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。
【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)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。
- 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。
- 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。 - 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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