JP4634868B2 - 画像測定方法及びシステム - Google Patents

Description

本発明は、被測定対象を支持する測定ステージに対して撮像手段が相対移動しながら指定された測定箇所で停止することなく瞬間的な画像情報を取り込むことにより画像測定を行う非停止測定モードを備えた画像測定方法及びシステムに関する。

従来、ＣＮＣ画像測定機は、図８に示すように、ＣＣＤカメラ等の撮像手段に対して測定ステージを移動させ、測定箇所で停止させると共に、照明光量を調整して被測定対象の画像情報を取得し、取得された画像情報に対して測定ツール設定及びエッジ検出等の画像処理を施すことにより１つの測定箇所の測定を実行する。この測定を測定１，測定２，…のように全ての測定箇所について繰り返し実行することにより、必要な箇所の測定を行うようにしている（以下、このような測定モードを「標準モード」と呼ぶ。）。

これに対し、測定のスループットを向上させる目的で、測定箇所でも撮像手段に対して測定ステージを停止させることなく測定動作を行う測定モード（以下、このような測定モードを「非停止測定モード」と呼ぶ。）を備えた画像測定機が提案されている（特許文献１）。この画像測定機は、図９に示すように、測定ステージを測定箇所で停止させることなく被測定対象にストロボ照明を照射するか又はシャッター付きのＣＣＤカメラを使用して撮像された瞬間的な画像情報を取り込むことにより画像測定を行う。また、この画像測定機においては、ＣＣＤカメラを測定領域に高速で粗く位置決めし、その後、減速させて所定の定速領域でイメージを取り込む。
特表２００４−５３５５８７号公報、段落０００５〜０００６、図２

上述した従来の画像測定機は、測定すべき複数の箇所が直線上に配置されている場合には問題はないが、直線上に並んでいない場合、非停止測定モードで測定を行うと、測定箇所が撮像手段の移動パスの屈曲点になるため、移動機構に過負荷がかかり、場合によっては保安用のヒューズが飛ぶといった問題を引き起こす。また、移動機構に振動が発生し、測定精度が悪化するという問題もある。

本発明は、このような問題点に鑑みされたもので、測定精度を悪化させず、また移動機構に過負荷を与えることも防止できる画像測定方法及びシステムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る画像測定方法は、被測定対象を支持する測定ステージに対して撮像手段を相対移動させながら複数の測定箇所のそれぞれで前記撮像手段を停止させることなく前記被測定対象の瞬間的な画像情報を取り込むことにより画像測定を行う画像測定方法において、前記撮像手段が次に測定すべき第１の測定箇所に向かう方向を第１の方向とし、前記第１の測定箇所から次の測定箇所である第２の測定箇所に向かう方向を第２の方向としたとき、前記第１の方向と前記第２の方向とのなす角度が所定角度を超える場合、前記第１の測定箇所を前記第１の方向に通過したのち前記第１の方向に所定距離だけ前記撮像手段が移動するオーバーシュートパスを形成し、前記第１の方向と前記第２の方向とのなす角度が大きいほど前記第１の測定箇所における前記撮像手段の前記測定ステージに対する相対移動速度を低下させるようにしたことを特徴とする。

また、本発明に係る画像測定システムは、被測定対象を支持する測定ステージに対して撮像手段を相対移動させながら複数の測定箇所のそれぞれで前記撮像手段を停止させることなく前記被測定対象の瞬間的な画像情報を取り込むことにより画像測定を行う画像測定システムにおいて、前記複数の測定箇所を指示する手段と、この手段で指示された前記複数の測定箇所の情報に基づいて前記測定ステージに対する前記撮像手段の相対移動パス及び相対移動速度を決定する移動パス・速度決定手段と、この移動パス・速度決定手段で決定された相対移動パス及び相対移動速度に基づいて前記撮像手段を前記測定ステージに対して相対移動させる手段とを備え、前記移動パス・速度決定手段は、前記撮像手段が次に測定すべき第１の測定箇所に向かう方向を第１の方向とし、前記第１の測定箇所から次の測定箇所である第２の測定箇所に向かう方向を第２の方向としたとき、前記第１の方向と前記第２の方向とのなす角度が所定角度を超える場合、前記第１の測定箇所を前記第１の方向に通過したのち前記第１の方向に所定距離だけ前記撮像手段が移動するオーバーシュートパスを形成し、前記第１の方向と前記第２の方向とのなす角度が大きいほど前記第１の測定箇所における前記撮像手段の前記測定ステージに対する相対移動速度を低下させるように前記相対移動パス及び相対移動速度を決定するものであることを特徴とする。

本発明によれば、撮像手段が次に測定すべき第１の測定箇所に向かう第１の方向と第１の測定箇所から次の測定箇所である第２の測定箇所に向かう第２の方向とのなす角度が所定角度を超える場合、第１の測定箇所から第１の方向にオーバーシュートパスを形成するので、第１の測定箇所が移動パスの屈曲点となるのを防止することができる。これにより、測定精度の悪化を防止することができる。

また、本発明によれば、第１及び第２の方向のなす角度が大きいほど第１の測定箇所における撮像手段の相対移動速度を低下させるようにしているので、移動パスの屈曲点における移動機構の過負荷を抑制することができる。

次に、添付の図面に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。

［実施形態１］
図１は、本発明の一実施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。

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を載置する測定ステージ１３が装着されており、この測定ステージ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が測定ステージ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。

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及び表示装置２５を備えて構成されている。コンピュータ本体２１は、内部に記憶された所定のプログラムと共に、例えば図２に示す各機能を実現する。

すなわち、キーボード２２、Ｊ／Ｓ２３及びマウス２４等の入力手段からの指示入力に基づいて画像測定機１を制御するためのステージ移動処理部３１、照明調整処理部３２及びその他測定条件調整処理部３３が設けられている。ステージ移動処理部３１は、入力手段からのステージ移動指示入力に基づいて画像測定機１のＸＹＺ軸駆動機構を制御して、ＣＣＤカメラ１８の測定ステージ１３に対する位置を移動させる。照明調整処理部３２は、ティーチング時には、画像測定機１の照明装置を所定周期で連続的にストロボ点灯すると共に、入力手段からの照明調整指示入力に基づいてストロボ点灯のパルス幅を調整し、非停止測定モード時では、指定された測定箇所において、予め設定されたパルス幅でストロボ点灯させる。その他測定条件調整処理部３３は、その他の測定条件調整指示入力に基づいてレンズ倍率、フォーカシング調整等、その他の測定条件を調整する。

これら各処理部３１〜３３で調整されたステージ位置、ストロボ点灯のパルス幅の情報及びその他の測定条件情報は、入力手段による所定の指示入力に基づいてパラメータ取込部３４で取り込まれる。パラメータ取込部３４で取り込まれたパラメータは、パラメータ記憶部３５に記憶される。パートプログラム生成部３６は、パラメータ記憶部３５に記憶されたパラメータを使用して測定用のパートプログラムを生成する。このとき、入力手段により非停止測定モードが指示されている場合には、パートプログラム生成部３６は、非停止測定モードのパートプログラムを生成する。生成されたパートプログラムは、パートプログラム記憶部３７に記憶される。

パートプログラム実行部３８は、パートプログラム記憶部３７から必要なパートプログラムを読み出してこれを実行し、パートプログラムに記述された各種命令に従って、ステージ移動処理部３１、照明調整処理部３２、その他測定条件調整処理部３３、画像取得部４２及び画像処理部４３を適宜駆動する。ＣＣＤカメラ１８で撮像された画像情報は、画像記憶部４１に逐次記憶される。画像記憶部４１に記憶された画像情報は、表示装置２５で逐次表示される一方、パートプログラムに基づき画像取得部４２によって静止画としてキャプチャされる。画像処理部４３は、画像取得部４２で取得した画像情報に対して、測定ツールの設定、エッジ検出、座標検出等の画像測定のための画像処理を実行する。

次に、このように構成された本実施形態に係る画像測定システムの測定動作について説明する。

図３は、測定箇所が３箇所（ＭＰ１，ＭＰ２，ＭＰ３）の場合の測定ステージ１３の移動パスを示している。この３つの測定箇所ＭＰ１〜ＭＰ３は、直線上に並んでいない。現在の測定ステージ１３に対するＣＣＤカメラ１８の位置から測定箇所ＭＰ１に向かう向きと測定箇所ＭＰ１から次の測定箇所ＭＰ２へ向かう向きとのなす角度は４５°である。同様に、測定箇所ＭＰ１からその次の測定箇所ＭＰ２に向かう向きと、測定箇所ＭＰ２から更にその次の測定箇所ＭＰ３に向かう向きとのなす角度は９０°である。

図４は、上記のような移動パスにおける測定テーブル１３の速度パターンを示している。

本システムでは、屈曲点の角度によって最大速度に制限を加えるようにしている。例えば、角度０°（直線）では最初の測定速度のまま、角度４５°のコーナーでは１０ｍｍ／ｓ、角度９０°のコーナーでは５ｍｍ／ｓというような部分的に速度制限された速度パターンを設定する。

また、屈曲点の角度に応じて測定箇所ＭＰ１，ＭＰ２，ＭＰ３をオーバーシュートする量も可変とする。例えば、角度４５°のコーナーでは０．３ｍｍ、角度９０°のコーナーでは０．５ｍｍというようにオーバーシュート量を設定する。従って、実際の測定パスは、図３の破線で示すようにオーバーシュートポイントＯＰ１，ＯＰ２で屈曲するパスとなる。

これにより、測定箇所ＭＰ１，ＭＰ２，ＭＰ３での振動を防止して精度の良い測定が可能になる。

以上の動作を実現するため、パートプログラム生成部３６には、移動パス・速度決定手段（ルーチン）を含んでいる。移動パス・速度決定手段には、例えば図５に示すような、予め移動パスのコーナー角度（屈曲点での角度）に対する最大速度及びオーバーシュート量を登録したパス・速度テーブルが含まれている。移動パス・速度決定手段は、入力手段により測定箇所が指定されると、測定箇所を相互に接続して移動パスを生成し、この移動パスの各測定箇所における角度を計算し、その角度から、パス・速度テーブルを参照して最大速度とオーバーシュート量を求めるようにしている。この実施形態では、例えば角度が５°未満である場合には、速度制限無し、オーバーシュート量０とするようにしている。

また、ここで便宜上、測定領域以外の高速移動領域では「移動速度」、測定領域では「測定速度」と区別して説明すると、本システムでは、図４に示すように、移動速度から測定速度まで減速させたのち、測定箇所ＭＰ１〜ＭＰ３を通過させ、更にオーバーシュート期間でその測定速度を維持することにより、測定箇所ＭＰ１〜ＭＰ３では加速度が０となるように速度制御している。これにより、高精度の測定が可能になる。なお、アプローチ距離は、移動パス・速度決定手段が、移動速度、測定速度を勘案して決定する。

［実施形態２］
図６は、本発明の他の実施形態を説明するための図である。

図６（ａ）は、測定箇所ＭＰ１〜ＭＰ３が直線上に並んでいながら、測定開始点ＳＰがたまたま同一の直線状に並んでいないため、オーバーシュートを考慮したときの測定パスがジクザクになってしまう例を示している。

このような場合、同図（ｂ）に示すように、測定動作は行わない通過点（Way Point：ＷＰ）を設定可能にする。通過点ＷＰではオーバーシュートパスは付加しない。但し、通過点ＷＰでの最大速度制限は必要に応じて行う。これにより、測定パスを直線上に乗せることができる。このような設定を行うことにより、図７に示すように、全ての測定箇所ＭＰ１〜ＭＰ３を減速無しに（すなわち移動速度で）測定することができる。また、このような通過点ＷＰの指示は、測定ステージ上で干渉を避けたい箇所がある場合にも有効である。

以上の本システムによれば、測定箇所の配置位置、測定の順番に制限を設ける必要がなくなる。また、測定箇所の配置がどのようになっていても、測定箇所と次の測定箇所で決まるパス、及び次のパスとの角度によって速度とオーバーシュート量を自動計算するので、機械に負荷をかけることなく、精度良く測定が行える。更に１パス内で安定した精度の測定が精度良く行えるという効果を奏する。

この発明の一実施形態に係る画像測定システムの構成を示す外観斜視図である。 同測定システムにおけるコンピュータの機能ブロック図である。 同測定システムによる測定パスの一例を示す図である。 同測定パスの速度パターンの一例を示す図である。 同システムにおけるパス・速度テーブルの一例を示す図である。 本発明の他の実施形態における測定パスの一例を示す図である。 同測定パスの速度パターンを示す図である。 標準モードでの測定を説明するための図である。 非停止測定モードでの測定を説明するための図である。

符号の説明

１…画像測定機、２…コンピュータ、３…プリンタ、１２…ワーク、１３…測定ステージ、１８…ＣＣＤカメラ、３１…ステージ移動処理部、３２…照明調整処理部、３３…その他測定条件調整処理部、３４…パラメータ取込部、３５…パラメータ記憶部、３６…パートプログラム生成部、３７…パートプログラム記憶部、３８…パートプログラム実行部、４１…画像記憶部、４２…画像取得部、４３…画像処理部。

Claims (8)

1. 被測定対象を支持する測定ステージに対して撮像手段を相対移動させながら複数の測定箇所のそれぞれで前記撮像手段を停止させることなく前記被測定対象の瞬間的な画像情報を取り込むことにより画像測定を行う画像測定方法において、
   前記撮像手段が次に測定すべき第１の測定箇所に向かう方向を第１の方向とし、前記第１の測定箇所から次の測定箇所である第２の測定箇所に向かう方向を第２の方向としたとき、前記第１の方向と前記第２の方向とのなす角度が所定角度を超える場合、前記第１の測定箇所を前記第１の方向に通過したのち前記第１の方向に所定距離だけ前記撮像手段が移動するオーバーシュートパスを形成し、
   前記第１の方向と前記第２の方向とのなす角度が大きいほど前記第１の測定箇所における前記撮像手段の前記測定ステージに対する相対移動速度を低下させるようにした
   ことを特徴とする画像測定方法。
2. 前記第１の方向と前記第２の方向とのなす角度が大きいほど前記オーバーシュートパスの長さを長くするようにしたことを特徴とする請求項１記載の画像測定方法。
3. 前記第１の方向に前記第１の測定箇所に至る所定距離のアプローチを設け、前記第１の測定箇所の前後で前記撮像手段の前記測定ステージに対する相対移動速度を一定としたことを特徴とする請求項１又は２記載の画像測定方法。
4. 前記測定ステージに対する前記撮像手段の通過点を指示する情報を入力し、この入力された通過点を通過するように前記測定ステージに対する前記撮像手段の移動パスを決定するようにしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の画像測定方法。
5. 被測定対象を支持する測定ステージに対して撮像手段を相対移動させながら複数の測定箇所のそれぞれで前記撮像手段を停止させることなく前記被測定対象の瞬間的な画像情報を取り込むことにより画像測定を行う画像測定システムにおいて、
   前記複数の測定箇所を指示する手段と、
   この手段で指示された前記複数の測定箇所の情報に基づいて前記測定ステージに対する前記撮像手段の相対移動パス及び相対移動速度を決定する移動パス・速度決定手段と、
   この移動パス・速度決定手段で決定された相対移動パス及び相対移動速度に基づいて前記撮像手段を前記測定ステージに対して相対移動させる手段と
   を備え、
   前記移動パス・速度決定手段は、前記撮像手段が次に測定すべき第１の測定箇所に向かう方向を第１の方向とし、前記第１の測定箇所から次の測定箇所である第２の測定箇所に向かう方向を第２の方向としたとき、前記第１の方向と前記第２の方向とのなす角度が所定角度を超える場合、前記第１の測定箇所を前記第１の方向に通過したのち前記第１の方向に所定距離だけ前記撮像手段が移動するオーバーシュートパスを形成し、前記第１の方向と前記第２の方向とのなす角度が大きいほど前記第１の測定箇所における前記撮像手段の前記測定ステージに対する相対移動速度を低下させるように前記相対移動パス及び相対移動速度を決定するものである
   ことを特徴とする画像測定システム。
6. 前記移動パス・速度決定手段は、前記第１の方向と前記第２の方向とのなす角度が大きいほど前記オーバーシュートパスの長さを長くするように前記相対移動パスを生成するものであることを特徴とする請求項５記載の画像測定システム。
7. 前記移動パス・速度決定手段は、前記第１の方向に前記第１の測定箇所に至る所定距離のアプローチを設け、前記第１の測定箇所の前後で前記撮像手段の前記測定ステージに対する相対移動速度を一定とするものであることを特徴とする請求項５又は６記載の画像測定システム。
8. 前記測定ステージに対する前記撮像手段の通過点を指示する手段を設け、
   前記移動パス・速度決定手段は、入力された通過点を通過するように前記測定ステージに対する前記撮像手段の相対移動パスを決定するものである
   ことを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項記載の画像測定システム。

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