JP2018054635A - 画像測定器 - Google Patents

Abstract

【課題】 照明装置の種別、照明光の照射位置などの照明条件を測定対象箇所に応じて自動的に調整することができる画像測定器を提供する。
【解決手段】 ユーザ操作に基づいて、ワーク画像に対し、測定対象箇所を指定する測定対象箇所指定部２４と、２以上の照明条件を保持する照明条件記憶部２１と、カメラ及び照明装置を制御し、照明条件を異ならせながら順次に撮影された２以上のワーク画像を取得する撮像制御部２２と、取得された複数のワーク画像を表示するワーク画像表示部２６と、表示されたワーク画像のいずれか一つを選択するワーク画像選択部２７と、選択されたワーク画像に基づいて、照明条件を決定する照明条件決定部２８と、決定された照明条件で撮影されたワーク画像に基づいて、測定対象箇所のエッジを抽出し、抽出したエッジに基づいて、測定対象箇所の寸法を求める寸法算出部２９により構成される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、画像測定器に係り、さらに詳しくは、ワークを撮影したワーク画像内のエッジを抽出してワークの寸法を測定する画像測定器の改良に関する。

画像測定器は、ワークを撮影してワーク画像を取得し、ワーク画像内のエッジを抽出してワークの寸法や形状を測定する装置である（例えば、特許文献１〜５）。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又は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、ワーク画像上の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。エッジ抽出は、ワーク画像の輝度変化を解析してエッジ点を検出し、検出した複数のエッジ点に直線、円、円弧などの幾何学図形をフィッティングさせることにより行われ、ワークと背景との境界、ワーク上の凹凸を示すエッジが求められる。ワークの寸法は、この様にして求められるエッジ間の距離や角度、円形状のエッジの中心位置や直径として測定される。また、測定した寸法値と設計値との差分（誤差）を公差と比較して良否判定が行われる。

この様な画像測定器を用いてワークの外形を測定する場合、カメラとは反対側からステージ上のワークに照明光を照射する透過照明を利用することが多い。一方、ワーク上の非貫通孔、段差、凹凸を測定する場合には、カメラと同じ側からステージ上のワークに照明光を照射する落射照明が利用される。

特開２０１２−３２２２４号公報 特開２０１２−３２３４１号公報 特開２０１２−３２３４４号公報 特開２０１２−１５９４０９号公報 特開２０１２−１５９４１０号公報

従来の画像測定器では、落射照明を利用した寸法測定において、ワーク表面のテクスチャ、すなわち、加工跡、模様、微細な凹凸をエッジとして誤抽出してしまうことがあり、透過照明を利用する場合に比べ、寸法測定が安定し難いという問題があった。そのため、ワークの形状や材質に応じて、各種の照明装置を使い分け、或いは、照明光の照射位置を調整することが行われていた。

しかしながら、照明種別の選択や照射位置の調整には、熟練した技術及び経験に基づいた豊富な知識が必要であり、落射照明を利用した寸法測定では、熟練者でなければ装置のパフォーマンスを十分に発揮させることが難しいという問題があった。特に、同一のワークであっても、測定対象箇所の位置が異なれば、適切な照明種別や照射位置も変化するため、測定対象箇所に応じて照明種別や照射位置を適切に設定することは、熟練者でなければ困難であるという問題があった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、熟練者でなくても装置のパフォーマンスを十分に発揮させることができる画像測定器を提供することを目的とする。特に、照明装置の種別、照明光の照射位置などの照明条件を測定対象箇所に応じて自動的に調整することができる画像測定器を提供することを目的とする。

第１の本発明による画像測定器は、ワークを載置するためのステージと、上記ステージ上のワークを照明する照明装置と、上記ステージ上のワークを撮影し、ワーク画像を生成するカメラと、ユーザ操作に基づいて、上記ワーク画像に対し、測定対象箇所を指定する測定対象箇所指定手段と、２以上の照明条件を保持する照明条件記憶手段と、上記カメラ及び上記照明装置を制御し、上記照明条件を異ならせながら順次に撮影された２以上の上記ワーク画像を取得する撮像制御手段と、取得された複数の上記ワーク画像を表示するワーク画像表示手段と、表示された上記ワーク画像のいずれか一つを選択するワーク画像選択手段と、選択された上記ワーク画像に基づいて、上記照明条件を決定する照明条件決定手段と、決定された上記照明条件で撮影された上記ワーク画像に基づいて、上記測定対象箇所のエッジを抽出し、抽出したエッジに基づいて、上記測定対象箇所の寸法を求める寸法算出手段とを備えて構成される。

この画像測定器では、測定対象箇所が指定されれば、照明条件を異ならせながら順次に撮影された２以上のワーク画像を取得して表示される。そして、表示されたワーク画像のいずれか一つが選択されれば、選択されたワーク画像に基づいて照明条件が決定されるので、熟練者でなくても装置のパフォーマンスを十分に発揮させることができる。特に、表示されたワーク画像を選択するだけで、照明装置の種別、照明光の照射位置などの照明条件を測定対象箇所に応じて自動的に調整することができる。

第２の本発明による画像測定器は、上記構成に加え、上記測定対象箇所指定手段により同一のワーク画像に対して指定された２以上の測定対象箇所と、これらの測定対象箇所ごとに上記照明条件決定手段により決定された照明条件とを測定設定情報として保持する測定設定記憶手段を備え、上記測定設定記憶手段には、上記照明条件が上記測定対象箇所に関連づけて保持され、上記撮像制御手段が、上記測定設定情報が指定された連続測定において、上記測定設定情報として保持された上記照明条件で撮影されたワーク画像を取得することを、上記測定対象箇所を変更しながら繰り返し、上記寸法算出手段が、上記連続測定において取得された複数のワーク画像に対し、上記測定設定情報として保持された上記測定対象箇所ごとに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、測定設定記憶手段には照明条件が測定対象箇所に関連づけて保持されるので、測定設定情報を指定することにより、測定対象箇所を測定するのに適した照明条件を識別することができる。また、測定設定情報が指定された連続測定では、測定対象箇所を測定するのに適した照明条件でワークが撮影され、得られたワーク画像に対してエッジ抽出が行われる。このため、ワークの形状や材質が変わっても、測定設定情報を指定するだけで、安定した寸法測定を行うことができる。

第３の本発明による画像測定器は、上記構成に加え、上記寸法算出手段が、上記照明条件及び上記測定対象箇所の位置が互いに異なる２以上のワーク画像からそれぞれ抽出したエッジ間の寸法を求めるように構成される。この様な構成によれば、測定対象箇所を測定するのに適した照明条件でそれぞれ撮影された２以上のワーク画像を用いてエッジ間の寸法を求めるので、エッジ間の寸法を精度良く識別することができる。

第４の本発明による画像測定器は、上記構成に加え、上記照明装置として、上記ステージ上のワークに拡散光を上方から照射する拡散照明装置と、上記ステージ上のワークに照明光を下方から照射する透過照明装置とを備え、上記照明条件が、上記照明装置の種別を含むように構成される。

この様な構成によれば、ワークの形状や材質に応じて、拡散照明装置及び透過照明装置を使い分けることができる。また、表示されたワーク画像を選択するだけで、測定対象箇所を測定するのに適した照明装置の種別を選択することができる。

第５の本発明による画像測定器は、上記構成に加え、上記照明装置として、平行光からなる照明光又は平行光に近い拡がり角からなる照明光を上記ステージ上のワークに側方から照射する側射照明装置をさらに備えて構成される。この様な構成によれば、ワークの形状や材質に応じて、拡散照明装置、透過照明装置及び側射照明装置を使い分けることができる。

第６の本発明による画像測定器は、上記構成に加え、上記照明装置として、上記カメラの撮影軸を取り囲むリング状の光源であって、周方向を分割した２以上のブロックごとに点灯可能な光源を有するリング照明装置を備え、上記照明条件が、上記リング照明装置の点灯位置を含むように構成される。

この様な構成によれば、ワークの形状や材質に応じて、リング照明装置の点灯位置を調整することができる。また、表示されたワーク画像を選択するだけで、測定対象箇所を測定するのに適したリング照明装置の点灯位置を選択することができる。

第７の本発明による画像測定器は、上記構成に加え、上記ステージ又は上記照明装置を上記カメラの撮影軸方向に移動させることにより、上記ステージに対する上記照明装置の相対位置を調整する相対位置調整手段を備え、上記照明条件が、上記相対位置を含むように構成される。

この様な構成によれば、ワークの形状や材質に応じて、ステージに対する照明装置の相対位置を調整することができる。また、表示されたワーク画像を選択するだけで、測定対象箇所を測定するのに適した照明装置の相対位置を選択することができる。

第８の本発明による画像測定器は、上記構成に加え、上記測定対象箇所指定手段が、上記拡散照明装置の上記拡散光を照射して撮影された上記ワーク画像上の領域を測定対象箇所として指定するように構成される。この様な構成によれば、拡散光を照射して撮影されたワーク画像を用いることにより、ワークの全体像を確認しながら測定対象箇所を指定することができる。

第９の本発明による画像測定器は、上記構成に加え、ユーザ操作に基づいて、上記照明条件を指定する照明条件指定手段を備えて構成される。この様な構成によれば、ワークの形状、材質、測定対象箇所の位置に応じて、照明条件を任意に指定することができる。

第１０の本発明による画像測定器は、上記構成に加え、上記ワーク画像選択手段が、上記測定対象箇所内の輝度変化に基づいて、表示された上記ワーク画像のいずれか一つを選択するように構成される。この様な構成によれば、照明条件を異ならせながら順次に撮影された２以上のワーク画像の中から、測定対象箇所を測定するのに適したワーク画像を自動的に選択して照明条件を決定することができる。

第１１の本発明による画像測定器は、上記構成に加え、上記寸法算出手段が、取得された複数の上記ワーク画像について、上記測定対象箇所のエッジを抽出し、上記ワーク画像表示手段が、取得された複数の上記ワーク画像を一覧表示するとともに、抽出された上記エッジを対応するワーク画像上に表示し、上記ワーク画像選択手段が、一覧表示されたワーク画像の中からユーザが指定したワーク画像を選択するように構成される。

この様な構成によれば、一覧表示されたワーク画像を比較し、ワーク画像上に表示されたエッジによって、測定対象箇所を測定するのに適した照明条件のワーク画像を任意に選択することができる。

第１２の本発明による画像測定器は、上記構成に加え、上記寸法算出手段が、取得された複数の上記ワーク画像について、上記測定対象箇所から抽出したエッジに基づいて上記測定対象箇所の寸法を求め、上記ワーク画像表示手段が、求められた寸法を対応する上記ワーク画像上に表示するように構成される。

この様な構成によれば、一覧表示されたワーク画像を比較し、ワーク画像上に表示されたエッジや寸法によって、測定対象箇所を測定するのに適した照明条件のワーク画像を選択することができる。

第１３の本発明による画像測定器は、上記構成に加え、上記ワーク画像表示手段が、同一の上記照明条件で撮影された上記ワーク画像から２以上のエッジが抽出された場合に、これらのエッジを対応するワーク画像上に表示し、ユーザ操作に基づいて、上記ワーク画像上に表示された複数のエッジのいずれか一つを選択するエッジ選択手段をさらに備えて構成される。この様な構成によれば、ワーク画像上に表示された複数のエッジによって、測定対象箇所を測定するのに適した照明条件のワーク画像及び適切なエッジを選択することができる。

第１４の本発明による画像測定器は、上記構成に加え、同一の上記照明条件で撮影された上記ワーク画像から抽出された複数のエッジの中からユーザが指定したエッジに基づいて、エッジ抽出のためのエッジ抽出パラメータを調整するエッジ抽出パラメータ調整手段を備えて構成される。この様な構成によれば、エッジ抽出パラメータが測定対象箇所から所望のエッジを抽出するのに適した値に自動調整されるので、エッジ抽出の安定性を向上させることができる。

本発明によれば、熟練者でなくても装置のパフォーマンスを十分に発揮させることができる画像測定器を提供することができる。特に、表示されたワーク画像を選択するだけで、照明装置の種別、照明光の照射位置などの照明条件を測定対象箇所に応じて自動的に調整することができる画像測定器を提供することができる。また、落射照明を利用した寸法測定において、ワーク表面のテクスチャをエッジとして誤抽出するのを抑制することができる画像測定器を提供することができる。

本発明の実施の形態による画像測定器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を撮影軸と平行な垂直面により切断した場合の切断面が示されている。 図１の制御ユニット２０内の機能構成の一例を示したブロック図である。 図１の画像測定器１の動作の一例を示した図であり、測定ユニット１０のディスプレイ装置１１に表示される測定設定画面４０が示されている。 図１の画像測定器１の動作の一例を示した図であり、互いに異なる照明条件で撮影された４つのワーク画像２が示されている。 図１の画像測定器１の動作の一例を示した図であり、互いに異なる照明条件で撮影された４つのワーク画像２が示されている。 図１の画像測定器１の動作の一例を示した図であり、ディスプレイ装置１１に表示されるエッジ抽出設定画面５０が示されている。 図１の画像測定器１における測定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の画像測定器１における寸法測定時の動作の一例を示したフローチャートである。

＜画像測定器１＞
図１は、本発明の実施の形態による画像測定器１の一構成例を示した斜視図である。この画像測定器１は、ワークを撮影したワーク画像内のエッジを抽出してワークの寸法を測定する寸法測定装置であり、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、ディスプレイ装置１１、可動ステージ１２、ＸＹ調整つまみ１４ａ、Ｚ調整つまみ１４ｂ、電源スイッチ１５及び実行ボタン１６を備え、可動ステージ１２上のワークに可視光からなる検出光を照射し、その透過光又は反射光を受光してワーク画像を生成する。ワークは、可動ステージ１２の検出エリア１３内に載置される。また、測定ユニット１０は、ワーク画像をディスプレイ装置１１の表示画面１１ａに表示する。

ディスプレイ装置１１は、ワーク画像や測定結果を表示画面１１ａ上に表示する表示装置である。可動ステージ１２は、ワークを載置するための載置台であり、検出光を透過させる検出エリア１３が設けられている。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、カメラの撮影軸に平行なＺ軸方向と、撮影軸に垂直なＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させることができる。

ＸＹ調整つまみ１４ａは、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、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の位置を調整するための操作部である。Ｚ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ことにより、Ｚ軸方向の位置を調整す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の主電源をオン状態及びオフ状態間で切り替えるための操作部である。実行ボタン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による撮影や画面表示を制御し、ワーク画像を解析してワークの寸法を測定するコントローラ部であり、キーボード３１及びマウス３２が接続されている。電源投入後、検出エリア１３内にワークを配置して実行ボタン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を撮影軸と平行な垂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、ディスプレイ装置１１、可動ステージ１２、筐体１００、ステージ調整部１０１、鏡筒部１０２、照明位置調整部１０３、カメラ１１０，１２０、同軸落射照明ユニット１３０、リング照明ユニット１４０及び透過照明ユニット１５０により構成される。

ステージ調整部１０１、鏡筒部１０２、カメラ１１０，１２０、同軸落射照明ユニット１３０及び透過照明ユニット１５０は、筐体１００内に配置されている。ステージ調整部１０１は、制御ユニット２０からの駆動信号に基づいて、可動ステージ１２をＸ，Ｙ又はＺ軸方向に移動させ、ワークのＸ，Ｙ及びＺ軸方向の位置を調整する。

カメラ１１０は、撮影倍率の低い撮像装置であり、撮像素子１１１、結像レンズ１１２、絞り板１１３及び受光レンズ１１４により構成される。撮像素子１１１は、検出光を受光してワーク画像を生成する。この撮像素子１１１は、受光面を下方に向けて配置されている。結像レンズ１１２は、検出光を撮像素子１１１上に結像させる光学部材である。絞り板１１３は、検出光の透過光量を制限する光学絞りであり、結像レンズ１１２及び受光レンズ１１４間に配置されている。受光レンズ１１４は、ワークからの検出光を集光する光学部材であり、可動ステージ１２に対向させて配置されている。結像レンズ１１２、絞り板１１３及び受光レンズ１１４は、上下方向に延びる中心軸を中心として配置されている。

カメラ１２０は、撮影倍率の高い撮像装置であり、撮像素子１２１、結像レンズ１２２、絞り板１２３、ハーフミラー１２４及び受光レンズ１１４により構成される。撮像素子１２１は、検出光を受光してワーク画像を生成する。この撮像素子１２１は、受光面を水平方向に向けて配置されている。結像レンズ１２２は、検出光を撮像素子１２１上に結像させる光学部材である。絞り板１２３は、検出光の透過光量を制限する光学絞りであり、結像レンズ１２２及びハーフミラー１２４間に配置されている。受光レンズ１１４は、カメラ１１０と共通である。受光レンズ１１４を透過した検出光は、ハーフミラー１２４により水平方向に折り曲げられ、絞り板１２３及び結像レンズ１２２を介して撮像素子１２１に結像する。

撮像素子１１１及び１２１には、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices：電荷結合素子）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor：相補型金属酸化物半導体）などのイメージセンサが用いられる。受光レンズ１１４には、上下方向、すなわち、撮影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するテレセントリックレンズが用いられる。

同軸落射照明ユニット１３０は、可動ステージ１２上のワークに照明光を上方から照射する落射照明装置であり、照射光の光軸を撮影軸に一致させている。この同軸落射照明ユニット１３０は、水平方向に向けて配置された光源１３１と、光源１３１から出射された照明光を下方に折り曲げるハーフミラー１３２とにより構成される。

結像レンズ１１２，１２２、絞り板１１３，１２３、ハーフミラー１２４，１３２及び受光レンズ１１４は、鏡筒部１０２内に配置されている。

透過照明ユニット１５０は、可動ステージ１２上のワークに照明光を下方から照射する透過照明装置であり、光源１５１、ミラー１５２及び集光レンズ１５３により構成される。光源１５１は、水平方向に向けて配置されている。光源１５１から出射された照明光は、ミラー１５２により反射され、集光レンズ１５３を介して出射される。この照明光は、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１１４に入射する。

リング照明ユニット１４０は、可動ステージ１２上のワークに照明光を上方又は側方から照射する落射照明装置であり、カメラ１１０及び１２０の撮影軸を取り囲むリング形状からなる。このリング照明ユニット１４０は、可動ステージ１２上のワークに拡散光を上方或いは側方から照射する拡散照明装置１４１と、可動ステージ１２上のワークに照明光を側方から照射する側射照明装置１４２とを同軸に配置した照明装置である。

拡散照明装置１４１は、カメラ１１０及び１２０の撮影軸を取り囲むリング状の光源を有する。この光源は、周方向を分割した２以上のブロックごとに点灯可能である。側射照明装置１４２は、平行光又は平行光に近い拡がり角からなる照明光を照射し、ワークの周囲を側方から照明することができる。

照明ユニット１３０〜１５０の光源には、ＬＥＤ（発光ダイオード）やハロゲンランプが用いられる。照明位置調整部１０３は、リング照明ユニット１４０を撮影軸方向に移動させることにより、可動ステージ１２に対するリング照明ユニット１４０の相対位置を調整する相対位置調整手段である。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のいずれかを選択することができる。

＜制御ユニット２０＞
図３は、図１の制御ユニット２０内の機能構成の一例を示したブロック図である。この制御ユニット２０は、照明条件記憶部２１、撮像制御部２２、ワーク画像記憶部２３、測定対象箇所指定部２４、測定設定記憶部２５、ワーク画像表示部２６、ワーク画像選択部２７、照明条件決定部２８、寸法算出部２９、エッジ抽出パラメータ調整部３０及びエッジ選択部３３により構成される。

照明条件記憶部２１には、予め登録された２以上の照明条件が保持される。ここでは、２以上の照明条件が固定値であるものとする。照明条件には、照明種別、照明位置、点灯位置及び照射強度と、それらの組合せとがある。照明種別は、照明装置の種別であり、同軸落射照明、拡散照明、側射照明及び透過照明の４つの種別の中から指定される。照明位置は、可動ステージ１２に対するリング照明ユニット１４０の相対位置であり、所定範囲内で指定される。照明位置を調整することにより、照明光の照射角度を変更することができる。点灯位置は、拡散照明装置１４１において、点灯させるブロックの位置であり、２以上の点灯パターンの中から指定される。照射強度は、照明装置の発光強度であり、所定範囲内で指定される。

撮像制御部２２は、ユーザ操作に基づいて、カメラ１１０，１２０、照明位置調整部１０３及び照明ユニット１３０〜１５０を制御し、カメラ１１０又は１２０からワーク画像を取得してワーク画像記憶部２３内に格納する。

測定対象箇所指定部２４は、ユーザ操作に基づいて、ワーク画像に対し、測定対象箇所を指定する。例えば、測定対象箇所指定部２４は、拡散照明装置１４１の拡散光を照射して撮影されたワーク画像上の領域を測定対象箇所として指定する。拡散光を照射して撮影されたワーク画像を用いることにより、ワークの全体像を確認しながら測定対象箇所を指定することができる。測定設定記憶部２５には、測定対象箇所を示す位置情報や測定種別が測定設定情報として保持される。

なお、測定対象箇所を指定する具体的な方法としては、抽出対象のエッジ近傍にマウスカーソルを移動させ、クリック操作を行う方法と、ディスプレイ装置１１が表示画面１１ａに対するタッチ操作を検出するタッチパネル機能を有する場合に、抽出対象のエッジ近傍をなぞる方法とがある。また、抽出対象のエッジの始点及び終点を指定する方法や、エッジ抽出の範囲を矩形又は円形で覆う方法があり、これらの方法を任意に選択することができる。また、エッジ抽出対象の幾何学図形は、直線、円、円弧、任意の曲線から選択することができる。

撮像制御部２２は、照明条件記憶部２１に予め登録された複数の照明条件について、照明条件を異ならせながら順次に撮影された２以上のワーク画像を取得する。上記２以上のワーク画像は、同一のワークが撮影されたワーク画像である。ワーク画像表示部２６は、照明条件を決定するために撮像制御部２２により取得された複数のワーク画像をディスプレイ装置１１に表示する。ワーク画像選択部２７は、照明条件を決定するためにワーク画像表示部２６により表示されたワーク画像のいずれか一つを選択する。照明条件決定部２８は、ワーク画像選択部２７により選択されたワーク画像に基づいて、照明条件を決定する。

照明条件決定部２８により決定された照明条件は、測定対象箇所に関連づけて測定設定記憶部２５内に測定設定情報として保持される。撮像制御部２２は、照明条件決定部２８により決定された照明条件で撮影されたワーク画像を取得する。寸法算出部２９は、照明条件決定部２８により決定された照明条件で撮影されたワーク画像に基づいて、測定対象箇所のエッジを抽出し、抽出したエッジに基づいて、測定対象箇所の寸法を求め、測定結果を出力する。

測定設定記憶部２５には、測定対象箇所指定部２４により同一のワーク画像に対して指定された２以上の測定対象箇所と、これらの測定対象箇所ごとに照明条件決定部２８により決定された照明条件とが測定設定情報として保持される。

撮像制御部２２は、測定設定情報が指定された連続測定において、測定設定情報として保持された照明条件で撮影されたワーク画像を取得することを、測定対象箇所を変更しながら繰り返す。また、寸法算出部２９は、連続測定において取得された複数のワーク画像に対し、測定設定情報として保持された測定対象箇所ごとにエッジ抽出を行う。

測定設定情報が指定された連続測定では、測定対象箇所を測定するのに適した照明条件でワークが撮影され、得られたワーク画像に対してエッジ抽出が行われる。このため、ワークの形状や材質が変わっても、測定設定情報を指定するだけで、安定した寸法測定を行うことができる。

寸法算出部２９は、照明条件及び測定対象箇所の位置が互いに異なる２以上のワーク画像からそれぞれ抽出したエッジ間の寸法を求める。この様に構成すれば、測定対象箇所を測定するのに適した照明条件でそれぞれ撮影された２以上のワーク画像を用いてエッジ間の寸法を求めるので、エッジ間の寸法を精度良く識別することができる。

寸法値などの測定結果は、ディスプレイ装置１１に表示される。また、制御ユニット２０は、ワークを連続して測定する連続測定のための測定設定データを作成する。この測定設定データは、位置決め情報、測定設定情報、測定対象箇所ごとの設計値や公差を示す情報からなる。位置決め情報は、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情報である。

寸法算出部２９は、照明条件を決定するために撮像制御部２２により取得された複数のワーク画像について、測定対象箇所のエッジを抽出し、抽出したエッジに基づいて、測定対象箇所の寸法を求める。照明条件を決定する際のエッジ抽出方法には、予め指定されたエッジ抽出パラメータを用いて、尤もらしい１つのエッジを求める方法と、２以上のエッジを候補として算出する方法とがある。

２以上のエッジを候補として算出する場合、ユーザが測定対象箇所として指定した画像領域又は当該画像領域を数画素分だけ拡大した拡大領域からエッジ点を抽出し、抽出した多数のエッジ点を２以上のグループにグループ化する。そして、エッジ点のグループ化には、エッジ点の位置情報を用いて、互いに近接しているエッジ点を同じグループに分類する方法や、エッジ特性、すなわち、エッジの方向又は強度に基づいて、エッジ点をグループ分けする方法がある。また、エッジ抽出対象として指定された幾何学図形に対するマッチング度合によって、エッジ点をグループ分けすることもできる。

ワーク画像表示部２６は、照明条件を決定するために撮像制御部２２により取得された複数のワーク画像を一覧表示するとともに、抽出された測定対象箇所のエッジと求められた寸法とを対応するワーク画像上に表示する。ワーク画像の一覧表示では、例えば、表示画面１１ａが２以上の表示領域に分割され、互いに異なる照明条件で撮影された複数のワーク画像が各表示領域にそれぞれ表示される。また、ワーク画像を縮小したサムネイル画像が作成され、２以上のサムネイル画像が各表示領域にそれぞれ表示され、いずれかのサムネイル画像が選択されれば、当該サムネイル画像に対応する元のワーク画像が表示される。

ワーク画像選択部２７は、一覧表示されたワーク画像の中からユーザが指定したワーク画像を選択する。一覧表示されたワーク画像を比較し、ワーク画像上に表示されたエッジや寸法によって、測定対象箇所を測定するのに適した照明条件のワーク画像を任意に選択することができる。また、表示されたワーク画像を選択するだけで、照明装置の種別、照明位置などの照明条件を測定対象箇所に応じて自動的に調整することができる。

ワーク画像選択部２７は、測定対象箇所内の輝度変化に基づいて、照明条件を決定するために表示されたワーク画像のいずれか一つを選択する。例えば、測定対象箇所のエッジ付近のコントラストを求め、求めたコントラストに基づいて、エッジ抽出に最適なワーク画像を選択する。この様に構成すれば、照明条件を異ならせながら順次に撮影された２以上のワーク画像の中から、測定対象箇所を測定するのに適したワーク画像を自動的に選択して照明条件を決定することができる。

ワーク画像表示部２６は、同一の照明条件で撮影されたワーク画像から２以上のエッジが抽出された場合に、これらのエッジを対応するワーク画像上に表示する。この様に構成すれば、ワーク画像上に表示された複数のエッジによって、測定対象箇所を測定するのに適した照明条件のワーク画像及び適切なエッジを選択することができる。エッジ選択部３３は、ユーザ操作に基づいて、ワーク画像上に表示された複数のエッジのいずれか一つを選択する。

エッジ抽出パラメータ調整部３０は、同一の照明条件で撮影されたワーク画像から抽出された複数のエッジの中からユーザが指定したエッジに基づいて、エッジ抽出のためのエッジ抽出パラメータを調整する。エッジ抽出パラメータには、エッジ強度、スキャン方向、エッジ方向及び優先指定を示すパラメータがある。

エッジ強度は、直線方向の画素の位置と各画素の輝度値とからなる輝度分布における輝度の微分値であり、エッジ強度パラメータとして、上限値及び下限値を指定することができる。エッジ強度は、輝度が急峻に変化する画素位置ほど、高い。エッジ強度が低い画素位置では、ノイズ成分をエッジとして誤抽出してしまうことがあるが、エッジ強度パラメータにより指定された範囲内のエッジ点のみを抽出することにより、安定したエッジ抽出が可能となる。

スキャン方向は、エッジを探索する際の探索方向であり、スキャン方向パラメータとして、測定対象箇所に対し、ユーザから見て、左方向又は右方向のいずれか、或いは、上方向又は下方向のいずれか、或いは、指定なしを選択することができる。エッジ方向は、輝度値が変化する際の変化方向であり、輝度分布をスキャン方向に走査する場合に、エッジ方向パラメータとして、輝度値が低輝度側から高輝度側へ変化するのか、或いは、輝度値が高輝度側から低輝度側へ変化するのか、或いは、指定なしを選択することができる。通常、特定のエッジを構成するエッジ点は、同一方向であるため、エッジ方向を指定することにより、逆方向のエッジを誤抽出するのを抑制することができる。

優先指定は、エッジ強度、スキャン方向及びエッジ方向の各パラメータにより指定されたエッジ抽出条件を満たす２以上のエッジ点が同一直線上に検出された場合に、いずれのエッジ点を採用するのかの指定である。例えば、輝度分布をスキャン方向に走査する場合に、最初に検出されたエッジ点を採用するのか、或いは、測定対象箇所の中心又は中心線に最も近いエッジ点を採用するのかが、優先指定パラメータにより指定される。また、ノイズ成分が少ない側から輝度分布を走査し、最初に検出されたエッジ点を採用することを優先指定パラメータにより指定することができる。この様な優先指定により、エッジ抽出の安定性を向上させることができる。

上述したエッジ抽出パラメータを測定対象箇所から所望のエッジを抽出するのに適した値に自動調整することにより、エッジ抽出の安定性を向上させることができる。エッジ抽出パラメータの調整は、ユーザが指定したエッジを構成するエッジ点について、エッジ強度の分布やエッジ方向を求めることにより、行われる。

＜測定設定画面４０＞
図４は、図１の画像測定器１の動作の一例を示した図であり、測定ユニット１０のディスプレイ装置１１に表示される測定設定画面４０が示されている。この測定設定画面４０は、測定設定データを作成するための編集画面であり、プレビュー領域４１、サーチ実行ボタン４２、サムネイル表示領域４３及び照明条件表示領域４４により構成される。

プレビュー領域４１には、撮影されたワーク画像２、サムネイル表示領域４３において選択されたサムネイル画像に対応するワーク画像２が表示される。サーチ実行ボタン４２は、照明条件を変更しながら可動ステージ１２上のワークを順次に撮影する連続撮影を実行させるための操作アイコンである。

サムネイル表示領域４３には、連続撮影により取得されたワーク画像２から作成された複数のサムネイル画像が一覧表示されている。サムネイル画像は、画素の間引き処理などによってワーク画像２を縮小した縮小画像である。この例では、３つのサムネイル画像がサムネイル表示領域４３内に表示され、測定対象箇所から抽出されたエッジ３がサムネイル画像上に表示されている。

サムネイル表示領域４３内のサムネイル画像のいずれか一つを任意に選択することができ、選択されたサムネイル画像に対応するワーク画像２がプレビュー領域４１に表示される。選択するサムネイル画像を変更するごとに、プレビュー領域４１内のワーク画像が切り替えられる。選択されたサムネイル画像は、色付きの矩形枠が付加され、容易に識別することができる。照明条件表示領域４４には、選択されたサムネイル画像に対応づけられた照明条件が表示される。例えば、選択された照明ユニットは、リング照明ユニット１４０の拡散照明装置１４１であり、リング照明ユニット１４０のＺ軸方向の位置は、上限値、すなわち、０ｍｍである。

ユーザは、サムネイル表示領域４３に一覧表示されたサムネイル画像上のエッジや、プレビュー領域４１に表示されたワーク画像２上のエッジを確認することにより、適切な照明条件で撮影されたワーク画像２を選択することができる。

図５は、図１の画像測定器１の動作の一例を示した図であり、互いに異なる照明条件で撮影された４つのワーク画像２が示されている。この図には、異なる照明条件で撮影された４つのワーク画像２を測定設定画面４０のプレビュー領域４１内に一覧表示する場合が示されている。また、この図では、ワークの中央部に形成された貫通孔が測定対象箇所として指定されている。

プレビュー領域４１内には、照明条件「拡散照明ａ」、「拡散照明ｂ」、「側射照明」及び「透過照明」で撮影されたワーク画像２が表示されている。照明条件「拡散照明ａ」では、リング照明ユニット１４０の拡散照明装置１４１が照明装置として使用され、照明光を上方から照射した場合に、ワークからの反射光を受光することにより、ワーク画像２が生成される。照明条件「拡散照明ｂ」では、拡散照明装置１４１をＺ軸方向に移動させることにより、照明光が斜め上方、例えば、斜め４５°から照射される。

照明条件「側射照明」では、リング照明ユニット１４０の側射照明装置１４２が照明装置として使用され、照明光を側方から照射した場合に、ワークからの反射光を受光することにより、ワーク画像２が生成される。照明条件「透過照明」では、透過照明ユニット１５０が照明装置として使用され、照明光を下方から照射した場合に、ワークを透過した透過光を受光することにより、ワーク画像２が生成される。

各ワーク画像２には、測定対象箇所の寸法値が表示されている。ユーザは、ワーク画像２上に表示された寸法値を確認することにより、最適な照明条件で撮影されたワーク画像２を容易に識別することができる。この例では、測定対象箇所の設計値＝３．０００であり、透過照明により撮影されたワーク画像２に対し、寸法値「３．０００」が表示されていることから、透過照明が最適な照明条件であることが判る。

図６は、図１の画像測定器１の動作の一例を示した図であり、互いに異なる照明条件で撮影された４つのワーク画像２が示されている。この図では、ワーク表面に形成された円形状の段差が測定対象箇所として指定されている。この例では、測定対象箇所の設計値＝１０．０００であり、拡散照明ａにより撮影されたワーク画像２に対し、寸法値「１０．０００」が表示されていることから、拡散照明ａが最適な照明条件であることが判る。

＜エッジ抽出設定画面５０＞
図７は、図１の画像測定器１の動作の一例を示した図であり、ディスプレイ装置１１に表示されるエッジ抽出設定画面５０が示されている。このエッジ抽出設定画面５０は、エッジ抽出パラメータを指定し、或いは、自動調整するための操作画面であり、自動調整ボタン５１、リセットボタン５２、スキャン方向入力欄５３、エッジ方向入力欄５４及び優先指定入力欄５５により構成される。

自動調整ボタン５１は、エッジ抽出パラメータの自動調整を実行させるための操作アイコンである。リセットボタン５２は、現在のエッジ抽出パラメータをリセットし、エッジ抽出パラメータを予め定められた初期値又はデフォルト値に戻すための操作アイコンである。スキャン方向入力欄５３は、スキャン方向パラメータを指定するための入力欄である。エッジ方向入力欄５４は、エッジ方向パラメータを指定するための入力欄である。優先指定入力欄５５は、優先指定パラメータを指定するための入力欄である。

エッジ強度パラメータには、自動指定と、上限値及び下限値を個別に指定する閾値指定とのいずれかを選択することができる。エッジ強度パラメータの自動指定では、測定対象箇所のエッジを抽出するのに適切な上限値及び下限値が自動的に指定される。エッジ強度パラメータの閾値指定では、ユーザが所定の範囲内で上限値又は下限値を任意に指定することができる。

図８のステップＳ１０１〜Ｓ１１２は、図１の画像測定器１における測定設定時の動作の一例を示したフローチャートである。まず、制御ユニット２０は、ユーザ操作を受け付け、ワーク画像に対し、測定対象箇所が指定されれば（ステップＳ１０１）、照明条件を選択して可動ステージ１２上のワークを撮影し、ワーク画像を取得する（ステップＳ１０２，Ｓ１０３）。次に、制御ユニット２０は、取得したワーク画像に基づいて、測定対象箇所のエッジを抽出し、抽出したエッジに基づいて、測定対象箇所の寸法値を算出する（ステップＳ１０４，Ｓ１０５）。

制御ユニット２０は、照明条件を変更しながら、ステップＳ１０２からステップＳ１０５の処理手順を繰り返し（ステップＳ１０６）、予め登録された全ての照明条件について、ワーク画像が取得されれば、取得されたワーク画像をディスプレイ装置１１に一覧表示する（ステップＳ１０７）。

次に、制御ユニット２０は、ユーザ操作を受け付け、一覧表示中のワーク画像のいずれか一つが選択されれば（ステップＳ１０８）、選択されたワーク画像に基づいて、照明条件を決定し、測定設定情報として記憶する（ステップＳ１０９，Ｓ１１０）。

制御ユニット２０は、他に測定対象箇所があれば、ステップＳ１０１からステップＳ１１０までの処理手順を繰り返し（ステップＳ１１１）、全ての測定対象箇所について、照明条件が決定されれば、測定設定データを作成してこの処理を終了する（ステップＳ１１２）。

図９のステップＳ２０１〜Ｓ２１１は、図１の画像測定器１における寸法測定時の動作の一例を示したフローチャートである。まず、制御ユニット２０は、ユーザ操作を受け付け、連続測定対象のワークに応じた測定設定データを選択する（ステップＳ２０１）。

次に、制御ユニット２０は、測定ユニット１０の実行ボタン１６が操作されれば（ステップＳ２０２）、測定設定データとして保持された測定対象箇所を読み出し（ステップＳ２０３）、照明条件を指定して可動ステージ１２上のワークを撮影し、ワーク画像を取得する（ステップＳ２０４，Ｓ２０５）。

制御ユニット２０は、取得したワーク画像に基づいて、測定対象箇所のエッジを抽出し（ステップＳ２０６）、抽出したエッジに基づいて、測定対象箇所の寸法値を算出する（ステップＳ２０７）。制御ユニット２０は、他に測定対象箇所があれば、ステップＳ２０３からステップＳ２０７までの処理手順を繰り返し（ステップＳ２０８）、全ての測定対象箇所について、寸法測定が完了すれば、エッジや寸法値を測定結果としてディスプレイ装置１１に表示し（ステップＳ２０９）、測定結果を保存する（ステップＳ２１０）。

制御ユニット２０は、他に連続測定対象のワークがあれば、ステップＳ２０２以降の処理手順を繰り返し、他に連続測定対象のワークがなければ、この処理を終了する（ステップ２１１）。

本実施の形態によれば、一覧表示されたワーク画像２のいずれか一つを選択することにより、照明条件が決定されるので、熟練者でなくても装置のパフォーマンスを十分に発揮させることができる。特に、表示されたワーク画像２を選択するだけで、照明装置の種別、照明光の照射位置などの照明条件を測定対象箇所に応じて自動的に調整することができる。また、照明条件が測定対象箇所に応じて自動調整されるので、落射照明を利用した寸法測定において、ワーク表面のテクスチャをエッジとして誤抽出するのを抑制することができる。

なお、本実施の形態では、予め登録される２以上の照明条件が固定値である場合の例について説明したが、本発明は、予め登録される２以上の照明条件をユーザ操作に基づいて指定する照明条件指定手段を備えるものであっても良い。

また、本実施の形態では、照明位置調整部１０３がリング照明ユニット１４０のＺ軸方向の位置を調整することにより、可動ステージ１２に対するリング照明ユニット１４０の相対位置が調整される場合の例について説明したが、本発明は、相対位置調整手段の構成をこれに限定するものではない。例えば、可動ステージ１２をＺ軸方向に移動させ、或いは、可動ステージ１２及びリング照明ユニット１４０をそれぞれＺ軸方向に移動させることにより、可動ステージ１２に対するリング照明ユニット１４０の相対位置を調整するような構成であっても良い。

１ 画像測定器
１０ 測定ユニット
１１ ディスプレイ装置
１１ａ 表示画面
１２ 可動ステージ
１４ａ ＸＹ調整つまみ
１４ｂ Ｚ調整つまみ
１５ 電源スイッチ
１６ 実行ボタン
１００ 筐体
１０１ ステージ調整部
１０２ 鏡筒部
１０３ 照明位置調整部
１１０，１２０ カメラ
１３０ 同軸落射照明ユニット
１４０ リング照明ユニット
１４１ 拡散照明装置
１４２ 側射照明装置
１５０ 透過照明ユニット
２０ 制御ユニット
２１ 照明条件記憶部
２２ 撮像制御部
２３ ワーク画像記憶部
２４ 測定対象箇所指定部
２５ 測定設定記憶部
２６ ワーク画像表示部
２７ ワーク画像選択部
２８ 照明条件決定部
２９ 寸法算出部
３０ エッジ抽出パラメータ調整部
３１ キーボード
３２ マウス
４０ 測定設定画面
５０ エッジ抽出設定画面
２ ワーク画像
３ エッジ

Claims (12)

1. ワークを載置するためのステージと、
   上記ステージ上のワークを照明する照明装置と、
   上記ステージ上のワークを撮影し、ワーク画像を生成するカメラと、
   ユーザ操作に基づいて、上記ワーク画像に対し、測定対象箇所を指定する測定対象箇所指定手段と、
   ２以上の照明条件を保持する照明条件記憶手段と、
   上記カメラ及び上記照明装置を制御し、上記照明条件を異ならせながら順次に撮影された２以上の上記ワーク画像を取得する撮像制御手段と、
   取得された複数の上記ワーク画像を表示するワーク画像表示手段と、
   表示された上記ワーク画像のいずれか一つを選択するワーク画像選択手段と、
   選択された上記ワーク画像に基づいて、上記照明条件を決定する照明条件決定手段と、
   決定された上記照明条件で撮影された上記ワーク画像に基づいて、上記測定対象箇所のエッジを抽出し、抽出したエッジに基づいて、上記測定対象箇所の寸法を求める寸法算出手段とを備え、
   上記寸法算出手段は、取得された複数の上記ワーク画像について、上記測定対象箇所のエッジを抽出し、
   上記ワーク画像表示手段は、取得された複数の上記ワーク画像を一覧表示するとともに、抽出された上記エッジに基づいて算出された寸法値を対応するワーク画像上に表示し、
   上記ワーク画像選択手段は、一覧表示されたワーク画像の中からユーザが指定したワーク画像を選択することを特徴とする画像測定器。
2. 上記測定対象箇所指定手段により同一のワーク画像に対して指定された２以上の測定対象箇所と、これらの測定対象箇所ごとに上記照明条件決定手段により決定された照明条件とを測定設定情報として保持する測定設定記憶手段を備え、
   上記測定設定記憶手段には、上記照明条件が上記測定対象箇所に関連づけて保持され、
   上記撮像制御手段は、上記測定設定情報が指定された連続測定において、上記測定設定情報として保持された上記照明条件で撮影されたワーク画像を取得することを、上記測定対象箇所を変更しながら繰り返し、
   上記寸法算出手段は、上記連続測定において取得された複数のワーク画像に対し、上記測定設定情報として保持された上記測定対象箇所ごとにエッジ抽出を行うことを特徴とする請求項１に記載の画像測定器。
3. 上記寸法算出手段は、上記照明条件及び上記測定対象箇所の位置が互いに異なる２以上のワーク画像からそれぞれ抽出したエッジ間の寸法を求めることを特徴とする請求項２に記載の画像測定器。
4. 上記照明装置として、上記ステージ上のワークに拡散光を上方から照射する拡散照明装置と、上記ステージ上のワークに照明光を下方から照射する透過照明装置とを備え、
   上記照明条件は、上記照明装置の種別を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の画像測定器。
5. 上記照明装置として、平行光からなる照明光又は平行光に近い拡がり角からなる照明光を上記ステージ上のワークに側方から照射する側射照明装置をさらに備えたことを特徴とする請求項４に記載の画像測定器。
6. 上記照明装置として、上記カメラの撮影軸を取り囲むリング状の光源であって、周方向を分割した２以上のブロックごとに点灯可能な光源を有するリング照明装置を備え、
   上記照明条件は、上記リング照明装置の点灯位置を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の画像測定器。
7. 上記ステージ又は上記照明装置を上記カメラの撮影軸方向に移動させることにより、上記ステージに対する上記照明装置の相対位置を調整する相対位置調整手段を備え、
   上記照明条件は、上記相対位置を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の画像測定器。
8. 上記測定対象箇所指定手段は、上記拡散照明装置の上記拡散光を照射して撮影された上記ワーク画像上の領域を測定対象箇所として指定することを特徴とする請求項４又は５に記載の画像測定器。
9. ユーザ操作に基づいて、上記照明条件を指定する照明条件指定手段を備えたことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の画像測定器。
10. 上記ワーク画像選択手段は、上記測定対象箇所内の輝度変化に基づいて、表示された上記ワーク画像のいずれか一つを選択することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の画像測定器。
11. 上記ワーク画像表示手段は、同一の上記照明条件で撮影された上記ワーク画像から２以上のエッジが抽出された場合に、これらのエッジを対応するワーク画像上に表示し、
    ユーザ操作に基づいて、上記ワーク画像上に表示された複数のエッジのいずれか一つを選択するエッジ選択手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の画像測定器。
12. 同一の上記照明条件で撮影された上記ワーク画像から抽出された複数のエッジの中からユーザが指定したエッジに基づいて、エッジ抽出のためのエッジ抽出パラメータを調整するエッジ抽出パラメータ調整手段を備えたことを特徴とする請求項１１に記載の画像測定器。