JPH09189522A - 光学式寸法測定機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 照明光量が変化し、正確な寸法測定を行うこ
とができない。 【解決手段】 制御部１１は、受光量算出部１２でカメ
ラ７の画像信号７ａから受光量の算出を行い、算出結果
を比較部１３へ出力し、比較部１３でメモリ１６に記憶
されている基準値と前記算出結果とを比較し、比較結果
に基づいて光量調節部５を調節し、ランプ４を適正な照
明光量に制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は光学式寸法測定機
に関し、特に照明光量を変えることができる光量調節部
を備えた光学式寸法測定機に関する。

【０００２】

【従来の技術】光学式寸法測定機の一般的な構造は、照
明部と、光学系と、受光手段と、演算手段とを備え、照
明部によって照明された測定対象物の像を光学系を介し
て受光手段で受け、この受光手段の出力信号に基づいて
得られた濃淡画像の中から測定対象物のエッジを検出
し、寸法を演算する。

【０００３】この際、光学式寸法測定機は次の理由から
照明部の光量を変化させる。１. 測定対象物の測定箇所
によってエッジのコントラストが異なるので、照明光量
を変えないとエッジ検出不能な程低コントラストとなる
箇所がでる。２. 同一測定対象物に対し照明光量が変化
すると、エッジの検出位置が変化し、測定した寸法が変
化する。

【０００４】従来の光学式寸法測定機においては、上記
照明部の光量の調節は測定機の光量調節部を用い、手
動によって行うか、コンピュータ等によって予め記憶
されたプログラムにしたがって行われる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したにあって
は、ある測定時の照明光量を再現することができないの
で、同一測定対象物を測定しても同じ結果の測定値が得
られず、正確な寸法測定が行えないという欠点を有す
る。

【０００６】また、にあっては、プログラムにしたが
って光量調節部を変えても、照明部を構成するランプの
劣化、ランプの交換、光量調節部の劣化、光量調節部の
交換等により照明光量が変化するので、プログラミング
（教示）したときとリプレイ（実行）したときで照明条
件が異なることがある。更に、手動のようにこれを補正
する光量調節を迅速に行うことができないので、自動で
測定を行う測定機に適用したとき、例えば照明光量が大
きく低下してエッジ検出ができない場合、測定を続行で
きなくなってしまう等、安定した結果が得られないとい
う問題があった。

【０００７】この発明はこのような事情に鑑みてなされ
たもので、その課題は常に正確な寸法測定を行うことが
できる光学式寸法測定機を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め、請求項１記載の発明の光学式寸法測定機は、測定対
象物を照明する照明部と、前記測定対象物の像を形成す
る光学系と、前記光学系により形成された前記像を受
け、その像の光量に応じた信号を出力する受光手段と、
前記受光手段の出力信号を処理して前記測定対象物の寸
法を演算する演算手段とを備えた光学式寸法測定機にお
いて、前記照明部から照射される光量を変化させる光量
調節部と、前記受光手段の出力信号に基づいて求めた値
と所定の基準値とを比較する比較手段とを設け、前記比
較手段による比較結果に基づいて前記求めた値が所定の
基準値となるように前記光量調節部を制御する制御部を
設けたことを特徴とする。

【０００９】光量は前記求めた値が基準値となるように
光量調節部で調節され、常に適正な光量に制御される。

【００１０】請求項２記載の発明の光学式寸法測定機
は、請求項１記載の光学式寸法測定機において、前記受
光手段が前記像の画像信号を出力する撮像手段であり、
かつ前記演算手段が前記像の境界を検出するエッジ検出
部とともに画像処理手段を構成することを特徴とする。

【００１１】撮像手段で得られたの出力信号に基づいて
エッジを検出し、寸法を測定する画像処理が行われる。

【００１２】請求項３記載の発明の光学式寸法測定機
は、請求項１記載の光学式寸法測定機において、前記受
光手段が１次元イメージセンサであることを特徴とす
る。

【００１３】小型かつ安価な受光手段で画像のエッジを
検出する。

【００１４】請求項４記載の発明の光学式寸法測定機
は、前記測定対象物が載置され、前記光学系の光軸に垂
直な面内で前記測定対象物を移動させるステージと、前
記ステージの移動量を検出する移動量検出手段とを備
え、前記受光手段を単一又は複数の受光素子で構成し、
かつ前記ステージを移動させて得られる前記受光素子の
信号を受けた前記エッジ検出部からの信号と前記移動量
検出手段からの信号とを用いて、前記演算手段が測定対
象物の寸法を演算することを特徴とする。

【００１５】ステージを移動させた時の測定対象物の像
の濃度変化からエッジを検出し、エッジ間のステージ移
動量から寸法を測定する。

【００１６】請求項５記載の発明の光学式寸法測定機
は、前記基準値は予め設定した光量であることを特徴と
する。

【００１７】照明光量が変化したとき、比較手段は光量
が基準値と異なることを検出し、光量調節部は基準値の
光量が得られるように動作する。

【００１８】請求項６記載の発明の光学式寸法測定機
は、前記基準値は予め設定した基準器となる測定対象物
の基準寸法であることを特徴とする。

【００１９】照明光量が変化したとき、比較手段が基準
器に対する基準値と異なった寸法を検出し、光量調節部
は基準値が得られるように動作する。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づいて説明する。

【００２１】図１はこの発明の一実施形態に係る光学式
寸法測定機のブロック構成図である。

【００２２】光学式寸法測定機１は、例えば半導体やコ
ネクタピン等の測定対象物２が載置されるステージ３
と、測定対象物２を照明する照明部としてのランプ４
と、ランプ４からの光量を調節する光量調節部５と、測
定対象物２の像を形成する光学系６と、光学系６により
形成された像の光量に応じた画像信号７ａを出力するカ
メラ（受光手段）７と、カメラ７の画像信号７ａに基づ
いて光量調節部５を調節するコンピュータ（演算手段）
１０とを備えている。ランプ４、測定対象物２、光学系
６及びカメラ７は同一光軸上に配置される。

【００２３】ステージ３は光学系６の光軸に直角な面内
で測定対象物２を移動させるためのものであり、基台８
に対してＸ方向又はＹ方向へ移動可能な下板３ａと、こ
の下板３ａに対してＹ方向又はＸ方向へ移動可能な上板
３ｂとから構成されている。ステージ３には、基台８に
対する下板３ａの移動量及び下板３ａに対する上板３ｂ
の移動量を検出する移動量検出器９が設けられている。
移動量検出器９は、コンピュータ１０の制御部１１から
移動量検出命令１１ｆを受けたとき、下板３ａ及び上板
３ｂの移動距離に基づいて移動量を示す信号９ａを出力
する。

【００２４】ランプ４はステージ３の下方の基台８内に
設けられ、そのランプ４の照明光量は光量調節部５によ
る供給電力の変化に応じて変る。ランプ４としては、例
えばハロゲン電球を用いる。

【００２５】光学系６は、ステージ３の上方に設けら
れ、ランプ４によって照明された測定対象物２の拡大像
を形成するものであって、ズーム機能を備える。

【００２６】カメラ７は光学系６の上方に設けられ、光
学系６により形成された像を取り込み、その像の光量に
対応する画像信号７ａを出力する。

【００２７】コンピュータ１０はカメラ７の画像信号７
ａを取り込み、所定の処理を行って光量調節部５を制御
するものであり、制御部１１と、受光量算出部１２と、
比較部１３と、エッジ検出部２１及び演算部２２を備え
た画像処理部２０とを備えている。画像処理部２０は、
市販されている汎用画像処理装置と同様の機能、例えば
画質改善機能（周波数フィルタ、拡張、収縮機能など）
を有する。制御部１１は後述する基準値等を記憶するメ
モリ１４を有する。

【００２８】制御部１１はキーボード等の外部の操作部
３０から測定開始指示信号３０ａを入力したとき、予め
設定された手順（プログラム）にしたがって受光量算出
部１２、比較部１３、エッジ検出部２１、演算部２２を
制御し、光量制御信号１１ａを出力する。

【００２９】受光量算出部１２は、制御部１１から受光
量の算出命令１１ｂを受けたとき、カメラ７からの画像
信号７ａに基づいて、例えばデータ変換テーブルを参照
して受光量の算出を行い、算出結果を比較部１３へ出力
する。

【００３０】比較部１３は、制御部１１から比較命令１
１ｃを受けたとき、メモリ１４に予め記憶されている基
準値と前記算出結果とを比較し、比較結果を示す信号１
３ａを出力する。

【００３１】エッジ検出部２１は、エッジ検出命令１１
ｄを受けたとき、カメラ７の画像信号７ａから得られた
濃淡画像の中から画像の濃度の変化が激しい部分をエッ
ジとして検出し、検出結果をエッジ検出信号２１ａとし
て出力する。この場合、画像信号７ａが大きなノイズを
含んでいるとエッジ検出部２１が誤った位置でエッジ検
出信号２１ａを出力する恐れがある。そこで、エッジ検
出部２１に入力される前の画像信号７ａを、画像処理部
２０のエッジ検出部２１以外の部分の機能を用いた画質
改善処理、例えば画像信号７ａに含まれるノイズを軽減
することが必要に応じて行われる。

【００３２】演算部２２は、演算開始命令１１ｅを受け
たとき、エッジ検出部２１からのエッジ検出信号２１ａ
とステージ３の移動量を示す信号９ａとを用いて測定対
象物２の寸法を演算し、演算結果を示す信号２２ａを出
力する。

【００３３】図２は制御部により行われる処理手順を説
明するフローチャート（第１実施形態）であり、Ｓ１〜
Ｓ７は処理の各ステップを示す。

【００３４】以下、図１及び図２を参照して上記構成の
光学式寸法測定機の動作を説明する。

【００３５】まず、光学式寸法測定機１によって基準器
となる測定対象物（以下、基準ワークと言う）をマニュ
アル操作によって測定する。その際、測定手順（測定箇
所、測定順序、演算方法）をコンピュータ１０のメモリ
１４に記憶する。この時、各測定箇所でエッジを検出で
きるように光量調節部５を手動調節して照明光量を変化
させる。光量を変化させたタイミングと光量と光量制御
信号１１ａの値とを、メモリ１４に記憶させるが、その
際、光量を変化させたタイミングと光量とは基準値とし
て記憶される。このような作業を教示と言う。（ステッ
プ１） 次に、基準ワークに代えて、測定対象物２をステージ３
上に載置し、ステップ１で設定した光量制御信号１１ａ
によって測定対象物２を照明し、光学系６によってカメ
ラ７に形成された像の受光量を検出する（ステップ
２）。

【００３６】次に、検出した受光量と基準値との比較を
行い（ステップ３）、その差が所定値（例えば、基準値
の２０％）以上のときは、警告灯を点滅させたり、警告
音を発生させることによって視覚的、聴覚的に異常であ
ることを作業者に知らせ（ステップ４）、測定を中止す
る。これは、例えばランプ４が点灯していなかったり、
測定対象物２の位置がずれているとき等に発生する。

【００３７】他方、検出した受光量と基準値との差が所
定値以下のとき、さらに測定を続行し、基準値との差が
許容値（例えば、基準値の５％）以内であるか否かを判
断し（ステップ５）、許容値以内であるときは、測定対
象物２の寸法を測定する（ステップ６）。

【００３８】前記ステップ５の判断結果が否定（Ｎ
ｏ）、すなわち基準値との差が許容値以上であるとき、
初期条件（基準値）と一致するように差に相当する光量
の増減を指示する光量制御信号１１ａを光量調節部５へ
出力した後、再びステップ２へ戻り、前記各ステップを
繰り返す。

【００３９】この第１実施形態の光学式寸法測定機の採
用により、常にカメラ７が受ける光量が同一である条件
で測定を行うことができ、ランプ４の経年変化や交換等
に起因する測定誤差がなくなる。又、複数台の測定機
（一般にランプ４、光学系６、カメラ７の特性が異な
る）を使用しても同一条件で測定を行えるため、測定機
に起因する誤差がなくなる。更に、基準との差が所定値
以上であれば、測定を中止し警告を発するため、無駄な
測定を回避できる。

【００４０】したがって、安定した性能を備えた自動測
定機を構成することが可能となる。

【００４１】図３は制御部により行われる別の処理手順
を説明するフローチャート（第２実施形態）であり、Ｓ
１０〜Ｓ１７は処理の各ステップを示す。なお、図２の
フローチャートと重複する処理についても記載してあ
る。

【００４２】まず、前記第１実施形態のステップ１と同
様の処理を行い、光量を変化させたタイミングと光量制
御信号１１ａの値とを初期値（基準値としてではない）
としてメモリ１４に記憶させるとともに、基準ワークの
基準寸法を基準値としてメモリ１４に記憶させる（ステ
ップ１０）。

【００４３】ステップ１０で設定した光量制御信号１１
ａによって基準ワークを照明し、その寸法を測定する
（ステップ１１）。

【００４４】次に、測定して得た寸法と基準値との比較
を行い（ステップ１２）、その差が所定値（例えば、製
品の寸法公差の５倍）以上のときは、警告灯を点滅させ
たり、警告音を発生させることによって視覚的、聴覚的
に異常であることを作業者に知らせ（ステップ１３）、
測定を中止する。

【００４５】他方、測定して得た寸法と基準値との差が
所定値以下のときは、さらに測定を続行し、基準値との
差が許容値（例えば、製品の寸法公差の２倍）以内であ
るか否かを判断し（ステップ１４）、許容値以内である
ときは、適正光量であるとしてメモリ１４に記憶（ステ
ップ１５）し、基準ワークに代えて測定すべき測定対象
物２をステージ上に載置して寸法測定を行う（ステップ
１６）。

【００４６】なお、測定対象物の測定が、ステップ１０
に引続いて行われる場合のように、教示したときの光量
制御信号１１ａの値によって教示したときと同じ光量が
得られる場合には、ステップ１１，１２，１４，１５を
省略し、直接ステップ１６の処理を行ってよい。

【００４７】また、ステップ１５は、後述するステップ
１７で照明光量の調節を行った時にのみ必要なステップ
であり、光量調節が行われていない期間内においては省
略される。

【００４８】前記ステップ１４の判断結果が否定（Ｎ
ｏ）、すなわち基準値との差が許容値以上であるとき、
予め定めた光量の増減を指示する光量制御信号１１ａを
光量調節部５へ出力した後、再びステップ１１へ戻り、
前記各ステップを繰り返す。

【００４９】なお、照明の光量を増すと暗部の寸法は減
じ、照明の光量を減じると暗部寸法は増す傾向がある。

【００５０】この第２実施形態の光学式寸法測定機の採
用により、上記した第１実施形態で得られる効果に加
え、基準ワークとして寸法が国家標準器にトレータブル
な標準器、例えばブロックゲージを測定することで測定
対象物の寸法の絶対値も判定することができる効果を発
揮する。

【００５１】上記第１及び第２実施形態においては、ラ
ンプ４の光量を変化させることで照明光量を変化させた
が、変形例として、例えばランプ４の光量を一定として
おいて、絞りやフィルタをランプ４と測定対象物２との
間に配置し、これらを制御して照明光量を変化させるよ
うにしてもよい。

【００５２】上記実施の形態は透過照明の場合について
説明したが、反射照明（垂直落射照明）や傾斜照明の場
合についても適用できることは勿論である。

【００５３】また、カメラ７は固体撮像素子を２次元的
に配列したカメラ７を用いた場合について説明したが、
受光手段としては、例えば固体撮像素子を測定すべき寸
法方向に１次元的に配列した１次元イメージセンサ（ラ
インセンサ）でもよく、小型かつ安価に装置を構成する
ことができる。

【００５４】更に、エッジ検出部２１は、例えば特開昭
６０−６３４０２号公報に記載の如く、特性の等しい受
光素子を正方形の中心及び頂点に配置し、正方形の中心
にある受光素子の出力信号レベルを各頂点にある受光素
子の出力信号レベルの４倍に増幅し、各頂点にある受光
素子の出力信号を加算した加算信号から中心にある受光
素子の出力信号を減算し、信号が零レベルになったとき
にエッジ検出信号を出力させる。このエッジ検出信号
は、測定対象物を載置したステージを移動させて測定対
象物の像のエッジ、すなわち明暗の境界がエッジ検出部
の正方形の中心にある受光素子の中心に来たときに得ら
れる。そして、測定対象物２の寸法は、エッジ検出信号
２１ａと移動量検出器９から読み取られたステージ３の
移動量を示す信号９ａに基づいて求めることができる。

【００５５】

【発明の効果】以上に説明したように請求項１に記載の
発明の光学式寸法測定機によれば、照明光量は求めた値
が基準値となるように光量調節部で調節され、常に適正
な光量に制御されるので、例えば照明部の劣化、交換等
による測定誤差を防ぐことができ、常に正確な寸法測定
を行うことができる。

【００５６】請求項２に記載の発明によれば、エッジ検
出を画像処理部で行うので、ノイズの多い画像信号であ
ってもノイズ軽減などの前処理を施すことによってエッ
ジを検出することができる。

【００５７】請求項３に記載の発明によれば、少ない受
光素子によって受光手段を構成できるため、小型かつ安
価に装置を構成することができる。

【００５８】請求項４に記載の発明によれば、ステージ
を移動させた時の測定対象物の濃度変化かからエッジを
検出し、エッジ間のステージ移動量から寸法を測定する
ことで、迅速な寸法測定を行うことができる。

【００５９】請求項５に記載の発明によれば、照明光量
が変化したとき、比較手段が光量が基準値と異なること
を検出し、光量調節部は基準の光量が得られるように動
作するため、ランプの経年変化や交換等に起因する測定
誤差がなくなる。

【００６０】請求項６に記載の発明によれば、照明光量
が変化したとき、比較手段が寸法が基準器に対する基準
値と異なることを検出し、光量調節部は基準値が得られ
るように動作するため、ランプの経年変化や交換等に起
因する測定誤差がなくなるとともに測定対象物の寸法の
絶対値も判定できる。

【００６１】よって、使用環境、照明条件の違いに拘ら
ず常に安定した測定結果が得られる測定機を小型かつ安
価に提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はこの発明の一実施形態に係る光学式寸法
測定機のブロック構成図である。

【図２】図２は制御部により行われる処理手順を説明す
るフローチャート（第１実施形態）である。

【図３】図３は制御部により行われる処理手順を説明す
るフローチャート（第２実施形態）である。

【符号の説明】

１ 光学式寸法測定機 ２ 測定対象物 ３ ステージ ４ ランプ（照明部） ５ 光量調節部 ６ 光学系 ７ カメラ（受光手段） ８ 基台 ９ 移動量検出手段 １０ コンピュータ １１ 制御部 １２ 受光量算出部 １３ 比較部 １４ メモリ ２０ 画像処理部 ２１ エッジ検出部 ２２ 演算部 ３０ 操作部

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定対象物を照明する照明部と、前記測
   定対象物の像を形成する光学系と、前記光学系により形
   成された前記像を受け、その像の光量に応じた信号を出
   力する受光手段と、前記受光手段の出力信号を処理して
   前記測定対象物の寸法を演算する演算手段とを備えた光
   学式寸法測定機において、 前記照明部から照射される光量を変化させる光量調節部
   と、 前記受光手段の出力信号に基づいて求めた値と所定の基
   準値とを比較する比較手段とを設け、 前記比較手段による比較結果に基づいて前記求めた値が
   所定の基準値となるように前記光量調節部を制御する制
   御部を設けたことを特徴とする光学式寸法測定機。
2. 【請求項２】 前記受光手段は前記像の画像信号を出力
   する撮像手段であり、かつ前記演算手段は前記像の境界
   を検出するエッジ検出部とともに画像処理手段を構成す
   ることを特徴とする請求項１に記載の光学式寸法測定
   機。
3. 【請求項３】 前記受光手段は１次元イメージセンサで
   あることを特徴とする請求項１に記載の光学式寸法測定
   機。
4. 【請求項４】 前記測定対象物が載置され、前記光学系
   の光軸に垂直な面内で前記測定対象物を移動させるステ
   ージと、前記ステージの移動量を検出する移動量検出手
   段とを備え、 前記受光手段を単一又は複数の受光素子で構成し、かつ
   前記ステージを移動させて得られる前記受光素子の信号
   を受けた前記エッジ検出部からの信号と前記移動量検出
   手段からの信号とを用いて、前記演算手段が測定対象物
   の寸法を演算することを特徴とする請求項１に記載の光
   学式寸法測定機。
5. 【請求項５】前記基準値は予め設定した光量であること
   を特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学式寸
   法測定機。
6. 【請求項６】 前記基準値は予め設定した基準器となる
   測定対象物の基準寸法であることを特徴とする請求項１
   〜４のいずれかに記載の光学式寸法測定機。