JP2012159410A - 寸法測定装置、寸法測定方法及び寸法測定装置用のプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 ワークの寸法を高い精度で測定することができるとともに、被写界深度を越える段差を有するワークであっても、測定対象とする箇所を容易に設定することができる寸法測定装置を提供する。
【解決手段】 可動ステージ１２上のワークＷを撮影する撮像手段と、可動ステージ１２のＺ方向の位置が異なる複数のワーク画像を深度合成し、深度合成画像を生成する深度合成手段と、マスターピースを撮影して得られる深度合成画像をマスター画像Ｍ１として画面表示するマスター画像表示手段と、マスター画像Ｍ１に対し測定対象箇所及び測定方法を指定し、測定箇所情報を生成する測定箇所情報生成手段と、測定箇所情報に基づいて、ワークＷを撮影して得られた深度合成画像から測定対象箇所のエッジを抽出するエッジ抽出手段と、抽出されたエッジに基づいて、測定対象箇所の寸法値を求める寸法値算出手段により構成される。
【選択図】 図７

Description

本発明は、寸法測定装置、寸法測定方法及び寸法測定装置用のプログラムに係り、さらに詳しくは、Ｚ方向に移動可能な可動ステージ上のワークを撮影したワーク画像のエッジに基づいてワークの寸法を測定する寸法測定装置の改良に関する。

一般に、寸法測定装置は、ワークを撮影したワーク画像のエッジに基づいてワークの寸法を測定する装置であり、画像測定器と呼ばれることもある（例えば、特許文献１〜３）。通常、ワークは、Ｘ，Ｙ及びＺ軸方向に移動可能な可動ステージ上に載置される。可動ステージをＺ軸方向に移動させることにより、ワーク画像のピント合わせが行われ、Ｘ，Ｙ軸方向に移動させることにより、ワークの視野内への位置調整が行われる。

ワーク画像は、可動ステージのＺ軸方向の位置に関わらず、ワークに対して極めて正確な相似形であることから、画像上で距離や角度を判定することにより、ワーク上における実際の寸法を検知することができる。この様な寸法測定装置を用いてワークの寸法を測定する場合、撮影倍率を高くすれば、測定精度を上げることができる。しかし、撮影倍率を高くすると、被写界深度が浅くなることから、被写界深度を越える段差を有するワークの場合に、ワークの一部分にしかピントが合わないため、ワークの全体像を把握しづらく、測定設定が容易ではないという問題があった。特に、ワークにおけるＺ方向の高さが異なる複数の箇所を測定対象として設定する場合、これらの箇所をそれぞれ測定対象として指定するために、可動ステージのＺ方向の位置を手動で調整することによってピント合わせを行わなければならなかった。このため、測定設定のための操作手順が煩雑であるとともに、測定設定に長い時間を要するという問題があった。

特開２００９−３００１２４号公報 特開２００９−３００１２５号公報 特開２０１０−１９６６７号公報

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、ワークの寸法を高い精度で測定することができるとともに、被写界深度を越える段差を有するワークであっても、測定対象とする箇所を容易に設定することができる寸法測定装置を提供することを目的とする。

特に、測定精度を向上させることができるとともに、Ｚ方向の高さが異なる複数の箇所を測定対象として容易に設定することができる寸法測定装置を提供することを目的とする。また、測定設定のための操作手順を簡素化しつつ、測定設定やワークの寸法測定に要する時間を短縮することができる寸法測定装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、測定設定のための操作手順を簡素化しつつ、ワークの寸法を高い精度で測定することができるとともに、測定設定やワークの寸法測定に要する時間を短縮することができる寸法測定方法を提供することを目的とする。

また、本発明は、上述した様な寸法測定装置として端末装置を機能させる寸法測定装置用のプログラムを提供することを目的とする。

第１の本発明による寸法測定装置は、Ｚ方向に移動可能な可動ステージ上のワークを撮影したワーク画像のエッジに基づいてワークの寸法を測定する寸法測定装置であって、上記可動ステージ上のワークを撮影し、ワーク画像を生成する撮像手段と、上記可動ステージのＺ方向の位置が異なる２以上の上記ワーク画像を深度合成し、深度合成画像を生成する深度合成手段と、マスターピースを撮影して得られる上記深度合成画像をマスター画像として画面表示するマスター画像表示手段と、上記マスター画像に対し測定対象箇所及び測定方法を指定し、測定箇所情報を生成する測定箇所情報生成手段と、上記測定箇所情報に基づいて、ワークを撮影して得られた上記深度合成画像から上記測定対象箇所のエッジを抽出するエッジ抽出手段と、抽出された上記エッジに基づいて、上記測定対象箇所の寸法値を求める寸法値算出手段とを備えて構成される。

この様な構成によれば、マスターピースを撮影して得られる深度合成画像を測定対象箇所や測定方法を指定するためのマスター画像として用いるので、マスターピースと同じ形状のワークであれば、撮像手段の被写界深度を越える段差を有するワークであっても、ワークの全体像を容易に把握することができる。このため、ワークにおけるＺ方向の高さが異なる複数の箇所を測定対象として容易に設定することができる。また、この様にして設定された測定対象箇所に対し、ワークを撮影して得られる深度合成画像からエッジを抽出して寸法値を算出するので、ワークの寸法測定の際に可動ステージのＺ方向の位置を手動で調整しなくても、所望の寸法を得ることができる。つまり、ユーザは、ワークの段差を意識することなく、測定対象箇所の設定と実際の寸法測定とを行うことができる。従って、寸法測定のための操作手順を簡素化しつつ、測定精度を向上させることができるとともに、寸法測定に要する時間を短縮することができる。

第２の本発明による寸法測定装置は、Ｚ方向に移動可能な可動ステージ上のワークを撮影したワーク画像のエッジに基づいてワークの寸法を測定する寸法測定装置であって、上記可動ステージ上のマスターピースを撮影し、撮影画像を生成する撮像手段と、上記可動ステージのＺ方向の位置が異なる２以上の上記撮影画像を深度合成し、深度合成画像を生成する深度合成手段と、上記深度合成画像をマスター画像として画面表示するマスター画像表示手段と、上記マスター画像に対し測定対象箇所及び測定方法を指定し、測定箇所情報を生成する測定箇所情報生成手段と、上記測定対象箇所に対応するＺ方向の位置へ上記可動ステージを移動させ、当該測定対象箇所にピントを合わせる測定箇所ピント調整手段と、上記測定箇所情報に基づいて、ピント調整された上記ワーク画像から上記測定対象箇所のエッジを抽出するエッジ抽出手段と、抽出された上記エッジに基づいて、上記測定対象箇所の寸法値を求める寸法値算出手段とを備えて構成される。

この様な構成によれば、マスターピースを撮影して得られる深度合成画像を測定対象箇所や測定方法を指定するためのマスター画像として用いるので、マスターピースと同じ形状のワークであれば、撮像手段の被写界深度を越える段差を有するワークであっても、ワークの全体像を容易に把握することができる。このため、ワークにおけるＺ方向の高さが異なる複数の箇所を測定対象として容易に設定することができる。また、この様にして設定された測定対象箇所に対し、対応するＺ方向の位置へ可動ステージを移動させてピントを合わせ、ワーク画像が取得される。このワーク画像からエッジを抽出して測定対象箇所の寸法値を算出するので、ワークの寸法測定の際に可動ステージのＺ方向の位置を手動で調整しなくても、所望の寸法を得ることができる。つまり、ユーザは、ワークの段差を意識することなく、測定対象箇所の設定と実際の寸法測定とを行うことができる。従って、寸法測定のための操作手順を簡素化しつつ、測定精度を向上させることができるとともに、寸法測定に要する時間を短縮することができる。

第３の本発明による寸法測定装置は、上記構成に加え、上記測定箇所ピント調整手段が、同一のワークに高さの異なる２以上の測定対象箇所がある場合に、これらの測定対象箇所について、対応するＺ方向の位置へ上記可動ステージを順次に移動させるように構成される。

この様な構成によれば、ピントが合うように可動ステージを順次に移動させるので、同一のワークに対して高さの異なる複数の測定対象箇所がある場合であっても、これらの測定対象箇所を順繰りに合焦位置へ自動搬送して測定対象箇所の寸法値を得ることができる。

第４の本発明による寸法測定装置は、上記構成に加え、上記可動ステージ上の上記ワークに対し、上記撮像手段と同じ側から照明光を照射する落射照明光源と、上記マスター画像に対して上記測定対象箇所が指定された場合に、当該測定対象箇所に対応するＺ方向の位置へ上記可動ステージを移動させてピントを合わせ、ピント調整後の上記マスターピースの撮影画像を取得して画面表示する撮影画像表示手段とを備え、上記測定箇所情報生成手段が、上記ピント調整後のマスターピースの上記撮影画像に対し測定対象箇所及び測定方法を指定して上記測定箇所情報を生成するように構成される。

この様な構成によれば、マスター画像に対して測定対象箇所が指定された場合に、対応するＺ方向の位置へ可動ステージを移動させてピントを合わせ、マスターピースの撮影画像が取得される。この撮影画像に対して測定対象箇所や測定方法を指定するので、測定対象箇所の高さを意識することなく、エッジ抽出の条件などを実画像によって詳細に設定することができる。

第５の本発明による寸法測定装置は、上記構成に加え、上記マスターピースの撮影画像に基づいて、照合用のパターン画像からなる特徴量情報を生成する特徴量情報生成手段と、上記特徴量情報に基づいて、上記可動ステージ上の上記ワークの位置及び姿勢を特定するワーク検出手段とを備え、上記エッジ抽出手段が、特定された位置及び姿勢、並びに、上記測定箇所情報に基づいて、上記測定対象箇所のエッジ抽出を行うように構成される。

この様な構成によれば、可動ステージ上のワークを撮影したワーク画像をパターン画像と照合することによって、マスターピースと同じ形状のワークについて、位置や姿勢を正確に特定することができる。また、特定した位置及び姿勢に基づいて測定対象箇所のエッジ抽出を行うので、撮影視野内であれば、可動ステージ上の任意の位置に任意の姿勢でワークを配置しても、所望の寸法を高い精度で測定することができる。

第６の本発明による寸法測定装置は、上記構成に加え、上記特徴量情報生成手段が、上記マスターピースを撮影して得られる上記深度合成画像に基づいて、上記特徴量情報を生成し、上記ワーク検出手段が、上記ワークを撮影して得られる上記深度合成画像を上記パターン画像と照合することにより、上記ワークの位置及び姿勢を特定するように構成される。

この様な構成によれば、撮像手段よりも被写界深度が深い深度合成画像から得られる照合用のパターン画像と、ワークの深度合成画像を照合して位置及び姿勢を特定するので、ワークの位置決め精度を向上させることができる。

第７の本発明による寸法測定方法は、Ｚ方向に移動可能な可動ステージ上のワークを撮影したワーク画像のエッジに基づいてワークの寸法を測定する寸法測定方法であって、上記可動ステージ上のワークを撮影し、ワーク画像を生成する撮像ステップと、上記可動ステージのＺ方向の位置が異なる２以上の上記ワーク画像を深度合成し、深度合成画像を生成する深度合成ステップと、マスターピースを撮影して得られる上記深度合成画像をマスター画像として画面表示するマスター画像表示ステップと、上記マスター画像に対し測定対象箇所及び測定方法を指定し、測定箇所情報を生成する測定箇所情報生成ステップと、上記測定箇所情報に基づいて、ワークを撮影して得られた上記深度合成画像から上記測定対象箇所のエッジを抽出するエッジ抽出ステップと、抽出された上記エッジに基づいて、上記測定対象箇所の寸法値を求める寸法値算出ステップとを備えて構成される。

第８の本発明による寸法測定方法は、Ｚ方向に移動可能な可動ステージ上のワークを撮影したワーク画像のエッジに基づいてワークの寸法を測定する寸法測定方法であって、上記可動ステージ上のマスターピースを撮影し、撮影画像を生成する撮像ステップと、上記可動ステージのＺ方向の位置が異なる２以上の上記撮影画像を深度合成し、深度合成画像を生成する深度合成ステップと、上記深度合成画像をマスター画像として画面表示するマスター画像表示ステップと、上記マスター画像に対し測定対象箇所及び測定方法を指定し、測定箇所情報を生成する測定箇所情報生成ステップと、上記測定対象箇所に対応するＺ方向の位置へ上記可動ステージを移動させ、当該測定対象箇所にピントを合わせる測定箇所ピント調整ステップと、上記測定箇所情報に基づいて、ピント調整された上記ワーク画像から上記測定対象箇所のエッジを抽出するエッジ抽出ステップと、抽出された上記エッジに基づいて、上記測定対象箇所の寸法値を求める寸法値算出ステップとを備えて構成される。

第９の本発明による寸法測定装置用のプログラムは、Ｚ方向に移動可能な可動ステージ上のワークを撮影したワーク画像のエッジに基づいてワークの寸法を測定するための寸法測定装置用のプログラムであって、上記可動ステージ上のワークを撮影し、ワーク画像を生成する撮像手順と、上記可動ステージのＺ方向の位置が異なる２以上の上記ワーク画像を深度合成し、深度合成画像を生成する深度合成手順と、マスターピースを撮影して得られる上記深度合成画像をマスター画像として画面表示するマスター画像表示手順と、上記マスター画像に対し測定対象箇所及び測定方法を指定し、測定箇所情報を生成する測定箇所情報生成手順と、上記測定箇所情報に基づいて、ワークを撮影して得られた上記深度合成画像から上記測定対象箇所のエッジを抽出するエッジ抽出手順と、抽出された上記エッジに基づいて、上記測定対象箇所の寸法値を求める寸法値算出手順とからなる。

第１０の本発明による寸法測定装置用のプログラムは、Ｚ方向に移動可能な可動ステージ上のワークを撮影したワーク画像のエッジに基づいてワークの寸法を測定するための寸法測定装置用のプログラムであって、上記可動ステージ上のマスターピースを撮影し、撮影画像を生成する撮像手順と、上記可動ステージのＺ方向の位置が異なる２以上の上記撮影画像を深度合成し、深度合成画像を生成する深度合成手順と、上記深度合成画像をマスター画像として画面表示するマスター画像表示手順と、上記マスター画像に対し測定対象箇所及び測定方法を指定し、測定箇所情報を生成する測定箇所情報生成手順と、上記測定対象箇所に対応するＺ方向の位置へ上記可動ステージを移動させ、当該測定対象箇所にピントを合わせる測定箇所ピント調整手順と、上記測定箇所情報に基づいて、ピント調整された上記ワーク画像から上記測定対象箇所のエッジを抽出するエッジ抽出手順と、抽出された上記エッジに基づいて、上記測定対象箇所の寸法値を求める寸法値算出手順とからなる。

本発明による寸法測定装置では、ワークの寸法を高い精度で測定することができるとともに、被写界深度を越える段差を有するワークであっても、測定対象とする箇所を容易に設定することができる。

また、本発明による寸法測定方法では、測定設定のための操作手順を簡素化しつつ、ワークの寸法を高い精度で測定することができるとともに、測定設定やワークの寸法測定に要する時間を短縮することができる。

また、本発明による寸法測定装置用のプログラムでは、上述した様な寸法測定装置として端末装置を機能させることができる。

本発明の実施の形態１による寸法測定装置１の一構成例を示した斜視図である。 図１の測定ユニット１０内の構成例を模式的に示した説明図であり、測定ユニット１０を鉛直面により切断した場合の切断面が示されている。 図２のリング照明ユニット１３０の構成例を示した図である。 図１の寸法測定装置１の動作の一例を示したフローチャートである。 図１の寸法測定装置１における測定設定データの作成時の動作の一例を示したフローチャートである。 図１の寸法測定装置１を用いて段差のあるワークＷを撮影したワーク画像Ｗ１〜Ｗ３の一例を示した図である。 図１の寸法測定装置１における測定箇所の設定時の動作の一例を示した図であり、マスター画像Ｍ１及び測定設定画面２が示されている。 図１の寸法測定装置１における測定箇所の設定時の動作の一例を示した図であり、マスター画像Ｍ１と実画像とが切り替えられる様子が示されている。 図１の寸法測定装置１における測定箇所の設定時の動作の一例を示したフローチャートである。 図１の寸法測定装置１における動作の一例を示した図であり、測定設定時のマスター画像Ｍ１とワーク測定時のワーク画像Ｗ１０とが示されている。 図１の寸法測定装置１におけるワーク測定時の動作の一例を示したフローチャートである。 図１の制御ユニット２０の構成例を示したブロック図であり、制御ユニット２０内の機能構成の一例が示されている。 図７の測定設定画面２内の設定ボタン２３の操作によって表示される詳細設定画面３の一例を示した図である。 図７の測定設定画面２内の設定ボタン２３の操作によって表示される詳細設定画面３の一例を示した図であり、エッジ方向を指定した場合が示されている。 図７の測定設定画面２内の設定ボタン２３の操作によって表示される詳細設定画面３の一例を示した図であり、エッジ強度の閾値を指定した場合が示されている。 本発明の実施の形態２による寸法測定装置１におけるワーク測定時の動作の一例を示したフローチャートである。 図１６の寸法測定装置１における制御ユニット２０の構成例を示したブロック図である。

実施の形態１．
＜寸法測定装置１＞
図１は、本発明の実施の形態１による寸法測定装置１の一構成例を示した斜視図である。この寸法測定装置１は、可動ステージ１２上に配置されたワークを撮影し、その撮影画像を解析してワークの寸法を測定する画像測定器であり、測定ユニット１０、制御ユニット２０、キーボード３１及びマウス３２により構成される。ワークは、その形状や寸法が測定される測定対象物である。

測定ユニット１０は、ワークに照明光を照射し、当該ワークを透過した透過光又は当該ワークによって反射された反射光を受光して撮影画像を生成する光学系ユニットであり、ディスプレイ１１、可動ステージ１２、ＸＹ位置調整つまみ１４ａ、Ｚ位置調整つまみ１４ｂ、電源スイッチ１５及び測定開始ボタン１６が設けられている。

ディスプレイ１１は、撮影画像や測定結果、測定条件の設定画面を画面表示する表示装置である。可動ステージ１２は、測定対象のワークを載置するための載置台であり、概ね水平で平坦な載置面内に照明光を透過させる検出エリア１３が形成されている。検出エリア１３は、透明ガラスからなる円形状の領域である。この可動ステージ１２は、撮影軸と平行なＺ軸方向と、撮影軸に垂直なＸＹの各軸方向とに移動させることができる。

ＸＹ位置調整つまみ１４ａは、可動ステージ１２をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させるための操作部である。Ｚ位置調整つまみ１４ｂは、可動ステージ１２をＺ軸方向に移動させるための操作部である。電源スイッチ１５は、測定ユニット１０及び制御ユニット２０の電源をオン又はオフするための操作部であり、測定開始ボタン１６は、寸法測定を開始させるための操作部である。

制御ユニット２０は、測定ユニット１０のディスプレイ１１や可動ステージ１２を制御し、測定ユニット１０により撮影されたワーク画像を解析してワークの寸法を算出するコントローラである。キーボード３１及びマウス３２は、制御ユニット２０に接続されている。電源オン後、検出エリア１３内にワークを適当に配置して測定開始ボタン１６を操作すれば、ワークの寸法が自動的に測定される。

＜測定ユニット１０＞
図２は、図１の測定ユニット１０内の構成例を模式的に示した説明図であり、測定ユニット１０を鉛直面により切断した場合の切断面が示されている。この測定ユニット１０は、ディスプレイ１１、可動ステージ１２、ステージ駆動ユニット１１０、透過照明ユニット１２０、リング照明ユニット１３０、同軸落射照明用光源１４１、受光レンズユニット１５０、撮像素子１５５及び１５８により構成される。

ディスプレイ１１や可動ステージ１２は、筐体１０ａ外に配置され、ステージ駆動ユニット１１０、透過照明ユニット１２０、リング照明ユニット１３０、同軸落射照明用光源１４１、受光レンズユニット１５０、撮像素子１５５及び１５８は、筐体１０ａ内に収容されている。また、ステージ駆動ユニット１１０や透過照明ユニット１２０は、可動ステージ１２の下側に配置され、リング照明ユニット１３０、同軸落射照明用光源１４１、受光レンズユニット１５０、撮像素子１５５及び１５８は、可動ステージ１２の上側に配置されている。

この測定ユニット１０では、可動ステージ１２の検出エリア１３内に配置されたワークに照明光を照射し、その透過光又は反射光を受光して撮像素子１５５，１５８に結像させることにより、ワーク画像が取得される。このワーク画像を解析することにより、ワークの寸法が測定され、測定結果をディスプレイ１１上に表示することができる。可動ステージ１２上のワークは、異なる撮影倍率で撮影することができる。例えば、直径２５ｍｍ程度の撮影エリアを撮影視野とする低倍率撮影と、直径６ｍｍ程度の撮影エリアを撮影視野とする高倍率撮影とを選択することができる。ワークを低倍率で撮影した低倍率画像と、高倍率で撮影した高倍率画像とは、電子的に切り替えてディスプレイ１１上に表示することができる。

ステージ駆動ユニット１１０は、制御ユニット２０からの制御信号に基づいて、可動ステージ１２を移動させる駆動ユニットであり、Ｚ駆動部１１１及びＸＹ駆動部１１２からなる。Ｚ駆動部１１１は、可動ステージ１２をＺ軸方向に所定の範囲内で移動させて、ワークの撮影軸方向の位置を調整するためのＺ位置調整手段である。ＸＹ駆動部１１２は、可動ステージ１２をＸ軸方向及びＹ軸方向に所定の範囲内で移動させて、ワークの撮影エリア内の位置を調整するためのＸＹ位置調整手段である。

透過照明ユニット１２０は、可動ステージ１２の検出エリア１３内に配置されたワークに対し、照明光を下側から照射するための照明装置であり、透過照明用光源１２１、ミラー１２２及び光学レンズ１２３からなる。透過照明用光源１２１から出射された透過照明光は、ミラー１２２により反射され、光学レンズ１２３を介して出射される。この透過照明光は、可動ステージ１２を透過し、その透過光の一部は、ワークにより遮断され、他の一部が受光レンズユニット１５０に入射する。透過照明は、ワークの外形や貫通孔の内径を測定するのに適している。

リング照明ユニット１３０は、可動ステージ１２上のワークに対し、照明光を上側から照射するための落射照明装置であり、受光レンズユニット１５０の受光部を取り囲むリング状の光源からなる。このリング照明ユニット１３０は、分割点灯が可能な照明装置であり、全周にわたって点灯させたり、一部のみを点灯させることができる。

同軸落射照明用光源１４１は、可動ステージ１２上のワークに対し、撮影軸と略同軸の出射光軸を有する照明光を上側から照射するための光源である。受光レンズユニット１５０内には、照明光の出射光軸と撮影軸とを分岐するためのハーフミラー１４２が配置されている。落射照明は、段差を有するワークの寸法を測定するのに適している。特に、同軸落射照明用光源１４１を用いた同軸落射照明は、鏡面加工された金属表面など、ワーク表面で照明光が乱反射し難く、正反射成分が反射光に占める割合の多いワークを測定するのに好適である。

ワークの照明方法としては、透過照明、リング照明又は同軸落射照明を選択することができる。特に、測定したい箇所やワークごとに照明方法を自動的に切り替えて寸法測定を行うことができる。

受光レンズユニット１５０は、受光レンズ１５１、ハーフミラー１５２、絞り板１５３，１５６、結像レンズ１５４及び１５７からなる光学系であり、透過照明光やワークによる反射光を受光して撮像素子１５５，１５８に結像させる。受光レンズ１５１は、可動ステージ１２に対向させて配置され、低倍率撮影及び高倍率撮影に使用される共通の対物レンズである。この受光レンズ１５１は、ワークのＺ軸方向の位置が変化しても、像の大きさを変化させない性質を有し、テレセントリックレンズと呼ばれる。

絞り板１５３及び結像レンズ１５４は、低倍側結像レンズ部であり、受光レンズ１５１と同軸に配置されている。結像レンズ１５４は、撮像素子１５５に対向させて配置された光学レンズである。

一方、絞り板１５６及び結像レンズ１５７は、高倍側結像レンズ部であり、ハーフミラー１５２によって高倍率撮影軸が低倍率撮影軸から分岐されている。結像レンズ１５７は、撮像素子１５８に対向させて配置された光学レンズである。

撮像素子１５５は、受光レンズユニット１５０により形成される低倍率視野内のワークを低倍率で撮影し、低倍率画像を生成するための低倍率用のイメージセンサである。撮像素子１５８は、受光レンズユニット１５０により形成される高倍率視野内のワークを高倍率で撮影し、高倍率画像を生成するための高倍率用のイメージセンサである。高倍率視野は、低倍率視野よりも狭い撮影視野であり、低倍率視野内に形成される。

撮像素子１５５，１５８は、いずれもＣＣＤ（Charge Coupled Devices：電荷結合素子）又はＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor：相補型金属酸化物半導体）などの半導体素子からなる。

この寸法測定装置１では、可動ステージ１２の検出エリア１３内であれば、ワークをどこにどの様な姿勢で配置しても、低倍率視野で捉えられ、低倍率画像を解析して可動ステージ１２をＸ軸方向又はＹ軸方向に移動させることにより、高倍率視野内へ自動搬送される。

図３は、図２のリング照明ユニット１３０の構成例を示した図である。このリング照明ユニット１３０は、円周上に配置された４つの発光ブロック１３１からなり、発光ブロック１３１を任意に選択して点灯させることができる。

寸法測定時にいずれの発光ブロック１３１を点灯させるかは、測定箇所情報において指定することができる。特に、同一のワークＷに対する複数の測定対象箇所を測定する場合に、これらの測定対象箇所ごとに点灯させる発光ブロック１３１を指定することができる。

＜寸法測定装置１の動作＞
図４のステップＳ１０１〜Ｓ１０３は、図１の寸法測定装置１の動作の一例を示したフローチャートである。この寸法測定装置１では、その動作が３つのプロセス、すなわち、測定設定データの作成（ステップＳ１０１）、測定の実行（ステップＳ１０２）及び測定結果の表示（ステップＳ１０３）からなる。

測定設定データは、測定の実行に必要な情報であり、特徴量を示す特徴量情報、測定対象箇所や測定種別を示す測定箇所情報、測定対象箇所ごとの設計値や公差を示す設計値情報からなる。特徴量情報は、ワーク画像を解析してワークの位置や姿勢を検出するための位置決め用の情報であり、所定のマスターデータに基づいて設定される。なお、特徴量情報、測定箇所情報が高倍率画像に基づいて設定されたものである場合には、その旨を示す識別情報が測定設定データとして保持される。

測定設定データは、制御ユニット２０において作成される。或いは、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）などの情報処理端末において作成された測定設定データを制御ユニット２０に転送して用いるような構成であっても良い。測定処理は、この様な測定設定データに基づいて実行される。そして、測定結果の表示処理は、測定によって得られた寸法値や良否判定の結果をディスプレイ１１上に表示することにより行われる。

＜測定設定データの作成＞
図５のステップＳ２０１〜Ｓ２０４は、図１の寸法測定装置１における測定設定データの作成時の動作の一例を示したフローチャートである。この図には、制御ユニット２０において測定設定データを作成する場合が示されている。

測定設定データの作成処理は、以下に示す４つの処理手順からなる。まず、設計データの入力が行われる（ステップＳ２０１）。設計データの入力では、特徴量の設定や輪郭比較に用いるマスターデータが取得される。マスターデータは、マスターピースを撮影した撮影画像、或いは、ＣＡＤ（Computer Aided Design）により作成されたＣＡＤデータやＣＡＤ画像からなる。ここでは、マスターデータとして、マスターピースを撮影して得られたマスター画像を用いた場合の例を説明する。

次に、特徴量の設定が行われる（ステップＳ２０２）。特徴量の設定は、マスター画像に基づいて、特徴量情報や測定範囲を設定することにより行われる。次に、測定対象箇所及び測定種別の指定が行われる（ステップＳ２０３）。具体的には、ディスプレイ１１上に表示されたマスター画像に対し、測定対象とする位置、エッジ検出領域及び測定方法を指定することにより行われる。

エッジ検出領域は、領域内の画像データについて、輝度変化を解析してエッジを抽出するための画像処理領域である。測定種別の指定では、何をどの様にして測定するのかという測定方法が選択される。測定対象箇所及び測定種別の指定が完了すれば、マスター画像に対する寸法測定が実行される。すなわち、マスター画像に対し、測定対象箇所のエッジ抽出を行い、指定された測定方法で測定対象箇所の寸法値が算出される。寸法値の測定結果は、例えば、マスター画像上に表示される。

次に、設計値及び公差の設定が行われる（ステップＳ２０４）。設計値及び公差の設定では、表示された測定対象箇所ごとの寸法値が必要に応じて変更され、設計値として設定される。また、設計値に関連付けて公差が設定される。この様にして作成された測定設定データは、制御ユニット２０内のメモリに書き込まれる。

＜段差のあるワークＷの撮影画像＞
図６は、図１の寸法測定装置１を用いて段差のあるワークＷを撮影したワーク画像Ｗ１〜Ｗ３の一例を示した図である。この図は、落射照明により撮影した場合が示され、図中の（ａ）には、段差を有するワークＷの斜視図が示され、（ｂ）には、可動ステージ１２をＺ方向に順次に移動させながら撮影したワーク画像Ｗ１〜Ｗ３が示されている。

このワークＷは、Ｚ方向の高さが最も高い最上段ブロックと、中程度の中段ブロックと、最も低い最下段ブロックからなり、最上段ブロックの上面と中段ブロックの上面との間と、中断ブロックの上面と最下段ブロックの上面との間にそれぞれ段差が形成されている。ワーク画像Ｗ１〜Ｗ３は、可動ステージ１２上に配置されたワークＷを撮影することによって得られる撮影画像であり、例えば、低倍率視野内のワークＷを低倍率で撮影した低倍率画像からなる。

上述したワークＷの段差が低倍率撮影時の被写界深度よりも大きい場合、被写界深度範囲内の箇所にしかピントが合わないことから、ワーク画像Ｗ１〜Ｗ３では、ワークＷの全体像を捉えることはできない。すなわち、ワーク画像Ｗ１は、３つのワーク画像Ｗ１〜Ｗ３のうち、可動ステージ１２のＺ方向の位置が最も低い位置で撮影され、最上段ブロックの上面にだけピントが合っている。ワーク画像Ｗ２は、可動ステージ１２のＺ方向の位置が中程度の位置で撮影され、中段ブロックの上面にだけピントが合っている。ワーク画像Ｗ３は、可動ステージ１２のＺ方向の位置が最も高い位置で撮影され、最下段ブロックの上面にだけピントが合っている。

この様なワークＷについて、Ｚ方向の高さが異なる複数の箇所を測定対象として設定する場合、従来の寸法測定装置では、これらの箇所をそれぞれ測定対象として指定するために、可動ステージ１２のＺ方向の位置を手動で調整することによってピント合わせを行わなければならなかった。

これに対し、本実施の形態による寸法測定装置１では、同一のマスターピースを撮影した複数の撮影画像を深度合成して得られる深度合成画像を測定対象箇所や測定方法を指定するためのマスター画像として用いることにより、マスターピースと同じ形状のワークＷであれば、被写界深度を越える段差を有するワークＷであっても、ワークＷの全体像を容易に把握することができる。このため、可動ステージ１２のＺ方向の位置を手動で調整しなくても、Ｚ方向の高さが異なる複数の箇所を測定対象として容易に設定することができる。

＜マスター画像Ｍ１と測定設定画面２＞
図７は、図１の寸法測定装置１における測定対象箇所の設定時の動作の一例を示した図である。図中の（ａ）には、マスターピースを撮影した複数の撮影画像を深度合成して得られるマスター画像Ｍ１が示され、（ｂ）には、マスター画像Ｍ１を用いて測定対象箇所を設定するための測定設定画面２が示されている。

マスター画像Ｍ１は、可動ステージ１２のＺ方向の位置を一定間隔で異ならせながら同一のマスターピースを撮影し、得られた複数の撮影画像を深度合成することによって得られる深度合成画像である。マスターピースは、測定対象のワークＷと同じ形状の基準物である。

深度合成画像とは、ピントの合っている箇所が異なる複数の撮影画像を合成することによって、被写界深度を擬似的に深くした多重焦点画像のことである。この様な深度合成画像は、例えば、撮影画像のそれぞれについて、輝度変化を解析することにより、画素ごとのエッジ強度を求め、このエッジ強度に基づいて、ピントの合っている撮影画像の画素値をつなぎ合わせることにより、１枚の画像として作成される。

深度合成に用いる各撮影画像には、可動ステージ１２のＺ方向の位置を示す位置情報が関連づけられ、深度合成画像の各画素には、対応する撮影画像の上記位置情報が関連づけられている。従って、マスター画像Ｍ１において画素を指定すれば、対応する撮影画像が撮影された際の可動ステージ１２のＺ方向の位置を識別することができる。つまり、マスター画像Ｍ１を用いて設定された測定箇所情報には、可動ステージ１２のＺ方向の位置情報が関連づけられている。深度合成のための取得する撮影画像は、低倍率画像又は高倍率画像のいずれであっても良いが、ここでは、低倍率画像が用いられるものとする。

このマスター画像Ｍ１では、最上段ブロック、中段ブロック及び最下段ブロックの各上面にピントが合っており、ワークＷの全体像を容易に識別することができる。深度合成のために可動ステージ１２をＺ方向に移動させる範囲は、任意に指定することができる。例えば、移動範囲の上限及び下限は、必要に応じて変更することができる。また、可動ステージ１２を移動させる際の間隔（ピッチ）や深度合成に用いる撮影画像の枚数は、任意に指定することができ、必要に応じて変更することもできる。

測定設定画面２は、測定対象箇所や測定方法を設定するための入力画面であり、ディスプレイ１１上に表示される。この測定設定画面２には、マスター画像Ｍ１を表示するための表示領域２１と、各種の設定ボタン２２，２３が配置されている。設定ボタン２２は、測定種別や照明方法などを設定するための操作アイコンである。設定ボタン２３は、測定対象箇所のエッジを抽出する際のエッジ抽出条件を設定するための操作アイコンである。

表示領域２１内のマスター画像Ｍ１に対し、測定対象箇所や測定種別を指定することにより、測定箇所情報が作成される。例えば、エッジ検出領域Ａ１は、マスターピースの輪郭線の一部を取り囲む境界線を指定することによって設定される。測定対象箇所及びその測定種別を指定すれば、マスター画像Ｍ１に対する寸法測定が実行され、当該測定対象箇所の寸法値がマスター画像Ｍ１上に表示される。ユーザは、この測定結果を参考にして、設計値や公差を指定することができる。

＜深度合成画像と実画像の切替＞
図８は、図１の寸法測定装置１における測定箇所の設定時の動作の一例を示した図であり、マスター画像Ｍ１とマスターピースを撮影した実画像とが切り替えられる様子が示されている。測定設定画面２上で測定設定を行う場合、深度合成により得られたマスター画像Ｍ１と、可動ステージ１２上のマスターピースを撮影した実画像とは、測定対象箇所を指定した所定の切替操作によって切り替えることができる。

例えば、表示領域２１内に表示されているマスター画像Ｍ１において、輪郭線（エッジ）の一部をマウスポインタなどによって指定し、マウス３２のクリック操作などによって切替コマンドを入力することにより、表示領域２１内の画像を実画像へ切り替えることができる。この実画像は、可動ステージ１２上のマスターピースを撮影した撮影画像であり、実画像への切替時には、マウスポインタなどによって指定された箇所に対応するＺ方向の位置へ可動ステージ１２を自動的に移動させる。このため、実画像により、ピントの合った状態で指定箇所を確認することができる。

必要に応じて実画像へ切り替えることにより、マスターピース上の特定の箇所に対し、深度合成画像や撮影画像からエッジを抽出する際のエッジ抽出条件、例えば、スキャン方向やエッジ方向を設定したり、設定したエッジ抽出条件で実際に寸法測定を行わせて動作確認することができる。

＜測定箇所の設定＞
図９のステップＳ３０１〜Ｓ３１１は、図１の寸法測定装置１における測定箇所の設定時の動作の一例を示したフローチャートである。所定のマスターピースが可動ステージ１２上に配置され、所定の操作によって測定対象箇所の設定開始が指示されれば、まず、可動ステージ１２を深度合成のための開始位置へ移動させ、可動ステージ１２上のマスターピースを撮影することにより、撮影画像が取得される（ステップＳ３０１）。

そして、可動ステージ１２を一定の距離だけＺ方向へ移動させ、撮影画像が再度取得される。この撮影画像の再度の取得は、可動ステージ１２が終了位置に到達するまで繰り返され、終了位置に到達することによってＺ方向のスキャンが完了すれば、得られた複数の撮影画像が深度合成され（ステップＳ３０２）、深度合成によって得られたマスター画像Ｍ１が測定設定画面２上に表示される（ステップＳ３０３）。

次に、マスター画像Ｍ１に対し、所定の操作によって測定対象箇所が指定されれば、測定種別及びエッジ検出領域Ａ１が設定される（ステップＳ３０４，Ｓ３０５）。次に、焦点位置の設定が行われる（ステップＳ３０６）。焦点位置の設定では、ステップＳ３０５で測定種別及びエッジ検出領域Ａ１を設定した測定対象箇所に対し、ピントを合わせるための可動ステージ１２の高さ（Ｚ方向の位置）が指定され、その位置情報が測定対象箇所に対応づけて保持される。焦点位置情報は、測定対象箇所ごとに対応づけられる。次に、設定ボタン２３の操作によって詳細設定が指定されれば、表示領域２１内の画像を実画像へ切り替える（ステップＳ３０７，Ｓ３０８）。

そして、マスター画像Ｍ１上で指定された箇所に対応するＺ方向の位置へ可動ステージ１２を移動させ、所定の詳細設定画面が表示される（ステップＳ３０９，Ｓ３１０）。ステップＳ３０４からステップＳ３１０までの処理手順は、測定箇所の設定が完了するまで繰り返される（ステップＳ３１１）。

＜ワークＷの位置及び姿勢の特定＞
図１０は、図１の寸法測定装置１における動作の一例を示した図であり、図中の（ａ）には、測定箇所を設定する際に用いられるマスター画像Ｍ１が示され、（ｂ）には、ワークＷの寸法を実際に測定する際に撮影されたワーク画像Ｗ１０が示されている。

測定対象のワークＷを可動ステージ１２上の撮影視野内に適当に配置した場合、ワーク画像Ｗ１０におけるワークＷは、マスター画像Ｍ１と比較すれば、その位置や姿勢が異なっている。そこで、本実施の形態による寸法測定装置１では、マスター画像Ｍ１などから予め作成される照合用のパターン画像とワーク画像Ｗ１０とを比較することによって、ワーク画像Ｗ１０内におけるワークＷの位置及び姿勢が特定される。

照合用のパターン画像としては、複数の撮影画像を深度合成したマスター画像Ｍ１と、可動ステージ１２がＺ方向の特定の位置にある状態でマスターピースを撮影した撮影画像とのいずれを用いても良いが、ここでは、マスター画像Ｍ１を用いるものとする。

この様な配置状態の検出結果に基づいて、ワーク画像Ｗ１０内の測定対象箇所を特定してエッジ抽出を行うことにより、測定対象箇所の寸法値を正しく求めることができる。寸法値などの測定結果は、ワーク画像Ｗ１０上に表示させることができる。この例では、寸法値や寸法線が測定対象箇所に対応づけてワーク画像Ｗ１０上に配置されている。

＜測定処理＞
図１１のステップＳ４０１〜Ｓ４０９は、図１の寸法測定装置１におけるワーク測定時の動作の一例を示したフローチャートである。測定対象のワークＷが可動ステージ１２上に配置され、測定開始ボタン１６などの操作によって測定実行が指示されれば、まず、可動ステージ１２を深度合成のための開始位置へ移動させ、可動ステージ１２上のワークＷを撮影することにより、ワーク画像が取得される（ステップＳ４０１，Ｓ４０２）。

そして、可動ステージ１２を一定の距離だけＺ方向へ移動させ、ワーク画像が再度取得される。このワーク画像の再度の取得は、可動ステージ１２が終了位置に到達するまで繰り返され、終了位置に到達することによってＺ方向のスキャンが完了すれば、得られた複数のワーク画像が深度合成される（ステップＳ４０３，Ｓ４０４）。

次に、深度合成によって得られたワークＷの深度合成画像を特徴量情報として予め登録されたパターン画像と照合することにより、位置や姿勢などのワークＷの配置状態が特定される（ステップＳ４０５）。

次に、ワークＷの配置状態と、予め登録された測定箇所情報に基づいて、測定対象箇所を特定してエッジ抽出が行われる（ステップＳ４０６）。そして、抽出した測定対象箇所のエッジに基づいて、測定対象箇所の寸法値が算出される（ステップＳ４０７）。

さらに、算出した寸法値と設計値情報として予め登録された設計値との差分から誤差を求め、誤差を対応する公差と比較することにより、測定対象箇所ごとの良否判定やワークＷの良否判定が行われる（ステップＳ４０８，Ｓ４０９）。

＜制御ユニット２０＞
図１２は、図１の制御ユニット２０の構成例を示したブロック図であり、制御ユニット２０内の機能構成の一例が示されている。この制御ユニット２０は、撮影制御部２０１、深度合成部２０２、深度合成画像記憶部２０３、マスター画像表示部２０４、特徴量情報生成部２０５、測定箇所情報生成部２０６、測定設定データ記憶部２０７、ワーク検出部２０８、エッジ抽出部２０９、寸法値算出部２１０、良否判定部２１１、測定結果表示部２１２及び実画像表示部２１３により構成される。

撮影制御部２０１は、測定ユニット１０、キーボード３１及びマウス３２からの操作入力に基づいて、マスターピースやワークＷの撮影を制御するための制御部であり、撮像制御信号及びステージ制御信号を生成し、測定ユニット１０へ出力する。撮像制御信号は、測定ユニット１０内の撮像素子１５５，１５８、照明ユニット１２０，１３０及び同軸落射照明用光源１４１を制御するための制御コマンドからなる。ステージ制御信号は、ステージ駆動ユニット１１０を制御するための制御コマンドからなる。

深度合成部２０２は、可動ステージ１２のＺ方向の位置を異ならせながら取得された複数の撮影画像を深度合成することによって深度合成画像を生成し、深度合成画像記憶部２０３内に格納する。

測定箇所の設定時には、可動ステージ１２上に配置されたマスターピースを撮影して深度合成画像（マスター画像Ｍ１）が作成される。マスター画像表示部２０４は、深度合成画像記憶部２０３内の深度合成画像に基づいて、マスター画像Ｍ１を表示するための画面データを生成し、測定ユニット１０へ出力する。一方、ワークＷの寸法測定時には、可動ステージ１２上に配置されたワークＷを撮影して深度合成画像が作成される。

特徴量情報生成部２０５は、深度合成画像記憶部２０３内の深度合成画像に基づいて、ワークＷを検出するための特徴量情報を生成し、測定設定データとして測定設定データ記憶部２０７内に格納する。この特徴量情報は、照合用のパターン画像からなり、マスター画像Ｍ１に基づいて作成される。

測定箇所情報生成部２０６は、操作入力に基づいて、測定対象箇所及び測定方法からなる測定箇所情報を生成し、測定設定データとして測定設定データ記憶部２０７内に格納する。この測定箇所情報は、マスター画像Ｍ１に対し、測定対象箇所や測定種別、照明方法を指定することによって作成される。

測定設定データ記憶部２０７には、測定設定データとして、特徴量情報、測定箇所情報及び設計値情報が保持される。特徴量情報は、ワーク画像内のワークＷについて、その位置や姿勢などの配置状態を検出するのに用いられる照合用の特徴情報であり、パターンマッチング用のパターン画像、幾何形状相関サーチ用の幾何形状情報、ワークＷの特徴点を示す特徴点情報からなる。設計値情報は、測定対象箇所ごとに設定された設計値や設計値に関連付けられた公差からなる。

ワーク検出部２０８は、特徴量情報に基づいて、ワーク画像におけるワークＷの位置及び姿勢を特定する。具体的には、ワークＷの深度合成画像を照合用のパターン画像と比較することにより、ワークＷの位置や姿勢を判定し、その判定結果がエッジ抽出部２０９へ出力される。

エッジ抽出部２０９は、ワーク検出部２０８により配置状態が特定されたワークＷについて、その配置状態と測定箇所情報とから、ワークＷの深度合成画像における測定対象箇所を特定し、ワーク画像から測定対象箇所のエッジを抽出する。エッジ抽出は、測定箇所情報で指定されたエッジ検出領域Ａ１内の画像データについて、隣接する画素間における輝度値の変化を解析することによって行われる。

寸法値算出部２１０は、エッジ抽出部２０９により抽出されたエッジに基づいて、測定対象箇所の寸法値を算出し、良否判定部２１１へ出力する。具体的には、エッジ抽出により得られる複数のエッジ点について、最小２乗法などの統計的手法を用いてこれらのエッジ点に直線や円弧などの幾何学図形をフィッティングさせれば、ワークＷの輪郭線を特定することができる。測定対象箇所として、例えば、ワークＷの輪郭における平行な２つの直線部を指定すれば、これらの直線間の距離が寸法値として算出される。また、直線部と特徴点とを指定すれば、直線及び特徴点間の距離が寸法値として算出される。また、傾きの異なる２つの直線部を指定すれば、これらの直線間の角度が寸法値として算出される。また、円の一部（円弧）又は全部を測定対象箇所として指定すれば、円の直径や半径、中心座標が寸法値として算出される。

良否判定部２１１は、寸法値算出部２１０により算出された寸法値と対応する設計値との差分から誤差を求め、対応する公差と比較することにより、測定対象箇所ごとの寸法値の良否判定と、ワークＷの良否判定を行う。寸法値の良否判定は、寸法値と設計値との差分（誤差）が公差範囲内であるか否かを判別することにより行われる。また、ワークＷの良否判定は、測定対象箇所ごとの寸法値の良否判定の結果に基づいて行われる。

測定結果表示部２１２は、寸法値や寸法値の良否判定の結果をワークＷの深度合成画像上に表示するための画面データを生成し、測定ユニット１０へ出力する。実画像表示部２１３は、操作入力に基づいて、マスターピースを撮影した実画像を表示するための画面データを生成し、測定ユニット１０へ出力する。

＜詳細設定画面３＞
図１３は、図７の測定設定画面２内の設定ボタン２３の操作によってディスプレイ１１上に表示される詳細設定画面３の一例を示した図である。この図には、高倍率視野内のマスターピースを高倍率で撮影した高倍率の実画像を用いて、エッジ抽出の条件を設定する場合が示されている。

詳細設定画面３は、深度合成画像からエッジを抽出する際のエッジ抽出の条件を詳細に設定するための入力画面であり、例えば、マスター画像Ｍ１に対し測定対象箇所を指定して実画像に切り替えた後、設定ボタン２３を操作することによって表示される。

この詳細設定画面３には、マスター画像Ｍ１やマスターピースの実画像を表示するための表示領域３０１と、エッジ抽出パラメータを指定するための入力欄３０２，３０３と、エッジ検出の閾値を指定するための入力欄３０４が配置されている。入力欄３０２は、エッジ抽出パラメータとして、スキャン方向を指定するための入力領域である。スキャン方向とは、エッジ検出領域Ａ内の画像データについて、隣接する画素間で輝度の変化を解析する際の画素列の方向のことである。具体的には、エッジとして円を抽出する場合、中心から外側へ向けた方向と、外側から中心へ向けた方向とのいずれかをスキャン方向として選択することができる。この例では、スキャン方向として、中心から外側へ向けた方向が指定されている。

入力欄３０３は、エッジ抽出パラメータとして、エッジ方向を指定するための入力領域である。エッジ方向とは、入力欄３０２において指定されたスキャン方向を正方向としてエッジを抽出する際に、抽出対象とするエッジ強度の正負のことである。具体的には、輝度が暗から明へ変化する正極性と、明から暗へ変化する負極性と、指定なしとのいずれかをエッジ方向として選択することができる。

入力欄３０４は、抽出対象のエッジ点を絞り込むための閾値として、エッジ強度の上限及び下限を指定するための入力領域である。エッジ点は、エッジ検出領域Ａ１内の画像データに基づいてスキャン方向に関するエッジ強度の分布を求め、このエッジ強度分布に基づいて抽出される。

この例では、円形状の貫通孔の周縁部に段差が形成されたマスターピースの実画像が表示領域３０１内に表示されている。この実画像に対し、同心円Ａ１１及びＡ１２をそれぞれ領域の外縁及び内縁とするエッジ検出領域Ａ１を指定することにより、エッジ検出領域Ａ１内のエッジ点が検出され、検出された多数のエッジ点にフィッティングする円Ｂ１が測定対象のエッジとして出力される。

この実画像の場合、強度の強い貫通孔の内側のエッジの影響により、測定対象の外側のエッジが正しく検出されず、寸法値に含まれる誤差が大きい。円Ｂ１の直径の測定値は、２．８０６４ｍｍである。

なお、この例では、エッジ強度の分布図Ｃ１が実画像上に表示されている。分布図Ｃ１は、エッジ検出領域Ａ１内の画像データをスキャン方向に解析することによって作成され、エッジ検出領域Ａ１内の位置を指定した所定の操作に基づいて表示される。この分布図Ｃ１では、測定対象のエッジに対応するエッジ強度のピーク点Ｂ１２の他に、その外側には、ノイズ成分Ｂ１１が検出され、内側には、貫通孔の内側のエッジに対応するピーク点Ｂ１３が検出されている。

図１４は、図７の測定設定画面２内の設定ボタン２３の操作によって表示される詳細設定画面３の一例を示した図であり、エッジ抽出の条件としてエッジ方向を指定した場合が示されている。この詳細設定画面３では、エッジ方向として、輝度が暗から明へ変化する方向が指定されている。

このため、スキャン方向に関して輝度が明から暗へ変化するエッジ点は抽出されず、貫通孔の内側のエッジの影響を抑制することができる。この場合、円Ｂ１の直径の測定値は、２．８５４４ｍｍであり、寸法値の誤差が小さくなっている。

図１５は、図７の測定設定画面２内の設定ボタン２３の操作によって表示される詳細設定画面３の一例を示した図であり、エッジ抽出の条件としてエッジ強度に関する閾値を指定した場合が示されている。この詳細設定画面３では、抽出対象のエッジ点を絞り込むための閾値として、エッジ強度の上限値及び下限値が指定されている。

スキャン方向に関するエッジ強度分布に基づいて、エッジ点を抽出する際には、エッジ強度が上限値以下かつ下限値以上の範囲Ｃ２内にあるエッジ点に絞り込んでエッジ抽出が行われる。

このため、エッジ強度が範囲Ｃ２外のエッジ点やノイズは抽出されず、貫通孔の内側のエッジの影響を抑制することができる。この場合、円Ｂ１の直径の測定値は、２．８５３７ｍｍであり、寸法値の誤差が小さくなっている。

本実施の形態によれば、マスターピースを撮影して得られる深度合成画像を測定対象箇所や測定方法を指定するためのマスター画像Ｍ１として用いるので、マスターピースと同じ形状のワークＷであれば、撮像手段の被写界深度を越える段差を有するワークＷであっても、ワークＷの全体像を容易に把握することができる。このため、ワークＷにおけるＺ方向の高さが異なる複数の箇所を測定対象として容易に設定することができる。また、この様にして設定された測定対象箇所に対し、ワークＷを撮影して得られる深度合成画像からエッジを抽出して寸法値を算出するので、ワークＷの寸法測定の際に可動ステージ１２のＺ方向の位置を手動で調整しなくても、所望の寸法を得ることができる。

また、マスター画像Ｍ１に対して測定対象箇所が指定された場合に、対応するＺ方向の位置へ可動ステージ１２を移動させてピントを合わせ、マスターピースの実画像が取得される。この実画像に対して測定対象箇所や測定方法を指定するので、測定対象箇所の高さを意識することなく、エッジ抽出の条件などを実画像によって詳細に設定することができる。

さらに、可動ステージ１２上のワークＷを撮影したワーク画像をパターン画像と照合することによって、マスターピースと同じ形状のワークＷについて、位置や姿勢を正確に特定することができる。また、特定した位置及び姿勢に基づいて測定対象箇所のエッジ抽出を行うので、撮影視野内であれば、可動ステージ１２上の任意の位置に任意の姿勢でワークＷを配置しても、所望の寸法を高い精度で測定することができる。

なお、本実施の形態では、複数の撮影画像を深度合成したマスター画像Ｍ１から照合用のパターン画像を作成し、ワークＷの深度合成画像を当該パターン画像と比較することによって、深度合成画像におけるワークＷの位置及び姿勢が特定される場合の例について説明したが、本発明はワーク検出の方法をこれに限定するものではない。例えば、可動ステージ１２がＺ方向の特定の位置にある状態でマスターピースを撮影した撮影画像から照合用のパターン画像を作成する。そして、寸法測定のためのワークＷの位置決め時には、上記特定の位置に可動ステージ１２を移動させてワークＷを撮影し、得られたワーク画像をパターン画像と比較することによって、撮影視野内におけるワークの位置及び姿勢を判定するような構成であっても良い。

実施の形態２．
実施の形態１では、ワークＷを撮影して得られる深度合成画像から測定対象箇所のエッジを抽出して寸法値が算出される場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、測定対象箇所に対応するＺ方向の位置へ可動ステージ１２を移動させて測定対象箇所にピントを合わせ、ピント調整されたワーク画像から測定対象箇所のエッジを抽出して寸法値を算出する場合について説明する。

図１６のステップＳ５０１〜Ｓ５１０は、本発明の実施の形態２による寸法測定装置１におけるワーク測定時の動作の一例を示したフローチャートである。測定対象のワークＷが可動ステージ１２上に配置され、測定開始ボタン１６などの操作によって測定実行が指示されれば、まず、可動ステージ１２を照合用のパターン画像が撮影されたＺ方向の位置へ可動ステージ１２を移動させ、可動ステージ１２上のワークＷを撮影することにより、ワーク画像が取得される（ステップＳ５０１，Ｓ５０２）。

そして、得られたワーク画像を特徴量情報として予め登録されたパターン画像と照合することにより、撮影視野内における位置や姿勢などのワークＷの配置状態が特定される（ステップＳ５０３）。

次に、測定対象箇所に対応するＺ方向の位置へ可動ステージ１２を移動させ、可動ステージ１２上のワークＷを撮影することにより、ワーク画像が新たに取得される（ステップＳ５０４，Ｓ５０５）。そして、新たに取得したワーク画像に対し、ワークＷの配置状態と、予め登録された測定箇所情報に基づいて、測定対象箇所を特定してエッジ抽出が行われる（ステップＳ５０６）。そして、抽出した測定対象箇所のエッジに基づいて、測定対象箇所の寸法値が算出される（ステップＳ５０７）。

さらに、算出した寸法値と設計値情報として予め登録された設計値との差分から誤差を求め、誤差を対応する公差と比較することにより、測定対象箇所ごとの良否判定やワークＷの良否判定が行われる（ステップＳ５０８，Ｓ５０９）。

ステップＳ５０４からステップＳ５０９までの処理手順は、他にも測定対象箇所が設定されていれば、全ての測定対象箇所について寸法値が得られるまで繰り返される（ステップＳ５１０）。

図１７は、図１６の寸法測定装置１における制御ユニット２０の構成例を示したブロック図である。この制御ユニット２０は、図１２の制御ユニット２０と比較すれば、測定箇所ピント調整部２１４を備えている点で異なる。

この制御ユニット２０では、マスターピースを撮影した撮影画像から照合用のパターン画像が作成される。すなわち、特徴量情報生成部２０５は、可動ステージ１２がＺ方向の特定の位置にある状態でマスターピースを撮影させ、得られた撮影画像に基づいて、照合用のパターン画像からなる特徴量情報を生成する。特徴量情報を設定する際の可動ステージ１２の位置は、直接に指定し、或いは、マスター画像Ｍ１内の測定対象箇所を選択することによって指定することができる。或いは、マスター画像Ｍ１を作成するために取得される深度合成用の撮影画像のいずれかを特徴量情報の設定用に用いても良い。

測定箇所ピント調整部２１４は、撮影視野内におけるワークＷの配置状態を特定するために、操作入力に基づいて、照合用のパターン画像に対応するＺ方向の位置へ可動ステージ１２を移動させる。ワーク検出部２０８は、このとき取得したワーク画像をパターン画像と比較することによって、撮影視野内におけるワークＷの位置及び姿勢を判定する。

また、制御ユニット２０では、測定対象箇所に対応するＺ方向の位置へ可動ステージ１２を移動させて撮影したワーク画像から測定対象箇所のエッジを抽出して寸法値が算出される。すなわち、測定箇所ピント調整部２１４は、測定対象箇所に対応するＺ方向の位置へ可動ステージ１２を移動させ、当該測定対象箇所にピントを合わせる。

エッジ抽出部２０９は、測定箇所情報に基づいて、ピント調整されたワーク画像から測定対象箇所のエッジを抽出する。測定箇所ピント調整部２１４は、同一のワークＷに高さの異なる複数の測定対象箇所があれば、これらの測定対象箇所について、対応するＺ方向の位置へ可動ステージ１２を順次に移動させる。

本実施の形態によれば、マスター画像Ｍ１を用いて設定された測定対象箇所に対し、対応するＺ方向の位置へ可動ステージ１２を移動させてピントを合わせ、ワーク画像が取得される。このワーク画像からエッジを抽出して測定対象箇所の寸法値を算出するので、ワークＷの寸法測定の際に可動ステージ１２のＺ方向の位置を手動で調整しなくても、所望の寸法を得ることができる。

また、ピントが合うように可動ステージ１２を順次に移動させるので、同一のワークＷに対して高さの異なる複数の測定対象箇所がある場合であっても、これらの測定対象箇所を順繰りに合焦位置へ自動搬送して測定対象箇所の寸法値を得ることができる。

なお、実施の形態１及び２では、低倍率撮影と高倍率撮影とが電子的に切り替えられる場合の例について説明したが、本発明は撮影倍率の切替方法をこれに限定するものではない。例えば、可動ステージ１２側の受光レンズ（対物レンズ）を機械的に切り替えるいわゆるレボルバ式のものも本発明には含まれる。すなわち、絞り板、結像レンズ及び撮像素子からなる１組の結像ユニットに対し、低倍率撮影用の受光レンズと高倍率撮影用の受光レンズとからなる対物レンズユニットを回転させることにより、低倍率撮影及び高倍率撮影を切り替えるような構成であっても良い。

１ 寸法測定装置
２ 測定設定画面
３ 詳細設定画面
１０ 測定ユニット
１０ａ 筐体
１１０ ステージ駆動ユニット
１１１ Ｚ駆動部
１１２ ＸＹ駆動部
１２０ 透過照明ユニット
１２１ 透過照明用光源
１２２ ミラー
１２３ 光学レンズ
１３０ リング照明ユニット
１４１ 同軸落射照明用光源
１４２ ハーフミラー
１５０ 受光レンズユニット
１５１ 受光レンズ
１５２ ハーフミラー
１５３，１５６ 絞り板
１５４，１５７ 結像レンズ
１５５ 低倍率撮影用の撮像素子
１５８ 高倍率撮影用の撮像素子
１１ ディスプレイ
１２ 可動ステージ
１３ 検出エリア
１４ａ ＸＹ位置調整つまみ
１４ｂ Ｚ位置調整つまみ
１５ 電源スイッチ
１６ 測定開始ボタン
２０ 制御ユニット
２０１ 撮影制御部
２０２ 深度合成部
２０３ 深度合成画像記憶部
２０４ マスター画像表示部
２０５ 特徴量情報生成部
２０６ 測定箇所情報生成部
２０７ 測定設定データ記憶部
２０８ ワーク検出部
２０９ エッジ抽出部
２１０ 寸法値算出部
２１１ 良否判定部
２１２ 測定結果表示部
２１３ 実画像表示部
２１４ 測定箇所ピント調整部
３１ キーボード
３２ マウス
Ａ１ エッジ検出領域
Ｍ１ マスター画像
Ｗ ワーク
Ｗ１〜Ｗ３，Ｗ１０ ワーク画像

Claims (10)

1. Ｚ方向に移動可能な可動ステージ上のワークを撮影したワーク画像のエッジに基づいてワークの寸法を測定する寸法測定装置において、
   上記可動ステージ上のワークを撮影し、ワーク画像を生成する撮像手段と、
   上記可動ステージのＺ方向の位置が異なる２以上の上記ワーク画像を深度合成し、深度合成画像を生成する深度合成手段と、
   マスターピースを撮影して得られる上記深度合成画像をマスター画像として画面表示するマスター画像表示手段と、
   上記マスター画像に対し測定対象箇所及び測定方法を指定し、測定箇所情報を生成する測定箇所情報生成手段と、
   上記測定箇所情報に基づいて、ワークを撮影して得られた上記深度合成画像から上記測定対象箇所のエッジを抽出するエッジ抽出手段と、
   抽出された上記エッジに基づいて、上記測定対象箇所の寸法値を求める寸法値算出手段とを備えたことを特徴とする寸法測定装置。
2. Ｚ方向に移動可能な可動ステージ上のワークを撮影したワーク画像のエッジに基づいてワークの寸法を測定する寸法測定装置において、
   上記可動ステージ上のマスターピースを撮影し、撮影画像を生成する撮像手段と、
   上記可動ステージのＺ方向の位置が異なる２以上の上記撮影画像を深度合成し、深度合成画像を生成する深度合成手段と、
   上記深度合成画像をマスター画像として画面表示するマスター画像表示手段と、
   上記マスター画像に対し測定対象箇所及び測定方法を指定し、測定箇所情報を生成する測定箇所情報生成手段と、
   上記測定対象箇所に対応するＺ方向の位置へ上記可動ステージを移動させ、当該測定対象箇所にピントを合わせる測定箇所ピント調整手段と、
   上記測定箇所情報に基づいて、ピント調整された上記ワーク画像から上記測定対象箇所のエッジを抽出するエッジ抽出手段と、
   抽出された上記エッジに基づいて、上記測定対象箇所の寸法値を求める寸法値算出手段とを備えたことを特徴とする寸法測定装置。
3. 上記測定箇所ピント調整手段は、同一のワークに高さの異なる２以上の測定対象箇所がある場合に、これらの測定対象箇所について、対応するＺ方向の位置へ上記可動ステージを順次に移動させることを特徴とする請求項２に記載の寸法測定装置。
4. 上記可動ステージ上の上記ワークに対し、上記撮像手段と同じ側から照明光を照射する落射照明光源と、
   上記マスター画像に対して上記測定対象箇所が指定された場合に、当該測定対象箇所に対応するＺ方向の位置へ上記可動ステージを移動させてピントを合わせ、ピント調整後の上記マスターピースの撮影画像を取得して画面表示する撮影画像表示手段とを備え、
   上記測定箇所情報生成手段は、上記ピント調整後のマスターピースの上記撮影画像に対し測定対象箇所及び測定方法を指定して上記測定箇所情報を生成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の寸法測定装置。
5. 上記マスターピースの撮影画像に基づいて、照合用のパターン画像からなる特徴量情報を生成する特徴量情報生成手段と、
   上記特徴量情報に基づいて、上記可動ステージ上の上記ワークの位置及び姿勢を特定するワーク検出手段とを備え、
   上記エッジ抽出手段は、特定された位置及び姿勢、並びに、上記測定箇所情報に基づいて、上記測定対象箇所のエッジ抽出を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の寸法測定装置。
6. 上記特徴量情報生成手段は、上記マスターピースを撮影して得られる上記深度合成画像に基づいて、上記特徴量情報を生成し、
   上記ワーク検出手段は、上記ワークを撮影して得られる上記深度合成画像を上記パターン画像と照合することにより、上記ワークの位置及び姿勢を特定することを特徴とする請求項５に記載の寸法測定装置。
7. Ｚ方向に移動可能な可動ステージ上のワークを撮影したワーク画像のエッジに基づいてワークの寸法を測定する寸法測定方法において、
   上記可動ステージ上のワークを撮影し、ワーク画像を生成する撮像ステップと、
   上記可動ステージのＺ方向の位置が異なる２以上の上記ワーク画像を深度合成し、深度合成画像を生成する深度合成ステップと、
   マスターピースを撮影して得られる上記深度合成画像をマスター画像として画面表示するマスター画像表示ステップと、
   上記マスター画像に対し測定対象箇所及び測定方法を指定し、測定箇所情報を生成する測定箇所情報生成ステップと、
   上記測定箇所情報に基づいて、ワークを撮影して得られた上記深度合成画像から上記測定対象箇所のエッジを抽出するエッジ抽出ステップと、
   抽出された上記エッジに基づいて、上記測定対象箇所の寸法値を求める寸法値算出ステップとを備えたことを特徴とする寸法測定方法。
8. Ｚ方向に移動可能な可動ステージ上のワークを撮影したワーク画像のエッジに基づいてワークの寸法を測定する寸法測定方法において、
   上記可動ステージ上のマスターピースを撮影し、撮影画像を生成する撮像ステップと、
   上記可動ステージのＺ方向の位置が異なる２以上の上記撮影画像を深度合成し、深度合成画像を生成する深度合成ステップと、
   上記深度合成画像をマスター画像として画面表示するマスター画像表示ステップと、
   上記マスター画像に対し測定対象箇所及び測定方法を指定し、測定箇所情報を生成する測定箇所情報生成ステップと、
   上記測定対象箇所に対応するＺ方向の位置へ上記可動ステージを移動させ、当該測定対象箇所にピントを合わせる測定箇所ピント調整ステップと、
   上記測定箇所情報に基づいて、ピント調整された上記ワーク画像から上記測定対象箇所のエッジを抽出するエッジ抽出ステップと、
   抽出された上記エッジに基づいて、上記測定対象箇所の寸法値を求める寸法値算出ステップとを備えたことを特徴とする寸法測定方法。
9. Ｚ方向に移動可能な可動ステージ上のワークを撮影したワーク画像のエッジに基づいてワークの寸法を測定するための寸法測定装置用のプログラムにおいて、
   上記可動ステージ上のワークを撮影し、ワーク画像を生成する撮像手順と、
   上記可動ステージのＺ方向の位置が異なる２以上の上記ワーク画像を深度合成し、深度合成画像を生成する深度合成手順と、
   マスターピースを撮影して得られる上記深度合成画像をマスター画像として画面表示するマスター画像表示手順と、
   上記マスター画像に対し測定対象箇所及び測定方法を指定し、測定箇所情報を生成する測定箇所情報生成手順と、
   上記測定箇所情報に基づいて、ワークを撮影して得られた上記深度合成画像から上記測定対象箇所のエッジを抽出するエッジ抽出手順と、
   抽出された上記エッジに基づいて、上記測定対象箇所の寸法値を求める寸法値算出手順とからなることを特徴とする寸法測定装置用のプログラム。
10. Ｚ方向に移動可能な可動ステージ上のワークを撮影したワーク画像のエッジに基づいてワークの寸法を測定するための寸法測定装置用のプログラムにおいて、
    上記可動ステージ上のマスターピースを撮影し、撮影画像を生成する撮像手順と、
    上記可動ステージのＺ方向の位置が異なる２以上の上記撮影画像を深度合成し、深度合成画像を生成する深度合成手順と、
    上記深度合成画像をマスター画像として画面表示するマスター画像表示手順と、
    上記マスター画像に対し測定対象箇所及び測定方法を指定し、測定箇所情報を生成する測定箇所情報生成手順と、
    上記測定対象箇所に対応するＺ方向の位置へ上記可動ステージを移動させ、当該測定対象箇所にピントを合わせる測定箇所ピント調整手順と、
    上記測定箇所情報に基づいて、ピント調整された上記ワーク画像から上記測定対象箇所のエッジを抽出するエッジ抽出手順と、
    抽出された上記エッジに基づいて、上記測定対象箇所の寸法値を求める寸法値算出手順とからなることを特徴とする寸法測定装置用のプログラム。