(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
解像度を調整でき、厚みのある被検査品の形状のラスタ画像を出力し、内部照明手段を有するイメージスキャナを備えた画像入力手段と、前記イメージスキャナから得られたラスタ画像を２値化処理するラスタ画像処理手段と、前記ラスタ画像処理手段が出力する前記被検査品のラスタ画像をベクトル画像に変換するラスタベクタ変換処理手段と、前記被検査品の形状設計データであるベクトル画像の検査画像を格納する記憶手段と、ベクトル画像に変換された前記被検査品の形状画像と前記検査画像を重ね合わせ画面に表示するための重ね合せ処理手段と、画面に重ね合わせ表示された前記被検査品の形状画像と前記検査画像を比較すると共に前記被検査品の形状画像の寸法を測定して前記被検査品が公差範囲内であるかを判定する合否判定手段とを具備し、前記画像入力手段は前記イメージスキャナのコンタクトガラス面に置かれた前記被検査品の上部から照明する外部照明手段を備え、前記外部照明手段は前記被検査品の形状輪郭部に発生する影が消えるように照度を設定されていることを特徴とする形状検査装置。
【請求項２】
解像度を調整でき、被検査品を厚みのある平板状に形成した前記被検査品の形状のラスタ画像を出力し、内部照明手段を有するイメージスキャナと、前記イメージスキャナのコンタクトガラス面に置かれた前記被検査品の上部から照明し、前記被検査品の形状輪郭部に発生する影が消えるように照度を設定されている外部照明手段と、前記イメージスキャナから得られたラスタ画像を２値化処理するラスタ画像処理手段と、前記ラスタ画像処理手段が出力する前記被検査品のラスタ画像をベクトル画像に変換するラスタベクタ変換処理手段と、前記被検査品の形状設計データであるベクトル画像の検査画像を格納する記憶手段と、ベクトル画像に変換された前記被検査品の形状画像と前記検査画像を重ね合わせ画面に表示するための重ね合せ処理手段と、画面に重ね合わせ表示された前記被検査品の形状画像と前記検査画像を比較すると共に前記被検査品の形状画像の寸法を測定して前記被検査品が公差範囲内であるかを判定する合否判定手段とを具備することを特徴とする形状検査装置。
【請求項３】
解像度を調整でき、厚みのある被検査品の形状のラスタ画像を出力し、内部照明手段を有するイメージスキャナを備えた画像入力手段と、前記イメージスキャナから得られたラスタ画像を２値化処理するラスタ画像処理手段と、前記ラスタ画像処理手段が出力する前記被検査品のラスタ画像をベクトル画像に変換するラスタベクタ変換処理手段と、前記被検査品の形状設計データであるベクトル画像の検査画像を格納する記憶手段と、ベクトル画像に変換された前記被検査品の形状画像と前記検査画像を重ね合わせ画面に表示するための重ね合せ処理手段と、前記ラスタベクタ変換処理手段から得られる前記被検査品のベクトル形状画像を検査画像として前記記憶手段に格納する図面生成処理手段と、画面に重ね合わせ表示された前記被検査品の形状画像と前記検査画像を比較すると共に前記被検査品の形状画像の寸法を測定して前記被検査品が公差範囲内であるかを判定する合否判定手段とを具備し、前記画像入力手段は前記イメージスキャナのコンタクトガラス面に置かれた前記被検査品の上部から照明する外部照明手段を備え、前記外部照明手段は前記被検査品の形状輪郭部に発生する影が消えるように照度を設定されていることを特徴とする形状検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属、樹脂、ゴム等の成型品、金型、加工品の製造時あるいは購入時に製品あるいは部品などの被検査品の形状検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、製品や部品の形状を検査するには基準となる形状設計データ（検査用図面）と形状比較を行い公差内であるかを判断するようにしている。従来、検査用図面との公差判定が必要な製品あるいは部品の形状検査装置として、例えば、特公平6-29712号公報に開示されるような投影機を用いた形状検査装置が知られている。
【０００３】
投影機を使用する場合、スクリーンに投影された被検査品像の上から寸法目盛の記入された投影機と同じ倍率の基準となる検査図面（検査画像）を重ね合わせることによって、検査図面に示された公差内であるか否かを目視で判断している。
【０００４】
この場合、必要であれば検査面における被検査品の輪郭をトレースした上で、検査図面との寸法差を読み取ることができる。このときの寸法校正方法は、被検査品の近傍に標準スケールを置くことによって検査面とスケール目盛りをスクリーン上に投影し、検査図面に作図された線長を測定することで行われる。
【０００５】
しかしながら、投影機において被検査品の一部を拡大して検査しようとした場合には倍率に応じたレンズに交換すると同時に図面を交換しなければならない。
【０００６】
さらに、検査結果は紙の図面で残されるため過去の検査結果と比較するのが困難であると同時に、人手による輪郭トレースのため個人差によって精度が一定しないという欠点がある。
【０００７】
このことを解決するために、例えば、特開2001-41725号公報に開示されるようなコンピュータを使用した形状検査装置が提案されている。
【０００８】
コンピュータを使用した形状検査装置は、一般的にＣＣＤカメラによる被検査品のラスタ画像と検査図面となるグラフィック画像（ラスタ画像の検査画像）を重ね合わせて形状を比較している。この場合、検査画像を作成するには、例えば、特開2001-183811号公報に記載されているように、光学写真等の画像をスキャナで読み取り、形状データを抽出してグラフィック画像（ラスタ画像である線画像）に変換して作成する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術のコンピュータシステムは、画面上に表示されるのはＣＣＤカメラ等から入力された被検査品のラスタ画像と検査図面に対応するグラフィック図形である。画面上に被検査品のラスタ画像と公差範囲を示すグラフィック画像が表示されていても、グラフィック画像は点の集合であるドット情報であり寸法値を読み取ることはできない。そのため、合否判定は現物を測定して公差範囲内であるか否かを判定しなければならず、検査が面倒になる。
【００１０】
また、ＣＣＤカメラの画像とグラフィック図形の倍率を合わせる方法（寸法校正）としては、２つのラスタ画像を１つの画面に重ねて表示させる機能（キャプチャ表示）によって、グラフィック表示画面にあらかじめ表示されている基準形状にＣＣＤカメラで撮像した被検査品の画像を合わせ込むことで行われている。
【００１１】
寸法校正が正しいことを保証するためには形状判定する被検査品について、検査前と検査後の２回校正しなければ正しい精度であることを保証できない。これは、検査中にＣＣＤカメラの倍率が変化していないことを証明するための方法が他にないためである。
【００１２】
さらに、ＣＣＤカメラの画素数は一定のため、被検査品の全体画像から一部を切り出し任意の倍率に拡大して検査しようとした場合には、検査対象範囲の表示画素数が少なくなってしまい検査対象部分の解像度が低くなる。従って、レンズ交換等により光学的に倍率を上げなければならないが、倍率変更に伴う寸法校正が必要となる。
【００１３】
また、被検査品の形状輪郭に対して予め作成されている合否判定のための形状パターンを重ね合わせて検査する方式（パターンマッチング方式）は、被検査品に合わせた形状パターンの作成が必要となる。その場合、ゴム成型品のように製品そのものが変化する場合には、予測される変形に応じた複数の形状パターンを作成しなければならない。従って、新機種ごとにパターン作成の費用が発生するとともに、システム構成が複雑となり高価な装置となる。
【００１４】
本発明の目的は、被検査品の形状画像の寸法を測定でき検査画像の公差範囲内であるかを簡単に判定できる形状検査装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴とするところは、解像度を調整できるイメージスキャナによって被検査品の形状ラスタ画像を得て２値化処理したラスタ画像をベクトル画像に変換し、被検査品の形状画像と形状設計データであるベクトル画像の検査画像を重ね合わせ画面に表示して被検査品の形状画像と検査画像を比較すると共に被検査品の形状画像の寸法を測定するようにしたことにある。
【００１６】
本発明において、被検査品は実物を平板上に切出し加工した物やレプリカが用いられる。
【００１７】
本発明は被検査品の形状画像をベクトル画像（ＣＡＤデータ）にしてベクトル画像の検査画像と比較するようにしているので、画面に表示された被検査品の形状画像から寸法を測定でき検査画像の公差範囲内であるかを簡単に判定することができる。
【００１８】
また、ＣＡＤ化された被検査品の輪郭データから新たに検査図面（検査画像）を生成することができるようになるので、ゴム等の型製品において設計図面から製作した型と実際に製作された製品の形状・寸法が異なっている場合でも、実用上問題とならない範囲に製作された製品の形状を部分的に修正することで実用的な基準となる検査図面を得ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１に本発明の一実施例を示す。
図１において、形状検査装置は、被検査品の画像入力部１、画像入力部１から得られる被検査品のラスタ画像をベクトル画像（ＣＡＤデータ）に変換し検査図面（検査画像）と重ね合わせて合否判定をおこなう演算処理部２、画像データの表示あるいは寸法を測定するための表示部３、文字入力や画像データを操作するための例えばマウス、キーボード等の操作部４および検査結果を出力するための例えばプリンタ等の出力部５から構成される。
【００２０】
画像入力部１は、イメージスキャナ１１と被検査品（検査品）１２および寸法校正用の標準スケール１３をセットするためのコンタクトガラス面１４があり、さらに画像入力に不要な外光を遮蔽するためのカバー１５とイメージスキャナ１１の内部照明１１ｃ（図２に図示）による不要な影（回析光）を消去するために被検査品１２の上部から照明する外部照明１６を備えている。
【００２１】
演算処理部２は、画像入力部１より入力される被検査品１２のラスタ画像の明るさ、コントラスト、２値化処理等をするためのラスタ画像処理部２２と、ラスタ画像をベクトル画像に変換するためのラスタベクタ変換処理部２３と、ベクトル化された被検査品１２のＣＡＤ図データのスケール値を校正するための寸法校正処理部２４と、予め記憶部２９に格納されている検査図面（検査画像）２９ａとベクトル変換された被検査品１２の輪郭形状画像を移動、回転、重ね合わせるための重ね合せ処理部２５と、形状比較または寸法検査により合否判定をするための合否判定処理部２６と、画像データ表示や寸法測定、重ね合せをするための表示部３と、文字入力、画像の操作をするための例えばマウス、キーボードのような操作部４と、検査結果を出力するための例えばプリンタ等の出力部５とを備えている。
【００２２】
図２は外部照明１６による影の消去を説明する図で、図１と合わせて説明する。
図２（ａ）において画像情報を入力するためイメージスキャナ１１に内臓されたＣＣＤセンサ１１ａが被検査品１２の垂直面１２ａに近づいたとする。このとき、イメージスキャナ１１の内部照明１１ｃはイメージセンサの近傍から被検査品１２の垂直面１２ａに対し所定の照射範囲１１ｄで被検査品１２の垂直面１２ａに照射される。
【００２３】
一方、ＣＣＤセンサ１１ａは明暗を認識するＣＣＤセンサ１１ａの認識範囲１１ｂを有するが、被検査品１２に対して照射範囲１１ｄにある厚み方向に照射された範囲を画像として認識してしまう。その結果、被検査品１２の垂直面１２ａおよび何もない空白部分を平均した明度情報を得ることになる。従って、被検査品１２の輪郭部から外側の画像輪郭部には検査品の垂直面１２ａの情報が含まれ、これが画像における影となって現れる。
【００２４】
しかし、図２（ａ）の状態において図２（ｂ）に示すように被検査品１２の上部からイメージスキャナ１１のコンタクトガラス面１４を介してＣＣＤセンサ１１ａに適度な照度の外部照明１６を当てることによって、被検査品１２の垂直面１２ａにおける明度低下を補正することができる。
【００２５】
図３は画像入力部１から入力された被検査品１２のラスタ画像であるＴＩＦＦフォーマットファイル（Tagged-Image File Format）をラスタベクタ変換によりベクトルデータに変換する場合において、イメージスキャナ１１に設定した解像度情報をラスタ画像内から抽出し、実寸表示のＣＡＤデータに自動変換することについて説明した図である。
【００２６】
解像度情報を含むファイル形式であるＴＩＦＦファイルの構造について説明する。ＴＩＦＦファイル形式はスキャナ１１で読み込まれたデータを処理するために作られたタグ付画像ファイル形式の画像フォーマット仕様である。
【００２７】
図３はＴＩＦＦファイルの一例構成図であって、情報の記録領域であるヘッダ（Ａ）とイメージファイルディレクトリ（Ｂ）およびデータ領域（Ｃ）に分かれている。解像度等の画像情報はイメージファイルディレクトリ（Ｂ）に記録される。したがって、ＴＩＦＦ形式のファイルではイメージファイルディレクトリ（ＩＦＤ）の内容を読み取ることによって、画像入力装置１で読み込まれた解像度を判定することができる。画像ファイルの解像度は１インチ当たりのドット数を示しているので、ドット数をカウントすることで寸法に変換することが可能となる。
【００２８】
このことを図４を用いて説明する。
図４において、１２ｂは被検査品１２のラスタ画像を示し、１２ｃは被検査品１２のラスタ画像１２ｂについて輪郭を抽出しベクトル（ＣＡＤ）データとしたものを示す。
【００２９】
図４（ａ）は、画像入力部１から入力された被検査品１２と標準スケール１３のラスタ画像１２ｂであって、外部照明１６により影を消去するとともにラスタ画像処理部２２で画像処理を施し２値化画像に変換したものである。図４（ｂ）は、２値化されたラスタ画像をラスタベクタ変換処理部２３によりベクトルデータに変換したＣＡＤ図であって、同時に変換された標準スケール１３によって寸法校正されている。
【００３０】
図４（ｃ）は、記憶部２９に予め格納されている検査図面２９ａであって、形状、公差、重ね合せをするための基準線等の合否判定に必要な項目が記入されている。図４（ｄ）は被検査品１２のＣＡＤ図データ１２ｃと検査図面２９ａを基準線に従って重ね合わせた図である。また、図４（ｅ）は、重ね合わせたデータについて形状を判定し、図面に指定された位置の寸法を測定した図である。
【００３１】
さて、図４（ｅ）における（イ）−（ロ）間は検査図面２９ａに示された寸法公差であって３６±０．５を示している。従って合格範囲は３５．５から３６．５の範囲となる。一方、検査図面２９ａの（イ）−（ロ）間に相当する被検査品１２の位置は（イ）−（ハ）間で３０．０となる。従って、公差の合格範囲に入らないため不合格となる。
【００３２】
このように、ラスタ画像をベクトル画像に変換してＣＡＤデータとして扱うことで形状を目視で比較できると共に公差を数値で示すことが可能となる。さらに検査図面（検査画像）２９ａに公差の輪郭を記入することで複雑な形状であっても正確な形状・寸法測定が可能となる。
【００３３】
図５に本発明による形状検査装置のフローチャートを示す。
図１、図２に示す本発明の実施例の動作を図５を参照して説明する。
まず、記憶部２９に予め格納されている検査図面２９ａを用いて被検査品１２の合否判定をすることについて説明する。
【００３４】
ステップＳ１０１において被検査品１２と寸法校正用の標準スケール１３をイメージスキャナ１１のコンタクトガラス面１４にセットし、周囲から光が入らないようにカバー１５をする。ステップＳ１０２では被検査品１２と標準スケール１３に外部照明１６を当てる。
【００３５】
ステップＳ１０２からステップＳ１０３に移行して、イメージスキャナ１１の内部照明１１cと外部照明１６に合わせて被検査品１２の画像取り込み範囲、明るさ、コントラスト、解像度、カラー条件等の画像入力条件をイメージスキャナ１１に設定する。イメージスキャナ１１への画像入力条件の設定は演算処理部２の操作部４から入力される。この場合、被検査品１２の形状と厚さによって外部照明１６の照度を調節し形状輪郭部に発生する影が消えるように設定する。
【００３６】
ステップＳ１０４では、ステップＳ１０３で設定されたイメージスキャナ１１の画像入力条件に従って被検査品１２と標準スケール１３の形状画像を取り込み、原画像として一時記憶部２８に保存後にラスタ画像処理部２２に加えられる。ステップＳ１０５では画像のノイズ（画像以外の不要な点や線）を取り除き、ステップＳ１０６に移りで２値化処理をした上で画像ファイルとして一時記憶部２８に保存後にラスタベクタ変換処理部２３に送られる。一時記憶部２８に保存するファイル形式は画像の解像度情報を含む形式、例えばＴＩＦＦフォーマットとする。
【００３７】
ステップＳ１０７では、ステップＳ１０６で一時記憶部２８に保存された２値化画像ファイルに対してラスタベクタ変換処理部２３においてラスタベクタ処理を施しＣＡＤデータに変換する。ラスタベクタ変換処理部２３は、画像ファイルに含まれる解像度情報を読み取り実寸法に変換したＣＡＤ図（ベクトル画像）を作成する。ラスタベクタ変換処理部２３で変換されたＣＡＤデータは市販されている一般的なＣＡＤソフトで読み書きができるようにＤＸＦファイルフォーマット等で一時記憶部２８に保存され、寸法校正処理部２４に与えられる。
【００３８】
ステップＳ１０８では、被検査品１２と同時にＣＡＤ変換された標準スケール１３の長さを検査員が表示部３を見ながら操作部４の例えばマウス操作によって測定し、自動変換された寸法値と比較することによって校正する。
【００３９】
例えば、寸法誤差が１００±０．１ｍｍと設定されていた場合において、標準スケールの１００ｍｍを測定したときにＣＡＤ上で１０１ｍｍであった場合には１００／１０１＝０．９９倍の寸法補正を行うことによって表示寸法の校正とする。寸法校正され、ＣＡＤ図に変換された検査品１２の輪郭図は、市販されている一般的なＣＡＤソフトで読み書きができるようにＤＸＦファイルフォーマット等で一時記憶部２８に保存され、重ね合せ処理部２５に送られる。
【００４０】
ステップＳ１０９では、被検査品１２のＣＡＤデータ１２ｃと、設計図面から作成し予め記憶部２９に記憶されている検査図面（Ａ）２９ａを表示部３の同じ画面上に表示させ、操作部４の例えばマウス操作により検査図面（Ａ）２９ａを固定させて検査品１２の輪郭データを回転、移動あるいは、画面の一部拡大、縮小機能によって検査図面（Ａ）２９ａの基準線に合わせて形状の重ね合わせを行い、合否判定処理部２６に送る。
【００４１】
ステップＳ１１０では、検査図面（Ａ）２９ａに記入されている位置、寸法、公差、変形程度等の情報から検査品１２との差を測定あるいは形状が公差内であるかを検査員が判定する。さらに必要であれば合否判定等の必要項目を入力する。
最後にステップＳ１１１で記憶部２９に保存する。
【００４２】
このようにして被検査品の検査を行うのであるが、被検査品の形状画像をベクトル画像（ＣＡＤデータ）にしてベクトル画像の検査画像と比較するようにしているので、画面に表示された被検査品の形状画像から寸法を測定でき検査画像の公差範囲内であるかを簡単に判定することができる。
【００４３】
また、被検査品の現物と検査図面をベクトルデータ（ＣＡＤデータ）として扱うことが可能となるので、ラスタ画像の欠点である拡大縮小による解像度の変化を受けなくなり、複雑な形状であっても正確な寸法測定が可能となる。
【００４４】
図６に本発明の他の実施例を示す。
図６において図１の実施例と異なるところは、被検査品のベクトルデータ（ＣＡＤデータ）から基準となる検査図面を作成する図面生成処理部２７を設けたことである。
【００４５】
図７に図６のフローチャートを示す。図７において図５のステップＳ１０８までの被検査品のベクトルデータを作成し寸法校正を行うところまでは同じ手順であり説明を省略する。
【００４６】
ステップＳ１０８で作成された被検査品１２のＣＡＤデータ１２ｃは図面生成処理部２７に与えられる。図面生成処理部２７は輪郭修正および公差、形状変化範囲、図面フォーマット等を追加した上で被検査品１２から生成された旨の履歴を記入し検査図面（Ｂ）２９ａとして保存される。
【００４７】
被検査品１２から作成された検査図面（Ｂ）２９ａは、ゴム等の型製品において、設計図面から製作した型と実際に製作された製品の形状・寸法が異なっている場合でも実用上問題とならない場合には履歴を明確にした上で検査図面（Ｂ）２９ａとして使用することができる。
【００４８】
図６の実施例においても被検査品の形状画像をベクトル画像（ＣＡＤデータ）にしてベクトル画像の検査画像と比較するようにしているので、画面に表示された被検査品の形状画像から寸法を測定でき検査画像の公差範囲内であるかを簡単に判定することができる。
【００４９】
また、図６の実施例ではゴム製品のように製品そのものの形状・寸法が設計図面と異なってしまうような場合でも、実用上問題とならない場合には設計図面を使用した検査図面の代わりに検査品のＣＡＤ図から生成された検査図面を使用することができる。従って、生産ロットに合わせた検査図面の提供が可能となる。
【００５０】
【発明の効果】
発明によれば、被検査品の形状画像をベクトル画像（ＣＡＤデータ）にしてベクトル画像の検査画像と比較するようにしているので、画面に表示された被検査品の形状画像から寸法を測定でき検査画像の公差範囲内であるかを簡単に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】  イメージスキャナの外部照明により形状輪郭の影を消去する説明図である。
【図３】  ＴＩＦＦファイルの一例構成図である。
【図４】  本発明の検査状態の推移を示す図である。
【図５】  本発明の動作を説明するフローチャートである。
【図６】  本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図７】  図６に示すの実施例の動作を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１      画像入力部
１１    イメージスキャナ
１１ａ  ＣＣＤセンサ
１１ｂ  ＣＣＤセンサの認識範囲
１１ｃ  イメージスキャナの内部照明
１１ｄ  照射範囲
１２    被検査品
１２ａ  被検査品の垂直面
１２ｂ  被検査品のラスタ画像
１２ｃ  被検査品のＣＡＤデータ
１３    標準スケール
１４    コンタクトガラス面
１５    カバー
１６    外部照明
２      演算処理部
２１    制御部
２２    ラスタ画像処理部
２３    ラスタベクタ変換処理部
２４    寸法校正処理部
２５    重ね合せ処理部
２６    合否判定処理部
２７    図面生成処理部
２８    一時記憶部
２９    記憶部
２９ａ  検査図面
３      表示部
４      操作部
５      出力部
【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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