JP2018072268A

JP2018072268A - 画像測定装置

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Publication number: JP2018072268A
Application number: JP2016215546A
Authority: JP
Inventors: 龍太郎平林; Ryutaro Hirabayashi; 光宏柏原; Mitsuhiro Kashiwabara
Original assignee: Keyence Corp
Current assignee: Keyence Corp
Priority date: 2016-11-02
Filing date: 2016-11-02
Publication date: 2018-05-10
Anticipated expiration: 2036-11-02
Also published as: JP6797639B2

Abstract

【課題】測定精度の低下を抑制可能なプローブの支持機構を提供すること。【解決手段】支持機構３５００は、金属管２６２を保持し、金属管２６２とともに可動する可動部材３５０２と、可動部材３５０２と対向して設けられた固定部材３５０１と、付勢機構とを有している。付勢機構は、可動部材３５０２と固定部材３５０１とが少なくとも三か所で接触するよう可動部材３５０２を固定部材３５０１に対して付勢する。コンタクト部２６１がワークＷからの押圧力を受けると、コンタクト部２６１とともに可動部材３５０２が稼働して押圧力を軽減する。コンタクト部２６１がワークＷから離れることで押圧力が解放されると、付勢機構は、可動部材３５０２を初期位置に復帰させる。【選択図】図４１

Description

本発明は、画像測定装置に係り、さらに詳しくは、プローブをステージ上のワークに接触させ、プローブの位置を画像で検出してワークの寸法を求める画像測定装置の改良に関する。

画像測定装置は、ステージ上に載置されたワークを撮影してワーク画像を取得し、ワーク画像からエッジを抽出してワークの寸法を求める寸法測定器である。ワーク画像は、カメラの高さ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り、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や角度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、検出され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、ワーク上の凹部又は凸部の輪郭等がエッジとして求められる。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として求められる。また、求められた寸法値と設計値との差分（誤差）を公差と比較してワークの良否判定が行われる。

上述した様な画像測定装置には、プローブをステージ上に載置されたワークの側面に接触させてワークの寸法を求めるものがある（非特許文献１）。プローブは、カメラの撮像視野内に配置され、ワークとの接触位置は、ワークの側面に接触した状態のプローブが撮影された画像からプローブの位置を特定することによって求められる。

ＧｕｉｊｕｎＪｉ，ハインリッヒシュベンケ（ＨｅｉｎｒｉｃｈＳｃｈｗｅｎｋｅ），オイゲントラペート（ＥｕｇｅｎＴｒａｐｅｔ），「アンオプトメカニカルマイクロプローブシステムフォーメジャリングベリースモールパーツオンＣＭＭｓ（ＡｎＯｐｔｏ−ｍｅｃｈａｎｉｃａｌＭｉｃｒｏｐｒｏｂｅＳｙｓｔｅｍｆｏｒＭｅａｓｕｒｉｎｇＶｅｒｙＳｍａｌｌＰａｒｔｓｏｎＣＭＭｓ）」，（アメリカ），国際光工学会（ＳＰＩＥ）ビジョンジオメトリーＶＩＩ（ＶｉｓｉｏｎＧｅｏｍｅｔｒｙＶＩＩ），１９９８年７月２０日〜２２日，第３４５４巻，ｐ．３４８−３５３

図３３及び図３４は、画像測定装置の動作例を示した図である。図３３の（ａ）には、測定対象のワークＷが示され、（ｂ）には、ワーク画像Ｉｗが示されている。このワークＷは、ベース部材ｗ_１と、ベース部材ｗ_１上に形成された２つの突出部ｗ_２とからなる。２つの突出部ｗ_２における内側の側面Ｓａ間の距離Ａと、外側の側面Ｓｂ間の距離Ｂと、ベース部材ｗ_１の側面Ｓｃ間の距離Ｃとを測定する場合、突出部ｗ_２の内側が曲面形状であることから、側面Ｓｂ及びＳｃのエッジに比べ、側面Ｓａのエッジをワーク画像Ｉｗから正確に特定することは難しい。

図３４の（ａ）には、プローブＰｒを右側の突出部ｗ_２の側面Ｓａに接触させた状態で撮影されたワーク画像Ｉｗが示され、（ｂ）には、プローブＰｒを左側の突出部ｗ_２の側面Ｓａに接触させた状態で撮影されたワーク画像Ｉｗが示されている。ワーク画像ＩｗにおけるプローブＰｒの位置は、プローブＰｒの形状やサイズが既知であることから正確に特定することができる。また、側面Ｓａの位置は、撮像視野内におけるプローブＰｒの変位量から接触位置を特定することによって求められる。従って、この種の画像測定装置を用いれば、ワーク画像Ｉｗからエッジが正確に特定できない測定箇所であっても、寸法を正確に求めることができる。

ところで、プローブＰｒがワークＷの側面に衝突すると、プローブＰｒとワークＷとには大きな力が作用する。プローブＰｒを支持するシャフトを金属製とすると、プローブＰｒがワークＷに衝突することによってワークＷがプローブＰｒによって押されて移動してしまい、側面の位置の測定精度が低下する。プローブＰｒを非常に柔らかくかつ細い部材（光ファイバなどの糸状部材）で支持すると、プローブＰｒがワークＷに衝突してもワークＷが移動しないため、側面の位置の測定精度が向上する。しかし、プローブＰｒの振動に伴う測定精度の低下が発生する。プローブＰｒの振動が十分に減衰するまで待機すると、多数のワークＷを短時間で測定することが困難となる。したがって、振動の影響を受けにくく、かつ、ワークＷを移動させにくいプローブＰｒの支持機構が必要となる。そこで、本発明は、測定精度の低下を抑制可能なプローブの支持機構を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様による画像測定装置は、
ワークが載置されるステージと、
前記ステージに載置された前記ワークを撮像して画像を生成する撮像部と、
前記撮像部の視野内において、前記ステージに載置され少なくとも一部が鉛直方向に延びる前記ワークの側面と接触可能なコンタクト部と、前記コンタクト部を一端に固定された非可撓性のシャフトとを有するプローブと、
前記ステージの載置面と略平行に前記ステージと前記プローブとのうち少なくとも一方を移動させる駆動部と、
前記プローブを支持する支持機構と、
前記コンタクト部と前記ワークの側面とが接触したときに前記撮像部により生成された画像を用いて前記ワークの側面の位置を測定する測定部と
を有する画像測定装置であって、
前記支持機構は、
前記シャフトを保持し、前記シャフトとともに可動する可動部と、
前記可動部と対向して設けられた固定部と、
前記可動部と前記固定部とが少なくとも３点で接触するよう前記可動部を付勢する付勢機構であって、前記コンタクト部が前記ワークの側面に押圧されることで前記シャフトとともに前記可動部が初期位置から移動すると前記可動部を当該初期位置に復元するように付勢する付勢機構と
を有し、
前記３点の位置は同一の球面上の位置であることを特徴とする。

本発明によれば測定精度の低下を抑制可能なプローブの支持機構が提供される。

本発明の実施の形態による画像測定装置１の一構成例を示したシステム図である。図１の画像測定装置１の動作の一例を模式的に示した説明図である。プローブ２６をステージ２３上のワークＷに接触させる際の動作の一例を模式的に示した説明図である。図１の画像測定装置１の動作の一例を示した図であり、輪郭線１４の位置を特定してワークＷの側面間の距離Ｄを算出する場合が示されている。図１のコントローラ３の一構成例を示したブロック図である。図５の入力受付部３１１の一構成例を示したブロック図である。図５の入力受付部３１１における接触位置指定時の動作の一例を示した図である。図５の入力受付部３１１におけるパターン画像登録時の動作の一例を示した図である。図５の入力受付部３１１における接触位置指定時の動作の一例を示した図であり、形状種別とスキャン経路の本数とを対応づけたテーブルが示されている。図５の入力管理部３１１におけるスキャン位置指定時の動作の一例を示した図であり、輪郭線Ｌの長さに応じてスキャン経路の本数が異なる場合が示されている。図５の測定制御部３１５の一構成例を示したブロック図である。図５のコントローラ３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の画像測定装置１における測定設定時の動作の一例を示した図であり、登録対象のワークＷとパターン画像Ｉｐとが示されている。図１の画像測定装置１における測定設定時の動作の一例を示した図であり、表示部２１に表示される設定画面１００が示されている。設計値及び公差の指定時における公差設定画面１０１を示した図である。特徴量情報の指定時における特徴量設定画面１０２を示した図である。図１２のステップＳ１０３（画像測定要素の設定）について、詳細動作の一例を示したフローチャートである。図１の画像測定装置１における画像測定要素の設定時の動作の一例を示した図である。図１２のステップＳ１０４（プローブ測定要素の設定）について、詳細動作の一例を示したフローチャートである。図１の画像測定装置１におけるプローブ測定要素の設定時の動作の一例を示した図である。モデル画像Ｉｍ上の接触目標位置を調整する場合の動作例を示した図である。スキャン動作の開始位置が他の部位と干渉する場合の動作例を示した図である。モデル画像Ｉｍ上でスキャン動作の高さ位置を調整する場合の動作例を示した図である。プローブ２６が接触目標位置間を移動する際の移動方法を指定する場合の動作例を示した図である。図１２のステップＳ１０７（特徴量情報の登録）について、詳細動作の一例を示したフローチャートである。図１７のステップＳ２０１、図１９のステップＳ３０１及び図２５のステップＳ４０１（撮影条件の指定）の詳細動作の一例を示したフローチャートである。図５のコントローラ３における連続測定時の動作の一例を示したフローチャートである。図５のコントローラ３における連続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の画像測定装置１における連続測定時の動作の一例を示した図である。図１の画像測定装置１における連続測定時の動作の一例を示した図である。図１の画像測定装置１における連続測定時の動作の一例を示した図である。図２８のステップＳ６１５（スキャン動作）について、詳細動作の一例を示したフローチャートである。従来の画像測定装置の動作例を示した図である。従来の画像測定装置の動作例を示した図である。プローブの支持機構を示す図である。非可動部材と可動部材とを示す図である。非可動部材と可動部材との組み立て方法を説明する図である。非可動部材と可動部材との組み立て方法を説明する図である。非可動部材を示す図である。付勢機構と可動機構とを示す図である。コンタクト部と可動部材の動きを説明する図である。コンタクト部と可動部材の動きを説明する図である。コンタクト部と可動部材の動きを説明する図である。金属球の動きを説明する図である。付勢機構と可動機構とを示す図である。他の付勢機構を示す図である。

＜画像測定装置１＞
図１は、本発明の実施の形態による画像測定装置１の一構成例を示したシステム図である。この画像測定装置１は、ステージ２３上のワークＷが撮影されたワーク画像からエッジを抽出し、また、プローブ２６をステージ２３上のワークＷに接触させて接触位置を特定することにより、ワークＷの寸法を求める寸法測定器であり、本体２、コントローラ３、キーボード４１及びマウス４２により構成される。ワークＷは、その形状や寸法が測定される測定対象物である。

本体２は、測定ユニット２０、表示部２１、垂直駆動部２２、ステージ２３、水平駆動部２４及び透過照明ユニット２５により構成され、ステージ２３上のワークＷ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。表示部２１の正面方向を前後方向と呼ぶことにすれば、表示部２１は、測定ユニット２０よりも前側に配置されている。

ここでは、ワーク画像からエッジを抽出してワークＷの寸法を求める処理を画像測定と呼び、プローブ２６をワークＷの側面に接触させた状態のワーク画像から、プローブ２６の位置を検出し、プローブ２６とワークＷとの接触位置の座標を特定することにより、ワークＷの寸法を求める処理をプローブ測定と呼ぶことにする。

表示部２１は、ワーク画像や測定結果を表示する表示装置である。垂直駆動部２２は、ステージ２３に対するフォーカス位置の高さやプローブ２６の高さを調整するために、測定ユニット２０及びステージ２３を鉛直方向に相対的に移動させる。この垂直駆動部２２は、測定ユニット２０を鉛直方向に移動させることができる。なお、垂直駆動部２２は、プローブ２６を測定ユニット２０に対して個別に高さ調整可能な構成としても良い。

ステージ２３は、ワークＷを載置するための水平かつ平坦な載置面を有する作業台である。例えば、ステージ２３は、検出光を透過させるガラス板からなる。水平駆動部２４は、ステージ２３に対する撮像視野の位置やプローブ２６の位置を調整するために、測定ユニット２０及びステージ２３をステージ２３の上面と平行な方向に相対的に移動させる。この水平駆動部２４は、ステージ２３を水平面内の任意の方向に移動させることができる。

透過照明ユニット２５は、ステージ２３上のワークＷに検出光を下方から照射する投光装置であり、透過照明用光源２５１、ミラー２５２及び集光レンズ２５３により構成される。透過照明用光源２５１は、前方に向けて配置されている。透過照明用光源２５１から出射された検出光は、ミラー２５２により上方に向けて反射され、集光レンズ２５３を介して出射される。この検出光は、ステージ２３を透過し、その透過光の一部は、ワークＷにより遮断され、他の一部が測定ユニット２０の対物レンズ２０５に入射する。

＜測定ユニット２０＞
測定ユニット２０は、ステージ２３上のワークＷに検出光を照射し、ワークＷからの検出光を受光する投受光ユニットであり、プローブ２６、切替駆動部２７、撮像部２０１，２０６、ハーフミラー２０４，２１０、対物レンズ２０５、同軸落射照明用光源２０９、リング照明ユニット２１１、リング照明用垂直駆動部２１２及びプローブ用光源２６３により構成される。

対物レンズ２０５は、ワークＷからの検出光を集光する受光レンズであり、ステージ２３と対向するように配置されている。撮像部２０１及び２０６は、共通の対物レンズ２０５を介してステージ２３上のワークＷを撮影し、ワーク画像をそれぞれ生成するカメラである。

撮像部２０１は、撮影倍率の低い撮像装置であり、撮像素子２０２と、結像レンズ及び絞り板からなる低倍側結像レンズ部２０３とにより構成される。撮像素子２０２は、低倍側結像レンズ部２０３を介してワークＷからの検出光を受光し、ワーク画像を生成する。この撮像素子２０２は、受光面を下方に向けた状態で配置されている。

撮像部２０６は、撮影倍率の高い撮像装置であり、撮像素子２０７と、結像レンズ及び絞り板からなる高倍側結像レンズ部２０８とにより構成され、撮像部２０１の撮像視野と同軸の撮像視野をステージ２３上に形成する。撮像素子２０７は、高倍側結像レンズ部２０８を介してワークＷからの検出光を受光し、ワーク画像を生成する。この撮像素子２０７は、受光面を前方に向けた状態で配置されている。対物レンズ２０５を透過した検出光は、ハーフミラー２０４により後方に向けて反射され、高倍側結像レンズ部２０８を介して撮像素子２０７に結像する。

撮像素子２０２及び２０７には、例えば、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。対物レンズ２０５には、鉛直方向、すなわち、対物レンズ２０５の光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。

同軸落射照明用光源２０９は、ステージ２３上のワークＷに検出光を鉛直上方から照射するための投光用光源装置であり、前方に向けて配置されている。同軸落射照明用光源２０９から出射された検出光は、ハーフミラー２１０により下方に向けて反射され、対物レンズ２０５を介して出射される。

リング照明ユニット２１１は、ステージ２３上のワークＷに検出光を上方又は側方から照射する投光装置であり、対物レンズ２０５を取り囲むリング形状からなる。リング照明用垂直駆動部２１２は、ステージ２３に対する検出光の照射角度を調整するために、リング照明ユニット２１１を鉛直方向に移動させる。ワークＷ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。

＜プローブ２６＞
プローブ２６は、ステージ２３上に載置されたワークＷの側面に接触させてワークＷの寸法を測定するための接触子である。このプローブ２６は、撮像部２０１の撮像視野内と退避位置とに移動可能に配置されている。また、プローブ２６は、自発光型のプローブであり、ワークＷに接触させる球状のコンタクト部２６１と、ガイド光を伝送する金属管２６２とにより構成される。

金属管２６２の内部には、ガイド光を伝送するための光ファイバが内包されている。金属管２６２は、十分な強度を有するＳＵＳ管で構成されており、ワークＷにコンタクト部２６１が接触しても金属管２６２の形状は変化しない。

コンタクト部２６１は、プローブ用光源２６３から延出する金属管２６２の先端に配置され、ガイド光を拡散放射する。球状のコンタクト部２６１の水平方向における断面積は金属管２６２の水平方向における断面積よりも大きくなっていることから、撮像部２０１によりコンタクト部２６１を上方から撮像した場合であっても、コンタクト部２６１の輪郭を撮像することができる。プローブ用光源２６３は、可視光からなるガイド光を生成し、金属管２６２に入射させる光源装置である。

切替駆動部２７は、プローブ２６が撮像視野内の測定位置に位置する状態と、プローブ２６が撮像視野の中心から離れる方向に移動した退避位置に位置する状態とを相互に切り替える水平駆動部である。この切替駆動部２７は、鉛直方向の回転軸を中心としてプローブ用光源２６３を回転させる回転駆動部であり、プローブ用光源２６３を回転させることにより、プローブ２６を退避位置と測定位置との間で移動させる。例えば、退避位置は、撮像部２０１の撮像視野外であることが望ましいが、プローブ２６がワーク画像に被写体として映し込まれなければ撮像視野の周縁部であっても良い。

コントローラ３は、本体２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Ｗの寸法を演算により求める制御ユニットであり、キーボード４１及びマウス４２が接続されている。キーボード４１及びマウス４２は、ユーザが操作入力を行う入力部４である。

図２〜図４は、図１の画像測定装置１の動作の一例を模式的に示した説明図である。図２には、取付アーム２６４から延びるプローブ２６を鉛直上方から見た様子が示されている。図中の（ａ）には、プローブ２６が測定位置にある場合が示され、（ｂ）には、プローブ２６が退避位置にある場合が示されている。

取付アーム２６４は、プローブ２６を測定ユニット２０の筐体に取り付けるための取付部材であり、Ｌ字形状からなる。取付アーム２６４の一端には、鉛直方向の回転軸２６５が配置され、他端面からプローブ２６が突出している。取付アーム２６４は、金属管２６２をフローティング構造により支持している。コンタクト部２６１がワークＷの側面に接触したときに、金属管２６２は接触により変形することなくＸ及びＹ方向にオフセットする。その結果、ワーク画像上でコンタクト部２６１の位置が変化する。

撮像エリア１１は、撮像部２０１の撮像視野に対応するステージ２３上の領域であり、矩形形状からなる。透光エリア１２は、透過照明ユニット２５から検出光が照射されるステージ２３上の円形領域であり、撮像エリア１１内に形成される。

プローブ２６が測定位置にある場合、コンタクト部２６１は、撮像エリア１１及び透光エリア１２の中心に配置される。この状態で撮影されたワーク画像には、コンタクト部２６１が被写体として映し込まれる。切替駆動部２７を制御してプローブ２６が測定位置にある状態から取付アーム２６４を１８０°程度回転させることにより、プローブ２６は退避位置に移動する。

退避位置は、プローブ２６がワーク画像に被写体として映し込まれないようにプローブ２６を退避させるための位置であり、予め定められている。プローブ２６が退避位置にある場合、コンタクト部２６１及び金属管２６２は、撮像エリア１１の外側に配置される。

図３には、プローブ２６をステージ２３上のワークＷに接触させる際の動作の一例が示されている。図中の（ａ）には、基準高さにおいて、スキャン経路の開始位置に対応する位置まで、ステージ２３に対し、プローブ２６を相対的に移動させる場合が示され、（ｂ）には、基準高さから測定高さまでプローブ２６を鉛直下方に移動させる場合が示されている。図中の（ｃ）には、測定高さにおいて、ステージ２３に対し、プローブ２６を相対的にスキャン経路に沿って移動させる場合が示されている。

プローブ２６を用いた寸法測定では、プローブ２６をワークＷの側面に接触させる際の接触目標位置と、この接触目標位置を通るスキャン経路とが予め指定される。基準高さは、プローブ２６がステージ２３上のワークＷと干渉しない高さである。水平駆動部２４を制御することにより、基準高さにおいて、ステージ２３に対し、プローブ２６を相対的に水平方向に移動させることができる。なお、基準高さは、プローブ２６の先端部が撮像部２０１又は２０６の被写界深度範囲の外側になるような高さに指定されるような構成であっても良い。

測定高さは、プローブ２６が接触すべきワーク側面の高さであり、鉛直方向の位置が基準高さよりも低い。垂直駆動部２２は、ステージ２３に対するプローブ２６の高さを測定高さと、この測定高さよりも高い基準高さとに切り替える。ステージ２３に対し、プローブ２６を相対的にスキャン経路に沿って開始位置から終了位置に向かってスキャン方向に移動させれば、コンタクト部２６１をワークＷの側面に接触させることができる。プローブ２６がワークＷの側面に接触したことが検知されれば、プローブ２６はステージ２３に対して直ちに停止する。

スキャン経路の開始位置は、上述したスキャン動作を開始させるための動作開始位置であり、終了位置は、スキャン動作を終了させるための動作終了位置である。終了位置を定めておくことにより、プローブ２６が終了位置に到達した時点で接触エラーを検知することができる。スキャン経路の開始位置と終了位置は、接触目標位置を通り、かつ、ワークＷの輪郭線の法線に沿ったスキャン経路上に設定される。

図４には、輪郭線１４の位置を特定してワークＷの側面間の距離Ｄを算出する場合が示されている。図中の（ａ）には、測定対象のワークＷとこのワークＷの右側面に接触させたプローブ２６とが示されている。このワークＷは、階段状の段差を有しており、上段の右側面と左側面との間の距離Ｄが測定される。

図中の（ｂ）には、透過照明により撮像された透過画像からなるワーク画像Ｉｗが示されている。透過画像では、ワークＷの外縁をエッジ抽出によって特定することは可能であるが、外縁よりも内側の輪郭線をエッジ抽出によって特定することは困難である。

図中の（ｃ）には、反射照明により撮像された反射画像からなるワーク画像Ｉｗが示されている。反射照明は、同軸落射照明又はリング照明による照明方法であり、ワークＷの外縁よりも内側の輪郭線であっても、エッジ抽出によって特定可能である。ところが、ワークＷの上段部は、右側の上部が曲面形状であることから、左側面の輪郭線に比べ、右側面の輪郭線をエッジ抽出によって正確に特定することは難しい。この様な場合、プローブ２６を接触させることにより、右側面の輪郭線１４を正確に特定することができる。

図中の（ｃ）に示すワーク画像Ｉｗには、プローブ２６を接触させて特定した右側面の輪郭線１４と、エッジ抽出領域１５からエッジを抽出して特定した左側面の輪郭線１４とが表示されている。

プローブ２６がワークＷの側面に接触したことは、スキャン経路を移動中のコンタクト部２６１のワーク画像Ｉｗ上における位置が、所定時間内に所定の閾値以上変化したか否かによって検知することができる。コンタクト部２６１の位置は、例えば、コンタクト部２６１のエッジから円中心を求めることにより特定される。また、プローブ２６がワークＷの側面に接触した際のワーク画像Ｉｗ上において、撮像視野の中心に対するコンタクト部２６１の変位方向から、ワークＷの側面の法線方向や接触位置１３を特定することができる。

なお、プローブ２６自体を水平に移動させるような構成の場合は、スキャン経路を移動中のコンタクト部２６１がワーク画像Ｉｗ上で停止したか否かにより、ワーク側面との接触が検知される。

コンタクト部２６１の形状は既知であるため、コンタクト部２６１の位置は公知のサーチ技術を使って高い精度で特定できる。従って、図４のワークＷのように、エッジが丸みを帯びており２次元のワーク画像Ｉｗ上では精度良くエッジが検出できない場合であっても、コンタクト部２６１の位置からプローブ２６とワークＷの接触位置１３の座標を特定することにより、画像上では検出が難しいエッジの寸法を高い精度で求めることができる。

接触位置１３は、ワーク画像Ｉｗからコンタクト部２６１の位置を特定し、コンタクト部２６１の半径に対応する距離だけ法線方向にオフセットさせることによって特定される。また、右側面の輪郭線１４の位置は、複数の接触位置１３に予め指定された幾何学図形をフィッティングさせることによって求められる。一方、左側面の輪郭線１４の位置は、ワーク画像Ｉｗ上のエッジ抽出領域１５からエッジ点を検出し、検出された複数のエッジ点に幾何学図形をフィッティングさせることによって求められる。この様にして特定された輪郭線１４の位置に基づいて、右側面と左側面との距離Ｄが算出される。

＜コントローラ３＞
図５は、図１のコントローラ３の一構成例を示したブロック図である。このコントローラ３は、制御装置３１及び記憶装置３３により構成され、制御装置３１と記憶装置３３とがバス３２を介して接続されている。制御装置３１は、入力受付部３１１、表示制御部３１２、撮像制御部３１３、照明制御部３１４及び測定制御部３１５により構成される。本体２は、撮像部２０１，２０６及び垂直駆動部２２からなるカメラ２００と、水平駆動部２４からなるステージ２３と、切替駆動部２７からなるプローブユニット２６０と、表示部２１、透過照明ユニット２５及び反射照明ユニット２８とにより構成される。反射照明ユニット２８は、同軸落射照明用光源２０９とリング照明ユニット２１１とにより構成される。

表示制御部３１２は、寸法測定のためのモデル画像や設定情報を表示部２１に表示する。モデル画像は、例えば、マスターピースが撮影されたマスターピース画像であっても良いし、ＣＡＤ（Computer Aided Design）により作成されたＣＡＤデータからなるＣＡＤ画像であっても良い。

表示制御部３１２は、設計データから生成されたモデル画像を表示部２１に表示する場合、ステージ２３上に載置されたワークＷを上方から撮像して得られた画像データを仮定して、設計データから生成されたモデル画像を表示する。この様にすれば、設計データから生成されたモデル画像であっても、撮像部２０１又は２０６により撮像されるワーク画像と同様のアングルで表示されるため、接触目標位置情報の指定を容易化することができる。

入力受付部３１１は、入力部４において受け付けられたユーザ操作に基づいて、撮像部２０１又は２０６からモデル画像を取得し、寸法測定を行うための各種の測定設定情報を記憶装置３３に登録する処理を行う。

撮像制御部３１３は、記憶装置３３に登録された測定設定情報に基づいて、撮像部２０１及び２０６を制御し、撮影倍率の切替、撮像タイミングや露光時間の調整を行う。照明制御部３１４は、記憶装置３３に登録された測定設定情報に基づいて、透過照明ユニット２５、同軸落射照明用光源２０９、リング照明ユニット２１１及びプローブ用光源２６３の点灯制御を行う。例えば、画像測定からプローブ測定に切り替えられれば、照明制御部３１４は、プローブ用光源２６３を点灯させる一方、透過照明ユニット２５、同軸落射照明用光源２０９及びリング照明ユニット２１１を消灯する。

測定制御部３１５は、記憶装置３３に登録された測定設定情報に基づいて、垂直駆動部２２、水平駆動部２４及び切替駆動部２７を制御し、撮像部２０１又は２０６からワーク画像Ｉｗを取得して寸法測定を行う。

＜入力受付部３１１＞
図６は、図５の入力受付部３１１の一構成例を示したブロック図である。この入力受付部３１１は、撮像及び照明条件指定部３４１、エッジ抽出領域指定部３４２、接触位置指定部３４３、測定設定部３４４、設計値及び公差指定部３４５及び特徴量情報設定部３４６により構成される。

撮像及び照明条件指定部３４１は、ユーザの指示に基づいて、撮影倍率、露光時間、ゲイン等の撮像条件と、照明種別、明るさ、リング照明ユニットの高さ等の照明条件とを指定し、記憶装置３３に測定設定情報として登録する。

エッジ抽出領域指定部３４２は、ユーザの指示に基づいて、モデル画像上でエッジ抽出領域を特徴量情報、例えば、パターン画像に対する相対的な座標値として指定し、記憶装置３３にエッジ抽出領域情報として登録する。

接触位置指定部３４３は、表示部２１に表示されたモデル画像上で、プローブ２６が接触すべきワークＷの側面の複数の接触目標位置を示す接触目標位置情報の指定を受け付ける。すなわち、接触位置指定部３４３は、プローブ２６が接触すべき複数の接触目標位置にプローブ２６を接触させるためのプローブ動作を決定する接触目標位置情報を特徴量情報（パターン画像）に対する相対的な座標値として指定し、記憶装置３３内に登録する。接触目標位置情報は、接触目標位置、スキャン動作開始位置及びスキャン動作終了位置からなる。

接触目標位置には、モデル画像上で登録されたパターン画像（サーチ用データ）に対する相対的な位置座標と、プローブ２６が接触すべきワーク側面の高さを示す測定高さとが含まれる。測定高さは、例えば、ユーザによって予め指定される。

測定設定部３４４は、エッジ抽出領域指定部３４２により指定されたエッジ抽出領域の中から、モデル画像上に存在するワークＷのエッジを抽出し、また、プローブ２６を接触目標位置に接触させて、プローブ２６を撮像することにより、プローブ２６とモデル画像上に存在するワークＷとの接触位置を特定し、これらのエッジ又は接触位置に基づいて、モデル画像上から測定の基準とする輪郭線や、基準点を特定する。特定された輪郭線や基準点に基づいて、測定要素（たとえば、直線、円、円弧など）が特定される。なお、特徴量情報がＣＡＤデータである場合、輪郭線や基準点は、エッジ抽出によらず直接に特定される。

測定設定部３４４は、ユーザの指示に基づいて、上述した処理により特定された測定要素の中から、測定の対象とする要素を選択し、記憶装置３３に測定箇所情報として登録する。測定要素は、特定された輪郭線や基準点から新たに作成された補助線（点）に基づいて特定することもできる。補助線（点）としては、例えば、２つの輪郭線の交点や円中心などが挙げられる。測定設定部３４４は、さらに選択された測定要素が円や円弧の場合にその半径や直径、２つの直線が選択されている場合に直線間の距離などを測定対象として指定することができる。

設計値及び公差指定部３４５は、ユーザの指示に基づいて、良否判定のための設計値及び公差を指定し、記憶装置３３に測定設定情報として登録する。

特徴量情報設定部３４６は、測定実行時に撮像部２０１又は２０６により撮像されたワーク画像からワークＷの位置及び姿勢を特定するための特徴量情報を設定する。すなわち、特徴量情報設定部３４６は、ユーザの指示に基づいて、モデル画像に基づいてワークＷの位置及び姿勢を特定するためのサーチ用データからなる特徴量情報を設定し、記憶装置３３に測定設定情報として登録する。例えば、特徴量情報は、正規化相関サーチ用のパターン画像（データ）であり、マスターピースが撮影されたマスターピース画像に基づいて設定される。記憶装置３３には、特徴量情報設定部３４６により設定されたパターン画像と接触位置指定部３４３により指定された接触目標位置情報とが同一の座標上で記憶される。

モデル画像上で特徴が多い箇所をユーザが指定することによりパターン画像が登録されるようにしても良いし、画像全体が自動的にパターン画像として登録されるようにしても良い。また、モデル画像から特徴部分を抽出してパターン画像が自動的に登録されるようにしても良い。

登録されたパターン画像と検査対象ワークＷを撮像したワーク画像をマッチングすることにより、ワーク画像内のワークＷの位置及び姿勢（座標）を特定できる。マッチングには公知のマッチング技術、例えば、正規化相関サーチや幾何サーチ等が利用できる。なお、モデル画像がＣＡＤ画像であれば、ＣＡＤデータに基づいて、特徴量情報を指定することもできる。

上述したように、本実施の形態によれば、モデル画像上で登録されたパターン画像（サーチ用データ）に対する相対的な座標値として、プローブ２６による接触目標位置情報とエッジ抽出領域が指定される。接触目標位置情報には、プローブ２６を接触させる目標位置である接触目標位置、スキャン動作を開始させる位置であるスキャン動作開始位置、スキャン動作を終了させる位置であるスキャン動作終了位置、接触すべきワーク側面の高さを示す測定高さなどが含まれる。

使用者が、検査対象のワークＷをステージ２３に載置してワーク画像を取得し、パターン画像（サーチ用データ）を用いたマッチング処理を実行することにより、プローブ２６による接触目標位置と、エッジ抽出領域が自動的に特定できる。特定された接触目標位置に従って、プローブ２６をワーク側面に順次接触させることにより、ワークＷの輪郭線が特定される。なお、直線状の輪郭線を特定するためには、２点以上の接触位置の座標情報が必要となり、円状あるいは円弧状の輪郭線を特定するためには、３点以上の接触位置の座標情報が必要となる。また、必ずしも２点以上の接触位置が必要ではなく、ある特定の点の測定を行いたい場合は、１点の接触位置の座標情報を測定に用いることもできる。

入力受付部３１１は、表示部２１に表示されたモデル画像上で、プローブ２６による測定を行う測定要素の指定を受け付ける。表示部２１に表示中のモデル画像は、測定設定用のワークＷが撮像されたワーク画像である。記憶装置３３には、入力受付部３１１により指定可能な測定要素の形状種別又は大きさと、プローブ２６の接触目標位置の配置位置との関係を規定した配置ルールが予め記憶される。配置ルールは、測定要素の形状種別又は大きさに応じて、接触目標位置を適切に指定するための情報である。配置ルールは、例えば、測定要素の形状種別や大きさと接触目標位置の数とを対応づけるテーブル、関数又は演算式からなる。

配置ルールは、例えば、測定要素の形状種別が円又は円弧である場合、当該円又は円弧の周方向に３以上の接触目標位置が等間隔に配置されるように定められている。また、配置ルールは、形状種別が直線である場合、当該直線の方向に２以上の接触目標位置が等間隔に配置されるように定められている。

測定制御部３１５は、測定実行時に、上記入力受付部により指定された測定要素の位置と、測定要素の形状種別又は大きさと、上記記憶部に記憶された配置ルールとに従って、上記プローブの接触目標位置を特定し、特定された上記複数の接触目標位置に上記プローブが順次に移動するように上記水平駆動部を制御する。

接触位置指定部３４３は、測定要素上にエッジ抽出領域が設定された場合に、表示中のモデル画像に対し、エッジ抽出領域からエッジを抽出して輪郭線を求め、輪郭線上の位置として複数の接触目標位置を指定するとともに、接触目標位置から輪郭線の法線方向に離間した位置として、プローブ２６を接近させるスキャン動作の開始位置を指定する。

表示部２１には、スキャン動作の開始位置を示すシンボルがモデル画像上に表示され、接触位置指定部３４３は、スキャン動作の開始位置、輪郭線上における接触目標位置の数、プローブ２６を接近させるスキャン方向及び高さ情報を変更するためのユーザ操作を受け付ける。

図７は、図５の入力受付部３１１における接触位置指定時の動作の一例を示した図である。図中の（ａ）には、パターン画像Ｉｐ及び接触目標位置情報を登録するためのワークＷが示されている。このワークＷは、ベース部材ｗ_１上に形成された突出部ｗ_２の両外側が曲面形状であり、突出部ｗ_２の側面間の距離Ｄがプローブ２６を用いて測定される。

モデル画像Ｉｍは、反射照明により撮像された反射画像であり、ワークＷを含む一部の領域がパターン画像Ｉｐとして登録される。このパターン画像Ｉｐと接触目標位置情報との関連づけには、例えば、以下の（ｂ）〜（ｄ）に示すように３通りの方法がある。

図中の（ｂ）には、パターン画像Ｉｐと接触目標位置とを直接に関連づける場合が示されている。例えば、パターン画像Ｉｐに対し、スキャン動作の開始位置と終了位置を指定することにより、接触目標位置が自動的に特定される。開始位置や終了位置は、プローブ２６を示すシンボルＳｍやスキャン方向を示す矢印Ｙをマウス操作によって移動させることによって指定することができる。なお、接触目標位置を指定することにより、スキャン動作の開始位置と終了位置を自動的に決定しても良い。この様にパターン画像Ｉｐと接触目標位置とを直接に関連づけることにより、パターン画像（サーチ用データ）に対して接触目標位置座標が相対的に記憶される。

図中の（ｃ）には、エッジ抽出領域Ｒからエッジを抽出して特定される輪郭線Ｌと接触目標位置とを関連づける場合が示されている。パターン画像Ｉｐ上で指定されたエッジ抽出領域Ｒからエッジ点を抽出し、抽出されたエッジ点列にフィッティングする輪郭線Ｌが特定される。この輪郭線Ｌに対して接触目標位置を指定することにより、パターン画像Ｉｐと接触目標位置とが間接的に関連づけられる。検査時に入力されるワーク画像上のエッジ抽出領域Ｒの位置座標は、ワーク画像と、パターン画像（サーチ用データ）とをマッチングすることにより、自動的に特定される。位置が特定されたエッジ抽出領域Ｒ内のエッジ点列が抽出され、このエッジ点列から特定される輪郭線Ｌに対して予め定めた位置に接触目標位置が設定される。例えば、スキャン方向が輪郭線Ｌに対して法線方向に所定距離離れた位置から接近する方向に設定されている場合、輪郭線Ｌの法線に沿って安定的にアプローチできるため、測定が安定する。

図中の（ｄ）には、エッジ抽出領域Ｒと接触目標位置とを関連づける場合が示されている。パターン画像Ｉｐ上で指定されたエッジ抽出領域Ｒに対して、接触目標位置を指定することにより、パターン画像Ｉｐと接触目標位置とが間接的に関連づけられる。上述したマッチング処理によりエッジ抽出領域Ｒの位置座標が特定されると同時に、接触目標位置座標が特定される。

図８は、図５の入力受付部３１１におけるパターン画像登録時の動作の一例を示した図であり、図７の（ａ）に示したワークＷを透過照明により撮像した場合のモデル画像Ｉｍが示されている。このモデル画像Ｉｍの一部がサーチ用のパターン画像Ｉｐとして登録される。この様にサーチ用のパターン画像Ｉｐには、透過照明で撮像された透過画像を用いる一方、接触目標位置の指定には、反射照明で撮像された反射画像を用いることができる。

一般に透過照明で撮像された透過画像ははっきりとしたエッジが得られる他、周囲環境の変化による画像の変化も小さい。従って、透過照明で撮像した透過画像に基づいて、パターン画像を登録する一方で、透過照明では取得できない非貫通のワーク形状に存在する内側の輪郭の寸法を測定するために、反射照明で撮像された反射画像に基づいてプローブ２６による接触目標位置の指定を行うことができる。この様にパターン画像を登録する際の照明条件と、接触目標位置やエッジ抽出領域を登録する際の照明条件とは異ならせることができる。また、連続測定時の照明条件を設定時の照明条件と同じにするために、設定時の照明条件が測定設定情報として登録される。

上述したように設定時にモデル画像Ｉｍ上で登録されたパターン画像（サーチ用データ）と、検査時に入力されたワーク画像とをマッチングすることにより、直接的、または間接的に接触目標位置が特定される。プローブ２６によりスキャンすべき位置が特定されると、プローブ２６の動作計画が決定し、測定制御部３１５がプローブ２６の動作を制御する。

図９は、図５の入力受付部３１１における接触位置指定時の動作の一例を示した図であり、形状種別とスキャン経路の本数とを対応づけたテーブルが示されている。図中の（ａ）には、分割数が固定である場合のテーブルが示されている。このテーブルは、測定対象の形状種別とスキャン経路の本数とを対応づけた配置基準であり、３つの形状種別（直線、円及び円弧）について、スキャン経路の本数及び分割数が規定されている。

具体的には、形状種別が直線であれば、分割数＝３であり、直線を３等分するように２本のスキャン経路が配置される。また、形状種別が円であれば、分割数＝３であり、円周を３等分するように３本のスキャン経路が配置される。形状種別が円弧であれば、分割数＝４であり、円弧を４等分するように３本のスキャン経路が配置される。

図中の（ｂ）には、分割数が測定対象のサイズに応じて可変である場合のテーブルが示されている。このテーブルは、測定対象の形状種別及びサイズとスキャン経路の本数とを対応づけた配置基準であり、３つの形状種別（直線、円及び円弧）について、スキャン経路の本数が規定されている。

具体的には、形状種別が直線である場合、輪郭線Ｌの長さが閾値ＴＨ未満であれば、分割数＝３であり、直線を３等分するように２本のスキャン経路が配置される。一方、輪郭線Ｌの長さが閾値ＴＨ以上であれば、分割数＝４であり、直線を４等分するように３本のスキャン経路が配置される。また、形状種別が円である場合、輪郭線Ｌの長さが閾値ＴＨ未満であれば、分割数＝３であり、円周を３等分するように３本のスキャン経路が配置される。一方、輪郭線Ｌの長さが閾値ＴＨ以上であれば、分割数＝４であり、円周を４等分するように４本のスキャン経路が配置される。形状種別が円弧である場合、輪郭線Ｌの長さが閾値ＴＨ未満であれば、分割数＝４であり、円弧を４等分するように３本のスキャン経路が配置される。一方、輪郭線Ｌの長さが閾値ＴＨ以上であれば、分割数＝５であり、円弧を５等分するように４本のスキャン経路が配置される。

図１０は、図５の入力受付部３１１における接触位置指定時の動作の一例を示した図であり、輪郭線Ｌの長さに応じてスキャン経路の本数が異なる場合が示されている。図中の（ａ）には、形状種別が直線である場合が示され、（ｂ）には、形状種別が円である場合が示されている。

ユーザによりモデル画像Ｉｍ上でエッジ抽出領域Ｒが測定対象領域として指定されれば、エッジ抽出領域Ｒからエッジを抽出して特定された輪郭線Ｌに対し、接触目標位置が指定される。例えば、接触目標位置は、輪郭線Ｌの端点から一定間隔ごとに指定される。輪郭線Ｌの形状種別が直線であれば、２箇所以上の接触目標位置が指定され、輪郭線Ｌの形状種別が円又は円弧であれば、３箇所以上の接触目標位置が指定される。この場合、輪郭線Ｌ上に指定される接触目標位置の数は、輪郭線Ｌの長さに応じて異なる。なお、輪郭線Ｌは、マウス操作などによって直接に指定されるようなものであっても良い。

また、図示したスキャン経路のように、３以上の分割数ｎを指定することにより、輪郭線Ｌを等分割するｎ本又は（ｎ−１）本のスキャン経路が指定されるようにしても良い。具体的には、図１０の（ａ）に示す通り、輪郭線Ｌの形状種別が直線であれば、輪郭線Ｌの長さが一定値未満である場合に分割数を３とし、輪郭線Ｌを等分割する２本のスキャン経路が指定される。一方、輪郭線Ｌの長さが一定値以上である場合には分割数を４とし、輪郭線Ｌを等分割する３本のスキャン経路が指定される。

また、図１０の（ｂ）に示す通り、形状種別が円であれば、半径が一定値未満である場合に分割数を３とし、輪郭線Ｌを等分割する３本のスキャン経路が指定される。一方、半径が一定値以上である場合には分割数を４とし、輪郭線Ｌを等分割する４本のスキャン経路が指定される。

スキャン経路の開始位置は、接触目標位置から輪郭線Ｌに垂直な方向に一定距離だけ離間した位置として指定される。スキャン経路の終了位置は、輪郭線Ｌを挟んで開始位置とは反対側の位置として指定される。また、モデル画像Ｉｍから抽出されたエッジの両側の輝度差に基づいて、プローブ２６をワークＷの側面に近づける際のスキャン方向が決定される。なお、スキャン経路の開始位置と終了位置の決め方は上記の方法に限定されない。スキャン経路の開始位置と終了位置は、接触目標位置に対して相対的に定められていれば良い。

＜測定制御部３１５＞
図１１は、図５の測定制御部３１５の一構成例を示したブロック図である。この測定制御部３１５は、サーチ処理部３５１、エッジ抽出領域特定部３５２、エッジ抽出処理部３５３、スキャン動作決定部３５４、スキャン動作制御部３５５、プローブ検出部３５６、接触位置特定部３５７、輪郭線算出部３５８及び寸法算出部３５９により構成される。

サーチ処理部３５１は、撮像部２０１又は２０６からワーク画像を取得し、記憶装置３３内の特徴量情報に基づいて、ワークＷの位置及び姿勢を特定する。位置及び姿勢の特定は、パターンサーチにより行われる。このサーチ処理部３５１は、プローブ２６が撮像視野外の退避位置にある状態で生成されたワーク画像を取得し、当該ワーク画像からワークＷの位置及び姿勢を特定する。

エッジ抽出領域特定部３５２は、サーチ処理部３５１により特定されたワークＷの位置及び姿勢とエッジ抽出領域情報とに基づいて、ワーク画像上のエッジ抽出領域を特定する。エッジ抽出処理部３５３は、エッジ抽出領域特定部３５２により特定されたエッジ抽出領域からエッジ点を抽出する。

スキャン動作決定部３５４は、エッジ抽出処理部３５３により抽出された複数のエッジ点に形状種別として予め指定された幾何学図形をフィッティングさせることにより、輪郭線の位置を特定し、接触目標位置情報に基づいて、開始位置やスキャン方向を特定することにより、スキャン動作を決定する。

スキャン動作制御部３５５は、スキャン動作決定部３５４により決定されたスキャン動作に従って、本体２の垂直駆動部２２、水平駆動部２４及び切替駆動部２７を制御する。スキャン動作制御部３５５は、例えば、切替駆動部２７を制御してプローブ２６を退避位置から測定位置に切り替えた後、複数の接触目標位置にプローブ２６が順次に移動するように水平駆動部２４を制御する。

プローブ検出部３５６は、プローブ２６がワークＷの側面に接触したことを検出する。例えば、撮像部２０１又は２０６からワーク画像を繰り返し取得し、スキャン経路を移動中のプローブ２６のワーク画像上における位置が一定時間内に一定の閾値以上変化すれば、プローブ２６がワークＷの側面に接触したと判断される。なお、プローブ２６に物理的な接触を検知するセンサを設けてもよい。

接触位置特定部３５７は、プローブ２６がワークＷの側面に接触したことが検出されれば、ワークＷの側面に接触した状態のプローブ２６が撮影されたワーク画像を取得し、当該ワーク画像上におけるプローブ２６の位置から接触位置を特定する。ワーク画像上のプローブ２６の位置と、ステージ２３に対する撮像視野の相対位置とに基づいて、プローブ２６がワークＷに接触した複数の接触位置が特定される。

ステージ２３に対する撮像視野の相対位置は、水平駆動部２４から入力される。水平駆動部２４から入力されたグローバル座標系内における撮像視野（カメラ２００又はステージ２３の相対位置）の位置座標と、撮像視野内のローカル座標系内における各接触位置の座標とから、各接触位置が求められる。

なお、本実施の形態では、カメラ２００とプローブ２６はＸＹ方向に動作せず、ステージ２３がＸＹ方向に移動することにより、プローブ２６とワークＷの側面とを接触させる構成としている。そのため、プローブ２６がワークＷと接触していない状態では、プローブ２６は常に撮像視野内の中心に位置する。この実施例に限らず、カメラ側がプローブ２６とともに動く構成としても良いし、撮像視野内をプローブ２６が移動する構成としても良い。

輪郭線算出部３５８は、エッジ抽出処理部３５３によって抽出された複数のエッジ点、又は、接触位置特定部３５７によって特定された複数の接触位置に対し、幾何学図形をフィッティングさせることにより、輪郭線の位置を特定する。

寸法算出部３５９は、輪郭線算出部３５８により特定された輪郭線の位置に基づいて、ワークＷの寸法を求め、測定結果を表示部２１に表示する。寸法算出部３５９では、エッジ抽出領域からエッジを抽出して特定された輪郭線と、プローブ２６が接触することによって特定された輪郭線とのいずれか一方又は両方を用いて、ワークＷの寸法が求められる。

例えば、エッジ抽出によって特定された輪郭線と、プローブ２６が接触することによって特定された輪郭線とを組み合わせて寸法を求めることができる。この様な構成を採用することにより、エッジが正確に抽出できない測定箇所の輪郭線はプローブ２６を接触させて特定し、エッジが正確に抽出できる測定箇所の輪郭線はエッジ抽出によって特定して寸法測定を行うことができる。つまり、画像で測定できる部分は、画像で測定する方が寸法測定に要する時間を短縮することができる。

図１２のステップＳ１０１〜Ｓ１０７は、図５のコントローラ３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、コントローラ３は、画像測定又はプローブ測定のいずれかの測定方法がユーザにより選択されれば（ステップＳ１０１）、選択された測定方法に応じた測定要素の設定を行う（ステップＳ１０２〜Ｓ１０４）。

図１３及び図１４は、図１の画像測定装置１における測定設定時の動作の一例を示した図である。図１３の（ａ）には、登録対象のワークＷが示され、（ｂ）には、パターン画像Ｉｐ上で指定されたエッジ抽出領域Ｒとスキャン動作の開始位置を示すシンボルＳｍが示されている。このワークＷは、ベース部材ｗ_１上に円筒状の突出部ｗ_２が形成され、ベース部材ｗ_１の周縁部に３つの貫通孔ｗ_３が形成されている。

パターン画像Ｉｐは、この様なワークＷが被写体として撮像された撮影画像からなる。測定箇所は、ベース部材ｗ_１の左右の側面間の距離と、前後の側面間の距離と、２つの貫通孔ｗ_３間の距離と、突出部ｗ_２の内径とが指定されている。ベース部材ｗ_１の左右の側面間の距離と２つの貫通孔ｗ_３間の距離とは、ワークＷの輪郭線に対して指定されたエッジ抽出領域Ｒからエッジを抽出することによって測定される。一方、ベース部材ｗ_１の前後の側面間の距離と突出部ｗ_２の内径とは、プローブ２６を接触させることによって測定される。

図１４には、測定設定情報の指定時に、表示部２１に表示される設定画面１００が示されている。設定画面１００は、測定設定情報の編集画面であり、モデル画像を表示するための表示欄１１０と、寸法種別を選択するためのメニュー欄１１１が設けられている。

表示欄１１０に表示中のモデル画像は、図１２に示したワークＷが被写体として撮像された撮影画像である。倍率ボタン１３１又は１３２を操作することにより、広視野測定用の低倍率と高精度測定用の高倍率とのいずれかを撮影倍率として指定することができる。また、ステージ調整ボタン１３３を操作すれば、ステージ２３のＸ方向の位置及びＹ方向の位置を調整することができる。また、Ｚ調整ボタン１３４を操作すれば、測定ユニット２０のＺ方向の位置を調整することができる。照明ボタン１３５を操作すれば、照明種別を指定することができる。照明種別には、透過照明、リング照明及び同軸落射照明などがある。

メニュー欄１１１の寸法種別には、距離測定、角度測定などがある。距離測定には、２直線の間の距離測定、直線と点との間の距離測定、２点の間の距離測定、２円の間の距離測定、円と直線との間の距離測定、円と点との間の距離測定、円の直径測定及び円弧の半径測定がある。

ステップＳ１０３の画像測定要素の設定では、エッジ抽出により寸法測定を行うための測定要素について、測定設定情報の指定が行われる。一方、ステップＳ１０４のプローブ測定要素の設定では、プローブ２６を接触させて寸法測定を行うための測定要素について、測定設定情報の指定が行われる。ステップＳ１０３及びＳ１０４の処理内容は、図１７及び図１９においてそれぞれ詳述する。コントローラ３は、モデル画像上の全ての測定要素について、設定が完了するまでステップＳ１０１からＳ１０４までの処理手順を繰り返す（ステップＳ１０５）。

次に、コントローラ３は、設計値及び公差の指定を行う（ステップＳ１０６）。このステップでは、モデル画像から算出された寸法値が測定要素の輪郭線に対応づけて表示され、モデル画像上の寸法値がユーザにより選択されれば、設計値や公差を新たに指定し、或いは、変更することができる。

図１５には、設計値及び公差の指定時における公差設定画面１０１が示されている。公差設定画面１０１は、設計値及び公差の編集画面であり、モデル画像を表示するための表示欄１１０と、設計値と公差の上限値及び下限値とを指定するための入力欄１１２が設けられている。表示欄１１０に表示中のモデル画像には、測定箇所に対応づけて寸法線や識別番号が表示されている。

この入力欄１１２には、測定設定情報として登録された複数の測定箇所について、設計値と公差の上限値及び下限値とが表示され、測定箇所を選択すれば、設計値、公差の上限値又は下限値を新たに指定し、或いは、変更することができる。

次に、コントローラ３は、特徴量情報の登録を行う（ステップＳ１０７）。このステップでは、ワークＷの位置及び姿勢を特定するためのパターン画像（サーチ用データ）が、パターン画像と各測定要素の設定で指定されるエッジ抽出領域との相対的な位置関係と共にモデル画像を用いて登録される。

図１６には、特徴量情報の指定時における特徴量設定画面１０２が示されている。この特徴量設定画面１０２は、パターン画像を特徴量情報として登録するための編集画面であり、モデル画像を表示するための表示欄１１０と、登録対象領域及びサーチ条件を指定するための入力欄１１４が設けられている。表示欄１１０に表示中のモデル画像には、登録対象領域の外縁を示す枠１１３が表示されている。

サーチ条件には、回転方向のスキャン範囲を制限するためのサーチ範囲と、パターン画像と一致するワークＷの検出個数とを指定することができる。登録ボタン１１５を操作すれば、表示中のモデル画像がサーチ用のパターン画像として登録される。

図１７のステップＳ２０１〜Ｓ２０９は、図１２のステップＳ１０３（画像測定要素の設定）について、詳細動作の一例を示したフローチャートであり、コントローラ３の動作が示されている。まず、コントローラ３は、後述する撮影条件を指定し（ステップＳ２０１）、ステージ２３上に載置されたマスターピースが撮影された撮影画像を取得してモデル画像として表示する（ステップＳ２０２）。

次に、測定要素の形状種別がユーザにより選択され（ステップＳ２０３）、形状種別に対応づけてエッジ抽出領域がユーザにより指定される（ステップＳ２０４）。コントローラ３は、指定されたエッジ抽出領域から複数のエッジ点を抽出し（ステップＳ２０５）、これらのエッジ点に対し、選択された形状種別に対応する幾何学図形をフィッティングさせることによって輪郭線の位置を決定する（ステップＳ２０６）。

次に、コントローラ３は、輪郭線の位置に基づいて、測定箇所の寸法を算出し、測定要素に対応づけて測定結果の寸法値をモデル画像上に表示する（ステップＳ２０７，Ｓ２０８）。コントローラは、モデル画像上の全ての測定要素について、設定が完了するまでステップＳ２０３からＳ２０８までの処理手順を繰り返す（ステップＳ２０９）。

図１８は、図１の画像測定装置１における画像測定要素の設定時の動作の一例を示した図である。図中の（ａ）には、モデル画像上で指定されたエッジ抽出領域１１６が示され、（ｂ）には、エッジ抽出領域１１６からエッジを抽出して特定された輪郭線１１７が示されている。

設定画面１００の表示欄１１０に表示中のモデル画像に対し、測定要素の始点及び終点の位置を指定すれば、始点及び終点を結ぶ直線を含む矩形領域がエッジ抽出領域１１６として自動的に指定され、エッジ点のスキャン方向と共に測定要素に対応づけてモデル画像上に表示される。エッジ抽出領域１１６の登録が完了すれば、当該エッジ抽出領域１１６からエッジを抽出して特定された輪郭線１１７や寸法値がモデル画像上に表示される。

図１９のステップＳ３０１〜Ｓ３１５は、図１２のステップＳ１０４（プローブ測定要素の設定）について、詳細動作の一例を示したフローチャートであり、コントローラ３の動作が示されている。ステップＳ３０１からステップＳ３０６までの処理手順は、図１７のステップＳ２０１からステップＳ２０６までの処理手順と同様である。

次に、コントローラ３は、接触目標位置情報を指定する（ステップＳ３０７）。接触目標位置情報、すなわち、接触目標位置及びスキャン経路は、測定要素の形状種別及びサイズに基づいて自動的に指定される。また、指定されたスキャン経路は、モデル画像上に重畳して表示される（ステップＳ３０８）。

図２０は、図１の画像測定装置１におけるプローブ測定要素の設定時の動作の一例を示した図である。プローブ測定は、プローブ２６をカメラ２００により撮像して行うものであることから、プローブ２６をワークＷのどこに接触させれば良いのか、或いは、ワークＷの側面に対し、どのようにアプローチすれば良いのかをユーザ自身で判断するのは難しい。本実施の形態による画像測定装置１では、モデル画像上でエッジ抽出領域を測定対象領域として指定するだけで、接触目標位置が自動的に決定される。

図中の（ａ）には、モデル画像Ｉｍ上で指定されたエッジ抽出領域１１８が示されている。設定画面１００の表示欄１１０に表示中のモデル画像Ｉｍに対し、測定要素の円周上に３つの点を指定すれば、これらの点を含む円環状の領域がエッジ抽出領域１１８として自動的に指定され、モデル画像Ｉｍ上に表示される。

図中の（ｂ）には、エッジ抽出領域１１８からエッジを抽出して特定された輪郭線１１９とスキャン動作の開始位置を示すシンボル１２０とが示されている。エッジ抽出領域１１８の登録が完了すれば、当該エッジ抽出領域１１８からエッジを抽出して輪郭線１１９の位置が特定される。接触目標位置は、この輪郭線１１９に対して指定され、スキャン動作の開始位置を示すシンボル１２０が輪郭線１１９に対応づけて表示される。この例では、３つのスキャン経路が輪郭線１１９に沿って等間隔に配置されている。

設定画面１００上でのシンボル１２０とワークＷは、実際のコンタクト部２６１とワークＷの相似形である。これにより、ユーザは、設定画面１００上でコンタクト部２６１とワークＷとの位置関係を正確に把握することができ、プローブ２６を動作させた際にコンタクト部２６１がワークＷと干渉するか否かを確認することができる。また、コンタクト部２６１とワークＷが干渉する可能性が高い場合には、設定画面１００上にエラーを表示するなどして、ユーザに報知しても良い。

図中の（ｃ）には、プローブ２６を接触させて特定された輪郭線１２１と輪郭線１２１に対応づけて表示された寸法値とが示されている。接触目標位置の登録が完了すれば、設定画面１００内のモデル画像には、プローブ２６をワークＷの側面に接触させて特定された輪郭線１２１が表示されるとともに、当該輪郭線１２１から求められた寸法値が輪郭線１２１に対応づけて表示される。

次に、コントローラ３は、スキャン経路の調整を行うか否かをユーザに照会し（ステップＳ３０９）、スキャン経路の調整がユーザにより指示されれば、接触目標位置の調整を行う（ステップＳ３１０）。

図２１及び図２２は、図１の画像測定装置１におけるプローブ測定要素の設定時の動作の一例を示した図である。図２１の（ａ）には、モデル画像Ｉｍ上の輪郭線１１９に対して指定された接触目標位置を調整する場合が示され、（ｂ）には、スキャン方向を変更する場合が示され、（ｃ）には、スキャン経路の本数を変更する場合が示されている。

モデル画像Ｉｍ上の輪郭線１１９に対して指定された接触目標位置は、マウス操作などによってスキャン動作の開始位置を示すシンボル１２０を移動させることにより、調整することができる。例えば、シンボル１２０を輪郭線１１９の径方向に移動させることにより、スキャン動作の開始位置を輪郭線１１９から内側へ遠ざけることができる。また、設定画面１００を操作することにより、スキャン方向を反転させ、或いは、スキャン経路を追加することができる。

図２２の（ａ）には、登録対象のワークＷが示され、（ｂ）には、モデル画像Ｉｍ上で指定された接触目標位置が示され、（ｃ）には、エラー表示されたシンボル１２０が示されている。ワークＷの右側面に対応する輪郭線１１９に対し、２つのスキャン経路が指定されている。スキャン動作の開始位置を示すシンボル１２０をマウス操作などによって移動させることにより、接触目標位置を変更することができる。

スキャン動作の開始位置は、測定箇所の輪郭線１１９に近い方が測定時間を短縮することができる。しかしながら、スキャン動作の開始位置を測定箇所の輪郭線１１９に近づけ過ぎた場合、ワークＷの寸法ばらつきにより、プローブ２６を開始位置まで移動させる際にプローブ２６がワークＷと干渉するおそれがある。すなわち、右側の輪郭線１１９を測定対象とする場合、右側の輪郭線１１９にスキャン開始位置を近づけ過ぎると、連続測定時のワークＷの寸法ばらつきにより、プローブ２６がワークＷに干渉してしまう。

この様にモデル画像Ｉｍ上で指定された接触目標位置が測定対象の輪郭線１１９に近い場合、当該輪郭線１１９から遠ざかるように接触目標位置を調整することができる。すなわち、右側の輪郭線１１９から離れるように、スキャン動作の開始位置を調整することができる。

一方、スキャン開始位置が左側の輪郭線１１９に近づけ過ぎると、プローブ２６がワークＷの左側面と干渉してしまう。この様に測定対象の輪郭線１１９とは異なる輪郭線と重複する位置にスキャン開始位置が指定されれば、シンボル１２０がエラー表示される。このため、ユーザは、モデル画像Ｉｍを確認することにより、接触目標位置を容易に調整することができる。

図２３は、図１の画像測定装置１におけるプローブ測定要素の設定時の動作の一例を示した図である。図中の（ａ）には、登録対象のワークＷが示され、（ｂ）には、モデル画像Ｉｍ上でスキャン動作の高さ位置を調整する場合が示されている。このワークＷは、高さ方向の段差を有し、下段の右側面と上段の右側面との間の水平方向の距離Ｄがプローブ２６を用いて測定される。

ワークＷの下段の右側面と上段の右側面とでは、鉛直方向の位置が異なるため、スキャン動作の測定高さを適切に指定する必要がある。すなわち、上段の右側面を測定するための測定高さｈ_２は、下段の右側面を測定するための測定高さｈ_１よりも高い位置として指定する必要がある。この様な高さ情報は、プローブ２６を実際に移動させて指定しても良いし、数値で指定することもできる。

また、測定高さを変更すると、垂直駆動部２２を制御してプローブ２６を変更後の測定高さに移動させることができ、これによりワークＷとコンタクト部２６１の高さ関係を実際に確認することができる。

次に、コントローラ３は、スキャン動作を開始し、マスターピースの側面に接触した状態のプローブ２６が撮影された撮影画像を取得し、当該撮影画像に基づいて、接触点の位置を特定する（ステップＳ３１１）。そして、コントローラ３は、２以上の接触点の位置から輪郭線の位置を決定する（ステップＳ３１２）。

コントローラ３は、輪郭線の位置に基づいて、測定箇所の寸法を算出し、測定要素に対応づけて測定結果の寸法値をモデル画像上に表示する（ステップＳ３１３，Ｓ３１４）。コントローラは、モデル画像上の全ての測定要素について、設定が完了するまでステップＳ３０３からＳ３１４までの処理手順を繰り返す（ステップＳ３１５）。

図２４は、図１の画像測定装置１におけるプローブ測定要素の設定時の動作の一例を示した図である。図中の（ａ）には、第１スキャンモードの場合が示され、（ｂ）には、第２スキャンモードが示されている。第１スキャンモード及び第２スキャンモードは、ステージ２３に対し、プローブ２６が相対的に接触目標位置間を移動する際の移動方法であり、第１スキャンモード又は第２スキャンモードのいずれかを指定することができる。

第１スキャンモードでは、接触目標位置間の移動ごとに、プローブ２６が測定高さから基準高さに切り替えられる。隣接する２つの接触目標位置間に段差などの障害物がある場合には、第１スキャンモードを選択することにより、ワークＷとの干渉を確実に防止することができる。

一方、第２スキャンモードでは、基準高さに切り替えることなく、ステージ２３に対し、プローブ２６が相対的に接触目標位置間を移動する。具体的には、１つの測定要素に対して複数の接触目標位置が指定されている場合、基準高さに切り替えることなく、ステージ２３に対し、プローブ２６を相対的に当該接触目標位置間で移動させる。ただし、ステージ２３に対し、異なる２つの測定要素間でプローブ２６を相対的に移動させる際には、基準高さに切り替えることなくプローブ２６を移動させても良いが、プローブ２６を測定高さから基準高さに切り替えることが望ましい。ステージ２３に対し、プローブ２６を相対的に同じ高さで輪郭線に沿って移動させることにより、測定時間を短縮することができる。

図２５のステップＳ４０１〜Ｓ４０４は、図１２のステップＳ１０７（特徴量情報の登録）について、詳細動作の一例を示したフローチャートであり、コントローラ３の動作が示されている。まず、コントローラ３は、撮影条件を指定した後（ステップＳ４０１）、マスターピースが撮影されたモデル画像を取得して登録対象領域を指定する（ステップＳ４０２）。

次に、コントローラ３は、パターン画像を用いてパターンサーチする際のサーチ条件を指定する（ステップＳ４０３）。コントローラ３は、特徴量情報の登録に係る全ての設定が完了するまで、ステップＳ４０１からステップＳ４０３までの処理手順を繰り返し（ステップＳ４０４）、全ての設定が完了すれば、モデル画像から得られたパターン画像とサーチ条件とを特徴量情報として記憶する。

図２６のステップＳ５０１〜Ｓ５０８は、図１７のステップＳ２０１、図１９のステップＳ３０１及び図２５のステップＳ４０１（撮影条件の指定）について、詳細動作の一例を示したフローチャートであり、コントローラ３の動作が示されている。まず、コントローラ３は、プローブ２６の位置を確認し、退避位置でなければ、測定ユニット２０の切替駆動部２７を制御して退避位置に切り替える（ステップＳ５０１，Ｓ５０２）。

次に、コントローラ３は、水平駆動部２４を制御し、水平面内におけるステージ２３のＸ方向の位置及びＹ方向の位置を調整する（ステップＳ５０３）。次に、コントローラ３は、フォーカス位置を調整するために、垂直駆動部２２を制御して測定ユニット２０のＺ方向の位置を調整する（ステップＳ５０４）。

次に、コントローラ３は、照明条件、撮像条件及び撮影倍率を指定する（ステップＳ５０５〜Ｓ５０７）。照明条件には、照明種別、点灯状態、明るさ及びリング照明ユニット２１１のＺ方向の位置がある。撮像条件には、露光時間、ゲイン及び撮影範囲がある。

コントローラ３は、撮影条件の指定に係る全ての設定が完了するまで、ステップＳ５０３からステップＳ５０７までの処理手順を繰り返し（ステップＳ５０８）、全ての設定が完了すれば、撮影条件を測定設定情報として記憶する。

図２７及び図２８のステップＳ６０１〜Ｓ６１７は、図５のコントローラ３における連続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、コントローラ３は、測定設定情報を読み出し（ステップＳ６０１）、測定設定情報に基づいて、撮影条件を指定する（ステップＳ６０２）。次に、コントローラ３は、ステージ２３上に載置されたワークＷを上記撮影条件で撮影してワーク画像を取得し（ステップＳ６０３）、特徴量情報を用いたパターンサーチによりワークＷの位置及び姿勢を特定する（ステップＳ６０４，Ｓ６０５）。

次に、コントローラ３は、パターンサーチによって特定されたワークＷの位置及び姿勢に基づいて、ワーク画像上でエッジ抽出領域の位置を特定する（ステップＳ６０６）。コントローラ３は、特定されたエッジ抽出領域から複数のエッジ点を抽出し（ステップＳ６０７）、これらのエッジ点に幾何学図形をフィッティングさせることによって輪郭線の位置を特定する（ステップＳ６０８）。

次に、コントローラ３は、画像測定要素が測定設定情報として登録されていれば（ステップＳ６０９）、特定された輪郭線の位置に基づいて、測定箇所の寸法を算出し（ステップＳ６１０）、測定要素に対応づけて測定結果の寸法値をワーク画像上に表示する（ステップＳ６１１）。

次に、コントローラ３は、プローブ測定要素が測定設定情報として登録されていれば（ステップＳ６１２）、測定ユニット２０の切替駆動部２７を制御してプローブ２６を退避位置から測定位置に切り替えた後、垂直駆動部２２を制御して基準高さに切り替える（ステップＳ６１３）。コントローラ３は、エッジ抽出領域からエッジを抽出して特定した輪郭線の位置に基づいて、スキャン開始位置を特定し（ステップＳ６１４）、スキャン動作を行う（ステップＳ６１５）。

次に、コントローラ３は、ワークＷの側面に接触した状態のプローブ２６が撮影された撮影画像を取得し、当該撮影画像に基づいて接触点の位置を求めて輪郭線の位置を特定し、測定箇所の寸法を算出する（ステップＳ６１６）。そして、コントローラ３は、測定要素に対応づけて測定結果の寸法値をワーク画像上に表示する（ステップＳ６１７）。

なお、接触目標位置がパターン画像に直接に関連づけられている場合、パターンサーチによって特定されたワークＷの位置及び姿勢から接触目標位置が直接に特定される。また、接触目標位置がエッジ抽出領域に関連づけられている場合には、パターンサーチによって特定されたワークＷの位置及び姿勢に基づいてワーク画像上のエッジ抽出領域の位置を特定することにより、接触目標位置が特定される。

図２９〜図３１は、図１の画像測定装置１における連続測定時の動作の一例を示した図である。図２９の（ｂ）〜（ｄ）、図３０の（ａ）〜（ｄ）及び図３１には、ワークＷの位置及び姿勢が互いに異なる２つのワーク画像Ｉｗがそれぞれケース１及びケース２として示されている。図２９の（ａ）には、サーチ用データとして登録されたパターン画像Ｉｐが示され、（ｂ）には、パターンサーチのために撮像されたワーク画像Ｉｗが示されている。これらのパターン画像Ｉｐ及びワーク画像Ｉｗは、いずれも透過照明による透過画像である。このワーク画像Ｉｗをパターン画像Ｉｐとマッチングすることにより、ワークＷの位置及び姿勢が特定される。

図２９の（ｃ）には、エッジ抽出のために撮像されたワーク画像Ｉｗが示されている。このワーク画像Ｉｗは、反射照明による反射画像であり、パターンサーチによって特定されたワークＷの位置及び姿勢に基づいて、エッジ抽出領域が特定される。

図２９の（ｄ）には、図２９の（ｃ）に示したワーク画像Ｉｗ上で特定された複数のエッジ抽出領域Ｒが示されている。エッジ抽出領域Ｒは、ワークＷの位置及び姿勢と、エッジ抽出領域情報として登録された相対位置情報とに基づいて、位置座標が特定される。

図３０の（ａ）には、エッジ抽出領域Ｒからエッジを抽出して特定された複数の輪郭線Ｌ_１及びＬ_２が示されている。輪郭線Ｌ_１は、測定要素が画像測定要素として登録されている場合の輪郭線である。一方、輪郭線Ｌ_２は、測定要素がプローブ測定要素として登録されている場合に、接触目標位置を特定するために用いる仮の輪郭線であり、位置精度は低い。

図３０の（ｂ）には、ワーク画像Ｉｗ上の輪郭線Ｌ_２に対して特定された複数の接触目標位置が示されている。接触目標位置は、輪郭線Ｌ_２の位置と接触目標位置情報として登録された相対位置情報とに基づいて、特定される。

図３０の（ｃ）には、プローブ２６を接触させて特定された複数の接触位置Ｐが示されている。接触位置Ｐは、プローブ２６がワークＷの側面に接触した状態で取得されたワーク画像Ｉｗとステージ２３の位置とに基づいて、特定される。図３０の（ｄ）には、複数の接触位置Ｐに幾何学図形をフィッティングさせて特定された輪郭線Ｌ_３が示されている。

図３１には、ワークＷの良否判定の結果が測定箇所に対応づけて表示されたワーク画像Ｉｗが示されている。エッジ抽出により特定された輪郭線Ｌ_１やプローブ動作によって特定された輪郭線Ｌ_３に基づいて、測定箇所の寸法値が求められる。また、求められた寸法値を設計値と比較し、設計値に対する誤差を公差と比較することにより、ワークＷの良否判定が行われる。この良否判定の結果は、測定箇所に対応づけてワーク画像Ｉｗ上に表示される。

図３１の左側に示したワーク画像Ｉｗでは、全ての測定箇所がＯＫ判定であり、ワークＷは、良品であると判定される。一方、図３１の右側に示したワーク画像Ｉｗでは、画像測定要素として登録された測定箇所の１つがＮＧ判定であり、ワークＷは、不良品であると判定される。

図３２のステップＳ７０１〜Ｓ７１２は、図２８のステップＳ６１５（スキャン動作）について、詳細動作の一例を示したフローチャートであり、コントローラ３の動作が示されている。まず、コントローラ３は、水平駆動部２４を制御し、基準高さにおいて、ステージ２３に対し、スキャン経路の開始位置に対応する位置にプローブ２６を相対的に移動させた後（ステップＳ７０１）、垂直駆動部２２を制御してプローブ２６を測定高さに移動させる（ステップＳ７０２）。

次に、コントローラ３は、水平駆動部２４を制御して、ステージ２３に対し、プローブ２６を相対的にスキャン方向に移動させ（ステップＳ７０３）、接触が検出されれば、ワーク画像上のプローブ２６の位置及びステージ２３の位置に基づいて、接触位置を算出する（ステップＳ７０４，Ｓ７０５）。プローブ２６は、ワーク画像上の輪郭線の法線に沿って接近するように制御される。コントローラ３は、全ての接触目標位置について測定が完了するまで、ステップＳ７０１からステップＳ７０５までの処理手順を繰り返し、全ての接触目標位置について測定が完了すれば、プローブ２６を基準高さに移動させてこの処理を終了する（ステップＳ７０６，Ｓ７０７）。

コントローラ３は、第１スキャンモードが指定されていれば、１つの接触目標位置について測定が完了するごとに、プローブ２６を基準高さに移動させる（ステップＳ７０６，Ｓ７１１，Ｓ７１２）。

また、コントローラ３は、接触が検出されることなく、プローブ２６が終了位置に到達すれば、エラーが発生したと判断し、プローブを基準高さに移動させてエラー出力を行う（ステップＳ７０４，Ｓ７０８〜Ｓ７１０）。

本実施の形態によれば、パターン画像に基づいてワーク画像からワークＷの位置及び姿勢が特定されるため、ワークＷをステージ２３上に載置するだけで、プローブ２６を用いた寸法測定を行うことができる。また、接触目標位置情報に基づいて、プローブ２６が接触すべき接触目標位置が特定されるため、パターン画像に対して相対的な位置を最初に指定するだけで、ワークＷに対する複数の接触目標位置を特定してプローブ２６を順次に移動させることができる。

また、ワークＷの位置及び姿勢を特定するためのワーク画像はプローブ２６が退避位置にある状態で生成されるため、プローブ２６がワークＷと重複して撮像され、或いは、ワークＷの近傍に撮像されるのを防止することができる。

また、本実施の形態によれば、測定要素の位置と測定要素の形状種別又は大きさと配置ルールとに従ってプローブ２６が接触すべきワーク側面の複数の接触目標位置が特定されるため、モデル画像上で測定要素を指定するだけで、複数の接触目標位置を自動的に特定してプローブ２６によるスキャン動作を決定することができる。

なお、本実施の形態では、水平駆動部２４がステージ２３をＸ方向及びＹ方向に移動させる場合の例について説明したが、本発明は、水平駆動部２４の構成をこれに限定するものではない。例えば、水平駆動部２４が、プローブ２６又は測定ユニット２０をＸ方向及びＹ方向に移動させるような構成であっても良い。或いは、水平駆動部２４が、ステージ２３をＸ方向に移動させ、プローブ２６又は測定ユニット２０をＹ方向に移動させるような構成であっても良い。

また、本実施の形態では、垂直駆動部２２が測定ユニット２０をＺ方向に移動させる場合の例について説明したが、本発明は、垂直駆動部２２の構成をこれに限定するものではない。例えば、垂直駆動部２２がステージ２３をＺ方向に移動させるような構成であっても良い。

また、本実施の形態では、スキャン経路のスキャン方向がエッジの両側の輝度差に基づいて指定される場合の例について説明したが、本発明は、スキャン方向の指定方法をこれに限定するものではない。例えば、撮像部２０１又は２０６のフォーカス位置を利用して測定箇所の近傍の高さ情報を取得し、この高さ情報に基づいて、スキャン方向を指定するような構成であっても良い。また、スキャン方向には、予め定められた方向がデフォルト指定されるような構成であっても良い。

また、本実施の形態では、接触目標位置の測定高さがユーザによって指定される場合の例について説明したが、本発明は、測定高さを撮像部２０１又は２０６のフォーカス位置を利用して自動的に指定するような構成であっても良い。

また、本実施の形態では、ワーク画像に基づいて、プローブ２６がワークＷの側面に接触したことが検出される場合の例について説明したが、本発明は、接触検出の方法をこれに限定するものではない。例えば、圧力又は振動を検知するセンサを用いて、プローブ２６がワークＷの側面に接触したことを検出するような構成であっても良い。

また、本実施の形態では、プローブ２６が測定ユニット２０の筐体に取り付けられる場合の例について説明したが、本発明は、プローブ２６が、撮像部２０１又は２０６の撮像視野内における測定領域内で水平方向に移動可能なものにも適用することができる。

また、本実施の形態では、プローブ用光源２６３から金属管２６２を介してガイド光が伝送される自発光型のプローブ２６を備えた画像測定装置１について説明したが、本発明は、プローブ２６の構成をこれに限定するものではない。例えば、プローブは、ガイド光を放射しないものであっても良い。

＜プローブの支持機構＞
本実施の形態ではプローブ２６のコンタクト部２６１を支持するシャフト（ロッド）として金属管２６２が採用されている。そのため、コンタクト部２６１に発生した振動が短時間で減衰する。その一方で、金属管２６２は剛性が高く、非可撓性が小さいため、コンタクト部２６１がワークＷに接触したときにワークＷを押してしまい、ワークＷの位置が変位しうる。金属管２６２に代えて可撓性のシャフト（光ファイバなど）を採用すると、コンタクト部２６１がワークＷに接触してもワークＷが押されてしまうことはない。ただし、可撓性のシャフトでは振動が減衰しにくく、短時間で多数のワークＷを測定することができない。そこで、本実施の形態では、振動の影響を受けにくく、かつ、ワークＷを移動させにくいプローブ２６の支持機構が提案される。

図３５はプローブ２６を支持する支持機構３５００を示している。支持機構３５００は切替駆動部２７に連結されたフレーム３５５０を有している。フレーム３５５０はｙ軸方向と平行に延在している。プローブ２６は略Ｌ字形状をしており、コンタクト部２６１はｚ軸と平行に延在する金属管２６２に固定されている。また、金属管の他端もｙ軸と平行に演算している。図３５が示すように、プローブ２６の金属管２６２の少なくとも一部は鉛直方向に延びている。

フレーム３５５０の後端には光源３５６０が固定されている。フレーム３５５０の前端には非可動部材３５０１が固定具３５５１ａによって固定されている。フレーム３５５０は切替駆動部２７に固定されている。可動部材３５０２は、非可動部材３５０１によって支持されており、かつ、非可動部材３５０１に対して相対的に移動可能となっている。可動部材３５０２は金属管２６２を保持しており、ワークＷに接触してコンタクト部２６１が移動すると、コンタクト部２６１に追従して移動する。

図３６は非可動部材３５０１と可動部材３５０２との詳細を示している。非可動部材３５０１の左側面と右側面にはネジなどの固定具３５５１ａが差し通されるか、または、螺合する穴３５１１ａ、３５１１ｂが設けられている。非可動部材３５０１の右側面と、左側面とにはそれぞれフレーム３５５０が固定される。

可動部材３５０２はアルミ製などの筐体３５２０を有している。筐体３５２０の中央には円形の中央穴３５１５が設けられており、金属管２６２を保持するシャフト保持部材３５２４が差し通されている。筐体３５２０とシャフト保持部材３５２４とは接着されてもよい。金属管２６２の一端にはコンタクト部２６１が固定されているが、金属管２６２の他端は、シャフト保持部材３５２４の中心付近まで延在している。金属管２６２の内部には光ファイバ３５２２が保持されている。光ファイバ３５２２は、シャフト保持部材３５２４の中心付近から後端まで金属管２６２によって被覆されておらず、むき出しとなっている。光ファイバ３５２２は、光源３５６０から出力された光をコンタクト部２６１まで伝達する光導波路として機能している。光ファイバ３５２２自体は可撓性を有しているが、金属管２６２によって被覆されているため、被覆されている部分の剛性は高い。なお、光ファイバ３５２２の入射端と出射端とを除き、光ファイバ３５２２は金属管２６２に被覆されていてもよい。筐体３５２０の側面には磁石を保持するための三つの穴３５２１ａ、３５２１ｂ、３５２１ｃが設けられている。

図３７および図３８は非可動部材３５０１と可動部材３５０２との組み立て手法を示している。筐体３５２０に対して三つの磁石が固定され、さらに、シャフト保持部材３５２４にプローブ２６の金属管２６２が固定される。非可動部材３５０１の中央穴３５１５にコンタクト部２６１および金属管２６２を差し入れることで、非可動部材３５０１と可動部材３５０２とが組み付けられる。図３８は、非可動部材３５０１と可動部材３５０２との組み付けが完了したことを示している。

図３９は、非可動部材３５０１の後面側を示している。非可動部材３５０１の後面は可動部材３５０２と対向する第一対向面である。可動部材３５０２の前面は、非可動部材３５０１と対向する第二対向面である。図３９では非可動部材３５０１に対して固定具３５５１ａ、３５５１ｂが螺合されているが、左右のフレーム３５５０は図示が省略されているに過ぎない。実際には固定具３５５１ａ、３５５１ｂによって左右のフレーム３５５０に非可動部材３５０１が固定される。非可動部材３５０１の筐体には磁石を保持するための三つの穴３５１２ａ、３５１２ｂ、３５１２ｃが設けられている。穴３５１２ａには磁石３５１３ａが挿入されて固定（接着など）されている。穴３５１２ｂには磁石３５１３ｂが挿入されて固定されている。穴３５１２ｃには磁石３５１３ｃ（図４３）が挿入されて固定されている。磁石３５１３ａには鉄などの強磁性体の金属球３５１４ａが磁力により吸着している。同様に、磁石３５１３ｂには鉄などの強磁性体の金属球３５１４ｂが磁力により吸着している。磁石３５１３ｃには鉄などの強磁性体の金属球３５１４ｃが磁力により吸着している。金属球３５１４ａ、３５１４ｂ、３５１４ｃの半径は、金属球３５１４ａ、３５１４ｂ、３５１４ｃの一部が、非可動部材３５０１の外面３５１７よりも突出するような半径である。ここでは強磁性の金属球３５１４ａ、３５１４ｂ、３５１４ｃが球体の一例として示されているが、樹脂などの球体が採用されてもよい。この場合、球体を保持する機構として磁石以外の機構が必要となろう。

図４０は、非可動部材３５０１と可動部材３５０２の筐体とを示す模式的な断面図である。とりわけ、本実施の形態では、可動部材３５０２の支持方法（付勢方法）に一つの特徴がある。上述したように、非可動部材３５０１は三つの磁石３５１３ａ、３５１３ｂ、３５１３ｃを有しているが、これらと対向する位置に可動部材３５０２も三つの磁石を有している。図４０では可動部材３５０２が有する三つの磁石のうち磁石３５２３ｂが示されている。磁石３５２３ｂは、筐体３５２０に設けられた穴３５２１ｂに差し通されて固定（接着など）されている。ここで、非可動部材３５０１の磁石３５１３ｂは可動部材３５０２の磁石３５２３ｂに対して対向配置されており、磁石ペアを形成している。金属球３５１４ｂは、非可動部材３５０１の磁石３５１３ｂと可動部材３５０２の磁石３５２３ｂとに接触している。なお、非可動部材３５０１の磁石３５１３ｂのＮ極が金属球３５１４ｂに接している場合、可動部材３５０２の磁石３５２３ｂのＳ極が金属球３５１４に接触している。非可動部材３５０１の磁石３５１３ｂと可動部材３５０２の磁石３５２３ｂとが金属球３５１４ｂを介して引っ張り合うことで、非可動部材３５０１に対して可動部材３５０２が押し当てられて非可動部材３５０１に支持される。金属球３５１４ｂの脱落を抑制するために、非可動部材３５０１の磁石３５１３ｂの磁力は、可動部材３５０２の磁石３５２３ｂの磁力よりも強い。つまり、プローブ２６がワークＷに押圧されて大きく移動して、非可動部材３５０１から可動部材３５０２が脱落しても、金属球３５１４ｂは非可動部材３５０１の磁石３５１３ｂに保持される。

ここでは、３つある支持部のうち、非可動部材３５０１の磁石３５１３ｂ、金属球３５１４ｂ、可動部材３５０２の磁石３５２３ｂによって構成される支持部が図示されているが、他の二つの支持部も同様に構成されている。つまり、他の一つの支持部は、非可動部材３５０１の磁石３５１３ａ、金属球３５１４ａ、可動部材３５０２の磁石３５２３ａ（図４３）によって構成されている。さらに他の一つの支持部は、非可動部材３５０１の磁石３５１３ｃ、金属球３５１４ｃ、可動部材３５０２の磁石３５２３ｃ（図４３）によって構成されている。各磁石の形状は円筒形状であるが、直方体など他の形状であってもよいが、支持穴の加工容易性の観点からは円筒形状が好ましい。

図４１はコンタクト部２６１がワークＷに接触し、ワークＷによってコンタクト部２６１が矢印Ａ１の方向に移動したことを示している。ここで矢印Ａ１の方向はｙ軸方向と平行である。上述した三つの金属球３５１４ａ、３５１４ｂ、３５１４ｃはそれぞれ等距離にある。つまり、金属球３５１４ａ、３５１４ｂ、３５１４ｃはある仮想的な球面上にある。また、可動部材３５０２の内面のうち三つの金属球３５１４ａ、３５１４ｂ、３５１４ｃと接触する接触面は同一の球面の一部である。ただし、金属球３５１４ａ、３５１４ｂ、３５１４ｃの半径が異なる場合、可動部材３５０２の内面のうち三つの金属球３５１４ａ、３５１４ｂ、３５１４ｃと接触する接触面は中心が同一の球面（半径は異なる）の一部である。非可動部材３５０１の接触面のうち、三つの金属球３５１４ａ、３５１４ｂ、３５１４ｃと接触する接触面は同一の球面の一部である。ただし、金属球３５１４ａ、３５１４ｂ、３５１４ｃの半径が異なる場合、非可動部材３５０１の接触面のうち三つの金属球３５１４ａ、３５１４ｂ、３５１４ｃと接触する接触面は中心が同一の球面（半径は異なる）の一部である。したがって、可動部材３５０２はこの仮想的な球面に沿って矢印Ａ２の方向に移動する。上記の球面の条件を換言すれば、たとえば、磁石３５１３ａの金属球３５１４ａとの接触点と、磁石３５２３ａの金属球３５１４ａとの接触点とは中心が同一で、かつ、半径が異なる球面上にある。同様に、磁石３５１３ｂの金属球３５１４ｂとの接触点と、磁石３５２３ｂの金属球３５１４ｂとの接触点とは中心が同一で、かつ、半径が異なる球面上にある。磁石３５１３ｃの金属球３５１４ｃとの接触点と、磁石３５２３ｃの金属球３５１４ｃとの接触点とは中心が同一で、かつ、半径が異なる球面上にある。これにより、コンタクト部２６１がワークＷに押圧されたときにスムーズにプローブ２６と可動部材３５０２とが移動するようになる。また、ワークＷからの押圧力が解放されると、プローブ２６と可動部材３５０２とが元の位置（初期位置）へとスムーズに復帰する。この復帰のための復元力（付勢力）は磁石３５１３ａ、３５１３ｂ、３５１３ｃ、３５２３ａ、３５２３ｂ、３５２３ｃの磁力によって実現されている。

図４２はコンタクト部２６１がワークＷに接触し、ワークＷによってコンタクト部２６１が矢印Ａ３の方向に移動したことを示している。矢印Ａ３の方向はｙ軸方向と平行である。この場合、可動部材３５０２は仮想球面に沿って矢印Ａ４の方向に移動する。ワークＷからの押圧力が解放されると、プローブ２６と可動部材３５０２とが初期位置へとスムーズに復帰する。

図４３（ａ）ないし図４３（ｃ）はｚｘ平面と平行な方向にワークＷからコンタクト部２６１に押圧力が働いていることを示している。図４３（ａ）はプローブ２６と可動部材３５０２が初期位置に静止していることを示している。図４３（ｂ）、図４３（ｃ）は矢印Ａ５が示す方向にコンタクト部２６１が押圧されたことで、矢印Ａ６が示す方向に可動部材３５０２が回転していることを示している。コンタクト部２６１に対する押圧力が解放されると、対向配置された二つの磁石間の引力によってプローブ２６と可動部材３５０２が初期位置に復帰する。三つの金属球３５１４ａ、３５１４ｂ、３５１４ｃによって可動部材３５０２は非可動部材３５０１に対して三点支持されている。このため、可動部材３５０２の姿勢が安定して維持される。また、金属球３５１４ａ、３５１４ｂ、３５１４ｃが球体であり、かつ、同一の仮想球面に沿って配置されているため、可動部材３５０２がスムーズに回転する。

図４４（ａ）、図４４（ｂ）は金属球の脱落防止メカニズムについてさらに詳細に説明する模式的な断面図である。図４４（ａ）が示すように可動部材３５０２の筐体に設けられた円筒形の穴３５２１ｂには磁石３５２３ｂが接着剤などにより固定されている。同様に、非可動部材３５０１の筐体に設けられた円筒形の穴３５１２ｂには磁石３５１３ｂが接着剤などにより固定されている。なお、穴３５１２ｂの上部付近には、穴３５１２ｂの半径よりも大きな半径を有する円筒形の穴３５１２ｂ'が設けられている。この穴３５１２ｂ'に金属球３５１４ｂが設けられている。穴３５１２ｂ'の半径は金属球３５１４ｂの半径よりも大きいため、穴３５１２ｂ'の内部を金属球３５１４ｂは転がって移動することができる。図４４（ｂ）が示すように、コンタクト部２６１の移動に伴い可動部材３５０２の磁石３５２３ｂが右方向に移動すると、金属球３５１４ｂも右方向に移動する。金属球３５１４ｂは穴３５１２ｂ'の内壁に衝突するとそこで停止する。磁石３５２３ｂがさらに右方向に移動しても金属球３５１４ｂはこれ以上進めない。さらに、金属球３５１４ｂは非可動部材３５０１に設けられた磁石３５１３ｂに吸着しているため、可動部材３５０２が非可動部材３５０１から脱落しても、金属球３５１４ｂは穴３５１２ｂ'内に保持される。なお、非可動部材３５０１の筐体と可動部材３５０２の筐体の素材は非磁性体（例：アルミニウム）などである。

上記の実施の形態では三つの金属球３５１４ａ、３５１４ｂ、３５１４ｃによって可動部材３５０２が非可動部材３５０１によって支持されていた。しかし、可動部材３５０２の接触面と非可動部材３５０１の接触面とが金属球を介さずに摺動可能に接触していてもよい。図４５（ａ）が示すように非可動部材３５０１の接触面３５１６は摺動面として機能する。図４５（ｂ）および図４５（ｃ）が示すように非可動部材３５０１の接触面３５１６と対向する、可動部材３５０２の接触面３５２６も摺動面として機能する。これらの摺動面の少なくとも一方はポリオキシメチレン等の低摩擦部材により構成されていてもよいし、ポリテトラフルオロエチレンめっきなど低摩擦化のための加工が施されていてもよい。非可動部材３５０１の接触面３５１６は第一半径を有する球の球面の一部であり、可動部材３５０２の接触面３５２６は第二半径を有する球の球面の一部である。これらの球の中心は一致しており、スムーズな摺動を実現するために第二半径は第一半径とほぼ同じかわずかに大きい。これらの接触面を球面とすることでコンタクト部２６１がどの方向に移動しても可動部材３５０２はその移動に追従できるようになる。

なお、可動部材３５０２を初期位置に維持および復帰させるための復元力は、この変形例でも磁石によって実現されている。図４５（ｂ）が示すように、磁石３５１３ｂと磁石３５２３ｂとの間にはギャップが設けられている。磁石３５１３ａと磁石３５２３ａとのペアと、磁石３５１３ｃと磁石３５２３ｃとのペアは図示されていないが、これらの磁石ペアについても同様のギャップが設けられている。これらのギャップを設けることで、コンタクト部２６１がワークＷによって押されたときにスムーズに可動部材３５０２が動き出しやすくなる。なお、ギャップ長は、各磁石の磁力と可動部材３５０２の重量に依存して決定され、可動部材３５０２が非可動部材３５０１から容易には脱落しない程度に設定される。

上記の実施の形態では磁石によって可動部材３５０２が初期位置に維持および復元されていた。しかし、他の復元および支持機構が採用されてもよい。図４６は他の支持機構３５００'を示している。支持機構３５００'では磁石に代えて三つの弾性部材４５０１ａ、４５０１ｂ、４５０１ｃが設けられている。三つの弾性部材４５０１ａ、４５０１ｂ、４５０１ｃは、ゴムやバネなどの弾性体（付勢手段）である。シャフト保持部材３５２４はｙ軸方向に延在しているため、三つの弾性部材４５０１ａ、４５０１ｂ、４５０１ｃはｚｘ平面と平行な面内に配置されている。つまり、三つの弾性部材４５０１ａ、４５０１ｂ、４５０１ｃの各長さ方向はｚｘ平面と平行である。三つの弾性部材４５０１ａ、４５０１ｂ、４５０１ｃの各長さ方向は１２０度ずつ異なっている。これにより、シャフト保持部材３５２４を初期位置に維持し、かつ、初期位置に復元させることができる。三つの弾性部材４５０１ａ、４５０１ｂ、４５０１ｃの各一端はシャフト保持部材３５２４に固定されているが、各他端はフレーム３５５０などに固定されている。そのため、シャフト保持部材３５２４を通じて可動部材３５０２は非可動部材３５０１に対して押圧されている。可動部材３５０２の接触面と非可動部材３５０１の接触面とはそれぞれ摺動面として形成されていてもよい。なお、可動部材３５０２が非可動部材３５０１に押し付けられるように、シャフト保持部材３５２４または可動部材３５０２を付勢する弾性部材がさらに追加されてもよい。

＜まとめ＞
画像測定装置１は、ワークＷが載置されるステージ２３と、ステージ２３に載置されたワークＷを撮像して画像を生成する撮像部２０１と、撮像部２０１の視野内において、ステージ２３に載置されたワークＷの側面と接触可能なコンタクト部２６１を有するプローブ２６と、ステージ２３の載置面と略平行にステージ２３とプローブ２６とのうち少なくとも一方を移動させる水平駆動部２４とを有する。とりわけ、プローブ２６は、コンタクト部２６１を一端に固定された非可撓性のシャフト（金属管２６２）を有している。シャフトの少なくとも一部は鉛直方向に延びている。シャフトは、高剛性のチューブであれば十分であり、必ずしも金属製でなくてもよい。シャフトは略Ｌ字に折れ曲がっていてもよい。さらに、画像測定装置１は、プローブ２６を支持する支持機構３５００と、コンタクト部２６１とワークＷの側面とが接触したときに撮像部２０１により生成された画像を用いてワークＷの側面の位置を測定する測定部（測定制御部３１５）とを有している。図３５などが示すように、支持機構３５００は、シャフト（例：金属管２６２）を保持し、シャフトとともに可動する可動部（例：可動部材３５０２）と、可動部と対向して設けられた固定部（例：非可動部材３５０１）と、付勢機構（例：磁石や弾性部材など）とを有している。付勢機構は、可動部と固定部とが少なくとも３点（三か所）で接触するよう可動部を付勢する。なお、３点の位置はほぼ同一の球面上の位置であることが望ましいが、非可動部に対して可動部がスムーズに可動可能であれば、３点（三つの接触部）の位置は同一の球面上の位置になくてもよい。ところで、コンタクト部２６１がワークＷの側面に押圧されることでシャフトとともに可動部が移動することがある。付勢機構は、コンタクト部２６１に対するワークＷからの押圧力が解放されると、可動部が初期位置に復元するよう可動部を付勢する。このように、非可撓性のシャフトでコンタクト部２６１を保持しているため、コンタクト部２６１は振動の影響を受けにくい。これは、測定精度の向上に寄与する。また、コンタクト部２６１は、シャフトを介して可動部によって支持されている。そのため、ワークＷと接触してもワークＷに追従してコンタクト部２６１も移動するため、コンタクト部２６１がステージ２３上のワークＷを移動させにくい。このように、測定精度の低下を抑制可能なプローブの支持機構が提供される。

可動部と固定部とが接触する少なくとも３点間の距離はそれぞれ等距離であってもよい。これにより、固定部は可動部をバランスよく支持することが可能となる。

図３９などが示すように、固定部として機能する非可動部材３５０１は、可動部（可動部材３５０２）と対向する第一対向面を有している。この第一対向面上の３点には第一マグネット群が設けられてもよい。第一マグネット群は、磁石３５１３ａ、３５１３ｂ、３５１３ｃを含む。また、非可動部材３５０１は、第一マグネット群に吸着される３つの球体として強磁性体の金属球３５１４ａ、３５１４ｂ、３５１４ｃを含んでもよい。図４３などが示すように、可動部として機能する可動部材３５０２は、上記の３点において第一マグネット群と引き合うように、固定部（非可動部材３５０１）に対向する第二対向面に設けられた第二マグネット群を有していてもよい。第二マグネット群は、磁石３５２３ａ、３５２３ｂ、３５２３ｃを含みうる。付勢機構は、第一マグネット群と第二マグネット群とにより構成される。これにより付勢機構はほぼメンテナンスフリーとなり、ユーザビリティが向上する。また、第一マグネット群と第二マグネット群との間に働く引力により、可動部を初期位置に戻そうとする復元力が発生する。また、コンタクト部２６１に対してこの引力を超えるような大きな力が瞬間的に働くと、固定部から可動部が外れることで、コンタクト部２６１やシャフトの破損が発生しにくい。仮に、固定部から可動部が外れたとしても、ユーザはシャフトを手でもって再び可動部の位置を修正することで、可動部を固定部に再び吸着させることが可能である。これは、第一マグネット群と第二マグネット群との間に働く引力により、可動部が固定部に付勢されるからである。

なお、固定部と可動部とは多点で接触（例：面接触）していてもよい。図４５に示したように、固定部（非可動部材３５０１）は、可動部（可動部材３５０２）と対向し、可動部（可動部材３５０２）と摺動する第一摺動面（接触面３５１６）を有していてもよい。また、可動部（可動部材３５０２）は、固定部（非可動部材３５０１）の第一摺動面と対向し、かつ、摺動する第二摺動面（接触面３５２６）を有していてもよい。このような面接触によって固定部に対して可動部が接触して支持されてもよい。これは金属球３５１４ａ、３５１４ｂ、３５１４ｃを省略できるといった製造上の利点をもたらす。なお、第一摺動面（接触面３５１６）は第一球面の一部であり、第二摺動面（接触面３５２６）は第二球面の一部であり、第一球面の中心と第二球面の中心とは同一であってもよい。これにより、可動部はどの方向にもスムーズに移動しやすくなり、コンタクト部２６１に働く押圧力を逃がしやすくなる。図４５に示したように、固定部（非可動部材３５０１）は、第一マグネット群を有し、可動部（可動部材３５０２）は、固定部（非可動部材３５０１）の第一マグネット群と引き合うように配置された第二マグネット群を有してもよい。このように、３点接触タイプと同様に面接触タイプにおいても付勢機構は磁石によって実現されてもよい。これにより必要十分な復元力を可動部に働かせやすくなる。

図４６が示すように、付勢機構は、可動部（可動部材３５０２）を固定部（非可動部材３５０１）に付勢する第一弾性体と、可動部（可動部材３５０２）を初期位置に維持するよう付勢する第二弾性体とを有していてもよい。図４６においては弾性部材４５０１ａ、４５０１ｂ、４５０１ｃが第一弾性体および第二弾性体として機能している。もちろん、弾性部材４５０１ａ、４５０１ｂ、４５０１ｃに加えて、可動部を固定部に付勢する第一弾性体が追加されてもよい。

図３６などが示すように、可動部（可動部材３５０２）は、シャフトが連通するロッドとしてシャフト保持部材３５２４を有していてもよい。シャフト（金属管２６２）は中空であってもよい。シャフト（金属管２６２）の中空部には光源３５６０からの光をコンタクト部２６１まで導光する導光部材として、光ファイバ３５２２が設けられていてもよい。図３５に示したように、光源３５６０と固定部（非可動部材３５０１）とはフレーム３５５０に固定されている。光源３５６０からの光が入射するロッド（シャフト保持部材３５２４）の端部と、光源３５６０との間には空間が存在していてもよい。光源３５６０から出射した光が空間を伝搬して光入射端から光ファイバ３５２２に入射し、最終的にコンタクト部２６１に伝搬することで、コンタクト部２６１が発光する。とりわけ、光源３５６０と光ファイバ３５２２の光入射端との間に空間を設けることが可能となり、可動部材３５０２が可動できるようになっている。これにより、光源３５６０を直接的に光ファイバ３５２２に結合する必要がなくなる。一方で、光源３５６０を直接的に光ファイバ３５２２に連結する構成も採用可能であるが、この構成では、光源３５６０も可動部材３５０２とともに可動させる機構が必要となるだろう。また、可動部材３５０２の重量が増すため、コンタクト部２６１が移動しにくくなり、ワークＷを押してしまいやすくなる。この構成と対比すれば、光ファイバ３５２２の入射端と光源３５６０との間に可動空間を設ける構成は有利である。

なお、可動部（可動部材３５０２）が初期位置にあるときに光源３５６０から出力された光の量と、端部から入射してコンタクト部２６１に到達する光の量との差分が最小となる。よって、付勢機構によって可動部を初期位置に維持することで、効率よくコンタクト部２６１を発光させることが可能となる。

シャフト（金属管２６２）の縦弾性係数（ヤング率）は、２０ＧＰａ以上であればよい。これによりコンタクト部２６１が振動しにくくなる。なお、縦弾性係数（ヤング率）Ｅは次式を満たすように求められたものである。

Ｌ^３／（Ｅ×Ｉ）＜０．１
Ｌは金属管２６２の全長である。Ｉは金属管２６２の断面２次モーメントである。この式は、材料力学によるパイプ曲げの変形量の式から導き出すことが可能である。

ところで、固定部と可動部との接触箇所は、任意の１点より等距離にある点の集合からなる面の一部であってもよい。また、上述した磁石ペアの数は４以上であってもよい。磁石ペアを構成する一方の磁石の位置及び姿勢と他方の磁石の位置及び姿勢とは、一方の磁石のＮ極と他方の磁石のＳ極でつくられる磁場のベクトルが１点で交わるように決定される。また、固定部に設けられる複数の磁石は任意の１点から等距離となる位置に配置されてもよい。同様に、可動部に設けられる複数の磁石は任意の１点から等距離となる位置に配置されてもよい。ここで、固定部の１点と可動部の１点とは同一の点であってもよい。つまり、二つの同心球の表面（球面）に固定部の磁石群と可動部の磁石群とが配置されうる。これらの配置は固定部に対して可動部を付勢し、かつ、コンタクト部２６１の動きに対して可動部をスムーズに追従させるために有利であろう。

１画像測定装置、２０１，２０６撮像部、２１表示部、２３ステージ、２４水平駆動部、２６プローブ、２６１コンタクト部、３１制御装置、３１１入力受付部、３１５測定制御部、３５００支持機構、３５０１非可動部材、３５０２可動部材、３５１３ｂ，３５２３ｂ磁石

Claims

ワークが載置されるステージと、
前記ステージに載置された前記ワークを撮像して画像を生成する撮像部と、
前記撮像部の視野内において、前記ステージに載置された前記ワークの側面と接触可能なコンタクト部と、前記コンタクト部を一端に固定され、少なくとも一部が鉛直方向に延びる非可撓性のシャフトとを有するプローブと、
前記ステージの載置面と略平行に前記ステージと前記プローブとのうち少なくとも一方を移動させる駆動部と、
前記プローブを支持する支持機構と、
前記コンタクト部と前記ワークの側面とが接触したときに前記撮像部により生成された画像を用いて前記ワークの側面の位置を測定する測定部と
を有する画像測定装置であって、
前記支持機構は、
前記シャフトを保持し、前記シャフトとともに可動する可動部と、
前記可動部と対向して設けられた固定部と、
前記可動部と前記固定部とが少なくとも３点で接触するよう前記可動部を付勢する付勢機構であって、前記コンタクト部が前記ワークの側面に押圧されることで前記シャフトとともに前記可動部が初期位置から移動すると前記可動部を当該初期位置に復元するように付勢する付勢機構と
を有し、
前記３点の位置は同一の球面上の位置であることを特徴とする画像測定装置。
前記シャフトは略Ｌ字に折れ曲がっていることを特徴とする請求項１に記載の画像測定装置。
前記３点間の距離はそれぞれ等距離であることを特徴とする請求項１または２に記載の画像測定装置。
前記固定部は、
前記可動部と対向する第一対向面における前記３点に設けられた第一マグネット群と、
前記第一マグネット群に吸着される３つの球体と
を有し、
前記可動部は、
前記３点において前記第一マグネット群と引き合うように、前記固定部に対向する第二対向面に設けられた第二マグネット群を有し、
前記付勢機構は、前記第一マグネット群と前記第二マグネット群とにより構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の画像測定装置。
前記固定部は、前記可動部と対向し、前記可動部と摺動する第一摺動面を有し、
前記可動部は、前記固定部の前記第一摺動面と対向し、かつ、摺動する第二摺動面を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の画像測定装置。
前記第一摺動面は第一球面の一部であり、
前記第二摺動面は第二球面の一部であり、
前記第一球面の中心と前記第二球面の中心とは同一であることを請求項５に記載の画像測定装置。
前記固定部は、第一マグネット群を有し、
前記可動部は、前記固定部の前記第一マグネット群と引き合うように配置された第二マグネット群を有することを特徴とする請求項６に記載の画像測定装置。
前記付勢機構は、
前記可動部を前記固定部に付勢する第一弾性体と、
前記可動部を前記初期位置に維持するよう付勢する第二弾性体と
を有することを特徴とする請求項１に記載の画像測定装置。
前記可動部は、前記シャフトが連通するロッドを有し、
前記シャフトは中空であり、前記シャフトの中空部には光源からの光を前記コンタクト部まで導光する導光部材が設けられていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一項に記載の画像測定装置。
前記光源と前記固定部とはフレームに固定されており、
前記光源からの光が入射する前記ロッドの端部と、前記光源との間には空間が存在し、前記可動部が前記初期位置にあるときに前記光源から出力された光の量と、前記端部から入射して前記コンタクト部に到達する光の量との差分が最小となることを特徴とする請求項９に記載の画像測定装置。
前記シャフトのヤング率は、２０ＧＰａ以上であることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の画像測定装置。