JP2009168607A - 画像測定方法および画像測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】測定動作を停止することなく、オートフォーカス動作を実行させることにより時間短縮が可能な画像測定方法および画像測定装置を提供。
【解決手段】被測定物に対する撮像位置座標およびオートフォーカス位置座標を記憶手段に記憶させる登録工程（ＳＴ１）と、記憶手段に記憶された位置座標を順番に呼び出し、その位置座標がオートフォーカス位置座標であるかを判別する判別工程（ＳＴ３）と、オートフォーカス位置座標でないとき、撮像位置座標へ撮像手段を相対移動させて撮像する撮像工程（ＳＴ４）と、位置座標がオートフォーカス位置座標のときオートフォーカス位置座標へ撮像手段を相対移動させるとともに、撮像手段の光軸方向へ相対移動させながら複数位置で撮像するオートフォーカス動作工程（ＳＴ５）と、得られた画像から合焦位置を求めその位置に記憶手段に記憶された撮像位置座標を補正する補正工程（ＳＴ６）とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、被測定物を撮像した画像データに基づいて被測定物の形状、寸法等を測定する画像測定方法および画像測定装置に関する。

従来、被測定物を撮像した画像データに基づいて被測定物の形状、寸法を測定する画像測定装置の中には、ＣＮＣ（Computer Numerical Control)タイプの画像測定装置が知られている。

ＣＮＣタイプの画像測定装置では、逐次動作処理タイプと、連続動作処理タイプとに分けられる。
前者の逐次動作処理タイプでは、図７に示すように、予め登録された検査対象位置へ撮像光学ユニットが移動して停止したのち、その検査対象位置を撮像し、この後、撮像した画像を処理し、これを、予め登録された全ての検査対象位置について行う。
後者の連続動作処理タイプでは、図８に示すように、予め検査対象位置（座標位置）を登録したのち、撮像光学ユニットが登録された座標位置に順次移動しながら各登録座標位置で撮像し、各登録座標位置で撮像した画像を格納し、全ての登録座標位置での撮像・画像格納処理が終了したのち、格納した画像を呼び出し、その画像を処理して、終了する。

従来、上述した画像測定装置で被測定物の測定を行うには、撮像光学ユニットのフォーカシング範囲内を保持しながら、検査対象位置を撮像する必要がある。しかし、実際には、被測定物との作動距離は変動し、しばしばフォーカシング範囲を逸脱して、いわゆる「ピンボケ」状態が生じることがある。
このため、これらの制御プログラムを作成する場合、撮影毎か、あるいは、複数撮影毎にフォーカス調整用シーケンスを組み込んで、フォーカスを逐次補正すること（以下、オートフォーカスという）が一般的に行われている（例えば、特許文献１）。

特開平８−１９４７３７号公報

通常、オートフォーカスは、図９に示すように、被測定物の所定位置で一旦停止し、撮像光学ユニット１０（ＣＣＤカメラ１１と対物レンズ１２とを備える）を光軸方向（通常は上下方向）へ往復移動させながら複数の画像を撮像し、その撮像した画像を格納する。次に、このようにして得られた複数の画像のボケ度合の変化量から、最もボケ度合が少ない位置を算出し、この位置に撮像光学ユニットを合わせて、以後の測定を実行する。
これら一連の動作を行うには、通常の測定を一旦停止してから、オートフォーカスシーケンスを割り込ませなければならない。

本発明の目的は、測定動作を停止することなく、オートフォーカス動作を実行させることにより時間短縮が可能な画像測定方法および画像測定装置を提供することにある。

本発明の画像測定方法は、撮像手段によって被測定物の検査対象位置を撮像し、この撮像した画像データを解析して被測定物の形状や寸法等を測定する画像測定方法において、 前記被測定物の検査対象位置を撮像する撮像位置座標およびオートフォーカス位置座標を記憶手段に記憶させる登録工程と、前記記憶手段に記憶された各位置座標を順番に呼び出し、この呼び出した位置座標がオートフォーカス位置座標であるか否かを判別する判別工程と、前記呼び出した位置座標がオートフォーカス位置座標でないとき、呼び出した撮像位置座標へ前記撮像手段が位置するように前記撮像手段および前記被測定物を相対移動させて撮像する撮像工程と、前記呼び出した位置座標がオートフォーカス位置座標のとき、そのオートフォーカス位置座標へ前記撮像手段が位置するように前記撮像手段および前記被測定物を相対移動させるとともに、前記撮像手段を前記撮像手段の光軸方向へ相対移動させながら複数位置で撮像するオートフォーカス動作工程と、前記オートフォーカス動作工程で得られた画像から合焦位置を求め、その位置に前記記憶手段に記憶された前記撮像位置座標を補正する補正工程と、を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、登録工程において、予め、被測定物の検査対象位置を撮像するための撮像位置座標およびオートフォーカス位置座標を記憶手段に記憶させておく。測定が開始されると、記憶手段に記憶された各位置座標が順番に呼び出され、この呼び出された位置座標がオートフォーカス位置座標であるか否かが判別される。
呼び出された位置座標がオートフォーカス位置座標でない場合には、つまり、撮像位置座標である場合には、その撮像位置座標へ撮像手段が位置するように、撮像手段および被測定物が相対移動されたのち、撮像手段によって被測定物の検査対象位置が撮像される。

呼び出された位置座標がオートフォーカス位置座標の場合には、そのオートフォーカス位置座標へ撮像手段が位置するように、撮像手段および被測定物が相対移動されるとともに、撮像手段がその撮像手段の光軸方向へ相対移動され、その相対移動の複数位置で撮像手段によって被測定物のオートフォーカス対象位置が撮像される。そして、これによって得られた画像から合焦位置が求められ、その位置に記憶手段に記憶された撮像位置座標が補正される。
そのため、それ以降の測定動作では、補正された撮像位置座標を基に、撮像手段によって被測定物の検査対象位置が撮像されるから、「ピンボケ」が生じるのを防ぐことができる。

従って、予め、登録工程において、被測定物の検査対象位置を撮像するための撮像位置座標とともに、オートフォーカス位置座標を記憶手段に記憶させておけば、撮像位置座標での撮像動作の一連の流れの中で、オートフォーカス動作も実行されるから、測定動作を停止することなく、オートフォーカス動作を実行させることができる。そのため、測定時間を短縮することが可能である。

本発明の画像測定方法において、前記オートフォーカス動作工程では、前記撮像手段を、前記オートフォーカス位置座標近傍において、螺旋運動させながら前記撮像手段の光軸方向へ相対移動させ、この螺旋運動の複数位置で撮像する、ことが好ましい。
この構成によれば、撮像手段を、オートフォーカス位置座標近傍において、螺旋運動させながら撮像手段の光軸方向へ相対移動させるようにしたから、撮像手段および被測定物の相対移動を停止させることなく、螺旋運動によって撮像手段の光軸方向へスムースに移動方向の変換を行うことができる。

本発明の画像測定方法において、前記オートフォーカス動作工程では、前記撮像手段を、前記オートフォーカス位置座標近傍において、円弧運動させながら前記撮像手段の光軸方向への直線運動に変換し、この直線運動の複数位置で撮像する、ことが好ましい。
この構成によれば、撮像手段を、オートフォーカス位置座標近傍にいて、円弧運動させながら撮像手段の光軸方向への直線運動に変換するようにしたから、撮像手段および被測定物の相対移動を停止させることなく、螺旋運動によって撮像手段の光軸方向へスムースに移動方向の変換を行うことができる。

本発明の画像測定装置は、撮像手段によって被測定物の検査対象位置を撮像し、この撮像した画像データを解析して被測定物の形状や寸法等を測定する画像測定装置において、 前記撮像手段と前記被測定物とを相対移動させる相対移動手段と、前記被測定物の検査対象位置を撮像する撮像位置座標およびオートフォーカス位置座標を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された各位置座標を順番に呼び出し、この呼び出した位置座標に基づいて前記相対移動手段を制御しながら前記撮像手段によって撮像し、得られた画像を処理する制御処理手段とを備え、前記制御処理手段は、前記記憶手段に記憶された各位置座標を順番に呼び出す呼出手段と、前記呼び出した位置座標がオートフォーカス位置座標であるか否かを判別する判別手段と、前記呼び出した位置座標がオートフォーカス位置座標でないとき、呼び出した撮像位置座標へ前記撮像手段が位置するように前記相対移動手段を動作させて撮像する撮像指令手段と、前記呼び出した位置座標がオートフォーカス位置座標のとき、そのオートフォーカス位置座標へ前記撮像手段が位置するように前記相対移動手段を動作させるとともに、前記撮像手段が前記撮像手段の光軸方向へ相対移動するように前記相対移動手段を動作させながら複数位置で撮像するオートフォーカス指令手段と、前記オートフォーカス指令手段で得られた画像から合焦位置を求め、その位置に前記記憶手段に記憶された前記撮像位置座標を補正する補正手段とを有する、ことを特徴とする。

この構成によれば、上述した画像測定方法と同様な作用、効果が期待できる。

本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
＜実施形態の構造説明＞
図１は、本発明の実施形態に係る画像測定装置の全体構成を示す図、図２は、同画像測定装置のブロック図である。
これらの図に示すように、画像測定装置は、測定機本体１と、この測定機本体１の駆動を制御するとともに、得られた画像を処理する制御処理システム３０とから構成されている。

測定機本体１は、架台２と、この架台２の上面に設けられ被測定物を載置するテーブル３と、このテーブル３の上方に配置される撮像手段としての撮像光学ユニット１０と、この撮像光学ユニット１０と被測定物を載置したテーブル３とを三次元方向（Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向）へ相対移動させる相対移動手段としての三次元移動機構２０と、三次元方向の各軸方向の移動位置を検出するエンコーダ４と、被測定物に光を照射する照明装置５とを含んで構成されている。

撮像光学ユニット１０は、図９に示す撮像光学ユニットと同様に、ＣＣＤカメラ１１と、このＣＣＤカメラ１１と光学的に結合する対物レンズ１２とを備える。対物レンズ１２を介してＣＣＤカメラ１１により、テーブル３上の被測定物が撮像される。
三次元移動機構２０は、テーブル３を前後方向（Ｙ軸方向）へ移動させるＹ軸駆動部２１と、テーブル３を跨いで架台２に設けられた門形コラム２２と、この門形コラム２２の水平ビームに左右方向（Ｘ軸方向）へ移動可能に設けられたＸスライダ２３と、このＸスライダ２３に上下方向（Ｚ軸方向）へ移動可能に設けられたＺスライダ２４とから構成されている。Ｚスライダ２４には、撮像光学ユニット１０や照明装置５が設けられている。
エンコーダ４は、三次元方向の各軸方向、つまり、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向の位置を検出するもので、例えば、光電式エンコーダ、静電容量式エンコーダなどを利用できる。
照明装置５は、被測定物に対して斜めから光を照射できるように、対物レンズ１２の外周に沿ってリング状に配置されている。

制御処理システム３０は、記憶装置３１、制御処理装置３２、入力装置３３、表示装置３４およびプリンタ３５などを含んで構成されている。
記憶装置３１には、被測定物の検査対象位置を撮像するための撮像位置座標Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３…およびオートフォーカス位置座標ＡＦＰを記憶する撮像位置格納エリア３１Ａや、撮像光学ユニット１０で撮像された画像データを格納する画像データ格納エリア３１Ｂなどが設けられている。
制御処理装置３２は、記憶装置３１に記憶された各位置座標Ｐ１，Ｐ２…ＡＦＰ…を順番に呼び出し、この呼び出した位置座標に基づいて三次元移動機構２０を制御しながら撮像光学ユニット１０によって被測定物の検査対象位置を撮像し、得られた画像を処理する。

具体的には、記憶装置３１に記憶された各位置座標を順番に呼び出す呼出手段４１と、呼び出した位置座標がオートフォーカス位置座標であるか否かを判別する判別手段４２と、呼び出した位置座標がオートフォーカス位置座標でないとき、呼び出した撮像位置座標へ撮像光学ユニット１０が位置するように、三次元移動機構２０を動作させて撮像する撮像指令手段４３と、呼び出した位置座標がオートフォーカス位置座標のとき、そのオートフォーカス位置座標へ撮像光学ユニット１０が位置するように、三次元移動機構２０を動作させるとともに、撮像光学ユニット１０をその撮像光学ユニット１０の光軸方向へ相対移動させながら複数位置で撮像するオートフォーカス指令手段４４と、オートフォーカス指令手段４４で得られた画像から合焦位置を求め、その位置に記憶装置３１に記憶された撮像位置座標を補正する補正手段４５と、撮像によって得られた画像を処理する画像処理手段４６とを備える。

＜実施形態の作用説明＞
測定および処理は、図３のフローチャートに示すように、ＳＴ（ステップ）１から順番に実行される。
ＳＴ１において、測定開始前に、被測定物の検査対象位置を撮像するための撮像位置座標およびオートフォーカス位置座標を記憶装置３１に記憶させておく（登録工程）。
例えば、図４に示すように、被測定物の検査対象位置を撮像するための撮像位置座標Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５（Ｘ，Ｙ，Ｚ座標）を入力するとともに、オートフォーカス動作を行うためのオートフォーカス位置座標ＡＦＰを入力する。すると、これらの撮像位置座標Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５およびオートフォーカス位置座標ＡＦＰが記憶装置３１の撮像位置格納エリア３１Ａに格納される。

ＳＴ２において、測定が開始されると、記憶装置３１の撮像位置格納エリア３１Ａに記憶された最初の位置座標が呼び出される（呼出工程）。
ＳＴ３において、呼び出された位置座標がオートフォーカス位置座標ＡＦＰであるか否かが判別される（判別工程）。ＳＴ３において、呼び出された位置座標がオートフォーカス位置座標ＡＦＰでない場合には、つまり、撮像位置座標である場合にはＳＴ４へ進む。また、呼び出された位置座標がオートフォーカス位置座標ＡＦＰの場合にはＳＴ５へ進む。

ＳＴ４では、呼び出された撮像位置座標へ撮像光学ユニット１０が位置するように、三次元移動機構２０が動作され、撮像光学ユニット１０が呼び出された撮像位置座標に位置したとき、撮像光学ユニット１０によって被測定物の検査対象位置が撮像される（撮像工程）。得られた画像データは、記憶装置３１の画像データ格納エリア３１Ｂに格納される。

ＳＴ５では、呼び出されたオートフォーカス位置座標へ撮像光学ユニット１０が位置するように、三次元移動機構２０が動作されるとともに、撮像光学ユニット１０がその撮像光学ユニット１０の光軸方向へ相対移動され、その相対移動の複数位置で撮像光学ユニット１０によって被測定物のオートフォーカス位置が撮像される（オートフォーカス動作工程）。
例えば、図５（Ａ）に示すように、撮像光学ユニット１０が、オートフォーカス位置座標ＡＦＰ近傍において、螺旋運動されながら、撮像光学ユニット１０の光軸方向（Ｚ軸方向）へ相対移動され、この螺旋運動の複数位置（Ｘ，Ｙ軸座標が同じでＺ軸座標が異なる複数位置）において、撮像光学ユニット１０によって被測定物のオートフォーカス位置が撮像される。

または、図５（Ｂ）に示すように、撮像光学ユニット１０が、オートフォーカス位置座標ＡＦＰ近傍において、円弧運動されながら、撮像光学ユニット１０の光軸方向（Ｚ軸方向）への直線運動に変換され、この直線運動の複数位置（Ｘ，Ｙ軸座標が同じでＺ軸座標が異なる複数位置）において、撮像光学ユニット１０によって被測定物のオートフォーカス位置が撮像される。
このような動作、つまり、撮像光学ユニット１０を、螺旋運動または円弧運動させながら、撮像光学ユニット１０の光軸方向へ相対移動させるため、撮像光学ユニット１０の相対移動を停止させることなく、撮像光学ユニット１０の光軸方向へスムースに移動方向の変換を行うことができる。

ＳＴ６において、オートフォーカス動作によって得られた複数の画像データから、合焦位置が求められ、その位置に記憶装置３１に記憶された撮像位置座標が補正される（補正工程）。
ＳＴ７において、記憶装置３１の中から、次の位置座標が呼び出される。
ＳＴ８において、撮像終了かの判断がされる。撮像終了でない場合は、ＳＴ３へ戻り、撮像終了まで、ＳＴ７までの処理が繰り返される。撮像終了の場合は、ＳＴ９へ進む。
従って、ＳＴ６において、記憶装置３１に記憶された撮像位置座標が補正されると、図６に示すように、それ以降の測定動作では、補正された撮像位置座標Ｐ４'，Ｐ５'を基に、撮像光学ユニット１０によって被測定物の検査対象位置が撮像されるから、「ピンボケ」が生じるのを防ぐことができる。

ＳＴ９では、記憶装置３１の画像データ格納エリア３１Ｂに格納された画像データが読み出される（画像読出工程）。
ＳＴ１０では、読み出された画像データが処理されて、被測定物の検査対象位置が検査（形状や寸法の測定も含む）される（画像処理工程）。
ＳＴ１１において、画像処理作業の終了か否かが判断される。終了でない場合は、ＳＴ９およびＳＴ１０の処理が、繰り返される。終了の場合は、作業を終える。

本実施形態によれば、予め、登録工程において、被測定物の検査対象位置を撮像するための撮像位置座標Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３…とともに、オートフォーカス位置座標ＡＦＰを記憶装置３１に記憶させておけば、撮像位置座標での撮像動作の一連の流れの中で、オートフォーカス動作も実行されるから、測定動作を停止することなく、オートフォーカス動作を実行させることができる。そのため、測定時間を短縮することが可能である。

＜変形例の説明＞
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の変形、改良等は、本発明に含まれる。
前記実施形態では、撮像位置座標Ｐ３，Ｐ４の間に、オートフォーカス位置座標ＡＦＰを登録したが、オートフォーカス位置座標ＡＦＰは、撮像位置座標Ｐ３，Ｐ４の間に限らず、測定開始前であってもよい。また、測定経路中に挿入されるオートフォーカス位置座標ＡＦＰは、１つに限らず、複数箇所であってもよい。

前記実施形態では、テーブル３をＹ軸方向へ移動可能に、撮像光学ユニット１０をＸ軸方向およびＺ軸方向へ移動可能に構成したが、テーブル３を固定とし、撮像光学ユニット１０をＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向へ移動可能に構成してもよく、逆に、撮像光学ユニット１０を固定とし、テーブル３をＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向へ移動可能に構成してもよい。要するに、テーブル３および撮像光学ユニット１０が三次元方向へ相対移動できる構造であればよい。

本発明は、プリント基板やＩＣパッケージなどの電子部品の検査、測定に利用できるほか、プレス成形品や樹脂成形品の検査、測定にも利用できる。

本発明の実施形態の概略構成を示す図。 前記実施形態におけるブロック図。 前記実施形態における登録および測定時の処理を示すフローチャート。 前記実施形態における登録例を示す図。 前記実施形態におけるオートフォーカス動作を示す図。 前記実施形態における移動経路補正前後の様子を示す図。 従来の一般的動作の画像処理ルーチンを示すフローチャート。 従来の連続動作の画像処理ルーチンを示すフローチャート。 従来のオートフォーカス動作を示す図。

符号の説明

１０…撮像光学ユニット（撮像手段）、
２０…三次元移動機構（相対移動手段）、
３１…記憶装置、
３１Ａ…撮像位置格納エリア、
３１Ｂ…画像データ格納エリア、
３２…制御処理装置（制御処理手段）、
４１…呼出手段、
４２…判別手段、
４３…撮像指令手段、
４４…オートフォーカス指令手段、
４５…補正手段、
４６…画像処理手段、
ＡＦＰ…オートフォーカス位置座標、
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５…撮像位置座標。

Claims (4)

1. 撮像手段によって被測定物の検査対象位置を撮像し、この撮像した画像データを解析して被測定物の形状や寸法等を測定する画像測定方法において、
   前記被測定物の検査対象位置を撮像する撮像位置座標およびオートフォーカス位置座標を記憶手段に記憶させる登録工程と、
   前記記憶手段に記憶された各位置座標を順番に呼び出し、この呼び出した位置座標がオートフォーカス位置座標であるか否かを判別する判別工程と、
   前記呼び出した位置座標がオートフォーカス位置座標でないとき、呼び出した撮像位置座標へ前記撮像手段が位置するように前記撮像手段および前記被測定物を相対移動させて撮像する撮像工程と、
   前記呼び出した位置座標がオートフォーカス位置座標のとき、そのオートフォーカス位置座標へ前記撮像手段が位置するように前記撮像手段および前記被測定物を相対移動させるとともに、前記撮像手段を前記撮像手段の光軸方向へ相対移動させながら複数位置で撮像するオートフォーカス動作工程と、
   前記オートフォーカス動作工程で得られた画像から合焦位置を求め、その位置に前記記憶手段に記憶された前記撮像位置座標を補正する補正工程と、
   を備えたことを特徴とする画像測定方法。
2. 請求項１に記載の画像測定方法において、
   前記オートフォーカス動作工程では、前記撮像手段を、前記オートフォーカス位置座標近傍において、螺旋運動させながら前記撮像手段の光軸方向へ相対移動させ、この螺旋運動の複数位置で撮像する、
   ことを特徴とする画像測定方法。
3. 請求項１に記載の画像測定方法において、
   前記オートフォーカス動作工程では、前記撮像手段を、前記オートフォーカス位置座標近傍において、円弧運動させながら前記撮像手段の光軸方向への直線運動に変換し、この直線運動の複数位置で撮像する、
   ことを特徴とする画像測定方法。
4. 撮像手段によって被測定物の検査対象位置を撮像し、この撮像した画像データを解析して被測定物の形状や寸法等を測定する画像測定装置において、
   前記撮像手段と前記被測定物とを相対移動させる相対移動手段と、
   前記被測定物の検査対象位置を撮像する撮像位置座標およびオートフォーカス位置座標を記憶する記憶手段と、
   前記記憶手段に記憶された各位置座標を順番に呼び出し、この呼び出した位置座標に基づいて前記相対移動手段を制御しながら前記撮像手段によって撮像し、得られた画像を処理する制御処理手段とを備え、
   前記制御処理手段は、前記記憶手段に記憶された各位置座標を順番に呼び出す呼出手段と、前記呼び出した位置座標がオートフォーカス位置座標であるか否かを判別する判別手段と、前記呼び出した位置座標がオートフォーカス位置座標でないとき、呼び出した撮像位置座標へ前記撮像手段が位置するように前記相対移動手段を動作させて撮像する撮像指令手段と、前記呼び出した位置座標がオートフォーカス位置座標のとき、そのオートフォーカス位置座標へ前記撮像手段が位置するように前記相対移動手段を動作させるとともに、前記撮像手段が前記撮像手段の光軸方向へ相対移動するように前記相対移動手段を動作させながら複数位置で撮像するオートフォーカス指令手段と、前記オートフォーカス指令手段で得られた画像から合焦位置を求め、その位置に前記記憶手段に記憶された前記撮像位置座標を補正する補正手段とを有する、
   ことを特徴とする画像測定装置。

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