(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023167380
(43)【公開日】2023-11-24
(54)【発明の名称】画像測定装置
(51)【国際特許分類】
G01B 5/008 20060101AFI20231116BHJP
【ＦＩ】
G01B5/008
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022078535
(22)【出願日】2022-05-12
(71)【出願人】
【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】110001427
【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】成瀬 崇志
【テーマコード（参考）】
2F062
【Ｆターム（参考）】
2F062AA04
2F062CC22
2F062EE01
2F062EE62
2F062FF05
2F062FF26
2F062FG07
2F062GG37
2F062HH01
2F062HH13
2F062MM01
2F062MM04
(57)【要約】
【課題】タッチプローブを用いてワーク表面の三次元座標を測定する際に、その測定が簡単に行えるようにする。
【解決手段】ワークＷの側面にタッチプローブを接触させる基準となる第１の接触目標位置Ｐ１と、ワークＷの上面にタッチプローブを接触させる基準となる第２の接触目標位置Ｐ２、及び、ワークＷの位置及び姿勢を特定するための特徴パターンを互いに関連付けて設定する。測定実行時に新たに生成されたワーク画像から測定用の第１及び第２の接触目標位置Ｐ１、Ｐ２を特定し、特定された測定用の第１の接触目標位置Ｐ１を基準としてタッチプローブがワークＷの側面に接触するよう駆動部を制御し、特定された測定用の第２の接触目標位置Ｐ２を基準としてタッチプローブがワークＷの上面に接触するよう駆動部を制御する。タッチプローブがワークＷに接触したとき出力される接触信号に基づいて接触点の三次元座標を測定する。
【選択図】図２１
【解決手段】ワークＷの側面にタッチプローブを接触させる基準となる第１の接触目標位置Ｐ１と、ワークＷの上面にタッチプローブを接触させる基準となる第２の接触目標位置Ｐ２、及び、ワークＷの位置及び姿勢を特定するための特徴パターンを互いに関連付けて設定する。測定実行時に新たに生成されたワーク画像から測定用の第１及び第２の接触目標位置Ｐ１、Ｐ２を特定し、特定された測定用の第１の接触目標位置Ｐ１を基準としてタッチプローブがワークＷの側面に接触するよう駆動部を制御し、特定された測定用の第２の接触目標位置Ｐ２を基準としてタッチプローブがワークＷの上面に接触するよう駆動部を制御する。タッチプローブがワークＷに接触したとき出力される接触信号に基づいて接触点の三次元座標を測定する。
【選択図】図２１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ワークが載置されるステージと、
前記ステージ上のワークに検出光を照射する投光部と、
前記検出光を受光してワーク画像を生成する撮像部と、
前記ステージ上のワークに接触したとき接触信号を出力するタッチプローブと、
前記ステージ及び前記タッチプローブの少なくとも一方を他方に対して相対的に移動させることにより、前記ステージ上に載置されたワークに対して前記タッチプローブを接触させる駆動部と、
測定設定時に、前記撮像部により生成されたワーク画像を表示する表示部と、
前記撮像部の撮像軸の方向をＺ軸、該Ｚ軸と直交する方向をＸ軸、該Ｚ軸と直交するとともに該Ｘ軸と直交する方向をＹ軸としたとき、前記表示部に表示されたワーク画像上で、ワークの側面に対して前記タッチプローブをＸＹ方向から接触させる基準となる第１の接触目標位置、ワークの上面に対して前記タッチプローブをＺ方向から接触させる基準となる第２の接触目標位置、及び、測定実行時にワークの位置及び姿勢を特定するための特徴パターンを互いに関連付けて設定する設定部と、
前記設定部により設定された前記特徴パターン、前記特徴パターンに対する前記第１及び第２の接触目標位置の相対位置関係、及び、前記撮像部と前記タッチプローブとの固定位置関係を記憶する記憶部と、
測定実行時に、前記撮像部により測定用に新たに生成されたワーク画像から前記記憶部に記憶されている前記特徴パターンの位置及び姿勢を特定し、特定された位置及び姿勢ならびに前記記憶部に記憶された前記相対位置関係及び前記固定位置関係に基づいて測定用の第１及び第２の接触目標位置を特定し、特定された測定用の第１の接触目標位置を基準として前記タッチプローブがワークの側面に接触するよう前記駆動部を制御し、特定された測定用の第２の接触目標位置を基準として前記タッチプローブがワークの上面に接触するよう前記駆動部を制御する制御部と、
前記制御部で制御された前記駆動部の動作によって前記タッチプローブがワークに接触したとき出力される接触信号に基づいて、該タッチプローブがワークに接触した接触点の三次元座標を測定する測定部と、
を備えることを特徴とする画像測定装置。
前記ステージ上のワークに検出光を照射する投光部と、
前記検出光を受光してワーク画像を生成する撮像部と、
前記ステージ上のワークに接触したとき接触信号を出力するタッチプローブと、
前記ステージ及び前記タッチプローブの少なくとも一方を他方に対して相対的に移動させることにより、前記ステージ上に載置されたワークに対して前記タッチプローブを接触させる駆動部と、
測定設定時に、前記撮像部により生成されたワーク画像を表示する表示部と、
前記撮像部の撮像軸の方向をＺ軸、該Ｚ軸と直交する方向をＸ軸、該Ｚ軸と直交するとともに該Ｘ軸と直交する方向をＹ軸としたとき、前記表示部に表示されたワーク画像上で、ワークの側面に対して前記タッチプローブをＸＹ方向から接触させる基準となる第１の接触目標位置、ワークの上面に対して前記タッチプローブをＺ方向から接触させる基準となる第２の接触目標位置、及び、測定実行時にワークの位置及び姿勢を特定するための特徴パターンを互いに関連付けて設定する設定部と、
前記設定部により設定された前記特徴パターン、前記特徴パターンに対する前記第１及び第２の接触目標位置の相対位置関係、及び、前記撮像部と前記タッチプローブとの固定位置関係を記憶する記憶部と、
測定実行時に、前記撮像部により測定用に新たに生成されたワーク画像から前記記憶部に記憶されている前記特徴パターンの位置及び姿勢を特定し、特定された位置及び姿勢ならびに前記記憶部に記憶された前記相対位置関係及び前記固定位置関係に基づいて測定用の第１及び第２の接触目標位置を特定し、特定された測定用の第１の接触目標位置を基準として前記タッチプローブがワークの側面に接触するよう前記駆動部を制御し、特定された測定用の第２の接触目標位置を基準として前記タッチプローブがワークの上面に接触するよう前記駆動部を制御する制御部と、
前記制御部で制御された前記駆動部の動作によって前記タッチプローブがワークに接触したとき出力される接触信号に基づいて、該タッチプローブがワークに接触した接触点の三次元座標を測定する測定部と、
を備えることを特徴とする画像測定装置。
【請求項2】
請求項１に記載の画像測定装置において、
前記設定部は、前記ワーク画像上で抽出され、画像測定で用いられるエッジ測定要素に前記第１及び前記第２接触目標位置を対応付けて設定することを特徴とする画像測定装置。
前記設定部は、前記ワーク画像上で抽出され、画像測定で用いられるエッジ測定要素に前記第１及び前記第２接触目標位置を対応付けて設定することを特徴とする画像測定装置。
【請求項3】
請求項２に記載の画像測定装置において、
前記制御部は、前記撮像部により測定用に新たに生成されたワーク画像に対してパターンサーチを実行して前記エッジ測定要素を特定し、特定した前記エッジ測定要素からエッジを抽出し、抽出されたエッジに基づいて前記第１の接触目標位置を特定することを特徴とする画像測定装置。
前記制御部は、前記撮像部により測定用に新たに生成されたワーク画像に対してパターンサーチを実行して前記エッジ測定要素を特定し、特定した前記エッジ測定要素からエッジを抽出し、抽出されたエッジに基づいて前記第１の接触目標位置を特定することを特徴とする画像測定装置。
【請求項4】
請求項１に記載の画像測定装置において、
前記設定部は、前記第１の接触目標位置の設定の際に、ワーク画像上でＸＹ方向の位置を設定するとともに、Ｚ方向の高さ位置も設定することを特徴とする画像測定装置。
前記設定部は、前記第１の接触目標位置の設定の際に、ワーク画像上でＸＹ方向の位置を設定するとともに、Ｚ方向の高さ位置も設定することを特徴とする画像測定装置。
【請求項5】
請求項１に記載の画像測定装置において、
前記設定部は、前記第１の接触目標位置に含まれる動作開始位置から前記タッチプローブをワークに接近させる経路情報を設定することを特徴とする画像測定装置。
前記設定部は、前記第１の接触目標位置に含まれる動作開始位置から前記タッチプローブをワークに接近させる経路情報を設定することを特徴とする画像測定装置。
【請求項6】
請求項１に記載の画像測定装置において、
前記ステージを水平方向に移動可能に支持するベースと、
前記ベースに連結され、前記ステージの上方において前記撮像部を支持する支持部とを備え、
前記設定部は、前記ステージ、前記支持部及び前記撮像部によって囲まれた三次元空間上の絶対座標に基づいて前記第１及び第２の接触目標位置を設定することを特徴とする画像測定装置。
前記ステージを水平方向に移動可能に支持するベースと、
前記ベースに連結され、前記ステージの上方において前記撮像部を支持する支持部とを備え、
前記設定部は、前記ステージ、前記支持部及び前記撮像部によって囲まれた三次元空間上の絶対座標に基づいて前記第１及び第２の接触目標位置を設定することを特徴とする画像測定装置。
【請求項7】
請求項１に記載の画像測定装置において、
前記制御部は、前記撮像部の視野範囲にワークが入るまで前記ステージをＸＹ方向に移動させるように前記駆動部を制御し、前記視野範囲にワークが入ったら、前記視野範囲に入ったワークを前記撮像部で撮像してから前記視野範囲にワークの別の部分が入るように前記ステージをＸＹ方向に移動させた後、前記視野範囲に入ったワークを前記撮像部で撮像し、取得した複数の画像を連結した連結画像を前記ワーク画像とし、当該ワーク画像から前記特徴パターンの位置及び姿勢を特定することを特徴とする画像測定装置。
前記制御部は、前記撮像部の視野範囲にワークが入るまで前記ステージをＸＹ方向に移動させるように前記駆動部を制御し、前記視野範囲にワークが入ったら、前記視野範囲に入ったワークを前記撮像部で撮像してから前記視野範囲にワークの別の部分が入るように前記ステージをＸＹ方向に移動させた後、前記視野範囲に入ったワークを前記撮像部で撮像し、取得した複数の画像を連結した連結画像を前記ワーク画像とし、当該ワーク画像から前記特徴パターンの位置及び姿勢を特定することを特徴とする画像測定装置。
【請求項8】
請求項１に記載の画像測定装置において、
前記制御部は、測定実行時に、ワーク全体を前記撮像部又は別の撮像部によりで撮像して取得した俯瞰画像を前記表示部に表示させ、前記表示部に表示した俯瞰画像上でユーザによるサーチ領域の指定を受け付け、ユーザにより指定されたサーチ領域に絞って前記特徴パターンの位置及び姿勢を特定することを特徴とする画像測定装置。
前記制御部は、測定実行時に、ワーク全体を前記撮像部又は別の撮像部によりで撮像して取得した俯瞰画像を前記表示部に表示させ、前記表示部に表示した俯瞰画像上でユーザによるサーチ領域の指定を受け付け、ユーザにより指定されたサーチ領域に絞って前記特徴パターンの位置及び姿勢を特定することを特徴とする画像測定装置。
【請求項9】
請求項１に記載の画像測定装置において、
前記制御部は、測定実行時に、ワークを前記撮像部又は別の撮像部によりで撮像して取得した画像を前記表示部に表示させるとともに、予め設定されたサーチ領域を前記表示部にゴースト表示して、ワークの前記ステージ上における適切な位置への載置を誘導することを特徴とする画像測定装置。
前記制御部は、測定実行時に、ワークを前記撮像部又は別の撮像部によりで撮像して取得した画像を前記表示部に表示させるとともに、予め設定されたサーチ領域を前記表示部にゴースト表示して、ワークの前記ステージ上における適切な位置への載置を誘導することを特徴とする画像測定装置。
【請求項10】
請求項１に記載の画像測定装置において、
前記設定部は、ワークの斜面に対して前記タッチプローブを前記Ｚ軸に対して傾斜する方向から接触させる基準となる他の接触目標位置を前記特徴パターンと関連付けて設定し、
前記記憶部は、前記特徴パターンに対する前記他の接触目標位置の相対位置関係を記憶し、
前記制御部は、特定された位置及び姿勢ならびに前記記憶部に記憶された前記相対位置関係及び前記固定位置関係に基づいて測定用の他の接触目標位置を特定し、特定された測定用の他の接触目標位置を基準として前記タッチプローブがワークの斜面に接触するよう前記駆動部を制御することを特徴とする画像測定装置。
前記設定部は、ワークの斜面に対して前記タッチプローブを前記Ｚ軸に対して傾斜する方向から接触させる基準となる他の接触目標位置を前記特徴パターンと関連付けて設定し、
前記記憶部は、前記特徴パターンに対する前記他の接触目標位置の相対位置関係を記憶し、
前記制御部は、特定された位置及び姿勢ならびに前記記憶部に記憶された前記相対位置関係及び前記固定位置関係に基づいて測定用の他の接触目標位置を特定し、特定された測定用の他の接触目標位置を基準として前記タッチプローブがワークの斜面に接触するよう前記駆動部を制御することを特徴とする画像測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、ワーク画像を表示させるとともに、タッチプローブを用いてワークの三次元座標を測定する画像測定装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、ワークをステージに載置しておき、プローブをステージ上のワークの表面の所望箇所に接触させ、プローブが接触した箇所の三次元座標を測定する三次元測定装置が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
【0003】
特許文献１では、座標測定の実行に先立って、ワークの表面における予め定められた３つの基準点にプローブの先端を接触させ、接触時の位置センサの出力から、３つの基準点の三次元座標を座標原点とする基準座標を設定する。すなわち、第１の基準点、第２の基準点、第３の基準点の３点にプローブの先端を接触させると、第１の基準点を座標原点とし、第１の基準点と第２の基準点の座標を通る軸をＸ軸に設定し、第１の基準点と第３の基準点の座標を通る軸をＹ軸に設定する。これにより、ワークがどのような位置・姿勢で置かれても、寸法等を高い精度で測定できるようにしている。
【0004】
また、特許文献２では、プローブとは別に、ワークの撮像が可能なカメラを搭載しており、カメラによりワークを撮像して取得したワーク画像上で、プローブの測定箇所を設定することができるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２００６－２３４７３７号公報
【特許文献2】特開２００４－２９４３１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところで、特許文献１では座標測定の実行に先立って基準座標の設定を行う際に、プローブをワークの複数の基準点に順次接触させる操作が必要であるが、この操作はユーザにとって面倒で手間が掛かる操作である。
【0007】
また、特許文献２では、ワーク画像上でプローブの測定箇所を設定することができるが、これは肉眼観察することが困難な微細なワークであっても測定箇所の設定ができるようにするためのものであり、座標測定の実行に先立って基準座標の設定が必要である点については特許文献１と同様である。つまり、例えば、複数の同種ワークの三次元座標を順次測定する連続測定時には、それぞれのワークをステージに載置するたびに、プローブを移動させて基準座標を設定する操作が必要になることから、面倒で手間がかかり、測定が簡単に行えるようにするのを妨げる一因になっていた。
【0008】
本開示は、かかる点に鑑みたものであり、その目的とするところは、タッチプローブを用いてワーク表面の三次元座標を測定する際に、その測定が簡単に行えるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記目的を達成するために、本開示の一態様に係る画像測定装置は、ステージ上のワークに検出光を照射する投光部と、前記検出光を受光してワーク画像を生成する撮像部と、前記ステージ上のワークに接触したとき接触信号を出力するタッチプローブと、前記ステージ及び前記タッチプローブの少なくとも一方を他方に対して相対的に移動させることにより、前記ステージ上に載置されたワークに対して前記タッチプローブを接触させる駆動部と、測定設定時に、前記撮像部により生成されたワーク画像を表示する表示部とを備えている。前記撮像部の撮像軸の方向をＺ軸、該Ｚ軸と直交する方向をＸ軸、該Ｚ軸と直交するとともに該Ｘ軸と直交する方向をＹ軸としたとき、前記表示部に表示されたワーク画像上で、ワークの側面に対して前記タッチプローブをＸＹ方向から接触させる基準となる第１の接触目標位置、ワークの上面に対して前記タッチプローブをＺ方向から接触させる基準となる第２の接触目標位置、及び、測定実行時にワークの位置及び姿勢を特定するための特徴パターンを互いに関連付けて設定することができる。設定された前記特徴パターン、前記特徴パターンに対する前記第１及び第２の接触目標位置の相対位置関係、及び、前記撮像部と前記タッチプローブとの固定位置関係を記憶部に記憶しておき、測定実行時に、前記撮像部により測定用に新たに生成されたワーク画像から前記記憶部に記憶されている前記特徴パターンの位置及び姿勢を特定し、特定された位置及び姿勢ならびに前記記憶部に記憶された前記相対位置関係及び前記固定位置関係に基づいて測定用の第１及び第２の接触目標位置を特定することができる。特定された測定用の第１の接触目標位置を基準として前記タッチプローブがワークの側面に接触するよう前記駆動部を制御し、特定された測定用の第２の接触目標位置を基準として前記タッチプローブがワークの上面に接触するよう前記駆動部を制御し、前記駆動部の動作によって前記タッチプローブがワークに接触したとき出力される接触信号に基づいて、該タッチプローブがワークに接触した接触点の三次元座標を測定することが可能になる。
【0010】
すなわち、測定設定時に、ワーク画像上で、タッチプローブをワークの側面に接触させる基準となる第１の接触目標位置と、ワークの上面に接触させる基準となる第２の接触目標位置とが設定される。さらに、ワークの位置及び姿勢を特定するための特徴パターンも設定される。特徴パターンに対する第１の接触目標位置及び第２の接触目標位置の相対位置関係と、撮像部及びタッチプローブの固定位置関係とが画像測定装置に保持されているので、測定実行時に新たにワーク画像が生成されると、そのワーク画像に対して特徴パターンを適用することで、測定時にステージに載置されているワークの位置及び姿勢が特定される。そして、相対位置関係及び固定位置関係に基づいて測定用の第１及び第２の接触目標位置が特定される。すると、特定された測定用の第１の接触目標位置を基準としてタッチプローブがワークの側面に接触し、また特定された測定用の第２の接触目標位置を基準としてタッチプローブがワークの上面に接触する。このときに出力される接触信号に基づいて接触点の三次元座標が測定される。つまり、ワークをステージに載置するたびにユーザがプローブを移動させて基準座標を設定する操作が不要になるので、測定が簡単になる。
【0011】
本開示の他の態様では、第１及び第２接触目標位置を設定する際に、ワーク画像上で画像測定に用いられるエッジ測定要素を抽出し、抽出したエッジ測定要素に第１及び第２接触目標位置を対応付けて設定することができる。
【0012】
また、測定実行時には、測定用に新たに生成されたワーク画像に対してパターンサーチを実行してエッジ測定要素を特定することができる。この場合、特定したエッジ測定要素からエッジを抽出し、抽出されたエッジに基づいて第１の接触目標位置を特定できる。
【0013】
また、設定部が第１の接触目標位置を設定する際に、ワーク画像上でＸＹ方向の位置を設定するとともに、Ｚ方向の高さ位置も設定することができる。
【0014】
また、設定部は、第１の接触目標位置に含まれる動作開始位置からタッチプローブをワークに接近させる経路情報を設定することもできる。
【0015】
また、画像測定装置は、ステージを水平方向に移動可能に支持するベースと、ベースに連結され、ステージの上方において撮像部を支持する支持部とを備えた構成であってもよい。この場合、ステージ、支持部及び撮像部によって囲まれた三次元空間上の絶対座標に基づいて第１及び第２の接触目標位置を設定することができる。
【0016】
また、撮像部の視野範囲外にステージ上のワークが位置している場合、撮像部の視野範囲にワークが入るまでステージをＸＹ方向に移動させるように駆動部を制御し、視野範囲にワークが入ったら、視野範囲に入ったワークを撮像部で撮像することもできる。視野範囲よりも大きなワークの場合、１回目の撮像後、撮像部の視野範囲にワークの別の部分が入るようにステージをＸＹ方向に移動させた後、視野範囲に入ったワークの別の部分を撮像部で撮像することもできる。このようにして複数回の撮像によって取得した複数の画像を連結した連結画像をワーク画像としてもよく、複数の画像を連結した連結画像から特徴パターンの位置及び姿勢を特定することができる。
【0017】
また、測定実行時に、ワーク全体を撮像部又は別の撮像部によりで撮像して取得した俯瞰画像を表示部に表示させてもよい。表示部に表示した俯瞰画像上でユーザによるサーチ領域の指定を受け付け、ユーザにより指定されたサーチ領域に絞って特徴パターンの位置及び姿勢を特定することもできる。
【0018】
また、測定実行時に、ワークを撮像部又は別の撮像部によりで撮像して取得した画像を表示部に表示させるとともに、予め設定されたサーチ領域を表示部にゴースト表示して、ワークのステージ上における適切な位置への載置を誘導することも可能である。このときに表示部に表示させる画像は、ステージを上方から見た平面視画像とすることができるので、正確な位置合わせを行うことができる。
【発明の効果】
【0019】
以上説明したように、ワーク画像から特定された特徴パターンの位置及び姿勢と、タッチプローブをワークの側面に接触させる目標位置及びワークの上面に接触させる目標位置との相対位置関係と、撮像部とタッチプローブ固定位置関係とに基づいて測定用の第１及び第２の接触目標位置を特定し、特定された測定用の目標位置を基準としてタッチプローブがワークの側面及び上面に接触させるようにしたので、タッチプローブを用いてワーク表面の三次元座標を測定する際に、その測定を簡単に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】本発明の実施形態に係る画像測定装置の全体構成を示す図である。
【図2】装置本体を上方から見た斜視図である。
【図3】装置本体を正面側から見たときの模式図である。
【図4】装置本体を側面側から見たときの模式図である。
【図5】受光レンズ及びその近傍を斜め下方から見た斜視図である。
【図6】画像測定装置のブロック図である。
【図7】タッチプローブの縦断面図である。
【図8】支点形成用弾性部材の平面図である。
【図11】スタイラスのチェンジャー機構の斜視図である。
【図12】スタイラス保持部の斜視図である。
【図13】スタイラスの装着手順の一例を示すフローチャートである。
【図14】ＦＩＧ．１４Ａは、取付可能位置にあるスタイラス保持部の上方にハウジングが配置されている状態を示す斜視図であり、ＦＩＧ．１４Ｂは、ハウジングを下降させてスタイラスが装着された状態を示す斜視図である。
【図15】スタイラスの取り外し手順の一例を示すフローチャートである。
【図16】画像測定装置の測定設定時の手順の一例を示すフローチャートである。
【図17】画像生成の手順の一例を示すフローチャートである。
【図18】画像測定の測定設定時の手順の一例を示すフローチャートである。
【図19】座標測定の測定設定時の手順の一例を示すフローチャートである。
【図20】ステージ上のワークの斜視図である。
【図21】ワークが載置されたステージ平面画像である。
【図22】ステージ上のワークのＹ方向に沿った縦断面図である。
【図23】接触目標位置の設定用ユーザーインターフェース画面の例を示す図である。
【図24】斜面に対する接触目標位置の設定用ユーザーインターフェース画面の例を示す図である。
【図25】非接触変位計を用いた測定の手順の一例を示すフローチャートである。
【図26】幾何要素を表示させるためのユーザーインターフェース画面の例を示す図である。
【図27】幾何要素を三次元画像に重畳表示させるためのユーザーインターフェース画面の例を示す図である。
【図28】タッチプローブの測定動作の詳細手順の一例を示すフローチャートである。
【図29A】画像測定装置の測定設定時の前半部分の手順の一例を示すフローチャートである。
【図29B】画像測定装置の測定設定時の後半部分の手順の一例を示すフローチャートである。
【図30】測定実行時における非接触測定の手順の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【0022】
図１は、本発明の実施形態に係る画像測定装置１の全体構成を示す図である。画像測定装置１は、装置本体２と、パーソナルコンピュータ等で構成された制御ユニット３と、表示部４とを有しており、装置本体２にて取得されたデータを制御ユニット３にて演算処理してワークＷの各部の寸法を測定するとともに、必要に応じて測定結果の良否判定等も実行可能に構成されている。制御ユニット３は、装置本体２に組み込まれて一体化されていてもよい。詳細は後述するが、装置本体２で取得されるデータは、ワークＷの画像データの他、後述するタッチプローブ８０がワークＷに接触したときの接触点に関するデータや、非接触変位計７０（図３に示す）で測定されたデータ等が含まれている。
【0023】
表示部４には、例えば各種設定画面、画像データ、測定結果等が表示される。表示部４は、例えば液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等で構成されている。本例では、表示部４が装置本体２及び制御ユニット３と別体であるように示しているが、これに限らず、装置本体２に組み込まれていてもよいし、制御ユニット３に組み込まれていてもよい。
【0024】
画像測定装置１は、さらに、ユーザによる操作機器として、キーボード５及びマウス６等を備えている。操作機器は、キーボード５及びマウス６に限られるものではなく、タッチパネル型の操作機器等であってもよい。例えば、制御ユニット３をノート型パーソナルコンピュータで構成することもでき、この場合には、キーボード５及びマウス６は、表示部４とともに制御ユニット３と一体化した形態となる。
【0025】
画像測定装置１は、さらに、記憶部７を備えている。記憶部７は、例えばハードディスクドライブや、ソリッドステートドライブ等で構成することができるものであり、装置本体２で取得される各種データ、ユーザによる設定情報、画像、測定結果、良否判定結果等を記憶する部分である。記憶部７は、制御ユニット３に内蔵されていてもよいし、制御ユニット３の外部に設けられていてもよい。記憶部７が制御ユニット３の外部に設けられている場合、例えばインターネット等の通信回線を介して接続されたクラウド型のストレージ等であってもよい。
【0026】
（装置本体２の構成）
図２に示すように、装置本体２は、ベース２０と、ベース２０に対して水平移動可能に設けられたステージ２１と備えている。なお、ステージ２１は昇降可能であってもよい。ステージ２１の中央部近傍には、例えばガラス等のように光を透過する部材で構成された載置台２１ａが設けられており、この載置台２１ａにワークＷを載置することが可能になっている。ステージ２１は、水平方向（装置本体２の幅方向であるＸ方向、装置本体２の奥行き方向であるＹ方向）に移動可能にベース２０に支持されている。すなわち、装置本体２は、ステージ２１を駆動するＸＹ方向駆動部２３（図３、図４に模式的に示す）を備えており、ＸＹ方向駆動部２３により、ステージ２１をＸ方向の所定範囲内で移動させることができるとともに、Ｙ方向の所定範囲内で移動させることができる。ステージ２１をＸ方向に直線移動させること、Ｙ方向に直線移動させることの他、移動軌跡が、平面視でＸ軸やＹ軸に対して傾斜するようにステージ２１を移動させることや、任意の曲線を描くようにステージ２１を移動させることもできる。
図２に示すように、装置本体２は、ベース２０と、ベース２０に対して水平移動可能に設けられたステージ２１と備えている。なお、ステージ２１は昇降可能であってもよい。ステージ２１の中央部近傍には、例えばガラス等のように光を透過する部材で構成された載置台２１ａが設けられており、この載置台２１ａにワークＷを載置することが可能になっている。ステージ２１は、水平方向（装置本体２の幅方向であるＸ方向、装置本体２の奥行き方向であるＹ方向）に移動可能にベース２０に支持されている。すなわち、装置本体２は、ステージ２１を駆動するＸＹ方向駆動部２３（図３、図４に模式的に示す）を備えており、ＸＹ方向駆動部２３により、ステージ２１をＸ方向の所定範囲内で移動させることができるとともに、Ｙ方向の所定範囲内で移動させることができる。ステージ２１をＸ方向に直線移動させること、Ｙ方向に直線移動させることの他、移動軌跡が、平面視でＸ軸やＹ軸に対して傾斜するようにステージ２１を移動させることや、任意の曲線を描くようにステージ２１を移動させることもできる。
【0027】
ＸＹ方向駆動部２３は、Ｘ方向の移動距離を検出するためのＸ方向リニアスケール２３ａ及びＹ方向の移動距離を検出するためのＹ方向リニアスケール２３ｂを有している。Ｘ方向リニアスケール２３ａにより、ステージ２１の左右方向の位置や移動距離の検出が可能になっている。Ｙ方向リニアスケール２３ｂにより、ステージ２１の奥行方向の位置や移動距離の検出が可能になっている。
【0028】
ＸＹ方向駆動部２３は、制御ユニット３によって制御される。制御ユニット３から出力された制御信号に基づいてＸＹ方向駆動部２３を制御し、Ｘ方向リニアスケール２３ａ及びＹ方向リニアスケール２３ｂの検出信号に基づいてステージ２１の現在位置を判定し、ステージ２１を所望の位置まで移動させ、またステージ２１が所望の移動軌跡を描くように移動させる。
【0029】
この実施形態の説明では、Ｚ方向を上下方向または高さ方向と呼んだり、Ｘ方向を左右方向と呼んだり、Ｙ方向を前後方向と呼んだりするが、これは説明の便宜を図るためであり、装置本体２の使用時の姿勢を限定するものではない。また、通常、ユーザは装置本体２の前方にいることが多いので、装置本体２のユーザ側を単に前といい、ユーザとは反対側を単に後といい、ユーザから見て右側を単に右側といい、ユーザから見て左側を単に左側という。
【0030】
図３及び図４に示すように、ベース２０のステージ２１よりも下側部分には、投光部としての透過照明３０が設けられている。図４に示すように、透過照明３０は、例えば発光ダイオード等からなる透過照明用発光体３１と、透過照明用発光体３１から出射された光が透過するスリット３２と、スリット３２を通過した光を上方へ向けるためのミラー３３と、ミラー３３によって上方へ向けられた光が入射するレンズ３４とを備えている。レンズ３４は、入射した光を平行光にして出射可能なレンズである。レンズ３４から出射した光は、ステージ２１の載置台２１ａに向いており、載置台２１ａを透過し、載置台２１ａに載置されているワークＷに対して下方から照射される。
【0031】
図２に示すように、装置本体２のベース２０の前側には、測定開始ボタン２ａが設けられている。測定開始ボタン２ａは、ワークＷの測定を開始する際にユーザが操作するためのボタンである。測定実行時には、測定開始ボタン２ａを１つ押すだけで、測定動作が実行される。
【0032】
装置本体２は、支持部２２及び測定実行部２４を備えている。図３及び図４に示すように、支持部２２は、ベース２０の後側部分に連結され、当該ベース２０の後側部分から上方へ延びている。測定実行部２４は、支持部２２の上側部分に支持されている。測定実行部２４には、同軸落射照明４０、リング照明４５、撮像部５０、非接触変位計７０、タッチプローブ８０のレンズユニット８１等が設けられている。
【0033】
測定実行部２４は、支持部２２とは別体に構成されており、支持部２２に対してＺ方向に移動可能となっている。すなわち、装置本体２は、測定実行部２４を駆動するＺ方向駆動部２５を備えており、Ｚ方向駆動部２５により上昇端位置から下降端位置まで測定実行部２４が直線移動可能になっている。撮像部５０の撮像軸はＺ軸と一致しており、従って撮像軸はＺ方向に延びている。測定実行部２４は、撮像部５０の撮像軸に沿って可動する可動部の例である。
【0034】
Ｚ方向駆動部２５は、Ｚ方向の移動距離を検出するためのＺ方向リニアスケール２５ａを有しており、Ｚ方向リニアスケール２５ａにより、測定実行部２４の高さ、高さ方向の移動距離等の検出が可能になっている。Ｚ方向駆動部２５は、制御ユニット３が有する制御部３ｄによって制御される。制御部３ｄは、制御信号によってＺ方向駆動部２５を制御し、Ｚ方向リニアスケール２５ａの検出信号に基づいて測定実行部２４の現在位置を判定し、測定実行部２４を所望の位置まで移動させる。測定実行部２４の移動速度は複数段階ないし無段階に変化可能になっている。
【0035】
同軸落射照明４０は、投光部であり、図４に示すように、例えば発光ダイオード等からなる同軸落射照明用発光体４１と、同軸落射照明用発光体４１から出射された光が入射するレンズ４２と、レンズ４２から出射した光を下方向に向ける方向変換部材４３とを備えている。方向変換部材４３は上下方向に光を透過可能な光透過部材で構成されている。方向変換部材４３から出射した光は検出光である。方向変換部材４３から出射した検出光は、ステージ２１の載置台２１ａに向いており、載置台２１ａに載置されているワークＷ、即ちステージ２１上のワークＷに対して上方から照射される。
【0036】
撮像部５０は、受光レンズ５１、ビームスプリッタ５２、高倍側結像レンズ５３、低倍側結像レンズ５４、高倍側撮像素子５５及び低倍側撮像素子５６を有しており、これらによって第１撮像部が構成されている。撮像部５０は、ステージ２１の上方において撮像方向がステージ２１の法線方向（Ｚ方向）となる姿勢で支持部２２によって支持されている。
【0037】
具体的には、図５にも示すように、撮像部５０の受光レンズ５１は、測定実行部２４の下面に配設されており、受光面がステージ２１の載置台２１ａの上面と対向するように位置付けられている。したがって、同軸落射照明４０から照射されてワークＷの表面で反射された検出光を受光レンズ５１で受光することができるとともに、透過照明３０から照射された光も受光レンズ５１で受光することができるようになっている。
【0038】
受光レンズ５１の光軸はＺ方向と一致している。この例では、受光レンズ５１の真上に同軸落射照明４０の方向変換部材４３が位置しているので、同軸落射照明４０から出射された検出光は、受光レンズ５１を透過してステージ２１上のワークＷに照射されることになる。
【0039】
ビームスプリッタ５２は、方向変換部材４３の上方に配設されており、受光レンズ５１から上方へ出射した光を二方向に分岐するプリズムで構成されている。ビームスプリッタ５２としては、例えばキューブ型、プレート型のビームスプリッタを使用することができる。キューブ型ビームスプリッタは、プレート型と比較して、ビームスプリッタを通過した光が屈折することがないので光軸がずれず、分岐角度のアライメント調整が容易なため好ましい。この例では、受光レンズ５１を介してビームスプリッタ５２に入射した光は、上方と後方とに分岐される。このため、高倍側結像レンズ５３は、ビームスプリッタ５２の上方に配設される一方、低倍側結像レンズ５４は、ビームスプリッタ５２の後方に配設されている。また、高倍側撮像素子５５は高倍側結像レンズ５３の上方に配設されており、高倍側結像レンズ５３に入射した光は、高倍側撮像素子５５の受光面で結像するようになっている。また、低倍側撮像素子５６は低倍側結像レンズ５４の後方に配設されており、低倍側結像レンズ５４に入射した光は、低倍側撮像素子５６の受光面で結像するようになっている。
【0040】
高倍側撮像素子５５及び低倍側撮像素子５６は、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）イメージセンサ、ＣＭＯＳ（Complementary MOS）イメージセンサ等で構成されている。低倍側撮像素子５６で取得されるワーク画像は低倍画像であり、また、高倍側撮像素子５５で取得されるワーク画像は低倍画像よりも高倍率の高倍画像である。本例では、測定精度を高めるため、高倍側撮像素子５５及び低倍側撮像素子５６を単一チャネルの撮像素子で構成し、高解像度なワーク画像を取得するようにしている。よって、高倍側撮像素子５５及び低倍側撮像素子５６から出力されるワーク画像はモノクロ画像（グレースケール画像）になる。
【0041】
撮像部５０の焦点位置は、Ｚ方向駆動部２５によって調整される。すなわち、制御部３ｄは、Ｚ方向駆動部２５を制御することで測定実行部２４をＺ方向に移動させることができるのであるが、Ｚ方向は撮像部５０の撮像軸方向と一致しているので、撮像部５０を撮像軸に沿って移動させることができる。つまり、Ｚ方向駆動部２５は、撮像部５０の焦点位置を調整する焦点調整機構であり、測定実行部２４の撮像軸に沿う方向の移動により、撮像部５０の焦点調整が可能になる。焦点調整の際には、従来から周知のコントラスト方式、位相差方式等のアルゴリズムを用いたオートフォーカスの他、ユーザが所定の操作を行って調整するマニュアルフォーカスも可能になっている。
【0042】
上述の受光レンズ５１及びビームスプリッタ５２による二分岐光学系の構成により、光学系を機械的に切り替えることなく高倍画像と低倍画像とを同時に取得することができる。なお、ビームスプリッタ５２による二分岐光学系の構成を省略して、高倍レンズと低倍レンズとを機械的に切り替えるようにして、高倍画像と低倍画像とを取得するようにしてもよい。
【0043】
リング照明４５は、ステージ２１上のワークＷに単色光（白色光）、または複数の異なる波長の検出光を照射する投光部である。複数の異なる波長の検出光には、例えば赤色光、緑色光、青色光等が含まれる。リング照明４５は、受光レンズ５１の外周部を囲む円形状をなしており、受光レンズ５１の下方において当該受光レンズ５１と同軸上に配置されている。
【0044】
図６に示すように、リング照明４５には、赤色光を出射する赤色光源４５ａ、緑色光を出射する緑色光源４５ｂ及び青色光を出射する青色光源４５ｃが含まれている。赤色光源４５ａ、緑色光源４５ｂ及び青色光源４５ｃは、それぞれ発光ダイオード等で構成されており、個別に点灯、消灯可能になっている。すなわち、赤色光源４５ａのみを点灯させることでワークＷが赤色光で照明され、また、緑色光源４５ｂのみを点灯させることでワークＷが緑色光で照明され、また、青色光源４５ｃのみを点灯させることでワークＷが緑色光で照明され、また赤色光源４５ａ、緑色光源４５ｂ及び青色光源４５ｃを全て点灯させることでワークＷが白色光で照明される。
【0045】
リング照明４５は、照明用Ｚ方向駆動部４５ｄを備えており、照明用Ｚ方向駆動部４５ｄにより上昇端位置から下降端位置までリング照明４５が直線移動可能になっている。ワークＷの高さに応じてリング照明４５を移動させることで、ワークＷに接近した所から検出光を照射することが可能になる。照明用Ｚ方向駆動部４５ｄは、Ｚ方向の移動距離を検出するためのＺ方向リニアスケール４５ｅを有しており、Ｚ方向リニアスケール４５ｅにより、リング照明４５の高さ、高さ方向の移動距離等の検出が可能になっている。なお、本実施形態では、リング照明４５は測定実行部４５の筐体外側に配置されているが、本発明はこれに限られず、測定実行部４５の筐体内部に配置されていてもよい。
【0046】
図３に示すように、透過照明３０をステージ２１に導くミラー３３と、リング照明４５と、同軸落射照明４０をステージ２１に導く方向変換部材４３と、撮像部５０（例えば高倍側撮像素子５５）とは、垂直方向に略一直線状に配置されている。そして、リング照明４５、方向変換部材４３、撮像部５０は、上下に可動する測定実行部２４の筐体に固定されており、一体的にＺ方向に移動可能となっている。加えて、本実施形態では、後述するタッチプローブ８０のハウジング８１も測定実行部２４の筐体に固定され、ハウジング８１も一体的にＺ方向に移動可能となっている。
【0047】
測定実行部２４は、第１ステージカメラ４６、第２ステージカメラ４７及びフロントカメラ４８を有している。測定実行部２４が支持部２２の上側部分に設けられていることから、第１ステージカメラ４６、第２ステージカメラ４７及びフロントカメラ４８も支持部２２の上側部分に設けられることになる。第１ステージカメラ４６、第２ステージカメラ４７及びフロントカメラ４８は、それぞれ、カラー画像の取得が可能な撮像素子を有している。また、第１ステージカメラ４６、第２ステージカメラ４７及びフロントカメラ４８の画素数は、高倍側撮像素子５５及び低倍側撮像素子５６よりも少なくなっているが、これに限らず、同程度の画素数を有していてもよい。
【0048】
図４に示すように、第１ステージカメラ４６及び第２ステージカメラ４７は、受光レンズ５１の前方に配設されており、かつ、互いに左右方向に間隔をあけて設けられている。第１ステージカメラ４６及び第２ステージカメラ４７の撮像方向（光軸方向）は、撮像部５０の撮像方向と同方向となっている。第１ステージカメラ４６及び第２ステージカメラ４７の撮像視野は、撮像部５０の撮像視野の前方に位置しており、ステージ２１の前側部分を撮像可能になっている。なお、第１ステージカメラ４６又は第２ステージカメラ４７は、ステージ２１全体を真上から俯瞰的に撮像することにより俯瞰画像（平面画像）を生成するものであり、俯瞰画像生成部と呼んでもよい。
【0049】
フロントカメラ４８は、ステージ２１の上方において撮像方向がステージ２１の法線方向と異なる姿勢でワークＷを撮像して俯瞰画像を生成する第２撮像部であり、上記俯瞰画像生成部と呼ぶこともできる。フロントカメラ４８は、受光レンズ５１の前方に配設されており、前後方向の位置関係では第１ステージカメラ４６及び第２ステージカメラ４７よりも前方に位置付けられている。したがって、フロントカメラ４８は、ユーザに最も近くに配設されるカメラと言える。フロントカメラ４８の撮像視野は、高倍側撮像素子５５及び低倍側撮像素子５６の撮像視野よりも広く設定されており、高倍側撮像素子５５及び低倍側撮像素子５６の撮像視野を含み、かつ、高倍側撮像素子５５及び低倍側撮像素子５６の撮像視野外も撮像可能になっている。本例では、フロントカメラ４８によってステージ２１の上面の全体を撮像可能になっている。また、フロントカメラ４８は、リアルタイムで撮像可能に構成されており、ライブビュー画像を取得できるカメラである。
【0050】
フロントカメラ４８の撮像方向（光軸方向）は、ステージ２１の前方斜め上からステージ２１の上面に向く方向、即ちユーザから見たとき手前から奥に向くようになっている。これは、測定実行時のユーザからステージ２１を見たときの視線方向と、フロントカメラ４８の撮像方向とが概ね一致するようにするためである。これにより、フロントカメラ４８により生成された俯瞰画像は、ユーザが自然な測定姿勢でワークＷを俯瞰したときに見ることができるものと対応することになる。
【0051】
（非接触変位計７０の構成）
非接触変位計７０は、ステージ２１の法線方向に沿って測定光を出射し、ステージ２１上のワークＷからの反射光を受光することにより、ステージ２１上のワークＷの高さを非接触で測定する非接触測定部である。非接触変位計７０は、レーザ同軸変位計、より詳しくは白色共焦点変位計であり、図３に示すように、レンズユニット７１と投受光ユニット７２と両ユニット７１、７２を繋ぐ光ファイバ部７３とを備えている。投受光ユニット７２は、ベース２０に内蔵されており、レーザ光源７２ａ、光源光学部材７２ｂ、蛍光体７２ｃ及び受光素子７２ｄを備えている。
非接触変位計７０は、ステージ２１の法線方向に沿って測定光を出射し、ステージ２１上のワークＷからの反射光を受光することにより、ステージ２１上のワークＷの高さを非接触で測定する非接触測定部である。非接触変位計７０は、レーザ同軸変位計、より詳しくは白色共焦点変位計であり、図３に示すように、レンズユニット７１と投受光ユニット７２と両ユニット７１、７２を繋ぐ光ファイバ部７３とを備えている。投受光ユニット７２は、ベース２０に内蔵されており、レーザ光源７２ａ、光源光学部材７２ｂ、蛍光体７２ｃ及び受光素子７２ｄを備えている。
【0052】
レーザ光源７２ａは、単一波長の光を発し、好ましくは、波長が４５０ｎｍ以下の青色あるいは紫外光を発するもので構成される。特に、青色の光を発するものであると、蛍光体７２ｃの励起に利用され波長変換された光と蛍光体７２ｃの励起に利用されず青色のままの光が混じりあった光をワークＷに投光することができる。
【0053】
蛍光体７２ｃは、レーザ光源７２ａからの光で励起され異なる波長に変換して光を発する。蛍光体７２ｃは、一又は複数種の蛍光体７２ｃで構成され、例えば、青色の光で励起され、黄色光に変換して光を発するようにしても良く、また、２種の蛍光体７２ｃにより青色の光で励起され緑色に変換して光を発するとともに青色の光で励起され赤色に変換して光を発するようにしても良い。
【0054】
光ファイバ部７３は、一又は複数の光ファイバで構成される。取り扱いを容易にするために、光ファイバの端にフェルール７３ａを用いても良い。レンズユニット７１側の光ファイバ部７３の端である出射端のコア径は、ワークＷに結像されるスポット径に影響があるため直径２００μｍ以下とすることができ、直径５０μｍ以下としてもよい。
【0055】
光ファイバ部７３の入射端側に蛍光体７２ｃが固定されている。蛍光体７２ｃは、レーザ光源７２ａからの光及び蛍光体７２ｃが発光する光を透過する樹脂、ガラス等の光透過性媒体内に固定されるとともに光透過性媒体が光ファイバ部７３の入射端に固定されるようにしても良い。このときレーザ光源７２ａからの光及び蛍光体７２ｃからの光を効率よく光ファイバ部７３に入射するために、光透過性媒体の屈折率は、光ファイバ部７３の入射端側のコアの屈折率以下としている。
【0056】
受光素子７２ｄは、多分割ＰＤ（フォトダイオード）あるいはＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の撮像素子で構成され、回折格子、プリズム等により構成される分光器７２ｅあるいは色選択光学フィルタ等を介してワークＷからの光を波長に応じて選択的に受光する。受光素子７２ｄは、ワークＷからの光を、光ファイバ部７３を介して受光するものであっても良く、他の光学経路を介して受光するものであっても良い。
【0057】
レンズユニット７１は、測定実行部２４に取り付けられているので、撮像部５０とともにＺ方向に移動可能になっている。レンズユニット７１は、光ファイバ部７３の出射端から出射される光をワークＷに向けて集光するための部材であり、上側レンズ７１ａ及び下側レンズ７１ｂを含んでいる。レンズユニット７１は、撮像部５０の右側方に配置されており、光軸はＺ方向となっている。
【0058】
レンズユニット７１が、光ファイバ部７３の出射端と共焦点位置になるように構成されている場合、ワークＷからの光は、回折格子やプリズム等により構成される分光器７２ｅにより光を波長に応じて分離され、受光素子７２ｄにおける受光位置によってワークＷからの光の波長－輝度分布が検出される。受光素子７２ｄによる受光位置及び受光量に関する信号は、制御ユニット３が有する変位測定部３ｃに送信される。
【0059】
例えば、レンズユニット７１として色収差レンズを用いた場合、図６に示す変位測定部３ｃは、より短い波長の光が検出されるとワークＷがより近い距離に存在し、より長い波長の光が検出されるとワークＷがより遠い距離に存在すると評価する。また、レンズユニット７１として回折レンズを用いた場合、変位測定部３ｃは、より短い波長の光が検出されるとワークＷがより遠い距離に存在し、より長い波長の光が検出されるとワークＷがより近い距離に存在すると評価することにより、ワークＷの変位を測定する。
【0060】
図３に示すように、非接触変位計７０の焦点距離は、撮像部５０の焦点距離よりも長く設定されている。また、非接触変位計７０の焦点高さが撮像部５０の焦点高さと略同一となるように設定されている。すなわち、非接触変位計７０のレンズユニット７１の測定実行部２４に対する取付高さ、及び、撮像部５０の測定実行部２４に対する取付高さは、任意に設定することができるが、本例では、非接触変位計７０の焦点高さと撮像部５０の焦点高さとが略同一となるように、レンズユニット７１の高さと撮像部５０の高さとが設定されている。例えば、レンズユニット７１の下側レンズ７１ｂは、撮像部５０の受光レンズ５１よりも上に配設されている。
【0061】
本例ではＺ方向駆動部２５により非接触変位計７０を移動させることが可能になるので、例えば撮像部５０の焦点距離と非接触変位計７０の焦点距離とを合わせておくことで、撮像部５０の焦点距離にある測定対象位置に、非接触変位計７０の焦点を合わせるように水平方向にステージ２１を移動させるだけで、非接触変位計７０による高さ測定を実行することが可能になる。
【0062】
（タッチプローブの構成）
図３に示すタッチプローブ８０は、ステージ２１上のワークＷに接触したとき接触信号を出力する部材である。本例では、タッチプローブ８０が測定実行部２４に設けられているので、Ｚ方向駆動部２５によりタッチプローブ８０をステージ２１に対してＺ方向に相対的に移動させることができる。また、ステージ２１をＸＹ方向駆動部２３によりタッチプローブ８０に対してＸＹ方向に相対的に移動させることができる。このように、Ｚ方向駆動部２５及びＸＹ方向駆動部２３が、ステージ２１及びタッチプローブ８０の少なくとも一方を他方に対して相対的に移動させることにより、ステージ２１上に載置されたワークＷに対してタッチプローブ８０を接触させることができるようになっている。尚、ステージ２１をＺ方向に移動させてもよいし、タッチプローブ８０をＸＹ方向に移動させてもよい。Ｚ軸と直交し、装置本体２の左右方向と一致する軸をＸ軸とする。Ｚ軸と直交するとともにＸ軸と直交する方向（装置本体２の前後方向）と一致する軸をＹ軸とする。
図３に示すタッチプローブ８０は、ステージ２１上のワークＷに接触したとき接触信号を出力する部材である。本例では、タッチプローブ８０が測定実行部２４に設けられているので、Ｚ方向駆動部２５によりタッチプローブ８０をステージ２１に対してＺ方向に相対的に移動させることができる。また、ステージ２１をＸＹ方向駆動部２３によりタッチプローブ８０に対してＸＹ方向に相対的に移動させることができる。このように、Ｚ方向駆動部２５及びＸＹ方向駆動部２３が、ステージ２１及びタッチプローブ８０の少なくとも一方を他方に対して相対的に移動させることにより、ステージ２１上に載置されたワークＷに対してタッチプローブ８０を接触させることができるようになっている。尚、ステージ２１をＺ方向に移動させてもよいし、タッチプローブ８０をＸＹ方向に移動させてもよい。Ｚ軸と直交し、装置本体２の左右方向と一致する軸をＸ軸とする。Ｚ軸と直交するとともにＸ軸と直交する方向（装置本体２の前後方向）と一致する軸をＹ軸とする。
【0063】
タッチプローブ８０から出力される接触信号は、図６に示す制御ユニット３の座標測定部３ｂに送信される。座標測定部３ｂは、Ｚ方向駆動部２５及びＸＹ方向駆動部２３によってタッチプローブ８０がワークＷに接触したとき出力される接触信号を受信すると、その接触信号に基づいて、タッチプローブ８０がワークＷに接触した接触点の三次元座標を測定する。
【0064】
例えば、タッチプローブ８０の接触信号が出力されたときのステージ２１のＸ方向の位置及びＹ方向の位置は、それぞれＸ方向リニアスケール２３ａ及びＹ方向リニアスケール２３ｂによって取得できる。また、タッチプローブ８０の接触信号が出力されたときのタッチプローブ８０のＺ方向の位置は、Ｚ方向リニアスケール２５ａによって取得できる。また、タッチプローブ８０とワークＷとの相対的な位置関係を予め設定しておくとともに、撮像部５０等のキャリブレーションを実行しておくことで、リニアスケール２３ａ、２３ｂ、２５ａの検出結果に基づいて、接触点の三次元座標の測定が可能である。
【0065】
図７に示すように、タッチプローブ８０は、ハウジング８１と、プローブシャフト８２と、スタイラス８３と、支点形成用弾性部材（第１の弾性部材）８４と、原点復帰用弾性部材（第２の弾性部材）８５と、変位検出機構８６とを備えている。ハウジング８１は、Ｚ方向に延びる筒状をなしており、図５に示すように、測定実行部２４に固定され、撮像部５０の左側方に配設されている。したがって、タッチプローブ８０と非接触変位計７０のレンズユニット７１との間に撮像部５０が介在している。
【0066】
図７に示すように、プローブシャフト８２は、ハウジング８１の内側に設けられた棒状の部材であり、Ｚ方向に延びている。プローブシャフト８２の下端部には、プローブシャフト８２の外径よりも大径の上側円柱部材８２ａが固定されている。スタイラス８３もプローブシャフト８２と同様にＺ方向に延びる棒状の部材で構成されているが、プローブシャフト８２よりも細くなっている。スタイラス８３の下端部には、ワークＷに接触する球状の接触部８３ｂが設けられている。
【0067】
スタイラス８３の上端部は、プローブシャフト８２の円柱部材８２ａの下面に対して脱着可能に取り付けられている。すなわち、スタイラス８３の上端部には、スタイラス８３の外径よりも大径の下側円柱部材８３ａが固定されている。上側円柱部材８２ａと下側円柱部材８３ａとは略同径であるが、上下方向の寸法は下側円柱部材８３ａの方が長く設定されている。尚、プローブシャフト８２はハウジング８１と一体化されているので、スタイラス８３はハウジング８１に対して脱着可能に取り付けられているとも言える。
【0068】
スタイラス８３のプローブシャフト８２への脱着構造は、特に限定されるものではないが、例えばキネマティックマウント等を利用することが可能である。すなわち、上側円柱部材８２ａの下面と下側円柱部材８３ａの上面とに互いに吸着する極性を持った永久磁石（図示せず）をそれぞれ固定しておく。上側円柱部材８２ａの下面と下側円柱部材８３ａの上面との一方の磁石の周りに例えば３つの鋼球８３ｃを周方向に等間隔に固定し、他方の面の磁石の周りに前記鋼球８３ｃが嵌合する嵌合溝（図示せず）を鋼球８３ｃの位置に対応するように形成しておく。これにより、スタイラス８３をプローブシャフト８２の下方からプローブシャフト８２に接近させていくと、上側円柱部材８２ａと下側円柱部材８３ａに固定されている磁石の吸引力により、スタイラス８３がプローブシャフト８２に吸着した状態で保持される。または、プローブシャフト８２をスタイラス８３の上方からスタイラス８３に接近させていくと、上側円柱部材８２ａと下側円柱部材８３ａに固定されている磁石の吸引力により、スタイラス８３がプローブシャフト８２に吸着した状態で保持される。このとき、鋼球８３ｃが嵌合溝の嵌合することで、スタイラス８３がプローブシャフト８２と同軸上に配置される。
【0069】
スタイラス８３をプローブシャフト８２から外す際には、プローブシャフト８２を固定したままスタイラス８３を磁力に抗して下へ移動させるか、スタイラス８３を固定したままプローブシャフト８２を磁力に抗して上へ移動させる。これにより、下側円柱部材８３ａが上側円柱部材８２ａから離れてスタイラス８３が外れる。
【0070】
支点形成用弾性部材８４は、ハウジング８１とプローブシャフト８２に連結され、プローブシャフト８２の偏向支点を形成するための部材であり、例えば扁平型バネ等で構成される。具体的には、支点形成用弾性部材８４は、プローブシャフト８２の径方向の延長線に沿って延び、径方向外端部がハウジング８１の内面に連結された板バネで構成されている。支点形成用弾性部材８４の形状の一例を図８に示しており、支点形成用弾性部材８４の外形状は、ハウジング８１の内面に沿うように形成された円形とされている。支点形成用弾性部材８４の中央部には、プローブシャフト８２が挿通可能な挿通孔８４ａが形成されており、プローブシャフト８２は挿通孔８４ａに挿通された状態で固定されている。支点形成用弾性部材８４には、外側部８４ｂと、挿通孔８４ａが形成された内側部８４ｃと、外側部８４ｂ及び内側部８４ｃを接続する３つの接続部８４ｄとが一体成形されている。
【0071】
支点形成用弾性部材８４は、軸方向の形状復元性を持った弾性材料で構成することができる。また、内側部８４ｃが軸芯に位置した状態を維持し、径方向のずれが抑制されるように、支点形成用弾性部材８４の材料及び形状が設定されている。これにより、プローブシャフト８２の偏向支点を支点形成用弾性部材８４によって保つことができる。また、スタイラス８３がワークＷに対して接触したとき、支点形成用弾性部材８４が接触抵抗に影響を及ぼさないくらい小さな力で変形する。また、プローブシャフト８２を小さな力でＺ方向に変位可能にするため、支点形成用弾性部材８４は内側部８４ｃを外側部８４ｂに対して小さな力でＺ方向に相対変位させることができるようになっている。
【0072】
図７に示すように、ハウジング８１の内側には、支点形成用弾性部材８４の外側部８４ｂ（図８に示す）を下から支持するための支持部８１ａが設けられている。支持部８１ａにより外側部８４ｂが支持されていることで、プローブシャフト８２が予め設定された所定高さで保持されて安定するとともに、振動しにくくなり、測定精度が向上する。
【0073】
原点復帰用弾性部材８５は、支点形成用弾性部材８４からプローブシャフト８２の軸方向に離れた部分においてハウジング８１とプローブシャフト８２に連結され、プローブシャフト８２を原点に復帰させるための部材である。このように、偏向支点を形成するための支点形成用弾性部材８４と、原点復帰させるための原点復帰用弾性部材８５とを別々に設けており、各弾性部材８４、８５は、それぞれ、互いに異なる機能を満足するように設計されている。すなわち、支点形成用弾性部材８４は、原点復帰用弾性部材８５に比べてプローブシャフト８２の径方向の変位抑制力が強く設定され、また、原点復帰用弾性部材８５は、支点形成用弾性部材８４に比べてプローブシャフト８２を原点へ付勢する付勢力が強く設定されている。
【0074】
原点復帰用弾性部材８５は、支点形成用弾性部材８４よりもプローブシャフト８２の先端側（下側）に設けられており、図９に示すように、プローブシャフト８２から放射状に、かつ、プローブシャフト８２の径方向の延長線に沿って延び、外端部がハウジング８１に連結される３以上の引張バネ８５ａ、８５ｂ、８５ｃで構成され、当該３以上の引張バネ８５ａ、８５ｂ、８５ｃのバネ力が釣り合うように設定されている。本例では、３本の引張バネ８５ａ、８５ｂ、８５ｃで原点復帰用弾性部材８５が構成されているが、引張バネ８５ａ、８５ｂ、８５ｃの数はこれに限られるものではない。
【0075】
各引張バネ８５ａ、８５ｂ、８５ｃの内端部はプローブシャフト８２の外面に固定されており、その３つの固定部分は周方向に等間隔（１２０°間隔）に配置されている。各引張バネ８５ａ、８５ｂ、８５ｃは、その軸線がプローブシャフト８２の軸線と直交する姿勢とされており、各引張バネ８５ａ、８５ｂ、８５ｃの軸線の延長線はプローブシャフト８２の軸線上で交わるようになっている。引張バネ８５ａ、８５ｂ、８５ｃのバネ定数は同じである。
【0076】
ここで３本の引張バネ８５ａ、８５ｂ、８５ｃのいずれかの方向にプローブシャフト８２が変位したと仮定する。引張バネ８５ａがΔＡだけ縮んだ位置でバランスした場合、残りの引張バネ８５ｂと引張バネ８５ｃはベクトル分割からＡ／２の変位をした関係になる。その力量は引張バネ８５ａ方向に半分ずつ作用することになり、結局、引張バネ８５ａのバネの力量の半分を加算する関係になり、１．５×ΔＡの力量を総合して作用させながら釣り合う。３本の引張バネ８５ａ、８５ｂ、８５ｃが同じバネ定数であるため、バネ定数×ΔＡ×１．５と、バネ定数だけが設計パラメータとなる。つまり、引張バネ８５ａ、８５ｂ、８５ｃについて同じバネ定数を設定すれば、釣り合いを保持する長さはばらついたとしても、低圧接触のタッチプローブ８０とすることが可能になる。
【0077】
また、低圧接触のタッチプローブ８０としているので、プローブシャフト８２に過大なストロークを与えると、弾性限界を超えたり、プローブシャフト８２が変形してしまうおそれがある。このことから、保護用のリミット機構を設けておき、さらに強い外力を受けた場合に許容可能な構成を採用することが望ましい場合がある。例えば接触部８３ｂをＸ方向に強く押したと仮定した場合、その場合のリミット機構が上方にあると、プローブシャフト８２がしなるような力を受けてしまい、プローブシャフト８２の変形を誘発することがある。つまり、原点復帰用弾性部材８５が支点形成用弾性部材８４よりも上に位置していたとすると、上述したようなＸ方向の大きな外力を受けたプローブシャフト８２はしなるような力を受けてしまうことがある。本例では、原点復帰用弾性部材８５を支点形成用弾性部材８４よりも下に設けることにより、プローブシャフト８２がしなるような力を受けにくくしている。尚、上述した問題点は、全ての場合に適用されるものではないので、原点復帰用弾性部材８５を支点形成用弾性部材８４よりも上に設けることもできる。
【0078】
また、例えば、同じバネ定数を持った３つの引張バネ８５ａ、８５ｂ、８５ｃによってプローブシャフト８２を放射状に引く構成としているので、所定の伸びを持って釣り合った原点位置に対して、接触部８３ｂの移動量に対してＨ１／Ｈ２（図７に示す）の比率でテコの原理により減少された量の変位が引張バネ８５ａ、８５ｂ、８５ｃに作用し、その釣り合いからの差分は、変位とバネ定数のみによって算出が可能であり、例えば２ｇ程度の極めて低接触圧でワークＷとの接触を検出するとした場合、逆算的にバネ定数が導かれるので、非常に簡素な関係を構築できる。この関係から比較的しっかりした力量のバネで引張バネ８５ａ、８５ｂ、８５ｃを構成しても接触部８３ｂでの抵抗力が上がりすぎることはなく、低圧接触のタッチプローブ８０とすることができる。
【0079】
図７に示すように、変位検出機構８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃは、プローブシャフト８２の三次元方向の変位を非接触で検出する磁気センサであり、支点形成用弾性部材８４よりもプローブシャフト８２の基端側（上側）に設けられている。具体的には、変位検出機構８６Ａ、８６Ｂ、８６Ｃは、プローブシャフト８２の軸方向に沿ったＺ方向（第１の方向）の変位を検出するＺ方向変位検出機構８６Ａ（第１の変位検出機構）と、プローブシャフト８２の径方向に沿ったＸ方向（第２の方向）の変位を検出するＸ方向変位検出機構８６Ｂ（第２の変位検出機構）と、プローブシャフト８２の径方向に沿いかつＺ方向と直交するＹ方向（第３の方向）の変位を検出するＹ方向変位検出機構８６Ｃ（第３の変位検出機構）とを含んでいる。
【0080】
Ｚ方向変位検出機構８６Ａは、Ｎ極及びＳ極がＺ方向に並ぶように配置されたＺ方向検出磁石８６ａと、Ｚ方向磁気センサ８６ｂとを備えている。Ｚ方向検出磁石８６ａは、プローブシャフト８２に固定される一方、Ｚ方向磁気センサ８６ｂはハウジング８１に固定されている。Ｚ方向磁気センサ８６ｂは、Ｚ方向検出磁石８６ａのＮ極とＳ極の境界部分に対向するように配置されている。したがって、プローブシャフト８２がＺ方向に僅かでも変位すると、Ｚ方向磁気センサ８６ｂが検出する磁界が変化し、これにより、プローブシャフト８２のＺ方向の変位を非接触で検出できる。
【0081】
プローブシャフト８２の上端部には、磁石固定部材８２ｂが設けられている。Ｘ方向変位検出機構８６Ｂは、Ｎ極及びＳ極がＸ方向に並ぶように配置されたＸ方向検出磁石８６ｃと、Ｘ方向磁気センサ８６ｄとを備えている。Ｘ方向検出磁石８６ｃは、磁石固定部材８２ｂの上面に固定される一方、Ｘ方向磁気センサ８６ｄは、ハウジング８１に固定されている。Ｘ方向磁気センサ８６ｄは、Ｘ方向検出磁石８６ｃのＮ極とＳ極の境界部分に対向するように配置されている。したがって、プローブシャフト８２が偏向支点を中心としてＸ方向に僅かでも揺動し、変位すると、Ｘ方向磁気センサ８６ｄが検出する磁界が変化し、これにより、プローブシャフト８２のＸ方向の変位を非接触で検出できる。
【0082】
Ｙ方向変位検出機構８６Ｃは、Ｎ極及びＳ極がＹ方向に並ぶように配置されたＹ方向検出磁石８６ｅと、Ｙ方向磁気センサ８６ｆとを備えている。Ｙ方向検出磁石８６ｅは、磁石固定部材８２ｂの上面に対してＸ方向検出磁石８６ｃから離れた部位に固定される一方、Ｙ方向磁気センサ８６ｆは、ハウジング８１に固定されている。Ｙ方向磁気センサ８６ｆは、Ｙ方向検出磁石８６ｅのＮ極とＳ極の境界部分に対向するように配置されている。したがって、プローブシャフト８２が偏向支点を中心としてＹ方向に僅かでも揺動し、変位すると、Ｙ方向磁気センサ８６ｆが検出する磁界が変化し、これにより、プローブシャフト８２のＹ方向の変位を非接触で検出できる。
【0083】
変位検出機構８６は、磁気センサ以外のセンサであってもよく、例えば光学式、静電容量式の検出センサであってもよい。
【0084】
引張バネ８５ａ、８５ｂ、８５ｃには、減衰力を発生させるダンピンググリスが付与されている。ダンピンググリスは、高粘度でかつ不揮発性を有するペースト状のものであり、引張バネ８５ａ、８５ｂ、８５ｃの線間に充填されるように、当該引張バネ８５ａ、８５ｂ、８５ｃに塗布されている。これにより、引張バネ８５ａ、８５ｂ、８５ｃの伸縮時に短時間で何度も減衰力を与えることができ、所望の減衰を得やすい上に、ノイズとなりやすい過度な減衰を加える必要がなくなる。
【0085】
なお、引張バネ８５ａ、８５ｂ、８５ｃの減衰に際してはテコの原理に基づいて減衰効果を高めやすい遠方において、ダンピンググリスなどを効かせる事も可能である。例えば、Ｚ方向検出磁石８６ａとＺ方向磁気センサ８６ｂとの間、Ｘ方向検出磁石８６ｃとＸ方向磁気センサ８６ｄとの間、Ｙ方向検出磁石８６ｅとＹ方向磁気センサ８６ｆとの間にダンピンググリスを充填してもよい。また、その他の減衰部材を用いて引張バネ８５ａ、８５ｂ、８５ｃの減衰を行ってもよい。
【0086】
図１０は、タッチプローブ８０の別の例を示す図である。この例では、Ｘ方向変位検出機構８６ＢのＸ方向磁気センサ８６ｄの向きと、Ｙ方向変位検出機構８６ＣのＹ方向磁気センサ８６ｆの向きが上述した例と異なっている。具体的には、Ｘ方向磁気センサ８６ｄとＸ方向検出磁石８６ｃとが水平方向に対向するように配置され、またＹ方向磁気センサ８６ｆとＹ方向検出磁石８６ｅとが水平方向に対向するように配置されている。
【0087】
（スタイラスのチェンジャー機構）
スタイラス８３は、例えば十字型、Ｌ字型、Ｔ字型など全体形状が異なるもの、径が異なるもの、先端の接触部８３ｂのサイズが異なるもの等があり、ワークＷや測定用途等に応じて使い分けられる。図１や図２に示すように、装置本体２の支持部２２には、異なるスタイラス８３Ａ、８３Ｂ、８３Ｃを保持しておき、所定のタイミングで所望のスタイラスに自動交換するチェンジャー機構（交換部）１００が設けられている。本例では、タッチプローブ８０が測定実行部２４の左側に設けられているので、それに対応するように、チェンジャー機構１００は支持部２２の左側に設けられている。尚、タッチプローブ８０が測定実行部２４の右側に設けられている場合には、チェンジャー機構１００を支持部２２の右側に設ければよい。
スタイラス８３は、例えば十字型、Ｌ字型、Ｔ字型など全体形状が異なるもの、径が異なるもの、先端の接触部８３ｂのサイズが異なるもの等があり、ワークＷや測定用途等に応じて使い分けられる。図１や図２に示すように、装置本体２の支持部２２には、異なるスタイラス８３Ａ、８３Ｂ、８３Ｃを保持しておき、所定のタイミングで所望のスタイラスに自動交換するチェンジャー機構（交換部）１００が設けられている。本例では、タッチプローブ８０が測定実行部２４の左側に設けられているので、それに対応するように、チェンジャー機構１００は支持部２２の左側に設けられている。尚、タッチプローブ８０が測定実行部２４の右側に設けられている場合には、チェンジャー機構１００を支持部２２の右側に設ければよい。
【0088】
図１１は、スタイラスのチェンジャー機構１００の斜視図である。チェンジャー機構１００は、一又は複数のスタイラスを保持するスタイラス保持部１０１と、スタイラス保持部１０１を支持するアーム部１０２と、アーム部１０２を回動させるチェンジャー旋回駆動部（回動部）１０３と、スタイラス保持部１０１をアーム部１０２に沿って移動させるチェンジャー送り駆動部（スライダ部）１０４とを備えている。
【0089】
図１２に示すように、スタイラス保持部１０１は、種類の異なるスタイラス８３Ａ、８３Ｂ、８３Ｃを保持する第１～第３切り欠き部１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃを有している。各切り欠き部１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃは、上下方向に開放されているとともに、水平方向の一方にも開放されており、開放方向は全ての切り欠き部１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃで同じである。尚、図１２では、内部構造の説明のため、第３切り欠き部１０１ｃの上側部分を構成する部材を取り外して示しているが、第３切り欠き部１０１ｃも第１切り欠き部１０１ａ、第２切り欠き部１０１ｂと同じ形状である。尚、切り欠き部の数は、３つに限られるものではなく、任意の数に設定することができる。
【0090】
各切り欠き部１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃの上下方向中間部には、スライラスを保持するための保持爪１０１ｄが設けられている。保持爪１０１ｄは、樹脂等の弾性を有する部材で構成されており、各切り欠き部１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃの水平方向の開放部分と同方向に開放した形状となっている。保持爪１０１ｄの両端部は各切り欠き部１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃの内面から突出しており、保持爪１０１ｄの両端部が、スタイラス８３の下側円柱部材８３ａの外周面に形成された溝８３ｄに係合するようになっている。溝８３ｄの上下方向の寸法は、保持爪１０１ｄの上下方向の寸法よりも長く設定されており、その寸法差が設けられていることで、保持爪１０１ｄに保持されたスタイラスを保持爪１０１ｄに対して相対的に上下動させることが可能である。
【0091】
保持爪１０１ｄの両端部の間隔は、下側円柱部材８３ａの溝８３ｄが形成された部分の外径よりも狭くなっている。下側円柱部材８３ａを保持させる際には、保持爪１０１ｄの両端部に対して、当該保持爪１０１ｄの開放側から下側円柱部材８３ａの溝８３ｄが形成された部分を押し付けることで、保持爪１０１ｄが弾性変形して両端部の間隔が広がる。これにより、下側円柱部材８３ａの溝８３ｄが形成された部分を保持爪１０１ｄの両端部の間から保持爪１０１ｄの内側に入れ、保持爪１０１ｄに係合させることができる。保持爪１０１ｄに保持された下側円柱部材８３ａを外す際には、下側円柱部材８３ａを保持爪１０１ｄの開放方向に相対的に移動させることで、保持爪１０１ｄが弾性変形して両端部の間隔が広がり、下側円柱部材８３ａが保持爪１０１ｄの開放側から離脱する。
【0092】
図１１に示すアーム部１０２は、スタイラス保持部１０１に保持されたスタイラス８３Ａ、８３Ｂ、８３Ｃ（符号８３Ｂ、８３Ｃは図２に示す）をハウジング８１に取付可能にする取付可能位置と、該取付可能位置から退避させた退避位置との間で移動させるための部材である。取付可能位置は、スタイラスの取付準備位置と呼ぶこともでき、また退避位置は、スタイラスの格納位置と呼ぶこともできる。具体的には、アーム部１０２は、水平方向に延びる部材で構成されており、基端部がチェンジャー旋回駆動部１０３を介して支持部２２に取り付けられている。チェンジャー旋回駆動部１０３は、Ｚ方向に延びる回動軸１０３ａを持った電動モータで構成されている。回動軸１０３ａは、撮像部５０の撮像軸と平行であり、回動軸１０３ａの下端部に、アーム部１０２の基端側が連結されている。
【0093】
図２に破線で示すように、チェンジャー旋回駆動部１０３は、ステージ２１の上方に配設されている。図２は、スタイラス保持部１０１に保持されたスタイラス８３Ａ、８３Ｂ、８３Ｃを退避位置に移動させた状態を示している。退避位置にあるスタイラス保持部１０１及びスタイラス８３Ａ、８３Ｂ、８３Ｃは、測定設定時や測定実行時に邪魔にならないように、具体的には測定実行部２４の可動範囲や、撮像部５０の撮像視野にスタイラス保持部１０１及びスタイラス８３Ａ、８３Ｂ、８３Ｃが入らないように配置される。
【0094】
支持部２２は、退避位置にあるスタイラス保持部１０１の上方の少なくとも一部を覆う庇部２２Ａを備えている。庇部２２Ａは、支持部２２の左壁部から左側方へ張り出すように形成されており、庇部２２Ａの真下にスタイラス保持部１０１が配置可能になっている。これにより、スタイラス保持部１０１や、スタイラス保持部１０１に保持されているスタイラス８３Ａ、８３Ｂ、８３Ｃに周囲の物品等が接触するのを回避できる。庇部２２Ａは、スタイラス保持部１０１の上方の全部を覆うように形成されていてもよい。
【0095】
図１１に示すように、アーム部１０２にはチェンジャー送り駆動部１０４が設けられている。チェンジャー送り駆動部１０４は、送り用電動モータ１０４ａと、送り用電動モータ１０４ａによって回転駆動されるねじ棒１０４ｂと、ねじ棒１０４ｂに螺合する螺合部材１０４ｃとを備えている。送り用電動モータ１０４ａは、アーム部１０２の基端部に固定されており、その回転中心線はアーム部１０２の長手方向に向いている。ねじ棒１０４ｂはアーム部１０２と平行に配置され、アーム部１０２に対して回転可能に支持されている。螺合部材１０４ｃには、スタイラス保持部１０１が固定されている。
【0096】
アーム部１０２には、スタイラス保持部１０１をアーム部１０２の長手方向に案内する案内レール１０２ａが設けられている。スタイラス保持部１０１は、案内レール１０２ａに係合して回転不能とされた状態でアーム部１０２の長手方向にのみ移動可能になっている。つまり、スタイラス保持部１０１に保持されたスタイラス８３Ａ、８３Ｂ、８３Ｃを撮像軸と直交する方向に移動させることができる。
【0097】
送り用電動モータ１０４ａによってねじ棒１０４ｂを回転させると、図１１に示すようにスタイラス保持部１０１をアーム部１０２の先端側まで移動させることができるとともに、図示しないがスタイラス保持部１０１をアーム部１０２の基端側またはその近傍まで移動させることができる。スタイラス保持部１０１は、アーム部１０２について任意の位置で停止させることが可能である。スタイラス保持部１０１の位置は、ロータリエンコーダ等の位置検出手段によって検出されて制御部３ｄに出力される。
【0098】
図１１は、スタイラス保持部１０１に保持されたスタイラス８３Ａ、８３Ｂ、８３Ｃをハウジング８１に取付可能にする取付可能位置に移動させた状態を示している。取付可能位置にあるスタイラス８３Ａ、８３Ｂ、８３Ｃと、退避位置にあるスタイラス８３Ａ、８３Ｂ、８３Ｃとの間に、チェンジャー旋回駆動部１０３の回動軸１０３ａが位置付けられるようにチェンジャー旋回駆動部１０３の位置が設定され、その位置にあるチェンジャー旋回駆動部１０３が支持部２２に取り付けられている。
【0099】
チェンジャー旋回駆動部１０３は、スタイラス保持部１０１を退避位置から取付可能位置にする際、また取付可能位置から退避位置にする際には、いずれも、アーム部１０２を１８０°回動させる。つまり、スタイラス保持部１０１の位置をチェンジャー旋回駆動部１０３の前方から後方、後方から前方に大きく切り替えることができる。
【0100】
次に、スタイラスの交換要領について説明する。図１３は、スタイラスの装着手順の一例を示すフローチャートである。スタート後のステップＳＡ１では、制御ユニット３の制御部３ｄがＺ方向駆動部２５を制御し、測定実行部２４を上待機位置まで移動させる。ステップＳＡ２では、制御部３ｄがチェンジャー送り駆動部１０４を制御し、第１～第３切り欠き部１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃのうち、所望の切り欠き部（第１切り欠き部１０１ａとする）が所定の位置に配置されるように、スタイラス保持部１０１をアーム部１０２の長手方向に移動させる。これにより、スタイラス保持部１０１は、庇部２２Ａの真下の空間から外方に移動する（例えば、スタイラス保持部１０１はアーム部１０２の中央付近に移動し、庇部２２Ａの外側に出る）。ステップＳＡ３では、制御部３ｄがチェンジャー旋回駆動部１０３を制御し、アーム部１０２を回動させてスタイラス保持部１０１を取付可能位置に配置する。この状態を図１４のＦＩＧ．１４Ａに示しており、測定実行部２４が上待機位置にあるので、スタイラス８３Ａはまだハウジング８１に装着されていない。なお、ステップＳＡ３の後、アーム部１０２の長手方向に沿ってスタイラス保持部１０１の位置を微調整してもよい。
【0101】
その後、ステップＳＡ４に進み、制御部３ｄがＺ方向駆動部２５を制御し、測定実行部２４を下降させて装着高さまで移動させる。すると、磁力によってスタイラス８３Ａの下側円柱部材８３ａがプローブシャフト８２の上側円柱部材８２ａに吸着される。吸着後の様子を図１４のＦＩＧ．１４Ｂに示している。次いで、ステップＳＡ５に進み、制御部３ｄがチェンジャー旋回駆動部１０３を制御し、アーム部１０２を回動させてスタイラス保持部１０１を退避位置に配置する。このときに、保持爪１０１ｄが弾性変形して下側円柱部材８３ａが保持爪１０１ｄから抜ける。
【0102】
次に、ハウジング８１に装着されているスタイラスの取り外し手順について図１５に示す。スタート後のステップＳＢ１では、ステップＳＡ４と同様に、制御ユニット３の制御部３ｄがＺ方向駆動部２５を制御し、測定実行部２４を装着高さまで移動させる。ステップＳＢ２では、制御部３ｄがチェンジャー送り駆動部１０４を制御し、第１～第３切り欠き部１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃのうち、所望の切り欠き部（第１切り欠き部１０１ａとする）が所定の位置に配置されるように、スタイラス保持部１０１をアーム部１０２の長手方向に移動させる。このとき、スタイラスが保持されていない切り欠き部が所定の位置に配置されるようにする。また、スタイラス保持部１０１は、庇部２２Ａの真下の空間から外方に移動する（例えば、スタイラス保持部１０１はアーム部１０２の中央付近に移動し、庇部２２Ａの外側に出る）。
【0103】
ステップＳＢ３では、制御部３ｄがチェンジャー旋回駆動部１０３を制御し、アーム部１０２を回動させてスタイラス保持部１０１を取付可能位置に配置する。本フローは、取り外し時のフローであるため「取付可能」ではないが、スタイラス保持部１０１の位置は、図１３に示すフローの「取付可能位置」と同じであるため、本フローでも「取付可能位置」とする。「取付可能位置」の代わりに「取り外し可能位置」としてもよい。この状態は、図１４のＦＩＧ．１４Ｂに示すようになり、保持爪１０１ｄがスタイラス８３Ａの下側円柱部材８３ａの溝８３ｄが形成された部分に係合する。
【0104】
その後、ステップＳＢ４に進み、制御部３ｄがＺ方向駆動部２５を制御し、測定実行部２４を上昇させて上待機位置まで移動させる。すると、プローブシャフト８２の上側円柱部材８２ａがスタイラス８３Ａの下側円柱部材８３ａに対して上方へ相対的に移動することになり、磁力に抗してスタイラス８３Ａの下側円柱部材８３ａがプローブシャフト８２の上側円柱部材８２ａから離脱する。離脱後の様子は図１４のＦＩＧ．１４Ａに示すようになる。次いで、ステップＳＢ５に進み、制御部３ｄがチェンジャー旋回駆動部１０３を制御し、アーム部１０２を回動させてスタイラス保持部１０１を退避位置に配置する。
【0105】
以上のように、制御部３ｄは、スタイラス保持部１０１に保持されたスタイラスが退避位置から取付可能位置に配置されるように、チェンジャー旋回駆動部１０３及びチェンジャー送り駆動部１０４を制御するとともに、スタイラス保持部１０１に保持されたスタイラスが取付可能位置から退避位置に配置されるように、チェンジャー旋回駆動部１０３及びチェンジャー送り駆動部１０４を制御する。また、制御部３ｄは、退避位置にあるスタイラス保持部１０１が取付可能位置にあるスタイラス保持部１０１よりもアーム部１０２の基端側に位置付けられるように、チェンジャー送り駆動部１０４を制御する。
【0106】
なお、本実施形態では、下側円柱部材８３ａの外周面に形成された溝８３ｄに保持爪１０１ｄが係合するように構成したが、この溝８３ｄが形成されない変形例も考え得る。例えば、切り欠き部１０１ａ～１０１ｃの内側に、下側円柱部材８３ａの外周面に対して径方向に相対的に可動する（当接する又は離反する）可動部材（弾性部材が好ましい）を設けてもよい。この可動部材は、制御部３ｄによって可動してもよい。この場合、上述したステップＳＡ４において、スタイラス８３Ａの下側円柱部材８３ａがプローブシャフト８２の上側円柱部材８２ａに吸着された後、制御部３ｄは、下側円柱部材８３ａの外周面から可動部材を離反するよう制御する。また、上述したステップＳＢ４において、測定実行部２４を上昇させて上待機位置まで移動させる前に、制御部３ｄは、下側円柱部材８３ａの外周面に当接するよう可動部材を制御する。このようにして、下側円柱部材８３ａの外周面に溝８３ｄを形成することなく、スタイラス８３Ａの脱着動作を実現してもよい。
【0107】
（制御ユニットの構成）
図６に示す制御ユニット３は、例えばＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＡＭ、ＲＯＭ、内部バス等（図示せず）を備えている。内部バスを介して、ＣＰＵが表示部４、キーボード５、マウス６、記憶部７及び装置本体２と接続されている。制御ユニット３は、キーボード５、マウス６、装置本体２の測定開始ボタン２ａ等の操作状態を取得する。また、制御ユニット３は、装置本体２の撮像部５０、第１ステージカメラ４６、第２ステージカメラ４７及びフロントカメラ４８で取得された画像データを取得することができる。また、制御ユニット３内で演算した結果や、撮像部５０、第１ステージカメラ４６、第２ステージカメラ４７及びフロントカメラ４８で取得された画像データ等を表示部４に表示させることができる。
図６に示す制御ユニット３は、例えばＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＡＭ、ＲＯＭ、内部バス等（図示せず）を備えている。内部バスを介して、ＣＰＵが表示部４、キーボード５、マウス６、記憶部７及び装置本体２と接続されている。制御ユニット３は、キーボード５、マウス６、装置本体２の測定開始ボタン２ａ等の操作状態を取得する。また、制御ユニット３は、装置本体２の撮像部５０、第１ステージカメラ４６、第２ステージカメラ４７及びフロントカメラ４８で取得された画像データを取得することができる。また、制御ユニット３内で演算した結果や、撮像部５０、第１ステージカメラ４６、第２ステージカメラ４７及びフロントカメラ４８で取得された画像データ等を表示部４に表示させることができる。
【0108】
また、制御ユニット３は、装置本体２のＺ方向駆動部２５、ＸＹ方向駆動部２３、同軸落射照明４０、リング照明４５、照明用Ｚ方向駆動部４５ｄ、撮像部５０、非接触変位計７０、タッチプローブ８０、チェンジャー旋回駆動部１０３、チェンジャー送り駆動部１０４等を制御する。具体的には、制御ユニット３は、内部バスを介して各ハードウェアと接続されているので、上述したハードウェアの動作を制御するとともに、記憶部７に記憶されているコンピュータプログラムに従って、種々のソフトウェア的機能を実行する。例えば、撮像部５０により生成されたワーク画像に基づいてワークＷの寸法測定を行う画像測定部３ａ、タッチプローブ８０がワークＷに接触した接触点の三次元座標を測定する座標測定部３ｂ、非接触変位計７０からの出力信号に基づいてステージ２１上のワークＷの変位を測定する変位測定部３ｃ等が制御ユニット３に設けられる。変位測定は高さ測定とも呼ぶ。
【0109】
以下、制御ユニット３が実行可能な機能の詳細について、ワークＷを測定する前の測定設定時と、ワークＷの測定を実行する測定実行時とに分けて説明する。
【0110】
（測定設定時）
図１６は、画像測定装置１の測定設定時の手順の一例を示すフローチャートである。スタート後のステップＳＣ１では平面視画像を生成する。すなわち、撮像部５０によってステージ２１を撮像する。このとき、ユーザがワークＷをステージ２１の載置台２１ａに載置した場合にはワーク画像が取得される。例えば、Ｚ方向駆動部２５により測定実行部２４を移動させて撮像部５０を測定位置に移動させた後、撮像部５０によってステージ２１上のワークＷを撮像することもでき、必要に応じて照明することもできる。
図１６は、画像測定装置１の測定設定時の手順の一例を示すフローチャートである。スタート後のステップＳＣ１では平面視画像を生成する。すなわち、撮像部５０によってステージ２１を撮像する。このとき、ユーザがワークＷをステージ２１の載置台２１ａに載置した場合にはワーク画像が取得される。例えば、Ｚ方向駆動部２５により測定実行部２４を移動させて撮像部５０を測定位置に移動させた後、撮像部５０によってステージ２１上のワークＷを撮像することもでき、必要に応じて照明することもできる。
【0111】
ステップＳＣ２では、俯瞰画像を生成する。Ｚ方向駆動部２５により測定実行部２４を移動させてフロントカメラ４８を測定位置に移動させた後、フロントカメラ４８によってステージ２１上のワークＷを撮像する。
【0112】
フロントカメラ４８でワークＷを撮像する際、以下の制御を行うことができる。すなわち、まず、制御部３ｄは、撮像部５０により生成されたワーク画像に基づいてステージ２１上のワークＷの位置を検出する。その後、制御部３ｄは、検出されたステージ２１上のワークＷの位置と、既知であるフロントカメラ４８の視野範囲とに基づいて、ステージ２１上のワークＷがフロントカメラ４８の視野範囲内に位置しているか否かを判定する。次いで、制御部３ｄは、ステージ２１上のワークＷがフロントカメラ４８の視野範囲外に位置している場合には、ステージ２１上のワークＷがフロントカメラ４８の視野範囲内に位置するように、ＸＹ方向駆動部２３を制御してステージ２１を移動させる。これにより、フロントカメラ４８でステージ２１上のワークＷを確実に撮像することができる。
【0113】
また、フロントカメラ４８でステージ２１上のワークＷを撮像した後、制御部３ｄは、ＸＹ方向駆動部２３を制御してステージ２１を移動させ、ステージ２１上の別の領域をフロントカメラ４８により撮像することもできる。
【0114】
フロントカメラ４８により俯瞰画像を撮像した時のステージ２１の位置情報をＸ方向リニアスケール２３ａないしＹ方向リニアスケール２３ｂで取得することが可能である。取得したステージ２１の位置情報と、俯瞰画像とを関連付けて記憶部７に記憶させることができる。これにより、俯瞰画像が撮像された時のステージ２１の位置を把握できる。
【0115】
ステップＳＣ３では、ユーザの選択結果に基づいて、カラーのワーク画像（カラー画像）を生成するか否かを判定する。ユーザがカラー画像の生成を希望する場合には、表示部４に表示させたユーザーインターフェース画面上でカラー画像の生成を選択し、希望しない場合にはカラー画像の生成を選択しない。ユーザの選択操作は、キーボード５やマウス６等で行われ、制御ユニット３の受付部３ｅで受け付けられる。
【0116】
ユーザがカラー画像の生成を希望しない場合、即ち、ステップＳＣ３でカラー画像を生成しないと判定された場合には、ステップＳＣ４に進み、単色光の照明により撮像部５０で取得されたデータに基づいてグレースケールのワーク画像（グレースケール画像）を生成する。一方、ユーザがカラー画像の生成を希望する場合、即ち、ステップＳＣ３でカラー画像を生成すると判定された場合には、ステップＳＣ５に進み、カラー画像を生成する。
【0117】
ステップＳＣ４、ＳＣ５の画像生成について図１７に示すフローチャートに基づいて詳細に説明する。図１７のスタート後のステップＳＤ１では、透過照明３０でワークＷを照明する。ステップＳＤ２では、ＸＹ方向駆動部２３を制御して、ステージ２１をＸ方向ないしＹ方向に移動させ、撮像部５０で撮像しながらワークＷを探索する。ステージ２１は、例えばＸ方向中心かつＹ方向中心から渦巻き状に移動させる。そして、撮像部５０で撮像された画像中、黒画素（輝度値が所定以下の画素）の比率が一定以上になると、その領域にワークＷが存在していると判定する。このようにしてワークＷを探索し、ワークＷのステージ２１上での位置を特定するとともに、ワークＷの大きさ、ステージ２１上におけるワークＷが占有している部分等を特定することができる。
【0118】
ステップＳＤ３では、ステップＳＤ２で探索されたワークＷを撮像部５０で撮像する。このとき、グレースケール画像を生成する場合には、リング照明４５の赤色光源４５ａ、緑色光源４５ｂ及び青色光源４５ｃを全て点灯させて白色光によりワークＷを照明した状態で撮像部５０により撮像する。
【0119】
一方、カラー画像を生成する場合には、上記グレースケールのワーク画像を取得するとともに、制御ユニット３の色情報生成部３ｆが、リング照明４５から複数の異なる波長の検出光が照射される毎に撮像部５０により生成された複数のワーク画像に基づいて、ワークＷの色情報を生成する。具体的には、赤色光源４５ａのみを点灯させて撮像部５０により撮像した赤照明時のワーク画像と、緑色光源４５ｂのみを点灯させて撮像部５０により撮像した緑照明時のワーク画像と、青色光源４５ｃのみを点灯させて撮像部５０により撮像した青照明時のワーク画像とを生成する。色情報生成部３ｆは、これら３つのワーク画像から色情報として色相及び彩度を取得する。
【0120】
制御部３ｄは、色情報生成部３ｆにより生成されたワークの色情報を、グレースケールのワーク画像に付加したカラー画像を生成する。ここで、赤、緑、青の３チャネルから成るＲＧＢ画像は、色相（Ｈ）、彩度（Ｓ）、明度（Ｖ）から成るＨＳＶ画像に変換できる。色情報はこのうち色相（Ｈ）と彩度（Ｓ）に相当する。単チャネル画像に色情報を付加するためには、単チャネル画像を明度（Ｖ）として、色相（Ｈ）と彩度（Ｈ）に所望の色情報を割り当てることで新たなカラー画像の生成が可能になる。本例では、色情報生成部３ｆが取得した色相及び彩度をグレースケールのワーク画像の明度と組み合わせてカラー画像を生成する。なお、色空間はＨＳＶに限らず、ＨＬＳなど他の色空間を使って扱うこともできる。
【0121】
カラー画像を生成する際、グレースケールのワーク画像は、測定に直接使用される画像であることから、高倍側撮像素子５５で撮像した高倍画像とし、色情報を生成するためのワーク画像、即ち、赤照明時のワーク画像、緑照明時のワーク画像及び青照明時のワーク画像は、低倍側撮像素子５６で撮像した低倍画像とする。したがって、低倍画像に基づいて生成された色情報を、高倍画像であるグレースケールのワーク画像に付加することでカラー画像を取得している。低倍側撮像素子５６による撮像では深度が深くなるので、低倍側撮像素子５６で色情報を生成するためのワーク画像を取得することで、短時間で広い範囲及び深い深度の色情報を取得することができる。取得した色情報の深度の浅い高倍側撮像素子５５で撮像したワーク画像に付加できる。
【0122】
グレースケールのワーク画像は、色情報を生成するためのワーク画像と別の撮影条件（露光、照明強度、照明種類、レンズ倍率など）で撮影した画像を用いることができる。他にも、照明条件やフォーカス条件などが異なるワーク画像に対して色情報を付加してもよい。また、撮像部５０によりリアルタイムに撮影される画像が単チャネルであっても、色情報生成部３ｆが取得したカラー情報を付加することが可能である。
【0123】
次いでステップＳＤ４に進む。ステップＳＤ４では、ステップＳＤ３で撮像した範囲に隣接する部分の撮像が必要か否かを判定する。この判定時には、ステップＳＤ２の探索結果を使用し、ステップＳＤ３で撮像した範囲外にもワークＷが存在していて、その部分の撮像が必要である場合には、ステップＳＤ４でＹＥＳと判定されてステップＳＤ５に進む。ステップＳＤ５では、ワークＷの他の部分が撮像部５０の撮像視野に入るようにＸＹ方向駆動部２３を制御して、ステージ２１を移動させる。その後、ステップＳＤ３に進み、１回目に撮像した部分とは別の部分を撮像部５０により撮像する。ステップＳＤ５、ＳＤ３は、必要な回数だけ繰り返され、取得した複数のワーク画像を連結する連結処理が実行される。つまり、制御部３ｄは、ＸＹ方向駆動部２３及び撮像部５０を制御し、ワークの異なる部位についての複数のワーク画像を生成し、生成された複数のワーク画像を連結することで撮像部５０の撮像視野よりも広い領域の画像である連結画像を生成する。色情報生成部３ｆにより生成されたワークの色情報は連結画像にも付加する。これにより、カラーの連結画像を取得できる。尚、ステップＳＤ４でＮＯと判定された場合には、更なる撮像は不要であるため、このフローを終了する。
【0124】
その後、図１６に示すフローチャートのステップＳＣ６に進む。ステップＳＣ６では、制御部３ｄが、ステップＳＣ５でカラー画像を生成した場合にはカラー画像を表示部４に表示させ、一方、ステップＳＣ４でグレーススケール画像を生成した場合にはグレースケール画像を表示部４に表示させる。また、制御部３ｄは、連結画像を生成した場合には、カラーの連結画像またはグレースケールの連結画像を表示部４に表示させる。また、制御部３ｄは、ライブビュー画像を生成した場合には、カラーのライブビュー画像またはグレースケールのライブビュー画像を表示部４に表示させる。
【0125】
ステップＳＣ６では、フロントカメラ４８が撮像した俯瞰画像を表示部４に表示させることもできる。フロントカメラ４８が複数の俯瞰画像を撮像している場合には、複数の俯瞰画像を表示部４にサムネイル表示させることができる。すなわち、各俯瞰画像を縮小して所定方向に並べて表示させ、ユーザが任意の一の縮小画像を選択すると、制御部３ｄは、選択された縮小画像に対応する俯瞰画像を表示部４に表示させる。
【0126】
ステップＳＣ７では、測定手段を判定する。測定手段には、ワーク画像に基づいてワークＷの寸法測定を行う画像測定部３ａ、タッチプローブ８０を用いて三次元座標を測定する座標測定部３ｂ、非接触変位計７０を用いて変位を測定する変位測定部３ｃが含まれている。画像測定部３ａ、座標測定部３ｂ及び変位測定部３ｃのうち、ユーザは任意の測定手段を選択することが可能である。例えば、表示部４に表示させたユーザーインターフェース画面上で測定手段の選択操作がなされた場合には、その選択操作が受付部３ｅで受け付けられる。
【0127】
ステップＳＣ７で画像測定部３ａが選択されていると判定されるとステップＳＣ８に進み、また座標測定部３ｂが選択されていると判定されるとステップＳＣ９に進み、また変位測定部３ｃが選択されていると判定されるとステップＳＣ１０に進む。
【0128】
画像測定が選択された場合（ステップＳＣ８）の詳細を図１８に示すフローチャートに示す。スタート後のステップＳＥ１では、制御部３ｄが、ワークＷの画像測定に対応した撮像条件に変更する。撮像条件には、照明、露光時間等が含まれている。
【0129】
ステップＳＥ２では、ユーザによる形状種別の指定を受付部３ｅが受け付ける。ステップＳＥ３では、ユーザによるエッジ抽出領域の指定を受付部３ｅが受け付ける。エッジ抽出領域は、ワーク画像上でエッジとして抽出し、測定に利用する領域とすることができる。ステップＳＥ４では、撮像部５０がステージ２１上のワークＷを撮像する。ステップＳＥ５では、ステップＳＥ４で取得されたワーク画像上でエッジ点を複数検出する。エッジ点は、ワーク画像上の輝度値の変化に基づいて検出可能である。ステップＳＥ６では、複数のエッジ点を通るフィッティング線を算出する。その後、ステップＳＥ７ではフィッティング線を利用して画像測定部３ａが寸法を算出する。画像測定部３ａは、高倍側撮像素子５５により生成された高倍画像に基づいてワークＷの寸法測定を行う。
【0130】
座標測定が選択された場合（ステップＳＣ９）の詳細を図１９に示すフローチャートに示す。スタート後のステップＳＦ１～ＳＦ６は、図１８に示すフローチャートのＳＥ１～ＳＥ６と同じである。その後、ステップＳＦ７では、座標測定のためのスキャンライン、即ちタッチプローブ８０のスキャンラインを算出する。ステップＳＦ８では、タッチプローブ８０による測定動作を行い、その後、ステップＳＦ９で再度フィッティング線を算出した後、ステップＳＦ１０で座標測定部３ｂが寸法を算出する。
【0131】
ここで、具体例を示して座標測定の詳細について説明する。図２０は、ワークＷがステージ２１上に載置されている状態を示す斜視図であり、また図２１は、ワークＷがステージ２１上に載置されている状態を上方から撮像した平面画像である。図２０、図２１において、ステージ２１、支持部２２（図２等に示す）及び撮像部５０によって囲まれた三次元空間上の絶対座標をＸ、Ｙ、Ｚで示している。
【0132】
ワークＷは、Ｚ方向に沿って延びる側面Ｓ１と、ＸＹ方向に沿って延びる上面Ｓ２と、Ｚ方向に対して所定の傾斜角を持って傾斜する斜面Ｓ３と、上面Ｓ２に開口してＺ方向に沿って延びる孔Ｈ１とを有している。また、上面Ｓ２には、位置決め用のアライメントマークＭが設けられている。
【0133】
測定設定時には、図２１に示すようなワークの平面視画像が表示部４に表示される。ユーザは、表示部４に表示されたワーク画像上で、ワークＷの側面Ｓ１に対してタッチプローブ８０をＸＹ方向から接触させる基準となる第１の接触目標位置Ｐ１、ワークＷの上面Ｓ２に対してタッチプローブ８０をＺ方向から接触させる基準となる第２の接触目標位置Ｐ２、及び、測定実行時にワークＷの位置及び姿勢を特定するための特徴パターンを互いに関連付けて設定する。制御ユニット３の設定部３ｇにより、上記設定が可能になる。なお、ここでいう「第１の接触目標位置Ｐ１」や「第２の接触目標位置Ｐ２」は、タッチプローブ８０をワークＷに接触させる接触点だけでなく、後述する動作開始位置や終了位置などを含む概念である。
【0134】
本例では、特徴パターンをアライメントマークＭとしている。特徴パターンを設定する際には、図２１に矩形の枠線２００で示すように、ユーザがマウス６等を操作してワーク画像上で特徴パターンが含まれるように領域指定する。特徴パターンの設定の方法は、図示した例に限られるものではなく、自由曲線で領域指定してもよいし、特徴パターンのみ指定する方法であってもよい。また、特徴パターンを設定部３ｇが自動的に抽出する方法で設定してもよい。
【0135】
特徴パターンは、ワークＷの一部の形状、模様、色、記号、文字等であってもよく、特徴量情報とも呼ぶことができる。また、特徴パターンは、表示部４に表示されたワーク画像上で、測定実行時にワークＷの位置及び姿勢を特定するための情報であればよく、どのような種別の情報であってもよい。複数の特徴パターンによって特徴量情報が構成されていてもよい。
【0136】
図２１では、第３の接触目標位置Ｐ３及び第４の接触目標位置Ｐ４も設定している。第３の接触目標位置Ｐ３は、ワークＷの孔Ｈ１の内面に対してタッチプローブ８０をＸＹ方向から接触させる基準となる位置であり、また、第４の接触目標位置Ｐ４は、ワークＷの斜面Ｓ３に対して当該斜面Ｓ３の法線方向からタッチプローブ８０を接触させる基準となる位置である。設定部３ｇは、第３の接触目標位置Ｐ３、第４の接触目標位置Ｐ４、及び特徴パターンも互いに関連付けて設定可能である。
【0137】
第１の接触目標位置Ｐ１は上記絶対座標に基づいて複数設定可能であり、図２１に示すようにＹ方向に互いに間隔をあけて複数設定すること、及び図２２に示すようにＺ方向に互いに間隔をあけて複数設定することが可能である。図２２及び図２３に示すように、表示部４には、ワークＷの縦断面を表示することができる。各設定は、ワークＷの縦断面上で行うこともできる。
【0138】
図２１の枠線２０１で囲まれているように、設定部３ｇが、ワーク画像上で、ワークＷの側面Ｓ１を第１のエッジ測定要素（直線エッジ要素）として抽出し、設定する。第１のエッジ測定要素はワークＷの外面に相当していることから透過照明３０による照明で精度よくはっきりと抽出できる。設定部３ｇは、抽出した第１の接触目標位置Ｐ１に、第１のエッジ測定要素を対応付けて設定する。エッジは、上述した自動の設定他に、ユーザがマウス６等を操作して手動で設定することも可能である。
【0139】
例えば、図２３に示すような接触目標位置の設定用ユーザーインターフェース画面２１０を制御部３ｄが生成して表示部４に表示させることができる。設定用ユーザーインターフェース画面２１０には、ワークＷの断面を表示する断面表示領域２１１と、パラメータ設定領域２１２とが設けられている。パラメータ設定領域２１２では、第１の接触目標位置Ｐ１を設定するための複数のパラメータが設定可能になっている。例えば、水平方向パラメータとして、ＸＹ方向の測定点数の設定が可能であり、本例では図２１に示すようにＸＹ方向の測定点数が２点であるため、ＸＹ方向の測定点数を２点として設定しているが、測定点数の数はこれに限られるものではない。設定された測定点の数だけ、表示部４に測定点が表示される。測定点は、タッチプローブ８０の接触目標位置を配置する数である。
【0140】
設定部３ｇは、第１の接触目標位置Ｐ１の設定の際にワーク画像上でＸＹ方向の位置を設定することができる。例えば、第１の接触目標位置Ｐ１をワーク画像上でマウス６等によって移動させることで、第１の接触目標位置Ｐ１のＸＹ方向の位置が設定される。また、基準位置からの離間距離等を例えばＸ方向、Ｙ方向で別々にキーボード５等によって入力することによっても、第１の接触目標位置Ｐ１のＸＹ方向の位置を任意に設定できる。さらに、第１の接触目標位置Ｐ１のＺ方向の高さ位置も同様にして設定可能である。
【0141】
水平方向パラメータには、測定方向の設定パラメータが含まれていてもよい。測定方向とは、タッチプローブ８０の接触目標位置へのアプローチ方向である。図２３に示す測定方向は矢印の通りであり、右から左であるが、ワークＷによっては、反対方向としたい場合があり、その場合には、ユーザが「逆向き」にチェックを入れて逆向き選択を行う。この操作は設定部３ｇで設定された後、アプローチ方向として記憶部７に記憶される。
【0142】
また、アプローチ方向には、タッチプローブ８０をワークＷに対して上方から移動させてアプローチさせる第１のアプローチ方向と、タッチプローブ８０をワークＷの斜面Ｓ３に対して法線方向にアプローチさせる第２のアプローチ方向とが含まれており、アプローチ方向はユーザによって任意に選択できる。
【0143】
垂直方向パラメータとして、Ｚ方向の測定点数、開始マージン、測定範囲の設定が可能である。本例では、Ｚ方向の測定点数を２点としている。開始マージンは、ワークＷの上面Ｓ２から上側の第１の接触目標位置Ｐ１までのＺ方向の寸法である。測定範囲は、上側の第１の接触目標位置Ｐ１から下側の第１の接触目標位置Ｐ１までの寸法である。
【0144】
パラメータ設定領域２１２では、スキャンラインに関するパラメータも設定可能である。スキャンラインとは、タッチプローブ８０をワークＷに接触していない位置から接触する位置まで移動させる経路と定義することも可能である。スキャンラインに関するパラメータは、タッチプローブ８０をワークＷに接近させる際のタッチプローブ８０の経路情報となり、タッチプローブ８０の接触目標位置へのアプローチ経路がスキャンラインとなり得る。スキャンラインは、真っ直ぐであってもよいし、屈曲していてもよい。
【0145】
スキャンラインの開始位置（開始点）はタッチプローブ８０の動作開始位置であり、この開始位置として、ワークＷの側面Ｓ１のエッジ位置から水平方向にどの程度離れた位置とするか、具体的な寸法で設定できる。また、スキャンラインの終了位置として、ワークＷの側面Ｓ１のエッジ位置からワークＷの断面内に向けてどの程度離れた位置とするか、具体的な寸法で設定できる。スキャンラインがワークＷの断面内に達していても、タッチプローブ８０がワークＷに接触した時点でスキャンは自動停止する。
【0146】
第２の接触目標位置Ｐ２も上記絶対座標に基づいて複数設定可能であり、図２１に示すようにＸ方向及びＹ方向に互いに間隔をあけて設定可能である。第２の接触目標位置Ｐ２のパラメータは、第１の接触目標位置Ｐ１のパラメータとは異なっており、Ｘ方向の測定点数と、Ｙ方向の測定点数を設定する。垂直方向のパラメータの設定は省略する。設定部３ｇは、ワーク画像上で、ワークＷの上面Ｓ２と斜面Ｓ３との境界となる線を第２のエッジ測定要素（直線エッジ要素）として抽出して設定するが、第２のエッジ測定要素（枠線２０２で囲んだ部分）と、第２の接触目標位置Ｐ２とは対応付けられていない。
【0147】
第３の接触目標位置Ｐ３の設定も上記絶対座標に基づいて複数設定可能であり、孔Ｈ１の周方向に互いに間隔をあけて複数設定すること、及びＺ方向に互いに間隔をあけて複数設定することが可能である。孔Ｈ１の場合、平面視で孔Ｈ１の内面から中心軸に接近した位置を開始位置とする。アプローチ方向は、孔Ｈ１の内面から中心軸に接近した位置から孔Ｈ１の内面に向かう方向であり、この方向も図２３に示すようなユーザーインターフェースによって設定可能である。また、孔Ｈ１の場合、測定点が周方向に並ぶように配置され、その測定点の数も設定可能である。第３の接触目標位置Ｐ３のパラメータは、第１の接触目標位置Ｐ１のパラメータと同様に設定できる。
【0148】
設定部３ｇは、ワーク画像上で、孔Ｈ１の周縁部を第３のエッジ測定要素（円形エッジ要素）として抽出して設定する。設定部３ｇは、抽出した第３のエッジ測定要素（枠線２０３で囲んだ部分）に、第３の接触目標位置Ｐ３を対応付けて設定する。尚、ワークＷに円柱部がある場合には、同様にして円柱部の測定点を設定できる。
【0149】
第４の接触目標位置Ｐ４も上記絶対座標に基づいて複数設定可能である。図２４は、斜面に対する接触目標位置の設定用ユーザーインターフェース画面２１０を示している。パラメータ設定領域２１２の水平方向パラメータは第１の接触目標位置Ｐ１の設定時と同様であるが、傾斜方向パラメータの設定が異なっている。傾斜方向パラメータとして、傾斜方向の測定点数、開始マージン、測定範囲の設定が可能である。開始マージンは、図２１に示す第２のエッジ測定要素から上側の第４の接触目標位置Ｐ４までの斜面Ｓ３に沿う方向の寸法である。測定範囲は、上側の第４の接触目標位置Ｐ４から下側の第４の接触目標位置Ｐ４までの寸法である。また、斜面Ｓ３の傾斜角αも設定可能になっている。斜面Ｓ３の傾斜角αは、タッチプローブ８０の接触目標位置近傍の角度情報であり、この傾斜角αの入力も設定部３ｇで受け付け可能である。また、設定部３ｇは、上記第２のエッジ測定要素（図２１の枠線２０２で囲む部分）に、第４の接触目標位置Ｐ４を対応付けて設定する。上記のようにして設定された各種設定情報は、記憶部7に記憶される。
【0150】
測定設定時には、寸法測定を行う測定範囲を設定することもできる。例えば、ワークＷの上面Ｓ２のみ測定したい場合には、ユーザが表示部４に表示されているワーク画像上で、上面Ｓ２のみを囲むように測定範囲の設定を行う。受付部３ｅは、ユーザが行った測定範囲の設定を受け付け可能に構成されている。受付部３ｅが受け付けた測定範囲の設定情報も、記憶部7に記憶される。
【0151】
次に、図１６に示すフローチャートのステップＳＣ１０（非接触変位計７０を用いた測定）での詳細を図２５に示すフローチャートに示す。スタート後のステップＳＧ１では、非接触変位測定用のパラメータを設定する。その後、ステップＳＧ２に進み、制御部３ｄは、ワーク画像上で高さ測定箇所の指定を受け付ける。ステップＳＧ２ではＸＹ方向の位置指定である。例えばユーザが表示部４に表示されているワーク画像を見ながら、所望の測定箇所を確認し、その測定箇所をマウス６等によって指定してもよいし、座標等の位置特定情報を数値で入力して測定箇所を特定してもよい。測定箇所は複数指定できる。
【0152】
測定箇所の指定後、ステップＳＧ３に進み、制御部３ｄは、ステップＳＧ２で指定された測定箇所に非接触変位計７０の測定光が照射されるように、ステージ２１を制御する。具体的には、制御部３ｄがＺ方向駆動部２５及びＸＹ方向駆動部２３を制御して、ステップＳＧ２で指定された測定箇所に非接触変位計７０の焦点を一致させる。そして、ステップＳＧ４では測定光を出射して測定を実行する。ステップＳＧ５では、変位測定部３ｃが寸法を算出する。このとき後述する平均化処理を実行してもよい。
【0153】
図１６のフローチャートのステップＳＣ１０の後、ステップＳＣ１１に進む。ステップＳＣ１１では、測定ツールを設定する。例えば線と線との離間寸法を測定するツール、径を測定するツール、角度を測定するツール等を一覧形式で表示部４に表示しておき、ユーザが所望のツールを選択可能にしておくことができる。ユーザによって選択された測定ツールは保存される。
【0154】
ステップＳＣ１２では、ステップＳＣ１１で設定された測定ツールによる測定結果を表示部４のワーク画像に重畳表示させる。カラー画像を取得している場合には、カラー画像に測定結果を重畳表示させる。測定結果を重畳表示する範囲の設定を受付部３ｅにより予め受け付けておくことも可能である。測定設定時に、例えばユーザが表示部４に表示されているカラー画像上で、測定結果を重畳表示したい範囲を指定すると、その範囲が受付部３ｅで受け付けられた後、記憶部７に記憶される。測定実行時には、指定された範囲を記憶部７から読み出し、指定された範囲内にのみ、測定結果を重畳表示する。尚、ライブビュー画像を取得している場合には、動画に測定結果を表示することも可能である。
【0155】
また、ステップＳＣ１３では、例えば画像測定部３ａによる測定結果が取得された場合、フロントカメラ４８により生成された俯瞰画像上に画像測定部３ａの測定結果を重畳表示させる。ステップＳＣ１３では、例えば図２６に示すように、画像測定部３ａの測定結果に対応した幾何要素２２１、２２２を俯瞰画像上に表示させることもできる。図２６は、幾何要素２２１、２２２（太線で示す）を表示部４に表示させるためのユーザーインターフェース画面２２０の別の例であり、ワーク画像と、ワーク画像の測定要素の形状に対応した幾何要素２２１、２２２が重畳表示される。幾何要素２２１、２２２は、直線及び円以外にも、矩形等であってもよく、測定要素に対応した形状であればよい。幾何要素２２１、２２２は、設定部３ｇによりエッジ測定要素として設定されたものであり、直線のエッジ、円形のエッジ、矩形のエッジ等がある。
【0156】
各測定要素に対して、タッチプローブ８０の接触目標位置を配置する位置及び数を対応させることができる。例えば、幾何要素２２１と、幾何要素２２２に対して、接触目標位置を配置する位置として異なる位置を対応付けることができるとともに、接触目標位置の数も異なる数を対応付けることができる。測定要素の形状種別又は大きさと、測定要素に対してタッチプローブ８０の接触目標位置を配置する位置及び数との対応関係は、記憶部７に記憶させておくことができる。尚、幾何要素の形状種別、大きさ等を俯瞰画像上で設定することもできる。
【0157】
俯瞰画像はフロントカメラ４８で生成した画像であるのに対し、幾何要素２２１、２２２を抽出したワーク画像はフロントカメラ４８とは異なる撮像部５０で生成した画像であるため、補正せずに幾何要素を俯瞰画像に重畳表示させると、ずれが生じるおそれがある。このことに対して、本例では、俯瞰画像に対する幾何要素のずれを測定前に補正する補正処理の実行が可能に構成されている。幾何要素のずれとしては、例えば、カメラやレンズの光学特性によるずれや、カメラの位置ずれ等が挙げられる。補正処理は、画像測定装置１の工場出荷時に行ってもよいし、出荷後に行ってもよい。補正処理はどのような方法であってもよいが、その一例を以下に示す。
【0158】
補正処理の際には、例えばドットチャート等を有する補正用ワーク（図示せず）を用意し、ステージ２１に載置する。ステージ２１上の補正用ワークを撮像部５０で撮像し、各ドットの中央座標を検出する。また、フロントカメラ４８でもステージ２１上の補正用ワークを撮像し、各ドットの中央座標を検出する。撮像部５０の画像に基づいて検出した中央座標と、フロントカメラ４８の画像に基づいて検出した中央座標の変換ができるように、補正テーブルを内部パラメータとして生成する。補正テーブルではなく、変換関数であってもよい。その後、撮像部５０で撮像した画像に補正テーブルを適用して射影座標に変換する。
【0159】
補正処理としては、例えば外部パラメータの検出処理も含まれる。すなわち、ステージ２１上の補正用ワークを撮像部５０で撮像し、各ドットの中央の三次元座標を検出する。フロントカメラ４８の画像を、内部パラメータを用いて射影座標での各ドットの中心座標を求める。これらの対応する画像の変換行列を求める。また、三次元空間内で撮像部５０及びフロントカメラ４８の位置、姿勢を既定する。検出したドットに対して撮像部５０の画像に基づいて検出した中央座標と、フロントカメラ４８の画像に基づいて検出した中央座標との変換行列を求める。
【0160】
【0161】
ステップＳＣ１４では、他の測定要素がないか判定する。他の測定要素があれば、ステップＳＣ７に戻る。他の測定要素がなければ、ステップＳＣ１５に進む。ステップＳＣ１５では、パターンサーチの設定を行う。例えば図２１に示すように、特徴パターンであるアライメントマークＭをサーチ対象とすることができ、この場合、アライメントマークＭを囲む枠線２００をユーザが生成し、その枠線２００内の領域をサーチ領域として指定できる。
【0162】
ステップＳＣ１６では、このフローチャートに示す各処理で設定した設定情報を記憶部７に記憶する。すなわち、設定部３ｇにより設定された特徴パターン（特徴量情報）、特徴パターンに対する第１及び第２の接触目標位置Ｐ１、Ｐ２の相対位置関係等を記憶する。また、記憶部７には、撮像部５０とタッチプローブ８０との固定位置関係等も記憶しておく。固定位置関係とは、撮像部５０に対するタッチプローブ８０の相対的な位置関係であり、例えば座標情報で示した関係であってもよいし、相対的な離間距離や離間方向等で示した関係であってもよい。
【0163】
（タッチプローブの測定動作）
次に、タッチプローブ８０の測定動作の詳細、即ち、図１９に示すフローチャートのステップＳＦ８の詳細について、図２８に示すフローチャートに基づいて説明する。スタート後、フローには示していないが、制御部３ｄは、Ｚ方向駆動部２５を制御し、測定実行部２４を上方へ退避位置まで移動させてから、チェンジャー機構１００により、タッチプローブ８０に所望のスタイラス８３を装着する。その後、ステップＳＨ１に進み、図２３に示す設定用ユーザーインターフェース画面２１０で設定したスキャンラインの開始点にタッチプローブ８０の接触部８３ｂを相対的に移動させる。具体的には、制御部３ｄが、ＸＹ方向駆動部２３を制御してステージ２１をＸＹ方向に移動させて、スキャンラインの開始点のＸＹ座標と、タッチプローブ８０の接触部８３ｂのＸＹ座標とを一致させる。その後、制御部３ｄが、Ｚ方向駆動部２５を制御して測定実行部２４を下降させ、タッチプローブ８０の接触部８３ｂをスキャンラインの開始点に配置する。
次に、タッチプローブ８０の測定動作の詳細、即ち、図１９に示すフローチャートのステップＳＦ８の詳細について、図２８に示すフローチャートに基づいて説明する。スタート後、フローには示していないが、制御部３ｄは、Ｚ方向駆動部２５を制御し、測定実行部２４を上方へ退避位置まで移動させてから、チェンジャー機構１００により、タッチプローブ８０に所望のスタイラス８３を装着する。その後、ステップＳＨ１に進み、図２３に示す設定用ユーザーインターフェース画面２１０で設定したスキャンラインの開始点にタッチプローブ８０の接触部８３ｂを相対的に移動させる。具体的には、制御部３ｄが、ＸＹ方向駆動部２３を制御してステージ２１をＸＹ方向に移動させて、スキャンラインの開始点のＸＹ座標と、タッチプローブ８０の接触部８３ｂのＸＹ座標とを一致させる。その後、制御部３ｄが、Ｚ方向駆動部２５を制御して測定実行部２４を下降させ、タッチプローブ８０の接触部８３ｂをスキャンラインの開始点に配置する。
【0164】
ステップＳＨ２では、制御部３ｄが、ＸＹ方向駆動部２３及びＺ方向駆動部２５を制御してタッチプローブ８０の接触部８３ｂをスキャンラインの向き（図２３、図２４の矢印の向き）に相対的に移動させる。ステップＳＨ３では、タッチプローブ８０が接触を検知したか否かを判定する。タッチプローブ８０が接触を検知しなければ、タッチプローブ８０の接触部８３ｂをスキャンラインの向きに相対的に移動させ続ける。タッチプローブ８０の接触部８３ｂがワークＷに接触したとき、移動を停止させるとともに、ステップＳＨ３ではＹＥＳと判定されてステップＳＨ４に進む。
【0165】
ステップＳＨ４では、タッチプローブ８０の接触部８３ｂがワークＷに接触したときのＸ、Ｙ、Ｚ座標を座標測定部３ｂが取得し、測定値とする。ステップＳＨ５では、制御部３ｄが、ＸＹ方向駆動部２３及びＺ方向駆動部２５を制御してタッチプローブ８０の接触部８３ｂをスキャンラインの開始点まで戻す。ステップＳＨ６では、全てのスキャンラインについて測定が完了したか否かを判定する。全てのスキャンラインの測定が完了した場合には、ステップＳＨ７に進み、制御部３ｄは、Ｚ方向駆動部２５を制御し、測定実行部２４を上方へ退避位置まで移動させる。その後、必要に応じてスタイラス８３をチェンジャー機構１００によって取り外して退避位置に格納する。
【0166】
ステップＳＨ６でＮＯと判定されて測定が完了していないスキャンラインが存在する場合には、ステップＳＨ８に進み、退避方法を判定する。退避方法がＺ方向に退避する方法である場合には、ステップＳＨ９に進み、制御部３ｄは、Ｚ方向駆動部２５を制御し、測定実行部２４を上方へ退避位置まで移動させる。ステップＳＨ１０では、制御部３ｄが、ＸＹ方向駆動部２３を制御してタッチプローブ８０の接触部８３ｂをスキャンラインの開始点（Ｘ，Ｙ）まで相対的に移動させる。その後、ステップＳＨ１１では、制御部３ｄが、Ｚ方向駆動部２５を制御してタッチプローブ８０の接触部８３ｂをスキャンラインの開始点（Ｚ）まで相対的に移動させる。
【0167】
退避方法が多角形退避の方法である場合には、ステップＳＨ１２に進む。ステップＳＨ１２では、制御部３ｄが、ＸＹ方向駆動部２３を制御し、測定要素の周方向に沿って多角形となるように、スキャンラインの開始点（Ｘ，Ｙ）にタッチプローブ８０の接触部８３ｂの中心を相対的に移動させる。
【0168】
退避しない場合には、ステップＳＨ１３に進み、御部３ｄが、ＸＹ方向駆動部２３を制御してタッチプローブ８０の接触部８３ｂをスキャンラインの開始点（Ｘ，Ｙ）まで相対的に移動させる。
【0169】
（測定実行時）
図２９Ａ、図２９Ｂは、画像測定装置１の測定実行時の手順の一例を示すフローチャートである。スタート後のステップＳＩ１では、記憶部７に記憶されている設定情報を読み出す。例えば、特徴パターン、サーチ領域、特徴パターンに対する第１及び第２の接触目標位置Ｐ１、Ｐ２の相対位置関係、撮像部５０とタッチプローブ８０との固定位置関係等を読み出す。この工程があるので、ワークＷをステージ２１に載置するたびにユーザがタッチプローブ８０を移動させて基準座標を設定する操作が不要になり、測定作業が簡単になる。
図２９Ａ、図２９Ｂは、画像測定装置１の測定実行時の手順の一例を示すフローチャートである。スタート後のステップＳＩ１では、記憶部７に記憶されている設定情報を読み出す。例えば、特徴パターン、サーチ領域、特徴パターンに対する第１及び第２の接触目標位置Ｐ１、Ｐ２の相対位置関係、撮像部５０とタッチプローブ８０との固定位置関係等を読み出す。この工程があるので、ワークＷをステージ２１に載置するたびにユーザがタッチプローブ８０を移動させて基準座標を設定する操作が不要になり、測定作業が簡単になる。
【0170】
また、ステップＳＩ１では、ワーク画像上での測定要素の位置と、測定要素の形状種別又は大きさを記憶部７から読み出す。さらに、測定要素の形状種別又は大きさと、測定要素に対してタッチプローブ８０の接触目標位置を配置する位置及び数との対応関係も記憶部７から読み出す。
【0171】
ステップＳＩ２では、撮像部５０によってステージ２１を上方から撮像し、平面視画像を取得して表示部４に表示させる。ステップＳＩ２では、連結画像を表示させてもよいし、フロントカメラ４８で撮像した俯瞰画像であってもよい。また、撮像部５０は、高倍側撮像素子５５と低倍側撮像素子５６のうちいずれか一方の撮像素子を用いて連結画像を取得してもよいし、両方の撮像素子を用いて各々連結画像を取得してもよい。上述したように、本実施形態ではビームスプリッタ５２による二分岐光学系の構成を採用しているので、高倍画像と低倍画像を同時に取得して、高倍画像を連結した第１の連結画像と、低倍画像を連結した第２の連結画像とを取得してもよい。
【0172】
ステップＳＩ３では、ゴースト表示を実行するか否かを判定する。例えば、測定設定時にユーザが「ゴースト表示する」を選択していれば、ステップＳＩ３でＹＥＳと判定されてステップＳＩ４に進み、制御部３ｄが、サーチ領域を表示部４にゴースト表示して、ワークＷのステージ２１上における適切な位置への載置を誘導する。ゴースト表示とは、測定設定時に予め設定しているサーチ領域を平面視画像に重畳表示させることであり、例えば、サーチ領域を平面視画像よりも薄く表示して平面視画像の認識の邪魔にならないようにする。測定設定時にユーザが「ゴースト表示しない」を選択していれば、ステップＳＩ３でＮＯと判定されてステップＳＩ５に進む。連結画像、俯瞰画像等にゴースト表示してもよい。
【0173】
ステップＳＩ５では、サーチ領域を指定するか否か判定する。すなわち、測定実行時に、ユーザが特徴パターンのサーチ領域を指定する場合には、ステップＳＩ５でＹＥＳと判定されてステップＳＩ６に進む一方、サーチ領域を指定しない場合には、ステップＳＩ７に進む。サーチ領域の指定は、例えば平面視画像、連結画像、俯瞰画像等のうち、任意の画像上で、ユーザがマウス６等の操作によって特定の領域を囲む操作を行うことで実行される。このとき、例えば、ワークＷ全体を、撮像部５０（又はステージカメラ４６，４７やフロントカメラ４８であってもよい）で撮像して取得した俯瞰画像を表示部４に表示させている場合、表示部４に表示した俯瞰画像上でユーザによるサーチ領域の指定を受け付けることができる。なお、斜めから撮像するフロントカメラ４８よりも、真上から撮像する撮像部５０やステージカメラ４６，４７を用いることにより、サーチ範囲は指定しやすくなる。
【0174】
ステップＳＩ７では、測定開始ボタン２ａが押されたか否かを判定する。測定開始ボタン２ａが押されるまでは、ステップＳＩ２～ＳＩ７を繰り返しており、測定開始ボタン２ａが押されたタイミングで、ステップＳＩ８に進む。ステップＳＩ８では、俯瞰画像を表示部４に表示させるか否かを判定する。測定設定時にユーザが「俯瞰画像を表示する」を選択していれば、ステップＳＩ８でＹＥＳと判定されてステップＳＩ９に進み、制御部３ｄが、フロントカメラ４８で撮像した俯瞰画像を表示部４に表示させる。測定設定時にユーザが「俯瞰画像を表示しない」を選択していれば、ステップＳＩ８でＮＯと判定されてステップＳＩ１０に進む。
【0175】
ステップＳＩ１０では、カラー画像を生成するか否かを判定する。測定設定時にユーザが「カラー画像を生成する」を選択していれば、ステップＳＩ１０でＹＥＳと判定されてステップＳＩ１２に進む。ステップＳＩ１２では、図１６に示すステップＳＣ５と同様な処理によりワークＷのカラー画像（測定用に新たに生成されたワーク画像）を生成する。一方、測定設定時にユーザが「カラー画像を生成しない」を選択していれば、ステップＳＩ１０でＮＯと判定されてステップＳＩ１１に進む。ステップＳＩ１１では、図１６に示すステップＳＣ４と同様な処理によりワークＷのグレースケール画像（測定用に新たに生成されたワーク画像）を生成する。
【0176】
次に、図２９ＢのステップＳＩ１３に進む。ステップＳＩ１３では、パターンサーチの対象画像を取得する。例えば、制御部３ｄは、ステップＳＩ１１で測定用に新たに生成されたワークＷのカラー画像、またはステップＳＩ１２で測定用に新たに生成されたワークＷのグレースケール画像をパターンサーチの対象画像として取得することができる。パターンサーチの対象画像を取得した後、ステップＳＩ１４に進み、制御部３ｄは、測定用に新たに生成されたワーク画像から特徴パターンの位置及び姿勢を特定する。このとき、ステップＳＩ６でユーザによりサーチ領域が指定されている場合、指定されたサーチ領域に絞って特徴パターンの位置及び姿勢を特定する。これにより、処理速度が向上する。
【0177】
また、連結画像をワーク画像とする場合には、制御部３ｄは、撮像部５０の視野範囲にワークＷが入るまでステージ２１をＸＹ方向に移動させるようにＸＹ方向駆動部２３を制御し、視野範囲にワークＷが入ったら、視野範囲に入ったワークＷを撮像部５０で撮像する。その後、視野範囲にワークＷの別の部分が入るようにステージ２１をＸＹ方向に移動させた後、視野範囲に入ったワークＷの別の部分を撮像部５０で撮像する。このようにして取得した複数の画像を連結した連結画像がワーク画像となり、連結画像から特徴パターンの位置及び姿勢を特定する。この場合も、ユーザによりサーチ領域が指定されている場合、指定されたサーチ領域に絞って特徴パターンの位置及び姿勢を特定する。
【0178】
その後、ステップＳＩ１５に進む。ステップＳＩ１５では、制御部３ｄが、ステップＳＩ１４で特定されたワークＷの位置及び姿勢ならびに特徴パターンに対する第１及び第２の接触目標位置Ｐ１、Ｐ２の相対位置関係、及び撮像部５０とタッチプローブ８０との固定位置関係に基づいて測定用の第１接触目標位置Ｐ１及び第２の接触目標位置Ｐ２を特定する。例えば、測定実行時に新たに生成されたワーク画像に基づくワークＷの位置または姿勢の少なくとも一方が、測定設定時に用いたワークＷの位置または姿勢と異なっている場合には、ステップＳＩ１４で特定されたワークＷの位置及び姿勢に基づいて、ワークＷの位置または姿勢を補正することができる。位置は、Ｘ座標、Ｙ座標で特定され、また姿勢はＸ軸周りの回動角度、Ｙ軸周りの回動角度で特定される。位置を補正することを位置補正、姿勢を補正することを姿勢補正と呼ぶことができるが、これらを合わせて位置補正と呼んでもよい。
【0179】
位置補正時、特徴パターンに対する第１及び第２の接触目標位置Ｐ１、Ｐ２の相対位置関係を用いることで、補正後においても測定設定時と同様な位置に、第１及び第２の接触目標位置Ｐ１、Ｐ２を特定できる。
【0180】
また、制御部３ｄは、撮像部５０により測定用に新たに生成されたワーク画像に対してパターンサーチを実行してエッジ測定要素を特定し、特定したエッジ測定要素からエッジを抽出し、抽出されたエッジに基づいて第１の接触目標位置Ｐ１及び第２の接触目標位置Ｐ２を特定することができる。図２１に示す第３の接触目標位置Ｐ３及び第４の接触目標位置Ｐ４も同様にして特定することができる。第４の接触目標位置Ｐ４は、斜面Ｓ３上で特定される位置であることから、第４の接触目標位置Ｐ４を特定する際には、斜面Ｓ３の傾斜角αを用いて第４の接触目標位置Ｐ４を特定可能である。傾斜角αが分かっていることで、斜面Ｓ３の法線方向を推定できる。これにより、ワークＷの斜面Ｓ３に対して当該斜面Ｓ３の法線方向からタッチプローブ８０を接触させる位置として、第４の接触目標位置Ｐ４を特定できる。
【0181】
接触目標位置を特定した後、ステップＳＩ１６に進む。ステップＳＩ１６では、測定箇所が複数ある場合に、測定箇所の順序を決定する。
【0182】
ステップＳＩ１７～ＳＩ２０は、図１６に示すフローチャートのステップＳＣ７～ＳＣ１０と同じである。例えばステップＳＩ１８で画像測定を行う場合には、受付部３ｅで受け付けた測定範囲内でのみ測定を実行する。これにより、測定速度が向上する。
【0183】
また、例えばステップＳＩ１９では、ステップＳＩ１５で特定された測定用の第１の接触目標位置Ｐ１を基準としてタッチプローブ８０がワークＷの側面に接触するように、制御部３ｄがＸＹ方向駆動部２３を制御する。また、ステップＳＩ１５で特定された測定用の第２の接触目標位置Ｐ２を基準としてタッチプローブ８０がワークＷの上面に接触するように、制御部３ｄがＺ方向駆動部２５を制御する。このとき、測定設定時に設定したスキャンラインに沿ってタッチプローブ８０を相対的に移動させるとともに、測定点数、開始マージン、開始位置、終了位置、アプローチ方向等が反映される。
【0184】
タッチプローブ８０をワークＷに対して相対的に移動させる際には、制御部３ｄは、図２３で設定されたアプローチ方向に従ってタッチプローブが移動するように、Ｚ方向駆動部２５及びＸＹ方向駆動部２３を制御する。このとき、タッチプローブ８０がワークＷに接触するまで、相対移動速度を第１の速度としておき、接触を検知したら、接触位置から所定距離だけ戻し、その後、第１の速度よりも低速の第２の速度でタッチプローブ８０がワークＷに接触するまで相対移動させ、第２の速度で接触した位置に基づいて測定結果を出力する。これにより、精密な測定が可能になる。
【0185】
また、ワークＷの斜面にタッチプローブ８０を接触させる際には、第１の速度でタッチプローブ８０をワークＷの斜面に接近させ、タッチプローブ８０とワークＷの斜面との距離が所定距離になった時点で相対移動速度を第２の速度とする。そして、第２の速度で接触した位置に基づいて測定結果を出力する。
【0186】
また、制御部３ｄは、ステップＳ１で、ワーク画像上での測定要素の位置と、測定要素の形状種別又は大きさと、測定要素の形状種別又は大きさと測定要素に対してタッチプローブ８０の接触目標位置を配置する位置及び数との対応関係とを読み出している。したがって、制御部３ｄは、ワーク画像上での測定要素の位置と、測定要素の形状種別又は大きさと、前記対応関係とに基づいて、タッチプローブ８０の接触目標位置を複数特定し、特定された複数の接触目標位置にタッチプローブ８０が順次移動するように、ＸＹ方向駆動部２３及びＺ方向駆動部２５を制御することができる。このように測定設定時の情報に基づいてタッチプローブ８０の接触目標位置が自動的に複数特定されるとともに、ＸＹ方向駆動部２３及びＺ方向駆動部２５が自動制御されるので、ユーザによる測定作業が簡易になる。
【0187】
ステップＳＩ２０では、非接触変位計７０を用いた非接触高さ測定を実行する。このとき、非接触変位計７０により高さ測定を複数回実行し、取得された複数の高さ測定値を平均化する平均化処理を実行する場合もある。具体例について、図３０に示すフローチャートに基づいて説明する。
【0188】
スタート後のステップＳＪ１では、非接触変位計７０の焦点が測定箇所に合うように、制御部３ｄがＺ方向駆動部２５を駆動して測定実行部２４を移動させる。ステップＳＪ２では、非接触変位計７０で測定値が読み出せるか否かを判定する。測定値が読み出せない場合には、ステップＳＪ３に進んで粗探索、即ち、非接触変位計７０で測定値が読み出せる位置まで測定実行部２４を移動させる。ステップＳＪ２で測定値が読み出せる場合には、ステップＳＪ３に進んで精密探索を実行する。精密探索では、非接触変位計７０の測定値が凡そ０になるように測定実行部２４を移動させてフォーカス調整を行う。
【0189】
ステップＳＪ５では、非接触変位計７０の測定値が収束判定値よりも小さいか否かを判定する。収束判定値は、例えば０．２ｍｍ程度に設定することができるが、これに限られるものではない。ステップＳＪ５でＮＯと判定されて非接触変位計７０の測定値が収束判定値以上の場合には、ステップＳＪ６に進み、フィードバックイテレーション回数を超えたか否かを判定する。フィードバックイテレーション回数は、例えば５回に設定することができるが、これに限られるものではない。フィードバックイテレーション回数を超えていない場合にはステップＳＪ４に進み、フィードバックイテレーション回数を超えた場合にはステップＳＪ７に進む。ステップＳＪ７では、自動調整がＯＦＦになっているか判定する。自動調整がＯＮになっている場合には、ステップＳＪ８に進み、非接触変位計７０の受光波形の第２ピークが取得されたか否かを判定する。第２ピークが取得された場合にはステップＳＪ１１に進み、ワークＷが透明体であると推定されるので透明体モードとする。第２ピークが取得されなかった場合にはステップＳＪ１２に進み、ワークＷが非透明体であると推定されるので非透明体モードとする。
【0190】
その後、ステップＳＪ１３に進む。ステップＳＪ１３では、測定値の平均化処理の際に使用する正葉曲線のスキャニング時の径を小径とする。ステップＳＪ１４では、制御部３ｄは、非接触変位計７０の焦点がワークＷの表面で正葉曲線を描く軌跡となるようにステージ２１を制御する。平均化処理時の正葉曲線でできる図形は点対称かつ線対称な図形である。正葉曲線の中心が測定対象点となるようにする。正葉曲線の径は、例えば０．２５ｍｍ、０．５ｍｍ、１ｍｍ等のように予め規定された値の中からユーザが選択可能にしてもよい。
【0191】
平均化処理を実行するか否かについては、ユーザが選択可能にしてもよい。例えば、ユーザーインターフェース上で、ユーザによる平均化処理の実行と非実行の選択を受け付け、実行が選択された場合には平均化処理を実行し、非実行が選択された場合には平均化処理を実行しないように構成することもできる。
【0192】
ステップＳＪ１４では、更に、正葉曲線のスキャニング中の測定値分散が自動調整閾値よりも小さいか否かを判定する。自動調整閾値は、例えば０．００５ｍｍ程度に設定することができるが、これに限られるものではない。正葉曲線のスキャニング中の測定値分散が自動調整閾値以上の場合には、正葉曲線ＯＮ（平均化処理実行）とする一方、正葉曲線のスキャニング中の測定値分散が自動調整閾値よりも小さい場合には、平均化処理を実行しなくても高精度な測定値を取得できるので、正葉曲線ＯＦＦ（平均化処理非実行）とする。
【0193】
次いで、ステップＳＪ１７に進み、測定実行した後、ステップＳＪ１８に進んで寸法算出する。測定実行時には、正葉曲線のスキャニングを実行して複数点の測定値を保持する。寸法算出時には、複数点の測定値の平均化処理を実行して出力値を決定する。
【0194】
以上のようにして測定実行した後、図２９ＢのステップＳＩ２１に進む。ステップＳＩ２１では、全ての測定箇所の測定が完了したか否かを判定する。測定箇所が残っている場合には、ステップＳＩ１７に進む一方、全ての測定箇所の測定が完了した場合にはステップＳＩ２２、ＳＩ２３に進む。ステップＳＩ２２、ＳＩ２３は、図１６に示すフローチャートのステップＳＣ１２、ＳＣ１３と同様に、測定結果をワーク画像に重畳表示させる。
【0195】
非接触変位計７０による測定の際、制御部３ｄは、画像測定で用いられるエッジ測定要素をワーク画像上で抽出する抽出処理を実行してもよい。この抽出処理でエッジ測定要素の抽出に成功すると、制御部３ｄは、画像測定と非接触変位計７０による高さ測定とを実行する。
【0196】
また、非接触変位計７０による測定の際、制御部３ｄは、測定箇所に非接触変位計７０の焦点が一致するようにステージ２１を撮像部５０の撮像軸に直交する方向に移動させた後、非接触変位計７０による高さ測定を実行して高さ測定値が取得されるか否かを判定し、高さ測定値が取得されない場合には、高さ測定値が取得されるまでＺ方向駆動部２５より非接触変位計７０を撮像軸に沿って移動させるようにしてもよい。したがって、撮像部５０の焦点位置を調整するＺ方向駆動部２５を利用して、非接触変位計７０を撮像部５０とともに撮像軸方向に移動させるようにしたので、非接触変位計７０を用いて高精度な高さ測定を行う場合に、測定時間を短縮することができる。
【0197】
（インジケータ）
図６に示すように、装置本体２には、インジケータ２ｃが設けられている。インジケータ２ｃは、装置本体２のユーザと対向する面に設けられており、制御ユニット３によって制御される。インジケータ２ｃは、上記測定結果を示すものであり、例えば発光部や表示部等で構成される。上記測定結果が所定の条件を満たす場合と、満たさない場合とで、異なる表示となるように、制御ユニット３がインジケータ２ｃを制御する。所定の条件は、ユーザが事前に設定しておき、記憶部７等に記憶されている。例えば、測定結果がある値以上であれば、不良であるとして赤色等を表示し、測定結果がある値未満であれば、良品であるとして緑色等を表示する。
図６に示すように、装置本体２には、インジケータ２ｃが設けられている。インジケータ２ｃは、装置本体２のユーザと対向する面に設けられており、制御ユニット３によって制御される。インジケータ２ｃは、上記測定結果を示すものであり、例えば発光部や表示部等で構成される。上記測定結果が所定の条件を満たす場合と、満たさない場合とで、異なる表示となるように、制御ユニット３がインジケータ２ｃを制御する。所定の条件は、ユーザが事前に設定しておき、記憶部７等に記憶されている。例えば、測定結果がある値以上であれば、不良であるとして赤色等を表示し、測定結果がある値未満であれば、良品であるとして緑色等を表示する。
【0198】
（変形例）
図３１は、撮像部５０の高倍側撮像素子５５及び低倍側撮像素子５６が３チャネルの撮像素子である変形例１を示している。すなわち、ＲＧＢからなる３チャネルの撮像素子で高倍側撮像素子５５及び低倍側撮像素子５６が構成されているので、リング照明４５は白色光の１色のみ投光すればカラーのワーク画像を生成できる。
図３１は、撮像部５０の高倍側撮像素子５５及び低倍側撮像素子５６が３チャネルの撮像素子である変形例１を示している。すなわち、ＲＧＢからなる３チャネルの撮像素子で高倍側撮像素子５５及び低倍側撮像素子５６が構成されているので、リング照明４５は白色光の１色のみ投光すればカラーのワーク画像を生成できる。
【0199】
変形例１では、制御ユニット３が変換部３ｈを備えている。変換部３ｈは、撮像部５０により生成されたカラーのワーク画像からグレースケールのワーク画像に変換する部分であり、この変換は従来から周知の手法によって行うことができる。画像測定部３ａは、変換部３ｈにより変換されたグレースケールのワーク画像に基づいてワークＷの寸法測定を行うように構成されている。
【0200】
また、色情報生成部３ｆは、撮像部５０により生成されたカラーのワーク画像に基づいて、ワークＷの色情報を生成する。制御部３ｄは、色情報生成部３ｆにより生成されたワークＷの色情報を変換部３ｈにより変換されたグレースケールのワーク画像に付加したカラー画像を生成する。これにより、表示部４には、色情報生成部３ｆにより生成されたワークの色情報を変換部３ｈにより変換されたグレースケールのワーク画像に付加したカラー画像を表示するとともに、画像測定部３ａの寸法測定の結果を該カラー画像に重畳表示することが可能になる。
【0201】
次に、図３２に示す変形例２について説明する。変形例２では、単一チャネルの撮像素子を有し、検出光を受光してグレースケールのワーク画像を生成する第１撮像部５０Ａと、ＲＧＢからなる３チャネルの撮像素子を有し、検出光を受光してカラーのワーク画像を生成する第２撮像部５０Ｂとを有している。第１撮像部５０Ａは、単チャネルの高倍側撮像素子５５及び低倍側撮像素子５６で構成されている。画像測定部３ａは、第１撮像部５０Ａにより生成されたワーク画像に基づいてワークＷの寸法測定を行うように構成されている。
【0202】
色情報生成部３ｆは、第２撮像部５０Ｂにより生成されたワーク画像に基づいて、ワークＷの色情報を生成する。制御部３ｄは、色情報生成部３ｆにより生成されたワークＷの色情報を第１撮像部５０Ａにより生成されたグレースケールのワーク画像に付加したカラー画像を生成する。表示部４は、制御部３ｄが生成したカラー画像を表示するとともに、画像測定部３ａの寸法測定の結果を該カラー画像に重畳表示する。
【0203】
上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【産業上の利用可能性】
【0204】
以上説明したように、本開示は、ステージに載置したワークの三次元座標を測定する場合に利用できる。
【符号の説明】
【0205】
１ 画像測定装置
３ａ 画像測定部
３ｂ 座標測定部
３ｃ 変位測定部
３ｄ 制御部
３ｇ 設定部
４ 表示部
７ 記憶部
２１ ステージ
２３ ＸＹ方向駆動部
２５ Ｚ方向駆動部
３０ 透過照明（投光部）
４０ 同軸落射照明（投光部）
４５ リング照明（投光部）
５０ 撮像部
８０ タッチプローブ
３ａ 画像測定部
３ｂ 座標測定部
３ｃ 変位測定部
３ｄ 制御部
３ｇ 設定部
４ 表示部
７ 記憶部
２１ ステージ
２３ ＸＹ方向駆動部
２５ Ｚ方向駆動部
３０ 透過照明（投光部）
４０ 同軸落射照明（投光部）
４５ リング照明（投光部）
５０ 撮像部
８０ タッチプローブ
【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】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29A】
【図29B】
【図30】
【図31】
【図32】
