回転ならびにそれと同時のプレート１０５の機械的並進運動を行なうように配
置する一方で、マトリックスセンサー１０３についてこの機械的並進運動及び回
転のサイクルにその視野積分周期を同期化させるように配置することによって、
マトリックスセンサー１０３によって走査されひいては画像形成される。
【００１７】 この機械的サイクルの詳細は以下のとおりである。
【００１８】 円筒形物体１０１は、回転速度１１０で同時に回転する一方で実質的に線形速
度１０８で並進運動するように配置されている。回転速度１１０は、画像形成さ
れた部分１０６の瞬間的表面速度がレンズ１０４及びマトリックスセンサー１０
３との関係において実質的にゼロとなるように配置されている。同時に、プレー
ト１０５、従ってアパーチャ１１２は、照明された部分１０６の中心、アパーチ
ャ１１２及びレンズ１０４の中心が実質的に同一線上にとどまるような形で、線
形速度１０９で並進運動するように配置されている。
度１０８で並進運動するように配置されている。回転速度１１０は、画像形成さ
れた部分１０６の瞬間的表面速度がレンズ１０４及びマトリックスセンサー１０
３との関係において実質的にゼロとなるように配置されている。同時に、プレー
ト１０５、従ってアパーチャ１１２は、照明された部分１０６の中心、アパーチ
ャ１１２及びレンズ１０４の中心が実質的に同一線上にとどまるような形で、線
形速度１０９で並進運動するように配置されている。
【００１９】 シリンダ１０１を回転させ並進運動させ、かつアパーチャ１１２を並進運動さ
せることによって、シリンダ１の表面全体１１１を、マトリックスセンサー１０
３上に画像形成させることができる。図３には、これをいかに達成するかが例示
されている。マトリックスセンサー１０３は、時間Ｔａにリセットされ、この時
点でシリンダ表面１１１は照明される。このシリンダ表面１１１の部分Ａはこの
とき、第１の位置にあるアパーチャ１１２を通してマトリックスセンサー１０３
上の対応する部分Ａ′上に画像形成される。マトリックスセンサー１０３は、サ
イクルの残りの部分の間連続的積分モードに保持され、その間シリンダ１０１は
漸進的に回転し、例えば時間Ｔｂには部分Ｂ、時間Ｔｃには部分Ｃといったよう
に表面１１１のさらなる部分をマトリックスセンサー表面１１５上のそれぞれの
部分Ｂ′及びＣ′上に漸進的に画像形成する。これらのそれぞれの部分Ｂ′−Ｃ
′は、アパーチャ１１２の同時並進運動のため、空間的に分離される。シリンダ
１０１の１回転がひとたび完了すると、部分Ａは再び検知されることになる。
せることによって、シリンダ１の表面全体１１１を、マトリックスセンサー１０
３上に画像形成させることができる。図３には、これをいかに達成するかが例示
されている。マトリックスセンサー１０３は、時間Ｔａにリセットされ、この時
点でシリンダ表面１１１は照明される。このシリンダ表面１１１の部分Ａはこの
とき、第１の位置にあるアパーチャ１１２を通してマトリックスセンサー１０３
上の対応する部分Ａ′上に画像形成される。マトリックスセンサー１０３は、サ
イクルの残りの部分の間連続的積分モードに保持され、その間シリンダ１０１は
漸進的に回転し、例えば時間Ｔｂには部分Ｂ、時間Ｔｃには部分Ｃといったよう
に表面１１１のさらなる部分をマトリックスセンサー表面１１５上のそれぞれの
部分Ｂ′及びＣ′上に漸進的に画像形成する。これらのそれぞれの部分Ｂ′−Ｃ
′は、アパーチャ１１２の同時並進運動のため、空間的に分離される。シリンダ
１０１の１回転がひとたび完了すると、部分Ａは再び検知されることになる。
【００２０】 この回転及び並進運動の組合せを実施することにより、シリンダ表面１１１の
連続する部分はマトリックスセンサー１０３の対応する連続する部分上に画像形
成させられ、従って、これらの機械的及びセンサーの配置の全体的効果として、
シリンダの表面はシリンダ壁のまわりで連続的増分ベースで露光され、表面の整
合する画像がマトリックスセンサー１０３において連続的増分ベースで受理され
る。
連続する部分はマトリックスセンサー１０３の対応する連続する部分上に画像形
成させられ、従って、これらの機械的及びセンサーの配置の全体的効果として、
シリンダの表面はシリンダ壁のまわりで連続的増分ベースで露光され、表面の整
合する画像がマトリックスセンサー１０３において連続的増分ベースで受理され
る。
【００２１】 自動化された利用分野において表面全体の走行を実施するため、図４に示され
たステップＳに従って装置を動作させることができる。走査され画像形成される
べき物体すなわち上述のシリンダ１０１は、第１の機械的取扱い手段１２０によ
り回転させられ並進運動させられ、プレートは第２の機械的取扱い手段１２１に
より並進運動させられる。第１及び第２の機械的取扱い手段１２０、１２１は、
必要とされる画像形成された部分１０６、アパーチャ１０６及びレンズ１０４の
中心を同一線上に維持するような形で、同期化手段１２２によって共に同期化さ
れている。同期化手段１２２は同様に、新しいサイクルの始めにリセットが適用
され、必要とされるシリンダ表面１１１が検知される一方でサイクルの残りの部
分全体を通して露光が保持されるような形で、マトリックスセンサー１０３の露
光時間を制御する。
たステップＳに従って装置を動作させることができる。走査され画像形成される
べき物体すなわち上述のシリンダ１０１は、第１の機械的取扱い手段１２０によ
り回転させられ並進運動させられ、プレートは第２の機械的取扱い手段１２１に
より並進運動させられる。第１及び第２の機械的取扱い手段１２０、１２１は、
必要とされる画像形成された部分１０６、アパーチャ１０６及びレンズ１０４の
中心を同一線上に維持するような形で、同期化手段１２２によって共に同期化さ
れている。同期化手段１２２は同様に、新しいサイクルの始めにリセットが適用
され、必要とされるシリンダ表面１１１が検知される一方でサイクルの残りの部
分全体を通して露光が保持されるような形で、マトリックスセンサー１０３の露
光時間を制御する。
【００２２】 図５は、上述のような、シリンダといった物体を走査するための装置の機械的
実施形態を例示する。
実施形態を例示する。
【００２３】 シリンダ１０１及びアパーチャ１１２の並進運動及び回転は、以下のとおりに
実施される：
実施される：
【００２４】 シリンダ１０１は、円筒形ケージ１３３上でその主要な長手方向軸を中心とし
て回転するよう自由に取付けられており、その表面１１１は、図５の矢印の方向
にその主要軸（図示せず）を中心として回転するように作られた円筒形ドラム１
３０の上に載っている。ドラム１３０の外部表面１３１は、ドラム１３０が回転
するにつれて円筒形ケージ１３３に回転力を付与しこのケージを回転させるよう
な形で、シリンダ表面１１１と接触している。このことは同じく図５に矢印で例
示されている。シリンダ１０１は、円筒形ゲージ内のアパーチャ１３４によって
収納されている。ケージ１３３は、ドラムの主要軸と一致するその主要軸を中心
にして回転するように作られている。同様にその他の前述した軸と一致するその
主要軸を中心にして回転するように作られたスロット入りドラム１３５は、スロ
ット入りドラム１３５内のアパーチャ１３６が上述のアパーチャ１１２と対応し
ている状態で、前述の通りのプレート１０５の機能を実施し、スロット入りドラ
ム１３５の回転は、アパーチャ１３６の並進運動をもたらす。円筒形ドラム１３
０及びケージ１３３は（それに付随する駆動手段と共に）、第１の機械的取扱い
手段に対応する。スロット入りドラム１３５は第２の取扱い手段１２１によって
回転させられる。このとき、検査対象の物体の必要とされる回転を生成するべく
同期化された形で３つの回転要素（摩擦ドラム１３０、ケージ１３３及びスロッ
ト入りドラム１３５）を結合するように例えばモータ及び歯車装置といったよう
な当業者にとって既知の機械的駆動機構を容易に配置することが可能である。カ
メラ露光と機械的サイクルを同期化するために例えば当業者にとっては既知のと
おりの回転エンコーダといったような電気的デバイスを、容易に配置することが
できる。マトリックスセンサー１０３によって捕捉された２次元画像は、このと
き、画像記憶及び処理用デバイス１２３内で任意の適切な画像処理技術を用いて
処理される。画像が基準画像との比較のために使用される場合には、基準画像と
共に変動する場合物体を受容又は拒絶する目的で受諾／拒絶デバイス１２４を使
用することができる。
て回転するよう自由に取付けられており、その表面１１１は、図５の矢印の方向
にその主要軸（図示せず）を中心として回転するように作られた円筒形ドラム１
３０の上に載っている。ドラム１３０の外部表面１３１は、ドラム１３０が回転
するにつれて円筒形ケージ１３３に回転力を付与しこのケージを回転させるよう
な形で、シリンダ表面１１１と接触している。このことは同じく図５に矢印で例
示されている。シリンダ１０１は、円筒形ゲージ内のアパーチャ１３４によって
収納されている。ケージ１３３は、ドラムの主要軸と一致するその主要軸を中心
にして回転するように作られている。同様にその他の前述した軸と一致するその
主要軸を中心にして回転するように作られたスロット入りドラム１３５は、スロ
ット入りドラム１３５内のアパーチャ１３６が上述のアパーチャ１１２と対応し
ている状態で、前述の通りのプレート１０５の機能を実施し、スロット入りドラ
ム１３５の回転は、アパーチャ１３６の並進運動をもたらす。円筒形ドラム１３
０及びケージ１３３は（それに付随する駆動手段と共に）、第１の機械的取扱い
手段に対応する。スロット入りドラム１３５は第２の取扱い手段１２１によって
回転させられる。このとき、検査対象の物体の必要とされる回転を生成するべく
同期化された形で３つの回転要素（摩擦ドラム１３０、ケージ１３３及びスロッ
ト入りドラム１３５）を結合するように例えばモータ及び歯車装置といったよう
な当業者にとって既知の機械的駆動機構を容易に配置することが可能である。カ
メラ露光と機械的サイクルを同期化するために例えば当業者にとっては既知のと
おりの回転エンコーダといったような電気的デバイスを、容易に配置することが
できる。マトリックスセンサー１０３によって捕捉された２次元画像は、このと
き、画像記憶及び処理用デバイス１２３内で任意の適切な画像処理技術を用いて
処理される。画像が基準画像との比較のために使用される場合には、基準画像と
共に変動する場合物体を受容又は拒絶する目的で受諾／拒絶デバイス１２４を使
用することができる。
【００２５】 図６を参照すると、本発明が円筒形の構造の画像検知に制限されず３次元構造
体の数多くのその他の形状にまで拡大できることを例示する、本発明のさらなる
好ましい実施形態が示されている。図６に示されているもののようなさらに複雑
な３次元構造体を検知するためには、一定数の画像形成された区分２０４を生成
するべく構造体２０１は水平方向に走査され、ここで各区分は水平方向の縞の形
をし、各々の縞は垂直方向に逐次的に走査される、すなわちまず第１に水平方向
に走査し次に垂直方向に移動して隣接する垂直方向の縞２０４′に沿って再び水
平に走査すること等々によって全ての構造が走査され画像形成されかくして構造
体２０１の完全な画像を構築するまで走査される。画像を提供するために表面を
「アンラップする」実際の方法は、上述のものと同じであるが、この場合、一定
数の「アンラップされた」画像が次に組合わされて、表面全体の最終的画像を生
成する。この点において、アパーチャプレート１０５は水平方向に移動するのみ
ならず、垂直方向に逐次的に走査するため垂直方向にも移動できなくてはならな
い。より複雑な構造体を走査するためには、構造体２０１は、上述の第１の実施
形態の場合よりも数多くの軸を中心にして回転させられ、これらの軸に沿って並
進運動させられる必要がある。より複雑な構造については、図６に例示されてい
るような３本の直交軸２０３、２０５、２０６を中心とした回転、ならびにこれ
らの軸に沿った並進運動が存在することになる。例えば円錐又は段付きシリンダ
といったようなさほど複雑でない構造体については、構造体は、これらの軸を中
心として回転させられたりそれらに沿って並進運動させられる必要はない。図６
では、アパーチャプレート１０５は、矢羽根状になった上下縁部をもつ正方形又
は矩形のアパーチャ１１２を有する。矢羽根状になった縁部は、画像が縁部で徐
々にフェードアウトするように画像と周囲のピクセルの間の遷移境界を構築する
ことによって、区分２０４の画像の縁部をブレさせる。かくして、２つの隣接す
る水平な画像形成された区分が一緒に処理された時、隣接する縞の重複する縁部
には、急激な空隙又は２重露光によるオーバラップが存在しなくなる。
体の数多くのその他の形状にまで拡大できることを例示する、本発明のさらなる
好ましい実施形態が示されている。図６に示されているもののようなさらに複雑
な３次元構造体を検知するためには、一定数の画像形成された区分２０４を生成
するべく構造体２０１は水平方向に走査され、ここで各区分は水平方向の縞の形
をし、各々の縞は垂直方向に逐次的に走査される、すなわちまず第１に水平方向
に走査し次に垂直方向に移動して隣接する垂直方向の縞２０４′に沿って再び水
平に走査すること等々によって全ての構造が走査され画像形成されかくして構造
体２０１の完全な画像を構築するまで走査される。画像を提供するために表面を
「アンラップする」実際の方法は、上述のものと同じであるが、この場合、一定
数の「アンラップされた」画像が次に組合わされて、表面全体の最終的画像を生
成する。この点において、アパーチャプレート１０５は水平方向に移動するのみ
ならず、垂直方向に逐次的に走査するため垂直方向にも移動できなくてはならな
い。より複雑な構造体を走査するためには、構造体２０１は、上述の第１の実施
形態の場合よりも数多くの軸を中心にして回転させられ、これらの軸に沿って並
進運動させられる必要がある。より複雑な構造については、図６に例示されてい
るような３本の直交軸２０３、２０５、２０６を中心とした回転、ならびにこれ
らの軸に沿った並進運動が存在することになる。例えば円錐又は段付きシリンダ
といったようなさほど複雑でない構造体については、構造体は、これらの軸を中
心として回転させられたりそれらに沿って並進運動させられる必要はない。図６
では、アパーチャプレート１０５は、矢羽根状になった上下縁部をもつ正方形又
は矩形のアパーチャ１１２を有する。矢羽根状になった縁部は、画像が縁部で徐
々にフェードアウトするように画像と周囲のピクセルの間の遷移境界を構築する
ことによって、区分２０４の画像の縁部をブレさせる。かくして、２つの隣接す
る水平な画像形成された区分が一緒に処理された時、隣接する縞の重複する縁部
には、急激な空隙又は２重露光によるオーバラップが存在しなくなる。
【００２６】 （産業上の利用可能性） 当業者にとっては、本発明の範囲内でさまざまな修正が可能であることは明白
となるだろう。例えば、任意の適切な画像処理技術を、その他の適切な画像セン
サーと同様、利用することができる。さまざまなコンポーネントの並進運動及び
回転は、任意の適切な手段により実施可能である。
となるだろう。例えば、任意の適切な画像処理技術を、その他の適切な画像セン
サーと同様、利用することができる。さまざまなコンポーネントの並進運動及び
回転は、任意の適切な手段により実施可能である。
【図１】 シリンダの表面を検知するための本発明の一実施形態の概略的断面図である。
【図２】 図１の実施形態の概略的斜視図である。
【図３ａ】 経時的に１つの画像を構築するために図１及び２の実施形態をいかに使用する
かを例示するための一連の概略的横断面図である。
かを例示するための一連の概略的横断面図である。
【図３ｂ】 経時的に１つの画像を構築するために図１及び２の実施形態をいかに使用する
かを例示するための一連の概略的横断面図である。
かを例示するための一連の概略的横断面図である。
【図３ｃ】 経時的に１つの画像を構築するために図１及び２の実施形態をいかに使用する
かを例示するための一連の概略的横断面図である。
かを例示するための一連の概略的横断面図である。
【図４】 １つの物品の自動的検査のための、図１及び２の実施形態の動作における主要
なステップを例示する概略的なブロック図である。
なステップを例示する概略的なブロック図である。
【図５】 検査中の物品を取扱うために使用される機械的取扱い手段の一実施形態の概略
的な垂直断面図である。
的な垂直断面図である。
【図６】 複雑な非円筒形構造の画像検知のためのもう１つの実施形態の概略的斜視図で
ある。
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＵ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ ，ＣＡ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＥＥ，ＧＤ，ＧＥ，ＨＲ， ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＬＣ，Ｌ Ｋ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＶ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＸ，ＮＯ ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＲ， ＴＴ，ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ (72)発明者 ハンフリーズ，マーク・ロブソン イギリス国、エセックス シービー10 １ ピーエル、サフラン・ウォールデン、グレ イト・チェスターフォード、ハイ・ストリ ート、マナー・ミード (72)発明者 ホッジス，クリストファー・ジェームス イギリス国、ケンブリッジ シービー１ ３エーイー、キャベンディッシュ・ロード 59 (72)発明者 フィッシャー，ジョン・ホーラス イギリス国、ハーツ、ロイストン、フェイ ドン、ブリッジ・ストリート 27 Ｆターム(参考） 2F065 AA51 BB05 BB06 BB08 CC00 FF42 FF61 FF64 FF66 JJ03 JJ26 LL04 LL30 MM02 MM04 NN11 PP12 PP13 PP16 QQ14 QQ24 QQ25 RR09 5B047 AA07 BA02 BB04 BC15 BC16 CA08 CA14 CA17 CB07 CB09
Claims (13)
- 【請求項１】 ３次元物体の表面の２次元表現を提供するための装置であっ
て、 １つの経路に沿って物体を並進運動させるための手段及びその軸のうちの少な
くとも１本を中心として該物体を同時に回転させるための手段、 ２次元表現を検知するための手段、 上記検知するための手段の或る部分上に物体表面の或る部分を画像形成するた
めの手段、 を含んで成り、上記画像を形成するための手段は、物体経路に対し平行な経路に
沿って並進運動可能であり、上記物体を並進運動させるための手段及び上記画像
を形成するための手段の並進運動速度及び物体の回転速度は、物体が物体経路の
或る部分に沿って走行するにつれて物体及び画像を形成するための手段の回転及
び並進運動の組合せが物体表面の隣接する部分の連続的画像を検知するための手
段の連続する部分の上に画像形成させることになり、かくして物体の表面の２次
元画像を捕捉するような形で選択されている、装置。 - 【請求項２】 基準画像のものからの物体の表面内の偏差を検出するべく捕
捉した画像と基準画像を比較し、かくしてこの比較に基づいて物体を受諾又は拒
絶するための手段をさらに含む、請求項１に記載の装置。 - 【請求項３】 物体経路がアーク状の経路であり、物体がその長手方向軸の
まわりを回転できる、請求項１又は２に記載の装置。 - 【請求項４】 物体の並進運動及び回転、画像を形成するための手段の並進
運動及び検知するための手段の動作速度を同期化して２次元表現を提供するため
の手段をさらに含んで成る請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。 - 【請求項５】 検知するための手段は物体表面の画像形成された部分を受理
し画像を表わす信号を提供するように動作可能であり、さらに検知するための手
段に連結され検知するための手段からの信号を処理するための手段が含まれてい
る、請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。 - 【請求項６】 画像処理手段が画像記憶手段を含む、請求項５に記載の装置
。 - 【請求項７】 画像処理手段が、その中に設けられた幅の狭い矩形アパーチ
ャを伴うマスク手段を含んで成る、請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。 - 【請求項８】 物体が２本の直交した軸のまわりで回転可能でありかつこの
軸の中で並進可能であり、又検知するための手段が２つの直交する方向で並進運
動でき、かくして画像表面の隣接する部分の多数の画像を生成し、これらの多数
の隣接する画像は、物体表面の全画像を提供するべく組合される、請求項１〜６
のいずれか１項に記載の装置。 - 【請求項９】 画像を形成するための手段には、その中に設けられた矢羽根
状になった上縁部及び下縁部をもつアパーチャを伴うマスク手段が含まれている
、請求項８に記載の装置。 - 【請求項１０】 ３次元物体の表面の２次元表現を生成するための方法であ
って、 その軸のうち少なくとも１本を中心にして物体を同時に回転させる一方で１本
の経路に沿って物体を並進運動させる段階、 画像形成手段を用いて、２次元表現を検知するための手段の一部分の上に物体
表面の一部分を画像形成する段階、 物体経路に対し平行な経路に沿って、画像形成用手段を並進運動させる段階、
及び 物体が物体経路の一部分に沿って走行するにつれて、物体及び画像を形成する
ための手段の回転及び並進運動の組合せが物体表面の隣接する部分の連続的画像
を検知するための手段の連続する部分の上に画像形成させることになり、かくし
て物体の表面の２次元画像を捕捉するような形で物体を並進させるための運動手
段及び画像を形成するための手段の並進運動速度及び物体の回転速度を選択する
段階、 を含んで成る方法。 - 【請求項１１】 基準画像のものからの物体の表面における偏差を検出する
べく捕捉した画像と基準画像を比較し、この比較に基づいて物体を受諾又は拒絶
する段階をさらに内含する、請求項１０に記載の方法。 - 【請求項１２】 物体経路がアーク状の経路であり、物体がその長手方向軸
のまわりを回転させられる、請求項１０又は１１に記載の方法。 - 【請求項１３】 物体の並進運動及び回転、画像形成手段の並進運動させる
ための手段及び検知するための手段の動作速度を同期化して２次元表現を提供す
る段階をさらに含んで成る請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/150,770 | 1998-09-10 | ||
| US09/150,770 US6393141B1 (en) | 1998-09-10 | 1998-09-10 | Apparatus for surface image sensing and surface inspection of three-dimensional structures |
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|---|---|
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|---|---|---|---|
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