特許 6552074 画像測定器

(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】6552074

(24)【登録日】2019年7月12日

(45)【発行日】2019年7月31日

(54)【発明の名称】画像測定器

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/03 20060101AFI20190722BHJP

【ＦＩ】

   G01B11/03 H

【請求項の数】12

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2018-148624(P2018-148624)

(22)【出願日】2018年8月7日

(62)【分割の表示】特願2014-173092(P2014-173092)の分割

【原出願日】2014年8月27日

(65)【公開番号】特開2018-165730(P2018-165730A)

(43)【公開日】2018年10月25日

【審査請求日】2018年8月7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】100107847

【弁理士】

【氏名又は名称】大槻 聡

(72)【発明者】

【氏名】川 泰孝

(72)【発明者】

【氏名】高橋 浩史

【審査官】 八木 智規

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−２５８１３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１４３３３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平９−１６６６０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／６１２２７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１２−１５９４１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１０６０９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／２９１４６８（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

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワークを載置するためのステージと、
上記ステージと対向する対物レンズを介し、上記ステージ上のワークを撮影してワーク画像を生成するカメラと、
上記対物レンズの光軸方向におけるワークの高さを計測する変位計と、
上記カメラにより撮影したマスターピースを撮影した画像に基づいて得られ、あるいは、ワークの設計データに基づいて得られたマスター画像に基づいて設定され、上記ワーク画像からワークを検出するための特徴量情報と、上記マスター画像に基づいて設定され、上記対物レンズの光軸に垂直な平面内における２次元の寸法を測定するための２次元寸法測定箇所を示す２次元寸法測定箇所情報と、上記マスター画像に基づいて設定され、上記対物レンズの光軸方向におけるワークの高さを計測する測定箇所を示す高さ測定箇所情報とを、上記特徴量情報と関連づけて記憶する測定設定データ記憶手段と、
上記測定設定データ記憶手段に記憶された上記特徴量情報に基づいて、上記ワーク画像におけるワークの位置及び姿勢を特定するワーク検出手段と、
上記ワーク検出手段により特定されたワークの上記位置及び姿勢と、上記測定設定データ記憶手段に記憶された２次元寸法測定箇所情報とに基づいて、上記ワーク画像上の２次元寸法測定箇所を特定し、特定された２次元寸法測定箇所のエッジを抽出するエッジ抽出手段と、
上記エッジ抽出手段により抽出された上記エッジに基づいて、上記２次元寸法測定箇所の寸法値を求める寸法値算出手段と、
上記ワーク検出手段により特定されたワークの上記位置及び姿勢と上記測定設定データ記憶手段に記憶された上記高さ測定箇所情報とに基づいて、上記ワーク画像上の高さ測定箇所を特定し、上記ステージ及び上記変位計を相対的に移動させることにより、上記カメラにより撮影可能な撮影エリア内において高さの測定位置を制御し、上記変位計の出力に基づいて、高さの測定値を求める高さ計測制御手段と、
上記寸法値算出手段により算出された寸法値と、上記高さ計測制御手段により求められた高さの測定値とをあらかじめ定められた設計値と比較し、良否判定が可能な良否判定手段と、
を備えたことを特徴とする画像測定器。

【請求項2】

上記ステージを上記対物レンズの光軸に垂直なＸ方向に移動させるステージ位置調整手段と、
上記変位計を上記光軸及びＸ方向に垂直なＹ方向に移動させる変位計位置調整手段とを備え、
上記変位計は、上記対物レンズの周縁よりもＸ方向の外側に配置され、
上記高さ計測制御手段は、上記ステージ位置調整手段及び上記変位計位置調整手段を制御することにより、ＸＹ平面内において高さの測定位置を制御することを特徴とする請求項１に記載の画像測定器。

【請求項3】

上記変位計は、上記ステージ上のワークに接触させる接触子と、上記接触子を上記対物レンズの光軸方向に移動させて上記接触子の高さ調整を行う高さ調整手段とを有することを特徴とする請求項２に記載の画像測定器。

【請求項4】

上記変位計は、上記対物レンズの光軸方向に延びるシャフトであって、上記接触子が上記高さ調整手段に対してＸ方向及びＹ方向に移動するのを制限するためのガイド用シャフトを有し、
上記ガイド用シャフトは、上記対物レンズの周縁よりもＸ方向の外側に配置され、
上記接触子は、上記ガイド用シャフトの一端に固定され、
上記高さ調整手段は、上記ガイド用シャフトを上記対物レンズの光軸方向に移動させることにより、上記接触子の高さ調整を行い、
上記接触子の先端は、上記対物レンズの光軸方向から見て、上記ガイド用シャフトの周縁よりも内側に位置決めされていることを特徴とする請求項３に記載の画像測定器。

【請求項5】

上記変位計は、上記対物レンズの光軸方向に延びるシャフトであって、上記接触子が上記高さ調整手段に対してＸ方向及びＹ方向に移動するのを制限するためのガイド用シャフトを有し、
上記ガイド用シャフトは、上記対物レンズの周縁よりもＸ方向の外側に配置され、
上記接触子は、上記ガイド用シャフトに固定され、
上記高さ調整手段は、上記ガイド用シャフトを上記対物レンズの光軸方向に移動させることにより、上記接触子の高さ調整を行い、
上記接触子の先端は、上記対物レンズの周縁よりもＸ方向の内側に位置決めされていることを特徴とする請求項３に記載の画像測定器。

【請求項6】

上記ステージ上の異なる２以上の位置で計測された高さの測定値に基づいて、上記ステージの傾きを求め、上記高さの測定値を補正する高さ測定値補正手段を備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の画像測定器。

【請求項7】

上記カメラは、上記ステージ上のワークを低倍率で撮影する低倍率撮像手段と、上記低倍率撮像手段の低倍率視野よりも狭い高倍率視野を上記低倍率視野内に形成し、上記ワークを高倍率で撮影する高倍率撮像手段とを有し、
上記高さ計測制御手段は、上記低倍率撮像手段により低倍率で撮影可能な領域からなる撮影エリアの一部又は全部を高さ計測の可能なエリアとして、測定位置の制御を行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の画像測定器。

【請求項8】

上記低倍率撮像手段がマスターピースを低倍率で撮影したマスター画像を表示する撮影画像表示手段と、
上記マスター画像に対し、測定対象箇所及び測定方法を指定し、上記測定箇所情報を生成する測定箇所情報生成手段とを備えたことを特徴とする請求項７に記載の画像測定器。

【請求項9】

上記測定箇所情報生成手段は、複数の上記高さ測定箇所を同一のマスター画像に対して指定し、
上記高さ計測制御手段は、上記ワーク検出手段により特定されたワークの位置及び姿勢に基づいて、上記ワーク画像において複数の高さ測定箇所の位置を特定することを特徴とする請求項８に記載の画像測定器。

【請求項10】

上記ワーク検出手段は、上記特徴量情報に基づいて、同一のワーク画像から同一形状かつ略同一サイズの複数のワークを検出して各ワークの位置及び姿勢を特定し、
上記高さ計測制御手段は、上記同一のワーク画像に対する各ワークの２次元の寸法測定が終了した後、複数のワークのそれぞれについて特定された位置及び姿勢に基づいて、高さの測定位置が上記高さ測定箇所と一致するように、上記ステージ及び上記変位計を相対的に移動させる処理を連続的に繰り返すことを特徴とする請求項８又は９に記載の画像測定器。

【請求項11】

上記寸法値算出手段により算出された寸法値及び上記高さ計測制御手段により算出された高さの測定値を上記ワーク画像上に表示する撮影画像表示手段を備え、
上記測定設定データ記憶手段は、設計値及び公差からなる設計値情報を記憶し、
上記撮影画像表示手段は、複数のワークのそれぞれについて算出された２次元の寸法測定の結果と高さ測定結果とを対応するワークに重ねて表示するとともに、これらの測定結果と設計値との誤差が公差の範囲内にあるか否かを識別可能な状態で表示することを特徴とする請求項１０に記載の画像測定器。

【請求項12】

ワークを載置するためのステージと、
上記ステージと対向する対物レンズを介し、上記ステージ上のワークを撮影してワーク画像を生成するカメラと、
上記ワーク画像からワークを検出するための特徴量情報、及び、測定対象として指定された測定対象箇所を示す測定箇所情報を保持する測定設定データ記憶手段と、
上記特徴量情報に基づいて、上記ワーク画像におけるワークの位置及び姿勢を特定するワーク検出手段と、
特定されたワークの上記位置及び姿勢と上記測定箇所情報とに基づいて、上記ワーク画像から上記測定対象箇所のエッジを抽出するエッジ抽出手段と、
抽出された上記エッジに基づいて、上記測定対象箇所の寸法値を求める寸法値算出手段と、
上記対物レンズの光軸方向におけるワークの高さを計測する変位計と、
特定されたワークの上記位置及び姿勢と上記測定箇所情報とに基づいて、上記ステージ及び上記変位計を相対的に移動させることにより、上記カメラにより撮影可能な撮影エリア内において高さの測定位置を制御し、上記変位計の出力に基づいて、高さの測定値を求める高さ計測制御手段と、
マスター画像に対し、測定対象箇所及び測定方法を指定し、上記測定箇所情報を生成する測定箇所情報生成手段を備え、
上記測定設定データ記憶手段は、高さを測定するための高さ測定箇所も上記測定箇所情報として記憶し、
上記測定箇所情報生成手段は、上記測定対象箇所として、上記対物レンズの光軸に垂直な平面内における２次元の寸法を測定するための２次元寸法測定箇所と上記高さ測定箇所とを同一のマスター画像に対して指定し、
上記ワーク検出手段は、上記特徴量情報に基づいて、同一のワーク画像から同一形状かつ略同一サイズの複数のワークを検出して各ワークの位置及び姿勢を特定し、
上記高さ計測制御手段は、上記同一のワーク画像に対する各ワークの２次元の寸法測定が終了した後、複数のワークのそれぞれについて特定された位置及び姿勢に基づいて、高さの測定位置が上記高さ測定箇所と一致するように、上記ステージ及び上記変位計を相対的に移動させる処理を連続的に繰り返すことを特徴とする画像測定器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、画像測定器に係り、さらに詳しくは、ステージ上のワークを撮影したワーク画像からエッジを抽出してワークの寸法を測定する画像測定器の改良に関する。

【背景技術】

【0002】

画像測定器は、ステージ上のワークを撮影してワーク画像を取得し、ワーク画像からエッジを抽出してワークの寸法を測定する寸法測定装置である（例えば、特許文献１）。例えば、ワークが載置される載置面に垂直なＺ方向にステージを移動させることにより、ワーク画像のピント合わせが行われ、載置面と平行なＸ方向にステージを移動させることにより、ワークがカメラの視野内に収まるようにステージの位置調整が行われる。

【0003】

ワーク画像は、ステージのＺ方向の位置に関わらず、ワークに対して極めて正確な相似形であることから、ワーク画像上の距離や角度を判定することにより、ワーク上における実際の寸法を検知することができる。エッジ抽出は、ワーク画像の輝度変化を解析してエッジ点を検出し、検出した複数のエッジ点に直線、円、円弧などの幾何学図形をフィッティングさせることにより行われ、ワークと背景との境界、ワーク上の凹凸を示すエッジが求められる。ワークの寸法は、この様にして求められるエッジ間の距離や角度、円形状のエッジの中心位置や直径として求められる。また、求められた寸法値と設計値との差分（誤差）を公差と比較して良否判定が行われる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２−１５９４０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述した様な従来の画像測定器では、ステージの載置面と平行な方向の寸法は精度良く求められるものの、ワークの高さ、すなわち、載置面に垂直なＺ方向の寸法は測定精度が低いという問題があった。例えば、ワークの高さは、カメラの視野内で異なる２つの測定位置を指定し、測定位置ごとに、ワーク画像のピントが合うステージのＺ方向の位置を特定することによって求められる。ところが、合焦位置にはＺ方向の幅があることから、高さ測定の精度は良くなかった。

【0006】

そこで、被写界深度が浅く、合焦位置の幅が狭いカメラを用いて高さ測定を行うことが考えられる。しかしながら、その様な方法では、カメラの視野が狭くなり、ワークのどこを測定すればよいのかということが判り難いという問題がある。

【0007】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ワークの視認性を低下させることなく、高さの測定精度を向上させた画像測定器を提供することを目的とする。また、ステージ上に載置されたワークの位置や姿勢にかかわらず、ワーク上の所望の位置について、高さの測定値を取得することができる画像測定器を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

第１の本発明による画像測定器は、ワークを載置するためのステージと、上記ステージと対向する対物レンズを介し、上記ステージ上のワークを撮影してワーク画像を生成するカメラと、上記ワーク画像からワークを検出するための特徴量情報、及び、測定対象として指定された測定対象箇所を示す測定箇所情報を保持する測定設定データ記憶手段と、上記特徴量情報に基づいて、上記ワーク画像におけるワークの位置及び姿勢を特定するワーク検出手段と、特定されたワークの上記位置及び姿勢と上記測定箇所情報とに基づいて、上記ワーク画像から上記測定対象箇所のエッジを抽出するエッジ抽出手段と、抽出された上記エッジに基づいて、上記測定対象箇所の寸法値を求める寸法値算出手段と、上記対物レンズの光軸方向におけるワークの高さを計測する変位計と、特定されたワークの上記位置及び姿勢と上記測定箇所情報とに基づいて、上記ステージ及び上記変位計を相対的に移動させることにより、上記カメラにより撮影可能な撮影エリア内において高さの測定位置を制御し、上記変位計の出力に基づいて、高さの測定値を求める高さ計測制御手段とを備えて構成される。

【0009】

この画像測定器では、対物レンズの光軸方向におけるワークの高さを計測する変位計を備えることから、カメラの被写界深度に影響されることなく、高さの測定値を取得することができる。このため、ワークの視認性を低下させることなく、高さの測定精度を向上させることができる。また、ワーク画像におけるワークの位置及び姿勢を特定し、撮影エリア内において高さの測定位置を制御するので、ステージ上に載置されたワークの位置や姿勢にかかわらず、ワーク上の所望の位置について、高さの測定値を取得することができる。

【0010】

第２の本発明による画像測定器は、上記構成に加え、上記ステージを上記対物レンズの光軸に垂直なＸ方向に移動させるステージ位置調整手段と、上記変位計を上記光軸及びＸ方向に垂直なＹ方向に移動させる変位計位置調整手段とを備え、上記変位計が、上記対物レンズの周縁よりもＸ方向の外側に配置され、上記高さ計測制御手段が、上記ステージ位置調整手段及び上記変位計位置調整手段を制御することにより、ＸＹ平面内において高さの測定位置を制御するように構成される。

【0011】

この様な構成によれば、高さの測定位置を制御するための可動部の構成を簡素化することができる。特に、変位計を対物レンズの周縁よりもＸ方向の外側に配置する一方、ステージをＸ方向に移動させるので、変位計をＸ方向に移動させなくても、カメラの撮影エリア内でワークの高さを測定することができる。

【0012】

第３の本発明による画像測定器は、上記構成に加え、上記変位計が、上記ステージ上のワークに接触させる接触子と、上記接触子を上記対物レンズの光軸方向に移動させて上記接触子の高さ調整を行う高さ調整手段とを有するように構成される。この様な構成によれば、接触子をワークに当接させることによって高さ計測を行うので、ワークの材質や表面状態にかかわらず、ワークの高さを測定することができる。

【0013】

第４の本発明による画像測定器は、上記構成に加え、上記変位計が、上記対物レンズの光軸方向に延びるシャフトであって、上記接触子が上記高さ調整手段に対してＸ方向及びＹ方向に移動するのを制限するためのガイド用シャフトを有し、上記ガイド用シャフトが、上記対物レンズの周縁よりもＸ方向の外側に配置され、上記接触子が、上記ガイド用シャフトの一端に固定され、上記高さ調整手段が、上記ガイド用シャフトを上記対物レンズの光軸方向に移動させることにより、上記接触子の高さ調整を行い、上記接触子の先端が、上記対物レンズの光軸方向から見て、上記ガイド用シャフトの周縁よりも内側に位置決めされているように構成される。

【0014】

接触子の先端をガイド用シャフトの周縁よりも外側に位置決めすれば、より広い範囲で高さを測定することが可能になるが、接触子やガイド用シャフトに歪みが生じ易いので、高さの測定誤差が乗り易い。これに対し、上記画像測定器では、接触子の先端がガイド用シャフトの周縁よりも内側に位置決めされるので、高さの計測可能な範囲は狭くなるが、接触子やガイド用シャフトに歪みが生じ難いので、高さの測定誤差を低減させることができる。

【0015】

第５の本発明による画像測定器は、上記構成に加え、上記変位計が、上記対物レンズの光軸方向に延びるシャフトであって、上記接触子が上記高さ調整手段に対してＸ方向及びＹ方向に移動するのを制限するためのガイド用シャフトを有し、上記ガイド用シャフトが、上記対物レンズの周縁よりもＸ方向の外側に配置され、上記接触子が、上記ガイド用シャフトに固定され、上記高さ調整手段が、上記ガイド用シャフトを上記対物レンズの光軸方向に移動させることにより、上記接触子の高さ調整を行い、上記接触子の先端が、上記対物レンズの周縁よりもＸ方向の内側に位置決めされているように構成される。

【0016】

この様な構成によれば、接触子の先端が対物レンズの光軸方向から見てガイド用シャフトの周縁よりも内側に位置決めされる場合に比べ、Ｘ方向に広い測定エリアで高さを測定することができる。例えば、安定性が低下するのを防止するためにステージのＸ方向の移動範囲が制限されている場合、接触子の先端がガイド用シャフトの周縁よりも内側に位置決めされていれば、ガイド用シャフトが対物レンズの周縁よりもＸ方向の外側に配置されることから、高さの測定リアが撮影エリア内の狭い領域に制限される。これに対し、接触子の先端が対物レンズの周縁よりもＸ方向の内側に位置決めされていれば、高さ計測の範囲がＸ方向に拡大されるので、より広い測定エリアで高さ計測を行うことができる。

【0017】

第６の本発明による画像測定器は、上記構成に加え、上記ステージ上の異なる２以上の位置で計測された高さの測定値に基づいて、上記ステージの傾きを求め、上記高さの測定値を補正する高さ測定値補正手段を備えて構成される。この様な構成によれば、ワークの重さによってステージに傾きや歪みが生じ、或いは、ステージにがたつきがある場合であっても、高さの測定誤差を低減させることができる。

【0018】

第７の本発明による画像測定器は、上記構成に加え、上記カメラが、上記ステージ上のワークを低倍率で撮影する低倍率撮像手段と、上記低倍率撮像手段の低倍率視野よりも狭い高倍率視野を上記低倍率視野内に形成し、上記ワークを高倍率で撮影する高倍率撮像手段とを有し、上記高さ計測制御手段が、上記低倍率撮像手段により低倍率で撮影可能な領域からなる撮影エリアの一部又は全部を高さ計測の可能なエリアとして、測定位置の制御を行うように構成される。この様な構成によれば、高倍率視野よりも広い低倍率視野によってワークの全体を確認しながら、高さの測定対象箇所を指定し、或いは、高さの測定結果を確認することができる。

【0019】

第８の本発明による画像測定器は、上記構成に加え、上記低倍率撮像手段がマスターピースを低倍率で撮影したマスター画像を表示する撮影画像表示手段と、上記マスター画像に対し、測定対象箇所及び測定方法を指定し、上記測定箇所情報を生成する測定箇所情報生成手段とを備えて構成される。この様な構成によれば、高倍率視野よりも広い低倍率視野によってマスターピースの全体を確認しながら、測定対象箇所や測定方法を指定することができる。

【0020】

第９の本発明による画像測定器は、上記構成に加え、マスター画像に対し、測定対象箇所及び測定方法を指定し、上記測定箇所情報を生成する測定箇所情報生成手段を備え、上記測定設定データ記憶手段が、高さを測定するための高さ測定箇所も上記測定箇所情報として記憶し、上記測定箇所情報生成手段が、上記測定対象箇所として、上記対物レンズの光軸に垂直な平面内における２次元の寸法を測定するための２次元寸法測定箇所と上記高さ測定箇所とを同一のマスター画像に対して指定するように構成される。この様な構成によれば、同一のワークに対し、対物レンズの光軸に垂直な平面内における２次元の寸法と光軸方向の高さとを測定することができる。

【0021】

第１０の本発明による画像測定器は、上記構成に加え、上記測定箇所情報生成手段が、複数の上記高さ測定箇所を同一のマスター画像に対して指定し、上記測定設定データ記憶手段が、上記測定箇所情報生成手段により指定された各高さ測定箇所を上記特徴量情報に関連づけて記憶し、上記高さ計測制御手段が、上記ワーク検出手段により特定されたワークの位置及び姿勢に基づいて、上記ワーク画像において複数の高さ測定箇所の位置を特定するように構成される。この様な構成によれば、同一のワークにおける複数の高さ測定箇所について、高さを測定することができる。

【0022】

第１１の本発明による画像測定器は、上記構成に加え、上記ワーク検出手段が、上記特徴量情報に基づいて、同一のワーク画像から同一形状かつ略同一サイズの複数のワークを検出して各ワークの位置及び姿勢を特定し、上記高さ計測制御手段が、上記同一のワーク画像に対する各ワークの２次元の寸法測定が終了した後、複数のワークのそれぞれについて特定された位置及び姿勢に基づいて、高さの測定位置が上記高さ測定箇所と一致するように、上記ステージ及び上記変位計を相対的に移動させる処理を連続的に繰り返すように構成される。この様な構成によれば、同一形状かつ略同一サイズの複数のワークに対する２次元の寸法測定と高さ測定とを順次に実行させることができる。

【0023】

第１２の本発明による画像測定器は、上記構成に加え、上記寸法値算出手段により算出された寸法値及び上記高さ計測制御手段により算出された高さの測定値を上記ワーク画像上に表示する撮影画像表示手段を備え、上記測定設定データ記憶手段が、設計値及び公差からなる設計値情報を記憶し、上記撮影画像表示手段は、複数のワークのそれぞれについて算出された２次元の寸法測定の結果と高さ測定結果とを対応するワークに重ねて表示するとともに、これらの測定結果と設計値との誤差が公差の範囲内にあるか否かを識別可能な状態で表示するように構成される。この様な構成によれば、同一形状かつ略同一サイズの複数のワークに対する２次元の寸法測定の結果及び高さ測定結果と、これらの測定結果と設計値との誤差が公差の範囲内にあるか否かとを容易に確認することができる。

【発明の効果】

【0024】

本発明によれば、ワークの視認性を低下させることなく、高さの測定精度を向上させた画像測定器を提供することができる。また、ステージ上に載置されたワークの位置や姿勢にかかわらず、ワーク上の所望の位置について、高さの測定値を取得することができる画像測定器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明の実施の形態による画像測定器１の一構成例を示した斜視図であり、接触式の変位計１６を備えた画像測定器１が示されている。

【図2】図１の変位計１６の構成例を示した図であり、変位計１６を前方から見た様子が示されている。

【図3】図１の変位計１６の構成例を示した図であり、変位計１６を上方から見た様子が示されている。

【図4】図１の測定ユニット１０内の光学系の構成例を模式的に示した説明図であり、測定ユニット１０をＹＺ平面により切断した場合の切断面が示されている。

【図5】変位計１６と対物レンズ１０４との位置関係を示した説明図であり、対物レンズ１０４の下方から変位計１６の着脱部１６３及び１６５を見た場合が示されている。

【図6】図１の可動ステージ１２を示した説明図であり、可動ステージ１２上に形成される撮影エリア２，３、高さの測定エリア４及び５が示されている。

【図7】図１の画像測定器１における寸法測定時の動作の一例を示した図であり、低倍率撮像部１１０により撮影されたワーク画像Ｉｗが示されている。

【図8】図１の制御ユニット２０内の機能構成の一例を示したブロック図である。

【図9】図８の制御ユニット２０における測定設定時の動作の一例を示したフローチャートである。

【図10】図８の制御ユニット２０における寸法測定時の動作の一例を示したフローチャートである。

【図11】図１の画像測定器１の動作の一例を示した図であり、測定設定データの作製時に、測定ユニット１０の画面表示部１１に表示される設定画面６が示されている。

【図12】図１の画像測定器１の動作の一例を示した図であり、高さ測定を選択した場合の設定画面６が示されている。

【発明を実施するための形態】

【0026】

＜画像測定器１＞
図１は、本発明の実施の形態による画像測定器１の一構成例を示した斜視図であり、接触式の変位計１６を備えた画像測定器１が示されている。この画像測定器１は、可動ステージ１２上のワークを撮影したワーク画像からエッジを抽出してワークの寸法を測定する寸法測定装置であり、測定ユニット１０、制御ユニット２０、キーボード３１及びマウス３２により構成される。ワークは、その形状や寸法が測定される測定対象物である。

【0027】

測定ユニット１０は、画面表示部１１、可動ステージ１２、電源スイッチ１３、実行ボタン１４、Ｚ調整つまみ１５及び変位計１６を備え、可動ステージ１２上のワークに可視光からなる検出光を照射し、その透過光又は反射光を受光してワーク画像を生成する。

【0028】

画面表示部１１は、ワーク画像や測定結果を表示画面１１ａ上に表示する表示装置である。この画面表示部１１は、後述する鏡筒部よりも前側に配置されている。可動ステージ１２は、ワークを載置するための水平かつ平坦な載置面を有する作業台であり、左右方向及び上下方向に移動させることができる。例えば、可動ステージ１２は、検出光を透過させるガラス板からなる。ここでは、可動ステージ１２の載置面に垂直な上下方向をＺ方向と呼び、測定ユニット１０の左右方向をＸ方向、前後方向をＹ方向と呼ぶことにする。

【0029】

Ｚ調整つまみ１５は、可動ステージ１２をＺ方向に移動させて可動ステージ１２の位置を調整するための操作部である。電源スイッチ１３は、画像測定器１の主電源をオン状態及びオフ状態間で切り替えるための操作部である。実行ボタン１４は、寸法測定を開始させるための操作部である。

【0030】

変位計１６は、ワークの高さを計測する高さ計測装置であり、可動ステージ１２上のワークに接触子を当接させることにより、高さを検知する接触式距離センサからなる。ここでいうワークの高さは、Ｚ方向の高さであり、可動ステージ１２からの距離や、ＸＹ平面内で離間した２つの測定位置間の高低差を示す段差が検知される。この変位計１６は、後述するカメラの鏡筒部よりも左側に配置され、接触子をＹ方向又はＺ方向に移動させて接触子の位置を調整することができる。

【0031】

制御ユニット２０は、測定ユニット１０による撮影や画面表示を制御し、ワーク画像を解析してワークの寸法を演算により求めるコントローラ部であり、キーボード３１及びマウス３２が接続されている。電源投入後、可動ステージ１２上にワークを載置して実行ボタン１４を操作すれば、ワークの寸法が自動的に測定される。

【0032】

＜変位計１６＞
図２及び図３は、図１の変位計１６の構成例を示した図である。図２には、変位計１６を前方から見た様子が示され、図３には、変位計１６を上方から見た様子が示されている。図中には、接触子１７の装着位置を変更することにより、ストレートポジション及びオフセットポジションを高さ計測の位置として選択可能な変位計１６が示されている。ストレートポジションは、ＸＹ平面内において、ガイド用シャフト１６２の下端の位置であり、オフセットポジションは、ストレートポジションよりもカメラの光軸中心に近い位置である。

【0033】

この変位計１６は、接触子１７、高さ調整部１６１、ガイド用シャフト１６２、ストレートポジション着脱部１６３、オフセットアーム１６４及びオフセットポジション着脱部１６５により構成される。変位計１６は、変位計位置調整部１６８により、水平フレーム１６０に対し、Ｙ方向に移動可能に配設されている。

【0034】

接触子１７は、可動ステージ１２上のワークに接触させる接触部であり、上下方向、すなわち、Ｚ方向に延びる細長い棒状のプローブ部１７１と、プローブ部１７１の上端に設けられた着脱部１７２とからなる。プローブ部１７１は、その下端をワークの表面に当接させる。着脱部１７２は、円柱形状の座部であり、ガイド用シャフト１６２のストレートポジション着脱部１６３又はオフセットアーム１６４の先端のオフセットポジション着脱部１６５のいずれか一方に着脱可能に装着される。

【0035】

水平フレーム１６０は、高さ調整部１６１及び変位計位置調整部１６８を保持するシャーシ部であり、水平に固定される。ガイド用シャフト１６２は、接触子１７が高さ調整部１６１に対してＸ方向及びＹ方向に移動するのを制限するためのガイド部材であり、上下方向に延びる棒状体からなる。

【0036】

ストレートポジション着脱部１６３は、円柱形状の座部であり、ガイド用シャフト１６２の下端に設けられている。接触子１７の着脱部１７２は、プローブ部１７１の中心軸とガイド用シャフト１６２の中心軸とを略一致させた状態で、ストレートポジション着脱部１６３に固定される。このストレートポジションを選択することにより、接触子１７の先端、すなわち、プローブ部１７１の下端は、Ｚ方向から見て、ガイド用シャフト１６２の周縁よりも内側に位置決めされる。この様な構成によれば、接触子１７をワークに接触させた際に、接触子１７やガイド用シャフト１６２に歪が生じ難いので、高さの測定誤差を低減させることができる。

【0037】

オフセットアーム１６４は、カメラの光軸中心側にオフセットさせるための棒状の構造体であり、ガイド用シャフト１６２の側面からＸ方向に突出し、先端にオフセットポジション着脱部１６５が設けられている。オフセットポジション着脱部１６５は、円柱形状の座部であり、ストレートポジション着脱部１６３とＺ方向の位置を一致させて配置されている。このオフセットポジションを選択することにより、接触子１７の先端、すなわち、プローブ部１７１の下端は、後述する対物レンズの周縁よりもＸ方向の内側に位置決めされる。この様な構成によれば、ストレートポジションを選択した場合に比べ、Ｘ方向に広い測定エリアで高さを測定することができる。

【0038】

着脱部１７２と着脱部１６３又は１６５とは、マグネットの磁力を利用して結合する。マグネットの磁力を利用することにより、接触子１７の着脱が容易である。また、ワークとの衝突により、変位計１６が破損するのを防止することができる。

【0039】

高さ調整部１６１は、ガイド用シャフト１６２をＺ方向に移動させることにより、接触子１７の高さ調整を行い、ガイド用シャフト１６２のＺ方向の位置を検出するセンサ本体であり、リフト用スライダ１６６及びリフト用モータ１６７からなる。この高さ調整部１６１は、制御ユニット２０からの駆動信号に基づいて、接触子１７の高さ調整を行う。また、ガイド用シャフト１６２のＺ方向の位置は、例えば、光学読取装置を用いて検出される。

【0040】

リフト用スライダ１６６は、ガイド用シャフト１６２をＺ方向に持ち上げる可動部であり、ガイド用シャフト１６２から突出する爪部１６２ａと係合するストッパー部１６６ａが設けられている。

【0041】

爪部１６２ａは、ガイド用シャフト１６２の左側面からＸ方向に突出する柱状体からなる。ストッパー部１６６ａは、リフト用スライダ１６６の前面からＹ方向に突出する柱状体からなる。リフト用モータ１６７は、リフト用スライダ１６６をＺ方向に移動させるための電動機である。

【0042】

ストッパー部１６６ａが爪部１６２ａの下面に当接することにより、ガイド用シャフト１６２がリフト用スライダ１６６により支持される。また、ストッパー部１６６ａ及び爪部１６２ａが係合した状態で、リフト用スライダ１６６をＺ方向に移動させることにより、接触子１７の高さが所定の範囲内で調整される。

【0043】

また、リフト用スライダ１６６を降下させている途中で、接触子１７がワークに当接すれば、ストッパー部１６６ａ及び爪部１６２ａの係合が外れ、接触子１７の下方向への移動は停止する。ストッパー部１６６ａ及び爪部１６２ａの係合が外れた状態では、接触子１７及びガイド用シャフト１６２の自重がワークに付加され、この状態で検出したガイド用シャフト１６２の位置からワークの高さが求められる。

【0044】

変位計位置調整部１６８は、前後方向、すなわち、Ｙ方向に延びるスライド用シャフトと、このスライド用シャフトを回転させる駆動部とにより構成され、変位計１６をＹ方向に移動させて接触子１７のＹ方向の位置調整を行う。この変位計位置調整部１６８は、制御ユニット２０からの駆動信号に基づいて、接触子１７の位置調整を行う。スライド用シャフトを回転させることにより、高さ調整部１６１がＹ方向に移動し、接触子１７のＹ方向の位置が所定の範囲内で調整される。

【0045】

＜測定ユニット１０＞
図４は、図１の測定ユニット１０内の光学系の構成例を模式的に示した説明図であり、測定ユニット１０を対物レンズ１０４の光軸を含むＹＺ平面により切断した場合の切断面が示されている。この測定ユニット１０は、画面表示部１１、可動ステージ１２、筐体１００、ステージ位置調整部１０１、鏡筒部１０２、照明位置調整部１０３、対物レンズ１０４、低倍率撮像部１１０、高倍率撮像部１２０、同軸落射照明ユニット１３０、リング照明ユニット１４０及び透過照明ユニット１５０により構成される。

【0046】

ステージ位置調整部１０１、鏡筒部１０２、対物レンズ１０４、撮像部１１０，１２０、同軸落射照明ユニット１３０及び透過照明ユニット１５０は、筐体１００内に配置されている。

【0047】

ステージ位置調整部１０１は、制御ユニット２０からの駆動信号に基づいて、可動ステージ１２をＸ又はＺ方向に移動させることにより、可動ステージ１２のＸ及びＺ方向の位置を調整する。このステージ位置調整部１０１は、可動ステージ１２をＹ方向の前端でのみ支持する片持ち構造のステージ支持部である。

【0048】

対物レンズ１０４は、ワークからの検出光を集光する受光レンズであり、可動ステージ１２と対向し、光軸を上下方向と一致させて配置されている。対物レンズ１０４は、その周縁が略円形である。Ｘ方向及びＹ方向は、互いに直交し、いずれも対物レンズ１０４の光軸に垂直である。

【0049】

低倍率撮像部１１０及び高倍率撮像部１２０は、共通の対物レンズ１０４を介して、ワークを撮影する撮像手段である。つまり、低倍率撮像部１１０、高倍率撮像部１２０及び対物レンズ１０４によって、１つのカメラが構成されている。

【0050】

低倍率撮像部１１０は、撮影倍率の低い撮像装置であり、対物レンズ１０４を介し、可動ステージ１２上のワークを低倍率で撮影する。この低倍率撮像部１１０は、撮像素子１１１、結像レンズ１１２及び絞り板１１３により構成される。撮像素子１１１は、検出光を受光してワーク画像を生成する。この撮像素子１１１は、受光面を下方に向けて配置されている。結像レンズ１１２は、検出光を撮像素子１１１上に結像させる光学部材である。絞り板１１３は、検出光の透過光量を制限する光学絞りであり、結像レンズ１１２及び対物レンズ１０４間に配置されている。結像レンズ１１２、絞り板１１３及び対物レンズ１０４は、上下方向に延びる光軸を中心として配置されている。

【0051】

高倍率撮像部１２０は、撮影倍率の高い撮像装置であり、低倍率撮像部１１０の低倍率視野よりも狭い高倍率視野を低倍率視野内に形成し、対物レンズ１０４を介し、可動ステージ１２上のワークを高倍率で撮影する。この高倍率撮像部１２０は、撮像素子１２１、結像レンズ１２２、絞り板１２３及びハーフミラー１２４により構成される。撮像素子１２１は、検出光を受光してワーク画像を生成する。この撮像素子１２１は、受光面を前方に向けて配置されている。結像レンズ１２２は、検出光を撮像素子１２１上に結像させる光学部材である。絞り板１２３は、検出光の透過光量を制限する光学絞りであり、結像レンズ１２２及びハーフミラー１２４間に配置されている。対物レンズ１０４を透過した検出光は、ハーフミラー１２４により水平方向に折り曲げられ、絞り板１２３及び結像レンズ１２２を介して撮像素子１２１に結像する。

【0052】

例えば、撮像素子１１１及び１２１には、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices：電荷結合素子）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor：相補型金属酸化物半導体）などのイメージセンサが用いられる。対物レンズ１０４には、上下方向、すなわち、対物レンズ１０４の光軸方向の位置が変化しても、像の大きさを変化させない性質を有するテレセントリックレンズが用いられる。

【0053】

同軸落射照明ユニット１３０は、可動ステージ１２上のワークに検出光を上方から照射する落射照明装置であり、検出光の光軸を対物レンズ１０４の光軸と一致させている。この同軸落射照明ユニット１３０は、前方に向けて配置された光源１３１と、光源１３１から出射された検出光を下方に折り曲げるハーフミラー１３２とにより構成される。結像レンズ１１２，１２２、絞り板１１３，１２３、ハーフミラー１２４，１３２及び対物レンズ１０４は、鏡筒部１０２内に収容されている。

【0054】

透過照明ユニット１５０は、可動ステージ１２上のワークに検出光を下方から照射する透過照明装置であり、光源１５１、ミラー１５２及び集光レンズ１５３により構成される。光源１５１は、前方に向けて配置されている。光源１５１から出射された検出光は、ミラー１５２により反射され、集光レンズ１５３を介して出射される。この検出光は、可動ステージ１２を透過し、その透過光の一部は、ワークにより遮断され、他の一部が対物レンズ１０４に入射する。

【0055】

リング照明ユニット１４０は、可動ステージ１２上のワークに検出光を上方又は側方から照射する落射照明装置であり、対物レンズ１０４を取り囲むリング形状からなる。このリング照明ユニット１４０は、平行光に近い拡がり角からなる検出光を側方から照射する側射照明装置と、拡散光を照射する拡散照明装置とを同軸に配置した照明装置である。

【0056】

照明ユニット１３０〜１５０の光源には、ＬＥＤ（発光ダイオード）やハロゲンランプが用いられる。照明位置調整部１０３は、リング照明ユニット１４０を上下方向に移動させることにより、側射照明装置４０のＺ方向の位置の調整を行う。ワークの照明方法としては、透過照明、リング照明又は同軸落射照明のいずれかを選択することができる。

【0057】

変位計１６の高さ調整部１６１やガイド用シャフト１６２は、リング照明ユニット１４０よりもＸ方向の外側に配置される。この様な構成により、リング照明ユニット１４０を上下方向に移動させた際に、変位計１６とリング照明ユニット１４０とが干渉することを防止している。

【0058】

図５は、変位計１６と対物レンズ１０４との位置関係を示した説明図であり、対物レンズ１０４の下方から変位計１６の着脱部１６３及び１６５を見た場合が示されている。図中の（ａ）には、撮影エリア内でワークの高さを測定する場合が示され、（ｂ）には、変位計１６が退避状態である場合が示されている。この図では、接触子１７がオフセットポジション着脱部１６５に装着されている。

【0059】

撮影エリアは、カメラにより撮影可能な可動ステージ１２上の領域からなる。変位計１６のストレートポジション着脱部１６３は、対物レンズ１０４の周縁よりもＸ方向の外側に配置される。この例では、対物レンズ１０４と同軸に配置されたリング照明ユニット１４０よりもＸ方向の外側に、ストレートポジション着脱部１６３が配置されている。撮影エリア内でワークの高さを測定する場合、変位計１６をＹ方向に移動させることにより、オフセットポジション着脱部１６５を対物レンズ１０４の周縁よりも内側に移動させることができる。

【0060】

退避状態では、変位計１６が対物レンズ１０４の周縁よりもＹ方向の外側の退避位置にあり、カメラの視野を遮らないようにしている。この例では、リング照明ユニット１４０よりもＹ方向の外側に退避位置が形成され、着脱部１６３及び１６５は、リング照明ユニット１４０よりも外側に配置されている。この退避状態では、リング照明ユニット１４０を降下させても、変位計１６と干渉することはない。

【0061】

図６は、図１の可動ステージ１２を示した説明図であり、可動ステージ１２上に形成される撮影エリア２，３、高さの測定エリア４及び５が示されている。この可動ステージ１２は、左右方向、すなわち、Ｘ方向に長い略矩形である。

【0062】

撮影エリア２は、低倍率撮像部１１０により撮影可能な可動ステージ１２上のエリアである。この撮影エリア２は、直径が１００ｍｍの円形領域をＸ方向に１００ｍｍだけ移動させて形成される連結領域からなり、Ｘ方向の最大長は２００ｍｍ、Ｙ方向の幅は１００ｍｍである。直径が１００ｍｍの円形領域は、低倍率撮像部１１０の低倍率視野に対応する。

【0063】

撮影エリア３は、高倍率撮像部１２０により撮影可能な可動ステージ１２上のエリアであり、撮影エリア２内に形成されている。この撮影エリア３は、一辺の長さが２５ｍｍの正方形領域をＸ方向に１００ｍｍだけ移動させて形成される矩形の連結領域からなり、Ｘ方向の長さは１２５ｍｍ、Ｙ方向の長さは２５ｍｍである。一辺の長さが２５ｍｍの正方形領域は、高倍率撮像部１２０の高倍率視野に対応する。

【0064】

測定エリア４は、ストレートポジション着脱部１６３に装着された接触子１７により高さ計測が可能な可動ステージ１２上のエリアである。この測定エリア４は、撮影エリア２左端部に形成され、撮影エリア２の一部である。つまり、ストレートポジションを選択した場合は、測定エリア４内におけるワークの高さが測定対象になる。

【0065】

画像測定器１では、対物レンズ１０４の光軸方向におけるワークの高さを計測する変位計１６を備えることから、カメラの被写界深度に影響されることなく、高さの測定値を取得することができる。このため、ワークの視認性を低下させることなく、高さの測定精度を向上させることができる。

【0066】

測定エリア５は、オフセットポジション着脱部１６５に装着された接触子１７により高さ計測が可能な可動ステージ１２上のエリアであり、測定エリア４よりもＸ方向に広く、測定エリア４を内包している。この測定エリア５は、撮影エリア２の左側に形成され、撮影エリア２の一部である。つまり、オフセットポジションを選択した場合は、測定エリア５内におけるワークの高さが測定対象になり、ストレートポジションを選択した場合に比べ、広いエリアで高さ計測を行うことができる。

【0067】

＜ワーク画像Ｉｗ＞
図７は、図１の画像測定器１における寸法測定時の動作の一例を示した図であり、低倍率撮像部１１０により撮影されたワーク画像Ｉｗが示されている。このワーク画像Ｉｗは、低倍率撮像部１１０により可動ステージ１２上のワークを低倍率で撮影された撮影画像であり、低倍率視野Ｌｖ内に存在する複数のワークＷが被写体として撮影されている。この例では、同一の形状で略同一サイズの３つのワークＷが被写体として撮影されている。

【0068】

本実施の形態による画像測定器１では、ワーク画像ＩｗからワークＷを検出するための特徴量情報と測定対象箇所を示す測定箇所情報とを予め登録しておくことにより、ワーク画像Ｉｗにおける各ワークＷの位置及び姿勢を特定して各ワークＷの高さが自動的に測定される。つまり、ユーザは、各ワークＷを可動ステージ１２上に載置する際に、位置や姿勢を気にしなくても、これらのワークＷについて、所望の位置における高さを自動的に測定することができる。

【0069】

また、高倍率視野よりも広い低倍率視野Ｌｖによって各ワークＷの全体を確認しながら、高さの測定対象箇所や測定方法を指定し、或いは、高さの測定結果を確認することができる。

【0070】

＜制御ユニット２０＞
図８は、図１の制御ユニット２０内の機能構成の一例を示したブロック図である。この制御ユニット２０は、撮影画像取得部２０１、ワーク画像記憶部２０２、撮影画像表示部２０３、測定箇所情報生成部２０４、測定設定データ記憶部２０５、ワーク検出部２０６、エッジ抽出部２０７、寸法値算出部２０８、高さ計測制御部２０９及び高さ測定値補正部２１０により構成される。

【0071】

撮影画像取得部２０１は、ユーザ操作に基づいて、測定ユニット１０の撮像部１１０及び１２０を制御し、撮像部１１０又は１２０からワーク画像を取得する。ワーク画像記憶部２０２には、ワーク画像が保持される。撮影画像表示部２０３は、測定ユニット１０の画面表示部１１を制御し、設定画面（後述）やワーク画像を表示する。

【0072】

測定箇所情報生成部２０４は、ユーザ操作に基づいて、測定対象箇所及び測定方法を示す測定箇所情報を生成する。測定設定データ記憶部２０５には、ワーク画像からワークを検出するための特徴量情報、測定箇所情報及び設計値情報が測定設定データとして保持される。設計値情報は、設計値及び公差からなる。

【0073】

測定設定時には、低倍率撮像部１１０がマスターピースを低倍率で撮影したマスター画像が撮影画像表示部２０３により表示される。測定箇所情報生成部２０４は、マスター画像に対し、測定対象箇所及び測定方法を指定し、測定箇所情報を生成する。この様な構成によれば、高倍率視野よりも広い低倍率視野によってマスターピースの全体を確認しながら、測定対象箇所や測定方法を指定することができる。

【0074】

また、測定箇所情報生成部２０４は、測定対象箇所として、対物レンズ１０４の光軸に垂直な平面、すなわち、ＸＹ平面内における２次元の寸法を測定するための２次元寸法測定箇所と、高さを測定するための高さ測定箇所とを同一のマスター画像に対して指定する。測定設定データ記憶部２０５には、２次元寸法測定箇所と共に、高さ測定箇所が測定箇所情報として記憶される。この様な構成によれば、同一のワークに対し、ＸＹ平面内における２次元の寸法と、対物レンズ１０４の光軸方向、すなわち、Ｚ方向の高さとを測定することができる。

【0075】

また、測定設定データ記憶部２０５には、測定箇所情報生成部２０４により、複数の高さ測定箇所が同一のマスター画像に対して指定されれば、各高さ測定箇所が特徴量情報に関連づけて記憶される。

【0076】

ワーク検出部２０６は、特徴量情報に基づいて、ワーク画像におけるワークの位置及び姿勢を特定する。例えば、パターンマッチングにより、ワークの位置及び姿勢が特定される。エッジ抽出部２０７は、ワーク検出部２０６により特定されたワークの位置及び姿勢と測定箇所情報とに基づいて、ワーク画像から測定対象箇所のエッジを抽出する。例えば、輝度の変化率に基づいて、エッジが抽出される。寸法値算出部２０８は、エッジ抽出部２０７により抽出されたエッジに基づいて、測定対象箇所の寸法値を求める。寸法値算出部２０８により求められた寸法値は、撮影画像表示部２０３へ出力され、画面表示部１１に測定結果として表示される。

【0077】

高さ計測制御部２０９は、ワーク検出部２０６により特定されたワークの位置及び姿勢と測定箇所情報とに基づいて、可動ステージ１２及び変位計１６を相対的に移動させることにより、撮影エリア内において高さの測定位置を制御し、変位計１６の出力に基づいて、高さの測定値を求める。ここでいう高さの測定位置は、撮影エリアよりも十分に狭小な領域からなる。

【0078】

この高さ計測制御部２０９は、ステージ位置調整部１０１、変位計位置調整部１６８及び高さ調整部１６１を制御することにより、ＸＹ平面内において高さの測定位置を制御するとともに、接触子１７のＺ方向の位置を制御する。高さ計測制御部２０９により求められた高さの測定値は、撮影画像表示部２０３へ出力され、画面表示部１１に測定結果として表示される。

【0079】

画像測定器１では、ワーク画像におけるワークの位置及び姿勢を特定して、撮影エリア内における高さの測定位置を制御するので、可動ステージ１２上に載置されたワークの位置や姿勢にかかわらず、ワーク上の所望の位置について、高さの測定値を取得することができる。また、高さの測定位置を制御するための可動部の構成を簡素化することができる。特に、変位計１６を対物レンズ１０４の周縁よりもＸ方向の外側に配置する一方、可動ステージ１２をＸ方向に移動させるので、変位計１６をＸ方向に移動させなくても、カメラの撮影エリア内でワークの高さを測定することができる。

【0080】

高さ測定値補正部２１０は、測定精度を上げるために可動ステージ１２の傾きを求め、高さの測定値を補正する。具体的には、可動ステージ１２上の異なる２以上の位置で計測された高さの測定値に基づいて、可動ステージ１２の傾きが求められる。撮影画像表示部２０３には、補正後の測定値が出力される。傾き検知のための測定位置は、ワーク検出部２０６により特定されたワークの位置及び姿勢と測定箇所情報とに基づいて、ワークの存在しない領域から自動的に指定される。

【0081】

この様な構成によれば、ワークの重さによって可動ステージ１２に傾きや歪みが生じ、或いは、可動ステージ１２にがたつきがある場合であっても、高さの測定誤差を低減させることができる。本実施の形態では、可動ステージ１２がステージ位置調整部１０１によりＹ方向の前端でのみ支持される片持ち構造を有するので、可動ステージ１２の傾きを求めて高さの測定値を補正することにより、測定誤差を効果的に低減させることができる。

【0082】

なお、高さ計測制御部２０９は、複数の高さ測定箇所が同一のマスター画像に対して指定されていれば、ワーク検出部２０６により特定されたワークの位置及び姿勢に基づいて、ワーク画像において複数の高さ測定箇所の位置を特定する。この様な構成によれば、同一のワークにおける複数の高さ測定箇所について、高さを測定することができる。

【0083】

また、ワーク検出部２０６は、特徴量情報に基づいて、同一のワーク画像から同一形状かつ略同一サイズの複数のワークを検出して各ワークの位置及び姿勢を特定する。このとき、高さ計測制御部２０９は、同一のワーク画像に対する各ワークの２次元の寸法測定が終了した後、複数のワークのそれぞれについて特定された位置及び姿勢に基づいて、高さの測定位置が高さ測定箇所と一致するように、可動ステージ１２及び変位計１６を相対的に移動させる処理を連続的に繰り返す。この様な構成によれば、同一形状かつ略同一サイズの複数のワークに対する２次元の寸法測定と高さ測定とを順次に実行させることができる。

【0084】

撮影画像表示部２０３は、寸法値算出部２０８により算出された寸法値及び高さ計測制御部２０９により算出された高さの測定値をワーク画像上に表示する。例えば、複数のワークのそれぞれについて算出された２次元の寸法測定の結果と高さ測定結果とが対応するワークに重ねて表示されるとともに、これらの測定結果と設計値との誤差が公差の範囲内にあるか否かが識別可能な状態で表示される。この様な構成によれば、同一形状かつ略同一サイズの複数のワークに対する２次元の寸法測定の結果及び高さ測定結果と、これらの測定結果を設計値との誤差が公差の範囲内にあるか否かとを容易に確認することができる。

【0085】

図９のステップＳ１０１〜Ｓ１０６は、図８の制御ユニット２０における測定設定時の動作の一例を示したフローチャートである。この図には、制御ユニット２０において測定設定データを作成する場合が示されている。

【0086】

測定設定データの作成処理は、以下に示す６つの処理手順からなる。まず、設計データの入力が行われる（ステップＳ１０１）。設計データの入力では、特徴量の設定や輪郭比較に用いるマスターデータが取得される。マスターデータは、マスターピースを撮影した撮影画像、或いは、ＣＡＤ（Computer Aided Design）により作成されたＣＡＤデータやＣＡＤ画像からなる。ここでは、マスターデータとして、マスターピースを撮影して得られたマスター画像を用いた場合の例を説明する。

【0087】

次に、特徴量の設定が行われる（ステップＳ１０２）。特徴量の設定は、マスター画像に基づいて、特徴量情報や測定範囲を設定することにより行われる。次に、撮影倍率の設定が行われる（ステップＳ１０３）。撮影倍率の設定では、ステップＳ１０２で設定した特徴量に対し、低倍率の寸法測定又は高倍率の寸法測定のいずれかが指定され、その撮影倍率情報が特徴量に対応づけて保持される。複数の特徴量が設定されている場合には、特徴量ごとに、撮影倍率情報が対応づけられる。

【0088】

次に、測定対象箇所及び測定種別の指定が行われる（ステップＳ１０４）。具体的には、画面表示部１１上に表示されたマスター画像に対し、測定対象とする位置、エッジ検出領域及び測定方法を指定することにより行われる。

【0089】

エッジ検出領域は、領域内の画像データについて、輝度変化を解析してエッジを抽出するための画像処理領域である。測定種別の指定では、何をどの様にして測定するのかという測定方法が選択される。測定対象箇所及び測定種別の指定が完了すれば、マスター画像に対する寸法測定が実行される。すなわち、マスター画像に対し、測定対象箇所のエッジ抽出を行い、指定された測定方法で測定対象箇所の寸法値が算出される。寸法値の測定結果は、例えば、マスター画像上に表示される。

【0090】

次に、設計値及び公差の設定が行われる（ステップＳ１０５）。設計値及び公差の設定では、表示された測定対象箇所ごとの寸法値が必要に応じて変更され、設計値として設定される。また、設計値に関連づけて公差が設定される。この様にして作成された測定設定データは、制御ユニット２０内のメモリに書き込まれる（ステップＳ１０６）。

【0091】

図１０のステップＳ２０１〜Ｓ２１１は、図８の制御ユニット２０における寸法測定時の動作の一例を示したフローチャートである。寸法測定は、測定設定データに基づいて実行される。実行ボタン１４が操作されれば、制御ユニット２０は、可動ステージ１２上のワークを撮影したワーク画像を測定ユニット１０の撮像部１１０から取得する（ステップＳ２０１）。

【0092】

次に、制御ユニット２０は、取得したワーク画像を特徴量情報として予め登録されたパターン画像と照合することにより、ワークの位置及び姿勢を特定し、測定対象箇所のエッジを抽出する（ステップＳ２０２，Ｓ２０３）。そして、制御ユニット２０は、抽出したエッジに基づいて、測定対象箇所の寸法値を算出する（ステップＳ２０４）。制御ユニット２０は、他にワークがあれば、ステップＳ２０２からステップＳ２０４までの処理手順を繰り返す（ステップＳ２０５）。

【0093】

次に、制御ユニット２０は、特定したワークの位置及び姿勢に基づいて、高さの測定位置を制御し、変位計１６の出力に基づいて高さの測定値を算出する（ステップＳ２０６，Ｓ２０７）。制御ユニット２０は、他に測定対象箇所やワークがあれば、ステップＳ２０６及びＳ２０７の処理手順を繰り返す（ステップＳ２０８）。

【0094】

次に、制御ユニット２０は、算出した寸法値及び高さの測定値と設計値との差分から誤差を求め、誤差を対応する公差と比較することにより（ステップＳ２０９）、測定対象箇所ごとの良否判定を行い、その良否判定の結果に基づいて、ワークごとの良否判定を行う（ステップＳ２１０）。制御ユニット２０は、寸法値及び高さの測定値と良否判定の結果とを測定ユニット１０の画面表示部１１に表示する（ステップＳ２１１）。寸法値及び高さの測定値と良否判定の結果とは、ワーク画像上の測定対象箇所に対応づけて表示される。

【0095】

＜設定画面６＞
図１１は、図１の画像測定器１の動作の一例を示した図であり、測定設定データの作製時に、測定ユニット１０の画面表示部１１に表示される設定画面６が示されている。この設定画面６は、測定設定時に表示される編集画面であり、マスター画像を表示するための表示欄６１と、測定種別を選択するためのメニュー欄６２とが設けられている。

【0096】

表示欄６１には、透過照明を利用して低倍率撮影されたマスター画像が表示されている。メニュー欄６２には、距離測定の種別を示す複数のアイコンと、角度測定を示すアイコンと、高さ測定を示すアイコン６３とが配置されている。距離測定の種別には、２つの直線間の距離、直線と点との距離、２点間の距離、２つの円間の距離などがある。角度測定では、２つの交差する直線間のなす角度が測定される。

【0097】

高さ測定では、可動ステージ１２からの高さや２点間の高低差を示す段差が測定される。アイコン６３を操作することにより、測定対象箇所や設計値、公差などを設定するための設定画面を表示させることができる。

【0098】

図１２は、図１の画像測定器１の動作の一例を示した図であり、高さ測定を選択した場合の設定画面６が示されている。この設定画面６は、測定対象箇所や設計値、公差などを設定するための編集画面であり、マスター画像を表示するための表示欄６１と、設定手順を表示するための表示欄６４と、測定方法を選択するためのラジオボタン６５と、設計値情報を入力するための入力欄６６と、確定ボタン６７、ＯＫボタン６８及びキャンセルボタン６９とが設けられている。

【0099】

表示欄６１には、落射照明を利用して低倍率撮影されたマスター画像が表示されている。表示欄６４には、高さ測定の設定手順が表示されている。例えば、１点目の測定位置と２点目の測定位置とを順次に指定した後、測定結果の表示位置を指定してＯＫボタン６８を操作すれば、測定設定が完了する旨が表示されている。

【0100】

ラジオボタン６５を操作することにより、絶対値測定、第１相対値測定又は第２相対値測定のいずれか一つを選択することができる。絶対値測定は、可動ステージ１２を基準として高さを測定する方法である。絶対値測定を選択した場合は、測定位置を１点だけ指定すれば、ワークが存在しない可動ステージ１２上の領域が自動的に検知され、当該可動ステージ１２上の位置とユーザ指定の測定位置との差分から高さが求められる。

【0101】

第１相対値測定は、１点目の測定位置を基準として２点目の測定位置の高さを測定する方法であり、１点目の測定位置における高さから２点目の測定位置における高さが減算される。第２相対値測定は、２点目の測定位置を基準として１点目の測定位置の高さを測定する方法であり、２点目の測定位置における高さから１点目の測定位置における高さが減算される。

【0102】

入力欄６６には、設計値、上限値及び下限値の各入力ボックスが設けられ、設計値や公差を任意に指定することができる。表示欄６１内のマスター画像には、マスターピースの中央部が測定位置として指定され、マスターピースが存在しない可動ステージ１２上の位置を基準として求められた高さの測定値「１０．０２８ｍｍ」が寸法の測定結果として表示されている。

【0103】

本実施の形態によれば、ワークの視認性を低下させることなく、高さの測定精度を向上させることができる。また、可動ステージ１２上に載置されたワークの位置や姿勢にかかわらず、ワーク上の所望の位置について、高さの測定値を取得することができる。また、接触子１７をワークに当接させることによって高さ計測を行うので、ワークの材質や表面状態にかかわらず、ワークの高さを測定することができる。

【0104】

なお、本実施の形態では、可動ステージ１２をＸ方向に移動させ、変位計１６をＹ方向に移動させることにより、高さの測定位置を制御する場合の例について説明したが、本発明は、可動部の構成をこれに限定するものではない。例えば、ステージをＸ方向及びＹ方向に移動させ、或いは、変位計１６をＸ方向及びＹ方向に移動させることにより、高さの測定位置を制御するような構成であっても良い。

【0105】

また、本実施の形態では、接触式の変位計１６を用いてワークの高さを測定する場合の例について説明したが、本発明は、変位計の構成をこれに限定するものではない。例えば、レーザー光などの検出光をステージ上のワークに照射した際の検出光の飛行時間や反射角度を検知して、ワークの高さを測定するような構成であっても良い。

【0106】

また、本実施の形態では、ガイド用シャフト１６２から突出するオフセットアーム１６４の先端にオフセットポジション着脱部１６５を設けることにより、対物レンズ１０４の周縁よりもＸ方向の内側にオフセットポジションが形成される場合の例について説明したが、本発明は、オフセットポジションの実現方法をこれに限定するものではない。例えば、針元に対して針先をＸ方向に偏心させた接触子をストレートポジション着脱部１６３に装着することにより、オフセットポジションを形成するような構成であっても良い。

【0107】

また、ワークとの接触を検知するために、接触子１７を装着することによって導通する電気接点を着脱部１６３又は１６５に設け、変位計１６又は可動ステージ１２を移動させている途中における電気接点の非導通状態への移行に基づいて、エラー出力を行うような構成であっても良い。

【符号の説明】

【0108】

１ 画像測定器
１０ 測定ユニット
１１ 画面表示部
１１ａ 表示画面
１２ 可動ステージ
１３ 電源スイッチ
１４ 実行ボタン
１５ Ｚ調整つまみ
１６ 変位計
１６０ 水平フレーム
１６１ 高さ調整部
１６２ ガイド用シャフト
１６３ ストレートポジション着脱部
１６４ オフセットアーム
１６５ オフセットポジション着脱部
１６８ 変位計位置調整部
１７ 接触子
１７１ プローブ部
１７２ 着脱部
１００ 筐体
１０１ ステージ位置調整部
１０２ 鏡筒部
１０３ 照明位置調整部
１０４ 対物レンズ
１１０ 低倍率撮像部
１２０ 高倍率撮像部
１３０ 同軸落射照明ユニット
１４０ リング照明ユニット
１５０ 透過照明ユニット
２０ 制御ユニット
２０１ 撮影画像取得部
２０２ ワーク画像記憶部
２０３ 撮影画像表示部
２０４ 測定箇所情報生成部
２０５ 測定設定データ記憶部
２０６ ワーク検出部
２０７ エッジ抽出部
２０８ 寸法値算出部
２０９ 高さ計測制御部
２１０ 高さ測定値補正部
３１ キーボード
３２ マウス
２，３ 撮影エリア
４，５ 高さの測定エリア
６ 設定画面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】