JP2023167395A - 画像測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像部の焦点位置を所望位置に合わせるまでの時間を短縮しつつ、より高精度な測定が行えるようにする。【解決手段】画像測定装置は、非接触測定部による測定を行うための非接触測定要素及びワークの位置及び姿勢を特定するための特徴パターンを設定する設定部と、特徴パターンに対する測定要素の相対位置関係を記憶する記憶部と、新たに生成されたワーク画像から、特徴パターンの位置及び姿勢を特定し、特定された位置及び姿勢ならびに記憶部に記憶された相対位置関係に基づいて非接触測定要素の位置を特定する特定部と、特定された位置の非接触測定が行われた非接触測定の測定結果に基づいて、撮像部の焦点位置を調整する焦点調整機構と、撮像部の焦点位置が調整された撮像部により生成されたワーク画像に基づいてワークの寸法測定を行う測定部とを備えている。【選択図】図１７

Description

本開示は、ワーク画像に基づきワークの寸法などを測定する画像測定装置に関する。

従来から、ワークを撮像するカメラとレーザプローブ等の非接触変位計とが併設された画像測定装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この画像測定装置では、撮像ユニットを光軸方向に移動させ、各ポイントでワークを撮像する。そして、各ポイントで得られた撮像ユニットの移動量データ、及び、各画像データのコントラスト値に基づいて、ワーク表面に撮像ユニットの焦点位置を合わせるオートフォーカス機能を実現している。

実用新案登録第３１４４８７３号公報

しかしながら、上述したように画像データのコントラスト値に基づいて焦点位置を合わせる方法は、撮像ユニットの物理的な移動を伴うことから、ワーク表面に撮像ユニットの焦点位置を合わせるまで時間が掛かる。

本開示は、かかる点に鑑みたものであり、その目的とするところは、撮像部の焦点位置を所望位置に合わせるまでの時間を短縮しつつ、より高精度な測定が行えるようにすることにある。

上記目的を達成するために、本開示の一態様に係る画像測定装置は、ステージを移動可能に支持するベースと、前記ベースに設けられ、前記ステージ上のワークに検出光を照射する投光部と、前記投光部により照射された検出光を受光してワーク画像を生成する撮像部と、前記ステージの上方から測定光を出射し、該測定光を受光することにより、前記ステージ上のワークの高さを非接触で測定する非接触測定部と、前記ベースに連結され、前記ステージの上方において前記撮像部と前記非接触測定部を支持する支持部と、測定設定時に、前記撮像部により生成されたワーク画像を表示する表示部と、前記表示部に表示されたワーク画像上で、前記非接触測定部による非接触測定を行うための非接触測定要素、および、測定実行時にワークの位置及び姿勢を特定するための特徴パターンを設定する設定部と、前記設定部により設定された特徴パターンに対する前記非接触測定要素の相対位置関係を記憶する記憶部とを備えている。測定実行時には、前記撮像部により新たに生成されたワーク画像から、前記特徴パターンの位置及び姿勢を特定し、特定された位置及び姿勢ならびに前記記憶部に記憶された前記相対位置関係に基づいて前記非接触測定要素の位置を特定することができるので、特定された位置の非接触測定が前記非接触測定部により行われるよう、前記ステージを移動させることで、非接触測定要素の測定が可能になる。非接触測定部により行われた非接触測定の測定結果に基づいて、前記撮像部の焦点位置を調整し、前記撮像部の焦点位置が調整された状態で前記撮像部により生成されたワーク画像に基づいて、ワークの寸法測定を行うことができる。

すなわち、測定設定時に、非接触測定部による測定を行うための非接触測定要素を指定すると、ワークの位置及び姿勢を特定するための特徴パターンに対する非接触測定要素の相対位置関係を記憶しておくことができる。

測定実行時には、特定部が、測定対象となるワークを撮像したワーク画像から特定された特徴パターンの位置及び姿勢と、特徴パターンに対する非接触測定要素の相対位置関係とに基づいて、非接触測定要素の位置を特定する。特定された非接触測定要素を非接触測定部が測定することで高さ方向の測定結果が得られる。非接触測定部の測定に要する時間は撮像部を移動させて焦点距離を調整する時間に比べて大幅に短いので、高さ方向の測定結果は早期に得られる。また、高さ方向は撮像部の焦点位置の調整方向に対応しており、さらに非接触測定部と撮像部との相対位置関係は既知であることから、非接触測定の測定結果に基づいて、撮像部の焦点位置を調整することができる。これにより、撮像部の焦点位置を所望位置に合わせるまでの時間が短縮される。そして、焦点位置が調整された撮像部により生成されたワーク画像に基づいて、ワークの寸法測定を行うことで高精度な測定が行える。

また、非接触測定の測定結果に基づいて撮像部の焦点位置を調整する調整処理を実行するか否かの選択を受け付ける受付部を備えていてもよい。この場合、焦点調整機構は、受付部により、調整処理を実行すると選択されている場合には調整処理を実行することができる。

また、記憶部は、撮像部及び非接触測定部の固定位置関係を記憶しておいてもよい。この場合、焦点調整機構は、非接触測定の測定結果と、撮像部及び非接触測定部の固定位置関係とに基づいて、撮像部の焦点位置を調整することができる。

また、非接触測定部により行われた非接触測定の測定結果から高さ方向にオフセットしたオフセット量の指定を受け付ける指定部を備えていてもよい。すなわち、例えばワークの上面のエッジに面取り加工が施されている場合があるが、非接触測定部では面取り部分の測定は困難である。このような場合には、ワークの上面の測定結果に対して、面取り部分の高さの差をオフセット量として予め指定しておくことで、焦点調整機構は、非接触測定部により行われた非接触測定の測定結果にオフセット量を適用して撮像部の焦点位置を調整することができる。

以上説明したように、高速な測定が可能な非接触測定部により行われた非接触測定の測定結果に基づいて撮像部の焦点位置を調整し、焦点位置が調整された撮像部により生成されたワーク画像に基づいてワークの寸法測定を行うようにしたので、撮像部の焦点位置を所望位置に合わせるまでの時間を短縮しつつ、より高精度な測定を行うことができる。

本発明の実施形態に係る画像測定装置の全体構成を示す図である。 装置本体を上方から見た斜視図である。 装置本体を正面側から見たときの模式図である。 装置本体を側面側から見たときの模式図である。 受光レンズ及びその近傍を斜め下方から見た斜視図である。 画像測定装置のブロック図である。 画像測定装置の測定設定時の手順の一例を示すフローチャートである。 画像生成の手順の一例を示すフローチャートである。 画像測定の測定設定時の手順の一例を示すフローチャートである。 座標測定の測定設定時の手順の一例を示すフローチャートである。 非接触変位計を用いた測定の手順の一例を示すフローチャートである。 ワーク画像の例を示す図である。 測定高さをワークの上面に合わせた場合の測定結果及びワーク画像を示す図である。 測定高さをワークのエッジに合わせた場合の測定結果及びワーク画像を示す図である。 測定要素設定用ユーザーインターフェース画面の例を示す図である。 測定要素が選択された場合のユーザーインターフェース画面の例を示す図である。 高さ指定する場合のユーザーインターフェース画面の例を示す図である。 オフセット量を適用して焦点調整した後に寸法測定した場合のユーザーインターフェース画面の例を示す図である。 タッチプローブの測定動作の詳細手順の一例を示すフローチャートである。 画像測定装置の測定設定時の前半部分の手順の一例を示すフローチャートである。 画像測定装置の測定設定時の後半部分の手順の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１は、本発明の実施形態に係る画像測定装置１の全体構成を示す図である。画像測定装置１は、装置本体２と、パーソナルコンピュータ等で構成された制御ユニット３と、表示部４とを有しており、装置本体２にて取得されたデータを制御ユニット３にて演算処理してワークＷの各部の寸法を測定するとともに、必要に応じて測定結果の良否判定等も実行可能に構成されている。制御ユニット３は、装置本体２に組み込まれて一体化されていてもよい。詳細は後述するが、装置本体２で取得されるデータは、ワークＷの画像データの他、後述するタッチプローブ８０がワークＷに接触したときの接触点に関するデータや、非接触変位計７０（図３に示す）で測定されたデータ等が含まれている。

表示部４には、例えば各種設定画面、画像データ、測定結果等が表示される。表示部４は、例えば液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等で構成されている。本例では、表示部４が装置本体２及び制御ユニット３と別体であるように示しているが、これに限らず、装置本体２に組み込まれていてもよいし、制御ユニット３に組み込まれていてもよい。

画像測定装置１は、さらに、ユーザによる操作機器として、キーボード５及びマウス６等を備えている。操作機器は、キーボード５及びマウス６に限られるものではなく、タッチパネル型の操作機器等であってもよい。例えば、制御ユニット３をノート型パーソナルコンピュータで構成することもでき、この場合には、キーボード５及びマウス６は、表示部４とともに制御ユニット３と一体化した形態となる。

画像測定装置１は、さらに、記憶部７を備えている。記憶部７は、例えばハードディスクドライブや、ソリッドステートドライブ等で構成することができるものであり、装置本体２で取得される各種データ、ユーザによる設定情報、画像、測定結果、良否判定結果等を記憶する部分である。記憶部７は、制御ユニット３に内蔵されていてもよいし、制御ユニット３の外部に設けられていてもよい。記憶部７が制御ユニット３の外部に設けられている場合、例えばインターネット等の通信回線を介して接続されたクラウド型のストレージ等であってもよい。

（装置本体２の構成）
図２に示すように、装置本体２は、ベース２０と、ベース２０に対して水平移動可能に設けられたステージ２１と備えている。なお、ステージ２１は昇降可能であってもよい。ステージ２１の中央部近傍には、例えばガラス等のように光を透過する部材で構成された載置台２１ａが設けられており、この載置台２１ａにワークＷを載置することが可能になっている。ステージ２１は、水平方向（装置本体２の幅方向であるＸ方向、装置本体２の奥行き方向であるＹ方向）に移動可能にベース２０に支持されている。すなわち、装置本体２は、ステージ２１を駆動するＸＹ方向駆動部２３（図３、図４に模式的に示す）を備えており、ＸＹ方向駆動部２３により、ステージ２１をＸ方向の所定範囲内で移動させることができるとともに、Ｙ方向の所定範囲内で移動させることができる。ステージ２１をＸ方向に直線移動させること、Ｙ方向に直線移動させることの他、移動軌跡が、平面視でＸ軸やＹ軸に対して傾斜するようにステージ２１を移動させることや、任意の曲線を描くようにステージ２１を移動させることもできる。

ＸＹ方向駆動部２３は、Ｘ方向の移動距離を検出するためのＸ方向リニアスケール２３ａ及びＹ方向の移動距離を検出するためのＹ方向リニアスケール２３ｂを有している。Ｘ方向リニアスケール２３ａにより、ステージ２１の左右方向の位置や移動距離の検出が可能になっている。Ｙ方向リニアスケール２３ｂにより、ステージ２１の奥行方向の位置や移動距離の検出が可能になっている。

ＸＹ方向駆動部２３は、制御ユニット３によって制御される。制御ユニット３から出力された制御信号に基づいてＸＹ方向駆動部２３を制御し、Ｘ方向リニアスケール２３ａ及びＹ方向リニアスケール２３ｂの検出信号に基づいてステージ２１の現在位置を判定し、ステージ２１を所望の位置まで移動させ、またステージ２１が所望の移動軌跡を描くように移動させる。

この実施形態の説明では、Ｚ方向を上下方向または高さ方向と呼んだり、Ｘ方向を左右方向と呼んだり、Ｙ方向を前後方向と呼んだりするが、これは説明の便宜を図るためであり、装置本体２の使用時の姿勢を限定するものではない。また、通常、ユーザは装置本体２の前方にいることが多いので、装置本体２のユーザ側を単に前といい、ユーザとは反対側を単に後といい、ユーザから見て右側を単に右側といい、ユーザから見て左側を単に左側という。

図３及び図４に示すように、ベース２０のステージ２１よりも下側部分には、投光部としての透過照明３０が設けられている。図４に示すように、透過照明３０は、例えば発光ダイオード等からなる透過照明用発光体３１と、透過照明用発光体３１から出射された光が透過するスリット３２と、スリット３２を通過した光を上方へ向けるためのミラー３３と、ミラー３３によって上方へ向けられた光が入射するレンズ３４とを備えている。レンズ３４は、入射した光を平行光にして出射可能なレンズである。レンズ３４から出射した光は、ステージ２１の載置台２１ａに向いており、載置台２１ａを透過し、載置台２１ａに載置されているワークＷに対して下方から照射される。

図２に示すように、装置本体２のベース２０の前側には、測定開始ボタン２ａが設けられている。測定開始ボタン２ａは、ワークＷの測定を開始する際にユーザが操作するためのボタンである。測定実行時には、測定開始ボタン２ａを１つ押すだけで、測定動作が実行される。

装置本体２は、支持部２２及び測定実行部２４を備えている。図３及び図４に示すように、支持部２２は、ベース２０の後側部分に連結され、当該ベース２０の後側部分から上方へ延びている。測定実行部２４は、支持部２２の上側部分に支持されている。測定実行部２４には、同軸落射照明４０、リング照明４５、撮像部５０、非接触変位計７０、タッチプローブ８０のレンズユニット８１等が設けられている。

測定実行部２４は、支持部２２とは別体に構成されており、支持部２２に対してＺ方向に移動可能となっている。すなわち、装置本体２は、測定実行部２４を駆動するＺ方向駆動部２５を備えており、Ｚ方向駆動部２５により上昇端位置から下降端位置まで測定実行部２４が直線移動可能になっている。撮像部５０の撮像軸はＺ軸と一致しており、従って撮像軸はＺ方向に延びている。測定実行部２４は、撮像部５０の撮像軸に沿って可動する可動部の例である。

Ｚ方向駆動部２５は、Ｚ方向の移動距離を検出するためのＺ方向リニアスケール２５ａを有しており、Ｚ方向リニアスケール２５ａにより、測定実行部２４の高さ、高さ方向の移動距離等の検出が可能になっている。Ｚ方向駆動部２５は、制御ユニット３が有する制御部３ｄによって制御される。制御部３ｄは、制御信号によってＺ方向駆動部２５を制御し、Ｚ方向リニアスケール２５ａの検出信号に基づいて測定実行部２４の現在位置を判定し、測定実行部２４を所望の位置まで移動させる。測定実行部２４の移動速度は複数段階ないし無段階に変化可能になっている。

同軸落射照明４０は、投光部であり、図４に示すように、例えば発光ダイオード等からなる同軸落射照明用発光体４１と、同軸落射照明用発光体４１から出射された光が入射するレンズ４２と、レンズ４２から出射した光を下方向に向ける方向変換部材４３とを備えている。方向変換部材４３は上下方向に光を透過可能な光透過部材で構成されている。方向変換部材４３から出射した光は検出光である。方向変換部材４３から出射した検出光は、ステージ２１の載置台２１ａに向いており、載置台２１ａに載置されているワークＷ、即ちステージ２１上のワークＷに対して上方から照射される。

撮像部５０は、受光レンズ５１、ビームスプリッタ５２、高倍側結像レンズ５３、低倍側結像レンズ５４、高倍側撮像素子５５及び低倍側撮像素子５６を有しており、これらによって第１撮像部が構成されている。撮像部５０は、ステージ２１の上方において撮像方向がステージ２１の法線方向（Ｚ方向）となる姿勢で支持部２２によって支持されている。

具体的には、図５にも示すように、撮像部５０の受光レンズ５１は、測定実行部２４の下面に配設されており、受光面がステージ２１の載置台２１ａの上面と対向するように位置付けられている。したがって、同軸落射照明４０から照射されてワークＷの表面で反射された検出光を受光レンズ５１で受光することができるとともに、透過照明３０から照射された光も受光レンズ５１で受光することができるようになっている。

受光レンズ５１の光軸はＺ方向と一致している。この例では、受光レンズ５１の真上に同軸落射照明４０の方向変換部材４３が位置しているので、同軸落射照明４０から出射された検出光は、受光レンズ５１を透過してステージ２１上のワークＷに照射されることになる。

ビームスプリッタ５２は、方向変換部材４３の上方に配設されており、受光レンズ５１から上方へ出射した光を二方向に分岐するプリズムで構成されている。ビームスプリッタ５２としては、例えばキューブ型、プレート型のビームスプリッタを使用することができる。キューブ型ビームスプリッタは、プレート型と比較して、ビームスプリッタを通過した光が屈折することがないので光軸がずれず、分岐角度のアライメント調整が容易なため好ましい。この例では、受光レンズ５１を介してビームスプリッタ５２に入射した光は、上方と後方とに分岐される。このため、高倍側結像レンズ５３は、ビームスプリッタ５２の上方に配設される一方、低倍側結像レンズ５４は、ビームスプリッタ５２の後方に配設されている。また、高倍側撮像素子５５は高倍側結像レンズ５３の上方に配設されており、高倍側結像レンズ５３に入射した光は、高倍側撮像素子５５の受光面で結像するようになっている。また、低倍側撮像素子５６は低倍側結像レンズ５４の後方に配設されており、低倍側結像レンズ５４に入射した光は、低倍側撮像素子５６の受光面で結像するようになっている。

高倍側撮像素子５５及び低倍側撮像素子５６は、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）イメージセンサ、ＣＭＯＳ（Complementary MOS）イメージセンサ等で構成されている。低倍側撮像素子５６で取得されるワーク画像は低倍画像であり、また、高倍側撮像素子５５で取得されるワーク画像は低倍画像よりも高倍率の高倍画像である。本例では、測定精度を高めるため、高倍側撮像素子５５及び低倍側撮像素子５６を単一チャネルの撮像素子で構成し、高解像度なワーク画像を取得するようにしている。よって、高倍側撮像素子５５及び低倍側撮像素子５６から出力されるワーク画像はモノクロ画像（グレースケール画像）になる。

撮像部５０の焦点位置は、Ｚ方向駆動部２５によって調整される。すなわち、制御部３ｄは、Ｚ方向駆動部２５を制御することで測定実行部２４をＺ方向に移動させることができるのであるが、Ｚ方向は撮像部５０の撮像軸方向と一致しているので、撮像部５０を撮像軸に沿って移動させることができる。つまり、Ｚ方向駆動部２５は、撮像部５０の焦点位置を調整する焦点調整機構であり、測定実行部２４の撮像軸に沿う方向の移動により、撮像部５０の焦点調整が可能になる。焦点調整の際には、従来から周知のコントラスト方式、位相差方式等のアルゴリズムを用いたオートフォーカスの他、ユーザが所定の操作を行って調整するマニュアルフォーカスも可能になっている。

上述の受光レンズ５１及びビームスプリッタ５２による二分岐光学系の構成により、光学系を機械的に切り替えることなく高倍画像と低倍画像とを同時に取得することができる。なお、ビームスプリッタ５２による二分岐光学系の構成を省略して、高倍レンズと低倍レンズとを機械的に切り替えるようにして、高倍画像と低倍画像とを取得するようにしてもよい。

リング照明４５は、ステージ２１上のワークＷに単色光（白色光）、または複数の異なる波長の検出光を照射する投光部である。複数の異なる波長の検出光には、例えば赤色光、緑色光、青色光等が含まれる。リング照明４５は、受光レンズ５１の外周部を囲む円形状をなしており、受光レンズ５１の下方において当該受光レンズ５１と同軸上に配置されている。

図６に示すように、リング照明４５には、赤色光を出射する赤色光源４５ａ、緑色光を出射する緑色光源４５ｂ及び青色光を出射する青色光源４５ｃが含まれている。赤色光源４５ａ、緑色光源４５ｂ及び青色光源４５ｃは、それぞれ発光ダイオード等で構成されており、個別に点灯、消灯可能になっている。すなわち、赤色光源４５ａのみを点灯させることでワークＷが赤色光で照明され、また、緑色光源４５ｂのみを点灯させることでワークＷが緑色光で照明され、また、青色光源４５ｃのみを点灯させることでワークＷが緑色光で照明され、また赤色光源４５ａ、緑色光源４５ｂ及び青色光源４５ｃを全て点灯させることでワークＷが白色光で照明される。

リング照明４５は、照明用Ｚ方向駆動部４５ｄを備えており、照明用Ｚ方向駆動部４５ｄにより上昇端位置から下降端位置までリング照明４５が直線移動可能になっている。ワークＷの高さに応じてリング照明４５を移動させることで、ワークＷに接近した所から検出光を照射することが可能になる。照明用Ｚ方向駆動部４５ｄは、Ｚ方向の移動距離を検出するためのＺ方向リニアスケール４５ｅを有しており、Ｚ方向リニアスケール４５ｅにより、リング照明４５の高さ、高さ方向の移動距離等の検出が可能になっている。なお、本実施形態では、リング照明４５は測定実行部４５の筐体外側に配置されているが、本発明はこれに限られず、測定実行部４５の筐体内部に配置されていてもよい。

図３に示すように、透過照明３０をステージ２１に導くミラー３３と、リング照明４５と、同軸落射照明４０をステージ２１に導く方向変換部材４３と、撮像部５０（例えば高倍側撮像素子５５）とは、垂直方向に略一直線状に配置されている。そして、リング照明４５、方向変換部材４３、撮像部５０は、上下に可動する測定実行部２４の筐体に固定されており、一体的にＺ方向に移動可能となっている。加えて、本実施形態では、後述するタッチプローブ８０のハウジング８１も測定実行部２４の筐体に固定され、ハウジング８１も一体的にＺ方向に移動可能となっている。

測定実行部２４は、第１ステージカメラ４６、第２ステージカメラ４７及びフロントカメラ４８を有している。測定実行部２４が支持部２２の上側部分に設けられていることから、第１ステージカメラ４６、第２ステージカメラ４７及びフロントカメラ４８も支持部２２の上側部分に設けられることになる。第１ステージカメラ４６、第２ステージカメラ４７及びフロントカメラ４８は、それぞれ、カラー画像の取得が可能な撮像素子を有している。また、第１ステージカメラ４６、第２ステージカメラ４７及びフロントカメラ４８の画素数は、高倍側撮像素子５５及び低倍側撮像素子５６よりも少なくなっているが、これに限らず、同程度の画素数を有していてもよい。

図４に示すように、第１ステージカメラ４６及び第２ステージカメラ４７は、受光レンズ５１の前方に配設されており、かつ、互いに左右方向に間隔をあけて設けられている。第１ステージカメラ４６及び第２ステージカメラ４７の撮像方向（光軸方向）は、撮像部５０の撮像方向と同方向となっている。第１ステージカメラ４６及び第２ステージカメラ４７の撮像視野は、撮像部５０の撮像視野の前方に位置しており、ステージ２１の前側部分を撮像可能になっている。なお、第１ステージカメラ４６又は第２ステージカメラ４７は、ステージ２１全体を真上から俯瞰的に撮像することにより俯瞰画像（平面画像）を生成するものであり、俯瞰画像生成部と呼んでもよい。

フロントカメラ４８は、ステージ２１の上方において撮像方向がステージ２１の法線方向と異なる姿勢でワークＷを撮像して俯瞰画像を生成する第２撮像部であり、上記俯瞰画像生成部と呼ぶこともできる。フロントカメラ４８は、受光レンズ５１の前方に配設されており、前後方向の位置関係では第１ステージカメラ４６及び第２ステージカメラ４７よりも前方に位置付けられている。したがって、フロントカメラ４８は、ユーザに最も近くに配設されるカメラと言える。フロントカメラ４８の撮像視野は、高倍側撮像素子５５及び低倍側撮像素子５６の撮像視野よりも広く設定されており、高倍側撮像素子５５及び低倍側撮像素子５６の撮像視野を含み、かつ、高倍側撮像素子５５及び低倍側撮像素子５６の撮像視野外も撮像可能になっている。本例では、フロントカメラ４８によってステージ２１の上面の全体を撮像可能になっている。また、フロントカメラ４８は、リアルタイムで撮像可能に構成されており、ライブビュー画像を取得できるカメラである。

フロントカメラ４８の撮像方向（光軸方向）は、ステージ２１の前方斜め上からステージ２１の上面に向く方向、即ちユーザから見たとき手前から奥に向くようになっている。これは、測定実行時のユーザからステージ２１を見たときの視線方向と、フロントカメラ４８の撮像方向とが概ね一致するようにするためである。これにより、フロントカメラ４８により生成された俯瞰画像は、ユーザが自然な測定姿勢でワークＷを俯瞰したときに見ることができるものと対応することになる。

（非接触変位計７０の構成）
非接触変位計７０は、ステージ２１の法線方向に沿って測定光を出射し、ステージ２１上のワークＷからの反射光を受光することにより、ステージ２１上のワークＷの高さを非接触で測定する非接触測定部である。非接触変位計７０は、レーザ同軸変位計、より詳しくは白色共焦点変位計であり、図３に示すように、レンズユニット７１と投受光ユニット７２と両ユニット７１、７２を繋ぐ光ファイバ部７３とを備えている。投受光ユニット７２は、ベース２０に内蔵されており、レーザ光源７２ａ、光源光学部材７２ｂ、蛍光体７２ｃ及び受光素子７２ｄを備えている。

レーザ光源７２ａは、単一波長の光を発し、好ましくは、波長が４５０ｎｍ以下の青色あるいは紫外光を発するもので構成される。特に、青色の光を発するものであると、蛍光体７２ｃの励起に利用され波長変換された光と蛍光体７２ｃの励起に利用されず青色のままの光が混じりあった光をワークＷに投光することができる。

蛍光体７２ｃは、レーザ光源７２ａからの光で励起され異なる波長に変換して光を発する。蛍光体７２ｃは、一又は複数種の蛍光体７２ｃで構成され、例えば、青色の光で励起され、黄色光に変換して光を発するようにしても良く、また、２種の蛍光体７２ｃにより青色の光で励起され緑色に変換して光を発するとともに青色の光で励起され赤色に変換して光を発するようにしても良い。

光ファイバ部７３は、一又は複数の光ファイバで構成される。取り扱いを容易にするために、光ファイバの端にフェルール７３ａを用いても良い。レンズユニット７１側の光ファイバ部７３の端である出射端のコア径は、ワークＷに結像されるスポット径に影響があるため直径２００μｍ以下とすることができ、直径５０μｍ以下としてもよい。

光ファイバ部７３の入射端側に蛍光体７２ｃが固定されている。蛍光体７２ｃは、レーザ光源７２ａからの光及び蛍光体７２ｃが発光する光を透過する樹脂、ガラス等の光透過性媒体内に固定されるとともに光透過性媒体が光ファイバ部７３の入射端に固定されるようにしても良い。このときレーザ光源７２ａからの光及び蛍光体７２ｃからの光を効率よく光ファイバ部７３に入射するために、光透過性媒体の屈折率は、光ファイバ部７３の入射端側のコアの屈折率以下としている。

受光素子７２ｄは、多分割ＰＤ（フォトダイオード）あるいはＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の撮像素子で構成され、回折格子、プリズム等により構成される分光器７２ｅあるいは色選択光学フィルタ等を介してワークＷからの光を波長に応じて選択的に受光する。受光素子７２ｄは、ワークＷからの光を、光ファイバ部７３を介して受光するものであっても良く、他の光学経路を介して受光するものであっても良い。

レンズユニット７１は、測定実行部２４に取り付けられているので、撮像部５０とともにＺ方向に移動可能になっている。レンズユニット７１は、光ファイバ部７３の出射端から出射される光をワークＷに向けて集光するための部材であり、上側レンズ７１ａ及び下側レンズ７１ｂを含んでいる。レンズユニット７１は、撮像部５０の右側方に配置されており、光軸はＺ方向となっている。

レンズユニット７１が、光ファイバ部７３の出射端と共焦点位置になるように構成されている場合、ワークＷからの光は、回折格子やプリズム等により構成される分光器７２ｅにより光を波長に応じて分離され、受光素子７２ｄにおける受光位置によってワークＷからの光の波長－輝度分布が検出される。受光素子７２ｄによる受光位置及び受光量に関する信号は、制御ユニット３が有する変位測定部３ｃに送信される。

例えば、レンズユニット７１として色収差レンズを用いた場合、図６に示す変位測定部３ｃは、より短い波長の光が検出されるとワークＷがより近い距離に存在し、より長い波長の光が検出されるとワークＷがより遠い距離に存在すると評価する。また、レンズユニット７１として回折レンズを用いた場合、変位測定部３ｃは、より短い波長の光が検出されるとワークＷがより遠い距離に存在し、より長い波長の光が検出されるとワークＷがより近い距離に存在すると評価することにより、ワークＷの変位を測定する。

図３に示すように、非接触変位計７０の焦点距離は、撮像部５０の焦点距離よりも長く設定されている。また、非接触変位計７０の焦点高さが撮像部５０の焦点高さと略同一となるように設定されている。すなわち、非接触変位計７０のレンズユニット７１の測定実行部２４に対する取付高さ、及び、撮像部５０の測定実行部２４に対する取付高さは、任意に設定することができるが、本例では、非接触変位計７０の焦点高さと撮像部５０の焦点高さとが略同一となるように、レンズユニット７１の高さと撮像部５０の高さとが設定されている。例えば、レンズユニット７１の下側レンズ７１ｂは、撮像部５０の受光レンズ５１よりも上に配設されている。

本例ではＺ方向駆動部２５により非接触変位計７０を移動させることが可能になるので、例えば撮像部５０の焦点距離と非接触変位計７０の焦点距離とを合わせておくことで、撮像部５０の焦点距離にある測定対象位置に、非接触変位計７０の焦点を合わせるように水平方向にステージ２１を移動させるだけで、非接触変位計７０による高さ測定を実行することが可能になる。

（タッチプローブの構成）
図３に示すタッチプローブ８０は、ステージ２１上のワークＷに接触したとき接触信号を出力する部材である。本例では、タッチプローブ８０が測定実行部２４に設けられているので、Ｚ方向駆動部２５によりタッチプローブ８０をステージ２１に対してＺ方向に相対的に移動させることができる。また、ステージ２１をＸＹ方向駆動部２３によりタッチプローブ８０に対してＸＹ方向に相対的に移動させることができる。このように、Ｚ方向駆動部２５及びＸＹ方向駆動部２３が、ステージ２１及びタッチプローブ８０の少なくとも一方を他方に対して相対的に移動させることにより、ステージ２１上に載置されたワークＷに対してタッチプローブ８０を接触させることができるようになっている。尚、ステージ２１をＺ方向に移動させてもよいし、タッチプローブ８０をＸＹ方向に移動させてもよい。Ｚ軸と直交し、装置本体２の左右方向と一致する軸をＸ軸とする。Ｚ軸と直交するとともにＸ軸と直交する方向（装置本体２の前後方向）と一致する軸をＹ軸とする。

タッチプローブ８０から出力される接触信号は、図６に示す制御ユニット３の座標測定部３ｂに送信される。座標測定部３ｂは、Ｚ方向駆動部２５及びＸＹ方向駆動部２３によってタッチプローブ８０がワークＷに接触したとき出力される接触信号を受信すると、その接触信号に基づいて、タッチプローブ８０がワークＷに接触した接触点の三次元座標を測定する。

例えば、タッチプローブ８０の接触信号が出力されたときのステージ２１のＸ方向の位置及びＹ方向の位置は、それぞれＸ方向リニアスケール２３ａ及びＹ方向リニアスケール２３ｂによって取得できる。また、タッチプローブ８０の接触信号が出力されたときのタッチプローブ８０のＺ方向の位置は、Ｚ方向リニアスケール２５ａによって取得できる。また、タッチプローブ８０とワークＷとの相対的な位置関係を予め設定しておくとともに、撮像部５０等のキャリブレーションを実行しておくことで、リニアスケール２３ａ、２３ｂ、２５ａの検出結果に基づいて、接触点の三次元座標の測定が可能である。

図３に示すように、タッチプローブ８０は、ハウジング８１と、ハウジング８１に保持されたプローブシャフト（図示せず）に対して着脱可能に取り付けられるスタイラス８３とを備えている。ハウジング８１は、測定実行部２４に固定され、撮像部５０の左側方に配設されている。スタイラス８３の変位を検出する変位検出機構は、磁気センサ、光学式センサ、静電容量式センサ等で構成することができる。

（制御ユニットの構成）
図６に示す制御ユニット３は、例えばＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＡＭ、ＲＯＭ、内部バス等（図示せず）を備えている。内部バスを介して、ＣＰＵが表示部４、キーボード５、マウス６、記憶部７及び装置本体２と接続されている。制御ユニット３は、キーボード５、マウス６、装置本体２の測定開始ボタン２ａ等の操作状態を取得する。また、制御ユニット３は、装置本体２の撮像部５０、第１ステージカメラ４６、第２ステージカメラ４７及びフロントカメラ４８で取得された画像データを取得することができる。また、制御ユニット３内で演算した結果や、撮像部５０、第１ステージカメラ４６、第２ステージカメラ４７及びフロントカメラ４８で取得された画像データ等を表示部４に表示させることができる。

また、制御ユニット３は、装置本体２のＺ方向駆動部２５、ＸＹ方向駆動部２３、同軸落射照明４０、リング照明４５、照明用Ｚ方向駆動部４５ｄ、撮像部５０、非接触変位計７０、タッチプローブ８０等を制御する。具体的には、制御ユニット３は、内部バスを介して各ハードウェアと接続されているので、上述したハードウェアの動作を制御するとともに、記憶部７に記憶されているコンピュータプログラムに従って、種々のソフトウェア的機能を実行する。例えば、撮像部５０により生成されたワーク画像に基づいてワークＷの寸法測定を行う画像測定部３ａ、タッチプローブ８０がワークＷに接触した接触点の三次元座標を測定する座標測定部３ｂ、非接触変位計７０からの出力信号に基づいてステージ２１上のワークＷの変位を測定する変位測定部３ｃ等が制御ユニット３に設けられる。変位測定は高さ測定とも呼ぶ。

以下、制御ユニット３が実行可能な機能の詳細について、ワークＷを測定する前の測定設定時と、ワークＷの測定を実行する測定実行時とに分けて説明する。

（測定設定時）
図７は、画像測定装置１の測定設定時の手順の一例を示すフローチャートである。スタート後のステップＳＣ１では平面視画像を生成する。すなわち、撮像部５０によってステージ２１を撮像する。このとき、ユーザがワークＷをステージ２１の載置台２１ａに載置した場合にはワーク画像が取得される。例えば、Ｚ方向駆動部２５により測定実行部２４を移動させて撮像部５０を測定位置に移動させた後、撮像部５０によってステージ２１上のワークＷを撮像することもでき、必要に応じて照明することもできる。

ステップＳＣ２では、俯瞰画像を生成する。Ｚ方向駆動部２５により測定実行部２４を移動させてフロントカメラ４８を測定位置に移動させた後、フロントカメラ４８によってステージ２１上のワークＷを撮像する。

フロントカメラ４８でワークＷを撮像する際、以下の制御を行うことができる。すなわち、まず、制御部３ｄは、撮像部５０により生成されたワーク画像に基づいてステージ２１上のワークＷの位置を検出する。その後、制御部３ｄは、検出されたステージ２１上のワークＷの位置と、既知であるフロントカメラ４８の視野範囲とに基づいて、ステージ２１上のワークＷがフロントカメラ４８の視野範囲内に位置しているか否かを判定する。次いで、制御部３ｄは、ステージ２１上のワークＷがフロントカメラ４８の視野範囲外に位置している場合には、ステージ２１上のワークＷがフロントカメラ４８の視野範囲内に位置するように、ＸＹ方向駆動部２３を制御してステージ２１を移動させる。これにより、フロントカメラ４８でステージ２１上のワークＷを確実に撮像することができる。

また、フロントカメラ４８でステージ２１上のワークＷを撮像した後、制御部３ｄは、ＸＹ方向駆動部２３を制御してステージ２１を移動させ、ステージ２１上の別の領域をフロントカメラ４８により撮像することもできる。

フロントカメラ４８により俯瞰画像を撮像した時のステージ２１の位置情報をＸ方向リニアスケール２３ａないしＹ方向リニアスケール２３ｂで取得することが可能である。取得したステージ２１の位置情報と、俯瞰画像とを関連付けて記憶部７に記憶させることができる。これにより、俯瞰画像が撮像された時のステージ２１の位置を把握できる。

ステップＳＣ３では、ユーザの選択結果に基づいて、カラーのワーク画像（カラー画像）を生成するか否かを判定する。ユーザがカラー画像の生成を希望する場合には、表示部４に表示させたユーザーインターフェース画面上でカラー画像の生成を選択し、希望しない場合にはカラー画像の生成を選択しない。ユーザの選択操作は、キーボード５やマウス６等で行われ、制御ユニット３の受付部３ｅで受け付けられる。

ユーザがカラー画像の生成を希望しない場合、即ち、ステップＳＣ３でカラー画像を生成しないと判定された場合には、ステップＳＣ４に進み、単色光の照明により撮像部５０で取得されたデータに基づいてグレースケールのワーク画像（グレースケール画像）を生成する。一方、ユーザがカラー画像の生成を希望する場合、即ち、ステップＳＣ３でカラー画像を生成すると判定された場合には、ステップＳＣ５に進み、カラー画像を生成する。

ステップＳＣ４、ＳＣ５の画像生成について図８に示すフローチャートに基づいて詳細に説明する。図８のスタート後のステップＳＤ１では、透過照明３０でワークＷを照明する。ステップＳＤ２では、ＸＹ方向駆動部２３を制御して、ステージ２１をＸ方向ないしＹ方向に移動させ、撮像部５０で撮像しながらワークＷを探索する。ステージ２１は、例えばＸ方向中心かつＹ方向中心から渦巻き状に移動させる。そして、撮像部５０で撮像された画像中、黒画素（輝度値が所定以下の画素）の比率が一定以上になると、その領域にワークＷが存在していると判定する。このようにしてワークＷを探索し、ワークＷのステージ２１上での位置を特定するとともに、ワークＷの大きさ、ステージ２１上におけるワークＷが占有している部分等を特定することができる。

ステップＳＤ３では、ステップＳＤ２で探索されたワークＷを撮像部５０で撮像する。このとき、グレースケール画像を生成する場合には、リング照明４５の赤色光源４５ａ、緑色光源４５ｂ及び青色光源４５ｃを全て点灯させて白色光によりワークＷを照明した状態で撮像部５０により撮像する。

一方、カラー画像を生成する場合には、上記グレースケールのワーク画像を取得するとともに、制御ユニット３の色情報生成部３ｆが、リング照明４５から複数の異なる波長の検出光が照射される毎に撮像部５０により生成された複数のワーク画像に基づいて、ワークＷの色情報を生成する。具体的には、赤色光源４５ａのみを点灯させて撮像部５０により撮像した赤照明時のワーク画像と、緑色光源４５ｂのみを点灯させて撮像部５０により撮像した緑照明時のワーク画像と、青色光源４５ｃのみを点灯させて撮像部５０により撮像した青照明時のワーク画像とを生成する。色情報生成部３ｆは、これら３つのワーク画像から色情報として色相及び彩度を取得する。

制御部３ｄは、色情報生成部３ｆにより生成されたワークの色情報を、グレースケールのワーク画像に付加したカラー画像を生成する。ここで、赤、緑、青の３チャネルから成るＲＧＢ画像は、色相（Ｈ）、彩度（Ｓ）、明度（Ｖ）から成るＨＳＶ画像に変換できる。色情報はこのうち色相（Ｈ）と彩度（Ｓ）に相当する。単チャネル画像に色情報を付加するためには、単チャネル画像を明度（Ｖ）として、色相（Ｈ）と彩度（Ｈ）に所望の色情報を割り当てることで新たなカラー画像の生成が可能になる。本例では、色情報生成部３ｆが取得した色相及び彩度をグレースケールのワーク画像の明度と組み合わせてカラー画像を生成する。なお、色空間はＨＳＶに限らず、ＨＬＳなど他の色空間を使って扱うこともできる。

カラー画像を生成する際、グレースケールのワーク画像は、測定に直接使用される画像であることから、高倍側撮像素子５５で撮像した高倍画像とし、色情報を生成するためのワーク画像、即ち、赤照明時のワーク画像、緑照明時のワーク画像及び青照明時のワーク画像は、低倍側撮像素子５６で撮像した低倍画像とする。したがって、低倍画像に基づいて生成された色情報を、高倍画像であるグレースケールのワーク画像に付加することでカラー画像を取得している。低倍側撮像素子５６による撮像では深度が深くなるので、低倍側撮像素子５６で色情報を生成するためのワーク画像を取得することで、短時間で広い範囲及び深い深度の色情報を取得することができる。取得した色情報の深度の浅い高倍側撮像素子５５で撮像したワーク画像に付加できる。

グレースケールのワーク画像は、色情報を生成するためのワーク画像と別の撮影条件（露光、照明強度、照明種類、レンズ倍率など）で撮影した画像を用いることができる。他にも、照明条件やフォーカス条件などが異なるワーク画像に対して色情報を付加してもよい。また、撮像部５０によりリアルタイムに撮影される画像が単チャネルであっても、色情報生成部３ｆが取得したカラー情報を付加することが可能である。

次いでステップＳＤ４に進む。ステップＳＤ４では、ステップＳＤ３で撮像した範囲に隣接する部分の撮像が必要か否かを判定する。この判定時には、ステップＳＤ２の探索結果を使用し、ステップＳＤ３で撮像した範囲外にもワークＷが存在していて、その部分の撮像が必要である場合には、ステップＳＤ４でＹＥＳと判定されてステップＳＤ５に進む。ステップＳＤ５では、ワークＷの他の部分が撮像部５０の撮像視野に入るようにＸＹ方向駆動部２３を制御して、ステージ２１を移動させる。その後、ステップＳＤ３に進み、１回目に撮像した部分とは別の部分を撮像部５０により撮像する。ステップＳＤ５、ＳＤ３は、必要な回数だけ繰り返され、取得した複数のワーク画像を連結する連結処理が実行される。つまり、制御部３ｄは、ＸＹ方向駆動部２３及び撮像部５０を制御し、ワークの異なる部位についての複数のワーク画像を生成し、生成された複数のワーク画像を連結することで撮像部５０の撮像視野よりも広い領域の画像である連結画像を生成する。色情報生成部３ｆにより生成されたワークの色情報は連結画像にも付加する。これにより、カラーの連結画像を取得できる。尚、ステップＳＤ４でＮＯと判定された場合には、更なる撮像は不要であるため、このフローを終了する。

その後、図７に示すフローチャートのステップＳＣ６に進む。ステップＳＣ６では、制御部３ｄが、ステップＳＣ５でカラー画像を生成した場合にはカラー画像を表示部４に表示させ、一方、ステップＳＣ４でグレーススケール画像を生成した場合にはグレースケール画像を表示部４に表示させる。また、制御部３ｄは、連結画像を生成した場合には、カラーの連結画像またはグレースケールの連結画像を表示部４に表示させる。また、制御部３ｄは、ライブビュー画像を生成した場合には、カラーのライブビュー画像またはグレースケールのライブビュー画像を表示部４に表示させる。

ステップＳＣ６では、フロントカメラ４８が撮像した俯瞰画像を表示部４に表示させることもできる。フロントカメラ４８が複数の俯瞰画像を撮像している場合には、複数の俯瞰画像を表示部４にサムネイル表示させることができる。すなわち、各俯瞰画像を縮小して所定方向に並べて表示させ、ユーザが任意の一の縮小画像を選択すると、制御部３ｄは、選択された縮小画像に対応する俯瞰画像を表示部４に表示させる。

ステップＳＣ７では、測定手段を判定する。測定手段には、ワーク画像に基づいてワークＷの寸法測定を行う画像測定部３ａ、タッチプローブ８０を用いて三次元座標を測定する座標測定部３ｂ、非接触変位計７０を用いて変位を測定する変位測定部３ｃが含まれている。画像測定部３ａ、座標測定部３ｂ及び変位測定部３ｃのうち、ユーザは任意の測定手段を選択することが可能である。例えば、表示部４に表示させたユーザーインターフェース画面上で測定手段の選択操作がなされた場合には、その選択操作が受付部３ｅで受け付けられる。

ステップＳＣ７で画像測定部３ａが選択されていると判定されるとステップＳＣ８に進み、また座標測定部３ｂが選択されていると判定されるとステップＳＣ９に進み、また変位測定部３ｃが選択されていると判定されるとステップＳＣ１０に進む。

画像測定が選択された場合（ステップＳＣ８）の詳細を図９に示すフローチャートに示す。スタート後のステップＳＥ１では、制御部３ｄが、ワークＷの画像測定に対応した撮像条件に変更する。撮像条件には、照明、露光時間等が含まれている。

ステップＳＥ２では、ユーザによる形状種別の指定を受付部３ｅが受け付ける。ステップＳＥ３では、ユーザによるエッジ抽出領域の指定を受付部３ｅが受け付ける。エッジ抽出領域は、ワーク画像上でエッジとして抽出し、測定に利用する領域とすることができる。ステップＳＥ４では、撮像部５０がステージ２１上のワークＷを撮像する。ステップＳＥ５では、ステップＳＥ４で取得されたワーク画像上でエッジ点を複数検出する。エッジ点は、ワーク画像上の輝度値の変化に基づいて検出可能である。ステップＳＥ６では、複数のエッジ点を通るフィッティング線を算出する。その後、ステップＳＥ７ではフィッティング線を利用して画像測定部３ａが寸法を算出する。画像測定部３ａは、高倍側撮像素子５５により生成された高倍画像に基づいてワークＷの寸法測定を行う。

また、図７に示すフローチャートのステップＳＣ９で座標測定が選択された場合の詳細を図１０に示すフローチャートに示す。スタート後のステップＳＦ１～ＳＦ６は、図９に示すフローチャートのＳＥ１～ＳＥ６と同じである。その後、ステップＳＦ７では、座標測定のためのスキャンライン、即ちタッチプローブ８０のスキャンラインを算出する。ステップＳＦ８では、タッチプローブ８０による測定動作を行い、その後、ステップＳＦ９で再度フィッティング線を算出した後、ステップＳＦ１０で座標測定部３ｂが寸法を算出する。

次に、図７に示すフローチャートのステップＳＣ１０（非接触変位計７０を用いた測定）での詳細を図１１に示すフローチャートに示す。スタート後のステップＳＧ１では、非接触変位測定用のパラメータを設定する。その後、ステップＳＧ２に進み、制御部３ｄは、ワーク画像上で高さ測定箇所の指定を受け付ける。ステップＳＧ２ではＸＹ方向の位置指定である。例えばユーザが表示部４に表示されているワーク画像を見ながら、所望の測定箇所を確認し、その測定箇所をマウス６等によって指定してもよいし、座標等の位置特定情報を数値で入力して測定箇所を特定してもよい。測定箇所は複数指定できる。

測定箇所の指定後、ステップＳＧ３に進み、制御部３ｄは、ステップＳＧ２で指定された測定箇所に非接触変位計７０の測定光が照射されるように、ステージ２１を制御する。具体的には、制御部３ｄがＺ方向駆動部２５及びＸＹ方向駆動部２３を制御して、ステップＳＧ２で指定された測定箇所に非接触変位計７０の焦点を一致させる。そして、ステップＳＧ４では測定光を出射して測定を実行する。ステップＳＧ５では、変位測定部３ｃが寸法を算出する。このとき平均化処理を実行してもよい。

ステップＳＧ２で測定箇所（非接触測定要素ともいう）を指定する場合の詳細について説明する。Ｚ方向駆動部２５は、上述したように、撮像部５０の焦点位置を調整する焦点調整機構であり、ＸＹ方向駆動部２３によってステージ２１が所望の測定位置まで水平方向に移動された状態で非接触変位計７０により行われた非接触測定の測定結果に基づいて、撮像部５０の焦点位置を調整することができる。この撮像部５０の焦点位置の調整にあたり、記憶部７には、撮像部５０及び非接触変位計７０の固定位置関係が記憶されている。撮像部５０及び非接触変位計７０の固定位置関係には、撮像部５０及び非接触変位計７０の高さ関係、水平方向の離間距離等が含まれている。固定位置関係が記憶されていることで、例えば、撮像部５０及び非接触変位計７０の一方の位置を特定すれば他方の位置を特定することが可能になる。したがって、非接触変位計７０の測定結果を取得した場合、Ｚ方向駆動部２５は、非接触変位計７０の測定結果と、撮像部５０及び非接触変位計７０の固定位置関係とに基づいて、撮像部５０の焦点位置を調整することが可能になる。

非接触変位計７０による非接触測定の測定結果に基づいて撮像部５０の焦点位置を調整する調整処理を実行するか否かの選択はユーザが行うことできる。例えば、調整処理を実行するか否かの選択が可能なユーザーインターフェース画面を受付部３ｅが生成して表示部４に表示させる。ユーザがユーザーインターフェース画面上で「調整処理を実行する」を選択すると、受付部３ｅがその選択操作を受け付け、Ｚ方向駆動部２５は、非接触測定の測定結果に基づいて撮像部５０の焦点位置を調整する。一方、ユーザがユーザーインターフェース画面上で「調整処理を実行しない」を選択すると、受付部３ｅがその選択操作を受け付け、Ｚ方向駆動部２５は、上記調整処理を実行しない。

非接触測定要素の説明の前に、図１２～図１４に基づいて、画像測定による測定結果の取得について説明する。図１２は、非接触変位計７０で変位測定を行うワークＷを撮像したワーク画像の例を示しており、表示部４に表示される。ワーク画像中の円４００で囲んだ部分のエッジを検出する場合を想定する。図１３は、撮像部５０による測定高さをワークＷの上面Ｗ１に合わせた場合のワーク画像であり、上面Ｗ１に合わせると、ワークＷのエッジＷ２はぼけている。これは、ワークの上面Ｗ１の縁部に面取り加工が施されていて、当該縁部が下降傾斜した面で構成されていることによる。尚、上面Ｗ１の高さは、３５．０４１ｍｍである。

一方、図１４は、撮像部５０による測定高さをワークＷのエッジＷ２に合わせた場合のワーク画像である。エッジＷ２は、面取り加工された部分の外縁部、即ちワークＷの外面に対応する部分である。撮像部５０による測定高さをエッジＷ２に合わせた場合の高さは、３５．８１０ｍｍである。ワークＷの上面Ｗ１とエッジＷ２の高さの差は－０．２３１ｍｍとなっている。このように、画像測定であれば、ワークＷのエッジＷ２に焦点を合わせて測定結果を取得することは可能であるが、一般的な非接触変位計で測定する高さは、面の高さとなるため、エッジＷ２の高さを直接測定することはできない。

本例では、まず、表示部４に表示されたワーク画像上で、非接触変位計７０による非接触測定を行うための非接触測定要素と、ワークＷの特徴パターンとを事前に設定しておく。非接触測定要素については、マウス６等を操作してユーザがワーク画像上の任意の点または領域を指定する。指定された非接触測定要素は設定部３ｇで設定される。設定部３ｇは、例えば図１５に示す非接触測定要素の設定が可能なユーザーインターフェース画面４１０を表示部４に表示させる。ユーザーインターフェース画面４１０には、ワーク画像が表示される画像表示領域４１１と、測定ツール等の設定が可能な測定設定領域４１２とが設けられている。図１６は、非接触高さ測定が選択された場合のユーザーインターフェース画面４１０を示す。非接触高さ測定が選択されると、パラメータの設定が可能なパラメータ設定領域４１３が表示される。非接触測定要素は符号４１４で示している。

図１７は、非接触測定要素の特定後、撮像部５０で撮像する高さを、図１５で測定したワークＷの上面の高さから相対的に指定する場合を示している。図１７に示すパラメータ設定領域４１３では、撮像高さを数値で指定することが可能になっており、基準として、図１５で測定したワークＷの上面の高さの指定が可能であるとともに、基準からの高さ（オフセット量）も指定可能になっている。この例では、基準からの高さ（－０．９０５）がオフセット量となっている。オフセット量は、ユーザがキーボード５やマウス６等を操作して指定することができる。オフセット量は、現在の高さ（撮像部５０で撮像する高さ、すなわち、撮像部５０の焦点位置）から自動的に算出することも可能である。

すなわち、図６に示すように、制御ユニット３は、指定部３ｉを備えている。指定部３ｉは、上述した非接触変位計７０により非接触測定が行われて非接触測定の測定結果が取得されると、その測定結果から高さ方向にオフセットしたオフセット量の指定をユーザから受け付けることができる。また、オフセット量を自動的に算出する場合、自動的に算出されたオフセット量も指定部３ｉで受け付けることができる。受け付けたオフセット量は、一時的に記憶される。なお、オフセット量の自動算出は、指定部３ｉにより行われてもよいし、制御ユニット３により行われてもよい。

図１８では、透過照明３０によりワークＷを照明して撮像部５０で撮像したワーク画像に基づいてワークＷのエッジを抽出する。エッジを符号４１５で示す。図１８に示す例では、所定の高さで抽出したエッジ４１５との距離を測定できる。非接触測定要素４１４については、エッジ４１５とは異なる高さで測定される。すなわち、Ｚ方向駆動部２５は、非接触変位計７０により行われた非接触測定の測定結果に、指定部３ｉで受け付けられたオフセット量を適用して撮像部５０の焦点位置を調整する。そして、画像測定部３ａは、撮像部５０の焦点位置が調整された状態で撮像部５０により生成されたワーク画像に基づいて、ワークＷの寸法測定を行う。撮像部５０と非接触変位計７０の測定順序は必要に応じて並び替えることができる。この並び替え処理は、測定実行時に行ってもよい。

また、設定部３ｇは、測定実行時にワークＷの位置及び姿勢を特定するための特徴パターンを設定する。特徴パターンを設定する際には、例えばユーザがマウス６等を操作してワーク画像上のワークＷに対応する部分に特徴パターンが含まれるように領域指定する。特徴パターンの設定の方法は、特に限られるものではなく、自由曲線で領域指定してもよいし、特徴パターンのみ指定する方法であってもよい。また、特徴パターンを設定部３ｇが自動的に抽出する方法で設定してもよい。

特徴パターンは、ワークＷの一部の形状、模様、色、記号、文字等であってもよく、特徴量情報とも呼ぶことができる。また、特徴パターンは、表示部４に表示されたワーク画像上で、測定実行時にワークＷの位置及び姿勢を特定するための情報であればよく、どのような種別の情報であってもよい。複数の特徴パターンによって特徴量情報が構成されていてもよい。設定部３ｇにより設定された特徴パターンに対する非接触測定要素の相対位置関係は記憶部７に記憶される。

測定設定時には、画像測定部３ａでワークＷのエッジを測定した後、非接触変位計７０で非接触測定要素の高さを測定し、その後、画像測定部３ａで測定する部分の高さ（撮像部５０で撮像する部分の高さ）を、非接触変位計７０の測定結果に基づいて相対的に指定し、その後、測定順序の並び替え処理を実行することができる。

また、別の例として、非接触変位計７０で非接触測定要素の高さを測定した後、画像測定部３ａでワークＷのエッジを測定することもできる。この場合、画像測定部３ａでワークＷのエッジを測定する時に、画像測定部３ａで測定する部分の高さを、非接触変位計７０の測定結果に基づいて相対的に指定する。

設定を編集こともできる。設定を編集する際には、非接触変位計７０で非接触測定要素の高さを測定した後、画像測定部３ａでワークＷのエッジを測定する。この編集時にも、画像測定部３ａでワークＷのエッジを測定する時に、画像測定部３ａで測定する部分の高さを、非接触変位計７０の測定結果に基づいて相対的に指定する。編集時に、測定順序の並び替え処理を実行することができる。

図７のフローチャートのステップＳＣ１０の後、ステップＳＣ１１に進む。ステップＳＣ１１では、測定ツールを設定する。例えば線と線との離間寸法を測定するツール、径を測定するツール、角度を測定するツール等を一覧形式で表示部４に表示しておき、ユーザが所望のツールを選択可能にしておくことができる。ユーザによって選択された測定ツールは保存される。

ステップＳＣ１２では、ステップＳＣ１１で設定された測定ツールによる測定結果を表示部４のワーク画像に重畳表示させる。カラー画像を取得している場合には、カラー画像に測定結果を重畳表示させる。測定結果を重畳表示する範囲の設定を受付部３ｅにより予め受け付けておくことも可能である。測定設定時に、例えばユーザが表示部４に表示されているカラー画像上で、測定結果を重畳表示したい範囲を指定すると、その範囲が受付部３ｅで受け付けられた後、記憶部７に記憶される。測定実行時には、指定された範囲を記憶部７から読み出し、指定された範囲内にのみ、測定結果を重畳表示する。尚、ライブビュー画像を取得している場合には、動画に測定結果を表示することも可能である。

また、ステップＳＣ１３では、例えば画像測定部３ａによる測定結果が取得された場合、フロントカメラ４８により生成された俯瞰画像または三次元画像上に画像測定部３ａの測定結果を重畳表示させる。

ステップＳＣ１４では、他の測定要素がないか判定する。他の測定要素があれば、ステップＳＣ７に戻る。他の測定要素がなければ、ステップＳＣ１５に進む。ステップＳＣ１５では、パターンサーチの設定を行う。詳細は後述するが、パターンサーチは、図６に示す特定部３ｈによって実行される。その後、ステップＳＣ１６では、このフローチャートに示す各処理で設定した設定情報を記憶部７に記憶する。

（タッチプローブの測定動作）
次に、タッチプローブ８０の測定動作の詳細、即ち、図１０に示すフローチャートのステップＳＦ８の詳細について、図１９に示すフローチャートに基づいて説明する。スタート後、フローには示していないが、制御部３ｄは、測定実行部２４を上方へ退避位置まで移動させてから、タッチプローブ８０にスタイラス８３を装着する。その後、ステップＳＨ１に進み、スキャンラインの開始点にタッチプローブ８０を相対的に移動させる。

ステップＳＨ２では、制御部３ｄが、ＸＹ方向駆動部２３及びＺ方向駆動部２５を制御してタッチプローブ８０をスキャンラインの向きに相対的に移動させる。ステップＳＨ３では、タッチプローブ８０が接触を検知したか否かを判定する。タッチプローブ８０が接触を検知しなければ、タッチプローブ８０をスキャンラインの向きに相対的に移動させ続ける。タッチプローブ８０がワークＷに接触したとき、移動を停止させるとともに、ステップＳＨ３ではＹＥＳと判定されてステップＳＨ４に進む。

ステップＳＨ４では、タッチプローブ８０がワークＷに接触したときのＸ、Ｙ、Ｚ座標を座標測定部３ｂが取得し、測定値とする。ステップＳＨ５では、制御部３ｄが、ＸＹ方向駆動部２３及びＺ方向駆動部２５を制御してタッチプローブ８０をスキャンラインの開始点まで戻す。ステップＳＨ６では、全てのスキャンラインについて測定が完了したか否かを判定する。全てのスキャンラインの測定が完了した場合には、ステップＳＨ７に進み、制御部３ｄは、Ｚ方向駆動部２５を制御し、測定実行部２４を上方へ退避位置まで移動させる。その後、必要に応じてスタイラス８３を取り外して格納する。

ステップＳＨ６でＮＯと判定されて測定が完了していないスキャンラインが存在する場合には、ステップＳＨ８に進み、退避方法を判定する。退避方法がＺ方向に退避する方法である場合には、ステップＳＨ９に進み、制御部３ｄは、Ｚ方向駆動部２５を制御し、測定実行部２４を上方へ移動させる。ステップＳＨ１０では、制御部３ｄが、ＸＹ方向駆動部２３を制御してタッチプローブ８０をスキャンラインの開始点（Ｘ，Ｙ）まで相対的に移動させる。その後、ステップＳＨ１１では、制御部３ｄが、Ｚ方向駆動部２５を制御してタッチプローブ８０をスキャンラインの開始点（Ｚ）まで相対的に移動させる。

退避方法が多角形退避の方法である場合には、ステップＳＨ１２に進む。ステップＳＨ１２では、制御部３ｄが、ＸＹ方向駆動部２３を制御し、測定要素の周方向に沿って多角形となるように、スキャンラインの開始点（Ｘ，Ｙ）にタッチプローブ８０を相対的に移動させる。

退避しない場合には、ステップＳＨ１３に進み、御部３ｄが、ＸＹ方向駆動部２３を制御してタッチプローブ８０をスキャンラインの開始点（Ｘ，Ｙ）まで相対的に移動させる。

（測定実行時）
図２０Ａ、図２０Ｂは、画像測定装置１の測定実行時の手順の一例を示すフローチャートである。スタート後のステップＳＩ１では、記憶部７に記憶されている設定情報を読み出す。例えば、基準領域、サーチ領域（サーチ領域の位置および大きさを含む）、特徴パターン等を読み出す。

ステップＳＩ２では、撮像部５０によってステージ２１を上方から撮像し、平面視画像を取得して表示部４に表示させる。ステップＳＩ２では、連結画像を表示させてもよいし、フロントカメラ４８で撮像した俯瞰画像であってもよい。また、撮像部５０は、高倍側撮像素子５５と低倍側撮像素子５６のうちいずれか一方の撮像素子を用いて連結画像を取得してもよいし、両方の撮像素子を用いて各々連結画像を取得してもよい。上述したように、本実施形態ではビームスプリッタ５２による二分岐光学系の構成を採用しているので、高倍画像と低倍画像を同時に取得して、高倍画像を連結した第１の連結画像と、低倍画像を連結した第２の連結画像とを取得してもよい。

ステップＳＩ３では、ゴースト表示を実行するか否かを判定する。例えば、測定設定時にユーザが「ゴースト表示する」を選択していれば、ステップＳＩ３でＹＥＳと判定されてステップＳＩ４に進み、制御部３ｄが、サーチ領域を表示部４にゴースト表示して、ワークＷのステージ２１上における適切な位置への載置を誘導する。ゴースト表示とは、測定設定時に予め設定しているサーチ領域を平面視画像に重畳表示させることであり、例えば、サーチ領域を平面視画像よりも薄く表示して平面視画像の認識の邪魔にならないようにする。測定設定時にユーザが「ゴースト表示しない」を選択していれば、ステップＳＩ３でＮＯと判定されてステップＳＩ５に進む。連結画像、俯瞰画像等にゴースト表示してもよい。

ステップＳＩ５では、サーチ領域を指定するか否か判定する。すなわち、測定実行時に、ユーザが特徴パターンのサーチ領域を指定する場合には、ステップＳＩ５でＹＥＳと判定されてステップＳＩ６に進む一方、サーチ領域を指定しない場合には、ステップＳＩ７に進む。サーチ領域の指定は、例えば平面視画像、連結画像、俯瞰画像等のうち、任意の画像上で、ユーザがマウス６等の操作によって特定の領域を囲む操作を行うことで実行される。このとき、例えば、ワークＷ全体を、撮像部５０（又はステージカメラ４６，４７やフロントカメラ４８であってもよい）で撮像して取得した俯瞰画像を表示部４に表示させている場合、表示部４に表示した俯瞰画像上でユーザによるサーチ領域の指定を受け付けることができる。なお、斜めから撮像するフロントカメラ４８よりも、真上から撮像する撮像部５０やステージカメラ４６，４７を用いることにより、サーチ範囲は指定しやすくなる。

ステップＳＩ７では、測定開始ボタン２ａが押されたか否かを判定する。測定開始ボタン２ａが押されるまでは、ステップＳＩ２～ＳＩ７を繰り返しており、測定開始ボタン２ａが押されたタイミングで、ステップＳＩ８に進む。ステップＳＩ８では、俯瞰画像を表示部４に表示させるか否かを判定する。測定設定時にユーザが「俯瞰画像を表示する」を選択していれば、ステップＳＩ８でＹＥＳと判定されてステップＳＩ９に進み、制御部３ｄが、フロントカメラ４８で撮像した俯瞰画像を表示部４に表示させる。測定設定時にユーザが「俯瞰画像を表示しない」を選択していれば、ステップＳＩ８でＮＯと判定されてステップＳＩ１０に進む。

ステップＳＩ１０では、カラー画像を生成するか否かを判定する。測定設定時にユーザが「カラー画像を生成する」を選択していれば、ステップＳＩ１０でＹＥＳと判定されてステップＳＩ１２に進む。ステップＳＩ１２では、図７に示すステップＳＣ５と同様な処理によりワークＷのカラー画像（測定用に新たに生成されたワーク画像）を生成する。一方、測定設定時にユーザが「カラー画像を生成しない」を選択していれば、ステップＳＩ１０でＮＯと判定されてステップＳＩ１１に進む。ステップＳＩ１１では、図７に示すステップＳＣ４と同様な処理によりワークＷのグレースケール画像（測定用に新たに生成されたワーク画像）を生成する。

次に、図２０ＢのステップＳＩ１３に進む。ステップＳＩ１３では、パターンサーチの対象画像を取得する。例えば、制御部３ｄは、ステップＳＩ１１で測定用に新たに生成されたワークＷのカラー画像、またはステップＳＩ１２で測定用に新たに生成されたワークＷのグレースケール画像をパターンサーチの対象画像として取得することができる。パターンサーチの対象画像を取得した後、ステップＳＩ１４に進み、特定部３ｈは、測定用に新たに生成されたワーク画像から特徴パターンの位置及び姿勢を特定する。このとき、ステップＳＩ６でユーザによりサーチ領域が指定されている場合、指定されたサーチ領域に絞って特徴パターンの位置及び姿勢を特定する。これにより、処理速度が向上する。

また、連結画像をワーク画像とする場合には、制御部３ｄは、撮像部５０の視野範囲にワークＷが入るまでステージ２１をＸＹ方向に移動させるようにＸＹ方向駆動部２３を制御し、視野範囲にワークＷが入ったら、視野範囲に入ったワークＷを撮像部５０で撮像する。その後、視野範囲にワークＷの別の部分が入るようにステージ２１をＸＹ方向に移動させた後、視野範囲に入ったワークＷの別の部分を撮像部５０で撮像する。このようにして取得した複数の画像を連結した連結画像がワーク画像となり、連結画像から特徴パターンの位置及び姿勢を特定する。この場合も、ユーザによりサーチ領域が指定されている場合、指定されたサーチ領域に絞って特徴パターンの位置及び姿勢を特定する。

その後、ステップＳＩ１５に進む。ステップＳＩ１５では、制御部３ｄが、ステップＳＩ１４で特定されたワークＷの位置及び姿勢に基づいて測定箇所を特定する。例えば、測定実行時に新たに生成されたワーク画像に基づくワークＷの位置または姿勢の少なくとも一方が、測定設定時に用いたワークＷの位置または姿勢と異なっている場合には、ステップＳＩ１４で特定されたワークＷの位置及び姿勢に基づいて、ワークＷの位置または姿勢を補正することができる。位置は、Ｘ座標、Ｙ座標で特定され、また姿勢はＸ軸周りの回動角度、Ｙ軸周りの回動角度で特定される。位置を補正することを位置補正、姿勢を補正することを姿勢補正と呼ぶことができるが、これらを合わせて位置補正と呼んでもよい。

また、制御部３ｄは、撮像部５０により測定用に新たに生成されたワーク画像に対してパターンサーチを実行してエッジ測定要素を特定し、特定したエッジ測定要素からエッジを抽出し、抽出されたエッジに基づいて測定箇所を特定することができる。

接触目標位置を特定した後、ステップＳＩ１６に進む。ステップＳＩ１６では、測定箇所が複数ある場合に、測定箇所の順序を決定する。ステップＳＩ１７～ＳＩ２０は、図７に示すフローチャートのステップＳＣ７～ＳＣ１０と同じである。

（測定実行時における撮像部の焦点調整）
本例では、測定設定時に説明したように、非接触変位計７０により行われた非接触測定の測定結果に基づいて、撮像部５０の焦点位置の調整が可能になっており、この制御は測定実行時にも行われる。

測定実行時には、図２０Ｂに示すフローチャートのステップＳＩ１４で、特定部３ｈが、新たに生成されたワーク画像から特徴パターンの位置及び姿勢を特定し、特定された位置及び姿勢、ならびに特徴パターンに対する非接触測定要素の相対位置関係に基づいて非接触測定要素の位置を特定する。特定部３ｈにより特定された位置の非接触測定が非接触変位計７０により行われるよう、ＸＹ方向駆動部２３がステージ２１を移動させる。

その後、非接触変位計７０が非接触測定要素の測定を実行する。これにより、非接触測定要素の高さが取得される。Ｚ方向駆動部２５は、非接触変位計７０により行われた非接触測定の測定結果とオフセット量に基づいて、撮像部５０の焦点位置を調整する。撮像部５０の焦点位置が調整された状態で撮像部５０によりワーク画像を生成する。画像測定部３ａは、撮像部５０により生成されたワーク画像に基づいて、ワークの寸法測定を行う。

ワークＷのばらつきが大きいとユーザが判断した場合には、例えば測定順序の並び替え処理を実行した後、画像測定部３ａでワークＷのエッジを測定してもよい。

上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

以上説明したように、本開示は、ステージに載置したワークの三次元座標を測定する場合に利用できる。

１ 画像測定装置
３ａ 画像測定部
３ｂ 座標測定部
３ｃ 変位測定部
３ｄ 制御部
３ｅ 受付部
３ｇ 設定部
３ｈ 特定部
３ｉ 指定部
４ 表示部
７ 記憶部
２１ ステージ
２３ ＸＹ方向駆動部
２５ Ｚ方向駆動部
３０ 透過照明（投光部）
４０ 同軸落射照明（投光部）
４５ リング照明（投光部）
５０ 撮像部
７０ 非接触変位計
８０ タッチプローブ

Claims (6)

1. ワークが載置されるステージと、
   前記ステージを移動可能に支持するベースと、
   前記ベースに設けられ、前記ステージ上のワークに検出光を照射する投光部と、
   前記投光部により照射された検出光を受光してワーク画像を生成する撮像部と、
   前記ステージの上方から測定光を出射し、該測定光を受光することにより、前記ステージ上のワークの高さを非接触で測定する非接触測定部と、
   前記ベースに連結され、前記ステージの上方において前記撮像部と前記非接触測定部を支持する支持部と、
   測定設定時に、前記撮像部により生成されたワーク画像を表示する表示部と、
   前記表示部に表示されたワーク画像上で、前記非接触測定部による非接触測定を行うための非接触測定要素、および、測定実行時にワークの位置及び姿勢を特定するための特徴パターンを設定する設定部と、
   前記設定部により設定された特徴パターンに対する前記非接触測定要素の相対位置関係を記憶する記憶部と、
   測定実行時に、前記撮像部により新たに生成されたワーク画像から、前記特徴パターンの位置及び姿勢を特定し、特定された位置及び姿勢ならびに前記記憶部に記憶された前記相対位置関係に基づいて前記非接触測定要素の位置を特定する特定部と、
   前記特定部により特定された位置の非接触測定が前記非接触測定部により行われるよう、前記ステージを移動させる駆動部と、
   前記駆動部により前記ステージが移動された状態で前記非接触測定部により行われた非接触測定の測定結果に基づいて、前記撮像部の焦点位置を調整する焦点調整機構と、
   前記焦点調整機構により前記撮像部の焦点位置が調整された状態で前記撮像部により生成されたワーク画像に基づいて、ワークの寸法測定を行う測定部と、
   を備えることを特徴とする画像測定装置。
2. 請求項１に記載の画像測定装置において、
   非接触測定の測定結果に基づいて前記撮像部の焦点位置を調整する調整処理を実行するか否かの選択を受け付ける受付部を備え、
   前記焦点調整機構は、前記受付部により、前記調整処理を実行すると選択されている場合には前記調整処理を実行することを特徴とする画像測定装置。
3. 請求項１に記載の画像測定装置において、
   前記記憶部は、前記撮像部及び前記非接触測定部の固定位置関係を記憶し、
   前記焦点調整機構は、非接触測定の測定結果と前記固定位置関係に基づいて、前記撮像部の焦点位置を調整することを特徴とする画像測定装置。
4. 請求項１に記載の画像測定装置において、
   前記非接触測定部により行われた非接触測定の測定結果から高さ方向にオフセットしたオフセット量の指定を受け付ける指定部を備え、
   前記焦点調整機構は、前記非接触測定部により行われた非接触測定の測定結果に前記オフセット量を適用して前記撮像部の焦点位置を調整することを特徴とする画像測定装置。
5. 請求項４に記載の画像測定装置において、
   前記指定部は、ユーザ操作に基づく前記オフセット量の指定を受け付けることを特徴とする画像測定装置。
6. 請求項４に記載の画像測定装置において、
   前記指定部は、前記撮像部の焦点位置に基づき自動的に算出された前記オフセット量の指定を受け付けることを特徴とする画像測定装置。