JP5971028B2 - Rotation angle measuring device and method - Google Patents
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Description
本発明は、画像処理により、計測センサが非接触で回転体の回転角度を計測する、回転角度計測装置及び方法に関する。 The present invention relates to a rotation angle measurement apparatus and method in which a measurement sensor measures a rotation angle of a rotating body in a non-contact manner by image processing.
回転体の回転角度を計測する装置としては、ロータリエンコーダやポテンショメータのような計測センサを回転体の回転軸に設置して回転角度を計測するものが一般的である。 As a device for measuring the rotation angle of a rotating body, a device that measures a rotation angle by installing a measurement sensor such as a rotary encoder or a potentiometer on a rotating shaft of the rotating body is generally used.
また、回転軸に反射テープを貼り付け、照射した光の反射光を受けることで回転数を計測する装置もある(非特許文献1参照)。 There is also an apparatus for measuring the number of rotations by attaching a reflection tape to a rotating shaft and receiving reflected light of irradiated light (see Non-Patent Document 1).
さらに、画像処理により回転体の回転角度を計測する方法が提案されている。例えば、円筒缶の周面(全周)の画像を登録し、入力画像が登録画像の位置に当たるかを、2次元離散的フーリエ変換を用いた相関ピークを抽出することで求め、回転角度を算出する方法(特許文献1参照)や、モータ回転角度を計測するため、回転軸の近傍と回転軸より離れた位置にそれぞれマーカを配置し、2つのマーカの位置関係から回転角度を求める方法がある(特許文献2参照)。 Furthermore, a method for measuring the rotation angle of a rotating body by image processing has been proposed. For example, by registering an image of the circumferential surface (all circumferences) of a cylindrical can and finding out whether the input image hits the position of the registered image by extracting the correlation peak using two-dimensional discrete Fourier transform, the rotation angle is calculated. There is a method for measuring the rotation angle of the motor (see Patent Document 1) and a method for obtaining the rotation angle from the positional relationship between the two markers by arranging markers respectively in the vicinity of the rotation axis and at a position away from the rotation axis. (See Patent Document 2).
上述のロータリエンコーダやポテンショメータのようなセンサを回転体の回転軸に設置する方法では、計測センサが非接触での回転角度の計測ができない。 In the method of installing a sensor such as the rotary encoder or potentiometer described above on the rotating shaft of the rotating body, the measurement sensor cannot measure the rotation angle without contact.
非特許文献1のような、回転体に貼り付けた反射テープの反射光を検出する方法では、回転数を計測することはできるが、回転角度を計測することはできない。
In the method of detecting the reflected light of the reflective tape attached to the rotating body as in
特許文献1のような、登録した周面の画像と入力画像の照合により回転角度を算出する方法では、似通った模様の箇所が存在した場合は間違った回転角度を算出する可能性がある。また、入力画像と登録画像との相関を求める計算コストが大きい。
In the method of calculating the rotation angle by collating the registered peripheral surface image and the input image as in
特許文献2のような、2つのマーカの位置関係から回転角度を求める方法では、検出できる回転角度精度を向上させる場合は高解像度のCCDカメラを用いて大きな画像データを扱う必要があり、計算コストが増大してしまう。逆に通常のCCDカメラを用いて計算コストを抑えようとすると、高い検出角度精度が期待できない。
In the method of obtaining the rotation angle from the positional relationship between the two markers as in
本発明の目的は、上述の問題を解決するため、画像処理により、計億センサが非接触で、計算コストを抑え且つ高精度に回転体の回転角度を計測する回転角度計測装置及び方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a rotation angle measuring device and method for measuring the rotation angle of a rotating body with high accuracy while suppressing calculation cost by image processing so as to solve the above-mentioned problems without contact with a total of 100 million sensors. It is to be.
上記課題を解決する第1の発明に係る回転角度計測装置は、
計測対象の回転体に設置されたマーカと、
前記マーカのマーカ模様を撮影するラインセンサと、
前記マーカ模様を前記ラインセンサと同方向から高精細画像として撮影する高精細カメラと、
前記ラインセンサで撮影された画像を解析して前記回転体の回転角度を求める解析装置とを備え、
前記解析装置は、前記高精細カメラで撮影した前記高精細画像より、前記マーカ模様の境界線の三次元的な位置である境界線三次元位置のデータを求め、当該データに基づき、前記ラインセンサによる撮影を行う場合の画像上の前記マーカ模様の境界線位置と前記回転角度の関係を予め導出しておいた上で、前記ラインセンサで撮影した画像から前記マーカ模様の境界線位置を求め、前記関係に基づき、前記マーカ模様の境界線位置を前記回転角度に換算することを特徴とする。
A rotation angle measuring device according to a first invention for solving the above-mentioned problems is as follows.
A marker installed on a rotating object to be measured;
A line sensor that images the marker pattern of the marker;
A high-definition camera that captures the marker pattern as a high-definition image from the same direction as the line sensor;
An analyzer for analyzing the image taken by the line sensor and obtaining the rotation angle of the rotating body ,
The analysis device obtains data of a three-dimensional boundary line that is a three-dimensional position of the boundary line of the marker pattern from the high-definition image photographed by the high-definition camera, and based on the data, the line sensor After deriving in advance the relationship between the rotation position and the marker pattern boundary line position on the image when shooting by obtaining the marker pattern boundary line position from the image captured by the line sensor, Based on the relationship, a boundary line position of the marker pattern is converted into the rotation angle .
上記課題を解決する第2の発明に係る回転角度計測装置は、
上記第1の発明に係る回転角度計測装置において、
前記マーカのマーカ模様の境界線位置は、前記回転体の回転角度との関係が一意的に対応することを特徴とする。
A rotation angle measuring device according to a second invention for solving the above-mentioned problems is as follows.
In the rotation angle measuring apparatus according to the first aspect of the invention,
The marker pattern boundary line position of the marker is uniquely associated with the rotation angle of the rotating body.
上記課題を解決する第3の発明に係る回転角度計測装置は、
上記第1または2の発明に係る回転角度計測装置において、
前記マーカのマーカ模様の境界線位置は、前記回転体の回転角度との関係が正比例であることを特徴とする。
A rotation angle measuring device according to a third invention for solving the above-mentioned problem is as follows.
In the rotation angle measuring device according to the first or second invention,
The marker pattern boundary line position of the marker is directly proportional to the rotation angle of the rotating body.
上記課題を解決する第4の発明に係る回転角度計測装置は、
上記第1乃至3いずれか1つに係る回転角度計測装置において、
前記マーカが上面または底面に設置された前記回転体に対し、前記ラインセンサは、前記回転体の回転軸と前記ラインセンサの光軸が平行且つ前記マーカと前記ラインセンサが向かい合う位置関係に配置されており、
前記マーカは、渦巻状のマーカ模様の境界線を有することを特徴とする。
A rotation angle measuring device according to a fourth invention for solving the above-mentioned problems is as follows.
In the rotation angle measurement apparatus according to any one of the first to third aspects,
The line sensor is arranged in a positional relationship in which the rotation axis of the rotating body and the optical axis of the line sensor are parallel and the marker and the line sensor face each other with respect to the rotating body on which the marker is installed on the upper surface or the bottom surface. And
The marker has a spiral marker pattern boundary line.
上記課題を解決する第5の発明に係る回転角度計測装置は、
上記第1乃至3いずれか1つに係る回転角度計測装置において、
前記マーカが側面に設置された前記回転体に対し、前記ラインセンサは、前記回転体の回転軸と前記ラインセンサの光軸が垂直且つ前記回転体の回転軸と前記ラインセンサの撮影ラインが平行な位置関係に配置されており、
前記マーカは、螺旋状のマーカ模様の境界線を有することを特徴とする。
A rotation angle measuring device according to a fifth invention for solving the above-mentioned problems is as follows.
In the rotation angle measurement apparatus according to any one of the first to third aspects,
The line sensor has a rotation axis of the rotation body and the optical axis of the line sensor perpendicular to each other and the imaging axis of the line sensor is parallel to the rotation body on which the marker is installed on the side surface. Are arranged in various positional relationships,
The marker has a boundary line of a spiral marker pattern.
上記課題を解決する第6の発明に係る回転角度計測装置は、
上記第1乃至5いずれか1つの発明に係る回転角度計測装置において、
前記解析装置は、
前記マーカ模様の境界線位置の検出に用いる閾値と、前記高精細カメラのレンズ焦点距離と、画像素子サイズと、前記ラインセンサ及び前記高精細カメラの位置と、前記マーカの設置表面の形状データとを処理パラメータとして設定する処理設定部と、
前記ラインセンサまたは前記高精細カメラで撮影した輝度情報を入力する画像入力部と、
前記高精細カメラで撮影した画像上の前記マーカ模様の境界線位置を第1の境界線位置データとして検出する高精細カメラ画像用境界線位置検出部と、
前記第1の境界線位置データと前記処理パラメータを基に、前記高精細カメラで撮影した前記境界線三次元位置のデータを作成する境界線三次元位置計算部と、
前記処理パラメータと、前記回転体の回転角度を変えていき前記高精細カメラで撮影した複数の前記境界線三次元位置データとを基に、当該境界線三次元位置データを合成し、前記回転体の全周に渡る前記境界線三次元位置データを作成する境界線三次元位置合成部と、
前記処理パラメータと、前記回転体の全周に渡る前記境界線三次元位置データとを基に、前記関係を導出する画素‐角度グラフ作成部と、
前記ラインセンサで撮影した画像上の前記マーカ模様の境界線位置を第2の境界線位置データとして検出する境界位置検出部と、
前記第2の境界線位置データを基に、前記関係を参照し、前記ラインセンサの画像上の前記マーカ模様の境界線位置を回転角度に換算する回転角度換算部とを備えることを特徴とする。
A rotation angle measuring device according to a sixth invention for solving the above-described problem is as follows.
In the rotation angle measurement device according to any one of the first to fifth inventions,
The analysis device includes:
A threshold value used for detecting a boundary position of the marker pattern, a lens focal length of the high-definition camera, an image element size, a position of the line sensor and the high-definition camera, and shape data of an installation surface of the marker; A process setting unit for setting as a process parameter;
An image input unit for inputting luminance information photographed by the line sensor or the high-definition camera;
A high-definition camera image boundary line position detection unit that detects a boundary line position of the marker pattern on the image captured by the high-definition camera as first boundary line position data;
Based on the first boundary line position data and the processing parameters, a boundary line three-dimensional position calculation unit that creates data of the boundary line three-dimensional position photographed by the high-definition camera;
Based on the processing parameter and the plurality of boundary line 3D position data photographed by the high-definition camera while changing the rotation angle of the rotating body, the boundary line 3D position data is synthesized, and the rotating body A boundary line three-dimensional position synthesis unit that creates the boundary line three-dimensional position data over the entire circumference,
A pixel-angle graph creating unit for deriving the relationship based on the processing parameters and the boundary line three-dimensional position data over the entire circumference of the rotating body;
A boundary position detection unit for detecting a boundary line position of the marker pattern on the image captured by the line sensor as second boundary line position data;
A rotation angle conversion unit that converts the boundary line position of the marker pattern on the image of the line sensor into a rotation angle with reference to the relationship based on the second boundary line position data. .
上記課題を解決する第7の発明に係る回転角度計測方法は、
計測対象の回転体にマーカを設置し、ラインセンサで前記マーカのマーカ模様を撮影した画像を、解析装置で解析することで、前記回転体の回転角度を求める回転角度計測方法であって、
高精細カメラによって、前記マーカ模様を前記ラインセンサと同方向から高精細画像として撮影し、前記解析装置にて、前記高精細画像より、前記マーカ模様の境界線の三次元的な位置である境界線三次元位置のデータを求め、当該データに基づき、前記ラインセンサによる撮影を行う場合の画像上の前記マーカ模様の境界線位置と前記回転角度の関係を予め導出しておいた上で、前記ラインセンサで撮影した画像から前記マーカ模様の境界線位置を求め、前記関係に基づき、前記マーカ模様の境界線位置を前記回転角度に換算することを特徴とする。
A rotation angle measurement method according to a seventh invention for solving the above-described problem is as follows.
The marker was placed on the rotating body to be measured, an image obtained by photographing the marker pattern of the marker in the line sensor, by analyzing with the analysis apparatus, a rotational angle measuring method asking you to rotation angle of the rotating body,
The marker pattern is photographed as a high-definition image from the same direction as the line sensor by a high-definition camera, and the boundary that is a three-dimensional position of the boundary line of the marker pattern from the high-definition image by the analyzer Obtaining the data of the line three-dimensional position, and based on the data, after deriving in advance the relationship between the position of the marker pattern boundary line on the image when the image is taken by the line sensor and the rotation angle, A boundary line position of the marker pattern is obtained from an image captured by a line sensor, and the boundary line position of the marker pattern is converted into the rotation angle based on the relationship .
上記課題を解決する第8の発明に係る回転角度計測方法は、
上記第7の発明に係る回転角度計測方法において、
前記マーカのマーカ模様の境界線位置と前記回転体の回転角度との関係を一意的に対応させることを特徴とする。
A rotation angle measuring method according to an eighth invention for solving the above-mentioned problem is as follows.
In the rotation angle measurement method according to the seventh invention,
The relationship between the marker pattern boundary line position of the marker and the rotation angle of the rotating body is uniquely associated.
上記課題を解決する第9の発明に係る回転角度計測方法は、
上記第7または8の発明に係る回転角度計測方法において、
前記マーカのマーカ模様の境界線位置と前記回転体の回転角度との関係を正比例させることを特徴とする。
A rotation angle measuring method according to a ninth invention for solving the above-described problem is
In the rotation angle measurement method according to the seventh or eighth invention,
The relationship between the marker pattern boundary line position of the marker and the rotation angle of the rotator is directly proportional.
上記課題を解決する第10の発明に係る回転角度計測方法は、
上記第7乃至9いずれか1つの発明に係る回転角度計測方法において、
前記マーカが上面または底面に設置された前記回転体に対し、前記ラインセンサは、前記回転体の回転軸と前記ラインセンサの光軸が平行且つ前記マーカと前記ラインセンサが向かい合う位置関係となるように配置し、
前記マーカは、渦巻状のマーカ模様の境界線を有することを特徴とする。
Rotation angle measuring method according to the invention of the first 0 for solving the above-
In the rotation angle measurement method according to any one of the seventh to ninth inventions,
The line sensor is positioned so that the rotation axis of the rotating body and the optical axis of the line sensor are parallel to each other and the marker and the line sensor face each other with respect to the rotating body on which the marker is installed on the upper surface or the bottom surface. Placed in
The marker has a spiral marker pattern boundary line.
上記課題を解決する第11の発明に係る回転角度計測方法は、
上記第7乃至9いずれか1つの発明に係る回転角度計測方法において、
前記マーカが側面に設置された前記回転体に対し、前記ラインセンサは、前記回転体の回転軸と前記ラインセンサの光軸が垂直且つ前記回転体の回転軸と前記ラインセンサの撮影ラインが平行な位置関係となるように配置し、
前記マーカは、螺旋状のマーカ模様の境界線を有することを特徴とする。
Rotation angle measuring method according to the first aspect of the present invention for solving the above-
In the rotation angle measurement method according to any one of the seventh to ninth inventions,
The line sensor has a rotation axis of the rotation body and the optical axis of the line sensor perpendicular to each other and the imaging axis of the line sensor is parallel to the rotation body on which the marker is installed on the side surface. Arranged so that the position
The marker has a boundary line of a spiral marker pattern.
上記第1,6,7の発明に係る回転角度計測装置または方法によれば、回転体に設置されたマーカのマーカ模様をラインセンサで撮影した画像を、解析装置により解析することで、回転体の回転角度を求めることができる。さらに、高精細画像を基に、マーカ模様の境界線位置と前記回転角度の関係を予め導出しておくことにより、マーカの設置に高精度な加工を必要とせずに回転角度が計測でき、作業の簡略化を図ることができる。 According to the rotation angle measuring device or method according to the first, sixth, and seventh aspects of the present invention, an analysis device is used to analyze an image obtained by photographing a marker pattern of a marker installed on a rotating body with a line sensor. Can be obtained. Furthermore, by deriving in advance the relationship between the position of the marker pattern boundary line and the rotation angle based on the high-definition image, the rotation angle can be measured without requiring high-precision processing for marker installation. Can be simplified.
上記第2,8の発明に係る回転角度計測装置または方法によれば、さらに、マーカ模様の境界線位置から回転体の回転角度を一意的に求めることができる。 According to the rotation angle measuring apparatus or method according to the second and eighth aspects of the invention, the rotation angle of the rotating body can be uniquely obtained from the boundary line position of the marker pattern.
上記第3,4,5,9,10,11の発明に係る回転角度計測装置または方法によれば、さらに、マーカ模様の境界線位置の検出が単純な方法であるため、計算コストを抑えることができる。 According to the rotation angle measuring apparatus or method according to the third, fourth, fifth, ninth, tenth, and eleventh aspects of the present invention, since the detection of the marker pattern boundary line position is a simple method, the calculation cost can be reduced. Can do.
本発明に係る回転角度計測装置では、計測対象の回転体にマーカを設置し、当該マーカのマーカ模様をラインセンサで撮影した画像を解析装置によって解析することで、回転角度を求める。以下、本発明に係る回転角度計測装置を、実施例により図面を用いて説明する。 In the rotation angle measurement apparatus according to the present invention, a rotation angle is obtained by installing a marker on a rotating object to be measured and analyzing an image obtained by capturing a marker pattern of the marker with a line sensor. Hereinafter, a rotation angle measuring device according to the present invention will be described with reference to the drawings by way of examples.
本発明の実施例1に係る回転角度計測装置は、図3のように、計測対象の回転体1に設置されたマーカ2と、ラインセンサ4と、解析装置5とを備える。ここで、マーカ2の設置してある計測対象の回転体1の回転軸とラインセンサ4の光軸が垂直且つ回転体1の回転軸とラインセンサ4の撮影ラインが平行な位置関係となっている。
As shown in FIG. 3, the rotation angle measurement device according to the first embodiment of the present invention includes a
本装置の計測センサとして用いるラインセンサ4は、1ライン分を高解像度で撮影できるカメラである。1ライン分の画素数は通常のCCDカメラと比較して高解像度であるが、1ライン分しか撮影しないため画像全体のデータ量としてはCCDカメラよりも非常に小さい。
The
マーカは図1に示すように、マーカ模様の境界線が螺旋状に描かれている螺旋状マーカ2を用いる。このマーカ模様は、螺旋状マーカ2を設置した回転体1の回転角度θとマーカ模様の境界線位置Lの関係が次式になるように設計されている。
As shown in FIG. 1, the marker uses a
L={(L2‐L1)/2π}θ+L1 L = {(L2-L1) / 2π} θ + L1
このような螺旋状マーカ2を回転体1に設置すると、回転体1の回転角度とマーカ模様の境界線は図5に示すような正比例の関係となる。つまり、回転体1の回転角度とマーカ模様の境界線とが一意的に対応する。
When such a
また、マーカの下地とマーカ模様の明暗差を大きく取れば、ラインセンサ4で撮影した画像上ではマーカ模様の境界線位置での輝度差が急激に変化する。図6に示すように、画像上でのマーカ模様の境界線位置は、閾値以上の輝度差が存在する位置、もしくは二階微分画像がゼロ交差する位置として求めることができる。
Also, if the difference in brightness between the marker base and the marker pattern is made large, the brightness difference at the boundary line position of the marker pattern changes abruptly on the image captured by the
そこで、解析装置5は、ラインセンサ4で撮影した画像から輝度差が急激に変化する画像位置を検出し、その画像位置を回転体1の回転角度に換算することで回転角度を算出する。解析装置5は、図9に示すように、画像入力部12、時系列画像作成部13、境界線位置検出部14、回転角度計算部17、処理設定部11、境界線位置移動範囲計測部15、回転角度計算式設定部16、データ出力部19、記憶部18を備える。
Therefore, the
上述の処理設定部11では、マーカ模様の境界線位置の検出に用いる輝度差の閾値を、処理パラメータとして設定する。
In the
上述の画像入力部12では、ラインセンサ4で撮影した1ライン分の画像データを入力する。
In the
上述の時系列画像作成部13では、画像入力部12から入力された画像データを時系列に並べて纏めた時系列画像データを作成する。
The above-described time-series
上述の境界線位置検出部14では、処理設定部11で設定した閾値を基に、時系列画像データのマーカ模様の境界線位置を検出し、境界線位置データを作成する。
The above-described boundary line
上述の境界線位置移動範囲計測部15では、回転体1を数回転させた際の境界線位置データから、マーカ模様の境界線位置の移動範囲を求め、境界線位置移動範囲データを作成する。
The above-described boundary line position movement
上述の回転角度計算式設定部16では、境界線位置移動範囲データから、回転体1の回転角度を計算する式(以下、回転角度計算式と記載)を決定する。
The rotation angle calculation
上述の回転角度計算部17では、マーカ模様の境界線位置データから回転体1の回転角度を計算し、回転角度データを作成する。
The rotation
上述の記憶部18では、上述の各データ(境界線位置移動範囲データは除く)と各処理パラメータ(回転角度計算式を含む)を保管する。
The
上述のデータ出力部19では、回転体1の回転角度データを出力する。
The
以下、本発明の実施例1に係る回転角度計測装置の計測手順を図8に従って説明する。 Hereinafter, the measurement procedure of the rotation angle measurement apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
ステップS1では、画像上でのマーカ模様の境界線位置の移動範囲を予め計測する。 In step S1, the movement range of the boundary position of the marker pattern on the image is measured in advance.
まず、処理設定部11において、マーカ模様の境界線位置の検出に用いる輝度差の閾値を設定する。その後、計測対象の回転体1をラインセンサ4で撮影しながら数回転させ、画像入力部12から画像データを取り込み、時系列画像作成部13にて時系列画像データを作成する。
First, the
そして、処理設定部11で設定した閾値を基に、時系列画像データからマーカ模様の境界線位置を求めると、図7に示すような鋸刃上の時間に対する画像上のマーカ模様の境界線位置データのグラフ(以下、境界線位置時系列グラフと記載)を得ることができる。このグラフでP1からP2までの範囲がマーカ模様の境界線位置の移動範囲(以下、境界線位置移動範囲と記載)である。
Then, when the boundary position of the marker pattern is obtained from the time-series image data based on the threshold set by the
そこで、境界線位置検出部14において境界線位置時系列グラフを作成し、境界線位置移動範囲計測部15において、境界線位置時系列グラフの、マーカ模様の境界線位置が0に最も近い点をP1とし、また、マーカ模様の境界線位置が0から最も遠い点をP2として求める。P1,P2を求める方法としては、鋸刃上のグラフの上下のピークをそれぞれ求め、下側のピークの平均をP1とし、上側のピークの平均をP2として求めても良い。こうして求めたP1,P2が、実際には螺旋状マーカ2のL1の位置,L2の位置となる。
Therefore, the boundary line
ステップS2では、回転角度計算式設定部16によって回転角度計算式を予め求める。
In step S2, the rotation angle calculation
まず、上述のステップ1においてマーカ模様の境界線位置の移動範囲が計算できれば、画像上でのマーカ模様の境界線位置Pと回転角度θは次式の関係となる。
First, if the movement range of the marker pattern boundary line position can be calculated in
P={(P2‐P1)/2π}θ+P1 P = {(P2-P1) / 2π} θ + P1
よって、回転角度計算式は次式のように求まる。 Therefore, the rotation angle calculation formula is obtained as follows.
θ=aP‐b
a={2π/(P2‐P1)}
b={2π/(P2‐P1)}P1
θ = aP−b
a = {2π / (P2-P1)}
b = {2π / (P2-P1)} P1
ステップ3から実際の回転角度の計測を開始する。まず、ステップS3では、計測対象の回転体1の撮影を行う。
From
図6に示すように回転体1に設置されたマーカ2のマーカ模様をラインセンサ4で撮影し、画像入力部12から撮影した画像データを取り込み、時系列画像作成部13にて1ライン分の画像データを時系列に保存して時系列画像データを作成する。
As shown in FIG. 6, the marker pattern of the
ステップS4では、境界線位置検出部14において、ステップ3で作成した時系列画像データからマーカ模様の境界線位置を求める。
In step S4, the boundary line
手順としては、上述のように、画像上でのマーカ模様の境界線位置は、閾値以上の輝度が存在する位置、もしくは二階微分画像がゼロ交差する位置として求められる。そこで、時系列画像から順次1ライン分の輝度情報を読み出し、上述の方法により画像上のマーカ模様の境界線位置を求める。 As a procedure, as described above, the border line position of the marker pattern on the image is obtained as a position where the luminance equal to or higher than the threshold exists or a position where the second-order differential image crosses zero. Therefore, luminance information for one line is sequentially read from the time-series image, and the boundary line position of the marker pattern on the image is obtained by the above-described method.
ステップS5では、画像上のマーカ模様の境界線位置データから回転体1の回転角度を求める。
In step S5, the rotation angle of the
回転角度計算部17において、画像上でのマーカ模様の境界線位置データを上述の式 θ=aP‐b に代入し、回転角度を求める。算出された結果は、回転角度データとしてデータ出力部19から出力される。
In the rotation
ちなみに、上述のステップS1乃至S5において、各データ(境界線位置移動範囲データは除く)と各処理パラメータ(回転角度計算式を含む)は都度、記憶部18に保管される。
Incidentally, in the above-described steps S1 to S5, each data (excluding boundary line position movement range data) and each processing parameter (including a rotation angle calculation formula) are stored in the
本発明の実施例1に係る装置では、計測対象の回転体1に対し、ラインセンサ4が、回転体1の回転軸とラインセンサ4の光軸が垂直且つ回転体1の回転軸とラインセンサ4の撮影するラインが平行な位置関係に配置されており、計測センサが非接触での回転体1の回転角度の計測を行うことができる。また、計測センサにラインセンサ4を用いることにより、計算コストを抑えた上で高い検出角度精度を得ることができる。さらに、輝度差のはっきりしたマーカ模様の境界線位置を、解析装置5により回転角度に換算することで、複雑な処理を用いることなく高速な計算ができる。
In the apparatus according to the first embodiment of the present invention, the
本発明の実施例2に係る回転角度計測装置は、図4のように、計測対象の回転体1に設置されたマーカ3と、ラインセンサ4と、解析装置5とを備える。ここで、マーカ3の設置してある計測対象の回転体1の回転軸とラインセンサ4の光軸が平行且つマーカ3とラインセンサ4が向かい合う位置関係となっている。
As illustrated in FIG. 4, the rotation angle measurement device according to the second embodiment of the present invention includes a
ラインセンサ4は、実施例1と同一であるため説明は省略する。
Since the
図2に示すようにマーカは、マーカ模様の境界線が渦巻状に描かれている渦巻状マーカ3を用いる。このマーカ模様は、渦巻状マーカ3を設置した回転体1の回転角度θとマーカ模様の境界線位置Rの関係が次式になるように設計されている。
As shown in FIG. 2, the marker uses a
R={(R2‐R1)/2π}θ+R1 R = {(R2-R1) / 2π} θ + R1
このような渦巻状マーカ3を回転体1に設置すると、回転角度とマーカ模様の境界線は図5に示すような正比例の関係となる。つまり、マーカ模様の境界線と回転角度が一意的に対応する。
When such a
また、マーカの下地とマーカ模様の明暗差を大きく取れば、ラインセンサ4で撮影した画像上ではマーカ模様の境界線位置での輝度差が急激に変化する。画像上でのマーカ模様の境界線位置は、閾値以上の輝度差が存在する位置、もしくは二階微分画像がゼロ交差する位置として求めることができる。
Also, if the difference in brightness between the marker base and the marker pattern is made large, the brightness difference at the boundary line position of the marker pattern changes abruptly on the image captured by the
そこで、解析装置5は、ラインセンサ4で撮影した画像から輝度差が急激に変化する画像位置を検出し、その画像位置を回転体1の回転角度に換算することで回転角度を算出する。解析装置5は、図9に示すように、画像入力部12、時系列画像作成部13、境界線位置検出部14、回転角度計算部17、処理設定部11、境界線位置移動範囲計測部15、回転角度計算式設定部16、データ出力部19、記憶部18を備える。
Therefore, the
上述の処理設定部11では、マーカ模様の境界線位置の検出に用いる輝度差の閾値を、処理パラメータとして設定する。
In the
上述の画像入力部12では、ラインセンサ4で撮影した1ライン分の画像データを入力する。
In the
上述の時系列画像作成部13では、画像入力部12から入力された画像データを時系列に並べて纏めた時系列画像データを作成する。
The above-described time-series
上述の境界線位置検出部14では、処理設定部11で設定した閾値を基に、時系列画像データのマーカ模様の境界線位置を検出し、境界線位置データを作成する。
The above-described boundary line
上述の境界線位置移動範囲計測部15では、回転体1を数回転させた際の境界線位置データから、マーカ模様の境界線位置の移動範囲を求め、境界線位置移動範囲データを作成する。
The above-described boundary line position movement
上述の回転角度計算式設定部16では、境界線位置移動範囲データから、回転体1の回転角度を計算する回転角度計算式を決定する。
The above-described rotation angle calculation
上述の回転角度計算部17では、マーカ模様の境界線位置データから回転体1の回転角度を計算し、回転角度データを作成する。
The rotation
上述の記憶部18では、上述の各データ(境界線位置移動範囲データは除く)と各処理パラメータ(回転角度計算式を含む)を保管する。
The
上述のデータ出力部19では、回転体1の回転角度データを出力する。
The
以下、本発明の実施例2に係る回転角度計測装置の計測手順を図8に従って説明する。 Hereinafter, the measurement procedure of the rotation angle measurement apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
ステップS1では、画像上でのマーカ模様の境界線位置の移動範囲を予め計測する。 In step S1, the movement range of the boundary position of the marker pattern on the image is measured in advance.
まず、処理設定部11において、マーカ模様の境界線位置の検出に用いる輝度差の閾値を設定する。その後、計測対象の回転体1をラインセンサ4で撮影しながら数回転させ、画像入力部12から画像データを取り込み、時系列画像作成部13にて時系列画像データを作成、保管する。
First, the
そして処理設定部11で設定した閾値を基に、時系列画像データからマーカ模様の境界線位置を求めると、図7に示すような境界線位置時系列グラフを得ることができる。このグラフでP1からP2までの範囲がマーカ模様の境界線位置移動範囲である。
Then, when the boundary line position of the marker pattern is obtained from the time series image data based on the threshold set by the
そこで境界線位置検出部14において境界線位置時系列グラフを作成し、境界線位置移動範囲計測部15において、境界線位置時系列グラフの、マーカ模様の境界線位置が0に最も近い点をP1とし、また、マーカ模様の境界線位置が0から最も遠い点をP2として求める。P1,P2を求める方法としては、鋸刃上のグラフの上下のピークをそれぞれ求め、下側のピークの平均をP1とし、上側のピークの平均をP2として求めても良い。こうして求めたP1,P2が、実際には渦巻状マーカのR1の位置,R2の位置となる。
Therefore, the boundary line
ステップS2では、回転角度計算式設定部16によって回転角度計算式を予め求める。
In step S2, the rotation angle calculation
まず、上述のステップ1においてマーカ模様の境界線位置移動範囲が計算できれば、画像上でのマーカ模様の境界線位置Pと回転角度θは次式の関係となる。
First, if the boundary position movement range of the marker pattern can be calculated in
P={(P2‐P1)/2π}θ+P1 P = {(P2-P1) / 2π} θ + P1
よって、回転角度計算式は次式のように求まる。 Therefore, the rotation angle calculation formula is obtained as follows.
θ=aP‐b
a={2π/(P2‐P1)}
b={2π/(P2‐P1)}P1
θ = aP−b
a = {2π / (P2-P1)}
b = {2π / (P2-P1)} P1
ステップ3から実際の回転角度の計測を開始する。まず、ステップS3では、計測対象の回転体1の撮影を行う。
From
図6に示すように回転体1に設置されたマーカ2のマーカ模様をラインセンサ4で撮影し、画像入力部12から撮影した画像データを取り込み、時系列画像作成部13にて1ライン分の画像データを時系列に保存して時系列画像データを作成する。
As shown in FIG. 6, the marker pattern of the
ステップS4では、境界線位置検出部14において、ステップ3で作成した時系列画像データからマーカ模様の境界線位置を求める。
In step S4, the boundary line
手順としては、上述のように、画像上でのマーカ模様の境界線位置は、閾値以上の輝度が存在する位置、もしくは二階微分画像がゼロ交差する位置として求められる。そこで、時系列画像から順次1ライン分の輝度情報を読み出し、上述の方法により画像上のマーカ模様の境界線位置を求める。 As a procedure, as described above, the border line position of the marker pattern on the image is obtained as a position where the luminance equal to or higher than the threshold exists or a position where the second-order differential image crosses zero. Therefore, luminance information for one line is sequentially read from the time-series image, and the boundary line position of the marker pattern on the image is obtained by the above-described method.
ステップS5では、画像上のマーカ模様の境界線位置データから回転体1の回転角度を求める。
In step S5, the rotation angle of the
回転角度計算部17において、画像上でのマーカ模様の境界線位置データを上述の式 θ=aP‐b に代入し、回転角度を求める。算出された結果は、回転角度データとしてデータ出力部19から出力される。
In the rotation
ちなみに、上述のステップS1乃至S5において、各データ(境界線位置移動範囲データは除く)と各処理パラメータ(回転角度計算式を含む)は都度、記憶部18に保管される。
Incidentally, in the above-described steps S1 to S5, each data (excluding boundary line position movement range data) and each processing parameter (including a rotation angle calculation formula) are stored in the
本発明の実施例2に係る装置では、計測対象の回転体1に対し、ラインセンサ4が、回転体1の回転軸とラインセンサ4の光軸が平行且つ渦巻状マーカ3とラインセンサ4が向かい合う位置関係に設置されており、計測センサが非接触での回転体1の回転角度の計測を行うことができる。また、計測センサにラインセンサ4を用いることにより、計算コストを抑えた上で高い検出角度精度を得ることができる。さらに、輝度差のはっきりしたマーカ模様の境界線位置を、解析装置5により回転角度に換算することで、複雑な処理を用いることなく高速な計算ができる。
In the apparatus according to the second embodiment of the present invention, the
本発明の実施例1,2に係る回転角度計測装置では、マーカが精度よく回転体に設置されている必要がある。機械加工したマーカを回転体に設置する場合は良いが、既存の回転軸等に手作業でマーカを後付けするような場合はマーカの設置に高い精度は望めず、境界線位置の歪みに起因する回転角度の検出精度が低下する。 In the rotation angle measuring device according to the first and second embodiments of the present invention, the marker needs to be installed on the rotating body with high accuracy. It is good to place a machined marker on a rotating body, but if the marker is manually attached to an existing rotating shaft, etc., high accuracy cannot be expected for marker placement, resulting from distortion of the boundary line position. The detection accuracy of the rotation angle is lowered.
そこで、本発明の実施例3に係る回転角度計測装置は、マーカの位置校正を行う機能を有する。 Therefore, the rotation angle measuring device according to the third embodiment of the present invention has a function of calibrating the marker position.
即ち、実施例1,2に係る回転角度計測装置では、マーカが正確に設置されていることを前提として、段落[0051],[0085]の関係式によりマーカ模様の境界線位置から回転角度を換算しているが、マーカ設置に歪みがあるような場合は直線ではなく曲線のグラフとなってしまう。実施例3に係る回転角度計測装置では、マーカの設置に歪みがあることを考慮して、マーカ模様の境界線の三次元的な位置(以下、マーカ模様の境界線三次元位置と記載)の計測を予め行うことで、画像上のマーカ模様の境界線位置と回転角度の関係を表したグラフ(以下、画素‐角度グラフと記載)を作成し、当該グラフを参照することによりラインセンサで計測したマーカ模様の境界線位置から回転角度を求める。画素‐角度グラフの作成方法については後述する。 That is, in the rotation angle measuring apparatus according to the first and second embodiments, the rotation is performed from the boundary position of the marker pattern according to the relational expressions in paragraphs [005 1 ] and [008 5 ] on the assumption that the marker is accurately installed. Although the angle is converted, if there is distortion in the marker installation, the graph is not a straight line but a curve. In the rotation angle measuring apparatus according to the third embodiment, the three-dimensional position of the boundary line of the marker pattern (hereinafter referred to as the three-dimensional position of the boundary line of the marker pattern) is considered in consideration of distortion in the marker installation. By performing measurement in advance, a graph (hereinafter referred to as pixel-angle graph) showing the relationship between the position of the boundary line of the marker pattern on the image and the rotation angle is created, and measurement is performed with a line sensor by referring to the graph. The rotation angle is obtained from the boundary line position of the marker pattern. A method for creating the pixel-angle graph will be described later.
本発明の実施例3に係る回転角度計測装置は、図10のように、計測対象の回転体1に設置された螺旋状マーカ2と、ラインセンサ4と、解析装置20と、高精細カメラ31とを備える。
As shown in FIG. 10, the rotation angle measurement apparatus according to the third embodiment of the present invention includes a
上述の螺旋状マーカ2及びラインセンサ4については、実施例1と同一のため説明は省略する。
The
高精細カメラ31は、マーカ模様をラインセンサ4と同方向から高精細画像として撮影するものである。ここでの高精細とは、ラインセンサ4に比べて高精細で、マーカ模様の境界線位置を求められる程度の精度を示している(例えば200万画素程度)。
The
解析装置20は、図11のように、処理設定部21と、画像入力部22と、高精細カメラ画像用境界線位置検出部23と、境界線三次元位置計算部24と、境界線三次元位置合成部25と、画素‐角度グラフ作成部26と、境界線位置検出部27と、回転角度換算部28と、記憶部29と、データ出力部30とを備える。
As shown in FIG. 11, the
上述の処理設定部21は、マーカ模様の境界線位置の検出に用いる閾値、高精細カメラ31のレンズ焦点距離、画像素子サイズ、ラインセンサ4及び高精細カメラ31の位置、螺旋状マーカ2の設置表面の形状(円柱側面)データ等を処理パラメータとして設定する。
The above-described
上述の画像入力部22は、ラインセンサ4または高精細カメラ31で撮影した輝度情報を画像データとして入力する。
The
上述の高精細カメラ画像用境界線位置検出部23は、高精細カメラ31で撮影した画像上のマーカ模様の境界線位置を境界線位置データとして検出する。
The high-definition camera image boundary line
上述の境界線三次元位置計算部24は、境界線位置データと処理パラメータを基に、高精細カメラ31で撮影したマーカ模様の境界線三次元位置データを作成する。
The above-described boundary line three-dimensional
上述の境界線三次元位置合成部25は、処理パラメータと、回転体1の回転角度を変えていき高精細カメラ31で撮影した複数の画像上のマーカ模様の境界線三次元位置データとを基に、マーカ模様の境界線三次元位置データを合成し、回転体1の全周に渡るマーカ模様の境界線三次元位置データを作成する。
The boundary line three-dimensional
上述の画素‐角度グラフ作成部26は、処理パラメータと、回転体1の全周に渡るマーカ模様の境界線三次元位置データとを基に画素‐角度グラフデータを作成する。
The pixel-angle
上述の境界位置検出部27は、ラインセンサ4で撮影した画像上のマーカ模様の境界線位置を境界線位置データとして検出する。
The boundary
上述の回転角度換算部28は、境界線位置データを基に、画素‐角度グラフを参照し、ラインセンサ4の画像上のマーカ模様の境界線位置を回転角度に換算して回転角度データを作成する。
The rotation
上述の記憶部29は、上述の各データ及び各処理パラメータを保管する。
The above-described
上述のデータ出力部30は、回転角度データを出力する。
The
換言すれば、解析装置20は、マーカ模様の境界線位置の検出に用いる閾値と、高精細カメラ31のレンズ焦点距離と、画像素子サイズと、ラインセンサ4及び高精細カメラ31の位置と、マーカの設置表面の形状データとを処理パラメータとして設定する処理設定部21と、ラインセンサ4または高精細カメラ31で撮影した輝度情報を入力する画像入力部22と、高精細カメラ31で撮影した画像上のマーカ模様の境界線位置を第1の境界線位置データとして検出する高精細カメラ画像用境界線位置検出部23と、第1の境界線位置データと処理パラメータを基に、高精細カメラ31で撮影した境界線三次元位置のデータを作成する境界線三次元位置計算部24と、処理パラメータと、回転体1の回転角度を変えていき高精細カメラ31で撮影した複数の境界線三次元位置データとを基に、当該境界線三次元位置データを合成し、回転体1の全周に渡る境界線三次元位置データを作成する境界線三次元位置合成部25と、処理パラメータと、回転体1の全周に渡る境界線三次元位置データとを基に、ラインセンサ4による撮影を行う場合の画像上のマーカ模様の境界線位置と回転体1の回転角度の関係を導出する画素‐角度グラフ作成部26と、ラインセンサ4で撮影した画像上のマーカ模様の境界線位置を第2の境界線位置データとして検出する境界位置検出部と、第2の境界線位置データを基に、上記関係を参照し、ラインセンサ4の画像上のマーカ模様の境界線位置を回転体1の回転角度に換算する回転角度換算部とを備えるというものである。
In other words, the
以下、本発明の実施例3に係る回転角度計測装置の計測手順を図13に従って説明する。 Hereinafter, the measurement procedure of the rotation angle measurement apparatus according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
ステップS11では、下記段落[0116]〜[0124]により、画素‐角度グラフを作成する。 In step S11, a pixel-angle graph is created according to the following paragraphs [01 16 ] to [01 24 ].
計測対象である回転体1の螺旋状マーカ2の設置部分の形状(円柱側面)、及びラインセンサ4から計測対象の回転体1までの距離は、予め分かっているものとする。この条件下で、マーカ模様の境界線三次元位置を求めることで、画素‐角度グラフを作成する。マーカ模様の境界線三次元位置計測は以下の手順で行う。
It is assumed that the shape (cylindrical side surface) of the installation portion of the
まず第1の手順として、図10に示すように、ラインセンサ4ではなく高精細カメラ31を解析装置20に接続する。
First, as a first procedure, as shown in FIG. 10, not the
第2の手順として、高精細カメラ31において、回転体1に設けられた螺旋状マーカ2の高精細画像を撮影し、高精細カメラ画像用境界線位置検出部23において、画像上でのマーカ模様の境界線位置を求める。画像上での境界線位置の求め方は、実施例1において説明したラインセンサ4で撮影した場合と同様の方法を用いる。
As a second procedure, the high-
第3の手順として、境界線三次元位置計算部24において、高精細カメラ画像用境界線位置検出部23から境界線位置データを入力し、図14に示すように、マーカ模様の境界線三次元位置を、高精細カメラ31のレンズ焦点cから撮像面bでの境界線位置を通って回転体1の螺旋状マーカ2の設置位置に交差する点aとして求める。これにより、図15に示すように、回転体1に対して部分的なマーカ模様の境界線三次元位置(図中の曲線部分)が求められる(図中の直線は回転体1の回転軸dを示している)。
As a third procedure, the boundary line three-dimensional
第4の手順として、回転体1を回転軸d中心に回転させ、角度を変えて第3の手順を順次行い、マーカ模様の境界線三次元位置を回転体1の側面全周に渡り計測する。
As a fourth procedure, the
第5の手順として、境界線三次元位置合成部25により、第4の手順にて複数回に分割して得たマーカ模様の境界線三次元位置データを境界線三次元位置計算部24から入力して合成し、回転体1の側面全周に渡るマーカ模様の境界線三次元位置データを作成する。
As a fifth procedure, the boundary line three-dimensional
第6の手順として、高精細カメラ31をラインセンサ4に取り換える。
As a sixth procedure, the high-
次に、画素‐角度グラフ作成部26により、境界線三次元位置合成部25から入力した、回転体1の側面全周に渡るマーカ模様の境界線三次元位置データを用いて、画素‐角度グラフを作成する。
Next, the pixel-angle
即ち、ラインセンサ4で撮影すると仮定して、図16のように、マーカ模様の境界線三次元位置とラインセンサ4のレンズ焦点c´を結ぶ直線がラインセンサ4の撮像ラインeと交差する点f,gを求める。これがラインセンサ4の画像上でのマーカ模様の境界線位置となる。これを側面全周に渡り行うことで、画素‐角度グラフを作成する。手作業で螺旋状マーカ2を回転体1に後付けしたような場合、作成した画素‐角度グラフは例えば図12のようになる。以上がステップS11である。
That is, assuming that the image is taken by the
ステップS12では、ラインセンサ4で図6に示すように計測対象の回転体1を撮影する。
In step S12, the
ステップS13では、ラインセンサ4で撮影した画像からマーカ模様の境界線位置を求める。即ち、境界線位置検出部27において、画像上での閾値以上の輝度差が存在する位置、もしくは、二階微分画像がゼロ交差する位置を、画像上のマーカ模様の境界線位置として求める。
In step S13, the position of the boundary line of the marker pattern is obtained from the image captured by the
ステップS14では、画像上のマーカ模様の境界線位置から回転角度を求める。 In step S14, the rotation angle is obtained from the boundary line position of the marker pattern on the image.
即ち、回転角度換算部28において、画像上での境界線位置を基に画素‐角度グラフを参照し、画像上のマーカ模様の境界線位置を回転角度に換算して回転角度を求める。
That is, the rotation
このようにして実施例3に係る回転角度計測装置では、マーカの設置に歪みがあることを考慮して、マーカ模様の境界線三次元位置計測を予め行うことで、画素‐角度グラフを作成し、ラインセンサで計測したマーカ模様の境界線位置から画素‐角度グラフを参照することで回転角度を求めるものである。 In this way, in the rotation angle measurement apparatus according to the third embodiment, in consideration of the distortion in the marker installation, a pixel-angle graph is created by measuring the boundary line three-dimensional position of the marker pattern in advance. The rotation angle is obtained by referring to the pixel-angle graph from the boundary position of the marker pattern measured by the line sensor.
実施例3に係る回転角度計測装置では、実施例1,2に係る回転角度計測装置に比べて、高精細画像を基に、マーカ模様の境界線位置と回転角度の関係を予め導出しておくことにより、さらに、マーカの設置に高精度な加工を必要とせずに回転角度が計測でき、作業の簡略化を図ることができる。 In the rotation angle measurement device according to the third embodiment, the relationship between the marker pattern boundary line position and the rotation angle is derived in advance based on the high-definition image as compared with the rotation angle measurement devices according to the first and second embodiments. Thus, the rotation angle can be measured without requiring high-precision processing for installing the marker, and the work can be simplified.
本実施例では、実施例1で用いた螺旋状マーカ2を例に挙げて説明したが、実施例2で用いた渦巻状マーカ3を適用することも可能である。但し、渦巻状マーカ3では、マーカ設置表面の形状を回転体1の上面または底面の平面としてマーカ模様の境界線三次元位置を求めることになる。さらに言えば、回転体1の回転角度との関係が一意的に対応するマーカ模様の境界線位置を有するマーカであれば形状を問わず適用可能である。
In the present embodiment, the
本発明は、画像処理により、計測センサが非接触で回転体の回転角度を計測する、回転角度計測装置及び方法に装置及び方法として好適である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is suitable as an apparatus and method for a rotation angle measurement apparatus and method in which a measurement sensor measures the rotation angle of a rotating body in a non-contact manner through image processing.
1 回転体
2 螺旋状マーカ
3 渦巻状マーカ
4 ラインセンサ
5,20 解析装置
11,21 処理設定部
12,22 画像入力部
13 時系列画像作成部
14 境界線位置検出部
15 境界線位置移動範囲計測部
16 回転角度計算式設定
17 回転角度計算部
18,29 記憶部
19,30 データ出力部
23 高精細カメラ画像用境界線位置検出部
24 境界線三次元位置計算部
25 境界線三次元位置合成部
26 画素‐角度グラフ作成部
27 境界線位置検出部
28 回転角度換算部
31 高精細カメラ
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記マーカのマーカ模様を撮影するラインセンサと、
前記マーカ模様を前記ラインセンサと同方向から高精細画像として撮影する高精細カメラと、
前記ラインセンサで撮影された画像を解析して前記回転体の回転角度を求める解析装置とを備え、
前記解析装置は、前記高精細カメラで撮影した前記高精細画像より、前記マーカ模様の境界線の三次元的な位置である境界線三次元位置のデータを求め、当該データに基づき、前記ラインセンサによる撮影を行う場合の画像上の前記マーカ模様の境界線位置と前記回転角度の関係を予め導出しておいた上で、前記ラインセンサで撮影した画像から前記マーカ模様の境界線位置を求め、前記関係に基づき、前記マーカ模様の境界線位置を前記回転角度に換算することを特徴とする回転角度計測装置。 A marker installed on a rotating object to be measured;
A line sensor that images the marker pattern of the marker;
A high-definition camera that captures the marker pattern as a high-definition image from the same direction as the line sensor;
An analyzer for analyzing the image taken by the line sensor and obtaining the rotation angle of the rotating body ,
The analysis device obtains data of a three-dimensional boundary line that is a three-dimensional position of the boundary line of the marker pattern from the high-definition image photographed by the high-definition camera, and based on the data, the line sensor After deriving in advance the relationship between the rotation position and the marker pattern boundary line position on the image when shooting by obtaining the marker pattern boundary line position from the image captured by the line sensor, A rotation angle measuring device that converts a boundary line position of the marker pattern into the rotation angle based on the relationship .
前記マーカは、渦巻状のマーカ模様の境界線を有することを特徴とする請求項1乃至3いずれか1項に記載の回転角度計測装置。 The line sensor is arranged in a positional relationship in which the rotation axis of the rotating body and the optical axis of the line sensor are parallel and the marker and the line sensor face each other with respect to the rotating body on which the marker is installed on the upper surface or the bottom surface. And
The rotation angle measuring device according to any one of claims 1 to 3, wherein the marker has a spiral marker pattern boundary line.
前記マーカは、螺旋状のマーカ模様の境界線を有することを特徴とする請求項1乃至3いずれか1項に記載の回転角度計測装置。 The line sensor has a rotation axis of the rotation body and the optical axis of the line sensor perpendicular to each other and the imaging axis of the line sensor is parallel to the rotation body on which the marker is installed on the side surface. Are arranged in various positional relationships,
The rotation angle measuring device according to any one of claims 1 to 3, wherein the marker has a boundary line of a spiral marker pattern.
前記マーカ模様の境界線位置の検出に用いる閾値と、前記高精細カメラのレンズ焦点距離と、画像素子サイズと、前記ラインセンサ及び前記高精細カメラの位置と、前記マーカの設置表面の形状データとを処理パラメータとして設定する処理設定部と、
前記ラインセンサまたは前記高精細カメラで撮影した輝度情報を入力する画像入力部と、
前記高精細カメラで撮影した画像上の前記マーカ模様の境界線位置を第1の境界線位置データとして検出する高精細カメラ画像用境界線位置検出部と、
前記第1の境界線位置データと前記処理パラメータを基に、前記高精細カメラで撮影した前記境界線三次元位置のデータを作成する境界線三次元位置計算部と、
前記処理パラメータと、前記回転体の回転角度を変えていき前記高精細カメラで撮影した複数の前記境界線三次元位置データとを基に、当該境界線三次元位置データを合成し、前記回転体の全周に渡る前記境界線三次元位置データを作成する境界線三次元位置合成部と、
前記処理パラメータと、前記回転体の全周に渡る前記境界線三次元位置データとを基に、前記関係を導出する画素‐角度グラフ作成部と、
前記ラインセンサで撮影した画像上の前記マーカ模様の境界線位置を第2の境界線位置データとして検出する境界位置検出部と、
前記第2の境界線位置データを基に、前記関係を参照し、前記ラインセンサの画像上の前記マーカ模様の境界線位置を回転角度に換算する回転角度換算部とを備えることを特徴とする請求項1乃至5いずれか1項に記載の回転角度計測装置。 The analysis device includes:
A threshold value used for detecting a boundary position of the marker pattern, a lens focal length of the high-definition camera, an image element size, a position of the line sensor and the high-definition camera, and shape data of an installation surface of the marker; A process setting unit for setting as a process parameter;
An image input unit for inputting luminance information photographed by the line sensor or the high-definition camera;
A high-definition camera image boundary line position detection unit that detects a boundary line position of the marker pattern on the image captured by the high-definition camera as first boundary line position data;
Based on the first boundary line position data and the processing parameters, a boundary line three-dimensional position calculation unit that creates data of the boundary line three-dimensional position photographed by the high-definition camera;
Based on the processing parameter and the plurality of boundary line 3D position data photographed by the high-definition camera while changing the rotation angle of the rotating body, the boundary line 3D position data is synthesized, and the rotating body A boundary line three-dimensional position synthesis unit that creates the boundary line three-dimensional position data over the entire circumference,
A pixel-angle graph creating unit for deriving the relationship based on the processing parameters and the boundary line three-dimensional position data over the entire circumference of the rotating body;
A boundary position detection unit for detecting a boundary line position of the marker pattern on the image captured by the line sensor as second boundary line position data;
A rotation angle conversion unit that converts the boundary line position of the marker pattern on the image of the line sensor into a rotation angle with reference to the relationship based on the second boundary line position data. The rotation angle measuring device according to any one of claims 1 to 5 .
高精細カメラによって、前記マーカ模様を前記ラインセンサと同方向から高精細画像として撮影し、前記解析装置にて、前記高精細画像より、前記マーカ模様の境界線の三次元的な位置である境界線三次元位置のデータを求め、当該データに基づき、前記ラインセンサによる撮影を行う場合の画像上の前記マーカ模様の境界線位置と前記回転角度の関係を予め導出しておいた上で、前記ラインセンサで撮影した画像から前記マーカ模様の境界線位置を求め、前記関係に基づき、前記マーカ模様の境界線位置を前記回転角度に換算することを特徴とする回転角度計測方法。 The marker was placed on the rotating body to be measured, an image obtained by photographing the marker pattern of the marker in the line sensor, by analyzing with the analysis apparatus, a rotational angle measuring method asking you to rotation angle of the rotating body,
The marker pattern is photographed as a high-definition image from the same direction as the line sensor by a high-definition camera, and the boundary that is a three-dimensional position of the boundary line of the marker pattern from the high-definition image by the analyzer Obtaining the data of the line three-dimensional position, and based on the data, after deriving in advance the relationship between the position of the marker pattern boundary line on the image when the image is taken by the line sensor and the rotation angle, A rotation angle measurement method comprising: obtaining a boundary line position of the marker pattern from an image photographed by a line sensor; and converting the boundary line position of the marker pattern into the rotation angle based on the relationship .
前記マーカは、渦巻状のマーカ模様の境界線を有することを特徴とする請求項7乃至9いずれか1項に記載の回転角度計測方法。 The line sensor is positioned so that the rotation axis of the rotation body and the optical axis of the line sensor are parallel to each other and the marker and the line sensor face each other with respect to the rotation body on which the marker is installed on the upper surface or the bottom surface. Placed in
The marker is the rotational angle measuring method according to any one of claims 7 to 9, characterized in that it has a boundary line of the spiral marker pattern.
前記マーカは、螺旋状のマーカ模様の境界線を有することを特徴とする請求項7乃至9いずれか1項に記載の回転角度計測方法。 With respect to the rotating body on which the marker is installed on the side surface, the line sensor is arranged such that the rotation axis of the rotating body and the optical axis of the line sensor are perpendicular, and the rotation axis of the rotating body and the imaging line of the line sensor are parallel. Arranged so that the position
The marker is the rotational angle measuring method according to any one of claims 7 to 9, characterized in that it has a boundary line of the helical marker pattern.
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Cited By (2)
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