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JP4053951B2 - Method and apparatus for measuring height of protrusion - Google Patents

Method and apparatus for measuring height of protrusion Download PDF

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JP4053951B2
JP4053951B2 JP2003291367A JP2003291367A JP4053951B2 JP 4053951 B2 JP4053951 B2 JP 4053951B2 JP 2003291367 A JP2003291367 A JP 2003291367A JP 2003291367 A JP2003291367 A JP 2003291367A JP 4053951 B2 JP4053951 B2 JP 4053951B2
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height
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林  謙太
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Dai Nippon Printing Co Ltd
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Description

本発明は、突起の高さ測定方法および測定装置に関し、特に、回路基板やLSIチップに設けられた微小なバンプなどの突起の高さを効率良く測定する方法および装置に関する。   The present invention relates to a method and an apparatus for measuring the height of a protrusion, and more particularly, to a method and an apparatus for efficiently measuring the height of a protrusion such as a minute bump provided on a circuit board or LSI chip.

回路基板やBGA(Bump Grid Array)などのLSIチップ上には、配線用電極として用いるために微小なバンプが多数設けられている。このように、何らかのワーク表面に形成された突起の高さを測定することは、個々のロットごとに、仕様どおりの寸法をもった突起が形成されていることを確認する上で重要である。特に、回路基板やLSIチップ上に配線用電極として形成された多数のバンプの場合、寸法にばらつきが生じていると、電気的な接触不良を誘発する要因になるので、出荷前の品質検査の段階で、個々のバンプの高さを測定することが必要になる。   Many LSI bumps are provided on an LSI chip such as a circuit board or BGA (Bump Grid Array) for use as wiring electrodes. As described above, measuring the height of the protrusion formed on the surface of a certain work is important in confirming that the protrusion having the dimension according to the specification is formed for each lot. In particular, in the case of a large number of bumps formed as wiring electrodes on a circuit board or LSI chip, variations in dimensions can cause electrical contact failure. In stages, it is necessary to measure the height of individual bumps.

一般的な突起の高さ測定方法としては、変位計を用いた方法と共焦点を利用した方法とが知られている。前者は、たとえば、ワーク上方に配置したレーザ変位計などを用いて、ワーク表面までの距離と突起頂上までの距離とを測定し、両者の差を、突起の高さとして認識する方法である。一方、後者は、顕微鏡などの光学機器を用いて突起を上方から観察し、合焦点位置からピークの高さを計測する方法である。また、たとえば、下記の特許文献1には、突起に照明を当て、その影となる領域を撮像することにより、高さを計測する方法が開示されている。
特開2001−298036号公報
As a general method for measuring the height of a protrusion, a method using a displacement meter and a method using confocal are known. The former is a method of measuring the distance to the workpiece surface and the distance to the top of the projection using, for example, a laser displacement meter disposed above the workpiece, and recognizing the difference between the two as the height of the projection. On the other hand, the latter is a method of observing the protrusion from above using an optical instrument such as a microscope and measuring the peak height from the in-focus position. Further, for example, Patent Document 1 below discloses a method of measuring the height by illuminating a projection and imaging a shadow area.
JP 2001-298036 A

従来の突起の高さ測定方法には、多数の突起の高さを高速に測定することが困難であるという問題がある。たとえば、前述した変位計を用いた方法では、レーザ変位計などの微小なスポットを突起に正確に照射する必要があるため、突起1つ1つについて正確な位置合わせが必要になり、多数の突起が形成されているワークについて全数測定するには、多大な時間を要してしまう。また、共焦点を利用した方法では、顕微鏡などの光学機器の視野は比較的狭いため、一度に数個の突起についての測定を行うことしかできない。更に、前掲の特許文献1に開示された方法では、斜めからの照明を広い範囲に均一に照射することが困難であり、やはり多数の突起についての測定を効率良く行うことは困難である。   The conventional method for measuring the height of protrusions has a problem that it is difficult to measure the heights of many protrusions at high speed. For example, in the method using the displacement meter described above, since it is necessary to accurately irradiate the projections with a minute spot such as a laser displacement meter, accurate alignment is required for each projection, and a large number of projections are required. It takes a lot of time to measure the total number of workpieces on which slabs are formed. Further, in the method using confocal, since the field of view of an optical instrument such as a microscope is relatively narrow, only a few protrusions can be measured at a time. Furthermore, in the method disclosed in the above-mentioned Patent Document 1, it is difficult to uniformly irradiate a wide range of illumination from an oblique direction, and it is also difficult to efficiently measure a large number of protrusions.

そこで本発明は、多数の突起の高さを高速に測定することが可能な突起の高さ測定方法および測定装置を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a projection height measuring method and a measuring apparatus capable of measuring the heights of many projections at high speed.

(1) 本発明の第1の態様は、ワーク表面に形成された突起の高さを測定する突起の高さ測定方法において、
測定対象となる突起を含むワーク表面上の所定領域を仰角θの方向から撮像し、突起対応像を含む平面画像を得る撮像段階と、
コンピュータに、撮像段階により得られた平面画像に基づいて、突起対応像の輪郭線を抽出する処理を実行させる輪郭線抽出段階と、
測定対象となる突起が円錐形であるとの仮定の下に、コンピュータに、輪郭線の情報に基づいて、突起対応像上の突起の底面直径部分に対応する部分を直径対応部と認識させるとともに、突起対応像上の突起の母線部分に対応する部分を母線対応部と認識させ、直径対応部の長さDと母線対応部の長さLとを求める処理を実行させる直径母線認識段階と、
コンピュータに、仰角θ、直径対応部の長さD、母線対応部の長さLに基づいて、突起の高さhを演算する処理を実行させる高さ演算段階と、
を行うようにしたものである。
(1) According to a first aspect of the present invention, in the method for measuring the height of a protrusion for measuring the height of the protrusion formed on the workpiece surface,
An imaging stage for capturing a predetermined area on the workpiece surface including the projection to be measured from the direction of the elevation angle θ and obtaining a planar image including the projection corresponding image;
An outline extraction stage for causing a computer to execute a process of extracting the outline of the projection corresponding image based on the planar image obtained in the imaging stage;
Under the assumption that the projection to be measured is conical, the computer recognizes the portion corresponding to the bottom diameter portion of the projection on the projection corresponding image as the diameter corresponding portion based on the contour information. A diameter bus bar recognition stage for causing a portion corresponding to the bus bar portion of the projection on the projection corresponding image to be recognized as a bus bar corresponding portion, and executing a process of obtaining a length D of the diameter corresponding portion and a length L of the bus bar corresponding portion;
A height calculation stage for causing the computer to execute a process of calculating the height h of the protrusion based on the elevation angle θ, the length D of the diameter corresponding portion, and the length L of the bus corresponding portion;
Is to do.

(2) 本発明の第2の態様は、上述の第1の態様に係る突起の高さ測定方法において、
ワーク表面上に複数の突起が存在する場合に、撮像段階で、複数の突起対応像が互いに重なりを生じる仰角θの臨界角度をθ1とし、突起を構成する円錐の母線とワーク表面とのなす角度をθ2としたときに、撮像段階における仰角θを、θ1<θ<θ2なる範囲に設定するようにしたものである。
(2) According to a second aspect of the present invention, in the projection height measuring method according to the first aspect described above,
When there are a plurality of protrusions on the work surface, the critical angle of the elevation angle θ at which the plurality of protrusion corresponding images overlap each other at the imaging stage is defined as θ1, and the angle formed between the conical bus forming the protrusion and the work surface Is set to a range of θ1 <θ <θ2 when the angle θ is θ2.

(3) 本発明の第3の態様は、上述の第1または第2の態様に係る突起の高さ測定方法において、
輪郭線抽出段階で、撮像段階により得られた平面画像を二値化処理し、画素値の変化する部分を境界線として認識するか、もしくは、撮像段階により得られた平面画像を微分処理し、画素値が極大値をとる部分を境界線として認識するようにしたものである。
(3) According to a third aspect of the present invention, in the projection height measuring method according to the first or second aspect described above,
In the contour extraction stage, the planar image obtained in the imaging stage is binarized, and the part where the pixel value changes is recognized as a boundary line, or the planar image obtained in the imaging stage is differentiated, A portion where the pixel value takes a maximum value is recognized as a boundary line.

(4) 本発明の第4の態様は、上述の第1〜第3の態様に係る突起の高さ測定方法において、
直径母線認識段階で、突起対応像の横方向の最大幅を直径対応部の長さDと認識し、突起対応像の縦方向の最大幅を母線対応部の長さLと認識するようにしたものである。
(4) According to a fourth aspect of the present invention, in the projection height measuring method according to the first to third aspects described above,
At the diameter bus recognition stage, the maximum horizontal width of the protrusion corresponding image is recognized as the length D of the diameter corresponding portion, and the maximum vertical width of the protrusion corresponding image is recognized as the length L of the bus corresponding portion. Is.

(5) 本発明の第5の態様は、上述の第1〜第4の態様に係る突起の高さ測定方法において、
ワーク表面上に複数の突起が存在する場合に、直径母線認識段階で、個々の突起対応像についての長さD,Lを認識するとともに、所定の特徴点についての位置座標を認識するようにし、各突起の位置と高さとを測定するようにしたものである。
(5) According to a fifth aspect of the present invention, in the projection height measuring method according to the first to fourth aspects described above,
When there are a plurality of protrusions on the workpiece surface, in the diameter generatrix recognition stage, the lengths D and L for each protrusion corresponding image are recognized, and the position coordinates for a predetermined feature point are recognized, The position and height of each protrusion are measured.

(6) 本発明の第6の態様は、上述の第1〜第5の態様に係る突起の高さ測定方法において、
撮像段階で、ワーク表面に対して角度(90°−θ)で交差する投影面上に突起対応像を得るようにし、
高さ演算段階で、h=(L−D/2・sinθ)/cosθなる式を用いて、突起の高さhを求めるようにしたものである。
(6) According to a sixth aspect of the present invention, in the projection height measuring method according to the first to fifth aspects described above,
At the imaging stage, a projection corresponding image is obtained on a projection plane that intersects the workpiece surface at an angle (90 ° -θ),
In the height calculation stage, the height h of the protrusion is obtained using an equation h = (LD / 2 · sin θ) / cos θ.

(7) 本発明の第7の態様は、上述の第6の態様に係る突起の高さ測定方法において、
撮像段階で、ワーク表面に対して角度(90°−θ)で交差する投影面を定義し、この投影面上に撮像画素を二次元配列してなるエリアセンサを用いて撮像を行うようにしたものである。
(7) According to a seventh aspect of the present invention, in the projection height measuring method according to the sixth aspect described above,
At the imaging stage, a projection plane that intersects the workpiece surface at an angle (90 ° -θ) is defined, and imaging is performed using an area sensor in which imaging pixels are two-dimensionally arranged on the projection plane. Is.

(8) 本発明の第8の態様は、上述の第1〜第5の態様に係る突起の高さ測定方法において、
撮像段階で、ワーク表面に対して平行な投影面上に、突起を仰角θの方向に投影することにより突起対応像を得るようにし、
高さ演算段階で、h=(L−D/2)・tanθなる式を用いて、突起の高さhを求めるようにしたものである。
(8) According to an eighth aspect of the present invention, in the projection height measuring method according to the first to fifth aspects described above,
At the imaging stage, a projection corresponding image is obtained by projecting the projection in the direction of the elevation angle θ on the projection plane parallel to the workpiece surface,
In the height calculation stage, the height h of the protrusion is obtained using the equation h = (LD / 2) · tan θ.

(9) 本発明の第9の態様は、上述の第8の態様に係る突起の高さ測定方法において、
撮像段階で、ワーク表面に対して平行な投影面を定義し、この投影面上に画素を一次元配列してなるラインセンサを用意し、このラインセンサもしくはワークを投影面に沿って移動させることにより撮像を行うようにしたものである。
(9) According to a ninth aspect of the present invention, in the projection height measuring method according to the eighth aspect described above,
Define a projection plane parallel to the workpiece surface at the imaging stage, prepare a line sensor with one-dimensional array of pixels on the projection plane, and move the line sensor or workpiece along the projection plane In this way, imaging is performed.

(10) 本発明の第10の態様は、ワーク表面に形成された突起の高さを測定する突起の高さ測定装置において、
ワーク表面上の撮像対象領域を仰角θの方向から撮像する撮像カメラと、
撮像対象領域がワーク表面上で移動するように、撮像カメラを走査する走査部と、
撮像対象領域を照明するための照明部と、
撮像カメラ、走査部、照明部を制御するとともに、測定に必要な処理を実行する制御処理装置と、
を設け、制御処理装置に、
撮像カメラ、走査部、照明部を制御することにより、測定対象となる突起についての突起対応像を含む平面画像を撮像する撮像処理と、
撮像処理により得られた平面画像に基づいて、突起対応像の輪郭線を抽出する輪郭線抽出処理と、
測定対象となる突起が円錐形であるとの仮定の下に、輪郭線の情報に基づいて、突起対応像上の突起の底面直径部分に対応する部分を直径対応部と認識するとともに、突起対応像上の突起の母線部分に対応する部分を母線対応部と認識し、直径対応部の長さDと母線対応部の長さLとを求める直径母線認識処理と、
仰角θ、直径対応部の長さD、母線対応部の長さLに基づいて、突起の高さhを演算する高さ演算処理と、
を実行する機能をもたせるようにしたものである。
(10) According to a tenth aspect of the present invention, in the projection height measuring apparatus for measuring the height of the projection formed on the workpiece surface,
An imaging camera for imaging an imaging target area on the workpiece surface from the direction of the elevation angle θ;
A scanning unit that scans the imaging camera so that the imaging target region moves on the workpiece surface;
An illumination unit for illuminating the imaging target region;
A control processing device that controls the imaging camera, the scanning unit, and the illumination unit, and executes processing necessary for measurement;
To the control processing device,
An imaging process for capturing a planar image including a projection corresponding image of a projection to be measured by controlling an imaging camera, a scanning unit, and an illumination unit;
An outline extraction process for extracting the outline of the projection corresponding image based on the planar image obtained by the imaging process; and
Under the assumption that the projection to be measured is conical, the part corresponding to the bottom diameter part of the projection on the projection-corresponding image is recognized as the diameter-corresponding part based on the information on the contour line, and the projection correspondence A diameter busbar recognition process for recognizing a portion corresponding to a busbar portion of the protrusion on the image as a busbar corresponding portion, and obtaining a length D of the diameter corresponding portion and a length L of the busbar corresponding portion;
A height calculation process for calculating the height h of the protrusion based on the elevation angle θ, the length D of the diameter corresponding portion, and the length L of the bus corresponding portion;
It has a function to execute.

(11) 本発明の第11の態様は、上述の第10の態様に係る突起の高さ測定装置において、
輪郭線抽出処理を、撮像段階により得られた平面画像を二値化し、画素値の変化する部分を境界線として認識するか、もしくは、撮像段階により得られた平面画像を微分し、画素値が極大値をとる部分を境界線として認識することにより実行するようにしたものである。
(11) According to an eleventh aspect of the present invention, in the projection height measuring apparatus according to the tenth aspect described above,
The contour line extraction process binarizes the planar image obtained in the imaging stage and recognizes the portion where the pixel value changes as a boundary line, or differentiates the planar image obtained in the imaging stage, and the pixel value is This is executed by recognizing the portion having the maximum value as a boundary line.

(12) 本発明の第12の態様は、上述の第10または第11の態様に係る突起の高さ測定装置において、
直径母線認識処理を、突起対応像の横方向の最大幅を直径対応部の長さDと認識し、突起対応像の縦方向の最大幅を母線対応部の長さLと認識することにより実行するようにしたものである。
(12) According to a twelfth aspect of the present invention, in the projection height measuring apparatus according to the tenth or eleventh aspect described above,
Diameter bus recognition processing is executed by recognizing the maximum horizontal width of the protrusion-corresponding image as the length D of the diameter-corresponding portion and recognizing the maximum vertical width of the protrusion-corresponding image as the length L of the busbar-corresponding portion. It is what you do.

(13) 本発明の第13の態様は、上述の第10〜第12の態様に係る突起の高さ測定装置において、
個々の突起対応像についての長さD,Lを認識するとともに、所定の特徴点についての位置座標を認識する機能をもたせ、各突起の位置と高さとを測定することができるようにしたものである。
(13) In a thirteenth aspect of the present invention, in the projection height measuring apparatus according to the tenth to twelfth aspects described above,
In addition to recognizing the lengths D and L for each projection-corresponding image, it has a function of recognizing the position coordinates of a predetermined feature point so that the position and height of each projection can be measured. is there.

(14) 本発明の第14の態様は、上述の第10〜第13の態様に係る突起の高さ測定装置において、
ワーク表面に対して角度(90°−θ)で交差する投影面上に、撮像画素を二次元配列することにより構成されたエリアセンサによって撮像カメラを構成し、
制御処理装置に、h=(L−D/2・sinθ)/cosθなる式を用いて、突起の高さhを求める処理を行わせるようにしたものである。
(14) According to a fourteenth aspect of the present invention, in the projection height measuring apparatus according to the tenth to thirteenth aspects described above,
An imaging camera is configured by an area sensor configured by two-dimensionally arranging imaging pixels on a projection plane that intersects the workpiece surface at an angle (90 ° −θ),
The control processing device is made to perform processing for obtaining the height h of the protrusion using the formula h = (LD / 2 · sin θ) / cos θ.

(15) 本発明の第15の態様は、上述の第10〜第13の態様に係る突起の高さ測定装置において、
ワーク表面に対して平行になるように一次元に配列され、かつ、突起を仰角θの方向から撮像することができる撮像画素により構成されたラインセンサによって撮像カメラを構成し、
走査部に、ラインセンサもしくはワークをワーク表面に対して平行な投影面に沿って走査する機能をもたせ、
制御処理装置に、h=(L−D/2)・tanθなる式を用いて、突起の高さhを求める処理を行わせるようにしたものである。
(15) According to a fifteenth aspect of the present invention, in the projection height measuring apparatus according to the tenth to thirteenth aspects described above,
An imaging camera is configured by a line sensor that is arranged in one dimension so as to be parallel to the workpiece surface and configured by imaging pixels that can image the protrusion from the direction of the elevation angle θ.
The scanning unit has the function of scanning the line sensor or workpiece along the projection plane parallel to the workpiece surface,
The control processing device is made to perform processing for obtaining the height h of the protrusion using the formula h = (L−D / 2) · tan θ.

(16) 本発明の第16の態様は、上述の第10〜第15の態様に係る突起の高さ測定装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムを用意するようにしたものである。 (16) According to a sixteenth aspect of the present invention, there is provided a program for causing a computer to function as the projection height measuring apparatus according to the tenth to fifteenth aspects.

本発明に係る突起の高さ測定方法および測定装置によれば、多数の突起の高さを高速に測定することが可能になる。   According to the method and apparatus for measuring the height of protrusions according to the present invention, it is possible to measure the heights of many protrusions at high speed.

以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。図1は、本発明に係る突起の高さ測定方法の基本手順を示す流れ図である。図示のとおり、この測定方法は、ステップS1の撮像段階、ステップS2の輪郭線抽出段階、ステップS3の直径母線認識段階、ステップS4の高さ演算段階の4つの段階から構成される。ここで、ステップS1の撮像段階は、撮像カメラを用いて物理的な撮像を行う処理であるのに対して、ステップS2〜S4の処理は、コンピュータによって実行される画像処理や演算処理になる。以下、これら各段階の内容を順に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described based on the illustrated embodiments. FIG. 1 is a flowchart showing a basic procedure of a method for measuring the height of a protrusion according to the present invention. As shown in the figure, this measuring method is composed of four stages: an imaging stage in step S1, an outline extraction stage in step S2, a diameter generating line recognition stage in step S3, and a height calculation stage in step S4. Here, the imaging stage of step S1 is a process of performing physical imaging using an imaging camera, whereas the processes of steps S2 to S4 are image processing and arithmetic processing executed by a computer. Hereinafter, the contents of each stage will be described in order.

まず、ステップS1の撮像段階は、測定対象となる突起を含むワーク表面上の所定領域を仰角θの方向から撮像し、突起対応像を含む平面画像を得る段階である。本発明は、ワーク表面に形成された突起の高さを測定する高さ測定方法であるが、この撮像段階では、ワーク表面に対して仰角θをなす方向から、突起の撮像が行われることになる。   First, the imaging stage of step S1 is a stage in which a predetermined area on the work surface including the projection to be measured is imaged from the direction of the elevation angle θ to obtain a planar image including the projection corresponding image. The present invention is a height measurement method for measuring the height of a protrusion formed on a workpiece surface. In this imaging stage, the projection is imaged from a direction that forms an elevation angle θ with respect to the workpiece surface. Become.

図2は、この撮像段階の概念を示す側面図である。図では、便宜上、ワーク100の上面に合計7本の突起110が形成されている状態が示されているが、実際の回路基板やBGAなどでは、より多数の突起(バンプ)が二次元的に配置されていることになる。ワーク100の斜め上方には、このワーク100の表面上の所定領域を、仰角θの方向から撮像することができる撮像カメラ200が配置されている。図に示す破線は、この撮像カメラ200の撮像面の中心位置に立てた法線方向を示しており、ワーク100の表面に対して仰角θをなしている。こうして、撮像カメラ200の撮像面には、突起に対応する像(以下、単に突起対応像という)を含む平面画像が得られる。   FIG. 2 is a side view showing the concept of this imaging stage. For the sake of convenience, the figure shows a state in which a total of seven protrusions 110 are formed on the upper surface of the workpiece 100. However, in an actual circuit board, BGA, or the like, a larger number of protrusions (bumps) are two-dimensionally shown. Will be placed. An imaging camera 200 capable of imaging a predetermined area on the surface of the workpiece 100 from the direction of the elevation angle θ is disposed obliquely above the workpiece 100. A broken line shown in the figure indicates a normal direction set at the center position of the imaging surface of the imaging camera 200, and forms an elevation angle θ with respect to the surface of the workpiece 100. In this way, a planar image including an image corresponding to a protrusion (hereinafter simply referred to as a protrusion-corresponding image) is obtained on the imaging surface of the imaging camera 200.

図3は、撮像カメラ200によって撮像された平面画像を示す平面図である。図にハッチングを施して示す扇型の領域は、いずれも個々の突起に対応する突起対応像115である。通常、ワーク100と突起110とは、異なる素材によって構成されており、ワーク100の表面と突起110の表面とは色彩や階調が異なるため、図3に示す平面画像上において、突起対応像115の部分を識別することができる。図3には、撮像カメラ200の視野内に合計12個の突起対応像115が、それぞれ別個独立した扇型領域として存在する例が示されている。   FIG. 3 is a plan view showing a planar image captured by the imaging camera 200. Each of the fan-shaped regions shown by hatching in the figure is a protrusion corresponding image 115 corresponding to each protrusion. Usually, the workpiece 100 and the projection 110 are made of different materials, and the surface of the workpiece 100 and the surface of the projection 110 have different colors and gradations. Therefore, the projection corresponding image 115 on the planar image shown in FIG. Can be identified. FIG. 3 shows an example in which a total of 12 protrusion-corresponding images 115 exist as independent fan-shaped regions in the field of view of the imaging camera 200.

なお、本発明を実施する上では、図2に示す仰角θに下限および上限を設けておくのが好ましい。仰角θの下限値θ1は、ワーク100の表面上に複数の突起110が存在する場合に、複数の突起対応像115が互いに重なりを生じる臨界角度として定義される。図4は、この下限値θ1を示す側面図である。図示のとおり、隣接する一対の突起110aと110bについて、突起110aの底面の輪郭位置と突起110bの頂点位置とを結ぶ破線が、ワーク100の表面となす角度が下限値θ1に相当する。撮像段階における仰角θがこれ以下になると、突起110aの対応像と突起110bの対応像とが重なりを生じてしまうため、個々の突起対応像115を個別の領域として認識することができなくなる。   In practicing the present invention, it is preferable to provide a lower limit and an upper limit for the elevation angle θ shown in FIG. The lower limit value θ1 of the elevation angle θ is defined as a critical angle at which the plurality of projection corresponding images 115 overlap each other when the plurality of projections 110 exist on the surface of the workpiece 100. FIG. 4 is a side view showing the lower limit value θ1. As shown in the figure, for a pair of adjacent protrusions 110a and 110b, the angle between the broken line connecting the contour position of the bottom surface of the protrusion 110a and the vertex position of the protrusion 110b and the surface of the workpiece 100 corresponds to the lower limit value θ1. If the elevation angle θ at the imaging stage is less than this, the corresponding image of the protrusion 110a and the corresponding image of the protrusion 110b are overlapped, so that the individual protrusion corresponding image 115 cannot be recognized as an individual area.

もちろん、複数の突起対応像115に重なりが生じていたとしても、ステップS2の輪郭線抽出段階において、所定のアルゴリズムに基づく処理を実施することにより、個々の突起対応像115の輪郭を抽出することも可能であるが、演算処理負担を軽減する上では、撮像段階において、図3に示すように、個々の突起対応像115がそれぞれ別個独立した領域となっているのが好ましい。仰角θの下限値θ1は、このような理由から設定される下限値である。   Of course, even if there are overlaps in the plurality of projection corresponding images 115, the contours of the individual projection corresponding images 115 are extracted by performing processing based on a predetermined algorithm in the contour line extraction step in step S2. However, in order to reduce the calculation processing burden, it is preferable that each projection corresponding image 115 is an independent area as shown in FIG. 3 in the imaging stage. The lower limit value θ1 of the elevation angle θ is a lower limit value set for this reason.

一方、仰角θの上限値θ2は、個々の突起110を円錐と仮定したときに、突起110を構成する円錐の母線とワーク100の表面とのなす角度として定義される。図5は、この上限値θ2を示す側面図である。撮像段階における仰角θがこれ以上になると、突起110の頂点部分が、突起対応像115の内部に埋もれてしまい、突起対応像115から突起110の頂点位置に対応する点を認識することができなくなってしまう。別言すれば、仰角θが、この上限値以下であれば、突起110の頂点位置に対応する点が突起対応像115の輪郭線上に現れるため、これを認識することが可能になる。後述するように、突起110の頂点位置に対応する点は、母線対応部を認識する上で重要な役割を果たす。図3に示す例の場合、いずれの突起対応像115についても、扇型の尖点として、突起110の頂点位置に対応する点を認識することができる。   On the other hand, the upper limit value θ2 of the elevation angle θ is defined as an angle formed by the cone bus forming the protrusion 110 and the surface of the workpiece 100 when each protrusion 110 is assumed to be a cone. FIG. 5 is a side view showing the upper limit value θ2. When the elevation angle θ at the imaging stage is larger than this, the apex portion of the protrusion 110 is buried in the protrusion corresponding image 115, and the point corresponding to the apex position of the protrusion 110 cannot be recognized from the protrusion corresponding image 115. End up. In other words, if the elevation angle θ is less than or equal to this upper limit value, a point corresponding to the apex position of the protrusion 110 appears on the contour line of the protrusion corresponding image 115, which can be recognized. As will be described later, the point corresponding to the vertex position of the protrusion 110 plays an important role in recognizing the busbar corresponding part. In the case of the example shown in FIG. 3, the point corresponding to the vertex position of the protrusion 110 can be recognized as a fan-shaped cusp for any protrusion corresponding image 115.

結局、ステップS1の撮像段階における仰角θは、θ1<θ<θ2なる範囲に設定すればよい。なお、測定精度を向上させるという観点からは、仰角θはできるだけ小さく設定するのが好ましい。これは、仰角θを小さくすればするほど、突起対応像115は細長くなり、母線対応部が長くなり、解像度が向上することになるためである。もっとも、実際の仰角θは、測定対象となる突起110の寸法、形状、密度および撮像カメラの物理的な配置を考慮して、θ1<θ<θ2なる範囲内の最適値に設定すればよい。   Eventually, the elevation angle θ at the imaging stage of step S1 may be set in a range of θ1 <θ <θ2. From the viewpoint of improving measurement accuracy, it is preferable to set the elevation angle θ as small as possible. This is because as the elevation angle θ is reduced, the projection corresponding image 115 becomes elongated, the bus line corresponding portion becomes longer, and the resolution is improved. However, the actual elevation angle θ may be set to an optimum value in a range of θ1 <θ <θ2 in consideration of the size, shape, density of the projection 110 to be measured and the physical arrangement of the imaging camera.

続くステップS2の輪郭線抽出段階は、撮像段階により得られた平面画像に基づいて、突起対応像115の輪郭線を抽出する処理を実行させる段階である。この処理は、実際には、コンピュータによって実行されるので、撮像段階で得られた図3に示すような平面画像は、デジタル画像データとしてコンピュータに入力されることになる。   The subsequent contour line extraction step of step S2 is a step of executing a process of extracting the contour line of the projection corresponding image 115 based on the planar image obtained in the imaging step. Since this processing is actually executed by the computer, the planar image as shown in FIG. 3 obtained at the imaging stage is input to the computer as digital image data.

前述したとおり、ワーク100の表面と突起110の表面とは色彩や階調が異なるため、図3に示す平面画像上において、突起対応像115の内部の部分と、外部の部分とでは、画素値の特徴に違いが生じることになる。また、ワーク100の表面と突起110の表面との色彩や階調が類似している場合であっても、突起110の輪郭部分には影が生じるため、やはり輪郭部分において、画素値の特徴に相違が生じる。そこで、この輪郭線抽出段階では、撮像段階により得られた平面画像を二値化処理し、画素値の変化する部分を境界線として認識する方法をとることができる。あるいは、別な手法として、撮像段階により得られた平面画像を微分処理し、画素値が極大値をとる部分を境界線として認識する方法をとることも可能である。もちろん、輪郭線の抽出方法は、これらの方法に限定されるものではなく、この他の方法をとってもかまわない。   As described above, since the surface of the workpiece 100 and the surface of the protrusion 110 are different in color and gradation, the pixel values are different between the internal portion of the protrusion corresponding image 115 and the external portion on the planar image shown in FIG. Differences will occur in the characteristics. Further, even when the color and gradation of the surface of the workpiece 100 and the surface of the protrusion 110 are similar, a shadow is generated in the contour portion of the protrusion 110, so that the pixel value is also characterized in the contour portion. Differences occur. Therefore, in this contour line extraction stage, a method can be adopted in which the planar image obtained in the imaging stage is binarized and a portion where the pixel value changes is recognized as a boundary line. Alternatively, as another method, it is also possible to take a method of differentiating a planar image obtained at the imaging stage and recognizing a portion where the pixel value has a maximum value as a boundary line. Of course, the contour line extraction method is not limited to these methods, and other methods may be used.

図6は、1つの突起対応画像115について、輪郭線抽出処理を施した状態を示す平面図である。図示の例では、突起対応画像115について、3つの輪郭線C1,C2,C3が抽出されており、その結果、3つの点Q0,Q1,Q2が認識されている。ステップS2の輪郭線抽出段階では、図3に示すような平面画像上の各突起対応画像115について、それぞれ輪郭線の抽出が行われる。このように、画像上に存在する複数のオブジェクトの位置、形状、大きさなどを認識し、それぞれにユニークなコードを付して識別可能にする処理は、一般にラベリング処理と呼ばれている公知の処理である。したがって、ここでは、この輪郭線抽出段階における個々の突起対応画像115の輪郭線を認識する具体的なアルゴリズムの説明は省略する。   FIG. 6 is a plan view showing a state in which the contour extraction process is performed on one protrusion-corresponding image 115. In the illustrated example, three contour lines C1, C2, and C3 are extracted from the protrusion corresponding image 115, and as a result, three points Q0, Q1, and Q2 are recognized. In the contour line extraction stage of step S2, the contour lines are extracted for each projection corresponding image 115 on the planar image as shown in FIG. In this way, the process of recognizing the position, shape, size, etc. of a plurality of objects existing on the image and making each identifiable with a unique code is generally known as a labeling process. It is processing. Therefore, a description of a specific algorithm for recognizing the contour lines of the individual protrusion correspondence images 115 in this contour line extraction step is omitted here.

次に、ステップS3の直径母線認識段階では、測定対象となる突起110が円錐形であるとの仮定の下に、上述の輪郭線抽出段階で抽出された輪郭線の情報に基づいて、各突起対応像115上の「突起110の底面直径部分に対応する部分」を直径対応部と認識するとともに、突起対応像115上の「突起の母線部分に対応する部分」を母線対応部と認識させ、直径対応部の長さDと母線対応部の長さLとを求める処理が実行される。もちろん、この処理も、実際にはコンピュータによる処理として実行される。   Next, in the diameter generating line recognition stage of step S3, each projection is determined based on the contour line information extracted in the above-described outline extraction stage under the assumption that the projection 110 to be measured has a conical shape. Recognize the “part corresponding to the bottom diameter part of the protrusion 110” on the corresponding image 115 as the diameter corresponding part, and recognize the “part corresponding to the bus part of the protrusion” on the protrusion corresponding image 115 as the bus corresponding part. Processing for obtaining the length D of the diameter corresponding portion and the length L of the bus corresponding portion is executed. Of course, this processing is also actually executed as a computer processing.

なお、本発明における測定方法は、測定対象となる突起が円錐形であるとの仮定を前提としているので、以下、ワーク100上に形成された突起110が完全な円錐形をしているという仮定の下で、説明を続けることにする。   In addition, since the measurement method in the present invention is based on the assumption that the projection to be measured has a conical shape, hereinafter, it is assumed that the projection 110 formed on the workpiece 100 has a complete cone shape. The explanation will be continued below.

図7は、この直径母線認識段階で行われる認識処理の概念を示す平面図である。図示の扇型は、図6に示す突起対応像115と同一の図形である。ここで、突起110が完全な円錐であるとすると、輪郭線C1,C2は円錐の母線に対応し、輪郭線C3は円錐の底面の円周部分に対応することになる。したがって、図の輪郭線上の点Q1,Q2を結ぶ線分116は、「突起110の底面直径部分に対応する部分」(以下、直径対応部116と呼ぶ)ということになる。また、この線分116の中点Q3を通り、図の尖点Q0と輪郭線C3上の点Q4を結ぶ線分117は、輪郭線C1,C2と同様に、円錐の母線に対応する。すなわち、点Q0,Q4を結ぶ線分117は、「突起の母線部分に対応する部分」(以下、母線対応部117と呼ぶ)ということになる。   FIG. 7 is a plan view showing a concept of recognition processing performed in the diameter bus bar recognition stage. The illustrated fan shape is the same figure as the protrusion corresponding image 115 shown in FIG. Here, if the projection 110 is a complete cone, the contour lines C1 and C2 correspond to the generatrix of the cone, and the contour line C3 corresponds to the circumferential portion of the bottom surface of the cone. Therefore, the line segment 116 connecting the points Q1 and Q2 on the contour line in the figure is a “portion corresponding to the bottom diameter portion of the protrusion 110” (hereinafter referred to as the diameter corresponding portion 116). A line segment 117 passing through the midpoint Q3 of the line segment 116 and connecting the point Q4 on the contour line C3 and the point Q4 on the contour line C3 corresponds to a conical generatrix like the contour lines C1 and C2. That is, the line segment 117 connecting the points Q0 and Q4 is a “portion corresponding to the busbar portion of the protrusion” (hereinafter referred to as a busbar corresponding portion 117).

ステップS3の直径母線認識段階では、各突起対応像115について、それぞれ直径対応部116および母線対応部117を認識し、その長さDおよびLを求める処理が実行される。もっとも、長さDおよびLを求める処理は、比較的単純な処理によって行うことができる。すなわち、実際には、突起対応像115の横方向の最大幅を直径対応部の長さDと認識し、縦方向の最大幅を母線対応部の長さLと認識すればよい。   In the diameter generatrix recognition stage of step S3, a process for recognizing the diameter corresponding part 116 and the generatrix corresponding part 117 for each projection corresponding image 115 and obtaining the lengths D and L is executed. However, the process for obtaining the lengths D and L can be performed by a relatively simple process. That is, in practice, the maximum width in the horizontal direction of the protrusion corresponding image 115 may be recognized as the length D of the diameter corresponding portion, and the maximum width in the vertical direction may be recognized as the length L of the busbar corresponding portion.

撮像段階において、図2に示すように、仰角θの方向に撮像カメラ200を設置して突起110の像を撮像すれば(別言すれば、視野内のすべての部分が仰角θの方向に向かって結像するようにすれば)、図7に示すように、突起対応像115の横方向の最大幅が直径対応部の長さDになり、縦方向の最大幅が母線対応部の長さLになる。したがって、輪郭線抽出段階によって、輪郭線C1,C2,C3が抽出され、突起対応像115が閉領域として認識可能な状態になっていれば、各点Q0,Q1,Q2,Q4を認識する必要はなく、この閉領域の横方向の最大幅と縦方向の最大幅とを求めれば、直径対応部の長さDおよび母線対応部の長さLを得ることができる。   At the imaging stage, as shown in FIG. 2, if the imaging camera 200 is installed in the direction of the elevation angle θ and the image of the protrusion 110 is captured (in other words, all the parts in the field of view are directed toward the elevation angle θ). As shown in FIG. 7, the maximum horizontal width of the projection corresponding image 115 is the length D of the diameter corresponding portion, and the maximum vertical width is the length of the bus corresponding portion, as shown in FIG. L. Therefore, if the contour lines C1, C2, and C3 are extracted by the contour extraction step and the protrusion corresponding image 115 is in a state that can be recognized as a closed region, it is necessary to recognize the points Q0, Q1, Q2, and Q4. If the maximum width in the horizontal direction and the maximum width in the vertical direction of the closed region are obtained, the length D of the diameter corresponding portion and the length L of the bus corresponding portion can be obtained.

なお、実用上は、多数の突起対応像115について、それぞれ位置を併せて認識しておく必要がある。たとえば、尖点Q0などを特徴点として認識し、その位置座標を認識する処理を行うようにすればよい。結局、図3に示す例のように、合計12個の突起対応像115が存在する平面画像が得られた場合、この12個の突起対応像115のそれぞれについて、尖点Q0などの特徴点の座標値(x,y)と、直径対応部の長さDと、母線対応部の長さLと、が求められることになる。   In practice, it is necessary to recognize the positions of the large number of protrusion corresponding images 115 together. For example, the cusp Q0 or the like may be recognized as a feature point and processing for recognizing the position coordinate may be performed. Eventually, as in the example shown in FIG. 3, when a planar image having a total of 12 protrusion corresponding images 115 is obtained, each of the 12 protrusion corresponding images 115 has a feature point such as a cusp Q0. The coordinate value (x, y), the length D of the diameter corresponding portion, and the length L of the bus corresponding portion are obtained.

最後に、ステップS4の高さ演算段階では、撮像段階における撮像時の仰角θおよび直径母線認識段階で得られた長さD,Lに基づいて、突起110の高さhを求める演算が実行される。図7に示す直径対応部116の長さDは、実際の突起110の底面の直径に等しくなるが、母線対応部117の長さLは仰角θに依存するので、実際の突起110の母線の長さに等しくはならない。図8は、このような点を考慮した演算の原理を示す側面図である。   Finally, in the height calculation stage of step S4, a calculation for obtaining the height h of the protrusion 110 is executed based on the elevation angle θ during imaging in the imaging stage and the lengths D and L obtained in the diameter generatrix recognition stage. The The length D of the diameter-corresponding portion 116 shown in FIG. 7 is equal to the diameter of the bottom surface of the actual protrusion 110, but the length L of the bus-bar corresponding portion 117 depends on the elevation angle θ. It should not be equal to the length. FIG. 8 is a side view showing the principle of calculation considering such points.

前述したように、撮像段階では、仰角θの方向に撮像カメラ200を設置して、突起110の像を撮像することになる。これは、ワーク100の表面に対して角度(90°−θ)で交差する投影面210を定義し、この投影面210上に突起110の投影像を形成することと同義である。したがって、図3に示す平面画像は、投影面210上に形成された投影像に相当する。そこで、この図8を参照しながら、直径母線認識段階で得られた直径対応部の長さDおよび母線対応部の長さLと、実際の突起110の高さhとの幾何学的関係を考えてみよう。   As described above, at the imaging stage, the imaging camera 200 is installed in the direction of the elevation angle θ and an image of the protrusion 110 is captured. This is synonymous with defining a projection plane 210 that intersects the surface of the workpiece 100 at an angle (90 ° −θ) and forming a projection image of the protrusion 110 on the projection plane 210. Therefore, the planar image shown in FIG. 3 corresponds to a projection image formed on the projection surface 210. Therefore, with reference to FIG. 8, the geometric relationship between the length D of the diameter corresponding portion and the length L of the bus corresponding portion obtained in the diameter bus recognition stage and the actual height h of the protrusion 110 is shown. Let's think about it.

まず、図示のとおり、母線対応部の長さLを2つの区間a,bに分けて考える。当然、L=a+bである。ここで、aとhとの関係は、a=hcosθである。また、実際の突起110の底面を構成する円の半径をrとすると、b=rsinθである。直径対応部の長さDは、実際の突起110の直径に等しいので、r=D/2になる。したがって、L=hcosθ+D/2・sinθなる式が導かれるので、これを整理すると、h=(L−D/2・sinθ)/cosθなる式が得られることになる。結局、高さ演算段階では、個々の突起対応像115について得られた直径対応部の長さDおよび母線対応部の長さLと、撮影段階での仰角θとに基づいて、h=(L−D/2・sinθ)/cosθなる式により、各突起110の高さhを求めることができる。   First, as shown in the figure, the length L of the bus bar corresponding part is considered divided into two sections a and b. Of course, L = a + b. Here, the relationship between a and h is a = h cos θ. Further, if the radius of the circle constituting the bottom surface of the actual protrusion 110 is r, b = rsin θ. Since the length D of the diameter corresponding portion is equal to the diameter of the actual protrusion 110, r = D / 2. Therefore, since an equation L = hcos θ + D / 2 · sin θ is derived, by arranging this, an equation h = (LD−2 · sin θ) / cos θ is obtained. After all, in the height calculation stage, h = (L) based on the length D of the diameter corresponding part and the length L of the bus bar corresponding part obtained for each projection corresponding image 115 and the elevation angle θ in the photographing stage. The height h of each protrusion 110 can be obtained by the equation −D / 2 · sin θ) / cos θ.

図9は、上述のような原理に基づいて突起の高さを測定する測定装置の基本構成を示すブロック図である。図示のとおり、この測定装置は、撮像カメラ310、走査部320、照明部330、制御処理装置340によって構成されている。   FIG. 9 is a block diagram showing a basic configuration of a measuring apparatus that measures the height of the protrusion based on the principle as described above. As shown in the figure, this measuring apparatus includes an imaging camera 310, a scanning unit 320, an illumination unit 330, and a control processing device 340.

ここで、撮像カメラ310は、ワーク100の表面上の撮像対象領域を仰角θの方向から撮像する機能をもったカメラであり、図2に示す撮像カメラ200に対応するものである。また、走査部320は、撮像カメラ310の撮像対象領域が、ワーク100の表面上で移動するように、撮像カメラ310を走査する機能を有する。   Here, the imaging camera 310 is a camera having a function of imaging an imaging target region on the surface of the workpiece 100 from the direction of the elevation angle θ, and corresponds to the imaging camera 200 shown in FIG. The scanning unit 320 has a function of scanning the imaging camera 310 so that the imaging target area of the imaging camera 310 moves on the surface of the workpiece 100.

本発明の原理上、この走査部320は必須のものではない。すなわち、撮像カメラ310を走査しなくても、その視野(撮像対象領域)内に得られた突起対応像115については、高さを求める処理が可能である。したがって、たとえば、図3に示す例のように、視野内に合計12個の突起対応像115が得られる場合、12個の突起についての高さ測定を行うことが可能である。しかしながら、実用上は、走査部320により、撮像カメラ310を走査できるようにしておき、撮像カメラ310の視野よりも広い領域について測定を行うことができるようにするのが好ましい。   The scanning unit 320 is not essential on the principle of the present invention. That is, even if the imaging camera 310 is not scanned, it is possible to obtain the height of the projection corresponding image 115 obtained in the field of view (imaging target region). Therefore, for example, when a total of 12 protrusion corresponding images 115 are obtained in the field of view as in the example shown in FIG. 3, it is possible to measure the height of 12 protrusions. However, practically, it is preferable that the imaging unit 310 can be scanned by the scanning unit 320 so that measurement can be performed on a region wider than the field of view of the imaging camera 310.

照明部330は、撮像対象領域を照明するための構成要素である。もちろん、自然光などを利用して測定を行うことにすれば、この照明部330を設けなくても本発明を実施することは可能であるが、実用上は、最良の照明環境で撮像が可能になるように、照明部330を設けるのが好ましい。特に、走査部320の走査に応じて、照明部330の照明対象領域も移動するような構成にしておくのが望ましい。   The illumination unit 330 is a component for illuminating the imaging target area. Of course, if measurement is performed using natural light or the like, the present invention can be implemented without providing the illumination unit 330, but in practice, imaging can be performed in the best illumination environment. Thus, it is preferable to provide the illumination unit 330. In particular, it is desirable that the illumination target area of the illumination unit 330 be moved in accordance with the scanning of the scanning unit 320.

制御処理装置340は、撮像カメラ310、走査部320、照明部330を制御するとともに、測定に必要な処理を実行する機能をもった構成要素であり、実際には、コンピュータに所定のプログラムを組み込むことによって実現される。図示のとおり、この制御処理装置340には、撮像処理、輪郭線抽出処理、直径母線認識処理、高さ演算処理という4つの機能が備わっている。   The control processing device 340 is a component having a function of controlling the imaging camera 310, the scanning unit 320, and the illumination unit 330 and executing processing necessary for measurement. In practice, a predetermined program is incorporated in the computer. Is realized. As shown in the figure, the control processing device 340 has four functions of imaging processing, contour extraction processing, diameter bus recognition processing, and height calculation processing.

ここで、撮像処理は、図1の流れ図におけるステップS1の撮像段階を実行するための処理であり、具体的には、撮像カメラ310、走査部320、照明部330を制御することにより、測定対象となる突起110についての突起対応像115を含む平面画像を撮像する処理である。   Here, the imaging process is a process for executing the imaging stage of step S1 in the flowchart of FIG. 1. Specifically, the imaging process is performed by controlling the imaging camera 310, the scanning unit 320, and the illumination unit 330. This is a process of capturing a planar image including the protrusion corresponding image 115 for the protrusion 110 to be.

輪郭線抽出処理は、ステップS2の輪郭線抽出段階を実行するための処理であり、撮像処理により得られた平面画像に基づいて、突起対応像115の輪郭線を抽出する作業が行われる。具体的には、撮像処理により得られた平面画像を二値化し、画素値の変化する部分を境界線として認識する作業が行われる点は、既に述べたとおりである。   The contour line extraction process is a process for executing the contour line extraction step of step S2, and an operation of extracting the contour line of the protrusion corresponding image 115 is performed based on the planar image obtained by the imaging process. Specifically, as described above, the planar image obtained by the imaging process is binarized and an operation of recognizing a portion where the pixel value changes as a boundary line is performed.

直径母線認識処理は、ステップS3の直径母線認識段階を実行するための処理であり、測定対象となる突起110が円錐形であるとの仮定の下に、輪郭線の情報に基づいて、突起対応像115上で直径対応部および母線対応部を認識し、長さDおよびLを求める処理である。実際には、突起対応像115の横方向の最大幅を直径対応部の長さDと認識し、突起対応像の縦方向の最大幅を母線対応部の長さLと認識する作業が行われることは、既に述べたとおりである。また、実際には、個々の突起対応像115について、所定の特徴点の位置座標の認識も行われることになる。   The diameter generatrix recognition process is a process for executing the diameter generatrix recognition step in step S3, and assumes that the protrusion 110 to be measured is conical, based on the information on the contour line. This is a process of recognizing the diameter corresponding portion and the bus corresponding portion on the image 115 and obtaining the lengths D and L. Actually, the maximum horizontal width of the protrusion corresponding image 115 is recognized as the length D of the diameter corresponding portion, and the maximum vertical width of the protrusion corresponding image 115 is recognized as the length L of the bus corresponding portion. This is as already described. In practice, the position coordinates of a predetermined feature point are also recognized for each protrusion-corresponding image 115.

最後の高さ演算処理は、ステップS4の高さ演算段階を実行するための処理であり、仰角θ、直径対応部の長さD、母線対応部の長さLに基づいて、各突起110の高さhを求める処理である。具体的には、h=(L−D/2・sinθ)/cosθなる式により、高さhが求められることは、既に述べたとおりである。   The final height calculation process is a process for executing the height calculation step of step S4, and based on the elevation angle θ, the length D of the diameter corresponding part, and the length L of the bus bar corresponding part, This is a process for obtaining the height h. Specifically, as described above, the height h is obtained from the equation h = (LD / 2 · sin θ) / cos θ.

ところで、図8に示す投影面210上に、突起110の投影像を得るための撮像を行う具体的な方法としては、エリアセンサを用いる方法とラインセンサを用いる方法がある。エリアセンサを用いる場合には、投影面210上に撮像画素を二次元配列してなるエリアセンサを用いて撮像を行えばよい。別言すれば、撮像面が投影面210に一致するようなエリアセンサを備えた撮像カメラ310で撮像を行えばよい。   By the way, as a specific method of performing imaging for obtaining a projection image of the protrusion 110 on the projection surface 210 shown in FIG. 8, there are a method using an area sensor and a method using a line sensor. When an area sensor is used, imaging may be performed using an area sensor in which imaging pixels are two-dimensionally arranged on the projection plane 210. In other words, imaging may be performed by the imaging camera 310 provided with an area sensor whose imaging surface matches the projection surface 210.

一方、ラインセンサを用いる場合は、図8に示す投影面210上に画素を一次元配列してなるラインセンサを用意し、このラインセンサを投影面210に沿って移動させることにより撮像を行うようにすればよい。   On the other hand, when a line sensor is used, a line sensor is prepared by arranging pixels one-dimensionally on the projection plane 210 shown in FIG. 8, and imaging is performed by moving the line sensor along the projection plane 210. You can do it.

具体的には、たとえば、図8の点P1の位置において、紙面に対して直交する垂直線分を立て、この垂直線分上に撮像画素を一次元配列したラインセンサを用意する。このラインセンサが図の点P1の位置にあるときには、突起110の頂点付近の撮像しか行うことができないが、このラインセンサを、投影面210に沿って、点P1の位置から点P2の位置まで移動させれば、突起110を頂点から底部まで走査することが可能になる。   Specifically, for example, a line sensor is prepared in which a vertical line perpendicular to the paper surface is set at the position of point P1 in FIG. 8 and imaging pixels are arranged one-dimensionally on the vertical line. When this line sensor is at the position of the point P1 in the figure, only the vicinity of the apex of the protrusion 110 can be imaged, but this line sensor is moved along the projection plane 210 from the position of the point P1 to the position of the point P2. If moved, the projection 110 can be scanned from the apex to the bottom.

図10は、撮像カメラ310として、ラインセンサを有するカメラを用いた実施例の斜視図である。撮像カメラ310とワーク100との相対位置は、移動ステージ321、Y軸方向走査手段322、X軸方向走査手段323によって変化させることができる。Y軸方向走査手段322は、移動ステージ321を図のY軸方向に移動させるための構成要素であり、X軸方向走査手段323は、撮像カメラ310を図のX軸方向に移動させるための構成要素である。移動ステージ321上にワーク100を載置固定すれば、X軸方向走査手段323により、撮像カメラ310をワーク100に対してX軸方向(主走査方向)に走査することができ、また、Y軸方向走査手段322により、撮像カメラ310をワーク100に対してY軸方向(副走査方向)に走査することができる。結局、図10に示す移動ステージ321、Y軸方向走査手段322、X軸方向走査手段323は、図9のブロック図における走査部320として機能する。   FIG. 10 is a perspective view of an embodiment in which a camera having a line sensor is used as the imaging camera 310. The relative position between the imaging camera 310 and the workpiece 100 can be changed by the moving stage 321, the Y-axis direction scanning unit 322, and the X-axis direction scanning unit 323. The Y-axis direction scanning unit 322 is a component for moving the moving stage 321 in the Y-axis direction in the drawing, and the X-axis direction scanning unit 323 is a configuration for moving the imaging camera 310 in the X-axis direction in the drawing. Is an element. If the workpiece 100 is placed and fixed on the moving stage 321, the imaging camera 310 can be scanned with respect to the workpiece 100 in the X-axis direction (main scanning direction) by the X-axis direction scanning unit 323, and the Y-axis By the direction scanning unit 322, the imaging camera 310 can scan the workpiece 100 in the Y-axis direction (sub-scanning direction). After all, the moving stage 321, the Y-axis direction scanning unit 322, and the X-axis direction scanning unit 323 shown in FIG. 10 function as the scanning unit 320 in the block diagram of FIG.

ワーク100上にEなる符号で示した線分は、撮像カメラ310内のラインセンサの視野領域を示している。上述した主走査および副走査を行うことにより、この視野領域Eをワーク100の全領域に移動させることができ、ワーク100の全面に対する走査が可能になる。また、撮像カメラ310には、照明部330が取り付けられている。この照明部330は、撮像カメラ310と一緒に移動することになり、常に、視野領域Eを照明するように配置されている。照明部330の具体的な構成は、ライン照明、リング照明、ドーム照明など、突起110の影ができにくく、ワーク100の表面と突起110とでコントラストが得られるものにするのが好ましい。なお、撮像カメラ310の向きは、必要に応じて調節することができるようにしておき、ワーク100に応じて、撮像時の仰角θを最適値に調節できるようにしておくのが望ましい。   A line segment indicated by a symbol E on the workpiece 100 indicates a visual field region of the line sensor in the imaging camera 310. By performing the above-described main scanning and sub-scanning, the visual field region E can be moved to the entire region of the workpiece 100, and the entire surface of the workpiece 100 can be scanned. In addition, an illumination unit 330 is attached to the imaging camera 310. The illumination unit 330 moves together with the imaging camera 310, and is always arranged to illuminate the visual field region E. The specific configuration of the illumination unit 330 is preferably a line illumination, a ring illumination, a dome illumination, or the like in which the projection 110 is less likely to be shaded and the contrast between the surface of the workpiece 100 and the projection 110 can be obtained. It is desirable that the orientation of the imaging camera 310 can be adjusted as necessary, and the elevation angle θ during imaging can be adjusted to an optimum value according to the workpiece 100.

制御処理装置340は、図9のブロック図に示すものと同じ構成要素であり、上記走査を制御するとともに、必要な演算や処理を実行するコンピュータである。このコンピュータには、前述した各処理を実行するためのプログラムが組み込まれている。   The control processing device 340 is the same component as that shown in the block diagram of FIG. 9, and is a computer that controls the scanning and executes necessary calculations and processing. This computer incorporates a program for executing each process described above.

ところで、この図10に示す実施例では、図8に示す原理とは、若干異なる原理で撮像が行われている。すなわち、ラインセンサを用いて、図8に示す原理で撮像を行うためには、前述したとおり、ラインセンサを点P1から点P2まで、投影面210に沿って移動させる必要がある。ところが、図10に示す測定装置には、ラインセンサを内蔵した撮像カメラ310を、ワーク100に対して相対的にX軸方向およびY軸方向に移動させる機構が備わっているだけであり、図8に示す投影面210に沿って移動させる機構は備わっていない。もちろん、投影面210に沿って移動させる機構を設けることは可能であるが、現実的には、そのような機構はかなり複雑になり、あまり実用的ではない。   By the way, in the embodiment shown in FIG. 10, imaging is performed based on a principle slightly different from the principle shown in FIG. That is, in order to capture an image using the principle shown in FIG. 8 using the line sensor, it is necessary to move the line sensor along the projection plane 210 from the point P1 to the point P2, as described above. However, the measuring apparatus shown in FIG. 10 only includes a mechanism for moving the imaging camera 310 incorporating the line sensor relative to the workpiece 100 in the X-axis direction and the Y-axis direction. There is no mechanism for moving along the projection plane 210 shown in FIG. Of course, it is possible to provide a mechanism for moving along the projection plane 210, but in reality, such a mechanism becomes quite complicated and is not very practical.

結局、図10に示す測定装置の場合、撮像カメラ310は、図11の側面図に示すように、ワーク100の表面に対して平行な平面(XY平面)に沿って移動する機能しか有していないことになる。もっとも、撮像方向は、図に破線で示すとおり斜め下方に向けられており、線分状の視野領域Eは、上方に位置する照明部330による照明を受けながら、仰角θをもった方向に撮像されることになる。   After all, in the case of the measuring apparatus shown in FIG. 10, the imaging camera 310 has only a function of moving along a plane (XY plane) parallel to the surface of the workpiece 100 as shown in the side view of FIG. There will be no. However, the imaging direction is directed obliquely downward as indicated by a broken line in the figure, and the line-shaped visual field region E is imaged in a direction having an elevation angle θ while being illuminated by the illumination unit 330 positioned above. Will be.

図12は、図10に示す測定装置により撮像を行った場合の突起110の高さhを求める演算の原理を示す側面図である。図12に示す投影面210は、図8に示す投影面210に相当するものであるが、図10に示す測定装置において、撮像カメラ310をX軸方向およびY軸方向に走査して得られた平面画像は、この投影面210上の投影像にはならずに、ワーク100の表面に平行な平面からなる投影面220上の投影像になる。別言すれば、撮像カメラ310に内蔵されているラインセンサは、この投影面220上に撮像画素を一次元配列した構成となっており、しかも、このラインセンサは、投影面220に沿ってY軸方向およびX軸方向(図12の紙面に垂直な方向)に移動させられることになる。   FIG. 12 is a side view showing the principle of calculation for obtaining the height h of the protrusion 110 when imaging is performed by the measuring apparatus shown in FIG. The projection plane 210 shown in FIG. 12 corresponds to the projection plane 210 shown in FIG. 8, but was obtained by scanning the imaging camera 310 in the X-axis direction and the Y-axis direction in the measurement apparatus shown in FIG. The planar image is not a projection image on the projection plane 210 but a projection image on the projection plane 220 that is a plane parallel to the surface of the workpiece 100. In other words, the line sensor built in the imaging camera 310 has a configuration in which imaging pixels are arranged one-dimensionally on the projection plane 220, and the line sensor is Y along the projection plane 220. It is moved in the axial direction and the X-axis direction (direction perpendicular to the paper surface of FIG. 12).

たとえば、図12の点P1の位置において、紙面に対して直交する垂直線分を立て、この垂直線分上に画素を一次元配列したラインセンサを用意する。このラインセンサが図の点P1の位置にあるときには、突起110の頂点付近の撮像しか行うことができないが、このラインセンサを、投影面220に沿って、点P1の位置から点P3の位置まで移動させれば、突起110を頂点から底部まで走査することが可能になる。図10に示す測定装置は、このような原理により、撮像カメラ310内のラインセンサを走査するものである。   For example, a line sensor is prepared in which a vertical line segment perpendicular to the paper surface is set at the position of point P1 in FIG. 12, and pixels are one-dimensionally arranged on the vertical line segment. When this line sensor is at the position of the point P1 in the figure, only the vicinity of the apex of the protrusion 110 can be imaged, but this line sensor is moved along the projection plane 220 from the position of the point P1 to the position of the point P3. If moved, the projection 110 can be scanned from the apex to the bottom. The measuring apparatus shown in FIG. 10 scans the line sensor in the imaging camera 310 based on such a principle.

このような原理でラインセンサの走査を行って撮像される突起対応像115は、結局、突起110を仰角θの方向に向かって、投影面220上に投影することにより得られる投影像ということになる。ちなみに、このようなラインセンサの走査によって投影面220上に得られる投影像は、投影面220を撮像面とするエリアセンサによって得られる投影像とは異なる。なぜなら、後者は、ワーク100上の突起110を垂直上方に投影することによって得られる像であるのに対して、前者は、ワーク100上の突起110を仰角θ方向に投影することによって得られる像であるためである。   The projection corresponding image 115 captured by scanning the line sensor based on such a principle is a projection image obtained by projecting the projection 110 onto the projection plane 220 in the direction of the elevation angle θ. Become. Incidentally, the projection image obtained on the projection plane 220 by such scanning of the line sensor is different from the projection image obtained by the area sensor using the projection plane 220 as the imaging plane. This is because the latter is an image obtained by projecting the projection 110 on the workpiece 100 vertically upward, whereas the former is an image obtained by projecting the projection 110 on the workpiece 100 in the elevation angle θ direction. This is because.

結局、図10に示す装置により撮像された突起対応像115の母線対応部の長さLは、図12に示す投影面220上の点P1〜P3の距離ということになる。このように、図8に示す原理で撮像を行った場合、母線対応部の長さLが投影面210上の点P1〜P2の距離になるのに対し、図12に示す原理で撮像を行った場合には、母線対応部の長さLが投影面220上の点P1〜P3の距離になる点は留意すべきである。これは、図8に示す原理での撮像は、突起110を投影面210に投影しているのに対し、図12に示す原理での撮像は、突起110を投影面220に投影していることを考慮すれば、当然のことである。   Eventually, the length L of the bus bar corresponding part of the projection corresponding image 115 imaged by the apparatus shown in FIG. 10 is the distance between the points P1 to P3 on the projection plane 220 shown in FIG. As described above, when imaging is performed according to the principle shown in FIG. 8, the length L of the busbar corresponding portion is the distance between the points P1 and P2 on the projection plane 210, whereas imaging is performed according to the principle shown in FIG. In this case, it should be noted that the length L of the bus bar corresponding portion is the distance between the points P1 to P3 on the projection plane 220. 8 is that the projection 110 is projected on the projection plane 210 in the imaging based on the principle shown in FIG. 8, whereas the projection 110 is projected on the projection plane 220 in the imaging based on the principle shown in FIG. Is a matter of course.

したがって、図10に示す装置では、高さ演算処理に用いる式を若干変更する必要がある。図12において、点P1〜P2の距離LLは、図8の距離Lに相当するものであるから、前掲の式h=(L−D/2・sinθ)/cosθにおける変数Lを変数LLに置き換えることにより、図12においては、h=(LL−D/2・sinθ)/cosθなる式が成り立つことになる。ここで、図より明らかなとおり、LL=L・sinθであるから、h=(L・sinθ−D/2・sinθ)/cosθとなり、これを整理すると、h=(L−D/2)・tanθなる式が導かれる。結局、図10に示す装置のように、ワーク100の表面に対して平行になるように一次元に配列され、かつ、突起110を仰角θの方向から撮像することができる撮像画素により構成されたラインセンサを有し、このラインセンサを、ワーク100の表面に平行な投影面220に沿って走査するタイプの測定装置の場合には、h=(L−D/2)・tanθなる式により、突起100の高さhを演算すればよいことになる。   Therefore, in the apparatus shown in FIG. 10, it is necessary to slightly change the formula used for the height calculation process. In FIG. 12, the distance LL between the points P1 and P2 corresponds to the distance L in FIG. 8, and therefore the variable L in the above-described equation h = (LD / 2 · sin θ) / cos θ is replaced with the variable LL. Thus, in FIG. 12, the equation h = (LL−D / 2 · sin θ) / cos θ is established. Here, as apparent from the figure, since LL = L · sin θ, h = (L · sin θ−D / 2 · sin θ) / cos θ, and this can be summarized as h = (L−D / 2) · The expression tanθ is derived. After all, like the apparatus shown in FIG. 10, it is configured by imaging pixels that are arranged in one dimension so as to be parallel to the surface of the workpiece 100 and that can image the projection 110 from the direction of the elevation angle θ. In the case of a measuring apparatus of a type having a line sensor and scanning the line sensor along a projection plane 220 parallel to the surface of the workpiece 100, the equation h = (L−D / 2) · tan θ is given by The height h of the protrusion 100 may be calculated.

なお、ラインセンサを走査したり、エリアセンサを用いて撮像を行った場合、得られる平面画像は、画素の二次元配列からなる画像データを構成することになり、直径対応部の長さDや母線対応部の長さLは、実寸ではなく、画素数として求められることになる。このような画素数を実寸に変換するには、画素配列のピッチを乗じる演算を行えばよい。ここで、画素配列のピッチは、用いるセンサを構成する撮像画素の縦横の幅によって定められる。たとえば、図13に示すようなラインセンサの場合、横の寸法がm(X軸方向の寸法)、縦の寸法がn(Y軸方向の寸法)となっており、副走査時には、Y軸方向にピッチn単位で移動させることになる。したがって、得られる画像データを構成する画素配列の横方向ピッチ(X軸方向ピッチ)はm、縦方向ピッチ(Y軸方向ピッチ)はnになる。このため、横方向の画素数がx画素の区間の実寸はm×xとして求まり、縦方向の画素数がy画素の区間の実寸はn×yとして求まる。これはエリアセンサの場合も同様である。   When scanning is performed using a line sensor or imaging is performed using an area sensor, the obtained planar image constitutes image data composed of a two-dimensional array of pixels, and the length D of the diameter corresponding portion or the like. The length L of the bus bar corresponding portion is obtained as the number of pixels, not the actual size. In order to convert the number of pixels to the actual size, an operation of multiplying the pitch of the pixel array may be performed. Here, the pitch of the pixel array is determined by the vertical and horizontal widths of the imaging pixels constituting the sensor to be used. For example, in the case of a line sensor as shown in FIG. 13, the horizontal dimension is m (dimension in the X-axis direction) and the vertical dimension is n (dimension in the Y-axis direction). Is moved in pitch n units. Therefore, the horizontal pitch (X-axis direction pitch) of the pixel array constituting the obtained image data is m, and the vertical pitch (Y-axis direction pitch) is n. For this reason, the actual size of the interval in which the number of pixels in the horizontal direction is x pixels is obtained as m × x, and the actual size in the interval in which the number of pixels in the vertical direction is y pixels is obtained as n × y. The same applies to the area sensor.

結局、センサを構成する撮像画素の横方向の幅をm、縦方向の幅をnとし、投影面上に、m×nのサイズをもった画素の二次元配列からなる突起投影像が得られた場合、この突起対応像の横方向の最大幅に相当する画素数xおよび縦方向の最大幅に相当する画素数yを計数すれば、直径対応部の長さDは、D=m×xなる演算により求められ、母線対応部の長さLは、L=n×yなる演算により求められることになる。もちろん、センサの手前に光学系を配置し、撮像時に像を光学的に拡大もしくは縮小した場合には、当該倍率を乗じる補正を行う必要がある。   Eventually, a projection projection image consisting of a two-dimensional array of pixels having a size of m × n is obtained on the projection plane, where m is the horizontal width of the imaging pixels constituting the sensor and n is the vertical width. In this case, if the number x of pixels corresponding to the maximum width in the horizontal direction and the number y of pixels corresponding to the maximum width in the vertical direction are counted, the length D of the diameter corresponding portion is D = m × x The length L of the bus bar corresponding part is obtained by the calculation of L = n × y. Of course, when an optical system is arranged in front of the sensor and the image is optically enlarged or reduced during imaging, it is necessary to perform correction by multiplying the magnification.

以上、本発明を図示する実施例に基づいて説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、この他にも種々の態様で実施可能である。たとえば、上述の実施例では、走査部320が、撮像カメラ310を移動させることにより走査を行っていたが、撮像カメラ310をワーク100に対して移動させることは、ワーク100を撮像カメラ310に対して移動させることと等価である。したがって、撮像カメラ310を移動させる代わりに、ワーク100側を移動させることにより走査を行うようにしてもかまわない。   As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the Example shown in figure, this invention is not limited to these Examples, In addition, it can implement in a various aspect. For example, in the above-described embodiment, the scanning unit 320 performs scanning by moving the imaging camera 310. However, moving the imaging camera 310 relative to the workpiece 100 causes the workpiece 100 to move relative to the imaging camera 310. Is equivalent to moving. Therefore, instead of moving the imaging camera 310, scanning may be performed by moving the workpiece 100 side.

また、本発明の基本原理は、測定対象となる突起が円錐形であるとの仮定に基づくものであるが、実用上は、必ずしも円錐状の突起に対する測定のみに限定されるものではない。たとえば、突起形状が、四角錐状の場合には、四角錐の正面方向から撮像を行うようにすれば、前述した手法と全く同じ手法が適用可能である。また、半球状の突起などについても、ある程度の誤差が生じることが許容できるのであれば、本発明の測定方法を適用することが可能である。この場合も、突起対応像の横方向の最大幅をD、縦方向の最大幅をLとして、前掲の式を適用して高さhを求めればよい。   The basic principle of the present invention is based on the assumption that the projection to be measured has a conical shape. However, in practice, the measurement is not necessarily limited to the measurement with respect to the conical projection. For example, when the protrusion shape is a quadrangular pyramid, the same technique as described above can be applied if imaging is performed from the front direction of the quadrangular pyramid. In addition, the measurement method of the present invention can be applied to a hemispherical protrusion or the like as long as a certain amount of error can be allowed. In this case as well, the height h may be obtained by applying the above formula where D is the maximum horizontal width of the projection corresponding image and L is the maximum vertical width.

本発明に係る突起の高さ測定方法の基本手順を示す流れ図である。It is a flowchart which shows the basic procedure of the protrusion height measuring method which concerns on this invention. 本発明に係る測定方法における撮像段階の概念を示す側面図である。It is a side view which shows the concept of the imaging stage in the measuring method which concerns on this invention. 図2に示す撮像カメラ200によって撮像された平面画像の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the plane image imaged with the imaging camera 200 shown in FIG. 図2に示す撮像段階における仰角θの下限値θ1を示す側面図である。FIG. 3 is a side view showing a lower limit value θ1 of an elevation angle θ in the imaging stage shown in FIG. 図2に示す撮像段階における仰角θの上限値θ2を示す側面図である。FIG. 3 is a side view showing an upper limit value θ2 of an elevation angle θ in the imaging stage shown in FIG. 1つの突起対応画像115について、輪郭線抽出処理を施した状態を示す平面図である。It is a top view which shows the state which performed the outline extraction process about one protrusion corresponding | compatible image 115. FIG. 1つの突起対応画像115について、直径対応部および母線対応部を認識する概念を示す平面図である。It is a top view which shows the concept which recognizes a diameter corresponding | compatible part and a bus-line corresponding | compatible part about one protrusion corresponding | compatible image 115. FIG. 撮像段階における撮像時の仰角θおよび直径母線認識段階で得られた長さD,Lに基づいて、突起110の高さhを求める演算の原理を示す側面図である。It is a side view which shows the principle of the calculation which calculates | requires the height h of the processus | protrusion 110 based on the elevation angle (theta) at the time of imaging in an imaging stage, and the lengths D and L obtained at the diameter generating line recognition stage. 本発明に係る突起の高さ測定装置の基本構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the basic composition of the protrusion height measuring apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る突起の高さ測定装置の具体的な実施例の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the specific Example of the protrusion height measuring apparatus which concerns on this invention. 図10に示す測定装置における撮像カメラ310の走査状態を示す側面図である。It is a side view which shows the scanning state of the imaging camera 310 in the measuring apparatus shown in FIG. 図10に示す測定装置における撮像時の仰角θおよび直径母線認識段階で得られた長さD,Lに基づいて、突起110の高さhを求める演算の原理を示す側面図である。FIG. 11 is a side view showing the principle of calculation for obtaining the height h of the protrusion 110 based on the elevation angle θ at the time of imaging and the lengths D and L obtained at the diameter generatrix recognition stage in the measuring apparatus shown in FIG. 10. 一般的なラインセンサの画素ピッチを示す平面図である。It is a top view which shows the pixel pitch of a general line sensor.

符号の説明Explanation of symbols

100…ワーク
110…突起
110a,110b…突起
115…突起対応像
116…直径対応部
117…母線対応部
200…撮像カメラ
310…撮像カメラ
320…走査部
321…移動ステージ
322…Y軸方向走査手段
323…X軸方向走査手段
330…照明部
340…制御処理装置
C1〜C3…輪郭線
D…直径対応部の長さ
E…視野領域
h…突起の高さ
L…母線対応部の長さ
m…ラインセンサを構成する画素の横幅
n…ラインセンサを構成する画素の縦幅
P1〜P3…幾何学上の点
Q0〜Q4…突起対応像上の点
r…円錐の半径
S1〜S4…流れ図の各ステップ
θ…撮像時の仰角
θ1…仰角θの下限値
θ2…仰角θの上限値
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Work 110 ... Protrusion 110a, 110b ... Protrusion 115 ... Protrusion corresponding | corresponding image 116 ... Diameter corresponding | compatible part 117 ... Bus-line corresponding | compatible part 200 ... Imaging camera 310 ... Imaging camera 320 ... Scanning part 321 ... Moving stage 322 ... Y-axis direction scanning means 323 ... X-axis direction scanning means 330 ... illumination part 340 ... control processing devices C1 to C3 ... contour line D ... diameter corresponding part length E ... field of view h ... projection height L ... bus corresponding part length m ... line The width n of the pixels constituting the sensor, the vertical widths P1 to P3 of the pixels constituting the line sensor, the geometric points Q0 to Q4, the points r on the projection corresponding image, and the radii S1 to S4 of the cone. θ: Elevation angle θ1 during imaging: Lower limit value of elevation angle θ2: Upper limit value of elevation angle θ

Claims (16)

ワーク表面に形成された突起の高さを測定する方法であって、
測定対象となる突起を含むワーク表面上の所定領域を仰角θの方向から撮像し、突起対応像を含む平面画像を得る撮像段階と、
コンピュータに、前記撮像段階により得られた平面画像に基づいて、前記突起対応像の輪郭線を抽出する処理を実行させる輪郭線抽出段階と、
測定対象となる突起が円錐形であるとの仮定の下に、コンピュータに、前記輪郭線の情報に基づいて、前記突起対応像上の前記突起の底面直径部分に対応する部分を直径対応部と認識させるとともに、前記突起対応像上の前記突起の母線部分に対応する部分を母線対応部と認識させ、前記直径対応部の長さDと前記母線対応部の長さLとを求める処理を実行させる直径母線認識段階と、
コンピュータに、前記仰角θ、前記直径対応部の長さD、前記母線対応部の長さLに基づいて、前記突起の高さhを演算する処理を実行させる高さ演算段階と、
を有することを特徴とする突起の高さ測定方法。
A method for measuring the height of a protrusion formed on a workpiece surface,
An imaging stage for capturing a predetermined area on the workpiece surface including the projection to be measured from the direction of the elevation angle θ and obtaining a planar image including the projection corresponding image;
An outline extraction step for causing a computer to execute a process of extracting an outline of the projection corresponding image based on the planar image obtained in the imaging step;
Under the assumption that the projection to be measured is a conical shape, a portion corresponding to the bottom diameter portion of the projection on the projection corresponding image is determined as a diameter corresponding portion on the projection correspondence image based on the information on the contour line. And recognizing the portion corresponding to the generatrix portion of the protrusion on the image corresponding to the protrusion as a busbar corresponding portion, and executing the process of obtaining the length D of the diameter corresponding portion and the length L of the busbar corresponding portion. A diameter generating line recognition stage,
A height calculating step for causing the computer to execute a process of calculating a height h of the protrusion based on the elevation angle θ, the length D of the diameter corresponding portion, and the length L of the bus corresponding portion;
A method for measuring the height of a protrusion, characterized by comprising:
請求項1に記載の突起の高さ測定方法において、
ワーク表面上に複数の突起が存在する場合に、撮像段階で、複数の突起対応像が互いに重なりを生じる仰角θの臨界角度をθ1とし、突起を構成する円錐の母線とワーク表面とのなす角度をθ2としたときに、撮像段階における仰角θを、θ1<θ<θ2なる範囲に設定することを特徴とする突起の高さ測定方法。
In the method for measuring the height of the protrusion according to claim 1,
When there are a plurality of protrusions on the work surface, the critical angle of the elevation angle θ at which the plurality of protrusion corresponding images overlap each other at the imaging stage is defined as θ1, and the angle formed between the conical bus forming the protrusion and the work surface A method for measuring the height of a protrusion, characterized in that the elevation angle θ at the imaging stage is set in a range of θ1 <θ <θ2, where is θ2.
請求項1または2に記載の突起の高さ測定方法において、
輪郭線抽出段階で、撮像段階により得られた平面画像を二値化処理し、画素値の変化する部分を境界線として認識するか、もしくは、撮像段階により得られた平面画像を微分処理し、画素値が極大値をとる部分を境界線として認識することを特徴とする突起の高さ測定方法。
In the method for measuring the height of the protrusion according to claim 1 or 2,
In the contour extraction stage, the planar image obtained in the imaging stage is binarized, and the part where the pixel value changes is recognized as a boundary line, or the planar image obtained in the imaging stage is differentiated, A method for measuring the height of a protrusion, wherein a portion having a maximum pixel value is recognized as a boundary line.
請求項1〜3のいずれかに記載の突起の高さ測定方法において、
直径母線認識段階で、突起対応像の横方向の最大幅を直径対応部の長さDと認識し、突起対応像の縦方向の最大幅を母線対応部の長さLと認識することを特徴とする突起の高さ測定方法。
In the method for measuring the height of the protrusion according to any one of claims 1 to 3,
In the diameter generatrix recognition stage, the lateral maximum width of the protrusion corresponding image is recognized as the length D of the diameter corresponding portion, and the vertical maximum width of the protrusion corresponding image is recognized as the length L of the bus corresponding portion. A method for measuring the height of protrusions.
請求項1〜4のいずれかに記載の突起の高さ測定方法において、
ワーク表面上に複数の突起が存在する場合に、直径母線認識段階で、個々の突起対応像についての長さD,Lを認識するとともに、所定の特徴点についての位置座標を認識するようにし、各突起の位置と高さとを測定するようにしたことを特徴とする突起の高さ測定方法。
In the method for measuring the height of the protrusion according to any one of claims 1 to 4,
When there are a plurality of protrusions on the workpiece surface, in the diameter generatrix recognition stage, the lengths D and L for each protrusion corresponding image are recognized, and the position coordinates for a predetermined feature point are recognized, A method for measuring the height of a protrusion, wherein the position and height of each protrusion are measured.
請求項1〜5のいずれかに記載の突起の高さ測定方法において、
撮像段階で、ワーク表面に対して角度(90°−θ)で交差する投影面上に突起対応像を得るようにし、
高さ演算段階で、h=(L−D/2・sinθ)/cosθなる式を用いて、突起の高さhを求めることを特徴とする突起の高さ測定方法。
In the method for measuring the height of the protrusion according to any one of claims 1 to 5,
At the imaging stage, a projection corresponding image is obtained on a projection plane that intersects the workpiece surface at an angle (90 ° -θ),
A method for measuring the height of a protrusion, wherein the height h of the protrusion is obtained by using an equation of h = (LD / 2 · sin θ) / cos θ in the height calculation stage.
請求項6に記載の突起の高さ測定方法において、
撮像段階で、ワーク表面に対して角度(90°−θ)で交差する投影面を定義し、前記投影面上に撮像画素を二次元配列してなるエリアセンサを用いて撮像を行うことを特徴とする突起の高さ測定方法。
In the method for measuring the height of the protrusion according to claim 6,
In the imaging stage, a projection plane that intersects the workpiece surface at an angle (90 ° −θ) is defined, and imaging is performed using an area sensor in which imaging pixels are two-dimensionally arranged on the projection plane. A method for measuring the height of protrusions.
請求項1〜5のいずれかに記載の突起の高さ測定方法において、
撮像段階で、ワーク表面に対して平行な投影面上に、突起を仰角θの方向に投影することにより突起対応像を得るようにし、
高さ演算段階で、h=(L−D/2)・tanθなる式を用いて、突起の高さhを求めることを特徴とする突起の高さ測定方法。
In the method for measuring the height of the protrusion according to any one of claims 1 to 5,
At the imaging stage, a projection corresponding image is obtained by projecting the projection in the direction of the elevation angle θ on the projection plane parallel to the workpiece surface,
A method for measuring the height of a protrusion, wherein the height h of the protrusion is obtained by using the formula h = (LD / 2) · tan θ in the height calculation stage.
請求項8に記載の突起の高さ測定方法において、
撮像段階で、ワーク表面に対して平行な投影面を定義し、前記投影面上に画素を一次元配列してなるラインセンサを用意し、このラインセンサまたはワークを前記投影面に沿って移動させることにより撮像を行うことを特徴とする突起の高さ測定方法。
In the method for measuring the height of the protrusion according to claim 8,
At the imaging stage, a projection plane parallel to the workpiece surface is defined, a line sensor is prepared by arranging pixels one-dimensionally on the projection plane, and the line sensor or workpiece is moved along the projection plane. A method for measuring the height of a protrusion, characterized in that imaging is performed.
ワーク表面に形成された突起の高さを測定する測定装置であって、
ワーク表面上の撮像対象領域を仰角θの方向から撮像する撮像カメラと、
前記撮像対象領域が前記ワーク表面上で移動するように、前記撮像カメラを走査する走査部と、
前記撮像対象領域を照明するための照明部と、
前記撮像カメラ、前記走査部、前記照明部を制御するとともに、測定に必要な処理を実行する制御処理装置と、
を備え、前記制御処理装置は、
前記撮像カメラ、前記走査部、前記照明部を制御することにより、測定対象となる突起についての突起対応像を含む平面画像を撮像する撮像処理と、
前記撮像処理により得られた平面画像に基づいて、前記突起対応像の輪郭線を抽出する輪郭線抽出処理と、
測定対象となる突起が円錐形であるとの仮定の下に、前記輪郭線の情報に基づいて、前記突起対応像上の前記突起の底面直径部分に対応する部分を直径対応部と認識するとともに、前記突起対応像上の前記突起の母線部分に対応する部分を母線対応部と認識し、前記直径対応部の長さDと前記母線対応部の長さLとを求める直径母線認識処理と、
前記仰角θ、前記直径対応部の長さD、前記母線対応部の長さLに基づいて、前記突起の高さhを演算する高さ演算処理と、
を実行する機能を有することを特徴とする突起の高さ測定装置。
A measuring device for measuring the height of a protrusion formed on a workpiece surface,
An imaging camera for imaging an imaging target area on the workpiece surface from the direction of the elevation angle θ;
A scanning unit that scans the imaging camera so that the imaging target region moves on the workpiece surface;
An illumination unit for illuminating the imaging target area;
A control processing device that controls the imaging camera, the scanning unit, and the illumination unit, and executes processing necessary for measurement;
The control processing device comprises:
An imaging process for capturing a planar image including a projection corresponding image of a projection to be measured by controlling the imaging camera, the scanning unit, and the illumination unit;
An outline extraction process for extracting an outline of the projection corresponding image based on the planar image obtained by the imaging process;
Under the assumption that the projection to be measured is conical, based on the information on the contour line, the portion corresponding to the bottom diameter portion of the projection on the projection corresponding image is recognized as the diameter corresponding portion. A diameter busbar recognition process for recognizing a portion corresponding to a busbar portion of the projection on the projection corresponding image as a busbar corresponding portion, and obtaining a length D of the diameter corresponding portion and a length L of the busbar corresponding portion;
A height calculation process for calculating a height h of the protrusion based on the elevation angle θ, the length D of the diameter corresponding portion, and the length L of the busbar corresponding portion;
A projection height measuring device having a function of executing
請求項10に記載の突起の高さ測定装置において、
輪郭線抽出処理を、撮像処理により得られた平面画像を二値化し、画素値の変化する部分を境界線として認識するか、もしくは、撮像段階により得られた平面画像を微分し、画素値が極大値をとる部分を境界線として認識することにより実行することを特徴とする突起の高さ測定装置。
In the projection height measuring device according to claim 10,
In the contour extraction process, the planar image obtained by the imaging process is binarized, and the portion where the pixel value changes is recognized as a boundary line, or the planar image obtained by the imaging stage is differentiated, and the pixel value is A projection height measuring apparatus, which is executed by recognizing a portion having a maximum value as a boundary line.
請求項10または11に記載の突起の高さ測定装置において、
直径母線認識処理を、突起対応像の横方向の最大幅を直径対応部の長さDと認識し、突起対応像の縦方向の最大幅を母線対応部の長さLと認識することにより実行することを特徴とする突起の高さ測定装置。
The height measuring apparatus for protrusions according to claim 10 or 11,
Diameter bus recognition processing is executed by recognizing the maximum horizontal width of the protrusion-corresponding image as the length D of the diameter-corresponding portion and recognizing the maximum vertical width of the protrusion-corresponding image as the length L of the busbar-corresponding portion. A projection height measuring device characterized in that:
請求項10〜12のいずれかに記載の突起の高さ測定装置において、
個々の突起対応像についての長さD,Lを認識するとともに、所定の特徴点についての位置座標を認識する機能を有し、各突起の位置と高さとを測定する機能を有することを特徴とする突起の高さ測定装置。
In the projection height measuring device according to any one of claims 10 to 12,
It has the function of recognizing the lengths D and L of the individual protrusion corresponding images, the function of recognizing the position coordinates of the predetermined feature points, and the function of measuring the position and height of each protrusion. Protrusion height measuring device.
請求項10〜13のいずれかに記載の突起の高さ測定装置において、
撮像カメラが、ワーク表面に対して角度(90°−θ)で交差する投影面上に、撮像画素を二次元配列することにより構成されたエリアセンサを有し、
制御処理装置が、h=(L−D/2・sinθ)/cosθなる式を用いて、突起の高さhを求めることを特徴とする突起の高さ測定装置。
In the projection height measuring device according to any one of claims 10 to 13,
The imaging camera has an area sensor configured by two-dimensionally arranging imaging pixels on a projection plane that intersects the workpiece surface at an angle (90 ° -θ),
A projection height measuring device, wherein the control processing unit obtains the projection height h using an equation h = (LD / 2 · sin θ) / cos θ.
請求項10〜13のいずれかに記載の突起の高さ測定装置において、
撮像カメラが、ワーク表面に対して平行になるように一次元に配列され、かつ、突起を仰角θの方向から撮像することができる撮像画素により構成されたラインセンサを有し、
走査部が、前記ラインセンサもしくはワークを、ワーク表面に対して平行な投影面に沿って走査する機能を有し、
制御処理装置が、h=(L−D/2)・tanθなる式を用いて、突起の高さhを求めることを特徴とする突起の高さ測定装置。
In the projection height measuring device according to any one of claims 10 to 13,
The imaging camera has a line sensor composed of imaging pixels that are arranged in one dimension so as to be parallel to the workpiece surface and that can image the protrusion from the direction of the elevation angle θ.
The scanning unit has a function of scanning the line sensor or the workpiece along a projection plane parallel to the workpiece surface,
A protrusion height measuring device, wherein the control processing device obtains the protrusion height h using an equation h = (L−D / 2) · tan θ.
請求項10〜15のいずれかに記載の突起の高さ測定装置における制御処理装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム A program for causing a computer to function as the control processor in the height measuring apparatus of the projection according to any one of claims 10 to 15.
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