JP3296513B2 - 微小径測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、線引きダイスおよびこ
れにより引抜かれる線の微小径を、顕微鏡を用いて自動
的に精密測定する微小径測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】線引きダイスの孔径は、０．０１〜２．
０mmという小さい値を持つ。従来よりある測定装置を用
いてこれだけの微小な孔の径を精密に測定することは困
難である。ＪＩＳ規格においても、線引きダイスの孔径
は引き抜いた線径の測定値をもって定めている。しか
し、ユーザーには、線引きダイスの孔径を直接精密に測
定し、更にこれにより出来上がる線径を予測するシステ
ムを構築したいという要求がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】顕微鏡を用いた測定装
置において、焦点合わせと透過照明開口絞りの調整は、
精度よく測定するための重要な要素である。しかし従
来、焦点合わせの自動化は実施しても、開口絞りを自動
化したものはない。本発明は、この様な事情を考慮して
なされたもので、顕微鏡による拡大像を用いて線引きダ
イスおよびこれにより引抜かれる線の微小径を自動的に
精密測定する微小径測定装置を提供することを目的とす
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、線引きダイス
およびこれにより引抜かれた線の径を測定する微小径測
定装置であって、線引きダイスまたはこれにより引抜か
れた線の拡大像を得る顕微鏡と、この顕微鏡の拡大像を
撮像する撮像装置と、この撮像装置の出力信号をディジ
タル化しエッジ座標検出を行って前記線引きダイスの孔
径または引抜かれた線の線径を演算する画像処理手段
と、前記顕微鏡の照明光の光量および照明開口絞りを自
動調整する顕微鏡制御手段と、測定すべき孔径および線
径のそれぞれに適する顕微鏡の照明光の光量および照明
開口絞りの開口数の最適値、および線引きダイスの実測
された孔径とその線引きダイスにより引抜かれた線の実
測された線径との相関式を記憶する記憶装置を有し、測
定すべき寸法値を入力することにより前記記憶装置のデ
ータに基づいて前記顕微鏡制御手段を最適制御すると共
に、前記画像処理手段により得られた線引きダイスの孔
径またはこれにより引抜かれた線の線径の一方の測定値
から他方の測定値を予測する演算部を有するシステム制
御手段とを備えたことを特徴としている。

【０００５】

【作用】本発明によると、線引きダイスの径またはその
線引きダイスにより引抜かれた線の径を顕微鏡の拡大像
を撮像して画像処理することにより精密測定することが
できる。本発明においてはまた、線引きダイスの径とそ
の線引きダイスにより引抜かれた線の径とを同じ装置で
測定してそれらの相関式を求め、この相関式を記憶して
おくことにより、線引きダイスの径または線の径の一方
を測定したときに他方の値を精密に予測することができ
る。更に本発明では、顕微鏡の焦点，照明光の光量およ
び照明開口絞りが、測定すべき孔径や線径に応じて自動
制御され、これにより高精度の微小径測定ができる。

【０００６】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。図１は、本発明の一実施例に係る微小径測定
装置の構成を示す。図２は、被測定物の一つである線引
きダイスの構造例を示す。図１のようにこの装置は、テ
ーブル１４上に置かれた線引きダイス１５（またはこの
線引きダイスにより引抜かれた線）の透過拡大像を得る
光学顕微鏡１、この顕微鏡１の焦点等を自動調整する顕
微鏡制御装置２、顕微鏡１に取り付けられたＣＣＤカメ
ラ３、このＣＣＤカメラ３の出力信号を処理する画像処
理装置４、および顕微鏡制御装置２を制御するコンピュ
ータ等のシステム制御装置５を有する。システム制御装
置５は、顕微鏡制御装置２の制御の他、画像処理装置４
により得られた線引きダイスの孔径データまたは線径デ
ータの一方に基づいて、他方を予測する機能を持ってい
る。

【０００７】ＣＣＤカメラ３により得られる画像や、こ
れを画像処理して得られる線引きダイスの孔径データ，
線径データ、更にこれらの予測データを出力表示するた
めにディスプレイ５およびプリンタ６が設けられてい
る。

【０００８】顕微鏡１は、テーブル１４上に載置された
線引きダイス１５の照明装置１１による透過拡大像を得
るものである。照明装置１１の照明光量および開口絞り
１２の絞り駆動部１３は、それぞれ顕微鏡制御装置２内
の光量制御部２４および絞り制御部２３により自動制御
される。顕微鏡１の対物レンズ１６はレンズマウント１
７に取り付けられていて、レンズ切替え装置１８は、顕
微鏡制御装置２内のレンズ交換制御部２２により切替え
制御される。対物レンズ１６は手動による切り替えも勿
論できる。顕微鏡１の焦点調整部１９は、同じく顕微鏡
制御装置２内の焦点制御部２１により自動制御される。
焦点制御部２１は、ＣＣＤカメラ２１にある焦点検出部
２１からの焦点検出データが取り込まれて、このデータ
に基づいて焦点の最適制御を行うものである。

【０００９】顕微鏡制御装置２内のレンズ交換制御部２
２，絞り制御部２３、光量制御部２４には、システム制
御装置５から制御データが送られる。システム制御装置
５は、ＣＰＵ５１，演算回路５２およびメモリ５３によ
り構成されている。メモリ５３には、各種のシステム制
御データ記憶部５３ａの他に、測定すべき線引きダイス
の孔径や引抜かれた線の線径とこれらに対する顕微鏡１
の照明光の光量および照明開口絞りの開口数（ＮＡ）の
最適値との間の予め求められた相関関係を記憶する顕微
鏡調整用データ記憶部５３ｂ、および実測された線引き
ダイスの孔径と線径との相関式を記憶する予測用データ
記憶部５３ｃを有する。これらの各記憶部５３ａ〜５３
ｃはそれぞれ別個のメモリであってもよい。そしてキー
ボード等の入力装置から測定すべき線引きダイスの孔径
の規格値を入力することにより、そのメモリ５３のデー
タに基づいて顕微鏡制御装置２に最適制御信号が送られ
るようになっている。

【００１０】画像処理装置４は、ＣＣＤカメラ３の出力
信号をディジタル化するＡ／Ｄコンバータ４１、得られ
たディジタルデータを記憶するフレームメモリ４２、こ
のフレームメモリ４２のデータを所定のスライスレベル
でスライスして２値化する２値化回路４３、２値化され
たデータからエッジ座標検出を行うエッジ座標検出回路
４４、および検出されたエッジ座標データから線引きダ
イスの孔径または引抜かれた線の線径を算出する演算回
路４５により構成されている。

【００１１】画像処理装置４により得られた線引きダイ
スの孔径または線径は、システム制御装置５に送られ、
演算回路５２において孔径または線径の一方の値から他
方の値を求める演算が行われる。線引きダイスの孔径と
この線引きダイスにより引抜かれた線の線径の関係は、
それぞれについて実測したデータに基づいて予め相関式
が求められて、その相関式が前述のようにメモリ５３の
予測用データ記憶部５３ｃに記憶されている。その相関
式に基づいて、演算回路５２では測定した孔径から線径
の予測、または測定した線径から孔径の予測がなされる
ことになる。

【００１２】この実施例のシステムによる具体的なダイ
ス径と線径測定の動作を次に説明する。まず本測定に先
立って、システムの予備設定が必要である。最初に、孔
径が分かっている基準ダイスを用いて自動焦点合わせを
行う。これは、指令スイッチにより顕微鏡制御装置２内
の焦点制御部２１が働いて、ＣＣＤカメラ３内の焦点検
出部２１のデータに基づいて焦点調整部１９が自動制御
される。因みに図３は、焦点位置ずれとダイス径測定誤
差の関係を、１．９５mmφの線引きダイスについて測定
したデータである。このデータから焦点合わせを正確に
行うことが高精度測定にとって重要であることが理解さ
れる。

【００１３】次に、顕微鏡１の照明装置１１の光量およ
び開口絞り１２を手動により調整して、最適光量と開口
絞りを選択する。開口絞りの条件によって、顕微鏡１に
より得られるダイス孔に相当する光学像の明るさ分布は
図４(a) 〜(c) のように変化する。これらの光学像撮像
信号をディジタル化して明暗の画素数分布を求めると、
図４(a) 〜(c) に対応してそれぞれ、図５(a) 〜(c) の
ような分布になる。画像処理装置４によるデータ２値化
のスライスレベルが画像の明部と暗部の１／２に設定さ
れているとすると、図４(b) に示すように明部と暗部の
境界が急峻でかつ明部が極力平坦となるように、開口絞
りを設定することが好ましい。また照明の開口絞りの最
適条件は、測定するダイスの径によっても異なる。その
データを図６に示す。開口絞りのＮＡとダイス径測定誤
差の関係は、図示のようにダイス径によって異なるの
で、ダイス径に応じて測定誤差が最も小さくなる最適の
ＮＡ（図６の丸印）を選択する必要がある。

【００１４】したがって予備設定においては、ダイス径
の分かっている寸法の異なる複数の基準ダイスを用い
て、それぞれ最適光量と照明の開口絞りの最適ＮＡを求
めるということが必要になる。こうして求められた孔径
と最適光量および最適開口絞りとの相関関係のデータ
は、全てシステム制御装置５内のメモリ５３の顕微鏡調
整用データ記憶部５３ｂにテーブルとして記憶される。

【００１５】同様にして、線径の分かっている基準の複
数個のピンゲージを用いて、線径と最適光量および最適
ＮＡの相関関係を求めて、その相関関係データをメモリ
５３の顕微鏡調整用データ記憶部５３ｂにテーブルとし
て記憶する。線径測定の場合には、孔径測定の場合とは
顕微鏡像の明暗が逆になるが、例えば開口絞りの最適条
件は孔径測定の場合と同様に明部と暗部の境界が急峻で
かつ明部が極力平坦となるように、設定すればよい。

【００１６】システムの予備設定においては更に、基準
ダイスの孔径と実際にこの基準ダイスにより引抜いた線
の線径との関係を、同じ装置によるそれぞれの実測に基
づいて求め、得られた相関式をシステム制御装置５内の
メモリ５３の予測用データ記憶部５３ｃに書き込んで記
憶する。具体的にダイス径と線径の関係は、例えば図７
に示すようになる。この相関式を予め求めて記憶してお
くことにより、これに基づいて実際に線引きダイスの径
を測定したときに、演算回路５２で予測線径を演算して
出力することができ、同様に実際に引抜かれた線の線径
を測定した時に、それに用いた線引きダイスの孔径を演
算して出力することができる。

【００１７】以上の予備設定が終了した後、本測定に入
る。測定すべき線引きダイスを顕微鏡のテーブルに設置
して、焦点合わせの指令スイッチを押すと、先の予備設
定のときと同様に、顕微鏡制御装置２内の焦点制御部２
１が働いて、ＣＣＤカメラ３内の焦点検出部２１のデー
タに基づいて焦点調整部１９を自動制御する。測定者は
この時必要なら、線引きダイスの孔がカメラ中央に位置
するように手動で調整する。位置調整ができたら、次に
測定する線引きダイスの線径規格値をキー入力する。孔
径によって顕微鏡の倍率を変える必要がある場合には、
孔径と対応させてレンズの切り替え信号（レンズ指定デ
ータ）をキー入力する。これにより、システム制御装置
５内の記憶テーブルに基づいて、照明装置１１の照明光
量および開口絞り１２の絞り駆動部１３が、それぞれ顕
微鏡制御装置２内の光量制御部２４および絞り制御部２
３により自動的に最適条件に設定される。

【００１８】そして測定開始指令を出すと、画像処理装
置４により光学像がディジタル信号処理されてダイス径
が得られ、またこのダイス径に基づいてシステム制御装
置５内に予め求められて記憶されている相関式により予
測線径が演算される。例えばディスプレイ５上には、キ
ー入力された線径の規格値と共に、求められたダイス径
と予測された線径とが出力表示される。またこれらのデ
ータは、必要に応じてプリンタ６によりプリントアウト
される。線引きダイスにより引抜かれた線の線径につい
ても、同様にして測定ができ、またその測定結果から自
動的に、用いられた線引きダイスの予測孔径が演算され
て出力される。

【００１９】図８は、以上説明したこの実施例のシステ
ムの動作の流れをまとめて示している。予備設定におい
ては、基準ダイスにより孔径測定のための顕微鏡調整用
データが求められて記憶され（Ｓ１）、ピンケージによ
り線径測定のための顕微鏡調整用データが求められて記
憶され（Ｓ２）、また実際の測定データに基づいて孔径
と線径の相関式（予測用データ）が求められて記憶され
る（Ｓ３）。以上の予備設定動作は実際には、複数の孔
径および線径について繰り返し行われる。本測定におい
ては、線引きダイスの孔径測定が行われ（Ｓ４）、測定
された孔径と相関式に基づいて引き抜かれた線の線径が
求められて、これらが出力される（Ｓ５）。または、引
き抜かれた線の線径測定が行われ（Ｓ６）、測定された
線径と相関式に基づいて用いられた線引きダイスの孔径
が求められて、これらが出力される（Ｓ７）。

【００２０】図９は、同じく実施例のシステムをメニュ
ー方式で実現した場合のメニュー画面を用いた動作の流
れを示している。最初の選択メニューは、図９に示すよ
うに、１．光量設定（ＮＡ設定を含む）、２．孔径，線
径相関測定、３．測定の３つがあり、前二者が予備設定
モードである。以下詳細は省略するが、メニュー画面に
従って順次動作を選択することにより、先に説明したよ
うな予備設定および本測定が行われることになる。

【００２１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、顕微鏡の
拡大像を撮像して画像処理することにより、線引きダイ
スまたはこれにより引抜かれた線の微小径の寸法を自動
測定し、またそれらの一方測定値から他方の予測値を出
力することができる。また本発明では、照明光の光量お
よび照明開口絞りが、測定すべき径に応じて自動制御さ
れ、これにより高精度の径測定ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係る測定装置の構成を示
す図である。

【図２】 測定すべき線引きダイスの構造を示す図であ
る。

【図３】 ダイス径測定誤差と焦点ずれの関係を示す図
である。

【図４】 光学像の明るさ分布と照明開口絞りの関係を
示す図である。

【図５】 図４の明るさ分布に対応するディジタル化し
た画素数分布を示す図である。

【図６】 ダイス径測定誤差と照明開口絞りの関係を示
す図である。

【図７】 ダイス径とこのダイスにより引かれる線の線
径の関係を示す図である。

【図８】 実施例の装置の動作の流れを示す図である。

【図９】 実施例の装置をメニュー方式で実現した場合
のメニュー画面による動作の流れを示す図である。

【符号の説明】

１…顕微鏡、２…顕微鏡制御装置、３…ＣＣＤカメラ、
４…画像処理装置、５…システム制御装置、５…ディス
プレイ、６…プリンタ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−10175（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−136705（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−285912（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−125912（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 9/00 - 11/30 102 G02B 21/00 G02B 21/16 - 21/36

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 線引きダイスおよびこれにより引抜かれ
   た線の径を測定する微小径測定装置であって、 線引きダイスまたはこれにより引抜かれた線の拡大像を
   得る顕微鏡と、 この顕微鏡の拡大像を撮像する撮像装置と、 この撮像装置の出力信号をディジタル化しエッジ座標検
   出を行って前記線引きダイスの孔径または引抜かれた線
   の線径を演算する画像処理手段と、 前記顕微鏡の照明光の光量および照明開口絞りを自動調
   整する顕微鏡制御手段と、 測定すべき孔径および線径のそれぞれに適する顕微鏡の
   照明光の光量および照明開口絞りの開口数の最適値、お
   よび線引きダイスの実測された孔径とその線引きダイス
   により引抜かれた線の実測された線径との相関式を記憶
   する記憶装置を有し、測定すべき寸法値を入力すること
   により前記記憶装置のデータに基づいて前記顕微鏡制御
   手段を最適制御すると共に、前記画像処理手段により得
   られた線引きダイスの孔径またはこれにより引抜かれた
   線の線径の一方の測定値から他方の測定値を予測する演
   算部を有するシステム制御手段と、を備えたことを特徴
   とする微小径測定装置。