(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを撮像して得られたワーク画像を表示する画像ウィンドウと前記ワークの図面データをグラフィックス表示するグラフィックスウィンドウとを表示し、
前記画像ウィンドウ内で前記ワーク画像の少なくとも２点が指示されるように幾何形状を指示入力すると共に、
前記グラフィックスウィンドウ内で前記ワーク画像内の指示された幾何形状に対応する前記図面データ上の幾何形状を指示入力し、
前記画像ウィンドウ内で指示された幾何形状の機械座標系における位置座標と前記グラフィックウィンドウ内で指示された幾何形状の図面データ座標系における位置座標とに基づいて、前記図面データ座標系に対する前記機械座標系のずれ量を算出し、
この算出されたずれ量を吸収するように前記画像ウィンドウ内のワーク画像にワーク座標系を設定する
ようにしたことを特徴とする座標系設定方法。
【請求項２】
ワークを撮像して得られたワーク画像を表示する画像ウィンドウと前記ワークの図面データをグラフィックス表示するグラフィックスウィンドウとを表示する表示手段と、
前記画像ウィンドウ内で前記ワーク画像の少なくとも２点が指示されるように幾何形状を指示入力すると共に、前記グラフィックスウィンドウ内で前記ワーク画像内の指示された幾何形状に対応する前記図面データ上の幾何形状を指示入力するための入力手段と、
前記画像ウィンドウ内で指示された幾何形状の機械座標系における位置座標と前記グラフィックウィンドウ内で指示された幾何形状の図面データ座標系における位置座標とに基づいて、前記図面データ座標系に対する前記機械座標系のずれ量を算出し、この算出されたずれ量を吸収するように前記画像ウィンドウ内のワーク画像にワーク座標系を設定する演算手段と
を備えたことを特徴とする画像測定装置。
【請求項３】
前記画像ウィンドウに表示されるワーク画像の位置を移動させるためのステージ移動手段を更に備え、
前記表示手段は、前記演算手段で設定されたワーク座標系を示す２本の直交する基準軸とこれら基準軸の両端の移動方向を示す矢印とを前記画像ウィンドウ内に前記ワーク画像に重ねて表示するものであり、
前記ステージ移動手段は、前記各基準軸の両端に表示された矢印に対する指示入力に基づいて、前記基準軸と矢印とで示す向きにステージを移動させるものである
ことを特徴とする請求項２記載の画像測定装置。
【請求項４】
前記表示手段は、前記演算手段で設定されたワーク座標系が前記画像ウィンドウ内で水平垂直方向に位置するように前記ワーク画像を回転移動させて前記画像ウィンドウ内に表示するものである
ことを特徴とする請求項２又は３記載の画像測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、非接触三次元測定機等の画像測定装置に関し、特にワークを撮像して得られたワーク画像に対して座標系を設定する座標系設定方法及び画像測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＣＮＣ（Computer Numerical Control）三次元測定機や手動操作式三次元測定機では、被測定対象であるワークを撮像して得られたワーク画像中にワーク座標系を設定するするためには、まず座標系を決定する幾何形状を測定して、更にその測定結果が座標軸の中心を決定するのか、Ｘ軸を決定するのか、又はＹ軸を決定するのか、等を指定する必要がある。
【０００３】
例えば、角を有するいわゆる角物ワークに座標系を設定する場合は、
▲１▼Ｘ軸を一致させたい端面上のいずれか２箇所についてエッジ検出処理を実行して上記端面に直線を当てはめ、この直線をＸ軸に設定するか、又は直線測定ツールにより、上記端面について連続的にエッジ点を求めて直線を求め、この直線をＸ軸に設定する。
▲２▼もう一方の端面のどこか１箇所のエッジ点を求め、その点を通り且つ▲１▼で設定したＸ軸と直交する線をＹ軸に設定する。
という操作を行う。
【０００４】
また、例えば座標系の基準となる２つの穴が形成されたワークにそれらの穴を基準として座標系を設定する場合には、
▲１▼２つの穴をそれぞれ穴測定ツールを用いて測定してその中心点の位置を求め、各穴の中心点を通る直線をＸ軸に設定する。
▲２▼どちらか一方の穴の中心を座標系の原点に一致させる。
という操作を実行する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の画像測定機の座標系設定方法は、ワーク画像に対して座標系を設定する操作が煩雑であり時間のかかる作業であった。
【０００６】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、ワーク画像に対する座標系の設定作業を容易にすることができる座標系設定方法及び画像測定装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る座標系設定方法は、ワークを撮像して得られたワーク画像を表示する画像ウィンドウと前記ワークの図面データをグラフィックス表示するグラフィックスウィンドウとを表示し、前記画像ウィンドウ内で前記ワーク画像の少なくとも２点が指示されるように幾何形状を指示入力すると共に、前記グラフィックスウィンドウ内で前記ワーク画像内の指示された幾何形状に対応する前記図面データ上の幾何形状を指示入力し、前記画像ウィンドウ内で指示された幾何形状の機械座標系における位置座標と前記グラフィックウィンドウ内で指示された幾何形状の図面データ座標系における位置座標とに基づいて、前記図面データ座標系に対する前記機械座標系のずれ量を算出し、この算出されたずれ量を吸収するように前記画像ウィンドウ内のワーク画像にワーク座標系を設定するようにしたことを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る画像測定装置は、ワークを撮像して得られたワーク画像を表示する画像ウィンドウと前記ワークの図面データをグラフィックス表示するグラフィックスウィンドウとを表示する表示手段と、前記画像ウィンドウ内で前記ワーク画像の少なくとも２点が指示されるように幾何形状を指示入力すると共に、前記グラフィックスウィンドウ内で前記ワーク画像内の指示された幾何形状に対応する前記図面データ上の幾何形状を指示入力するための入力手段と、前記画像ウィンドウ内で指示された幾何形状の機械座標系における位置座標と前記グラフィックウィンドウ内で指示された幾何形状の図面データ座標系における位置座標とに基づいて、前記図面データ座標系に対する前記機械座標系のずれ量を算出し、この算出されたずれ量を吸収するように前記画像ウィンドウ内のワーク画像にワーク座標系を設定する演算手段とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の座標設定方法及び画像測定装置によれば、画像ウィンドウにワーク画像が表示されると共に、グラフィックスウィンドウに図面データがグラフィックス表示され、ワーク画像上で、少なくとも２点が指示されるように幾何形状が指示されると共に、図面データ上でそれに対応する幾何形状が指示されると、両幾何形状のずれ量に基づいてワーク座標系が図面データ座標系に適合するように設定されるので、作業者はワーク座標を設定するに際して、２つのウィンドウ内で対応する幾何形状を指示するだけの操作を行えば良く、ワーク座標系の座標設定作業が極めて簡単になる。
【００１３】
なお、上記画像測定装置において、前記画像ウィンドウに表示されるワーク画像の位置を移動させるためのステージ移動手段を更に設け、表示手段が演算手段で設定されたワーク座標系を示す２本の直交する基準軸とこれら基準軸の両端の移動方向を示す矢印とを前記画像ウィンドウ内にワーク画像に重ねて表示し、前記ステージ移動手段が前記各基準軸の両端に表示された矢印に対する指示入力に基づいて、前記基準軸と矢印とで示す向きにステージを移動させるものであると、機械座標系とワーク座標系とが合っていない場合でも、ワーク座標系に沿ってワーク画像を移動させることが可能になるので、測定操作を極めて効率よく行うことが可能になる。
【００１４】
また、表示手段は、演算手段で設定されたワーク座標系が画像ウィンドウ内で水平垂直方向に位置するようにワーク画像を回転移動させて画像ウィンドウ内に表示するものであると、ワーク座標系そのものを水平垂直方向に向けることができるので、更に測定作業を効率的に行うことが可能になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の好ましい実施の形態について説明する。
図１は、この発明の一実施例に係るＣＮＣ画像測定装置の全体構成を示す斜視図である。
この装置は、非接触画像計測型の測定機本体１と、この測定機本体１を駆動制御すると共に必要な測定データ処理を実行するコンピュータシステム２と、測定機本体１をマニュアル操作するための指令入力部３と、計測結果をプリントアウトするプリンタ４とにより構成されている。
【００１６】
測定機本体１は、次のように構成されている。即ち、架台１１上には、被測定対象であるワーク１２を載置する測定テーブル１３が装着されており、この測定テーブル１３は、図示しないＹ軸駆動機構によってＹ軸方向に駆動される。架台１１の後端部には上方に延びるフレーム１４が固定されており、このフレーム１４の上部から前面に張り出したカバー１５の内部には、測定テーブル１３を上部から臨むように図示しないＸ軸及びＺ軸駆動機構に駆動されるＣＣＤカメラ１６が取り付けられている。ＣＣＤカメラ１６の下端には、ワーク１２に照明光を照射するためのリング状の照明装置１７が備えられている。
【００１７】
コンピュータシステム２は、コンピュータ本体２１、キーボード２２、マウス２３及びＣＲＴディスプレイ２４を備えて構成されている。
コンピュータ本体２１を中心とするこのシステムは、例えば図２に示すように構成されている。即ち、ＣＣＤカメラ１６で捉えたワーク１２の画像信号は、ＡＤ変換部３１で多値画像データに変換され、多値画像メモリ３２に格納される。多値画像メモリ３２に格納された多値画像データは、表示制御部３３の動作によってＣＲＴディスプレイ２４に表示される。一方、キーボード２２及びマウス２３からのオペレータの指令は、インタフェース（Ｉ／Ｆ）３４を介してＣＰＵ３５に伝えられる。ＣＰＵ３５は、前記オペレータの指令又はプログラムメモリ３６に格納されたプログラムに従ってステージ移動等の各種の処理を実行する。ワークメモリ３７は、ＣＰＵ３５の各種処理のための作業領域を提供する。
【００１８】
また、ＣＣＤカメラ１６のＸ軸方向位置及びＺ軸方向位置を検出するためのＸ軸エンコーダ４１及びＺ軸エンコーダ４３、並びにテーブル１３のＹ軸方向位置を検出するためのＹ軸エンコーダ４２が設けられ、これらエンコーダ４１〜４３からの出力はＣＰＵ３５に取り込まれる。ＣＰＵ３５は、取り込まれた各軸位置の情報と前述したオペレータの指令に基づいて、Ｘ軸駆動系４４及びＺ軸駆動系４６を介してＣＣＤカメラ１６をＸ軸及びＺ軸方向に駆動し、Ｙ軸駆動系４５を介してテーブル１３をＹ軸方向に駆動する。これにより、ステージ移動操作が実現される。更に、照明制御部３９は、ＣＰＵ３５で生成された指令値に基づいてアナログ量の指令電圧を生成し照明装置１７に印加する。
【００１９】
図３は、この画像測定装置の測定時のＣＲＴディスプレイ２４の表示画面を示す図である。
表示画面は、カラービデオウィンドウ（画像ウィンドウ）５１、グラフィックスウィンドウ５２、カウンタウィンドウ５３、ファンクションウィンドウ５４、照明・ステージウィンドウ５５及び測定ウィンドウ５６から構成されている。カラービデオウィンドウ５１には、ＣＣＤカメラ１６で撮像されたワーク１２のカラー画像、即ちワーク画像５７が表示される。グラフィックスウィンドウ５２には、ＣＣＤカメラ１６で撮像されるワーク１２に対応した設計図面データ５８、具体的にはＩＧＥＳ又はＤＸＦフォーマット等の標準フォーマットによるＣＡＤデータに基づいて生成されたグラフィクスイメージが表示される。カウンタウィンドウ５３には、ステージ座標におけるＣＣＤカメラ１６の撮像範囲の中心座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が表示される。ファンクションウィンドウ５４には、各種測定処理及び測定値算出するためのマイクロプログラムを起動するアイコンが配置されている。照明・ステージウィンドウ５５は、照明装置１７やステージに関する各種設定操作のためのウィンドウである。測定ウィンドウ５６は、ファンクションウィンドウ５４で選択された測定マイクロプログラムに沿った測定操作を行うためのウィンドウである。
【００２０】
次に、このように構成された画像測定装置のワーク座標系の設定操作について説明する。
（１）ＣＡＤデータを用いてワーク座標系を設定する方法
図４はＣＡＤデータを用いたワーク座標系の設定手順を示すフローチャート、図５〜図７は同設定手順に沿った表示画面を示す図である。
まず、ＣＡＤデータをワークメモリ３７に読み込んでグラフィックスウィンドウ５２に表示する（Ｓ１）。次に、ワーク画像５７上で任意の幾何形状（穴や端面、矩形等）を測定する（Ｓ２）。このとき、穴ならば２つの穴、線ならば１本というように、最低２点が指定できるように幾何形状を測定する。図５の例では、ワーク画像５７上の中心孔の中心位置を測定している。次に、図５に示すように、上記ワーク画像５７上で測定した幾何形状がグラフィックスウィンドウ５２の図面データ５８のどの部分に対応するのかをマウスのポインタ６３等で指定する（Ｓ３）。図示の例では、穴の中心点を指示しているので１点しか指定できない。従って、図６に示すように、この操作をもう一つの別の幾何形状（穴）についても行う（Ｓ４，Ｓ２，Ｓ３）。
【００２１】
そして、指定された２点のワーク画像５７上における座標値及び設計座標系（ＣＡＤデータの座標系）における座標値から機械座標系と設計座標系とのずれ量、即ち平行移動量及び回転量が求められる（Ｓ５）。
この処理を具体的に説明する。例えばいま、マウスのポインタ６３によって指定されるマウス座標（ｕ，ｖ）と装置の機械座標（ｘ，ｙ）とが下記数１のように対応付けられるものとする。なお、ここでα，βは、それぞれｘ，ｙ方向の拡大・縮小率、（ｕ0，ｖ0）はマウス座標の原点、（Δｘ，Δｙ）はステージ移動によって変化する機械座標系とマウス座標系とのずれ量である。
【００２２】
【数１】
ｘ＝α（ｕ−ｕ0）＋Δｘ
ｙ＝β（ｖ−ｖ0）＋Δｙ
【００２３】
ここで、ワーク画像５７上から求められた機械座標系における第１及び第２点の座標値をそれぞれ（ｘ1，ｙ1），（ｘ2，ｙ2）、グラフィックスウィンドウ５２で指定された設計座標系における第１及び第２点の座標値をそれぞれ（Ｕ1，Ｖ1），（Ｕ2，Ｖ2）とすると、
【００２４】
【数２】
0004053642.tif 000002
【００２５】
より、回転角θ及び平行移動量ΔＵ，ΔＶが求められ、これに基づいて、ワーク座標系（Ｘ，Ｙ）が、下記数３のように設定される（Ｓ６）。
【００２６】
【数３】
0004053642.tif 000003
【００２７】
また、求められたワーク座標系（Ｘ，Ｙ）に基づいて、図７に示すように、カラービデオウィンドウ５１にワーク座標系を表すＸ軸線６１及びＹ軸線６２を表示する（Ｓ７）。このＸ軸線６１及びＹ軸線６２は、測定操作をし易くするために、その交差部を常にカラービデオウィンドウ５１の中央部に位置するように配置し、各軸の方向が分かるように、各軸６１，６２を交差部を中心にθだけ回転させる。各軸６１，６２の交点部がカラービデオウィンドウ５１の中心部に配置されるので、この交点部に測定部位を配置することにより、測定位置の位置決めを容易に行うことができる。
【００２８】
これらＸ軸線６１及びＹ軸線６２の各両端には、各軸方向に互いに逆方向を向く矢印型の移動指示用アイコン６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂが設けられている。いま図８に示すように、これらのアイコン６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂのうちの一つをマウス２３のポインタ６３によってクリックすると、ステージに対するＣＣＤカメラ１６の位置、又はＣＣＤカメラ１６に対するステージの位置がクリックしたアイコンの矢印で示す方向に移動する。このとき、移動する方向は機械座標系の軸方向ではなく、ワーク座標系の軸方向となる。また、移動ピッチとは、設定操作によって予め任意の値に設定される。マウス２３のクリックボタンを押し続けると、上述したピッチでのステージ移動動作を繰り返す。
【００２９】
図９は、この処理を実現するＣＰＵ３５のフローチャートである。例えば移動指示用アイコン６１ａのクリックイベントが発生すると、予め設定されたピッチがＰであるとすると、Ｘ軸駆動系４４及びＹ軸駆動系４５を制御してＣＣＤカメラ１６及び測定テーブルをそれぞれ機械座標系でｘ軸方向に−Ｐcosθ、ｙ軸方向に−Ｐsinθだけ移動させる（Ｓ１１）。そして、タイマーを起動して一定時間だけ待ち（Ｓ１２）、マウス２３のクリックボタンが押し続けになっているかどうかを判定する（Ｓ１３）。もし、押し続けである場合には、再度、ＣＣＤカメラ１６を設定距離だけ移動させる（Ｓ１１）。なお、他の移動指示用アイコン６１ｂ，６２ａ，６２ｂがクリックされた場合も、これと同様の処理により、指定された方向に指定されたピッチでＣＣＤカメラ１６（Ｘ軸方向）及び測定テーブル１３（Ｙ軸方向）を駆動することになる。
【００３０】
このようなステージ移動操作によれば、オペレータはＣＲＴディスプレイ２４の表示画面、特にビデオウィンドウ５１という限定された範囲のみを見ながらステージ移動に関する全ての操作を行うことができるので、作業性が極めて良好になる。しかも、この例のようにビデオウィンドウ５１には、Ｘ軸線６１とＹ軸線６２とがそれぞれ表示されているので、例えば測定したい円の中心部をＸ軸線６１又はＹ軸線６２にまず合わせ、しかる後にこれら各軸方向に沿ってステージに対する撮像範囲を移動させるようにすれば、位置合わせが極めて容易であり、その間にマウスのポインタ６３を移動させる範囲は、ビデオウィンドウ５１内に限られるので、目線が動く範囲が狭く、この結果、操作時の疲労度が少なくなる。また、一定ピッチで配置されたワーク１２やワーク１２内の一定ピッチで配置された孔等を測定する場合、ステージ移動のピッチを予めこれらの配置ピッチと合わせておくと、１クリック操作だけで次の測定ポイントをビデオウィンドウ５１の中心に配置することができるという利点もある。
【００３１】
（２）マウス２３を使用してワーク画像５７上にダイレクトに座標系を設定する方法
図１０は、マウス２３を用いて上記よりも簡便に座標系を設定する方法を示すフローチャートであり、図１１は、この方法を説明するためのカラービデオウィンドウ５１の表示内容を示す図である。
まず、図１１（ａ）に示すように、ワーク画像５７上で座標系の原点にしたい位置にマウス２３のポインタ６３を合わせてクリックすると、その位置の原点座標が記憶される（Ｓ２１）。次に、図１１（ｂ）に示すように、指定した原点位置からマウス２３のポインタ６３をドラッグさせると、カラービデオウィンドウ５１上には、原点位置からポインタ６３の位置に合わせて延びるＸ軸線７１及びＹ軸線７２が表示される（Ｓ２２）。これらのＸ軸線７１及びＹ軸線７２は、マウスのポインタ６３の動きに合わせて、原点位置を中心として回転させることができる。図１１（ｃ）のように、座標系の回転角度の調整が終了したら、その位置でマウス２３をクリックするか、又はボタンを押したままドラッグ操作をしている場合には、ボタンがリリースされたことをもって、ワーク座標系を確定する（Ｓ２３，Ｓ２４）。
【００３２】
マウス操作により座標系を設定するこの方法は、幾何形状を測定して座標系を設定する先の実施例と比べ、設定精度は劣るが、先の実施例よりも簡便に座標系を設定することができるので、例えばパートプログラムを実行させるためのワーク座標の設定操作等には十分に使用することができる。パートプログラムの中で改めて座標系設定のための測定を行えば良いからである。
【００３３】
また、もし先の実施例のようにＣＡＤデータが与えられていれば、設定されたワーク座標系とＣＡＤデータの座標系とのずれ量を求めることができる。このずれ量が分かっていれば、測定したい箇所をＣＡＤデータ側の幾何形状で指定することもでき、更に測定操作が簡単になる。
【００３４】
なお、以上の実施例では、カラービデオウィンドウ５１のワーク画像５７はそのままにして、設定されたワーク座標系の各軸をワーク画像５７に合わせて回転させて表示するようにしたが、設計座標系や機械座標系に対するワーク座標系の回転量θが求められたら、図１２に示すように、その回転量θだけワーク画像５７を回転させて表示するようにしても良い。画像データを回転させる場合には、実際には画素として得られていない位置の画素の濃度については、周囲の画素から濃度補間計算により求めればよい。また、ＣＣＤカメラ１６をθだけ回転させるようにすれば、画像データの回転処理は不要になる。
【００３５】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば、画像ウィンドウとグラフィックスウィンドウで対応する幾何形状を指示したり、又は入力手段による原点と基準軸の指示によりワーク座標系を設定することができるので、ワーク座標系の座標設定作業が極めて簡単になり、測定の作業効率が向上するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例に係るＣＮＣ画像測定装置の斜視図である。
【図２】  同装置におけるコンピュータシステム及びその周辺の構成を示すブロック図である。
【図３】  同装置におけるＣＲＴディスプレイの表示画面を示す図である。
【図４】  同装置におけるＣＡＤデータを使用したワーク座標系の設定方法のフローチャートである。
【図５】  同ワーク座標系の設定方法を説明するための図である。
【図６】  同ワーク座標系の設定方法を説明するための図である。
【図７】  同ワーク座標系の設定方法を説明するための図である。
【図８】  ワーク座標系設定後のステージ移動方法を説明するための図である。
【図９】  同ステージ移動方法のフローチャートである。
【図１０】  本発明の他の実施例に係るワーク座標系の設定方法のフローチャートである。
【図１１】  同ワーク座標系の設定方法を説明するための図である。
【図１２】  ワーク画像を回転させた例を示す図である。
【符号の説明】
１…測定機本体、２…コンピュータシステム、３…指令入力部、４…プリンタ、１１…架台、１２…ワーク、１３…測定テーブル、１４…フレーム、１５…カバー、１６…ＣＣＤカメラ、１７…照明装置、２１…コンピュータ本体、２２…キーボード、２３…マウス、２４…ＣＲＴディスプレイ、３１…ＡＤ変換部、３２…多値画像メモリ、３３…表示制御部、３４…インタフェース、３５…ＣＰＵ、３６…プログラムメモリ、３７…ワークメモリ、３９…照明制御部、４１…Ｘ軸エンコーダ、４２…Ｙ軸エンコーダ、４３…Ｚ軸エンコーダ、４４…Ｘ軸駆動系、４５…Ｙ軸駆動系、４６…Ｚ軸駆動系。
【図１】
0004053642.tif 000004
【図２】
0004053642.tif 000005
【図３】
0004053642.tif 000006
【図４】
0004053642.tif 000007
【図５】
0004053642.tif 000008
【図６】
0004053642.tif 000009
【図７】
0004053642.tif 000010
【図８】
0004053642.tif 000011
【図９】
0004053642.tif 000012
【図１２】
0004053642.tif 000013
【図１０】
0004053642.tif 000014
【図１１】
0004053642.tif 000015