特開 2024-55030 面角度計測装置及び面角度計測方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024055030

(43)【公開日】2024-04-18

(54)【発明の名称】面角度計測装置及び面角度計測方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/26 20060101AFI20240411BHJP

   G01B 11/02 20060101ALI20240411BHJP

   G01N 21/88 20060101ALN20240411BHJP

【ＦＩ】

G01B11/26 H

G01B11/02 H

G01N21/88 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022161602

(22)【出願日】2022-10-06

(71)【出願人】

【識別番号】515086908

【氏名又は名称】株式会社トヨタプロダクションエンジニアリング

(74)【代理人】

【識別番号】100114306

【弁理士】

【氏名又は名称】中辻 史郎

(74)【代理人】

【識別番号】100148655

【弁理士】

【氏名又は名称】諏訪 淳一

(72)【発明者】

【氏名】藤崎 琴音

【テーマコード（参考）】

2F065

2G051

【Ｆターム（参考）】

2F065AA06

2F065AA21

2F065AA31

2F065FF04

2F065HH02

2F065JJ14

2F065JJ19

2F065JJ26

2F065LL21

2F065LL59

2F065QQ24

2F065QQ31

2G051AA89

2G051AB05

(57)【要約】

【課題】光学異方性の検査を効率的に行うために検査対象物の面角度を効率良く計測することを課題とする。
【解決手段】面角度計測装置１０は、光源が内蔵された撮像部２０より拡散光を検査対象物３０に照射し、撮像部２０と検査対象物３０の延長線上に設置されたスクリーン４０に検査対象物３０の影Ｇを映し出す。そして、テレセントリック光学系を有する撮像部２０により検査対象物３０の影Ｇを含む検査画像５３ｂを撮像し、画像処理により影Ｇの寸法を算出する。その後、検査対象物３０の寸法データ５３ａに基づいて撮像部２０から検査対象物３０までの距離を算出し、検査対象物３０の影Ｇの寸法、検査対象物３０の寸法及び距離に基づいて検査対象物３０の面角度を求めるようにした。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定の検査対象物の面角度を計測する面角度計測装置であって、
前記検査対象物に光を照射する光源を有する撮像部と、
前記撮像部と前記検査対象物の延長線上の所定位置に、前記撮像部の撮像面と平行となるように配設されたスクリーンと、
前記撮像部により撮像され、前記光源に照射された拡散光によって前記スクリーンの表面に形成された前記検査対象物の影と前記検査対象物とを含む検査画像を取得する画像取得部と、
前記画像取得部により取得された前記検査画像から影の寸法を算出する影寸法算出部と、
前記影寸法算出部により算出された影の寸法に基づいて、前記検査対象物と前記撮像部との距離を算出する距離算出部と、
前記距離算出部により算出された距離に基づいて、前記検査対象物の面角度を算出する面角度算出部と
を備えたことを特徴とする面角度計測装置。

【請求項2】

前記撮像部は、
テレセントリック光学系を含むことを特徴とする請求項１に記載の面角度計測装置。

【請求項3】

前記スクリーンは、
前記検査対象物の一端と接するように配設されたことを特徴とする請求項２に記載の面角度計測装置。

【請求項4】

前記距離算出部は、
前記影寸法算出部により算出された影の寸法とあらかじめ計測された前記検査対象物の寸法とに基づいて、前記検査対象物の上端と前記撮像部との第１の距離と、前記検査対象物の下端と前記撮像部との第２の距離とを算出することを特徴とする請求項１～３のいずれか一つに記載の面角度計測装置。

【請求項5】

前記面角度算出部は、
前記距離算出部により算出された前記第１の距離及び前記第２の距離と、前記検査対象物の寸法とに基づいて前記検査対象物の面角度を算出することを特徴とする請求項４に記載の面角度計測装置。

【請求項6】

所定の検査対象物の面角度を計測する面角度計測装置であって、
前記検査対象物に光を照射する光源と、
前記光源と前記検査対象物の延長線上の所定位置に配設されたスクリーンと、
前記スクリーンの表面に形成された前記検査対象物の影を撮像する該スクリーンの裏面方向に配設された裏面撮像部と、
前記裏面撮像部により撮像され、前記光源に照射された拡散光によって前記スクリーンの表面に形成された前記検査対象物の影を含む検査画像を取得する画像取得部と、
前記画像取得部により取得された前記検査画像から影の寸法を算出する影寸法算出部と、
前記影寸法算出部により算出された影の寸法に基づいて、前記検査対象物と前記光源との距離を算出する距離算出部と、
前記距離算出部により算出された距離に基づいて、前記検査対象物の面角度を算出する面角度算出部と
を備えたことを特徴とする面角度計測装置。

【請求項7】

所定の検査対象物に光を照射する光源を有する撮像部と、前記撮像部と前記検査対象物の延長線上の所定位置に、前記撮像部の撮像面と平行となるように配設されたスクリーンとを有し、前記検査対象物の面角度を計測する面角度計測装置における面角度計測方法であって、
前記撮像部により撮像され、前記光源に照射された拡散光によって前記スクリーンの表面に形成された前記検査対象物の影と前記検査対象物とを含む検査画像を取得する画像取得工程と、
前記画像取得工程により取得された前記検査画像から影の寸法を算出する影寸法算出工程と、
前記影寸法算出工程により算出された影の寸法に基づいて、前記検査対象物と前記撮像部との距離を算出する距離算出工程と、
前記距離算出工程により算出された距離に基づいて、前記検査対象物の面角度を算出する面角度算出工程と
を含むことを特徴とする面角度計測方法。

【請求項8】

所定の検査対象物に光を照射する光源と、前記光源と前記検査対象物の延長線上の所定位置に配設されたスクリーンと、前記スクリーンの表面に形成された前記検査対象物の影を撮像する該スクリーンの裏面方向に配設された裏面撮像部とを有し、前記検査対象物の面角度を計測する面角度計測装置における面角度測定方法であって、
前記裏面撮像部により撮像され、前記光源に照射された拡散光によって前記スクリーンの表面に形成された前記検査対象物の影を含む検査画像を取得する画像取得工程と、
前記画像取得工程により取得された前記検査画像から影の寸法を算出する影寸法算出部と、
前記影寸法算出工程により算出された影の寸法に基づいて、前記検査対象物と前記光源との距離を算出する距離算出工程と、
前記距離算出工程により算出された距離に基づいて、前記検査対象物の面角度を算出する面角度算出工程と
を含むことを特徴とする面角度計測方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光学異方性の検査を効率的に行うために検査対象物の面角度を効率良く計測することができる面角度計測装置及び面角度計測方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、射出成型部品の表面や車両の塗装面に光学異方性が生じる場合がある。例えば、金型内で溶融樹脂の合流部分が線状の跡となるウェルドラインという成型不良が発生した場合には、見る角度によって射出成型部品等の色合いが異なる結果となる。

【0003】

このため、射出成型部品等の成型不良を検査する従来技術が知られている。例えば、テレセントリック性を有する光学系を用いて取得した画像に基づいて物体に関する情報を取得する技術が知られている。例えば、特許文献１には、同心円状のカラーフィルタを介して画像を取得し、撮像された光線の色を特定し、散乱角を算出する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１９－２０３７９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上記の特許文献１によれば、光学異方性を検査する場合に正反射光が得られることが必須条件となる。このため、検査対象物が所定の面角度に配設されていない場合には、光学異方性を検査することが難しいという問題がある。

【0006】

本発明は、上記従来技術による問題点（課題）を解決するためになされたものであって、光学異方性の検査を効率的に行うために検査対象物の面角度を効率良く計測する面角度計測装置及び面角度計測方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明は、所定の検査対象物の面角度を計測する面角度計測装置であって、前記検査対象物に光を照射する光源を有する撮像部と、前記撮像部と前記検査対象物の延長線上の所定位置に、前記撮像部の撮像面と平行となるように配設されたスクリーンと、前記撮像部により撮像され、前記光源に照射された拡散光によって前記スクリーンの表面に形成された前記検査対象物の影と前記検査対象物とを含む検査画像を取得する画像取得部と、前記画像取得部により取得された前記検査画像から影の寸法を算出する影寸法算出部と、前記影寸法算出部により算出された影の寸法に基づいて、前記検査対象物と前記撮像部との距離を算出する距離算出部と、前記距離算出部により算出された距離に基づいて、前記検査対象物の面角度を算出する面角度算出部とを備えたことを特徴とする。

【0008】

また、本発明は、上記発明において、前記撮像部は、テレセントリック光学系を含むことを特徴とする。

【0009】

また、本発明は、上記発明において、前記スクリーンは、前記検査対象物の一端と接するように配設されたことを特徴とする。

【0010】

また、本発明は、上記発明において、前記距離算出部は、前記影寸法算出部により算出された影の寸法とあらかじめ計測された前記検査対象物の寸法とに基づいて、前記検査対象物の上端と前記撮像部との第１の距離と、前記検査対象物の下端と前記撮像部との第２の距離とを算出することを特徴とする。

【0011】

また、本発明は、上記発明において、前記面角度算出部は、前記距離算出部により算出された前記第１の距離及び前記第２の距離と、前記検査対象物の寸法とに基づいて前記検査対象物の面角度を算出することを特徴とする。

【0012】

また、本発明は、所定の検査対象物の面角度を計測する面角度計測装置であって、前記検査対象物に光を照射する光源と、前記光源と前記検査対象物の延長線上の所定位置に配設されたスクリーンと、前記スクリーンの表面に形成された前記検査対象物の影を撮像する該スクリーンの裏面方向に配設された裏面撮像部と、前記裏面撮像部により撮像され、前記光源に照射された拡散光によって前記スクリーンの表面に形成された前記検査対象物の影を含む検査画像を取得する画像取得部と、前記画像取得部により取得された前記検査画像から影の寸法を算出する影寸法算出部と、前記影寸法算出部により算出された影の寸法に基づいて、前記検査対象物と前記光源との距離を算出する距離算出部と、前記距離算出部により算出された距離に基づいて、前記検査対象物の面角度を算出する面角度算出部とを備えたことを特徴とする。

【0013】

また、本発明は、所定の検査対象物に光を照射する光源を有する撮像部と、前記撮像部と前記検査対象物の延長線上の所定位置に、前記撮像部の撮像面と平行となるように配設されたスクリーンとを有し、前記検査対象物の面角度を計測する面角度計測装置における面角度計測方法であって、前記撮像部により撮像され、前記光源に照射された拡散光によって前記スクリーンの表面に形成された前記検査対象物の影と前記検査対象物とを含む検査画像を取得する画像取得工程と、前記画像取得工程により取得された前記検査画像から影の寸法を算出する影寸法算出工程と、前記影寸法算出工程により算出された影の寸法に基づいて、前記検査対象物と前記撮像部との距離を算出する距離算出工程と、前記距離算出工程により算出された距離に基づいて、前記検査対象物の面角度を算出する面角度算出工程とを含むことを特徴とする。

【0014】

また、本発明は、所定の検査対象物に光を照射する光源と、前記光源と前記検査対象物の延長線上の所定位置に配設されたスクリーンと、前記スクリーンの表面に形成された前記検査対象物の影を撮像する該スクリーンの裏面方向に配設された裏面撮像部とを有し、前記検査対象物の面角度を計測する面角度計測装置における面角度測定方法であって、前記裏面撮像部により撮像され、前記光源に照射された拡散光によって前記スクリーンの表面に形成された前記検査対象物の影を含む検査画像を取得する画像取得工程と、前記画像取得工程により取得された前記検査画像から影の寸法を算出する影寸法算出部と、前記影寸法算出工程により算出された影の寸法に基づいて、前記検査対象物と前記光源との距離を算出する距離算出工程と、前記距離算出工程により算出された距離に基づいて、前記検査対象物の面角度を算出する面角度算出工程とを含むことを特徴とする。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、光学異方性の検査を効率的に行うために検査対象物の面角度を効率良く計測することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は、実施形態１に係る面角度計測装置の概要を説明するための説明図である。

【図2】図２は、図１に示した面角度計測装置による検査対象物の影の生成要領を説明するための説明図である。

【図3】図３は、図１に示した面角度計測装置の検査画像の取得要領を説明するための説明図である。

【図4】図４は、撮像部により撮像された画像の一例を示す図である。

【図5】図５は、撮像部から検査対象物の下辺までの距離の算出要領を説明するための説明図である。

【図6】図６は、撮像部から検査対象物の上辺までの距離の算出要領を説明するための説明図である。

【図7】図７は、検査対象物の面角度の算出要領を説明するための説明図である。

【図8】図８は、図１に示した面角度計測装置の処理手順を示すフローチャートである。

【図9】図９は、変形例を説明するための説明図である。

【図10】図１０は、実施形態２に係る面角度計測装置の概要を説明するための説明図である。

【図11】図１１は、図１０に示した面角度計測装置の検査対象物の影の生成要領を説明するための説明図である。

【図12】図１２は、図１０に示した面角度計測装置の撮像部から検査対象物の下辺までの距離の算出要領を説明するための説明図である。

【図13】図１３は、図１０に示した面角度計測装置の検査対象物の面角度の算出要領を説明するための説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下に、本発明に係る面角度計測装置及び面角度計測方法の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。本実施形態における検査対象物の面角度とは、撮像部の撮像面（Ｙ―Ｚ平面）を基準（角度０度）としてＸ軸方向に傾いた角度を意味する。

【0018】

［実施形態１］
本実施形態１に係る面角度計測装置１０の概要について説明する。図１は、実施形態１に係る面角度計測装置１０の概要を説明するための説明図である。図１に示す面角度計測装置１０は、撮像部２０に内蔵された光源から検査対象物３０に対して拡散光を照射し、スクリーン４０に映し出された影及び検査対象物３０を含む検査画像を撮像し、あらかじめ計測された検査対象物３０の寸法及び影の寸法に基づいて面角度を算出する装置である。

【0019】

図１に示すように、面角度計測装置１０は、撮像部２０と、検査対象物３０と、スクリーン４０と、端末装置５０とを有する。撮像部２０は、拡散光を照射する光源及びテレセントリック光学系を有し、検査対象物３０の影及び検査対象物３０を含む検査画像を撮像する撮像部である。光源は、例えばＬＥＤ（Light-Emitting Diode）等である。

【0020】

検査対象物３０は、車両のボディ等の部材の一部をなし、例えばウェルドライン等の表面検査を行う対象物である。スクリーン４０は、検査対象物３０の影を映し出すスクリーンであり、例えば、ポリ塩化ビニール及びガラス機材等により形成される。

【0021】

端末装置５０は、検査対象物３０の面角度を算出する装置であり、表示部５１、入力部５２、記憶部５３及び制御部５４を有する。表示部５１は、各種情報を表示する液晶ディスプレイ等の表示デバイスである。入力部５２は、マウスやキーボードなどの入力デバイスである。記憶部５３は、ハードディスク装置や不揮発性メモリなどの記憶デバイスであり、寸法データ５３ａ及び検査画像５３ｂを有する。

【0022】

寸法データ５３ａは、あらかじめ計測した検査対象物３０の寸法データであり、例えば検査対象物３０が長方形のものであれば、上辺の長さ、下辺の長さ及び高さの寸法である。検査画像５３ｂは、スクリーン４０に映し出された検査対象物３０の影及び検査対象物３０を含む画像であり、テレセントリック光学系を有する撮像部２０にて撮像される。

【0023】

制御部５４は、端末装置５０の全体を制御する制御部であり、光学制御部５４ａと、画像取得部５４ｂと、影寸法算出部５４ｃと、距離算出部５４ｄと、面角度算出部５４ｅと、表示処理部５４ｆとを有する。実際には、これらのプログラムをＣＰＵにロードして実行することにより、光学制御部５４ａと、画像取得部５４ｂと、影寸法算出部５４ｃと、距離算出部５４ｄと、面角度算出部５４ｅと、表示処理部５４ｆとにそれぞれ対応するプロセスを実行させることになる。

【0024】

光学制御部５４ａは、撮像部２０に内蔵された光源を点灯又は消灯する制御を行う制御部である。画像取得部５４ｂは、スクリーン４０に写し出された検査対象物３０の影及び検査対象物３０の画像を取得する処理部である。

【0025】

影寸法算出部５４ｃは、検査画像５３ｂに基づいて検査対象物３０の影の寸法を算出する処理部である。具体的には、撮像部２０の撮像範囲と撮像部２０の撮像センサの画素数とに基づき、１画素あたりの寸法（画素分解能）をあらかじめ算出し、撮像された検査画像５３ｂの影部分の画素数から寸法を算出する。

【0026】

距離算出部５４ｄは、検査対象物３０の寸法データ５３ａ及び影の寸法に基づいて撮像部２０から検査対象物３０までの距離を算出する処理部である。具体的には、検査対象物３０の上辺の長さと、下辺の長さと、影の上辺の長さと、下辺の長さと、撮像部２０からスクリーン４０までの距離とに基づいて撮像部２０から検査対象物３０の上辺までの距離及び撮像部２０から検査対象物３０の下辺までの距離を算出する。

【0027】

面角度算出部５４ｅは、検査対象物３０の寸法データ５３ａ及び撮像部２０から検査対象物３０までの距離に基づいて検査対象物３０の面角度を算出する処理部である。具体的には、検査対象物３０の上辺の長さ、下辺の長さと、高さと、撮像部２０から検査対象物３０の上辺までの距離と、撮像部２０から検査対象物３０の下辺までの距離とに基づいて検査対象物３０の面角度を算出する。表示処理部５４ｆは、面角度算出部５４ｅにより算出された面角度を所定の表示部５１に表示する。

【0028】

＜検査対象物３０の影の生成要領＞
次に、検査対象物３０の影の生成要領について説明する。図２は、図１に示した面角度計測装置１０による検査対象物３０の影Ｇの生成要領を説明するための説明図である。図２に示すように、撮像部２０に内蔵された光源から拡散光Ｓが検査対象物３０に向けて照射される。拡散光Ｓは、撮像部２０と検査対象物３０の延長線上の所定位置に配設されたスクリーン４０上に影Ｇが映る。

【0029】

ここで、検査対象物３０の影Ｇの寸法は、撮像部２０から検査対象物３０の下辺までの距離を距離Ａとし、撮像部２０から検査対象物３０の上辺までの距離を距離Ｂとすると、影Ｇの下辺の長さａは、距離Ａに反比例し、影Ｇの上辺の長さｂは、距離Ｂに反比例する。また、影Ｇの高さｋは、検査対象物３０のＺ軸方向の長さＨに比例する。

【0030】

＜検査画像５３ｂの取得要領＞
次に、検査画像５３ｂの取得要領について説明する。図３は、図１に示した面角度計測装置１０の検査画像５３ｂの取得要領を説明するための説明図である。図３に示すように、面角度計測装置１０は、テレセントリック光学系を有する撮像部２０において、スクリーン４０に写し出された影Ｇ及び検査対象物３０の光軸Ｃと平行な正反射光Ｐを結像させ、撮像部２０の図示しない撮像センサにおいて検査画像５３ｂを取得する。検査画像５３ｂは、例えば、図４に示すように検査対象物３０及び検査対象物３０の影Ｇが重なった画像となる。

【0031】

面角度計測装置１０は、検査画像５３ｂから検査対象物３０の影Ｇの寸法を算出する。画像から寸法を算出するには、画像処理を用いる。具体的には、検査画像５３ｂに微分処理を適用してエッジ抽出を行う。そして、検査対象物３０の各辺を形成するピクセル数から長さを特定する。このようにして、検査対象物３０の影Ｇの下辺の長さｂ、上辺の長さａ及び高さｋが算出される。

【0032】

＜撮像部２０から検査対象物３０の下辺までの距離の算出要領＞
次に、撮像部２０から検査対象物３０の下辺までの距離Ａの算出要領について説明する。図５は、撮像部２０から検査対象物３０の下辺までの距離Ａの算出要領を説明するための説明図である。ここで、図５は、面角度計測装置１０の光学系の上面（Ｘ―Ｙ平面）図を表わしている。図５に示すように、検査対象物３０の下辺の長さをｗ₂、検査対象物３０の下辺がスクリーン４０に映し出す影Ｇの下辺の長さをａ、撮像部２０からスクリーン４０までの距離をＬとする。

【0033】

そして、撮像部２０の中心とスクリーン４０の中心を結ぶ線ＯＲ₂に対して検査対象物３０のＱ₁とＱ₂の長さがｗ₂／２になるように設置すると、三角形ＯＱ₁Ｑ₂と三角形ＯＲ₁Ｒ₂は相似形となる。これより、ｗ₂／２：Ａ＝ａ／２：Ｌの関係が成り立つ。ここからＡを導出すると、次式で表される。

【数1】

【0034】

＜撮像部２０から検査対象物３０の上辺までの距離の算出要領＞
次に、撮像部２０から検査対象物３０の上辺までの距離Ｂの算出要領について説明する。図６は、撮像部２０から検査対象物３０の上辺までの距離Ｂの算出要領を説明するための説明図である。ここで、図６は、面角度計測装置１０の光学系の上面（Ｘ－Ｙ平面）図を表わしている。図６に示すように、検査対象物３０の上辺の長さをｗ₁、検査対象物３０の上辺がスクリーン４０に映し出す影Ｇの上辺の長さをｂ、撮像部２０からスクリーン４０までの距離をＬとする。

【0035】

そして、撮像部２０の中心とスクリーン４０の中心を結ぶ線ＯＶ₂に対して検査対象物３０のＴ₁とＴ₂の長さがｗ₁／２になるように設置されているとすると、三角形ＯＴ₁Ｔ₂と三角形ＯＶ₁Ｖ₂は相似形となる。これより、ｗ₁／２：Ｂ＝ｂ／２：Ｌの関係が成り立つ。ここからＢを導出すると、次式で表される。

【数2】

【0036】

＜面角度の算出要領＞
次に、撮像部２０から検査対象物３０までの距離に基づく面角度の算出要領について説明する。図７は、検査対象物３０の面角度の算出要領を説明するための説明図である。同図は、面角度計測装置１０の光学系の側面（Ｘ－Ｚ平面）図を表わしている。同図に示すように、検査対象物３０の高さをｈ、撮像部２０から検査対象物３０の下辺までの距離をＡ、撮像部２０から検査対象物３０の上辺までの距離をＢ、撮像部２０からスクリーン４０までの距離をＬとする。また、検査対象物３０がスクリーン４０に映し出す影Ｇの高さをｋ、検査対象物３０の上辺がスクリーン４０に映し出す影Ｇの位置Ｒ₁と面角度計測装置１０の光学系の中心点の位置Ｒ₂との長さをＫ₁、検査対象物３０の下辺がスクリーン４０に映し出す影Ｇの位置Ｒ３と面角度計測装置１０の光学系の中心点の位置Ｒ₂との長さをＫ₂とする。

【0037】

スクリーン４０に映し出された検査対象物３０の影Ｇの高さｋは、次式で表される。

【数3】

【0038】

検査対象物３０がＥ₁Ｅ₂＝Ｆ₁Ｆ₂＝Ｈ／２になるように設置されたならば、三角形ＯＥ₁Ｅ₂と三角形ＯＲ₂Ｒ₃は相似形であるため、Ｈ／２：Ａ＝Ｋ₂：Ｌの関係が成り立ち、ここから式（４）が導き出せる。

【数4】

【0039】

また、三角形ＯＦ₁Ｆ₂と三角形ＯＲ₁Ｒ₂は相似形であるため、Ｈ／２：Ｂ＝Ｋ₁：Ｌの関係が成り立ち、ここから式（５）が導き出せる。

【数5】

【0040】

次に、式（４）及び式（５）から、２ＡＫ₂／Ｌ＝２Ｂ（ｋ―Ｋ₂）／Ｌとなり、ここからＫ₂を導き出すと式（６）となる。

【数6】

【0041】

次に、式（４）に式（６）を代入すると、式（７）となる。

【数7】

【0042】

そして、式（７）に式（１）及び式（２）を代入し整理すると、Ｈは、次式で表される。

【数8】

【0043】

面角度θは、θ＝ｃｏｓ^-1（Ｈ／ｈ）で求められるので、Ｈに式（８）を代入すると面角度θは、式（９）となる。

【数9】

ここで、ｗ₁、ｗ₂、ｈ、ａ、ｂ及びｋは既知であることから面角度θを求めることができる。

【0044】

＜面角度計測装置１０の処理手順＞
次に、面角度計測装置１０の処理手順について説明する。図８は、図１に示した面角度計測装置１０の処理手順を示すフローチャートである。図８に示すように、面角度計測装置１０は、検査画像を撮像するため光源をＯＮに制御する（ステップＳ１０１）。

【0045】

そして、面角度計測装置１０は、撮像部２０を制御し、検査画像５３ｂを取得する（ステップＳ１０２）。その後、面角度計測装置１０は、取得した検査画像５３ｂのノイズ除去を行い（ステップＳ１０３）、検査対象物３０の影Ｇの寸法を算出する（ステップＳ１０４）。

【0046】

その後、面角度計測装置１０は、あらかじめ計測した検査対象物３０の寸法と、検査対象物３０の影Ｇとに基づいて撮像部２０から検査対象物３０までの距離を算出する（ステップＳ１０５）。そして、面角度計測装置１０は、あらかじめ計測した検査対象物３０の寸法と、検査対象物３０の影Ｇの影寸法に基づいて面角度を算出する（ステップＳ１０６）。そして、求めた面角度を所定の表示部５１に表示し（ステップＳ１０７）、全ての処理を終了する。

【0047】

上述してきたように、本実施形態１では、面角度計測装置１０は、光源が内蔵された撮像部２０より拡散光を検査対象物３０に照射し、撮像部２０と検査対象物３０の延長線上に設置されたスクリーン４０に検査対象物３０の影Ｇを映し出す。そして、テレセントリック光学系を有する撮像部２０により検査対象物３０の影Ｇを含む検査画像５３ｂを撮像し、画像処理により影Ｇの寸法を算出する。その後、検査対象物３０の寸法データ５３ａに基づいて撮像部２０から検査対象物３０までの距離を算出し、検査対象物３０の影Ｇの寸法、検査対象物３０の寸法及び距離に基づいて検査対象物３０の面角度を求めるようにしたため、検査対象物３０の影Ｇを撮像した検査画像５３ｂから検査対象物３０の面角度を効率良く計測することができる。

【0048】

＜変形例＞
ところで、上記実施形態１では、検査対象物３０の影Ｇを検査対象物３０が設置している方向から撮像する場合について説明したが、変形例では、検査対象物３０の影Ｇをスクリーン４０の裏面から撮像する場合について説明する。

【0049】

図９は、変形例を説明するための説明図である。図９に示すように、変形例の光学系は、光源２２、検査対象物３０、スクリーン４１及び裏面撮像部２１を有する。光源２２は、拡散光を検査対象物３０に照射する光源である。スクリーン４１は、透明あるいは透過型スクリーンフィルム等を用いたスクリーンであり、スクリーン４１の裏面（スクリーン４１に対して光源２２と反対側）から検査対象物３０の影Ｇを撮像することができる。裏面撮像部２１は、セントリック光学系を有する撮像部である。

【0050】

そして裏面撮像部２１は、スクリーン４１に映し出された検査対象物３０の影Ｇを撮像し、撮像した検査画像５３ｂに基づいて実施形態１と同様の手順で面角度θを算出する。

【0051】

［実施形態２］
ところで、上記実施形態１では、スクリーン４０は、検査対象物３０から所定の距離離れた位置に配設する場合について説明したが、実施形態２では、スクリーン４０が検査対象物３０の端部に接触するように配設する場合について説明する。なお、実施形態１と同様の部位については、同一の符号を付すこととして、その詳細な説明は省略する。

【0052】

図１０は、実施形態２に係る面角度計測装置７０の概要を説明するための説明図である。図１０に示すように、実施形態２に係る面角度計測装置７０は、撮像部２０と、検査対象物３０と、スクリーン４０と、端末装置８０とを有する。

【0053】

端末装置８０は、表示部５１、入力部５２、記憶部５３及び制御部８４を有する。制御部８４は、端末装置８０の全体を制御する制御部であり、光学制御部５４ａと、画像取得部５４ｂと、影寸法算出部５４ｃと、距離算出部８４ｄと、面角度算出部８４ｅと、表示処理部５４ｆとを有する。実際には、これらのプログラムをＣＰＵにロードして実行することにより、光学制御部５４ａと、画像取得部５４ｂと、影寸法算出部５４ｃと、距離算出部８４ｄと、面角度算出部８４ｅと、表示処理部５４ｆとにそれぞれ対応するプロセスを実行させることになる。

【0054】

距離算出部８４ｄは、検査対象物３０の寸法データ５３ａ及び影Ｇの寸法に基づいて撮像部２０から検査対象物３０までの距離を算出する処理部である。具体的には、検査対象物３０の下辺の長さと、影Ｇの下辺の長さと、撮像部２０からスクリーン４０までの距離とに基づいて撮像部２０から検査対象物３０の下辺までの距離を算出する。

【0055】

面角度算出部８４ｅ、検査対象物３０の寸法データ５３ａ及び撮像部２０から検査対象物３０までの距離に基づいて検査対象物３０の面角度を算出する処理部である。具体的には、検査対象物３０の上辺の長さと、下辺の長さと、高さと、撮像部２０から検査対象物３０の上辺までの距離、又は、撮像部２０からスクリーン４０までの距離と、撮像部２０から検査対象物３０の下辺までの距離とに基づいて検査対象物３０の面角度を算出する。

【0056】

＜検査対象物３０の影Ｇの生成要領＞
次に、面角度計測装置７０の検査対象物３０の影の生成要領について説明する。図１１は、図１０に示した面角度計測装置７０の検査対象物３０の影Ｇの生成要領を説明するための説明図である。図１１に示すように、撮像部２０に内蔵された光源から拡散光Ｓが検査対象物３０に向けて照射される。照射された拡散光Ｓは、検査対象物３０の上面に接触するように配設されたスクリーン４０に検査対象物３０の影Ｇを生成する。

【0057】

ここで、生成される検査対象物３０の影Ｇの寸法は、撮像部２０からスクリーン４０までの距離をＬ、撮像部２０から検査対象物３０の下辺までの距離をＡとすると、影Ｇの上辺の長さはｗ₁となり、影Ｇの下辺の長さｗ₃は検査対象物３０の下辺の長さｗ₂に対して撮像部２０から検査対象物３０の下辺までの距離Ａに反比例する。

【0058】

＜撮像部２０から検査対象物３０の下辺までの距離の算出要領＞
次に、撮像部２０から検査対象物３０の下辺までの距離Ａの算出要領について説明する。図１２は、図１０に示した面角度計測装置７０の撮像部２０から検査対象物３０の下辺までの距離Ａの算出要領を説明するための説明図である。ここで、図１２は、面角度計測装置７０の光学系の上面（Ｘ―Ｙ平面）図を表わしている。図１２に示すように、検査対象物３０の下辺の長さをｗ₂、検査対象物３０の下辺がスクリーン４０に映し出す影Ｇの下辺の長さをｗ₃、撮像部２０から検査対象物３０の下辺までの距離をＡ、撮像部２０からスクリーン４０までの距離をＬとする。

【0059】

そして、撮像部２０の中心とスクリーン４０の中心を結ぶ線ＯＲ₂に対して検査対象物３０のＱ₁Ｑ₂の長さがｗ₂／２になるように設置すると、三角形ＯＱ₁Ｑ₂と三角形ＯＲ₁Ｒ₂は相似形となる。これより、ｗ₂／２：Ａ＝ｗ₃／２：Ｌの関係が成り立つ。ここからＡを導出すると、次式となる。

【数10】

【0060】

＜面角度の算出要領＞
次に、撮像部２０から検査対象物３０までの距離に基づく面角度の算出要領について説明する。図１３は、図１０に示した面角度計測装置７０の検査対象物３０の面角度の算出要領を説明するための説明図である。ここで、図１３は、面角度計測装置７０の光学系の側面（Ｘ－Ｚ平面）図を表わしている。図１３に示すように、検査対象物３０の高さをｈ、撮像部２０から検査対象物３０の下辺までの距離をＡ、撮像部２０からからスクリーン４０までの距離をＬ、検査対象物３０がスクリーン４０に映し出す影Ｇの高さをｋ、面角度計測装置７０の光学系の中心点の位置Ｒ₄と検査対象物３０の下辺がスクリーン４０に映し出す影Ｇの位置Ｒ₅との長さをＫ₃、検査対象物３０のＺ軸方向の高さをＨとする。

【0061】

検査対象物３０がスクリーン４０に映し出す影Ｇの高さｋは、撮像部２０の中心とスクリーン４０の中心を結ぶ線ＯＲ₄に対して検査対象物３０のＥ₃とＥ₄の長さがＨ／２になるように設置されているとすると、高さｋは次式で表される。

【数11】

【0062】

三角形ＯＥ₃Ｅ₄と三角形ＯＲ₄Ｒ₅は相似形であるため、Ｈ／２：Ａ＝Ｋ３：Ｌの関係が成り立ち、ここから式（１２）が導き出せる。

【数12】

【0063】

そして、式（１２）に式（１０）を代入して整理すると、Ｈは、次式で表される。

【数13】

【0064】

面角度θは、θ＝ｃｏｓ^-1（Ｈ／ｈ）でもとめられるのでＨに式（１３）を代入すると面角度θは、次式で求められる。

【数14】

ここで、ｗ₂、ｈ、ｗ₃及びｋは既知であることから面角度θを求める事ができる。

【0065】

上述してきたように、本実施形態２では、面角度計測装置７０は、光源が内蔵された撮像部２０より拡散光を検査対象物３０に照射し、検査対象物３０の上辺に接するように配設されたスクリーン４０に検査対象物３０の影Ｇを映し出す。そして、テレセントリック光学系を有する撮像部２０により検査対象物３０の影Ｇを含む検査画像５３ｂを撮像し、画像処理により影Ｇの寸法を算出する。その後、検査対象物３０の寸法データ５３ａに基づいて撮像部２０から検査対象物３０までの距離を算出し、検査対象物３０の影Ｇの寸法、検査対象物３０の寸法及び距離に基づいて検査対象物３０の面角度を求めるようにしたため、検査対象物３０の影Ｇを撮像した検査画像５３ｂから検査対象物３０の面角度を効率良く計測することができる。

【0066】

なお、上記実施形態１及び実施形態２では、算出した面角度を表示する場合について説明したが、本発明はこれ限定されるものではなく、検査対象物３０の角度を変更できる角度変更部を配設し、所定の設定角度を記憶しておき、算出した面角度と所定の設定角度との差分を角度変更部に送信し、検査対象物３０の面角度を自動で調整できるようにしてもよい。

【0067】

上記の各実施形態で図示した各構成は機能概略的なものであり、必ずしも物理的に図示の構成をされていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の形態は図示のものに限られず、その全部又は一部を各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。

【産業上の利用可能性】

【0068】

本発明に係る面角度計測装置及び面角度計測方法は、光学異方性の検査を効率的に行うために検査対象物の面角度を効率良く計測する場合に適している。

【符号の説明】

【0069】

１０、７０ 面角度計測装置
２０ 撮像部
２１ 裏面撮像部
２２ 光源
３０ 検査対象物
４０、４１ スクリーン
５０、８０ 端末装置
５１ 表示部
５２ 入力部
５３ 記憶部
５３ａ 寸法データ
５３ｂ 検査画像
５４ 制御部
５４ａ 光源制御部
５４ｂ 画像取得部
５４ｃ 影寸法算出部
５４ｄ 距離算出部
５４ｅ 面角度算出部
５４ｆ 表示処理部
８４ 制御部
８４ｄ 距離算出部
８４ｅ 面角度算出部
Ｃ 光軸
Ｇ 影
Ｐ 正反射光
Ｓ 拡散光

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】