JP6663808B2 - 画像測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像測定装置に係り、さらに詳しくは、プローブをステージ上のワークに接触させ、プローブの位置を画像で検出してワークの寸法を求める画像測定装置の改良に関する。

画像測定装置は、ステージ上に載置されたワークを撮影してワーク画像を取得し、ワーク画像からエッジを抽出してワークの寸法を求める寸法測定器である。ワーク画像は、カメラの高さ方向の位置に関わらず、ワークに対して極めて正確な相似形であり、ワーク画像上の距離や角度を判定することにより、ワーク上における実際の寸法や角度を検知することができる。エッジ抽出は、ワーク画像の輝度変化を解析してエッジ点を検出し、検出された複数のエッジ点に直線、円、円弧などの幾何学図形をフィッティングさせることにより行われ、ワークと背景との境界、ワーク上の凹部又は凸部の輪郭等がエッジとして求められる。ワークの寸法は、この様にして求められるエッジ間の距離や角度として求められる。また、求められた寸法値と設計値との差分（誤差）を公差と比較してワークの良否判定が行われる。

上述した様な画像測定装置には、プローブをステージ上に載置されたワークの側面に接触させてワークの寸法を求めるものがある（例えば、非特許文献１）。プローブは、カメラの撮像視野内に配置され、ワークとの接触位置は、ワークの側面に接触した状態のプローブが撮影された画像からプローブの位置を特定することによって求められる。

図３３及び図３４は、従来の画像測定装置の動作例を示した図である。図３３の（ａ）には、測定対象のワークＷが示され、（ｂ）には、ワーク画像Ｉｗが示されている。このワークＷは、ベース部材ｗ_１と、ベース部材ｗ_１上に形成された２つの突出部ｗ_２とからなる。２つの突出部ｗ_２における内側の側面Ｓａ間の距離Ａと、外側の側面Ｓｂ間の距離Ｂと、ベース部材ｗ_１の側面Ｓｃ間の距離Ｃとを測定する場合、突出部ｗ_２の内側が曲面形状であることから、側面Ｓｂ及びＳｃのエッジに比べ、側面Ｓａのエッジをワーク画像Ｉｗから正確に特定することは難しい。

図３４の（ａ）には、プローブＰｒを右側の突出部ｗ_２の側面Ｓａに接触させた状態で撮影されたワーク画像Ｉｗが示され、（ｂ）には、プローブＰｒを左側の突出部ｗ_２の側面Ｓａに接触させた状態で撮影されたワーク画像Ｉｗが示されている。ワーク画像ＩｗにおけるプローブＰｒの位置は、プローブＰｒの形状やサイズが既知であることから正確に特定することができる。また、側面Ｓａの位置は、撮像視野内におけるプローブＰｒの変位量から接触位置を特定することによって求められる。従って、この種の画像測定装置を用いれば、ワーク画像Ｉｗからエッジが正確に特定できない測定箇所であっても、寸法を正確に求めることができる。

Ｇｕｉｊｕｎ Ｊｉ，ハインリッヒ シュベンケ（Ｈｅｉｎｒｉｃｈ Ｓｃｈｗｅｎｋｅ），オイゲン トラペート（Ｅｕｇｅｎ Ｔｒａｐｅｔ），「アン オプトメカニカル マイクロプローブ システム フォー メジャリング ベリー スモール パーツ オン ＣＭＭｓ（Ａｎ Ｏｐｔｏ−ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｍｉｃｒｏｐｒｏｂｅ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｖｅｒｙ Ｓｍａｌｌ Ｐａｒｔｓ ｏｎ ＣＭＭｓ）」，（アメリカ），国際光工学会（ＳＰＩＥ）ビジョンジオメトリーＶＩＩ（Ｖｉｓｉｏｎ ＧｅｏｍｅｔｒｙＶＩＩ），１９９８年７月２０日〜２２日，第３４５４巻，ｐ．３４８−３５３

上述した様な従来の画像測定装置では、プローブを用いた寸法測定を行う場合に、プローブをワークの側面に接触させる際の目標位置を寸法測定のための設定情報として予め指定しておく必要があった。接触目標位置の指定は、ワークとプローブとの相対的な位置関係を確認しつつ、プローブを測定箇所まで実際に移動させることによって行われる。ところが、測定箇所の輪郭線には、円、円弧、直線等、様々な形状があり、輪郭線の長さも多様であることから、プローブを輪郭線のどこに接触させれば良いのか、或いは、輪郭線に対して接触目標位置をいくつ指定すれば良いのかをユーザ自身で判断するのは困難であった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、プローブを用いた寸法測定を行うための測定設定情報を指定する作業を簡素化することができる画像測定装置を提供することを目的とする。特に、モデル画像上で測定要素を指定することにより、複数の接触目標位置を自動的に特定してプローブによるスキャン動作を決定することができる画像測定装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様による画像測定装置は、ワークを載置するためのステージと、上記ステージ上の上記ワークに検出光を照射する投光部と、上記ワークからの上記検出光を受光し、ワーク画像を生成する撮像部と、上記撮像部の撮像視野内に配置可能に設けられたプローブと、上記ステージ及び上記プローブを上記ステージの上面と平行な方向に相対的に移動させることにより、上記ステージ上に載置されたワークの側面に上記プローブを接触させる水平駆動部と、測定設定時に、上記ワークの設計データ又は上記撮像部により上記ワークを撮像して得られた画像データに基づいて生成された設定用のモデル画像を表示する表示部と、上記表示部に表示された上記モデル画像上で、上記プローブによる測定を行う測定要素の指定を受け付ける入力受付部と、上記入力受付部により指定可能な測定要素の形状種別又は大きさと、上記プローブの接触目標位置の配置位置との関係を規定した配置ルールを予め記憶した記憶部と、測定実行時に、上記入力受付部により指定された測定要素の位置と、測定要素の形状種別又は大きさと、上記記憶部に記憶された配置ルールとに従って、上記プローブの接触目標位置を特定し、特定された上記複数の接触目標位置に上記プローブが順次に移動するように上記水平駆動部を制御する測定制御部とを備える。

この様な構成によれば、測定要素の位置と測定要素の形状種別又は大きさと配置ルールとに従ってプローブが接触すべきワーク側面の複数の接触目標位置が特定されるため、モデル画像上で測定要素を指定することにより、複数の接触目標位置を自動的に特定してプローブによるスキャン動作を決定することができる。

本発明の第２の態様による画像測定装置は、上記構成に加え、上記プローブの接触目標位置を示すシンボルを上記表示部に表示されたモデル画像上に表示する表示制御部を更に備え、上記入力受付部が、ユーザ操作に基づいて、上記接触目標位置の変更を受け付けるように構成される。

この様な構成によれば、ユーザは、モデル画像を確認しながら、プローブの接触目標位置を調整することができる。従って、ワークの寸法精度にばらつきがあっても、スキャン経路間の移動時にプローブがワークに衝突するのを防止することができる。

本発明の第３の態様による画像測定装置は、上記構成に加え、上記配置ルールが、上記形状種別が円又は円弧である場合、当該円又は円弧の周方向に３以上の上記接触目標位置が等間隔に配置されるように定められている。

本発明の第４の態様による画像測定装置は、上記構成に加え、上記配置ルールが、上記形状種別が直線である場合、当該直線の方向に２以上の上記接触目標位置が等間隔に配置されるように定められている。

本発明の第５の態様による画像測定装置は、上記構成に加え、上記入力受付部が、上記測定要素上にエッジ抽出領域の設定を受け付け、上記測定制御部が、上記測定要素上に設定されたエッジ抽出領域からエッジを抽出して上記測定要素の輪郭線を特定し、上記輪郭線上の位置として上記複数の接触目標位置を特定するとともに、上記接触目標位置から上記輪郭線の法線方向に離間した位置として、上記プローブを接近させるスキャン動作の開始位置を特定するように構成される。この様な構成によれば、エッジ抽出のための領域を測定要素上に設定することにより、複数の接触目標位置を自動的に特定してプローブによるスキャン動作を決定することができる。

本発明の第６の態様による画像測定装置は、上記構成に加え、上記入力受付部が、上記輪郭線上における上記接触目標位置の数又は上記プローブを接近させるスキャン方向の変更を受け付けるように構成される。この様な構成によれば、接触目標位置の数又はスキャン方向を調整することができる。

本発明の第７の態様による画像測定装置は、上記構成に加え、上記表示部が、上記シンボルが上記輪郭線と重複する場合に、エラー表示を行うように構成される。この様な構成によれば、プローブとワークとが干渉するか否かを容易に確認することができる。

本発明の第８の態様による画像測定装置は、上記構成に加え、上記ステージ及び上記プローブを上記撮像部の光軸方向に相対的に移動させる垂直駆動部を更に備え、上記入力受付部が、上記プローブが接触すべきワーク側面の高さ情報を上記接触目標位置として指定し、上記測定制御部が、上記高さ情報に基づいて上記垂直駆動部を制御し、上記ステージに対する上記プローブの高さ調整を行い、上記入力受付部が、更に、上記高さ情報の変更を受け付けるように構成される。この様な構成によれば、ステージに対し所望の高さでプローブをワークの側面に接触させることができる。

本発明の第９の態様による画像測定装置は、上記構成に加え、上記入力受付部が、上記ステージに対し、上記プローブを相対的に接触目標位置間で移動させる際の移動方法が互いに異なる第１スキャンモード及び第２スキャンモードのいずれかを指定するためのユーザ操作を受け付け、上記垂直駆動部が、上記ステージに対する上記プローブの高さを測定高さと、この測定高さよりも高い基準高さとに切り替え、上記測定制御部が、上記第１スキャンモードが指定されている場合に、接触目標位置間の移動ごとに、上記垂直駆動部を制御して上記プローブを上記測定高さから上記基準高さに切り替え、上記第２スキャンモードが指定されている場合に、上記基準高さに切り替えることなく、上記ステージに対し、上記プローブを相対的に接触目標位置間で移動させるように構成される。

この様な構成によれば、ユーザは、プローブとワークとの衝突を確実に防止できる第１スキャンモードと、プローブによる寸法測定に要する時間を短縮できる第２スキャンモードとを選択することができる。

本発明の第１０の態様による画像測定装置は、上記構成に加え、上記測定制御部が、上記第２スキャンモードが指定されている場合、幾何学図形をフィッティングさせる１つの測定要素に対して複数の接触目標位置が指定されていれば、上記基準高さに切り替えることなく、上記ステージに対し、上記プローブを相対的に当該接触目標位置間で移動させ、上記ステージに対し、異なる２つの測定要素間で上記プローブを相対的に移動させる際に、上記垂直駆動部を制御して上記プローブを上記測定高さから上記基準高さに切り替えるように構成される。

この様な構成によれば、１つの測定要素について複数の接触位置を検知するのに要する時間を短縮しつつ、測定要素間の移動時におけるプローブとワークとの衝突を確実に防止することができる。

本発明の第１１の態様による画像測定装置は、上記構成に加え、上記プローブが上記ワークの側面に接触したことを検出する接触検出部を更に備え、上記接触検出部が接触を検出した際に、上記測定制御部が、上記撮像部を制御して上記ワークの側面に接触した状態の上記プローブが撮影された上記ワーク画像を取得し、当該ワーク画像上の上記プローブの位置と上記ステージに対する上記撮像視野の相対位置とに基づいて、上記プローブが上記ワークに接触した複数の接触位置を特定し、特定された上記複数の接触位置から上記ワークの寸法を求めるように構成される。この様な構成によれば、接触検出部を備えるため、ワークの側面に接触した状態のプローブが撮影されたワーク画像を取得することができる。また、その様なワーク画像からプローブ及びワークの接触位置を特定し、ワークの寸法を求めることができる。

本発明の第１２の態様による画像測定装置は、上記構成に加え、上記記憶部が更に、上記ワーク画像からワークの位置及び姿勢を特定するための特徴量情報を記憶し、上記測定制御部が、上記特徴量情報に基づいて、上記ワーク画像から上記ワークの位置及び姿勢を特定し、特定された上記ワークの位置及び姿勢に基づいて、上記プローブが接触すべきワーク側面の上記複数の接触目標位置を特定し、特定された上記複数の接触目標位置に上記プローブが順次に移動するように上記水平駆動部を制御するように構成される。この様な構成によれば、撮像視野内におけるワークの位置及び姿勢にかかわらず、プローブによる寸法測定を行うことができる。

本発明の第１３の態様による画像測定装置は、上記構成に加え、上記測定制御部が、エッジ抽出領域が上記測定要素上に指定された場合に、上記ワークの位置及び姿勢に基づいて、上記エッジ抽出領域を特定し、特定された上記エッジ抽出領域からエッジを抽出して特定した輪郭線と、上記プローブが接触することによって特定された輪郭線とから、上記ワークの寸法を求めるように構成される。

この様な構成によれば、エッジが正確に抽出できない測定箇所の輪郭線をワークに対するプローブの接触により特定する一方、エッジが正確に抽出できる測定箇所の輪郭線をワーク画像に対するエッジ抽出によって特定することにより、ワークの寸法を求めることができる。

本発明の第１４の態様による画像測定装置は、上記構成に加え、上記プローブが上記撮像視野内の測定位置に位置する状態と、上記プローブが上記撮像視野の中心から離れる方向に移動した退避位置に位置する状態とを相互に切り替えるための切替駆動部を更に備え、上記測定制御部が、上記プローブが上記退避位置にある状態で生成された上記ワーク画像から上記エッジ抽出領域を特定してエッジ抽出を行うように構成される。この様な構成によれば、エッジ抽出のためのワーク画像はプローブが退避位置にある状態で生成されるため、プローブがワークと重複して撮像され、或いは、ワークの近傍に撮像されるのを防止することができる。

本発明の第１５の態様による画像測定装置は、上記構成に加え、上記測定制御部が、エッジ抽出領域が上記測定要素上に指定された場合に、上記エッジ抽出領域から抽出されたエッジの両側の輝度差に基づいて、上記プローブを上記ワークの側面に近づける際のスキャン方向を決定するように構成される。この様な構成によれば、接触目標位置ごとにスキャン方向を指定する手間を省くことができる。

本発明によれば、プローブを用いた寸法測定を行うための測定設定情報を指定する作業を簡素化することができる。特に、測定要素の位置と測定要素の形状種別又は大きさと配置ルールとに従ってプローブが接触すべきワーク側面の複数の接触目標位置が特定されるため、モデル画像上で測定要素を指定することにより、複数の接触目標位置を自動的に特定してプローブによるスキャン動作を決定することができる。

本発明の実施の形態による画像測定装置１の一構成例を示したシステム図である。 図１の画像測定装置１の動作の一例を模式的に示した説明図である。 プローブ２６をステージ２３上のワークＷに接触させる際の動作の一例を模式的に示した説明図である。 図１の画像測定装置１の動作の一例を示した図であり、輪郭線１４の位置を特定してワークＷの側面間の距離Ｄを算出する場合が示されている。 図１のコントローラ３の一構成例を示したブロック図である。 図５の入力受付部３１１の一構成例を示したブロック図である。 図５の入力受付部３１１における接触位置指定時の動作の一例を示した図である。 図５の入力受付部３１１におけるパターン画像登録時の動作の一例を示した図である。 図５の入力受付部３１１における接触位置指定時の動作の一例を示した図であり、形状種別とスキャン経路の本数とを対応づけたテーブルが示されている。 図５の入力管理部３１１におけるスキャン位置指定時の動作の一例を示した図であり、輪郭線Ｌの長さに応じてスキャン経路の本数が異なる場合が示されている。 図５の測定制御部３１５の一構成例を示したブロック図である。 図５のコントローラ３における測定設定時の動作の一例を示したフローチャートである。 図１の画像測定装置１における測定設定時の動作の一例を示した図であり、登録対象のワークＷとパターン画像Ｉｐとが示されている。 図１の画像測定装置１における測定設定時の動作の一例を示した図であり、表示部２１に表示される設定画面１００が示されている。 設計値及び公差の指定時における公差設定画面１０１を示した図である。 特徴量情報の指定時における特徴量設定画面１０２を示した図である。 図１２のステップＳ１０３（画像測定要素の設定）について、詳細動作の一例を示したフローチャートである。 図１の画像測定装置１における画像測定要素の設定時の動作の一例を示した図である。 図１２のステップＳ１０４（プローブ測定要素の設定）について、詳細動作の一例を示したフローチャートである。 図１の画像測定装置１におけるプローブ測定要素の設定時の動作の一例を示した図である。 モデル画像Ｉｍ上の接触目標位置を調整する場合の動作例を示した図である。 スキャン動作の開始位置が他の部位と干渉する場合の動作例を示した図である。 モデル画像Ｉｍ上でスキャン動作の高さ位置を調整する場合の動作例を示した図である。 プローブ２６が接触目標位置間を移動する際の移動方法を指定する場合の動作例を示した図である。 図１２のステップＳ１０７（特徴量情報の登録）について、詳細動作の一例を示したフローチャートである。 図１７のステップＳ２０１、図１９のステップＳ３０１及び図２５のステップＳ４０１（撮影条件の指定）の詳細動作の一例を示したフローチャートである。 図５のコントローラ３における連続測定時の動作の一例を示したフローチャートである。 図５のコントローラ３における連続測定時の動作の一例を示したフローチャートである。 図１の画像測定装置１における連続測定時の動作の一例を示した図である。 図１の画像測定装置１における連続測定時の動作の一例を示した図である。 図１の画像測定装置１における連続測定時の動作の一例を示した図である。 図２８のステップＳ６１５（スキャン動作）について、詳細動作の一例を示したフローチャートである。 従来の画像測定装置の動作例を示した図である。 従来の画像測定装置の動作例を示した図である。

＜画像測定装置１＞
図１は、本発明の実施の形態による画像測定装置１の一構成例を示したシステム図である。この画像測定装置１は、ステージ２３上のワークＷが撮影されたワーク画像からエッジを抽出し、また、プローブ２６をステージ２３上のワークＷに接触させて接触位置を特定することにより、ワークＷの寸法を求める寸法測定器であり、本体２、コントローラ３、キーボード４１及びマウス４２により構成される。ワークＷは、その形状や寸法が測定される測定対象物である。

本体２は、測定ユニット２０、表示部２１、垂直駆動部２２、ステージ２３、水平駆動部２４及び透過照明ユニット２５により構成され、ステージ２３上のワークＷに可視光からなる検出光を照射し、その透過光又は反射光を受光してワーク画像を生成する。表示部２１の正面方向を前後方向と呼ぶことにすれば、表示部２１は、測定ユニット２０よりも前側に配置されている。

ここでは、ワーク画像からエッジを抽出してワークＷの寸法を求める処理を画像測定と呼び、プローブ２６をワークＷの側面に接触させた状態のワーク画像から、プローブ２６の位置を検出し、プローブ２６とワークＷとの接触位置の座標を特定することにより、ワークＷの寸法を求める処理をプローブ測定と呼ぶことにする。

表示部２１は、ワーク画像や測定結果を表示する表示装置である。垂直駆動部２２は、ステージ２３に対するフォーカス位置の高さやプローブ２６の高さを調整するために、測定ユニット２０及びステージ２３を鉛直方向に相対的に移動させる。この垂直駆動部２２は、測定ユニット２０を鉛直方向に移動させることができる。なお、垂直駆動部２２は、プローブ２６を測定ユニット２０に対して個別に高さ調整可能な構成としても良い。

ステージ２３は、ワークＷを載置するための水平かつ平坦な載置面を有する作業台である。例えば、ステージ２３は、検出光を透過させるガラス板からなる。水平駆動部２４は、ステージ２３に対する撮像視野の位置やプローブ２６の位置を調整するために、測定ユニット２０及びステージ２３をステージ２３の上面と平行な方向に相対的に移動させる。この水平駆動部２４は、ステージ２３を水平面内の任意の方向に移動させることができる。

透過照明ユニット２５は、ステージ２３上のワークＷに検出光を下方から照射する投光装置であり、透過照明用光源２５１、ミラー２５２及び集光レンズ２５３により構成される。透過照明用光源２５１は、前方に向けて配置されている。透過照明用光源２５１から出射された検出光は、ミラー２５２により上方に向けて反射され、集光レンズ２５３を介して出射される。この検出光は、ステージ２３を透過し、その透過光の一部は、ワークＷにより遮断され、他の一部が測定ユニット２０の対物レンズ２０５に入射する。

＜測定ユニット２０＞
測定ユニット２０は、ステージ２３上のワークＷに検出光を照射し、ワークＷからの検出光を受光する投受光ユニットであり、プローブ２６、切替駆動部２７、撮像部２０１，２０６、ハーフミラー２０４，２１０、対物レンズ２０５、同軸落射照明用光源２０９、リング照明ユニット２１１、リング照明用垂直駆動部２１２及びプローブ用光源２６３により構成される。

対物レンズ２０５は、ワークＷからの検出光を集光する受光レンズであり、ステージ２３と対向するように配置されている。撮像部２０１及び２０６は、共通の対物レンズ２０５を介してステージ２３上のワークＷを撮影し、ワーク画像をそれぞれ生成するカメラである。

撮像部２０１は、撮影倍率の低い撮像装置であり、撮像素子２０２と、結像レンズ及び絞り板からなる低倍側結像レンズ部２０３とにより構成される。撮像素子２０２は、低倍側結像レンズ部２０３を介してワークＷからの検出光を受光し、ワーク画像を生成する。この撮像素子２０２は、受光面を下方に向けた状態で配置されている。

撮像部２０６は、撮影倍率の高い撮像装置であり、撮像素子２０７と、結像レンズ及び絞り板からなる高倍側結像レンズ部２０８とにより構成され、撮像部２０１の撮像視野と同軸の撮像視野をステージ２３上に形成する。撮像素子２０７は、高倍側結像レンズ部２０８を介してワークＷからの検出光を受光し、ワーク画像を生成する。この撮像素子２０７は、受光面を前方に向けた状態で配置されている。対物レンズ２０５を透過した検出光は、ハーフミラー２０４により後方に向けて反射され、高倍側結像レンズ部２０８を介して撮像素子２０７に結像する。

撮像素子２０２及び２０７には、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices：電荷結合素子）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor：相補型金属酸化物半導体）などのイメージセンサが用いられる。対物レンズ２０５には、鉛直方向、すなわち、対物レンズ２０５の光軸方向の位置が変化しても、像の大きさを変化させない性質を有するテレセントリックレンズが用いられる。

同軸落射照明用光源２０９は、ステージ２３上のワークＷに検出光を鉛直上方から照射するための投光用光源装置であり、前方に向けて配置されている。同軸落射照明用光源２０９から出射された検出光は、ハーフミラー２１０により下方に向けて反射され、対物レンズ２０５を介して出射される。

リング照明ユニット２１１は、ステージ２３上のワークＷに検出光を上方又は側方から照射する投光装置であり、対物レンズ２０５を取り囲むリング形状からなる。リング照明用垂直駆動部２１２は、ステージ２３に対する検出光の照射角度を調整するために、リング照明ユニット２１１を鉛直方向に移動させる。ワークＷの照明方法としては、透過照明、リング照明又は同軸落射照明のいずれかを選択することができる。

＜プローブ２６＞
プローブ２６は、ステージ２３上に載置されたワークＷの側面に接触させてワークＷの寸法を測定するための接触子である。このプローブ２６は、撮像部２０１の撮像視野内と退避位置とに移動可能に配置されている。また、プローブ２６は、自発光型のプローブであり、ワークＷに接触させる球状のコンタクト部２６１と、ガイド光を伝送する金属管２６２とにより構成される。

金属管２６２の内部には、ガイド光を伝送するための光ファイバが内包されている。金属管２６２は、十分な強度を有するＳＵＳ管で構成されており、ワークＷにコンタクト部２６１が接触しても金属管２６２の形状は変化しない。

コンタクト部２６１は、プローブ用光源２６３から延出する金属管２６２の先端に配置され、ガイド光を拡散放射する。球状のコンタクト部２６１の水平方向における断面積は金属管２６２の水平方向における断面積よりも大きくなっていることから、撮像部２０１によりコンタクト部２６１を上方から撮像した場合であっても、コンタクト部２６１の輪郭を撮像することができる。プローブ用光源２６３は、可視光からなるガイド光を生成し、金属管２６２に入射させる光源装置である。

切替駆動部２７は、プローブ２６が撮像視野内の測定位置に位置する状態と、プローブ２６が撮像視野の中心から離れる方向に移動した退避位置に位置する状態とを相互に切り替える水平駆動部である。この切替駆動部２７は、鉛直方向の回転軸を中心としてプローブ用光源２６３を回転させる回転駆動部であり、プローブ用光源２６３を回転させることにより、プローブ２６を退避位置と測定位置との間で移動させる。例えば、退避位置は、撮像部２０１の撮像視野外であることが望ましいが、プローブ２６がワーク画像に被写体として映し込まれなければ撮像視野の周縁部であっても良い。

コントローラ３は、本体２による撮影や画面表示を制御し、ワーク画像を解析してワークＷの寸法を演算により求める制御ユニットであり、キーボード４１及びマウス４２が接続されている。キーボード４１及びマウス４２は、ユーザが操作入力を行う入力部４である。

図２〜図４は、図１の画像測定装置１の動作の一例を模式的に示した説明図である。図２には、取付アーム２６４から延びるプローブ２６を鉛直上方から見た様子が示されている。図中の（ａ）には、プローブ２６が測定位置にある場合が示され、（ｂ）には、プローブ２６が退避位置にある場合が示されている。

取付アーム２６４は、プローブ２６を測定ユニット２０の筐体に取り付けるための取付部材であり、Ｌ字形状からなる。取付アーム２６４の一端には、鉛直方向の回転軸２６５が配置され、他端面からプローブ２６が突出している。取付アーム２６４は、金属管２６２をフローティング構造により支持している。コンタクト部２６１がワークＷの側面に接触したときに、金属管２６２は接触により変形することなくＸ及びＹ方向にオフセットする。その結果、ワーク画像上でコンタクト部２６１の位置が変化する。

撮像エリア１１は、撮像部２０１の撮像視野に対応するステージ２３上の領域であり、矩形形状からなる。透光エリア１２は、透過照明ユニット２５から検出光が照射されるステージ２３上の円形領域であり、撮像エリア１１内に形成される。

プローブ２６が測定位置にある場合、コンタクト部２６１は、撮像エリア１１及び透光エリア１２の中心に配置される。この状態で撮影されたワーク画像には、コンタクト部２６１が被写体として映し込まれる。切替駆動部２７を制御してプローブ２６が測定位置にある状態から取付アーム２６４を１８０°程度回転させることにより、プローブ２６は退避位置に移動する。

退避位置は、プローブ２６がワーク画像に被写体として映し込まれないようにプローブ２６を退避させるための位置であり、予め定められている。プローブ２６が退避位置にある場合、コンタクト部２６１及び金属管２６２は、撮像エリア１１の外側に配置される。

図３には、プローブ２６をステージ２３上のワークＷに接触させる際の動作の一例が示されている。図中の（ａ）には、基準高さにおいて、スキャン経路の開始位置に対応する位置まで、ステージ２３に対し、プローブ２６を相対的に移動させる場合が示され、（ｂ）には、基準高さから測定高さまでプローブ２６を鉛直下方に移動させる場合が示されている。図中の（ｃ）には、測定高さにおいて、ステージ２３に対し、プローブ２６を相対的にスキャン経路に沿って移動させる場合が示されている。

プローブ２６を用いた寸法測定では、プローブ２６をワークＷの側面に接触させる際の接触目標位置と、この接触目標位置を通るスキャン経路とが予め指定される。基準高さは、プローブ２６がステージ２３上のワークＷと干渉しない高さである。水平駆動部２４を制御することにより、基準高さにおいて、ステージ２３に対し、プローブ２６を相対的に水平方向に移動させることができる。なお、基準高さは、プローブ２６の先端部が撮像部２０１又は２０６の被写界深度範囲の外側になるような高さに指定されるような構成であっても良い。

測定高さは、プローブ２６が接触すべきワーク側面の高さであり、鉛直方向の位置が基準高さよりも低い。垂直駆動部２２は、ステージ２３に対するプローブ２６の高さを測定高さと、この測定高さよりも高い基準高さとに切り替える。ステージ２３に対し、プローブ２６を相対的にスキャン経路に沿って開始位置から終了位置に向かってスキャン方向に移動させれば、コンタクト部２６１をワークＷの側面に接触させることができる。プローブ２６がワークＷの側面に接触したことが検知されれば、プローブ２６はステージ２３に対して直ちに停止する。

スキャン経路の開始位置は、上述したスキャン動作を開始させるための動作開始位置であり、終了位置は、スキャン動作を終了させるための動作終了位置である。終了位置を定めておくことにより、プローブ２６が終了位置に到達した時点で接触エラーを検知することができる。スキャン経路の開始位置と終了位置は、接触目標位置を通り、かつ、ワークＷの輪郭線の法線に沿ったスキャン経路上に設定される。

図４には、輪郭線１４の位置を特定してワークＷの側面間の距離Ｄを算出する場合が示されている。図中の（ａ）には、測定対象のワークＷとこのワークＷの右側面に接触させたプローブ２６とが示されている。このワークＷは、階段状の段差を有しており、上段の右側面と左側面との間の距離Ｄが測定される。

図中の（ｂ）には、透過照明により撮像された透過画像からなるワーク画像Ｉｗが示されている。透過画像では、ワークＷの外縁をエッジ抽出によって特定することは可能であるが、外縁よりも内側の輪郭線をエッジ抽出によって特定することは困難である。

図中の（ｃ）には、反射照明により撮像された反射画像からなるワーク画像Ｉｗが示されている。反射照明は、同軸落射照明又はリング照明による照明方法であり、ワークＷの外縁よりも内側の輪郭線であっても、エッジ抽出によって特定可能である。ところが、ワークＷの上段部は、右側の上部が曲面形状であることから、左側面の輪郭線に比べ、右側面の輪郭線をエッジ抽出によって正確に特定することは難しい。この様な場合、プローブ２６を接触させることにより、右側面の輪郭線１４を正確に特定することができる。

図中の（ｃ）に示すワーク画像Ｉｗには、プローブ２６を接触させて特定した右側面の輪郭線１４と、エッジ抽出領域１５からエッジを抽出して特定した左側面の輪郭線１４とが表示されている。

プローブ２６がワークＷの側面に接触したことは、スキャン経路を移動中のコンタクト部２６１のワーク画像Ｉｗ上における位置が、所定時間内に所定の閾値以上変化したか否かによって検知することができる。コンタクト部２６１の位置は、例えば、コンタクト部２６１のエッジから円中心を求めることにより特定される。また、プローブ２６がワークＷの側面に接触した際のワーク画像Ｉｗ上において、撮像視野の中心に対するコンタクト部２６１の変位方向から、ワークＷの側面の法線方向や接触位置１３を特定することができる。

なお、プローブ２６自体を水平に移動させるような構成の場合は、スキャン経路を移動中のコンタクト部２６１がワーク画像Ｉｗ上で停止したか否かにより、ワーク側面との接触が検知される。

コンタクト部２６１の形状は既知であるため、コンタクト部２６１の位置は公知のサーチ技術を使って高い精度で特定できる。従って、図４のワークＷのように、エッジが丸みを帯びており２次元のワーク画像Ｉｗ上では精度良くエッジが検出できない場合であっても、コンタクト部２６１の位置からプローブ２６とワークＷの接触位置１３の座標を特定することにより、画像上では検出が難しいエッジの寸法を高い精度で求めることができる。

接触位置１３は、ワーク画像Ｉｗからコンタクト部２６１の位置を特定し、コンタクト部２６１の半径に対応する距離だけ法線方向にオフセットさせることによって特定される。また、右側面の輪郭線１４の位置は、複数の接触位置１３に予め指定された幾何学図形をフィッティングさせることによって求められる。一方、左側面の輪郭線１４の位置は、ワーク画像Ｉｗ上のエッジ抽出領域１５からエッジ点を検出し、検出された複数のエッジ点に幾何学図形をフィッティングさせることによって求められる。この様にして特定された輪郭線１４の位置に基づいて、右側面と左側面との距離Ｄが算出される。

＜コントローラ３＞
図５は、図１のコントローラ３の一構成例を示したブロック図である。このコントローラ３は、制御装置３１及び記憶装置３３により構成され、制御装置３１と記憶装置３３とがバス３２を介して接続されている。制御装置３１は、入力受付部３１１、表示制御部３１２、撮像制御部３１３、照明制御部３１４及び測定制御部３１５により構成される。本体２は、撮像部２０１，２０６及び垂直駆動部２２からなるカメラ２００と、水平駆動部２４からなるステージ２３と、切替駆動部２７からなるプローブユニット２６０と、表示部２１、透過照明ユニット２５及び反射照明ユニット２８とにより構成される。反射照明ユニット２８は、同軸落射照明用光源２０９とリング照明ユニット２１１とにより構成される。

表示制御部３１２は、寸法測定のためのモデル画像や設定情報を表示部２１に表示する。モデル画像は、例えば、マスターピースが撮影されたマスターピース画像であっても良いし、ＣＡＤ（Computer Aided Design）により作成されたＣＡＤデータからなるＣＡＤ画像であっても良い。

表示制御部３１２は、設計データから生成されたモデル画像を表示部２１に表示する場合、ステージ２３上に載置されたワークＷを上方から撮像して得られた画像データを仮定して、設計データから生成されたモデル画像を表示する。この様にすれば、設計データから生成されたモデル画像であっても、撮像部２０１又は２０６により撮像されるワーク画像と同様のアングルで表示されるため、接触目標位置情報の指定を容易化することができる。

入力受付部３１１は、入力部４において受け付けられたユーザ操作に基づいて、撮像部２０１又は２０６からモデル画像を取得し、寸法測定を行うための各種の測定設定情報を記憶装置３３に登録する処理を行う。

撮像制御部３１３は、記憶装置３３に登録された測定設定情報に基づいて、撮像部２０１及び２０６を制御し、撮影倍率の切替、撮像タイミングや露光時間の調整を行う。照明制御部３１４は、記憶装置３３に登録された測定設定情報に基づいて、透過照明ユニット２５、同軸落射照明用光源２０９、リング照明ユニット２１１及びプローブ用光源２６３の点灯制御を行う。例えば、画像測定からプローブ測定に切り替えられれば、照明制御部３１４は、プローブ用光源２６３を点灯させる一方、透過照明ユニット２５、同軸落射照明用光源２０９及びリング照明ユニット２１１を消灯する。

測定制御部３１５は、記憶装置３３に登録された測定設定情報に基づいて、垂直駆動部２２、水平駆動部２４及び切替駆動部２７を制御し、撮像部２０１又は２０６からワーク画像Ｉｗを取得して寸法測定を行う。

＜入力受付部３１１＞
図６は、図５の入力受付部３１１の一構成例を示したブロック図である。この入力受付部３１１は、撮像及び照明条件指定部３４１、エッジ抽出領域指定部３４２、接触位置指定部３４３、測定設定部３４４、設計値及び公差指定部３４５及び特徴量情報設定部３４６により構成される。

撮像及び照明条件指定部３４１は、ユーザの指示に基づいて、撮影倍率、露光時間、ゲイン等の撮像条件と、照明種別、明るさ、リング照明ユニットの高さ等の照明条件とを指定し、記憶装置３３に測定設定情報として登録する。

エッジ抽出領域指定部３４２は、ユーザの指示に基づいて、モデル画像上でエッジ抽出領域を特徴量情報、例えば、パターン画像に対する相対的な座標値として指定し、記憶装置３３にエッジ抽出領域情報として登録する。

接触位置指定部３４３は、表示部２１に表示されたモデル画像上で、プローブ２６が接触すべきワークＷの側面の複数の接触目標位置を示す接触目標位置情報の指定を受け付ける。すなわち、接触位置指定部３４３は、プローブ２６が接触すべき複数の接触目標位置にプローブ２６を接触させるためのプローブ動作を決定する接触目標位置情報を特徴量情報（パターン画像）に対する相対的な座標値として指定し、記憶装置３３内に登録する。接触目標位置情報は、接触目標位置、スキャン動作開始位置及びスキャン動作終了位置からなる。

接触目標位置には、モデル画像上で登録されたパターン画像（サーチ用データ）に対する相対的な位置座標と、プローブ２６が接触すべきワーク側面の高さを示す測定高さとが含まれる。測定高さは、例えば、ユーザによって予め指定される。

測定設定部３４４は、エッジ抽出領域指定部３４２により指定されたエッジ抽出領域の中から、モデル画像上に存在するワークＷのエッジを抽出し、また、プローブ２６を接触目標位置に接触させて、プローブ２６を撮像することにより、プローブ２６とモデル画像上に存在するワークＷとの接触位置を特定し、これらのエッジ又は接触位置に基づいて、モデル画像上から測定の基準とする輪郭線や、基準点を特定する。特定された輪郭線や基準点に基づいて、測定要素（たとえば、直線、円、円弧など）が特定される。なお、特徴量情報がＣＡＤデータである場合、輪郭線や基準点は、エッジ抽出によらず直接に特定される。

測定設定部３４４は、ユーザの指示に基づいて、上述した処理により特定された測定要素の中から、測定の対象とする要素を選択し、記憶装置３３に測定箇所情報として登録する。測定要素は、特定された輪郭線や基準点から新たに作成された補助線（点）に基づいて特定することもできる。補助線（点）としては、例えば、２つの輪郭線の交点や円中心などが挙げられる。測定設定部３４４は、さらに選択された測定要素が円や円弧の場合にその半径や直径、２つの直線が選択されている場合に直線間の距離などを測定対象として指定することができる。

設計値及び公差指定部３４５は、ユーザの指示に基づいて、良否判定のための設計値及び公差を指定し、記憶装置３３に測定設定情報として登録する。

特徴量情報設定部３４６は、測定実行時に撮像部２０１又は２０６により撮像されたワーク画像からワークＷの位置及び姿勢を特定するための特徴量情報を設定する。すなわち、特徴量情報設定部３４６は、ユーザの指示に基づいて、モデル画像に基づいてワークＷの位置及び姿勢を特定するためのサーチ用データからなる特徴量情報を設定し、記憶装置３３に測定設定情報として登録する。例えば、特徴量情報は、正規化相関サーチ用のパターン画像（データ）であり、マスターピースが撮影されたマスターピース画像に基づいて設定される。記憶装置３３には、特徴量情報設定部３４６により設定されたパターン画像と接触位置指定部３４３により指定された接触目標位置情報とが同一の座標上で記憶される。

モデル画像上で特徴が多い箇所をユーザが指定することによりパターン画像が登録されるようにしても良いし、画像全体が自動的にパターン画像として登録されるようにしても良い。また、モデル画像から特徴部分を抽出してパターン画像が自動的に登録されるようにしても良い。

登録されたパターン画像と検査対象ワークＷを撮像したワーク画像をマッチングすることにより、ワーク画像内のワークＷの位置及び姿勢（座標）を特定できる。マッチングには公知のマッチング技術、例えば、正規化相関サーチや幾何サーチ等が利用できる。なお、モデル画像がＣＡＤ画像であれば、ＣＡＤデータに基づいて、特徴量情報を指定することもできる。

上述したように、本実施の形態によれば、モデル画像上で登録されたパターン画像（サーチ用データ）に対する相対的な座標値として、プローブ２６による接触目標位置情報とエッジ抽出領域が指定される。接触目標位置情報には、プローブ２６を接触させる目標位置である接触目標位置、スキャン動作を開始させる位置であるスキャン動作開始位置、スキャン動作を終了させる位置であるスキャン動作終了位置、接触すべきワーク側面の高さを示す測定高さなどが含まれる。

使用者が、検査対象のワークＷをステージ２３に載置してワーク画像を取得し、パターン画像（サーチ用データ）を用いたマッチング処理を実行することにより、プローブ２６による接触目標位置と、エッジ抽出領域が自動的に特定できる。特定された接触目標位置に従って、プローブ２６をワーク側面に順次接触させることにより、ワークＷの輪郭線が特定される。なお、直線状の輪郭線を特定するためには、２点以上の接触位置の座標情報が必要となり、円状あるいは円弧状の輪郭線を特定するためには、３点以上の接触位置の座標情報が必要となる。また、必ずしも２点以上の接触位置が必要ではなく、ある特定の点の測定を行いたい場合は、１点の接触位置の座標情報を測定に用いることもできる。

入力受付部３１１は、表示部２１に表示されたモデル画像上で、プローブ２６による測定を行う測定要素の指定を受け付ける。表示部２１に表示中のモデル画像は、測定設定用のワークＷが撮像されたワーク画像である。記憶装置３３には、入力受付部３１１により指定可能な測定要素の形状種別又は大きさと、プローブ２６の接触目標位置の配置位置との関係を規定した配置ルールが予め記憶される。配置ルールは、測定要素の形状種別又は大きさに応じて、接触目標位置を適切に指定するための情報である。配置ルールは、例えば、測定要素の形状種別や大きさと接触目標位置の数とを対応づけるテーブル、関数又は演算式からなる。

配置ルールは、例えば、測定要素の形状種別が円又は円弧である場合、当該円又は円弧の周方向に３以上の接触目標位置が等間隔に配置されるように定められている。また、配置ルールは、形状種別が直線である場合、当該直線の方向に２以上の接触目標位置が等間隔に配置されるように定められている。

測定制御部３１５は、測定実行時に、上記入力受付部により指定された測定要素の位置と、測定要素の形状種別又は大きさと、上記記憶部に記憶された配置ルールとに従って、上記プローブの接触目標位置を特定し、特定された上記複数の接触目標位置に上記プローブが順次に移動するように上記水平駆動部を制御する。

接触位置指定部３４３は、測定要素上にエッジ抽出領域が設定された場合に、表示中のモデル画像に対し、エッジ抽出領域からエッジを抽出して輪郭線を求め、輪郭線上の位置として複数の接触目標位置を指定するとともに、接触目標位置から輪郭線の法線方向に離間した位置として、プローブ２６を接近させるスキャン動作の開始位置を指定する。

表示部２１には、スキャン動作の開始位置を示すシンボルがモデル画像上に表示され、接触位置指定部３４３は、スキャン動作の開始位置、輪郭線上における接触目標位置の数、プローブ２６を接近させるスキャン方向及び高さ情報を変更するためのユーザ操作を受け付ける。

図７は、図５の入力受付部３１１における接触位置指定時の動作の一例を示した図である。図中の（ａ）には、パターン画像Ｉｐ及び接触目標位置情報を登録するためのワークＷが示されている。このワークＷは、ベース部材ｗ_１上に形成された突出部ｗ_２の両外側が曲面形状であり、突出部ｗ_２の側面間の距離Ｄがプローブ２６を用いて測定される。

モデル画像Ｉｍは、反射照明により撮像された反射画像であり、ワークＷを含む一部の領域がパターン画像Ｉｐとして登録される。このパターン画像Ｉｐと接触目標位置情報との関連づけには、例えば、以下の（ｂ）〜（ｄ）に示すように３通りの方法がある。

図中の（ｂ）には、パターン画像Ｉｐと接触目標位置とを直接に関連づける場合が示されている。例えば、パターン画像Ｉｐに対し、スキャン動作の開始位置と終了位置を指定することにより、接触目標位置が自動的に特定される。開始位置や終了位置は、プローブ２６を示すシンボルＳｍやスキャン方向を示す矢印Ｙをマウス操作によって移動させることによって指定することができる。なお、接触目標位置を指定することにより、スキャン動作の開始位置と終了位置を自動的に決定しても良い。この様にパターン画像Ｉｐと接触目標位置とを直接に関連づけることにより、パターン画像（サーチ用データ）に対して接触目標位置座標が相対的に記憶される。

図中の（ｃ）には、エッジ抽出領域Ｒからエッジを抽出して特定される輪郭線Ｌと接触目標位置とを関連づける場合が示されている。パターン画像Ｉｐ上で指定されたエッジ抽出領域Ｒからエッジ点を抽出し、抽出されたエッジ点列にフィッティングする輪郭線Ｌが特定される。この輪郭線Ｌに対して接触目標位置を指定することにより、パターン画像Ｉｐと接触目標位置とが間接的に関連づけられる。検査時に入力されるワーク画像上のエッジ抽出領域Ｒの位置座標は、ワーク画像と、パターン画像（サーチ用データ）とをマッチングすることにより、自動的に特定される。位置が特定されたエッジ抽出領域Ｒ内のエッジ点列が抽出され、このエッジ点列から特定される輪郭線Ｌに対して予め定めた位置に接触目標位置が設定される。例えば、スキャン方向が輪郭線Ｌに対して法線方向に所定距離離れた位置から接近する方向に設定されている場合、輪郭線Ｌの法線に沿って安定的にアプローチできるため、測定が安定する。

図中の（ｄ）には、エッジ抽出領域Ｒと接触目標位置とを関連づける場合が示されている。パターン画像Ｉｐ上で指定されたエッジ抽出領域Ｒに対して、接触目標位置を指定することにより、パターン画像Ｉｐと接触目標位置とが間接的に関連づけられる。上述したマッチング処理によりエッジ抽出領域Ｒの位置座標が特定されると同時に、接触目標位置座標が特定される。

図８は、図５の入力受付部３１１におけるパターン画像登録時の動作の一例を示した図であり、図７の（ａ）に示したワークＷを透過照明により撮像した場合のモデル画像Ｉｍが示されている。このモデル画像Ｉｍの一部がサーチ用のパターン画像Ｉｐとして登録される。この様にサーチ用のパターン画像Ｉｐには、透過照明で撮像された透過画像を用いる一方、接触目標位置の指定には、反射照明で撮像された反射画像を用いることができる。

一般に透過照明で撮像された透過画像ははっきりとしたエッジが得られる他、周囲環境の変化による画像の変化も小さい。従って、透過照明で撮像した透過画像に基づいて、パターン画像を登録する一方で、透過照明では取得できない非貫通のワーク形状に存在する内側の輪郭の寸法を測定するために、反射照明で撮像された反射画像に基づいてプローブ２６による接触目標位置の指定を行うことができる。この様にパターン画像を登録する際の照明条件と、接触目標位置やエッジ抽出領域を登録する際の照明条件とは異ならせることができる。また、連続測定時の照明条件を設定時の照明条件と同じにするために、設定時の照明条件が測定設定情報として登録される。

上述したように設定時にモデル画像Ｉｍ上で登録されたパターン画像（サーチ用データ）と、検査時に入力されたワーク画像とをマッチングすることにより、直接的、または間接的に接触目標位置が特定される。プローブ２６によりスキャンすべき位置が特定されると、プローブ２６の動作計画が決定し、測定制御部３１５がプローブ２６の動作を制御する。

図９は、図５の入力受付部３１１における接触位置指定時の動作の一例を示した図であり、形状種別とスキャン経路の本数とを対応づけたテーブルが示されている。図中の（ａ）には、分割数が固定である場合のテーブルが示されている。このテーブルは、測定対象の形状種別とスキャン経路の本数とを対応づけた配置基準であり、３つの形状種別（直線、円及び円弧）について、スキャン経路の本数及び分割数が規定されている。

具体的には、形状種別が直線であれば、分割数＝３であり、直線を３等分するように２本のスキャン経路が配置される。また、形状種別が円であれば、分割数＝３であり、円周を３等分するように３本のスキャン経路が配置される。形状種別が円弧であれば、分割数＝４であり、円弧を４等分するように３本のスキャン経路が配置される。

図中の（ｂ）には、分割数が測定対象のサイズに応じて可変である場合のテーブルが示されている。このテーブルは、測定対象の形状種別及びサイズとスキャン経路の本数とを対応づけた配置基準であり、３つの形状種別（直線、円及び円弧）について、スキャン経路の本数が規定されている。

具体的には、形状種別が直線である場合、輪郭線Ｌの長さが閾値ＴＨ未満であれば、分割数＝３であり、直線を３等分するように２本のスキャン経路が配置される。一方、輪郭線Ｌの長さが閾値ＴＨ以上であれば、分割数＝４であり、直線を４等分するように３本のスキャン経路が配置される。また、形状種別が円である場合、輪郭線Ｌの長さが閾値ＴＨ未満であれば、分割数＝３であり、円周を３等分するように３本のスキャン経路が配置される。一方、輪郭線Ｌの長さが閾値ＴＨ以上であれば、分割数＝４であり、円周を４等分するように４本のスキャン経路が配置される。形状種別が円弧である場合、輪郭線Ｌの長さが閾値ＴＨ未満であれば、分割数＝４であり、円弧を４等分するように３本のスキャン経路が配置される。一方、輪郭線Ｌの長さが閾値ＴＨ以上であれば、分割数＝５であり、円弧を５等分するように４本のスキャン経路が配置される。

図１０は、図５の入力受付部３１１における接触位置指定時の動作の一例を示した図であり、輪郭線Ｌの長さに応じてスキャン経路の本数が異なる場合が示されている。図中の（ａ）には、形状種別が直線である場合が示され、（ｂ）には、形状種別が円である場合が示されている。

ユーザによりモデル画像Ｉｍ上でエッジ抽出領域Ｒが測定対象領域として指定されれば、エッジ抽出領域Ｒからエッジを抽出して特定された輪郭線Ｌに対し、接触目標位置が指定される。例えば、接触目標位置は、輪郭線Ｌの端点から一定間隔ごとに指定される。輪郭線Ｌの形状種別が直線であれば、２箇所以上の接触目標位置が指定され、輪郭線Ｌの形状種別が円又は円弧であれば、３箇所以上の接触目標位置が指定される。この場合、輪郭線Ｌ上に指定される接触目標位置の数は、輪郭線Ｌの長さに応じて異なる。なお、輪郭線Ｌは、マウス操作などによって直接に指定されるようなものであっても良い。

また、図示したスキャン経路のように、３以上の分割数ｎを指定することにより、輪郭線Ｌを等分割するｎ本又は（ｎ−１）本のスキャン経路が指定されるようにしても良い。具体的には、図１０の（ａ）に示す通り、輪郭線Ｌの形状種別が直線であれば、輪郭線Ｌの長さが一定値未満である場合に分割数を３とし、輪郭線Ｌを等分割する２本のスキャン経路が指定される。一方、輪郭線Ｌの長さが一定値以上である場合には分割数を４とし、輪郭線Ｌを等分割する３本のスキャン経路が指定される。

また、図１０の（ｂ）に示す通り、形状種別が円であれば、半径が一定値未満である場合に分割数を３とし、輪郭線Ｌを等分割する３本のスキャン経路が指定される。一方、半径が一定値以上である場合には分割数を４とし、輪郭線Ｌを等分割する４本のスキャン経路が指定される。

スキャン経路の開始位置は、接触目標位置から輪郭線Ｌに垂直な方向に一定距離だけ離間した位置として指定される。スキャン経路の終了位置は、輪郭線Ｌを挟んで開始位置とは反対側の位置として指定される。また、モデル画像Ｉｍから抽出されたエッジの両側の輝度差に基づいて、プローブ２６をワークＷの側面に近づける際のスキャン方向が決定される。なお、スキャン経路の開始位置と終了位置の決め方は上記の方法に限定されない。スキャン経路の開始位置と終了位置は、接触目標位置に対して相対的に定められていれば良い。

＜測定制御部３１５＞
図１１は、図５の測定制御部３１５の一構成例を示したブロック図である。この測定制御部３１５は、サーチ処理部３５１、エッジ抽出領域特定部３５２、エッジ抽出処理部３５３、スキャン動作決定部３５４、スキャン動作制御部３５５、プローブ検出部３５６、接触位置特定部３５７、輪郭線算出部３５８及び寸法算出部３５９により構成される。

サーチ処理部３５１は、撮像部２０１又は２０６からワーク画像を取得し、記憶装置３３内の特徴量情報に基づいて、ワークＷの位置及び姿勢を特定する。位置及び姿勢の特定は、パターンサーチにより行われる。このサーチ処理部３５１は、プローブ２６が撮像視野外の退避位置にある状態で生成されたワーク画像を取得し、当該ワーク画像からワークＷの位置及び姿勢を特定する。

エッジ抽出領域特定部３５２は、サーチ処理部３５１により特定されたワークＷの位置及び姿勢とエッジ抽出領域情報とに基づいて、ワーク画像上のエッジ抽出領域を特定する。エッジ抽出処理部３５３は、エッジ抽出領域特定部３５２により特定されたエッジ抽出領域からエッジ点を抽出する。

スキャン動作決定部３５４は、エッジ抽出処理部３５３により抽出された複数のエッジ点に形状種別として予め指定された幾何学図形をフィッティングさせることにより、輪郭線の位置を特定し、接触目標位置情報に基づいて、開始位置やスキャン方向を特定することにより、スキャン動作を決定する。

スキャン動作制御部３５５は、スキャン動作決定部３５４により決定されたスキャン動作に従って、本体２の垂直駆動部２２、水平駆動部２４及び切替駆動部２７を制御する。スキャン動作制御部３５５は、例えば、切替駆動部２７を制御してプローブ２６を退避位置から測定位置に切り替えた後、複数の接触目標位置にプローブ２６が順次に移動するように水平駆動部２４を制御する。

プローブ検出部３５６は、プローブ２６がワークＷの側面に接触したことを検出する。例えば、撮像部２０１又は２０６からワーク画像を繰り返し取得し、スキャン経路を移動中のプローブ２６のワーク画像上における位置が一定時間内に一定の閾値以上変化すれば、プローブ２６がワークＷの側面に接触したと判断される。なお、プローブ２６に物理的な接触を検知するセンサを設けてもよい。

接触位置特定部３５７は、プローブ２６がワークＷの側面に接触したことが検出されれば、ワークＷの側面に接触した状態のプローブ２６が撮影されたワーク画像を取得し、当該ワーク画像上におけるプローブ２６の位置から接触位置を特定する。ワーク画像上のプローブ２６の位置と、ステージ２３に対する撮像視野の相対位置とに基づいて、プローブ２６がワークＷに接触した複数の接触位置が特定される。

ステージ２３に対する撮像視野の相対位置は、水平駆動部２４から入力される。水平駆動部２４から入力されたグローバル座標系内における撮像視野（カメラ２００又はステージ２３の相対位置）の位置座標と、撮像視野内のローカル座標系内における各接触位置の座標とから、各接触位置が求められる。

なお、本実施の形態では、カメラ２００とプローブ２６はＸＹ方向に動作せず、ステージ２３がＸＹ方向に移動することにより、プローブ２６とワークＷの側面とを接触させる構成としている。そのため、プローブ２６がワークＷと接触していない状態では、プローブ２６は常に撮像視野内の中心に位置する。この実施例に限らず、カメラ側がプローブ２６とともに動く構成としても良いし、撮像視野内をプローブ２６が移動する構成としても良い。

輪郭線算出部３５８は、エッジ抽出処理部３５３によって抽出された複数のエッジ点、又は、接触位置特定部３５７によって特定された複数の接触位置に対し、幾何学図形をフィッティングさせることにより、輪郭線の位置を特定する。

寸法算出部３５９は、輪郭線算出部３５８により特定された輪郭線の位置に基づいて、ワークＷの寸法を求め、測定結果を表示部２１に表示する。寸法算出部３５９では、エッジ抽出領域からエッジを抽出して特定された輪郭線と、プローブ２６が接触することによって特定された輪郭線とのいずれか一方又は両方を用いて、ワークＷの寸法が求められる。

例えば、エッジ抽出によって特定された輪郭線と、プローブ２６が接触することによって特定された輪郭線とを組み合わせて寸法を求めることができる。この様な構成を採用することにより、エッジが正確に抽出できない測定箇所の輪郭線はプローブ２６を接触させて特定し、エッジが正確に抽出できる測定箇所の輪郭線はエッジ抽出によって特定して寸法測定を行うことができる。つまり、画像で測定できる部分は、画像で測定する方が寸法測定に要する時間を短縮することができる。

図１２のステップＳ１０１〜Ｓ１０７は、図５のコントローラ３における測定設定時の動作の一例を示したフローチャートである。まず、コントローラ３は、画像測定又はプローブ測定のいずれかの測定方法がユーザにより選択されれば（ステップＳ１０１）、選択された測定方法に応じた測定要素の設定を行う（ステップＳ１０２〜Ｓ１０４）。

図１３及び図１４は、図１の画像測定装置１における測定設定時の動作の一例を示した図である。図１３の（ａ）には、登録対象のワークＷが示され、（ｂ）には、パターン画像Ｉｐ上で指定されたエッジ抽出領域Ｒとスキャン動作の開始位置を示すシンボルＳｍが示されている。このワークＷは、ベース部材ｗ_１上に円筒状の突出部ｗ_２が形成され、ベース部材ｗ_１の周縁部に３つの貫通孔ｗ_３が形成されている。

パターン画像Ｉｐは、この様なワークＷが被写体として撮像された撮影画像からなる。測定箇所は、ベース部材ｗ_１の左右の側面間の距離と、前後の側面間の距離と、２つの貫通孔ｗ_３間の距離と、突出部ｗ_２の内径とが指定されている。ベース部材ｗ_１の左右の側面間の距離と２つの貫通孔ｗ_３間の距離とは、ワークＷの輪郭線に対して指定されたエッジ抽出領域Ｒからエッジを抽出することによって測定される。一方、ベース部材ｗ_１の前後の側面間の距離と突出部ｗ_２の内径とは、プローブ２６を接触させることによって測定される。

図１４には、測定設定情報の指定時に、表示部２１に表示される設定画面１００が示されている。設定画面１００は、測定設定情報の編集画面であり、モデル画像を表示するための表示欄１１０と、寸法種別を選択するためのメニュー欄１１１が設けられている。

表示欄１１０に表示中のモデル画像は、図１２に示したワークＷが被写体として撮像された撮影画像である。倍率ボタン１３１又は１３２を操作することにより、広視野測定用の低倍率と高精度測定用の高倍率とのいずれかを撮影倍率として指定することができる。また、ステージ調整ボタン１３３を操作すれば、ステージ２３のＸ方向の位置及びＹ方向の位置を調整することができる。また、Ｚ調整ボタン１３４を操作すれば、測定ユニット２０のＺ方向の位置を調整することができる。照明ボタン１３５を操作すれば、照明種別を指定することができる。照明種別には、透過照明、リング照明及び同軸落射照明などがある。

メニュー欄１１１の寸法種別には、距離測定、角度測定などがある。距離測定には、２直線の間の距離測定、直線と点との間の距離測定、２点の間の距離測定、２円の間の距離測定、円と直線との間の距離測定、円と点との間の距離測定、円の直径測定及び円弧の半径測定がある。

ステップＳ１０３の画像測定要素の設定では、エッジ抽出により寸法測定を行うための測定要素について、測定設定情報の指定が行われる。一方、ステップＳ１０４のプローブ測定要素の設定では、プローブ２６を接触させて寸法測定を行うための測定要素について、測定設定情報の指定が行われる。ステップＳ１０３及びＳ１０４の処理内容は、図１７及び図１９においてそれぞれ詳述する。コントローラ３は、モデル画像上の全ての測定要素について、設定が完了するまでステップＳ１０１からＳ１０４までの処理手順を繰り返す（ステップＳ１０５）。

次に、コントローラ３は、設計値及び公差の指定を行う（ステップＳ１０６）。このステップでは、モデル画像から算出された寸法値が測定要素の輪郭線に対応づけて表示され、モデル画像上の寸法値がユーザにより選択されれば、設計値や公差を新たに指定し、或いは、変更することができる。

図１５には、設計値及び公差の指定時における公差設定画面１０１が示されている。公差設定画面１０１は、設計値及び公差の編集画面であり、モデル画像を表示するための表示欄１１０と、設計値と公差の上限値及び下限値とを指定するための入力欄１１２が設けられている。表示欄１１０に表示中のモデル画像には、測定箇所に対応づけて寸法線や識別番号が表示されている。

この入力欄１１２には、測定設定情報として登録された複数の測定箇所について、設計値と公差の上限値及び下限値とが表示され、測定箇所を選択すれば、設計値、公差の上限値又は下限値を新たに指定し、或いは、変更することができる。

次に、コントローラ３は、特徴量情報の登録を行う（ステップＳ１０７）。このステップでは、ワークＷの位置及び姿勢を特定するためのパターン画像（サーチ用データ）が、パターン画像と各測定要素の設定で指定されるエッジ抽出領域との相対的な位置関係と共にモデル画像を用いて登録される。

図１６には、特徴量情報の指定時における特徴量設定画面１０２が示されている。この特徴量設定画面１０２は、パターン画像を特徴量情報として登録するための編集画面であり、モデル画像を表示するための表示欄１１０と、登録対象領域及びサーチ条件を指定するための入力欄１１４が設けられている。表示欄１１０に表示中のモデル画像には、登録対象領域の外縁を示す枠１１３が表示されている。

サーチ条件には、回転方向のスキャン範囲を制限するためのサーチ範囲と、パターン画像と一致するワークＷの検出個数とを指定することができる。登録ボタン１１５を操作すれば、表示中のモデル画像がサーチ用のパターン画像として登録される。

図１７のステップＳ２０１〜Ｓ２０９は、図１２のステップＳ１０３（画像測定要素の設定）について、詳細動作の一例を示したフローチャートであり、コントローラ３の動作が示されている。まず、コントローラ３は、後述する撮影条件を指定し（ステップＳ２０１）、ステージ２３上に載置されたマスターピースが撮影された撮影画像を取得してモデル画像として表示する（ステップＳ２０２）。

次に、測定要素の形状種別がユーザにより選択され（ステップＳ２０３）、形状種別に対応づけてエッジ抽出領域がユーザにより指定される（ステップＳ２０４）。コントローラ３は、指定されたエッジ抽出領域から複数のエッジ点を抽出し（ステップＳ２０５）、これらのエッジ点に対し、選択された形状種別に対応する幾何学図形をフィッティングさせることによって輪郭線の位置を決定する（ステップＳ２０６）。

次に、コントローラ３は、輪郭線の位置に基づいて、測定箇所の寸法を算出し、測定要素に対応づけて測定結果の寸法値をモデル画像上に表示する（ステップＳ２０７，Ｓ２０８）。コントローラは、モデル画像上の全ての測定要素について、設定が完了するまでステップＳ２０３からＳ２０８までの処理手順を繰り返す（ステップＳ２０９）。

図１８は、図１の画像測定装置１における画像測定要素の設定時の動作の一例を示した図である。図中の（ａ）には、モデル画像上で指定されたエッジ抽出領域１１６が示され、（ｂ）には、エッジ抽出領域１１６からエッジを抽出して特定された輪郭線１１７が示されている。

設定画面１００の表示欄１１０に表示中のモデル画像に対し、測定要素の始点及び終点の位置を指定すれば、始点及び終点を結ぶ直線を含む矩形領域がエッジ抽出領域１１６として自動的に指定され、エッジ点のスキャン方向と共に測定要素に対応づけてモデル画像上に表示される。エッジ抽出領域１１６の登録が完了すれば、当該エッジ抽出領域１１６からエッジを抽出して特定された輪郭線１１７や寸法値がモデル画像上に表示される。

図１９のステップＳ３０１〜Ｓ３１５は、図１２のステップＳ１０４（プローブ測定要素の設定）について、詳細動作の一例を示したフローチャートであり、コントローラ３の動作が示されている。ステップＳ３０１からステップＳ３０６までの処理手順は、図１７のステップＳ２０１からステップＳ２０６までの処理手順と同様である。

次に、コントローラ３は、接触目標位置情報を指定する（ステップＳ３０７）。接触目標位置情報、すなわち、接触目標位置及びスキャン経路は、測定要素の形状種別及びサイズに基づいて自動的に指定される。また、指定されたスキャン経路は、モデル画像上に重畳して表示される（ステップＳ３０８）。

図２０は、図１の画像測定装置１におけるプローブ測定要素の設定時の動作の一例を示した図である。プローブ測定は、プローブ２６をカメラ２００により撮像して行うものであることから、プローブ２６をワークＷのどこに接触させれば良いのか、或いは、ワークＷの側面に対し、どのようにアプローチすれば良いのかをユーザ自身で判断するのは難しい。本実施の形態による画像測定装置１では、モデル画像上でエッジ抽出領域を測定対象領域として指定するだけで、接触目標位置が自動的に決定される。

図中の（ａ）には、モデル画像Ｉｍ上で指定されたエッジ抽出領域１１８が示されている。設定画面１００の表示欄１１０に表示中のモデル画像Ｉｍに対し、測定要素の円周上に３つの点を指定すれば、これらの点を含む円環状の領域がエッジ抽出領域１１８として自動的に指定され、モデル画像Ｉｍ上に表示される。

図中の（ｂ）には、エッジ抽出領域１１８からエッジを抽出して特定された輪郭線１１９とスキャン動作の開始位置を示すシンボル１２０とが示されている。エッジ抽出領域１１８の登録が完了すれば、当該エッジ抽出領域１１８からエッジを抽出して輪郭線１１９の位置が特定される。接触目標位置は、この輪郭線１１９に対して指定され、スキャン動作の開始位置を示すシンボル１２０が輪郭線１１９に対応づけて表示される。この例では、３つのスキャン経路が輪郭線１１９に沿って等間隔に配置されている。

設定画面１００上でのシンボル１２０とワークＷは、実際のコンタクト部２６１とワークＷの相似形である。これにより、ユーザは、設定画面１００上でコンタクト部２６１とワークＷとの位置関係を正確に把握することができ、プローブ２６を動作させた際にコンタクト部２６１がワークＷと干渉するか否かを確認することができる。また、コンタクト部２６１とワークＷが干渉する可能性が高い場合には、設定画面１００上にエラーを表示するなどして、ユーザに報知しても良い。

図中の（ｃ）には、プローブ２６を接触させて特定された輪郭線１２１と輪郭線１２１に対応づけて表示された寸法値とが示されている。接触目標位置の登録が完了すれば、設定画面１００内のモデル画像には、プローブ２６をワークＷの側面に接触させて特定された輪郭線１２１が表示されるとともに、当該輪郭線１２１から求められた寸法値が輪郭線１２１に対応づけて表示される。

次に、コントローラ３は、スキャン経路の調整を行うか否かをユーザに照会し（ステップＳ３０９）、スキャン経路の調整がユーザにより指示されれば、接触目標位置の調整を行う（ステップＳ３１０）。

図２１及び図２２は、図１の画像測定装置１におけるプローブ測定要素の設定時の動作の一例を示した図である。図２１の（ａ）には、モデル画像Ｉｍ上の輪郭線１１９に対して指定された接触目標位置を調整する場合が示され、（ｂ）には、スキャン方向を変更する場合が示され、（ｃ）には、スキャン経路の本数を変更する場合が示されている。

モデル画像Ｉｍ上の輪郭線１１９に対して指定された接触目標位置は、マウス操作などによってスキャン動作の開始位置を示すシンボル１２０を移動させることにより、調整することができる。例えば、シンボル１２０を輪郭線１１９の径方向に移動させることにより、スキャン動作の開始位置を輪郭線１１９から内側へ遠ざけることができる。また、設定画面１００を操作することにより、スキャン方向を反転させ、或いは、スキャン経路を追加することができる。

図２２の（ａ）には、登録対象のワークＷが示され、（ｂ）には、モデル画像Ｉｍ上で指定された接触目標位置が示され、（ｃ）には、エラー表示されたシンボル１２０が示されている。ワークＷの右側面に対応する輪郭線１１９に対し、２つのスキャン経路が指定されている。スキャン動作の開始位置を示すシンボル１２０をマウス操作などによって移動させることにより、接触目標位置を変更することができる。

スキャン動作の開始位置は、測定箇所の輪郭線１１９に近い方が測定時間を短縮することができる。しかしながら、スキャン動作の開始位置を測定箇所の輪郭線１１９に近づけ過ぎた場合、ワークＷの寸法ばらつきにより、プローブ２６を開始位置まで移動させる際にプローブ２６がワークＷと干渉するおそれがある。すなわち、右側の輪郭線１１９を測定対象とする場合、右側の輪郭線１１９にスキャン開始位置を近づけ過ぎると、連続測定時のワークＷの寸法ばらつきにより、プローブ２６がワークＷに干渉してしまう。

この様にモデル画像Ｉｍ上で指定された接触目標位置が測定対象の輪郭線１１９に近い場合、当該輪郭線１１９から遠ざかるように接触目標位置を調整することができる。すなわち、右側の輪郭線１１９から離れるように、スキャン動作の開始位置を調整することができる。

一方、スキャン開始位置が左側の輪郭線１１９に近づけ過ぎると、プローブ２６がワークＷの左側面と干渉してしまう。この様に測定対象の輪郭線１１９とは異なる輪郭線と重複する位置にスキャン開始位置が指定されれば、シンボル１２０がエラー表示される。このため、ユーザは、モデル画像Ｉｍを確認することにより、接触目標位置を容易に調整することができる。

図２３は、図１の画像測定装置１におけるプローブ測定要素の設定時の動作の一例を示した図である。図中の（ａ）には、登録対象のワークＷが示され、（ｂ）には、モデル画像Ｉｍ上でスキャン動作の高さ位置を調整する場合が示されている。このワークＷは、高さ方向の段差を有し、下段の右側面と上段の右側面との間の水平方向の距離Ｄがプローブ２６を用いて測定される。

ワークＷの下段の右側面と上段の右側面とでは、鉛直方向の位置が異なるため、スキャン動作の測定高さを適切に指定する必要がある。すなわち、上段の右側面を測定するための測定高さｈ_２は、下段の右側面を測定するための測定高さｈ_１よりも高い位置として指定する必要がある。この様な高さ情報は、プローブ２６を実際に移動させて指定しても良いし、数値で指定することもできる。

また、測定高さを変更すると、垂直駆動部２２を制御してプローブ２６を変更後の測定高さに移動させることができ、これによりワークＷとコンタクト部２６１の高さ関係を実際に確認することができる。

次に、コントローラ３は、スキャン動作を開始し、マスターピースの側面に接触した状態のプローブ２６が撮影された撮影画像を取得し、当該撮影画像に基づいて、接触点の位置を特定する（ステップＳ３１１）。そして、コントローラ３は、２以上の接触点の位置から輪郭線の位置を決定する（ステップＳ３１２）。

コントローラ３は、輪郭線の位置に基づいて、測定箇所の寸法を算出し、測定要素に対応づけて測定結果の寸法値をモデル画像上に表示する（ステップＳ３１３，Ｓ３１４）。コントローラは、モデル画像上の全ての測定要素について、設定が完了するまでステップＳ３０３からＳ３１４までの処理手順を繰り返す（ステップＳ３１５）。

図２４は、図１の画像測定装置１におけるプローブ測定要素の設定時の動作の一例を示した図である。図中の（ａ）には、第１スキャンモードの場合が示され、（ｂ）には、第２スキャンモードが示されている。第１スキャンモード及び第２スキャンモードは、ステージ２３に対し、プローブ２６が相対的に接触目標位置間を移動する際の移動方法であり、第１スキャンモード又は第２スキャンモードのいずれかを指定することができる。

第１スキャンモードでは、接触目標位置間の移動ごとに、プローブ２６が測定高さから基準高さに切り替えられる。隣接する２つの接触目標位置間に段差などの障害物がある場合には、第１スキャンモードを選択することにより、ワークＷとの干渉を確実に防止することができる。

一方、第２スキャンモードでは、基準高さに切り替えることなく、ステージ２３に対し、プローブ２６が相対的に接触目標位置間を移動する。具体的には、１つの測定要素に対して複数の接触目標位置が指定されている場合、基準高さに切り替えることなく、ステージ２３に対し、プローブ２６を相対的に当該接触目標位置間で移動させる。ただし、ステージ２３に対し、異なる２つの測定要素間でプローブ２６を相対的に移動させる際には、基準高さに切り替えることなくプローブ２６を移動させても良いが、プローブ２６を測定高さから基準高さに切り替えることが望ましい。ステージ２３に対し、プローブ２６を相対的に同じ高さで輪郭線に沿って移動させることにより、測定時間を短縮することができる。

図２５のステップＳ４０１〜Ｓ４０４は、図１２のステップＳ１０７（特徴量情報の登録）について、詳細動作の一例を示したフローチャートであり、コントローラ３の動作が示されている。まず、コントローラ３は、撮影条件を指定した後（ステップＳ４０１）、マスターピースが撮影されたモデル画像を取得して登録対象領域を指定する（ステップＳ４０２）。

次に、コントローラ３は、パターン画像を用いてパターンサーチする際のサーチ条件を指定する（ステップＳ４０３）。コントローラ３は、特徴量情報の登録に係る全ての設定が完了するまで、ステップＳ４０１からステップＳ４０３までの処理手順を繰り返し（ステップＳ４０４）、全ての設定が完了すれば、モデル画像から得られたパターン画像とサーチ条件とを特徴量情報として記憶する。

図２６のステップＳ５０１〜Ｓ５０８は、図１７のステップＳ２０１、図１９のステップＳ３０１及び図２５のステップＳ４０１（撮影条件の指定）について、詳細動作の一例を示したフローチャートであり、コントローラ３の動作が示されている。まず、コントローラ３は、プローブ２６の位置を確認し、退避位置でなければ、測定ユニット２０の切替駆動部２７を制御して退避位置に切り替える（ステップＳ５０１，Ｓ５０２）。

次に、コントローラ３は、水平駆動部２４を制御し、水平面内におけるステージ２３のＸ方向の位置及びＹ方向の位置を調整する（ステップＳ５０３）。次に、コントローラ３は、フォーカス位置を調整するために、垂直駆動部２２を制御して測定ユニット２０のＺ方向の位置を調整する（ステップＳ５０４）。

次に、コントローラ３は、照明条件、撮像条件及び撮影倍率を指定する（ステップＳ５０５〜Ｓ５０７）。照明条件には、照明種別、点灯状態、明るさ及びリング照明ユニット２１１のＺ方向の位置がある。撮像条件には、露光時間、ゲイン及び撮影範囲がある。

コントローラ３は、撮影条件の指定に係る全ての設定が完了するまで、ステップＳ５０３からステップＳ５０７までの処理手順を繰り返し（ステップＳ５０８）、全ての設定が完了すれば、撮影条件を測定設定情報として記憶する。

図２７及び図２８のステップＳ６０１〜Ｓ６１７は、図５のコントローラ３における連続測定時の動作の一例を示したフローチャートである。まず、コントローラ３は、測定設定情報を読み出し（ステップＳ６０１）、測定設定情報に基づいて、撮影条件を指定する（ステップＳ６０２）。次に、コントローラ３は、ステージ２３上に載置されたワークＷを上記撮影条件で撮影してワーク画像を取得し（ステップＳ６０３）、特徴量情報を用いたパターンサーチによりワークＷの位置及び姿勢を特定する（ステップＳ６０４，Ｓ６０５）。

次に、コントローラ３は、パターンサーチによって特定されたワークＷの位置及び姿勢に基づいて、ワーク画像上でエッジ抽出領域の位置を特定する（ステップＳ６０６）。コントローラ３は、特定されたエッジ抽出領域から複数のエッジ点を抽出し（ステップＳ６０７）、これらのエッジ点に幾何学図形をフィッティングさせることによって輪郭線の位置を特定する（ステップＳ６０８）。

次に、コントローラ３は、画像測定要素が測定設定情報として登録されていれば（ステップＳ６０９）、特定された輪郭線の位置に基づいて、測定箇所の寸法を算出し（ステップＳ６１０）、測定要素に対応づけて測定結果の寸法値をワーク画像上に表示する（ステップＳ６１１）。

次に、コントローラ３は、プローブ測定要素が測定設定情報として登録されていれば（ステップＳ６１２）、測定ユニット２０の切替駆動部２７を制御してプローブ２６を退避位置から測定位置に切り替えた後、垂直駆動部２２を制御して基準高さに切り替える（ステップＳ６１３）。コントローラ３は、エッジ抽出領域からエッジを抽出して特定した輪郭線の位置に基づいて、スキャン開始位置を特定し（ステップＳ６１４）、スキャン動作を行う（ステップＳ６１５）。

次に、コントローラ３は、ワークＷの側面に接触した状態のプローブ２６が撮影された撮影画像を取得し、当該撮影画像に基づいて接触点の位置を求めて輪郭線の位置を特定し、測定箇所の寸法を算出する（ステップＳ６１６）。そして、コントローラ３は、測定要素に対応づけて測定結果の寸法値をワーク画像上に表示する（ステップＳ６１７）。

なお、接触目標位置がパターン画像に直接に関連づけられている場合、パターンサーチによって特定されたワークＷの位置及び姿勢から接触目標位置が直接に特定される。また、接触目標位置がエッジ抽出領域に関連づけられている場合には、パターンサーチによって特定されたワークＷの位置及び姿勢に基づいてワーク画像上のエッジ抽出領域の位置を特定することにより、接触目標位置が特定される。

図２９〜図３１は、図１の画像測定装置１における連続測定時の動作の一例を示した図である。図２９の（ｂ）〜（ｄ）、図３０の（ａ）〜（ｄ）及び図３１には、ワークＷの位置及び姿勢が互いに異なる２つのワーク画像Ｉｗがそれぞれケース１及びケース２として示されている。図２９の（ａ）には、サーチ用データとして登録されたパターン画像Ｉｐが示され、（ｂ）には、パターンサーチのために撮像されたワーク画像Ｉｗが示されている。これらのパターン画像Ｉｐ及びワーク画像Ｉｗは、いずれも透過照明による透過画像である。このワーク画像Ｉｗをパターン画像Ｉｐとマッチングすることにより、ワークＷの位置及び姿勢が特定される。

図２９の（ｃ）には、エッジ抽出のために撮像されたワーク画像Ｉｗが示されている。このワーク画像Ｉｗは、反射照明による反射画像であり、パターンサーチによって特定されたワークＷの位置及び姿勢に基づいて、エッジ抽出領域が特定される。

図２９の（ｄ）には、図２９の（ｃ）に示したワーク画像Ｉｗ上で特定された複数のエッジ抽出領域Ｒが示されている。エッジ抽出領域Ｒは、ワークＷの位置及び姿勢と、エッジ抽出領域情報として登録された相対位置情報とに基づいて、位置座標が特定される。

図３０の（ａ）には、エッジ抽出領域Ｒからエッジを抽出して特定された複数の輪郭線Ｌ_１及びＬ_２が示されている。輪郭線Ｌ_１は、測定要素が画像測定要素として登録されている場合の輪郭線である。一方、輪郭線Ｌ_２は、測定要素がプローブ測定要素として登録されている場合に、接触目標位置を特定するために用いる仮の輪郭線であり、位置精度は低い。

図３０の（ｂ）には、ワーク画像Ｉｗ上の輪郭線Ｌ_２に対して特定された複数の接触目標位置が示されている。接触目標位置は、輪郭線Ｌ_２の位置と接触目標位置情報として登録された相対位置情報とに基づいて、特定される。

図３０の（ｃ）には、プローブ２６を接触させて特定された複数の接触位置Ｐが示されている。接触位置Ｐは、プローブ２６がワークＷの側面に接触した状態で取得されたワーク画像Ｉｗとステージ２３の位置とに基づいて、特定される。図３０の（ｄ）には、複数の接触位置Ｐに幾何学図形をフィッティングさせて特定された輪郭線Ｌ_３が示されている。

図３１には、ワークＷの良否判定の結果が測定箇所に対応づけて表示されたワーク画像Ｉｗが示されている。エッジ抽出により特定された輪郭線Ｌ_１やプローブ動作によって特定された輪郭線Ｌ_３に基づいて、測定箇所の寸法値が求められる。また、求められた寸法値を設計値と比較し、設計値に対する誤差を公差と比較することにより、ワークＷの良否判定が行われる。この良否判定の結果は、測定箇所に対応づけてワーク画像Ｉｗ上に表示される。

図３１の左側に示したワーク画像Ｉｗでは、全ての測定箇所がＯＫ判定であり、ワークＷは、良品であると判定される。一方、図３１の右側に示したワーク画像Ｉｗでは、画像測定要素として登録された測定箇所の１つがＮＧ判定であり、ワークＷは、不良品であると判定される。

図３２のステップＳ７０１〜Ｓ７１２は、図２８のステップＳ６１５（スキャン動作）について、詳細動作の一例を示したフローチャートであり、コントローラ３の動作が示されている。まず、コントローラ３は、水平駆動部２４を制御し、基準高さにおいて、ステージ２３に対し、スキャン経路の開始位置に対応する位置にプローブ２６を相対的に移動させた後（ステップＳ７０１）、垂直駆動部２２を制御してプローブ２６を測定高さに移動させる（ステップＳ７０２）。

次に、コントローラ３は、水平駆動部２４を制御して、ステージ２３に対し、プローブ２６を相対的にスキャン方向に移動させ（ステップＳ７０３）、接触が検出されれば、ワーク画像上のプローブ２６の位置及びステージ２３の位置に基づいて、接触位置を算出する（ステップＳ７０４，Ｓ７０５）。プローブ２６は、ワーク画像上の輪郭線の法線に沿って接近するように制御される。コントローラ３は、全ての接触目標位置について測定が完了するまで、ステップＳ７０１からステップＳ７０５までの処理手順を繰り返し、全ての接触目標位置について測定が完了すれば、プローブ２６を基準高さに移動させてこの処理を終了する（ステップＳ７０６，Ｓ７０７）。

コントローラ３は、第１スキャンモードが指定されていれば、１つの接触目標位置について測定が完了するごとに、プローブ２６を基準高さに移動させる（ステップＳ７０６，Ｓ７１１，Ｓ７１２）。

また、コントローラ３は、接触が検出されることなく、プローブ２６が終了位置に到達すれば、エラーが発生したと判断し、プローブを基準高さに移動させてエラー出力を行う（ステップＳ７０４，Ｓ７０８〜Ｓ７１０）。

本実施の形態によれば、パターン画像に基づいてワーク画像からワークＷの位置及び姿勢が特定されるため、ワークＷをステージ２３上に載置するだけで、プローブ２６を用いた寸法測定を行うことができる。また、接触目標位置情報に基づいて、プローブ２６が接触すべき接触目標位置が特定されるため、パターン画像に対して相対的な位置を最初に指定するだけで、ワークＷに対する複数の接触目標位置を特定してプローブ２６を順次に移動させることができる。

また、ワークＷの位置及び姿勢を特定するためのワーク画像はプローブ２６が退避位置にある状態で生成されるため、プローブ２６がワークＷと重複して撮像され、或いは、ワークＷの近傍に撮像されるのを防止することができる。

また、本実施の形態によれば、測定要素の位置と測定要素の形状種別又は大きさと配置ルールとに従ってプローブ２６が接触すべきワーク側面の複数の接触目標位置が特定されるため、モデル画像上で測定要素を指定するだけで、複数の接触目標位置を自動的に特定してプローブ２６によるスキャン動作を決定することができる。

なお、本実施の形態では、水平駆動部２４がステージ２３をＸ方向及びＹ方向に移動させる場合の例について説明したが、本発明は、水平駆動部２４の構成をこれに限定するものではない。例えば、水平駆動部２４が、プローブ２６又は測定ユニット２０をＸ方向及びＹ方向に移動させるような構成であっても良い。或いは、水平駆動部２４が、ステージ２３をＸ方向に移動させ、プローブ２６又は測定ユニット２０をＹ方向に移動させるような構成であっても良い。

また、本実施の形態では、垂直駆動部２２が測定ユニット２０をＺ方向に移動させる場合の例について説明したが、本発明は、垂直駆動部２２の構成をこれに限定するものではない。例えば、垂直駆動部２２がステージ２３をＺ方向に移動させるような構成であっても良い。

また、本実施の形態では、スキャン経路のスキャン方向がエッジの両側の輝度差に基づいて指定される場合の例について説明したが、本発明は、スキャン方向の指定方法をこれに限定するものではない。例えば、撮像部２０１又は２０６のフォーカス位置を利用して測定箇所の近傍の高さ情報を取得し、この高さ情報に基づいて、スキャン方向を指定するような構成であっても良い。また、スキャン方向には、予め定められた方向がデフォルト指定されるような構成であっても良い。

また、本実施の形態では、接触目標位置の測定高さがユーザによって指定される場合の例について説明したが、本発明は、測定高さを撮像部２０１又は２０６のフォーカス位置を利用して自動的に指定するような構成であっても良い。

また、本実施の形態では、ワーク画像に基づいて、プローブ２６がワークＷの側面に接触したことが検出される場合の例について説明したが、本発明は、接触検出の方法をこれに限定するものではない。例えば、圧力又は振動を検知するセンサを用いて、プローブ２６がワークＷの側面に接触したことを検出するような構成であっても良い。

また、本実施の形態では、プローブ２６が測定ユニット２０の筐体に取り付けられる場合の例について説明したが、本発明は、プローブ２６が、撮像部２０１又は２０６の撮像視野内における測定領域内で水平方向に移動可能なものにも適用することができる。

また、本実施の形態では、プローブ用光源２６３から金属管２６２を介してガイド光が伝送される自発光型のプローブ２６を備えた画像測定装置１について説明したが、本発明は、プローブ２６の構成をこれに限定するものではない。例えば、プローブは、ガイド光を放射しないものであっても良い。

１ 画像測定装置
２ 本体
２０ 測定ユニット
２００ カメラ
２０１，２０６ 撮像部
２０２，２０７ 撮像素子
２０３ 低倍側結像レンズ部
２０４，２１０ ハーフミラー
２０５ 対物レンズ
２０８ 高倍側結像レンズ部
２０９ 同軸落射照明用光源
２１１ リング照明ユニット
２１２ リング照明用垂直駆動部
２１ 表示部
２２ 垂直駆動部
２３ ステージ
２４ 水平駆動部
２５ 透過照明ユニット
２６ プローブ
２６０ プローブユニット
２６１ コンタクト部
２６２ 金属管
２６３ プローブ用光源
２６４ 取付アーム
２６５ 回転軸
２７ 切替駆動部
２８ 反射照明ユニット
３ コントローラ
３１ 制御装置
３１１ 入力受付部
３１５ 測定制御部
３２ バス
３３ 記憶装置
４ 入力部
４１ キーボード
４２ マウス
１１ 撮像エリア
１２ 透光エリア
１３ 接触位置
１４ 輪郭線
１５ エッジ抽出領域

Claims (15)

1. ワークを載置するためのステージと、
   上記ステージ上の上記ワークに検出光を照射する投光部と、
   上記ワークからの上記検出光を受光し、ワーク画像を生成する撮像部と、
   上記撮像部の撮像視野内に配置可能に設けられたプローブと、
   上記ステージ及び上記プローブを上記ステージの上面と平行な方向に相対的に移動させることにより、上記ステージ上に載置されたワークの側面に上記プローブを接触させる水平駆動部と、
   測定設定時に、上記ワークの設計データ又は上記撮像部により上記ワークを撮像して得られた画像データに基づいて生成された設定用のモデル画像を表示する表示部と、
   上記表示部に表示された上記モデル画像上で、上記プローブによる測定を行う測定要素の指定を受け付ける入力受付部と、
   上記入力受付部により指定可能な測定要素の形状種別又は大きさと、上記プローブの接触目標位置の配置位置との関係を規定した配置ルールを予め記憶した記憶部と、
   測定実行時に、上記入力受付部により指定された測定要素の位置と、測定要素の形状種別又は大きさと、上記記憶部に記憶された配置ルールとに従って、上記プローブの接触目標位置を特定し、特定された上記複数の接触目標位置に上記プローブが順次に移動するように上記水平駆動部を制御する測定制御部とを備えることを特徴とする画像測定装置。
2. 上記プローブの接触目標位置を示すシンボルを上記表示部に表示されたモデル画像上に表示する表示制御部を更に備え、
   上記入力受付部は、ユーザ操作に基づいて、上記接触目標位置の変更を受け付けることを特徴とする請求項１に記載の画像測定装置。
3. 上記配置ルールは、上記形状種別が円又は円弧である場合、当該円又は円弧の周方向に３以上の上記接触目標位置が等間隔に配置されるように定められていることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の画像測定装置。
4. 上記配置ルールは、上記形状種別が直線である場合、当該直線の方向に２以上の上記接触目標位置が等間隔に配置されるように定められていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の画像測定装置。
5. 上記入力受付部は、上記測定要素上にエッジ抽出領域の設定を受け付け、
   上記測定制御部は、上記測定要素上に設定されたエッジ抽出領域からエッジを抽出して上記測定要素の輪郭線を特定し、上記輪郭線上の位置として上記複数の接触目標位置を特定するとともに、上記接触目標位置から上記輪郭線の法線方向に離間した位置として、上記プローブを接近させるスキャン動作の開始位置を特定することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の画像測定装置。
6. 上記入力受付部は、上記輪郭線上における上記接触目標位置の数又は上記プローブを接近させるスキャン方向の変更を受け付けることを特徴とする請求項５に記載の画像測定装置。
7. 上記表示部は、上記シンボルが上記輪郭線と重複する場合に、エラー表示を行うことを特徴とする請求項５又は６のいずれか１項に記載の画像測定装置。
8. 上記ステージ及び上記プローブを上記撮像部の光軸方向に相対的に移動させる垂直駆動部を更に備え、
   上記入力受付部は、上記プローブが接触すべきワーク側面の高さ情報を上記接触目標位置として指定し、
   上記測定制御部は、上記高さ情報に基づいて上記垂直駆動部を制御し、上記ステージに対する上記プローブの高さ調整を行い、
   上記入力受付部は、更に、上記高さ情報の変更を受け付けることを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載の画像測定装置。
9. 上記入力受付部は、上記ステージに対し、上記プローブを相対的に接触目標位置間で移動させる際の移動方法が互いに異なる第１スキャンモード及び第２スキャンモードのいずれかを指定するためのユーザ操作を受け付け、
   上記垂直駆動部は、上記ステージに対する上記プローブの高さを測定高さと、この測定高さよりも高い基準高さとに切り替え、
   上記測定制御部は、上記第１スキャンモードが指定されている場合に、接触目標位置間の移動ごとに、上記垂直駆動部を制御して上記プローブを上記測定高さから上記基準高さに切り替え、上記第２スキャンモードが指定されている場合に、上記基準高さに切り替えることなく、上記ステージに対し、上記プローブを相対的に接触目標位置間で移動させることを特徴とする請求項８に記載の画像測定装置。
10. 上記測定制御部は、上記第２スキャンモードが指定されている場合、幾何学図形をフィッティングさせる１つの測定要素に対して複数の接触目標位置が指定されていれば、上記基準高さに切り替えることなく、上記ステージに対し、上記プローブを相対的に当該接触目標位置間で移動させ、上記ステージに対し、異なる２つの測定要素間で上記プローブを相対的に移動させる際に、上記垂直駆動部を制御して上記プローブを上記測定高さから上記基準高さに切り替えることを特徴とする請求項９に記載の画像測定装置。
11. 上記プローブが上記ワークの側面に接触したことを検出する接触検出部を更に備え、
    上記接触検出部が接触を検出した際に、上記測定制御部は、上記撮像部を制御して上記ワークの側面に接触した状態の上記プローブが撮影された上記ワーク画像を取得し、当該ワーク画像上の上記プローブの位置と上記ステージに対する上記撮像視野の相対位置とに基づいて、上記プローブが上記ワークに接触した複数の接触位置を特定し、特定された上記複数の接触位置から上記ワークの寸法を求めることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の画像測定装置。
12. 上記記憶部は更に、上記ワーク画像からワークの位置及び姿勢を特定するための特徴量情報を記憶し、
    上記測定制御部は、上記特徴量情報に基づいて、上記ワーク画像から上記ワークの位置及び姿勢を特定し、特定された上記ワークの位置及び姿勢に基づいて、上記プローブが接触すべきワーク側面の上記複数の接触目標位置を特定し、特定された上記複数の接触目標位置に上記プローブが順次に移動するように上記水平駆動部を制御することを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の画像測定装置。
13. 上記測定制御部は、エッジ抽出領域が上記測定要素上に指定された場合に、上記ワークの位置及び姿勢に基づいて、上記エッジ抽出領域を特定し、特定された上記エッジ抽出領域からエッジを抽出して特定した輪郭線と、上記プローブが接触することによって特定された輪郭線とから、上記ワークの寸法を求めることを特徴とする請求項１２に記載の画像測定装置。
14. 上記プローブが上記撮像視野内の測定位置に位置する状態と、上記プローブが上記撮像視野の中心から離れる方向に移動した退避位置に位置する状態とを相互に切り替えるための切替駆動部を更に備え、
    上記測定制御部は、上記プローブが上記退避位置にある状態で生成された上記ワーク画像から上記エッジ抽出領域を特定してエッジ抽出を行うことを特徴とする請求項１３に記載の画像測定装置。
15. 上記測定制御部は、エッジ抽出領域が上記測定要素上に指定された場合に、上記エッジ抽出領域から抽出されたエッジの両側の輝度差に基づいて、上記プローブを上記ワークの側面に近づける際のスキャン方向を決定することを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載の画像測定装置。

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