JPS60196606A - 映像システムによる位置測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
の直交軸に沿っ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５ 〔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、孔をあけである位置を正確
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、たった数個の孔をあけであるだけのパネル
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。従って、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
よっ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ュ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って測定すべきマ
ークのフケールを感知したと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
キュ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
定であってそれゆえに、その移動に要した時間を長さに
換算することかでざる。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３５４６６７
１号がある。

さて、最近では、プリン１−回路基板のパネルの単位面
積あたりにより多くの回路は１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ってい
る。それに加えて、パネルは、多くの層を重ね合わせて
形状されるので、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どいる う上述の通常の手段は用いｙ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１−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
によっ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１〜ラストの境
界線を感知し、走査してゲー１−を開き一定周期のパル
スをアキュムレータに格納し、そして測定値をディジタ
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
望の頻度によってパルスを有効にゲートできるように選
択される。アキュムレータに収められたディジタル値は
コンピュ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１
０はＹ軸に沿って移動可能に支持されている。このテー
ブル装置】０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」一方には、Ｘ軸に沿って移動可能としたキャリ
ジ１５が支持されている。キャリジ１５に２土オーバー
ヘツド型の一対のビデオカメラ１３、Ｉ４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Ｉ
Ｉの孔１２が視察される。テーブルＩ６はブロック１８
に固定したガイド控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ュー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１６のＹ軸方向に沿う移動量及び移動方向は
、テーブル１Ｇ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ューサ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
あられされる。尚、パネルＩＩは。

テーブル１Ｇ上に設けた複数のｖ字状ブロック２３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１Ｊ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って開始
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υ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、Ｃａ１ｉｆｏｒｎｉａ、Ｍｏｕｎｌ、；ａｊ、ｎ
　Ｖｉｅｗ居在の５ｉｅｒｒａＳｃｉｅｎＬ；１ｆｉｃ
　Ｃｏｒｐ、の阿ｏｄｅｌ　ＬＳＶ　−１，５／ＤＢＡ
　−１等を使用してもよい。それらのビデオカメラ１３
．１４はガイド捧３１に沿ってＸ軸方向に移動可能なキ
ャリジ１５上に支持されており、キャリジ１５はハンガ
ーブロック３２に支持されている。尚、ハンガーブロッ
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を搭載したキャリジ１５
は、テーブル１６と同様に、リードスクリュー（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
同様にキャリジ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３３に設けた不透明の目盛
を、光を感知しうる１〜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
キャリジ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）から光ファイバーの束３６によって導かれた光が照
射されている。そして、孔３５は照準レンズ３７と、ビ
ームスプリッタ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４ｏ、４１とを介して
ビデオカメラＩ３、Ｉ４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３
７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１３、Ｉ４かｌ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
ピュータシステムの制御を受【づる。このコンピュータ
システムはテーブル１Ｇ及びキャリジ１５の位置制御と
、ビデオカメラのシャッターの制御と、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ＣＰ　Ｕ
　（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｄｅｓｓｏｒ　ｔｌｎｉｊ　
：＝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
、データの平均値をめることはマイクロプロセッサ６０
の制御のもとに行われる。尚、マイクロプロセッサ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、あるホーノ、ポジショ
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１６を配置ブロック２３のう
ちの１つのマークであるパホーム″ポジションへと移動
させることにより開始される。他の配置ブロックについ
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、ホームポジションにあるときのモ
ニタスクリーン（図示しない）の画素を中点にセットす
ることによってホームポジョンが座標軸の（０’、Ｏ）
に設定される。このあと、テーブル装置１０とキャリジ
１５の移動方向及び移動量がスケール２２．２３と、ト
ランスジューサ２１．３４の組み合わせによって個別に
測定される。

さて、孔Ｉ２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によっ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１３．１
４の作動システムはどちらも等しいので、以下ではＸ軸
につぃての作動システムのみを詳述しよう。

（ａ）　ｅ乏二じ仁１と文士１Ｊ１０ｊ斬併ビジコンカ
メラ１３によってモニタ（図示しない）に映し出される
孔３５は第２図へ）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
界内を横切っ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って決定される
が、このことによりレンズの倍率を変更するだ番づで走
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１１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４Ｇから孔
の中心までの距離を測定する必要がある、ということで
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ュ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１２６７ｚｓｃｃ毎
に一本の走査がなされる。

そして、走査速度がわかっておりパルス周期が一定だか
ら、アキュムレータがゲー１〜される毎にその泪数値は
距離をあられすことになる。

（ｂ）制御回路のブロック図 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プロセッサ
のブロック図である。この実施例で使用されるマイクロ
プロセッサはＴｌ１ｉｎｏｉｓ　。

Ｓｃｈａｕｍｂｕｒｇに位置するＭｏｔ、ｏｒｏｌａ　
Ｃｏｒｐｏｒａｔ、ｊｏｎから入手可能なｍｏｄｅｌ　
６８００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、距離をあられすパルス
の言１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棲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「明」レベル
をそれぞれあられす。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Ｊ
レベルに立ち下がり、さらに次に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１−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）に示しである。この信号はｉｌ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」
二か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１−５３が
、走査線の開始を告げる第２図Ｃ）の計数可能信号の立
ち上がりによって開かれると、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、ラッチ５７に
対するセット信号がカウンタ５５の計数値をラッチする
。このラッ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れすこ
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５４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っことになる。

次の「暗」から「明」への信号の発生により、マイクロ
プロセッサ６０はカウンタ５５の割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でマイクロプロセッサ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とラッチ５７にリセット信号が出
される。この動作によりカウンタ５８とラッチ５７のＲ
４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の種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を横切っていない
が、あるいは走査線が横切った孔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−っの技術で
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がより大きければ、比較器
５９からマイクロプロセッサ６゜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ッチ５７のデータと
カウンタ５８の計数値とがマイクロプロセッサ６ｏ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とラッチとは次の走査に備えて現在
のデータをリセットされる。

ところで、ビジコンカメラによって与えられた５２５本
の走査線は、信頼でき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
セッサ６ｏをプログラムしである。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、が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
ロセッサ６ｏによっ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
用いることによって、孔の中心座標位置をめることにお
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、よっ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ャート 第５図はマイクロプロセッサ６０の説明プログラムのフ
ローチャ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、「データロート
」、すなわちマイクロプロセッサ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」レベルの幅とはラッチ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３５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〉予定値であわ
ばそのままデータをマイクロプロセッサ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〈予定値であった場合
は、そのときの「明Ｊ　「暗」何れのレベルの幅の値も
リセットされ、これときの走査線はマイクロプロセッサ
６０によりカウントされない。

こうして、マイクロプロセッサ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ｊレベルのデータと「暗」レベルの
データがそ、１１．ぞれ１６個ずつ揃っている。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）であった
とすると、孔の中心の座標位置の、画面（第２図）の端
縁からの距離又は、次のようにあられされる：６ Ｘ＝ｖ４・　Σ　（Ｂｉ＋　（Ｄｉ／２））　／１６ｉ
＝ま ただし、■・・・・走査速度、ｆ・・・・発振器５２の
クロックパルスの周期。

また、半径ｄは１次のようにあられされる：６ さらにｄの偏差は、上記ｄの値を用いて、からめら九る
。

これらの演算をマイクロプロセッサ用の言語（例えばア
センブラ）で実行することは当業者にとって周知だから
、ここではこれ以」二の言及は避ける。

さてこうしで、Ｘ、ｄ、σの値がめられたら。

次にこれらの値の評価を行う。すなわち、マイクロプロ
セッサ６０に予め許容範囲の値として記憶されているデ
ータと上記Ｘ、ｄ、σの値と、それらが許容範囲内にあ
るか否かのメツセージとを併せてプリンタに出力し、１
個の孔の測定を終了する。

尚、このフローチャートは１個の孔を測定する場合につ
いて示しているが、複数の孔を自動的に次々に測定する
ように構成することも、上記の記載から容易である。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、複数回の走査によっ
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めるようにし
たので、測定精度を向」ニ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
ブロック図、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ャー１−
である。 １１・・・・パネル−１２・・・・孔（閉領域）、Ｉ３
．１４・・・・ビデオカメラ、１５・・・・キャリジ、
１６・・・・テーブル、１９・・・・モータ、２０・・
・・リードスクリュー、２１．３４・・・・トランスジ
ューサ、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Ｉ〜（第２のゲート手段）、
５５パ・・第１のカウンタ、５８・・・・第２のカウン
タ、・６０・・・・マイクロプロセッサ（演算手段）。 出願人　インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・
コーポレーション 代理人　弁理士　岡　１）　次　生 （外１名） 第３図 第１頁の続き ０発　明　者　ケウ′イン・アーサー・ドーソン ０発　明　者　デーピッド・ジエーム ズ・スロワ アメリカ合衆国ニューヨーク州エンディコツト、オーク
・ヒル・アベニュー１００幡地 アメリカ合衆国ニューヨーク州ジョンソン・シティ、バ
リー・エル・ドライブ７５旙地

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）上面に他の領域とは光の反射率の異なる閉領域を
   もつパネルと、 前記パネルの閉領域の外の基準位置から閉領域を横切る
   ように光を照射し直線走査して前記閉領域以外からは第
   １のレベルの反射光を、前記閉領域からは第２のレベル
   の反射光を受けるとともに、前記直線走査はその走査方
   向との直交方向にスライドしながら複数回行うようにし
   た光走査手段と、前記光走査手段が第１及び第２のレベ
   ルの反射光を受けとる期間よりも短い一定周期のパルス
   を発生するための発振器と、 前記発振器のパルスを計数するための第１及び　・第２
   のカウンタと、 前記光走査手段が第１のレベルの反射光を受けとる期間
   のみ前記パルスを前記第１のカウンタに供給するように
   ゲートする第１のゲート手段と、前記光走査手段が第２
   のレベルの反射光を受けとる期間のみ前記パルスを前記
   第２のカウンタに供給するようにゲートする第２のゲー
   ト手段と、１回毎の走査における前記第１及び第２のカ
   ウンタのそれぞれの計数値を順次記憶し、所定回数の走
   査の終了後、記憶した前記計数値の平均値を演算して出
   力する演算手段と、 とを具備する映像システムによる位置測定装置。
2. （２）前記演算手段は前記第１のカウンタの計数値と前
   記第２のカウンタの計数値の１／２との和の平均値を演
   算するようにしてなる特許請求の範囲第（１）項に記載
   の映像システムによる位置測定装置。
3. （３）前記演算手段は、前記第２カウンタの計数値が所
   定の値よりも小さいときにそれに対応する走査線のデー
   タを記憶しないようにしてなる特許請求の範囲第（１）
   に記載の映像システムによる位置測定装置。