特許 6207282 画像処理装置、画像処理システム、検査方法およびプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6207282

(24)【登録日】2017年9月15日

(45)【発行日】2017年10月4日

(54)【発明の名称】画像処理装置、画像処理システム、検査方法およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/24 20060101AFI20170925BHJP

   G06T 1/00 20060101ALI20170925BHJP

【ＦＩ】

   G01B11/24 A

   G06T1/00 300

   G06T1/00 315

【請求項の数】19

【全頁数】26

(21)【出願番号】特願2013-159659(P2013-159659)

(22)【出願日】2013年7月31日

(65)【公開番号】特開2015-31539(P2015-31539A)

(43)【公開日】2015年2月16日

【審査請求日】2016年3月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】000129253

【氏名又は名称】株式会社キーエンス

(74)【代理人】

【識別番号】100076428

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 康徳

(74)【代理人】

【識別番号】100112508

【弁理士】

【氏名又は名称】高柳 司郎

(74)【代理人】

【識別番号】100115071

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 康弘

(74)【代理人】

【識別番号】100116894

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 秀二

(74)【代理人】

【識別番号】100131886

【弁理士】

【氏名又は名称】坂本 隆志

(72)【発明者】

【氏名】瀬里 彰信

【審査官】 梶田 真也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−０２１９０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３３００２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２１６８３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−００２７１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０７６５１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０９６１１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０２９８８９１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ １１／００ − １１／３０

Ｇ０１Ｂ ５／００ − ５／３０

Ｇ０１Ｂ ２１／００ − ２１／３２

Ｇ０６Ｔ １／００ − １／４０

Ｇ０６Ｔ ３／００ − ５／５０

Ｇ０６Ｔ ９／００ − ９／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

検査対象物を撮像するカメラから取得した画像データを処理することにより検査対象物の外観検査を行う画像処理装置であって、
搬送される検査対象物に対して幅広のレーザ光を照射し、検査対象物からの反射光に基づき検査対象物の断面形状に応じた２次元プロファイルを順次生成し、第１のビット数を有する複数の２次元プロファイルデータを出力するレーザ変位計と接続する第１接続手段と、
前記第１接続手段を通じて受信した前記第１のビット数を有する複数の２次元プロファイルデータのそれぞれを、前記第１のビット数よりも少ない第２のビット数を有する２次元プロファイルデータに変換するビット変換手段と、
前記ビット変換手段により変換された前記第２のビット数を有する複数の２次元プロファイルデータを、前記レーザ変位計により生成された順で時系列に組み合わせて、前記検査対象物の３次元形状を示す３次元プロファイルデータを作成する作成手段と、
前記３次元プロファイルデータに所定の画像処理を施して前記検査対象物の検査を実行する検査手段と
を有することを特徴とする画像処理装置。

【請求項2】

前記検査手段は、前記作成手段により作成された３次元プロファイルデータを、前記第２のビット数よりもさらに少ない第３のビット数を有する３次元プロファイルデータに変換し、
前記第３のビット数を有する３次元プロファイルデータに所定の画像処理を施して前記検査対象物の検査を実行することを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。

【請求項3】

前記レーザ変位計は、前記検査対象物の２次元プロファイルを測定する測定ユニットを有し、
前記画像処理装置は、さらに、
前記測定ユニットが測定した２次元プロファイルを構成するデータのうち精度よく変換すべき範囲を設定する範囲設定手段と、
前記範囲設定手段により設定された範囲に基づき、前記第１のビット数を有する２次元プロファイルデータを前記第２のビット数を有する２次元プロファイルデータに変換する変換テーブルを調整する調整手段と、
を有し、
前記ビット変換手段は、前記調整手段によって調整された変換テーブルを使用して、前記第１のビット数を有する２次元プロファイルデータを、前記第２のビット数を有する２次元プロファイルデータに変換することを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。

【請求項4】

前記範囲設定手段は、
前記範囲の下限値と上限値とを指定または入力するためのユーザインタフェースを表示する表示手段をさらに有することを特徴とする請求項３に記載の画像処理装置。

【請求項5】

前記表示手段は、前記第２のビット数を有する２次元プロファイルデータに基づき前記検査対象物の高さに応じて階調または色が異なる高さ画像を表示することを特徴とする請求項４に記載の画像処理装置。

【請求項6】

前記表示手段は、前記階調または色に対応した高さの目安を表示することを特徴とする請求項５に記載の画像処理装置。

【請求項7】

前記範囲設定手段が前記範囲を設定し、前記調整手段が前記変換テーブルを調整し、前記ビット変換手段が当該調整された変換テーブルを用いて前記第２のビット数を有する２次元プロファイルデータを生成することに連動して、前記表示手段は、前記高さ画像の表示を更新することを特徴とする請求項５または６に記載の画像処理装置。

【請求項8】

前記表示手段は、ポインティングデバイスの操作に応じて移動するポインタを表示するとともに、前記高さ画像のうち当該ポインタによって指示されている部分の高さを数値で表示することを特徴とする請求項５ないし７のいずれか１項に記載の画像処理装置。

【請求項9】

前記レーザ変位計にはコンピュータが接続されており、当該コンピュータは前記第１のビット数を有する２次元プロファイルデータを受信し、高さの目安となるスケールとともに２次元プロファイルデータを表示し、前記範囲は、前記コンピュータのディスプレイに表示された当該２次元プロファイルデータを見たユーザによって設定されることを特徴とする請求項３に記載の画像処理装置。

【請求項10】

前記範囲設定手段は、前記第２のビット数を有する２次元プロファイルデータに基づき、前記検査対象物の高さの最大値と最小値とを検出し、当該最大値と当該最小値とが含まれるように前記範囲を設定することを特徴とする請求項３に記載の画像処理装置。

【請求項11】

前記レーザ変位計は、前記検査対象物の２次元プロファイルを測定する測定ユニットを有し、
前記画像処理装置は、さらに、
前記測定ユニットの種別に応じて用意された複数の変換テーブルと、
前記レーザ変位計が備えている前記測定ユニットの識別情報を取得する取得手段と、
前記取得手段が取得した識別情報に対応する変換テーブルを選択する選択手段と
を有し、
前記ビット変換手段は、前記選択手段によって選択された変換テーブルを使用して、前記第１のビット数を有する２次元プロファイルデータを、前記第２のビット数を有する２次元プロファイルデータに変換することを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。

【請求項12】

前記複数の変換テーブルには、前記測定ユニットの種別ごとに、測定範囲を優先してビット変換を実行するための第１の変換テーブルと、測定精度を優先してビット変換を実行するための第２の変換テーブルとが含まれており、
前記画像処理装置は、
測定範囲を優先してビット変換を実行するか、それとも測定精度を優先してビット変換を実行するかの指示を入力する入力手段
をさらに有し、
前記選択手段は、前記取得手段が取得した識別情報に対応し、かつ、前記入力手段から入力された指示に対応した変換テーブルを選択することを特徴とする請求項１１に記載の画像処理装置。

【請求項13】

測定範囲を優先してビット変換を実行するための第１の変換テーブルと、
測定精度を優先してビット変換を実行するための第２の変換テーブルと、
測定範囲を優先してビット変換を実行するか、それとも測定精度を優先してビット変換を実行するかの指示を入力する入力手段と、
前記第１の変換テーブルと前記第２の変換テーブルとのうち、前記入力手段から入力された指示に対応した変換テーブルを選択する選択手段と
をさらに有し、
前記ビット変換手段は、前記選択手段によって選択された変換テーブルを使用して、前記第１のビット数を有する２次元プロファイルデータを、前記第２のビット数を有する２次元プロファイルデータに変換することを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。

【請求項14】

前記３次元プロファイルデータは、前記検査対象物の各測定点の高さを階調で示したグレースケールの画像データであり、
前記検査手段は、前記３次元プロファイルデータにおける基準点または基準面の階調値と各測定点の階調値との差分に基づき各測定点の高さのデータを抽出することを特徴とする請求項１、１１ないし１３のいずれか１項に記載の画像処理装置。

【請求項15】

前記第２のビット数を有する前記３次元プロファイルデータを表示する表示手段をさらに有することを特徴とする請求項２または１４に記載の画像処理装置。

【請求項16】

検査対象物の３次元プロファイルを測定し、前記第２のビット数を有する３次元プロファイルデータを出力する３次元プロファイル測定装置を接続する第２接続手段をさらに有し、
前記ビット変換手段は、前記第２接続手段に接続された前記３次元プロファイル測定装置から出力される前記３次元プロファイルデータについてはビット変換を実行しないことを特徴とする請求項１、１１ないし１５のいずれか１項に記載の画像処理装置。

【請求項17】

検査対象物の２次元プロファイルを測定し、第１のビット数を有する２次元プロファイルデータを出力するレーザ変位計と、
請求項１ないし１６のいずれか１項に記載の画像処理装置と
を有することを特徴とする画像処理システム。

【請求項18】

検査対象物を撮像するカメラから取得した画像データを処理することにより検査対象物の外観検査を行う画像処理装置に、
搬送される検査対象物に対して幅広のレーザ光を照射し、検査対象物からの反射光に基づき検査対象物の断面形状に応じた２次元プロファイルを順次生成し、第１のビット数を有する複数の２次元プロファイルデータを出力するレーザ変位計と接続する第１接続手段と、
前記第１接続手段を通じて受信した前記第１のビット数を有する複数の２次元プロファイルデータを、前記第１のビット数よりも少ない第２のビット数を有する２次元プロファイルデータに変換するビット変換手段と、
前記ビット変換手段により変換された前記第２のビット数を有する複数の２次元プロファイルデータを、前記レーザ変位計により生成された順で時系列に組み合わせて、前記検査対象物の３次元形状を示す３次元プロファイルデータを作成する作成手段と、
前記３次元プロファイルデータに所定の画像処理を施して前記検査対象物の検査を実行する検査手段として機能させるプログラム。

【請求項19】

検査対象物を撮像するカメラから取得した画像データを処理することにより検査対象物の外観検査を行う画像処理装置において実行される検査方法であって、
搬送される検査対象物に対して幅広のレーザ光を照射し、検査対象物からの反射光に基づき検査対象物の断面形状に応じた２次元プロファイルを順次生成し、第１のビット数を有する複数の２次元プロファイルデータを出力するレーザ変位計と接続する接続工程と、
前記レーザ変位計から受信した前記第１のビット数を有する複数の２次元プロファイルデータのそれぞれを、前記第１のビット数よりも少ない第２のビット数を有する２次元プロファイルデータに変換するビット変換工程と、
前記ビット変換工程により出力される複数の２次元プロファイルデータを、前記レーザ変位計により生成された順で時系列に組み合わせて、前記検査対象物の３次元形状を示す３次元プロファイルデータを作成する作成工程と、
前記３次元プロファイルデータに所定の画像処理を施して前記検査対象物の検査を実行する検査工程と
を有することを特徴とする検査方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、製品の外観を検査する検査方法、画像処理装置、画像処理システムおよびプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

コネクタや半導体素子などの製品の外観を撮像してパターンマッチング（画像認識）を行うことで、いわゆる検査対象物（ワーク）の検査が実行される。従来、光切断方式によりワークの２次元断面形状を撮像してプロファイルデータを生成する２次元プロファイル測定器（変位計）が普及してきたが（特許文献１）、近年になりワークの３次元形状を撮像してプロファイルデータを生成する３次元プロファイル測定器が登場している。特許文献２によれば、カメラによってワークの３次元形状のデータを取得し、カメラからワークまでの距離に応じて濃淡値が変化する距離画像を作成し、ワークの良否を判定する発明が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００８−０９６１１９号公報

【特許文献2】特開２０１２−０２１９０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

３次元プロファイル測定器は容易にワークの３次元形状を測定できる利点を有しているが、３次元プロファイル測定器はまだ市場に登場したばかりであり、それほど普及していない。一方で、２次元プロファイル測定器はかなり普及しており、多くのユーザが所有している。３次元プロファイル測定器が広く普及するまでの過渡期においては、２次元プロファイル測定器を３次元プロファイル測定器の代わりに使用できれば、ユーザにとってはメリットがあろう。

【0005】

しかし、２次元プロファイル測定器が取得できるデータはワークの２次元断面形状を示すプロファイルデータにすぎず、３次元プロファイルデータではない。もし、ワークの２次元断面形状を示す複数のプロファイルデータをつなぎ合わせることで３次元プロファイルデータを生成できれば、２次元プロファイル測定器を３次元プロファイル測定器として代用できるであろう。この場合、複数の２次元プロファイルデータを合成して３次元プロファイルデータを作成する画像処理装置が必要となる。なお、３次元プロファイル測定器は、ラインを流れるワークを一旦停止させないと測定を実行できないが、２次元プロファイル測定器であればラインを停止させることなく測定を実行できるといった副次的なメリットもある。

【0006】

ところで、画像処理装置は、ＣＣＤカメラなどによって取得した画像データに画像処理を施して外観検査や寸法検査などのワーク検査を実行する装置であり、２次元プロファイル測定器が接続されることを想定して設計されていない。これは、２次元プロファイル測定器と画像処理装置とがそれぞれ独自に進化して来たことや、両者を接続しようという用途が従来は存在しなかったといった歴史的経緯がその理由である。さらに、画像処理装置ではＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロセッサ）が画像処理を担当するが、リアルタイムでワークの画像を処理してワークの良否を判定するためには、画像処理ビット数を１５ビット以下に抑える必要があった。一方で、変位計などの２次元プロファイル測定器に求められる測定精度を満たすには、１５ビットでは不足し、２０ビットの測定データが必要であった。そのため、画像処理装置の画像処理ビット数は、２次元プロファイル測定器が出力するデータのビット数と一致していない。よって、画像処理装置が、２次元プロファイル測定器により測定された複数の２次元プロファイルデータから３次元プロファイルデータを作成するには、ビット数を合わせるための変換処理が必要となる。

【0007】

そこで、本発明は、２次元プロファイル測定器の出力データのビット数と画像処理装置の画像処理ビット数とを一致させ、画像処理装置において２次元プロファイルデータから３次元プロファイルデータを生成できるようにすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、たとえば、画像処理装置であって、
検査対象物を撮像するカメラから取得した画像データを処理することにより検査対象物の外観検査を行う画像処理装置であって、
搬送される検査対象物に対して幅広のレーザ光を照射し、検査対象物からの反射光に基づき検査対象物の断面形状に応じた２次元プロファイルを順次生成し、第１のビット数を有する複数の２次元プロファイルデータを出力するレーザ変位計と接続する第１接続手段と、
前記第１接続手段を通じて受信した前記第１のビット数を有する複数の２次元プロファイルデータのそれぞれを、前記第１のビット数よりも少ない第２のビット数を有する２次元プロファイルデータに変換するビット変換手段と、
前記ビット変換手段により変換された前記第２のビット数を有する複数の２次元プロファイルデータを、前記レーザ変位計により生成された順で時系列に組み合わせて、前記検査対象物の３次元形状を示す３次元プロファイルデータを作成する作成手段と、
前記３次元プロファイルデータに所定の画像処理を施して前記検査対象物の検査を実行する検査手段と
を有することを特徴とする画像処理装置を提供する。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、２次元プロファイル測定器の出力データのビット数と画像処理装置の画像処理ビット数とを一致させることで、画像処理装置が２次元プロファイルデータから３次元プロファイルデータを生成できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】外観検査装置の概略を示す図である。

【図2】検査対象物の一例と、２次元プロファイルの一例と、３次元プロファイルの一例を示す図である。

【図3】外観検査装置のハードウェア構成の一例を示す図である。

【図4】外観検査装置の概略を示す図である。

【図5】外観検査装置のハードウェア構成の一例を示す図である。

【図6】外観検査処理の基本フローを示すフローチャートである。

【図7】テーブル選択処理の一例を示すフローチャートである。

【図8】テーブル選択処理の一例を示すフローチャートである。

【図9】ヘッドユニットの種別に応じた分解能と測定範囲との一例を示す表である。

【図10】変換テーブルの調整部を備えた外観検査装置のハードウェア構成の一例を示す図である。

【図11】図１１（Ａ）はＰｒｏｄｕｃｔ Ｂについてのデフォルトの変換テーブルを説明するための図である。図１１（Ｂ）は精度優先用に調整された変換テーブルの一例を示す図である。

【図12】図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）は、表示部に表示されるユーザインタフェースの一例を示す図である。

【図13】ユーザが上限値や下限値を設定する際に役立つワークの高さ画像を表示するユーザインタフェースの一例を示す図である。

【図14】ユーザが上限値や下限値を設定する際に役立つワークの高さ画像を表示するユーザインタフェース１２１１の一例を示す図である。

【図15】ユーザインタフェースの他の例を示す図である。

【図16】ユーザがワークの高さを把握する上で役に立つユーザインタフェースの一例を示す図である。

【図17】変換テーブルの調整処理を示したフローチャートである。

【図18】ユーザがワークの高さを把握する上で役に立つユーザインタフェースの一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下に本発明の一実施形態を示す。以下で説明される個別の実施形態は、本発明の上位概念、中位概念および下位概念など種々の概念を理解するために役立つであろう。また、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施形態によって限定されるわけではない。

【0012】

図１は、画像処理システム（外観検査装置）の概略を示す図である。ライン１は、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）などによって制御されるコンベアなどの搬送装置である。外観検査装置は、ライン１を搬送される検査対象物（ワーク２）の外観を画像処理によって検査する装置である。この例の外観検査装置は、２次元プロファイル測定器１０と画像処理装置２０とを備えている。

【0013】

２次元プロファイル測定器１０は、検査対象物の２次元プロファイルを測定し、第１のビット数の２次元プロファイルデータを出力する２次元プロファイル測定装置の一例である。２次元プロファイル測定器１０は、レーザ変位計と呼ばれることもあり、ｘ軸方向に搬送されるワーク２に対して幅広のレーザ光を照射し、その反射光を受光することで、ワーク２の２次元断面形状を示すデータ（２次元プロファイルデータ）を作成する。このときワーク２はｚｙ平面に平行な切断面によって仮想的に切断され、切断面の外形（外縁）が２次元プロファイルとなる。２次元プロファイルデータは、たとえば、１つの測定点あたり２０ビットで表現されるデータである。通常、２次元プロファイルデータは、ヘッドユニット１１からワーク２の測定点までの距離（ｚ軸方向の距離）であって、ｙ軸方向に沿って並んだ複数の測定点についての距離の集合である。２次元プロファイル測定器１０は、ヘッドユニット１１とコントローラユニット１２とを有している。ヘッドユニット１１は、ワーク２の２次元プロファイルを測定する測定ユニットの一例であり、レーザなどの発光素子と受光素子（ラインセンサまたは２次元撮像素子）とを有している。図１には、光切断方式のヘッドユニット１１を示しているが、他の方式のヘッドユニットが採用されてもよい。また、ヘッドユニット１１とコントローラユニット１２が物理的に分離されているが、これらが一体化されていてもよい。図１においてヘッドユニット１１はケーブルを介してコントローラユニット１２のヘッド用コネクタ１３に接続されている。

【0014】

画像処理装置２０は、ワーク２から取得された画像データに所定の画像処理を施してワーク２の外観検査を実行する。外観検査とは、ワーク２の寸法検査だけでなく、ワーク２が製品としての基準を満たしているかどうかの検査（良否判定）を含む概念である。画像処理装置２０は、２次元プロファイル測定器１０が出力する２次元プロファイルデータを入力ないしは受信するための入力カード２２を有している。画像処理装置２０は、拡張スロットを有しており、そこに入力カード２２が挿入されている。画像処理装置２０と２次元プロファイル測定器１０は、たとえば、５１２Ｍｂｐｓあまりもの高速通信を実行するため、入力カード２２は1000BASE-Tなどの高速通信規格に対応している。つまり、２次元プロファイル測定器１０の通信コネクタ１４と入力カード２２の通信コネクタ２３は高速通信規格に準拠し、ケーブル２１によって接続されている。このように、入力カード２２の通信コネクタ２３は、第１のビット数（例：２０ビット）の２次元プロファイルデータを出力する２次元プロファイル測定器１０と接続する第１接続手段として機能している。

【0015】

画像処理装置２０は、２０ビットよりも少ないビット数（ここでは説明の便宜上１５ビットとする）で画像処理を実行する。そのため、画像処理装置２０は、２０ビットの２次元プロファイルデータをそのまま扱うことができない。そこで、本実施形態では、入力カード２２が、通信コネクタ２３などを通じて受信した第１のビット数の２次元プロファイルデータを、第１のビット数よりも少ない第２のビット数の２次元プロファイルデータに変換するビット変換手段として機能する。つまり、入力カード２２は、２０ビットの２次元プロファイルデータを１５ビット２次元プロファイルデータに変換し、画像処理装置２０が画像処理を実行できるようにする。また、入力カード２２は、ビット変換手段が出力する複数の２次元プロファイルデータを組み合わせて、検査対象物の３次元形状を示す３次元プロファイルデータを作成する作成手段としても機能する。２次元プロファイル測定器１０は、時々刻々とライン１を搬送されるワーク２の２次元プロファイルデータを出力する。つまり、各２次元プロファイルデータは、ワーク２の異なる部分の断面形状を示すデータとなっている。そこで、入力カード２２は、時系列に沿ってサンプルされた複数個（たとえば、８００サンプル）の２次元プロファイルデータを順番に並べることで、ワーク２の３次元プロファイルデータを作成する。たとえば、ワーク２の進行方向でワーク２の先端から後端までの複数個の２次元プロファイルデータが順番に並べられる。その結果として得られる３次元プロファイルデータは、たとえば、１５ビットのグレースケールによる画像データとなる。つまり、ヘッドユニット１１からワーク２までの距離（高さ）が濃淡（階調値）となって表現されることになる。

【0016】

図２（Ａ）は、ワーク２の３次元形状の一例を示す図である。図２（Ｂ）は、ワーク２の２次元断面形状の一例を示す図である。図２（Ｃ）は、ワーク２の３次元プロファイルデータ（グレースケール画像データ）の一例を示す図である。図２（Ａ）ないし図２（Ｃ）を比較すると、ワーク２の表面のうち、ｚ軸方向の高さが低い部分は淡い色となり、ｚ軸方向の高さが高い部分は濃い色となることがわかる。

【0017】

画像処理装置２０は、複数の計測モジュール（画像処理ツール）を３次元プロファイルデータに適用して外観検査を実行する。ここでは、外観検査を実行する計測モジュールを画像処理ツールと呼ぶことにする。画像処理ツールには様々なものがあり、主要な画像処理ツールとしては、エッジ位置計測ツール、エッジ角度計測ツール、エッジ幅計測ツール、エッジピッチ計測ツール、エリア計測ツール、ブロブ計測ツール、パターンサーチ計測ツール、傷計測ツールなどがある。
●高さ計測ツール：３次元プロファイルデータに基づき、ワーク２の各部の高さを計測する。たとえば、ワーク２の１つの測定点を基準点とし、この基準点の階調値と注目領域内の各測定点の階調値との差分のうち最大のものを最大高さとして算出する。あるいは、平面を基準面として設定し、基準面の階調値と注目領域内の各測定点の階調値との差分（距離）のうち最大のものを高さとして求めてもよい。なお、高さの測定精度を優先するために、１５ビットの３次元プロファイルデータが使用される。

【0018】

以下で説明する画像処理ツールは、１５ビットの３次元プロファイルデータをさらに少ない第３のビット数（例：８ビット）の３次元プロファイルデータに変換した後で、実行されてもよい。これは、以下の画像処理ツールでは精度よりも処理速度が優先されるからである。なお、１５ビットの２次元プロファイルデータ（高さデータ）を８ビットの高さデータに変換する処理を高さ抽出と呼ぶ。高さ抽出では、任意の平面や曲面を基準面として設定し、基準面の階調値と各測定点の階調値との差分を８ビットのデータとして扱ってもよい。適切な基準面を用いることで、８ビットであっても画像処理に必要な差分の情報を十分に保持することが可能となる。
●エッジ位置計測ツール：ワーク２の画像が表示される画面上において、エッジ位置を検出したい検査領域に対してウインドウを設定することにより、設定された検査領域内で、任意の方向にスキャンして複数のエッジ（明から暗に切り替わる箇所または暗から明に切り替わる箇所）を検出する。検出した複数のエッジから、一のエッジの指定を受け付け、指定を受け付けたエッジの位置を計測する。
●エッジ角度計測ツール：設定を受け付けた検査領域内に２つのセグメントを設定し、それぞれのセグメントで検出したエッジからのワーク２の傾斜角度を計測する。傾斜角度は、たとえば時計回りを正とすることができる。
●エッジ幅計測ツール：設定を受け付けた検査領域内で、任意の方向にスキャンして複数のエッジを検出し、検出した複数のエッジ間の幅を計測する。
●エッジピッチ計測ツール：設定を受け付けた検査領域内で、任意の方向にスキャンして複数のエッジを検出する。検出した複数のエッジ間の距離（角度）の最大値／最小値や平均値を計測する。
●エリア計測ツール：ワーク２の画像を二値化処理して、白色領域または黒色領域の面積を計測する。たとえば、計測する対象として白色領域または黒色領域の指定をパラメータとして受け付けることにより、白色領域または黒色領域の面積を計測する。
●ブロブ計測ツール：ワーク２の画像を二値化処理して、同一の輝度値（２５５または０）の画素の集合（ブロブ）に対してパラメータとしての数、面積、重心位置等を計測する。
●パターンサーチ計測ツール：比較対象とする画像パターン（モデル画像）を事前に記憶装置に記憶しておき、撮像したワーク２の画像の中から記憶してある画像パターンに類似している部分を検出することで、画像パターンの位置、傾斜角度、相関値を計測する。
●傷計測ツール：設定を受け付けた検査領域内で、小領域（セグメント）を移動させて画素値の平均濃度値を算出し、閾値以上の濃度差となった位置を傷が存在すると判定する。
●その他にも、検査領域内の文字情報を切り出して辞書データ等と照合することで文字列を認識するＯＣＲ認識ツール、画像上に設定したウインドウ(領域)をシフトさせながら、各ウインドウの位置においてエッジの検出を繰り返す機能を有するトレンドエッジツール、設定したウインドウ内の濃淡の平均、偏差等を計測する機能を有する濃淡ツール、設定したウインドウ内の濃度の平均、偏差等を計測する機能を有する濃度ツールなどもあり、ユーザは検査内容に応じて必要な画像処理ツールを選択することができる。なお、これらの画像処理ツールは、典型的な機能およびその実現方法の代表例を示すものに過ぎない。あらゆる画像処理に対応する画像処理ツールが本願発明の対象になり得る。

【0019】

図３は、外観検査装置の各機能を示す機能ブロック図である。図３において２次元プロファイル測定器１０については、とりわけコントローラユニット１２の機能を示しているが、２次元プロファイルデータ生成部１１１などがヘッドユニット１１に設けられてもよい。２次元プロファイル測定器１０は、２次元プロファイルデータを作成する２次元プロファイルデータ生成部１１１と、ヘッドユニット１１を識別するための識別情報（ヘッド情報）を記憶したヘッド情報記憶部１１２と、２次元プロファイルデータやヘッド情報を外部に送信する通信部１１３とを有している。図示は省略しているが、２次元プロファイル測定器１０は、ヘッドユニット１１を制御するヘッドユニット制御部をさらに有している。なおこれらの機能はＤＳＰやＣＰＵなどによって実現される。

【0020】

画像処理部１３３など、画像処理装置１０の各部もやはりＤＳＰやＣＰＵ、メモリなどによって実現される。入力カード２２は、２次元プロファイル測定器１０が出力する２次元プロファイルデータやヘッド情報を受信する通信部１２１を有している。通信部１２１は、２次元プロファイル測定装置と接続して通信する第１接続手段の一例である。２次元プロファイルデータはいったん画像メモリ１３０に格納されてもよい。第１ビット変換部１２２は、通信部１２１が受信した２０ビットの２次元プロファイルデータを１５ビットの２次元プロファイルデータに変換し、画像メモリ１３０に格納する。３次元プロファイルデータ作成部１２３は、複数の１５ビットの２次元プロファイルデータを統合して３次元プロファイルデータ（画像データ）を作成し、画像メモリ１３０に格納する。たとえば、３次元プロファイルデータ作成部１２３は、８００サンプル分の１５ビットの２次元プロファイルデータを時系列に並べることで、ワーク２の全体の３次元形状を示す３次元プロファイルデータを作成する。３次元プロファイルデータは、一種の画像データであり、各画素は測定点に対応し、その階調値が高さを示すデータに対応している。３次元プロファイルデータは画像データであるため、表示処理部１３４を通じて表示部１５０に表示される。たとえば、ワーク２のうち基準面から低い部分は淡い階調となり、基準面から高い部分は濃い階調となる。

【0021】

ところで、第１ビット変換部１２２は、変換テーブルを使用して２０ビットの２次元プロファイルデータを１５ビットの２次元プロファイルデータに変換する。ヘッドユニット１１としては様々な種類の製品が存在し、その種類に応じて使用されるべき変換テーブルも異なる。そこで、ヘッド情報取得部１２４は、２次元プロファイル測定器１０に接続されているヘッドユニット１１のヘッド情報を、通信部１２１を通じて２次元プロファイル測定器１０に要求する。２次元プロファイル測定器１０は、通信部１１３を通じて要求を受信すると、ヘッド情報記憶部１１２に記憶されているヘッド情報を読み出し、画像処理装置２０へ送信する。ヘッド情報取得部１２４は、通信部１２１を通じてヘッド情報を受信し、テーブル選択部１２５に渡す。テーブル選択部１２５は、ヘッド情報に対応した変換テーブルをテーブル記憶部１２６から読み出して、第１ビット変換部１２２に設定する。これにより、第１ビット変換部１２２は、設定された変換テーブルを使用して２０ビットの２次元プロファイルデータを１５ビットの２次元プロファイルデータに変換する。ここでは、変換テーブルが用いられているが、これと同等のビット変換機能を有する変換式などに置換されてもよい。

【0022】

このようにヘッドユニット１１の種別に応じて少なくとも１つの変換テーブルが用意されているが、さらに、測定範囲を優先してビット変換を実行するための第１の変換テーブルと、測定精度を優先してビット変換を実行するための第２の変換テーブルとが用意されていてもよい。つまり、第１の変換テーブルによりビット変換を実行することで、より広範囲にわたってデータを残すことが可能となる。一方で、第２の変換テーブルによりビット変換を実行することで、一部のデータが切り捨てられ再現できるデータの範囲が狭くなるものの、その範囲内では高精度にデータを残すことが可能となる。このように、変換テーブルは、ヘッドユニット１１の種別ごとに用意されていてもよいし、何を優先するかに応じて複数個が用意されていてもよいし、さらに、種別と優先事項の組み合わせごとに用意されていてもよい。なお、優先事項についての指示は、コンソール、キーボードまたはマウスなどの入力部１３２を通じて入力される。テーブル選択部１２５は、入力部１３２から入力された指示（優先事項）に対応した変換テーブルをテーブル記憶部１２６から読み出して第１ビット変換部１２２に設定する。

【0023】

上述したように画像処理部１３３は、高さ抽出ツールだけでなく、様々な外観検査ツールを有している。画像処理部１３３は、ワーク２の各部分の高さを抽出する際には、１５ビット表現の３次元プロファイルデータを使用する。これにより、より高い精度を高さ情報が取得される。一方で、ブロブの計算などでは、高さ方向の情報はそれほど高い精度を要求されない。つまり、３次元プロファイルデータのビットをより少ないビット数に低減することで、画像処理部１３３の画像処理負担を軽減してもよい。そこで、第２ビット変換部１３１は、３次元プロファイルデータを、第２のビット数（例：１５ビット）から、当該第２のビット数よりもさらに少ない第３のビット数（例：８ビット）の３次元プロファイルデータに変換する。なお、１５ビットから８ビットに変換するための変換テーブルについては、ヘッドユニット１１の種別や上述した優先事項に依存せずに１つであってもよいし、ヘッドユニット１１の種別や上述した優先事項に依存して複数個が用意されていてもよい。この際の選択手法については２０ビットから１５ビットに変換するための変換テーブルの選択手法と同様のものが採用可能である。ただし、ここでは、説明の便宜上、１つの変換テーブルが、第２ビット変換部１３１に内蔵されているものとする。画像処理部１３３は、８ビットの３次元プロファイルデータ（画像データ）に所定の画像処理を施して外観検査のための演算結果を外観検査部１４０に出力する。所定の画像処理は画像処理ツールごとに異なり、２値化処理や白画素のカウント、面積の算出などである。

【0024】

外観検査部１４０は、画像処理部１３３により得られた演算結果に基づいてワーク２の良否判定などを実行する。たとえば、演算結果を閾値と比較することで、ワーク２の良否判定が実行される。閾値は、公差などに基づいて予め設定される。

【0025】

ところで、入力カード２２の各機能はＤＳＰ等で実現可能である。また、第２ビット変換部１３１と画像処理部１３３を実現するＤＳＰと、表示処理部１３４を実現するＤＳＰとはそれぞれ別個に用意されてもよい。複数のＤＳＰに処理を分散することで、より高速に外観検査処理を実行可能となろう。また、外観検査部１４０は、複数のＤＳＰを統括的に制御するＣＰＵによって実現されてもよい。表示部１５０は、液晶表示装置や自発光式の表示装置などである。入力部１３２は表示部１５０と一体化されてタッチパネル式ディスプレイとして実現されてもよい。

【0026】

図４は、画像処理装置２０に２次元プロファイル測定器１０だけでなく、３次元プロファイル測定器３０を接続した様子を示している。３次元プロファイル測定器３０は、ＣＣＤカメラ２５と、縞模様（一定間隔の複数の縞を有する模様）のレーザ光をワーク２に照射する光源２６とを有している。３次元プロファイル測定器３０は、縞模様の歪み（間隔の変化）を計測することで１５ビット表現の３次元プロファイルデータを生成する。なお、３次元プロファイル測定器３０はケーブル介してコネクタ２４に接続されており、制御命令を画像処理装置２０から受信したり、３次元プロファイルデータを画像処理装置２０へ送信したりする。コネクタ２４は、検査対象物の３次元プロファイルを測定し、第２のビット数による３次元プロファイルデータを出力する３次元プロファイル測定装置を接続する第２接続手段の一例である。

【0027】

図５は、外観検査装置の各機能を示す機能ブロック図である。第２通信部３１は、３次元プロファイル測定器３０と通信するためのユニットである。第２通信部３１は、３次元プロファイル測定器３０が出力する１５ビット表現の３次元プロファイルデータを受信すると、画像メモリ１３０に格納し、画像メモリ１３０を介して第２ビット変換部１３１に渡したり、画像処理部１３３に渡したりする。このように、３次元プロファイル測定器３０から出力される１５ビット表現の３次元プロファイルデータについては、２０ビット−１５ビット変換は不要のため、第１ビット変換部１２２や３次元プロファイルデータ作成部１２３はショートカットされる。つまり、第１ビット変換部１２２は、コネクタ２４に接続された３次元プロファイル測定装置から出力される３次元プロファイルデータについてはビット変換を実行しない。このように、３次元プロファイル測定器３０からの３次元プロファイルデータは、第１ビット変換部１２２を通過するものの変換されなくてもよいし、第１ビット変換部１２２を迂回してもよい。

【0028】

図６は、画像処理装置２０が実行する各工程を示すフローチャートである。Ｓ１で、画像処理装置２０のＣＰＵは通信部１２１を介して２次元プロファイルデータの取得指示を２次元プロファイル測定器１０に送信する。２次元プロファイル測定器１０のコントローラユニット１２は通信部１１３を通じて取得指示を受信すると、ヘッドユニット１１を起動する。コントローラユニット１２の２次元プロファイルデータ生成部１１１は、ヘッドユニット１１が出力する撮像信号に基づき２次元プロファイルデータを作成し、通信部１１３を介して画像処理装置２０に送信する。

【0029】

Ｓ２で、画像処理装置２０の通信部１２１は、２次元プロファイルデータを受信し、画像メモリ１３０にいったん格納する。この時点での２次元プロファイルデータのビット数は第１のビット数（例：２０ビット）である。

【0030】

Ｓ３で、第１ビット変換部１２２は、２０ビットの２次元プロファイルデータを画像メモリ１３０から読み出し、画像処理部１３３で処理可能な第２のビット数（例：１５ビット）の２次元プロファイルデータに変換する。なお、ビット変換に使用されるテーブルの選択処理については図７、図８を用いて後述する。

【0031】

Ｓ４で、３次元プロファイルデータ作成部１２３は、複数個の１５ビットの２次元プロファイルデータを時系列に従って並べて、３次元プロファイルデータを作成する。なお、必要に応じて、第２ビット変換部１３１は、１５ビットの３次元プロファイルデータをさらにビット数の少ない８ビットの３次元プロファイルデータに変換してもよい。このようにして、３次元プロファイルデータとして、検査対象物の各測定点の高さを階調で示したグレースケールの画像データが作成される。なお、画像メモリ１３０には、１５ビットの３次元プロファイルデータと８ビットの３次元プロファイルデータとの両方が記憶されていてもよい。

【0032】

Ｓ５で、画像処理部１３３は、３次元プロファイルデータに所定の画像処理を施す。所定の画像処理は、実行しようとする計測ツール（画像処理ツール）によって異なる。たとえば、高さ抽出を実行するときは、画像処理部１３３は、３次元プロファイルデータにおける基準点（ｘ１，ｙ１）または基準面の階調値ｚ’（ｘ，ｙ）と各測定点（ｘ，ｙ）の階調値ｚ（ｘ，ｙ）との差分に基づき各測定点の高さのデータを抽出する。基準面は、平面であってもよいし曲面であってもよい。ｚ’（ｘ，ｙ）は、基準面の階調値を表す関数である。また、基準点の階調値（つまり基準値）は、高さの最低値、最高値、平均値など、いずれであってもよい。画像処理部１３３は、３次元プロファイルデータに基づき、エッジを計測したり、エリアを計測したりしてもよい。これらの画像処理方法のそれ自体はすでに公知であるため、詳細な説明を省略する。

【0033】

Ｓ６で、外観検査部１４０は、ワーク２の外観検査を実行する。たとえば、外観検査部１４０は、画像処理部１３３が出力する演算結果に基づきワーク２の良否判定を実行する。たとえば、外観検査部１４０は、高さ計測により抽出された高さの最大値が良品範囲内に収まっているかどうかを判定したりする。

【0034】

図７は、テーブル選択処理の各ステップを示すフローチャートである。第１ビット変換部１２２は、１つの変換テーブルを用いてビット変換を実行してもよいが、複数の変換テーブルのうちヘッドユニット１１の種別に応じた変換テーブルを使用することで、より高い精度でビット変換処理を実行してもよい。なお、テーブル選択処理は、画像処理装置２０に２次元プロファイル測定器１０が接続されたときから、ビット変換処理を実行する前までに、実行される。

【0035】

Ｓ１１で、ヘッド情報取得部１２４は、２次元プロファイル測定器１０にヘッド情報を送信するよう要求する。２次元プロファイル測定器１０のコントローラユニット１２は、取得要求を受信すると、ヘッド情報記憶部１１２に記憶されているヘッド情報を読み出して、画像処理装置２０へ送信する。

【0036】

Ｓ１２で、ヘッド情報取得部１２４は、通信部１２１を介してヘッド情報を受信する。

【0037】

Ｓ１３で、テーブル選択部１２５は、テーブル記憶部１２６に記憶されている複数の変換テーブル８のうち、受信したヘッド情報に対応する変換テーブルを選択して読み出し、第１ビット変換部１２２に設定する。

【0038】

このように変換テーブルを選択することで、ヘッドユニット１１の種別に応じて適切な変換テーブルを選択できるようになる。

【0039】

図８は、さらに他のテーブル選択処理の各ステップを示すフローチャートである。図７に示したフローチャートでは、ヘッドユニット１１の種別に応じて適切な変換テーブルを選択したが、図８ではさらにユーザにとっての優先事項を考慮してより適切な変換テーブルが選択される。ここでは、優先事項の一例として、上述した測定範囲優先と精度優先とを取り上げる。

【0040】

Ｓ１１ないしＳ１３を実行することで、ヘッドユニット１１の種別に応じた少なくとも２つの変換テーブルが選択される。

【0041】

Ｓ２１で、テーブル選択部１２５は、測定範囲を優先してビット変換を実行するか、それとも測定精度を優先してビット変換を実行するかの指示を入力部１３２により受け付ける。Ｓ２２で、テーブル選択部１２５は、入力部１３２を通じて入力された優先事項の指示に対応した変換テーブルを選択し、第１ビット変換部１２２に設定する。たとえば、測定範囲を優先してビット変換を実行することが指示されると第１の変換テーブルが選択され、測定精度を優先してビット変換を実行することが指示されると第２の変換テーブルが選択される。

【0042】

次に、測定範囲の調整処理について説明する。上述したようにビット変換処理については測定範囲を優先したビット変換と精度を優先したビット変換とがある。ところで、ヘッドユニット１１の種別に応じて測定範囲と分解能とが異なることがある。また、ユーザが必要とする測定範囲は測定対象であるワークや検査内容によって異なる。たとえば、ワークの表面に形成された打痕や傷などを検出するには、表面の高さや表面からの打痕や傷の深さを加味して測定範囲を設定して適切にビット変換処理を実行することが望まれる。一般に、ビット変換処理に使用されるテーブルは線形関数に相当するため、線形関数の傾きなどを調整することで、ユーザにより設定された測定範囲に応じた変換テーブルを作成できる。つまり、複数の変換テーブルを用意しておかずに、単一の変換テーブルまたは線形関数をユーザにより設定された測定範囲に応じて調整してもよいのである。そこで、以下では、ユーザにより測定範囲を設定する処理と、それに伴う変換テーブルの調整処理について説明する。

【0043】

図９は、ヘッドユニット１１の種別に応じた分解能と測定範囲との一例を示す表である。この表では、３種類のヘッドユニット１１として、Ｐｒｏｄｕｃｔ Ａ、Ｐｒｏｄｕｃｔ ＢおよびＰｒｏｄｕｃｔ Ｃを取り上げている。Ｐｒｏｄｕｃｔ Ａでは、測定範囲を優先したときの１ビットで表現できる高さの分解能が０．１６ｕｍであり、測定範囲は５．２ｍｍである。Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｂでは、測定範囲を優先したときの１ビットで表現できる高さの分解能が１．４０ｕｍであり、測定範囲は４６．０ｍｍである。Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｃでは、測定範囲を優先したときの１ビットで表現できる高さの分解能が８．８５ｕｍであり、測定範囲は２９０．０ｍｍである。一方で、変換テーブルを切り替えたり、変換テーブルを調整したりすることで精度優先型の変換処理を実現できる。一例として、Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｂでは、精度（分解能）を優先したときの１ビットで表現できる高さの分解能が０．２ｕｍであり、測定範囲は６．６ｍｍである。このように測定可能な範囲は狭くなるものの、精度を向上させることができる。図９が示すように、測定範囲と精度とにはトレードオフの関係があるため、ユーザが選択したヘッドユニット１１と、ユーザの用途（検査の種類やワークの種類）に応じて測定範囲と精度とが決定され、決定された測定範囲と精度に応じて変換テーブル（ビット変換関数）が調整される。

【0044】

図１０は、変換テーブルの調整部１０００を備えた外観検査装置のハードウェア構成の一例を示す図である。すでに説明した個所につては同一の参照符号を付与することで説明を省略する。図１０では、テーブル選択部１２５に代えて調整部１０００が採用されている。調整部１０００は、ヘッド情報取得部１２４により取得されたヘッド情報から最大測定範囲のデータを取得する。たとえば、調整部１０００は、このデータから最大測定範囲が０ｍｍ〜４６ｍｍ（あるいはヘッドユニット１１からの基準距離を中心として−２３．０ｍｍ〜＋２３．０ｍｍ）であることを認識する。調整部１０００は、表示処理部１３４を通じて表示部１５０に測定範囲と精度を調整するためのユーザインタフェースを表示させ、入力部１３２からユーザによって入力された測定範囲の上限値と下限値とを受け付ける。調整部１０００は、入力された上限値と下限値とに基づいて変換テーブルを調整し、第１ビット変換部１２２に設定する。以下では、調整部１０００の調整処理をより詳細に説明する。

【0045】

図１１（Ａ）は、Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｂについてのデフォルトの変換テーブルを説明するための図である。デフォルトの変換テーブルは、測定範囲優先型の変換テーブルであり、Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｂのヘッドユニット１１について最大限の測定範囲を実現するものである。Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｂは、０ｍｍから４６．０ｍｍまでの高さを測定できる。そのため、Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｂのヘッドユニット１１を有する２次元プロファイル測定器１０が出力する２０ビットの高さデータでは、０ｍｍが２０ビット表現における最小値（０）に対応し、４６．０ｍｍが２０ビット表現における最大値（１０４８５７６）に対応する。測定範囲を犠牲にすることなく、２０ビット表現の高さデータを１５ビット表現に変換する場合、０ｍｍを１５ビット表現における最小値（０）に変換し、４６．０ｍｍを１５ビット表現における最大値（３２７６８）に変換するような変換テーブル１００１が必要となる。つまり、変換テーブル１００１は、２０ビット表現における最小値（０）を１５ビット表現における最小値（０）に変換し、２０ビット表現における最大値（１０４８５７６）を１５ビット表現における最大値（３２７６８）に変換する。

【0046】

図１１（Ｂ）は精度優先用に調整された変換テーブルの一例を示す図である。この例では、入力部１３２から測定範囲の上限値が４２．６ｍｍに設定され、下限値が３６．０ｍｍに設定されたことを前提としている。この場合、調整部１０００は、入力された下限値３６．０ｍｍを１５ビット表現での最小値（０）に割り当て、上限値４２．６ｍｍを１５ビット表現での最大値（３２７６８）に割り当てる。その結果、１５ビット表現における１ビットあたりの分解能は０．２ｕｍになる。なお、図１１（Ｂ）が示すように、下限値（３６．０ｍｍ）未満の測定値はいずれも１５ビット表現での最小値（０）に割り当てられ、４２．６ｍｍを超える測定値は１５ビット表現での最大値（３２７６８）に割り当てられるよう、調整部１０００は、変換テーブルを調整する。１００２は、調整によって得られた変換テーブルを示している。第１ビット変換部１２２は、図１１（Ｂ）に示す変換テーブル１００２にしたがって、２０ビットの高さデータを１５ビットの高さデータにビット変換する。

【0047】

図１２（Ａ）は、表示部１５０に表示されるユーザインタフェースの一例を示す図である。ユーザインタフェース１１０１は、測定範囲の下限値と上限値とを指定または入力するためのユーザインタフェースの一例である。ユーザインタフェース１１０１を通じて、測定範囲の上限値と下限値とが設定され、分解能（精度）が調整される。上述したように測定範囲と分解能とはトレードオフの関係にあるため、測定範囲の設定処理は分解能の設定処理ともいえる。

【0048】

測定範囲を示すバー１１０２は、デフォルトでは最大測定範囲を示している。つまり、測定範囲が最大測定範囲に一致している。これは、できるだけ測定範囲を広くするためである。下限スライダ１１０３は測定範囲の下限値を示すインジケータであり、ポインタ１１１０によって移動させることができる。下限スライダ１１０３が示す下限値は、下限値ボックス１１０６に入力された数値に連動して表示される。なお、下限値ボックス１１０６に直接的に下限値が入力されると、調整部１０００は、その下限値に対応した位置に下限スライダ１１０３が移動するよう表示データを更新する。同様に、上限スライダ１１０４は上限値を示すインジケータであり、ポインタ１１１０によって移動させることができる。上限スライダ１１０４が示す上限値は、上限値ボックス１１０５に連動して表示される。なお、上限値ボックス１１０５に直接的に上限値が入力されると、調整部１０００は、その上限値に対応した位置に上限スライダ１１０４が移動するよう表示データを更新する。調整部１０００は、ボックスに入力またはスライダにより指示された上限値と下限値とから高さ分解能を算出する（ （４６．０ｍｍ−０．０ｍｍ）／２＾１５＝１．４０ｕｍ） ）。調整部１０００は、算出した高さ分解能を高さ分解能表示部１１０７に表示する。

【0049】

図１２（Ｂ）は、表示部１５０に表示されるユーザインタフェースの一例を示す図である。ここでは、ユーザが上限値と下限値を入力することで測定範囲を設定した様子を示している。たとえば、ユーザが入力部を通じて下限値ボックス１１０６に４２．０ｍｍを設定し、上限値ボックス１１０５に４２．６ｍｍを設定すると、調整部１０００は、下限値が示す位置に下限スライダ１１０３を移動するとともに上限値が示す位置に上限スライダ１１０４を移動するよう表示データを更新する。さらに、調整部１０００は、入力またはスライダにより指示された上限値と下限値とから高さ分解能を算出する（ （４２．６ｍｍ−３６．０ｍｍ）／２＾１５＝０．２ｕｍ） ）。調整部１０００は、算出した高さ分解能を高さ分解能表示部１１０７に表示する。この例では設定された測定範囲を分かりやすくユーザに示すために、設定された測定範囲に斜線を付与している。このように、調整部１０００は、設定された測定範囲を強調表示してもよい。

【0050】

このように、調整部１０００は、測定ユニットが測定した２次元プロファイルを構成するデータのうち精度よく変換すべき範囲を設定する範囲設定手段として機能する。また、調整部１０００は、範囲設定手段により設定された範囲に基づき、第１のビット数の２次元プロファイルデータを第２のビット数の２次元プロファイルデータに変換する変換テーブルを調整する調整手段としても機能する。

【0051】

図１３は、ユーザが上限値や下限値を設定する際に役立つワークの高さ画像を表示するユーザインタフェースの一例を示す図である。ユーザインタフェース１２０１では、２次元プロファイル測定器１０によって測定され１５ビットに変換されたワークの高さ画像１２０２を示している。ワークの高さ画像１２０２は、第２のビット数の２次元プロファイルデータに基づき検査対象物の高さに応じて階調または色が異なる高さ画像の一例である。つまり、ワークの高さに応じて階調の高低や色が変化する。たとえば、ワークの高さ画像１２０２がグレースケール画像であれば、ワークにおけるある部分の階調が低いほどその部分の高さが低いことを示し、ワークにおけるある部分の階調が高いほどその部分の高さが高いことを示してもよい。たとえば、ワークの高さ画像１２０２がカラー画像であれば、ワークにおけるある部分の色が青色に近いほどその部分の高さが低いことを示し、ワークにおけるある部分の色が赤色に近いほどその部分の高さが高いことを示してもよい。カラーバー１２０３は、測定範囲の上限値から下限値にかけてどのように色や階調が異なるかを示す目安（階調または色に対応した高さの目安）として機能する。カラーバー１２０３は、たとえば、左から右にかけて青色⇒水色⇒緑色⇒黄色⇒オレンジ色⇒赤色とった順番で色が変化している。ユーザは、ワークの高さ画像１２０２を参照して、上限値や下限値を設定する上で注目すべき部分の色や階調を把握し、その色や階調をカラーバー１２０３における色や階調と比較することで、注目すべき部分のおおよその高さを把握することができる。たとえば、検査精度を上げるためには、ワークの表面に形成された打痕や傷を高さ画像において浮かび上がらせたり、ワークの表面にレーザで掘り込まれた文字や表面に凸状に形成された文字を高さ画像において浮かび上がらせたりすることの必要となる。これを実現するためには、表面の高さ、文字の高さまたは深さをカバーするように測定範囲が設定されればよい。たとえば、ワークの表面の高さが３８．０ｍｍ付近であり、文字の高さが２ｍｍであれば、上限値を４２．０ｍｍ程度にし、下限値を３６．０ｍｍ程度に設定すればよい。これにより、ＯＣＲ（光学文字認識）によって文字を認識でるようになる。なお、これらの数値は例示にすぎない。非常に浅い打痕や傷を検出するためには、測定範囲をさらに狭めればよい。これにより、１ビットあたりの分解能が向上するからである。ただし、元々ヘッドが持つ能力以上の分解能を実現しても実質的な意味をなさない。なお、カラーバー１２０３では上限値・下限値は１５ｂｉｔの上限・下限に設定されているが、任意の範囲で上限値・下限値を設定できるようにカラーバー１２０３が構成されてもよい。

【0052】

図１４は、ユーザが上限値や下限値を設定する際に役立つワークの高さ画像を表示するユーザインタフェース１２１１の一例を示す図である。この例では、ユーザがユーザインタフェース１１０１を通じて測定範囲の上限値と下限値とを設定したことで変換テーブルが更新され、高さ画像も変化した様子を示している。調整部１０００は、設定された測定範囲に基づき変換テーブルを更新してテーブル記憶部１２６に記憶する。調整部１０００は、調整後の変換テーブルを第１ビット変換部１２２に設定する。あるいは、調整部１０００はテーブルを更新したことを示す通知を第１ビット変換部１２２に送信し、この通知を受信した第１ビット変換部１２２がテーブル記憶部１２６から調整後の変換テーブルを読み出してもよい。第１ビット変換部１２２は、調整後の変換テーブルにしたがってビット変換を実行する。３次元プロファイルデータ作成部１２３は、第１ビット変換部１２２が出力する１５ビットの２次元プロファイルデータを合成して３次元プロファイルデータ（高さ画像）を作成する。その結果、ユーザインタフェース１２０１における高さ画像を更新したユーザインタフェース１２１１が表示部１５０に表示される。

【0053】

このように、測定範囲の上限値と下限値とに応じてリアルタイムで調整部１０００が変換テーブルを調整することで、調整結果を表示部１５０にリアルタイムで表示することができる。これにより、ユーザは、注目すべき領域の高さが周囲に埋もれることなく強調されて表示されているかどうかを確認できる。つまり、ユーザは、ユーザインタフェース１２１１を参照することで、ユーザインタフェース１１０１を通じて設定した測定範囲の上限値と下限値が正しいかどうかを視覚的に確認できるようになる。なお、調整部１０００および表示部１５０は、測定範囲の変更に応じて高さ画像の表示を更新する手段として機能する。

【0054】

図１５は、ユーザインタフェース１２０１の他の例を示す図である。ワークの高さ画像１２０２は、階調や色の違いによって高さを視覚的に表現しているが、それだけではワークにおける任意の位置の正確な高さを知ることは困難であろう。そこで、調整部１０００は、１５ビット表現の高さデータを参照し、ポインタ１１１０が指している部分の高さを高さ表示部１３０１に表示するよう表示データを作成してもよい。つまり、調整部１０００は、ポインタ１１１０が指している位置の座標データを取得し、座標データに基づきワークの高さ画像１２０２（１５ビット表現の高さデータ）におけるその位置の高さデータ（階調データ）を取得し、高さ表示部１３０１の表示データを作成する。図１５に示した例では、ポインタ１１１０が指している位置の近くに高さデータをバルーン表示しているが、ユーザインタフェース１２０１の他の部分に高さデータが表示されてもよい。ユーザは、ワークの高さ画像１２０２のうち高さを知りたい部分にポインタ１１１０を移動させて合わせることで、その部分の高さを視覚的に把握することができる。よって、上限値や下限値を設定する上で、図１５に示したユーザインタフェース１２０１を役に立つであろう。このように調整部１０００および表示部１５０は、入力部１３２のポインティングデバイスの操作に応じて移動するポインタ１１１０を表示するとともに、高さ画像のうちポインタ１１１０によって指示されている部分の高さを表示する表示手段として機能する。

【0055】

図１６は、ユーザがワークの高さを把握する上で役に立つユーザインタフェースの一例を示している。ユーザインタフェース１４０１は、２次元プロファイル測定器１０に接続されたコンピュータの表示装置に表示されるユーザインタフェースである。コンピュータには予め表示プログラムがインストールされており、表示プログラムをＣＰＵが実行することで、ユーザインタフェース１４０１がコンピュータの表示装置に表示される。ＣＰＵは、２次元プロファイル測定器１０が出力する２次元プロファイルのデータを２次元プロファイル表示エリア１４０２に表示する。２次元プロファイル表示エリア１４０２には、ワークの断面形状１４０３が表示されるとともに、ワークの高さを知る上での目安となるスケール１４０４も表示される。ユーザは、コンピュータの表示装置に表示された２次元プロファイルを参照することで、ワークの高さを知ることができ、上限値や下限値を設定する上で参考になるであろう。なお、３次元プロファイルを表示してどの部分の２次元プロファイルを表示させるかをユーザに選択させてもよい。

【0056】

図１８は、表示部１５０に表示されるユーザインタフェースの一例を示す図である。ユーザインタフェース１８０１は、測定範囲の下限値と上限値とを指定または入力するためのユーザインタフェースの一例である。すでに説明した要素には同一の参照符号を付与している。ユーザインタフェース１８０１では、カラーバー１２０３の隣に、各高さの出現頻度を示すヒストグラム１８０２が表示されている。ユーザは、ヒストグラムを確認することで、注目すべき高さ成分がどのレンジに集中しているかを把握できるため、上限値や下限値を選びやすくなるであろう。

【0057】

このように、２次元プロファイル測定器１０に接続されたコンピュータが、２０ビットの２次元プロファイルデータを受信し、高さの目安となるスケール１４０４とともに２次元プロファイルデータを表示してもよい。これにより測定範囲は、コンピュータのディスプレイに表示された２次元プロファイルデータを見たユーザによってユーザインタフェース１１０１を通じて設定されてもよい。

【0058】

図１７は、変換テーブルの調整処理を示したフローチャートである。Ｓ３１で、調整部１０００は、２次元プロファイル測定器１０に測定命令を送信し、２次元プロファイル測定器１０がワークを計測して作成したワークの２次元プロファイルデータを受信する。

【0059】

Ｓ３２で、調整部１０００は、テーブル記憶部１２６に記憶されている変換テーブルを第１ビット変換部１２２に設定し、第１ビット変換部１２２に２次元プロファイルデータのビット変換（２０ビット＝＞１５ビット）を実行させる。さらに、調整部１０００は、３次元プロファイルデータ作成部１２３に３次元プロファイルデータを作成させる。これにより、３次元プロファイルデータ（高さ画像）が作成される。なお、テーブル記憶部１２６に記憶されている変換テーブルは、たとえば、ヘッドユニット１１の最大測定範囲をデフォルトの測定範囲とした変換テーブルが格納されていてもよい。あるいは、前回の調整処理によって調整された変換テーブルがテーブル記憶部１２６に記憶されていてもよい。

【0060】

Ｓ３３で、調整部１０００は、範囲設定を行うためのユーザインタフェース１１０１と、高さ画像を含むユーザインタフェース１２０１とを表示するための表示データを作成し、表示処理部１３４に出力する。表示処理部１３４は、表示データに基づき表示部１５０にユーザインタフェース１１０１、１２１０を表示させる。

【0061】

Ｓ３４で、調整部１０００は、入力部１３２に含まれるポインティングデバイスまたはキーボードによって測定範囲の上限値または下限値が変更されたかどうかを判定する。入力部１３２によって上限値または下限値が変更されていればＳ３５に進む。上限値または下限値が変更されてなければＳ３６に進む。

【0062】

Ｓ３５で、調整部１０００は、入力部１３２を通じて変更された範囲（上限値、下限値）に基づき、変換テーブルを調整する。調整の手法は、図１０を用いて説明したとおりである。なお、調整部１０００は、入力部１３２を通じて変更された範囲（上限値、下限値）に基づき高さ分解能を算出し、ユーザインタフェース１１０１の高さ分解能表示部１１０７の値を更新してもよい。その後、Ｓ３２に戻る。Ｓ３２では、調整された変換テーブルに基づいてビット変換と高さ画像の作成が再度実行される。Ｓ３３では、高さ画像が更新される。その後、Ｓ３４に進む。Ｓ３４で、測定範囲が変更されなければ、Ｓ３６に進む。

【0063】

Ｓ３６で、調整部１０００は、入力部１３２を通じて調整終了が指示されたかどうかを判定する。調整終了が指示されていなければ、Ｓ３４に戻る。

【0064】

以上のように、調整部１０００は、ワークにおける各部分の高さを把握する上で参考になる情報をユーザインタフェースに表示することができる。さらに、調整部１０００は、ユーザインタフェースにおいて入力された測定範囲（上限値や下限値）に基づき、変換テーブルを調整することができる。これにより、ユーザは、自分の好みに応じて測定範囲や分解能を実現可能な変換テーブルを容易に作成または調整することが可能となる。

【0065】

上述した実施形態では、ユーザが任意で測定範囲を設定できたが、調整部１０００が自動的に測定範囲を設定してもよい。たとえば、調整部１０００は、２次元プロファイルデータまたは３次元プロファイルデータに含まれているワークの高さのうち、最大値と最小値とを抽出し、最大値を測定範囲の上限値とし、最小値を下限値に設定してもよい。なお、マージンを考慮してもよい。たとえば、最大値にマージンを加算して上限値を決定してもよい。同様に、最小値からマージン減算して下限値を決定してもよい。なお、この測定範囲の自動設定処理を実行した後で、ユーザインタフェース１１０１、１２１０を用いてマニュアル設定が実行されてもよい。つまり、ユーザインタフェース１１０１を起動したときに表示される測定範囲は、自動設定処理によって設定された測定範囲であってもよいのである。

【0066】

＜まとめ＞
従来の画像処理装置２０は、ＣＣＤカメラなどによって取得した画像データに画像処理を施して外観検査などを実行するものであり、２次元プロファイル測定器１０が接続されることを想定して設計されていなかった。これは、２次元プロファイル測定器１０と画像処理装置２０とがそれぞれ独自に進化して来たことや、両者を接続しようという用途が従来は存在しなかったことが理由である。そのため、画像処理装置２０の画像処理ビット数は、２次元プロファイル測定器１０が出力するデータのビット数と一致していなかった。

【0067】

そこで、本実施形態では、画像処理装置２０に２次元プロファイル測定器１０を接続するための入力カード２２を用意している。入力カード２２は、通信コネクタ２３を通じて受信した第１のビット数の２次元プロファイルデータを、第１のビット数よりも少ない第２のビット数の２次元プロファイルデータに変換する第１ビット変換部１２２を有している。これにより、２次元プロファイル測定器１０が出力するデータのビット数を画像処理装置２０が扱えるビット数に一致させることができる。入力カード２２は、第１ビット変換部１２２が出力する複数の２次元プロファイルデータを組み合わせて、ワーク２の３次元形状を示す３次元プロファイルデータを作成する３次元プロファイルデータ作成部１２３も有している。よって、ユーザは、広く普及した２次元プロファイル測定器１０を利用して、３次元プロファイルデータを取得できるようになる。つまり、３次元プロファイル測定器が普及するまでの過渡期において、ユーザは、より少ない投資で、３次元プロファイルデータを得られるようになろう。また、３次元プロファイルデータに所定の画像処理を施してワーク２の外観検査を実行できるようになる。

【0068】

ヘッドユニット１１の種別に応じて用意された複数の変換テーブルをテーブル記憶部１２６に記憶しておき、２次元プロファイル測定器１０が備えているヘッドユニット１１のヘッド情報に応じて、より適切な変換テーブルが選択されてもよい。ヘッドユニット１１の種別に応じて、適切な変換テーブルは異なることがある。よって、ヘッドユニット１１の種別に応じて適切な変換テーブルを選択することで、ビット変換の精度が高まり、その結果、精度高い３次元プロファイルデータが得られるようになる。これは、外観検査の精度を向上させることになろう。

【0069】

なお、複数の変換テーブルとして、ヘッドユニット１１の種別ごとに、測定範囲を優先してビット変換を実行するための第１の変換テーブルと、測定精度を優先してビット変換を実行するための第２の変換テーブルとが用意されていてもよい。ユーザが実行しようとしている外観検査の種類によっては、測定範囲を優先すべき場合と、測定精度を優先すべき場合とがある。よって、入力部１３２を通じて、ユーザは、測定範囲を優先してビット変換を実行するか、それとも測定精度を優先してビット変換を実行するかの指示を入力してもよい。テーブル選択部１２５は、ヘッド情報に対応し、かつ、入力部１３２から入力された指示に対応した変換テーブルを選択することで、ヘッドの特性とユーザの優先事項とに応じて適切な変換テーブルが選択される。その結果、ユーザの希望に応じたビット変換を実現できるようになろう。

【0070】

なお、上述した実施形態では、ヘッド情報と優先事項との両方を考慮したが、テーブル選択部１２５は、優先事項のみを考慮して変換テーブルを選択してもよい。たとえば、種別の異なる複数のヘッドユニット１１に対して、種別に依存せずに複数の変換テーブルが用意されていてもよい。ただし、複数の変換テーブルは、優先事項に応じて用意されている。たとえば、第１の変換テーブルは、測定範囲を優先してビット変換を実行するためのテーブルであり、第２の変換テーブルは、測定精度を優先してビット変換を実行するための変換テーブルであるが如くである。テーブル選択部１２５は、優先事項を考慮して第１の変換テーブルまたは第２の変換テーブルを選択する。

【0071】

図２（Ｃ）に示したように、３次元プロファイルデータは、ワーク２の各測定点の高さを階調で示したグレースケールの画像データであってもよい。これは、３次元プロファイルデータを通常の画像データとして扱えるため、画像処理上の汎用性を高めることができる。なお、画像処理部１３３は、３次元プロファイルデータにおける基準点または基準面の階調値と各測定点の階調値との差分に基づき各測定点の高さのデータを抽出してもよい。

【0072】

画像処理部１３３は、第２ビット変換部１３１を用いて、３次元プロファイルデータを、第２のビット数から、当該第２のビット数よりもさらに少ない第３のビット数の３次元プロファイルデータに変換してもよい。上述したように高さ計測処理では、１５ビットの３次元プロファイルデータを使用することで、高精度に高さを計測できる。一方で、ブロブ計測やエリア計測では８ビット程度の３次元プロファイルデータで十分な精度が得られる。また、高さ抽出においても、注目すべき高さの範囲が狭ければ８ビットでも十分に高い精度で高さを抽出できる。さらに、画像処理の負担を小さくするためにも、より少ないビット数がことこのましい。そこで、第２ビット変換部１３１が３次元プロファイルデータのビット数をさらに削減するようにビット変換することで、精度と画像処理の高速化との両立を図っている。

【0073】

図４や図５を用いて説明したように、ワーク２の３次元プロファイルを測定し、第２のビット数による３次元プロファイルデータを出力する３次元プロファイル測定器３０を画像処理装置２０のコネクタ２４に接続してもよい。通常、３次元プロファイル測定器３０は、１５ビットの３次元プロファイルデータを出力する。よって、２０ビットから１５ビットへの変換処理は不要である。よって、第１ビット変換部１２２は、コネクタ２４に接続された３次元プロファイル測定器３０から出力される３次元プロファイルデータについてはビット変換を実行しない。このように、２次元プロファイル測定器１０と、３次元プロファイル測定器３０とを画像処理装置２０に同時に接続してワーク２の外観検査を実行してもよい。

【0074】

図３や図５に示した各機能はプログラムをプロセッサが実行することで実現されてもよい。上述したい実施形態では、第１ビット変換部１２２、３次元プロファイルデータ作成部１２３などを画像処理装置２０側に配置したが、これらのすべてまたは一部を２次元プロファイル測定器１０側に配置してもよい。たとえば、第１ビット変換部１２２を２次元プロファイル測定器１０に配置することで、２次元プロファイル測定器１０から画像処理装置２０に送信されるデータ量を大幅に削減できるようになる。これは、通信部１１３、１２１に要求される性能を低減できる利点がある。

【0075】

図９ないし図１７を用いて説明したように、変換テーブルは任意に調整されてもよい。ユーザは、ワークの検査に必要となる測定範囲や分解能に応じて測定範囲を設定でき、設定された測定範囲に応じて変換テーブルが調整される。これにより、検査用途に応じて注目したい測定範囲の部分の変換精度や分解能を向上させることが可能となる。たとえば、ワークの表面の一部に付加された打痕や傷、文字などを検出するために、当該一部の部分が含まれ、かつ、打痕や傷、文字が顕著となるように測定範囲を設定することで、図１１に示したような、打痕や傷、文字が顕著となるような変換テーブル作成される。これにより、打痕や傷、文字の検出精度が向上しよう。

【0076】

図１２に示したように、測定範囲の下限値と上限値とを指定または入力するためのユーザインタフェース１１０１を提供することで、ユーザは、非常に簡単な操作で測定範囲を設定できるようになる。また、測定範囲を設定するのを補助するために、ワークの高さ画像を表示するユーザインタフェース１２０１、１２１１、１４０１が提供されもよい。図１３および図１４に示したように、第２のビット数の２次元プロファイルデータに基づき検査対象物の高さに応じて階調または色が異なる高さ画像を表示することで、ユーザは、視覚的に注目すべき部分の高さを把握できるようになろう。図１３に示したように、階調または色に対応した高さの目安として機能するカラーバー１２０３を表示してもよい。図１５を用いて説明したように、ポインティングデバイスの操作に応じて移動するポインタ１１１０を表示するとともに、高さ画像１２０２のうちポインタ１１１０によって指示されている部分の高さを数値で表示してもよい。この場合、ユーザは、より正確に注目部分の高さを把握できるようになる。なお、高さを把握するための画像は、画像処理装置ではなく、２次元プロファイル測定器１０に接続されたコンピュータのディスプレイに表示されてもよい。一般に、画像処理装置の表示部１５０よりもコンピュータのディスプレイは表示面積が広い。そのため、コンピュータのディスプレイに高さ画像を表示すれば、ユーザは、高さ画像をより詳細に認識しやすくなろう。図１６に示したように高さの目安を示すスケール１４０４を表示することで、注目部分の高さを把握しやすくなるであろう。さらに、図１８に示したように、高さをヒストグラムで表示することで、ユーザはどの部分に注目すべきかを容易かつ視覚的に判断でき、上限値や下限値を設定しやすくなるであろう。

【0077】

調整部１０００は、１５ビットの２次元プロファイルデータに基づき、検査対象物の高さの最大値と最小値とを検出し、最大値と最小値とが含まれるように測定範囲を設定してもよい。これにより、ユーザが設定する手間を軽減できるようになろう。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】