JP4158349B2 - 画像処理による寸法計測方法およびその装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として生産ラインなどにおいて検査対象物となるワークを撮像して得た画像を用いてワークの寸法計測を行う画像処理による寸法計測方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、検査対象物となるワークをＴＶカメラのような画像入力装置により撮像して得られた画像に基づいて、ワークの外形寸法を求めワークの外観を検査する画像処理技術が知られている。いま、一例として、直方体状のパッケージの両側にＬ型のリードが複数本ずつ突出しているワークについて（たとえば、デュアルインラインパッケージ（ＤＩＰ）のような形状を想定する）、各リードにおいて折曲されている部位のパッケージからの突出寸法が揃っているか否かを検査する場合を考える。このような検査はワークが実装に適合するか否かの判断に必要である。
【０００３】
このような検査では、ワークの一面に直交する方向から画像入力装置によってワークを撮像し、すべてのリードが含まれる図６のような画像（たとえば、２値化画像）を生成する。以下、ワークの全体の画像を検査対象１と呼ぶことにする。図示する検査対象１では、パッケージに相当する部分を本体部１ａ、リードに相当する部分を脚片１ｂとする。この画像を用いてリードの折曲部位のばらつきを検査するには、たとえば図７に示すように、各脚片１ｂの先端部付近にそれぞれ検査領域Ｄｄを設定する。つまり、各検査領域Ｄｄの中で各脚片１ｂの先端縁の位置を測定点として抽出するのであって（図７における×印の位置が抽出された測定点を示す）、図示例では各検査領域Ｄｄにおける各脚片１ｂの先端縁の位置を画像内において本体部１ａからもっとも遠いｙ座標値として抽出している。なお、一般的な画像における座標系の設定方法として画像の左上角を原点とし、右に向かってｘ軸、下に向かってｙ軸をとるものとする。
【０００４】
ここで、検査対象１の幅寸法Ｗを、図において本体部１ａの上側の検査領域Ｄｄで抽出したｙ座標値の最小値（本体部１ａからもっとも遠い座標値）と本体部１ａの下側の検査領域Ｄｄで抽出したｙ座標の最大値（本体部１ａからもっとも遠い座標値）との差と定義する。また、本体部１ａからの脚片１ｂの突出寸法のばらつきの程度を評価するために、本体部１ａの上側の検査領域Ｄｄで抽出したｙ座標値の最大値と最小値との寸法差Δｄ１および本体部１ａの下側の検査領域Ｄｄで抽出したｙ座標値の最大値と最小値との寸法差Δｄ２を用いる。つまり、寸法差Δｄ１，Δｄ２が大きいほど脚片１ｂの突出寸法のばらつきが大きいことになる。図７に示す例は一例であり、画像内の横方向において幅寸法を求めたりばらつきを評価したりするときにはｘ座標値を用いる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した技術は、幅寸法Ｗや寸法差Δｄ１，Δｄ２を求める方向がｘ軸またはｙ軸に平行な方向であることを前提にしている。つまり、図示例について言えば、本体部１ａにおいて脚片１ｂの突出している輪郭線がｘ方向に一致していることを前提にしている。しかしながら、実際には検査対象１における本体部１ａが図８に示すようにｘ方向やｙ方向に対して傾くことがある。
【０００６】
いま、検査対象１について図７に示す位置を基準位置とすれば、図８に示す検査対象１では基準位置に対して左回りの回転変位が生じていることになる。したがって、図８に示す検査対象１について、図７に示した画像と同じ技術を適用して幅寸法Ｗ′および寸法差Δｄ１′，Δｄ２′を求めると、同じ検査対象１であっても結果の値が異なってしまう（Ｗ≠Ｗ′，Δｄ１≠Δｄ１′，Δｄ２≠Δｄ２′）。つまり、上述のように、脚片１ｂの先端部に設定した検査領域Ｄｄのみを用い、ｘ座標あるいはｙ座標の差によって幅寸法Ｗや寸法差Δｄ１，Δｄ２を求める技術では、図７に示す基準位置の検査対象１に対して画像内で回転変位が生じているか否かを知ることができず、測定結果の信頼性が損なわれることになる。
【０００７】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、画像内で検査対象が基準位置に対して回転変位が生じている場合であっても検査対象の寸法を回転変位がない場合と同様に正確に求めることができる画像処理による寸法計測方法およびその装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、画像内の検査対象について複数の測定点間の距離を検査対象に関する寸法として計測する画像処理による寸法計測方法であって、画像内に複数個の位置検出領域を設定するとともに検査対象の既知形状を各位置検出領域内で検出することにより既知形状の位置を特定した後、基準の検査対象について検出した既知形状の位置と寸法計測を行う検査対象について検出した既知形状の位置とを用いて基準の検査対象に対する検査対象の回転変位量を求め、次に前記既知形状と前記測定点との既知の位置関係を用いて測定点をそれぞれ含む複数個の検査領域を画像内に設定して各検査領域内で測定点を抽出し、かつ基準の検査対象で寸法を計測する方向に対して前記回転変位量だけ傾斜させた仮想直線を設定し、寸法計測を行う検査対象について設定した検査領域内で抽出した各測定点から前記仮想直線に下ろした垂線と仮想直線との交点間の距離を目的の寸法に用いることを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明は、画像内の検査対象について複数の測定点間の距離を検査対象に関する寸法として計測する画像処理による寸法計測装置であって、ワークを撮像する画像入力装置と、ワークを撮像した画像から目的の寸法を計測する画像処理装置とを備え、画像処理装置が、前記画像内に複数個の位置検出領域を設定するとともに検査対象の既知形状を各位置検出領域内で検出することにより既知形状の位置を特定した後、基準の検査対象について検出した既知形状の位置と寸法計測を行う検査対象について検出した既知形状の位置とを用いて基準の検査対象に対する検査対象の回転変位量を求め、次に前記既知形状と前記測定点との既知の位置関係を用いて測定点をそれぞれ含む複数個の検査領域を画像内に設定して各検査領域内で測定点を抽出し、かつ基準の検査対象で寸法を計測する方向に対して前記回転変位量だけ傾斜させた仮想直線を設定し、寸法計測を行う検査対象について設定した検査領域内で抽出した各測定点から前記仮想直線に下ろした垂線と仮想直線との交点間の距離を目的の寸法に用いることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（実施の形態）
本実施形態では、図１に示す画像処理装置２を用いる。図示する画像処理装置２は、ＴＶカメラのような画像入力装置１１により撮像した画像を格納する画像メモリ１２を有し、画像メモリ１２に格納された画像に対して画像処理部が以下の画像処理を施す。画像処理部は、マイクロプロセッサであるＣＰＵ１０と、ＣＰＵ１０による画像処理を実行させるためのプログラムおよび実行条件などを格納した主記憶メモリ１３とにより構成される。また、画像メモリ１２は画像処理の際の作業用メモリとしても用いられる。ＣＰＵ１０には、画像処理の過程や結果を表示するディスプレイ、画像処理の過程や結果を保存する外部記憶装置などの外部装置を接続するために外部インタフェース１４が設けられている。さらに、外部インタフェース１４を通して主記憶メモリ１３の内容を書き換えることも可能になっている。
【００１５】
従来例との比較を容易にするために、本実施形態の説明には図６に示した検査対象（斜線部で示す）１を用いる。ただし、本実施形態では、図２に示すように、従来例として示した６箇所の検査領域Ｄｄに加えて本体部１ａの長手方向の一辺の両端部に対応する２箇所の位置検出領域Ｄｅを付加している。一般化して言えば、検査対象１における直線部分のうち寸法のもっとも大きい直線部分の両端部にそれぞれ対応させて位置検出領域Ｄｅを設定するのが望ましい。
【００１６】
位置検出領域Ｄｅは検査対象１の座標軸に対する「傾き角度」と検査対象１の位置（代表点の座標であって、以下では「基準位置」という）とを検出するために設定される。また、本実施形態における検査領域Ｄｄは、位置検出領域Ｄｅを用いて求められた検査対象１の傾き角度および基準位置に基づいて設定される。さらに、本実施形態では、検査対象１の傾き角度および基準位置を求めるために、基準とするワークを撮像した画像での基準の検査対象１について傾き角度および基準位置を求めて主記憶メモリ１３に格納しておき、計測の対象となるワークを撮像した画像での検査対象１について求められる傾き角度および基準位置との差を求めるようにしてある。基準の検査対象１は寸法計測の標準となる検査対象１を意味する。
【００１７】
以下に本実施形態の処理手順を具体的に説明する。まず、基準の検査対象１に設定した各位置検出領域Ｄｅについて、図３に示すように、検査対象１のエッジ（図示例では本体部１ａの輪郭線）の上の１つの点の座標（ｘ１、ｙ１），（ｘ２，ｙ２）をそれぞれ求める（求めた一点を図３に×印で示している）。各位置検出領域Ｄｅでは検査対象１の１つのエッジの上であればどの点の座標を求めてもよい。ただし、位置検出領域Ｄｅは検査対象１の位置を検出するために、検出しようとするエッジに交差する方向に長い矩形状に設定される。１つの直線上の２点の座標（ｘ１、ｙ１），（ｘ２，ｙ２）が求まれば、画像内のｘ方向またはｙ方向に対する直線部分の傾き角度を求めることができる。つまり、ｘ軸を基準とする傾き角度をθｓとすれば、直線部分の傾き角度θｓの正接は、（ｙ２−ｙ１）／（ｘ２−ｘ１）になる。一方、基準位置の座標には、位置検出領域Ｄｅで求めた２点の（ｘ１、ｙ１），（ｘ２，ｙ２）の中点（（（ｘ１＋ｘ２）／２），（（ｙ１＋ｙ２）／２））の座標を用いる。このようにして求めた傾き角度θｓおよび基準位置は主記憶メモリ１３に格納され基準値として用いられる。
【００１８】
次に、寸法を計測するワークを撮像し、その画像での検査対象１について同様の処理を行って、傾き角度θｆと基準位置とを求める。寸法を計測する検査対象１について傾き角度θおよび基準位置が求まれば、基準の検査対象１との相対位置を知ることができるから、基準の検査対象１について設定した検査領域Ｄｄの位置を補正する。つまり、寸法計測を行う検査対象１の傾き角度θｆと、基準の検査対象１の傾き角度θｓとの差分を求めると、基準の検査対象１に対する寸法を計測する検査対象１の回転変位量θ（＝θｆ−θｓ）を求めることができるから、基準位置の変位分だけ検査領域Ｄｄを平行移動させ、さらに回転変位量θだけ検査領域Ｄｄの配置を回転させることによって、寸法を計測する検査対象１とに対し、基準の検査対象１に対して設定した検査領域Ｄｄとほぼ同じ位置関係の検査領域Ｄｄを設定することができる。要するに、検査対象１における測定点の既知の位置関係を用いて検査領域Ｄｄの位置を補正する。
【００１９】
また、回転変位量θが求まると、基準の検査対象１について寸法を求めた方向に対して回転変位量θだけ傾斜させた仮想直線を設定することができる。図３においては、基準の検査対象１の幅寸法Ｗおよび寸法差Δｄ１，Δｄ２をｙ方向について求めているから、仮想直線Ｌｙはｙ軸に対して回転変位量θだけ傾斜させてある。換言すれば、座標軸を回転変位量θだけ原点の回りに回転させて、ｘ軸およびｙ軸に対応する仮想直線Ｌｘ，Ｌｙを設定したことになる。ただし、図示例においては仮想直線Ｌｙのみを用いる。
【００２０】
上述のように寸法計測を行う検査対象１に合わせて検査領域Ｄｄの位置を補正するとともに、仮想直線Ｌｙを設定すれば、基準の検査対象１と同様にして検査領域Ｄｄの中で仮想直線Ｌｙに沿う方向において脚片１ｂの先端縁の位置（図３において×印で示した位置であって、以下では「測定点」という）を抽出することができるから、各検査領域Ｄｄで抽出された各測定点からそれぞれ仮想直線Ｌｙに対して垂線を下ろし、各垂線と仮想直線Ｌｙとの交点を求める。こうして交点を決定すれば、仮想直線Ｌｙの上での交点間の距離によって幅寸法Ｗおよび寸法差Δｄ１，Δｄ２を求めることができる。
【００２１】
なお、上述の例では検査対象１の傾き角度θｓ，θｆおよび基準位置を求めるために検査対象１の直線部分の両端部に位置検出領域Ｄｅを設定しているが、必ずしも直線部分を用いる必要はなく、検査対象１について形状が既知かつ変化の生じない部分であれば、他の箇所に位置検出領域Ｄｅを設定してもよい。さらに、検査対象１に適宜のマークを複数箇所（３箇所以上でもよい）に付与してマークの位置を位置検出領域Ｄｅの中で検出するようにしても、傾き角度および基準位置を決定することが可能である。また、仮想直線は座標軸を原点の回りに回転させて設定したものである必要はなく、検査対象１について寸法を計測しようとする方向に平行な方向に設定すればよい。
【００２２】
（参考例）
実施の形態では、基準の検査対象１について求めた傾き角度を求めて登録しておくことによって、寸法計測を行う検査対象１に対して基準の検査対象１との相対差として仮想直線を設定したのに対して、本例では寸法計測を行う検査対象１を含んだ画像を回転させることによって寸法計測を行う。
【００２３】
一般に、ワーク１と画像入力装置１１との相対位置を正確に位置合わせすることは困難であるが、一般に寸法計測はワーク１と画像入力装置１１とが正確に位置合わせされている状態を想定して行われる。つまり、実施の形態における基準の検査対象１としては画像内で理想の位置が存在する。そこで、本例では検査対象１が理想の位置に位置すると想定して基準に用いる。このような検査対象１の傾き角度は一般には０度に設定して手入力で設定され、主記憶メモリ１３に登録される。
【００２４】
次に、図４のように寸法計測を行う検査対象１について位置検出領域Ｄｅを設定し、位置検出領域Ｄｅを用いて検査対象１の傾き角度を求める。外部インタフェース１４を介して接続されるディスプレイ装置の画面の右上部には、図４に示すように、手入力で設定された基準の傾き角度（図では、「基準登録角度」として示してある）と、位置検出領域Ｄｅにより設定した傾き角度とが表示される。
【００２５】
上述のようにして寸法計測を行う検査対象１について傾き角度が求められると、図５のように、寸法計測を行う検査対象１を含む画像Ｐ１を、寸法計測を行う検査対象１から求めた傾き角度と主記憶メモリ１３に登録された基準の傾き角度との差分だけ回転させた画像Ｐ２が生成される。この画像Ｐ２の中で検査領域Ｄｄを設定し、幅寸法Ｗおよび寸法差Δｄ１，Δｄ２を求めれば、検査対象１を理想の位置に位置させた場合と同じ条件で幅寸法Ｗおよび寸法差Δｄ１，Δｄ２を求めたことになる。他の構成および動作は実施の形態と同様である。
【００２６】
なお、本例では検査対象１の基準位置について説明していないが、寸法計測を行う検査対象１について検査領域Ｄｄを設定する際に、理想の検査対象１との相対的な位置関係に基づいて設定するのが望ましいから、理想の検査対象１についての基準位置をワーク１の実寸に基づいて外部インタフェース１４を通して手入力で設定しておくのが望ましい。
【００２７】
【発明の効果】
請求項１または請求項５の発明は、基準の検査対象に対して寸法計測を行う検査対象の回転変位量を求め、基準の検査対象について寸法を計測する方向に対して回転変位量だけ変位させた仮想直線を設定し、寸法計測を行う検査対象を仮想直線に投影することによって寸法を計測するから、寸法計測を行う検査対象が回転変位を含んでいても正確な寸法計測が可能になるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態を示すブロック図である。
【図２】 同上を示す動作説明図である。
【図３】 同上の動作説明図である。
【図４】 参考例を示す動作説明図である。
【図５】 同上の動作説明図である。
【図６】 従来例を示す動作説明図である。
【図７】 同上の動作説明図である。
【図８】 同上の動作説明図である。
【符号の説明】
１ 検査対象
２ 画像処理装置
１０ ＣＰＵ
１１ 画像入力装置
１２ 画像メモリ
１３ 主記憶メモリ
１４ 外部インタフェース

Claims (2)

1. 画像内の検査対象について複数の測定点間の距離を検査対象に関する寸法として計測する画像処理による寸法計測方法であって、画像内に複数個の位置検出領域を設定するとともに検査対象の既知形状を各位置検出領域内で検出することにより既知形状の位置を特定した後、基準の検査対象について検出した既知形状の位置と寸法計測を行う検査対象について検出した既知形状の位置とを用いて基準の検査対象に対する検査対象の回転変位量を求め、次に前記既知形状と前記測定点との既知の位置関係を用いて測定点をそれぞれ含む複数個の検査領域を画像内に設定して各検査領域内で測定点を抽出し、かつ基準の検査対象で寸法を計測する方向に対して前記回転変位量だけ傾斜させた仮想直線を設定し、寸法計測を行う検査対象について設定した検査領域内で抽出した各測定点から前記仮想直線に下ろした垂線と仮想直線との交点間の距離を目的の寸法に用いることを特徴とする画像処理による寸法計測方法。
2. 画像内の検査対象について複数の測定点間の距離を検査対象に関する寸法として計測する画像処理による寸法計測装置であって、ワークを撮像する画像入力装置と、ワークを撮像した画像から目的の寸法を計測する画像処理装置とを備え、画像処理装置が、前記画像内に複数個の位置検出領域を設定するとともに検査対象の既知形状を各位置検出領域内で検出することにより既知形状の位置を特定した後、基準の検査対象について検出した既知形状の位置と寸法計測を行う検査対象について検出した既知形状の位置とを用いて基準の検査対象に対する検査対象の回転変位量を求め、次に前記既知形状と前記測定点との既知の位置関係を用いて測定点をそれぞれ含む複数個の検査領域を画像内に設定して各検査領域内で測定点を抽出し、かつ基準の検査対象で寸法を計測する方向に対して前記回転変位量だけ傾斜させた仮想直線を設定し、寸法計測を行う検査対象について設定した検査領域内で抽出した各測定点から前記仮想直線に下ろした垂線と仮想直線との交点間の距離を目的の寸法に用いることを特徴とする画像処理による寸法計測装置。

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