JPH11351824A - 座標系補正方法及び画像測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ワークの座標系を自動的に補正して測定手順
ファイルの効率的な実行を可能とする画像測定装置を提
供する。 【解決手段】 画像測定装置は、非接触型の測定機本体
１と、この測定機本体１を駆動制御すると共に必要な測
定データを処理するコンピュータシステム２を有する。
同形状のワーク１２を次々に測定する際の位置合わせの
ために、最初のワークの撮像画像の特定領域をパターン
テンプレートとして指定して保存登録する。二つ目以降
のワークについて、その撮像画像と登録されているパタ
ーンテンプレートとのパターンマッチング処理を行い、
位置ズレ及び角度ズレを自動補正した後、測定手順ファ
イルを実行する。

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、非接触三次元測
定機等の画像測定装置に係り、特に同形状の複数のワー
クを測定する場合の各ワークの座標系補正方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ＣＮＣ（Computer Numerical Control）
タイプの画像測定装置を用いて同形状の複数のワークの
寸法等を測定する場合、測定手順ファイルによる測定作
業の自動化が行われている。測定手順ファイルは、一つ
のワークについてジョイスティック等を用いた測定作業
を進めると同時に作成されて、パートプログラムファイ
ルとしてコンピュータに記録される。二つ目以降のワー
クについては、記録されている測定手順ファイルに従っ
て、自動的に測定作業が進められることになる。

【０００３】この様な非接触型の画像測定装置による自
動測定作業において、二つ目以降のワークをステージに
載せるときに、測定手順ファイルを作成したときのワー
クの位置とのズレが生じないように、ワークの正確な位
置合わせが必要となる。もし、位置ズレがある状態で測
定手順ファイルを実行すると、そのズレ量の大きさによ
ってはエッジ検出ができなかったり、意図しない位置に
エッジが求められるといった不具合が生じるからであ
る。

【０００４】ステージ上のワークの位置合わせを正確に
行う第１の方法は、専用の位置合わせ治具を用いること
である。専用の治具を用いず位置合わせを行う第２の方
法としては、測定しようとするワークをステージに載せ
た後に、測定手順ファイルを作成したときに基準とした
ワーク座標系と同じ位置にワーク座標系を設定して、こ
のワーク座標系を基準として測定手順ファイルを実行す
る方法がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した第１の方法で
は、測定しようとするワークの形状に応じて位置合わせ
治具を用意しなければならない。これに対して第２の方
法は専用の治具を必要としないが、個々のワークについ
てワーク座標系を設定しなければならない。このため、
作業効率が悪く、測定の自動化の妨げとなる。

【０００６】この発明は、上記事情を考慮してなされた
もので、ワークの座標系のズレを自動的に補正して測定
手順ファイルの効率的な実行を可能とする、画像測定装
置の座標系補正方法と画像測定装置を提供することを目
的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、ワークを撮
像し、得られた画像データを処理してワークの形状，寸
法等の測定を行う非接触型の画像測定装置における座標
系補正方法であって、第１のワークを撮像して得られた
ワーク画像を表示し、この表示されたワーク画像の特定
領域をパターンテンプレートとして指定し、この指定さ
れたパターンテンプレートの座標系を設定し、前記パタ
ーンテンプレート及びその座標系を記憶し、第２のワー
クを撮像して得られたワーク画像と前記パターンテンプ
レートとの間でパターンマッチング処理を行い、このパ
ターンマッチング処理により検出された第２のワークの
座標系と記憶されている前記パターンテンプレートの座
標系との間のズレ量を算出して補正することを特徴とし
ている。

【０００８】この発明はまた、ワークを撮像し、得られ
た画像データを処理してワークの形状，寸法等の測定を
行う非接触型の画像測定装置であって、第１のワークを
撮像して得られた画像を表示する画像表示手段と、この
画像表示手段により表示された画像の特定領域をパター
ンテンプレートとして指定する領域指定手段と、この領
域指定手段により指定されたパターンテンプレートの画
像情報と座標系情報を記憶する記憶手段と、第２のワー
クを撮像して得られた画像と前記記憶手段に保持された
パターンテンプレートとの間でパターンマッチング処理
を行うパターンマッチング手段と、このパターンマッチ
ング手段により求められた第２のワークの座標系と前記
パターンテンプレートの座標系との間のズレ量を算出す
る座標系ズレ量算出手段とを有することを特徴としてい
る。この発明において好ましくは、前記座標系ズレ量算
出手段により求められた座標系のズレ量に基づいて前記
第２のワークの座標系補正を行う座標系補正手段を有す
るものとする。更にこの発明において好ましくは、前記
記憶手段に記憶されたパターンテンプレートの画像情報
及び座標系情報と関連付けられた測定手順を記録した測
定手順ファイルを有するものとする。

【０００９】この発明においては、非接触型の画像測定
装置により同じ形状の複数のワークを測定手順ファイル
に従って測定する場合に、最初のワーク画像の特定領域
を指定してこの特定領域をパターンテンプレートとして
作成登録し、二つ目以降のワークについて、測定手順フ
ァイルの実行に先立って、そのワーク画像と登録されて
いるパターンテンプレートの間のパターンマッチング処
理を行う。そしてこのパターンマッチング処理の結果に
基づいて、自動的にワークの位置ズレ補正を行うことに
より、専用の位置合わせ治具が必要なくなる。また位置
合わせのために個々のワーク毎にワーク座標系を設定す
るという作業が要らず、測定作業の効率向上が図られ
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施例を説明する。図１は、この発明の一実施例のＣ
ＮＣ画像測定装置の全体構成を示す。この装置は、非接
触型の画像測定機本体１と、この測定機本体１を駆動制
御すると共に必要な測定データを処理するコンピュータ
システム２と、測定機本体１をマニュアル操作するため
の指令入力部３と、計測結果をプリントアウトするプリ
ンタ４とから構成されている。

【００１１】測定機本体１は、架台１１と、この上に装
着された、ワーク１２を載置するための測定テーブル１
３を有する。測定テーブル１３は、図示しないＹ軸駆動
機構によりＹ軸方向に駆動される。架台１１の後端部に
は上方に延びるフレーム１４が固定されている。このフ
レーム１４の上部から前面に張り出したカバー１５の内
部には、測定テーブル１３を上部から臨むように、図示
しないＸ軸及びＺ軸駆動機構及び回転駆動機構により駆
動されるＣＣＤカメラ１６が取り付けられている。ＣＣ
Ｄカメラ１６の下端には、ワーク１２を照明するリング
状の照明装置１７が備えられている。

【００１２】コンピュータシステム２は、コンピュータ
本体２１、キーボード２２、マウス２３及びＣＲＴディ
スプレイ２４を備えて構成されている。コンピュータ本
体２１を中心とするこのシステムは例えば、図２のよう
に構成されている。ＣＣＤカメラ１６で捉えられたワー
ク１２の画像信号は、ＡＤ変換部３１で多値画像データ
に変換され、画像メモリ３２に格納される。画像メモリ
３２に格納された多値画像データは、表示制御部３３の
制御によりＣＲＴディスプレイ２４に表示される。キー
ボード２２及びマウス２３からのオペレータの指令は、
インタフェイス（Ｉ／Ｆ）３４を介してＣＰＵ３５に伝
えられる。ＣＰＵ３５は、オペレータの指令又は、プロ
グラムメモリ３６に格納されたプログラムに従って、ス
テージ移動等の各種処理を実行する。ワークメモリ３７
は、ＣＰＵ３５の各種処理のための作業領域を提供す
る。

【００１３】ＣＣＤカメラ１６のＸ軸方向及びＺ軸方向
の位置を検出するために、Ｘ軸エンコーダ４１及びＺ軸
エンコーダ４３が設けられ、またステージ１３のＹ軸方
向位置を検出するためにＸ軸エンコーダ４２が設けられ
ている。これらのエンコーダ４１〜４３の出力は、ＣＰ
Ｕ３５に取り込まれる。ＣＰＵ３５は、取り込まれた位
置情報とオペレータの指令に基づいて、Ｘ軸駆動系４４
及びＺ軸駆動系４６を介してＣＣＤカメラ１６をＸ軸方
向及びＺ軸方向に駆動し、Ｙ軸駆動系４５を介して測定
テーブル１３をＹ軸方向に駆動する。照明制御部３９
は、ＣＰＵ３５で生成された指令値に基づいてアナログ
量の指令電圧を生成し、照明装置１７を駆動する。

【００１４】この実施例の測定装置で同形状の複数のワ
ークの形状、寸法等を測定する場合、最初の一つのワー
クについて測定作業を行って測定手順ファイルが作ら
れ、これがコンピュータシステム２に記録され、以後こ
の測定手順ファイルに従って自動測定が行われる。そし
てこの実施例では、上述の測定手順ファイルの実行に先
立つワークの位置ズレ及び角度ズレを含む座標系のズレ
を補正する操作は、パターンマッチングの手法を利用し
て、次のように自動化されている。

【００１５】パターンマッチングによる座標系補正を行
うには、その基準となるパターンテンプレートが必要に
なる。図３は、パターンテンプレートの作成及び登録の
処理プロセスを示している。まず、一つのワークを測定
装置の測定テーブル１３に載せてこれを撮像し、その画
像をＣＲＴディスプレイ２４の画像ウインドウに表示さ
せる。そしてメニューから「パターン登録」コマンドを
選択して、画像ウインドウに表示されている画像の特定
領域をマウス２３でドラッグして指定する（Ｓ１）。図
４は、説明をわかりやすくするための一例として、ワー
ク上に矢印状のマーク４０１とその先端に原点を示す十
字パターン４０２とが付されている場合の画像を示して
いる。この様なワーク画像のうち例えば、破線で示す特
定領域４０３をパターンテンプレート領域として指定す
る。

【００１６】実際のパターンテンプレートとしては、例
えばワークがプリント配線基板（ＰＣＢ）であれば、そ
のプリント配線のなかの特徴的なパターンを含む適当な
領域を選択すればよい。パターンテンプレートは、例え
ば２５６階調の画像情報と、テンプレート座標系（原点
とｘ軸）とから構成される。パターンテンプレートの大
きさやテンプレート座標系は任意に設定することができ
る。具体的に図４で特定されたテンプレートについて、
図５に示すように、矢印マーク４０１の横方向をｘ軸と
し、十字パターン４０２を原点（ｘ０，ｙ０）として設
定する（Ｓ２）。またテンプレートの画像の大きさは例
えば、１４４×１３８ピクセルとする。

【００１７】この様に作成されたパターンテンプレート
は、コンピュータシステムのハードディスク等に保存登
録する（Ｓ３）。なお、必要なら、複数枚の画像から一
つのパターンテンプレートを作成することも可能であ
る。この場合には、複数枚の画像の相互位置関係情報を
別途保存登録する。この様に、離れた位置にある複数の
パターンを相互の位置関係を明確にしながら一つのパタ
ーンテンプレートにすると、パターンマッチング処理を
行ったときより精度の高い位置合わせができる。

【００１８】以上のパターンテンプレートの作成と登録
は実際には、最初のワークについて測定手順ファイルを
作成する作業と平行して行うことができ、測定手順ファ
イルとの関連づけを行って登録される。そして、２つ目
以降のワークの測定に際して、登録されたパターンテン
プレートを用いたパターンマッチング処理により自動的
なワークの位置合わせを行う。このパターンマッチング
処理のプロセスを図６に示す。

【００１９】パターンマッチングの実行は、登録された
パターンテンプレート情報（画像情報とテンプレート座
標系情報）のうち、画像情報を用いて行う。即ち、測定
すべきワークを測定テーブル１３上に置き、その画像を
ＣＲＴディスプレイ２４の画像ウインドウに表示して、
オペレータはマウス等を用いて画像ウインドウ中に適当
な大きさの検索範囲を指定する（Ｓ１１）。そして登録
されているパターンテンプレートを選択し（Ｓ１２）、
検索条件を指定して（Ｓ１３）、マウス又は実行キーの
操作により検索を実行する（Ｓ１４）。

【００２０】検索条件としては、パターンマッチング計
算に用いる情報量、検索間隔（サンプリング間隔）、マ
ッチング判定のしきい値、検索開始角度及び終了角度、
検出される点の最大数等を指定することができる。この
検索条件の指定と検索実行により、ＣＰＵは指定された
検索範囲と検索条件の範囲内で、パターンテンプレート
の画像と一致する点（群）を検索する。パターンマッチ
ング計算のアルゴリズムとしては、ＯＣＲソフトの文字
認識によく利用されているテンプレートマッチングの手
法が利用可能である。特にこの発明では、このテンプレ
ートマッチングにおいて、パターンに多少の変形があっ
ても対応できるように、登録された２５６階調のパター
ンと対象となる画像との相互相関を求め、これを正規化
した値を一致度の尺度として利用する、いわゆる濃淡画
像の正規化相互相関（Normalized Grayscale Correlati
on）の手法を利用する。従って、個々のワークに傷や色
むらがあったととしても正確にマッチングを行うことが
可能である。検索に成功すると、ＣＰＵは検索された座
標系情報と、登録されているパターンテンプレートの座
標系情報に基づいて自動的に、両座標系のズレ量（位置
ズレ量及び角度ズレ量）を算出し、その算出結果に基づ
いてワークの位置補正及び角度補正を行う（Ｓ１５）。

【００２１】検索条件の設定によっては、図７に示すよ
うに、画像ウインドウ中でテンプレート画像が傾斜して
表示されている状態でも対応可能である。検索により求
められた画像ウインドウ中の原点位置（Ｘ１，Ｙ１）
と、登録されているテンプレート座標系の原点（ｘ０，
ｙ０）の間の位置ズレ、及び座標系の角度ズレθを吸収
するように、例えばＣＣＤカメラ１６及び測定テーブル
１３の直線運動と、ＣＣＤカメラ１６の回転運動が制御
されることになる。

【００２２】なお、検索範囲を指定するステップＳ１１
において、画像ウインドウ中にテンプレート画像が完全
な形で含まれていない場合には、測定テーブル１３を移
動させて、テンプレートの情報が完全な形で画像ウイン
ドウに表示されるようにすることが必要である。このテ
ーブル移動は、例えばＸ軸方向の移動について図８に例
示するように、破線で示す移動前画面と実線で示す移動
後画面とが、図５に示すテンプレートの大きさＡに相当
する分オーバーラップさせる。この様なテーブル移動を
行えば、図８に示すように、移動前画面の左端にテンプ
レート画像８０１が一部欠けた状態で表示されている場
合でも、移動後画面のなかに完全なテンプレート画像８
０１の情報が含まれることになる。Ｙ軸方向の画面移動
についても同様に、移動前後でテンプレートのＹ軸方向
の大きさ分だけオーバーラップさせる。

【００２３】以上のようにこの実施例によれば、同じ形
状の複数のワークを測定手順ファイルに従って測定する
場合に、測定手順ファイルの実行に先立ってパターンマ
ッチングによりワークの座標系補正を自動的に行うこと
ができる。そしてこの実施例によれば、位置合わせのた
めの専用の治具が必要なくなり、また、個々のワーク毎
にワーク座標系を設定する操作も必要ないため、測定の
作業効率が高いものとなる。また、パターンマッチング
を行うことにより、ワークのある部分が全体に対してど
れだけずれているかといった情報を得ることもできる。
更に、単にワークの位置合わせだけでなく、画像中の特
定箇所を探し出し、その特定箇所を例えば画面の中央に
移動させることにより、測定の操作性を向上させること
もできる。

【００２４】

【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、非
接触型の画像測定装置により同じ形状の複数のワークを
測定手順ファイルに従って測定する場合に、専用の治具
を用いることなく、測定手順ファイルの実行に先立って
パターンマッチングによりワークの座標系補正を自動的
に行うことができ、測定作業の効率向上が図られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一実施例による画像測定装置の構
成を示す。

【図２】 同実施例のコンピュータシステム構成を示
す。

【図３】 同実施例の装置によるパターンテンプレート
作成及び登録のプロセスを示す。

【図４】 同実施例のパターンテンプレート作成の具体
例を示す。

【図５】 同実施例のパターンテンプレートの座標系を
示す。

【図６】 同実施例の装置のパターンマッチング処理の
プロセスを示する

【図７】 同実施例のパターンマッチング処理工程での
画像表示例を示す。

【図８】 同実施例の装置でのステージ移動の例を示
す。

【符号の説明】

１…画像測定機本体、２…コンピュータシステム、３…
指令入力部。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワークを撮像し、得られた画像データを
   処理してワークの形状，寸法等の測定を行う非接触型の
   画像測定装置における座標系補正方法であって、 第１のワークを撮像して得られたワーク画像を表示し、 この表示されたワーク画像の特定領域をパターンテンプ
   レートとして指定し、 この指定されたパターンテンプレートの座標系を設定
   し、 前記パターンテンプレート及びその座標系を記憶し、 第２のワークを撮像して得られたワーク画像と前記パタ
   ーンテンプレートとの間でパターンマッチング処理を行
   い、 このパターンマッチング処理により検出された第２のワ
   ークの座標系と記憶されている前記パターンテンプレー
   トの座標系との間のズレ量を算出して補正することを特
   徴とする座標系補正方法。
2. 【請求項２】 ワークを撮像し、得られた画像データを
   処理してワークの形状，寸法等の測定を行う非接触型の
   画像測定装置であって、 第１のワークを撮像して得られた画像を表示する画像表
   示手段と、 この画像表示手段により表示された画像の特定領域をパ
   ターンテンプレートとして指定する領域指定手段と、 この領域指定手段により指定されたパターンテンプレー
   トの画像情報と座標系情報を記憶する記憶手段と、 第２のワークを撮像して得られた画像と前記記憶手段に
   保持されたパターンテンプレートとの間でパターンマッ
   チング処理を行うパターンマッチング手段と、 このパターンマッチング手段により求められた第２のワ
   ークの座標系と前記パターンテンプレートの座標系との
   間のズレ量を算出する座標系ズレ量算出手段とを有する
   ことを特徴とする画像測定装置。
3. 【請求項３】 前記座標系ズレ量算出手段により求めら
   れた座標系のズレ量に基づいて前記第２のワークの座標
   系補正を行う座標系補正手段を有することを特徴とする
   請求項２記載の画像測定装置。
4. 【請求項４】 前記記憶手段に記憶されたパターンテン
   プレートの画像情報及び座標系情報と関連付けられた測
   定手順を記録した測定手順ファイルを有することを特徴
   とする請求項２記載の画像測定装置。