JPH0357403B2 - - Google Patents

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JPH0357403B2
JPH0357403B2 JP27651585A JP27651585A JPH0357403B2 JP H0357403 B2 JPH0357403 B2 JP H0357403B2 JP 27651585 A JP27651585 A JP 27651585A JP 27651585 A JP27651585 A JP 27651585A JP H0357403 B2 JPH0357403 B2 JP H0357403B2
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Japan
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optical system
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monitor device
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Inventor
Katsuhide Sawada
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Mitutoyo Corp
Original Assignee
Mitutoyo Corp
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Publication date
Application filed by Mitutoyo Corp filed Critical Mitutoyo Corp
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Publication of JPS62135705A publication Critical patent/JPS62135705A/ja
Publication of JPH0357403B2 publication Critical patent/JPH0357403B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】
本発明は、画像処理式測定装置に係り、特に、
テレビカメラを使用した画像処理型測定機に用い
るのに好適な、載物台上に配置した測定対象物と
関与した光を受けて、前記載物台と相対移動され
る拡大光学系により所定の測定対象部分の像を拡
大し、該測定対象部分の拡大像を評価して、測定
対象物の寸法や形状等を測定するようにした画像
処理式測定装置に関する。
【従来の技術】
近年、テレビカメラを使用した画像処理型の測
定機が研究されている。この画像処理型の測定機
において、テレビカメラ撮像面の大きさ、分割数
は限られているため、測定機として使用するに
は、測定対象物乃至その部分を対物レンズ等の拡
大光学系により拡大し、拡大像を画像処理して、
測定対象物の寸法や形状等を測定する必要があ
る。
【発明が解決しようとする問題点】
しかしがら、拡大すると視野範囲が狭くなるた
め、例えば測定対象物の離隔する2点間の寸法等
を測定する場合に、同一画面上に前記2点を同時
に表示することができなくなり、操作性が悪くな
ると同時に、光学測定機の最大長所である目で観
察できるという利点が制限されるという問題点を
有していた。 即ち、出願人が、載物台上に配置された測定対
象物に光照射する照明光学系と、前記測定対象物
と関与した光(反射光、通過光あるいは透過光)
を受けて、測定対象部分の像を拡大する拡大光学
系と、所定の測定対象部分を拡大すべく、前記載
物台と拡大光学系とを相対移動させる移動機構
と、前記拡大光学系に光電結合され、測定対象部
分の拡大像を映すモニタ装置と、該拡大像を処理
して、測定対象物の寸法や形状等を求める計測手
段とを備えた画像処理型測定機を試作研究したと
ころ、迅速な測定を可能として実効を期するため
には、重大な問題が内在していることを認識でき
た。 即ち、通常、拡大光学系と載物台を相対移動さ
せる機構は、2次元の場合、X−Y方向に独立移
動できるよう形成される。従つて、載物台に測定
対象物を取付ける場合、両者の軸線を合致せしめ
ることが求められる。 しかしながら、0.1μmオーダで評価しようとす
る画像処理型測定機において、軸線を合わせた取
付けは、例え治具を準備したとしても、事実上至
難である。又、これを強制すれば、その測定準備
作業が煩雑すぎ、長時間を要し極めて作業能率が
悪いものとなつてしまう。 従つて、ある程度の位置ずれ取付けは許容せざ
るを得ないが、その程度を定量的に規定できず、
人によつても異なるので、結果として拡大像がモ
ニタ装置に傾斜映像され、所定拡大像の選択操作
に支障をきたすほか、一度に両測定エツジが映像
されない場合にあつては、一方側で慎重にエツジ
検出しても、他方側で検出誤差が発生したり、甚
しい場合には検知不能となるという事態も招来し
た。 又、拡大光学系において測定対象物の測定対象
部分が基準姿態でモニタ装置に映された後は、測
定対象部分のエツジ検出等を行つて、所定の画像
処理を行うことは、電子技術の発達から明らかな
通り容易であり、迅速且つ正確な測定を行うこと
ができるが、その前に、所定の測定対象部分を選
択して、これをモニタ装置に拡大表示するまで
の、いわゆる準備工程に多大な時間や労力を有
し、又拡大像の選択を誤る場合も多かつた。 これは、通常、数十倍の拡大率をもつてモニタ
装置に表示される拡大像が、測定対象物のいずれ
の個所に該当するのか見極めるのが困難であるた
め、操作者が、測定対象物とモニタ装置とを比較
確認しつつ、載物台と拡大光学系との相対移動作
業を行わなければならないからである。しかも、
拡大像と測定対象物との対応させた形状や模様、
更には測定点の順序等を確実に記憶しておかなけ
れば、比較確認すら行い難いので、熟練者しか操
作できないという問題もある。従つて、特にIC
パターンのように繰返し形状のある測定対象物の
場合や、載物台上に測定対象物を傾斜して取付け
た場合には更に作業困難となり、又、光透過ある
いは通過型の照明光学系を選択したときには、目
視確認が困難となるという事態も招く。更に又、
確認困難のため、操作者が機器本体に近付き過ぎ
る危険性もあつた。 このような問題点は、測定手順の各ステツプ毎
に操作者が操作する手動型だけでなく、測定手順
プログラムに基づいて前期相対移動を自動的に行
う自動型にあつても、測定手順プログラム作成上
のテーチング作業中に手動型のそれと全く同様の
手順を踏まなければならないので、問題は同じで
ある。
【発明の目的】
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくな
されたもので、測定対象物の取付姿態に拘わら
ず、拡大像による測定を正確、迅速且つ容易に行
うことができる画像処理式測定装置を提供するこ
とを第1の目的とする。 本発明は、更に、測定対象物上の拡大像の位置
を容易に確認することができる画像処理式測定装
置を提供することを第2の目的とする。
【問題点を解決するための手段】
本発明は、第1図にその要旨構成を示す如く、
載物台10上に配置された測定対象物12に光照
射する照明光学系14と、前記測定対象物12と
関与した光を受けて、測定対象部分の像を拡大す
る拡大光学系16と、所定の測定対象部分を拡大
すべく、前記載物台10と拡大光学系16とを相
対移動させる移動機構18と、前記拡大光学系1
6に例えばテレビカメラ20を用いて光電結合さ
れ、測定対象部分の拡大像を映すモニタ装置22
と、該拡大像を例えばエツジ検出処理して、測定
対象物の寸法や形状等を求める計測手段とを備え
た画像処理式測定装置において、前記載物台10
に対する測定対象物12の取付角度と両者の基準
相対角度との角度差を、前記拡大光学系16によ
る拡大像を評価して求める角度差識別手段24
と、該角度差識別手段24出力の角度差信号に応
じて、前記角度差を打消す反対方向に前記拡大像
を傾斜させて前記モニタ装置22に映すための角
度補正手段26とを設け、前記モニタ装置22の
拡大像の姿態を常に基準姿態に傾斜補正するよう
に構成して、前記第1の目的を達成したものであ
る。 又、本発明は、前記のような画像処理式測定装
置において、第2図にその要旨構成を示す如く、
前記測定対象物12の全体像を捉える全体光学系
28と、該全体像を固定的に映す第2のモニタ装
置(第2図ではモニタ装置22と共用)と、前記
載物台10と拡大光学系16の相対移動変位量か
ら、前記拡大像の測定対象物12上の現在位置を
特定する現在位置特定手段30と、前記載物台1
0に対する測定対象物12の取付角度と両者の基
準相対角度との角度差を、前記拡大光学系16に
よる拡大像又は全体光学系28による全体像の少
くともいずれか一方を評価して求める角度差識別
手段24と、該角度差識別手段24出力の角度差
信号に応じて、前記角度差を打消す反対方向に前
記拡大像及び全体像を傾斜させて前記モニタ装置
22に映すための角度補正手段26とを設け、前
記拡大像の姿態を常に基準姿態に傾斜補正すると
共に、前記載物台10と拡大光学系16の相対移
動に伴つて変位する拡大像の現在位置を、同じく
基準姿態に傾斜補正した全体像上に重複表示させ
るように構成することにより、前記第2の目的を
達成したものである。 又、本発明の実施態様は、前記拡大像の傾斜補
正角度と前記全体像の傾斜補正角度を、各々独立
に調整可能とするようにしたものである。 又、本発明の実施態様は、前記モニタ装置と第
2のモニタ装置を、表示画面を同一として形成し
たものである。
【作用】
本発明は、前記のような画像処理式測定装置に
おいて、載物台に対する測定対象物の取付角度と
両者の基準相対角度との角度差を、拡大光学系に
よる拡大像を評価して求める角度差識別手段と、
該角度差識別手段出力の角度差信号に応じて、前
記角度差を打消す反対方向に前記拡大像を傾斜さ
せてモニタ装置に映すための角度補正手段とを設
け、前記モニタ装置の拡大像の姿態を常に基準姿
態に傾斜補正するように構成している。従つて、
測定対象物の取付姿態に拘わらず、拡大像を水平
姿態、垂直姿態等の所定の基準姿態で映し出すこ
とができ、拡大像による測定を正確、迅速且つ容
易に行うことができる。 本発明は、又、前記のような画像処理式測定装
置において、測定対象物の全体像を捉える全体光
学系と、該全体像を固定的に映す第2のモニタ装
置と、載物台と拡大光学系の相対移動変位量か
ら、拡大像の測定対象物上の現在位置を特定する
現在位置特定手段と、前記載物台に対する測定対
象物の取付角度と両者の基準相対角度との角度差
を、前記拡大光学系による拡大像又は全体光学系
による全体像の少くともいずれか一方を評価して
求める角度差識別手段と、該角度差識別手段出力
の角度差信号に応じて、前記角度差を打消す反対
方向に前記拡大像及び全体像を傾斜させてモニタ
装置に映すための角度補正手段とを設け、前記拡
大像の姿態を常に基準姿態に傾斜補正すると共
に、前記載物台と拡大光学系の相対移動に伴つて
変位する拡大像の現在位置を、同じく基準姿態に
傾斜補正した全体像上に重複表示させるように構
成している。従つて、拡大像及び全体像を基準姿
態で映し出すことができるだけでなく、載物台と
拡大光学系の相対移動に伴つて変位する拡大像の
位置を確認することができ、拡大像による測定を
迅速且つ容易に行うことができる。 又、前記拡大像の傾斜補正角度と前記全体像の
傾斜補正角度を、各々独立に調整可能とした場合
には、拡大像と全体像の基準姿態が異なる場合に
も容易に対応できる。 又、前記モニタ装置と第2のモニタ装置を、表
示画面を同一として形成した場合には、装置の構
成が比較的単純となり、小型化できる。
【実施例】
以下図面を参照して、本発明が採用された画像
処理型測定機の実施例を詳細に説明する。 本発明の第1実施例は、第3図に示す如く、載
物台であるX−Yテーブル40、該X−Yテーブ
ル40をX−Y方向に移動自在に支持する、側面
に測定対象物を搬入出するための搬入出口42A
が形成されたテーブル架台42、照明光学系、拡
大光学系、全体光学系、テレビカメラ等が内蔵さ
れた、Z軸方向に移動自在な測定ヘツド44、該
測定ヘツド44をX−Yテーブル40上で支持す
る支持アーム46等を有し、前記X−Yテーブル
40の位置を制御するための駆動制御系、前記X
−Yテーブル40の位置を検出するための直線型
変位検出器を含む位置検出系、前記照明光学系を
制御するための照明制御系、前記拡大光学系や全
体光学系のレンズを制御するためのレンズ制御
系、前記テレビカメラで得られた画像を処理する
ための、本発明による角度差識別回路と傾斜補正
回路を含むビデオ処理系、前記テレビカメラの焦
点を自動的に調節するためのオートフオーカス系
等が内蔵された測定台38と、前記テレビカメラ
で捉えられ、傾斜補正された拡大像及び全体映を
映すモニタ装置48と、ハードデスクやフロツピ
ーデスク及び中央処理ユニツトを含むコンピユー
タ50と、該コンピユータ50に必要な指令を与
えたりあるいは前記X−Yテーブル40を操作し
たりするためのジヨイステイツク52、操作卓5
4及びデジタタイザ56と、測定対象物の全体像
の輪郭等を必要に応じて描くためのプロツタ58
とから主に構成されている。 前記測定ヘツド44の内部では、第4図に詳細
に示した如く、少くとも1本の拡大光学系60及
び全体光学系62が軸64A廻りに回動可能とさ
れたレボルバ64上に固定され、例えばベルト6
6を介して光学系切換モータ68により該レボル
バ64の位置を切換えることによつて、拡大光学
系60と全体光学系62が切換え可能とされ、単
一のテレビカメラ70の受光部70Aに像が入力
するようにされている。図において、72は、光
軸の位置決めを行うためのクリツク、74は、ど
の光学系が使用されているかを検出するための光
学系検出センサである。 以下第1実施例の作用を説明する。 まず、X−Yテーブル40上に測定対象物をセ
ツトする。次いで、X−Yテーブル40の位置を
大略調整した後、光学系切換モータ68を駆動し
て全体光学系62をテレビカメラ70の前面に挿
入し、測定対象物の全体像を捉えて、傾斜補正を
行つた後、モニタ装置48の画面の一部分、例え
ば第5図に示す如く左上部に固定的に表示する。
この全体像の表示は、以後測定が終了するまで保
持しておく。 次いで、光学系切換モータ68を駆動してレボ
ルバ64を回転させ、所定倍率の拡大光学系60
をテレビカメラ70の前面に挿入する。拡大光学
系60によつて捉えられ、傾斜補正された拡大像
は、第5図に示した如く、モニタ装置48の例え
ば左下部に表示される。 X−Yテーブル40の位置、即ち拡大光学系6
0の測定対象物に対する位置は、例えばテーブル
架台42に内蔵された直線型変位検出器で検出さ
れており、これによつて検出された拡大光学系6
0とX−Yテーブル40の位置関係が、前記全体
像上に例えば輝点の現在位置マークで重複表示さ
れる。 従つて測定者は、望む目標値に向けて、全体像
上に表示された現在位置マークを近付けよう、ジ
ヨイステイツク52、デジタイザ56又はライト
ペン(図示省略)等を用いてX−Yテーブル40
を駆動する。 第5図に示した如く、測定すべきエツジ線G−
Gを含む所望拡大像がモニタ装置48に表示され
た段階で、操作者が操作卓54のボタン、例えば
デジタイザ56で第5図の矢印A→Bに示す如
く、エツジ検出系路の位置と方向を定め、エツジ
検出ボタンをオンとすると、エツジ点Hでエツジ
位置(画面中心からの長さL1)が自動的に検出
される。 次いで、X−Yテーブル40を移動させ、第6
図に示す如く、反対側のエツジ線J−Jを含む所
望拡大像をモニタ装置48に表示する。次いで、
第5図とは逆に、矢印C→Dの如くエツジ検出系
路の位置と方向を定め、エツジ点Kの位置(画面
中心からの長さL2)を求める。 このようにしてエツジ点H−K間の寸法を、
(寸法L1+寸法L2+変位検出器で検出したテーブ
ル移動量)で求めることができる。なお、この場
合には、モニタ装置48上でエツジ線G−GとJ
−Jが同一線上に位置付けされたと仮定してい
る。 ここで測定精度は、テレビカメラ70の分解能
をW500ピクセル×H500ピクセル(受光面の大き
さを10×10mmとする)、拡大光学系60の倍率を
50倍とした時、テレビカメラ70からの出力信号
は、横方向について、1/50×10/500=1/2500/ピ
クセルとなる。従つて、測定対象の像を、
0.4μm/ピクセルの分解能で評価できることにな
る。この場合、前記変位検出器の出力信号の分解
能は0.4μm以上とする。これは、第7図に示す如
く、エツジ線G−GとJ−Jを同時に映した場合
には、エツジ線G−G〜J−J間に入るピクセル
数×0.4μmがG−G〜J−J間寸法となる。 処理データは記憶され、必要に応じてメツセー
ジとして、前出第5図に示した如くモニタ装置4
8の右半分に出力される。 なお円の径や仮想中心位置、勾配、角度等も、
それぞれ同様の手順でエツジを検出して同様に測
定することができる。この拡大像に対するエツジ
検出方向、検出点数、拡大すべき測定対象物の位
置等は、各ステツプ毎に決められた測定プログラ
ムとして記憶されている。 なお前記全体光学系62で捕えられた全体像
は、輪郭のみを抽出し、ケツチ図として、プリン
タやプロツタ58へ出力することができ、従来の
手書に比べて正確で速やかにトレース図が作成で
きる。又、トレース図形上に測定結果を記入する
ことも可能となる。更に、全体像上に、第8図に
示す如く、座標軸や測定点(円の中心C1や直線
の交点I1,I2等)を名称付きで重ねて表示するこ
ともできる。この場合には、測定手順の把握や図
面との対比が容易となるので、複雑なデータ処理
を行う場合に便利である。 この第1実施例においては、拡大光学系60と
全体光学系62を、倍率の異なる複数組のレンズ
系を設けて切換え可能に構成しているので、各光
学系の設計が容易である。 又、この第1実施例においては、テレビカメラ
70を共用としているので、装置を安価に構成す
ることができる。なおテレビカメラ70を拡大光
学系60と全体光学系62のそれぞれに設けるこ
とも可能である。 更に、この第1実施例においては、オートフオ
ーカス機構を組み込んでいるので、画像が鮮明と
なり測定精度が高い。なお、オートフオーカス機
構を省略することも可能である。 次に本発明の第2実施例を詳細に説明する。 この第2実施例は、第9図に示す如く、全体光
学系をズームレンズ80で構成すると共に、移動
ボツクス82を図の右方向に移動させた時に、測
定用レンズ84即ち拡大レンズとなるようにして
拡大光学系を形成したものである。 第9図において、86はミラー、88は、ギヤ
90を介してズームレンズ80のズーミングを行
うためのズーム用モータ、92はズーム位置を検
出するためのセンサ、94及び96は、それぞれ
Vレール上に支持された移動板及び固定板、98
は、移動ボツクス82を光学系切換モータ68に
よつて駆動するためのラツクである。 前記測定用レンズ84は、例えばレボルバ(図
示省略)等により、拡大率の異なるものに切換え
あるいは、着脱により交換可能とされている。 他の点については前記第1実施例と同様である
ので説明は省略する。 この第2実施例においては、第9図に示した状
態で測定用レンズ84及びズームレンズ80を介
してテレビカメラ70に入力される像によつて、
全体像の表示が行われる。なお、ズームレンズ8
0の拡大率は、ズーム用モータ88で変えられ
る。 一方、拡大像を観察する際には、光学系切換え
モータ68によりラツク98を介して移動ボツク
ス82の全体を図の右方向に移動する。すると、
光路中からズームレンズ80が外されて測定用レ
ンズ84による拡大光学系となる。 この第2実施例においては、光学系を切換える
ための機構が測定ヘツド44内に完全に収容され
ているので、破損の恐れが少ない。又、全体光学
系にズームレンズ80を用いているので、測定対
象物の大きさに合わせて任意の縮小倍率を選択す
ることが容易にできる。 なお前記実施例においては、いずれも、拡大光
学系と全体光学系が独立とされていたが、第10
図に示す第3実施例の如く、例えば単一のズーム
レンズ80を用いて、光学系を光軸方向に変位可
能なレンズ系で形成し、該レンズ系の位置を調整
することで、例えば拡大率n倍(n=30,20,40
等)の拡大光学系と縮小率1/n倍の全体光学系
を共用することも可能である。この場合には、測
定ヘツドを小型化することが可能である。又、全
体光学系を省略することも可能である。 又、前記実施例においては、いずれも、光学系
の現在位置のみを輝点で表示するようにしていた
が、予め記憶しておいた測定プログラムに従つ
て、移動すべき次の目標位置も合わせてマーク表
示又は接近程度によつて点滅表示することも可能
である。更に、現在位置が目標位置と一致した時
に、計測準備完了信号を出力することも可能であ
る。これらの場合には、操作者が測定点の順序を
熟知していなくても、正確な測定が迅速に行え
る。 なお、前記実施例においては、いずれも、X−
Yテーブル40を用いて載物台をX−Y方向に移
動し、測定ヘツド44を用いて光学系をZ軸方向
に移動するように構成していたが、載物台と光学
系を相対移動させる構成は、これに限定されず、
例えば、載物台を固定し、光学系のみをXYZ方
向に移動するように構成することもできる。 又、前記実施例においては、いずれも、本発明
が2次元測定機に用いられていたが、本発明の適
用範囲はこれに限定されず、オートフオーカス機
構を利用して3次元測定機としたり、あるいは顕
微鏡等にも同様に適用できることが明らかであ
る。
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、測定対象
物の取付姿態に拘わらず、拡大像や全体像を所定
の基準姿態で映し出すことができ、従つて、迅速
且つ確実な測定が可能となるという優れた効果を
有する。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は、本発明に係る画像処理式
測定装置の基本的な構成の例を示すブロツク線
図、第3図は、本発明が採用された画像処理型測
定機の第1実施例の全体構成を示す斜視図、第4
図は、前記第1実施例の測定ヘツドの構成を示す
断面図、第5図は、前記第1実施例におけるモニ
タ装置の表示例を示す線図、第6図及び第7図
は、前記第1実施例におけるモニタ装置の拡大像
の表示例を示す線図、第8図は、同じく全体像の
表示例を示す線図、第9図は、本発明の第2実施
例における測定ヘツドの構成を示す断面図、第1
0図は、同じく第3実施例における光学系の基本
的な構成を示す線図である。 10……載物台、12……測定対象物、14…
…照明光学系、16,60……拡大光学系、18
……移動機構、20,70……テレビカメラ、2
2,48……モニタ装置、24……角度差識別手
段、26……角度補正手段、28……全体光学
系、30……現在位置特定手段、38……測定
台、40……X−Yテーブル、44……測定ヘツ
ド、50……コンピユータ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 載物台上に配置された測定対象物に光照射す
    る照明光学系と、前記測定対象物と関与した光を
    受けて、測定対象部分の像を拡大する拡大光学系
    と、所定の測定対象部分を拡大すべく、前記載物
    台と拡大光学系とを相対移動させる移動機構と、
    前記拡大光学系に光電結合され、測定対象部分の
    拡大像を映すモニタ装置と、該拡大像を処理し
    て、測定対象物の寸法や形状等を求める計測手段
    とを備えた画像処理式測定装置において、 前記載物台に対する測定対象物の取付角度と両
    者の基準相対角度との角度差を、前記拡大光学系
    による拡大像を評価して求める角度差識別手段
    と、 該角度差識別手段出力の角度差信号に応じて、
    前記角度差を打消す反対方向に前記拡大像を傾斜
    させて前記モニタ装置に映すための角度補正手段
    とを設け、 前記モニタ装置の拡大像の姿態を常に基準姿態
    に傾斜補正するように構成したことを特徴とする
    画像処理式測定装置。 2 載物台上に配置された測定対象物に光照射す
    る照明光学系と、前記測定対象物と関与した光を
    受けて、測定対象部分の像を拡大する拡大光学系
    と、所定の測定対象部分を拡大すべく、前記載物
    台と拡大光学系とを測定移動させる移動機構と、
    前記拡大光学系に光電結合され、測定対象部分の
    拡大像を映すモニタ装置と、該拡大像を処理し
    て、測定対象物の寸法や形状等を求める計測手段
    とを備えた画像処理式測定装置において、 前記測定対象物の全体像を捉える全体光学系
    と、 該全体像を固定的に映す第2のモニタ装置と、 前記載物台と拡大光学系の相対移動変位量か
    ら、前記拡大像の測定対象物上の現在位置を特定
    する現在位置特定手段と、 前記載物台に対する測定対象物の取付角度と両
    者の基準相対角度との角度差を、前記拡大光学系
    による拡大像又は全体光学系による全体像の少く
    ともいずれか一方を評価して求める角度差識別手
    段と、 該角度差識別手段出力の角度差信号に応じて、
    前記角度差を打消す反対方向に前記拡大像及び全
    体像を傾斜させて前記モニタ装置に映すための角
    度補正手段とを設け、 前記拡大像の姿態を常に基準姿態に傾斜補正す
    ると共に、前記載物台と拡大光学系の相対移動に
    伴つて変位する拡大像の現在位置を、同じく基準
    姿態に傾斜補正した全体像上に重複表示させるよ
    うに構成したことを特徴とする画像処理式測定装
    置。 3 前記拡大像の傾斜補正角度と前記全体像の傾
    斜補正角度が、各々独立に調整可能とされている
    特許請求の範囲第2項記載の画像処理式測定装
    置。 4 前記モニタ装置と第2のモニタ装置が、表示
    画面を同一として形成されている特許請求の範囲
    第2項記載の画像処理式測定装置。
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