JP6202875B2

JP6202875B2 - 画像測定装置及びその制御用プログラム

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Publication number: JP6202875B2
Application number: JP2013092194A
Authority: JP
Inventors: 裕志酒井; 剛佐伯
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2013-04-25
Filing date: 2013-04-25
Publication date: 2017-09-27
Anticipated expiration: 2033-04-25
Also published as: JP2014215153A

Description

本発明は、測定対象を撮像する事によって測定対象を三次元測定する画像測定装置及びその制御用プログラムに関する。

撮像装置によって取得された画像情報に基づいて被測定対象を三次元測定する画像測定装置としては、例えば広域のスペクトル幅を有する白色光を用いるものや、コントラスト情報を用いるもの等がある。このような画像測定装置は、撮像装置をステージに対して垂直方向に走査して各垂直位置で得られた画像情報から被測定対象の三次元形状を測定する。この様な画像測定装置において、例えば被測定対象の大きさが撮像装置の１つの視野に収まらない場合には、撮像装置をステージに対して移動させ、各測定位置における測定結果を取得したのち合成する、いわゆるスティッチング法が用いられることがある（特許文献１）。

特開２０１２−１１２７０５号公報

しかしながら、この様な画像測定装置においては、上記被測定対象の全体が含まれる様に矩形状の測定範囲を指定し、この矩形状の測定範囲全体を撮像装置の視野範囲に基づいて分割し、分割された範囲全てについて測定を行っていた。このため、被測定対象の形状によっては、この分割された範囲に被測定対象が含まれない場合があるにも拘わらず、分割された範囲全てについて測定を行っていたため、効率的な測定が困難であるという問題があった。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、広域な測定範囲を効率的に測定することが可能な画像測定装置を提供することを目的とする。

本発明に係る画像測定装置は、測定対象物を載置するステージと、このステージに対して相対移動可能に設けられ、測定対象物を測定範囲よりも狭い所定の撮像範囲について撮像し画像情報を出力する撮像装置と、撮像装置を測定範囲内の複数の測定位置に移動させ、各測定位置においてステージに対して垂直な方向に走査させる位置制御装置と、撮像装置の走査によって得られた各測定位置の所定の撮像範囲の画像情報に基づいて各測定位置における走査方向の変位を算出する演算処理装置とを備える。また、演算処理装置は、測定範囲を複数の本測定視野範囲に分割し、複数の本測定視野範囲のうち測定対象範囲として選択された本測定視野範囲についてのみ測定処理を行う。

即ち、本発明に係る画像測定装置は、測定範囲を複数の本測定視野範囲に分割し、複数の本測定視野範囲のうち測定対象範囲として選択された本測定視野範囲についてのみ測定処理を行うため、例えば被測定対象が含まれる本測定視野範囲についてのみ測定対象範囲として選択することにより、広域な測定範囲を効率的に測定することが可能である。

また、上記演算処理装置は、撮像装置の撮像範囲に基づいて、測定範囲に複数の本測定視野範囲を並べてなる矩形マップを生成し、複数の本測定視野範囲から１又は２以上の本測定視野範囲を選択して測定対象範囲としても良い。

また、本発明の一実施形態に係る画像測定装置は、各測定位置における走査方向の変位を測定する本測定に先立ち、所定の撮像範囲よりも広い予備測定範囲を撮像可能に構成される。また、この様な実施形態において、上記演算処理装置は、予備測定時において予備測定範囲を撮像装置が走査して得られた画像情報から前記矩形マップを生成する。この様な実施形態においては、例えばこの矩形マップをディスプレイ等に表示することにより、被測定対象と本測定視野範囲との相対的な位置や大きさを直感的に視認することが可能となり、適切な測定対象範囲の選択を容易に行う事が可能となる。

また、本発明の他の実施形態に係る画像測定装置において、上記演算処理装置は、所定の比較対象データを入力し、比較対象データに対応する画像上に、本測定視野範囲を並べてなる矩形マップを生成してもよい。即ち、上記矩形マップは、ＣＡＤデータ等の設計データから生成することも可能であり、この様な場合にも適切な測定対象範囲の選択を容易に行う事が可能である。また、本実施形態においては、この設計データによって生成された複数の被測定対象に対し、同様の条件によって撮像を行う事が可能であり、作業性を向上させることが可能である。

本発明に係る画像測定装置の制御用プログラムは、測定対象物を載置するステージと、ステージに対して相対移動可能に設けられ、測定対象物を測定範囲よりも狭い所定の撮像範囲について撮像し画像情報を出力する撮像装置と、撮像装置を測定範囲内の複数の測定位置に移動させ、各測定位置においてステージに対して垂直な方向に走査させる位置制御装置と、撮像装置の走査によって得られた各測定位置の所定の撮像範囲の画像情報に基づいて各測定位置における走査方向の変位を算出する演算処理装置とを備えた画像測定装置を制御する。また、本発明に係る画像測定装置の制御用プログラムは、測定範囲を複数の本測定視野範囲に分割し、複数の本測定視野範囲のうち測定対象範囲として選択された本測定視野範囲についてのみ測定処理を行う。

本発明によれば、広域な測定範囲を効率的に測定することが可能な画像測定装置及びその制御用プログラムを提供することが可能になる。

本発明の第１の実施形態に係る画像測定装置の全体図である。同装置の構成を示すブロック図である。同装置の動作を説明するフローチャートである。同装置の動作を説明するための概略図である。同装置の動作を説明するための概略図である。同装置の動作を説明するための概略図である。本発明の第２実施形態に係る画像測定装置の動作を説明するフローチャートである。

［第１の実施形態］
次に、本発明の第１の実施形態に係る画像測定装置の構成について図面を参照して説明する。

［構成］
図１は、本実施形態に係る画像測定装置の全体図である。画像測定装置は、ワーク１２を撮像する撮像装置としてカメラ１７ａ，１７ｂが搭載された画像測定機１０と、この画像測定機１０と電気的に接続され、内部に格納されたプログラムによって画像測定機１０を駆動制御するコンピュータ（以下、「ＰＣ」と呼ぶ。）２０とを備えている。

画像測定機１０は、次のように構成されている。即ち、架台１１上には、ワーク１２（測定対象物）を載置するためのステージ１３が装着されており、このステージ１３は、Ｙ軸駆動機構１８によってステージ１３の上面に平行な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、ワーク１２を撮像する撮像ユニット１７が支持されている。撮像ユニット１７は、Ｘ軸ガイド１６に沿ってＸ軸駆動機構１６ａによりステージ１３の上面に平面でＹ軸方向と直交するＸ軸方向に駆動可能に構成されている。また、撮像ユニット１７は、本測定時に使用される所定の撮像範囲を測定視野とする第１の撮像装置１７ａと、予備測定時に使用され本測定の視野範囲よりも広い、測定範囲全体を撮像可能な第２の撮像装置１７ｂとを有している。これらの撮像装置１７ａ，１７ｂは、予備測定時と本測定時とで切り替え可能に構成されている。これらの撮像装置１７ａ，１７ｂは、対物レンズの倍率効率により１つのカメラとして構成されていても良い。撮像ユニット１７は、Ｚ軸駆動機構１７ｃによりステージ１３の上面と直交するＺ軸方向に移動可能に構成されている。以上のように、Ｘ軸駆動機構１６ａ、Ｙ軸駆動機構１８及びＺ軸駆動機構１７ｃは、撮像ユニット１７をステージ１３に対して互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に相対的に駆動させる位置制御装置を構成している。

本実施形態に係る画像測定機１０は、第１の撮像装置１７ａ及び第２の撮像装置１７ｂをステージ１３の上面に対してＸＹ方向に移動させつつ、Ｚ軸方向に走査しながら撮像を行い、第１の撮像装置１７ａまたは第２の撮像装置１７ｂのＸＹ方向の測定位置情報とその位置において得られた画像の各微小範囲のコントラスト情報からワーク１２の各測定位置におけるＺ軸方向の変位（Ｚ値）を検出するものである。なお、Ｚ軸方向の変位は、このようなコントラスト情報から検出する他に、白色干渉計により検出することもできる。白色干渉計は、例えば広帯域スペクトルを有する白色光をワーク１２及び参照面に導き、それぞれの反射光を干渉させて画素毎の干渉信号のピーク値が観測される位置を取得し、画素毎のピーク位置と参照面を構成する参照板の位置とに応じてワーク１２のＺ軸方向の変位を検出する。

コンピュータ２０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（Ｊ／Ｓ）２３、マウス２４、ディスプレイ２５及びプリンタ２６を有する。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、撮像ユニット１７から入力されるワーク１２の画像情報は、インタフェース（Ｉ／Ｆ）３１を介して画像メモリ３２に格納される。

また、ワーク１２のＣＡＤデータは、Ｉ／Ｆ３３を介してＣＰＵ３５に入力され、ＣＰＵ３５で所定の処理がなされた後に画像メモリ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を介してディスプレイ２５に表示される。

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に格納されたプログラムに従って各種処理を実行する。

ＣＰＵ３５は、プログラムに従ってＩ／Ｆ４１を介して画像測定機１０を制御する。ＨＤＤ３８は各種データを格納する記録媒体である。ＲＡＭ４０は各種処理のワーク領域を提供する。

［動作］
次に、本実施形態に係る画像測定装置の測定方法について説明する。図３は、本実施形態に係る画像測定装置の製造方法について説明するためのフローチャートである。

ステップＳ１１においては、第２の撮像装置１７ｂによる撮像を行い、図４に示す様な予備画像情報５０をディスプレイ２５によって表示する。但し、第２の撮像装置１７ｂによって取得された画像情報から更に測定範囲を選択し、これを予備画像情報５０とすることも可能である。この場合、予備画像情報５０の指定は、例えば画像情報に対応する所定の座標を測定開始位置５１及び測定終了位置５２とすることによって行う事が可能である。

ステップＳ１２においては、図５に示す通り、予備撮像情報５０から矩形マップ５３を生成し、ディスプレイ２５に表示する。矩形マップ５３は、予備画像情報５０上に第１の撮像装置１７ａの視野範囲に対応する本測定視野範囲５４を並べてなる座標データである。また、矩形マップ５３は、予備画像情報５０を複数の本測定視野範囲５４に分割してなる、と言う事も可能である。ここで、本測定視野範囲５４は、お互いに所定量ずつ重なるように並べることも可能である。これにより、スティッチング処理を高精度に行う事が可能である。

ステップＳ１３においては、図６に示す通り、マウス２４やキーボード２２からの入力に基づき、矩形マップ５３から１又は２以上の本測定視野範囲５４を選択し、測定対象範囲５４１と非測定対象範囲５４２とに分類する。尚、当該選択処理は、例えばディスプレイ２５に表示された矩形マップ５３をユーザが視認し、測定対象範囲５４１又は非測定対象範囲５４２として選択する本測定視野範囲５４にカーソルを合わせ、マウス２４によって選択することも可能であるし、キーボードから選択することも可能である。更に、エッジ検出処理等によって明らかにワーク３を含まない本測定視野範囲５４を予め非測定対象範囲５３２に分類しておくことも考えられる。

ステップＳ１４においては、所定の条件に従い、第１の撮像装置１７ａによる測定を実行する。即ち、Ｘ軸駆動機構１６ａ及びＹ軸駆動機構１８によって、第１の撮像装置１７ａの視野範囲を測定対象範囲５４１に該当する座標位置に順次移動させる。また、Ｚ軸駆動機構１７ｃ及び第１の撮像装置１７ａを制御して、各座標位置における撮像を行う。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る画像測定方法について説明する。第１の実施形態においては、第２の撮像装置１７ｂによって撮像を行い、予備画像情報５０上に第１の視野範囲５４を並べることによって矩形マップ５３を生成していた。本実施形態においては、図７に示す通り、ＣＡＤデータ等の座標データをＰＣ２０に入力し（ステップＳ２１）、ＣＡＤデータから予備画像情報５０を生成し、更に本測定視野範囲５４を並べることによって矩形マップ５３を生成する（ステップＳ２２）。測定対象範囲５４１の選択方法は、第１の実施形態と同様の方法によって行う事が可能である（ステップＳ１３）。また、本実施形態における、第１の撮像装置１７ａを用いた測定（ステップＳ２４）においては、第１の撮像装置１７ａ等によってワーク１２に設けられたマーカの位置を参照しつつＸ軸駆動機構１６ａ及びＹ軸駆動機構１８を制御し、位置合わせ等を行ってから各測定対象視野範囲５４１に対応する座標の撮像を開始する。

１０…画像測定機、１１…架台、１２…ワーク（測定対象物）、１３…ステージ、１４、１５…支持アーム、１６…Ｘ軸ガイド、１６ａ…Ｘ軸駆動機構、１７…撮像ユニット、１７ａ…第１の撮像装置、１７ｂ…第２の撮像装置、１７ｃ…Ｚ軸駆動機構、１８…Ｙ軸駆動機構、２０…コンピュータ（ＰＣ）、５３…矩形マップ。

Claims

測定対象物を載置するステージと、
前記ステージに対して相対移動可能に設けられ、前記測定対象物を測定範囲よりも狭い本測定視野範囲、及び、前記本測定視野範囲の撮像範囲を含む測定範囲全体について撮像可能に構成され、画像情報を出力可能に構成された撮像ユニットと、
前記撮像ユニットを複数の撮像位置に移動させ、各撮像位置において前記ステージに対して垂直な走査方向に走査させる位置制御装置と、
前記撮像ユニットの走査及び前記本測定視野範囲の撮像によって得られた画像情報に基づいて前記測定対象物の各測定位置における走査方向の変位を算出する演算処理装置と
を備え、
前記演算処理装置は、前記撮像ユニットによって取得された前記測定範囲全体の画像に基づいて前記測定範囲を複数の前記本測定視野範囲に分割し、前記複数の本測定視野範囲から測定対象範囲を選択して、前記撮像ユニットを前記測定対象範囲に対応する前記撮像位置に移動させる
ことを特徴とする画像測定装置。
前記撮像ユニットは、
前記測定対象物を前記本測定視野範囲について撮像可能な第１の撮像装置と、
前記測定対象物を前記測定範囲全体について撮像可能な第２の撮像装置と
を備えることを特徴とする請求項１記載の画像測定装置。
測定対象物を載置するステージと、
前記ステージに対して相対移動可能に設けられ、前記測定対象物を測定範囲よりも狭い本測定視野範囲について撮像可能に構成され、画像情報を出力可能に構成された撮像ユニットと、
前記撮像ユニットを複数の撮像位置に移動させ、各撮像位置において前記ステージに対して垂直な走査方向に走査させる位置制御装置と、
前記撮像ユニットの走査及び前記本測定視野範囲の撮像によって得られた画像情報に基づいて前記測定対象物の各測定位置における走査方向の変位を算出する演算処理装置と
を備え、
前記演算処理装置は、前記測定対象物に対応する座標データに基づいて前記測定範囲を複数の前記本測定視野範囲に分割し、前記複数の本測定視野範囲から測定対象範囲を選択して、前記撮像ユニットを前記測定対象範囲に対応する前記撮像位置に移動させる
ことを特徴とする画像測定装置。
前記演算処理装置は、
前記測定範囲に前記複数の本測定視野範囲を並べてなる矩形マップを生成し、
前記複数の本測定視野範囲から１又は２以上の前記本測定視野範囲を選択して前記測定対象範囲とする
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の画像測定装置。
測定対象物を載置するステージと、
前記ステージに対して相対移動可能に設けられ、前記測定対象物を測定範囲よりも狭い本測定視野範囲、及び、前記本測定視野範囲の撮像範囲を含む測定範囲全体について撮像可能に構成され、画像情報を出力可能に構成された撮像ユニットと、
前記撮像ユニットを複数の撮像位置に移動させ、各撮像位置において前記ステージに対して垂直な走査方向に走査させる位置制御装置と、
前記撮像ユニットの走査及び前記本測定視野範囲の撮像によって得られた画像情報に基づいて前記測定対象物の各測定位置における走査方向の変位を算出する演算処理装置と
を備えた画像測定装置の制御用プログラムであって、
前記撮像ユニットによって取得された前記測定範囲全体の画像に基づいて前記測定範囲を複数の前記本測定視野範囲に分割し、前記複数の本測定視野範囲から測定対象範囲を選択して、前記撮像ユニットを前記測定対象範囲に対応する前記撮像位置に移動させる
ことを特徴とする画像測定装置の制御用プログラム。
測定対象物を載置するステージと、
前記ステージに対して相対移動可能に設けられ、前記測定対象物を測定範囲よりも狭い本測定視野範囲について撮像可能に構成され、画像情報を出力可能に構成された撮像ユニットと、
前記撮像ユニットを複数の撮像位置に移動させ、各撮像位置において前記ステージに対して垂直な走査方向に走査させる位置制御装置と、
前記撮像ユニットの走査及び前記本測定視野範囲の撮像によって得られた画像情報に基づいて前記測定対象物の各測定位置における走査方向の変位を算出する演算処理装置と
を備えた画像測定装置の制御用プログラムであって、
前記測定対象物に対応する座標データに基づいて前記測定範囲を複数の前記本測定視野範囲に分割し、前記複数の本測定視野範囲から測定対象範囲を選択して、前記撮像ユニットを前記測定対象範囲に対応する前記撮像位置に移動させる
ことを特徴とする画像測定装置の制御用プログラム。
前記測定範囲に前記複数の本測定視野範囲を並べてなる矩形マップを生成し、
前記複数の本測定視野範囲から１又は２以上の本測定視野範囲を選択して前記測定対象範囲とする
ことを特徴とする請求項５又は６記載の画像測定装置の制御用プログラム。