JP6908206B1 - Shape measuring device, shape measuring system, shape measuring method and shape measuring program - Google Patents
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Images
Abstract
【課題】ワークの表面の位置を正確にまたは簡易に測定する。【解決手段】測定ワーク80の表面81の位置を測定する前に、係数算出部32が、基準ワーク画像99を参照して換算係数Kを算出し、基準座標測定部33が、基準ワーク画像99を参照して基準位置RP1と対応する基準座標値RP1pを測定する。測定ワーク80の表面81の位置の測定に際し、変位情報取得部34が、測定ワーク80の表面81の法線方向における基準位置RP1から測定ワーク80の表面81までの距離ΔZ1を示す表面変位情報を取得する。測定面算出部35は、当該距離ΔZ1を換算係数Kを用いて表面変位画素量Δy1へ換算する。測定面算出部35は、基準座標値RP1pを表面変位画素量Δy1で補正することで、測定ワーク画像89上で測定ワーク80の表面81の位置を表した表面座標値y81を算出する。【選択図】図4PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately or easily measure a position of a surface of a work. Before measuring the position of a surface 81 of a measurement work 80, a coefficient calculation unit 32 calculates a conversion coefficient K with reference to a reference work image 99, and a reference coordinate measurement unit 33 calculates a reference work image 99. The reference coordinate value RP1p corresponding to the reference position RP1 is measured with reference to. When measuring the position of the surface 81 of the measuring work 80, the displacement information acquisition unit 34 provides surface displacement information indicating the distance ΔZ1 from the reference position RP1 in the normal direction of the surface 81 of the measuring work 80 to the surface 81 of the measuring work 80. get. The measurement surface calculation unit 35 converts the distance ΔZ1 into the surface displacement pixel amount Δy1 using the conversion coefficient K. The measurement surface calculation unit 35 calculates the surface coordinate value y81 representing the position of the surface 81 of the measurement work 80 on the measurement work image 89 by correcting the reference coordinate value RP1p with the surface displacement pixel amount Δy1. [Selection diagram] Fig. 4
Description
本発明は、板状のワークの側端部の形状を測定する装置、システム、方法およびプログラムに関する。 The present invention relates to an apparatus, system, method and program for measuring the shape of a side end portion of a plate-shaped workpiece.
板状のワークでは、表面または裏面と側面とが成す角部に、応力集中が発生する。ワークが、半導体ウェハや、液晶ディスプレイ用基板のように、ガラス、サファイア、シリコンあるいはセラミクス等の脆性材料で製造される場合、角部が応力集中で簡単に破損する。一般に、このようなワークの製造過程では、破損を防止するため、角部に対して面取り加工が行われる。 In a plate-shaped work, stress concentration occurs at the corner portion formed by the front surface or the back surface and the side surface. When the work is made of a brittle material such as glass, sapphire, silicon or ceramics such as a semiconductor wafer or a substrate for a liquid crystal display, the corners are easily damaged by stress concentration. Generally, in the manufacturing process of such a work, chamfering is performed on the corner portion in order to prevent damage.
「面取り(beveling)」には、C面取り(chamfering)およびR面取り(rounding)が含まれる。面取り加工では、角部が、研磨あるいはレーザ加工により切除される。これにより、ワークの側端部において、表面または裏面が、ベベル面(直線断面を有する傾斜面や円弧断面を有する曲面)を介し、側面と連続する。あるいは、側面を残さず表側のベベル面が裏側のベベル面と連続し、表面および裏面が、一体化されたベベル面を介して互いに連続する。本書では、特段断らない限り、「ベベル部」とは、面取り加工後にワークの側端部に残されたベベル面およびその内側の部位をいう。 "Beveling" includes C chamfering and R chamfering. In the chamfering process, the corners are cut off by polishing or laser processing. As a result, at the side end portion of the work, the front surface or the back surface is continuous with the side surface via the bevel surface (an inclined surface having a straight cross section or a curved surface having an arc cross section). Alternatively, the front bevel surface is continuous with the back bevel surface without leaving any side surface, and the front surface and the back surface are continuous with each other via the integrated bevel surface. In this document, unless otherwise specified, the "bevel portion" refers to the bevel surface left on the side end portion of the work after chamfering and the portion inside the bevel surface.
面取り加工後には、ベベル部の形状が測定される。これにより、面取り加工の適正性が検査され、ひいてはワークの品質良否が判定される。板状のワークの側端部の形状を測定する方法の一例として、半導体製造に関わる業界団体によって定められた規格(SEMI Standard)に従った、いわゆる「光投影測定法」が知られている(例えば、特許文献1を参照)。 After chamfering, the shape of the bevel portion is measured. As a result, the appropriateness of the chamfering process is inspected, and the quality of the work is judged. As an example of a method for measuring the shape of the side end of a plate-shaped workpiece, a so-called "optical projection measurement method" is known in accordance with the standard (SEMI Standard) set by an industry group involved in semiconductor manufacturing (SEMI Standard). For example, see Patent Document 1).
光投影測定法では、照明光がワーク(半導体ウェハ)の表面に平行な方向から照射され、ワークの側端部が照明に対向する方向から撮像され、ワークの側端部の形状が、画像上で測定される。形状を測定するためには、ワークの輪郭を画像上で特定する必要がある。
しかし、表裏各面のカメラ手前側およびカメラ奥側の両側が、カメラの視野内に収まるため、表裏各面の像がボケる。ワークが、ガラスのような高い光透過性(透明性)を有する材料で製造されている場合には、このボケの程度が大きくなる。
In the optical projection measurement method, illumination light is emitted from a direction parallel to the surface of the work (semiconductor wafer), the side end of the work is imaged from the direction facing the illumination, and the shape of the side end of the work is displayed on the image. Measured at. In order to measure the shape, it is necessary to specify the contour of the work on the image.
However, since both the front side and the back side of the camera on the front and back sides are within the field of view of the camera, the images on the front and back sides are blurred. When the work is made of a material having high light transmission (transparency) such as glass, the degree of this blurring becomes large.
そこで、特許文献1では、ワークの側端部に沿った光の光路長が導出される。光路長は、側端部のカメラ手前側の端からカメラ奥側の端までの投光方向における奥行き寸法である。奥行き寸法がボケの程度と比例するとの知見に基づき、ボケた画像上で表面および裏面の輪郭が特定され、ボケの程度が奥行き寸法に応じて推定される。表面および裏面の位置は、特定された輪郭からボケの程度を逆算することによって推測される。
Therefore, in
従来の測定方法では、表面および裏面の位置が、画像を参照することのみによって推測されている。しかし、ボケた像の輪郭を正確に特定することは難しい。また、ボケの程度は、奥行き寸法以外の様々な因子、例えば、光透過性のようなワークの材料特性、照明光量および被写界深度等によっても変わる。このため、ボケの程度を奥行き寸法に基づいて正確に推定することも難しい。 In the conventional measurement method, the positions of the front surface and the back surface are estimated only by referring to the image. However, it is difficult to accurately identify the outline of a blurred image. The degree of blurring also depends on various factors other than the depth dimension, for example, the material properties of the work such as light transmission, the amount of illumination light, and the depth of field. Therefore, it is difficult to accurately estimate the degree of blurring based on the depth dimension.
このように、ワークの形状を撮影結果に基づいて測定する手法には、正確性や簡易性の点で改善の余地があると考えられる。
そこで、本発明は、ワークの表面の位置を正確にまたは簡易に測定することを目的としている。
As described above, it is considered that there is room for improvement in the method of measuring the shape of the work based on the imaging result in terms of accuracy and simplicity.
Therefore, an object of the present invention is to accurately or easily measure the position of the surface of the work.
本発明の一形態に係る形状測定装置は、表面および裏面を有する板状の測定ワークの側端部の形状を測定する。形状測定装置は、画像取得部、係数算出部、基準座標測定部、変位情報取得部および測定面算出部を備える。
画像取得部は、撮像装置を用いて基準ワークの基準面を撮像することによって生成された基準ワーク画像を撮像装置から取得する。また、画像取得部は、測定ワークの表面と平行な一方向から撮像装置を用いて測定ワークの側端部を撮像することによって生成された測定ワーク画像を撮像装置から取得する。
The shape measuring device according to one embodiment of the present invention measures the shape of the side end portion of a plate-shaped measuring work having a front surface and a back surface. The shape measuring device includes an image acquisition unit, a coefficient calculation unit, a reference coordinate measurement unit, a displacement information acquisition unit, and a measurement surface calculation unit.
The image acquisition unit acquires a reference work image generated by imaging the reference plane of the reference work using the imaging device from the imaging device. Further, the image acquisition unit acquires a measurement work image generated by imaging the side end portion of the measurement work from one direction parallel to the surface of the measurement work using the image pickup device.
係数算出部は、基準ワーク画像上での基準面に基づいて、画像上で定義される画像座標系において基準ワークの所定寸法に相当する基準寸法画素量を算出し、かつ、所定寸法の実測値と基準寸法画素量とに基づいて、単位距離に相当する画素量を表す換算係数を算出する。基準座標測定部は、基準ワーク画像を参照して、基準ワーク上に設定された所定の基準位置と対応する、画像座標系における基準座標値を測定する。 The coefficient calculation unit calculates the reference dimension pixel amount corresponding to the predetermined dimension of the reference work in the image coordinate system defined on the image based on the reference plane on the reference work image, and actually measures the predetermined dimension. And the reference dimension pixel amount, a conversion coefficient representing the pixel amount corresponding to the unit distance is calculated. The reference coordinate measuring unit refers to the reference work image and measures the reference coordinate value in the image coordinate system corresponding to the predetermined reference position set on the reference work.
変位情報取得部は、測定ワークの板厚方向における、基準位置から測定ワークの表面までの距離を示す表面変位情報を取得する。測定面算出部は、表面変位情報によって示される距離を、換算係数を用いて表面変位画素量へ換算する。また、測定面算出部は、基準座標値を表面変位画素量で補正することで、測定ワーク画像上で測定ワークの表面の位置を表した表面座標値を算出する。 The displacement information acquisition unit acquires surface displacement information indicating the distance from the reference position to the surface of the measurement work in the plate thickness direction of the measurement work. The measurement surface calculation unit converts the distance indicated by the surface displacement information into the surface displacement pixel amount using a conversion coefficient. Further, the measurement surface calculation unit calculates the surface coordinate value representing the position of the surface of the measurement work on the measurement work image by correcting the reference coordinate value with the surface displacement pixel amount.
上記構成では、表面および裏面を有する板状の測定ワークの側端部の形状を測定するために、前述した光投影測定法が用いられている。ただし、測定面算出部は、測定ワーク画像上でボケた表面の輪郭を特定し、特定された輪郭から表面の位置を推測するといった手法を採らない。
画像上で定義される画像座標系において所定の基準位置と対応する基準座標値が、予め測定されている。単位距離に相当する画像座標系内での画素量を表す換算係数(pix/mm)が、予め算出されている。そして、測定ワーク画像上で輪郭を特定する代わりに、基準位置から測定ワークの表面までの距離が測定される。この距離が換算係数を用いて画像座標系内での画素量(表面変位画素量)に換算される。測定ワークが設置されている空間内で、測定ワークの表面が基準位置から実測された距離(mm)だけ離れている場合には、測定ワーク画像上では、表面が基準座標値から表面変位画素量(pix)だけ離れている。測定面算出部は、基準座標値を表面変位画素量で補正することで、表面座標値を算出する。
In the above configuration, the above-mentioned light projection measurement method is used to measure the shape of the side end portion of the plate-shaped measuring work having the front surface and the back surface. However, the measurement surface calculation unit does not adopt a method of specifying the contour of the blurred surface on the measurement work image and estimating the position of the surface from the specified contour.
In the image coordinate system defined on the image, the reference coordinate value corresponding to the predetermined reference position is measured in advance. A conversion coefficient (pix / mm) representing the amount of pixels in the image coordinate system corresponding to the unit distance is calculated in advance. Then, instead of specifying the contour on the measurement work image, the distance from the reference position to the surface of the measurement work is measured. This distance is converted into the pixel amount (surface displacement pixel amount) in the image coordinate system using the conversion coefficient. In the space where the measurement work is installed, if the surface of the measurement work is separated from the reference position by the measured distance (mm), the surface is displaced from the reference coordinate value on the measurement work image. Only (pix) away. The measurement surface calculation unit calculates the surface coordinate value by correcting the reference coordinate value with the surface displacement pixel amount.
上記構成によれば、実測された距離から換算された表面変位画素量を用いて、表面の位置が特定される。ボケた測定ワーク画像を参照することのみによって表面の位置を推測する場合と比べ、正確かつ簡易に表面の位置を測定することができる。
更に、上記構成では、換算係数および基準座標値を得るため、画像取得部が、基準ワーク画像を取得する。基準ワーク画像は、基準ワークの基準面を撮像することによって生成される。
According to the above configuration, the position of the surface is specified by using the surface displacement pixel amount converted from the measured distance. Blurred measurement Compared with the case of estimating the surface position only by referring to the work image, the surface position can be measured accurately and easily.
Further, in the above configuration, the image acquisition unit acquires the reference work image in order to obtain the conversion coefficient and the reference coordinate value. The reference work image is generated by imaging the reference plane of the reference work.
係数算出部は、基準ワーク画像上での基準面に基づき、基準寸法画素量を算出する。基準寸法画素量は、画像上で定義される画像座標系における画素量であり、基準ワークの所定寸法に相当する。この所定寸法は、実測済すなわち既知である。換算係数は、基準寸法画素量と実測値とから算出される。例えば、基準寸法画素量が200pix、実測値が5mmであれば、換算係数(単位距離当たり画素量)は、40pix/mmである。 The coefficient calculation unit calculates the reference dimension pixel amount based on the reference plane on the reference work image. The reference dimension pixel amount is the pixel amount in the image coordinate system defined on the image, and corresponds to a predetermined dimension of the reference work. This predetermined dimension has been measured, that is, is known. The conversion coefficient is calculated from the reference dimension pixel amount and the measured value. For example, if the reference dimension pixel amount is 200 pix and the measured value is 5 mm, the conversion coefficient (pixel amount per unit distance) is 40 pix / mm.
基準座標測定部は、基準ワーク画像を参照して基準座標値を測定する。基準座標値は、画像座標系で定義される座標値であり、基準ワークあるいは測定ワークが設置される空間内に設定された基準位置と対応する。基準位置は、基準ワーク上に設定されている。基準座標測定部は、基準ワーク画像上で基準座標値を測定する。
このように、基準ワーク画像を参照することで、測定ワークの表面の位置を測定する前に、換算係数および基準座標値が得られる。上記した表面座標値の算出手法を実現することができる。
The reference coordinate measuring unit measures the reference coordinate value with reference to the reference work image. The reference coordinate value is a coordinate value defined in the image coordinate system, and corresponds to a reference position set in the space where the reference work or the measurement work is installed. The reference position is set on the reference work. The reference coordinate measuring unit measures the reference coordinate value on the reference work image.
In this way, by referring to the reference work image, the conversion coefficient and the reference coordinate value can be obtained before measuring the position of the surface of the measurement work. The above-mentioned method for calculating the surface coordinate value can be realized.
また、撮像装置は、基準ワークの基準面を撮像する。つまり、基準ワークを撮像するとき、基準ワークの基準面よりも撮像装置側に、基準ワークが存在しない。このため、基準ワーク画像は、測定ワーク画像と比べてボケにくい。基準面の像が、鮮明になる。したがって、基準寸法画素量および換算係数の算出精度が高くなる。また、基準位置と対応した基準座標値の測定精度が高くなる。これらの精度が高いため、表面座標値の算出精度が高くなる。 In addition, the imaging device images the reference plane of the reference work. That is, when the reference work is imaged, the reference work does not exist on the image pickup device side of the reference plane of the reference work. Therefore, the reference work image is less likely to be blurred than the measurement work image. The image of the reference plane becomes clear. Therefore, the calculation accuracy of the reference dimension pixel amount and the conversion coefficient becomes high. In addition, the measurement accuracy of the reference coordinate value corresponding to the reference position is improved. Since these accuracy is high, the calculation accuracy of the surface coordinate value is high.
なお、「測定ワーク」は、半導体ウェハおよび液晶ディスプレイ用基板など、板状のワークであればどのようなものでもよい。測定ワークがガラスのような透明材料で製造され、測定ワーク画像がボケやすい場合であっても、測定ワークの表面の位置を精度よく測定することができる。
基準ワークは、撮像装置によって撮像された基準ワーク画像上で、基準ワークの輪郭を識別可能な基準面を有していてもよい。
The "measurement work" may be any plate-shaped work such as a semiconductor wafer and a substrate for a liquid crystal display. Even when the measuring work is made of a transparent material such as glass and the image of the measuring work is easily blurred, the position of the surface of the measuring work can be measured accurately.
The reference work may have a reference plane capable of identifying the contour of the reference work on the reference work image captured by the imaging device.
上記構成によれば、係数算出部および基準座標測定部が、基準ワークの輪郭を識別して処理を実行することができる。よって、換算係数および基準座標値の精度が向上し、表面の位置の測定精度が向上する。
基準ワークは、測定ワークよりも光透過性が低い材料で製作されていてもよい。
上記構成によれば、基準ワークの材料が低い光透過性を有するので、基準ワーク画像が一層ボケにくくなる。したがって、換算係数および基準座標値の精度が向上し、表面の位置の測定精度が向上する。
According to the above configuration, the coefficient calculation unit and the reference coordinate measurement unit can identify the contour of the reference work and execute the process. Therefore, the accuracy of the conversion coefficient and the reference coordinate value is improved, and the measurement accuracy of the surface position is improved.
The reference work may be made of a material having a lower light transmittance than the measurement work.
According to the above configuration, since the material of the reference work has low light transmittance, the reference work image is less likely to be blurred. Therefore, the accuracy of the conversion coefficient and the reference coordinate value is improved, and the measurement accuracy of the surface position is improved.
基準ワークは、表面および裏面を有する板状に形成され、一様な板厚を有していてもよい。基準面が、表面と裏面とを基準ワークの板厚方向に接続し、基準面の輪郭が、表面および裏面により形成されてもよい。基準ワークの所定寸法が、基準ワークの板厚であってもよい。
上記構成では、基準面の輪郭が表面と裏面とで形成され、基準ワーク画像上において表面の像と裏面の像との間の画素量が、基準ワークの板厚に相当する。基準面の像は、上記のとおり鮮明であるので、係数算出部は、基準寸法画素量として、板厚に相当する画素量を精度よく算出することができる。よって、換算係数の精度が向上する。
The reference work may be formed in a plate shape having a front surface and a back surface, and may have a uniform plate thickness. The reference surface may connect the front surface and the back surface in the plate thickness direction of the reference work, and the contour of the reference surface may be formed by the front surface and the back surface. The predetermined dimension of the reference work may be the plate thickness of the reference work.
In the above configuration, the contour of the reference surface is formed by the front surface and the back surface, and the amount of pixels between the front surface image and the back surface image on the reference work image corresponds to the plate thickness of the reference work. Since the image of the reference plane is clear as described above, the coefficient calculation unit can accurately calculate the pixel amount corresponding to the plate thickness as the reference dimension pixel amount. Therefore, the accuracy of the conversion coefficient is improved.
係数算出部は、基準ワーク画像上で基準ワークの表面の位置を表す基準表面座標値と、基準ワークの裏面の位置を表す基準裏面座標値とを算出してもよい。係数算出部は、基準表面座標値と基準裏面座標値とに基づいて基準寸法画素量を算出してもよい。
上記構成では、基準表面座標値および基準裏面座標値に基づいて、基準寸法画素量が算出される。基準ワークの表面の像および裏面の像は鮮明であるため、基準表面座標値および基準裏面座標値を容易に特定することができる。したがって、基準寸法画素量を正確かつ簡易に算出することができる。
The coefficient calculation unit may calculate a reference surface coordinate value representing the position of the front surface of the reference work on the reference work image and a reference back surface coordinate value representing the position of the back surface of the reference work. The coefficient calculation unit may calculate the reference dimension pixel amount based on the reference front surface coordinate value and the reference back surface coordinate value.
In the above configuration, the reference dimension pixel amount is calculated based on the reference front surface coordinate value and the reference back surface coordinate value. Since the front surface image and the back surface image of the reference work are clear, the reference front surface coordinate value and the reference back surface coordinate value can be easily specified. Therefore, the reference dimension pixel amount can be calculated accurately and easily.
基準位置が、撮像装置を用いて基準ワークを撮像する状態における基準ワークの表面上または裏面上に設定されてもよい。基準座標測定部は、基準表面座標値または基準裏面座標値を基準座標値として決定してもよい。
上記構成によれば、基準位置が基準ワークの表面または裏面上に設定されるため、基準寸法画素量の算出に際して測定された基準表面座標値または基準裏面座標値を、基準座標値として流用することができる。基準ワーク画像を参照して実行される処理を簡素化することができる。
The reference position may be set on the front surface or the back surface of the reference work in a state where the reference work is imaged by using the imaging device. The reference coordinate measuring unit may determine the reference front coordinate value or the reference back surface coordinate value as the reference coordinate value.
According to the above configuration, since the reference position is set on the front surface or the back surface of the reference work, the reference front surface coordinate value or the reference back surface coordinate value measured at the time of calculating the reference dimension pixel amount is diverted as the reference coordinate value. Can be done. It is possible to simplify the processing executed by referring to the reference work image.
変位情報取得部は、測定ワークの板厚方向における、基準位置から測定ワークの裏面までの距離を示す裏面変位情報を取得してもよい。測定面算出部は、裏面変位情報によって示される距離を、換算係数を用いて裏面変位画素量へ換算してもよい。測定面算出部は、基準座標値を裏面変位画素量で補正することで、測定ワーク画像上で測定ワークの裏面の位置を表した裏面座標値を算出してもよい。 The displacement information acquisition unit may acquire back surface displacement information indicating the distance from the reference position to the back surface of the measurement work in the plate thickness direction of the measurement work. The measurement surface calculation unit may convert the distance indicated by the back surface displacement information into the back surface displacement pixel amount using a conversion coefficient. The measurement surface calculation unit may calculate the back surface coordinate value representing the position of the back surface of the measurement work on the measurement work image by correcting the reference coordinate value with the back surface displacement pixel amount.
上記構成によれば、表面と同様にして、測定ワーク画像上で測定ワークの裏面の位置を正確かつ簡易に測定することができる。
形状測定装置は、測定ワーク画像上で、表面座標値に基づいて、側端部に設けられたベベル部の形状を測定する画像処理部を更に備えていてもよい。
上記構成によれば、表面の位置が精度よく測定されているため、画像処理部は、ベベル部の形状を精度よく測定することができる。
According to the above configuration, the position of the back surface of the measurement work can be accurately and easily measured on the measurement work image in the same manner as the front surface.
The shape measuring device may further include an image processing unit that measures the shape of the bevel portion provided at the side end portion on the measurement work image based on the surface coordinate values.
According to the above configuration, since the position of the surface is accurately measured, the image processing unit can accurately measure the shape of the bevel portion.
本発明の一形態に係る形状測定システムは、上記の形状測定装置、撮像装置および第1変位センサを備えている。撮像装置は、測定ワークを撮像して測定ワーク画像を生成する。また、撮像装置は、基準ワークを撮像して基準ワーク画像を生成する。第1変位センサは、測定ワークの板厚方向において、所定の基準位置から測定ワークの表面までの距離を測定し、表面変位情報を出力する。 The shape measuring system according to one embodiment of the present invention includes the above-mentioned shape measuring device, an imaging device, and a first displacement sensor. The image pickup apparatus captures the measurement work and generates a measurement work image. Further, the image pickup apparatus captures the reference work and generates a reference work image. The first displacement sensor measures the distance from a predetermined reference position to the surface of the measuring work in the plate thickness direction of the measuring work, and outputs surface displacement information.
上記のシステムは、上記の形状測定装置の技術的特徴と同一のまたは対応する技術的特徴を具備している。したがって、測定ワークの表面の位置を正確かつ簡易に測定することができる。
撮像装置の焦点が、基準ワークの基準面上に位置していてもよい。
上記構成によれば、基準ワーク画像上で基準面が鮮明に投影される。したがって、換算係数および基準座標値の精度が向上する。
The system has the same or corresponding technical features as the technical features of the shape measuring device. Therefore, the position of the surface of the measuring work can be measured accurately and easily.
The focus of the image pickup device may be located on the reference plane of the reference workpiece.
According to the above configuration, the reference plane is clearly projected on the reference work image. Therefore, the accuracy of the conversion coefficient and the reference coordinate value is improved.
撮像装置は、基準ワークの基準面と略直交する方向から基準ワークを撮像してもよい。基準面は、撮像装置の焦点面上に重ねられてもよい。
「焦点面」は、光軸上の焦点を通り光軸に垂直な平面である。基準面が焦点面上に重ねられ、基準面と直交する方向から撮像装置が基準面を撮像することで、基準ワーク画像上で基準面の全体が鮮明に投影される。したがって、換算係数および基準座標値の精度が向上する。
The image pickup apparatus may image the reference work from a direction substantially orthogonal to the reference plane of the reference work. The reference plane may be superposed on the focal plane of the imaging device.
A "focal plane" is a plane that passes through the focal point on the optical axis and is perpendicular to the optical axis. The reference plane is superposed on the focal plane, and the imaging device images the reference plane from a direction orthogonal to the reference plane, so that the entire reference plane is clearly projected on the reference work image. Therefore, the accuracy of the conversion coefficient and the reference coordinate value is improved.
基準ワークを撮像するときと、測定ワークを撮像するときとで、撮像装置の位置、姿勢および倍率が同じに設定されてもよい。
上記構成によれば、倍率が変更されないため、基準ワーク画像上で実距離に相当する画素量と、測定ワーク画像上で実距離に相当する画素量とが、同じとなる。位置および姿勢が変更されないため、基準ワーク画像上で測定された基準座標値が、測定ワーク画像における画像座標系において同じ座標値となる。基準ワーク画像と測定ワーク画像との間で煩雑な座標変換処理が不要となり、表面の位置を精度よく簡易に測定することができる。
The position, posture, and magnification of the imaging device may be set to be the same when the reference work is imaged and when the measurement work is imaged.
According to the above configuration, since the magnification is not changed, the pixel amount corresponding to the actual distance on the reference work image and the pixel amount corresponding to the actual distance on the measured work image are the same. Since the position and orientation are not changed, the reference coordinate values measured on the reference work image have the same coordinate values in the image coordinate system in the measured work image. Complicated coordinate conversion processing between the reference work image and the measurement work image becomes unnecessary, and the position of the surface can be measured accurately and easily.
基準ワークが撮像される状態において、第1変位センサが、基準ワーク上の基準位置でその距離測定値がゼロ値となるように校正されてもよい。
上記構成によれば、第1変位センサの距離測定値が基準位置でゼロ値となるように校正されるので、基準位置から測定ワークの表面までの距離を正確に測定することができる。
形状測定システムが、測定ワークの板厚方向において、基準位置から測定ワークの裏面までの距離を測定し、測定結果を示す裏面変位情報を出力する第2変位センサを更に備えていてもよい。測定面算出部は、裏面変位情報によって示される距離を、換算係数を用いて裏面変位画素量へ換算してもよい。測定面算出部は、基準座標値を裏面変位画素量で補正することで、測定ワーク画像上で測定ワークの裏面の位置を表した裏面座標値を算出してもよい。
In a state where the reference work is imaged, the first displacement sensor may be calibrated so that the measured distance value becomes zero at the reference position on the reference work.
According to the above configuration, since the distance measurement value of the first displacement sensor is calibrated so as to be a zero value at the reference position, the distance from the reference position to the surface of the measurement work can be accurately measured.
The shape measuring system may further include a second displacement sensor that measures the distance from the reference position to the back surface of the measuring workpiece in the plate thickness direction of the measuring workpiece and outputs backside displacement information indicating the measurement result. The measurement surface calculation unit may convert the distance indicated by the back surface displacement information into the back surface displacement pixel amount using a conversion coefficient. The measurement surface calculation unit may calculate the back surface coordinate value representing the position of the back surface of the measurement work on the measurement work image by correcting the reference coordinate value with the back surface displacement pixel amount.
上記構成によれば、第1変位センサおよび第2変位センサを用いて、測定ワーク画像上で表面および裏面の両面の位置を精度よく測定することができる。
本発明の一形態に係る形状測定方法は、表面および裏面を有する板状の測定ワークの側端部の形状を測定する。形状測定方法は、基準ワーク画像取得工程、係数算出工程、基準座標測定工程、測定ワーク画像取得工程、変位情報取得工程および測定面算出工程を備える。
According to the above configuration, the positions of both the front surface and the back surface can be accurately measured on the measurement work image by using the first displacement sensor and the second displacement sensor.
The shape measuring method according to one embodiment of the present invention measures the shape of the side end portion of a plate-shaped measuring work having a front surface and a back surface. The shape measuring method includes a reference work image acquisition step, a coefficient calculation step, a reference coordinate measurement step, a measurement work image acquisition step, a displacement information acquisition step, and a measurement surface calculation step.
基準ワーク画像取得工程では、撮像装置を用いて基準ワークの基準面を撮像することによって生成された基準ワーク画像を撮像装置から取得する。係数算出工程では、基準ワーク画像上での基準面に基づいて、画像上で定義される画像座標系において基準ワークの所定寸法に相当する基準寸法画素量を算出し、かつ、基準ワークの実測値と基準寸法画素量とに基づいて、単位距離に相当する画素量を表す換算係数を算出する。基準座標測定工程では、基準ワーク画像を参照して、基準ワーク上に設定された所定の基準位置と対応する、画像座標系における基準座標値を測定する。 In the reference work image acquisition step, the reference work image generated by imaging the reference plane of the reference work using the imaging device is acquired from the imaging device. In the coefficient calculation step, based on the reference plane on the reference work image, the reference dimension pixel amount corresponding to the predetermined dimension of the reference work is calculated in the image coordinate system defined on the image, and the measured value of the reference work. And the reference dimension pixel amount, a conversion coefficient representing the pixel amount corresponding to the unit distance is calculated. In the reference coordinate measurement step, the reference coordinate value in the image coordinate system corresponding to the predetermined reference position set on the reference work is measured with reference to the reference work image.
測定ワーク画像取得工程では、測定ワークの表面と平行な一方向から撮像装置を用いて測定ワークの側端部を撮像することによって生成された測定ワーク画像を撮像装置から取得する。変位情報取得工程では、測定ワークの表面の法線方向における、基準位置から測定ワークの表面までの距離を示す表面変位情報を取得する。測定面算出工程では、表面変位情報によって示される距離を、換算係数を用いて表面変位画素量へ換算し、かつ、基準座標値を表面変位画素量で補正することで、測定ワーク画像上で測定ワークの表面の位置を表した表面座標値を算出する。 In the measurement work image acquisition step, the measurement work image generated by imaging the side end portion of the measurement work from one direction parallel to the surface of the measurement work is acquired from the image pickup device. In the displacement information acquisition step, surface displacement information indicating the distance from the reference position to the surface of the measurement work in the normal direction of the surface of the measurement work is acquired. In the measurement surface calculation step, the distance indicated by the surface displacement information is converted into the surface displacement pixel amount using the conversion coefficient, and the reference coordinate value is corrected by the surface displacement pixel amount to measure on the measurement work image. The surface coordinate value representing the position of the surface of the work is calculated.
本発明の一形態に係る形状測定プログラムは、上記の形状測定方法をコンピュータに実行させる。
上記の方法およびプログラムは、上記の形状測定装置の技術的特徴と対応する技術的特徴を具備している。したがって、測定ワークの表面の位置を正確かつ簡易に測定することができる。
The shape measurement program according to one embodiment of the present invention causes a computer to execute the above shape measurement method.
The above method and program have the technical features corresponding to the technical features of the above shape measuring device. Therefore, the position of the surface of the measuring work can be measured accurately and easily.
本発明によれば、ワークの表面の位置を正確かつ簡易に測定することができる。 According to the present invention, the position of the surface of the work can be measured accurately and easily.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。全図を通じて同一または対応する要素には同一の符号を付して詳細説明の重複を省略する。
図1および図2は、本発明の実施形態に係る形状測定システム1を示す。形状測定システム1は、表面81および裏面82を有する板状の測定ワーク80の側端部83の形状を測定する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The same or corresponding elements are designated by the same reference numerals throughout the drawings, and duplication of detailed description is omitted.
1 and 2 show a
(測定ワーク)
半導体ウェハやガラスウェハは、測定ワーク80の好適例である。ウェハは、円盤状である。表面81および裏面82は、円形状の平坦面であり、互いに平行である。測定ワーク80の材料は、特に限定されない。特段断らない限り、本実施形態では、測定ワーク80が、ガラスウェハである。ガラスは、脆性および高い光透過性を有する。
(Measurement work)
A semiconductor wafer or a glass wafer is a good example of the measuring
図3は、側端部83の断面を示す。側端部83に対して、面取り加工が行われている。本実施形態では、表面81と側面87とが成していた角部88aと、裏面82と側面87とが成していた角部88bとの両方に対し、R面取り加工が行われている。角部88aの切除により、側端部83の表面側に、表側ベベル部84aが設けられている。角部88bの切除により、側端部83の裏面側に、裏側ベベル部84bが設けられている。これらベベル部84a,84bは、1/4円弧状の断面を有するベベル面を形成する。表側のベベル面と裏側のベベル面とは、互いに連続する。表面81は、一体化された半円弧状の断面を有するベベル面を介し、裏面82と連続する。測定ワーク80の側縁端(中心から最も離れた端)は、2つのベベル面が合わさる箇所に形成されている。
FIG. 3 shows a cross section of the
この面取り加工によって、側面87を残さず、角部88a,88bが側端部83から切除されている。このため、測定ワーク80が脆性材料で製造されていても、側端部83での応力集中が緩和され、測定ワーク80の破損が抑制される。
形状測定システム1は、測定ワーク80(ガラスウェハ)の製造現場で好適に適用される。形状測定システム1を用いて側端部83の形状を測定することで、面取り加工の適正性の検査、ひいては測定ワーク80の品質良否の判定を支援することができる。
By this chamfering process, the
The
(形状測定システム)
図1および図2を参照して、形状測定システム1は、照明装置2、撮像装置3、第1変位センサ4、第2変位センサ5および形状測定装置10を備えている。ワーク支持装置11、ワーク位置センサ12、姿勢制御装置13、照明支持治具14、カメラ支持治具15およびセンサ支持治具16は、形状測定システム1を構成する装置であってもよく、形状測定システム1と協働あるいは連携する外部装置であってもよい。
(Shape measurement system)
With reference to FIGS. 1 and 2, the
照明装置2、撮像装置3、第1変位センサ4、第2変位センサ5、ワーク支持装置11、ワーク位置センサ12、照明支持治具14、カメラ支持治具15およびセンサ支持治具16は、測定操作を行うための作業空間内に配置されている。
作業空間内での方向は、直交三次元の空間座標系CS1において定義される。空間座標系CS1のX方向およびY方向は、水平面内で互いに直交する。空間座標系CS1のZ方向は、鉛直方向である。
The
The direction in the workspace is defined in the orthogonal three-dimensional spatial coordinate system CS1. The X and Y directions of the spatial coordinate system CS1 are orthogonal to each other in the horizontal plane. The Z direction of the spatial coordinate system CS1 is the vertical direction.
(ワーク支持装置)
ワーク支持装置11は、作業空間の床面上に支持される。ワーク支持装置11は、測定ワーク80が載置される回転台11aを有している。測定ワーク80は、回転台11a上に水平姿勢で支持される。すなわち、表面81および裏面82が水平面を成す。測定ワーク80の板厚方向(表面81および裏面82の法線方向)は、鉛直方向(Z方向)と一致する。本実施形態では、表面81が、上方に向けられて上面となり、裏面82が、下方に向けられて下面となる。
(Work support device)
The
回転台11aは、鉛直方向(Z方向)に向けられた回転軸周りに自転する。円盤状の測定ワーク80は、その中心が回転軸と同軸状となるように水平方向に位置決めされ、回転台11aに載置される。測定ワーク80は、回転台11aと一体に同心回転する。
ワーク位置センサ12は、測定ワーク80に設けられた不図示の方位指示部(例えば、ノッチやオリフラ等)を検知する。方位指示部は、面取り加工時に測定ワーク80に設けられる。ワーク位置センサ12は、回転台11aと一体に回転しない箇所であれば、どこに取り付けられていてもよい。
The rotary table 11a rotates around a rotation axis directed in the vertical direction (Z direction). The disk-shaped measuring
The
姿勢制御装置13は、ワーク位置センサ12の検知結果から測定ワーク80の回転位置を検知する。姿勢制御装置13は、回転台11aのアクチュエータを動作および停止させ、測定ワーク80の姿勢(鉛直軸周りの回転位置)を制御する。
The
(照明装置)
照明装置2は、照明光を発光する光源を有する。照明装置2は、照明光の通過を制限するマスクや、照明光を平行化するレンズを有していてもよい。
照明装置2は、照明支持治具14に支持され、作業空間内の所定位置に所定姿勢で作業空間内に配置されている。照明装置2は、照明光を水平な一方向(X方向)に照射する。照明光の光軸は、平面視で、測定ワーク80の側端部83上を通過する。照明光の光軸は、鉛直方向において、測定ワーク80の板厚方向の中央部と略同じ位置に位置付けられる。
(Lighting device)
The
The
(撮像装置)
撮像装置3は、撮像素子と、被写体からの光を集めて撮像素子に結像する結像光学系とを有する。被写体は、例えば、測定ワーク80の側端部83および基準ワーク90(図6を参照)である。結像光学系は、複数のレンズで構成される。撮像素子は、複数の光電変換素子(例えば、CCD、CMOSなど)で構成される。
(Imaging device)
The
撮像装置3は、カメラ支持治具15に支持され、作業空間内の所定位置に所定姿勢で作業空間内に配置される。撮像装置3は、上記の一方向(X方向)において照明装置2と対向している。結像光学系の光軸は、照明光の光軸と平行または同軸状である。結像光学系の光軸は、平面視で測定ワーク80の側端部83上を通過し、鉛直方向において測定ワーク80の板厚方向中央部と略同じ位置に位置付けられる。
The
結像光学系の焦点は、ワーク支持装置11の回転軸(すなわち、円盤状の測定ワーク80の中心)を通過する直線上に設定される。この直線は、平面視で光軸直交方向(Y方向)に延びる。以下では、光軸上の焦点を通り光軸に垂直な平面を「焦点面FP」と呼ぶ。焦点面FPは、平面視で光軸直交方向(Y方向)に延び、側面視で鉛直方向(Z方向)に延びる。 The focal point of the imaging optical system is set on a straight line passing through the rotation axis of the work support device 11 (that is, the center of the disk-shaped measuring work 80). This straight line extends in the direction orthogonal to the optical axis (Y direction) in a plan view. Hereinafter, the plane passing through the focal point on the optical axis and perpendicular to the optical axis is referred to as a "focus plane FP". The focal plane FP extends in the direction orthogonal to the optical axis (Y direction) in a plan view and extends in a vertical direction (Z direction) in a side view.
各光電変換素子は、画素を形成する。複数の光電変換素子は、光軸に垂直な受光面上で、行列状に配列されている。複数の光電変換素子(画素)の位置は、受光面上に設定される直交二次元の画像座標系CS2において定義される。本実施形態では、画像座標系CS2の横軸xが、空間座標系CS1のY方向と対応する。画像座標系CS2の縦軸yが、空間座標系CS1のZ方向と対応する。
撮像装置3は、測定ワーク80の表面81と平行な一方向(X方向)であって照明光とは逆方向から、被写体を撮像する。被写体からの光は、結像光学系を介して撮像素子上で結像する。各光電変換素子は、受光量を電荷量に変換する。撮像装置3は、各画素の電荷量に基づいて、画像データを生成する。
Each photoelectric conversion element forms a pixel. The plurality of photoelectric conversion elements are arranged in a matrix on the light receiving surface perpendicular to the optical axis. The positions of the plurality of photoelectric conversion elements (pixels) are defined in the orthogonal two-dimensional image coordinate system CS2 set on the light receiving surface. In the present embodiment, the horizontal axis x of the image coordinate system CS2 corresponds to the Y direction of the spatial coordinate system CS1. The vertical axis y of the image coordinate system CS2 corresponds to the Z direction of the spatial coordinate system CS1.
The
(測定ワーク画像)
図10は、撮像装置3を用いて測定ワーク80の側端部83を撮像することによって生成された画像データ、すなわち測定ワーク画像89を示す。図1および図10を参照して、撮像素子上には、ベベル部84a,84bと共に、表面81および裏面82が結像される。測定ワーク画像89上で表された像の位置は、画像座標系CS2において定義される。
(Measurement work image)
FIG. 10 shows image data generated by imaging the
空間座標系CS1のY方向、すなわち、画像座標系CS2のx方向において、側端部83から中心に近づくほど、焦点面FPに対する表面81および裏面82の奥行きが大きくなる。「奥行き」とは、光軸方向(X方向)における表面81および裏面82の長さ(弦長)である。
測定ワーク80の側縁端では、この奥行きがない。仮に被写界深度が浅くても、側縁端の像は鮮明になる。中心に近づくほど、表面81のうち焦点面FPからより離れた部位からの光が撮像素子上に結像し、そのため、表面81の像が縦軸y方向により大きくボケる。裏面82についても、これと同様である。
In the Y direction of the spatial coordinate system CS1, that is, in the x direction of the image coordinate system CS2, the depth of the
The side edge of the measuring
(変位センサ)
図1および図2を参照して、第1変位センサ4は、超音波や光などの測定媒体を射出し、測定対象物からの測定媒体の反射を入力する。第1変位センサ4は、その入力結果に基づき、測定媒体の射出方向における、自身から測定対象物までの距離を測定する。測定原理は、特に限定されず、三角測量式でもタイムオブフライト式でもよい。「距離」は、空間座標系CS1において定義可能であり、例えばミリメートル(mm)値である。第2変位センサ5も、第1変位センサ4と同様に構成されている。
(Displacement sensor)
With reference to FIGS. 1 and 2, the
第1変位センサ4および第2変位センサ5は、センサ支持治具16に支持され、作業空間内の所定位置に所定姿勢で作業空間内に配置される。第1変位センサ4および第2変位センサ5に関する方向(例えば、測定媒体の射出方向)は、本来的にはセンサ座標系において定義されるが、センサ座標系は、センサ支持治具16により空間座標系CS1に対して位置合わせされる。そこで便宜上、以下では、センサ座標系を空間座標系CS1と同一視して説明する。
The
第1変位センサ4は、鉛直方向(Z方向)において、表面81と対向して配置されている。第2変位センサ5は、鉛直方向(Z方向)において、裏面82と対向して配置されている。第1変位センサ4および第2変位センサ5は、水平面内で、焦点面FP付近に位置付けられる。
第1変位センサ4は、測定媒体を表面81の法線方向に射出する姿勢で支持されている。第2変位センサ5は、測定媒体が裏面82の法線方向に射出される姿勢で支持されている。本実施形態では、表面81および裏面82が水平であり、どちらの射出方向も鉛直方向(Z方向)である。
The
The
第1変位センサ4は、いわゆる「ゼロリセット機能」を有している。例えば、第1変位センサ4を用いて、ある測定対象物までの距離が予め測定される。そして、測定対象物の位置が、基準値(ゼロ値)として設定される。第1変位センサ4の位置および姿勢は、この基準値設定のための測定が行われた状態のまま維持される。その後、第1変位センサ4が別の測定対象物までの距離を測定したとき、第1変位センサ4は、第1変位センサ4から当該別の測定対象物までの距離に代えて、基準値から当該別の測定対象物の位置までの距離(基準値に対する変位量)を距離測定値として出力する。第2変位センサ5も、このゼロリセット機能を有している。ゼロリセットについては、後に図9を参照して説明する。
The
(形状測定装置)
図4を参照して、形状測定装置10は、照明装置2、撮像装置3、第1変位センサ4、第2変位センサ5および姿勢制御装置13と接続されている。
形状測定装置10は、CPU、メモリおよび入出力インタフェースを有するコンピュータによって実現される。この「コンピュータ」は、単体でもよく、物理的に分散された複数のコンピュータの複合でもよい。メモリは、このようなコンピュータに形状測定方法(図5を参照)を実行させるための形状測定プログラムを記憶している。CPUは、メモリに保存された形状測定プログラムを読み込んで、形状測定プログラムに従って形状測定方法に係る情報処理を行う。メモリは、形状測定プログラムのほか、形状測定方法の実行に際して必要な情報またはデータを一時的に記憶することもできる。
(Shape measuring device)
With reference to FIG. 4, the
The
形状測定装置10は、形状測定プログラムを実行することで、記憶部20、照明制御部21、カメラ制御部22、センサ制御部23、姿勢制御部24、画像取得部31、係数算出部32、基準座標測定部33、変位情報取得部34、測定面算出部35および画像処理部36を有している。形状測定装置10が、分散された複数のコンピュータの複合である場合において、各部は、いずれのコンピュータにおいて実現されてもよい。
By executing the shape measurement program, the
記憶部20は、上記のメモリで実現されている。記憶部20は、係数算出部32によって算出される換算係数Kと、基準座標測定部33によって測定される基準座標値とを記憶する。本実施形態では、基準座標値には、表側基準座標値RP1pおよび裏側基準座標値RP2pが含まれる。
照明制御部21は、照明装置2の動作を制御する。カメラ制御部22は、撮像装置3の動作を制御する。センサ制御部23は、第1変位センサ4および第2変位センサ5の動作を制御する。姿勢制御部24は、姿勢制御装置13を介してワーク支持装置11の動作を制御する。それにより、姿勢制御部24は、回転台11aで支持されるワーク(測定ワーク80および基準ワーク90)の鉛直軸周りの姿勢を制御する。
The
The
画像取得部31は、撮像装置3から画像データを取得する。画像データは、2種類に大別される。1つが、測定ワーク80の側端部83を撮像することによって生成された画像データ、すなわち測定ワーク画像89(図10を参照)である。もう1つが、基準ワーク90の基準面93を撮像することによって生成された画像データ、すなわち基準ワーク画像99(図8を参照)である。基準ワーク90については、後に図6〜図9を参照して説明する。
The
係数算出部32は、基準ワーク画像99を参照して換算係数Kを算出する。換算係数Kは、例えば「画素数毎ミリメートル」(pix/mm)の単位で表され、画素分解能(mm/pix)の逆数ともいえる。別の言い方では、換算係数Kは、空間座標系CS1内における単位距離(mm)に相当する画像データ上での画素量(pix)である。
撮像装置3を用いて被写体を撮像することによって画像データが生成された場合、当該被写体に関連して空間座標系CS1内で測定された距離(mm)に、換算係数K(pix/mm)が乗算される。これにより、当該距離は、画像データ上での画素量(pix)に換算される。換算係数Kの算出法については、後に図8および図9を参照して説明する。
The
When image data is generated by imaging a subject using the
基準座標測定部33は、基準ワーク画像99を参照して基準座標値を測定する。基準座標値は、空間座標系CS1で定義される所定の基準位置(すなわち、作業空間内に設定された所定の基準位置)と対応する、画像データ上での画素位置である。基準座標値は、画像座標系CS2で定義される。本実施形態では、表側基準位置RP1および裏側基準位置RP2の2つの基準位置が、作業空間内に設定される(図9を参照)。基準座標測定部33は、基準座標値として、表側基準位置RP1と対応する表側基準座標値RP1pと、裏側基準位置RP2と対応する裏側基準座標値RP2pとの2つの基準座標値を測定する。基準座標値の測定法については、後に図8および図9を参照して説明する。
The reference coordinate measuring
変位情報取得部34は、第1変位センサ4から表面変位情報を取得する。変位情報取得部34は、第2変位センサ5から裏面変位情報を取得する。表面変位情報は、測定ワーク80の表面81の法線方向(鉛直方向(Z方向))における、表側基準位置RP1から測定ワーク80の表面81までの距離ΔZ1を示す。裏面変位情報は、測定ワーク80の裏面82の法線方向(鉛直方向(Z方向))における、裏側基準位置RP2から測定ワーク80の裏面82までの距離ΔZ2を示す。距離ΔZ1,ΔZ2の測定法については、後に図11を参照して説明する。
The displacement
測定面算出部35は、換算係数K、表面変位情報が示す距離ΔZ1、および表側基準座標値RP1pに基づいて、測定ワーク画像89上で測定ワーク80の表面81の位置を表す表面座標値y81を算出する。測定面算出部35は、換算係数K、裏面変位情報が示す距離ΔZ2、および裏側基準座標値RP2pに基づいて、測定ワーク画像89上で測定ワーク80の裏面82の位置を表す裏面座標値y82を算出する。座標値の算出法については、後に図10および図11を参照して説明する。
画像処理部36は、測定面算出部35による位置の測定結果を考慮して、測定ワーク画像89上で側端部83(ベベル部84a,84b)の形状を測定する。形状の測定については、後に図12を参照して説明する。
The measurement
The
(形状測定方法)
以下、図5に示す本実施形態に係る形状測定方法の手順に沿って、図6〜図12を参照しながら、形状測定装置10の動作について説明する。図5に示す処理は、1つの測定ワーク80の側端部83の形状が測定されると、終了する。図5に示す処理は、複数の測定ワーク80の側端部83を計測するため、繰り返し実行される。
(Shape measurement method)
Hereinafter, the operation of the
まず、作業員もしくは形状測定装置10が、校正の要否を判定する(S1)。この「校正」には、第1変位センサ4および第2変位センサ5に設定される基準値(ゼロ値)の校正や、記憶部20に記憶される換算係数Kおよび基準座標値の校正が含まれる。更に、照明装置2、撮像装置3、第1変位センサ4および第2変位センサ5の位置および姿勢の校正が含まれてもよい。
First, the worker or the
校正の要否は、作業空間内の温度や、測定ワーク80の形状の連続測定回数など、複数の条件の成否に照らして判定される。温度が変化すると、第1変位センサ4および第2変位センサ5の温度特性の影響や、センサ支持治具16の伸縮により、距離測定値が変動するおそれがある。そこで、温度が所定値を超えて変化したときに、測定精度の維持のため、校正が行われてもよい。また、規定個数の測定ワーク80の形状が連続して測定されるたび、あるいは、測定ワーク80の形状が規定時間連続して測定されるたび、校正が行われてもよい。
Whether or not calibration is necessary is determined in light of the success or failure of a plurality of conditions such as the temperature in the work space and the number of continuous measurements of the shape of the measuring
校正が必要であれば(S1:Y)、測定ワーク80ではなく、基準ワーク90がワーク支持装置11に設置される(S11)。この設置は、不図示のワーク搬送ロボットによって自動的に行われてもよい。基準ワーク90がワーク支持装置11に設置されると、姿勢制御部24が、基準ワーク90の姿勢を制御する(S12)。姿勢制御装置13による基準ワーク90の姿勢制御を実現するため、基準ワーク90にも、測定ワーク80と同様に、ワーク位置センサ12によって検知される方位指示部(図示せず)が設けられている。
If calibration is required (S1: Y), the
(基準ワーク)
図13は、基準ワーク90を示す。図6および図7は、基準ワーク90の姿勢制御後における形状測定システム1を示している。基準ワーク90は、板状に形成されている。基準ワーク90は、表面91および裏面92を有する。表面91および裏面92は互いに平行であり、そのため基準ワーク90の板厚は一様である。
(Reference work)
FIG. 13 shows a
基準ワーク90は、基準面93を有している。基準面93は、撮像装置3によって撮像された基準ワーク画像99上で基準ワーク90の輪郭を識別可能にする。本実施形態では、基準面93は、表面91と裏面92とを基準ワーク90の板厚方向に接続する。よって、基準ワーク画像99上において、基準ワーク90の輪郭が表面91および裏面92によって形成される。基準面93は、平坦である。また、基準面93は、表面91および裏面92に対して垂直である。
The
基準ワーク90の平面視の形状は特に限定されない。基準ワーク90は、例えば、平面視において測定ワーク80と同径の円形を直径上で切断した、半円形状に形成されてもよい。この切断面は、基準面93として好適に利用される。
ステップS12の姿勢制御の結果、撮像装置3の焦点は、基準面93上に位置付けられる。更にいえば、基準面93は焦点面FPと重ねられる。よって、本実施形態では、基準ワーク90は、回転台11aの半部に載置されている。
The shape of the
As a result of the attitude control in step S12, the focus of the
ガラスウェハとしての測定ワーク80は、製品としての要求を充たすため、ガラスで製造されるが、これら材料は、高い光透過性あるいは高い光散乱性を有する。このような測定ワーク80を撮像すると、画像がボケやすい。他方、基準ワーク90は、撮像専用のワークであるから、測定ワーク80よりも低い光透過性あるいは低い光散乱性を有する材料で製造されることを許容される。これにより、測定ワーク80を撮像する場合と比べ、ボケを抑えた画像が得られる。基準ワーク90は、合成樹脂や金属で製造されてもよい。
The measuring
(基準ワーク画像取得)
次に、撮像装置3が、基準ワーク90を撮像する(S13)。図6および図7を図1および図2と対比すると、照明装置2および撮像装置3は、測定ワーク80を撮像するときと同じ位置および姿勢で、作業空間内に配置されている。焦点面FPは、空間座標系CS1におけるYZ平面を成している。基準ワーク90の基準面93は、ステップS12の姿勢制御の結果、この焦点面FP上に重ねられている。照明装置2が照明光を照射している状態で、撮像装置3は、カメラ制御部22によって制御され、基準ワーク90の基準面93と直交する方向(X方向)から基準ワーク90の基準面93を撮像する。
(Acquisition of reference work image)
Next, the
次に、画像取得部31が、基準ワーク画像99を撮像装置3から取得する(S14)。図8を参照して、基準ワーク画像99上では、基準ワーク90の表面91および裏面92の像が鮮明である。これは、上記のとおり、基準ワーク90の材質が考慮されたためである。また、基準面93が、焦点面FP上に重ねられた状態で撮像装置3に正対する。基準ワーク90には、焦点面FPよりも撮像装置3側で、表面91および裏面92が存在しない。すなわち、焦点面FPに対する表面91および裏面92の奥行きが、測定ワーク80の奥行きと比べて小さい。したがって、基準面93の全体のピントが合い、鮮明な表面91および裏面92の像が得られる。
Next, the
(換算係数算出)
次に、係数算出部32が、換算係数Kを算出する(S15)。図8および図9を参照して、形状測定方法が開始する前に、基準ワーク90の板厚は、実測済である。基準ワーク90がワーク支持装置11に支持されることで、基準ワーク90の板厚方向は、鉛直方向(Z方向)に向けられている。また、基準ワーク90の板厚は、一様である。
(Calculation of conversion coefficient)
Next, the
まず、係数算出部32は、基準ワーク画像99を参照し、画像座標系CS2において基準ワーク90の板厚の実測値t90に相当する基準寸法画素量t90pを算出する。画像座標系CS2の縦軸y方向は、鉛直方向(Z方向)、すなわち、基準ワーク90の板厚方向と対応している。表面91の像と裏面92の像とは、画像座標系CS2の横軸x方向に直線的に延びる。
First, the
係数算出部32は、画像上で表面91の位置を特定する。表面91は、横軸x方向における位置に関わらず、縦軸y方向において概ね同じ位置にある画素で結像される。係数算出部32は、測定ワーク画像89を参照して、画像上で表面91が結像された画素の縦軸y方向の位置を表す基準表面座標値y91を算出する。基準表面座標値y91の算出では、例えば、横軸x方向に並ぶ結像画素のy座標値を平均してもよい。結像画素の特定に際し、各画素の階調値の微分処理および/または二値化処理によって、像が鮮明化されてもよい。
The
これと同様にして、係数算出部32は、基準ワーク画像99を参照して、画像上で裏面92が結像された画素の縦軸y方向の位置を表す基準裏面座標値y92を算出する。
次に、係数算出部32は、基準表面座標値y91および基準裏面座標値y92に基づいて、基準寸法画素量t90pを算出する。基準寸法画素量t90pは、基準表面座標値y91と基準裏面座標値y92との差分の絶対値である。
In the same manner as this, the
Next, the
次に、係数算出部32は、基準寸法画素量t90pおよび実測値t90に基づいて換算係数Kを算出する。換算係数Kは、基準寸法画素量t90pを実測値t90で除算することによって算出される。例えば、実測値t90が5mm、基準寸法画素量t90pが200pixであれば、換算係数Kは、40pix/mmである。この換算係数Kにより、作業空間内での鉛直方向(Z方向)における距離を、画像座標系CS2の縦軸y方向における画素量に換算することが可能となる。
Next, the
(基準座標値測定)
次に、基準座標測定部33が、基準座標値として、表側基準座標値RP1pおよび裏側基準座標値RP2pを測定する(S16)。本実施形態では、空間座標系CS1内に設定される表側基準位置RP1が、基準ワーク90の表面91上に設定される。空間座標系CS1において設定される裏側基準位置RP2が、基準ワーク90の裏面92上に設定される。
(Measurement of reference coordinate value)
Next, the reference coordinate measuring
表側基準位置RP1は、基準ワーク画像99上では、係数算出部32によって算出された基準表面座標値y91と対応する。裏側基準位置RP2は、基準ワーク画像99上では、係数算出部32によって算出された基準裏面座標値y92と対応する。そこで、基準座標測定部33は、基準表面座標値y91を表側基準座標値RP1pとして設定し、基準裏面座標値y92を裏側基準座標値RP2pとして設定する。算出済の座標値が、基準座標値として流用されるので、処理が簡素化される。
次に、換算係数Kおよび基準座標値RP1p,RP2pが、記憶部20に記憶される(S17)。記憶された値は、その後の測定ワーク80の形状の測定で用いられる。
The front reference position RP1 corresponds to the reference surface coordinate value y91 calculated by the
Next, the conversion coefficient K and the reference coordinate values RP1p and RP2p are stored in the storage unit 20 (S17). The stored value is used in the subsequent measurement of the shape of the measuring
(ゼロリセット)
次に、第1変位センサ4および第2変位センサ5に対するゼロリセット処理が実行される(S18)。第1変位センサ4および第2変位センサ5は、換算係数Kの算出処理(S15)や基準座標値RP1p,RP2pの測定処理(S16)では不要である。第1変位センサ4および第2変位センサ5は、これらの処理S15,S16の実行時に作業空間内に配置されていても、いなくてもよい。ゼロリセット処理(S18)の実行に際して、第1変位センサ4および第2変位センサ5は、センサ支持治具16に支持される。
(Zero reset)
Next, the zero reset process for the
図6、図7および図9を参照して、第1変位センサ4は、基準ワーク90の板厚方向、すなわち鉛直方向(Z方向)において、自身から基準ワーク90の表面91までの距離を測定する。この鉛直方向(Z方向)における表面91の位置Z91が、表側基準位置RP1である。第1変位センサ4からの測定媒体を反射した表側基準位置RP1が、第1変位センサ4の基準値(ゼロ値)に設定される。
With reference to FIGS. 6, 7 and 9, the
なお、基準値を設定するための手段は、特に限定されない。例えば、作業員が第1変位センサ4の筐体に取り付けられたスイッチを押すことにより、基準値を設定する処理が、第1変位センサ4の内部で自動的に行われてもよい。
第2変位センサ5についても、これと同様である。第2変位センサ5は、基準ワーク90の板厚方向、すなわち鉛直方向(Z方向)において、自身から基準ワーク90の裏面92までの距離を測定する。この鉛直方向(Z方向)における裏面92の位置Z92が、裏側基準位置RP2である。この裏側基準位置RP2が、第2変位センサ5の基準値(ゼロ値)に設定される。
The means for setting the reference value is not particularly limited. For example, a process of setting a reference value by pressing a switch attached to the housing of the
The same applies to the
以上で、基準ワーク90を用いた校正が終了する。続いて測定ワーク80の側端部83の形状が測定されるが、照明装置2、撮像装置3、第1変位センサ4および第2変位センサ5の位置、姿勢および設定は、校正操作が行われた状態のまま維持される。維持される「設定」には、例えば、撮像装置3の倍率(光学倍率)の設定や、撮像装置3の焦点距離(焦点面FPの光軸方向の位置)の設定が含まれる。
This completes the calibration using the
(測定ワークの設置)
校正の終了後あるいは校正が不要である場合(S1:N)に、測定ワーク80が、ワーク支持装置11に支持される(S21)。次に、姿勢制御部24が、測定ワーク80の姿勢を制御する(S22)。姿勢制御の結果、測定ワーク80は、例えば方位指示部が撮像装置3の視野から外れる姿勢で静止する。
(Installation of measurement work)
After the calibration is completed or when the calibration is not required (S1: N), the measuring
(測定ワーク画像取得)
次に、撮像装置3が、測定ワーク80を撮像する(S23)。図1および図2を参照して、照明装置2が照明光を照射している状態で、撮像装置3は、カメラ制御部22によって制御され、測定ワーク80の表面91と平行な一方向(空間座標系CS1におけるX方向)から測定ワーク80の側端部83を撮像する。
次に、画像取得部31が、測定ワーク画像89を撮像装置3から取得する(S24)。図10を参照して、測定ワーク画像89は、前述したとおり、測定ワーク80の材質および奥行きの影響から、表面81の像も裏面82の像もボケている。
(Measurement work image acquisition)
Next, the
Next, the
(変位情報取得)
次に、第1変位センサ4が、測定ワーク80の板厚方向、すなわち鉛直方向(Z方向)における、表側基準位置RP1から測定ワーク80の表面81までの距離ΔZ1を測定する(S25)。第1変位センサ4には、表側基準位置RP1が基準値(ゼロ値)として設定されている。第1変位センサ4は、自身から表面81までの距離を測定し、その測定結果に基づいて基準値から表面81の距離ΔZ1(変位量)を検知する。第1変位センサ4は、検知された距離ΔZ1を距離測定値として形状測定装置10に出力する。
(Displacement information acquisition)
Next, the
また、第2変位センサ5は、測定ワーク80の板厚方向、すなわち鉛直方向(Z方向)における、裏側基準位置RP2から測定ワーク80の裏面82までの距離ΔZ2を測定する(S25)。第2変位センサ5は、距離ΔZ2を距離測定値として形状測定装置10に出力する。
図11を参照して、測定ワーク80の裏面82も、基準ワーク90の裏面92も、ワーク支持装置11の回転台11aの上面に載置される。そのため、測定ワーク80の板厚方向(Z方向)において、測定ワーク80の裏面82の位置Z82は、裏側基準位置RP2と概ね同じ位置にある。しかし、実際には、測定ワーク80に僅かに反りがある。また、回転台11aの回転時には、僅かに傾きあるいはあおりが生じる。そのため、距離ΔZ2は、変化する可能性がある。
Further, the
With reference to FIG. 11, both the
他方、測定ワーク80の板厚方向(Z方向)において、測定ワーク80の表面81の位置Z81は、測定ワーク80の板厚と基準ワーク90の板厚との差に応じて、表側基準位置RP1から変化する。この表側基準位置RP1からの変位量が、距離ΔZ1である。
次に、変位情報取得部34が、第1変位センサ4から表面変位情報を取得し、第2変位センサ5から裏面変位情報を取得する(S26)。表面変位情報は、距離ΔZ1を示す。裏面変位情報は、距離ΔZ2を示す。
On the other hand, in the plate thickness direction (Z direction) of the measuring
Next, the displacement
(表面座標値、裏面座標値の算出)
次に、測定面算出部35が、表面変位情報で示された距離ΔZ1を記憶部20に記憶される換算係数Kを用いて表面変位画素量Δy1へ換算する(S27)。また、測定面算出部35が、裏面変位情報で示された距離ΔZ2を、換算係数Kを用いて裏面変位画素量Δy2へ換算する(S27)。前述したとおり、距離に換算係数Kを乗算することで、空間座標系CS1での距離は、画像座標系CS2での画素量へと換算される。
(Calculation of front coordinate value and back surface coordinate value)
Next, the measurement
次に、測定面算出部35が、表側基準座標値RP1pを表面変位画素量Δy1で補正することで、測定ワーク画像89上での測定ワーク80の表面81の位置を示す表面座標値y81を算出する(S28)。また、測定面算出部35が、表側基準座標値RP1pを表面変位画素量Δy1で補正することで、測定ワーク画像89上での測定ワーク80の裏面82の位置を示す裏面座標値y82を算出する。
Next, the measurement
図10および図11を参照して、基準ワーク90の撮像時と測定ワーク80の撮像時とで、撮像装置3の位置、姿勢および設定は変更されていないため、測定ワーク80の撮像時においても、基準ワーク90の撮像時と同じく、表側基準座標値RP1pが、空間座標系CS1における表側基準位置RP1と対応する。測定ワーク80の表面81が表側基準位置RP1から距離ΔZ1だけ離れているとき、測定ワーク画像89上では、表面81は、表側基準座標値RP1pから表面変位画素量Δy1だけ離れている。
With reference to FIGS. 10 and 11, since the position, posture, and setting of the
そこで、測定面算出部35は、表側基準座標値RP1pに表面変位画素量Δy1を加算することによって、表面座標値y81を算出する。なお、距離ΔZ1は、表側基準位置RP1に対して上方への変位であるのか下方への変位であるのかに応じて、正値にも負値にもなる。よって、表面変位画素量Δy1も、表面81の変位方向に応じて、正値にも負値にもなる。「加算」は、正値の加算によって表面座標値y81が表側基準座標値RP1pに対して増加補正されることも、負値の加算によって表面座標値y81が表側基準座標値RP1pに対して減少補正されることも両方含む。
Therefore, the measurement
裏面座標値y82についても、これと同様である。測定面算出部35は、裏側基準座標値RP2pに裏面変位画素量Δy2を加算することによって、裏面座標値y82を算出する。裏面変位画素量Δy2は、距離ΔZ2と換算係数Kとの積である。
なお、詳細図示を省略するが、距離ΔZ2がゼロ値である場合、裏側基準座標値RP2pを補正するための補正量としての裏面変位画素量Δy2も、ゼロ値となる。裏面座標値y82は、裏側基準座標値RP2pから実質的に補正されず、測定面算出部35は、裏側基準座標値RP2pを裏面座標値y82として設定する。
The same applies to the back surface coordinate value y82. The measurement
Although detailed illustration is omitted, when the distance ΔZ2 is a zero value, the backside displacement pixel amount Δy2 as a correction amount for correcting the backside reference coordinate value RP2p also becomes a zero value. The back side coordinate value y82 is not substantially corrected from the back side reference coordinate value RP2p, and the measurement
(側端部の形状測定)
次に、画像処理部36が、測定ワーク画像89上において、測定ワーク80の側端部83、特にベベル部84a,84bの形状を測定する(S29)。撮像装置3から取得した元々の測定ワーク画像89(図10を参照)では、表面81および裏面82の像がボケていたが、上記の処理により、測定ワーク画像89上での表面81および裏面82の位置y81,y82が特定済である。
(Measurement of the shape of the side end)
Next, the
図12は、この特定結果に基づいて画像処理部36によって作成された側端部測定画像89Aの一例を示す。本実施形態に係る側端部測定画像89Aにおいては、測定面算出部35で算出された位置y81,y82上で横軸x方向に延びる仮想直線81A,82Aが描画される。仮想直線81Aは、表面81を表し、仮想直線82Aは、裏面82を表す(図3も参照)。画像処理部36は、このように表面81および裏面82の位置を鮮明に認識することが可能である。
FIG. 12 shows an example of the side
元々の測定ワーク画像89上でも、側縁端の像は鮮明である。画像処理部36は、側縁端を通過して縦軸y方向に延びる仮想直線87Aを描画してもよい。仮想直線87Aは、面取り加工前に存在していた測定ワーク80の側面87(図3を参照)を表す。仮想直線81A,82A,87Aと、ベベル部84a,84bの輪郭像で囲まれた部分が、面取り加工によって測定ワーク80から切除された部分である。
Even on the original
画像処理部36は、この側端部測定画像89Aに基づいて、表側ベベル部84aの形状を測定することができる。画像処理部36は、この側端部測定画像89Aに基づいて、裏側ベベル部84bの形状を測定することができる。ただし、この側端部測定画像89Aは一例であり、仮想直線81A,82Aから外れた領域におけるボケた像が消去されてもよい。
The
(作用効果)
本実施形態では、表面81および裏面82を有する板状の測定ワーク80の側端部83の形状を測定するために、いわゆる光投影測定法が用いられている。ただし、測定面算出部35は、測定ワーク画像89上でボケた表面81の輪郭を特定し、その特定された輪郭から表面81の位置を推測するといった手法を採らない。
(Action effect)
In the present embodiment, a so-called light projection measurement method is used to measure the shape of the
画像上で定義される画像座標系CS2において所定の基準位置RP1と対応する基準座標値RP1pが、予め測定されている。単位距離に相当する画像座標系CS2内での画素量を表す換算係数K(pix/mm)が、予め算出されている。そして、測定ワーク画像89上で輪郭を特定する代わりに、基準位置RP1から測定ワーク80の表面81までの距離ΔZ1が測定される。この距離ΔZ1が換算係数Kを用いて画像座標系CS2内での画素量(表面変位画素量Δy1)に換算される。測定ワーク80が設置された空間内で、測定ワーク80の表面81が基準位置RP1から測定された距離(mm)だけ離れているときには、測定ワーク画像89上では、表面81が基準座標値RP1pから表面変位画素量Δy1(pix)だけ離れている。測定面算出部35は、基準座標値RP1pを表面変位画素量Δy1で補正することで、表面座標値y81を算出する。
In the image coordinate system CS2 defined on the image, the reference coordinate value RP1p corresponding to the predetermined reference position RP1 is measured in advance. A conversion coefficient K (pix / mm) representing the amount of pixels in the image coordinate system CS2 corresponding to the unit distance is calculated in advance. Then, instead of specifying the contour on the
このように、距離ΔZ1の測定結果から換算された表面変位画素量Δy1を用いて、表面81の位置が特定される。ボケた測定ワーク画像89から表面81の位置を推測する場合と比べて、正確かつ簡易に表面81の位置を測定することができる。
係数算出部32は、基準ワーク画像99を参照して換算係数Kを算出する。基準ワーク画像99では、基準ワーク90の基準面93が投影されている。係数算出部32は、基準面93の輪郭に基づいて、画像上で定義される画像座標系CS2において基準ワーク90の所定寸法(例えば、板厚)に相当する基準寸法画素量t90pを算出する。なお、基準ワーク90の所定寸法は、実測済(既知)である。換算係数Kは、基準寸法画素量t90pと所定寸法の実測値t90とから算出される。
In this way, the position of the
The
基準座標測定部33は、基準ワーク画像99を参照して基準座標値RP1pを測定する。基準座標値RP1pは、基準ワーク90あるいは測定ワーク80が設置される空間内に設定された基準位置RP1と対応した、画像座標系CS2における座標値である。基準位置RP1は、基準ワーク90上に設定されている。基準座標測定部33は、基準ワーク画像99に投影された基準ワーク90の像に基づいて基準座標値RP1pを測定する。
The reference coordinate measuring
このように、基準ワーク画像99を参照することで、測定ワーク80の表面81の位置を測定する前に、換算係数Kおよび基準座標値RP1pが得られる。上記した表面座標値y81の算出手法を実現することができる。
基準ワーク90を撮像するとき、基準ワーク90の基準面93よりも撮像装置3側に、基準ワーク90が存在しない。このため、基準ワーク画像99は、測定ワーク画像89と比べてボケにくい。ボケを抑えた基準ワーク画像99が参照されるため、基準寸法画素量t90pおよび換算係数Kの算出精度が高くなる。基準位置RP1と対応した基準座標値RP1pの測定精度が高くなる。これらの精度が高いため、測定面算出部35による表面座標値y81の算出精度が高くなる。測定ワーク80が、ガラスのような透明材料で製造されており、測定ワーク画像89がボケやすくても、表面81の位置を精度よく測定することができる。
In this way, by referring to the
When the
以上は、表面81の位置の測定に関するものであるが、本実施形態では、第2変位センサ5を用いて表面81の位置の測定と同様の処理が行われる。したがって、測定ワーク画像89上で裏面82の位置も精度よく測定することができる。
The above is related to the measurement of the position of the
(変形例)
これまで、本発明の実施形態について説明したが、上記構成および方法は、本発明の範囲内で適宜変更、削除および/または追加可能である。
上記実施形態では、基準ワーク90の基準面93が、表面91と裏面92とを板厚方向に接続しており、基準面93の輪郭が表面91と裏面92とで形成されている。板厚の実測値と、画像座標系CS2において板厚に相当する画素量とに基づいて、換算係数Kが算出されている。しかし、基準面93は、このような側面に限定されない。そのため、換算係数Kは、板厚以外の基準ワーク90における所定の寸法を用いて算出されてもよい。
(Modification example)
Although embodiments of the present invention have been described above, the above configurations and methods can be appropriately modified, deleted and / or added within the scope of the present invention.
In the above embodiment, the
上記実施形態では、表面81と裏面82の両方の位置が測定されたが、これは、面取り加工が表側と裏側との両側で行われているためである。面取り加工が表側でのみ行われているのであれば、形状測定システム1は、表面81の位置のみを測定してもよい。表面81が上方に向けられてワーク支持装置11に支持される場合には、第2変位センサ5が省略される。表面81が下方に向けられてワーク支持装置11に支持される場合には、上方の第1変位センサ4が省略され、下方の第2変位センサ5が第1変位センサ4として機能する。
In the above embodiment, the positions of both the
表側基準位置RP1および裏側基準位置RP2は、基準ワーク90上に設定されていればよく、表面91および裏面92以外の場所に設定されてもよい。また、表側と裏側とで基準位置が共通であってもよい。
測定ワーク80に面取り加工が行われていない場合にも、形状測定システム1で測定ワーク80の側端部83の形状を精度よく測定することができる。測定ワーク80は、ウェハに限らず、液晶ディスプレイ用の基板など、他の板状ワークであってもよい。
The front side reference position RP1 and the back side reference position RP2 may be set on the
Even when the measuring
1 形状測定システム
3 撮像装置
4 第1変位センサ
5 第2変位センサ
10 形状測定装置
31 画像取得部
32 係数算出部
33 基準座標測定部
34 変位情報取得部
35 測定面算出部
36 画像処理部
80 測定ワーク
81 表面
82 裏面
83 側端部
84a,84b ベベル部
89 測定ワーク画像
90 基準ワーク
91 表面
92 裏面
93 基準面
99 基準ワーク画像
CS2 画像座標系
FP 焦点面
K 換算係数
RP1 表側基準位置(基準位置)
RP2 裏側基準位置(基準位置)
RP1p 表側基準座標値(基準座標値)
RP2p 裏側基準座標値(基準座標値)
t90 実測値
t90p 基準寸法画素量
y81 表面座標値
y82 裏面座標値
y91 基準表面座標値
y92 基準裏面座標値
Z81 測定ワークの表面の位置
Z82 測定ワークの裏面の位置
ΔZ1,ΔZ2 距離
1 Shape
RP2 back side reference position (reference position)
RP1p front side reference coordinate value (reference coordinate value)
RP2p back side reference coordinate value (reference coordinate value)
t90 measured value t90p reference dimension pixel amount y81 front surface coordinate value y82 back surface coordinate value y91 reference front surface coordinate value y92 reference back surface coordinate value Z81 front surface position of measurement work Z82 back surface position of measurement work ΔZ1, ΔZ2 distance
Claims (16)
撮像装置を用いて基準ワークの基準面を撮像することによって生成された基準ワーク画像を前記撮像装置から取得するとともに、前記測定ワークの前記表面と略平行な一方向から前記撮像装置を用いて前記測定ワークの前記側端部を撮像することによって生成された測定ワーク画像を前記撮像装置から取得する画像取得部と、
前記基準ワーク画像上での前記基準面に基づいて、画像上で定義される画像座標系において前記基準ワークの所定寸法に相当する基準寸法画素量を算出し、かつ、前記所定寸法の実測値と前記基準寸法画素量とに基づいて、単位距離に相当する画素量を表す換算係数を算出する係数算出部と、
前記基準ワーク画像を参照して、前記基準ワーク上に設定された所定の基準位置と対応する、前記画像座標系における基準座標値を測定する基準座標測定部と、
前記測定ワークの板厚方向における、前記基準位置から前記測定ワークの前記表面までの距離を示す表面変位情報を取得する変位情報取得部と、
前記表面変位情報によって示される前記距離を、前記換算係数を用いて表面変位画素量へ換算し、かつ、前記基準座標値を前記表面変位画素量で補正することで、前記測定ワーク画像上で前記測定ワークの前記表面の位置を表した表面座標値を算出する測定面算出部と、
を備える、形状測定装置。 A shape measuring device that measures the shape of the side end of a plate-shaped measuring work having a front surface and a back surface.
The reference work image generated by imaging the reference plane of the reference work using the image pickup device is acquired from the image pickup device, and the image pickup device is used from one direction substantially parallel to the surface of the measurement work. An image acquisition unit that acquires a measurement work image generated by imaging the side end portion of the measurement work from the image pickup apparatus, and an image acquisition unit.
Based on the reference plane on the reference work image, the reference dimension pixel amount corresponding to the predetermined dimension of the reference work is calculated in the image coordinate system defined on the image, and the measured value of the predetermined dimension is used. A coefficient calculation unit that calculates a conversion coefficient representing a pixel amount corresponding to a unit distance based on the reference dimension pixel amount.
With reference to the reference work image, a reference coordinate measuring unit for measuring a reference coordinate value in the image coordinate system corresponding to a predetermined reference position set on the reference work, and a reference coordinate measuring unit.
A displacement information acquisition unit that acquires surface displacement information indicating the distance from the reference position to the surface of the measurement work in the plate thickness direction of the measurement work.
By converting the distance indicated by the surface displacement information into a surface displacement pixel amount using the conversion coefficient and correcting the reference coordinate value with the surface displacement pixel amount, the measurement work image is described. A measurement surface calculation unit that calculates surface coordinate values representing the position of the surface of the measurement work,
A shape measuring device.
請求項1に記載の形状測定装置。 The reference work has the reference surface capable of identifying the contour of the reference work on the reference work image captured by the imaging device.
The shape measuring device according to claim 1.
請求項1または2に記載の形状測定装置。 The reference work is made of a material having a lower light transmittance than the measurement work.
The shape measuring device according to claim 1 or 2.
前記基準面は、前記表面と前記裏面とを前記基準ワークの板厚方向に接続し、前記基準面の輪郭が、前記表面および前記裏面により形成され、
前記基準ワークの前記所定寸法が、前記基準ワークの前記板厚である、
請求項1から3のいずれか1つに記載の形状測定装置。 The reference work is formed in a plate shape having a front surface and a back surface, and has a uniform plate thickness.
The reference surface connects the front surface and the back surface in the plate thickness direction of the reference work, and the contour of the reference surface is formed by the front surface and the back surface.
The predetermined dimension of the reference work is the plate thickness of the reference work.
The shape measuring device according to any one of claims 1 to 3.
前記基準ワーク画像上で前記基準ワークの前記表面の位置を表す基準表面座標値と、前記基準ワークの前記裏面の位置を表す基準裏面座標値とを算出し、かつ、
前記基準表面座標値と前記基準裏面座標値とに基づいて、前記基準寸法画素量を算出する、
請求項4に記載の形状測定装置。 The coefficient calculation unit
A reference surface coordinate value representing the position of the front surface of the reference work and a reference back surface coordinate value representing the position of the back surface of the reference work are calculated on the reference work image, and
The reference dimension pixel amount is calculated based on the reference front surface coordinate value and the reference back surface coordinate value.
The shape measuring device according to claim 4.
前記基準座標測定部は、前記基準表面座標値または前記基準裏面座標値を前記基準座標値として決定する、
請求項5に記載の形状測定装置。 The reference position is set on the front surface or the back surface of the reference work in a state where the reference work is imaged by using the imaging device.
The reference coordinate measuring unit determines the reference front surface coordinate value or the reference back surface coordinate value as the reference coordinate value.
The shape measuring device according to claim 5.
前記測定面算出部は、前記裏面変位情報によって示される前記距離を、前記換算係数を用いて裏面変位画素量へ換算し、かつ、前記基準座標値を前記裏面変位画素量で補正することで、前記測定ワーク画像上で前記測定ワークの前記裏面の位置を表した裏面座標値を算出する、
請求項1から6のいずれか1つに記載の形状測定装置。 The displacement information acquisition unit acquires back surface displacement information indicating the distance from the reference position to the back surface of the measurement work in the plate thickness direction of the measurement work.
The measurement surface calculation unit converts the distance indicated by the back surface displacement information into a back surface displacement pixel amount using the conversion coefficient, and corrects the reference coordinate value with the back surface displacement pixel amount. Calculate the back surface coordinate value representing the position of the back surface of the measurement work on the measurement work image.
The shape measuring device according to any one of claims 1 to 6.
請求項1から7のいずれか1つに記載の形状測定装置。 An image processing unit for measuring the shape of the bevel portion provided at the side end portion on the measurement work image based on the surface coordinate values is further provided.
The shape measuring device according to any one of claims 1 to 7.
前記測定ワークを撮像して前記測定ワーク画像を生成し、前記基準ワークを撮像して前記基準ワーク画像を生成する撮像装置と、
前記測定ワークの板厚方向において、前記所定の基準位置から前記測定ワークの前記表面までの距離を測定し、前記表面変位情報を出力する第1変位センサと、
を備える、形状測定システム。 The shape measuring device according to any one of claims 1 to 8.
An imaging device that images the measurement work to generate the measurement work image, and images the reference work to generate the reference work image.
A first displacement sensor that measures the distance from the predetermined reference position to the surface of the measuring work in the plate thickness direction of the measuring work and outputs the surface displacement information.
A shape measurement system.
請求項9に記載の形状測定システム。 The focus of the imaging device is located on the reference plane of the reference work.
The shape measuring system according to claim 9.
請求項10に記載の形状測定システム。 The imaging device images the reference work from a direction substantially orthogonal to the reference plane of the reference work, and the reference plane is superposed on the focal plane of the imaging device.
The shape measuring system according to claim 10.
請求項9から11のいずれか1つに記載の形状測定システム。 The position, posture, and magnification of the imaging device are set to be the same when the reference work is imaged and when the measurement work is imaged.
The shape measuring system according to any one of claims 9 to 11.
請求項9から12のいずれか1つに記載の形状測定システム。 In a state where the reference work is imaged, the first displacement sensor is calibrated so that the distance measurement value becomes a zero value at the reference position on the reference work.
The shape measuring system according to any one of claims 9 to 12.
前記測定面算出部は、前記裏面変位情報によって示される前記距離を、前記換算係数を用いて裏面変位画素量へ換算し、かつ、前記基準座標値を前記裏面変位画素量で補正することで、前記測定ワーク画像上で前記測定ワークの前記裏面の位置を表す裏面座標値を算出する、
請求項9から13のいずれか1項に記載の形状測定システム。 A second displacement sensor that measures the distance from the reference position to the back surface of the measuring work in the plate thickness direction of the measuring work and outputs backside displacement information indicating the measurement result is further provided.
The measurement surface calculation unit converts the distance indicated by the back surface displacement information into a back surface displacement pixel amount using the conversion coefficient, and corrects the reference coordinate value with the back surface displacement pixel amount. Calculate the back surface coordinate value representing the position of the back surface of the measurement work on the measurement work image.
The shape measuring system according to any one of claims 9 to 13.
撮像装置を用いて基準ワークの基準面を撮像することによって生成された基準ワーク画像を前記撮像装置から取得する基準ワーク画像取得工程と、
前記基準ワーク画像上での前記基準面に基づいて、画像上で定義される画像座標系において前記基準ワークの所定寸法に相当する基準寸法画素量を算出し、かつ、前記所定寸法の実測値と前記基準寸法画素量とに基づいて、単位距離に相当する画素量を表す換算係数を算出する係数算出工程と、
前記基準ワーク画像を参照して、前記基準ワーク上に設定された所定の基準位置と対応する、前記画像座標系における基準座標値を測定する基準座標測定工程と、
前記測定ワークの前記表面と平行な一方向から前記撮像装置を用いて前記測定ワークの前記側端部を撮像することによって生成された測定ワーク画像を前記撮像装置から取得する測定ワーク画像取得工程と、
前記測定ワークの前記表面の法線方向における、前記基準位置から前記測定ワークの前記表面までの距離を示す表面変位情報を取得する変位情報取得工程と、
前記表面変位情報によって示される前記距離を、前記換算係数を用いて表面変位画素量へ換算し、かつ、前記基準座標値を前記表面変位画素量で補正することで、前記測定ワーク画像上で前記測定ワークの前記表面の位置を表した表面座標値を算出する測定面算出工程と、
を備える、形状測定方法。 A shape measuring method for measuring the shape of the side end of a plate-shaped measuring work having a front surface and a back surface.
A reference work image acquisition step of acquiring a reference work image generated by imaging a reference plane of a reference work using an imaging device from the imaging device, and
Based on the reference plane on the reference work image, the reference dimension pixel amount corresponding to the predetermined dimension of the reference work is calculated in the image coordinate system defined on the image, and the measured value of the predetermined dimension is used. A coefficient calculation step of calculating a conversion coefficient representing a pixel amount corresponding to a unit distance based on the reference dimension pixel amount.
A reference coordinate measuring step of measuring a reference coordinate value in the image coordinate system corresponding to a predetermined reference position set on the reference work with reference to the reference work image, and
A measurement work image acquisition step of acquiring a measurement work image generated by imaging the side end portion of the measurement work from the image pickup device from one direction parallel to the surface of the measurement work. ,
A displacement information acquisition step of acquiring surface displacement information indicating a distance from the reference position to the surface of the measurement work in the normal direction of the surface of the measurement work.
By converting the distance indicated by the surface displacement information into a surface displacement pixel amount using the conversion coefficient and correcting the reference coordinate value with the surface displacement pixel amount, the measurement work image is described. A measurement surface calculation step for calculating surface coordinate values representing the position of the surface of the measurement work, and
A shape measuring method.
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