(57)【要約】      （修正有）【課題】加工物等の全体撮像画像を合焦状態で表示して寸法形状測定および検査を行う。【解決手段】被検査物５を載置するステージ６と、被検査物を撮像する投影レンズ４および撮像素子３からなる撮像系と、ステージ６のＺ軸方向位置を検出するステージＺ軸位置センサ１１と、被検査物の画像等を表示するモニタ１６と、ステージの上下移動を指示し被検査物の画像を処理してモニタ１６に表示するコンピュータ本体１５より立体形状検査機が構成される。コンピュータ本体１５は被検査物５の形状データと投影レンズ４の焦点深度に基づいて被検査物の平面視画像を焦点深度に対応した複数画像に分割し、各画像を合焦させるステージ６の上下相対移動位置を撮像位置として求め、ステージを順次撮像位置に移動し、各撮像位置で撮像系により被検査物を撮像し、撮像された複数の像から合焦部分をそれぞれ抽出して合成し、全体が合焦状態となる像を作成してモニタに表示する。【選択図】図１
2006313086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め定められた形状データに基づいて作られた被検査物を載置する載置台と、
前記載置台の上方に上下に対向して設けられ、前記載置台に載置された被検査物の像を結像させる投影レンズおよび前記投影レンズにより結像された像を撮像する撮像素子とから構成される撮像系と、
前記撮像系に対して前記載置台を上下方向に相対移動させる移動機構と、
前記載置台の上下相対移動位置を検出する上下位置センサと、
前記撮像系により撮像された被検査物の画像等を表示するための表示装置と、
前記上下位置センサによる検出信号に基づいて前記移動機構の作動を指示し、前記撮像系により撮像された前記被検査物の画像を処理して前記表示装置に表示させる制御を行う制御系とを備えて構成され、
前記制御系が、
前記載置台に載置された被検査物の形状データと前記投影レンズの焦点深度に基づいて、前記被検査物の平面視画像を前記焦点深度に対応させて複数の画像に分割し、前記複数の画像のそれぞれを合焦させて撮像するに必要な前記載置台の複数の上下相対移動位置を撮像位置として求める撮像位置設定機能部と、
前記載置台を前記複数の撮像位置のそれぞれに位置させるように前記移動機構の作動を指示し、前記複数の撮像位置のそれぞれにおいて前記撮像系により前記載置台に載置された被検査物の像を撮像させる撮像指示機能部と、
前記撮像系により前記複数の撮像位置において撮像された像から合焦部分をそれぞれ抽出して合成し、全体が合焦状態となる鮮明な像を作成して前記表示装置に表示させる画像抽出合成機能部とを有することを特徴とする立体形状検査機。
【請求項２】
前記移動機構がマニュアル操作により作動されるように構成されており、
前記撮像指示機能部が、前記載置台を前記撮像位置に相対移動させるためのマニュアル操作方向を指示する機能と、前記撮像位置に位置したことを表示する機能とを有することを特徴とする請求項１に記載の立体形状検査機。
【請求項３】
前記移動機構が前記撮像指示機能部からの指示に応じて作動制御されて前記載置台が前記複数の撮影位置のそれぞれに順次相対移動されるとともに前記撮像指示機能部からの指示に応じて前記載置台に載置された被検査物の像を前記撮像系により各撮像位置において撮像させるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の立体形状検査機。
【請求項４】
前記移動機構が前記撮像系に対して前記載置台を前後左右方向に相対移動させることも可能に構成され、
前記撮像系の撮像視野を外れたところに位置する前記被検査物の形状を前記移動機構により前記載置台を前後左右方向に移動させて撮像可能に構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の立体形状検査機。
【請求項５】
前記制御系が、
前記載置台に載置された被検査物の形状データを読み込んで前記載置台に載置された前記被検査物を前記撮像系から見たときの形状図を前記表示装置に表示させる形状表示機能部と、
前記形状表示機能部により前記表示装置に表示された形状図において外部指示により測定箇所を規定する測定箇所設定機能部と、
前記画像抽出合成機能部により前記表示装置に表示された前記被検査物の像に、前記測定箇所設定機能部により設定された測定箇所の測定結果を表示する測定結果表示機能部とを備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の立体形状検査機。
【請求項６】
前記制御系が、
前記載置台に載置された被検査物の形状データを読み込んで前記載置台に載置された前記被検査物を前記撮像系から見たときの外形チャートを求めるチャート算出機能部と、
前記画像抽出合成機能部により前記表示装置に表示された前記被検査物の像に、前記チャート算出機能部により求められた前記外形チャートを重ねて表示するチャート表示機能部とを備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の立体形状検査機。
【請求項７】
前記チャート算出機能部が、前記形状データに基づいて前記被検査物を作るときの許容範囲を有した外形チャートを求めるようになっていることを特徴とする請求項６に記載の立体形状検査機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体形状（特に大きな高さ寸法）を有した被検査物の平面視形状を測定検査する立体形状検査機に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な加工物の加工成形後の形状および寸法が許容範囲内にあるか否かの検査が求められることが多く、このような検査を行う装置として、載置台（ステージ）上に載置した加工物を上方からカメラにより撮像し、この撮像画像から被検査物の形状、寸法を測定し、検査する立体形状検査機が知られている（例えば、特許文献１参照）。但し、カメラによる撮影に際しては焦点深度に限界があるため、載置台に載置した加工物が平面的な形状を有して上面全域が焦点深度内に入れるものであれば被検査物の全面を明瞭に撮影することができるが、大きな高さ寸法を有して焦点深度内に収まらない加工物（機械加工部品、プラスチック成型品、金型等のような三次元寸法の大きな立体形状を有した加工物）を対象とするときには焦点深度を外れる部分の画像がぼやけて不鮮明となりこのままでは被検査物（加工物）の形状、寸法の測定検査が難しい。
【０００３】
このため、従来の立体形状検査機により機械加工部品、プラスチック成型品、金型等のような三次元寸法の大きな立体形状を有した加工物の形状寸法を検査するときには、まず載置台に載置した被検査物（加工物）の測定基準となる部分にピントを合わせて基準点を設定するとともにその水平方向（前後左右方向）位置を測定し、次に、被検査物の測定すべき部分にピントを合わせて測定点を設定するとともにこの測定点の水平方向位置を測定し、このように測定された基準点および測定点の水平方向位置データから基準点から測定点までの水平方向寸法を算出するといった手法が採られていた。また、加工物の形状データ（ＣＡＤデータ）から載置台に載置された加工物を上方から（カメラ側から）見たときの外形チャートを求め、カメラにより実際に撮像された加工物の画像にこの外形チャートを重ねて表示して加工物の形状のずれを検査するというチャート測定においても、ピントの合う部分毎に外形チャートと比較して検査が行われていた。
【０００４】
【特許文献１】特開平０８−１８５４２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の説明から分かるように、従来の立体形状検査機による加工物の測定検査では、高さ寸法の大きな立体形状を有した加工物等の測定検査を行うときには、ピントが合う部分毎に分けて測定をしながら寸法を算出して検査するという作業が必要であり、測定作業が複雑で且つ時間がかかるという問題があった。また、ピントが合う部分が限られるため、測定箇所全てを同時に撮像表示することができず、測定漏れのおそれもあるという問題もあった。
【０００６】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、高さ寸法の大きな立体形状を有した加工物等の全体撮像画像を合焦状態で鮮明に表示することができ、これらの寸法形状測定および検査を容易且つ正確に行うことができるような構成の立体形状検査機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】
【０００７】
このような目的達成のため、本発明に係る立体形状検査機は、予め定められた形状データに基づいて作られた被検査物を載置する載置台と、この載置台の上方に上下に対向して設けられ、載置台に載置された被検査物の像を結像させる投影レンズおよびこの投影レンズにより結像された像を撮像する撮像素子とから構成される撮像系と、この撮像系に対して載置台を上下方向に相対移動させる移動機構と、この載置台の上下相対移動位置を検出する上下位置センサと、撮像系により撮像された被検査物の画像等を表示するための表示装置と、上下位置センサによる検出信号に基づいて移動機構の作動を指示し、撮像系により撮像された被検査物の画像を処理して表示装置に表示させる制御を行う制御系とを備えて構成される。さらに、制御系が、載置台に載置された被検査物の形状データと投影レンズの焦点深度に基づいて、被検査物の平面視画像を焦点深度に対応させて複数の画像に分割し、これら複数の画像のそれぞれを合焦させて撮像するに必要な載置台の複数の上下相対移動位置を撮像位置として求める撮像位置設定機能部と、載置台を上記複数の撮像位置のそれぞれに位置させるように移動機構の作動を指示し、上記複数の撮像位置のそれぞれにおいて撮像系により載置台に載置された被検査物の像を撮像させる撮像指示機能部と、撮像系により上記複数の撮像位置において撮像された像から合焦部分をそれぞれ抽出して合成し、全体が合焦状態となる鮮明な像を作成して表示装置に表示させる画像抽出合成機能部とを有する。
【０００８】
なお、移動機構がマニュアル操作により作動されるように構成されており、撮像指示機能部が、載置台を撮像位置に相対移動させるためのマニュアル操作方向を指示する機能と、撮像位置に位置したことを表示する機能とを有するように構成しても良い。
【０００９】
また、移動機構が撮像指示機能部からの指示に応じて作動制御されて載置台が上記複数の撮影位置のそれぞれに順次相対移動されるとともに撮像指示機能部からの指示に応じて載置台に載置された被検査物の像を撮像系により各撮像位置において撮像させるように構成されていても良い。
【００１０】
一方、移動機構が撮像系に対して載置台を前後左右方向に相対移動させることも可能に構成され、撮像系の撮像視野を外れたところに位置する被検査物の形状を移動機構により載置台を前後左右方向に移動させて撮像可能に構成されているのが好ましい。
【００１１】
さらに、制御系が、載置台に載置された被検査物の形状データを読み込んで載置台に載置された被検査物を撮像系から見たときの形状図を表示装置に表示させる形状表示機能部と、形状表示機能部により表示装置に表示された形状図において外部指示により測定箇所を規定する測定箇所設定機能部と、画像抽出合成機能部により表示装置に表示された被検査物の像に、測定箇所設定機能部により設定された測定箇所の測定結果を表示する測定結果表示機能部とを備える構成でも良い。
【００１２】
制御系が、載置台に載置された被検査物の形状データを読み込んで載置台に載置された被検査物を撮像系から見たときの外形チャートを求めるチャート算出機能部と、画像抽出合成機能部により表示装置に表示された被検査物の像に、チャート算出機能部により求められた外形チャートを重ねて表示するチャート表示機能部とを備えても良い。この場合、チャート算出機能部が、形状データに基づいて被検査物を作るときの許容範囲を有した外形チャートを求めるようになっているのが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る立体形状検査機によれば、被検査物の形状データと投影レンズの焦点深度に基づいて分割された画像毎に合焦する撮像位置に載置台が相対移動されて被検査物が撮像され、各撮像位置において撮像された像の合焦部分を抽出して全体が合焦状態となる鮮明な像を作成して表示させるので、高さ寸法の大きな被検査物であっても、あたかも製図図面の平面図を見るような鮮明な全体画像を容易に得ることができ、その形状および寸法を簡単且つ正確に測定検査することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。図１に本発明に係る立体形状検査機の全体構成例を示しており、その検査機は投影撮像ユニットＰＵとコンピュータユニットＣＵとを備えて構成され、両ユニットＰＵ，ＣＵはカメラ用ＵＳＢケーブル１３および位置センサ用ＵＳＢケーブル１４を介して接続されている。
【００１５】
投影撮像ユニットＰＵは、投影機本体１に対して前後左右方向（水平方向すなわちＸ−Ｙ方向）および上下方向（垂直方向すなわちＺ方向）に移動可能なステージ６を備えて構成され、被検査物５がステージ６上に載置されるようになっている。ステージ６上に載置された被検査物５は透過照明ランプ７により下方から透過照明したり、落射照明ランプ８によりハーフミラー９を介して落射照明したりできる。ステージ６の上方に位置して投影レンズ４、ハーフミラー９およびＴＶカメラ２が図示のように投影機本体１に配置されており、被検査物５に反射もしくは透過した照明光は投影レンズ４およびハーフミラー９を通ってＴＶカメラ２の撮像素子３に被検査物５の観察像として結像する。なお、投影レンズ４は交換可能であり、例えば、これを倍率の異なる投影レンズ２２と交換して撮像素子３に結像する画像の大きさを変えることができる。
【００１６】
このようにしてＴＶカメラ２の撮像素子３により撮像した画像はデジタル処理され、デジタル画像データとしてカメラ用ＵＳＢケーブル１３を介してコンピュータユニットＣＵのコンピュータ本体１５に取り込まれる。なお、ＴＶカメラ２の出力画像は準動画および静止画の二種類の画像があり、コンピュータ本体１５からの指令により切り換え可能である。
【００１７】
ステージ６はステージＸ軸駆動つまみ２３およびステージＹ軸駆動つまみ２４をマニュアル操作してステージ６を前後左右（Ｘ軸方向およびＹ軸方向、すなわち水平方向）に移動させることが可能である。さらに、ステージＺ軸駆動つまみ１０をマニュアル操作すれば、ステージＺ軸駆動部１２によりステージ６を上下方向（Ｚ軸方向、すなわち垂直方向）に移動させることができる。ステージ６のＺ軸方向位置はステージＺ軸駆動部１２の移動軸上に設置したステージＺ軸位置センサ１１により検出され、この検出データは位置センサ用ＵＳＢケーブル１４を介してコンピュータ本体１５に取り込まれる。
【００１８】
コンピュータユニットＣＵは、上記コンピュータ本体１５に、表示用モニタ１６、マウス１７、キーボード１８が繋がれて構成されており、ネットワーク１９を介してＣＡＤデータ（形状データ）を記憶したＣＡＤデータメモリ２０に繋がっている。また、ＣＡＤデータ（形状データ）を記憶したメディア２１を接続可能である。
【００１９】
以上のように構成された立体形状検査機を用いてステージ６上に載置した被検査物５の形状測定検査を行う方法を以下に説明する。この検査に際しては、まず、図２に示すフローに従って被検査物５の測定情報の入力を行うが、これを図３に示す測定情報登録画面Ａ（ＣＡＤデータ取り込みおよび測定情報登録）および図４に示す測定情報登録画面Ｂ（登録済み測定情報表示）を参照して説明する。なお、図３および図４は表示用モニタ１６の画面表示内容を示している。
【００２０】
まず、コンピュータ本体１５に記憶されている測定情報登録用アプリケーションを起動する（ステップ１０１）。これにより図３に示す測定情報登録画面Ａが表示用モニタ１６に画面表示１５０ａとして表示される。この表示画面１５０ａのＣＡＤデータ読み込みボタン１５２をマウス１７を用いてクリックするとネットワーク１９を介してＣＡＤデータメモリ２０（もしくはコンピュータ本体１５に接続されたメディア２１）からＣＡＤデータがコンピュータ本体１５に取り込まれ、本システムで使用可能なデータ形式に変換保存される。このように取り込まれたＣＡＤデータはＣＡＤ図ツリー表示部１５８に表示され、ＣＡＤ図用プルダウンメニュー１５９によりプルダウン表示可能となっているので、被検査物のＣＡＤデータをＣＡＤ図ツリー表示部１５８およびＣＡＤ図用プルダウンメニュー１５９を用いて選出すると、図３に示すように、メイン画面１５１に選出したＣＡＤ図１６８が表示される（ステップ１０２）。
【００２１】
このようにメイン画面１５１に表示されたＣＡＤ図１６８に対し、測定基準点となる部分（この例では部分１６１）をマウス１７を用いてクリックすると、基準点１６２を示す表示がＣＡＤ図１６８上に付加される（ステップ１０３）。本例では、ＣＡＤ図１６８における左上の平面図に矢印で示されている基準点１６２からの寸法１６３，１６４，１６５が測定箇所であり、これらが測定箇所であることを登録するため、まずこれら測定箇所１６３，１６４，１６５をマウス１７によりクリックし、測定箇所ボタン１５４をクリックする。この結果、選択した測定箇所１６３，１６４，１６５の表示色が変わってこれらが指定されたことを示す（ステップ１０４）。
【００２２】
次に登録ボタン１５５をマウス１７によりクリックすると、基準点１６２、測定箇所１６３〜１６５、これらの高さ寸法情報１６６，１６７、装着されている投影レンズ４の倍率（これにより焦点深度が決まる）に基づいて、測定点、取り込み画像数、移動方向、移動量、停止精度、取り込む順番が設定され、且つ、図４に示す測定情報登録画面Ｂのメイン画面１５１に表示する測定情報図１９０が設定される（ステップ１０５）。
【００２３】
ここで、測定点とは測定箇所１６３，１６４，１６５を測定するための基準となる点（図４に示す点１６２，１８４，１８５，１８６）である。取り込み画像数とは、投影レンズ４の焦点深度範囲内でカバーできる範囲内の画像部分を一つの画像として、全ての画像を取り込むに必要な画像数、すなわち、被検査物５をＴＶカメラ２により撮像するときの観察画像を投影レンズ４の焦点深度に対応させて複数の画像に分割したときの分割画像数である。移動方向とは、各取り込み画像毎に合焦させて撮像する必要があるため、各合焦位置へステージ６をＺ軸方向に移動させるときの移動方向（すなわち、上方向もしくは下方向）であり、移動量とは合焦する位置までこの移動方向に移動させるに必要なＺ軸方向移動量である。停止精度とは投影レンズ４の倍率（焦点深度）に応じて所望の合焦状態を得るために必要な位置決め精度であり、取り込む順番とは、上記のように分割された画像を撮像してデータを取り込む順番である。
【００２４】
この結果、図３に示すＣＡＤ図１６８に対して、図４に示すように、測定点１８４，１８５，１８６の表示が追加され、画像取り込み位置（図４の左下図に示す基準面１８７、Ａ面１８８、Ｂ面１８９）情報が追加され、さらに測定に関係しない寸法線等が削除された測定情報図１９０が作成され、そのデータはＣＡＤ図番号に追番を付けたファイル名で保存される（ステップ１０６）。この保存が完了後、この測定情報図１９０を有した測定情報登録画面Ｂが図４に示すように表示用モニタ１６の画面表示１５０ｂとして置き換え表示される。このように測定情報登録画面Ｂが表示された画面表示１５０ｂには、ＣＡＤ図１６８に代えて測定情報図１９０が表示され、情報枠１６０には、測定情報用ツリー表示部１８０、測定情報用プルダウンメニュー１８１が設けられて、図２のフローに従って登録された各登録値が図示のように表示される。
【００２５】
なお、登録済みの測定情報を確認するには、測定情報登録用アプリケーションを起動して図３の測定情報登録画面Ａを表示させた後、情報枠１６０にある測定情報ボタン１５７をマウス１７でクリックし、測定情報登録画面Ｂに切り換える。そして、情報枠１６０の測定情報用ツリー表示部１８０および測定情報用プルダウンメニュー１８１で所望の測定情報ファイル名をマウス１７でクリックする。測定箇所を変更したり付加したりする場合には、メイン画面１５１上の測定情報図１９０に対し、測定する箇所もしくは付加する箇所をマウス１７でクリックし、測定箇所ボタン１５４をクリックした後、登録ボタン１５５をクリックする。測定情報登録画面Ｂ（画面表示１５０ｂ）から測定情報登録画面Ａ（画面表示１５０ａ）に戻すには、情報枠１６０にあるＣＡＤボタン１５６をマウス１７でクリックする。
【００２６】
以上のようにして測定情報登録作業が完了すると、次に、図５に示すフローに従って被検査物の測定が行われる。この測定内容を図６〜図８を参照しつつ説明する。
【００２７】
この測定を行うにはまず、コンピュータ本体１５の測定アプリケーションを起動する（ステップ２０１）。これにより、表示用モニタ１６の画面上に、図６に示す測定画面２５０が表示されるので、測定用情報枠２５４にある測定情報用ツリー表示部１８０およびプルダウンメニュー１８１により測定対象の情報が記憶された測定情報ファイル名をマウス１７でクリックし、測定情報を読み出す。このようにして測定情報を読み出すと、測定用情報枠２５４の画像取り込み面数枠２５５に取り込み画面数を示す数字が表示される（ステップ２０２）。
【００２８】
そして、被検査物５の大きさおよび取り込む画像範囲に合った投影レンズ（例えば投影レンズ４）を選定してこれを投影機本体１に取り付ける。そして、このように取り付けた投影レンズ４の倍率を、投影レンズ倍率設定プルダウンメニュー２５３でマウス１７により設定する（ステップ２０３）。すると、コンピュータ本体１５において、投影レンズ４の倍率データ（焦点深度データ）に基づいて測定情報が補正される（ステップ２０４）。これは、前述の測定情報登録（図２のフローに従った登録）において投影レンズ倍率は予め定められた初期値（デフォルト値）が用いられて取り込み画像数が設定されているため、実際に装着された投影レンズ倍率がこの初期値と相違する場合、実際の投影レンズの焦点深度に応じて取り込み画像数等を補正するものである。
【００２９】
次に、コンピュータ本体１５がＴＶカメラ２に準動画像を撮影して送信する命令を出し、この命令に応じてＴＶカメラ２から送られてくる準動画像を測定メイン画面２５１上に表示させる（ステップ２０５）。そして、被検査物５をステージ６の上に載置し、操作者が測定メイン画面２５１を見ながらステージＺ軸駆動つまみ１０をマニュアル操作して基準面１８７（図４参照）にピントを合わせる。さらに、ステージＸ軸駆動つまみ２３、ステージＹ軸駆動つまみ２４をマニュアル操作して取り込み画像の基準点２６７が、ほぼ画面中央に位置するように設定する（ステップ２０６）。
【００３０】
そして、測定画面２５０の右下にある測定開始ボタン２５７をマウス１７でクリックする（ステップ２０７）。これによりコンピュータ本体１５はＴＶカメラ２に対して静止画像の撮像および撮像した画像を転送する命令を出し、基準面１８７にピントが合った画像（図８に示す基準面画像２８１）を読み込むとともにこの基準面画像２８１からピントの甘い部分（図８の基準面画像２８１のうちの影を付けた部分）を削除する画像処理を行って図８に示す基準面画像処理後画像２８４を得る（ステップ２０８）。
【００３１】
これにより、基準面１８７にピントが合う（合焦する）とともに投影レンズ４の焦点深度範囲内にある画像（基準面画像処理後画像２８４）が得られるので、コンピュータ本体１５は次に、ステップ２０４で補正された測定情報に沿って、次の取り込み画面への移動方向を指示する。この例では、次の取り込み画面は図４に示すＡ面１８８であるので、測定画面２５０の右上のステージ移動情報枠２５２に図７に示す「ステージＤＯＷＮ」２６３という表示がなされる。このとき、コンピュータ本体１５からＴＶカメラ２に再び準動画像を送る命令を出し、ＴＶカメラ２からの準動画像を測定メイン画面２５１上に表示する。
【００３２】
測定者がこの「ステージＤＯＷＮ」２６３という表示に従ってステージ６を下げる方向にステージＺ軸駆動つまみ１０を回すと、これに応じてステージ６は垂直下方に移動される。このときコンピュータ本体１５はステージＺ軸位置センサ１１からの位置データを監視して、次の取り込み画面にピントが合う位置に達したとき、ステージ移動情報枠２５２に「ステージ停止」２６１という表示を出す（ステップ２０９）。コンピュータ本体１５は、ステージ移動情報枠２５２に「ステージ停止」２６１という表示を出した後、ステージ６が所定の高さ範囲（Ａ面１８８にピントが合う（合焦する）範囲）内に停止したか否かをステージＺ軸位置センサ１１の位置データを見て確認する。所定の高さ範囲内を外れているときには、この範囲内にステージ６を移動させるようにステージ移動情報枠２５２の移動方向指示を変更して操作者に再度のステージＺ軸駆動つまみ１０の操作を行わせ、所定範囲内に停止するまでこれを繰り返す。
【００３３】
所定高さ範囲にステージ６が位置したとき、すなわち、Ａ面１８８にピントが合う位置に到達したときに、コンピュータ本体１５はＴＶカメラ２に対して静止画像の撮像および撮像した画像を転送する命令を出し、Ａ面１８８の画像（図８に示すＡ面画像２８２）を読み込むとともにこのＡ面画像２８２からピントの甘い部分（図８のＡ面画像２８２のうちの影を付けた部分）を削除する画像処理を行って図８に示すＡ面画像処理後画像２８５を得る（ステップ２１０）。
【００３４】
この後、コンピュータ本体１５は、基準面画像処理後画像２８４およびＡ面画像処理後画像２８５を合成し、測定箇所１６３に対しての寸法測定を行う。そして、その測定結果を測定結果表示部２５６に記載する（ステップ２１１）。
【００３５】
次に、ステップ２１２に進み、取り込んだ画像数が測定情報値（補正後の）に達しているかを判断する。本例ではまだ測定情報値に達しておらずＢ面１８９が残っているため、再度ステップ２０９に戻り、Ａ面の場合と同様にしてステップ２１０およびステップ２１１の処理を行う。すなわち、Ｂ面１８９にピントが合う位置までステージ６を移動させた後、Ｂ面１８９の画像（Ｂ面画像２８３）を取り込み、ピントの甘い部分を削除してＢ面画像処理後画像２８６を得る。そして、コンピュータ本体１５は、基準面画像処理後画像２８４およびＢ面画像処理後画像２８６を合成し、測定箇所１６４、１６５に対しての寸法測定を行い、その測定結果を測定結果表示部２５６に記載する（ステップ２１１）。
【００３６】
このようにして全画面の撮像および取り込みを完了すると、ステップ２１２からステップ２１３に進み、各面（基準面１８７、Ａ面１８８およびＢ面１８９）で画像処理を施した画像（基準面画像処理後画像２８４、Ａ面画像処理後画像２８５およびＢ面画像処理後画像２８６）を１画像に合成して合成画像２８７を作成する（ステップ２１３）。さらに、各面で寸法測定したデータをもとに、寸法表示画像２８８を作成する（ステップ２１３）。そして、測定メイン画面２５１上に合成画像２８７と寸法表示画像２８８とを異なるレイヤ上に位置させた状態で重ねて表示する（ステップ２１４）。
【００３７】
このようにして測定した結果を保存する場合は、測定画面２５０の右下にある保存ボタン２５８をマウス１７でクリックする。この操作により合成画像２８７と寸法表示画像２８８を統合して保存用測定画像２８９を作成する。作成した保存用画像２８９と測定データ（測定寸法２６４，２６５，２６６）を各々関連した指定ファイル名で保存する（ステップ２１５）。
【００３８】
以上の説明から分かるように、本実施形態に係る立体形状検査機を用いれば、測定作業を行う作業者は、測定情報登録用アプリケーションを起動して図２に示すフローに従って測定情報の登録作業を行った後、測定アプリケーションを起動し、投影レンズの交換および交換データ入力作業と、ステージＺ軸駆動つまみ１０をマニュアル操作して基準面１８７にピントを合わせる作業と、ステージＸ軸駆動つまみ２３およびステージＹ軸駆動つまみ２４をマニュアル操作して基準点２６７をほぼ画面中央に位置させる作業とを行えば、後は測定開始ボタン２５７をクリックするだけで測定が開始される。この測定においても、作業者は、ステージ移動情報枠２５２の表示に基づいてステージＺ軸駆動つまみ１０をマニュアル操作するだけでよく、後はコンピュータ本体１５により全て自動的に測定が行われる。
【００３９】
すなわち、高さが異なる測定面を有する被検査物を測定する場合、モニタに表示される指示に従って一通り画像を取り込めば、全ての測定箇所を無駄なく測定できるため、測定作業が簡単で測定時間を短縮でき、測定漏れをなくすこともできる。また、測定箇所全てにピントが合った画像と寸法画像が合成したものを保存できるため、測定後、取り込んだ画像を合成する等の作業が不要となる。
【００４０】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。この第２実施形態においても図１に示す立体形状検査機を用いるため、その構成説明は省略し、この立体形状検査機を用いてステージ６上に載置した被検査物５の形状測定検査を行う方法を以下に説明する。なお、この実施形態では、被検査物の形状データ（ＣＡＤデータ）を用いて被検査物５を投影レンズ４を通して見たときの外形チャートを求め、この外形チャートを測定画像と重ねて表示して両者のずれから被検査物の平面視形状の検査を行う、いわゆるチャート測定と称される検査を行う場合を示している。
【００４１】
この検査に際しては、まず、図９に示すフローに従って被検査物５の測定情報（チャート情報）の入力を行うが、これを図１０に示す測定情報（チャート）登録画面Ｃ（ＣＡＤデータ取り込みおよび測定情報登録）および図１１に示す測定情報（チャート）登録画面Ｄ（登録済み測定情報表示）を参照して説明する。
【００４２】
まず、コンピュータ本体１５に記憶されているチャート測定情報登録用アプリケーションを起動する（ステップ３０１）。これにより図１０に示す測定情報（チャート）登録画面Ｃが表示用モニタ１６に画面表示３５０ａとして表示される。この表示画面３５０ａのＣＡＤデータ読み込みボタン３５３をマウス１７を用いてクリックするとネットワーク１９を介してＣＡＤデータメモリ２０（もしくはコンピュータ本体１５に接続されたメディア２１）からＣＡＤデータがコンピュータ本体１５に取り込まれ、本システムで使用可能なデータ形式に変換保存される。このように取り込まれたＣＡＤデータはＣＡＤ図ツリー表示部３５９に表示され、ＣＡＤ図用プルダウンメニュー３６０によりプルダウン表示可能となっているので、被検査物のＣＡＤデータをＣＡＤ図ツリー表示部３５９およびＣＡＤ図用プルダウンメニュー３６０を用いて選出すると、図１０に示すように、メイン画面３５１に選出したＣＡＤ図３７０が表示される（ステップ３０２）。
【００４３】
このようにメイン画面３５１に表示されたＣＡＤ図３７０に対し、測定基準点となる部分（この例では部分３６３）およびチャートの基準補助線３６２をマウス１７を用いてクリックし、次に基準点ボタン３５４をクリックする。これにより、基準点３６１および基準補助線３６２を示す表示がＣＡＤ図３７０上に付加される（ステップ３０３）。さらに、測定箇所（輪郭線）３６３〜３６７をマウス１７でクリックし、測定箇所ボタン３５５をクリックすると選択した部分は色が変わる（ステップ３０４）。
【００４４】
次に登録ボタン３５６をマウス１７によりクリックすると、基準点３６１、基準補助線３６２、測定箇所３６３〜３６７、これらの高さ寸法情報３６８，３６９、装着されている投影レンズ４の倍率（これにより焦点深度が決まる）に基づいて、寸法公差、測定点、指定加工許容値を下に、以下の測定情報を作成する（ステップ３０５）。
【００４５】
・  まず、取り込み画像数、移動方向、移動量、停止精度、取り込む順番を算出し、
・  次に、図１１に示す測定情報（チャート）登録画面Ｄのメイン画面３５１に表示する測定情報図３８６（ＣＡＤ図３７０に対し、画面取り込み画面（基準面３８３、Ａ面３８４、Ｂ面３８５）を追加、また測定に関係しない寸法性は削除）を作成し、
・  測定用チャート４８８（ＣＡＤ図３７０から基準点３６１、基準補助線３６２、測定箇所３６３〜３６７のみを使用し、測定箇所には書こう許容範囲を示す線を追加、測定箇所が円の場合は中心線も付加する）を作成する。
【００４６】
このようにして作成した測定情報はＣＡＤ図番号に追番を付けたファイル名で保存される。この保存が完了後、測定情報登録画面Ｄが図１１に示すように表示用モニタ１６の画面表示３５０ｂとして置き換え表示される（ステップ３０６）。このように測定情報登録画面Ｄが表示された画面表示３５０ｂには、ＣＡＤ図３７０に代えて測定情報図３８６が表示され、情報枠３５２には、画面取り込み面情報３８２、測定情報用ツリー表示部３８０、測定情報用プルダウンメニュー３８１が設けられて、図９のフローに従って登録された各登録値が図示のように表示される。
【００４７】
なお、登録済みの測定情報を確認するには、チャート測定情報登録用アプリケーションを起動して図１０の測定情報登録画面Ｃを表示させた後、情報枠３５２にある測定情報ボタン３５７をマウス１７でクリックし、測定情報登録画面Ｄに切り換える。そして、情報枠３５２の測定情報用ツリー表示部３８０および測定情報用プルダウンメニュー３８１で所望の測定情報ファイル名をマウス１７でクリックする。測定箇所を変更したり付加したりする場合には、メイン画面３５１上の測定情報図３７０に対し、測定する箇所もしくは付加する箇所をマウス１７でクリックし、測定箇所ボタン３５５をクリックした後、登録ボタン３５６をクリックする。測定情報登録画面Ｄ（画面表示３５０ｂ）から測定情報登録画面Ｃ（画面表示３５０ａ）に戻すには、情報枠３５２にあるＣＡＤボタン３５８をマウス１７でクリックする。
【００４８】
以上のようにして測定情報登録作業が完了すると、次に、図１２に示すフローに従って被検査物の測定が行われる。この測定内容を図１３〜図１５を参照しつつ説明する。
【００４９】
この測定を行うにはまず、コンピュータ本体１５の測定アプリケーションを起動する（ステップ４０１）。これにより、表示用モニタ１６の画面上に、図１３に示す測定画面４５０が表示されるので、測定情報用ツリー表示部３８０および測定情報用プルダウンメニュー３８１により測定対象の情報が記憶された測定情報ファイル名をマウス１７でクリックし、測定情報を読み出す。このようにして測定情報を読み出すと、画像取り込み面数枠４５４に取り込み画面数を示す数字が表示される（ステップ４０２）。
【００５０】
そして、被検査物５の大きさおよび取り込む画像範囲に合った投影レンズ（例えば投影レンズ４）を選定してこれを投影機本体１に取り付ける。そして、このように取り付けた投影レンズ４の倍率を、投影レンズ倍率設定プルダウンメニュー４５３でマウス１７により設定する（ステップ４０３）。すると、コンピュータ本体１５において、投影レンズ４の倍率データ（焦点深度データ）に基づいて測定情報が補正される。このように補正された後の測定チャート４８８はチャート測定メイン画像４５１のオーバーレイ上に表示される（ステップ４０４）。
【００５１】
次に、コンピュータ本体１５がＴＶカメラ２に準動画像を撮影して送信する命令を出し、この命令に応じてＴＶカメラ２から送られてくる準動画像をチャート測定メイン画面４５１上に表示させる（ステップ４０５）。そして、被検査物５をステージ６の上に載置し、操作者がチャート測定メイン画面４５１を見ながらステージＺ軸駆動つまみ１０をマニュアル操作して基準面３８３にピントを合わせる。さらに、ステージＸ軸駆動つまみ２３、ステージＹ軸駆動つまみ２４をマニュアル操作して、測定用チャート４８８の測定箇所３６３と取り込んでいる画像の円４９０の画像がおおよそ重なるように調整する（ステップ４０６）。
【００５２】
そして、測定画面４５０の右下にある測定開始ボタン４５５をマウス１７でクリックする（ステップ４０７）。これによりコンピュータ本体１５は、チャート測定メイン画像４５１のオーバーレイ上の測定用チャート４８８を否表示にし、ＴＶカメラ２に対して静止画像の撮像および撮像した画像を転送する命令を出し、基準面３８３にピントが合った画像（図１５に示す基準面画像４８１）を読み込むとともにこの基準面画像４８１からピントの甘い部分（図１５の基準面画像４８１のうちの影を付けた部分）を削除する画像処理を行って図１５に示す基準面画像処理後画像４８４を得る（ステップ４０８）。
【００５３】
これにより、基準面３８３にピントが合う（合焦する）とともに投影レンズ４の焦点深度範囲内にある画像（基準面画像処理後画像４８４）が得られるので、コンピュータ本体１５は次に、ステップ４０４で補正された測定情報に沿って、次の取り込み画面への移動方向を指示する。この例では、次の取り込み画面は図１１に示すＡ面３８４であるので、測定画面４５０の右上のステージ移動情報枠４５２に図１４に示す「ステージＤＯＷＮ」４６２という表示がなされる。このとき、コンピュータ本体１５からＴＶカメラ２に再び準動画像を送る命令を出し、ＴＶカメラ２からの準動画像をチャート測定メイン画面４５１上に表示する。
【００５４】
測定者がこの「ステージＤＯＷＮ」４６２という表示に従ってステージ６を下げる方向にステージＺ軸駆動つまみ１０を回すと、これに応じてステージ６は垂直下方に移動される。このときコンピュータ本体１５はステージＺ軸位置センサ１１からの位置データを監視して、次の取り込み画面にピントが合う位置に達したとき、ステージ移動情報枠４５２に「ステージ停止」４６０という表示を出す（ステップ４０９）。コンピュータ本体１５は、ステージ移動情報枠４５２に「ステージ停止」４６０という表示を出した後、ステージ６が所定の高さ範囲（Ａ面３８４にピントが合う（合焦する）範囲）内に停止したか否かをステージＺ軸位置センサ１１の位置データを見て確認する。所定の高さ範囲内を外れているときには、この範囲内にステージ６を移動させるようにステージ移動情報枠４５２の移動方向指示を変更して操作者に再度のステージＺ軸駆動つまみ１０の操作を行わせ、所定範囲内に停止するまでこれを繰り返す。
【００５５】
所定高さ範囲にステージ６が位置したとき、すなわち、Ａ面３８４にピントが合う位置に到達したときに、コンピュータ本体１５はＴＶカメラ２に対して静止画像の撮像および撮像した画像を転送する命令を出し、Ａ面３８４の画像（図１５に示すＡ面画像４８２）を読み込むとともにこのＡ面画像４８２からピントの甘い部分（図１５のＡ面画像４８２のうちの影を付けた部分）を削除する画像処理を行って図１５に示すＡ面画像処理後画像４８５を得る（ステップ４１０）。
【００５６】
次に、ステップ４１１に進み、取り込んだ画像数が測定情報値（補正後の）に達しているかを判断する。本例ではまだ測定情報値に達しておらずＢ面３８５が残っているため、再度ステップ４０９に戻り、Ａ面の場合と同様にしてステップ４１０の処理を行う。すなわち、Ｂ面３８５にピントが合う位置までステージ６を移動させた後、Ｂ面３８５の画像（Ｂ面画像４８３）を取り込み、ピントの甘い部分を削除してＢ面画像処理後画像４８６を得る。
【００５７】
このようにして全画面の撮像および取り込みを完了すると、ステップ４１１からステップ４１２に進み、各面（基準面３８３、Ａ面３８４およびＢ面３８５）で画像処理を施した画像（基準面画像処理後画像４８４、Ａ面画像処理後画像４８５およびＢ面画像処理後画像４８６）を１画像に合成して合成画像４８７を作成する（ステップ４１２）。さらに、この合成画像４８７を基に、合成画像基準点４９１、合成画像基準補助線４９２を算出する。
【００５８】
そして、測定用チャート４８８の基準点３６１と合成画像基準点４９１が重なり、且つ合成画像基準補助線４９２と測定用チャートの基準補助線３６２がおおよそ重なるように測定用チャート４８８の位置が自動調整され、チャート測定メイン画像４５１のオーバーレイ上に表示される（ステップ４１３）。なお、合成画像４８７と測定用チャート４８８とが回転方向にずれているときには、測定画面４５０の右下にある回転ボタン４５７をマウス１７でクリックして調整する。
【００５９】
このようにして測定した結果を保存する場合は、測定画面４５０の右下にある保存ボタン４５６をマウス１７でクリックする。この操作により合成画像４８７と測定用チャート４８８を統合して保存用測定画像４８９を作成する。作成した保存用画像４８９を関連した指定ファイル名で保存する（ステップ４１４）。
【００６０】
以上の説明から分かるように、第２の実施形態に係る立体形状検査機を用いれば、測定作業を行う作業者は、測定情報登録用アプリケーションを起動して図９に示すフローに従って測定情報の登録作業を行った後、測定アプリケーションを起動し、投影レンズの交換および交換データ入力作業と、ステージＺ軸駆動つまみ１０をマニュアル操作して基準面３８３にピントを合わせる作業と、ステージＸ軸駆動つまみ２３およびステージＹ軸駆動つまみ２４をマニュアル操作して測定用チャート４８８の測定箇所３６３と取り込んでいる画像の円４９０の画像がおおよそ重なるように調整する作業とを行えば、後は測定開始ボタン４５５をクリックするだけで測定が開始される。この測定においても、作業者は、ステージ移動情報枠４５２の表示に基づいてステージＺ軸駆動つまみ１０をマニュアル操作するだけでよく、後はコンピュータ本体１５により全て自動的に測定が行われる。
【００６１】
この結果、チャート測定メイン画像４５１には、このようにして自動的に測定して得られた合成画像４８７の上に重なって（オーバーレイされて）測定用チャート４８８が表示され、両者のずれに基づいて被検査物５の形状検査を行うことができる。なお、図９のステップ３０５においては寸法公差を基に測定用チャート４８８が作成され、寸法公差範囲が測定用チャート４８８に表示（色つけ表示）される。このため、合成画像４８７の形状ラインが測定用チャート４８８の公差範囲内に入っているか否かをチェックすることにより形状検査を簡単に行うことができる。
【００６２】
すなわち、高さが異なる測定面を有する被検査物をチャート測定する場合、モニタに表示される指示に従って一通り画像を取り込めば、測定箇所の全てにピントがあった画像表示が得られ、チャートとの比較が容易となり、測定作業が簡単で測定時間を短縮でき、測定漏れをなくすこともできる。また、測定箇所全てにピントが合った画像と寸法画像が合成したものを保存できるため、測定後、取り込んだ画像を合成する等の作業が不要となる。
【００６３】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。この第３実施形態においては図１６に示す立体形状検査機を用いる。この立体形状検査機は、ステージ６上にステージＸ−Ｙ軸位置センサ２５と、これらセンサからの検出情報をコンピュータ本体１５に送るステージＸ−Ｙ軸位置センサ用ＵＳＢケーブル２６を有する構成のみが、図１の立体形状検査機と相違し、その他の構成は同一である。
【００６４】
上記第１及び第２実施形態において使用された立体形状検査機（図１）では、ステージＸ軸駆動つまみ２３およびステージＹ軸駆動つまみ２４は被検査物の測定箇所を画像内に収める調整を行うために用いるだけで、測定情報としては用いられていなかった。しかしながら、図１６に示す立体形状検査機を用いた場合には、ステージＸ軸駆動つまみ２３およびステージＹ軸駆動つまみ２４の操作によるステージ６のＸ軸およびＹ軸方向の移動情報は、ステージＸ−Ｙ軸位置センサ２５により検出されるとともに、その検出情報はステージＸ−Ｙ軸位置センサ用ＵＳＢケーブル２６を介してコンピュータ本体１５に送られる。
【００６５】
この結果、コンピュータ本体１５においては、送られてきたステージ６のＸ軸およびＹ軸方向の移動情報に基づいて、被検査物５に対し、ＴＶカメラ２の撮像素子３に結像する範囲を超えた部分を撮像して形状測定検査することが可能となる。すなわち、各測定箇所が一度にＴＶカメラの画角に入らない高さが異なる測定面を持つ被測定物に対しても、モニタに表示される指示に従って一通り画像を取り込むことで、全ての測定箇所にピントがあった画像が表示されるので、測定もれを防止できる。また、チャート測定では基準点と測定箇所が同一画面上になくても測定が可能となる。
【００６６】
また、上記第１及び第２実施形態においては、ステージ移動情報枠の表示（「ステージＤＯＷＮ」、「ステージＵＰ」、「ステージ停止」等の表示）に基づいてステージＺ軸駆動つまみ１０を操作する作業はマニュアル操作により行われていたが、これを自動化しても良い。すなわち、ステージ６のＺ軸駆動部１２を電動化し、ステージＺ軸センサ１１により検出されたＺ軸方向位置データに基づいて、コンピュータ本体１５からの移動方向、移動量の指示に基づいて自動的に移動制御を行うようにしても良い。このようにすれば、コンピュータ本体１５により、基準面画像取り込み（ステップ２０６、ステップ４０８）から合成画像表示（ステップ２１５、ステップ４１３）までの作業を自動化でき、測定作業が容易となり、且つ測定時間を短縮化できる。
【００６７】
なお、以上の説明においては、ステージ６を上下動（Ｚ方向に移動）させる構成の例を示したが、ステージ６を固定保持し、代わりに撮像系、すなわち、投影レンズ４およびＴＶカメラ２を上下動させても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る立体形状検査機の構成を示す概略説明図である。
【図２】第１実施形態において、被検査物用測定情報登録動作の内容を示すフローチャートである。
【図３】第１実施形態に係る被検査物用測定情報登録において、ＣＡＤデータ取り込みおよび測定情報を登録するための設定画面の構成を示す説明図である。
【図４】第１実施形態に係る被検査物用測定情報登録において、登録済み測定情報表示画面の構成を示す説明図である。
【図５】第１実施形態において、測定動作の内容を示すフローチャートである。
【図６】第１実施形態に係る被検査物の測定動作において、測定画面の構成を示す説明図である。
【図７】第１実施形態に係る被検査物の測定動作において、ステージ移動指示表示内容を示す説明図である。
【図８】第１実施形態に係る被検査物の測定動作において、画像処理工程を示す説明図である。
【図９】第２実施形態において、被検査物用測定情報（チャート）登録動作の内容を示すフローチャートである。
【図１０】第２実施形態に係る被検査物用測定情報（チャート）登録において、ＣＡＤデータ取り込みおよび測定情報を登録するための設定画面の構成を示す説明図である。
【図１１】第２実施形態に係る被検査物用測定情報（チャート）登録において、登録済み測定情報表示画面の構成を示す説明図である。
【図１２】第２実施形態において、チャート測定動作の内容を示すフローチャートである。
【図１３】第２実施形態に係る被検査物の測定動作において、チャート測定画面の構成を示す説明図である。
【図１４】第２実施形態に係る被検査物の測定動作において、ステージ移動指示表示内容を示す説明図である。
【図１５】第２実施形態に係る被検査物の測定動作において、画像処理工程を示す説明図である。
【図１６】本発明の異なる実施形態に係る立体形状検査機の構成を示す概略説明図である。
【符号の説明】
【００６９】
ＰＵ  投影撮像ユニット              ＣＵ  コンピュータユニット
１  投影機本体                      ２  ＴＶカメラ
３  撮像素子                        ４，２２  投影レンズ
５  被検査物                        ６  ステージ
１０  ステージＺ軸駆動つまみ        １２  ステージＺ軸駆動部
１１  ステージＺ軸位置センサ        １５  コンピュータ本体
１６  表示用モニタ                  １７  マウス
１９  ネットワーク                  ２０  ＣＡＤデータメモリ
２１  メディア                      ２２  倍率の異なる投影レンズ
２３  ステージＸ軸駆動つまみ        ２４  ステージＹ軸駆動つまみ
２５  ステージＸ，Ｙ軸位置センサ  
【図１】
2006313086.tif 000003
【図２】
2006313086.tif 000004
【図３】
2006313086.tif 000005
【図４】
2006313086.tif 000006
【図５】
2006313086.tif 000007
【図６】
2006313086.tif 000008
【図７】
2006313086.tif 000009
【図８】
2006313086.tif 000010
【図９】
2006313086.tif 000011
【図１０】
2006313086.tif 000012
【図１１】
2006313086.tif 000013
【図１２】
2006313086.tif 000014
【図１３】
2006313086.tif 000015
【図１４】
2006313086.tif 000016
【図１５】
2006313086.tif 000017
【図１６】
2006313086.tif 000018