JP3922942B2 - 画像測定装置、画像測定方法及び画像測定用プログラム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、測定顕微鏡や非接触三次元測定機などの画像測定装置に関し、特に、ワーク上の任意の部分を計測するのに好適な画像測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の画像測定機により、測定対象（例えばプリント基板）を測定する場合、まず測定対象の測定しようとする部分を指定しなければならない。
指定の方法としては、マウスなどによりマニュアル的に指定する方法と、パートプログラムなどにより自動的に指定させる方法とがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、画像測定装置においては、例えばプリント基板の素子装着用穴のように、小さなパターン（以下小パターンという）を測定対象とすることが多い。プリント基板の素子装着穴は、その直径が１ｍｍ前後の小さなものである。このため、モニタ画面上で小さく表示されている素子装着穴をマウス等により正確に選択することは大変であった。
【０００４】
また、パートプログラムにより測定を実行する場合には、素子装着穴の位置はティーチングにより特定されるため、マウス等により小さな素子装着穴を選択する必要はない。しかし、製造上のばらつきにより素子装着穴の位置が所期の位置からズレてしまうことがあり、この場合には、実際の素子装着穴とは異なる位置に測定ツールが割り当てられてしまい、所望の測定が実行されずに装置が停止してしまうという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような点に鑑み、こうした小パターンの任意な、或いは抜き打ち的な検査を、簡単にかつ正確に実行することのできる画像測定装置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】
上記の目的の達成のため、本出願の第１の発明に係る画像測定装置は、前記ワークを撮像する撮像手段と、該撮像手段を前記ワークに対し相対的に移動させる移動手段と、該撮像手段で撮像された前記ワ−クの画像を表示する表示手段と、前記ワーク上の部分のうち、測定しようとする部分の形状を入力する測定対象形状入力手段と、前記測定しようとする部分の概略の位置を指定する指定手段と、該指定手段により指定された位置に前記撮像手段を相対的に移動させるよう指示する移動指示手段と、前記指定された位置に移動した後において、前記測定対象形状入力手段により入力された形状を備えた画像を前記ワーク画像内で検索する画像検索手段と、前記画像検索手段により検索された画像の重心位置を検出する重心位置検出手段と、該重心位置検出手段により検出された重心位置に検出ツールを設置する検出ツール設置手段と、この検出ツールによる検出結果を出力する出力手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
ここにいう「検出ツール」とは、前記表示手段上の測定したい部分が表示されている部分に配置され、当該部分の所定の形状特性を測定するものであることを概念的に表示する図形である。一例として円ツール、シンプルツールなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
前記画像検索手段は、前記指定手段により指定された位置から最も近く、前記測定対象形状入力手段により入力された形状と近似した形状のものを検索するように構成することができる。また、前記指定手段は、マウスを使用して前記表示手段上に表示されたポインタを移動させ、測定しようとする部分の概略の位置にポインタが位置した場合に前記マウスをクリックさせるようにすることができる。
【０００８】
上記目的を達成するため、本出願の第２の発明に係る画像測定方法は、ワークを載置台上に載置する第１のステップと、前記ワークを撮像する第２のステップと、第２のステップで撮像された前記ワ−クの画像を表示する第３のステップと、前記ワーク上の部分のうち、測定しようとする部分の形状を入力する第４のステップと、前記測定しようとする部分の概略の位置を指定する第５のステップと、該第５のステップにより指定された位置に前記撮像手段を相対的に移動させる第6のステップと、第６のステップの終了後、前記第４のステップにより入力された形状を備えた画像を前記ワーク画像内で検索する第７のステップと、前記第７のステップで検索された画像の重心位置を検出する第８のステップと、この第８のステップにより検出された重心位置に検出ツールを設置する第９のステップと、この検出ツールによる検出結果を出力する第１０のステップとを備えたことを特徴とする。前記第７のステップは、前記第５のステップにより指定された位置から最も近く、前記第４のステップによりにより入力された形状と近似した形状のものを検索するようにするのが好適である。
【０００９】
上記目的を達成するため、本出願の第３の発明に係る画像測定プログラムは、載置台上に載置されたワークを撮像する第１のステップと、第１のステップで撮像された前記ワ−クの画像を表示する第２のステップと、前記ワーク上の部分のうち、測定しようとする部分の形状を入力する第３のステップと、前記測定しようとする部分の概略の位置を指定する第４のステップと、該第４のステップにより指定された位置に前記撮像手段を相対的に移動させる第５のステップと、第５のステップの終了後、前記第３のステップにより入力された形状を備えた画像を前記ワーク画像内で検索する第６のステップと、前記第６のステップで検索された画像の重心位置を検出する第７のステップと、この第７のステップにより検出された重心位置に検出ツールを設置する第８のステップと、この検出ツールによる検出結果を出力する第９のステップとをコンピュータに実行させることを特徴とする。前記第６のステップは、前記第４のステップにより指定された位置から最も近く、前記第３のステップにより入力された形状と近似した形状のものを検索するようにするのが好適である。
【００１０】
上記本発明によれば、撮像手段で撮像されたワークの画像が表示された状態において、前記ワーク上の部分のうち測定しようとする部分の形状が測定対象形状入力手段により入力され、さらにその測定しようとする部分の概略の位置が指定手段により指定される。この指定がなされると、移動指示手段により、その指定された位置に前記撮像手段を相対的に移動させるよう指示される。これにより指定された位置に移動された後、前記測定対象形状入力手段により入力された形状を備えた画像が前記ワーク画像内において、画像検索手段により検索される。
この画像検索手段により所期の画像が検索されると、重心位置検出手段により、その画像の重心位置が検出され、その重心位置に、検出ツール設置手段により検出ツールが設置される。検出ツールによる検出結果は出力手段により出力される。
すなわち、指定手段により測定したい図形の概略の位置を指定すれば、画像検索手段が測定対象形状入力手段による入力に基づき所望の画像を検索するので、オペレータによる画像位置の指定をする労力が軽減される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る画像測定システムの全体構成を示す斜視図である。
このシステムは、非接触型の画像測定機１と、この画像測定機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。
【００１２】
画像測定機１は、次のように構成されている。即ち、架台１１上には、被測定対象（以下、ワークと呼ぶ）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。
【００１３】
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（以下、Ｊ／Ｓと呼ぶ）２３、マウス２４及びＣＲＴ画面２５を備えて構成されている。
コンピュータ本体２１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１８から入力されるワーク１２の画像情報は、インタフェース（以下、Ｉ／Ｆと呼ぶ）３１を介して画像メモリ３２に格納される。
【００１４】
また、図示しないＣＡＤシステムにより作成されるワーク１２のＣＡＤデータは、Ｉ／Ｆ３３を介してＣＰＵ３５に入力され、ＣＰＵ３５でビットマップの画像情報に展開された後、画像メモリ３２に格納される。
画像メモリ３２に格納された画像情報は、表示制御部３６を介してＣＲＴ画面２５に表示される。
【００１５】
一方、キーボード２２、Ｊ／Ｓ２３、及びマウス２４から入力されるコード情報及び位置情報は、Ｉ／Ｆ３４を介してＣＰＵ３５に入力される。ＣＰＵ３５は、ＲＯＭ３７に格納されたマイクロプログラム及びＨＤＤ３８からＩ／Ｆ３９を介してＲＡＭ４０に格納された測定実行プログラム、測定結果表示プログラム、パートプログラム等に従って測定実行処理及び測定結果の表示処理等を実行する。
ＣＰＵ３５は、測定実行処理に従って、Ｉ／Ｆ４１を介して画像測定機１を制御する。ＨＤＤ３８は、ＣＡＤデータ、測定実行プログラム、測定結果表示プログラム、パートプログラム等を格納する。ＲＡＭ４０は、各種プログラムを格納する他、各種処理のワーク領域を提供する。
【００１６】
図３は、ＣＲＴ画面２５の表示の一例を示すものである。ＣＣＤカメラ１８からのワーク１２の画像情報１２´は、ワーク画像表示部２５ａに表示される。また、ＣＰＵ３５からのＣＡＤデータは、ＣＡＤデータ表示部２５ｂにＣＡＤデータ画像１２´´として表示される。図３では、ＣＡＤデータ画像１２´´が、その全体像が一覧できるような大きさに表示されているが、ＣＡＤデータ画像１２´´の一部分を拡大して表示し、適宜画面をスクロールさせて任意の部分のみを表示させるようにすることも可能である。画面２５の右上には、各種測定処理及び測定値算出を実行するマイクロプログラムを起動するアイコンが配置して構成されるファンクションウインドウ２５Ｃが表示されている。マイクロプログラムは、計測対象の形状及び計測内容の種類の別によって設定されている。例えば、アイコン２５１は円形状の部分（例えばプリント基板の素子装着穴）について、その中心位置(重心位置)を計測するマイクロプログラムを起動するためのもの、アイコン２５２は円形状の部分についてその直径を計測することを指定するマイクロプログラムを起動させるためのもの、アイコン２５３は長方形状の部分についてその重心位置を計測するマイクロプログラムを起動させるためのものである。
また、２５ｄは、オペレータにマイクロプログラムの進行に沿った操作を促すための表示がなされるガイド画面である。
【００１７】
次に、本実施の形態の作用を、図４Ａ，Ｂに示すフローチャートに基づいて説明する。ここでは、プリント基板がワーク１２として選択されている場合について説明する。プリント基板の一例を示すと、図５に示すように、円形の素子装着穴１２ａ、四角形の素子装着穴１２ｂ、大型の素子装着穴１２ｃ、長溝１２ｄ、矩形溝１２ｅなど、様々な形状の部分を有しており、これらの部分はいずれも画像測定装置の測定対象とされ得る。ここでは、円形の素子装着穴１２ａを測定の対象とし、その直径を計測する場合を説明する。
この場合、図６に示すように、まずファンクションウインドウ２５Ｃ中のアイコン２５２にマウス２４のポインタＰを移動させてマウス２４の左ボタンをクリックすることにより、円形形状の部分の直径を測定するためのマイクロプログラムを起動させる（Ｓ1）。
すなわち、ファンクションウインドウ２５Ｃは、測定しようとする部分の形状を入力する測定対象形状入力手段として機能するものである。
【００１８】
マイクロプログラムが起動されると、ガイド画面２５ｄに、「測定したい部分にの位置を指定して下さい」という表示がなされる。オペレータは、ＣＡＤデータ表示部２５ｂに表示されたＣＡＤデータ画像１２´´中の対応画像部分１２a´´の近傍にマウス２４のポインタＰを移動させて、マウス２４の左ボタンをクリックする（Ｓ２）。本実施の形態では、画像部分１２ａ´´の円の内部にポインタＰを位置させる必要は無く、その近傍で構わないという点で、従来技術と異なっている。
【００１９】
マウス２４のクリック動作を受けて、表示制御部３６はクリック動作がされた時点でのポインタＰの表示位置データをドライバ４２に出力する。ドライバ４２は、この表示位置データに基づきＸ軸駆動機構、Ｙ軸駆動機構、Ｚ軸駆動機構（いずれも図示せず）を駆動させ、マウス２４がクリックされた時点でのポインタＰの位置が画面の中心に来るように、ＣＣＤカメラ１８を相対移動させる（Ｓ３）。これにより、ワーク画像表示部２５ａの表示は、素子装着穴１２ａの画像１２ａ´付近が拡大して表示された状態に変化する。クリック時のポインタＰの位置がワーク画像表示部２５ａの中心位置Ｘに一致するようにされるとともに、そのことが分かるよう、画面中心位置ＸにポインタＰを示す矢印図形Ｐ´が表示されている。
【００２０】
次に、ワーク画像表示部２５ａに表示された複数の素子装着穴１２ａの画像１２ａ´を検索するため、図７（ａ）に示すように、ワーク画像表示部２５ａの中心位置Ｘを中心として、ワーク画像１２´を放射状に所定角度間隔で走査し、素子装着穴１２ａの画像のエッジを検出する（Ｓ４）。
この走査信号は図７（ｂ）のようになる。複数の走査信号のうち、信号２乃至信号８は中心位置Ｘから最も近い位置に存在する素子装着穴の画像１２a´-１に対応するものであり、信号ｎ−３乃至信号ｎは２番目に近い素子装着穴１２ａ´-２に対応するものである。
このようにして検索された複数の素子装着穴１２ａの画像１２a´の中から、１つの素子装着穴を選択する（Ｓ５）。ここでは、最も近い素子装着穴の画像１２a´-１を計測対象として選択するものとする。
【００２１】
マイクロプログラムは、このピーク位置の変化のしかたに基づき、特定されたパターンが計測対象として選択されている形状（ここでは円形状）に沿ったものであるか否かを判定する（Ｓ６）。検出されたピークがノイズに基づくものであったような場合には、ピーク位置の変化に不自然なばらつきが生じたり、曲率が想定される数値とかけ離れたりするので、これにより、計測対象として選択されている形状がピックアップされたのか否かを判定することができる。例えば、図７ａに示すようなノイズＮ１、Ｎ２等が存在した場合には、これらに起因するピーク信号が例えば走査線ｋ−１、ｋに単発的に現われるが、これらはアイコン２５２により指定された形状（円形状）に対応する信号ではないとして無視される。
ここでは、円形状が選択されているので、このピーク位置の変化のしかたがある曲率を持った円弧となっているか否かにより、ＹＥＳ/ＮＯの判定をする。ＹＥＳ（円弧である）と判定された場合には、このピーク位置の変化に基づき、素子装着穴１２ａ´-１の重心位置を演算する（Ｓ７）。ＮＯ（円弧でない）と判定された場合には、別の走査信号により、円形状の計測対象を検索する。
【００２２】
なお、図８に示すように、クリック時のポインタＰの位置が素子装着穴１２a´´−１の画像に一致していたときは、走査信号のピーク位置は図８（ｂ）に示すように、半周期の正弦波状に変化する。この正弦波的変化の振幅の大きさと周期を演算することにより、この素子装着穴１２a−１の位置と重心位置が検出される。
このように、本実施の形態では、計測の対象とする部分を正確にマウス２４でクリックしなくとも、大体の位置をクリックするだけで計測対象となる部分を特定させることができる。
【００２３】
素子装着穴１２ａ−１の重心位置が検出されたら、このデータをドライバ４２に送り、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸駆動機構を駆動させ、この素子装着穴の画像１２a´−１の重心位置が表示部２５ａの中心位置Ｘに来るようにＣＣＤカメラ１８を移動させる（Ｓ８）。これにより、素子装着穴の画像１２a´−１の重心位置が、図９に示すように、表示部２５ａの中心位置Ｘに位置するようになる。
【００２４】
次に、この素子装着穴１２ａ−1の形状を測定するため、この画面中心位置Ｘに測定ツールを配置させる（Ｓ９）。測定ツールは、円ツール、シンプルツール、ボックスツールなど、測定対象の形状によって適宜選択できるように多種類用意されており、ファンクションウインドウ２５Ｃで選択されたマイクロプログラムの内容に応じて適宜自動的に選択される。この場合には、円ツールが選択されるものとする。
【００２５】
円ツールが素子装着穴の画像１２a´−１の中心位置Ｘに配置されると、マイクロプログラムに基づき所定の計測が開始される（Ｓ１０）。ここでは、図１０に示すように、所定の角度間隔でエッジの検出がなされ、この検出結果に基づき素子装着穴１２a−１の直径が算出される。
【００２６】
次に、この算出された直径の測定値をＣＡＤデータと照合させて、公差を算出する（Ｓ１１）。
算出された公差は、図１１に示すように、測定値と共に画面２５上に、測定を終了したパターンの近傍に表示される。
【００２７】
こうして、１つの素子装着穴の計測が終了すると、図１２に示すように、ガイド画面２５ｄに「他の同一形状部分も継続して計測しますか？（はい）（いいえ）」との表示がなされ（Ｓ１２）、オペレータに回答を促す。終了するときは、（いいえ）のアイコンをクリックすると、マイクロプログラムは終了する（Ｓ１４）。
継続する場合には、（はい）のアイコンをクリックする。（はい）がクリックされると、ＣＡＤデータに含まれる素子装着穴１２ａの位置データに基づき、隣接する素子装着穴を検索し（Ｓ１３）、重心位置を演算した後、同様に円ツールを配置させて直径を演算する。
【００２８】
以上の実施例においては、測定対象のパターンを指定するのにマウスによりその近傍の位置をクリックさせるようにしたが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、測定対象が存在する大体の位置を、四角形で囲ませるようにしてもよい。この四角形は、マウスのドラグ・アンド・ドロップ操作等により行なわせるようにしてもよい。
また、上記実施の形態では、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸駆動機構により、自動的にＣＣＤカメラ１８の位置の相対移動を実行していたが、画面２５に「測定テーブルをＸ方向に〇ｍｍ、Ｙ方向に□ｍｍ、Ｚ方向に△ｍｍ移動させて下さい」のような指示を与えることにより、手動で測定テーブルを移動させるようにしてもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、画像測定機において、小パターンの任意な、或いは抜き打ち的な検査を、簡単にかつ正確に実行することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係る非接触画像測定システムの構成を示す斜視図である。
【図２】 本発明の実施の形態に係る画像測定システムにおけるコンピュータ本体の構成を示すブロック図である。
【図３】 本発明の実施の形態におけるモニタ画面の表示例を示す。
【図４Ａ】 本発明の実施の形態の作用を示すフローチャートである
【図４Ｂ】 本発明の実施の形態の作用を示すフローチャートである。
【図５】 本発明に係る画像測定装置の測定対象の一例としてのプリント基板を説明するものである。
【図６】 本発明の実施の形態におけるモニタ画面の表示例を示す。
【図７】 測定の対象とするパターンの検索方法を示す概念図である。
【図８】 測定の対象とするパターンの検索方法を示す概念図である。
【図９】 本発明の実施の形態におけるモニタ画面の表示例を示す。
【図１０】 円ツールによる測定対象の測定の様子を示す図である。
【図１１】 測定結果の表示例を示す図である。
【図１２】 本発明の実施の形態におけるモニタ画面の表示例を示す。
【符号の説明】
１・・・画像測定機、２・・・コンピュータシステム、３・・・プリンタ、１１・・・架台、１２・・・被測定対象、１３・・・測定テーブル、１４，１５・・・支持アーム、１６・・・Ｘ軸ガイド、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画面、３１，３４・・・インタフェース、３２・・・画像メモリ、３６・・・表示制御部、３５・・・ＣＰＵ

Claims (7)

1. ワークを載置する載置台と、
   前記ワークを撮像する撮像手段と、
   該撮像手段を前記ワークに対し相対的に移動させる移動手段と、
   該撮像手段で撮像された前記ワ−クの画像を表示する表示手段と、
   前記ワーク上の部分のうち、測定しようとする部分の形状を入力する測定対象形状入力手段と、
   前記測定しようとする部分の概略の位置を指定する指定手段と、
   該指定手段により指定された位置に前記撮像手段を相対的に移動させるよう指示する移動指示手段と、
   前記指定された位置に移動した後において、前記測定対象形状入力手段により入力された形状を備えた画像を前記ワーク画像内で検索する画像検索手段と、
   前記画像検索手段により検索された画像の重心位置を検出する重心位置検出手段と、
   該重心位置検出手段により検出された重心位置に検出ツールを設置する検出ツール設置手段と、
   この検出ツールによる検出結果を出力する出力手段とを備えたことを特徴とする画像計測装置。
2. 前記画像検索手段は、前記指定手段により指定された位置から最も近く、前記測定対象形状入力手段により入力された形状と近似した形状のものを検索する請求項１に記載の画像計測装置。
3. 前記指定手段は、マウスを使用して前記表示手段上に表示されたポインタを移動させ、測定しようとする部分の概略の位置にポインタが位置した場合に前記マウスをクリックさせるようにした請求項１に記載の画像計測装置。
4. ワークを載置台上に載置する第１のステップと、
   前記ワークを撮像する第２のステップと、
   第２のステップで撮像された前記ワ−クの画像を表示する第３のステップと、
   前記ワーク上の部分のうち、測定しようとする部分の形状を入力する第４のステップと、
   前記測定しようとする部分の概略の位置を指定する第５のステップと、
   該第５のステップにより指定された位置に前記撮像手段を相対的に移動させる第６のステップと、
   第６のステップの終了後、前記第４のステップにより入力された形状を備えた画像を前記ワーク画像内で検索する第７のステップと、
   前記第７のステップで検索された画像の重心位置を検出する第８のステップと、
   この第８のステップにより検出された重心位置に検出ツールを設置する第９のステップと、
   この検出ツールによる検出結果を出力する第１０のステップとを備えたことを特徴とする画像計測方法。
5. 前記第７のステップは、前記第５のステップにより指定された位置から最も近く、前記第４のステップによりにより入力された形状と近似した形状のものを検索する請求項４に記載の画像計測方法。
6. 載置台上に載置されたワークを撮像する第１のステップと、
   第１のステップで撮像された前記ワ−クの画像を表示する第２のステップと、
   前記ワーク上の部分のうち、測定しようとする部分の形状を入力する第３のステップと、
   前記測定しようとする部分の概略の位置を指定する第４のステップと、
   該第４のステップにより指定された位置に前記撮像手段を相対的に移動させる第５のステップと、
   第５のステップの終了後、前記第３のステップにより入力された形状を備えた画像を前記ワーク画像内で検索する第６のステップと、
   前記第６のステップで検索された画像の重心位置を検出する第７のステップと、
   この第７のステップにより検出された重心位置に検出ツールを設置する第８のステップと、
   この検出ツールによる検出結果を出力する第９のステップとをコンピュータに実行させることを特徴とする画像測定用プログラム。
7. 前記第６のステップは、前記第４のステップにより指定された位置から最も近く、前記第３のステップにより入力された形状と近似した形状のものを検索する請求項６に記載の画像計測プログラム。

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