JP3672970B2

JP3672970B2 - 非接触画像計測システム

Info

Publication number: JP3672970B2
Application number: JP14680995A
Authority: JP
Inventors: 浩一小松
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 1995-05-22
Filing date: 1995-05-22
Publication date: 2005-07-20
Anticipated expiration: 2020-07-20
Also published as: JPH08313217A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、ＣＣＤカメラ等の撮像装置を駆動手段によって三次元方向に駆動して被測定対象を撮像すると共に、撮像された画像を表示手段で観察しながら測定を行う非接触画像計測システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
顕微鏡及び非接触画像測定機等の非接触画像計測システムでは、通常、被測定対象であるワークを対物レンズを介してＣＣＤカメラで撮像し、この撮像された画像をモニタで観察しながら計測したい箇所のエッジ等を指定して、幅、径、長さ等の測定を行っている。
しかし、レンズの倍率とＣＣＤの受光面積との関係により、モニタに表示されるワークの画像はワーク全体の一部分でしかない場合が多い。このため、ワークの測定したい部分を映し出すには、ワークに対するカメラの位置を適当に移動し、測定したい位置を見つけ出さなければならない。特に、高倍率のレンズを用いた測定では、こうした作業は手間がかかる。
そこで、例えば、ズームレンズ，パワーターレット等の対物レンズを用いて一旦低倍率にして大まかな位置を見つけ出してから高倍率に変えて測定する箇所をモニタに映し出したり、あるいは対物レンズの内側から可視域のレーザ光等を照射させることによってカメラの位置をワークへ合わせたりする方法が採用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の非接触画像計測システムのうち、前者の場合においては、どんなに低倍率のレンズを用いたとしても、ステージ全体を映し出すことはできず、やはりステージをある程度適当に操作し、測定したい位置を見つけ出さなければならない。また、後者の場合においては、カメラの位置を知ることはできても、やはりステージをある程度適当に移動させて、測定したい位置を見つけ出さなければならない。このため、こうした作業を容易にすることが望まれる。
【０００４】
この発明は、このような問題点に鑑みなされたもので、測定したい部分を容易に映し出すことができる非接触画像計測システムを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る非接触画像計測システムは、ワーク座標系に配置された被測定対象を撮像する撮像手段と、前記ワーク座標系における前記撮像手段の位置を変化させる駆動手段と、前記撮像手段で撮像された前記被測定対象の画像を記憶する記憶手段と、前記撮像手段で撮像された前記被測定対象の画像を表示する表示手段と、前記駆動手段を制御して前記撮像手段で撮像される視野の水平成分及び垂直成分を移動ピッチとして前記撮像手段を順次移動させて前記被測定対象の全体にわたって前記被測定対象の複数の画像を前記記憶手段に取り込む処理を測定に先立て実行する機能を有すると共に前記表示手段に表示された前記被測定対象の画像から所定の計測値を求めるための処理を実行する計測処理手段と、前記記憶手段に記憶された前記被測定対象の全体にわたる複数の画像を合成して前記被測定対象の任意の拡大率のステージ画像を生成し、この生成されたステージ画像を前記表示手段の表示画面の少なくとも一部に表示させる手段と、前記表示手段に表示された前記被測定対象のステージ画像のうちの任意の位置を指定するための位置指定手段と、この位置指定手段で指定された前記被測定対象のステージ画像における位置に対応する前記ワーク座標系の位置を算出する位置算出手段と、この位置算出手段で算出された位置に前記撮像手段が位置するように前記駆動手段を制御する手段とを備え、前記計測処理手段が、前記位置算出手段で算出された位置に前記駆動手段によって移動された前記撮像手段で撮像された前記被測定対象の画像から所定の計測値を求めるための処理を実行するものであることを特徴とする。
【０００９】
また、この発明に係る一実施形態に係る非接触画像計測システムは、前記表示手段が、１つの表示画面上に第１のウィンドウと第２のウィンドウとを表示し、前記第１のウィンドウ内に前記撮像装置で撮像された前記被測定対象の画像を表示し、前記第２のウィンドウ内に前記被測定対象のステージ画像を表示するものであることを特徴とする。
【００１０】
【作用】
この発明の非接触画像計測システムによれば、表示画面中に被測定対象のステージ画像と、撮像手段によって実際に撮像している部分の拡大画像とを同時に表示させ、前記被測定対象のステージ画像中の任意の位置を指定可能にすると共に、この位置指定に応答して前記被測定対象のステージ画像における位置に対応するワーク座標系の位置を算出することにより、前記被測定対象における指定位置に前記撮像手段を移動させるので、被測定対象の所望する位置を極めて簡単な操作で表示画面中に表示させることができる。
【００１３】
更に、この発明の非接触画像計測システムによれば、第１及び第２のウィンドウを用いて、各ウィンドウ内に被測定対象のステージ画像と、撮像手段によって実際に撮像している部分の拡大画像とを表示することにより、各画像が重ならずに、位置指定及び測定操作を容易に行うことができる。
【００１４】
【実施例】
以下、図面を参照して、この発明の実施例について説明する。
図１は、この発明の一実施例に係る非接触画像計測システムの構成を示す図である。
【００１５】
このシステムは、非接触画像計測型の三次元測定機１と、この三次元測定機１を駆動制御すると共に、必要なデータ処理を実行するコンピュータシステム２と、計測結果をプリントアウトするプリンタ３とにより構成されている。
三次元測定機１は、次のように構成されている。即ち、架台１１上には、ワーク１２を載置する測定テーブル１３が装着されており、この測定テーブル１３は、図示しないＹ軸駆動機構によってＹ軸方向に駆動される。架台１１の両側縁中央部には上方に延びる支持アーム１４，１５が固定されており、この支持アーム１４，１５の両上端部を連結するようにＸ軸ガイド１６が固定されている。このＸ軸ガイド１６には、撮像ユニット１７が支持されている。撮像ユニット１７は、図示しないＸ軸駆動機構によってＸ軸ガイド１６に沿って駆動される。撮像ユニット１７の下端部には、ＣＣＤカメラ１８が測定テーブル１３と対向するように装着されている。また、撮像ユニット１７の内部には、図示しない照明装置、レンズ交換機構及びフォーカシング機構の他、ＣＣＤカメラ１８のＺ軸方向の位置を移動させるＺ軸駆動機構が内蔵されている。
コンピュータシステム２は、コンピュータ本体２１、キーボード２２、ジョイスティックボックス２３、マウス２４及びＣＲＴディスプレイ２５を備えて構成されている。
【００１６】
コンピュータ本体２１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びハードディスク装置等から構成され、ソフトウェアとの結合によって、図２に示すような各種の機能を実現する。即ち、モニタ画像ウィンドウ生成部３１及びステージ画像ウィンドウ生成部３２は、ＣＲＴディスプレイ２５の表示画面上に、例えば図３に示すような、モニタ画像ウィンドウ４１（第１のウィンドウ）と、ステージ画像ウィンドウ４２（第２のウィンドウ）とを生成する。モニタ画像ウィンドウ４１には、ＣＣＤカメラ１８が現在撮像しているワーク１２の一部を示すモニタ画像が表示され、ステージ画像ウィンドウ４２には、ＣＣＤカメラ１８でワーク１２を全体に亘って撮像して得られた全体画像であるステージ画像が表示される。ＣＣＤカメラ１８から取り込まれたモニタ画像とステージ画像とは、それぞれ画像メモリ３３の異なる記憶領域に格納される。ステージ画像は、ワーク１２の全体画像であるため情報量が多い。このため、画像メモリ３３から読み出されたステージ画像は、画像処理部３４で適宜圧縮されてステージ画像ウィンドウ４２内に表示される。圧縮の手法としては、例えば走査を１行おきに行う飛び越し走査を行ったり、多値画像を２値化する等の処理を行えばよい。
【００１７】
一方、マウス２４から供給されるｘ方向パルスＰｘとｙ方向パルスＰｙとは、マウスドライバ３５でカウントされる。これによりマウスドライバ３５からは、カーソルの位置情報ｘ，ｙが出力される。カーソル生成部３６は、マウスドライバ３５から出力されるカーソルの位置情報ｘ，ｙに基づいて、図３に示すような、マウス座標系（表示画面の座標系）における位置ｘ，ｙに表示するカーソル４３を生成する。
【００１８】
表示画面生成部３７は、モニタ画像ウィンドウ生成部３１で生成されたモニタ画像ウィンドウ４１と、ステージ画像ウィンドウ生成部３２で生成されたステージ画像ウィンドウ４２とを表示画面上で重ならないように合成すると共に、カーソル生成部３６で生成されたカーソル４３を表示画面上に配置した表示画面を生成し、ＣＲＴディスプレイ２５に供給する。
【００１９】
一方、マウスドライバ３５は、カーソルの位置情報ｘ，ｙを出力する他に、マウス２４のクリック信号Ｓを検出する。このクリック信号Ｓとカーソル位置情報ｘ，ｙとは、コマンド識別部３８に供給されている。コマンド識別部３８は、表示画面上の図示しない種々のコマンドボックス上にカーソル４３が位置した状態でマウス２４のクリック信号Ｓが検出されたときに、起動すべきコマンドを識別する。計測処理／位置算出部３９は、コマンド識別部３８で起動されたコマンドに基づいて、画像処理部３４を起動して、画像メモリ３３内のモニタ画像に対し、エッジ検出用のツールを生成したり、２値化処理、エッジ検出等の各処理を施して、所定の計測値を算出する。また、計測処理／位置算出部３９は、この計測処理に先だって、駆動制御部４０を制御して、ワーク１２の全体に亘るステージ画像の取り込みのための処理を実行したり、ステージ画像ウィンドウ４２上の任意の位置が指定されたときに、マウス座標系における指定位置から実際のワーク座標系における指定位置を算出し、駆動制御部４０を制御して、ＣＣＤカメラ１８を指定位置に移動させる。
【００２０】
次に、このように構成された非接触画像計測システムの動作について説明する。
なお、ここでは、説明を簡単にするため、システムの機械座標系の原点及び基準軸と、ワーク座標系の原点及び基準軸とを事前の操作で一致させているものとする。また、ワーク座標系はＸ，Ｙ，Ｚ、マウス座標系はｘ，ｙ，ｚで表示する。
先ず、測定を開始する前に、ワーク１２の任意の位置に手動又はオートフォーカス処理により、ＣＣＤカメラ１８のピントを合わせる。
次に、マウス２４の操作により、図示しない“ステージ画像取り込み”ボタンをクリックすると、計測処理／位置算出部３９のステージ画像取り込み処理が起動される。
【００２１】
図４は、ステージ画像取り込み処理を示すフローチャートである。
先ず、予め合焦された位置Ｚにおいて、現状の対物レンズの倍率Ｌからモニタに映る視野の水平成分ΔＸ及び垂直成分ΔＹを計算する（Ｓ１）。次に、ステージを最も左上の初期位置（ワーク座標系の原点位置）に移動させ（Ｓ２）、その位置でワーク１２を撮像し（Ｓ３）、撮像された画像をそのときのステージ座標Ｘ₁ ，Ｙ₁ ，Ｚ及びレンズ倍率Ｌと共に画像メモリ３３にセーブする（Ｓ４）。続いて、そこが横方向（Ｘ方向）一杯の位置であるか否かを判定する（Ｓ５）。判定の結果、横方向一杯の位置でなければ、モニタの視野の水平成分ΔＸだけステージを横（右）方向に移動させ（Ｓ６）、その位置で再び画像の取り込みを行う（Ｓ３，Ｓ４）。以下、セーブする情報は、ステージ座標Ｘ，Ｙのみでよい。一方、横方向一杯の位置であれば、更にそこが縦方向（Ｙ方向）一杯の位置であるか否かを判定する（Ｓ７）。判定の結果、縦方向一杯の位置でなければ、モニタの視野の垂直成分ΔＹだけステージを縦（下）方向に移動させ（Ｓ８）、その位置でワーク１２を撮像し（Ｓ３）、撮像された画像をそのときのステージ座標Ｘ_n，Ｙ_nと共にセーブする（Ｓ４）。次回横方向のステージの移動は、前回と逆方向に行われる（Ｓ６）。一方、縦方向一杯の位置であれば、ステージ画像ウィンドウを生成する（Ｓ９）。
【００２２】
以上、ステージが縦横の両方向一杯の終了位置に移動されるまで、上述したステージ画像の取り込みを繰り返すことにより、ワーク１２の全体画像が、画像メモリ３３に取り込まれる。なお、ステージ画像が横方向及び縦方向一杯の位置であるかどうかの判定は、例えばマシン的に予め決定されているカメラ位置とステージ位置、大きさの情報と現状使われているレンズによる校正後の一画素寸法及び光軸の位置のズレ量（オフセット値）等から計算により予めワーク１２の範囲を計測処理／位置算出部３９に与えておく方法を用いて行えば良い。
【００２３】
図５は、６枚のステージ画像を取り込んだときのステージ画像ウィンドウの一例を示したものである。
ステージ画像ウィンドウ４２の内部の表示領域４４には、ステージ座標Ｘ，Ｙ，Ｚ及びレンズ倍率Ｌに基づいて、ワーク１２の全体画像が表示される。
次に、マウス２４の操作によって、表示領域４４の所定の位置が指定されたとき、ＣＣＤカメラ１８をワーク１２の指定位置に移動させる処理について説明する。
【００２４】
図６は、計測処理／位置算出部３９におけるＣＣＤカメラ１８の移動処理を示すフローチャートである。
先ず、マウス２４の操作により、図３（ａ）に示すように、ワーク１２の測定したい部分にカーソル４３を移動させ、マウス２４の所定のボタンをクリックすると（Ｓ１１）、カーソル４３のマウス座標系に基づく位置Ｐ＝（ｘ，ｙ）が求められる（Ｓ１２）。続いて、それがステージ画像ウィンドウ４２を表示した表示範囲内であるか否かを判定する（Ｓ１３）。判定の結果、表示範囲内であれば、マウス座標系に基づく位置Ｐ＝（ｘ，ｙ）に対応したワーク座標系に基づく位置（Ｘ，Ｙ）が求められる（Ｓ１４）。即ち、ステージ画像ウィンドウ４２のマウス座標系における原点位置Ｐ₀ を（ｘ₀ ，ｙ₀ ）とすると、ワーク座標系における指定位置Ｐ＝（Ｘ，Ｙ）はＸ＝α（ｘ−ｘ₀ ），Ｙ＝β（ｙ−ｙ₀ ）によって求められる。なお、ここでα，βは、マウス座標系の単位長さに対するワーク座標系の単位長さを示す係数である。
【００２５】
次に、計測処理／位置算出部３９は、ＣＣＤカメラ１８の中心がワーク座標系のＸ，Ｙに位置するようにステージを移動させ（Ｓ１５）、その位置でワーク１２を撮像する（Ｓ１６）。
これにより、図３（ｂ）に示すようにワーク１２の測定したい部分Ｐ′がモニタ画像ウィンドウ４１の表示領域４５の中心となるように、モニタ画像ウィンドウ４１にワーク１２が映し出されることになる。
【００２６】
この状態で、例えば孔４６の中心位置や直径を知りたい場合には、図７に示すように、この孔４６のエッジを横切るように複数のツール４７を立て、これに沿ってエッジ検出及び中心、径の算出等を行えばよい。また、図７に示すように、この測定結果をステージ画像ウィンドウ４２の対応する位置に表示させることにより、測定した箇所を容易に確認することが可能になる。
【００２７】
更に、この実施例によれば、ステージ画像ウィンドウ４２に表示されるステージ画像は、画像メモリ３３に保存されているので、必要に応じて、ステージ画像を拡大／縮小させて、集中的に測定したい部分のみを拡大表示させることにより、更に操作性が向上する。また、一度にいろいろな大きさ（拡大率）のステージ画像ウィンドウ４２を複数表示させるようにしてもよい。更に、ステージ画像ウィンドウ４２のみを表示画面の一部に表示させ、モニタ画像は表示画面の他の部分に一杯に表示させるようにしても良い。
【００２８】
なお、以上の実施例では、ワークの全体画像がＣＣＤカメラから撮像されたものである場合について説明したが、ワークの全体画像はＣＡＤシステムから与えられたワークを示すＣＡＤデータにより構成されたものでもよい。この場合には、ワーク座標系の原点及び軸と、ＣＡＤ上の基準座標系の原点及び軸とを一致させておくことにより、上述した実施例と同様の効果を得ることができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明によれば、表示画面中に被測定対象のステージ画像と、撮像手段によって実際に撮像している部分の拡大画像とを同時に表示させ、前記被測定対象のステージ画像中の任意の位置を指定可能にすると共に、この位置指定に応答して前記被測定対象における指定位置に前記撮像手段を移動させるので、当該指定位置の拡大画像を表示画像中に表示させることができる。即ち、被測定対象の所望する位置を極めて簡単な操作で見つけ出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例に係る非接触画像計測システムの構成を示す図である。
【図２】同システムの機能ブロック図である。
【図３】同実施例における表示画面の一例を示す図である。
【図４】同実施例におけるステージ画像取り込み処理を示すフローチャートである。
【図５】同実施例におけるステージ画像ウィンドウの一例を示す図である。
【図６】計測処理／位置算出部におけるＣＣＤカメラの移動処理を示すフローチャートである。
【図７】同実施例における表示画面の一例を示す図である。
【符号の説明】
１…三次元測定機、２…コンピュータシステム、３…プリンタ、１１…架台、１２…ワーク、１３…測定テーブル、１４，１５…支持アーム、１６…Ｘ軸ガード、１７…撮像ユニット、１８…ＣＣＤカメラ、２１…コンピュータ本体、２２…キーボード、２３…ジョイスティックボックス、２４…マウス、２５…ＣＲＴディスプレイ、３１…モニタ画像ウィンドウ生成部、３２…ステージ画像ウィンドウ生成部、３３…画像メモリ、３４…画像処理部、３５…マウスドライバ、３６…カーソル生成部、３７…表示画面生成部、３８…コマンド識別部、３９…計測処理／位置算出部、４０…駆動制御部、４１…モニタ画像ウィンドウ、４２…ステージ画像ウィンドウ、４３…カーソル、４４，４５…表示領域、４６…孔、４７…ツール。

Claims

ワーク座標系に配置された被測定対象を撮像する撮像手段と、
前記ワーク座標系における前記撮像手段の位置を変化させる駆動手段と、
前記撮像手段で撮像された前記被測定対象の画像を記憶する記憶手段と、
前記撮像手段で撮像された前記被測定対象の画像を表示する表示手段と、
前記駆動手段を制御して前記撮像手段で撮像される視野の水平成分及び垂直成分を移動ピッチとして前記撮像手段を順次移動させて前記被測定対象の全体にわたって前記被測定対象の複数の画像を前記記憶手段に取り込む処理を測定に先立って実行する機能を有すると共に前記表示手段に表示された前記被測定対象の画像から所定の計測値を求めるための処理を実行する計測処理手段と、
前記記憶手段に記憶された前記被測定対象の全体にわたる複数の画像を合成して前記被測定対象の任意の拡大率のステージ画像を生成し、この生成されたステージ画像を前記表示手段の表示画面の少なくとも一部に表示させる手段と、
前記表示手段に表示された前記被測定対象のステージ画像のうちの任意の位置を指定するための位置指定手段と、
この位置指定手段で指定された前記被測定対象のステージ画像における位置に対応する前記ワーク座標系の位置を算出する位置算出手段と、
この位置算出手段で算出された位置に前記撮像手段が位置するように前記駆動手段を制御する手段とを備え、
前記計測処理手段は、前記位置算出手段で算出された位置に前記駆動手段によって移動された前記撮像手段で撮像された前記被測定対象の画像から所定の計測値を求めるための処理を実行するものである
ことを特徴とする非接触画像計測システム。
前記表示手段は、１つの表示画面上に第１のウィンドウと第２のウィンドウとを表示し、前記第１のウィンドウ内に前記撮像手段で撮像された前記被測定対象の画像を表示し、前記第２のウィンドウ内に前記被測定対象のステージ画像を表示するものであることを特徴とする請求項１記載の非接触画像計測システム。