【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、平板に多数配置された穴の穴径及び穴位置を測定する測定装置に係り、特に多数の穴径１２５μｍ程度の穴が１次元または２次元に２５０〜１３００μｍのピッチで等間隔に配置された光ファイバー部品に好適な穴径及び穴位置を精密に測定する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のカメラを用いて平板に複数配置された穴の穴径および穴位置を測定する測定装置では、カメラの撮影範囲である測定領域を撮影してその撮影像から穴径及び穴位置を測定している。またカメラの撮影範囲を越えて多数穴が配置さえれている測定領域が広い平板では、測定対象である平板または測定器であるカメラを移動させ、その移動量から穴位置を測定している。これらは、ＣＮＣ画像測定機や測定顕微鏡として実用化されている。
【０００３】
平板またはカメラの移動手段として一般にＸＹテーブルが用いられ、ＸＹテーブルに平板またはカメラを取り付け移動させる。従来の方法では、ＸＹテーブルの移動量すなわち平板またはカメラの移動量に誤差が生じると移動前と移動後の測定領域の位置が不正確になるため誤差が生じる。特に、数μｍ以下の測定精度が必要な場合には、ＸＹテーブルの移動量の誤差を必要とされる測定精度以下にしなければならない。
【０００４】
これを実現するには、高精度の空気軸受け、高精度位置検出スケールや位置自動補正を備えた移動機構が必要であり、また、装置を設置する環境も２０℃±０．５℃といった精密な空調装置を要求される。したがって一般に高コストの装置となり、装置の精度変化を校正するために一定期間ごとに定期点検や調整が必要となり保守も煩雑である。このような配慮をしたとしてもＣＮＣ画像測定装置で保証できる最高精度は現時点で±０．５μｍ程度である。（例えば、非特許文献１参照。）
【０００５】
また、光ファイバー部品を測定するため、ＣＮＣ画像測定装置や測定顕微鏡と同一の方式で専用測定装置も開発されている。この装置についても、ＸＹテーブルの移動量の誤差を補正するため、複雑なテーブル移動量補正アルゴリズムを用いて±０．３μｍの精度を達成している。（例えば、非特許文献２参照。）
【０００６】
また、ＣＮＣ画像測定装置ではカメラ撮影範囲内に測定領域が収まる場合には、複数個の穴撮影像から穴径及び穴位置を測定することも可能であるが、全ての穴がカメラ撮影範囲内に収まらない測定領域が広い場合には、平板若しくはカメラを移動させる必要があるため、同じ問題が生じる。
【０００７】
さらに、上述した移動量の誤差以外に、カメラ撮影範囲内で複数個の穴撮影像から穴径と穴位置を測定する場合にも誤差が生じる。主な誤差要因は、カメラのレンズの収差および穴撮影像における光量のムラである。この対策として、収差に対しては収差による誤差を抑えたレンズや画像処理による収差補正、光量ムラに対しては、種々の照明方式での対応や拡散板の設置等が考えられてはいるが装置は複雑になりまた誤差を完全に対策することは不可能であり、高精度測定の阻害要因となる。（例えば、非特許文献３参照。）
【０００８】
【非特許文献１】
雑誌 「機械と工具」２００２年１２月号 工業調査会発行 １８−２１頁
超精密・微細加工における高精度画像計測技術の応用 遠藤敏幸（ミツトヨ）
【非特許文献２】
日本機械学会 ［Ｎｏ．９５−４９］ ＩＩＰ ’９５ 情報・知能・精密機器部門講演会講演論文集［’９５．８．２４，２５， 東京］ ４７−４８頁
２０５ 光部品自動精密測定装置の開発 松永光司（ＮＴＴ）
【非特許文献３】
雑誌 「機械と工具」２００１年１２月号 工業調査会発行 ３８−４２頁
画像測定へのニーズとシステムの使い方 長沼義広（ニコン インステック）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このように、カメラを用いて平板に複数配置された穴の穴径および穴位置を測定する測定装置では、ＸＹテーブルの移動量に誤差があると測定した穴位置に誤差が生じるため、高精度の移動機構が必要であり、保守も煩雑で実現できる精度にも限界がある。また移動量誤差以外に、カメラによる穴撮影像から穴径と穴位置を測定する場合にもカメラのレンズの収差および光量ムラによる誤差が発生し、この誤差を完全に対策することは困難である。
【００１０】
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、平板に多数配置された穴の穴径および穴位置をカメラで撮影した画像によって測定する装置において、穴位置の測定誤差が平板またはカメラの移動量誤差に依存せず、さらに、レンズの収差および光量ムラの影響を低減し、穴径および穴位置を高精度に測定できる穴測定装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は隣接する測定対象領域に平板の同一位置にある穴が少なくとも１個以上共通して含まれるように各測定対象領域を設定し、隣接する測定対象領域に共通する穴の各測定対象領域内の位置より各測定対象領域間の相互位置を求めることにより平板全体の穴の位置を測定することを特徴とする。
【００１２】
ある測定対象領域とこれに隣接する測定対象領域に平板の同一位置にある穴があるためこの穴を基準に、ある測定対象領域とこれに隣接する測定対象領域の移動量を画像のみで測定できる。したがって、平板またはカメラの移動量誤差に影響されない穴の位置測定が可能になる。
【００１３】
請求項１に加え、請求項２は平板に１次元または２次元に等間隔に多数配置された穴を測定する専用装置として、隣接する測定対象領域に平板の同一位置にある穴が少なくとも１個以上共通して含まれるように各測定対象領域を撮影するために平板またはカメラを穴の間隔とほぼ等しい距離を移動させる手段を備える。
【００１４】
穴の配置を等間隔に配置された穴に限定することにより、単純な移動方法で平板の同一位置にある穴が少なくとも１個以上共通して含まれるように各測定対象領域を撮影することができるとともに、測定領域を平板の同一位置にある穴が少なくとも１個以上共通に含まれるような最小限の領域に設定できるため、平板またはカメラの移動量誤差に影響されない穴の位置測定が可能になるとともに、画像の分解能を向上し、さらに精度の高い測定が可能となる。
【００１５】
さらに請求項３では、請求項２に加えテーブルまたはカメラを穴間隔とほぼ等しい距離を移動させる際に、撮影される穴を測定対象領域内のほぼ同一の位置に保つ手段を設けた。
【００１６】
穴は測定対象領域内のほぼ同一の位置で常に測定されるため、カメラ視野の位置の違いによって発生する収差や光量ムラの誤差を低減することができる。
【００１７】
また、請求項４では請求項３に加え、穴を測定対象領域内のほぼ同一の位置に保つ手段として、移動後の撮影像から測定対象領域内の穴の穴位置を検出し、この穴位置のずれを検出し、平板またはカメラを穴位置のずれを補正する方向に再度移動させる。
【００１８】
カメラで撮影し、その撮影像から穴径と穴間隔を計算する手段と穴位置を検出する手段を共用できるため、特に装置を追加することなく同一の位置に保つ手段を実現できる。
【００１９】
請求項５では請求項２から請求項４に加え、テーブルまたはカメラを穴間隔とほぼ等しい距離を移動させた際の穴位置のずれをあらかじめ検出または設定しデータとして記憶させ、記憶させたデータにしたがって、テーブルまたはカメラを移動させる。
【００２０】
１移動ごとに穴の位置を検出し、位置を補正する必要がないため、測定の速度を向上させることができる。
【００２１】
請求項６では、請求項２、３、４、５に加え穴画像を撮影するカメラに穴径を測定する倍率と穴位置を測定する倍率を個別に設定できるレンズを備える。
【００２２】
穴位置を測定するには複数の穴をカメラ視野に入れる必要があるため穴径を測定する倍率に比べ低倍率で撮影しなければならない。したがって、穴径の測定用に高倍率に切替できるレンズを使用すれば、画像の分解能が向上するため穴径をさら高精度で測定することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態につき、以下に実施例を用いて説明する。
【００２４】
【実施例】
本発明の実施例を、以下詳細に説明する。
図１および図２は、カメラの撮影範囲を越えて多数穴が配置さえれている測定領域が広い平板における穴径及び穴位置の測定原理を示した図である。例として２次元４ｘ４の配列で等間隔に穴が配置されている平板（６）の穴径と穴位置を測定する場合について説明する。
【００２５】
まず図１は測定状態１を示したもので、この状態での測定対象領域は、単位測定領域（１）である穴ａ（２） 、穴ｂ（３） 、穴ｃ（４） 及び穴ｄ（５）を含む領域とし、単位測定領域（１）内の穴ａ（２） 、穴ｂ（３） 、穴ｃ（４）及び穴ｄ（５）の穴径および穴位置を測定する。ここで単位測定領域とは、カメラの撮影範囲のことであり、カメラが一度に撮影でき画像処理により測定できる領域である。単位測定領域は、カメラの総画素数と、画像処理により測定すべき精度により決定される。同一総画素数のカメラで、測定すべき精度をより高くしたい場合には、単位測定領域はより小さくなる。
【００２６】
次に図２は測定状態１に隣接する測定状態２を示したもので、この状態での測定対象領域は穴ｃ（４） 、穴ｄ（５）、穴 ｅ（７） 及び穴ｆ（８）を含む領域である。ここでは、測定状態１での単位測定領域（１）の位置を穴間隔と同じ距離だけ右方向に移動させている。すると単位測定領域（１）は穴ｃ（４） 、穴ｄ（５）、穴 ｅ（７） 及び穴ｆ（８）を含む領域となり、測定状態１と同様に単位測定領域（１）内の穴ｃ（４） 、穴ｄ（５）、穴 ｅ（７） 及び穴ｆ（８）の穴径および穴位置を測定する。
【００２７】
ここで、穴 ｃ（４）及び穴ｄ（５）については図１と図２に示した単位測定領域（１）に共通して含まれるため、この共通した穴 ｃ（４）及び穴ｄ（５）の位置を基に、穴ａ（２）、 穴ｂ（３） 、穴ｃ（４） 、穴ｄ（５）、穴 ｅ（７） 及び穴ｆ（８）の穴位置は、測定状態１と測定状態２で測定された穴の位置及び測定状態１と２で示された測定対象領域の相互位置から計算できる。
【００２８】
例えば、穴ａ（２）と穴ｅ（７）の距離Ｌａｅは、測定状態１の単位測定領域（１）内で測定された穴ａ（２）と穴ｃ（４）の距離Ｌ１と測定状態２の単位測定領域（１）内で測定された穴ｃ（４）と穴ｅ（７）の距離Ｌ２より式１で、穴ｂ（３）と穴ｆ（８）間の距離Ｌｂｆは、測定状態１の単位測定領域（１）内で測定された穴ｂ（３）と穴ｄ（５）の距離Ｌ３と穴ｄ（５）と穴ｆ（８）の距離Ｌ４より式２でそれぞれ計算できる。
Ｌａｅ＝Ｌ１＋Ｌ２（式１）
Ｌｂｆ＝Ｌ３＋Ｌ４（式２）
さらに単位測定領域（１）を順次、穴間隔と同じ距離左右または上下に移動させ、全測定領域を単位測定領域（１）で覆うように測定すれば、同様の計算により全ての穴の距離が計算でき、全ての穴の穴位置が測定できる。
【００２９】
図３は、単位測定領域（１）を移動させる経路の一例を示した図である。図１および図２と同様の穴配置を持つ平板（６）の上を単位測定領域（１）を移動させるもので、矢印が単位測定領域（１）の中心の移動経路（９）を表わす。
単位測定領域（１）の移動経路は、平板（６）の左上から右方向に順次単位測定領域（１）を移動させ、右端で下方に穴間隔分移動後、左方向に順次移動させる。左端でまた下方に穴間隔分移動後、右方向に順次移動させ、右端で測定対象の全ての穴測定領域が得られるので移動を終了させる。
これにより、測定対象である穴の位置の誤差は、単位測定領域の移動量の誤差に影響を受けず単位測定領域内での穴を撮影状態に依存することになる。
【００３０】
次に各測定対象領域の穴径および穴位置から全体の測定結果データを計算する方法を以下詳細に説明する。
図４のように５個の穴Ａ（１０）、穴Ｂ（１１）、穴Ｃ（１２）、穴Ｄ（１３）及び穴Ｅ（１４）が１次元等間隔に配列され、穴Ａを原点として測定する例で説明する。
【００３１】
各穴の測定するＸ座標及びＹ座標を穴Ａ（Ｈｘ１、Ｈｙ１）、穴Ｂ（Ｈｘ２、Ｈｙ２）、穴Ｃ（Ｈｘ３、Ｈｙ３）、穴Ｄ（Ｈｘ４、Ｈｙ４）及び穴Ｅ（Ｈｘ５、Ｈｙ５）とする。
【００３２】
また、あらかじめ隣り合う２穴が同時に撮影でき、かつすべての穴が何れかの測定領域に含まれるように単位測定領域を設定し、測定対象領域１（１５）、測定対象領域２（１６）、測定対象領域３（１７）及び測定対象領域４（１８）の４個の測定対象領域を番号順に測定する測定順序を設定する。
【００３３】
ここで、穴Ｂ（１１）は測定対象領域１（１５）と測定対象領域２（１６）に共通する穴であり、穴Ｃ（１２）は測定対象領域２（１６）と測定対象領域３（１７）に共通する穴であり、穴Ｄ（１３）は測定対象領域３（１７）と測定対象領域４（１８）に共通する穴である。
【００３４】
また、測定対象領域１（１５）は測定対象領域２（１６）と、測定対象領域２（１６）は測定対象領域１（１５）と測定対象領域３（１７）と、測定対象領域３（１７）は測定対象領域２（１６）と測定対象領域４（１８）と、そして測定対象領域４（１８）は測定対象領域３（１７）と隣接した相互位置にある。
【００３５】
測定対象領域１内での穴Ａと穴ＢのＸ座標及びＹ座標は穴Ａ（Ｈ１ｘｈ、Ｈ１ｙｈ）及び穴Ｂ（Ｈ１ｘｍ、Ｈ１ｙｍ）と、測定対象領域２内での穴Ｂと穴ＣのＸ座標及びＹ座標は穴Ｂ（Ｈ２ｘｈ、Ｈ２ｙｈ）及び穴Ｃ（Ｈ２ｘｍ、Ｈ２ｙｍ）と、測定対象領域３内での穴Ｃと穴ＤのＸ座標及びＹ座標は穴Ｃ（Ｈ３ｘｈ、Ｈ３ｙｈ）及び穴Ｄ（Ｈ３ｘｍ、Ｈ３ｙｍ）と、測定対象領域４内での穴Ｄと穴ＥのＸ座標及びＹ座標は穴Ｄ（Ｈ４ｘｈ、Ｈ４ｙｈ）及び穴Ｅ（Ｈ４ｘｍ、Ｈ４ｙｍ）とする。ここで、添字ｈは測定対象領域左側の穴、添字ｍは測定対象領域右側の穴を示している。
【００３６】
単位測定領域を測定対象領域１から測定対象領域４まで動かし、２穴毎に単位測定領域内でＸ座標及びＹ座標をを測定する。この測定データである隣接する測定対象領域に共通する穴の各測定対象領域内の位置より各測定対象領域間の相互位置を求めることにより、穴Ａ（１０）を原点とした平板全体における穴Ａから穴ＥのＸ座標及びＹ座標を計算できる。
すなわち
穴Ａ（Ｈｘ１、Ｈｙ１）の座標は、原点であるので、
Ｈｘ１＝０、Ｈｙ１＝０
となり、
穴Ｂ（Ｈｘ２、Ｈｙ２）の座標は、測定対象領域１での測定より
Ｈｘ２＝Ｈ１ｘｍ―Ｈ１ｘｈ
Ｈｙ２＝Ｈ１ｙｍ―Ｈ１ｘｈ
となり、
穴Ｃ（Ｈｘ３、Ｈｙ３）の座標は、測定対象領域２での測定より
Ｈｘ３＝Ｈｘ２＋（Ｈ２ｘｍ―Ｈ２ｘｈ）
Ｈｙ３＝Ｈｙ２＋（Ｈ２ｙｍ―Ｈ２ｙｈ）
となり、
穴Ｄ（Ｈｘ４、Ｈｙ４）の座標は、測定対象領域３での測定より
Ｈｘ４＝Ｈｘ３＋（Ｈ３ｘｍ―Ｈ３ｘｈ）
Ｈｙ４＝Ｈｙ３＋（Ｈ３ｙｍ―Ｈ３ｙｈ）
となり、
穴Ｅ（Ｈｘ５、Ｈｙ５）の座標は、測定対象領域４での測定より
Ｈｘ５＝Ｈｘ４＋（Ｈ４ｘｍ―Ｈ４ｘｈ）
Ｈｙ５＝Ｈｙ４＋（Ｈ４ｙｍ―Ｈ４ｙｈ）
となる。
【００３７】
次に穴径については、測定対象領域１内での穴Ａの穴径をＨ１ｄｈ、穴Ｂの穴径をＨ１ｄｍと、測定対象領域２内での穴Ｂの穴径をＨ２ｄｈ、穴Ｃの穴径をＨ２ｄｍと、測定対象領域３内での穴Ｃの穴径をＨ３ｄｈ、穴Ｄの穴径をＨ３ｄｍと、測定対象領域４内での穴Ｄの穴径をＨ４ｄｈ、穴Ｅの穴径をＨ４ｄｍとする。ここで、添字ｈは測定対象領域左側の穴、添字ｍは測定対象領域右側の穴を示している。
穴Ａの穴径Ｈｄ１は、測定対象領域１での測定より
Ｈｄ１＝Ｈ１ｄｈ
となり、
穴Ｂの穴径Ｈｄ２は、測定対象領域２での測定より
Ｈｄ２＝Ｈ２ｄｈ
となり、
穴Ｃの穴径Ｈｄ３は、測定対象領域３での測定より
Ｈｄ３＝Ｈ３ｄｈ
となり、
穴Ｄの穴径Ｈｄ４は、測定対象領域４での測定より
Ｈｄ４＝Ｈ４ｄｈ
となり、
穴Ｅの穴径Ｈｄ５は、測定対象領域４での測定より
Ｈｄ５＝Ｈ４ｄｍ
となる。
【００３８】
続いて本発明による測定手順を図５のフローチャートで説明する。穴の配列に応じて単位測定領域、測定対象領域及び各測定対象領域の測定順序をあらかじめ設定しておく。測定は、まず最初の測定対象領域に平板の置かれたＸＹテーブルを移動させ、単位測定領域を撮影し、撮影した画像を画像処理し測定対象領域内の穴の穴径および穴位置を記憶する。次に順次単位測定領域を移動させ、同様に測定対象領域内の穴の穴径および穴位置を記憶する。最後の測定対象領域を測定後、単位測定領域の移動順序および測定時記憶した各測定対象領域における穴位置から、隣接する測定領域に共通な穴が特定でき、最初の測定対象領域の穴を基準に平板全体の穴の位置と穴の径を計算し、測定結果データを得る。
【００３９】
また、測定器であるカメラのレンズの収差により撮影された画像に歪（ディストーション）が発生するため、カメラの撮影範囲である単位測定領域（１）内においても、測定対象である穴が単位測定領域内のどの位置で撮影されるかにより、穴径や穴位置の測定に誤差が生じる。
【００４０】
さらに、カメラの撮影時には微小な照明むらが生じても、測定対象である穴が単位測定領域内のどの位置で撮影されるかにより、穴径や穴位置の測定に誤差が生じる。
【００４１】
これらのレンズ収差や照明むらによる誤差を低減するために、図３に示した経路を移動する動作に加え、単位測定領域内での穴位置を一定位置に保つ動作を行なう。装置では以下のような動作で、単位測定領域内での穴位置を一定位置に保つ動作を実現させている。まず、ＸＹテーブルを一定距離移動させ、単位測定領域を次の測定対象領域に移動させる。次に単位測定領域内の画像を撮影し、穴径および穴位置を画像処理により測定する。ＸＹテーブルの移動誤差等で穴位置は前の測定対象領域内で測定した穴位置からずれている事がある。この位置ずれ量は、画像処理で測定した穴位置から計算できる。そこで位置ずれ量に相当する距離だけ再度ＸＹステージを移動させ、再度画像を測定し、位置ずれ量がある量以下になったところで、一定位置になったと判断し、この位置で穴径と穴位置を記憶させ、次の測定対象領域に移動させる。この動作を繰り返す事で全単位測定領域内での穴位置を一定位置に保つことができる。
【００４２】
以上述べた方法を用いる事によりＸＹテーブルの移動量の誤差に依存せず、測定器のカメラ撮影範囲内でのレンズ収差や照明むらによる誤差を低減することができるため、高精度な測定が可能となる。
【００４３】
次に具体的な装置の構成について説明する。
図６は装置の穴画像撮影部側面を示した図である。ここでは、ＸＹテーブルに載った測定対象である平板を移動させる事により単位測定領域を移動させる方式について説明するが、測定器であるＣＣＤカメラを移動させる方式でも実現は可能である。
【００４４】
穴のあいた平板（６）は移動可能でかつ透明なＸＹテーブル（２１）上に置かれ、ＸＹテーブル（２１）の下にある光源（２２）から透過照明される。ＸＹテーブル（２１）を移動させ、穴を透過した光（２３）による画像を、レンズ（２０）の付いた２次元のＣＣＤカメラ（１９）で撮影することにより測定対象領域の画像を撮影する。ＸＹテーブル（２１）の送りによる移動とＣＣＤカメラ（１９）での撮影を繰り返すことにより、平板全体の穴を測定するために必要な測定対象領域の数だけ撮影を行なう。平板（６）を完全に貫通している穴を測定する場合には上記の透過照明が最適であるが、貫通していない穴を測定する場合には、ＸＹテーブルの上に光源を設置する方式の反射照明またはレンズと照明の光軸を一致させた照明方式である同軸落射照明を用いる。
【００４５】
図７は、４穴を含む測定対象領域を撮影した画像の例である。穴を透過した光による画像を撮影するため、穴の部分（２４）は明るく見え、その他の部分（２５）は暗く見える。この画像から各穴の径および穴の中心位置を画像処理により計算する。穴の径は、撮影した画像を２値化して穴フィレ径の平均値を求める方法や、２値化せず穴の周囲に測定用ウインドウをかけ、そのエッジを検出し最小２乗近似円を求める方法により計算する。
【００４６】
また、穴の中心位置は、画像処理撮影した画像を２値化して穴の画像の重心を求める方法や、２値化せず穴の周囲に測定用ウインドウをかけ、そのエッジを検出し最小２乗近似円の中心を求める方法により計算する。
【００４７】
画像処理で得られる数値の単位はカメラ画素（Ｐｉｘ）単位である。カメラ画素の単位を実際の寸法単位（μｍ）に変換するためには、あらかじめ正確な寸法の基準サンプルを測定し、カメラ画素と実際の寸法の変換係数を求めて、装置に記憶させておく。
【００４８】
以上説明したように、本装置は、穴とそれ以外の部分を明暗により判別し、明るい円形の画像部を穴として測定できる。したがって、明るい円形の画像となる対象物であれば、穴以外でも測定できるのは言うまでもない。
【００４９】
図８に、多数穴の平板を作成し、この穴に複数の光ファイバー（２７）を挿入した光ファイバーアレイの外形図を示す。平板（２８）に挿入された光ファイバーの端面（２９）は平板（２８）面と同一面に整列固定され、光ファイバーの他端には他の機器と接続のために光コネクタが接続される。光コネクタ（２６）に光を入れれば、平板（２８）面に固定された光ファイバーの端面（２９）のコアが光り多数の光の円形の点ができ、ファイバーがない状態で穴を照明した図５と同様の画像が得られる。したがって、平板（６）の穴を測定する方法と同一の方法で光ファイバーアレイの穴に挿入されたファイバーの光点径と位置を測定することもできる。
【００５０】
図９は、装置全体の構成を示す図である。平板を照明するための光源は、たとえばハロゲンランプ光源（３４）を平板を照明するための光源（３１）まで光ファイバー（３２）で導光する方式を用い、平板を載せるＸＹテーブル（２１）の直下に設置する。光源の光量は外部信号により平板の光沢や厚みに合わせて自動するように設定すれば、平板と穴の状態による穴径や穴位置誤差を小さくできる。平板を移動させるためのＸＹテーブル（２１）は平板を載せる部分がたとえばアクリルやガラスの透明な板で、位置を検出するためのスケールおよびＸＹテーブル（２１）を移動させるためのステップモーターまたはＡＣサーボモーターとボールネジを備え外部信号でＸＹ方向に移動できる。
【００５１】
また測定対象領域を撮影するためのカメラは、たとえばＣＣＤカメラ（１９）に適切な倍率のレンズ（２０）を装着したものを用いる。測定する穴径や穴位置が固定であれば、固定倍率のレンズを使用する。穴径や穴位置の種類が複数の場合または、穴径と穴位置を違う倍率で測定したい場合には、自動倍率切替または自動倍率可変のレンズを使用する。
【００５２】
特に、穴位置を測定するには複数の穴をカメラ視野に入れる必要があるため穴径を測定する倍率に比べ低倍率で撮影しなければならない。したがって、穴径の測定用に高倍率に切替できるレンズを使用すれば、画像の分解能が向上するため穴径をさら高精度で測定することができる。
【００５３】
さらに、カメラに画像を撮影しながら自動でピントを合わせるオートフォーカス機構を設置すれば、より簡単にフォーカス合わせができる。また、測定対象領域ごとに自動でフォーカス合わせをするようにすれば、測定対象領域に微小な凸凹がある場合にも凸凹の影響を受けずに測定できる。
【００５４】
また、画像処理には、ＣＣＤカメラの信号を取り込むための画像入力ボード、平板の移動と同期し、取込んだ画像をリアルタイムに画像処理するプログラムおよび画像処理データから平板の穴の穴径と穴位置を計算するためのプログラムを備えたパーソナルコンピュータ（３６）を用いる。画像入力ボードとＣＣＤカメラ（１９）はカメラ専用ケーブル（３０）で接続される。
【００５５】
さらに平板を移動させるためのＸＹテーブル（２１）のスケールおよびステップモータまたはＡＣサーボモーターは、スケールによりＸＹテーブル（２１）の位置を検出し、外部の移動指令に従って駆動させるためのＸＹテーブルコントローラ（３５）に制御用ケーブル（３３）で接続される。
このＸＹテーブルコントローラー（３５）は、穴の配置にしたがってＸＹテーブルコントローラ（３５）に移動指令を出すパーソナルコンピュータ（３６）に通信ケーブル（３７）により接続される。またこのパーソナルコンピュータ（３６）は画像処理のパーソナルコンピュータ（３６）と共用している。
【００５６】
【発明の効果】
本発明によれば、平板に多数配置された穴の画像による位置測定において、平板または画像を撮影するカメラの移動精度に依存しない位置測定が可能である。したがって、従来の測定装置に必要であった高精度の移動を実現するための精密な移動機構、温度環境、煩雑な校正等が不要で、単純な装置構成で手軽に使用できる高精度な穴測定装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例である測定状態１での測定原理を示した図である。
【図２】本発明の一例である測定状態２での測定原理を示した図である。
【図３】本発明の単位測定領域を移動させる経路の一例を示した図である。
【図４】本発明の測定対象の一例を示す図である。
【図５】本発明の測定手順のフローチャートを示す図である。
【図６】本発明による装置の穴画像撮影部側面を示す図である
【図７】測定対象領域を撮影した画像の例を示す図である。
【図８】光ファイバーアレイの外形図である。
【図９】本発明を適用した測定装置の全体構成を示す図である。
【符号の説明】
１…単位測定領域
２…穴ａ
３…穴ｂ
４…穴ｃ
５…穴ｄ
６…平板
７…穴ｅ
８…穴ｆ
９…移動経路
１０…穴Ａ
１１…穴Ｂ
１２…穴Ｃ
１３…穴Ｄ
１４…穴Ｅ
１５…測定対象領域１
１６…測定対象領域２
１７…測定対象領域３
１８…測定対象領域４
１９…ＣＣＤカメラ
２０…レンズ
２１…ＸＹテーブル
２２…光源
２３…穴を透過した光
２４…穴の部分
２５…その他の部分
２６…光コネクタ
２７…光ファイバー
２８…平板
２９…光ファイバーの端面
３０…カメラ専用ケーブル
３１…平板を照明するための光源
３２…光ファイバー
３３…制御用ケーブル
３４…ハロゲンランプ光源
３５…ＸＹテーブルコントローラ
３６…パーソナルコンピュータ
３７…通信ケーブル[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a measuring device for measuring the hole diameter and the hole position of a large number of holes arranged on a flat plate, and in particular, a large number of holes having a diameter of about 125 μm are arranged one-dimensionally or two-dimensionally at a pitch of 250 to 1300 μm at equal intervals. The present invention relates to an apparatus for accurately measuring a hole diameter and a hole position suitable for an arranged optical fiber component.
[0002]
[Prior art]
In a measuring device that measures the hole diameter and the hole position of a plurality of holes arranged on a flat plate using a conventional camera, a measurement area that is an imaging range of the camera is photographed, and the hole diameter and the hole position are measured from the photographed image. ing. In a flat plate having a large measurement area in which a large number of holes are arranged beyond the photographing range of the camera, the position of the hole is measured based on the amount of movement by moving the flat plate to be measured or the camera as a measuring instrument. These have been put into practical use as CNC image measuring machines and measuring microscopes.
[0003]
An XY table is generally used as a moving means of the flat plate or the camera, and the flat plate or the camera is attached to the XY table and moved. In the conventional method, if an error occurs in the amount of movement of the XY table, that is, the amount of movement of the flat plate or the camera, an error occurs because the positions of the measurement area before and after movement become inaccurate. In particular, when a measurement accuracy of several μm or less is required, the error in the amount of movement of the XY table must be reduced to a required measurement accuracy or less.
[0004]
In order to realize this, a high-precision air bearing, a moving mechanism equipped with a high-precision position detection scale and a position automatic correction are required, and the environment in which the device is installed is as precise as 20 ° C ± 0.5 ° C. Requires an air conditioner. Therefore, the apparatus generally becomes a high-cost apparatus, and periodic inspection and adjustment are required at regular intervals in order to calibrate a change in accuracy of the apparatus, and maintenance is complicated. Even with such considerations, the maximum accuracy that can be guaranteed by the CNC image measuring apparatus is about ± 0.5 μm at present. (For example, see Non-Patent Document 1.)
[0005]
In order to measure optical fiber components, dedicated measuring devices have been developed in the same manner as CNC image measuring devices and measuring microscopes. This device also achieves an accuracy of ± 0.3 μm using a complicated table movement amount correction algorithm in order to correct an error in the movement amount of the XY table. (For example, see Non-Patent Document 2.)
[0006]
In the case of a CNC image measurement device, if the measurement area is within the camera shooting range, it is possible to measure the hole diameter and the hole position from a plurality of hole shooting images, but all the holes are within the camera shooting range. If the measurement area that cannot be accommodated is large, it is necessary to move the flat plate or the camera, and the same problem occurs.
[0007]
Further, in addition to the above-described error of the movement amount, an error occurs when the hole diameter and the hole position are measured from a plurality of hole photographed images within the camera photographing range. The main error factors are the aberration of the lens of the camera and the unevenness of the light amount in the hole photographed image. As a countermeasure against the aberration, various types of illumination methods, a diffuser plate, and the like have been considered for aberration correction by a lens or image processing that suppresses an error due to the aberration, and for light amount unevenness. The apparatus becomes complicated, and it is impossible to completely counter the error, which hinders high-accuracy measurement. (For example, see Non-Patent Document 3.)
[0008]
[Non-patent document 1]
Magazine "Machine and Tools", December, 2002 Issued by the Industrial Research Council, pages 18-21
Application of high-precision image measurement technology in ultra-precision and fine processing Toshiyuki Endo (Mitutoyo)
[Non-patent document 2]
Japan Society of Mechanical Engineers [No. 95-49] Proceedings of the IIP '95 Information, Intelligence and Precision Instruments Division Lectures ['95 .8.4, 25, Tokyo] 47-48
205 Development of Optical Components Automatic Precision Measurement System Koji Matsunaga (NTT)
[Non-Patent Document 3]
Magazine "Machine and Tools", December 2001 Issued by the Industrial Research Association, pp. 38-42
Needs for image measurement and how to use the system Yoshihiro Naganuma (Nikon Instech)
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the measuring device that measures the hole diameter and the hole position of a plurality of holes arranged on a flat plate using a camera, if there is an error in the movement amount of the XY table, an error occurs in the measured hole position. The moving mechanism is required, and maintenance is complicated, and there is a limit to the accuracy that can be realized. In addition to the movement amount error, when measuring the hole diameter and the hole position from the image of the hole taken by the camera, errors occur due to the aberration of the camera lens and the uneven light amount, and it is difficult to completely counter this error. .
[0010]
The present invention has been made in order to solve the above problems, and an object of the present invention is to measure a hole position and a hole position of a large number of holes arranged on a flat plate using an image taken by a camera. It is an object of the present invention to provide a hole measuring device that can measure the hole diameter and the hole position with high accuracy without causing the error to depend on the error of the movement amount of the flat plate or the camera, reducing the influence of the aberration of the lens and the unevenness of the light amount.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, claim 1 sets each measurement target area so that at least one or more holes at the same position of a flat plate are commonly included in adjacent measurement target areas, The position of the hole in the entire flat plate is measured by determining the mutual position between the measurement target regions from the position of the common hole in each measurement target region.
[0012]
Since there is a hole at the same position of the flat plate in a certain measurement target area and the adjacent measurement target area, the movement amount of the certain measurement target area and the measurement target area adjacent thereto can be measured only with the image based on this hole. . Therefore, it becomes possible to measure the position of the flat plate or the hole which is not affected by the error of the movement amount of the camera.
[0013]
In addition to claim 1, claim 2 is a dedicated device for measuring a large number of holes arranged one-dimensionally or two-dimensionally at equal intervals in a flat plate, and at least one hole at the same position of the flat plate in an adjacent measurement target area. A means for moving a flat plate or a camera by a distance substantially equal to the distance between holes is provided for photographing each measurement target area as commonly included as described above.
[0014]
By limiting the arrangement of the holes to holes arranged at equal intervals, it is possible to photograph each measurement target region by a simple moving method so that at least one hole at the same position on the flat plate is commonly included. In addition, since the measurement area can be set to a minimum area where at least one hole at the same position on the flat plate is commonly included, the position of a flat plate or a hole that is not affected by a movement error of a camera can be measured. At the same time, the resolution of the image is improved, and more accurate measurement is possible.
[0015]
According to a third aspect of the present invention, in addition to the second aspect, there is provided a means for keeping the hole to be photographed at substantially the same position in the measurement target area when the table or the camera is moved by a distance substantially equal to the hole interval.
[0016]
Since the hole is always measured at substantially the same position in the measurement target area, it is possible to reduce errors in aberrations and light amount unevenness caused by a difference in the position of the camera field of view.
[0017]
According to a fourth aspect of the present invention, in addition to the third aspect, as a means for keeping the hole at substantially the same position in the measurement target area, the hole position of the hole in the measurement target area is detected from the captured image after the movement, and the hole position is detected. Is detected, and the flat plate or the camera is moved again in the direction for correcting the displacement of the hole position.
[0018]
The means for photographing with the camera and calculating the hole diameter and the hole interval from the photographed image and the means for detecting the hole position can be used in common, so that a means for keeping the same position without adding any device can be realized.
[0019]
In claim 5, in addition to claims 2 to 4, the displacement of the hole position when the table or the camera is moved by a distance substantially equal to the hole interval is detected or set in advance and stored as data. Therefore, the table or the camera is moved.
[0020]
Since it is not necessary to detect the position of the hole for each movement and correct the position, the speed of measurement can be improved.
[0021]
According to a sixth aspect of the present invention, in addition to the second, third, fourth and fifth aspects, a camera which captures a hole image is provided with a lens capable of individually setting a magnification for measuring a hole diameter and a magnification for measuring a hole position.
[0022]
In order to measure the hole position, it is necessary to take a plurality of holes in the field of view of the camera. Therefore, if a lens capable of switching to a high magnification is used for measuring the hole diameter, the resolution of the image is improved, so that the hole diameter can be measured with higher accuracy.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below using examples.
[0024]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described in detail below.
FIGS. 1 and 2 are diagrams showing the principle of measuring the hole diameter and the hole position in a flat plate having a large measurement area in which a large number of holes are arranged beyond the photographing range of the camera. As an example, a case where the hole diameter and the hole position of a flat plate (6) in which holes are arranged at equal intervals in a two-dimensional 4 × 4 array will be described.
[0025]
First, FIG. 1 shows a measurement state 1, in which measurement target areas are unit measurement areas (1), ie, holes a (2), b (3), c (4), and d. As a region including (5), the hole diameters and hole positions of the holes a (2), b (3), c (4) and d (5) in the unit measurement region (1) are measured. Here, the unit measurement area refers to a shooting range of the camera, and is an area where the camera can shoot at a time and can be measured by image processing. The unit measurement area is determined by the total number of pixels of the camera and the accuracy to be measured by image processing. When it is desired to increase the accuracy to be measured with cameras having the same total number of pixels, the unit measurement area becomes smaller.
[0026]
Next, FIG. 2 shows a measurement state 2 adjacent to the measurement state 1. In this state, the measurement target areas are a hole c (4), a hole d (5), a hole e (7), and a hole f (8). ). Here, the position of the unit measurement area (1) in the measurement state 1 is moved rightward by the same distance as the hole interval. Then, the unit measurement area (1) becomes an area including the hole c (4), the hole d (5), the hole e (7), and the hole f (8). The hole diameters and hole positions of the holes c (4), d (5), e (7) and f (8) are measured.
[0027]
Here, since the holes c (4) and d (5) are commonly included in the unit measurement area (1) shown in FIGS. 1 and 2, the common holes c (4) and d (5) are included. Based on the position of 5), the positions of the holes a (2), b (3), c (4), d (5), e (7), and f (8) are measured. It can be calculated from the positions of the holes measured in the measurement states 1 and 2 and the mutual positions of the measurement target areas shown in the measurement states 1 and 2.
[0028]
For example, the distance Lae between the hole a (2) and the hole e (7) is the distance L1 between the hole a (2) and the hole c (4) measured in the unit measurement area (1) in the measurement state 1 and the measurement state. The distance Lbf between the hole b (3) and the hole f (8) is calculated from the distance L2 between the hole c (4) and the hole e (7) measured in the unit measurement area (1) of No. The distance L3 between the hole b (3) and the hole d (5) measured in the unit measurement area (1) of the state 1 and the distance L4 between the hole d (5) and the hole f (8) can be calculated by the formula 2 respectively. .
Lae = L1 + L2 (Equation 1)
Lbf = L3 + L4 (Equation 2)
Further, if the unit measurement area (1) is sequentially moved left and right or up and down by the same distance as the hole interval and the measurement is performed so that the entire measurement area is covered by the unit measurement area (1), the distance of all holes is calculated by the same calculation. It can be calculated and the hole positions of all holes can be measured.
[0029]
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a path for moving the unit measurement area (1). The unit measurement area (1) is moved on a flat plate (6) having the same hole arrangement as in FIGS. 1 and 2, and the arrow indicates the movement path (9) at the center of the unit measurement area (1).
The movement path of the unit measurement area (1) is such that the unit measurement area (1) is sequentially moved from the upper left of the flat plate (6) to the right, moved downward at the right end by the distance between the holes, and then sequentially moved to the left. At the left end, the hole is moved downward by the distance between the holes, and then sequentially moved to the right. At the right end, all the hole measurement areas to be measured are obtained.
As a result, the error in the position of the hole to be measured is not affected by the error in the movement amount of the unit measurement region, and depends on the imaging state of the hole in the unit measurement region.
[0030]
Next, a method of calculating the entire measurement result data from the hole diameter and the hole position of each measurement target region will be described in detail below.
As shown in FIG. 4, five holes A (10), B (11), C (12), D (13), and E (14) are arranged one-dimensionally at equal intervals. This will be described with an example in which measurement is performed as follows.
[0031]
The X and Y coordinates to be measured for each hole are represented by hole A (Hx1, Hy1), hole B (Hx2, Hy2), hole C (Hx3, Hy3), hole D (Hx4, Hy4), and hole E (Hx5, Hy5). And
[0032]
In addition, a unit measurement area is set so that two adjacent holes can be photographed at the same time and all holes are included in any one of the measurement areas, and a measurement target area 1 (15), a measurement target area 2 (16), The measurement order for measuring the four measurement target regions, namely, the measurement target region 3 (17) and the measurement target region 4 (18) in numerical order is set.
[0033]
Here, the hole B (11) is a hole common to the measurement target area 1 (15) and the measurement target area 2 (16), and the hole C (12) is a measurement target area 2 (16) and a measurement target area 3 ( 17), and the hole D (13) is a hole common to the measurement target area 3 (17) and the measurement target area 4 (18).
[0034]
The measurement target area 1 (15) is the measurement target area 2 (16), the measurement target area 2 (16) is the measurement target area 1 (15), the measurement target area 3 (17), and the measurement target area 3 (17). ) Is at the mutual position adjacent to the measurement target area 2 (16) and the measurement target area 4 (18), and the measurement target area 4 (18) is adjacent to the measurement target area 3 (17).
[0035]
The X coordinate and the Y coordinate of the hole A and the hole B in the measurement target area 1 are X of the hole A (H1xh, H1yh) and the hole B (H1xm, H1ym), and the X coordinate of the hole B and the hole C in the measurement target area 2. The coordinates and the Y coordinate are the hole B (H2xh, H2yh) and the hole C (H2xm, H2ym), and the X coordinate and the Y coordinate of the hole C and the hole D in the measurement target area 3 are the hole C (H3xh, H3yh) and the hole. D (H3xm, H3ym), and the X coordinate and the Y coordinate of the hole D and the hole E in the measurement target area 4 are the hole D (H4xh, H4yh) and the hole E (H4xm, H4ym). Here, the subscript h indicates a hole on the left side of the measurement target area, and the subscript m indicates a hole on the right side of the measurement target area.
[0036]
The unit measurement region is moved from the measurement target region 1 to the measurement target region 4, and the X coordinate and the Y coordinate are measured in the unit measurement region for every two holes. By determining the mutual position between the measurement target areas from the position of the hole common to the adjacent measurement target areas, which is the measurement data, in each measurement target area, the hole A in the entire flat plate whose origin is the hole A (10) is obtained. The X and Y coordinates of the hole E can be calculated from
Ie
Since the coordinates of the hole A (Hx1, Hy1) are the origin,
Hx1 = 0, Hy1 = 0
Becomes
The coordinates of the hole B (Hx2, Hy2) are obtained from the measurement in the measurement target area 1.
Hx2 = H1xm-H1xh
Hy2 = H1ym-H1xh
Becomes
The coordinates of the hole C (Hx3, Hy3) are obtained from the measurement in the measurement target area 2.
Hx3 = Hx2 + (H2xm-H2xh)
Hy3 = Hy2 + (H2ym-H2yh)
Becomes
The coordinates of the hole D (Hx4, Hy4) are obtained from the measurement in the measurement target area 3.
Hx4 = Hx3 + (H3xm-H3xh)
Hy4 = Hy3 + (H3ym-H3yh)
Becomes
The coordinates of the hole E (Hx5, Hy5) are obtained from the measurement in the measurement target area 4.
Hx5 = Hx4 + (H4xm-H4xh)
Hy5 = Hy4 + (H4ym-H4yh)
It becomes.
[0037]
Next, regarding the hole diameter, the hole diameter of the hole A in the measurement target region 1 is H1dh, the hole diameter of the hole B is H1dm, the hole diameter of the hole B in the measurement target region 2 is H2dh, and the hole C is the hole. The diameter is H2dm, the diameter of the hole C in the measurement target area 3 is H3dh, the diameter of the hole D is H3dm, the diameter of the hole D in the measurement target area 4 is H4dh, and the diameter of the hole E is H4dm. H4dm. Here, the subscript h indicates a hole on the left side of the measurement target area, and the subscript m indicates a hole on the right side of the measurement target area.
The hole diameter Hd1 of the hole A is based on the measurement in the measurement target area 1.
Hd1 = H1dh
Becomes
The hole diameter Hd2 of the hole B is obtained from the measurement in the measurement target area 2.
Hd2 = H2dh
Becomes
The hole diameter Hd3 of the hole C is obtained from the measurement in the measurement target area 3.
Hd3 = H3dh
Becomes
The hole diameter Hd4 of the hole D is obtained from the measurement in the measurement target area 4.
Hd4 = H4dh
Becomes
The hole diameter Hd5 of the hole E is obtained from the measurement in the measurement target area 4.
Hd5 = H4dm
It becomes.
[0038]
Next, the measurement procedure according to the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG. The unit measurement area, the measurement target area, and the measurement order of each measurement target area are set in advance according to the arrangement of the holes. In the measurement, first, the XY table on which the flat plate is placed is moved to the first measurement target area, the unit measurement area is photographed, the photographed image is processed, and the hole diameter and the hole position of the hole in the measurement target area are stored. . Next, the unit measurement area is sequentially moved, and similarly, the hole diameter and the hole position of the hole in the measurement target area are stored. After measuring the last measurement target area, holes common to adjacent measurement areas can be specified from the moving order of the unit measurement areas and the hole positions in each measurement target area stored during measurement, and the holes in the first measurement target area are referenced. First, the position of the hole and the diameter of the hole in the entire flat plate are calculated to obtain measurement result data.
[0039]
Further, since distortion (distortion) occurs in an image captured due to aberration of a lens of a camera which is a measuring device, a hole to be measured is unit-measured even in a unit measurement region (1) which is an imaging range of the camera. An error occurs in the measurement of the hole diameter and the hole position depending on where in the area the image is taken.
[0040]
Furthermore, even when minute illumination unevenness occurs at the time of photographing by the camera, an error occurs in the measurement of the hole diameter and the hole position depending on where in the unit measurement region the hole to be measured is photographed.
[0041]
In order to reduce errors due to these lens aberrations and uneven illumination, in addition to the operation of moving the path shown in FIG. 3, an operation of maintaining the hole position in the unit measurement area at a fixed position is performed. The apparatus realizes an operation of keeping the hole position in a unit measurement area at a fixed position by the following operation. First, the XY table is moved by a fixed distance, and the unit measurement area is moved to the next measurement target area. Next, an image in the unit measurement area is taken, and the hole diameter and the hole position are measured by image processing. The hole position may deviate from the hole position measured in the previous measurement target area due to a movement error of the XY table or the like. This displacement can be calculated from the hole position measured by the image processing. Therefore, the XY stage is moved again by a distance corresponding to the positional deviation amount, and the image is measured again. When the positional deviation amount falls below a certain amount, it is determined that the position has reached a fixed position. Is stored and moved to the next measurement target area. By repeating this operation, the hole position in all the unit measurement areas can be kept at a constant position.
[0042]
By using the method described above, it is possible to reduce errors due to lens aberrations and uneven illumination in the camera photographing range of the measuring device without depending on errors in the amount of movement of the XY table, thereby enabling highly accurate measurement. It becomes.
[0043]
Next, a specific configuration of the apparatus will be described.
FIG. 6 is a view showing a side surface of a hole image photographing unit of the apparatus. Here, a method of moving a unit measurement area by moving a flat plate to be measured on an XY table will be described. However, a method of moving a CCD camera as a measuring device can also be realized.
[0044]
The perforated plate (6) is placed on a movable and transparent XY table (21) and is illuminated by a light source (22) under the XY table (21). The XY table (21) is moved, and an image of the light (23) transmitted through the hole is captured by a two-dimensional CCD camera (19) with a lens (20) to capture an image of the measurement target area. By repeating the movement of the XY table (21) by feeding and the photographing by the CCD camera (19), photographing is performed in the number of measurement target areas necessary for measuring the holes in the entire flat plate. When measuring a hole completely penetrating the flat plate (6), the above-mentioned transmitted illumination is optimal, but when measuring a hole not penetrating, a method of installing a light source on an XY table. Reflective illumination or coaxial epi-illumination, which is an illumination method in which the optical axis of the illumination is matched with that of the lens.
[0045]
FIG. 7 is an example of an image obtained by photographing a measurement target area including four holes. Since an image is taken by the light transmitted through the hole, the portion (24) of the hole looks bright and the other portion (25) looks dark. From this image, the diameter of each hole and the center position of the hole are calculated by image processing. The diameter of the hole can be calculated by binarizing the captured image to find the average value of the hole fillet diameter, or by applying a measurement window around the hole without binarizing it, detecting its edge, and forming a least square approximation circle. Calculate according to the required method.
[0046]
The center position of the hole can be determined by binarizing the image obtained by the image processing and calculating the center of gravity of the image of the hole, applying a measurement window around the hole without binarizing the image, detecting the edge thereof, and determining the center of the hole. It is calculated by a method of finding the center of the power approximate circle.
[0047]
The unit of the numerical value obtained by the image processing is a camera pixel (Pix) unit. In order to convert the unit of a camera pixel into an actual dimensional unit (μm), a reference sample having accurate dimensions is measured in advance, and a conversion coefficient between the camera pixel and the actual dimension is obtained and stored in the apparatus.
[0048]
As described above, the present apparatus can determine the hole and the other part based on the brightness, and can measure a bright circular image portion as the hole. Therefore, it goes without saying that the measurement can be performed on any object other than the hole as long as the object has a bright circular image.
[0049]
FIG. 8 shows an outline view of an optical fiber array in which a flat plate having many holes is formed, and a plurality of optical fibers (27) are inserted into the holes. The end surface (29) of the optical fiber inserted into the flat plate (28) is aligned and fixed on the same plane as the flat plate (28) surface, and the other end of the optical fiber is connected to an optical connector for connection with another device. When light enters the optical connector (26), the core of the end face (29) of the optical fiber fixed to the flat plate (28) shines to form a large number of circular spots of light, and the hole is illuminated without the fiber. An image similar to 5 is obtained. Therefore, the light spot diameter and the position of the fiber inserted into the hole of the optical fiber array can be measured by the same method as the method of measuring the hole of the flat plate (6).
[0050]
FIG. 9 is a diagram showing the configuration of the entire apparatus. As a light source for illuminating the flat plate, for example, a method in which a halogen lamp light source (34) is guided by an optical fiber (32) to a light source (31) for illuminating the flat plate is used, and is directly below an XY table (21) on which the flat plate is mounted. Installed in If the light amount of the light source is set to be automatically adjusted according to the gloss and thickness of the flat plate by an external signal, a hole diameter and a hole position error due to the state of the flat plate and the hole can be reduced. The XY table (21) for moving the flat plate is a transparent plate made of, for example, acrylic or glass, on which the flat plate is placed. A scale for detecting the position and a step motor or an AC servo for moving the XY table (21). It has a motor and a ball screw and can be moved in XY directions by external signals.
[0051]
As a camera for photographing the measurement target area, for example, a CCD camera (19) equipped with a lens (20) having an appropriate magnification is used. If the hole diameter and hole position to be measured are fixed, use a lens with a fixed magnification. When there are a plurality of types of hole diameters and hole positions, or when it is desired to measure the hole diameter and the hole position at different magnifications, use an automatic magnification switching or automatic magnification variable lens.
[0052]
In particular, to measure the position of a hole, it is necessary to take a plurality of holes in the field of view of the camera, so that the image must be taken at a lower magnification than the magnification for measuring the hole diameter. Therefore, if a lens capable of switching to a high magnification is used for measuring the hole diameter, the resolution of the image is improved, so that the hole diameter can be measured with higher accuracy.
[0053]
Further, if an auto-focus mechanism that automatically focuses while capturing an image is installed in the camera, focusing can be performed more easily. In addition, if the focus is automatically adjusted for each measurement target area, measurement can be performed without being affected by the unevenness even when the measurement target area has minute irregularities.
[0054]
The image processing includes an image input board for capturing signals from the CCD camera, a program for real-time image processing of the captured image in synchronism with the movement of the plate, and a hole diameter and a hole for the hole of the plate from the image processing data. A personal computer (36) equipped with a program for calculating the position is used. The image input board and the CCD camera (19) are connected by a camera dedicated cable (30).
[0055]
Further, the scale of the XY table (21) for moving the flat plate and the step motor or the AC servomotor detect the position of the XY table (21) by the scale and drive the XY table (35) according to an external movement command. ) Is connected to the control cable (33).
The XY table controller (35) is connected by a communication cable (37) to a personal computer (36) that issues a movement command to the XY table controller (35) according to the arrangement of the holes. This personal computer (36) is shared with a personal computer (36) for image processing.
[0056]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in the position measurement by the image of many holes arrange | positioned in the flat plate, the position measurement which does not depend on the movement precision of the camera which image | photographs a flat plate or an image is possible. This eliminates the need for a precise moving mechanism, temperature environment, and complicated calibration required to achieve high-precision movement required by conventional measuring devices, and enables highly accurate hole measurement that can be easily used with a simple device configuration. Equipment can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a measurement principle in a measurement state 1 which is an example of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a measurement principle in a measurement state 2 which is an example of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing an example of a path for moving a unit measurement area according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing an example of a measurement object of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a flowchart of a measurement procedure of the present invention.
FIG. 6 is a view showing a side surface of a hole image photographing unit of the apparatus according to the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of an image obtained by photographing a measurement target area.
FIG. 8 is an outline view of an optical fiber array.
FIG. 9 is a diagram showing an overall configuration of a measuring device to which the present invention is applied.
[Explanation of symbols]
1: Unit measurement area
2 ... Hole a
3 ... hole b
4: Hole c
5 ... Hole d
6 ... flat plate
7 ... hole e
8 Hole f
9 ... travel route
10 ... Hole A
11 ... Hole B
12 ... Hole C
13: Hole D
14 ... Hole E
15: Measurement target area 1
16: Measurement target area 2
17: Measurement target area 3
18: Measurement target area 4
19 ... CCD camera
20 ... Lens
21 ... XY table
22 ... Light source
23 ... Light transmitted through the hole
24 ... hole
25 ... Other parts
26 ... Optical connector
27 ... Optical fiber
28 ... flat plate
29 ... End face of optical fiber
30 ... Camera dedicated cable
31 ... Light source for illuminating the flat plate
32 ... Optical fiber
33 ... Control cable
34 ... Halogen lamp light source
35 XY table controller
36 ... Personal computer
37… Communication cable
