JP2012088162A - 画像測定装置及びその駆動制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像手段で撮像された被測定対象の画像の撮像視野範囲外にあるエッジを簡単且つ確実に検出する。
【解決手段】画像測定装置は、ワーク１２を撮像するＣＣＤカメラ１８で撮像された撮像視野範囲２５ａ内のワーク１２の画像を表示する。撮像視野範囲２５ａ内のワーク１２のエッジ１２ａは、所定のサンプリング間隔Δで設定された複数のエッジ検出ツール５０によって検出される。ワーク１２及びＣＣＤカメラ１８は、オペレータにより指示された撮像視野範囲２５ａ外の方向に測定テーブル１３や撮像ユニット１７の相対的な移動により移動し、撮像視野範囲２５ａ外の画像を撮像する。ＣＰＵ３５は、撮像視野範囲２５ａ内の複数のエッジ検出ツール５０のうちの、少なくとも２つにおいてエッジ１２ａが検出された場合に、測定テーブル１３や撮像ユニット１７の移動を停止させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、被測定対象を撮像して得られた画像に基づき、被測定対象に非接触で被測定対象の測定を行う画像測定装置及びその駆動制御方法に関する。

非接触の三次元測定機や顕微鏡測定機などに代表される画像測定装置は、ワークなどの被測定対象の測定箇所をＣＣＤカメラ等の撮像手段で撮像して得られた画像から測定箇所のエッジを検出し、これを基にして測定箇所や被測定対象全体の形状や寸法等を計測する精密測定機器である。

被測定対象のエッジは、通常はディスプレイ上に測定箇所の画像と重ねて表示されるエッジ検出ツールを用いて検出される。測定を行う場合には、被測定対象をステージ上にセットした後、撮像手段を測定箇所に移動させ、フォーカス調整などを行って撮像視野範囲内の被測定対象の拡大画像を表示させる。

この拡大画像は、その撮像視野範囲が被測定対象の一部を写したものであるので、測定箇所に含まれるエッジをエッジ検出ツールで確実に捕捉するために、例えば目視により表示される拡大画像を確認しながら被測定対象が載置されたステージや撮像手段を手動或いは自動的に動かして、撮像視野範囲内でエッジ検出ツールがエッジを捕捉するように調整することが行われる。上記のような画像測定装置の中には、例えば測定箇所のエッジを自動的に追跡するツール（例えば、オートトレース用のツール）により、エッジを検出するものもある（例えば、特許文献１参照）。

特開平８−２９２０１５号公報

しかしながら、捕捉したい測定箇所のエッジが被測定対象の拡大画像の視野範囲内に見当たらない場合は、撮像視野範囲外にあるエッジが撮像視野範囲内に入るように、表示される拡大画像を確認しながら上述したようにステージや撮像手段を動かして調整する必要があるため、調整作業に時間が掛り煩雑となるおそれがある。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、撮像手段で撮像された被測定対象の画像の撮像視野範囲外にあるエッジを簡単且つ確実に検出することができる画像測定装置及びその駆動制御方法を提供することを目的とする。

上記の目的の達成のため、本発明に係る画像測定装置は、被測定対象を撮像する撮像手段と、前記撮像手段で撮像された撮像視野範囲内の前記被測定対象の画像を表示する表示手段と、前記撮像視野範囲内の前記被測定対象のエッジを複数のエッジ検出ツールによって検出する検出手段と、相対的に移動可能な前記被測定対象及び前記撮像手段の移動を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記検出手段によって前記エッジが検出された場合に、前記被測定対象及び前記撮像手段の移動を停止させることを特徴とする。

前記検出手段は、例えば前記複数のエッジ検出ツールのサンプリング間隔が所定値以上となるように設定されている。

また、前記撮像視野範囲内に表示された前記被測定対象の画像の撮像視野範囲外の方向を指示する指示手段を更に備え、前記制御手段は、前記指示手段によって指示された方向の前記被測定対象の画像が前記撮像視野範囲内に表示されるように前記被測定対象及び前記撮像手段を相対的に移動させる構成であってもよい。

前記制御手段は、前記指示された方向に前記撮像視野範囲単位で前記被測定対象及び前記撮像手段を相対的に移動させても、前記指示された方向に前記エッジを検出するまでの間前記被測定対象及び前記撮像手段を相対的に移動させてもよい。

本発明に係る画像測定装置の駆動制御方法は、相対的に移動可能な被測定対象とこの被測定対象を撮像する撮像手段との駆動を制御手段によって制御する画像測定装置の駆動制御方法であって、前記撮像手段によって前記被測定対象を撮像し、表示手段によって撮像された撮像視野範囲内の前記被測定対象の画像を表示し、表示された前記撮像視野範囲内の前記被測定対象のエッジを複数のエッジ検出ツールによって検出し、前記エッジが検出された場合に、前記制御手段によって前記被測定対象及び前記撮像手段の移動を停止することを特徴とする。

本発明によれば、撮像手段で撮像された被測定対象の画像の撮像視野範囲外にあるエッジを簡単且つ確実に検出することができる。

本発明の一実施形態に係る画像測定装置の全体構成を示す斜視図である。 同画像測定装置におけるコンピュータ本体の構成を示すブロック図である。 エッジ検出に伴い画像測定機を駆動するＣＰＵの処理の手順を示すフローチャートである。 同処理を説明するためのＣＣＤカメラの撮像視野範囲を示す図である。 撮像視野範囲外の方向を指示するためのＣＲＴにおける表示例を示す図である。 同処理のイメージを説明するための図である。 撮像視野範囲内のエッジの検出を説明するための図である。

以下に、添付の図面を参照して、この発明に係る画像測定装置及びその駆動制御方法の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る画像測定装置の全体構成を示す斜視図である。この画像測定装置は、非接触型の画像測定機１と、この画像測定機１を駆動制御すると共に、必要なデータ処理を実行するコンピュータシステム２と、計測結果等をプリントアウトするプリンタ３とにより構成されている。

画像測定機１は、次のように構成されている。すなわち、架台１１上には、ワーク（被測定対象）１２を載置する測定テーブル（ステージ）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、撮像ユニット１７が支持されている。撮像ユニット１７は、図示しないＸ軸駆動機構によってＸ軸ガイド１６に沿って駆動される。撮像ユニット１７の下端部には、ＣＣＤカメラ（撮像手段）１８が測定テーブル１３と対向するように装着されている。

また、撮像ユニット１７の内部には、図示しない照明装置及びフォーカシング機構の他、ＣＣＤカメラ１８のＺ軸方向の位置を移動させるＺ軸駆動機構と、撮影位置でのＣＣＤカメラ１８のＺ軸方向の位置を検知する位置センサ１９とが内蔵されている。なお、Ｘ軸駆動機構及びＹ軸駆動機構にも、ワーク１２と測定テーブル１３とのＸ軸方向及びＹ軸方向の位置を検知可能なセンサ（図示せず）が備えられている。

コンピュータシステム２は、コンピュータ本体２１と、入力手段であるキーボード２２、ジョイスティックボックス（以下、「Ｊ／Ｓ」と呼ぶ）２３及びマウス２４と、ディスプレイの一例としてのＣＲＴ２５とを備えて構成されている。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。

すなわち、コンピュータ本体２１において、ＣＣＤカメラ１８から入力される撮像されたワーク１２の画像情報は、インタフェース（以下、「Ｉ／Ｆ」と呼ぶ）３１を介して多値画像として画像メモリ３２に格納される。また、例えばＣＡＤデータによるオフラインティーチングが実行される場合、図示しないＣＡＤシステムにより作成されるワーク１２のＣＡＤデータは、Ｉ／Ｆ３３を介してＣＰＵ３５に入力される。

そして、Ｉ／Ｆ３３を介してＣＰＵ３５に入力されたＣＡＤデータは、例えばＣＰＵ３５にてビットマップ等の画像情報に展開された後、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ＣＲＴ２５に表示される。画像情報の表示態様の具体例としては、ＣＲＴ２５の表示領域上に、ＣＣＤカメラ１８の撮像視野範囲２５ａ（図３参照）内の画像情報が表示されることが挙げられる。

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や位置情報等は、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に格納された測定実行プログラムや測定結果表示プログラム等の各種プログラムに従って、測定実行処理や測定結果の表示処理等を実行する。

また、ＣＰＵ３５は、測定実行処理に従って、Ｉ／Ｆ４１を介して画像測定機１を駆動制御する。例えば、ＣＲＴ２５に表示されるＣＣＤカメラ１８の撮像視野範囲２５ａ外におけるワーク１２の画像をＣＲＴ２５に表示する場合は、オペレータの操作によりＪ／Ｓ２３やマウス２４から入力された入力情報に基づき、画像測定機１のＸ，Ｙ軸駆動機構を制御して、測定テーブル１３や撮像ユニット１７を相対的に移動させる。

そして、移動した位置においてＣＣＤカメラ１８により撮像を行うことで、新たな撮像視野範囲２５ａ内のワーク１２の画像をＣＲＴ２５に表示する。ＨＤＤ３８は、上記測定実行プログラムや測定結果表示プログラム、ＣＡＤデータ等を格納する記録媒体である。ＲＡＭ４０は、各種プログラムを格納する他、各種処理におけるＣＰＵ３５のワーク領域を提供する。

次に、このように構成された画像測定装置におけるエッジ検出に伴う駆動制御手順について説明する。図３は、エッジ検出に伴い画像測定機１を駆動するＣＰＵ３５の処理の手順を示すフローチャートである。図４は、この処理を説明するためのＣＣＤカメラ１８の撮像視野範囲２５ａを示す図である。図５は、撮像視野範囲２５ａ外の方向を指示するためのＣＲＴ２５における表示例を示す図である。

図３に示すように、まず、処理がスタートすると、ＣＣＤカメラ１８によるワーク１２の撮像が行われ（ステップＳ１００）、撮像された撮像視野範囲２５ａ内のワーク１２の画像をＣＲＴ２５に表示する（ステップＳ１０２）。このとき、図４に示すように、撮像視野範囲２５ａ内の画像にワーク１２のエッジ１２ａが含まれていない場合がある。

このような場合において、エッジ１２ａの検出を実行するには、上述したように例えばＪ／Ｓ２３やマウス２４を用いてオペレータが測定テーブル１３や撮像ユニット１７を移動させる。そして、図中点線で示す位置に撮像視野範囲２５ａを動かして、ワーク１２のエッジ１２ａが撮像視野範囲２５ａ内に含まれるようにする必要がある。

このような操作は、通常はＣＲＴ２５に表示される撮像視野範囲２５ａ内のワーク１２の画像を見ながら行われるが、高倍率でワーク１２を撮像している場合などには、非常に困難な作業となることがあった。そこで、本実施形態に係る画像測定装置では、オペレータが撮像視野範囲２５ａ外の方向を指示した場合に、その指示した方向にてエッジ１２ａを検出したら測定テーブル１３や撮像ユニット１７の移動を停止させて、ＣＲＴ２５にエッジ１２ａを含むワーク１２の画像が表示されるように構成した。

なお、ＣＣＤカメラ１８の撮像視野範囲２５ａ外の方向を指示する方法としては、例えば次のようなものが挙げられる。まず、図５（ａ）に示すように、ＣＲＴ２５に表示された撮像視野範囲２５ａの画像上に撮像視野範囲２５ａ外の方向を示す複数の方向指示アイコン２６を重ねて表示する。そして、オペレータがマウス２４等で所望の方向の方向指示アイコン２６を指定した場合に、その方向に測定テーブル１３や撮像ユニット１７を移動させて再度撮像したその方向の画像を表示する。

また、図５（ｂ）に示すように、ＣＲＴ２５に表示された撮像視野範囲２５ａの画像上に撮像視野範囲２５ａ外の方向を示す矢印状の方向指示アイコン２７を重ねて表示する。そして、オペレータがマウス２４等でその方向指示アイコン２７の先端の向く方向をカーソル２８で指定した場合に、指定された方向に測定テーブル１３や撮像ユニット１７を移動させて再度撮像したその方向の画像を表示する。

このような方法によって、撮像視野範囲２５ａ外の方向を容易に指示することができる。なお、その他には、これらの方向指示アイコン２６，２７を図示しない画像測定装置のコントロールパネル上に表示して、任意に撮像視野範囲２５ａ外の方向を指定できるようにしてもよい。また、測定テーブル１３や撮像ユニット１７の移動は、撮像視野範囲２５ａ単位ごとに方向指定→移動→停止→再度方向指定を繰り返すように動作しても、エッジ１２ａを検出するまでの間は継続的に移動するように動作してもよい。

上記ステップＳ１０２にてワーク１２の画像をＣＲＴ２５に表示したら、撮像視野範囲２５ａ内にワーク１２のエッジ１２ａが検出されたか否かを判断する（ステップＳ１０４）。エッジ１２ａが検出されていないと判断した場合（ステップＳ１０４のＮｏ）は、オペレータにより上述したように指示された方向に測定テーブル１３や撮像ユニット１７を移動させ（ステップＳ１０８）、上記ステップＳ１００に移行して処理を繰り返す。

一方、エッジ１２ａを検出したと判断した場合（ステップＳ１０４のＹｅｓ）は、例えば検出時点で測定テーブル１３や撮像ユニット１７の移動を停止させ（ステップＳ１０６）、本フローチャートによる一連の処理を終了して、公知のエッジ追跡処理等の次の処理に移行する。

なお、例えば、図５（ａ）に示した方向指示アイコン２６を用いて撮像視野範囲２５ａ外の方向を指定し、指定された方向に測定テーブル１３や撮像ユニット１７を移動している際に、撮像視野範囲２５ａ内にエッジ１２ａが検出されてこれらが停止するイメージは、図６に示すようなものとなる。

すなわち、図６（ａ）に示すように、撮像視野範囲２５ａ内にエッジ１２ａが見当たらない場合に、方向指示アイコン２６を指定すると、測定テーブル１３や撮像ユニット１７が移動して、図中白抜き矢印で示す方向にワーク１２の画像の撮像視野範囲２５ａが移動する。そして、同図（ｂ）に示すように、撮像視野範囲２５ａ内に設定された複数のエッジ検出ツール５０のうちの、例えば少なくとも２つについてエッジ１２ａのエッジ点１２ｂが検出されたら、測定テーブル１３や撮像ユニット１７の移動を停止する。

ここで、上記ステップＳ１０４におけるエッジ１２ａを検出したか否かの判断については、種々のエッジ検出技術を用いることができるが、本実施形態においては、例えば次のように行われる。図７は、撮像視野範囲２５ａ内のエッジ１２ａの検出を説明するための図である。

図７に示すように、撮像視野範囲２５ａ内には、ＲＡＭ４０のワーク領域にて所定のサンプリング間隔Δ、高さＨ及び幅Ｗとなるように設定された複数のエッジ検出ツール５０が設けられる。これらエッジ検出ツール５０は、ＣＲＴ２５に表示される画像上に重ねて表示されてもよい。ここでは、エッジ検出ツール５０の傾きθは０°としている。

ＣＰＵ３５は、まず、始点Ａ（ｘａ，ｙａ）から終点Ｂ（ｘｂ，ｙａ）までエッジ検出ツール５０の幅Ｗに沿って、ｘ座標を変化させながら画像メモリ３２からｘ，ｙ座標で示されるアドレスの画像情報を抽出していく。そして、得られた画像の濃淡を示す点列データから適当なスレッショルドレベルを設定し、このスレッショルドレベルと点列データとの交差するポイントをエッジ点１２ｂとしてサンプリングする。

次に、始点と終点とをそれぞれΔだけ移動させて同様のサンプリングを実行し、これをエッジ検出ツール５０の高さＨの範囲である始点Ｃ（ｘａ，ｙｃ）及び終点Ｄ（ｘｂ，ｙｃ）まで連続して行うと、設定されたサンプリング間隔Δでの複数のエッジ点１２ｂのサンプリングが終了する。そして、得られたサンプリング値に最小二乗法等により近似直線を当てはめればエッジ１２ａを検出することができる。

なお、サンプリング間隔Δは、例えばワーク１２上のゴミ等をエッジ１２ａとして検出しない程度に所定値以上となるように設定されればよい。また、エッジ検出ツール５０によって検出された点列データを別途ノイズリダクションフィルタ等を通して処理するようにすれば、より精度よくエッジ点１２ｂを検出することができる。その他、エッジ強度によりエッジ１２ａを検出する場合は、図示しない二次元の微分フィルタを用いたフィルタリングを行ってエッジ１２ａを検出すればよい。

更に、上述した実施形態においては、画像測定機１として測定テーブル１３や撮像ユニット１７がそれぞれの駆動機構により駆動されるものを挙げて説明したが、本発明によれば、これらを手動により駆動するマニュアル駆動型の画像測定機を備えた画像測定装置の駆動制御にも適用することができる。この場合には、例えば測定テーブル１３や撮像ユニット１７を機械的に停止させるストッパ機構を設け、エッジ１２ａを検出した場合にこのストッパ機構を作動させて測定テーブル１３や撮像ユニット１７の移動を停止させればよい。

１ 画像測定機
２ コンピュータシステム
３ プリンタ
１１ 架台
１２ ワーク（被測定対象）
１３ 測定テーブル（ステージ）
１４，１５ 支持アーム
１６ Ｘ軸ガイド
１７ 撮像ユニット
１８ ＣＣＤカメラ（撮像手段）
２１ コンピュータ本体
２２ キーボード
２３ ジョイスティックボックス
２４ マウス
２５ ＣＲＴ

Claims (6)

1. 被測定対象を撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段で撮像された撮像視野範囲内の前記被測定対象の画像を表示する表示手段と、
   前記撮像視野範囲内の前記被測定対象のエッジを複数のエッジ検出ツールによって検出する検出手段と、
   相対的に移動可能な前記被測定対象及び前記撮像手段の移動を制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、前記検出手段によって前記エッジが検出された場合に、前記被測定対象及び前記撮像手段の移動を停止させる
   ことを特徴とする画像測定装置。
2. 前記検出手段は、前記複数のエッジ検出ツールのサンプリング間隔が所定値以上となるように設定されている
   ことを特徴とする請求項１記載の画像測定装置。
3. 前記撮像視野範囲内に表示された前記被測定対象の画像の撮像視野範囲外の方向を指示する指示手段を更に備え、
   前記制御手段は、前記指示手段によって指示された方向の前記被測定対象の画像が前記撮像視野範囲内に表示されるように前記被測定対象及び前記撮像手段を相対的に移動させる
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の画像測定装置。
4. 前記制御手段は、前記指示された方向に前記撮像視野範囲単位で前記被測定対象及び前記撮像手段を相対的に移動させる
   ことを特徴とする請求項３記載の画像測定装置。
5. 前記制御手段は、前記指示された方向に前記エッジを検出するまでの間前記被測定対象及び前記撮像手段を相対的に移動させる
   ことを特徴とする請求項３記載の画像測定装置。
6. 相対的に移動可能な被測定対象とこの被測定対象を撮像する撮像手段との駆動を制御手段によって制御する画像測定装置の駆動制御方法であって、
   前記撮像手段によって前記被測定対象を撮像し、
   表示手段によって撮像された撮像視野範囲内の前記被測定対象の画像を表示し、
   表示された前記撮像視野範囲内の前記被測定対象のエッジを複数のエッジ検出ツールによって検出し、
   前記エッジが検出された場合に、前記制御手段によって前記被測定対象及び前記撮像手段の移動を停止する
   ことを特徴とする画像測定装置の駆動制御方法。

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