JP3853507B2 - 線幅測定方法及び装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、非接触三次元測定機等の画像測定装置に関し、特にICリードパターンのように多数の線幅を効率良く測定できるようにした線幅測定方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のCNC(Computer Numerical Control)三次元測定機や手動操作式三次元測定機では、被測定対象であるワークを撮像して得られたワーク画像から種々の測定値を求める。線幅や端面間距離等を測定するためには、線測定ツールを用いて一方のエッジの直線を求め、次に点測定ツールを用いて他方のエッジ上の点を測定し、これら求められた直線から点までの距離を算出することがなされている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の線幅測定方法では、線測定ツールの設定、点測定ツールの設定及び線−点間距離算出指示という3つの操作が必要になるため、作業が煩雑であるという問題がある。特に、ICのリードパターンのように、測定すべき線幅が多数あるときには、以上の操作を何回も繰り返さなくてはならないため、測定作業効率が著しく低下するという問題がある。
【0004】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、線幅測定を効率良く行うことができる線幅測定方法及び装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る第1の線幅測定方法は、ワークを撮像して得られたワーク画像を表示する画像ウィンドウ内に矩形状のツールを設定するツール設定ステップと、前記ツール内の所定走査位置を走査開始点とする第1走査開始点決定ステップと、走査開始点から所定走査方向にワーク画像を走査して第1レベル側から第2レベル側へと変化する前記ワーク画像の最初のエッジを検出して第1の検出点とする第1検出ステップと、前記第1の検出点から前記所定走査方向と直交する方向の両側へ所定距離だけ離れた位置から再度前記所定走査方向にワーク画像をそれぞれ走査して第2レベル側から第1レベル側へと変化する前記ワーク画像の最初のエッジをそれぞれ検出して第2及び第3の検出点とする第2検出ステップと、これら検出された第2及び第3の検出点を通る直線を求めると共に、この直線と前記第1の検出点との距離を線幅として算出する線幅算出ステップとを備えたことを特徴とする。
【0006】
本発明に係る第2の線幅測定方法は、ワークを撮像して得られたワーク画像を表示する画像ウィンドウ内に矩形状のツールを設定するツール設定ステップと、前記ツール内の異なる走査位置をそれぞれ第1及び第2の走査開始点とする第1走査開始点決定ステップと、前記第1及び第2の走査開始点から所定走査方向にワーク画像をそれぞれ走査して第1レベル側から第2レベル側へと変化する前記ワーク画像の最初のエッジをそれぞれ検出して第1及び第2の検出点とする第1検出ステップと、前記第1及び第2の検出点から再度前記所定走査方向にワーク画像をそれぞれ走査して第2レベル側から第1レベル側へと変化する前記ワーク画像の最初のエッジをそれぞれ検出して第3及び第4の検出点とする第2検出ステップと、これら検出された第3及び第4の検出点を通る直線を求めると共に、この直線と前記第1及び第2の検出点の中点との距離を線幅として算出する線幅算出ステップとを備えたことを特徴とする。
【0007】
また、本発明に係る第1の線幅測定装置は、ワークを撮像して得られたワーク画像を画像ウィンドウ内に表示する表示手段と、前記画像ウィンドウ内に任意の位置を指定するための位置指定手段と、この位置指定手段によって指定された位置に基づいて前記画像ウィンドウ内に矩形状のツールを生成するツール生成手段と、このツール生成手段によって生成された矩形状のツール内の所定走査位置から所定走査方向にワーク画像を走査して前記ワーク画像の第1レベル側から第2レベル側へ変化するエッジを検出して第1の検出点となし、この第1の検出点から前記所定走査方向と直交する方向の両側へ所定距離だけ離れた位置から再度前記所定走査方向にワーク画像をそれぞれ走査して前記ワーク画像の第2レベル側から第1レベル側へ変化するエッジをそれぞれ検出して第2及び第3の検出点となし、これら検出された第2及び第3の検出点を通る直線を求めて、この直線と前記第1の検出点との距離を線幅として求める線幅検出手段とを備えたことを特徴とする。
【0008】
また、本発明に係る第2の線幅測定装置は、ワークを撮像して得られたワーク画像を画像ウィンドウ内に表示する表示手段と、前記画像ウィンドウ内に任意の位置を指定するための位置指定手段と、この位置指定手段によって指定された位置に基づいて前記画像ウィンドウ内に矩形状のツールを生成するツール生成手段と、このツール生成手段によって生成された矩形状のツール内の異なる走査位置から所定走査方向にワーク画像をそれぞれ走査して前記ワーク画像の第1レベル側から第2レベル側へ変化するエッジをそれぞれ検出して第1及び第2の検出点となし、これら第1及び第2の検出点から再度前記所定走査方向にワーク画像をそれぞれ走査して前記ワーク画像の第2レベル側から第1レベル側へ変化するエッジをそれぞれ検出して第3及び第4の検出点となし、これら検出された第3及び第4の検出点を通る直線を求めて、この直線と前記第1及び第2の検出点の中点との距離を線幅として求める線幅検出手段とを備えたことを特徴とする。
【0009】
本発明によれば、画像ウィンドウ内にツールを設定すると、第1の方法では、所定走査位置から所定走査方向に走査が開始され、画像のエッジ点が第1の検出点として検出され、次に走査方向と直交する方向の両側に所定距離離れた位置から所定走査方向にそれぞれ走査が開始されて、次のエッジが第2及び第3の検出点として検出され、更に第2及び第3の検出点を結ぶ直線と第1の検出点との距離が線幅として求められる。また、第2の方法では、異なる走査位置から所定走査方向に走査がそれぞれ開始され、画像のエッジ点が第1及び第2の検出点として検出され、次に第1及び第2の検出点から所定走査方向にそれぞれ走査が開始されて、次のエッジが第3及び第4の検出点として検出され、更に第3及び第4の検出点を結ぶ直線と第1及び第2の検出点の中点との距離が線幅として求められる。このため、作業者は、線幅測定に際して、画像ウィンドウ内に、内部に線幅測定の対象となる画像を含むようにツールを設定する操作だけを行えば良く、作業効率は大幅に向上する。
【0010】
本発明の第1の線幅測定方法において、検出された第2及び第3の検出点を通る直線と、前記ツール内の前記所定走査位置から前記所定走査方向に延びる直線との交点を次の前記走査開始点とする第2走査開始点決定ステップを更に備えるようにし、前記ツール内を全て走査するまで前記第1の検出ステップ以降の処理を繰り返すようにすることもできる。このように、第2及び第3の検出点を結ぶ直線と所定走査位置から所定走査方向に延びる直線との交点を次の走査開始点として上記の処理を繰り返せば、ツール内に配置された多数の線幅についても同様の処理で連続的に測定することができる。この場合でも、ツールの設定操作は1回だけ行えば良いので、線幅測定の対象が多数であればあるほど測定作業効率は向上する。
【0011】
同様に本発明の第2の線幅測定方法においても、第3及び第4の検出点を次の第1及び第2の走査開始点とする第2走査開始点決定ステップを更に備えるようにし、ツール内を全て走査するまで第1の検出ステップ以降の処理を繰り返すようにすると、ツール内に配置された多数の線幅について連続的な測定が可能になる。
【0012】
ツール設定ステップは、例えばポインティングデバイスを用いて矩形状のツールを指定するステップであり、この場合、指定されたツールが画像ウィンドウからはみ出して設定された場合には、ワークの撮像位置を順次変化させて、指定しようとしている位置を前記画像ウィンドウ内に位置させるようにすることもできる。このようにすると、ツールの大きさに拘わらず、画像ウィンドウ内の拡大倍率を十分に高くすることができるので、高い精度で測定値が求められる。
【0013】
また、画像機器の場合、レンズの中心が最もレンズの歪みが少ないので、第1及び第2検出ステップを、前記所定走査方向への走査位置が前記画像ウィンドウの中央に位置するように前記ワークに対する撮像位置を順次移動させる処理とし、エッジ検出位置を常に画像の中央に位置させるようにしても良い。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の好ましい実施の形態について説明する。
図1は、この発明の一実施例に係るCNC画像測定装置の全体構成を示す斜視図である。
この装置は、非接触画像計測型の測定機本体1と、この測定機本体1を駆動制御すると共に必要な測定データ処理を実行するコンピュータシステム2と、測定機本体1をマニュアル操作するための指令入力部3と、計測結果をプリントアウトするプリンタ4とにより構成されている。
【0015】
測定機本体1は、次のように構成されている。即ち、架台11上には、被測定対象であるワーク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の後端部には上方に延びるフレーム14が固定されており、このフレーム14の上部から前面に張り出したカバー15の内部には、測定テーブル13を上部から臨むように図示しないX軸及びZ軸駆動機構に駆動されるCCDカメラ16が取り付けられている。CCDカメラ16の下端には、ワーク12に照明光を照射するためのリング状の照明装置17が備えられている。
【0016】
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、マウス23及びCRTディスプレイ24を備えて構成されている。
コンピュータ本体21を中心とするこのシステムは、例えば図2に示すように構成されている。即ち、CCDカメラ16で捉えたワーク12の画像信号は、AD変換部31で多値画像データに変換され、多値画像メモリ32に格納される。多値画像メモリ32に格納された多値画像データは、表示制御部33の動作によってCRTディスプレイ24に表示される。一方、キーボード22及びマウス23からのオペレータの指令は、インタフェース(I/F)34を介してCPU35に伝えられる。CPU35は、前記オペレータの指令又はプログラムメモリ36に格納されたプログラムに従ってステージ移動等の各種の処理を実行する。ワークメモリ37は、CPU35の各種処理のための作業領域を提供する。
【0017】
また、CCDカメラ16のX軸方向位置及びZ軸方向位置を検出するためのX軸エンコーダ41及びZ軸エンコーダ43、並びにテーブル13のY軸方向位置を検出するためのY軸エンコーダ42が設けられ、これらエンコーダ41〜43からの出力はCPU35に取り込まれる。CPU35は、取り込まれた各軸位置の情報と前述したオペレータの指令に基づいて、X軸駆動系44及びZ軸駆動系46を介してCCDカメラ16をX軸及びZ軸方向に駆動し、Y軸駆動系45を介してテーブル13をY軸方向に駆動する。これにより、ステージ移動操作が実現される。更に、照明制御部39は、CPU35で生成された指令値に基づいてアナログ量の指令電圧を生成し照明装置17に印加する。
【0018】
図3は、この画像測定装置の線幅測定時のCRTディスプレイ24の表示画面を示す図である。
まず、ツール設定ステップでは、測定対象のワーク画像51に対して、マウスのクリック・アンド・ドラッグ操作によりポインタ52を移動させ、線幅測定すべき範囲を示す矩形状のツール53を設定する。このとき、ワーク画像51を表示する画像ウィンドウ54をはみ出すようにツール53が設定された場合、各軸駆動系44〜46が駆動されてポインタ52に追従するように画像ウィンドウ54を54′のように移動する。これにより、ワーク画像51の拡大倍率を極力上げて測定精度を高めることができる。
【0019】
ツール設定ステップでツール53が設定されたら、線幅測定の開始指示の入力によって図4の処理が起動される。
図4は線幅測定時のCPU35の処理を示すフローチャート、図5はその処理を説明するための図である。
まず、ツール53の中央左端を走査開始点Psとする(S1)。次に、図5に示すように、走査開始点Psから右方向に走査してワーク画像51のエッジ点を検出し、これを第1の検出点P1とする(S2)。第1の検出点P1から上下にそれぞれ所定距離hだけ離れた点から右方向に走査してワーク画像51のエッジ点をそれぞれ検出し、これらを第2及び第3の検出点P2,P3とする(S4)。所定距離hは、例えばツール53の高さの10%のように決定しておく。このとき、図5における第2の検出点P2として、第1の検出点P1と同一のエッジ上の点を検出しないように、第1の検出点P1が第1レベル側から第2レベル側、例えば白レベルから黒レベルへの変化を示すエッジ上の点であるとすると、第2及び第3の検出点P2,P3は、第2レベル側から第1レベル側、例えば黒レベルから白レベルへの変化を示すエッジ上の点であるという検出条件を付加しておく。次に、第2及び第3の検出点P2,P3を結ぶ直線と第1の検出点P1との距離Wを算出する(S5)。
【0020】
これにより、図5に示すように、走査方向に対してエッジが完全に直交していなくても、エッジ間の線幅を正しく測定することができる。検出点P2,P3を結ぶ直線と開始点Psから走査方向に延びる直線との交点をP5とすると、このP5を次の走査開始点Psとし(S6)、ステップS2以降の処理を繰り返す。この処理の過程で、もしツール53の範囲を超えたら、処理を終了する(S3)。以上の処理によって、線幅測定を繰り返し実行させることができ、作業効率は大幅に向上する。
【0021】
図6は、本発明の他の実施例に係る線幅測定方法のフローチャート、図7は同線幅測定方法を説明するための図である。
この実施例では図7に示すように、ツール53の上下の辺を左端から右端にかけて走査することにより、エッジを検出していく。
【0022】
まず、ツール53の上下の辺の左端をそれぞれ走査開始点Ps1,Ps2とする(S11)。次に、図7(a)に示すように、走査開始点Ps1,Ps2からそれぞれ右方向に走査して最初のエッジ点P11,P12を検出する(S12,S13)。続いて、検出されたエッジ点P11,P12からそれぞれ右方向に走査して最初のエッジ点P21,P22を検出する(S14,S15)。ここで、エッジ点P11,P12のレベル変化の方向(明→暗,暗→明)が同一かどうかを判定し(S17)、図7(b)のように、異なるエッジが検出されるのを防止する。また、予め同一エッジ上の2点P11,P12の距離Lとその許容値αとを情報として与えておき、検出されたエッジ点P11,P12の距離がL±αの範囲内に入るかどうかを判定し(S18)、図(c)のように、異なるエッジ上の点が検出されるのを防止する。
【0023】
P21,P22を結ぶ直線とP11,P12の中点との距離Wを線幅として算出する(S19)。そして、エッジ点P21を次の走査開始点Ps1、エッジ点P22を次の走査開始点Ps2とし、ステップS12以下を繰り返す(S20)。ツール範囲を超えたら処理を終了する(S16)。また、ステップS17,S18で誤検出と判定されたら、エラーメッセージと共に処理を終了するか、他のエラー処理を実行する。このように、ツール設定が適切でない図7(b),(c)の場合には、エラー処理となり、誤検出は防止される。
【0024】
上述した2つの実施例において、エッジ点P1,P2,P3,P11,P12,P21,P22をそれぞれ検出するステップは、検出位置が常に画像ウィンドウの中央に位置するようにステージをその都度移動させるようにすると良い。画像機器の場合、レンズの中心が最もレンズの歪みが少ないため、高精度な測定が可能であるからである。
【0025】
なお、本発明は、例えば図8に示すように、基準方向に整列した線幅パターン61と基準方向に対して傾斜した線幅パターン62,63とが混在するような画像に対しても、基準方向に延びるツール53によって対処することができる。パターン63のように、測定しようとする線幅パターンの基準方向に対する傾斜が大きくなった場合には、ツール53′のように、ツールの高さを小さくすることで、誤検出(検出すべきエッジよりも前後のエッジを検出してしまうこと)はある程度防ぐことができるが、ツール64,64′のように、基準方向に対して傾斜したツールをツール設定処理で設定できるようにしても良い。
【0026】
また、例えば図9に示すように、画像ウィンドウ54の他に、CADデータ等を表示するグラフィックウィンドウ55が表示画面上に備えられている場合には、ツール53の設定をグラフィックウィンドウ55に対して行うことで、画像ウィンドウ54を最大の拡大表示とすることができる。
【0027】
なお、連続線幅測定の場合、予め線幅の誤差範囲を指定し、もし誤差範囲を超えた線幅が測定された場合には、その位置を含む所定大きさの周辺画像について自動でコントラストが最大になるように照明又はピント(Z位置)をコントロールし、再度線幅を測定することも考えられる。そして、それでもなお誤差範囲を超えてしまう場合には、エッジ検出のパラメータ(h等)やアルゴリズム等を変えて、線幅測定を続行するようにしても良い。
【0028】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば、作業者は、線幅測定に際して、画像ウィンドウ内に、内部に線幅測定の対象となる画像を含むようにツールを設定する操作だけを行えば良く、作業効率が大幅に向上するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例に係るCNC画像測定装置の斜視図である。
【図2】 同装置におけるコンピュータシステム及びその周辺の構成を示すブロック図である。
【図3】 同装置における表示画面の一例を示す図である。
【図4】 同装置における線幅測定処理のフローチャートである。
【図5】 同線幅測定処理を説明するための図である。
【図6】 本発明の他の実施例に係る線幅測定処理のフローチャートである。
【図7】 同線幅測定処理を説明するための図である。
【図8】 同線幅測定処理の他の例を説明するための図である。
【図9】 同線幅測定処理の更に他の例を説明するための図である。
【符号の説明】
1…測定機本体、2…コンピュータシステム、3…指令入力部、4…プリンタ、11…架台、12…ワーク、13…測定テーブル、14…フレーム、15…カバー、16…CCDカメラ、17…照明装置、21…コンピュータ本体、22…キーボード、23…マウス、24…CRTディスプレイ、31…AD変換部、32…多値画像メモリ、33…表示制御部、34…インタフェース、35…CPU、36…プログラムメモリ、37…ワークメモリ、39…照明制御部、41…X軸エンコーダ、42…Y軸エンコーダ、43…Z軸エンコーダ、44…X軸駆動系、45…Y軸駆動系、46…Z軸駆動系、51…ワーク画像、52…ポインタ、53,53′,64…ツール、54,54′…画像ウィンドウ。

Claims (8)

  1. ワークを撮像して得られたワーク画像を表示する画像ウィンドウ内に矩形状のツールを設定するツール設定ステップと、
    前記ツール内の所定走査位置を走査開始点とする第1走査開始点決定ステップと、
    走査開始点から所定走査方向にワーク画像を走査して第1レベル側から第2レベル側へと変化する前記ワーク画像の最初のエッジを検出して第1の検出点とする第1検出ステップと、
    前記第1の検出点から前記所定走査方向と直交する方向の両側へ所定距離だけ離れた位置から再度前記所定走査方向にワーク画像をそれぞれ走査して第2レベル側から第1レベル側へと変化する前記ワーク画像の最初のエッジをそれぞれ検出して第2及び第3の検出点とする第2検出ステップと、
    これら検出された第2及び第3の検出点を通る直線を求めると共に、この直線と前記第1の検出点との距離を線幅として算出する線幅算出ステップと
    を備えたことを特徴とする線幅測定方法。
  2. 前記検出された第2及び第3の検出点を通る直線と、前記ツール内の前記所定走査位置から前記所定走査方向に延びる直線との交点を次の前記走査開始点とする第2走査開始点決定ステップを更に備え、
    前記ツール内を全て走査するまで前記第1の検出ステップ以降の処理を繰り返すようにしたことを特徴とする請求項1記載の線幅測定方法。
  3. ワークを撮像して得られたワーク画像を表示する画像ウィンドウ内に矩形状のツールを設定するツール設定ステップと、
    前記ツール内の異なる走査位置をそれぞれ第1及び第2の走査開始点とする第1走査開始点決定ステップと、
    前記第1及び第2の走査開始点から所定走査方向にワーク画像をそれぞれ走査して第1レベル側から第2レベル側へと変化する前記ワーク画像の最初のエッジをそれぞれ検出して第1及び第2の検出点とする第1検出ステップと、
    前記第1及び第2の検出点から再度前記所定走査方向にワーク画像をそれぞれ走査して第2レベル側から第1レベル側へと変化する前記ワーク画像の最初のエッジをそれぞれ検出して第3及び第4の検出点とする第2検出ステップと、
    これら検出された第3及び第4の検出点を通る直線を求めると共に、この直線と前記第1及び第2の検出点の中点との距離を線幅として算出する線幅算出ステップと
    を備えたことを特徴とする線幅測定方法。
  4. 前記検出された第3及び第4の検出点を次の前記第1及び第2の走査開始点とする第2走査開始点決定ステップを更に備え、
    前記ツール内を全て走査するまで前記第1の検出ステップ以降の処理を繰り返すようにしたことを特徴とする請求項3記載の線幅測定方法。
  5. 前記ツール設定ステップは、ポインティングデバイスを用いて矩形状のツールを指定するステップであり、指定されたツールが画像ウィンドウからはみ出して設定された場合には、ワークの撮像位置を順次変化させて、指定しようとしている位置を前記画像ウィンドウ内に位置させることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項記載の線幅測定方法。
  6. 前記第1及び第2検出ステップは、前記所定走査方向への走査位置が前記画像ウィンドウの中央に位置するように前記ワークに対する撮像位置を順次移動させることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項記載の線幅測定方法。
  7. ワークを撮像して得られたワーク画像を画像ウィンドウ内に表示する表示手段と、
    前記画像ウィンドウ内に任意の位置を指定するための位置指定手段と、
    この位置指定手段によって指定された位置に基づいて前記画像ウィンドウ内に矩形状のツールを生成するツール生成手段と、
    このツール生成手段によって生成された矩形状のツール内の所定走査位置から所定走査方向にワーク画像を走査して前記ワーク画像の第1レベル側から第2レベル側へ変化するエッジを検出して第1の検出点となし、この第1の検出点から前記所定走査方向と直交する方向の両側へ所定距離だけ離れた位置から再度前記所定走査方向にワーク画像をそれぞれ走査して前記ワーク画像の第2レベル側から第1レベル側へ変化するエッジをそれぞれ検出して第2及び第3の検出点となし、これら検出された第2及び第3の検出点を通る直線を求めて、この直線と前記第1の検出点との距離を線幅として求める線幅検出手段と
    を備えたことを特徴とする線幅測定装置。
  8. ワークを撮像して得られたワーク画像を画像ウィンドウ内に表示する表示手段と、
    前記画像ウィンドウ内に任意の位置を指定するための位置指定手段と、
    この位置指定手段によって指定された位置に基づいて前記画像ウィンドウ内に矩形状のツールを生成するツール生成手段と、
    このツール生成手段によって生成された矩形状のツール内の異なる走査位置から所定走査方向にワーク画像をそれぞれ走査して前記ワーク画像の第1レベル側から第2レベル側へ変化するエッジをそれぞれ検出して第1及び第2の検出点となし、これら第1及び第2の検出点から再度前記所定走査方向にワーク画像をそれぞれ走査して前記ワーク画像の第2レベル側から第1レベル側へ変化するエッジをそれぞれ検出して第3及び第4の検出点となし、これら検出された第3及び第4の検出点を通る直線を求めて、この直線と前記第1及び第2の検出点の中点との距離を線幅として求める線幅検出手段と
    を備えたことを特徴とする線幅測定装置。
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