JP3905783B2 - 測定データ取込装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、顕微鏡、投影機、画像測定機及び三次元測定機などの表面性状を測定する際の測定データ取込装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、顕微鏡や投影機、あるいは画像測定機などを用いた測定では、目視による形状等の観察の他、視野内の十字レチクル交点にワーク（被測定物）の測定目標点（測定点）を位置決めしてその座標値（ＸＹ座標値＝測定データ）を読み取り、それらの座標値からワークの形状を、より正確に測定することが行われている。
【０００３】
また、実公平４-１２４０７号公報には、投影機と、そのスクリーンに設置された受光器の出力からエッジ信号（測定信号）を出力するエッジ信号発生器（測定信号発生手段）とにより、スクリーンに投影された画像のエッジ（ワークの端部）を検出して、これによってワークの寸法形状等を測定する投影画像のエッジ検出装置が開示されている。
この装置における測定項目としては、１点の座標値、２点間の距離、２直線の交角、各種の形状判別などがある。これらを用いて、例えば穴中心位置の正確さ、穴中心位置間の正確さ、直線個所の真直度、直線と直線の交差角度、穴の真円度などの各種形状の正確さ、などが評価される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
これらの形状評価にあたっては、ワークの測定目標点の座標値（ＸＹ座標値）を読み取る必要がある。しかし、前述の受光器などのセンサでは、感度が高いために、ノイズ混入などによって誤作動したり、ワークの測定目標点への位置決め過程で、ワークの他の部分の画像エッジを検出して座標値を誤入力してしまうなどの問題があった。
【０００５】
そこで、これらの問題の解決策として、従来は座標値読取有効／無効スイッチを設け、このスイッチがオンの期間は座標値読取を有効にし、オフの期間は座標値読取を無効にすることにより、不必要な座標値読取が行われないようにしていた。
【０００６】
しかし、このような座標値読取有効／無効スイッチの操作は、ワークの測定目標点の近辺で頻繁に行う必要があって極めて操作性が悪かった。すなわち、
１）オペレータは座標値読取有効／無効スイッチを目視確認して操作しなければならないため、測定点毎にスクリーンとスイッチを交互に見直すことになり、スクリーン上の測定点の見間違い、スイッチの操作間違いなどが生じることがあった。
２）座標値読取有効／無効スイッチをＯＮしたつもりが、実際にはＯＮされておらず、座標値が読取られなかった場合は、必要な評価計算処理が行えず、場合によっては、再度、全ての測定をやり直す必要があって、測定の能率が悪かった。
３）座標値読取有効／無効スイッチをＯＦＦしたつもりが、実際にはＯＦＦされていなかった場合は、測定点とは異なる座標値が読取られてしまう場合があり、大きな測定誤差が生じる原因となり、また場合によっては、再度、全ての測定をやり直す必要があって、測定の能率が悪かった。
【０００７】
これに対して、座標値読取有効／無効スイッチをＯＮした後で、座標値読取が行われると、自動的に座標値読取有効／無効スイッチをＯＦＦにする改良が行われたが、前記１）、２）項の問題点は解決されなかった。
【０００８】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、測定の操作性を向上させ、測定作業の効率を高めることができる測定データ取込装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る測定データ取込装置は、被測定物を測定するセンサと、前記被測定物の測定点を前記センサが測定した時に測定信号を出力する測定信号発生手段と、前記検出しようとする測定点の予測座標値に対してこれを内部に含むように設定された所定の有効範囲を記憶する有効範囲記憶手段と、前記被測定物に対する前記センサの位置が前記設定された有効範囲内かどうかを比較する有効範囲比較手段と、前記センサが前記有効範囲内に位置している状態で前記測定信号発生手段が測定信号を出力した場合に、前記被測定物の測定点の位置を示す座標値を測定データとして記憶する座標値記憶手段と、前記測定信号発生手段が測定信号を出力したときに、前記被測定物の測定点の位置を示す座標値を測定データとして取り込むことを有効とする有効状態と、前記被測定物の測定点の位置を示す座標値を測定データとして取り込むことを無効とする無効状態とを切り替える有効無効切替手段とを備え、前記有効無効切替手段は、前記座標値記憶手段が前記測定データを記憶した後は、無効状態に切り替わるものであることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、センサが予測座標値を含む有効範囲に位置していることが、測定データの取り込みの条件となるので、センサが予測座標値に近づくと座標値読取がＯＮになり、予測座標値から離れたところでは座標値読取がＯＦＦとなる。このため、座標値読取有効／無効スイッチを手動でＯＮ／ＯＦＦする必要が無く、操作性が極めて良好になり、測定の作業効率も向上する。また、有効無効切替手段を有効にしたまま、無効に切り替えるのを忘れた場合でも、測定データの取込に連動して有効無効切替手段が無効に切り替わるので、測定誤差が生じる可能性を極力少なくすることができる。
【００１３】
本発明の他の実施形態においては、前記被測定物の画像を表示する画像表示手段を更に備え、前記測定信号発生手段は、前記画像表示手段に表示された被測定物の画像に対して前記センサを相対的に移動させて前記センサが前記被測定物の画像のエッジを横切ったときに前記測定信号としてエッジ信号を出力することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して本発明の具体的な実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る画像のエッジデータ取込機能を有する幾何要素測定装置の外観図である。この幾何要素測定装置は、投影画像のエッジ検出機能を有する投影機１０と、この投影機１０から出力されるエッジ信号を処理してワーク３０の幾何形状を判別する制御装置２０とを備える。
【００１５】
投影機１０は、次のように構成されている。即ち、本体部１１の上には、測定対象であるワーク３０を載置するテーブル１２が昇降機構１３を介して設置されている。テーブル１２は、テーブル１２に設けられたＸ軸（図中左右方向）駆動つまみ１４ａ及びＹ軸（図中前後方向）駆動つまみ１４ｂと、本体部１１に設けられたＺ軸（図中上下方向）駆動つまみ１４ｃとにより、ＸＹＺ方向に自由に移動させることができる。テーブル１２に設置されたワーク３０の光学像は、レンズ１５を介してスクリーン（画像表示手段）１６上に投影される。スクリーン１６の前面には、受光器１７が透明の取付板１８に支持されて配置されている。
【００１６】
また、図２に示すように、投影機１０には、テーブル１２のＸ軸位置とＹ軸位置とを検出するためのＸ軸リニヤスケール３１ｘと、Ｙ軸リニヤスケール３１ｙとが設けられている。
【００１７】
一方、制御装置２０は、スクリーン１６に投影された投影画像１９のエッジの座標（エッジデータ）を測定して、その測定データに基づいて幾何形状の判別処理を行うもので、図２に示すように、エッジ信号発生器４０、Ｘ軸カウンタ４１ｘ、Ｙ軸カウンタ４１ｙ、有効範囲記憶手段４２、有効範囲比較手段４３、有効無効切替手段４４、座標値記憶手段４５及び表示手段４６を備えて構成されている。
【００１８】
エッジ信号発生器４０は、受光器１７の出力からスクリーン１６上に投影された投影画像１９のエッジを検出してエッジ信号を出力する。Ｘ軸カウンタ４１ｘ及びＹ軸カウンタ４１ｙは、Ｘ軸リニヤスケール３１ｘの出力及びＹ軸リニヤスケール３１ｙの出力でカウント動作を行う。
【００１９】
有効範囲記憶手段４２は、例えば図３（ａ），（ｂ）に示すように、測定しようとしている予測座標値Ｄｎに対して設定された所定の有効範囲Ｒｎを記憶する。この有効範囲Ｒｎの設定は、図示しない設定手段あるいは図示しない入力装置によってワーク３０のＣＡＤデータなどを入力して自動設定するものであっても良い。
【００２０】
有効範囲比較手段４３は、スクリーン１６に投影された投影画像１９に対する受光器１７（センサ）の位置（現在座標値）、即ちＸ軸カウンタ４１ｘとＹ軸カウンタ４１ｙの値が有効範囲記憶手段４２に記憶されている有効範囲Ｒｎの範囲内にあるか否かを比較する。
【００２１】
有効無効切替手段４４は、受光器１７の現在座標値が有効範囲Ｒｎ内にある場合、あるいは図示しない座標値読取有効／無効スイッチがＯＮ操作された場合に「有効」を選択し、受光器１７で、スクリーン１６に投影されたワーク３０の投影画像１９のエッジが検出されて座標値が読込まれた場合、あるいは図示しない座標値読取有効／無効スイッチがＯＦＦ操作された場合に「無効」を選択する。その選択状態は、座標値記憶手段４５に供給される。
【００２２】
座標値記憶手段４５は、有効無効切替手段４４の選択状態が「有効」であって、且つ受光器１７がスクリーン１６に投影されたワーク３０の投影画像１９のエッジを横切るときにエッジ信号発生器４０からエッジ信号が出力された際にラッチされた座標値（エッジ信号が入力された時点のカウンタ４１ｘ，４１ｙの計数値）を読込んでこれをエッジデータとして記憶するもので、所定の測定点数のエッジデータを記憶できる容量を備えている。
【００２３】
表示手段４６は、有効範囲記憶手段４２に記憶された有効範囲Ｒｎや座標値記憶手段４５に記憶されたワーク３０のエッジデータを表示する。
【００２４】
ワーク３０の測定データ（エッジデータ）を得るための測定操作手順としては、まずＺ軸駆動つまみ１４ｃを回してレンズ１５とテーブル１２の上下方向の位置を調整し、スクリーン１６に投影されたワーク３０の投影画像１９のピントを調整する。次に、Ｘ軸駆動つまみ１４ａ及びＹ軸駆動つまみ１４ｂを操作してテーブル１２に載置されたワーク３０をレンズ１５に対して移動させることによってスクリーン１６上でワーク３０の投影画像１９を移動させ、投影画像１９の測定したい点が受光器１７を横切るように通過させる。これによって測定点の座標値を得ることが出来る。すなわち、テーブル１２のＸ軸方向移動とＹ軸方向移動を検出するＸ軸リニヤスケール３１ｘとＹ軸リニヤスケール３１ｙの出力を計数するＸ軸カウンタ４１ｘとＹ軸カウンタ４１ｙに、受光器１７の出力によってエッジ信号発生器４０で生成されたエッジ信号を入力して、これらのカウンタの計数値をラッチして出力させることにより、測定点のＸ軸座標値とＹ軸座標値を得ることが出来る。これらのＸ軸座標値とＹ軸座標値は制御装置２０の座標値記憶手段４５によって記憶され、この記憶された座標値から、ワーク３０の寸法や幾何形状を計算して評価を行う。
【００２５】
図４は、この発明によって測定点の座標値を得るための処理手順を示すフローチャートである。
処理を開始（Ｓ１０）した後、測定点座標値の読取りを可能にする有効範囲Ｒｎを設定して有効範囲記憶手段４２に記憶する（Ｓ２０）。この有効範囲の設定は、図示しない設定手段あるいは図示しない入力装置によってワークのＣＡＤデータなどを入力して自動設定するものであっても良い。
つまり、通常はワークの各部の寸法の概略は設計図面やＣＡＤデータなどから既知であるために、測定したい点のおおよその座標値は予測することができる。そこでこの予測座標値に対して一定の有効範囲Ｒｎを設定することができる。この有効範囲Ｒｎは、各測定点毎に独立の範囲を設定しても良いが、全測定点に対して共通の範囲Ｒ０を設定しても良い。
【００２６】
図５は、角穴Ｈを測定するために、６点の測定点Ｄｎを配置した例を示す。この各測定点Ｄｎに対して、有効範囲Ｒｎを図３に示すように配置する。図３（ａ）は、角形状の有効範囲Ｒｎを設定する場合を示し、図３（ｂ）は、円形状の有効範囲Ｒｎを設定する場合を示す。
【００２７】
更に、この有効範囲Ｒｎは、各測定点Ｄｎに対して設定する方法に対して、図６に示すように投影画像上の領域に対して設定することも出来る。この図６では、座標軸に平行な４つの辺を持つ角穴を示すが、このような場合は、例えば測定点Ｄｎに対しては、Ｙ軸座標値＞＋ＬあるいはＹ軸座標値＜−Ｌの領域を有効範囲Ｒｎとすることが出来る。
【００２８】
次に、ワーク３０をテーブル１２上に設置すると共に、座標値読取自動有効機能を働かせて測定操作を開始する（Ｓ３０）。
投影機１０のテーブル１２に載置されたワーク３０の形状はスクリーン１６に投影され、投影画像１９として表示される。テーブル１２をＸ軸方向あるいはＹ軸方向に移動させると、スクリーン１６に表示された投影画像１９もＸ軸方向あるいはＹ軸方向に移動する。従って、スクリーン１６の中央部に固定された受光器１７と投影画像１９は相対的に移動することになる。このようにして投影画像１９を移動させ、ワーク３０のエッジが受光器１７通過すると、エッジ信号発生器４０でエッジ信号が生成されて、Ｘ軸カウンタ４１ｘとＹ軸カウンタ４１ｙに供給され、その位置の座標値がラッチされる。このように、測定操作は投影画像１９の測定点Ｄｎを受光器１７に近づけ、受光器１７を通過させる操作をいう。
【００２９】
従って、まず投影画像１９の現在座標値（受光器１７に対する相対座標値）が予測した測定点座標値の有効範囲Ｒｎに入ったか否かを有効範囲比較手段４３によって比較して判断する（Ｓ４０）。現在座標値が有効範囲Ｒｎ内に入った場合は、有効無効切替手段４４で「有効」を選択して座標値読取を有効にする（Ｓ５０）が、有効範囲Ｒｎ外の場合は、測定終了かどうかの判断を行う（Ｓ１００）。
【００３０】
一方、座標値読取が「有効」状態にある場合は、受光器１７によってワーク３０の投影画像１９のエッジが検出されたか否かを判断し（Ｓ６０）、エッジが検出された場合は、カウンタ４１ｘ、４１ｙからラッチされたエッジ座標値を読み取って座標値記憶手段４５に記憶すると共に、カウンタ４１ｘ、４１ｙのラッチを解除する（Ｓ７０）。続いて有効無効切替手段４４を「無効」に切替え（Ｓ８０）、現在座標値が測定点座標値の有効範囲Ｒｎから離脱したことを確認したのち、測定終了かどうかの判定を行う（Ｓ１００）。
【００３１】
受光器１７によってワーク３０の投影画像１９のエッジが検出されない場合は、座標値読取有効／無効スイッチがＯＦＦ操作されていないかどうかを判断し（Ｓ９０）、ＯＦＦ操作（無効スイッチ操作）された場合は、有効無効切替手段４４を「無効」に切替え（Ｓ８０）、測定終了判定を行う（Ｓ１００）。ＯＦＦ操作されていない場合は、そのまま測定終了判定を行う（Ｓ１００）。
【００３２】
測定終了判定（Ｓ１００）では、必要な全ての測定点が測定完了した場合、あるいは測定が中止された場合に測定終了と判断して、座標値読取自動有効機能を終了して（Ｓ１１０）、測定処理を終了する（Ｓ１２０）。測定が終了していない場合は、Ｓ４０へ処理を戻す。
【００３３】
この測定終了判断は、予め図示しない記憶手段に記憶させておいた測定すべき全測定点数と、実際に測定された点数とを比較することにより、自動で行うことができる。また、図示しない測定終了スイッチによって手動で測定終了させることも出来る。また、測定を途中で中止させる場合も、この測定終了スイッチの手動操作で行うようにすれば良い。
【００３４】
この実施形態によれば、次の効果がある。
（１）予測される測定点座標値の周囲に有効範囲を設けて、センサの現在座標値がこの有効範囲内に入った場合に座標値読取を可能にしたので、測定点毎に座標値読取有効／無効スイッチを操作する必要がないので、ワーク（あるいはワークの投影画像）から目を離す必要がなくなり、測定間違いを防止することができる。
（２）座標値読取有効／無効スイッチのＯＮ忘れ、ＯＦＦ忘れを防止できるので、測定の欠落、不要点での間違い測定を防止できる。
（３）有効範囲の形状として、角形状、円形状、領域のいずれも可能で且つその大きさが自由に設定できるため、測定点の位置精度、周囲の形状などによって最適な有効範囲が選択できる。例えば図７に示すような細かいスリット形状の特定個所のエッジを測定したい場合、この図に示すように有効範囲を設定すれば、他のスリット位置で誤ってエッジを測定してしまうことを避けられるので、センサの進入方向Ｆを自由に選択でき、測定が極めて容易になる。
【００３５】
さらに、オートフォーカス機能を備えた顕微鏡などにおいて、焦点調節を行う場合に、焦点深度方向の予測座標値に対して有効範囲を設けて、その有効範囲内でのみオートフォーカス可能とすれば、ワークのオートフォーカス点に段差がある場合でも所定位置に焦点を合わせることが可能となる。例えば図８において、幅Ａの範囲でオートフォーカス可能な顕微鏡を用いて測定を行う際に、狭い穴の底部Ｓ１に焦点を合わせたい場合であっても、面Ｓ２に焦点が合う場合があるが、このような場合、焦点深度方向に有効範囲Ｒｎを設けることによって、確実に底部Ｓ１に焦点を合わせることが可能となる。
【００３６】
この実施形態では、投影機に用いる二次元形状における測定に限って説明したが、その他に、測定機としては、顕微鏡、画像測定機、あるいは三次元形状を測定する三次元測定機などにおける測定にも用いることが出来る。また、センサとしても受光器に限って説明したが、ＣＣＤ画像センサ、タッチ信号プローブなどでもあっても良い。特に、高精度タッチ信号プローブを高速三次元測定機に用いた場合は、プローブ移動に伴う急激な加減速によってタッチ信号が誤って出力されることがあるが、本件発明を用いることによって、位置決め時の誤動作を防止でき、測定点近辺でのタッチ信号のみを有効にできるので、誤測定を防止することが出来る。
【００３７】
また、上記実施形態では、載置テーブルを手動で操作する場合に限って説明したが、パートプログラムを用いて自動測定を行う測定機であっても、同様に用いることが出来る。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、センサが予測座標値を含む有効範囲に位置していることが、データの取り込みの条件となるので、センサが予測座標値に近づくと座標値読取がＯＮになり、予測座標値から離れたところでは座標値読取がＯＦＦとなる。このため、座標値読取有効／無効スイッチを手動でＯＮ／ＯＦＦする必要が無く、操作性が極めて良好になり、測定の作業効率も向上するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係る幾何要素測定装置の外観正面図である。
【図２】 同装置の内部ブロック図である。
【図３】 同装置で設定される予測座標値に対する有効範囲を説明するための図である。
【図４】 同装置におけるエッジデータの取込処理を示すフローチャートである。
【図５】 同装置における幾何形状測定のために取り込まれるエッジデータを示す図である。
【図６】 同装置におけるスクリーンに表示された画像における取り込むべきエッジデータと有効範囲との関係を示す図である。
【図７】 同装置における複数の幾何要素から特定のエッジデータを取り込む処理を説明するための図である。
【図８】 同装置における特定の面に焦点を合わせたい場合の処理を説明するための図である。
【符号の説明】
１０…投影機、１２…テーブル、１５…レンズ、１６…スクリーン、１７…受光器、１９…投影画像、２０…制御装置、３１ｘ…Ｘ軸リニヤスケール、３１ｙ…Ｙ軸リニヤスケール、４０…エッジ信号発生器、４１ｘ…Ｘ軸カウンタ、４１ｙ…Ｙ軸カウンタ、４２…有効範囲記憶手段、４３…有効範囲比較手段、４４…有効無効切替手段、４５…座標値記憶手段、４６…表示手段。

Claims (3)

1. 被測定物を測定するセンサと、
   前記被測定物の測定点を前記センサが測定した時に測定信号を出力する測定信号発生手段と、
   前記検出しようとする測定点の予測座標値に対してこれを内部に含むように設定された所定の有効範囲を記憶する有効範囲記憶手段と、
   前記被測定物に対する前記センサの位置が前記設定された有効範囲内かどうかを比較する有効範囲比較手段と、
   前記センサが前記有効範囲内に位置している状態で前記測定信号発生手段が測定信号を出力した場合に、前記被測定物の測定点の位置を示す座標値を測定データとして記憶する座標値記憶手段と、
   前記測定信号発生手段が測定信号を出力したときに、前記被測定物の測定点の位置を示す座標値を測定データとして取り込むことを有効とする有効状態と、前記被測定物の測定点の位置を示す座標値を測定データとして取り込むことを無効とする無効状態とを切り替える有効無効切替手段とを備え、
   前記有効無効切替手段は、前記座標値記憶手段が前記測定データを記憶した後は、無効状態に切り替わるものである
   ことを特徴とする測定データ取込装置。
2. 前記被測定物の画像を表示する画像表示手段を更に備え、
   前記測定信号発生手段は、前記画像表示手段に表示された被測定物の画像に対して前記センサを相対的に移動させて前記センサが前記被測定物の画像のエッジを横切ったときに前記測定信号としてエッジ信号を出力する
   ことを特徴とする請求項１記載の測定データ取込装置。
3. 
   前記有効無効切替手段は、前記センサが前記有効範囲内に位置している場合に前記有効状態とし、該有効状態であるときに前記測定信号発生手段により前記エッジ信号が出力された場合に前記無効状態とする
   ことを特徴とする請求項２記載の測定データ取込装置。

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