(57)【要約】      （修正有）【課題】基準視野１箇所の３Ｄ形状を測定するだけで、１視野の測定範囲を超える３Ｄ形状全体を自動的に測定可能とする。【解決手段】操作者が最初に設定した１箇所の基準視野を原点としてナンバリングを行う第１の手順と、基準視野の周囲の辺に隣接する場所をナンバリングした後、自動移動し、測定結果の保存、及びナンバリングした位置での形状データの有無をメモリ記録する第２の手順と、形状データが存在する視野を次の基準視野として、基準視野の周囲の辺に隣接する場所をナンバリングした後、既に測定済み、又は形状データが存在しない位置以外に、自動移動し、測定結果の保存、及びナンバリングした位置での形状データの有無をメモリ上に記録する第３の手順と、該第３の手順を繰り返し、形状データが存在する位置の周囲の辺に隣接する未測定の位置が無くなると、連続する形状全体の測定を完了したと判断する第４の手順と、をコンピュータに行わせる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１視野の測定範囲を超えるサイズの連続する３Ｄ形状を測定範囲を移動しながら測定する際に、
操作者が最初に設定した１箇所の基準視野を原点としてナンバリングを行う第１の手順と、
基準視野の周囲の辺に隣接する場所をナンバリングした後、測定範囲を自動移動し順次その位置で測定を実行し、形状データの存在を確認し、測定結果の保存、及びナンバリングした位置での形状データの有無をメモリ上に記録する第２の手順と、
形状データが存在する視野を次の基準視野として、基準視野の周囲の辺に隣接する場所をナンバリングした後、既に測定済み、又は形状データが存在しない位置以外に、測定範囲を自動移動し順次その位置で測定を実行し、形状データの存在を確認し、測定結果の保存、及びナンバリングした位置での形状データの有無をメモリ上に記録する第３の手順と、
該第３の手順を繰り返し、形状データが存在する位置の周囲の辺に隣接する未測定の位置が無くなると、連続する形状全体の測定を完了したと判断する第４の手順と、
をコンピュータに行わせることを特徴とする３Ｄ形状のオートトレース方法。
【請求項２】
測定対象物を載置するステージと、
前記ステージに対して相対移動可能に設けられ、前記測定対象物を測定範囲よりも狭い所定の撮像範囲について撮像し画像情報を出力する撮像装置と、
前記撮像装置を前記測定範囲内の複数の測定位置に移動させ、各測定位置において前記ステージに対して垂直な方向に走査させる位置制御装置と、
前記撮像装置の走査によって得られた前記各測定位置の前記所定の撮像範囲の画像情報に基づいて前記各測定位置における走査方向の変位を算出する演算処理装置とを備え、
１視野の測定範囲を超えるサイズの連続する３Ｄ形状を測定範囲を移動しながら測定する測定機であって、
操作者が最初に設定した１箇所の基準視野を原点としてナンバリングを行う第１の機能と、
基準視野の周囲の辺に隣接する場所をナンバリングした後、測定範囲を自動移動し順次その位置で測定を実行し、形状データの存在を確認し、測定結果の保存、及びナンバリングした位置での形状データの有無をメモリ上に記録する第２の機能と、
形状データが存在する視野を次の基準視野として、基準視野の周囲の辺に隣接する場所をナンバリングした後、既に測定済み、又は形状データが存在しない位置以外に、測定範囲を自動移動し順次その位置で測定を実行し、形状データの存在を確認し、測定結果の保存、及びナンバリングした位置での形状データの有無をメモリ上に記録する第３の機能と、
該第３の機能を繰り返し、形状データが存在する位置の周囲の辺に隣接する未測定の位置が無くなると、連続する形状全体の測定を完了したと判断する第４の機能と、
をコンピュータが備えたことを特徴とする測定機。
【請求項３】
前記測定機が画像測定機であることを特徴とする請求項２に記載の測定機。
【請求項４】
前記測定機が３Ｄ形状測定機であることを特徴とする請求項２に記載の測定機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３Ｄ形状のオートトレース方法及び測定機に係り、特に、画像測定機や３Ｄ形状測定機に用いるのに好適な、３Ｄ形状のオートトレース方法、及び、これを用いた測定機に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像装置によって取得された画像情報に基づいて測定対象を三次元測定する画像測定装置としては、例えば広域のスペクトル幅を有する白色光の干渉を用いるもの（いわゆるＷＬＩ(Ｗhite Ｌight Ｉnterferometer)測定）や、コントラスト情報を用いるもの（いわゆるＰＦＦ(Ｐoints Ｆrom Ｆocus)測定）等がある。このような画像測定装置は、撮像装置をステージに対して垂直方向に走査して各垂直位置で得られた画像情報から測定対象の三次元形状を測定する。この様な画像測定装置において、例えば測定対象の大きさが撮像装置の１つの視野に収まらない、広範囲な測定の要求が増えている。
【０００３】
広範囲な測定を行う予備操作として、ＣＡＤデータを利用して予め測定範囲を同定しておく方法（オフラインティーチング）がある（特許文献１）。これは、設計値を基準にして、測定範囲の設定を簡略化する方法である。
【０００４】
また、実測したい分解能より粗い、低倍のレンズを使用して短時間で予め予備測定を行い、取得した画像から所望の測定範囲を同定する方法もある（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２０１９１４号公報
【特許文献２】特許第６０９５４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、測定対象とするワークは必ずしも設計値が存在するわけではない。
【０００７】
また、予備測定のための低倍率と高倍率の測定が可能な機構を搭載すると、固定倍率の機構に比べて、少なからず高価で複雑となる。
【０００８】
とはいえ、１視野の測定範囲を超えるようなサイズの連続する３Ｄ形状の測定を手間をかけずに行いたいという要求がある。
【０００９】
そこで、基準視野１箇所の３Ｄ形状を測定するだけで、隣接する視野を自動的に測定していくことにより、１視野の測定範囲を超えるサイズの連続する３Ｄ形状の連続形状全体を測定範囲を移動しながら自動的に測定する方法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】
【００１０】
本発明は、１視野の測定範囲を超えるサイズの連続する３Ｄ形状を測定範囲を移動しながら測定する際に、操作者が最初に設定した１箇所の基準視野を原点としてナンバリングを行う第１の手順と、基準視野の周囲の辺に隣接する場所をナンバリングした後、測定範囲を自動移動し順次その位置で測定を実行し、形状データの存在を確認し、測定結果の保存、及びナンバリングした位置での形状データの有無をメモリ上に記録する第２の手順と、形状データが存在する視野を次の基準視野として、基準視野の周囲の辺に隣接する場所をナンバリングした後、既に測定済み、又は形状データが存在しない位置以外に、測定範囲を自動移動し順次その位置で測定を実行し、形状データの存在を確認し、測定結果の保存、及びナンバリングした位置での形状データの有無をメモリ上に記録する第３の手順と、該第３の手順を繰り返し、形状データが存在する位置の周囲の辺に隣接する未測定の位置が無くなると、連続する形状全体の測定を完了したと判断する第４の手順と、をコンピュータに行わせることにより、前記課題を解決するものである。
【００１１】
本発明は、又、測定対象物を載置するステージと、前記ステージに対して相対移動可能に設けられ、前記測定対象物を測定範囲よりも狭い所定の撮像範囲について撮像し画像情報を出力する撮像装置と、前記撮像装置を前記測定範囲内の複数の測定位置に移動させ、各測定位置において前記ステージに対して垂直な方向に走査させる位置制御装置と、前記撮像装置の走査によって得られた前記各測定位置の前記所定の撮像範囲の画像情報に基づいて前記各測定位置における走査方向の変位を算出する演算処理装置とを備え、１視野の測定範囲を超えるサイズの連続する３Ｄ形状を測定範囲を移動しながら測定する測定機であって、操作者が最初に設定した１箇所の基準視野を原点としてナンバリングを行う第１の機能と、基準視野の周囲の辺に隣接する場所をナンバリングした後、測定範囲を自動移動し順次その位置で測定を実行し、形状データの存在を確認し、測定結果の保存、及びナンバリングした位置での形状データの有無をメモリ上に記録する第２の機能と、形状データが存在する視野を次の基準視野として、基準視野の周囲の辺に隣接する場所をナンバリングした後、既に測定済み、又は形状データが存在しない位置以外に、測定範囲を自動移動し順次その位置で測定を実行し、形状データの存在を確認し、測定結果の保存、及びナンバリングした位置での形状データの有無をメモリ上に記録する第３の機能と、該第３の機能を繰り返し、形状データが存在する位置の周囲の辺に隣接する未測定の位置が無くなると、連続する形状全体の測定を完了したと判断する第４の機能と、をコンピュータが備えたことを特徴とする測定機により、同様に前記課題を解決するものである。
【００１２】
ここで、前記測定機を画像測定機とすることができる。
【００１３】
また、前記測定機を３Ｄ形状測定機とすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、広範囲の連続的な形状全体の測定を行いたい場合に、任意の基準視野１箇所を選択し３Ｄ形状を測定する手順だけで、隣接する視野を自動的に測定することができるため、操作者の手数が少なく済み、使い勝手が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る画像測定装置の全体図
【図２】同装置の構成を示すブロック図
【図３】前記実施形態の測定手順を説明するための流れ図
【図４】基本的な測定対象を示す図
【図５】動作を説明するための概略図
【図６】メモリの状態の例を示す図
【図７】動作を説明するための概略図
【図８】測定対象の他の例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態及び実施例に記載した内容により限定されるものではない。又、以下に記載した実施形態及び実施例における構成要件には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。更に、以下に記載した実施形態及び実施例で開示した構成要素は適宜組み合わせてもよいし、適宜選択して用いてもよい。
【００１７】
図１は、本実施形態に係る画像測定装置の全体図である。
【００１８】
画像測定装置は、測定対象であるワーク１２を撮像する撮像装置としてカメラ１７ａが搭載された画像測定機１０と、この画像測定機１０と電気的に接続され、内部に格納されたプログラムによって画像測定機１０を駆動制御するコンピュータ（以下、「ＰＣ」とも呼ぶ。）２０とを備えている。
【００１９】
画像測定機１０は、次のように構成されている。即ち、架台１１上には、ワーク１２を載置するためのステージ１３が装着されており、このステージ１３は、Ｙ軸駆動機構１８によってステージ１３の上面に平行なＹ軸方向に駆動される。架台１１の両側縁中央部には上方に延びる支持アーム１４、１５が固定されており、この支持アーム１４、１５の両上端部を連結するようにＸ軸ガイド１６が固定されている。このＸ軸ガイド１６には、ワーク１２を撮像する撮像ユニット１７が支持されている。撮像ユニット１７は、Ｘ軸ガイド１６に沿ってＸ軸駆動機構１６ａによりステージ１３の上面に平行でＹ軸方向と直交するＸ軸方向に駆動可能に構成されている。また、撮像ユニット１７は、所定の撮像範囲を測定視野とする撮像装置１７ａを有している。撮像ユニット１７は、Ｚ軸駆動機構１７ｃによりステージ１３の上面と直交するＺ軸方向に移動可能に構成されている。以上のように、Ｘ軸駆動機構１６ａ、Ｙ軸駆動機構１８及びＺ軸駆動機構１７ｃは、撮像ユニット１７をステージ１３に対して互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に相対的に駆動させる位置制御装置を構成している。
【００２０】
本実施形態に係る画像測定機１０は、カメラ１７ａをステージ１３の上面に対してＸＹ方向に移動させつつ、Ｚ軸方向に走査しながら撮像を行い、カメラ１７ａのＸＹ方向の測定位置情報とその位置において得られた画像の各微小範囲のコントラスト情報からＰＦＦ測定によりワーク１２の各測定位置におけるＺ軸方向の変位（Ｚ値）を検出するものである。なお、Ｚ軸方向の変位は、このようなコントラスト情報から検出する他に、白色干渉計（ＷＬＩ）により検出することもできる。白色干渉計は、例えば広帯域スペクトルを有する白色光をワーク１２及び参照面に導き、それぞれの反射光を干渉させて画素毎の干渉信号のピーク値が観測される位置を取得し、画素毎のピーク位置と参照面を構成する参照板の位置とに応じてワーク１２のＺ軸方向の変位を検出する。
【００２１】
コンピュータ２０は、コンピュータ本体２１、キーボード２２、ジョイスティックボックス（Ｊ／Ｓ）２３、マウス２４、ディスプレイ２５及びプリンタ２６を有する。コンピュータ本体２１は、例えば図２に示すように構成されている。即ち、撮像ユニット１７から入力されるワーク１２の画像情報は、インタフェース（Ｉ／Ｆ）３１を介して画像メモリ３２に格納される。
【００２２】
また、ワーク１２のＣＡＤデータは、Ｉ／Ｆ３３を介してＣＰＵ３５に入力され、ＣＰＵ３５で所定の処理がなされた後に画像メモリ３２に格納される。画像メモリ３２に格納された画像情報は、表示制御部３６を介してディスプレイ２５に表示される。
【００２３】
一方、キーボード２２、Ｊ／Ｓ２３、及びマウス２４から入力されるコード情報及び位置情報は、Ｉ／Ｆ３４を介してＣＰＵ３５に入力される。ＣＰＵ３５は、ＲＯＭ３７に格納されたマクロプログラム及びＨＤＤ３８からＩ／Ｆ３９を介してＲＡＭ４０に格納されたプログラムに従って各種処理を実行する。
【００２４】
ＣＰＵ３５は、プログラムに従ってＩ／Ｆ４１を介して画像測定機１０を制御する。ＨＤＤ３８は各種データを格納する記録媒体である。ＲＡＭ４０は各種処理のワーク領域を提供する。
【００２５】
以下、図３を参照して本実施形態の測定手順を説明する。
【００２６】
基本的な測定対象として、図４のように輪郭が落ち込むような測定面１２Ａ（無限遠に連続的に続かない測定面）のワーク１２の形状測定を想定する。
【００２７】
測定機の操作者はカメラの視野内に３Ｄ形状の存在する任意の箇所を基準視野として設定して、測定の実行を開始する（ステップ１００）。
【００２８】
プログラムは測定を開始するとカメラの光軸方向（Ｚ方向）にステージを駆動して複数の画像を撮像し、撮像した画像から３Ｄ形状を生成する（ステップ１１０）。
【００２９】
生成された３Ｄ形状に有効な形状データが存在し（ＰＦＦ測定でコントラスト値が０より大きい値の場合、ＷＬＩ測定で干渉信号のピークを算出できた場合）、その割合が測定した視野に対して予め定めた閾値以上である場合（ステップ１２０でＹｅｓ）は、基準視野の設定は成功と判定して次に進む。一方、有効な形状データが存在しないか、閾値未満である場合（ステップ１２０でＮｏ）は、ステップ１００に戻って基準視野を選定し直す。
【００３０】
カメラの撮像範囲は矩形であるため、基準視野の矩形領域の各辺の方向を検索視野として一定のオーバーラップ領域を保持しながらステージを移動する（ステップ１３０）。
【００３１】
例えば、図５に示すように、最初に「基準視野１」の左辺の方向に移動する。この場所を「検索視野１」として、３Ｄ形状測定を行う（ステップ１４０）。
【００３２】
「検索視野１」の測定結果として有効な形状データが存在しないか、閾値未満である場合（ステップ１５０でＮｏ）は、この位置には形状は無いと判断する。
【００３３】
次に、「基準視野１」の上辺方向を「検索視野２」として３Ｄ形状測定を行う。同様に測定結果として有効な形状データの存在の有無を確認する。
【００３４】
この時、有効な形状データが存在しないか、閾値未満である場合は、「検索視野３」、「検索視野４」と順次形状データの存在を確認し、４辺の方向全てに有効な形状データが存在しないか、閾値未満である場合（ステップ１６０でＹｅｓ）は、測定を終了する。
【００３５】
一方、例えば、「検索視野３」で有効な形状データが見つかった場合（ステップ１５０でＹｅｓ）、元の「基準視野１」を「測定済視野１」と再定義する。この際、測定した視野に対して、予め閾値として何％以上ある場合を有効な測定済視野判定とするかを指定しておき、その閾値を超えた場合、有効な測定済視野と判定する。閾値を超えなかった視野はデータ無し視野とする。そして、この位置を（Ｘ＝０，Ｙ＝０）という番地でナンバリングする（ステップ１７０）。
【００３６】
以降この位置を基準に左右の辺方向の移動位置をＸ、上下の辺方向の移動位置をＹとする。
【００３７】
一方、有効な形状データが無いか、閾値を超えなかった視野は「データ無し視野」として再定義して、図７に例示するようにメモリ上に記録する。この「データ無し視野」の外側は検索（オートトレース）対象外とする。
【００３８】
また、元の「検索視野４」は未確認であるため、「未検索視野１」としてメモリ上に記録しておく。
【００３９】
上記「検索視野３」は次の探索視野を探す基準とするため、図７のように「基準視野２」と再定義する。
【００４０】
次に、「基準視野２」の矩形領域の各辺の方向で、既に「データ無し視野」、「測定済視野」、「未検索視野」として記録されている以外の場所を「検索視野」として定義し、順次形状データの存在を確認する。
【００４１】
上記処理を繰り返すと、「データ無し視野」、「測定済視野」と「未検索視野」のみが残る。
【００４２】
次に「未検索視野」のインデックスが若い（記録順が古い）位置を「基準視野」に再定義して、矩形領域の各辺の方向で、既に「データ無し視野」、「測定済視野」、「未検索視野」として記録されている以外の場所を「検索視野」として定義し、順次形状データの存在を確認する。
【００４３】
「未検索視野」が無くなるまで（ステップ１９０でＹｅｓ）、上記手順を繰り返すと最終的に「データ無し視野」、「測定済視野」のみが記録として残る。
【００４４】
この時点で、連続する形状全体の測定を完了したと判断する。
【００４５】
一方、ステップ１６０、ステップ１９０でＮｏの場合は、ステップ１３０に戻る。
【００４６】
全体的な形状は「測定済視野」に関連づく測定結果全てを連結することで、生成することができる。
【００４７】
また、図４で説明した形状ではなく、図８のようにワーク１２の測定面１２Ａが連続的に形状が発散するような場合には、探索範囲の限度位置を事前に設定することで、その範囲内での自動探索が完了した場合に、探索を終了と判断する。
【００４８】
即ち、予め１視野を超える検索範囲を座標として指定しておき、その範囲内の任意の位置からオートトレースを開始し、検索範囲の座標を超えた位置はオートトレースすべき視野の対象外とする。
【００４９】
また、方向や視野の数で探索範囲を限定して探索時間を短縮することもできる。
【００５０】
なお、前記実施形態では、基準視野を中心に、右巻きらせん状に未検索視野を探索していたが、未検索視野の探索方法は、これに限定されず、左巻きらせん状等他の方法をとることもできる。又、ステージの代わりにカメラを移動しても良い。
【符号の説明】
【００５１】
１０…画像測定機
１１…架台
１２…測定対象（ワーク）
１２Ａ…測定面
１３…ステージ
１４、１５…支持アーム
１６…Ｘ軸ガイド
１６ａ…Ｘ軸駆動機構
１７…撮像ユニット
１７ａ…撮像装置（カメラ）
１７ｃ…Ｚ軸駆動機構
１８…Ｙ軸駆動機構
２０…コンピュータ（ＰＣ）
３２…画像メモリ
３６…表示制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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