JP2008058182A - 変位量検出可能性判定装置、その方法、および、変位検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ワークの相対変位量の検出可能性を測定効率の低下を招くことなく適切にかつ簡単な構成で判定できる変位検出装置の提供。
【解決手段】変位検出装置は、ワーク変位前の基準画像から基準テンプレートＴ１に含まれる基準領域画像を取得して、この基準領域画像の基準散乱光強度を検出する。検出画像取得領域に対して判定用領域Ｅ１を設定し、この判定用領域Ｅ１内で判定用テンプレートＴ３を移動させつつ、この判定用テンプレートＴ３に含まれる判定用部分画像を取得して、この判定用部分画像の判定用部分散乱光強度を検出する。基準散乱光強度および判定用部分散乱光強度に基づいて、ワーク基準領域Ｊ１およびワーク基準以外領域Ｊ２の表面状態の差異を認識し、この差異が所定の状態以上であると判断すると、基準画像を利用して変位量を検出可能であると判定する。
【選択図】図４
【解決手段】変位検出装置は、ワーク変位前の基準画像から基準テンプレートＴ１に含まれる基準領域画像を取得して、この基準領域画像の基準散乱光強度を検出する。検出画像取得領域に対して判定用領域Ｅ１を設定し、この判定用領域Ｅ１内で判定用テンプレートＴ３を移動させつつ、この判定用テンプレートＴ３に含まれる判定用部分画像を取得して、この判定用部分画像の判定用部分散乱光強度を検出する。基準散乱光強度および判定用部分散乱光強度に基づいて、ワーク基準領域Ｊ１およびワーク基準以外領域Ｊ２の表面状態の差異を認識し、この差異が所定の状態以上であると判断すると、基準画像を利用して変位量を検出可能であると判定する。
【選択図】図４
Description
本発明は、光が照射されたワークの表面を撮像した変位前画像、および、前記表面の法線に略直交する方向への相対変位した前記ワークの表面を撮像した変位後画像に基づいて、ワークの相対変位量の検出可能性を判定する変位量検出可能性判定装置、その方法、および、変位検出装置に関する。
従来、スペックル像を利用して、ワークの微小変位を検出する構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１に記載のものは、測定軸に沿って移動する光学粗面の第１の画像を取り込むとともに、光学粗面が移動した後の第２の画像を取り込む。そして、第１および第２の画像に関する差の絶対値相関関数に基づく相関値を求め、この相関値に基づいて、光学粗面の変位を推定する構成が採られている。
ここで、上述した特許文献１に記載のもののような構成における変位を推定する方法の一例について説明する。
図１１に示すように、変位検出装置１０は、内部に収納空間１２を有する筐体部１１と、ワークＷにレーザ光を照射する照明光学系１３と、ワークＷからの散乱光の干渉によって生成されるスペックル像を撮像するＣＣＤカメラ１６と、ＣＣＤカメラ１６からの出力画像を画像処理する画像処理部１９と、を備えている。
照明光学系１３は、レーザ光源１４と、コリメートレンズ１５と、を備え、レーザ光をワークＷに対して斜め方向から照射している。
照明光学系１３は、レーザ光源１４と、コリメートレンズ１５と、を備え、レーザ光をワークＷに対して斜め方向から照射している。
さらに、ワークＷとＣＣＤカメラ１６との間には、ワーク表面Ｈにて散乱される光による像をＣＣＤカメラ１６に向けて拡大する拡大レンズ１７と、拡大レンズ１７とＣＣＤカメラ１６との間に配設されたアパーチャ１８と、が配設されており、ワークＷに対して略垂直な方向に光軸を有するように拡大レンズ１７、アパーチャ１８およびＣＣＤカメラ１６が配設されている。
そして、ワークＷと変位検出装置１０とはワークＷの法線に直交する方向に相対変位可能であって、変位検出装置１０は、ワークＷの法線に直交する方向へのワークＷの変位量を検出する。
ワーク表面Ｈは光学的に粗い面（光学粗面）であり、ワークＷからの散乱光によって白黒の斑点模様であるスペックル像が形成される。
そして、ワークＷと変位検出装置１０とはワークＷの法線に直交する方向に相対変位可能であって、変位検出装置１０は、ワークＷの法線に直交する方向へのワークＷの変位量を検出する。
ワーク表面Ｈは光学的に粗い面（光学粗面）であり、ワークＷからの散乱光によって白黒の斑点模様であるスペックル像が形成される。
このような構成において、レーザ光源１４から発射された光Ｌ４０は、コリメートレンズ１５によって平行光とされてワークＷに照射される。すると、ワーク表面Ｈで反射される光のうち０次光Ｌ４１はレーザ光の入射方向とは反対側へ反射していく。その一方、ワークＷの光学粗面によりワークＷに垂直な方向に向けて散乱された散乱光Ｌ４２が拡大レンズ１７に入射し、アパーチャ１８を介してＣＣＤカメラ１６にて受光される（Ｌ４３）。すると、ＣＣＤカメラ１６によりスペックル像が撮像される。
ここで、ワークＷの基準位置において、図１２（Ａ）に示すようなスペックル像を撮像し、基準画像Ｆ１として画像処理部１９に記憶しておく。次に、ワークＷが微小変位したときの図１２（Ｂ）に示すようなスペックル像を撮像して、測定画像Ｆ２として画像処理部１９に出力する。ここで、基準画像Ｆ１および測定画像Ｆ２における領域Ｇ１，Ｇ２は、ワークＷにおける同一部分を表している。つまり、測定画像Ｆ２は、ワークＷの位置が基準画像Ｆ１における位置よりも左側に変位している状態を表している。そして、基準画像Ｆ１および測定画像Ｆ２を画像処理部１９において比較して、画像中においてマッチングするパターンの変位に基づいてワークＷの変位量を検出する。
具体的には、図１３に示すように、ワークＷの基準画像を取得する（ステップＳ９１）。このとき、図１４（Ａ）に示すように、あらかじめ設定された検出画像取得領域Ｄに含まれる基準画像を取得する。そして、検出画像取得領域Ｄの中央にあらかじめ設定された基準テンプレートＴ１内、つまりワークＷのワーク基準領域Ｊ１内の基準散乱光強度Ｉ1を記憶する。この基準テンプレートＴ１は、ｍ方向（横方向）の大きさが（Ｍ−ｌ）、ｎ方向（縦方向）の大きさが（Ｎ−ｋ）に設定されている。
さらに、例えば図１４（Ｂ）に示すように、ワーク基準領域Ｊ１が検出画像取得領域Ｄの左下隅部近傍に位置するようにワークＷが変位した後に、検出画像取得領域Ｄに含まれる測定画像を取得して測定処理を開始する（ステップＳ９２）。具体的には、図１５に示すように、検出画像取得領域Ｄ内に基準テンプレートＴ１と同形状の測定テンプレートＴ２を設定する。そして、この測定テンプレートＴ２を検出画像取得領域Ｄ内で移動させつつ、各位置における測定テンプレートＴ２内の測定散乱光強度Ｉ2を検出する。この後、以下の式（１）に基づいて、相関値Ｒａ（ｐ、ｑ）（以下、単に相関値Ｒａと適宜称す）を算出する（ステップＳ９３）。
つまり、各位置における測定テンプレートＴ２内の測定散乱光強度Ｉ2と、基準テンプレートＴ１内の基準散乱光強度Ｉ1と、の差分の絶対値を相関値Ｒａとして算出する。
このように算出される相関値Ｒａは、検出画像取得領域Ｄ内にワーク基準領域Ｊ１が存在する場合、このワーク基準領域Ｊ１と、測定テンプレートＴ２と、が一致した際に、理想的には０となる。一方、検出画像取得領域Ｄ内にワーク基準領域Ｊ１が存在しない場合、測定テンプレートＴ２がワーク基準領域Ｊ１と一致することがないので、相関値の最小ピークがなくなり、周囲の値に埋もれてしまう。このため、相関値Ｒａの最小値が、周囲の値に比べて十分小さくなった場合、そのときのｐおよびｑの値に基づいて変位量を求めることができ、最小値が周囲の値と差異がないような場合、変位量を求めることができないことを判断できる。
このように算出される相関値Ｒａは、検出画像取得領域Ｄ内にワーク基準領域Ｊ１が存在する場合、このワーク基準領域Ｊ１と、測定テンプレートＴ２と、が一致した際に、理想的には０となる。一方、検出画像取得領域Ｄ内にワーク基準領域Ｊ１が存在しない場合、測定テンプレートＴ２がワーク基準領域Ｊ１と一致することがないので、相関値の最小ピークがなくなり、周囲の値に埋もれてしまう。このため、相関値Ｒａの最小値が、周囲の値に比べて十分小さくなった場合、そのときのｐおよびｑの値に基づいて変位量を求めることができ、最小値が周囲の値と差異がないような場合、変位量を求めることができないことを判断できる。
そして、ステップＳ９３における相関値Ｒａの計算の後、結果を検討する（ステップＳ９４）。このステップＳ９４において、相関値Ｒａの最小値が、周囲の値に比べて十分小さくなっていた場合、ワークＷの変位量を求めることができるため測定可能（ＯＫ）と判断し、変位量を出力して処理を終了する。一方、ステップＳ９４において、相関値Ｒａの最小値が周囲の値とほとんど変わらないような場合、変位量を求めることができないため測定不可能（ＮＧ）と判断して、ステップＳ９１に戻る。
ところで、上述したような相関値Ｒａを求める構成では、光学系の収差や干渉条件の変化などにより、ワークＷの移動量が大きいほど、つまりワーク基準領域Ｊ１が検出画像取得領域Ｄの端部に近づくほど相関性が悪くなるので、相関値Ｒａの最小値も大きくなるおそれがある。具体的には、ワークＷが位置Ｃ１から位置Ｃ１まで移動して、図１６（Ａ）に示すように、移動量が０つまりワーク基準領域Ｊ１が検出画像取得領域Ｄの中央に位置する際に、基準散乱光強度Ｉ1および測定散乱光強度Ｉ2が等しい値になるため相関値Ｒａが０となる。また、ワークＷが位置Ｃ１から位置Ｃ２，Ｃ３までそれぞれ移動して、図１６（Ｂ），（Ｃ）に示すように、移動量が６０μｍ、１２０μｍと大きくなるほど、測定散乱光強度Ｉ2と基準散乱光強度Ｉ1の相関性が悪くなるため相関値Ｒａが大きくなるおそれがある。このため、ワーク基準領域Ｊ１に対応する相関値Ｒａが、他の領域に対応する相関値Ｒａと略等しくなってしまい、ワーク基準領域Ｊ１が検出画像取得領域Ｄ内に位置する場合であっても、ワークＷの変位量を検出できないと判断してしまうおそれがある。
なお、図１６（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）において、横軸の測定位置は、測定テンプレートＴ２の移動位置を表している。つまり、横軸の中央は、検出画像取得領域Ｄの中央を表している。
なお、図１６（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）において、横軸の測定位置は、測定テンプレートＴ２の移動位置を表している。つまり、横軸の中央は、検出画像取得領域Ｄの中央を表している。
また、図１７（Ａ）に示すように、ワークＷに略等しい形状の丸模様Ｙ１，Ｙ２が存在する場合、基準テンプレートＴ１内に丸模様Ｙ２が位置する際の基準散乱光強度Ｉ1と、図１７（Ｂ）に示すようにワークＷが移動されて測定テンプレートＴ２内に丸模様Ｙ１が存在する際の測定散乱光強度Ｉ2と、が等しくなったときに、移動前の丸模様Ｙ２の位置と、移動後の丸模様Ｙ１の位置と、に基づいてワークＷの変位量が検出されてしまうおそれがある。
さらに、図１８（Ａ）に示すように、ワークＷに略等しい形状の長方形模様Ｖｕ（ｕは自然数）が存在する場合、基準テンプレートＴ１内に長方形模様Ｖｕ，Ｖ（ｕ＋１），Ｖ（ｕ＋２）が位置する際の基準散乱光強度Ｉ1と、図１８（Ｂ）に示すようにワークＷが移動されて測定テンプレートＴ２内に長方形模様Ｖ（ｕ＋１６），Ｖ（ｕ＋１７），Ｖ（ｕ＋１８）が存在する際の測定散乱光強度Ｉ2と、が等しくなったときに、移動前の長方形模様Ｖｕ，Ｖ（ｕ＋１），Ｖ（ｕ＋２）の位置と、移動後の長方形模様Ｖ（ｕ＋１６），Ｖ（ｕ＋１７），Ｖ（ｕ＋１８）の位置と、に基づいてワークＷの変位量が検出されてしまうおそれがある。
これら図１７（Ａ），（Ｂ）、図１８（Ａ），（Ｂ）に示すような場合には、ワークＷの移動前後で変位量の測定基準が異なってしまい、変位量を正確に検出できないおそれがある。
さらに、図１８（Ａ）に示すように、ワークＷに略等しい形状の長方形模様Ｖｕ（ｕは自然数）が存在する場合、基準テンプレートＴ１内に長方形模様Ｖｕ，Ｖ（ｕ＋１），Ｖ（ｕ＋２）が位置する際の基準散乱光強度Ｉ1と、図１８（Ｂ）に示すようにワークＷが移動されて測定テンプレートＴ２内に長方形模様Ｖ（ｕ＋１６），Ｖ（ｕ＋１７），Ｖ（ｕ＋１８）が存在する際の測定散乱光強度Ｉ2と、が等しくなったときに、移動前の長方形模様Ｖｕ，Ｖ（ｕ＋１），Ｖ（ｕ＋２）の位置と、移動後の長方形模様Ｖ（ｕ＋１６），Ｖ（ｕ＋１７），Ｖ（ｕ＋１８）の位置と、に基づいてワークＷの変位量が検出されてしまうおそれがある。
これら図１７（Ａ），（Ｂ）、図１８（Ａ），（Ｂ）に示すような場合には、ワークＷの移動前後で変位量の測定基準が異なってしまい、変位量を正確に検出できないおそれがある。
上述したようなワークＷの変位量を適切に検出できないような現象は、実際に測定をしなくては把握できない。このため、一度、測定画像を撮像した後にチェックして、このような現象が生じていた場合に基準画像を再度取得したり、別の相関計算アルゴリズムに変更して再度測定を行ったりするなどの試行錯誤を行う必要があり、ワークＷの測定効率に悪影響を及ぼすおそれがあるという問題点が一例として挙げられる。
また、上述したような現象を防ぐためには、基準画像を取得する段階で、ユーザが基準画像を直接見て最適な基準画像を判断することなどが考えられる。しかしながら、測定可能か否かを基準画像から直感的に判断することは難しく、ＣＣＤカメラ１６からの画像をモニタ表示する必要があり、装置の構成の複雑化を招くおそれがあるという問題点も一例として挙げられる。
また、上述したような現象を防ぐためには、基準画像を取得する段階で、ユーザが基準画像を直接見て最適な基準画像を判断することなどが考えられる。しかしながら、測定可能か否かを基準画像から直感的に判断することは難しく、ＣＣＤカメラ１６からの画像をモニタ表示する必要があり、装置の構成の複雑化を招くおそれがあるという問題点も一例として挙げられる。
本発明の目的は、このような実情などに鑑みて、ワークの相対変位量の検出可能性を測定効率の低下を招くことなく適切にかつ簡単な構成で判定可能な変位量検出可能性判定装置、その方法、および、変位検出装置を提供することである。
本発明の変位量検出可能性判定装置は、光が照射されたワークの表面を撮像した変位前画像、および、前記表面の法線に略直交する方向への相対変位した前記ワークの表面を撮像した変位後画像に基づいて、前記ワークの相対変位量の検出可能性を判定する変位量検出可能性判定装置であって、前記変位前画像の一部分を基準領域画像として取得する基準領域画像取得手段と、この基準領域画像取得手段で取得した前記基準領域画像に基づいて、前記ワークにおける基準領域画像に対応するワーク基準領域の前記光の状態を基準光状態として検出する基準光状態検出手段と、前記変位前画像から前記基準領域画像を含む部分を判定用領域画像として取得する判定用領域画像取得手段と、この判定用領域画像取得手段で取得した前記判定用領域画像に基づいて、前記ワークにおける前記判定用領域画像に対応するワーク判定用領域の前記光の状態を判定用光状態として検出する判定用光状態検出手段と、前記基準光状態検出手段で検出した前記基準光状態、および、前記判定用光状態検出手段で検出した前記判定用光状態に基づいて、前記ワーク基準領域、および、前記ワーク判定用領域のうち前記ワーク基準領域以外のワーク基準以外領域の表面状態の差異を認識する差異認識手段と、この差異認識手段で認識した前記表面状態の差異が所定の状態以上であると判断すると、前記相対変位量を検出可能であると判定する可能性判定手段と、を具備したことを特徴とする。
この発明によれば、ワークの相対変位前の変位前画像の一部分を基準領域画像として取得し、ワーク基準領域の光の状態を基準光状態として検出する。また、変位前画像から基準領域画像を含む部分を判定用領域画像として取得し、ワーク判定用領域の光の状態を判定用光状態として検出する。そして、これら基準光状態および判定用光状態に基づいて、ワーク基準領域、および、ワーク判定用領域のうちワーク基準領域以外のワーク基準以外領域の表面状態の差異を認識し、この差異が所定の状態以上であると判断すると、相対変位量を検出可能であると判定する。つまり、ワークの相対変位後の変位後画像を取得することなく、ワーク基準領域およびワーク基準以外領域の表面状態の差異が所定の状態以上の場合にのみ、相対変位量を検出可能と判定する。ここで、基準領域画像に対応する位置に位置した際に相対変位量を検出可能と判定されるワークの部分を可能判定領域と、この可能判定領域以外の部分を可能判定以外領域と適宜称して説明する。
このため、相対変位量を検出可能であると判定された場合、可能判定領域がワークの変位によりずれて、光学系の収差や干渉条件により、この可能判定領域の光の状態の相関性が悪くなったとしても、可能判定以外領域の光の状態との差を所定の状態以上にすることが可能となる。したがって、従来の構成のように、可能判定領域の光の状態の検出状態が、可能判定以外領域と略等しくなることがなく、ワークの変位量を適切に検出させることが可能となる。
また、例えば図１７（Ａ）に示すように、ワークＷに可能判定領域である略等しい形状の複数の丸模様Ｙ１，Ｙ２が存在する場合には、変位後画像を取得することなく、つまり測定を実施することなく、相対変位量を検出不可能と判定することが可能となる。したがって、測定後の試行錯誤を実施する必要がなくなり、ワークの測定効率の低下が抑制される。
さらに、変位前画像をモニタ表示させて、ユーザに直接見て判断させる必要がなくなり、構成の複雑化を招くことがない。
よって、ワークの相対変位量の検出可能性を測定効率の低下を招くことなく適切にかつ簡単な構成で判定できる。
このため、相対変位量を検出可能であると判定された場合、可能判定領域がワークの変位によりずれて、光学系の収差や干渉条件により、この可能判定領域の光の状態の相関性が悪くなったとしても、可能判定以外領域の光の状態との差を所定の状態以上にすることが可能となる。したがって、従来の構成のように、可能判定領域の光の状態の検出状態が、可能判定以外領域と略等しくなることがなく、ワークの変位量を適切に検出させることが可能となる。
また、例えば図１７（Ａ）に示すように、ワークＷに可能判定領域である略等しい形状の複数の丸模様Ｙ１，Ｙ２が存在する場合には、変位後画像を取得することなく、つまり測定を実施することなく、相対変位量を検出不可能と判定することが可能となる。したがって、測定後の試行錯誤を実施する必要がなくなり、ワークの測定効率の低下が抑制される。
さらに、変位前画像をモニタ表示させて、ユーザに直接見て判断させる必要がなくなり、構成の複雑化を招くことがない。
よって、ワークの相対変位量の検出可能性を測定効率の低下を招くことなく適切にかつ簡単な構成で判定できる。
本発明の変位量検出可能性判定装置では、前記ワークの相対変位量は、前記変位前画像および前記変位後画像におけるあらかじめ設定された検出画像取得領域に含まれる変位前検出画像および変位後検出画像に基づいて検出され、前記基準領域画像取得手段は、前記変位前画像における前記変位前検出画像に含まれる部分を前記基準領域画像として取得し、前記判定用領域画像取得手段は、前記変位前画像における、前記ワーク基準領域が前記検出画像取得領域の周縁に沿った位置に位置する状態に前記ワークが相対変位したと仮定した際に前記変位後検出画像として設定される部分と、前記変位前検出画像と、を含む部分を前記判定用領域画像として取得することが好ましい。
この発明によれば、ワークの相対変位量を、変位前画像および変位後画像における検出画像取得領域に含まれる変位前検出画像および変位後検出画像に基づいて検出される構成としている。また、変位前画像における変位前検出画像に含まれる部分を、基準領域画像として取得する。そして、変位前画像から、ワーク基準領域が検出画像取得領域の周縁に沿った位置に位置する状態（以下、測定範囲限界と称す）までワークが相対変位したと仮定した際に、変位後検出画像として設定される部分と、変位前検出画像と、を含む部分を判定用領域画像として取得する。
このため、判定用領域画像として、ワークが測定範囲限界まで変位したと仮定した際に変位後検出画像として設定される部分を含めることにより、変位後画像を取得することなく、ワークが測定範囲限界まで変位した際の相対変位量の検出可能性を適切に判定できる。
このため、判定用領域画像として、ワークが測定範囲限界まで変位したと仮定した際に変位後検出画像として設定される部分を含めることにより、変位後画像を取得することなく、ワークが測定範囲限界まで変位した際の相対変位量の検出可能性を適切に判定できる。
本発明の変位量検出可能性判定装置では、前記検出画像取得領域は、前記変位前検出画像および前記変位後検出画像が前記変位前画像および前記変位後画像の略中央部分に位置する状態に設定され、前記基準領域画像取得手段は、前記変位前検出画像の略中央部分を前記基準領域画像として取得することが好ましい。
この発明によれば、検出画像取得領域を、変位前検出画像および変位後検出画像が変位前画像および変位後画像の略中央部分に位置する状態に設定している。そして、変位前検出画像の略中央部分、つまり検出画像取得領域の略中央部分を基準領域画像として取得する。
ここで、基準領域画像として、検出画像取得領域の周縁に沿った部分を取得する場合、相対変位量を検出可能と判断したとしても、可能判定領域がこの部分よりも外側に変位すると、相対変位量を検出不可能な状態となってしまう。一方、基準領域画像として、検出画像取得領域の略中央部分を取得する場合、相対変位量を検出可能と判断した際に、可能判定領域がこの部分よりも外側に変位したとしても、周縁に沿った部分を取得する構成と比べて、可能判定領域が検出画像取得領域内に存在する可能性を高めることができ、検出可能な状態を維持することができる。したがって、相対変位量の検出可能性をさらに適切に判定できる。
ここで、基準領域画像として、検出画像取得領域の周縁に沿った部分を取得する場合、相対変位量を検出可能と判断したとしても、可能判定領域がこの部分よりも外側に変位すると、相対変位量を検出不可能な状態となってしまう。一方、基準領域画像として、検出画像取得領域の略中央部分を取得する場合、相対変位量を検出可能と判断した際に、可能判定領域がこの部分よりも外側に変位したとしても、周縁に沿った部分を取得する構成と比べて、可能判定領域が検出画像取得領域内に存在する可能性を高めることができ、検出可能な状態を維持することができる。したがって、相対変位量の検出可能性をさらに適切に判定できる。
本発明の変位量検出可能性判定装置では、前記判定用領域画像取得手段は、前記判定用領域画像から互いに異なる複数の判定用部分画像を取得し、前記判定用光状態検出手段は、前記判定用光状態を検出する処理として、前記複数の判定用部分画像に基づいて、前記ワークにおける前記判定用部分画像に対応するワーク判定用部分領域のそれぞれの前記光の状態を複数の判定用部分光状態として検出する処理を実施し、前記差異認識手段は、前記複数の判定用部分光状態ごとに前記基準光状態との比較処理を実施して、前記表面状態の差異を認識することが好ましい。
この発明によれば、判定用領域画像から複数の判定用部分画像を取得して、これらに対応するワーク判定用部分領域のそれぞれの判定用部分光状態を検出する。そして、複数の判定用部分光状態ごとに基準光状態との比較処理を実施して、表面状態の差異を認識する。
このため、ワーク判定用領域に含まれる複数のワーク判定用部分領域のそれぞれと、ワーク基準領域と、の光の状態を順次比較することにより、ワーク基準以外領域に含まれる各部分ごとのワーク基準領域との表面状態の差異を把握しつつ、相対変位量の検出可能性を判定できる。
このため、ワーク判定用領域に含まれる複数のワーク判定用部分領域のそれぞれと、ワーク基準領域と、の光の状態を順次比較することにより、ワーク基準以外領域に含まれる各部分ごとのワーク基準領域との表面状態の差異を把握しつつ、相対変位量の検出可能性を判定できる。
本発明の変位量検出可能性判定装置では、前記ワークの相対変位量は、前記変位前画像および前記変位後画像におけるあらかじめ設定された検出画像取得領域に含まれる変位前検出画像および変位後検出画像に基づいて検出され、前記基準領域画像取得手段は、前記変位前画像における前記変位前検出画像に対応する部分から互いに異なる複数の前記基準領域画像を取得し、前記基準光状態検出手段は、前記複数の基準領域画像のそれぞれに対応する前記ワーク基準領域の複数の前記基準光状態を検出し、前記判定用領域画像取得手段は、前記判定用領域画像から互いに異なる複数の判定用部分画像を取得し、前記判定用光状態検出手段は、前記判定用光状態を検出する処理として、前記ワークにおける前記判定用部分画像に対応するワーク判定用部分領域のそれぞれの前記光の状態を複数の判定用部分光状態として検出する処理を実施し、前記差異認識手段は、前記複数の判定用部分光状態ごとに前記複数の基準光状態のそれぞれとの比較処理を実施して、前記表面状態の差異を認識することが好ましい。
この発明によれば、ワークの相対変位量を、変位前画像および変位後画像における検出画像取得領域に含まれる変位前検出画像および変位後検出画像に基づいて検出される構成としている。また、変位前画像の変位前検出画像に対応する部分から複数の基準領域画像を取得して、これらに対応するワーク基準領域のそれぞれの基準光状態を検出する。さらに、判定用領域画像から複数の判定用部分画像を取得して、これらに対応するワーク判定用部分領域のそれぞれの判定用部光状態を検出する。そして、複数の判定用部分光状態ごとに複数の基準光状態のそれぞれとの比較処理を実施して、表面状態の差異を認識する。
ここで、複数の判定用部分光状態ごとに、１つの基準光状態との比較処理を実施する場合、可能判定領域がワーク基準領域に含まれない状態では、相対変位量を検出不可能であると判定されてしまう。一方、複数の判定用部分光状態ごとに複数の基準光状態のそれぞれとの比較処理を実施する場合、可能判定領域が変位前検出画像に対応する位置に位置する限り、相対変位量を検出可能であると判定することが可能となる。したがって、複数の判定用部分光状態ごとに、１つの基準光状態との比較処理を実施する構成と比べて、相対変位量の検出可能性をさらに適切に判定できる。
ここで、複数の判定用部分光状態ごとに、１つの基準光状態との比較処理を実施する場合、可能判定領域がワーク基準領域に含まれない状態では、相対変位量を検出不可能であると判定されてしまう。一方、複数の判定用部分光状態ごとに複数の基準光状態のそれぞれとの比較処理を実施する場合、可能判定領域が変位前検出画像に対応する位置に位置する限り、相対変位量を検出可能であると判定することが可能となる。したがって、複数の判定用部分光状態ごとに、１つの基準光状態との比較処理を実施する構成と比べて、相対変位量の検出可能性をさらに適切に判定できる。
本発明の変位量検出可能性判定装置では、前記基準光状態検出手段は、前記基準光状態を検出する処理として、前記ワーク基準領域に前記光が照射された際の散乱光の強度を基準散乱光強度として検出する処理を実施し、前記判定用光状態検出手段は、前記判定用部分光状態を検出する処理として、前記ワーク判定用部分領域に前記光が照射された際の散乱光の強度を判定用部分散乱光強度として検出する処理を実施し、前記差異認識手段は、前記比較処理として、前記基準散乱光強度および前記判定用部分散乱光強度の差分の算出処理を実施することが好ましい。
この発明によれば、基準光状態、判定用部分光状態を検出する処理として、ワーク基準領域、ワーク判定用部分領域に光を照射した際の散乱光の強度を、基準散乱光強度、判定用部分散乱光強度としてそれぞれ検出する処理を実施する。そして、上述した比較処理として、基準散乱光強度および判定用部分散乱光強度の差分の算出処理を実施する。
このため、光の状態として、容易に数値化可能な散乱光の強度を検出するので、光の状態の検出処理が容易になる。また、差分の算出処理の代わりに、比の算出処理を実施する構成と比べて、比較処理が容易になる。
このため、光の状態として、容易に数値化可能な散乱光の強度を検出するので、光の状態の検出処理が容易になる。また、差分の算出処理の代わりに、比の算出処理を実施する構成と比べて、比較処理が容易になる。
本発明の変位量検出可能性判定装置では、前記可能性判定手段は、前記差異認識手段で算出した差分の絶対値の最小値および２番目に小さい値の差分が所定値以上であると判断すると、前記表面状態の差異が所定の状態以上であると判断することが好ましい。
この発明によれば、差分の絶対値の最小値および２番目に小さい値の差分が所定値以上であると判断すると、表面状態の差異が所定の状態以上であると判断する。
このため、差分の絶対値の最小値および２番目に小さい値を特定して、差分を算出するだけの簡単な処理で表面状態の差異を判断できる。
このため、差分の絶対値の最小値および２番目に小さい値を特定して、差分を算出するだけの簡単な処理で表面状態の差異を判断できる。
本発明の変位量検出可能性判定装置では、前記可能性判定手段は、前記差異認識手段で算出した差分の絶対値の最小値およびこの最小値を除いた平均値の差分を、前記最小値を除いた標準偏差で除した値が所定値以上であると判断すると、前記表面状態の差異が所定の状態以上であると判断することが好ましい。
この発明によれば、差分の絶対値の最小値およびこの最小値を除いた平均値の差分を、最小値を除いた標準偏差で除した値が所定値以上であると判断すると、表面状態の差異が所定の状態以上であると判断する。
このため、絶対値の最小値以外のばらつきを考慮に入れて表面状態の差異を判断するので、より適切に相対変位量の検出可能性を判定できる。
このため、絶対値の最小値以外のばらつきを考慮に入れて表面状態の差異を判断するので、より適切に相対変位量の検出可能性を判定できる。
本発明の変位量検出可能性判定装置では、前記判定用領域画像取得手段は、前記基準領域画像と等しい大きさの前記判定用部分画像を取得することが好ましい。
この発明によれば、基準領域画像と等しい大きさの判定用部分画像を取得する。
このため、基準領域画像と等しい大きさの判定用部分画像を取得することにより、基準領域画像および判定用部分画像が一致した際に、判定用部分散乱光強度および基準散乱光強度の比を算出する場合には、その比を１に、差分を算出する場合には、その差分を０にそれぞれすることが可能となる。したがって、散乱光の強度に基づいて、表面状態の差異の判断を容易にできる。
このため、基準領域画像と等しい大きさの判定用部分画像を取得することにより、基準領域画像および判定用部分画像が一致した際に、判定用部分散乱光強度および基準散乱光強度の比を算出する場合には、その比を１に、差分を算出する場合には、その差分を０にそれぞれすることが可能となる。したがって、散乱光の強度に基づいて、表面状態の差異の判断を容易にできる。
本発明の変位量検出可能性判定装置では、前記可能性判定手段での判定結果に関する判定結果情報を報知手段で報知させる報知制御手段を具備したことが好ましい。
この発明によれば、相対変位量の検出可能性の判定結果に関する判定結果情報を、報知手段で報知させる制御をする。
このため、ワークの位置が相対変位量の検出に適しているか否かをユーザに認識させることが可能となり、適宜適切な位置に微調整する作業を実施させることができる。
このため、ワークの位置が相対変位量の検出に適しているか否かをユーザに認識させることが可能となり、適宜適切な位置に微調整する作業を実施させることができる。
本発明の変位量検出可能性判定装置では、前記ワークに照射される光は、レーザ光であり、前記変位前画像および前記変位後画像は、前記ワークの表面に前記レーザ光が照射された際の散乱光により生成されるスペックルの画像であることが好ましい。
この発明によれば、ワークにレーザ光を照射する構成としている。そして、変位前画像および変位後画像を、ワークにレーザ光が照射された際の散乱光により生成されるスペックルの画像を適用している。
このため、スペックルの画像を利用することにより、ワーク基準領域およびワーク基準以外領域の表面状態の差異をより精密に認識できる。
このため、スペックルの画像を利用することにより、ワーク基準領域およびワーク基準以外領域の表面状態の差異をより精密に認識できる。
本発明の変位検出装置は、ワークが載置される載置部と、この載置部に載置された前記ワークの表面に光を照射する照明光学系と、前記ワークの表面を撮像する撮像手段と、前記照明光学系からの光が照射された前記ワークの表面を撮像した変位前画像、および、前記表面の法線に略直交する方向への相対変位した前記ワークの表面を撮像した変位後画像に基づいて、前記ワークの相対変位量の検出可能性を判定する請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の変位量検出可能性判定装置と、この変位量検出可能性判定装置の前記可能性判定手段で前記相対変位量を検出可能であると判定されると、前記撮像手段にて撮像された前記変位後画像を取得する変位後画像取得手段と、この変位後画像取得手段で取得した前記変位後画像に基づいて、前記ワークにおける前記変位後画像に対応する領域の前記光の状態を測定光状態として検出する測定光状態検出手段と、前記基準光状態検出手段で検出した前記基準光状態、および、前記測定光状態検出手段で検出した前記測定光状態に基づいて、前記ワークの相対変位量を検出する変位検出手段と、を具備したことを特徴とする。
この発明によれば、上述した変位量検出可能性判定装置でワークの相対変位量を検出可能であるか否かを判定する。さらに、検出可能であると判定すると、ワークの相対変位後の変位後画像を取得して、ワークにおける変位後画像に対応する領域の光の状態を測定光状態として検出する。そして、基準光状態および測定光状態に基づいて、ワークの相対変位量を検出する。
このため、ワークの相対変位量の検出可能性を測定効率の低下を招くことなく適切にかつ簡単な構成で判定しつつ、相対変位量を検出できる変位検出装置を提供可能となる。
このため、ワークの相対変位量の検出可能性を測定効率の低下を招くことなく適切にかつ簡単な構成で判定しつつ、相対変位量を検出できる変位検出装置を提供可能となる。
本発明の変位検出装置では、前記基準領域画像取得手段は、前記可能性判定手段で前記相対変位量を検出不可能と判定された場合、直前に取得した前記基準領域画像よりも大きい基準領域画像を新たに取得し、前記基準光状態検出手段は、前記新たに取得された基準領域画像に基づいて前記基準光状態を新たに検出し、前記変位検出手段は、前記基準光状態検出手段で新たに検出された前記基準光状態、および、前記測定光状態に基づいて、前記ワークの相対変位量を検出することが好ましい。
この発明によれば、相対変位量を検出不可能であると判定すると、つまり基準領域画像に可能判定領域が含まれていないと判定すると、直前に取得した基準領域画像よりも大きい基準領域画像における基準光状態を新たに検出する。そして、この新たに検出した基準光状態に基づいて、ワークの相対変位量を検出する。
このため、相対変位量を検出不可能であると判定した際に、可能判定領域を含まない基準領域画像よりも大きい基準領域画像を新たに取得するので、この新たな基準領域画像に可能判定領域を含めることが可能となる。したがって、ユーザにワークを移動させる作業を実施させることなく、相対変位量の検出可能性を高めることができる。
このため、相対変位量を検出不可能であると判定した際に、可能判定領域を含まない基準領域画像よりも大きい基準領域画像を新たに取得するので、この新たな基準領域画像に可能判定領域を含めることが可能となる。したがって、ユーザにワークを移動させる作業を実施させることなく、相対変位量の検出可能性を高めることができる。
本発明の変位量検出可能性判定方法は、演算手段により、光が照射されたワークの表面を撮像した変位前画像、および、前記表面の法線に略直交する方向への相対変位した前記ワークの表面を撮像した変位後画像に基づいて、前記ワークの相対変位量の検出可能性を判定する変位量検出可能性判定方法であって、前記演算手段は、前記変位前画像の一部分を基準領域画像として取得し、この取得した前記基準領域画像に基づいて、前記ワークにおける基準領域画像に対応するワーク基準領域の前記光の状態を基準光状態として検出し、前記変位前画像から前記基準領域画像を含む部分を判定用領域画像として取得し、この取得した前記判定用領域画像に基づいて、前記ワークにおける前記判定用領域画像に対応するワーク判定用領域の前記光の状態を判定用光状態として検出し、前記検出した前記基準光状態、および、前記検出した前記判定用光状態に基づいて、前記ワーク基準領域、および、前記ワーク判定用領域のうち前記ワーク基準領域以外のワーク基準以外領域の表面状態の差異を認識し、この認識した前記表面状態の差異が所定の状態以上であると判断すると、前記相対変位量を検出可能であると判定することを特徴とする。
この発明によれば、演算手段により、上述したような変位量検出可能性判定装置と同様の処理を実施する。
このため、演算手段、すなわちＣＰＵ（Central Processing Unit）やマイクロコンピュータなどの素子、あるいは複数の電子部品が搭載された回路基板などを取り付けるだけの簡単な構成で、ワークの相対変位量の検出可能性を測定効率の低下を招くことなく適切にかつ簡単な構成で判定可能となり、利用拡大を容易に図れる。
このため、演算手段、すなわちＣＰＵ（Central Processing Unit）やマイクロコンピュータなどの素子、あるいは複数の電子部品が搭載された回路基板などを取り付けるだけの簡単な構成で、ワークの相対変位量の検出可能性を測定効率の低下を招くことなく適切にかつ簡単な構成で判定可能となり、利用拡大を容易に図れる。
［第１実施形態］
以下に、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
以下に、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
〔変位検出装置の構成〕
まず、本発明の第１実施形態に係る変位検出装置の構成について説明する。なお、上述した従来の変位検出装置と同一の構成については、同一符号を付し説明を省略する。
図１は、本発明の第１実施形態および後述する第２実施形態に係る変位検出装置の概略構成を示す模式図である。図２は、画像処理部の概略構成を示すブロック図である。図３は、判定用領域の設定状態を表す模式図であり、（Ａ）は判定用領域設定後の状態を表し、（Ｂ）は判定用領域設定のために利用する仮定取得領域を設定した状態を表す。図４は、判定用部分散乱光強度の検出状態を表す模式図である。図５は、測定位置と相関値との関係を表すグラフであり、（Ａ）はワーク基準領域およびワーク基準以外領域の表面状態の差異が比較的小さい場合の関係を表し、（Ｂ）はワーク基準領域およびワーク基準以外領域の表面状態の差異が比較的大きい場合の関係を表す。図６は、基準画像を利用した変位量検出可能性の判定方法を説明するための模式図である。
まず、本発明の第１実施形態に係る変位検出装置の構成について説明する。なお、上述した従来の変位検出装置と同一の構成については、同一符号を付し説明を省略する。
図１は、本発明の第１実施形態および後述する第２実施形態に係る変位検出装置の概略構成を示す模式図である。図２は、画像処理部の概略構成を示すブロック図である。図３は、判定用領域の設定状態を表す模式図であり、（Ａ）は判定用領域設定後の状態を表し、（Ｂ）は判定用領域設定のために利用する仮定取得領域を設定した状態を表す。図４は、判定用部分散乱光強度の検出状態を表す模式図である。図５は、測定位置と相関値との関係を表すグラフであり、（Ａ）はワーク基準領域およびワーク基準以外領域の表面状態の差異が比較的小さい場合の関係を表し、（Ｂ）はワーク基準領域およびワーク基準以外領域の表面状態の差異が比較的大きい場合の関係を表す。図６は、基準画像を利用した変位量検出可能性の判定方法を説明するための模式図である。
変位検出装置１００は、図１に示すように、内部に収納空間１２を有する筐体部１１と、レーザ光源１４およびコリメートレンズ１５を有し光としてレーザ光を照射する照明光学系１３と、撮像手段としてのＣＣＤカメラ１６と、拡大レンズ１７と、アパーチャ１８と、ワークＷが載置される載置部１２０と、各種情報を表示させる報知手段としての表示手段１４０と、変位量検出可能性判定装置および演算手段としての画像処理部１６０と、などを備えている。
載置部１２０は、例えば筐体部１１の外部に配置されている。
表示手段１４０は、画像処理部１６０に接続されている。この表示手段１４０は、画像処理部１６０の制御により、各種情報を適宜画面表示させる。この画面表示させる情報としては、ワークＷのスペックル像、ワークＷの表面性状の画像や数値データ、ワークＷの変位量検出可能性の判定結果に関する判定結果情報などが例示できる。
表示手段１４０は、画像処理部１６０に接続されている。この表示手段１４０は、画像処理部１６０の制御により、各種情報を適宜画面表示させる。この画面表示させる情報としては、ワークＷのスペックル像、ワークＷの表面性状の画像や数値データ、ワークＷの変位量検出可能性の判定結果に関する判定結果情報などが例示できる。
画像処理部１６０は、各種プログラムとして、図２に示すように、変位後画像取得手段としての撮像画像取得手段１６１と、検出画像取得手段１６２と、基準領域画像取得手段としても機能する基準光状態検出手段としての基準散乱光強度検出手段１６３と、判定用領域画像取得手段としても機能する判定用光状態検出手段としての判定用散乱光強度検出手段１６４と、差異認識手段としての相関値算出手段１６５と、可能性判定手段１６６と、報知制御手段としての表示制御手段１６７と、測定光状態検出手段としての測定散乱光強度検出手段１６８と、変位検出手段１６９と、などを備えている。
撮像画像取得手段１６１は、ＣＣＤカメラ１６にて撮像され、図３（Ａ）に示すような長方形の撮像領域１６Ａに含まれるスペックル像を、変位前画像としての基準撮像画像や、変位後画像としての測定撮像画像として取得する。ここで、撮像領域１６Ａは、後述する判定用領域Ｅ１（図３（Ａ）参照）が収められるように、縦横のピクセル数がそれぞれ４９６個以上に設定されている。
検出画像取得手段１６２は、撮像画像取得手段１６１で取得した基準撮像画像から、図３（Ａ）に示すような正方形の検出画像取得領域Ｄに含まれる変位前検出画像としての基準画像を取得する。ここで、検出画像取得領域Ｄは、撮像領域１６Ａの中央に設定されている。また、この検出画像取得領域Ｄは、縦横のピクセル数がそれぞれ２５６個に設定されている。また、検出画像取得手段１６２は、撮像画像取得手段１６１で取得した測定撮像画像から、検出画像取得領域Ｄに含まれる変位後検出画像としての測定画像を取得する。
基準散乱光強度検出手段１６３は、検出画像取得手段１６２で取得した基準画像から、図３（Ａ）に示すような正方形の基準テンプレートＴ１に含まれる基準領域画像を取得する。ここで、基準テンプレートＴ１は、検出画像取得領域Ｄの中央に設定されている。すなわち、基準テンプレートＴ１は、基準画像の中央部分を基準領域画像として取得可能な構成を有している。また、基準テンプレートＴ１は、縦横のピクセル数がそれぞれ１６個に設定されている。
そして、基準散乱光強度検出手段１６３は、ワークＷにおける基準領域画像として撮像されたワーク基準領域Ｊ１の基準光状態としての基準散乱光強度Ｉ1を検出する。
そして、基準散乱光強度検出手段１６３は、ワークＷにおける基準領域画像として撮像されたワーク基準領域Ｊ１の基準光状態としての基準散乱光強度Ｉ1を検出する。
判定用散乱光強度検出手段１６４は、検出画像取得領域Ｄに対して、図３（Ａ）に示すような正方形の判定用領域Ｅ１を設定する。具体的には、判定用散乱光強度検出手段１６４は、ワーク基準領域Ｊ１が検出画像取得領域Ｄの右上隅部に位置する位置（以下、右上の測定範囲限界と称す）までワークＷが変位したと仮定した際に、例えば図３（Ｂ）に示すように、この仮定における検出画像取得領域Ｄの位置を仮定取得領域Ｄｋ１として認識する。また、左下の測定範囲限界までワークＷが変位したと仮定した際に、例えば図３（Ｂ）に示すように、この仮定における検出画像取得領域Ｄの位置を仮定取得領域Ｄｋ２として認識する。さらに、ここでは図示しないが、右下、左上の測定範囲限界まで変位したと仮定した際の仮定取得領域を認識し、これらの仮定取得領域の外縁で囲まれる領域を判定用領域Ｅ１として設定する。
ここで、上述したように、仮定取得領域Ｄｋ１，Ｄｋ２、基準テンプレートＴ１の縦方向のピクセル数は、それぞれ２５６個、２５６個、１６個に設定されている。このため、判定用領域Ｅ１の縦方向のピクセル数は、４９６（＝２５６＋２５６−１６）個となる。また、判定用領域Ｅ１の横方向のピクセル数も４９６個となる。したがって、縦横のピクセル数がそれぞれ４９６個以上に設定された撮像領域１６Ａは、判定用領域Ｅ１を収めることができる。
なお、以下において、ワークＷにおける判定用領域Ｅ１に含まれかつワーク基準領域Ｊ１以外の領域を、ワーク基準以外領域Ｊ２と適宜称して説明する。また、ワークＷにおける判定用領域Ｅ１に含まれる部分は、本発明のワーク判定用領域を構成している。
なお、以下において、ワークＷにおける判定用領域Ｅ１に含まれかつワーク基準領域Ｊ１以外の領域を、ワーク基準以外領域Ｊ２と適宜称して説明する。また、ワークＷにおける判定用領域Ｅ１に含まれる部分は、本発明のワーク判定用領域を構成している。
また、判定用散乱光強度検出手段１６４は、判定用領域Ｅ１内に、図４に示すような、基準テンプレートＴ１と同一の正方形を有する判定用テンプレートＴ３を設定する。そして、この判定用テンプレートＴ３を判定用領域Ｅ１内で移動させつつ、基準画像から判定用テンプレートＴ３に含まれる判定用部分画像を取得して、ワークＷにおける判定用部分画像として撮像されたワーク判定用部分領域Ｊ３の判定用部分光状態としての判定用部分散乱光強度Ｉ3を検出する。ここで、基準撮像画像のうち、判定用領域Ｅ１に含まれる部分は、本発明の判定用領域画像を構成している。つまり、判定用散乱光強度検出手段１６４は、判定用領域画像から異なる複数の判定用部分画像を取得して、これらの判定用部分散乱光強度Ｉ3を検出する。また、複数の判定用部分散乱光強度Ｉ3は、本発明の判定用光状態を構成している。
相関値算出手段１６５は、基準散乱光強度検出手段１６３で検出された基準散乱光強度Ｉ1と、判定用散乱光強度検出手段１６４で検出された判定用部分散乱光強度Ｉ3と、を取得する。そして、以下の式（２）に基づいて、相関値Ｒｂ（ｐ、ｑ）（以下、単に相関値Ｒｂと称す）を算出する。
つまり、相関値算出手段１６５は、複数の判定用部分散乱光強度Ｉ3ごとの基準散乱光強度Ｉ1との差分の絶対値を相関値Ｒｂとして算出する。
可能性判定手段１６６は、相関値算出手段１６５で算出した相関値Ｒｂに基づいて、ワークＷの変位量の検出可能性を判定する。具体的には、可能性判定手段１６６は、図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、相関値Ｒｂをグラフ化する。なお、図５（Ａ），（Ｂ）において、横軸の測定位置は、判定用テンプレートＴ３の移動位置を表している。つまり、横軸の中央は、検出画像取得領域Ｄの中央すなわち基準テンプレートＴ１と一致する位置を表している。
ここで、相関値Ｒｂは、判定用テンプレートＴ３が基準テンプレートＴ１と一致した場合に０（以下、ピークと称す）となり、一致しない場合に０以外の値となる。さらに、相関値Ｒｂは、ワークＷのワーク基準領域Ｊ１と、ワーク基準以外領域Ｊ２と、の表面状態の差異が大きいほど大きくなる。つまり、相関値Ｒｂは、ワーク基準領域Ｊ１およびワーク基準以外領域Ｊ２の表面状態の差異が比較的小さい場合に、図５（Ａ）に示すような関係になり、差異が比較的大きい場合に、図５（Ｂ）に示すような関係になる。
そして、可能性判定手段１６６は、図６に示すように、相関値Ｒｂのピークと、２番目に小さい値と、の差分Ａを算出し、この差分Ａが所定値以上であると判断すると、基準画像を利用して変位量を検出可能であると判定する。一方、所定値未満であると判断すると、検出不可能であると判定する。つまり、ワーク基準領域Ｊ１およびワーク基準以外領域Ｊ２の表面状態の差異が所定値以上の場合に、基準画像を利用して変位量を検出可能であると判定する。
なお、ワーク基準領域Ｊ１およびワーク基準以外領域Ｊ２の表面状態の差異が所定値以上となる状態としては、ワーク基準領域Ｊ１に突起や溝が形成されている状態が例示できる。また、この突起や溝は、ワークＷの仕様にあらかじめ含まれているものであってもよいし、異物に衝突した際に形成された傷などであってもよい。
ここで、相関値Ｒｂは、判定用テンプレートＴ３が基準テンプレートＴ１と一致した場合に０（以下、ピークと称す）となり、一致しない場合に０以外の値となる。さらに、相関値Ｒｂは、ワークＷのワーク基準領域Ｊ１と、ワーク基準以外領域Ｊ２と、の表面状態の差異が大きいほど大きくなる。つまり、相関値Ｒｂは、ワーク基準領域Ｊ１およびワーク基準以外領域Ｊ２の表面状態の差異が比較的小さい場合に、図５（Ａ）に示すような関係になり、差異が比較的大きい場合に、図５（Ｂ）に示すような関係になる。
そして、可能性判定手段１６６は、図６に示すように、相関値Ｒｂのピークと、２番目に小さい値と、の差分Ａを算出し、この差分Ａが所定値以上であると判断すると、基準画像を利用して変位量を検出可能であると判定する。一方、所定値未満であると判断すると、検出不可能であると判定する。つまり、ワーク基準領域Ｊ１およびワーク基準以外領域Ｊ２の表面状態の差異が所定値以上の場合に、基準画像を利用して変位量を検出可能であると判定する。
なお、ワーク基準領域Ｊ１およびワーク基準以外領域Ｊ２の表面状態の差異が所定値以上となる状態としては、ワーク基準領域Ｊ１に突起や溝が形成されている状態が例示できる。また、この突起や溝は、ワークＷの仕様にあらかじめ含まれているものであってもよいし、異物に衝突した際に形成された傷などであってもよい。
表示制御手段１６７は、可能性判定手段１６６での判定結果に関する判定結果情報、例えば基準画像を利用して変位量を検出可能である旨、変位量を検出不可能なためワークＷの移動を促す旨を表示手段１４０で表示させる制御をする。また、表示制御手段１６７は、基準撮像画像、測定撮像画像、変位検出手段１６９で検出した変位量などを適宜表示させる。
測定散乱光強度検出手段１６８は、可能性判定手段１６６で変位量を検出可能であると判定されたことを認識すると、従来の構成と同様に、検出画像取得手段１６２で取得された測定画像に対して、図１５に示すような測定テンプレートＴ２を設定する。そして、この測定テンプレートＴ２を検出画像取得領域Ｄ内で移動させつつ、測定光状態としての測定散乱光強度Ｉ2を検出する。
変位検出手段１６９は、変位量を検出可能であると判定されたときの基準散乱光強度Ｉ1と、測定散乱光強度検出手段１６８で検出された測定散乱光強度Ｉ2と、を取得する。そして、従来の構成と同様に、上述した式（１）に基づいて、相関値Ｒａを算出し、この相関値Ｒａに基づいて、変位量を求める。
〔変位検出装置の動作〕
次に、変位検出装置１００の動作について説明する。
図７は、変位量検出処理を示すフローチャートである。
次に、変位検出装置１００の動作について説明する。
図７は、変位量検出処理を示すフローチャートである。
まず、ユーザは、載置部１２０にワークＷを載置して、処理を開始する旨の設定入力を実施する。
この後、変位検出装置１００は、基準画像を取得して（ステップＳ１１）、変位量の検出可能性を判定する処理、すなわち基準画像の良否を判別する（ステップＳ１２）。具体的には、判定用領域Ｅ１の設定処理、基準散乱光強度Ｉ1および判定用部分散乱光強度Ｉ3の検出処理を実施する。そして、相関値Ｒｂを算出し、この相関値Ｒｂに基づいて、変位量の検出可能性を判定する。
この後、変位検出装置１００は、基準画像を取得して（ステップＳ１１）、変位量の検出可能性を判定する処理、すなわち基準画像の良否を判別する（ステップＳ１２）。具体的には、判定用領域Ｅ１の設定処理、基準散乱光強度Ｉ1および判定用部分散乱光強度Ｉ3の検出処理を実施する。そして、相関値Ｒｂを算出し、この相関値Ｒｂに基づいて、変位量の検出可能性を判定する。
このステップＳ１２において、ＮＧつまり検出不可能であると判定した場合、その旨を表示手段１４０で表示させる。そして、例えばユーザがワークＷを移動させた後に、ステップＳ１１の処理を実施する。一方、ステップＳ１２において、ＯＫつまり検出可能であると判定した場合、その旨を表示手段１４０で表示させ、測定を開始する（ステップＳ１３）。具体的には、測定画像の取得、測定散乱光強度Ｉ2の検出処理を実施する。そして、相関値Ｒａを算出して（ステップＳ１４）、この相関値Ｒａに基づいて、変位量を検出する。この後、例えば検出結果を表示手段１４０で表示させて、処理を終了する。
〔第１実施形態の作用効果〕
上述したように、上記第１実施形態では、画像処理部１６０は、ワークＷの変位前の基準撮像画像を取得する。そして、この基準撮像画像から、検出画像取得領域Ｄに対して設定された基準テンプレートＴ１に含まれる基準領域画像を取得して、この基準領域画像の散乱光強度を基準散乱光強度Ｉ1として検出する。また、検出画像取得領域Ｄに対して設定された判定用領域Ｅ１内で判定用テンプレートＴ３を移動させつつ、基準撮像画像から、判定用テンプレートＴ３に含まれる判定用部分画像を取得して、この判定用部分画像の散乱光強度を、判定用部分散乱光強度Ｉ3として検出する。この後、基準散乱光強度Ｉ1および判定用部分散乱光強度Ｉ3に基づいて、ワーク基準領域Ｊ１およびワーク基準以外領域Ｊ２の表面状態の差異を認識し、この差異が所定の状態以上であると判断すると、基準画像を利用して変位量を検出可能であると判定する。ここで、基準テンプレートＴ１内に位置した際に変位量を検出可能と判定されるワークの部分を可能判定領域と、この可能判定領域以外の部分を可能判定以外領域と称して説明する。
このため、変位量を検出可能であると判定された場合、可能判定領域がワークＷの変位によりずれて、光学系の収差や干渉条件より、この可能判定領域の散乱光強度が小さい値として検出されたとしても、可能判定以外領域の散乱光強度との差を所定値以上にすることができる。つまり、光学系の収差や干渉条件より、可能判定領域の光の状態の相関性が悪くなったとしても、可能判定以外領域の光の状態との差を所定の状態以上にすることができる。したがって、従来の構成のように、可能判定領域の散乱光強度が可能判定以外領域と略等しくなることがなく、ワークＷの変位量を適切に検出させることができる。
また、例えば図１７（Ａ）に示すように、ワークＷに可能判定領域である複数の丸模様Ｙ１，Ｙ２が存在する場合には、測定撮像画像を取得することなく、つまり測定を実施することなく、変位量を検出不可能と判定することができる。したがって、測定後の試行錯誤を実施する必要がなくなり、ワークＷの測定効率の低下を抑制できる。
さらに、基準撮像画像をモニタ表示させて、ユーザに直接見て判断させる必要がなくなり、構成の複雑化を招くことがない。
よって、ワークＷの相対変位量の検出可能性を測定効率の低下を招くことなく適切にかつ簡単な構成で判定できる。
上述したように、上記第１実施形態では、画像処理部１６０は、ワークＷの変位前の基準撮像画像を取得する。そして、この基準撮像画像から、検出画像取得領域Ｄに対して設定された基準テンプレートＴ１に含まれる基準領域画像を取得して、この基準領域画像の散乱光強度を基準散乱光強度Ｉ1として検出する。また、検出画像取得領域Ｄに対して設定された判定用領域Ｅ１内で判定用テンプレートＴ３を移動させつつ、基準撮像画像から、判定用テンプレートＴ３に含まれる判定用部分画像を取得して、この判定用部分画像の散乱光強度を、判定用部分散乱光強度Ｉ3として検出する。この後、基準散乱光強度Ｉ1および判定用部分散乱光強度Ｉ3に基づいて、ワーク基準領域Ｊ１およびワーク基準以外領域Ｊ２の表面状態の差異を認識し、この差異が所定の状態以上であると判断すると、基準画像を利用して変位量を検出可能であると判定する。ここで、基準テンプレートＴ１内に位置した際に変位量を検出可能と判定されるワークの部分を可能判定領域と、この可能判定領域以外の部分を可能判定以外領域と称して説明する。
このため、変位量を検出可能であると判定された場合、可能判定領域がワークＷの変位によりずれて、光学系の収差や干渉条件より、この可能判定領域の散乱光強度が小さい値として検出されたとしても、可能判定以外領域の散乱光強度との差を所定値以上にすることができる。つまり、光学系の収差や干渉条件より、可能判定領域の光の状態の相関性が悪くなったとしても、可能判定以外領域の光の状態との差を所定の状態以上にすることができる。したがって、従来の構成のように、可能判定領域の散乱光強度が可能判定以外領域と略等しくなることがなく、ワークＷの変位量を適切に検出させることができる。
また、例えば図１７（Ａ）に示すように、ワークＷに可能判定領域である複数の丸模様Ｙ１，Ｙ２が存在する場合には、測定撮像画像を取得することなく、つまり測定を実施することなく、変位量を検出不可能と判定することができる。したがって、測定後の試行錯誤を実施する必要がなくなり、ワークＷの測定効率の低下を抑制できる。
さらに、基準撮像画像をモニタ表示させて、ユーザに直接見て判断させる必要がなくなり、構成の複雑化を招くことがない。
よって、ワークＷの相対変位量の検出可能性を測定効率の低下を招くことなく適切にかつ簡単な構成で判定できる。
また、画像処理部１６０は、ワークＷが右上、右下、左上、左下右上隅部の測定範囲限界まで変位したと仮定した際の検出画像取得領域Ｄの位置を仮定取得領域として認識し、これらの外縁を判定用領域Ｅ１として設定する。そして、この判定用領域Ｅ１に含まれる判定用部分画像の判定用部分散乱光強度Ｉ3を検出する。
このため、判定用部分画像として、ワークＷが測定範囲限界まで変位したと仮定した際に測定画像として取得される部分を含めることにより、測定画像を取得することなく、ワークＷが測定範囲限界まで変位した際の相対変位量の検出可能性を適切に判定できる。
このため、判定用部分画像として、ワークＷが測定範囲限界まで変位したと仮定した際に測定画像として取得される部分を含めることにより、測定画像を取得することなく、ワークＷが測定範囲限界まで変位した際の相対変位量の検出可能性を適切に判定できる。
そして、画像処理部１６０は、基準画像の中央部分、つまり検出画像取得領域Ｄの中央部分を基準領域画像として取得する。
ここで、基準領域画像として、検出画像取得領域Ｄの周縁に沿った部分を取得する場合、変位量を検出可能と判断したとしても、可能判定領域がこの部分よりも外側に変位すると、変位量を検出不可能な状態となってしまう。
一方、上記第１実施形態のように、基準領域画像として、検出画像取得領域Ｄの中央部分を取得する場合、変位量を検出可能と判断した際に、可能判定領域がこの部分よりも外側に変位したとしても、周縁に沿った部分を取得する構成と比べて、可能判定領域が検出画像取得領域Ｄ内に存在する可能性を高めることができ、検出可能な状態を維持することができる。したがって、変位量の検出可能性をさらに適切に判定できる。
ここで、基準領域画像として、検出画像取得領域Ｄの周縁に沿った部分を取得する場合、変位量を検出可能と判断したとしても、可能判定領域がこの部分よりも外側に変位すると、変位量を検出不可能な状態となってしまう。
一方、上記第１実施形態のように、基準領域画像として、検出画像取得領域Ｄの中央部分を取得する場合、変位量を検出可能と判断した際に、可能判定領域がこの部分よりも外側に変位したとしても、周縁に沿った部分を取得する構成と比べて、可能判定領域が検出画像取得領域Ｄ内に存在する可能性を高めることができ、検出可能な状態を維持することができる。したがって、変位量の検出可能性をさらに適切に判定できる。
また、画像処理部１６０は、基準画像の判定用領域画像から複数の判定用部分画像を取得して、これらにそれぞれ対応する判定用部分散乱光強度Ｉ3を検出する。さらに、複数の判定用部分散乱光強度Ｉ3ごとに基準散乱光強度Ｉ1との差分算出処理を実施して、これらの差分の絶対値を相関値Ｒｂとして算出する。そして、この相関値Ｒｂに基づいて、表面状態の差異を認識する。
このため、ワーク基準以外領域Ｊ２に含まれる複数の部分のそれぞれと、ワーク基準領域Ｊ１と、の散乱光の強度を順次比較することにより、ワーク基準以外領域Ｊ２に含まれる各部分ごとのワーク基準領域Ｊ１との表面状態の差異を把握しつつ、相対変位量の検出可能性を判定できる。
さらに、複数の判定用部分散乱光強度Ｉ3ごとに、複数の基準散乱光強度Ｉ1との差分算出処理を実施する構成と比べて、算出処理負荷を低減できる。したがって、交換頻度が多いワークＷに対する判定処理に特に有効である。
このため、ワーク基準以外領域Ｊ２に含まれる複数の部分のそれぞれと、ワーク基準領域Ｊ１と、の散乱光の強度を順次比較することにより、ワーク基準以外領域Ｊ２に含まれる各部分ごとのワーク基準領域Ｊ１との表面状態の差異を把握しつつ、相対変位量の検出可能性を判定できる。
さらに、複数の判定用部分散乱光強度Ｉ3ごとに、複数の基準散乱光強度Ｉ1との差分算出処理を実施する構成と比べて、算出処理負荷を低減できる。したがって、交換頻度が多いワークＷに対する判定処理に特に有効である。
さらに、画像処理部１６０は、ワーク判定用部分領域Ｊ３およびワーク基準領域Ｊ１の光の状態として、判定用部分散乱光強度Ｉ3および基準散乱光強度Ｉ1を検出する。そして、判定用部分散乱光強度Ｉ3および基準散乱光強度Ｉ1の比較処理として、差分の算出処理を実施する。
このため、光の状態として、容易に数値化可能な散乱光の強度を検出するので、光の状態の検出処理を容易にできる。また、差分の算出処理の代わりに、比の算出処理を実施する構成と比べて、比較処理を容易にできる。
このため、光の状態として、容易に数値化可能な散乱光の強度を検出するので、光の状態の検出処理を容易にできる。また、差分の算出処理の代わりに、比の算出処理を実施する構成と比べて、比較処理を容易にできる。
そして、画像処理部１６０は、相関値Ｒｂの最小値および２番目に小さい値の差分Ａが所定値以上であると判断すると、ワーク基準領域Ｊ１およびワーク基準以外領域Ｊ２の表面状態の差異が所定の状態以上であると判断する。
このため、相関値Ｒｂの最小値および２番目に小さい値を特定して、これらの差分Ａを算出するだけの簡単な処理で表面状態の差異を判断できる。
このため、相関値Ｒｂの最小値および２番目に小さい値を特定して、これらの差分Ａを算出するだけの簡単な処理で表面状態の差異を判断できる。
また、画像処理部１６０は、基準テンプレートＴ１および判定用テンプレートＴ３の大きさを等しい大きさに設定し、基準領域画像と等しい大きさの判定用部分画像を取得する。
このため、基準領域画像と等しい大きさの判定用部分画像を取得することにより、基準領域画像および判定用部分画像が一致した際に、判定用部分散乱光強度Ｉ3および基準散乱光強度Ｉ1の差分に基づき求められる相関値Ｒｂを０にすることができる。したがって、散乱光の強度に基づく表面状態の差異の判断を容易にできる。
このため、基準領域画像と等しい大きさの判定用部分画像を取得することにより、基準領域画像および判定用部分画像が一致した際に、判定用部分散乱光強度Ｉ3および基準散乱光強度Ｉ1の差分に基づき求められる相関値Ｒｂを０にすることができる。したがって、散乱光の強度に基づく表面状態の差異の判断を容易にできる。
さらに、画像処理部１６０は、基準画像を利用した変位量検出可能性の判定結果を表示手段１４０で表示させる。
このため、ワークＷの位置が変位量の検出に適しているか否かをユーザに認識させることができ、適宜適切な位置に微調整する作業を実施させることができる。
このため、ワークＷの位置が変位量の検出に適しているか否かをユーザに認識させることができ、適宜適切な位置に微調整する作業を実施させることができる。
そして、ワークＷにレーザ光を照射する構成とし、基準撮像画像および測定撮像画像を、ワークＷにレーザ光が照射された際の散乱光により生成されるスペックルの画像を適用している。
このため、スペックルの画像を利用することにより、ワーク基準領域Ｊ１およびワーク基準以外領域Ｊ２の表面状態の差異をより精密に認識できる。
このため、スペックルの画像を利用することにより、ワーク基準領域Ｊ１およびワーク基準以外領域Ｊ２の表面状態の差異をより精密に認識できる。
また、変位検出装置１００に、上述した機能を有する画像処理部１６０を設けている。そして、ワークＷの変位量を検出可能であると判定すると、ワークＷの変位後の測定撮像画像を取得する。さらに、この測定撮像画像から測定画像を取得し、この測定画像における測定散乱光強度Ｉ2を検出する。そして、基準散乱光強度Ｉ1および測定散乱光強度Ｉ2に基づいて、ワークＷの変位量を検出する。
このため、ワークの変位量の検出可能性を測定効率の低下を招くことなく適切にかつ簡単な構成で判定しつつ、変位量を検出できる変位検出装置１００を提供できる。
このため、ワークの変位量の検出可能性を測定効率の低下を招くことなく適切にかつ簡単な構成で判定しつつ、変位量を検出できる変位検出装置１００を提供できる。
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を図面に基づいて説明する。
次に、本発明の第２実施形態を図面に基づいて説明する。
〔変位検出装置の構成〕
まず、本発明の第２実施形態に係る変位検出装置の構成について説明する。
なお、上述した第１実施形態と同一の構成については、同一名称および同一符号を付し、説明を適宜省略する。また、第１実施形態と略等しい構成については、同一名称を付し、説明を適宜簡略にする。
図８は、判定用領域の設定状態を表す模式図であり、（Ａ）は判定用領域設定後の状態を表し、（Ｂ）は判定用領域設定のために利用する仮定取得領域を設定した状態を表す。図９は、基準散乱光強度および判定用部分散乱光強度の検出状態を表す模式図である。
まず、本発明の第２実施形態に係る変位検出装置の構成について説明する。
なお、上述した第１実施形態と同一の構成については、同一名称および同一符号を付し、説明を適宜省略する。また、第１実施形態と略等しい構成については、同一名称を付し、説明を適宜簡略にする。
図８は、判定用領域の設定状態を表す模式図であり、（Ａ）は判定用領域設定後の状態を表し、（Ｂ）は判定用領域設定のために利用する仮定取得領域を設定した状態を表す。図９は、基準散乱光強度および判定用部分散乱光強度の検出状態を表す模式図である。
変位検出装置２００は、図１に示すように、第１実施形態の変位検出装置１００の画像処理部１６０を、変位量検出可能性判定装置および演算手段としての画像処理部２６０に変更した構成を有し、第１実施形態の画像処理部１６０と異なる方法で基準画像を利用した変位量検出可能性の判定処理を実施する。
画像処理部２６０は、各種プログラムとして、図２に示すように、撮像画像取得手段１６１と、検出画像取得手段１６２と、基準領域画像取得手段としても機能する基準光状態検出手段としての基準散乱光強度検出手段２６３と、判定用領域画像取得手段としても機能する判定用光状態検出手段としての判定用散乱光強度検出手段２６４と、差異認識手段としての相関値算出手段２６５と、可能性判定手段２６６と、表示制御手段１６７と、測定散乱光強度検出手段１６８と、変位検出手段２６９と、などを備えている。
基準散乱光強度検出手段２６３は、検出画像取得領域Ｄに対して、正方形の基準テンプレートＴ１（図９参照）を設定する。そして、この基準テンプレートＴ１を検出画像取得領域Ｄ内で移動させつつ、基準画像から基準テンプレートＴ１に含まれるワーク基準領域Ｊ１の基準散乱光強度Ｉ1を検出する。つまり、第１実施形態の基準散乱光強度検出手段１６３が検出画像取得領域Ｄの中央に固定された基準テンプレートＴ１に対応する１箇所の基準散乱光強度Ｉ1を検出するのに対し、基準散乱光強度検出手段２６３は、検出画像取得領域Ｄ内で移動する基準テンプレートＴ１に対応する複数箇所の基準散乱光強度Ｉ1を検出する。
判定用散乱光強度検出手段２６４は、検出画像取得領域Ｄに対して、図８（Ａ）に示すような正方形の判定用領域Ｅ２を設定する。具体的には、判定用散乱光強度検出手段２６４は、第１実施形態の判定用散乱光強度検出手段１６４と同様に、図８（Ｂ）に示すように、ワークＷが測定範囲限界まで移動したと仮定した場合の仮定取得領域Ｄｋ１，Ｄｋ２などを認識する。さらに、これら仮定取得領域Ｄｋ１，Ｄｋ２などの中央に、基準テンプレートＴ１と同一の正方形を有する判定用テンプレートＴ３を設定したと仮定し、これら各仮定取得領域Ｄｋ１，Ｄｋ２などにおける判定用テンプレートＴ３の外縁で囲まれる領域を判定用領域Ｅ２として設定する。なお、図８（Ａ）では、構成をわかりやすくするために判定用領域Ｅ２および検出画像取得領域Ｄが一致していない状態を示しているが、実際には、これら判定用領域Ｅ２および検出画像取得領域Ｄは、一致している。
また、判定用散乱光強度検出手段２６４は、判定用領域Ｅ２内に判定用テンプレートＴ３を設定して、この判定用テンプレートＴ３を判定用領域Ｅ２内で移動させつつ、基準画像から判定用テンプレートＴ３に含まれるワーク判定用部分領域Ｊ３の判定用部分散乱光強度Ｉ3を検出する。つまり、判定用散乱光強度検出手段２６４は、第１実施形態の判定用領域Ｅ１よりも小さく、かつ、検出画像取得領域Ｄと同一の判定用領域Ｅ２内で移動する、判定用テンプレートＴ３に対応する判定用部分散乱光強度Ｉ3を検出する。
相関値算出手段２６５は、基準散乱光強度検出手段２６３で検出された基準散乱光強度Ｉ1と、判定用散乱光強度検出手段２６４で検出された判定用部分散乱光強度Ｉ3と、を取得する。そして、以下の式（３）に基づいて、特定の基準散乱光強度Ｉ1に対して、相関値Ｒｃ（ｐ、ｑ）（以下、単に相関値Ｒｃと称す）を算出する。
つまり、相関値算出手段２６５は、複数の判定用部分散乱光強度Ｉ3ごとの基準散乱光強度Ｉ1との差分の絶対値を相関値Ｒｃとして算出する。また、相関値算出手段２６５は、複数の基準散乱光強度Ｉ1ごとに、式（３）に基づく相関値Ｒｃを算出する。すなわち、全ての判定用部分散乱光強度Ｉ3および全ての基準散乱光強度Ｉ1の組み合わせについて、相関値Ｒｃを算出する。
可能性判定手段２６６は、相関値算出手段２６５で算出した相関値Ｒｃに基づいて、変位量検出可能性を判定する。具体的には、可能性判定手段２６６は、第１実施形態の可能性判定手段１６６と同様に、相関値Ｒｃをグラフ化する。そして、相関値Ｒｃのピークと、２番目に小さい値と、の差分Ａが所定値以上であると判断すると、基準画像を利用して変位量を検出可能であると判定する。一方、所定値未満であると判断すると、検出不可能であると判定する。
変位検出手段２６９は、基準散乱光強度検出手段２６３で検出された複数の基準散乱光強度Ｉ1のうち、可能性判定手段２６６で変位量を検出可能であると判定されたときの基準散乱光強度Ｉ1と、測定散乱光強度検出手段１６８で検出された測定散乱光強度Ｉ2と、を取得する。そして、従来の構成と同様に、上述した式（１）に基づいて、相関値Ｒａを算出し、この相関値Ｒａに基づいて、変位量を求める。
〔変位検出装置の動作〕
次に、変位検出装置２００の動作について説明する。
なお、この変位検出装置２００の動作は、第１実施形態の変位検出装置１００と同様のため、図７を用いて説明する。また、第１実施形態と同一の動作については、説明を適宜省略する。
次に、変位検出装置２００の動作について説明する。
なお、この変位検出装置２００の動作は、第１実施形態の変位検出装置１００と同様のため、図７を用いて説明する。また、第１実施形態と同一の動作については、説明を適宜省略する。
まず、変位検出装置２００は、ワークＷの基準画像を取得して（ステップＳ１１）、基準画像の良否を判別する（ステップＳ１２）。具体的には、判定用領域Ｅ２の設定処理、基準散乱光強度Ｉ1および判定用部分散乱光強度Ｉ3の検出処理を実施する。そして、相関値Ｒｃを算出し、この相関値Ｒｃに基づいて、変位量の検出可能性を判定する。
そして、このステップＳ１２において、ＮＧであると判定した場合、その旨を表示手段１４０で表示させて、ステップＳ１１の処理を実施する。一方、ステップＳ１２において、ＯＫであると判定した場合、その旨を表示手段１４０で表示させ、測定を開始する（ステップＳ１３）。そして、相関値Ｒａに基づいて、変位量を検出する（ステップＳ１４）。
そして、このステップＳ１２において、ＮＧであると判定した場合、その旨を表示手段１４０で表示させて、ステップＳ１１の処理を実施する。一方、ステップＳ１２において、ＯＫであると判定した場合、その旨を表示手段１４０で表示させ、測定を開始する（ステップＳ１３）。そして、相関値Ｒａに基づいて、変位量を検出する（ステップＳ１４）。
〔第２実施形態の作用効果〕
上述した第２実施形態によれば、上記第１実施形態と同様の作用効果に加え、以下のような作用効果を奏することができる。
上述した第２実施形態によれば、上記第１実施形態と同様の作用効果に加え、以下のような作用効果を奏することができる。
すなわち、画像処理部２６０は、判定用領域画像から複数の判定用部分画像を取得して、これらにそれぞれ対応する複数の判定用部分散乱光強度Ｉ3を検出する。また、基準画像から複数の基準領域画像を取得して、これらにそれぞれ対応する複数の基準散乱光強度Ｉ1を検出する。そして、複数の判定用部分散乱光強度Ｉ3ごとに複数の基準散乱光強度Ｉ1のそれぞれとの差分算出処理を実施して、これらの差分の絶対値を相関値Ｒｃとして算出する。そして、この相関値Ｒｃに基づいて、表面状態の差異を認識する。
ここで、第１実施形態の構成、つまり、複数の判定用部分散乱光強度Ｉ3ごとに１つの基準散乱光強度Ｉ1との比較処理を実施する構成の場合、可能判定領域がワーク基準領域Ｊ１に含まれない状態では、変位量を検出不可能であると判定されてしまう。一方、第２実施形態の構成、つまり複数の判定用部分散乱光強度Ｉ3ごとに複数の基準散乱光強度Ｉ1のそれぞれとの比較処理を実施する構成の場合、可能判定領域が基準画像に対応する位置に位置する限り、変位量を検出可能であると判定することができる。したがって、第１実施形態の構成と比べて、相対変位量の検出可能性をさらに適切に判定できる。
ここで、第１実施形態の構成、つまり、複数の判定用部分散乱光強度Ｉ3ごとに１つの基準散乱光強度Ｉ1との比較処理を実施する構成の場合、可能判定領域がワーク基準領域Ｊ１に含まれない状態では、変位量を検出不可能であると判定されてしまう。一方、第２実施形態の構成、つまり複数の判定用部分散乱光強度Ｉ3ごとに複数の基準散乱光強度Ｉ1のそれぞれとの比較処理を実施する構成の場合、可能判定領域が基準画像に対応する位置に位置する限り、変位量を検出可能であると判定することができる。したがって、第１実施形態の構成と比べて、相対変位量の検出可能性をさらに適切に判定できる。
また、画像処理部２６０は、第１実施形態の判定用領域Ｅ１よりも基準取得画像の中央近傍に判定用領域Ｅ２を設定している。
ここで、光学系の収差や干渉条件の影響を考慮に入れると、基準取得画像の中央近傍のみの判定用部分散乱光強度Ｉ3および基準散乱光強度Ｉ1を利用する構成が好ましい。このため、第１実施形態と比べて影響を最小限に抑えた状態で判定でき、判定の信頼性をより高めることができる。
ここで、光学系の収差や干渉条件の影響を考慮に入れると、基準取得画像の中央近傍のみの判定用部分散乱光強度Ｉ3および基準散乱光強度Ｉ1を利用する構成が好ましい。このため、第１実施形態と比べて影響を最小限に抑えた状態で判定でき、判定の信頼性をより高めることができる。
［実施形態の変形］
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲で以下に示される変形をも含むものである。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲で以下に示される変形をも含むものである。
すなわち、例えば第１実施形態において、図１０に示すような変位量検出処理を実施する構成としてもよい。
この図１０に示す変位量検出処理では、ステップＳ１２において、ＮＧであると判定した場合、アルゴリズムの手動または自動による選択処理を実施する（ステップＳ２１）。このステップＳ２１における処理では、基準散乱光強度検出手段１６３にて、ＮＧと判定された基準領域画像よりも大きい基準領域画像における基準散乱光強度Ｉ1を新たに検出する。また、例えば、この新たな基準領域画像と同じ大きさの画像における測定散乱光強度Ｉ2を検出し、これら検出した基準散乱光強度Ｉ1、測定散乱光強度Ｉ2に基づいて、ワークＷの変位量を検出する構成としてもよい。
このような構成にすれば、基準画像に基づいて変位量を検出不可能であると判定した際に、可能判定領域を含まない基準領域画像よりも大きい基準領域画像を新たに取得するので、この新たな基準領域画像に可能判定領域を含めることが可能となる。したがって、ユーザにワークＷを移動させる作業を実施させることなく、変位量の検出可能性を高めることができる。
この図１０に示す変位量検出処理では、ステップＳ１２において、ＮＧであると判定した場合、アルゴリズムの手動または自動による選択処理を実施する（ステップＳ２１）。このステップＳ２１における処理では、基準散乱光強度検出手段１６３にて、ＮＧと判定された基準領域画像よりも大きい基準領域画像における基準散乱光強度Ｉ1を新たに検出する。また、例えば、この新たな基準領域画像と同じ大きさの画像における測定散乱光強度Ｉ2を検出し、これら検出した基準散乱光強度Ｉ1、測定散乱光強度Ｉ2に基づいて、ワークＷの変位量を検出する構成としてもよい。
このような構成にすれば、基準画像に基づいて変位量を検出不可能であると判定した際に、可能判定領域を含まない基準領域画像よりも大きい基準領域画像を新たに取得するので、この新たな基準領域画像に可能判定領域を含めることが可能となる。したがって、ユーザにワークＷを移動させる作業を実施させることなく、変位量の検出可能性を高めることができる。
そして、第１実施形態において、判定用テンプレートＴ３を検出画像取得領域Ｄ内のみで移動させつつ、この判定用テンプレートＴ３に対応する判定用部分散乱光強度Ｉ3を検出する構成としてもよい。
このような構成にしても、従来の構成と比べて、ワークＷの相対変位量の検出可能性を測定効率の低下を招くことなく適切にかつ簡単な構成で判定できる。さらに、判定用領域Ｅ１を設定する必要がなく、判定処理時の処理負荷を低減できる。
このような構成にしても、従来の構成と比べて、ワークＷの相対変位量の検出可能性を測定効率の低下を招くことなく適切にかつ簡単な構成で判定できる。さらに、判定用領域Ｅ１を設定する必要がなく、判定処理時の処理負荷を低減できる。
また、第１実施形態において、基準テンプレートＴ１を検出画像取得領域Ｄの周縁に沿った位置に設定し、基準領域画像として、検出画像取得領域Ｄの側縁近傍部分の画像を取得する構成としてもよい。
そして、第１，第２実施形態において、相関値Ｒｂ，Ｒｃのピークと、２番目に小さい値と、の比に基づいて、検出可能性を判定する構成としてもよい。
これらのような構成にしても、従来の構成と比べて、ワークＷの相対変位量の検出可能性を測定効率の低下を招くことなく適切にかつ簡単な構成で判定できる。
そして、第１，第２実施形態において、相関値Ｒｂ，Ｒｃのピークと、２番目に小さい値と、の比に基づいて、検出可能性を判定する構成としてもよい。
これらのような構成にしても、従来の構成と比べて、ワークＷの相対変位量の検出可能性を測定効率の低下を招くことなく適切にかつ簡単な構成で判定できる。
さらに、第１，第２実施形態において、相関値Ｒｂ，Ｒｃのピークと、２番目に小さい値と、の差分Ａに基づいて、検出可能性を判定したが、例えば以下のような処理を実施する構成としてもよい。
すなわち、ピークを除いた部分の標準偏差σを算出する。さらに、ピークを除いた部分の平均値と、ピークと、の差分Ｂを算出する。そして、差分Ｂを標準偏差σで除した値が所定一以上であると判断した場合に、基準画像を利用して変位量を検出可能であると判定し、所定値未満であると判断した場合に、検出不可能であると判定する構成としてもよい。
このような構成にすれば、絶対値の最小値以外のばらつきを考慮に入れて表面状態の差異を判断するので、より適切に変位量の検出可能性を判定できる。
すなわち、ピークを除いた部分の標準偏差σを算出する。さらに、ピークを除いた部分の平均値と、ピークと、の差分Ｂを算出する。そして、差分Ｂを標準偏差σで除した値が所定一以上であると判断した場合に、基準画像を利用して変位量を検出可能であると判定し、所定値未満であると判断した場合に、検出不可能であると判定する構成としてもよい。
このような構成にすれば、絶対値の最小値以外のばらつきを考慮に入れて表面状態の差異を判断するので、より適切に変位量の検出可能性を判定できる。
また、第１，第２実施形態において、基準テンプレートＴ１および判定用テンプレートＴ３の大きさを異なる大きさに設定し、基準領域画像と異なる大きさの判定用部分画像を取得する構成としてもよい。このような構成の場合、例えば基準散乱光強度Ｉ1に、基準テンプレートＴ１および判定用テンプレートＴ３の大きさの比率を乗じて、判定用部分散乱光強度Ｉ3との差分の絶対値をＲｂ，Ｒｃとして算出することにより、第１，第２実施形態と同様に、検出可能性を判定できる。
そして、第１，第２実施形態において、変位量検出可能性の判定結果を表示させない構成としてもよい。また、変位量検出可能性の判定結果を、表示ではなく音声にて報知する構成としてもよい。
さらに、ワークＷにレーザ光以外の光を照射して、このときの光の反射状態を本発明の光の状態として検出する。そして、この反射状態に基づいて、ワーク基準領域Ｊ１およびワーク基準以外領域Ｊ２の表面状態の差異を認識するとともに、ワークＷの変位量を検出する構成としてもよい。さらに、このレーザ光以外の光を照射した構成において、例えば、ワークＷの一部に着色により目印を設け、この着色部分と非着色部分における光の反射状態に基づいて、ワーク基準領域Ｊ１およびワーク基準以外領域Ｊ２の表面状態の差異を認識するとともに、ワークＷの変位量を検出する構成としてもよい。
また、基準テンプレートＴ１、測定テンプレートＴ２、判定用テンプレートＴ３の形状としては、四角形に限らず、円形や楕円形、あるいは三角形や六角形など多角形にしてもよい。
さらに、画像処理部１６０，２６０を、演算手段、すなわちＣＰＵ（Central Processing Unit）やマイクロコンピュータなどの素子、あるいは複数の電子部品が搭載された回路基板などに設ければ、これらを取り付けるだけの簡単な構成で、ワークの相対変位量の検出可能性を測定効率の低下を招くことなく適切にかつ簡単な構成で判定可能となり、利用拡大を容易に図れる。
本発明は、光が照射されたワークの表面を撮像した変位前画像、および、前記表面の法線に略直交する方向への相対変位した前記ワークの表面を撮像した変位後画像に基づいて、ワークの相対変位量の検出可能性を判定する変位量検出可能性判定装置、その方法、および、変位検出装置に好適である。
１００，２００…変位検出装置
１３…照明光学系
１６…撮像手段としてのＣＣＤカメラ
１２０…載置部
１４０…報知手段としての表示手段
１６０，２６０…変位量検出可能性判定装置および演算手段としての画像処理部
１６１…変位後画像取得手段としての撮像画像取得手段
１６３，２６３…基準領域画像取得手段としても機能する基準光状態検出手段としての基準散乱光強度検出手段
１６４，２６４…判定用領域画像取得手段としても機能する判定用光状態検出手段としての判定用散乱光強度検出手段
１６５，２６５…差異認識手段としての相関値算出手段
１６６，２６６…可能性判定手段
１６７…報知制御手段としての表示制御手段
１６８…測定光状態検出手段としての測定散乱光強度検出手段
１６９，２６９…変位検出手段
Ｄ…検出画像取得領域
Ｊ１…ワーク基準領域
Ｊ２…ワーク基準以外領域
Ｊ３…ワーク判定用部分領域
Ｗ…ワーク
１３…照明光学系
１６…撮像手段としてのＣＣＤカメラ
１２０…載置部
１４０…報知手段としての表示手段
１６０，２６０…変位量検出可能性判定装置および演算手段としての画像処理部
１６１…変位後画像取得手段としての撮像画像取得手段
１６３，２６３…基準領域画像取得手段としても機能する基準光状態検出手段としての基準散乱光強度検出手段
１６４，２６４…判定用領域画像取得手段としても機能する判定用光状態検出手段としての判定用散乱光強度検出手段
１６５，２６５…差異認識手段としての相関値算出手段
１６６，２６６…可能性判定手段
１６７…報知制御手段としての表示制御手段
１６８…測定光状態検出手段としての測定散乱光強度検出手段
１６９，２６９…変位検出手段
Ｄ…検出画像取得領域
Ｊ１…ワーク基準領域
Ｊ２…ワーク基準以外領域
Ｊ３…ワーク判定用部分領域
Ｗ…ワーク
Claims (14)
- 光が照射されたワークの表面を撮像した変位前画像、および、前記表面の法線に略直交する方向への相対変位した前記ワークの表面を撮像した変位後画像に基づいて、前記ワークの相対変位量の検出可能性を判定する変位量検出可能性判定装置であって、
前記変位前画像の一部分を基準領域画像として取得する基準領域画像取得手段と、
この基準領域画像取得手段で取得した前記基準領域画像に基づいて、前記ワークにおける基準領域画像に対応するワーク基準領域の前記光の状態を基準光状態として検出する基準光状態検出手段と、
前記変位前画像から前記基準領域画像を含む部分を判定用領域画像として取得する判定用領域画像取得手段と、
この判定用領域画像取得手段で取得した前記判定用領域画像に基づいて、前記ワークにおける前記判定用領域画像に対応するワーク判定用領域の前記光の状態を判定用光状態として検出する判定用光状態検出手段と、
前記基準光状態検出手段で検出した前記基準光状態、および、前記判定用光状態検出手段で検出した前記判定用光状態に基づいて、前記ワーク基準領域、および、前記ワーク判定用領域のうち前記ワーク基準領域以外のワーク基準以外領域の表面状態の差異を認識する差異認識手段と、
この差異認識手段で認識した前記表面状態の差異が所定の状態以上であると判断すると、前記相対変位量を検出可能であると判定する可能性判定手段と、
を具備したことを特徴とした変位量検出可能性判定装置。 - 請求項１に記載の変位量検出可能性判定装置であって、
前記ワークの相対変位量は、前記変位前画像および前記変位後画像におけるあらかじめ設定された検出画像取得領域に含まれる変位前検出画像および変位後検出画像に基づいて検出され、
前記基準領域画像取得手段は、前記変位前画像における前記変位前検出画像に含まれる部分を前記基準領域画像として取得し、
前記判定用領域画像取得手段は、前記変位前画像における、前記ワーク基準領域が前記検出画像取得領域の周縁に沿った位置に位置する状態に前記ワークが相対変位したと仮定した際に前記変位後検出画像として設定される部分と、前記変位前検出画像と、を含む部分を前記判定用領域画像として取得する
ことを特徴とした変位量検出可能性判定装置。 - 請求項２に記載の変位量検出可能性判定装置であって、
前記検出画像取得領域は、前記変位前検出画像および前記変位後検出画像が前記変位前画像および前記変位後画像の略中央部分に位置する状態に設定され、
前記基準領域画像取得手段は、前記変位前検出画像の略中央部分を前記基準領域画像として取得する
ことを特徴とした変位量検出可能性判定装置。 - 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の変位量検出可能性判定装置であって、
前記判定用領域画像取得手段は、前記判定用領域画像から互いに異なる複数の判定用部分画像を取得し、
前記判定用光状態検出手段は、前記判定用光状態を検出する処理として、前記複数の判定用部分画像に基づいて、前記ワークにおける前記判定用部分画像に対応するワーク判定用部分領域のそれぞれの前記光の状態を複数の判定用部分光状態として検出する処理を実施し、
前記差異認識手段は、前記複数の判定用部分光状態ごとに前記基準光状態との比較処理を実施して、前記表面状態の差異を認識する
ことを特徴とした変位量検出可能性判定装置。 - 請求項１に記載の変位量検出可能性判定装置であって、
前記ワークの相対変位量は、前記変位前画像および前記変位後画像におけるあらかじめ設定された検出画像取得領域に含まれる変位前検出画像および変位後検出画像に基づいて検出され、
前記基準領域画像取得手段は、前記変位前画像における前記変位前検出画像に対応する部分から互いに異なる複数の前記基準領域画像を取得し、
前記基準光状態検出手段は、前記複数の基準領域画像のそれぞれに対応する前記ワーク基準領域の複数の前記基準光状態を検出し、
前記判定用領域画像取得手段は、前記判定用領域画像から互いに異なる複数の判定用部分画像を取得し、
前記判定用光状態検出手段は、前記判定用光状態を検出する処理として、前記ワークにおける前記判定用部分画像に対応するワーク判定用部分領域のそれぞれの前記光の状態を複数の判定用部分光状態として検出する処理を実施し、
前記差異認識手段は、前記複数の判定用部分光状態ごとに前記複数の基準光状態のそれぞれとの比較処理を実施して、前記表面状態の差異を認識する
ことを特徴とした変位量検出可能性判定装置。 - 請求項４または請求項５に記載の変位量検出可能性判定装置であって、
前記基準光状態検出手段は、前記基準光状態を検出する処理として、前記ワーク基準領域に前記光が照射された際の散乱光の強度を基準散乱光強度として検出する処理を実施し、
前記判定用光状態検出手段は、前記判定用部分光状態を検出する処理として、前記ワーク判定用部分領域に前記光が照射された際の散乱光の強度を判定用部分散乱光強度として検出する処理を実施し、
前記差異認識手段は、前記比較処理として、前記基準散乱光強度および前記判定用部分散乱光強度の差分の算出処理を実施する
ことを特徴とした変位量検出可能性判定装置。 - 請求項６に記載の変位量検出可能性判定装置であって、
前記可能性判定手段は、前記差異認識手段で算出した差分の絶対値の最小値および２番目に小さい値の差分が所定値以上であると判断すると、前記表面状態の差異が所定の状態以上であると判断する
ことを特徴とした変位量検出可能性判定装置。 - 請求項６に記載の変位量検出可能性判定装置であって、
前記可能性判定手段は、前記差異認識手段で算出した差分の絶対値の最小値およびこの最小値を除いた平均値の差分を、前記最小値を除いた標準偏差で除した値が所定値以上であると判断すると、前記表面状態の差異が所定の状態以上であると判断する
ことを特徴とした変位量検出可能性判定装置。 - 請求項６ないし請求項８のいずれかに記載の変位量検出可能性判定装置であって、
前記判定用領域画像取得手段は、前記基準領域画像と等しい大きさの前記判定用部分画像を取得する
ことを特徴とした変位量検出可能性判定装置。 - 請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の変位量検出可能性判定装置であって、
前記可能性判定手段での判定結果に関する判定結果情報を報知手段で報知させる報知制御手段を具備した
ことを特徴とした変位量検出可能性判定装置。 - 請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の変位量検出可能性判定装置であって、
前記ワークに照射される光は、レーザ光であり、
前記変位前画像および前記変位後画像は、前記ワークの表面に前記レーザ光が照射された際の散乱光により生成されるスペックルの画像である
ことを特徴とした変位量検出可能性判定装置。 - ワークが載置される載置部と、
この載置部に載置された前記ワークの表面に光を照射する照明光学系と、
前記ワークの表面を撮像する撮像手段と、
前記照明光学系からの光が照射された前記ワークの表面を撮像した変位前画像、および、前記表面の法線に略直交する方向への相対変位した前記ワークの表面を撮像した変位後画像に基づいて、前記ワークの相対変位量の検出可能性を判定する請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の変位量検出可能性判定装置と、
この変位量検出可能性判定装置の前記可能性判定手段で前記相対変位量を検出可能であると判定されると、前記撮像手段にて撮像された前記変位後画像を取得する変位後画像取得手段と、
この変位後画像取得手段で取得した前記変位後画像に基づいて、前記ワークにおける前記変位後画像に対応する領域の前記光の状態を測定光状態として検出する測定光状態検出手段と、
前記基準光状態検出手段で検出した前記基準光状態、および、前記測定光状態検出手段で検出した前記測定光状態に基づいて、前記ワークの相対変位量を検出する変位検出手段と、
を具備したことを特徴とした変位検出装置。 - 請求項１２に記載の変位検出装置であって、
前記基準領域画像取得手段は、前記可能性判定手段で前記相対変位量を検出不可能と判定された場合、直前に取得した前記基準領域画像よりも大きい基準領域画像を新たに取得し、
前記基準光状態検出手段は、前記新たに取得された基準領域画像に基づいて前記基準光状態を新たに検出し、
前記変位検出手段は、前記基準光状態検出手段で新たに検出された前記基準光状態、および、前記測定光状態に基づいて、前記ワークの相対変位量を検出する
ことを特徴とした変位検出装置。 - 演算手段により、光が照射されたワークの表面を撮像した変位前画像、および、前記表面の法線に略直交する方向への相対変位した前記ワークの表面を撮像した変位後画像に基づいて、前記ワークの相対変位量の検出可能性を判定する変位量検出可能性判定方法であって、
前記演算手段は、
前記変位前画像の一部分を基準領域画像として取得し、
この取得した前記基準領域画像に基づいて、前記ワークにおける基準領域画像に対応するワーク基準領域の前記光の状態を基準光状態として検出し、
前記変位前画像から前記基準領域画像を含む部分を判定用領域画像として取得し、
この取得した前記判定用領域画像に基づいて、前記ワークにおける前記判定用領域画像に対応するワーク判定用領域の前記光の状態を判定用光状態として検出し、
前記検出した前記基準光状態、および、前記検出した前記判定用光状態に基づいて、前記ワーク基準領域、および、前記ワーク判定用領域のうち前記ワーク基準領域以外のワーク基準以外領域の表面状態の差異を認識し、
この認識した前記表面状態の差異が所定の状態以上であると判断すると、前記相対変位量を検出可能であると判定する
ことを特徴とする変位量検出可能性判定方法。
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