JPH0654209B2

JPH0654209B2 - 測定装置の座標変換方式

Info

Publication number: JPH0654209B2
Application number: JP2300128A
Authority: JP
Inventors: 喬植山; 敬治赤木; 浩一小松
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 1990-11-06
Filing date: 1990-11-06
Publication date: 1994-07-20
Anticipated expiration: 2009-07-20
Also published as: JPH04172206A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、例えば測定顕微鏡のように物体の寸法及び座
標等を測定する測定装置において、対象物のモニタ画像
等から特定のエッジの座標情報を抽出し、その座標情報
を画面座標系から実座標系へと変換して対象物の寸法及
び座標を算出する測定装置の座標変換方式に関する。

［従来の技術］従来から、物体計測の分野では、例えば、測定顕微鏡で
とらえた被測定物体の顕微鏡像をＴＶカメラで撮像し、
これをモニタ画面上に表示させると共に、画面上の数個
の点を指定することにより、上記被測定物の座標、幅、
長さ及び半径等を算出する測定装置が知られている。こ
の種の装置では、被測定物体の測定すべき幅、長さ等を
規定する画像中のエッジ上の点を指定して測定が行われ
る。

このため、モニタ画面上の指定されたエッジの情報を抽
出するためのエッジ情報抽出処理が行われている。この
エッジ情報抽出処理は、画面輝度（濃度）の例えば中間
値をスレッショルドレベルとして多値画像データを２値
化し、エッジ部分を明瞭化させたうえで行われる。

このエッジ情報抽出処理によって抽出されたエッジ座標
は、画面座標系での座標値であり、実際の実座標系での
座標値とは異なっている。このため、従来は、測定顕微
鏡の倍率及びＣＲＴディスプレイへの変換比等に基づい
て、画面座標から実座標への変換処理が行うようにして
いる。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、従来の座標変換方式では、測定顕微鏡の
倍率及びＣＲＴディスプレイ等から決定される固定的な
変換係数に基づいて、座標変換を行うようにしているの
で、顕微鏡倍率の誤差及び焦点位置等の影響により、正
しい測定結果が得られないことがある。

そこで、従来は、既に良品と判明している標準試料を測
定し、そのエッジ情報と被測定対象物とを比較したり、
例えば寸法が既知である標準試料を測定してその画面上
の測定値と既知の寸法とから、画面座標系と実座標系と
の間の変換係数を決定することがなされている。

しかし、前者の場合、被測定対象物毎に標準試料を用意
する必要があり、良品が存在しない場合には、測定が不
可能になるという問題点がある。

また、後者の場合、標準試料を画面座標系に正確に位置
決めする必要があり、変換係数を得るための測定に多大
な手間がかかってしまうという問題点がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
画面座標系を実座標系に変換するための変換係数を極め
て簡単な操作で求めることができる測定装置の座標変換
方式を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明に係る測定装置の座標変換方式は、測定装置の画
面座標系で得られた座標値を実座標系の座標値に変換す
る測定装置の座標変換方式において、間隔が既知である
平行線を撮像する手段と、この手段で得られた画像情報
中の前記平行線を構成する一方の線上に第１及び第２の
ウィンドウを設定すると共に他方の線上に第３のウィン
ドウを設定する手段と、前記第１又は第２のウィンドウ
と前記第３のウィンドウとの前記画面座標系における第
１軸方向の位置を一致させた状態で前記各ウィンドウ内
のエッジ座標を算出する第１の演算手段と、前記第１又
は第２のウィンドウと前記第３のウィンドウとの前記画
面座標系における第２軸方向の位置を一致させた状態で
前記各ウィンドウ内のエッジ座標を算出する第２の演算
手段と、これら第１及び第２の演算手段により得られた
エッジ座標と前記平行線の間隔とに基づいて前記画面座
標系と前記実座標系との間の座標変換係数を算出する第
３の演算手段とを具備してなることを特徴とする。

［作用］本発明によれば、規定幅を持った平行線でエッジ付けさ
れた標準試料に対し、２つのウィンドウで前記規定幅を
狭み、他の１つのウィンドウで、その平行エッジの他の
部分のエッジをとらえる。このとき、例えば試料の平行
線を画面座標系の第２軸方向に沿わせて配置する場合、
それを狭む２つのウィンドウは、互いに第１軸方向の同
一座標位置に配置する。また、例えば試料の平行線を画
面座標系の第１軸方向に沿わせて配置する場合、それを
狭むウィンドウは、互いに第２軸方向の同一座標値に配
置する。これにより６つのエッジ情報が得られると、こ
れらの６つのエッジ情報から、画面座標系と実座標系と
の間の第１軸方向の変換係数と第２軸方向の変換係数と
を算出することができ、画面座標系での座標値を、被測
定物体の実座標系に変換することが可能になる。

本発明によれば、顕微鏡倍率の誤差等は変換係数の中に
吸収することができるので、画面座標系におけるエッジ
座標を実座標系における座標値に正確に変換することが
可能となり、各倍率毎に前記標準試料を用意すれば、被
測定対象物毎の標準試料は必要としない。

また、本発明によれば、変換係数の決定に際して、画面
座標系と平行線とを厳密に合わせる必要がなく、しか
も、平行線に３つのウィンドウを設定するだけであるか
ら、変換係数決定のための操作が極めて容易である。

［実施例］以下、添付の図面を参照しながら本発明の実施例につい
て説明する。

第１図乃至第６図は、本発明を微小物体の寸法測定装置
に適用した実施例を示す図で、第２図はその全体構成を
示す斜視図である。

この測定装置は、被測定物体１の光学像を拡大する測定
顕微鏡２と、この測定顕微鏡２に装着されたＣＣＤカメ
ラ３と、このＣＣＤカメラ３からの画像信号を処理して
寸法測定処理を実行するデータ処理装置４とより構成さ
れている。

測定顕微鏡２は、次のように構成されている。即ち、本
体１１の上には、被測定物体１を載置するステージ１２
が装着されている。このステージ１２は、Ｘ方向ステー
ジ調整ハンドル１３、Ｙ方向ステージ調整ハンドル１４
及びステージ回転つまり１５によって、夫々Ｘ方向、Ｙ
方向及び回転方向に移動可能なものとなっている。ま
た、本体１１の向かって奥には、上方に延びるレンズ支
持レール１６が固定されており、このレンズ支持レール
１６に、レンズ組立体１７が上下動可能に支持されてい
る。レンズ組立体１７は、被測定物体１と対向する側
に、４穴レボルバ１８に装着された倍率が異なる４つの
対物レンズ１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄを備えてい
る。また、レンズ組立体１７は、その上部に接眼レンズ
２０を備え、この接眼レンズ２０と対物レンズ１９ａ〜
１９ｄとを正立三眼鏡筒２１を介して光学的に結合する
ものとなっている。このレンズ組立体１７は、焦点調整
ハンドル２２によって上下動される。また、２３は対物
レンズクランプ用つまみである。

この測定顕微鏡２の正立三眼鏡筒２１の上部に、例えば
７６８×４９３の画素数のＣＣＤカメラ３が装着されて
いる。

データ処理装置４は、第１図に示すように構成されてい
る。なお、処理装置本体３０の内部の各機能ブロック
は、ハードウェアによって実現されていても、ＣＰＵ及
びソフトウェアによって実現されていてもよい。

ＣＣＤカメラ３で撮像された被測定物体１の拡大像のア
ナログ画像信号は、Ａ／Ｄ変換器３１に入力されてい
る。Ａ／Ｄ変換器３１は、アナログ画像信号を例えば８
ビットの多値画像データに変換する。Ａ／Ｄ変換器３１
から出力される多値画像データは、多値画像メモリ３２
に格納されるようになっている。

また、データ処理装置４にはキーボード３３が設けられ
ており、これによりウィンドウの数、位置及び大きさ並
びに寸法測定の際の演算条件等を設定することができ
る。キーボード３３からのウィンドウ設定のためのデー
タ（以下、ウィンドウデータと呼ぶ）は、ウィンドウ設
定メモリ３４に格納される。このウィンドウ設定メモリ
３４に格納されたウィンドウデータと多値画像メモリ３
２に格納された被測定物体１の多値画像データとは合成
手段３５において重畳され、ＣＲＴディスプレイ３６に
表示されるようになっている。

一方、多値画像メモリ３２に格納された多値画像データ
とウィンドウ設定メモリ３４に格納されたウィンドウと
は、ウィンドウ内２値化手段３７にも供給されている。
ウィンドウ内２値化手段３７は、指定されたウィンドウ
内の多値画像データのみを２値化して、ウィンドウ内の
エッジ部分を明瞭化させる。ウィンドウ内２値化手段３
７で２値化された画像データは、エッジ座標検出手段３
８に供給されている。エッジ座標検出手段３８は、２値
化データからエッジ情報を抽出し、そのエッジの代表
点、例えば中点の座標（以下、エッジ座標と呼ぶ）を検
出する。これらウィンドウ内２値化手段３７及びエッジ
座標検出手段３８は、ウィンドウ内処理用メモリ４２を
適宜アクセスしてその処理を実行する。エッジ座標検出
手段３８で検出されたエッジ座標は座標メモリ３９に格
納される。演算手段４０は、座標メモリ３９に格納され
た各ウィンドウのエッジ座標と、キーボード３３によっ
て指定された演算条件とに基づいて、画面座標系と実座
標系との間の変換係数並びに被測定物体１の幅、長さ、
半径等の寸法を算出する。この算出結果は、測定結果と
して液晶ディスプレイ４１に表示されるようになってい
る。

次に、このように構成された本装置の動作を説明する。

ステージ１２上に載置された被測定物体１の光学像は、
測定顕微鏡２によって拡大された後、ＣＣＤカメラ３で
撮像される。ＣＣＤカメラ３からのアナログ画像信号
は、Ａ／Ｄ変換器３１で８ビットの多値画像データにＡ
／Ｄ変換され、多値画像メモリ３２に格納される。多値
画像データが多値画像メモリ３２に格納されると、中間
調を含む多値画像データが、ＣＲＴディスプレイ３６
に、例えば第３図（ｂ）に示すように表示される。この
画像データはステージ１２上の被測定物体１の１部を拡
大したもので、例えば、第３図（ａ）に示すように、実
座標系であるステージの座標系ＸＹに対して、画面座標
系ｘｙと考えることができる。

この画面座標系ｘｙでの座標値は、ＣＲＴディスプレイ
３６の画素を単位とするもので、周知の手法によって数
値化することができる。しかし、この画面座標系ｘｙの
座標値から、ステージ座標系ＸＹの座標値に変換するに
は、顕微鏡光軸のステージに落ちる点のステージ系座標
をＸ_０，Ｙ_０として、Ｘ＝Ｘ_０＋ａｘ …（１）Ｙ＝Ｙ_０−ｂｙ …（２）なる変換を行う必要がある。このａ，ｂは変換係数であ
り、概ね顕微鏡倍率に逆比例するが、顕微鏡倍率は公称
値であり、実際の使用条件では、焦点位置関係等により
変化するので、使用条件に合わせて決定する必要があ
る。

そこで、この装置では、第４図のフローに従って、変換
係数ａ，ｂを決定するようにしている。

この処理には、実座標系における間隔Ｌが既知である平
行線を有する較正試料を使用する。ここで、ステップＳ
１〜Ｓ３が第１段階、ステップＳ４〜Ｓ７が第２段階で
ある。

第１段階では、先ず、上記較正試料を、第５図（ａ）に
示すように、平行線がｘ軸と概ね平行になるように載置
する（Ｓ１）。

次に、キーボード３３を操作して、画面５０上に３つの
ウィンドウ５１、５２、５３を設定する（Ｓ２）。この
とき、ウィンドウ５１，５２は同一エッジ上に設定し、
ウィンドウ５３は他のエッジ上に設定する。また、ウィ
ンドウ５２，５３は互いに同じｘ座標値を持つように設
定する。

続いて、ウィンドウ内２値化手段３７、エッジ座標検出
手段３８及びウィンドウ内処理用メモリ４２を使用して
ウィンドウ内２値化処理、エッジ検出処理、エッジ追跡
処理及びエッジ座標算出処理等が実行され、各ウィンド
ウ５１〜５３内のエッジ座標Ｅ_１，Ｅ_２，Ｅ_３が算出さ
れる（Ｓ３）。

ここで、第５図（ａ）に示すように、エッジ座標Ｅ_１，
Ｅ_２を通る直線を設定し、この直線にエッジ座標Ｅ_３か
ら垂線を下ろし、その足と上記直線との交点の座標をＦ
_１とする。この垂線の長さＥ_３−Ｆ_１は、前述した規定
幅Ｌである。いまｙ軸とこの垂線とのなす角度をα_１と
し、計算を簡略化するためにエッジ座標Ｅ_２を原点
（０，０）として、Ｅ_１の座標を（ｘ_１，ｙ_１）、Ｅ_３
の座標を（ｘ_３，ｙ_３）とすると、ｘ_３＝０となるた
め、下記（３）式が成立する。

同様に、第２段階では上記較正試料を９０゜回転させ、
上記較正試料を、第５図（ｂ）に示すように、平行線が
ｙ軸と概ね平行になるように載置する（Ｓ４）。

次にキーボード３３を操作して、画面５０上に３つのウ
ィンドウ５４、５５、５６を設定する（Ｓ５）。このと
き、ウィンドウ５４，５５は同一エッジ上に設定し、ウ
ィンドウ５６は他のエッジ上に設定する。また、ウィン
ドウ５５，５６は互いに同じｙ座標値を持つように設定
する。

そして、上記と同様の処理により、各ウィンドウ５４〜
５６内のエッジ座標Ｅ_４，Ｅ_５，Ｅ_６が算出される（Ｓ
６）。

ここで、第５図（ｂ）に示すように、エッジ座標Ｅ_４，
Ｅ_５を通る直線を設定し、この直線にエッジ座標Ｅ_６か
ら垂線を下ろし、その足と上記直線との交点の座標をＦ
_１とする。この垂線の長さＥ_６−Ｆ_２は、前述した規定
幅Ｌである。いまｘ軸とこの垂線とのなす角度をα_２と
し、計算を簡略化するためにエッジ座標Ｅ_５を原点
（０，０）として、Ｅ_４の座標を（ｘ_４，ｙ_４）、Ｅ６
の座標を（ｘ_６，ｙ_６）とすると、ｙ_６＝０となるた
め、下記（４）式が成立する。

以上の（３）、（４）式から、変換係数ａ，ｂを、夫々
次の（５），（６）式のように求めることができる（Ｓ
７）。

このようにして変換係数ａ，ｂが求まったら、この値
は、座標メモリ３９等に記憶され、以後、測定の度に演
算手段４０で使用される。

この変換係数ａ，ｂを使用した測定値の算出処理を第６
図に示す。即ち、被測定物体１をステージ１２上に載置
し（Ｓ１１）、ステージ１２を測定箇所に合わて所定距
離だけ移動させる。このときの移動距離Ｘ_０，Ｙ_０は、
座標メモリ３９に記憶される（Ｓ１２）。次に、キーボ
ード３３を操作して測定すべき点をウィンドウで囲み
（Ｓ１３）、ウィンドウ内エッジ座標ｘ，ｙを検出する
（Ｓ１４）。そして、得られた画面座標系でのエッジ座
標ｘ，ｙと、既に求められている変換係数ａ，ｂ及びス
テージ移動量Ｘ_０，Ｙ_０とを、前述した（１），（２）
式に代入し、実座標系での座標値Ｘ，Ｙを算出する（Ｓ
１５）。得られた座標値は、座標メモリ３９に記憶され
る（Ｓ１６）。以上の操作を測定が終了するまで繰り返
す（Ｓ１７）。

このような処理により、光学系の誤差等を吸収した正確
な測定結果を得ることができる。

なお、以上の実施例では、第１段階の処理と第２段階の
処理とを、較正試料を９０゜回転させて別々に行った
が、例えば、第７図に示すように、画面座標系ｘ，ｙに
対して平行線を略４５゜に傾けて配置し、ウィンドウ５
１，５２，５３により、第１段階の処理を行い、続いて
ウィンドウ５３のみをウィンドウ５３′の位置に移動さ
せて第２段階の処理を行うようにしてもよい。

この場合には、較正試料を回転させる必要がなく、しか
もウィンドウの設定が４つで足り、操作が更に楽になる
という利点がある。

また、較正試料として、第８図に示すように、正方形、
長方形又は平行四辺形等を含むものを使用するようにし
てもよい。

この場合も、第１段階から第２段階に移行するときに、
試料を回転する必要がないという利点がある。

更に本発明ではウィンドウ５２と５３とがＣＲＴ画面
上、同一Ｘ軸を有するという説明をしたが、ウィンドウ
５３がウィンドウ５１と、同一Ｘ軸を共有する、また
は、ウィンドウ５１とウィンドウ５２の中間点と、ウィ
ンドウ５３が、同一Ｘ軸を共有する等、設定時に明確な
相互関係を保てば、同様の扱いができる。

これは、ウィンドウ５４，５５，５６についても同様に
言えることである。

［発明の効果］以上詳述したように、本発明によれば、画面座標系から
実座標系への変換係数の決定に際して、画面座標系と試
料との位置合わせを厳密に行う必要がなく、しかも、平
行線に３つのウィンドウを設定するだけの簡単な操作を
行うだけであるから、変換係数決定のための操作が極め
て容易になるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第６図は本発明を寸法測定装置に適用した実
施例を説明するための図で、第１図は同測定装置におけ
るデータ処理装置のブロック図、第２図は同測定装置の
外観斜視図、第３図はステージ画像の座標系とＣＲＴ画
面の座標系との関係を示す模式図、第４図は同測定装置
における変換係数算出処理の流れ図、第５図は同測定装
置における較正試料のＣＲＴ画像とウィンドウの設定例
とを示す模式図、第６図は同測定装置で得られた変換係
数を使用した測定値算出手順を示す流れ図、第７図及び
第８図は本発明の他の実施例に係る測定装置の較正試料
のＣＲＴ画像とウィンドウ設定例とを夫々示す模式図で
ある。１……被測定物体、２……測定顕微鏡、３……ＣＣＤカ
メラ、４……データ処理装置、１１……本体、１２……
ステージ、１３……Ｘ方向ステージ調整ハンドル、１４
……Ｙ方向ステージ調整ハンドル、１５……ステージ回
転つまみ、１６……レンズ支持レール、１７……レンズ
組立体、１８４穴レボルバ、１９ａ〜１９ｄ……対物レ
ンズ、２０……接眼レンズ、２１……正立三眼鏡筒、２
２……焦点調整ハンドル、２３……対物レンズクランプ
用つまみ、３０……処理装置本体、３１……Ａ／Ｄ変換
器、３２……多値画像メモリ、３３……キーボード、３
４……ウィンドウ設定メモリ、３５……合成手段、３６
……ＣＲＴディスプレイ、３７……ウィンドウ内２値化
手段、３８……エッジ座標検出手段、３９……座標メモ
リ、４０……演算手段、４１……液晶ディスプレイ、４
２……ウィンドウ内処理用メモリ、５０……画面、５１
〜５６……ウィンドウ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】測定装置の画面座標系で得られた座標値を
実座標系の座標値に変換する測定装置の座標変換方式に
おいて、間隔が既知である平行線を撮像する手段と、こ
の手段で得られた画像情報中の前記平行線を構成する一
方の線上に第１及び第２のウィンドウを設定すると共に
他方の線上に第３のウィンドウを設定する手段と、前記
第１又は第２のウィンドウと前記第３のウィンドウとの
前記画面座標系における第１軸方向の位置を一致させた
状態で前記各ウィンドウ内のエッジ座標を算出する第１
の演算手段と、前記第１又は第２のウィンドウと前記第
３のウィンドウとの前記画面座標系における第２軸方向
の位置を一致させた状態で前記各ウィンドウ内のエッジ
座標を算出する第２の演算手段と、これら第１及び第２
の演算手段により得られたエッジ座標と前記平行線の間
隔とに基づいて前記画面座標系と前記実座標系との間の
座標変換係数を算出する第３の演算手段とを具備してな
ることを特徴とする測定装置の座標変換方式。