(57)【要約】      （修正有）【課題】測定対象物の撮像画像に基づいて正確な寸法測定ができる装置、方法及び該装置用のプログラムを提供する。【解決手段】カメラ要素設定及び照明要素設定を実施するエッジ位置設定手段と、ピクセル座標ごとに実寸法に換算した換算データを記憶したピクセル座標実寸法換算手段と、基準となる測定対象物を登録するパターン登録手段と、基準となる測定対象物の設計値情報を記憶する設計値情報記憶手段と、測定対象物を撮像する手段と、測定対象物の特定をするパターン認識手段と、特定された測定対象物の測定指示情報により測定位置を取得し、エッジ位置設定に基づいて該測定位置に該当するエッジ位置のピクセル座標を検出し、ピクセル座標実寸法換算データに基づいて該エッジ位置のピクセル座標から実寸法を取得する測定対象物寸法測定手段と、を含む手段からなる寸法計測装置１、方法及び該装置用のプログラム。【選択図】図１
2014085115.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物の寸法を、レンズを有する撮像手段による画像から測定する装置であって、
白部分と黒部分とのＸ軸又はＹ軸に平行な境界であるエッジ位置が画像上において、Ｘ軸双方向からも又はＹ軸双方向からもそれぞれのピクセル座標が一致するように、シャッター速度、絞り、感度及びホワイトバランス調整等のカメラ要素設定、並びに、光量及び光線の向き等の照明要素設定を実施するエッジ位置設定手段と、
撮像される範囲を超える大きさの１枚のキャリブレーションプレートに基づいて、画像上のキャリブレーションプレートの単位寸法ごとのエッジ位置をピクセル座標で計測し、ピクセル座標ごとに実寸法に換算した換算データを記憶したピクセル座標実寸法換算手段と、
基準となる測定対象物の形状、大きさ及び角度をパターン認識し登録するパタ―ン登録手段と、
基準となる測定対象物の測定ポイント、長さ、角度、半径及び直径等の測定対象を特定する設計値情報を記憶する設計値情報記憶手段と、
測定対象物を撮像する手段と、
画像からパターン登録情報に基づいて測定対象物の特定をするパターン認識手段と、
特定された測定対象物の測定指示情報により測定位置を取得し、エッジ位置設定に基づいて該測定位置に該当するエッジ位置のピクセル座標を検出し、ピクセル座標実寸法換算データに基づいて該エッジ位置のピクセル座標から実寸法を取得する測定対象物寸法測定手段と、を含む手段からなることを特徴とする寸法計測装置。
【請求項２】
測定対象物の寸法を、レンズを有する撮像手段による画像から測定する方法であって、
白部分と黒部分とのＸ軸又はＹ軸に平行な境界であるエッジ位置が画像上において、Ｘ軸双方向からも又はＹ軸双方向からもそれぞれのピクセル座標が一致するように、シャッター速度、絞り、感度及びホワイトバランス調整等のカメラ要素設定、並びに、光量及び光線の向き等の照明要素設定を実施するエッジ位置設定工程と、
撮像される範囲を超える大きさの１枚のキャリブレーションプレートに基づいて、画像上のキャリブレーションプレートの単位寸法ごとのエッジ位置をピクセル座標で計測し、ピクセル座標ごとに実寸法に換算した換算データを記憶したピクセル座標実寸法換算工程と、
基準となる測定対象物の形状、大きさ及び角度をパターン認識し登録するパタ―ン登録工程と、
基準となる測定対象物の測定ポイント、長さ、角度、半径及び直径等の測定対象を特定する設計値情報を記憶する設計値情報記憶工程と、
測定対象物を撮像する工程と、
画像からパターン登録情報に基づいて測定対象物の特定をするパターン認識工程と、
特定された測定対象物の測定指示情報により測定位置を取得し、エッジ位置設定に基づいて該測定位置に該当するエッジ位置のピクセル座標を検出し、ピクセル座標実寸法換算データに基づいて該エッジ位置のピクセル座標から実寸法を取得する測定対象物寸法測定工程と、を含む工程からなることを特徴とする寸法計測方法。
【請求項３】
コンピュータに、測定対象物の寸法を、レンズを有する撮像手段による画像から測定させる装置用のプログラムであって、
白部分と黒部分とのＸ軸又はＹ軸に平行な境界であるエッジ位置が画像上において、Ｘ軸双方向からも又はＹ軸双方向からもそれぞれのピクセル座標が一致するように、シャッター速度、絞り、感度及びホワイトバランス調整等のカメラ要素設定、並びに、光量及び光線の向き等の照明要素設定を実施するエッジ位置設定手順と、
撮像される範囲を超える大きさの１枚のキャリブレーションプレートに基づいて、画像上のキャリブレーションプレートの単位寸法ごとのエッジ位置をピクセル座標で計測し、ピクセル座標ごとに実寸法に換算した換算データを記憶したピクセル座標実寸法換算手順と、
基準となる測定対象物の形状、大きさ及び角度をパターン認識し登録するパタ―ン登録手順と、
基準となる測定対象物の測定ポイント、長さ、角度、半径及び直径等の測定対象を特定する設計値情報を記憶する設計値情報記憶手順と、
測定対象物を撮像された画像からパターン登録情報に基づいて測定対象物の特定をするパターン認識手順と、
特定された測定対象物の測定指示情報により測定位置を取得し、エッジ位置設定に基づいて該測定位置に該当するエッジ位置のピクセル座標を検出し、ピクセル座標実寸法換算データに基づいて該エッジ位置のピクセル座標から実寸法を取得する測定対象物寸法測定手順と、を含む手順を寸法計測装置に実施させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像手段により取得したワーク画像のエッジ位置に基づいてワークの寸法を測定する寸法計測装置、寸法計測方法及び寸法計測装置用のプログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ワークを撮像してワーク画像を取得し、上記ワーク画像内のエッジを検出することにより、上記ワークの寸法を測定するための測定設定データを作成する測定データ作成装置において、上記ワークの輪郭形状を示す形状線の位置情報、寸法線の位置情報、並びに、上記寸法線に関連付けられた設計値及び公差からなる設計値情報を含む設計データを取得する設計データ取得手段と、上記ワークを含むマスター画像に対し、測定対象箇所及び測定種別を指定するための測定対象箇所指定手段と、指定された測定対象箇所について、上記マスター画像からエッジを抽出するエッジ抽出手段と、抽出されたエッジに基づいて、上記測定対象箇所の寸法値を算出する寸法値算出手段と、算出された寸法値に近い設計値からなる設計値情報を上記設計データから抽出する設計値情報抽出手段と、指定された上記測定対象箇所及び上記測定箇所からなる測定対象箇所情報、並びに、上記測定対象箇所と関連付けた上記設計値情報を含む測定設計データを生成する測定設定データ生成手段とを備えた測定設定データ作成装置が開示されている。
【０００３】
特許文献２には、画像データに含まれる誤差を校正する方法が開示されている。真直なエッジを有する校正ワークを用意し、エッジがマシン座標系のＹ軸に平行になるようにステージに載置し、ステージとＣＣＤカメラとをＸ軸方向に相対移動させつつＣＣＤカメラの撮像領域内の異なる位置でエッジを撮像し、そのエッジを撮像した位置については駆動機構の駆動量から検出し、撮像された画像データ中でエッジ検出を行い、エッジの座標を出力する。そして、画像上のエッジ検出にて求められたエッジ座標と駆動機構の駆動量から求められたエッジ位置とのずれ量をエッジずれ量として各撮像ポイントについて算出する画像測定装置の校正方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−３７２５７号公報
【特許文献２】特開２００８−３０００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の測定設定データ作成装置は、段落［００３７］に「輝度変化を解析してエッジを抽出」との記載があるが、エッジを認識させる要件の記載がない。画像から寸法を測定するときは、背景が白色のものに対して黒色の被対象物を測定するので、シャッター速度等のカメラ要素設定や照明の光量によっては、その明るさによって撮像された画像のエッジ位置が実際の測定対象物のエッジ位置より微妙に動くという現象が現れる。すると、その状態を撮像すると、例えば実際の寸法よりも狭く測定されたりするので正確な寸法測定ができないという問題があった。さらに、レンズには収差があるが、この収差対策の記載がないので、例えば実際の測定対象物の形状が四角形状であっても、その画像の形状はタル型になるため正確な寸法測定ができないという問題があった。
【０００６】
特許文献２の画像測定装置の校正方法は、画像がタル型になるレンズに対する収差対策の技術であるが、ステージを移動させないと校正することが実現できない技術であるから装置が大掛かりになるという問題があった。さらに、エッジ位置検出方法が開示されていないことから、シャッター速度等のカメラ要素設定や照明の光量によっては、その明るさによって撮像された画像のエッジ位置が実際の測定対象物のエッジ位置より微妙に動くという現象が現れる。すると、その状態を撮像すると、例えば実際の寸法よりも狭く測定されたりするので正確な寸法測定ができないという問題があった。
【０００７】
本発明はこうした問題に鑑み創案されたもので、測定対象物のエッジ位置を画像上にズレなく取得することができ、レンズの収差に対して正確な長さを読み取ることができ、測定対象物の撮像画像に基づいて正確な寸法測定ができる装置、方法及び該装置用のプログラムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の寸法計測装置１は、測定対象物５の寸法を、レンズ１５を有する撮像手段による画像から測定する装置であって、白部分７と黒部分８とのＸ軸又はＹ軸に平行な境界であるエッジ９位置が画像上において、Ｘ軸双方向からも又はＹ軸双方向からもそれぞれのピクセル座標が一致するように、シャッター速度、絞り、感度及びホワイトバランス調整等のカメラ要素設定、並びに、光量及び光線の向き等の照明要素設定を実施するエッジ位置設定手段と、撮像される範囲を超える大きさの１枚のキャリブレーションプレート３０に基づいて、画像上のキャリブレーションプレート３０の単位寸法ごとのエッジ９位置をピクセル座標で計測し、ピクセル座標ごとに実寸法に換算した換算データを記憶したピクセル座標実寸法換算手段と、基準となる測定対象物５の形状、大きさ及び角度をパターン認識し登録するパタ―ン登録手段と、基準となる測定対象物５の測定ポイント、長さ、角度、半径及び直径等の測定対象を特定する設計値情報を記憶する設計値情報記憶手段と、測定対象物５を撮像する手段と、画像からパターン登録情報に基づいて測定対象物５の特定をするパターン認識手段と、特定された測定対象物５の測定指示情報により測定位置を取得し、エッジ９位置設定に基づいて該測定位置に該当するエッジ９位置のピクセル座標を検出し、ピクセル座標実寸法換算データに基づいて該エッジ９位置のピクセル座標から実寸法を取得する測定対象物５寸法測定手段と、を含む手段からなることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の寸法計測方法は、測定対象物５の寸法を、レンズ１５を有する撮像手段による画像から測定する方法であって、白部分７と黒部分８とのＸ軸又はＹ軸に平行な境界であるエッジ９位置が画像上において、Ｘ軸双方向からも又はＹ軸双方向からもそれぞれのピクセル座標が一致するように、シャッター速度、絞り、感度及びホワイトバランス調整等のカメラ要素設定、並びに、光量及び光線の向き等の照明要素設定を実施するエッジ位置設定工程と、撮像される範囲を超える大きさの１枚のキャリブレーションプレート３０に基づいて、画像上のキャリブレーションプレート３０の単位寸法ごとのエッジ９位置をピクセル座標で計測し、ピクセル座標ごとに実寸法に換算した換算データを記憶したピクセル座標実寸法換算工程と、基準となる測定対象物５の形状、大きさ及び角度をパターン認識し登録するパタ―ン登録工程と、基準となる測定対象物５の測定ポイント、長さ、角度、半径及び直径等の測定対象を特定する設計値情報を記憶する設計値情報記憶工程と、測定対象物５を撮像する工程と、画像からパターン登録情報に基づいて測定対象物５の特定をするパターン認識工程と、特定された測定対象物５の測定指示情報により測定位置を取得し、エッジ９位置設定に基づいて該測定位置に該当するエッジ９位置のピクセル座標を検出し、ピクセル座標実寸法換算データに基づいて該エッジ９位置のピクセル座標から実寸法を取得する測定対象物５寸法測定工程と、を含む工程からなることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の寸法計測装置１用のプログラムは、コンピュータに、測定対象物５の寸法を、レンズ１５を有する撮像手段による画像から測定させる装置用のプログラムであって、  白部分７と黒部分８とのＸ軸又はＹ軸に平行な境界であるエッジ９位置が画像上において、Ｘ軸双方向からも又はＹ軸双方向からもそれぞれのピクセル座標が一致するように、シャッター速度、絞り、感度及びホワイトバランス調整等のカメラ要素設定、並びに、光量及び光線の向き等の照明要素設定を実施するエッジ位置設定手順と、撮像される範囲を超える大きさの１枚のキャリブレーションプレート３０に基づいて、画像上のキャリブレーションプレート３０の単位寸法ごとのエッジ９位置をピクセル座標で計測し、ピクセル座標ごとに実寸法に換算した換算データを記憶したピクセル座標実寸法換算手順と、基準となる測定対象物５の形状、大きさ及び角度をパターン認識し登録するパタ―ン登録手順と、基準となる測定対象物５の測定ポイント、長さ、角度、半径及び直径等の測定対象を特定する設計値情報を記憶する設計値情報記憶手順と、測定対象物５を撮像された画像からパターン登録情報に基づいて測定対象物５の特定をするパターン認識手順と、特定された測定対象物５の測定指示情報により測定位置を取得し、エッジ９位置設定に基づいて該測定位置に該当するエッジ９位置のピクセル座標を検出し、ピクセル座標実寸法換算データに基づいて該エッジ９位置のピクセル座標から実寸法を取得する測定対象物５寸法測定手順と、を含む手順を寸法計測装置１に実施させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１乃至３に記載のいずれの発明とも、撮像に使用されるレンズ１５の収差がありながら正確な寸法を測定することができ、複数の測定対象物５がそれぞれ異なる任意の方向で載置されていても測定したい部位の測定したい寸法を正確に一瞬に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る寸法計測装置の実施形態の一例を示した構成図である。
【図２】カメラ要素設定及び照明要素設定が正常なケースを示す画像である。
【図３】カメラ要素設定及び照明要素設定が不適切なケースを示す画像である。
【図４】正方形をます目状に配列した図である。
【図５】正方形をます目状に配列したものが画像に映った糸巻き型の図である。
【図６】正方形をます目状に配列したものが画像に映ったたる型の図である。
【図７】ステージ上に載置した同じ大きさの長方形状のものを撮像した画像である。
【図８】測定対象物の平面図である。
【図９】ステージ上に載置した測定対象物を撮像した画像である。
【図１０】本発明の寸法計測処理の例を説明するフローチャートである。
【図１１】本発明の寸法計測処理の例を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明に係る寸法計測装置１を図１示す。寸法計測装置１は、測定対象物５の寸法を、カメラ６を備えた撮像手段による画像から測定する装置であって、画像処理装置２、照明電源装置３、撮像装置４を含む構成からなる。画像処理装置２はモニタ１０、制御装置１１及びスイッチ（図なし）等から構成され、撮像された画像から寸法計測を行い、撮像装置４は測定対象物５を載置するステージ２０、該ステージ２０を下から照らす透過照明部２１、該ステージ２０のＸＹＺ各軸調整機能部２２及びレンズ１５付カメラ６を備えて測定対象物５を撮像し、照明電源装置３は前記透過照明部２１に接続し照明の明るさや照度に斑が生じないように制御する。
【００１４】
寸法計測装置１は、白部分７と黒部分８とのＸ軸又はＹ軸に平行な境界であるエッジ９位置が画像上において、Ｘ軸双方向からも又はＹ軸双方向からもそれぞれのピクセル座標が一致するように、シャッター速度、絞り、感度及びホワイトバランス調整等のカメラ要素設定、並びに、光量及び光線の向き等の照明要素設定を実施するエッジ位置設定手段と、撮像される範囲を超える大きさの１枚のキャリブレーションプレート３０に基づいて、画像上のキャリブレーションプレート３０の単位寸法ごとのエッジ９位置をピクセル座標で計測し、ピクセル座標ごとに実寸法に換算した換算データを記憶したピクセル座標実寸法換算手段と、基準となる測定対象物５の形状、大きさ及び角度をパターン認識し登録するパタ―ン登録手段と、基準となる測定対象物５の測定ポイント、長さ、角度、半径及び直径等の測定対象を特定する設計値情報を記憶する設計値情報記憶手段と、測定対象物５を撮像する手段と、画像からパターン登録情報に基づいて測定対象物５の特定をするパターン認識手段と、特定された測定対象物５の測定指示情報により測定位置を取得し、エッジ９位置設定に基づいて該測定位置に該当するエッジ９位置のピクセル座標を検出し、ピクセル座標実寸法換算データに基づいて該エッジ９位置のピクセル座標から実寸法を取得する測定対象物５寸法測定手段と、を含む手段を有する。
【００１５】
エッジ位置設定手段は、白色の背景の中で測定対象物５が黒色に撮像されることから、寸法を正確に測定するには白部分７と黒部分８との境界のエッジ９の位置を正確に測定できるようにすることが不可欠であり、この正確にエッジ９位置の測定を実現させる手段である。そのためには、まず、測定対象物５を載置するステージ２０の上に、例えば図２に示すような白部分７と黒部分８を有するキャリブレーションプレート３０をその白部分７と黒部分８との境界であるエッジ９の向きがＸ軸又はＹ軸に平行であるように載置する。
【００１６】
次に、カメラ６で撮像されたキャリブレーションプレート３０画像内において、同一の大きさが配列されている白部分７と黒部分８との大きさが、図３に示すように黒部分８が白部分７より小さく撮像されたり、黒部分８が白部分７より大きく撮像されないように、図２に示すように白部分７と黒部分８とが同一の大きさになるように、シャッター速度、絞り、感度及びホワイトバランス調整等のカメラ要素設定、並びに、画像範囲内において照明の明るさや照度に斑が生じないように光量及び光線の向き等の照明要素設定を行う。
【００１７】
次に、カメラ６で撮像されたキャリブレーションプレート３０画像内において、Ｘ軸方向で双方向からの２方向でそれぞれ１ピクセルずつ制御装置１１に記憶されているプログラムにしたがってずらしながらピクセル座標ごとの輝度を測定して同じ輝度差の範囲となる位置をＸ軸方向の暫定エッジ９位置とし、またＹ軸方向で双方向からの２方向でそれぞれ１ピクセルずつ制御装置１１に記憶されているプログラムにしたがってずらしながらピクセル座標ごとの輝度を測定し同じ輝度差の範囲となる位置をＹ軸方向の暫定エッジ９位置とし、該Ｘ軸方向の暫定エッジ９位置となる輝度差範囲と該Ｙ軸方向の暫定エッジ９位置となる輝度差範囲とから、Ｘ軸方向及びＹ軸方向で同一の輝度差しきい値を設定し、該輝度差しきい値が検出される位置を白部分７と黒部分８との境界のエッジ９位置と認識するように設定する。
【００１８】
得られたカメラ６要素設定及び照明要素設定により、測定対象物５が変わっても白部分７と黒部分８の輝度差は設定したときと同一の輝度差を有することとなるので、エッジ９位置の輝度差しきい値を設定することにより、測定対象物５が変わっても、測定対象物５のエッジ９位置を正確に確実に検知し、そのピクセル座標を検出することができる。
【００１９】
次に、ピクセル座標実寸法換算手段について説明する。まず、カメラ６で撮像される範囲を少なくとも覆う大きさの１枚のキャリブレーションプレート３０を撮像装置４のステージ２０上に載置する。該キャリブレーションプレート３０は、例えば図４に示すように、各辺の長さが１ｍｍの白部分７からなる正方形と各辺の長さが１ｍｍの黒部分８からなる正方形とがＸ軸方向及びＹ軸方向で交互にます目状に配列されている。該白部分７と黒部分８の境界であるエッジ９位置は１ｍｍごとに存在するので、エッジ９位置を測定すればＸ軸方向における１ｍｍごとのピクエル座標及びＹ軸方向における１ｍｍごとのピクセル座標を把握できる。
【００２０】
ところが、レンズ１５の収差によりカメラ６で撮像される画像が、図５（但しエッジ９位置のみ表現している。）に示すように「糸巻き型」になったり、図６（但しエッジ９位置のみ表現している。）に示すように「たる型」になったりして変形するのに対して、画像上のピクセル座標はＸ軸方向及びＹ軸方向とも常に一定である。よって、キャリブレーションプレート３０の正方形の各辺の長さが１ｍｍでありながら、画像上の四角形の各辺の長さを示すピクセル数が画像上の位置によって異なる。
【００２１】
例えば、図７はステージ２０上に同じ形状で同じ大きさを有する測定対象物５を載置して撮像した画像であるが、同一測定箇所を測定したところ、画像中央部に載置した物の寸法ａと画像端部に載置した物の寸法ｂとの寸法が、実物は同一寸法でありながら、画像上のピクセル数で測定すると寸法が異なる。
【００２２】
そこで、Ｘ軸方向における１ｍｍごとのピクセル座標と、該ピクセル座標間のピクセル数とから、ピクセル座標ごとにＸ軸方向の１ピクセルごとの実寸法を把握し記憶する。同じようにしてＹ軸方向のピクセル座標ごとに１ピクセルごとの実寸法を把握し記憶する。
【００２３】
パタ―ン登録手段は、例えば図８に示すような基準となる測定対象物５の形状、大きさ及び角度をパターン認識し登録する。
【００２４】
設計値情報記憶手段は、例えば図８に示すような基準となる測定対象物５の測定ポイント、長さ、角度、半径及び直径等の測定対象をあらかじめ登録して記憶させておきます。これにより、測定対象物５を測定するときに瞬時に測定ポイントに対して測定したい長さや角度等の測定値を測定することができます。例えば、図８における長さｃ及びｄを測定ポイントとして記憶します。
【００２５】
測定対象物５を撮像する手段は、あらかじめ設定されたシャッター速度、絞り、感度及びホワイトバランス調整等のカメラ６要素設定、並びに、光量及び光線の向き等の照明要素設定を行なった後に、カメラ６により、例えば図９に示すようにステージ２０に任意の向きに載置された測定対象物５を撮像します。
【００２６】
パターン認識手段は、ステージ２０上に載置された測定対象物５がいかなる向きに載置されていても、あらかじめ登録し記憶されているパターン登録情報に基づいて、任意の向きに載置されている測定対象物５がどの登録された形状を有する測定対象物５であるかを検索し認識します。
【００２７】
測定対象物寸法測定手段は、特定された測定対象物５の測定指示情報により画面上における測定位置を取得し、エッジ位置設定に基づいて画面上の測定位置に該当するエッジ９位置のピクセル座標を検出し、得たピクセル座標をもとにピクセル座標実寸法換算データに基づいて、長さや角度などを換算して算出し表示します。
【００２８】
したがって、予めカメラ要素設定値及び照明要素設定を実施し、ピクセル座標ごとの実寸法を把握し記憶させておき、測定する予定の物の形状や大きさ等のパターン及び測定する箇所を登録し記憶させた後に、図９に示すように、複数の測定対象物５をステージ２０上に載置し寸法計測装置１の測定スタート釦（図なし）を押すと瞬時に複数の測定対象物５の測定値がモニタ１０に表示される。例えば図８のような長さｃ、ｄを測定ポイントとして登録しておけば、図９のように向きがばらばらに置かれた測定対象物５であっても各測定対象物５の長さｃ、ｄを瞬時に測定しモニタ１０に表示します。
【００２９】
次に、図１０及び図１１のフローチャートを参照して寸法計測処理について説明する。まず、寸法計測装置１の設定ステップＳ１０１、次に基準となる測定対象物５の登録ステップＳ１０２、そして測定ステップＳ１０３の順に実施される。装置の設定ステップＳ１０１には、エッジ９位置を設定し登録するステップＳ１、次にピクセル座標ごとに実寸法を求め登録するステップＳ２が実施され、基準となる測定対象物５の登録ステップＳ１０２には、基準となる測定対象物の形状等のパターンを登録するステップＳ３、次に基準となる測定対象物の測定ポイント等の設計値情報を登録するステップＳ４が実施され、測定ステップＳ１０３には、撮像された測定対象物５の画像を記憶するステップＳ５、次に撮像画像と登録情報と比較してパターン認識をするステップＳ６、そして測定対象物５の画像上のピクセル座標から換算して実寸法を取得して該実寸法をモニタ１０に表示しかつ制御装置１１のコンピュータに記録するステップＳ７が実施される。
【００３０】
寸法計測装置１の設定ステップＳ１０１は、制御装置１１のプログラムに、画像から測定対象物５の実測値を測定するための、白部分７と黒部分８の境界のエッジ位置把握のプログラムと、ピクセル座標ごとの１ピクセル当りの実寸法換算のプログラムとを記憶させるステップである。
【００３１】
ステップＳ１は、エッジ位置設定ステップである。まず、測定対象物５を載置するステージ２０の上に、例えば図２に示すような白部分７と黒部分８を有するキャリブレーションプレート３０をその白部分７と黒部分８との境界であるエッジ９の向きがＸ軸又はＹ軸に平行であるように載置する。
【００３２】
次に、カメラ６で撮像されモニタ１０に表示されたキャリブレーションプレート３０画像内において、図２に示すように白部分７と黒部分８とが同一の大きさになるように、シャッター速度、絞り、感度及びホワイトバランス調整等のカメラ要素設定、並びに、画像範囲内において照明の明るさや照度に斑が生じないように光量及び光線の向き等の照明要素設定を行い、前記カメラ要素設定データ及び前記照明要素設定データを制御装置１１のプログラムに記憶させる。
【００３３】
次に、画像内において、Ｘ軸方向で双方向からの２方向でそれぞれ１ピクセルずつずらしながらピクセル座標ごとの輝度を測定して同じ輝度差の範囲となる位置をＸ軸方向の暫定エッジ９位置とし、またＹ軸方向で双方向からの２方向でそれぞれ１ピクセルずつずらしながらピクセル座標ごとの輝度を測定し同じ輝度差の範囲となる位置をＹ軸方向の暫定エッジ９位置とし、該Ｘ軸方向の暫定エッジ９位置となる輝度差範囲と該Ｙ軸方向の暫定エッジ９位置となる輝度差範囲とから、Ｘ軸方向及びＹ軸方向で同一の輝度差しきい値を設定し、該輝度差しきい値が検出される位置を白部分７と黒部分８との境界のエッジ９位置と認識するプログラムにしたがって、カメラ６で撮像されたキャリブレーションプレート３０画像内における白部分７と黒部分８との境界であるエッジ９位置の輝度差しきい値を記憶する。
【００３４】
ステップＳ２はピクセル座標ごとに実寸法を求め登録するステップである。レンズ１５の収差によりカメラ６で撮像される画像が糸巻き型やたる型になっても、ピクセル座標ごとに１ピクセルごとの実寸法を制御装置１１のプログラムに記憶させるステップである。
【００３５】
画像内のＸ軸方向における１ｍｍごとのピクセル座標をエッジ９位置の輝度差しきい値プログラムにしたがって検出し、１ｍｍごとのピクセル座標の差から１ｍｍ間隔を構成するピクセル数を算出し、ピクセル座標ごとに１ｍｍを該ピクセル数で割って、ピクセル座標ごとのＸ軸方向の１ピクセルごとの実寸法を算出し記憶するプログラムにしたがって、カメラ６で撮像される範囲を少なくとも覆う大きさの１枚のキャリブレーションプレート３０を使用してＸ軸方向のピクセル座標ごとに１ピクセルごとの実寸法を算出し制御装置１１のプログラムに記憶する。
【００３６】
Ｙ軸についてもＸ軸と同じようにして、Ｙ軸方向のピクセル座標ごとに１ピクセルごとの実寸法を算出し制御装置１１のプログラムに記憶する。
【００３７】
次に、基準となる測定対象物５の登録ステップＳ１０２は、制御装置１１のプログラムに、基準となる測定対象物５の形状等のパターンをあらかじめ登録しておくステップＳ３、そして基準となる測定対象物５の測定ポイントや長さ等の設計値情報をあらかじめ登録しておくステップＳ４である。
【００３８】
ステップＳ３は、基準となる測定対象物５の形状、大きさ及び角度をパターン認識するプログラムにしたがって、ステージ２０上に載置された基準となる測定対象物５をパターン認識して制御装置１１のプログラムに記憶する。
【００３９】
ステップＳ４は、該パターン認識プログラムで記憶した基準となる測定対象物５のパターンごとに、測定対象物５の測定ポイント、該測定ポイントにおける長さ、角度、半径及び直径等の設計値情報を記憶するプログラムにしたがって、測定対象物５のパターンごとに前記設計値情報を制御装置１１のプログラムに記憶する。
【００４０】
次に、測定ステップＳ１０３は、撮像装置４のステージ２０上に任意の位置や向きに載置した測定対象物５の測定を実施するステップであり、ステップＳ１〜ステップＳ４で記憶させたデータを含めて制御装置１１のプログラムにしたがって、撮像された測定対象物５の画像を記憶するステップＳ５、次に測定対象物５画像と登録情報と比較してパターン認識をするステップＳ６、そして測定対象物５画像上のピクセル座標から換算して実寸法を取得して該実寸法をモニタ１０に表示しかつ制御装置１１のコンピュータに記録するステップＳ７が実施されるステップである。
【００４１】
ステップＳ５は、ステップＳ１でプログラムに記憶されたカメラ要素設定データ及び前記照明要素設定データで撮像装置４の設定を自動設定するプログラムにしたがって該設定された撮像装置４を使って撮像された測定対象物５の画像を記憶する。
【００４２】
ステップＳ６は、撮像され記録された画像を対象に、ステップＳ１でプログラムに記憶させたエッジ９位置の輝度差しきい値で該画像のエッジ９位置を読み取り、読み取ったエッジ９位置から測定対象物５画像の形状や大きさを把握し、該把握した画像の形状や大きさとステップＳ３で記録させたパターンとが一致するパターンを検索して、測定対象物５のパターンを特定するプログラムにしたがって、撮像装置４のステージ２０上に位置や向きを任意に載置した測定対象物５のパターンを特定し記録する。
【００４３】
ステップＳ７は、ステップＳ４でプログラムに記録させた測定対象物５のパターンごとの測定対象物５の測定ポイント、該測定ポイントにおける長さ、角度、半径及び直径等の設計値情報と、ステップＳ１でプログラムに記憶させたエッジ９位置の輝度差しきい値とによって、該画像の測定ポイントの長さ、角度、半径及び直径等のエッジ９位置をピクセル座標で読み取り、ステップＳ２で記録させたピクセル座標ごとの１ピクセル当りの実寸法換算データにより、前記測定ポイントの長さ、角度、半径及び直径等の実寸値を算出しモニタ１０に表示するとともに制御装置１１のコンピュータに記録するプログラムにしたがって、撮像装置４のステージ２０上に載置した測定対象物５の測定ポイントの実寸値を算出しモニタ１０に表示するとともに制御装置１１のコンピュータに記録する。
【符号の説明】
【００４４】
１        寸法計測装置
２        画像処理装置
３        照明電源装置
４        撮像装置
５        測定対象物
６        カメラ
７        白部分
８        黒部分
９        エッジ
１０      モニタ
１１      制御装置
１５      レンズ
２０      ステージ
２１      透過照明部
２２      各軸調整機能部
３０      キャリブレーションプレート
【図１】
2014085115.tif 000003
【図２】
2014085115.tif 000004
【図３】
2014085115.tif 000005
【図４】
2014085115.tif 000006
【図５】
2014085115.tif 000007
【図６】
2014085115.tif 000008
【図７】
2014085115.tif 000009
【図８】
2014085115.tif 000010
【図９】
2014085115.tif 000011
【図１０】
2014085115.tif 000012
【図１１】
2014085115.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成25年1月22日(2013.1.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像手段により取得したワーク画像のエッジ位置に基づいてワークの寸法を測定する寸法計測装置、寸法計測方法及び寸法計測装置用のプログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ワークを撮像してワーク画像を取得し、上記ワーク画像内のエッジを検出することにより、上記ワークの寸法を測定するための測定設定データを作成する測定データ作成装置において、上記ワークの輪郭形状を示す形状線の位置情報、寸法線の位置情報、並びに、上記寸法線に関連付けられた設計値及び公差からなる設計値情報を含む設計データを取得する設計データ取得手段と、上記ワークを含むマスター画像に対し、測定対象箇所及び測定種別を指定するための測定対象箇所指定手段と、指定された測定対象箇所について、上記マスター画像からエッジを抽出するエッジ抽出手段と、抽出されたエッジに基づいて、上記測定対象箇所の寸法値を算出する寸法値算出手段と、算出された寸法値に近い設計値からなる設計値情報を上記設計データから抽出する設計値情報抽出手段と、指定された上記測定対象箇所及び上記測定箇所からなる測定対象箇所情報、並びに、上記測定対象箇所と関連付けた上記設計値情報を含む測定設計データを生成する測定設定データ生成手段とを備えた測定設定データ作成装置が開示されている。
【０００３】
特許文献２には、画像データに含まれる誤差を校正する方法が開示されている。真直なエッジを有する校正ワークを用意し、エッジがマシン座標系のＹ軸に平行になるようにステージに載置し、ステージとＣＣＤカメラとをＸ軸方向に相対移動させつつＣＣＤカメラの撮像領域内の異なる位置でエッジを撮像し、そのエッジを撮像した位置については駆動機構の駆動量から検出し、撮像された画像データ中でエッジ検出を行い、エッジの座標を出力する。そして、画像上のエッジ検出にて求められたエッジ座標と駆動機構の駆動量から求められたエッジ位置とのずれ量をエッジずれ量として各撮像ポイントについて算出する画像測定装置の校正方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−３７２５７号公報
【特許文献２】特開２００８−３０００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の測定設定データ作成装置は、段落［００３７］に「輝度変化を解析してエッジを抽出」との記載があるが、エッジを認識させる要件の記載がない。画像から寸法を測定するときは、背景が白色のものに対して黒色の被対象物を測定するので、シャッター速度等のカメラ要素設定や照明の光量によっては、その明るさによって撮像された画像のエッジ位置が実際の測定対象物のエッジ位置より微妙に動くという現象が現れる。すると、その状態を撮像すると、例えば実際の寸法よりも狭く測定されたりするので正確な寸法測定ができないという問題があった。さらに、レンズには収差があるが、この収差対策の記載がないので、例えば実際の測定対象物の形状が四角形状であっても、その画像の形状はタル型になるため正確な寸法測定ができないという問題があった。
【０００６】
特許文献２の画像測定装置の校正方法は、画像がタル型になるレンズに対する収差対策の技術であるが、ステージを移動させないと校正することが実現できない技術であるから装置が大掛かりになるという問題があった。さらに、エッジ位置検出方法が開示されていないことから、シャッター速度等のカメラ要素設定や照明の光量によっては、その明るさによって撮像された画像のエッジ位置が実際の測定対象物のエッジ位置より微妙に動くという現象が現れる。すると、その状態を撮像すると、例えば実際の寸法よりも狭く測定されたりするので正確な寸法測定ができないという問題があった。
【０００７】
本発明はこうした問題に鑑み創案されたもので、測定対象物のエッジ位置を画像上にズレなく取得することができ、レンズの収差に対して正確な長さを読み取ることができ、測定対象物の撮像画像に基づいて正確な寸法測定ができる装置、方法及び該装置用のプログラムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の寸法計測装置１は、測定対象物５の寸法を、レンズ１５を有する撮像手段による画像から測定する装置であって、撮像される範囲を超える大きさの１枚のキャリブレーションプレート３０の、白部分７と黒部分８とのＸ軸又はＹ軸に平行な境界であるエッジ９位置が画像上において、Ｘ軸双方向からも又はＹ軸双方向からもそれぞれのピクセル座標が一致するように、シャッター速度、絞り、感度及びホワイトバランス調整等のカメラ要素設定、並びに、光量及び光線の向き等の照明要素設定を実施するエッジ位置設定手段と、前記撮像手段による画像上の前記キャリブレーションプレート３０の単位寸法ごとのエッジ９位置をピクセル座標で計測し、前記ピクセル座標ごとに実寸法に換算した換算データを記憶したピクセル座標実寸法換算手段と、基準となる測定対象物５の形状、大きさ及び角度をパターン認識し登録するパタ―ン登録手段と、前記基準となる測定対象物５の測定ポイント、長さ、角度、半径及び直径等の測定対象を特定する設計値情報を記憶する設計値情報記憶手段と、前記測定対象物５を撮像する手段と、前記測定対象物を撮像した画像から前記パターン登録手段により登録されたパターン登録情報に基づいて前記測定対象物５の特定をするパターン認識手段と、特定された前記測定対象物５の測定指示情報により測定位置を取得し、前記エッジ設定手段により設定された設定に基づいて該測定位置に該当するエッジ９位置のピクセル座標を検出し、前記ピクセル座標実寸法換算手段に記憶したデータに基づいて該エッジ９位置のピクセル座標から実寸法を取得する測定対象物５寸法測定手段と、を含む手段からなることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の寸法計測方法は、測定対象物５の寸法を、レンズ１５を有する撮像手段による画像から測定する方法であって、撮像される範囲を超える大きさの１枚のキャリブレーションプレート３０の、白部分７と黒部分８とのＸ軸又はＹ軸に平行な境界であるエッジ９位置が画像上において、Ｘ軸双方向からも又はＹ軸双方向からもそれぞれのピクセル座標が一致するように、シャッター速度、絞り、感度及びホワイトバランス調整等のカメラ要素設定、並びに、光量及び光線の向き等の照明要素設定を実施するエッジ位置設定工程と、前記撮像手段による画像上の前記キャリブレーションプレート３０の単位寸法ごとのエッジ９位置をピクセル座標で計測し、前記ピクセル座標ごとに実寸法に換算した換算データを記憶したピクセル座標実寸法換算工程と、基準となる測定対象物５の形状、大きさ及び角度をパターン認識し登録するパタ―ン登録工程と、前記基準となる測定対象物５の測定ポイント、長さ、角度、半径及び直径等の測定対象を特定する設計値情報を記憶する設計値情報記憶工程と、前記測定対象物５を撮像する工程と、前記測定対象物を撮像した画像から前記パターン登録手段により登録されたパターン登録情報に基づいて前記測定対象物５の特定をするパターン認識工程と、特定された前記測定対象物５の測定指示情報により測定位置を取得し、前記エッジ設定手段により設定された設定に基づいて該測定位置に該当するエッジ９位置のピクセル座標を検出し、前記ピクセル座標実寸法換算手段に記憶したデータに基づいて該エッジ９位置のピクセル座標から実寸法を取得する測定対象物５寸法測定工程と、を含む工程からなることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の寸法計測装置１用のプログラムは、コンピュータに、測定対象物５の寸法を、レンズ１５を有する撮像手段による画像から測定させる装置用のプログラムであって、撮像される範囲を超える大きさの１枚のキャリブレーションプレート３０の、白部分７と黒部分８とのＸ軸又はＹ軸に平行な境界であるエッジ９位置が画像上において、Ｘ軸双方向からも又はＹ軸双方向からもそれぞれのピクセル座標が一致するように、シャッター速度、絞り、感度及びホワイトバランス調整等のカメラ要素設定、並びに、光量及び光線の向き等の照明要素設定を実施するエッジ位置設定手順と、前記撮像手段による画像上の前記キャリブレーションプレート３０の単位寸法ごとのエッジ９位置をピクセル座標で計測し、前記ピクセル座標ごとに実寸法に換算した換算データを記憶したピクセル座標実寸法換算手順と、基準となる測定対象物５の形状、大きさ及び角度をパターン認識し登録するパタ―ン登録手順と、前記基準となる測定対象物５の測定ポイント、長さ、角度、半径及び直径等の測定対象を特定する設計値情報を記憶する設計値情報記憶手順と、前記測定対象物を撮像する手順と、前記測定対象物を撮像した画像から前記パターン登録手段により登録されたパターン登録情報に基づいて前記測定対象物５の特定をするパターン認識手順と、特定された前記測定対象物５の測定指示情報により測定位置を取得し、前記エッジ設定手段により設定された設定に基づいて該測定位置に該当するエッジ９位置のピクセル座標を検出し、前記ピクセル座標実寸法換算手段に記憶したデータに基づいて該エッジ９位置のピクセル座標から実寸法を取得する測定対象物５寸法測定手順と、を含む手順を寸法計測装置１に実施させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１乃至３に記載のいずれの発明とも、撮像に使用されるレンズ１５の収差がありながら正確な寸法を測定することができ、複数の測定対象物５がそれぞれ異なる任意の方向で載置されていても測定したい部位の測定したい寸法を正確に一瞬に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る寸法計測装置の実施形態の一例を示した構成図である。
【図２】カメラ要素設定及び照明要素設定が正常なケースを示す画像である。
【図３】カメラ要素設定及び照明要素設定が不適切なケースを示す画像である。
【図４】正方形をます目状に配列した図である。
【図５】正方形をます目状に配列したものが画像に映った糸巻き型の図である。
【図６】正方形をます目状に配列したものが画像に映ったたる型の図である。
【図７】ステージ上に載置した同じ大きさの長方形状のものを撮像した画像である。
【図８】測定対象物の平面図である。
【図９】ステージ上に載置した測定対象物を撮像した画像である。
【図１０】本発明の寸法計測処理の例を説明するフローチャートである。
【図１１】本発明の寸法計測処理の例を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明に係る寸法計測装置１を図１示す。寸法計測装置１は、測定対象物５の寸法を、カメラ６を備えた撮像手段による画像から測定する装置であって、画像処理装置２、照明電源装置３、撮像装置４を含む構成からなる。画像処理装置２はモニタ１０、制御装置１１及びスイッチ（図なし）等から構成され、撮像された画像から寸法計測を行い、撮像装置４は測定対象物５を載置するステージ２０、該ステージ２０を下から照らす透過照明部２１、該ステージ２０のＸＹＺ各軸調整機能部２２及びレンズ１５付カメラ６を備えて測定対象物５を撮像し、照明電源装置３は前記透過照明部２１に接続し照明の明るさや照度に斑が生じないように制御する。
【００１４】
寸法計測装置１は、白部分７と黒部分８とのＸ軸又はＹ軸に平行な境界であるエッジ９位置が画像上において、Ｘ軸双方向からも又はＹ軸双方向からもそれぞれのピクセル座標が一致するように、シャッター速度、絞り、感度及びホワイトバランス調整等のカメラ要素設定、並びに、光量及び光線の向き等の照明要素設定を実施するエッジ位置設定手段と、画像上の前記キャリブレーションプレート３０の単位寸法ごとのエッジ９位置をピクセル座標で計測し、ピクセル座標ごとに実寸法に換算した換算データを記憶したピクセル座標実寸法換算手段と、基準となる測定対象物５の形状、大きさ及び角度をパターン認識し登録するパタ―ン登録手段と、基準となる測定対象物５の測定ポイント、長さ、角度、半径及び直径等の測定対象を特定する設計値情報を記憶する設計値情報記憶手段と、測定対象物５を撮像する手段と、画像からパターン登録情報に基づいて測定対象物５の特定をするパターン認識手段と、特定された測定対象物５の測定指示情報により測定位置を取得し、エッジ９位置設定に基づいて該測定位置に該当するエッジ９位置のピクセル座標を検出し、ピクセル座標実寸法換算データに基づいて該エッジ９位置のピクセル座標から実寸法を取得する測定対象物５寸法測定手段と、を含む手段を有する。
【００１５】
エッジ位置設定手段は、白色の背景の中で測定対象物５が黒色に撮像されることから、寸法を正確に測定するには白部分７と黒部分８との境界のエッジ９の位置を正確に測定できるようにすることが不可欠であり、この正確にエッジ９位置の測定を実現させる手段である。そのためには、まず、測定対象物５を載置するステージ２０の上に、例えば図２に示すような白部分７と黒部分８を有するキャリブレーションプレート３０をその白部分７と黒部分８との境界であるエッジ９の向きがＸ軸又はＹ軸に平行であるように載置する。
【００１６】
次に、カメラ６で撮像されたキャリブレーションプレート３０画像内において、同一の大きさが配列されている白部分７と黒部分８との大きさが、図３に示すように黒部分８が白部分７より小さく撮像されたり、黒部分８が白部分７より大きく撮像されないように、図２に示すように白部分７と黒部分８とが同一の大きさになるように、シャッター速度、絞り、感度及びホワイトバランス調整等のカメラ要素設定、並びに、画像範囲内において照明の明るさや照度に斑が生じないように光量及び光線の向き等の照明要素設定を行う。
【００１７】
次に、カメラ６で撮像されたキャリブレーションプレート３０画像内において、Ｘ軸方向で双方向からの２方向でそれぞれ１ピクセルずつ制御装置１１に記憶されているプログラムにしたがってずらしながらピクセル座標ごとの輝度を測定して同じ輝度差の範囲となる位置をＸ軸方向の暫定エッジ９位置とし、またＹ軸方向で双方向からの２方向でそれぞれ１ピクセルずつ制御装置１１に記憶されているプログラムにしたがってずらしながらピクセル座標ごとの輝度を測定し同じ輝度差の範囲となる位置をＹ軸方向の暫定エッジ９位置とし、該Ｘ軸方向の暫定エッジ９位置となる輝度差範囲と該Ｙ軸方向の暫定エッジ９位置となる輝度差範囲とから、Ｘ軸方向及びＹ軸方向で同一の輝度差しきい値を設定し、該輝度差しきい値が検出される位置を白部分７と黒部分８との境界のエッジ９位置と認識するように設定する。
【００１８】
得られたカメラ６要素設定及び照明要素設定により、測定対象物５が変わっても白部分７と黒部分８の輝度差は設定したときと同一の輝度差を有することとなるので、エッジ９位置の輝度差しきい値を設定することにより、測定対象物５が変わっても、測定対象物５のエッジ９位置を正確に確実に検知し、そのピクセル座標を検出することができる。
【００１９】
次に、ピクセル座標実寸法換算手段について説明する。まず、カメラ６で撮像される範囲を少なくとも覆う大きさの１枚のキャリブレーションプレート３０を撮像装置４のステージ２０上に載置する。該キャリブレーションプレート３０は、例えば図４に示すように、各辺の長さが１ｍｍの白部分７からなる正方形と各辺の長さが１ｍｍの黒部分８からなる正方形とがＸ軸方向及びＹ軸方向で交互にます目状に配列されている。該白部分７と黒部分８の境界であるエッジ９位置は１ｍｍごとに存在するので、エッジ９位置を測定すればＸ軸方向における１ｍｍごとのピクエル座標及びＹ軸方向における１ｍｍごとのピクセル座標を把握できる。
【００２０】
ところが、レンズ１５の収差によりカメラ６で撮像される画像が、図５（但しエッジ９位置のみ表現している。）に示すように「糸巻き型」になったり、図６（但しエッジ９位置のみ表現している。）に示すように「たる型」になったりして変形するのに対して、画像上のピクセル座標はＸ軸方向及びＹ軸方向とも常に一定である。よって、キャリブレーションプレート３０の正方形の各辺の長さが１ｍｍでありながら、画像上の四角形の各辺の長さを示すピクセル数が画像上の位置によって異なる。
【００２１】
例えば、図７はステージ２０上に同じ形状で同じ大きさを有する測定対象物５を載置して撮像した画像であるが、同一測定箇所を測定したところ、画像中央部に載置した物の寸法ａと画像端部に載置した物の寸法ｂとの寸法が、実物は同一寸法でありながら、画像上のピクセル数で測定すると寸法が異なる。
【００２２】
そこで、Ｘ軸方向における１ｍｍごとのピクセル座標と、該ピクセル座標間のピクセル数とから、ピクセル座標ごとにＸ軸方向の１ピクセルごとの実寸法を把握し記憶する。同じようにしてＹ軸方向のピクセル座標ごとに１ピクセルごとの実寸法を把握し記憶する。
【００２３】
パタ―ン登録手段は、例えば図８に示すような基準となる測定対象物５の形状、大きさ及び角度をパターン認識し登録する。
【００２４】
設計値情報記憶手段は、例えば図８に示すような基準となる測定対象物５の測定ポイント、長さ、角度、半径及び直径等の測定対象をあらかじめ登録して記憶させておきます。これにより、測定対象物５を測定するときに瞬時に測定ポイントに対して測定したい長さや角度等の測定値を測定することができます。例えば、図８における長さｃ及びｄを測定ポイントとして記憶します。
【００２５】
測定対象物５を撮像する手段は、あらかじめ設定されたシャッター速度、絞り、感度及びホワイトバランス調整等のカメラ６要素設定、並びに、光量及び光線の向き等の照明要素設定を行なった後に、カメラ６により、例えば図９に示すようにステージ２０に任意の向きに載置された測定対象物５を撮像します。
【００２６】
パターン認識手段は、ステージ２０上に載置された測定対象物５がいかなる向きに載置されていても、あらかじめ登録し記憶されているパターン登録情報に基づいて、任意の向きに載置されている測定対象物５がどの登録された形状を有する測定対象物５であるかを検索し認識します。
【００２７】
測定対象物寸法測定手段は、特定された測定対象物５の測定指示情報により画面上における測定位置を取得し、エッジ位置設定に基づいて画面上の測定位置に該当するエッジ９位置のピクセル座標を検出し、得たピクセル座標をもとにピクセル座標実寸法換算データに基づいて、長さや角度などを換算して算出し表示します。
【００２８】
したがって、予めカメラ要素設定値及び照明要素設定を実施し、ピクセル座標ごとの実寸法を把握し記憶させておき、測定する予定の物の形状や大きさ等のパターン及び測定する箇所を登録し記憶させた後に、図９に示すように、複数の測定対象物５をステージ２０上に載置し寸法計測装置１の測定スタート釦（図なし）を押すと瞬時に複数の測定対象物５の測定値がモニタ１０に表示される。例えば図８のような長さｃ、ｄを測定ポイントとして登録しておけば、図９のように向きがばらばらに置かれた測定対象物５であっても各測定対象物５の長さｃ、ｄを瞬時に測定しモニタ１０に表示します。
【００２９】
次に、図１０及び図１１のフローチャートを参照して寸法計測処理について説明する。まず、寸法計測装置１の設定ステップＳ１０１、次に基準となる測定対象物５の登録ステップＳ１０２、そして測定ステップＳ１０３の順に実施される。装置の設定ステップＳ１０１には、エッジ９位置を設定し登録するステップＳ１、次にピクセル座標ごとに実寸法を求め登録するステップＳ２が実施され、基準となる測定対象物５の登録ステップＳ１０２には、基準となる測定対象物の形状等のパターンを登録するステップＳ３、次に基準となる測定対象物の測定ポイント等の設計値情報を登録するステップＳ４が実施され、測定ステップＳ１０３には、撮像された測定対象物５の画像を記憶するステップＳ５、次に撮像画像と登録情報と比較してパターン認識をするステップＳ６、そして測定対象物５の画像上のピクセル座標から換算して実寸法を取得して該実寸法をモニタ１０に表示しかつ制御装置１１のコンピュータに記録するステップＳ７が実施される。
【００３０】
寸法計測装置１の設定ステップＳ１０１は、制御装置１１のプログラムに、画像から測定対象物５の実測値を測定するための、白部分７と黒部分８の境界のエッジ位置把握のプログラムと、ピクセル座標ごとの１ピクセル当りの実寸法換算のプログラムとを記憶させるステップである。
【００３１】
ステップＳ１は、エッジ位置設定ステップである。まず、測定対象物５を載置するステージ２０の上に、例えば図２に示すような白部分７と黒部分８を有するキャリブレーションプレート３０をその白部分７と黒部分８との境界であるエッジ９の向きがＸ軸又はＹ軸に平行であるように載置する。
【００３２】
次に、カメラ６で撮像されモニタ１０に表示されたキャリブレーションプレート３０画像内において、図２に示すように白部分７と黒部分８とが同一の大きさになるように、シャッター速度、絞り、感度及びホワイトバランス調整等のカメラ要素設定、並びに、画像範囲内において照明の明るさや照度に斑が生じないように光量及び光線の向き等の照明要素設定を行い、前記カメラ要素設定データ及び前記照明要素設定データを制御装置１１のプログラムに記憶させる。
【００３３】
次に、画像内において、Ｘ軸方向で双方向からの２方向でそれぞれ１ピクセルずつずらしながらピクセル座標ごとの輝度を測定して同じ輝度差の範囲となる位置をＸ軸方向の暫定エッジ９位置とし、またＹ軸方向で双方向からの２方向でそれぞれ１ピクセルずつずらしながらピクセル座標ごとの輝度を測定し同じ輝度差の範囲となる位置をＹ軸方向の暫定エッジ９位置とし、該Ｘ軸方向の暫定エッジ９位置となる輝度差範囲と該Ｙ軸方向の暫定エッジ９位置となる輝度差範囲とから、Ｘ軸方向及びＹ軸方向で同一の輝度差しきい値を設定し、該輝度差しきい値が検出される位置を白部分７と黒部分８との境界のエッジ９位置と認識するプログラムにしたがって、カメラ６で撮像されたキャリブレーションプレート３０画像内における白部分７と黒部分８との境界であるエッジ９位置の輝度差しきい値を記憶する。
【００３４】
ステップＳ２はピクセル座標ごとに実寸法を求め登録するステップである。レンズ１５の収差によりカメラ６で撮像される画像が糸巻き型やたる型になっても、ピクセル座標ごとに１ピクセルごとの実寸法を制御装置１１のプログラムに記憶させるステップである。
【００３５】
画像内のＸ軸方向における１ｍｍごとのピクセル座標をエッジ９位置の輝度差しきい値プログラムにしたがって検出し、１ｍｍごとのピクセル座標の差から１ｍｍ間隔を構成するピクセル数を算出し、ピクセル座標ごとに１ｍｍを該ピクセル数で割って、ピクセル座標ごとのＸ軸方向の１ピクセルごとの実寸法を算出し記憶するプログラムにしたがって、カメラ６で撮像される範囲を少なくとも覆う大きさの１枚のキャリブレーションプレート３０を使用してＸ軸方向のピクセル座標ごとに１ピクセルごとの実寸法を算出し制御装置１１のプログラムに記憶する。
【００３６】
Ｙ軸についてもＸ軸と同じようにして、Ｙ軸方向のピクセル座標ごとに１ピクセルごとの実寸法を算出し制御装置１１のプログラムに記憶する。
【００３７】
次に、基準となる測定対象物５の登録ステップＳ１０２は、制御装置１１のプログラムに、基準となる測定対象物５の形状等のパターンをあらかじめ登録しておくステップＳ３、そして基準となる測定対象物５の測定ポイントや長さ等の設計値情報をあらかじめ登録しておくステップＳ４である。
【００３８】
ステップＳ３は、基準となる測定対象物５の形状、大きさ及び角度をパターン認識するプログラムにしたがって、ステージ２０上に載置された基準となる測定対象物５をパターン認識して制御装置１１のプログラムに記憶する。
【００３９】
ステップＳ４は、該パターン認識プログラムで記憶した基準となる測定対象物５のパターンごとに、測定対象物５の測定ポイント、該測定ポイントにおける長さ、角度、半径及び直径等の設計値情報を記憶するプログラムにしたがって、測定対象物５のパターンごとに前記設計値情報を制御装置１１のプログラムに記憶する。
【００４０】
次に、測定ステップＳ１０３は、撮像装置４のステージ２０上に任意の位置や向きに載置した測定対象物５の測定を実施するステップであり、ステップＳ１〜ステップＳ４で記憶させたデータを含めて制御装置１１のプログラムにしたがって、撮像された測定対象物５の画像を記憶するステップＳ５、次に測定対象物５画像と登録情報と比較してパターン認識をするステップＳ６、そして測定対象物５画像上のピクセル座標から換算して実寸法を取得して該実寸法をモニタ１０に表示しかつ制御装置１１のコンピュータに記録するステップＳ７が実施されるステップである。
【００４１】
ステップＳ５は、ステップＳ１でプログラムに記憶されたカメラ要素設定データ及び前記照明要素設定データで撮像装置４の設定を自動設定するプログラムにしたがって該設定された撮像装置４を使って撮像された測定対象物５の画像を記憶する。
【００４２】
ステップＳ６は、撮像され記録された画像を対象に、ステップＳ１でプログラムに記憶させたエッジ９位置の輝度差しきい値で該画像のエッジ９位置を読み取り、読み取ったエッジ９位置から測定対象物５画像の形状や大きさを把握し、該把握した画像の形状や大きさとステップＳ３で記録させたパターンとが一致するパターンを検索して、測定対象物５のパターンを特定するプログラムにしたがって、撮像装置４のステージ２０上に位置や向きを任意に載置した測定対象物５のパターンを特定し記録する。
【００４３】
ステップＳ７は、ステップＳ４でプログラムに記録させた測定対象物５のパターンごとの測定対象物５の測定ポイント、該測定ポイントにおける長さ、角度、半径及び直径等の設計値情報と、ステップＳ１でプログラムに記憶させたエッジ９位置の輝度差しきい値とによって、該画像の測定ポイントの長さ、角度、半径及び直径等のエッジ９位置をピクセル座標で読み取り、ステップＳ２で記録させたピクセル座標ごとの１ピクセル当りの実寸法換算データにより、前記測定ポイントの長さ、角度、半径及び直径等の実寸値を算出しモニタ１０に表示するとともに制御装置１１のコンピュータに記録するプログラムにしたがって、撮像装置４のステージ２０上に載置した測定対象物５の測定ポイントの実寸値を算出しモニタ１０に表示するとともに制御装置１１のコンピュータに記録する。
【符号の説明】
【００４４】
１        寸法計測装置
２        画像処理装置
３        照明電源装置
４        撮像装置
５        測定対象物
６        カメラ
７        白部分
８        黒部分
９        エッジ
１０      モニタ
１１      制御装置
１５      レンズ
２０      ステージ
２１      透過照明部
２２      各軸調整機能部
３０      キャリブレーションプレート
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物の寸法を、レンズを有する撮像手段による画像から測定する装置であって、
撮像される範囲を超える大きさの１枚のキャリブレーションプレートの、白部分と黒部分とのＸ軸又はＹ軸に平行な境界であるエッジ位置が画像上において、Ｘ軸双方向からも又はＹ軸双方向からもそれぞれのピクセル座標が一致するように、シャッター速度、絞り、感度及びホワイトバランス調整等のカメラ要素設定、並びに、光量及び光線の向き等の照明要素設定を実施するエッジ位置設定手段と、
前記撮像手段による画像上の前記キャリブレーションプレートの単位寸法ごとのエッジ位置をピクセル座標で計測し、前記ピクセル座標ごとに実寸法に換算した換算データを記憶したピクセル座標実寸法換算手段と、
基準となる測定対象物の形状、大きさ及び角度をパターン認識し登録するパタ―ン登録手段と、
前記基準となる測定対象物の測定ポイント、長さ、角度、半径及び直径等の測定対象を特定する設計値情報を記憶する設計値情報記憶手段と、
前記測定対象物を撮像する手段と、
前記測定対象物を撮像した画像から前記パターン登録手段により登録されたパターン登録情報に基づいて前記測定対象物の特定をするパターン認識手段と、
特定された前記測定対象物の測定指示情報により測定位置を取得し、前記エッジ設定手段により設定された設定に基づいて該測定位置に該当するエッジ位置のピクセル座標を検出し、前記ピクセル座標実寸法換算手段に記憶したデータに基づいて該エッジ位置のピクセル座標から実寸法を取得する測定対象物寸法測定手段と、を含む手段からなることを特徴とする寸法計測装置。
【請求項２】
測定対象物の寸法を、レンズを有する撮像手段による画像から測定する方法であって、
撮像される範囲を超える大きさの１枚のキャリブレーションプレートの、白部分と黒部分とのＸ軸又はＹ軸に平行な境界であるエッジ位置が画像上において、Ｘ軸双方向からも又はＹ軸双方向からもそれぞれのピクセル座標が一致するように、シャッター速度、絞り、感度及びホワイトバランス調整等のカメラ要素設定、並びに、光量及び光線の向き等の照明要素設定を実施するエッジ位置設定工程と、
前記撮像手段による画像上の前記キャリブレーションプレートの単位寸法ごとのエッジ位置をピクセル座標で計測し、前記ピクセル座標ごとに実寸法に換算した換算データを記憶したピクセル座標実寸法換算工程と、
基準となる測定対象物の形状、大きさ及び角度をパターン認識し登録するパタ―ン登録工程と、
前記基準となる測定対象物の測定ポイント、長さ、角度、半径及び直径等の測定対象を特定する設計値情報を記憶する設計値情報記憶工程と、
前記測定対象物を撮像する工程と、
前記測定対象物を撮像した画像から前記パターン登録手段により登録されたパターン登録情報に基づいて前記測定対象物の特定をするパターン認識工程と、
特定された前記測定対象物の測定指示情報により測定位置を取得し、前記エッジ設定手段により設定された設定に基づいて該測定位置に該当するエッジ位置のピクセル座標を検出し、前記ピクセル座標実寸法換算手段に記憶したデータに基づいて該エッジ位置のピクセル座標から実寸法を取得する測定対象物寸法測定工程と、を含む工程からなることを特徴とする寸法計測方法。
【請求項３】
コンピュータに、測定対象物の寸法を、レンズを有する撮像手段による画像から測定させる装置用のプログラムであって、
撮像される範囲を超える大きさの１枚のキャリブレーションプレートの、白部分と黒部分とのＸ軸又はＹ軸に平行な境界であるエッジ位置が画像上において、Ｘ軸双方向からも又はＹ軸双方向からもそれぞれのピクセル座標が一致するように、シャッター速度、絞り、感度及びホワイトバランス調整等のカメラ要素設定、並びに、光量及び光線の向き等の照明要素設定を実施するエッジ位置設定手順と、
前記撮像手段による画像上の前記キャリブレーションプレートの単位寸法ごとのエッジ位置をピクセル座標で計測し、前記ピクセル座標ごとに実寸法に換算した換算データを記憶したピクセル座標実寸法換算手順と、
基準となる測定対象物の形状、大きさ及び角度をパターン認識し登録するパタ―ン登録手順と、
前記基準となる測定対象物の測定ポイント、長さ、角度、半径及び直径等の測定対象を特定する設計値情報を記憶する設計値情報記憶手順と、
前記測定対象物を撮像する手順と、
前記測定対象物を撮像した画像から前記パターン登録手段により登録されたパターン登録情報に基づいて前記測定対象物の特定をするパターン認識手順と、
特定された前記測定対象物の測定指示情報により測定位置を取得し、前記エッジ設定手段により設定された設定に基づいて該測定位置に該当するエッジ位置のピクセル座標を検出し、前記ピクセル座標実寸法換算手段に記憶したデータに基づいて該エッジ位置のピクセル座標から実寸法を取得する測定対象物寸法測定手順と、を含む手順を寸法計測装置に実施させることを特徴とするコンピュータプログラム。