JP6427332B2 - 画像測定機 - Google Patents

Description

本発明は、画像測定機に係り、特に、ステージ上に載置された同形状の複数のワークを測定する場合に用いるのに好適な画像測定機に関する。

特許文献１に記載されているように、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、一つのワーク又はマスターワークについて作業者により逐次測定作業を進めると同時にこの測定作業を記録して作成されて、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、この記録された測定手順ファイルに従って、ステージ移動やオートフォーカス、画像取得と画像処理、幾何計算等の各種演算処理などを自動的に実行することになる。

このような画像測定装置による自動測定作業において、同形状のワークを複数個繰り返して測定する場合の測定方法として、「ステップ＆リピート」機能が用意されている。

この「ステップ＆リピート」機能を利用する場合、被測定物の設置は、図１（Ａ）に例示する「配列並び」の場合は行列方向それぞれに対し、また図１（Ｂ）に例示する「円形並び」の場合は円周上で、等間隔に設置して、図２に例示するような設定画面により設定するのが基本である。つまり複数の被測定物がマトリックス状、もしくは、円形状に配置されていることが必要であった。

従って、測定の際には、ワークを設置する為の専用治具を用意し、ワーク数や縦横の配置数、及び、間隔などを予め設定することで繰り返し測定処理を実現している。

特開平１１−３５１８２４号公報

しかしながら、このような専用治具に設置するワークが、配列項目数に一致しない場合（つまり、配列が歯抜けになるような状態）や、ワーク数がパートプログラム記録時と実行時で異なる場合等、記録時のワーク設定数のままでパートプログラムを実行すると、ワークが設置されていない測定箇所では、測定エラーとなってしまう。この問題を回避する為には、パートプログラムを実行する際に、測定対象外ステップに対して、測定省略すべき場所の指定の操作が必要となってしまい、操作が面倒である。例えば、図１に例示したステップ＆リピート設定画面の場合、スキップさせたい箇所を「省略するステップ」欄に指定する必要がある。

また、そもそも専用治具がない場合、複数の被測定物を一度にステージ上に載置してパートプログラムを実行して自動で測定するということはできなかった。さらに一個ずつ被測定物をステージに載置してパートプログラムで自動測定する場合、載置するステージ上の位置と姿勢（向き）を毎回正確に一致させてからでないと、パートプログラムによる自動測定でエラーが発生してしまい自動測定ができなかった。

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、同形状の複数ワークを測定する際に、配列状態、円形状態のような等間隔ワーク配置を行わず、且つ、ワーク姿勢に関係なく、繰り返し測定を可能として、操作性向上を図ることを課題とする。

本発明は、直交するＸＹ軸に沿って移動可能なＸＹステージを備えた画像測定機において、前記ＸＹステージ上に載置された同形状を有する複数の被測定物を撮像する手段と、予め登録された画像パターンとパターンマッチングにより各被測定物の位置及び回転角度を特定する手段と、特定された位置及び／または回転角度を用いて各被測定物の寸法を測定すると共に、各被測定物のＸＹステージ上の座標値を検出する手段と、を備えるようにして、前記課題を解決したものである。

ここで、前記パターンマッチングにより特定された各被測定物の位置及び／または回転角度を用いて、各被測定物の寸法測定用の座標系を設定することができる。

又、前記パターンマッチングにより特定された被測定物の数を繰り返し処理数として設定することができる。

本発明によれば、同形状の複数ワークを測定する際に、配列状態、円形状態のような等間隔ワーク配置を行わず、且つ、ワーク姿勢に関係なく、繰り返し測定を可能として、操作性向上を図ることが可能となる。更に、測定用の治具も不要となる。

（Ａ）配列並び及び（Ｂ）円形並びにおける従来のステップ＆リピート設定画面の例を示す図 ワークを等間隔に設置する場合の従来のステップ＆リピート設定画面の例を示す図 本発明が適用されるＣＮＣ画像測定装置の一例の全体構成を示す斜視図 同じくコンピュータシステム構成を示すブロック図 同じく本発明の実施形態の処理手順を示すフローチャート 同じくパターンサーチによるワーク認識状態を示す図 同じくパートプログラムコマンドの実施例を示す図

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態及び実施例に記載した内容により限定されるものではない。又、以下に記載した実施形態及び実施例における構成要件には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。更に、以下に記載した実施形態及び実施例で開示した構成要素は適宜組み合わせてもよいし、適宜選択して用いてもよい。

図３は、本発明が適用されるＣＮＣ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。

測定機本体１は、架台１１と、この上に装着された、被測定物であるワーク１２を載置するためのＸＹステージでなる測定テーブル１３を有する。測定テーブル１３は、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、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（ＣＣＤ以外のカメラであってもよい）１６が取り付けられている。ＣＣＤ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。

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（液晶ディスプレイ等、他のディスプレイであってもよい）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４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。

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、また測定テーブル１３のＹ軸方向位置を検出するためにＹ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、ＣＰＵ３５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。

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、記録モードでマスターワークについて測定作業を行って測定手順ファイル（パートプログラム）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実行モードで自動測定が行われる。

本実施形態における繰り返し処理パートプログラムの手順を図５に示す。

先ず、ステップ１００で、図６に例示する如く、記録モードで記録したマスターワークのパターン画像を用いたパターンマッチングによりワークを探すパターンサーチ処理により一画面内のワークを全て認識して、ワーク数及び各ワークの位置と回転角度の両方を検出することができる。このようにして一画面内の測定における繰り返し測定の繰り返し数をパートプログラム実行中に自動的に測定する。ここで、パターンサーチ処理を適用するため、各ワークの位置と回転方向のワーク姿勢は任意で構わない。

次いで、ステップ１１０で、ステップ１００のパターンサーチ処理で取得されたワーク数を繰り返し処理数として設定する。

次いで、ステップ１２０で、ステップ１００のパターンサーチ処理で検出した各ワークの位置と回転角度のデータを用いて、各ワークの寸法を測定するためのワーク座標系データを生成し、繰り返し処理毎に対象ワークの座標系を自動的に設定する。

次いで、ステップ１３０で、ステップ１２０で設定したワーク座標系を用いて、各ワークに対してエッジ検出ツールを含む画面内の全測定ツールを実行し、寸法測定処理を行う。このようにして繰り返し処理中の各ワーク測定の際、座標系が自動的に設定されるため、ワークに関連付けられたエッジ検出ツール位置及び回転角度も自動的に設定され、複数ワークの一括測定処理が自動的に実行されることになる。

次いで、ステップ１４０で、測定実行数が、ステップ１１０で設定した繰り返し処理数以上になったか判定する。

ステップ１４０の判定結果が否である場合には、ステップ１２０に戻って寸法測定を繰り返す。

一方、ステップ１４０の判定結果が正となった場合には、繰り返し測定処理を終了する。

パートプログラムにおける繰り返し処理実施例を図７に示す。

「ワーク認識」コマンドで、同形状の測定ワークの数、及び位置／回転角度データを取得し、「ワークオフセット」コマンドで、先に取得した位置／回転角度データで座標系を設定する。

パートプログラム記録の際は、マスターワーク１つに対して、「ワーク認識」コマンド登録（パターンサーチ処理）及び、測定コマンド（エッジ検出ツールの登録）を実施すればよい。

このようにしてパートプログラム実行時には、「ワーク認識」コマンドで複数ワークの検出処理が自動的に処理される。

本実施形態においては、パターンサーチ処理で繰り返し数を求めているので、パートプログラム実行前のワーク数入力操作が不要となり、極めて容易に測定できる。更に、ワーク数及びワーク姿勢は問わないので、繰り返し測定処理用の治具が不要となる。

また、各ワークの位置座標値を検出可能であるので、各ワーク間の距離を求めることができる。例えば、一枚の基板に複数の穴が開いている場合、この複数の穴と穴の中心間距離を求めることができる。その他、各ワークの座標値を使った各種幾何計算を行うことも可能である。

又、パターンサーチ処理で特定したワークの位置及び回転角度を用いて、各ワークの寸法測定用の座標系を設定するようにしているので、各ワークの寸法測定用の座標系の設定も不要である。

本実施形態においては、パターンサーチに用いる画像は１枚の画像でも、複数の画像を合成（スティッチング）したものでもよい。すなわち、一度の撮像で全体を撮影できない程度の大きさのワークに対して、ステージを駆動して複数回に分けて撮像して、得られたワークの部分画像を合成（スティッチング）して一枚の画像としてから、この画像に対してパターンサーチを行い、検出された各パターンの寸法測定や一枚の画像中における各パターンが位置する座標値を求めることができる。従って、各パターン間距離を正確に求めることも可能である。

なお、ワーク数やワーク測定用座標系を別途設定するようにしてもよい。又、被測定物もワークに限定されない。

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
１２…ワーク（被測定物）
１３…測定テーブル（ＸＹステージ）
１６…ＣＣＤカメラ

Claims (3)

1. 直交するＸＹ軸に沿って移動可能なＸＹステージを備えた画像測定機において、
   前記ＸＹステージ上に載置された同形状を有する複数の被測定物を撮像する手段と、
   予め登録された画像パターンとパターンマッチングにより各被測定物の位置及び回転角度を特定する手段と、
   特定された位置及び／または回転角度を用いて各被測定物の寸法を測定すると共に、各被測定物のＸＹステージ上の座標値を検出する手段と、
   を備えたことを特徴とする画像測定機。
2. 前記パターンマッチングにより特定された各被測定物の位置及び／または回転角度を用いて、各被測定物の寸法測定用の座標系を設定することを特徴とする請求項１に記載の画像測定機。
3. 前記パターンマッチングにより特定された被測定物の数を繰り返し処理数として設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像測定機。