JPH0357402B2

JPH0357402B2 -

Info

Publication number: JPH0357402B2
Application number: JP59243545A
Authority: JP
Inventors: Raoru Buchaado Donarudo; Rarimaa Danton Jon; Aasaa Dooson Keuin; Jeemuzu Suroma Deebitsudo
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1984-03-09
Filing date: 1984-11-20
Publication date: 1991-09-02
Also published as: US4596037A; DE3570521D1; EP0160160B1; EP0160160A1; JPS60196606A

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕この発明は、映像システムを用いて対象物の長
さ、大きさ等を光学的に測定するための装置に関
し、特に二次元の直交軸に沿つて対象物の形状を
自動的かつ精密に測定するために使用される装置
に関するものである。〔従来技術〕例えば、プリント回路基板のパネルを製造する
場合には、複数のスピンドルドリルをもつドリル
マシンをパネル上で次々の位置に移動させて、パ
ネルに多数の貫通孔をあけるようにする。その
際、孔をあけてある置を正確に同定するととも
に、ドリルマシンの位置が正確に対応したかどう
かパネルそのものを検査しなければならない。と
ころが、たつた数個の孔をあけてあるだけのパネ
ルを手操作で検査する場合にも、それに要するコ
ストは相当である。従つて、そのための自動測定
システムが必要である。従来、比較的長さの短い形状を自動的に光学測
定するためのシステムは周知である。それらのた
いていのシステムは、対象物の表面を光ビームで
走査して、その表面上の反射率の変化からコント
ラスト形状を測定するようにしたものである。こ
の方法を用いた一例としては英国特許第1404331
号がある。これは、細い光ビームによつて追跡さ
れた輪郭内のコントラスト形状から光が反射して
くる間にパルスをアキユムレータにゲートするよ
うにしたものである。すなわち、光ビーム移動速
度が分かつているので、光ビームの追跡によつて
測定すべきマークのスケールを感知したときに、
アキユムレータに蓄積されたパルスの個数が形状
の大きさが測定値となる。測定すべき対象が貫通孔や開口部である場合、
相対移動する光ビームがその開口部を透過し、ま
たは不透明のラインからなる格子状物にぶつかる
間に一定周期の発振間から出力されたパルスをア
キユムレータまたは積分器にゲートする、という
のが１つの解決手段である。さらに、光ビームの
移動速度は一定であつてそれゆえに、その移動に
要した時間を長さに換算することがでぎる。この
後者の技術の例としては米国特許第2447024号及
び米国特許第3546671号がある。さて、最近では、プリント回路基板のパネルの
単位面積あたりにより多くの回路及び貫通孔を形
成することできるように、ドリルの技術が改良さ
れてゆくにつれ、パネルにあけられる貫通孔の直
系が次第に小さくなつている。それに加えて、パ
ネルは、多くの層を重ね合わせて形成されるの
で、貫通孔における深さ対直径の比が次第に増加
するが、これらの要因により貫通孔に光を透過ま
たは直接反射させその間にカウンタをゲートする
という上述の通常の手段は用いることができなく
なる。というのは、それらの測定手段は長さの小
さい対象物に対しては測定が不能または不正確に
なるからである。一方、米国特許第3551052号に
はビジコンカメラと拡大用レンズを使用したシス
テムが開示されているが、そのようなものではド
リネであけた開口部を走査することが必要であ
る。そしてこの構成では、ある基準位置に対して
開口部の位置を決定するには不適合であるし、一
つのコントラスト領域を横断する際にパルス１個
の応答を示すにすぎないから、形状の大きさに対
応する個数のパルスを供給することもできない。すなわち、位置を正確に測定しようとすれば、
開口端縁の不規則性を補償しなければならず、こ
のため複数回の走査が必要である。また、その
個々の走査においても開口部の端縁や開口部を横
切る距離をきわめて正確に測定しなくてはならな
い。〔発明が解決しようとする問題点〕この発明の主な目的は、対象物の形状の距離を
ある基準値から決定するようにした映像システム
による位置測定装置を提供することにある。この発明の他の目的は、対象物を複数回線形走
査してその外形の距離を複数回測定し、それらの
測定値を平均した基準値に基づき対象物の位置を
決定することができるようにした位置測定装置を
提供することにある。この発明のさらに他の目的は選択した複数回の
線形走査によつて決定した対象物の位置と、その
走査により測定した距離と平均値とをある基準値
に基づき比較することに関連して対象物の外形を
検査できるようにした映像システムによる位置測
定装置を提供することにある。〔問題点を解決するための手段〕上述した目的は、本願発明に基づき、対象物を
所定の速度で複数回走査するようにした映像走査
手段を設けてこの映像走査手段により対象物の外
形コントラストの境界線を感知し、走査してゲー
トを開き一定周期のパルスをアキユムレータに格
納し、そして測定値をデイジタルに変換すること
により達成される。それらの走査線は対象物の外形の大きさまたは
走査の所望の頻度によつてパルスを有効にゲート
できるように選択される。アキユムレータに収め
られたデイジタル値はコンピユータで処理されて
基準位置からの距離と平均値からの偏差とをもと
めるために利用される。測定システムには高速映
像感知（ビジコン）装置を使用する。さらに、測
定システムは、走査して検知した映像のサイズの
拡大率を変更できるような光学系を使用している
ので、ドリルであけた孔のような異なる大きさの
サイズの対象物を測定する場合に有利である。〔実施例〕第１図は測定装置の概要斜視図であり、テーブ
ル装置１０はＹ軸に沿つて移動可能に支持されて
いる。このテーブル装置１０上にはドリルで複数
の孔１２をあけたプリント回路基板のパネル１１
が載置される。テーブル装置１０の上方には、Ｘ
軸に沿つて移動可能としたキヤリジ１５が支持さ
れている。キヤリジ１５にはオーバーヘツド型の
一対のビデオカメラ１３，１４が配置され、これ
らの一対のビデオカメラ１３，１４によりパネル
１１の孔１２が視察される。テーブル１６はブロ
ツク１８に固定したガイド棒１７により往復動可
能に支持されている。モータ１９は選択的に通電
することができ、その通電によりリードスクリユ
ー２０を介してテーブル１６をＹ軸方向に沿う所
望の位置へ移動させることができる。テーブル１
６のＹ軸方向に沿う移動量及び移動方向は、テー
ブル１６に固定した直線状スケール２２の不透明
の目盛を光を感知しうるトランスジユーサ２１で
感知し、その感知信号を周知の位相積分法で処理
した値によりあらわされる。尚、パネル１１は、
テーブル１６上に設けた複数のＶ字状ブロツク２
３によりテーブル１６上で位置決めされる。パネル１１と、パネル１１にドリルであけた孔
１２とは一対のビデオカメラ１３，１４で視察さ
れる。その視察は互いに直交するＸ，Ｙ軸のうち
一方の軸に沿つて開始され、ビデオカメラ１３、
１４は、ある選択した孔１２につき互いに90゜だ
け回転した像をそれぞれ与える。そのビデオカメ
ラとしては、市販より入手可能な、例えば、
California，Mountain View居在のSierra
Scientific Corp.のModel LSV−1.5／DBA−１
等を使用してもよい。それらのビデオカメラ１
３，１４はガイド棒３１に沿つてＸ軸方向に移動
可能なキヤリジ１５上に支持されており、キヤリ
ジ１５はハンガーブロツク３２に支持されてい
る。尚、ハンガーブロツク３２は片側のみ図示し
たが実際は他方にも配置されている。ビデオカメ
ラ１３，１４を搭載したキヤリジ１５は、テーブ
ル１６と同様に、リードスクリユー（図示しな
い）を介してモータ（図示しない）によりＸ軸方
向の所望の位置へ移動させることができる。テー
ブル１６と同様にキヤリジ１５にも直線状スケー
ル３３が固定されている。そしてそのスケール３
３に設けた不透明の目盛を、光を感知しうるトラ
ンスジユーサにより感知し、その感知信号を周知
の位相積分法で処理することによりキヤリジ１５
のＸ方向の移動可能及び移動量がもとめられる。さて、今、パネル１１の孔１２のうち視察され
るべき特定の孔３５についてみよう。孔３５には
光源（図示しない）から光フアイバーの束３６に
よつて導かれた光が照射されている。そして、孔
３５は照準レンズ３７と、ビームスプリツタ３８
と、鏡３９と、それぞれのビデオカメラに個別の
設けた拡大用レンズ４０，４１とを介してビデオ
カメラ１３，１４により視察される。照準レンズ
３７は円筒状の筐体４２により支持されている。
尚、筐体４２は、映像信号を発生する際に照射レ
ンズ３７をパネル１１から離隔または近接させる
ように移動可能としているので、ビデオカメラ１
３，１４から映像信号を発生させるときに、パネ
ル１１上に焦点をあわせて最適な映像を得ること
ができる。上述した検査システムは自動検査手続を行うた
めのコンピユータシステムの制御を受ける。この
コンピユータシステムはテーブル１６及びキヤリ
ジ１５の位置制御と、ビデオカメラのシヤツター
の制御と、照準レンズ３７の焦点制御などを行う
ための１つまたは複数のCPU（Central
Prodessor Unit＝中央処理装置）を備えている。
また、個々の孔１２についての演算や、データの
選択や、データの平均値を求めることはマイクロ
プロセツサ６０の制御のもとに行われる。尚、マ
イクロプロセツサ６０についてはこのあと第３図
を参照して説明することになろう。ドリルであけた孔１２の検査は、あるホームポ
ジシヨンに対してその孔１２の中心の座標位置を
決定するために行なわれる。この検査は先ず、テ
ーブル１６上のパネル１１を載置し、テーブル１
６を配置ブロツク２３のうちの１つのマークであ
る“ホーム”ポジシヨンへと移動させることによ
り開始される。他の配置ブロツクについてもこの
ことは同様に行なわれる。こうして第１図の映像
測定装置において、ホームポジシヨンにあるとき
のモニタスクリーン（図示しない）の画素を中点
にセツトすることによつてホームポジシヨンが座
標軸の（０，０）に設定される。このあと、テー
ブル装置１０とキヤリジ１５の移動方向及び移動
量がスケール２２，２３と、トランスジユーサ２
１，３４の組み合わせによつて個別に測定され
る。さて、孔１２については、その直径と中心の座
標位置の２つが測定すべき値である。この孔１２
は、ビデオカメラ１３，１４によつて互いに映像
が直交するように個別に映像化される。効率的に
行うためにビデオカメラ１３，１４の測定は同時
に行う。尚、ビデオカメラ１３，１４の作動シス
テムはどちらも等しいので、以下ではＸ軸につい
ての作動システムのみを詳述しよう。 (a) ビジコンカメラ１３の測定動作ビジコンカメラ１３によつてモニタ（図示しな
い）に映し出される孔３５は第２図Ａ）に示され
ている。このカメラ１３は典型的にはフレーム内
に525本の走査ラインをもつ非交錯型のカメラで
ある。複数の走査線４５はそれぞれ視界内を横切
つて左から右へ移動する。映し出されたドリル孔
の大きさはＸ軸の拡大用レンズによつて決定され
るが、このことによりレンズの倍率を変更するだ
けで走査可能な孔の半径の範囲を調節することが
可能である。本発明の測定システムにおいては、
孔３５の中心の座標位置は第２図に示すように、
フレームの左端縁４６をもとにして決定される。
つまり、その左端縁４６から孔の中心までの距離
を定する必要がある、ということがある。その測
定は、発振器から発生された一定周波数のパルス
をカウンタまたはアキユムレータに対して一本の
走査線の発生区間にゲートすることによりなされ
る。１５Hzで作動するビジコンシステムにより
126μsec毎に一本の走査がなされる。そして、走
査速度がわかつておりパルス周期が一定だから、
アキユムレータがゲートされる毎にその計数値は
距離をあらわすことになる。 (b) 制御回路のブロツク図第３図は、上記基準端縁４６から孔の端縁及び
孔の中心までの距離を決定するための回路とマイ
クロフロセツサのブロツク図である。この実施例
で使用されるマイクロプロセツサはIllinois，
Schaumburgに位置するMotorola Corporation
から入手可能なmodel6800である。この制御回路
は検査用に多重走査を採用している。この多重走
査とは、距離をあらわすパルスの計数を制御する
べく信号をゲートするために、第２図Ｂ，Ｃに示
す信号レベルを複数回作成するものである。第２
図Ｂにおいては、図示した波形はドリル孔３５パ
ネル１１の一部とモニタ画像のほぼ中心点を横切
る一本の水平走査線４７についての信号波形であ
る。また、負方向への凹み４８は走査線の水平同
期パルス、信号レベル４９は「暗」レベル、信号
レベル５０は「50」レベルをそれぞれあらわす。
このように、走査線の軌跡は、同期化ののちに
「明」（光を反射するパネル面）レベルを示すレベ
ル５０に立ち上がり、次に孔の端縁で「暗」レベ
ルに立ち下がり、さらに次の孔の端縁からパネル
面に至ると再び「明」レベルに立ち上がる。これ
らのれレベルは発振器からのパルスを異なるカウ
ンタに対してゲートするために用いられる。それ
以外のゲート用信号は第２図Ｃに示してある。こ
の信号計数可能用の信号であり、第２図Ｂの水平
同期パルス４７の立ち上がりに同期して動作レベ
ルに立ち上がる。第３図において、例えば10MHzの一定周波数の
パルスを発生する発振器５２は、出力端子を、
ANDゲート５３の一方の入力端子とANDゲート
５４の一方の入力端子とに接続している。そし
て、ANDゲート５３が、走査線の開始を告げる
第２図Ｃの計数可能信号の立ち上がりによつて開
かれると、パルスがカウンタ５５に達するように
なる。カウンタ５５は、「暗」レベルへの移行、
すなわち第２図Ｂにおけるレベル５０からレベル
４９への移行がある時までパルスを計数し続け
る。端子５６においてそのような移行があると、
ラツチ５７に対するセツト信号がカウンタ５５の
計数値をラツチする。このラツチされた計数値は
第２図Ａにおける画面の左端縁４６から孔３５の
左端縁までの距離をあらわすことになる。AND
ゲート５４の第２の入力端子には反転したビジコ
ン出力端子を接続する。すなわちANDゲート５
４の第２の入力端子は水平同期パルス４８の発生
後第２図Ｂ）の信号が「暗」レベル４９であると
きに有効となり、このとき発振器５２のパルスが
カウンタ５８へ導かれる。第２図Ｂの信号が
「暗」レベルである間は、カウンタ５８が発振器
５２のパルスを計数し続け、走査線が孔の他方の
端縁に達すると、「暗」レベル信号は停止し、こ
れによりカウンタ５８は孔３５の、その走査線に
対する弦の長さをもつことになる。次の「暗」から「明」への信号の発生により、
マイクロプロセツサ６０はカウンタ５５の計数値
とある予定の値との比較を開始する。尚、この実施例では複数の走査線が発生される
けれども、選択したいくつかの走査線についての
み測定を行うことが望ましい。一本の走査を終了
すると、カウンタ５８の計数値を比較器５９でマ
イクロプロセツサ６０から出力されたある予定の
値と比較する。このとき、もしカウンタ５８の計
数値が予定の値よりも小さければ、比較器５９か
らカウンタ５８とラツチ５７にリセツト信号が出
される。この動作によりカウンタ５８とラツチ５
７の計数値が消去されるので、その走査線のデー
タは使用されない。カウンタ５８の計数値がきわ
めて小さいということは、走査線が第２図Ａの孔
３５を横切つていないか、あるいは走査線が横切
つた孔３５の弦の長さが、測定の対象とするには
短かすぎる、ということを示す。このように、予
定値と比較することは、ある最小長さの値を設定
して適正な走査線を選び出すための一つの技術で
ある。また、もしカウンタ５８にたくわえられた計数
値が、比較器５９中の予定値と等しいかより大き
ければ、比較器５９からマイクロプロセツサ６０
に信号が送られ、これによりその特定の走査線に
関するラツチ５７のデータとカウンタ５８の計数
値とがマイクロプロセツサ６０中に収められ、こ
れらの値はあとの演算で使用される。次にカウン
タ５５，５８とラツチとは次の走査に備えて現在
のデータをリセツトされる。ところで、ビジコンカメラによつて与えられた
525本の走査線は、信頼でぎる測定を行うために
必要な数としては多すぎる。そこで、そのうちの
所望の５〜10本の走査線のデータを演算に使用す
るようにしマイクロプロセツサ６０をプログラム
してある。また、垂直及び水平の同期パルスがフ
レームと走査線とを計数するのに使用される。こ
のことにより、かなり限定した数の走査線を調べ
るだけでよくなる。さらに、既に述べたように、
マイクロプロセツサ６０によつて与えられる予定
値はほとんどのような値にでも設定することがで
きる。この値を決定するための１つの方法が第４
図に示されおり、それは、走査線に平行な１本の
直径に対しそれぞれ45゜に傾斜した一対の直径を
引いて、この一対の直径と孔の周縁の交点とを結
ぶ弦の長さの理論値をもとめるようにしたもので
ある。こうして得た値は弦の長さの最小値として
用いることができるが、孔の大きさに応じて変化
させることはもちろんである。本発明は、孔の周端縁を感知するために複数の
走査線を用いることによつて、孔の中心座標位置
を求めることにおいて従来よりもすぐれている。
すなわち、所定の数（例えば16本）の走査線を選
択して使用することにより、それらの平均値をと
ることができ、よつて精度を大いに向上できるか
らである。また、複数の弦の長さの平均値から、
算出した孔の中央座標位置の偏差を求めることも
容易である。こうして変動範囲の広いデータや、
限界値を越えたデータは削除することができる。
つまり、不規則な孔をあけられたパネルを検出し
て除去することができる。 (c) プログラムのフローチヤート第５図はマイクロプロセツサ６０の説明プログ
ラムのフローチヤートの概要図を示すものであ
る。同図において、測定を開始すると先ず、「デ
ータロード」、すなわちマイクロプロセツサ６０
から比較器５９に前記予定値がロードされる等の
動作が行なわれる。次に第１の走査線の「明」レ
ベルの幅と「暗」レベルの幅をもとめる。すなわ
ち、「明」レベルの幅とはラツチ５７のデータに
対応し、「暗」レベルの幅とはカウンタ５８の計
数値に対応する。さらに述べるなら、「明」レベ
ルの幅とは、第３図において、ある走査線４５上
における画面の左端縁４６から孔３５の左端縁ま
での距離に対応し、また「暗」レベルの幅とは、
第３図において、ある走査線４５上における孔３
５の左端縁から右端縁までの距離に対応する。次
に「暗」レベルの距離、すなわちカウンタ５８の
計数値をある予定値と比較し、「暗」レベルの幅
＞予定値であればそのままデータをマイクロプロ
セツサ６０に記憶し次の走査線「明」及び「暗」
レベルの幅の測定を行う。尚、上記において
「暗」レベルの幅＜予定値であつた場合は、その
ときの「明」「暗」何れのレベルの幅の値もリセ
ツトされ、これときの走査線はマイクロプロセツ
サ６０によりカウントされない。こうして、マイクロプロセツサ６０がデータを
収めた走査線の数が16本に達すると、次にデータ
演算プロセスに入る。尚このデータの数は16本で
なくとも任意でよい。このとき、「明」レベルの
データと「暗」レベルのデータがそれぞれ16個ず
つ揃つている。今、ｉラインの走査線の、「明」
レベル及び「暗」レベルのデータがそれぞれBi，
Di（ｉ＝１〜16）であつたとすると、孔の中心の
座標位置の、画面（第２図）の端縁からの距離Ｘ
は、次のようにあらわされる；Ｘ＝ｖ・ｆ・₁₆ 〓ⁱ⁼¹ 〔Bi＋（Di／２）〕／16 ただし、ｖ……走査速度、ｆ……発振器５２の
クロツクパルスの周期。また、半径ｄは、次のようにあらわされる：ｄ＝v′・ｆ・₁₆ 〓ⁱ⁼¹ Di／16 さらにｄの偏差は、上記ｄの値を用いて、

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、複数回の走
査によつて孔の位置及び形状を測定し、その測定
値を平均することにより孔の中心座標位置及び直
径の値を求めるようにしたので、測定精度を向上
させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る位置測定装置の実施例
の外観要斜視図、第２図Ａ，Ｂ，Ｃはパネルに設
けた孔の映像及びその映像に対応して発生する信
号の波形を示す図、第３図は、本発明に係る位置
測定装置の制御回路のブロツク図、第４図は、本
発明に係る位置測定装置の測定限界を図示する
図、第５図は第１図の装置で得られるデータを処
理するためのプログラムのフローチヤートであ
る。１１……パネル、１２……孔（閉領域）、１３，
１４……ビデオカメラ、１５……キヤリジ、１６
……テーブル、１９……モータ、２０……リード
スクリユー、２１，３４……トランスジユーサ、
２２，２３……スケール、５２……発振器、５３
……ANDゲート（第１のゲート手段）、５４……
ANDゲート（第２のゲート手段）、５５……第１
のカウンタ、５８……第２のカウンタ、６０……
マイクロプロセツサ（演算手段）。

Claims

【特許請求の範囲】１ (a) 回路パネル中の穴の形状をあらわす大き
さをもつ複数の走査信号を発生するための映像
化手段と、 (b) 一定の周期でパルスを発生するための手段
と、 (c) 基準位置から上記穴の境界点までの距離をあ
らわす上記走査信号の各々の第１の部分の間
に、上記パルスを蓄積するための第１のアキユ
ムレータ手段と、 (d) 上記穴を横切る距離をあらわす上記走査信号
の各々の第２の部分の間に、上記パルスを蓄積
するための第２のアキユムレータ手段と、 (e) 上記走査信号の大きさに応答して上記パルス
を上記第１のアキユムレータ手段または第２の
アキユムレータ手段のどちらか適当なものにゲ
ートするための手段と、 (f) 上記第２のアキユムレータ手段によつて蓄積
された値を予定の最小値と比較して、上記第２
のアキユムレータ手段によつて蓄積された値が
該予定の最小値よりも小さいなら、上記第１の
アキユムレータ手段及び第２のアキユムレータ
手段によつて蓄積された値を棄却するための手
段と、 (g) 上記穴の期待される大きさに基づき、上記第
１及び第２のアキユムレータ手段によつて蓄積
された値を選択して上記走査信号の大きさによ
つてあらわされる穴の形状をあらわすデータを
与え、次に上記回路パネル中の上記穴の位置を
決定するために上記選択された値のみを処理す
るためのプロセツサ手段とを具備する、映像システムによる位置測定装置。