JP5597056B2 - 画像測定装置、画像測定方法及び画像測定装置用のプログラム - Google Patents

Description

本発明は、画像測定装置、画像測定方法及び画像測定装置用のプログラムに係り、さらに詳しくは、ワークを撮影して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画像測定装置に関する。

一般に、画像測定装置は、ワークを撮影してワーク画像を取得し、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装置であり、画像測定器と呼ばれることもある（例えば、特許文献１から３）。通常、ワークは、Ｘ，Ｙ及びＺ軸方向に移動可能な可動ステージ上に載置される。可動ステージをＺ軸方向に移動させることにより、ワーク画像のピント合わせが行われ、Ｘ，Ｙ軸方向に移動させることにより、ワークの視野内への位置調整が行われる。

ワーク画像は、可動ステージのＺ軸方向の位置に関わらず、ワークに対して極めて正確な相似形であることから、画像上で距離や角度を判定することにより、ワーク上における実際の寸法を検知することができる。ワークの寸法測定では、ワーク画像のエッジ抽出が行われる。エッジ抽出は、ワーク画像の輝度変化を解析してエッジ点を検出し、検出した複数のエッジ点に直線や円弧などの幾何学図形をフィッティングさせることにより行われ、ワークと背景との境界を示すエッジが求められる。

従来の画像測定装置には、ワーク画像を予め保持される所定のマスター画像と比較し、ワーク画像のエッジ位置と対応するマスター画像上の位置との変位量を示す誤差を求め、求めた誤差を許容誤差と比較することにより、輪郭の良否判定を行うものがある。この様な従来の画像測定装置は、同じ製造工程を経て製造される同種のワークの品質管理のために、複数のワークを順次に測定してそれぞれ距離や角度などの寸法値を求め、これらのワークについて、寸法値の平均値や分散値を求めて表示することができる。

特開２００９−３００１２４号公報 特開２００９−３００１２５号公報 特開２０１０−１９６６７号公報

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、複数のワークについて、輪郭の不一致度合いを容易に識別することができる画像測定装置、画像測定方法及び画像測定装置用のプログラムを提供することを目的とする。特に、ワーク画像又はマスター画像から抽出されるエッジ上の任意の点について、エッジ位置の誤差に関する統計情報を容易に識別することができる画像測定装置を提供することを目的とする。

第１の本発明による画像測定装置は、同一形状で略同サイズのワークを撮影してワーク画像を取得し、上記ワーク画像のエッジ位置に基づいて上記ワークの寸法を測定する画像測定装置であって、上記ワーク画像内のワークの位置及び姿勢を検出するための位置決め用の情報である特徴量情報と、上記ワーク画像を上記ワークの設計データに対して比較する輪郭比較範囲と、上記設計データの輪郭情報とを記憶する記憶手段と、上記特徴量情報に基づいて、上記ワーク画像内におけるワークの位置及び姿勢を検出する位置及び姿勢検出手段と、位置及び姿勢の検出結果と上記記憶手段に記憶された上記輪郭比較範囲に基づいて、輪郭比較を行う範囲を特定する範囲特定手段と、上記ワーク画像からエッジを抽出するエッジ抽出手段と、上記ワーク画像及び上記記憶手段に記憶された設計データの輪郭情報を比較する画像比較手段と、上記比較結果に基づいて、上記エッジ抽出手段により抽出された各エッジ位置とこのエッジ位置に対応する上記設計データの輪郭情報の位置との変位量を示す誤差を算出する誤差算出手段と、上記誤差に基づいて、上記ワークごとに良否の判定を行う良否判定手段と、複数の上記ワークをそれぞれ撮影して得られた複数の上記ワーク画像に関する上記誤差の統計情報をエッジ位置ごとに算出する統計情報算出手段と、上記統計情報を、その値に応じた表示態様で上記ワーク画像又は上記設計データから抽出されたエッジ位置に沿って表示する統計情報表示手段とを備えて構成される。

この様な構成によれば、複数のワーク画像について、ワーク画像のエッジ位置と対応する設計データ上の位置との誤差の統計情報をエッジ位置ごとに算出し、エッジ位置に沿って表示するので、エッジ上の任意の点について、誤差の統計情報を容易に識別することができる。すなわち、複数のワーク画像から得られた誤差の統計情報がエッジ位置に沿って表示されるので、統計情報がワーク画像中のどこの統計情報を示すものであるかを直感的に把握することができる。従って、複数のワークについて、輪郭の不一致度合いを容易に識別することができる。例えば、加工精度の低下が局所的に発生しているような場合に、加工精度の低下箇所を直感的に把握することができる。

第２の本発明による画像測定装置は、上記構成に加え、複数の統計情報の中からいずれか一つを表示対象として指定するための統計情報指定手段を備え、上記統計情報表示手段が、上記統計情報指定手段により統計情報が切り替えられた際に、当該統計情報が持つ特性に従った情報を上記エッジ位置に沿って表示するように、表示内容を切り替えるように構成される。この様な構成によれば、エッジ位置に沿って表示させる統計情報を必要に応じて切り替えることができる。

第３の本発明による画像測定装置は、上記構成に加え、上記ワーク画像又は上記設計データ上のエッジ位置を指定するためのエッジ位置指定手段を備え、上記統計情報算出手段が、上記統計情報として、上記誤差の平均値、上記誤差の分散値、上記誤差が許容誤差以下となる割合、上記誤差が許容誤差を越える割合、又は、上記誤差の移動平均の傾きを算出し、上記統計情報表示手段が、上記エッジ位置指定手段により指定されたエッジ位置に対応する上記ワーク画像ごとの上記誤差からなる時系列情報を表示するように構成される。この様な構成によれば、エッジ位置を指定することにより、指定されたエッジ位置に関連付けられた誤差の時系列情報を確認することができる。

第４の本発明による画像測定装置は、上記構成に加え、上記統計情報表示手段が、上記統計情報の値に応じて色の異なるドットを上記エッジ位置に沿って表示するように構成される。この様な構成によれば、誤差の統計情報をドットの色により容易に識別することができる。

第５の本発明による画像測定装置は、上記構成に加え、上記統計情報表示手段が、上記統計情報の値に応じて大きさの異なるドットを上記エッジ位置に沿って表示するように構成される。この様な構成によれば、誤差の統計情報をドットの大きさにより容易に識別することができる。

第６の本発明による画像測定装置は、上記構成に加え、上記統計情報表示手段が、上記統計情報の値に応じて高さの異なるヒストグラムを上記エッジ位置に沿って表示するように構成される。この様な構成によれば、誤差の統計情報をヒストグラムの高さにより容易に識別することができる。

第７の本発明による画像測定方法は、同一形状で略同一サイズのワークを撮影してワーク画像を取得し、上記ワーク画像のエッジ位置に基づいて上記ワークの寸法を測定する画像測定方法であって、上記ワーク画像内のワークの位置及び姿勢を検出するための位置決め用の情報からなる特徴量情報と、上記ワーク画像を上記ワークの設計データに対して比較するための輪郭比較範囲と、上記設計データの輪郭情報とを記憶する測定設定記憶ステップと、上記特徴量情報に基づいて、上記ワーク画像内におけるワークの位置及び姿勢を検出する位置及び姿勢検出ステップと、位置及び姿勢の検出結果と上記測定設定記憶ステップにおいて記憶された上記輪郭比較範囲とに基づいて、輪郭比較を行う範囲を特定する範囲特定ステップと、上記輪郭比較を行う範囲内のエッジを抽出するエッジ抽出ステップと、上記ワーク画像及び上記測定設定記憶ステップにおいて記憶された上記設計データの上記輪郭情報を比較する画像比較ステップと、上記比較結果に基づいて、上記エッジ抽出ステップにおいて抽出された各エッジ位置とこのエッジ位置に対応する上記設計データの輪郭情報の位置との変位量を示す誤差を算出する誤差算出ステップと、上記誤差に基づいて、上記ワークごとに良否の判定を行う良否判定ステップと、複数の上記ワークをそれぞれ撮影して得られた複数の上記ワーク画像に関する上記誤差の統計情報をエッジ位置ごとに算出する統計情報算出ステップと、上記統計情報を、その値に応じた表示態様で上記ワーク画像又は上記設計データから抽出されたエッジ位置に沿って表示する統計情報表示ステップとからなる。

第８の本発明による画像測定装置用のプログラムは、同一形状で略同一サイズのワークを撮影してワーク画像を取得し、上記ワーク画像のエッジ位置に基づいて上記ワークの寸法を測定するための画像測定装置用のプログラムであって、上記ワーク画像内のワークの位置及び姿勢を検出するための位置決め用の情報からなる特徴量情報と、上記ワーク画像を上記ワークの設計データに対して比較するための輪郭比較範囲と、上記設計データの輪郭情報とを記憶する測定設定記憶手順と、上記特徴量情報に基づいて、上記ワーク画像内におけるワークの位置及び姿勢を検出する位置及び姿勢検出手順と、位置及び姿勢の検出結果と上記測定設定記憶手順において記憶された上記輪郭比較範囲とに基づいて、輪郭比較を行う範囲を特定する範囲特定手順と、上記輪郭比較を行う範囲内のエッジを抽出するエッジ抽出手順と、上記ワーク画像及び上記測定設定記憶手順において記憶された上記設計データの上記輪郭情報を比較する画像比較手順と、上記比較結果に基づいて、上記エッジ抽出手順において抽出された各エッジ位置とこのエッジ位置に対応する上記設計データの輪郭情報の位置との変位量を示す誤差を算出する誤差算出手順と、上記誤差に基づいて、上記ワークごとに良否の判定を行う良否判定手順と、複数の上記ワークをそれぞれ撮影して得られた複数の上記ワーク画像に関する上記誤差の統計情報をエッジ位置ごとに算出する統計情報算出手順と、上記統計情報を、その値に応じた表示態様で上記ワーク画像又は上記設計データから抽出されたエッジ位置に沿って表示する統計情報表示手順とを実行させる。

本発明による画像測定装置、画像測定方法及び画像測定装置用のプログラムでは、複数のワーク画像について、ワーク画像のエッジ位置と対応する設計データ上の位置との誤差の統計情報をエッジ位置ごとに算出し、エッジ位置に沿って表示するので、エッジ上の任意の点について、誤差の統計情報を容易に識別することができる。従って、複数のワークについて、輪郭の不一致度合いを容易に識別することができる。

本発明の実施の形態による画像測定装置１００の一構成例を示した斜視図である。 図１の画像測定装置１００における測定ユニット１０内の構成例を模式的に示した説明図であり、測定ユニット１０の垂直面による切断面の様子が示されている。 図１の画像測定装置１００の動作の一例を示したフローチャートである。 図１の画像測定装置１００における測定設定データの作成時の動作の一例を示したフローチャートである。 図１の画像測定装置１００における測定時の動作の一例を示したフローチャートである。 設計データとして予め保持されるマスター画像Ａ１の一例を示した図である。 図１の画像測定装置１００における測定結果の表示時の動作の一例を示した図であり、エッジ位置に関連付けられた時系列情報のグラフ表示の一例が示されている。 図１の画像測定装置１００における測定結果の表示時の動作の一例を示した図であり、エッジ位置に関連付けられた測定値ごとの度数分布が示されている。 図１の画像測定装置１００における測定結果の表示時の動作の一例を示した図であり、統計情報を示すドット１が配置されたワーク画像Ａ２が示されている。 図１の画像測定装置１００における測定結果の表示時の動作の一例を示した図であり、統計情報を示すドット１が配置されたワーク画像Ａ２が示されている。 図１の画像測定装置１００における測定結果の表示時の動作の他の一例を示した図であり、ドット１を間引いてエッジ上に配置する場合が示されている。 図１の画像測定装置１００における制御ユニット２０の構成例を示したブロック図であり、制御ユニット２０内の機能構成の一例が示されている。 図１の画像測定装置１００における統計情報表示時の動作の一例を示したフローチャートである。

＜画像測定装置＞
図１は、本発明の実施の形態による画像測定装置１００の一構成例を示した斜視図である。この画像測定装置１００は、可動ステージ１２上の検出エリア１３内に配置された複数のワークを異なる撮影倍率で撮影し、その撮影画像を解析して各ワークの寸法を自動測定する測定器であり、測定ユニット１０、制御ユニット２０、キーボード３１及びマウス３２からなる。ワークは、その形状や寸法が測定される測定対象物である。

測定ユニット１０は、ワークに検出光を照射し、その透過光又は反射光を受光して撮影画像を生成する光学系ユニットであり、ディスプレイ１１、可動ステージ１２、ＸＹ位置調整つまみ１４ａ、Ｚ位置調整つまみ１４ｂ、電源スイッチ１５及び測定開始スイッチ１６が設けられている。

ディスプレイ１１は、撮影画像や測定結果を表示画面１１ａ上に表示する表示装置である。可動ステージ１２は、測定対象とするワークを載置するための載置台であり、検出光を透過させる検出エリア１３が設けられている。検出エリア１３は、透明ガラスからなる円形状の領域である。この可動ステージ１２は、検出光の光軸に平行なＺ軸方向と、光軸に垂直なＸＹの各軸方向とに移動させることができる。

ＸＹ位置調整つまみ１４ａは、可動ステージ１２をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させるための操作部である。Ｚ位置調整つまみ１４ｂは、可動ステージ１２をＺ軸方向に移動させるための操作部である。電源スイッチ１５は、測定ユニット１０及び制御ユニット２０の電源をオンするための操作部であり、測定開始スイッチ１６は、ワークに対する測定を開始させるための操作部である。

制御ユニット２０は、測定ユニット１０による撮影や画面表示を制御し、撮影画像を解析してワークの寸法を測定するコントローラであり、キーボード３１及びマウス３２が接続されている。電源投入後、検出エリア１３内に複数のワークを適当に配置して測定開始スイッチ１６を操作すれば、各ワークについてその寸法が自動的に測定される。

＜測定ユニット＞
図２は、図１の画像測定装置１００における測定ユニット１０内の構成例を模式的に示した説明図であり、測定ユニット１０を垂直面により切断した場合の切断面の様子が示されている。この測定ユニット１０は、筐体４０内部が、Ｚ駆動部４１、ＸＹ駆動部４２、撮像素子４３，４４、透過照明ユニット５０、リング照明ユニット６０、同軸落射照明用光源７１、受光レンズユニット８０により構成されている。

Ｚ駆動部４１は、制御ユニット２０からの駆動信号に基づいて、可動ステージ１２をＺ軸方向に移動させ、ワークのＺ軸方向の位置を調整するＺ位置調整手段である。ＸＹ駆動部４２は、制御ユニット２０からのＸＹ駆動信号に基づいて、可動ステージ１２をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させ、ワークのＸＹ平面内の位置を調整するＸＹ位置調整手段である。

透過照明ユニット５０は、可動ステージ１２上に載置されたワークに対し、検出光を下側から照射するための照明装置であり、透過照明用光源５１、ミラー５２及び光学レンズ５３からなる。透過照明用光源５１から出射された検出光は、ミラー５２により反射され、光学レンズ５２を介して出射される。この検出光は、可動ステージ１２を透過し、その透過光の一部は、ワークにより遮断され、他の一部が受光レンズユニット８０に入射する。

リング照明ユニット６０は、可動ステージ１２上のワークに対し、検出光を上側から照射するための照明装置であり、受光レンズユニット８０を取り囲むリング状の光源からなる。同軸落射照明用光源７１は、可動ステージ１２上のワークに対し、検出光を上側から照射するための光源であり、ワークに対する照射光の光軸とワークによる反射光の光軸とが同軸となるように、ハーフミラー７２が配置されている。ワークの照明方法としては、透過照明、リング照明又は同軸落射照明のいずれかを選択的に切り替えることができる。

受光レンズユニット８０は、受光レンズ８１，８４，８６、ハーフミラー８２、絞り板８３及び８５からなる光学系であり、透過照明ユニット５０からの透過光と、検出光のワークによる反射光とを受光して撮像素子４３及び４４に結像させる。受光レンズ８１は、可動ステージ１２側に配置された光学レンズであり、当該可動ステージ１２の上面に対向させて配置されている。受光レンズ８４は、撮像素子４３側に配置された光学レンズであり、当該撮像素子４３に対向させて配置されている。また、受光レンズ８６は、撮像素子４４側に配置された光学レンズであり、当該撮像素子４４に対向させて配置されている。

絞り板８３及び受光レンズ８４は、撮影倍率の低い低倍側結像部であり、その中心軸を光学レンズ５３及び受光レンズ８１と一致させて配置されている。一方、絞り板８５及び受光レンズ８６は、撮影倍率の高い高倍側結像部であり、ワークからの検出光はハーフミラー８２を介して入射される。受光レンズ８１，８４及び８６は、ワークの光軸方向（Ｚ軸方向）の位置が変化しても、像の大きさを変化させない性質を有し、テレセントリックレンズと呼ばれる。

撮像素子４３は、受光レンズユニット８０により形成される低倍率視野内のワークを低倍率で撮影し、低倍率画像を生成する低倍率用のイメージセンサである。撮像素子４４は、受光レンズユニット８０により形成される高倍率視野内のワークを高倍率で撮影し、高倍率画像を生成する高倍率用のイメージセンサである。高倍率視野は、低倍率視野よりも狭い視野であり、低倍率視野内に形成される。

撮像素子４３，４４は、いずれもＣＣＤ（Charge Coupled Devices：電荷結合素子）又はＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor：相補型金属酸化物半導体）などの半導体素子からなる。

この画像測定装置１００では、可動ステージ１２の検出エリア１３内であれば、ワークをどこに配置しても、低倍率視野で捉えられる。また、低倍率視野内に配置されたワークは、低倍率画像を解析して可動ステージ１２をＸＹ平面内で移動させることにより、高倍率視野内へ案内され、高倍率で撮影される。この画像測定装置１００では、低倍率視野及び高倍率視野が略同心であり、低倍率画像と高倍率画像とを同時に取得することができる。

＜画像測定装置の動作＞
図３のステップＳ１０１〜Ｓ１０３は、図１の画像測定装置１００の動作の一例を示したフローチャートである。この画像測定装置１００では、その動作が３つのプロセス、すなわち、測定設定データの作成（ステップＳ１０１）、測定の実行（ステップＳ１０２）及び測定結果の表示（ステップＳ１０３）からなる。

測定設定データは、測定の実行に必要な情報であり、特徴量を示す特徴量情報、測定箇所や測定種別を示す情報、測定箇所ごとの設計値や公差を示す情報などからなる。特徴量情報は、ワーク画像を解析してワークの位置や姿勢を検出するための位置決め用の情報であり、所定のマスター画像に基づいて設定される。なお、特徴量情報、測定箇所や測定種別を示す情報が高倍率画像に基づいて設定されたものである場合には、その旨を示す識別情報が測定設定データとして保持される。

測定設定データは、制御ユニット２０において作成される。或いは、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）などの情報処理端末において作成された測定設定データを制御ユニット２０に転送して用いるような構成であっても良い。測定処理は、この様な測定設定データに基づいて実行される。そして、測定結果の表示処理は、測定によって得られた寸法値などをディスプレイ１１上に表示することにより行われる。

＜測定設定データの作成＞
図４のステップＳ２０１〜Ｓ２０３は、図１の画像測定装置１００における測定設定データの作成時の動作の一例を示したフローチャートである。この図には、制御ユニット２０において測定設定データを作成する場合が示されている。

測定設定データの作成処理は、３つの処理手順、すなわち、設計データの入力（ステップＳ２０１）と、特徴量の設定（ステップＳ２０２）と、設計値及び公差の修正（ステップＳ２０３）からなる。設計データの入力ステップは、マスターピースなどの所定の基準物を撮影した撮影画像、或いは、ＣＡＤ（Computer Aided Design）により作成されたＣＡＤデータを入力し、入力された設計データから後述する輪郭比較のための輪郭情報を取得するステップである。なお、輪郭情報は、マスターピースを撮影した画像を設計データとして用いる場合、その画像のエッジ点の集合であり、ＣＡＤデータを設計データとして用いる場合には、ＣＡＤデータの設計値が輪郭情報に相当する。

入力した設計データに、輪郭比較を実行する範囲や、比較される各輪郭に公差が予め設定されている場合は、設計データの入力とともにこれらの情報も入力され、測定設定データとして設定される。

ステップＳ２０２において、特徴量は、入力された設計データから自動的に抽出されるが、ユーザが特徴量を抽出する範囲を設定することにより、特徴量の設定が実行されるようにしても良い。

続いて、ステップＳ２０３において、必要に応じて、ユーザは、輪郭比較を実行する範囲や公差の修正を行うことができる。上記ステップを実行することにより、設計データの輪郭比較範囲、設計値である輪郭比較範囲内の輪郭情報、各輪郭位置の公差を含む測定設定データが生成され、記憶される。

＜輪郭比較＞
図５のステップＳ３０１〜Ｓ３０８は、図１の画像測定装置１００における測定時の動作の一例を示したフローチャートである。まず、可動ステージ１２上に配置されたワークを撮影してワーク画像を取得し、測定設定データの特徴量情報に基づいてワーク画像を解析することにより、ワークの位置決めが行われる（ステップＳ３０１）。このワークの位置決めは、特徴量情報に基づくパターンマッチングなどの手法を用いて、ワーク画像内におけるワークの位置及び姿勢を検出することにより行われる。

次に、位置及び姿勢の検出結果と測定設定データに基づいて、輪郭比較を行う範囲を特定し（ステップＳ３０２）、比較範囲内に存在するエッジを抽出する（ステップＳ３０３）。エッジ抽出の方法としては、画像の輝度値を用いる方法、輝度値の１次微分を用いる方法、輝度値の２次微分を用いる方法などを利用することができる。

次に、抽出した各エッジ位置と、各エッジ位置に対応する設計データの輪郭情報（設計値）とを比較し、誤差を算出する（ステップＳ３０４，Ｓ３０５）。設計値との誤差は、幾何学的に計算される。すなわち、設計データの輪郭情報が曲線として与えられている場合、誤差は、エッジ位置と曲線の法線方向の距離として規定することができる。また、輪郭情報が基準座標として与えられている場合には、ＸＹの各座標軸方向の距離として算出することができる。

続いて、このとき算出された誤差と、測定設定データに含まれる公差とを比較し（ステップＳ３０６）、各エッジ位置ごとに良否の判定を行う（ステップＳ３０７）。この様に、予め入力した設計データの輪郭情報と、ワーク画像から抽出したエッジ位置とを比較することにより、各エッジ位置ごとに設計データとの誤差を算出することができる。なお、本実施例では、各エッジ位置ごとに設計データとの誤差を算出することとしたが、エッジ位置を間引いて一部のエッジ位置についてのみ誤差を算出するようにしても良い。

＜マスター画像＞
図６は、設計データとして予め保持されるマスター画像Ａ１の一例を示した図である。このマスター画像Ａ１は、特徴量の設定や輪郭比較に用いるパターン画像である。

マスター画像Ａ１は、例えば、所定の基準物を画像測定装置１００により撮影した撮影画像に基づいて作成される。或いは、ＣＡＤにより作成されたＣＡＤ画像をマスター画像Ａ１として用いても良い。ここでは、所定の基準物を画像測定装置１００により撮影した撮影画像をマスター画像Ａ１として用いた場合の例を説明する。この様なマスター画像Ａ１と、ワークを撮影して取得したワーク画像を比較することにより、輪郭の不一致度合いを検知することができる。

＜時系列情報のグラフ表示＞
図７は、図１の画像測定装置１００における測定結果の表示時の動作の一例を示した図であり、エッジ位置に関連付けられた時系列情報のグラフ表示の一例が示されている。画像測定装置１００を製造現場で用いる場合、次々と加工、成型された加工品を連続的に測定して良否判定を行うために、通常、同一形状で略同サイズの複数のワークを連続的に測定するケースが多い。同一の形状、サイズのワークを連続測定する場合には、一度設定した測定設定データを繰返し利用することができるため、ユーザはワークを測定位置にセットして測定の実行を指示するだけでワークの良否判定を次々と実行させることができる。

測定を繰り返すごとに、各エッジ位置と設計データとの誤差を取得することにより、各エッジ位置ごとの誤差を時系列に取得することができる。図中の（ａ）及び（ｂ）は、この時得られる誤差の時系列情報を示す例である。この時系列情報は、エッジ位置に対応するワーク画像ごとの誤差からなり、順次に取得した複数のワーク画像に基づいて作成され、エッジ位置に関連付けて保持される。

図７の例では、横軸を測定回数とし、縦軸を誤差の測定値として時系列情報がグラフ表示されている。また、このグラフには、誤差の平均値を示すライン２、誤差の標準偏差σに対応する判定ライン４ａ，４ｂ、公差の上限及び下限をそれぞれ示す公差ライン３ａ，３ｂが表示されている。この様なグラフ表示により、誤差がどの時点で大きく変化したのかを容易に識別することができる。

図７の（ａ）は、連続測定の途中、すなわち、Ｔ回目の測定後に測定精度が急激に悪化している例を示している。この様な場合、ユーザの製造環境に突発的な異常が発生した可能性がある。一方、図７の（ｂ）のケースでは、ワークの加工精度に全体として大きなバラツキがあるため、例えば、加工時のワークの位置決め精度にバラツキが発生していたり、加工装置自体が経年劣化により安定した加工精度を維持できない状態になっている可能性がある。

図８は、図１の画像測定装置１００における測定結果の表示時の動作の一例を示した図であり、エッジ位置に関連付けられた測定値ごとの度数分布が示されている。この図は、統計情報のグラフ表示の一例であり、横軸を誤差の測定値とし、縦軸を度数として、測定値の出現頻度を統計情報とする場合が示されている。

この様に、誤差の時系列情報や度数分布を確認することにより、不良品が発生した時期や原因を追究することが容易になる。しかし、この様な時系列情報を確認するだけでは、ワークの全体の中で特にどの部分に不良が頻発しているのかを把握することはできない。すなわち、時系列情報や度数分布のみでは、誤差の経時的な変化を確認することはできても、ワークの各部位ごとに誤差を評価、解析することが難しい。

そこで、本実施の形態では、各エッジ位置ごとに誤差の統計情報を算出して、当該統計情報をワーク画像又は設計データの輪郭に沿って重畳表示している。

＜ワーク画像に対する統計情報の重畳表示＞
図９及び図１０は、図１の画像測定装置１００における測定結果の表示時の動作の一例を示した図であり、誤差の統計情報を示すドット１がエッジ上に配置されたワーク画像Ａ２が示されている。ワーク画像Ａ２は、例えば、低倍率視野内のワークを低倍率で撮影して得られる撮影画像である。この図では、検出エリア１３内に配置されたワークを透過照明時に撮影した撮影画像が示されている。

測定設定データの特徴量情報に基づいて、ワーク画像Ａ２を解析することにより、ワークの低倍率視野内における位置や姿勢などの配置状態を特定することができる。ワーク画像Ａ２のエッジ抽出は、ワークの配置状態に基づいてワーク画像Ａ２を解析することにより行われる。

具体的には、ワーク画像Ａ２の輝度変化を解析することにより、エッジ点が検出される。そして、検出された複数のエッジ点について、最小２乗法などの統計的手法を用いてこれらのエッジ点に直線又は円弧などの幾何学図形をフィッティングさせれば、ワークの輪郭線がエッジとして求められる。

同一形状で略同サイズの複数のワークを順次に撮影して得られる複数のワーク画像Ａ２について、エッジ位置を求めれば、各ワークの製造時の寸法バラツキの影響により、ワーク画像Ａ２の輪郭にバラツキが生じる。

本実施の形態による画像測定装置１００では、輪郭の不一致度合いが統計情報の値に応じて大きさや色が異なるドット１により表される。誤差は、ワーク画像Ａ２のエッジ位置と対応するマスター画像上の位置との変位量を示すパラメータである。統計情報は、エッジ位置ごとの乖離度合いを示す指標であり、複数のワーク画像Ａ２についての誤差の演算結果からなる。例えば、統計情報として、複数のワークに関する誤差の平均値、誤差の分散値、ＯＫ率、ＮＧ率、誤差の移動平均の傾き、誤差の最大値、最小値などが算出される。ＮＧ率は、誤差が公差を越える割合である。

ドット１は、統計情報の値に応じた表示態様で表示される表示オブジェクトであり、例えば、大きさ及び色相が統計情報の値に応じて異なる円形領域からなる。ドット１は、ワーク画像Ａ２又はマスター画像Ａ１から抽出されたエッジ位置に沿って配置される。この例では、ドット１がワーク画像Ａ２のエッジ上に配置されている。なお、ドット１は、マスター画像Ａ１のエッジ上に表示しても良い。

ユーザは、統計情報として様々な種類のものを選択することができる。図９は、統計情報として誤差の平均値を選択した場合の表示例を示したものであり、誤差が平均して多く発生しているエッジ位置のドット１が大きく表示されている。一方、図１０は、誤差の分散値を選択した場合の表示例を示したものであり、誤差の分散が多く発生しているエッジ位置のドット１が大きく表示されている。これらの図に示すように、表示対象とする統計情報を切り替えることにより、ドット１が大きく表示されるエッジ位置が変化することがある。

この様に、表示対象とする統計情報を切り替えることにより、ユーザは各統計情報が持つ特性に従った誤差情報を確認することができる。例えば、誤差の分散値が大きい場合には、加工時のワークの位置決め精度にバラツキが発生していたり、加工装置自体が経年劣化により安定した加工精度を維持できない状態になっている可能性がある。一方、誤差の移動平均の傾きを確認すれば、加工精度が他の部位よりも早いスピードで経時的に低下してきている特定の部位を確認することができる。これにより、ユーザは問題の原因を追究することが容易となり必要な措置を取ることができる。

さらに、本実施の形態では、図９のエッジ位置Ｐ１をユーザが指定すると、例えば、上述した図７の（ａ）に示されるような時系列情報が表示される。エッジ位置Ｐ１は、誤差の平均値が大きいため、連続して大きな誤差が発生している時系列情報が表示される。一方、図１０のエッジ位置Ｐ２をユーザが指定すると、図７の（ｂ）に示されるような時系列情報が表示される。エッジ位置Ｐ２は、誤差の平均値は小さいが、分散値が大きい時系列情報である。この様に、ユーザが統計情報の重畳表示中に特に気になったエッジ位置を指定することにより、統計情報の重畳表示では確認できない経時的な誤差の変化を確認することができる。

＜間引き表示＞
図１１は、図１の画像測定装置１００における測定結果の表示時の動作の他の一例を示した図であり、誤差の統計情報を示すドット１を間引いてエッジ上に配置する場合が示されている。統計情報の値に応じて大きさや色相が異なるドット１をエッジ位置に沿って表示する場合、ピクセル単位で表示しても良いが、統計情報やドット１を容易に識別できるようにするために、間引き表示することが望ましい。この間引き表示は、ドット１を所定間隔でエッジ上に配置するものである。

＜制御ユニット＞
図１２は、図１の画像測定装置１００における制御ユニット２０の構成例を示したブロック図であり、制御ユニット２０内の機能構成の一例が示されている。この制御ユニット２０は、測定設定データ記憶部２１、位置及び姿勢検出部２２、エッジ抽出部２３、画像比較部２４、誤差算出部２５、統計情報算出部２６、統計情報表示部２７、エッジ位置指定部２８及び統計情報指定部２９により構成される。

測定設定データ記憶部２１には、マスター画像が測定設定データとして予め保持される。位置及び姿勢検出部２２は、ワーク画像を測定ユニット１０から取得し、測定設定データ記憶部２１から読み出した特徴量情報に基づいてワーク画像を解析することにより、ワークの位置及び姿勢を検出する。エッジ抽出部２３は、位置及び姿勢検出部２２による検出結果に基づいて、ワーク画像からエッジを抽出する。画像比較部２４は、ワーク画像を測定設定データ記憶部２１から読み出したマスター画像と比較し、その比較結果を誤差算出部２５へ出力する。

誤差算出部２５は、画像比較部２４による比較結果に基づいて、ワーク画像のエッジ位置とこのエッジ位置に対応するマスター画像上の位置との変位量を示す誤差を算出し、統計情報算出部２６へ出力する。統計情報算出部２６は、複数のワーク画像について算出された誤差に基づいて、エッジ位置ごとの乖離度合いを示す統計情報を算出し、統計情報表示部２７へ出力する。

統計情報表示部２７は、統計情報を、その値に応じた表示態様でエッジ位置に沿って表示するための画面データを生成し、測定ユニット１０へ出力する。具体的には、統計情報を示すドット１がワーク画像又はマスター画像から抽出されたエッジ位置に沿って表示される。ドット１は、統計情報の値に応じてその大きさ及び色相が異なる。

エッジ位置指定部２８は、ユーザによる所定の操作入力に基づいて、ワーク画像又はマスター画像上のエッジ位置を指定する。統計情報表示部２７では、エッジ位置指定部２８によりエッジ位置が指定されれば、指定されたエッジ位置に対応する時系列情報を表示する動作が行われる。

統計情報指定部２９は、ユーザによる所定の操作入力に基づいて、表示対象とする統計情報を指定する。統計情報表示部２７では、統計情報指定部２９により統計情報が指定されれば、指定された統計情報をエッジ位置に沿って表示する動作が行われる。

＜統計情報の表示フロー＞
図１３のステップＳ４０１〜Ｓ４０７は、図１の画像測定装置１００における統計情報の表示時の動作の一例を示したフローチャートである。統計情報算出部２６は、複数のワーク画像について算出された誤差に基づいて、エッジ位置ごとの誤差を示す統計情報を算出する（ステップＳ４０１）。統計情報表示部２７は、統計情報を示すドット１をエッジ位置に沿って表示する（ステップＳ４０２）。

次に、統計情報表示部２７は、表示対象とする統計情報を変更するための所定の切替操作があれば、統計情報を変更する（ステップＳ４０３，Ｓ４０４）。また、統計情報表示部２７は、エッジ位置が指定されれば、当該エッジ位置に関連付けられた時系列情報をグラフ表示する（ステップＳ４０５，Ｓ４０６）。ステップＳ４０３からステップＳ４０６までの処理手順は、表示終了が指示されるまで繰り返される（ステップＳ４０７）。

本実施の形態によれば、複数のワーク画像Ａ２について、ワーク画像Ａ２のエッジ位置とマスター画像Ａ１上の位置との誤差からエッジ位置ごとの誤差を示す統計情報を算出し、エッジ位置に沿って表示するので、エッジ上の任意の点について、誤差の統計情報を容易に識別することができる。従って、複数のワークについて、輪郭の不一致度合いを容易に識別することができる。

また、エッジ位置に沿って表示させる統計情報をユーザ操作により切り替えることができる。さらに、エッジ位置を指定することにより、指定されたエッジ位置に関連付けられた誤差の時系列情報を確認することもできる。

なお、本実施の形態では、統計情報の値に応じて大きさ及び色相が異なるドット１をエッジ位置に沿って表示する場合の例について説明したが、統計情報の値が識別可能な表示態様であれば、他の構成であっても良い。例えば、統計情報の値に応じて高さが異なるヒストグラムをエッジ位置に沿って表示するものも本発明には含まれる。

１ ドット
１０ 測定ユニット
１１ ディスプレイ
１１ａ 表示画面
１２ 可動ステージ
１３ 検出エリア
１４ａ ＸＹ位置調整つまみ
１４ｂ Ｚ位置調整つまみ
１５ 電源スイッチ
１６ 測定開始スイッチ
２０ 制御ユニット
２１ 被写体画像記憶部
２２ マッチング画像記憶部
２３ 輪郭線検出部
２３ａ 位置及び姿勢検出部
２３ｂ エッジ検出部
２３ｃ フィッティング部
２４ 輪郭基準記憶部
２５ 統計値算出部
２６ 統計値表示部
２７ 位置指定部
３１ キーボード
３２ マウス
４０ 筐体
４１ Ｚ駆動部
４２ ＸＹ駆動部
４３，４４ 撮像素子
５０ 透過照明ユニット
５１ 透過照明用光源
５２ ミラー
５３ 光学レンズ
６０ リング照明ユニット
７１ 同軸落射照明用光源
７２ ハーフミラー
８０ 受光レンズユニット
８１，８４，８６ 受光レンズ
８２ ハーフミラー
８３，８５ 絞り板
１００ 画像測定装置
Ａ１ マスター画像
Ａ２ ワーク画像

Claims (8)

1. 同一形状で略同一サイズのワークを撮影してワーク画像を取得し、上記ワーク画像のエッジ位置に基づいて上記ワークの寸法を測定する画像測定装置において、
   上記ワーク画像内のワークの位置及び姿勢を検出するための位置決め用の情報からなる特徴量情報と、上記ワーク画像を上記ワークの設計データに対して比較するための輪郭比較範囲と、上記設計データの輪郭情報とを記憶する測定設定記憶手段と、
   上記特徴量情報に基づいて、上記ワーク画像内におけるワークの位置及び姿勢を検出する位置及び姿勢検出手段と、
   位置及び姿勢の検出結果と上記測定設定記憶手段に記憶された上記輪郭比較範囲とに基づいて、輪郭比較を行う範囲を特定する範囲特定手段と、
   上記輪郭比較を行う範囲内のエッジを抽出するエッジ抽出手段と、
   上記ワーク画像及び上記測定設定記憶手段に記憶された上記設計データの上記輪郭情報を比較する画像比較手段と、
   上記比較結果に基づいて、上記エッジ抽出手段により抽出された各エッジ位置とこのエッジ位置に対応する上記設計データの輪郭情報の位置との変位量を示す誤差を算出する誤差算出手段と、
   上記誤差に基づいて、上記ワークごとに良否の判定を行う良否判定手段と、
   複数の上記ワークをそれぞれ撮影して得られた複数の上記ワーク画像に関する上記誤差の統計情報をエッジ位置ごとに算出する統計情報算出手段と、
   上記統計情報を、その値に応じた表示態様で上記ワーク画像又は上記設計データから抽出されたエッジ位置に沿って表示する統計情報表示手段とを備えたことを特徴とする画像測定装置。
2. 複数の統計情報の中からいずれか一つを表示対象として指定するための統計情報指定手段を備え、
   上記統計情報表示手段は、上記統計情報指定手段により統計情報が切り替えられた際に、当該統計情報が持つ特性に従った情報を上記エッジ位置に沿って表示するように、表示内容を切り替えることを特徴とする請求項１に記載の画像測定装置。
3. 上記ワーク画像又は上記設計データ上のエッジ位置を指定するためのエッジ位置指定手段を備え、
   上記統計情報算出手段は、上記統計情報として、上記誤差の平均値、上記誤差の分散値、上記誤差が許容誤差以下となる割合、上記誤差が許容誤差を越える割合、又は、上記誤差の移動平均の傾きを算出し、
   上記統計情報表示手段は、上記エッジ位置指定手段により指定されたエッジ位置に対応する上記ワーク画像ごとの上記誤差からなる時系列情報を表示することを特徴とする請求項２に記載の画像測定装置。
4. 上記統計情報表示手段は、上記統計情報の値に応じて色の異なるドットを上記エッジ位置に沿って表示することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の画像測定装置。
5. 上記統計情報表示手段は、上記統計情報の値に応じて大きさの異なるドットを上記エッジ位置に沿って表示することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の画像測定装置。
6. 上記統計情報表示手段は、上記統計情報の値に応じて高さの異なるヒストグラムを上記エッジ位置に沿って表示することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の画像測定装置。
7. 同一形状で略同一サイズのワークを撮影してワーク画像を取得し、上記ワーク画像のエッジ位置に基づいて上記ワークの寸法を測定する画像測定方法において、
   上記ワーク画像内のワークの位置及び姿勢を検出するための位置決め用の情報からなる特徴量情報と、上記ワーク画像を上記ワークの設計データに対して比較するための輪郭比較範囲と、上記設計データの輪郭情報とを記憶する測定設定記憶ステップと、
   上記特徴量情報に基づいて、上記ワーク画像内におけるワークの位置及び姿勢を検出する位置及び姿勢検出ステップと、
   位置及び姿勢の検出結果と上記測定設定記憶ステップにおいて記憶された上記輪郭比較範囲とに基づいて、輪郭比較を行う範囲を特定する範囲特定ステップと、
   上記輪郭比較を行う範囲内のエッジを抽出するエッジ抽出ステップと、
   上記ワーク画像及び上記測定設定記憶ステップにおいて記憶された上記設計データの上記輪郭情報を比較する画像比較ステップと、
   上記比較結果に基づいて、上記エッジ抽出ステップにおいて抽出された各エッジ位置とこのエッジ位置に対応する上記設計データの輪郭情報の位置との変位量を示す誤差を算出する誤差算出ステップと、
   上記誤差に基づいて、上記ワークごとに良否の判定を行う良否判定ステップと、
   複数の上記ワークをそれぞれ撮影して得られた複数の上記ワーク画像に関する上記誤差の統計情報をエッジ位置ごとに算出する統計情報算出ステップと、
   上記統計情報を、その値に応じた表示態様で上記ワーク画像又は上記設計データから抽出されたエッジ位置に沿って表示する統計情報表示ステップとからなることを特徴とする画像測定方法。
8. 同一形状で略同一サイズのワークを撮影してワーク画像を取得し、上記ワーク画像のエッジ位置に基づいて上記ワークの寸法を測定するための画像測定装置用のプログラムにおいて、
   上記ワーク画像内のワークの位置及び姿勢を検出するための位置決め用の情報からなる特徴量情報と、上記ワーク画像を上記ワークの設計データに対して比較するための輪郭比較範囲と、上記設計データの輪郭情報とを記憶する測定設定記憶手順と、
   上記特徴量情報に基づいて、上記ワーク画像内におけるワークの位置及び姿勢を検出する位置及び姿勢検出手順と、
   位置及び姿勢の検出結果と上記測定設定記憶手順において記憶された上記輪郭比較範囲とに基づいて、輪郭比較を行う範囲を特定する範囲特定手順と、
   上記輪郭比較を行う範囲内のエッジを抽出するエッジ抽出手順と、
   上記ワーク画像及び上記測定設定記憶手順において記憶された上記設計データの上記輪郭情報を比較する画像比較手順と、
   上記比較結果に基づいて、上記エッジ抽出手順において抽出された各エッジ位置とこのエッジ位置に対応する上記設計データの輪郭情報の位置との変位量を示す誤差を算出する誤差算出手順と、
   上記誤差に基づいて、上記ワークごとに良否の判定を行う良否判定手順と、
   複数の上記ワークをそれぞれ撮影して得られた複数の上記ワーク画像に関する上記誤差の統計情報をエッジ位置ごとに算出する統計情報算出手順と、
   上記統計情報を、その値に応じた表示態様で上記ワーク画像又は上記設計データから抽出されたエッジ位置に沿って表示する統計情報表示手順とを実行させることを特徴とする画像測定装置用のプログラム。

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