JP2020034484A - 画像検査装置 - Google Patents
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Abstract
Description
ワークが載置されるステージと、
前記ステージ上に載置された前記ワークを撮像し、ワーク画像を生成する第一カメラと、
前記第一カメラの撮像視野よりも広い撮像視野を有し、前記ステージ上に載置された前記ワークを撮像し、俯瞰画像を生成する第二カメラと、
前記俯瞰画像に基づいて前記ステージ上におけるワークの位置を検出する検出手段と、
前記第一カメラに対してXY方向に相対的に前記ステージを移動させる駆動手段と、
前記検出手段により前記俯瞰画像から検出された前記ワークの位置に基づき前記第一カメラの撮像視野内またはその近傍に前記ワークが位置するよう前記駆動手段を制御し、前記第一カメラに当該ワークを撮像させて前記ワーク画像を生成させる制御手段と、
前記第一カメラにより生成された前記ワーク画像における前記ワークの詳細位置と姿勢を特定する特定手段と、
前記特定手段により特定された前記ワークの詳細位置と姿勢に基づいて、前記ワーク画像における前記ワークの検査箇所を決定し、所定の検査処理を実行する検査手段と
を有することを特徴とする画像検査装置を提供する。
図1は画像測定装置1の一構成例を示した斜視図である。画像測定装置1は、ワークを撮像してワーク画像を生成し、ワーク画像内のワークの寸法を測定する装置である。図1において、画像測定装置1は、測定ユニット10、制御ユニット20、キーボード31およびポインティングデバイス32を有している。ワークは画像測定装置1により形状や寸法を測定される測定対象物である。
図2は測定ユニット10の構成例を模式的に示した断面図である。ここでは測定ユニット10が撮像軸と平行な垂直面(YZ平面)により切断した場合の切断面が示されている。測定ユニット10は、ディスプレイ装置11、可動ステージ12、筐体100、ステージ駆動部101、鏡筒部102、照明位置調整部103、カメラ110、120、同軸落射照明130、リング照明140および透過照明150を有している。
図2が示すように、受光レンズ114およびリング照明140は可動ステージ12のかなりの部分を覆っている。そのため、俯瞰カメラ17は受光レンズ114およびリング照明140を避けた位置に配置される。俯瞰カメラ17は一つのカメラによって実現されてもよいが、複数のカメラによって実現されてもよい。
図5Aおよび図5Bはワークの自動検出を説明する図である。図5Aが示すように、一般に、可動ステージ12には1個のワークWが載置される。この場合、ユーザは可動ステージ12の中心付近にワークWを載置するため、制御ユニット20は可動ステージ12の中央を基準としてワークWを探索する。なお、可動ステージ12がホームポジションに位置しているときに、受光レンズ114の光軸は可動ステージ12の中心を通る。この例で制御ユニット20は低倍率のカメラ110で4枚のワーク画像を取得することで、可動ステージ12上におけるワークWの位置と姿勢(基準モデルに対する回転角度)とを取得できる。具体的には、制御ユニット20は低倍率画像43aを取得し、低倍率画像43aに存在するワークWを抽出し、ワークWの延出方向を解析する。ここで、ワークWの延出方向は、低倍率画像43aを解析し、所定の輝度値以下になる部分(いわゆる影となる部分)が延出する方向をワークWの延出方向としている。
図6Aは制御ユニット20に搭載さされるコントローラ60の機能を説明する図である。図6Bは俯瞰画像41を生成する際に必要となるオプションの機能を示している。コントローラ60はCPUなどにより構成され、測定ユニット10を制御する。CPUは中央演算処理装置の略称である。コントローラ60の機能の一部またはすべてはASICやFPGAなどのハードウエアによって実現されてもよい。ASICは特定用途集積回路の略称である。FPGAはフィールドプログラマブルゲートアレイの略称である。照明制御部81は制御ユニット20または測定ユニット10に搭載され、コントローラ60からの制御信号にしたがって同軸落射照明130、リング照明140および透過照明150を制御する。撮像制御部82は制御ユニット20または測定ユニット10に搭載され、コントローラ60からの制御信号にしたがって測定用のカメラ110、120および俯瞰カメラ17R、17Lを制御する。記憶装置70はメモリやハードディスクドライブなどを有し、設定データ71、低倍率画像43、俯瞰画像41などを記憶する。
図7は電源スイッチ15がオンに切り替えるとコントローラ60によって実行されるメインの処理を示すフローチャートである。
図8は設定モードを示すフローチャートである。S800はワークを探索するための第一ステージ動作である。S800はS801ないしS803を有する。S810はワークの全体(輪郭)を探索するための第二ステージ動作である。S810はS811ないしS817を有する。なお、第一ステージ動作および第二ステージ動作については、低倍率のカメラ110を用いて探索する例が説明される。しかし、高倍率のカメラ120を用いて探索が実行されてもよいし、低倍率のカメラ110と高倍率のカメラ120とを適宜に併用して探索が実行されてもよい。
図9は連続測定モードを示すフローチャートである。すでに説明されたステップと同一または類似したステップには同一の参照符号が付与されている。ここでは俯瞰画像41を取得してワークWの位置と姿勢とをラフに特定するための俯瞰モード(S901ないしS903)が記載されているが、これは必須ではない。
図10は俯瞰画像の生成処理を示すフローチャートである。
図5Bに示すように、多数のワークW(W1〜W8)がステージ上に載置され、ユーザが一度実行ボタンをおすことで、多数のワークを測定することができる複数一括測定モードについてさらに説明する。
可動ステージ12はワークWが載置されるステージの一例である。カメラ110はステージ上における撮像視野内の画像を生成する撮像手段の一例である。ステージ駆動部101は撮像手段に対してXY方向に相対的にステージを移動させることで、ステージ上の撮像視野を切り替える駆動手段の一例である。なお、ステージ駆動部101はカメラ110、120を可動ステージ12に対して移動させてもよいし、可動ステージ12をカメラ110、120に対して移動してもよい。ワーク判定部63は撮像手段により生成された画像にワークが含まれるかを判定する判定手段の一例である。コントローラ60や測定制御部62は撮像手段、駆動手段および判定手段を制御する制御手段の一例である。S800に関して説明されたように測定制御部62は判定手段により画像にワークWが含まれないと判定された場合、予め定められたシーケンスに従って駆動手段を制御することでステージを移動させながら撮像手段に各撮像視野における画像を生成させ、各画像にワークが含まれるかを判定手段に判定させるワーク探索処理を繰り返す第一ステージ動作を実行する。S810に関して説明されたように測定制御部62は判定手段により画像にワークWが含まれると判定された場合、当該画像が取得されたステージ上の撮像視野の周囲に位置する複数の撮像視野のうち、ワークWが延出する方向に位置する一つ以上の撮像視野内の画像を撮像手段に生成させるよう駆動手段にステージを移動させる第二ステージ動作を実行する。測定制御部62は第一ステージ動作においてワークWを含む画像が見つかった場合、第一ステージ動作から第二ステージ動作に切り替える。画像連結部64は第二ステージ動作において生成された複数の画像を連結し、ワークWの全体を含む連結画像を生成する画像連結手段の一例である。このように、本発明によれば、カメラ110、120の撮像倍率が高く、カメラ110、120の撮像視野内にワークWが収まらないケースにおいて特に有用である。本発明によれば、カメラ110により取得された画像からワークWが検出され、ワークWに基づきワークWの全体を含む連結画像42が生成される。よって、画像測定装置1のユーザビリティがさらに改善する。
・図12(A)が示すように、コントローラ60は可動ステージ12を移動させる。
・図12(B)が示すように、コントローラ60は俯瞰カメラ12Rに撮像を実行させることで、部分的な俯瞰画像41aを取得する。
・図12(C)が示すように、コントローラ60は可動ステージ12を左方向に移動させ、俯瞰カメラ12Lに撮像を実行させることで、部分的な俯瞰画像41bを取得する。
・図12(D)が示すようにコントローラ60は俯瞰画像41aと俯瞰画像41bとを合成することで可動ステージ12の全体を示す俯瞰画像41dを生成する。
・図13(A)が示すように、コントローラ60は可動ステージ12を移動させ、俯瞰カメラ12Rに撮像を実行させることで、部分的な俯瞰画像41aを取得する。
・図13(B)が示すように、コントローラ60は可動ステージ12を左方向に移動させ、俯瞰カメラ12Rに撮像を実行させることで、部分的な俯瞰画像41bを取得する。
・図13(C)が示すように、コントローラ60は可動ステージ12を左方向に移動させ、俯瞰カメラ12Lに撮像を実行させることで、部分的な俯瞰画像41cを取得する。
・図13(D)が示すように、コントローラ60は可動ステージ12を左方向に移動させ、俯瞰カメラ12Lに撮像を実行させることで、部分的な俯瞰画像41eを取得する。
・図13(E)が示すように、コントローラ60は可動ステージ12を左方向に移動させ、俯瞰カメラ12Lに撮像を実行させることで、部分的な俯瞰画像41fを取得する。
・図13(F)が示すようにコントローラ60は俯瞰画像41a、41b、41c、41d、41e、41fを合成することで可動ステージ12の全体を示す俯瞰画像41dを生成する。
Claims (10)
- ワークが載置されるステージと、
前記ステージ上に載置された前記ワークを撮像し、ワーク画像を生成する第一カメラと、
前記第一カメラの撮像視野よりも広い撮像視野を有し、前記ステージ上に載置された前記ワークを撮像し、俯瞰画像を生成する第二カメラと、
前記俯瞰画像に基づいて前記ステージ上におけるワークの位置を検出する検出手段と、
前記第一カメラに対してXY方向に相対的に前記ステージを移動させる駆動手段と、
前記検出手段により前記俯瞰画像から検出された前記ワークの位置に基づき前記第一カメラの撮像視野内またはその近傍に前記ワークが位置するよう前記駆動手段を制御し、前記第一カメラに当該ワークを撮像させて前記ワーク画像を生成させる制御手段と、
前記第一カメラにより生成された前記ワーク画像における前記ワークの詳細位置と姿勢を特定する特定手段と、
前記特定手段により特定された前記ワークの詳細位置と姿勢に基づいて、前記ワーク画像における前記ワークの検査箇所を決定し、所定の検査処理を実行する検査手段と
を有することを特徴とする画像検査装置。 - 前記第二カメラの座標系における座標を前記第一カメラの座標系における座標に変換する座標変換手段をさらに有し、
前記座標変換手段は、前記検出手段により前記俯瞰画像から検出された前記ワークの位置の座標を、前記第一カメラの座標系における座標に変換し、
前記制御手段は、前記座標変換手段により取得された前記第一カメラの座標系における前記ワークの位置に基づき前記駆動手段を制御することを特徴とする請求項1に記載の画像検査装置。 - 前記第二カメラは、第一俯瞰カメラと第二俯瞰カメラとを有し、
前記ステージ側から見て、前記第一カメラは、前記第一俯瞰カメラと前記第二俯瞰カメラとの間に設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載の画像検査装置。 - 前記第一俯瞰カメラの撮像視野と前記第二俯瞰カメラの撮像視野とは異なっていることを特徴とする請求項3に記載の画像検査装置。
- 前記画像検査装置に対する前記第一俯瞰カメラの取り付け位置と取り付け姿勢に関する情報と、前記画像検査装置に対する前記第二俯瞰カメラの取り付け位置と取り付け姿勢に関する情報とを記憶する記憶手段と、
前記第一俯瞰カメラの取り付け位置と取り付け姿勢に関する情報に基づき前記第一俯瞰カメラの座標系を校正し、前記第二俯瞰カメラの取り付け位置と取り付け姿勢に関する情報に基づき前記第二俯瞰カメラの座標系を校正する校正手段と、
をさらに有することを特徴とする請求項3または4に記載の画像検査装置。 - 前記第一俯瞰カメラにより取得された画像と前記第二俯瞰カメラにより取得された画像とを連結することで前記ステージの全体を含む俯瞰画像を生成する生成手段をさらに有することを特徴とする請求項3ないし5のいずれか一項に記載の画像検査装置。
- 前記制御手段は、前記第一俯瞰カメラにより取得された画像と前記第二俯瞰カメラにより取得された画像とを連結することで前記ステージの全体を含む俯瞰画像が生成されるように、前記駆動手段を制御することで、前記第一俯瞰カメラおよび前記第二俯瞰カメラに対して前記ステージを相対的に移動させることを特徴とする請求項6に記載の画像検査装置。
- 前記第二カメラのテレセントリック性は前記第一カメラのテレセントリック性よりも低いことを特徴とする請求項1ないし7のいずれか一項に記載の画像検査装置。
- 前記ステージ側から見て、前記第二カメラは、一つ以上の俯瞰カメラを有し、前記第一カメラの周辺部に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検査装置。
- ワークが載置されるステージと、
前記ステージ上に載置された前記ワークを撮像し、ワーク画像を生成する第一カメラと、
前記第一カメラの撮像視野よりも広い撮像視野を有し、前記ステージ上に載置された前記ワークを撮像し、俯瞰画像を生成する第二カメラと、を有する画像検査装置の制御方法であって、
前記第二カメラにより前記ステージ上を撮像することで俯瞰画像を生成することと、
前記俯瞰画像に基づいて前記ステージ上におけるワークの位置を検出することと、
前記俯瞰画像から検出された前記ワークの位置に基づき前記第一カメラの撮像視野内またはその近傍に前記ワークが位置するよう前記ステージを前記第一カメラに対して相対的に移動させ、前記第一カメラに当該ワークを撮像させて前記ワーク画像を生成させることと、
前記第一カメラにより生成された前記ワーク画像における前記ワークの詳細位置と姿勢を特定することと、
前記特定された前記ワークの詳細位置と姿勢に基づいて、前記ワーク画像における前記ワークの検査箇所を決定し、所定の検査処理を実行することと
を有することを特徴とする画像検査装置の制御方法。
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