JPH0792364B2 - 非接触型三次元座標検出装置のｚ座標の位置検出方法および装置 - Google Patents
非接触型三次元座標検出装置のｚ座標の位置検出方法および装置Info
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- JPH0792364B2 JPH0792364B2 JP3059285A JP5928591A JPH0792364B2 JP H0792364 B2 JPH0792364 B2 JP H0792364B2 JP 3059285 A JP3059285 A JP 3059285A JP 5928591 A JP5928591 A JP 5928591A JP H0792364 B2 JPH0792364 B2 JP H0792364B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、物体の形状寸法を表す
三次元座標を一対の顕微鏡の測距的位置移動により光学
的に非接触にて測定する非接触型三次元座標測定装置に
関し、特に、測定結果の高精度な位置検出を自動的に行
わせるように改良したものである。
三次元座標を一対の顕微鏡の測距的位置移動により光学
的に非接触にて測定する非接触型三次元座標測定装置に
関し、特に、測定結果の高精度な位置検出を自動的に行
わせるように改良したものである。
【０００２】
【従来の技術】微細部品や三次元曲面を有する物体ある
いは変形しやすい物体の形状寸法の測定のためには、通
常三次元座標測定装置が用いられるが、その測定装置の
位置検出素子、すなわち、フィーラとして、従来はフィ
ーラの先端に微小球を取付けた接触型フィーラが用いら
れてきた。しかしながら、かかるフィーラを物体に接触
させて例えば三次元曲面の輪郭を測定しようとすると、
測定結果に対する球の大きさの補正を要するので精密な
測定が困難であるのみならず、ＩＣ用リードフレームな
どのように柔らかで微小な物体ではフィーラの接触によ
る変形のおそれがあって正確な形状寸法の測定を期待し
得ず、新たな非接触型フィーラの開発が望まれていた。
そこで、発明者の一人は、光軸を互いに交叉させて測距
的位置移動を行う一対の顕微鏡と一対のテレビジョンカ
メラとを組み合わせて光学的に非接触の三次元座標検出
を行う装置を開発して特開昭59−171806号公報により開
示して、その実用化のために非接触型三次元座標検出装
置の小型化のための光学系と位置信号の自動発生方法を
開発して特開昭63−212806号公報により開示した。
いは変形しやすい物体の形状寸法の測定のためには、通
常三次元座標測定装置が用いられるが、その測定装置の
位置検出素子、すなわち、フィーラとして、従来はフィ
ーラの先端に微小球を取付けた接触型フィーラが用いら
れてきた。しかしながら、かかるフィーラを物体に接触
させて例えば三次元曲面の輪郭を測定しようとすると、
測定結果に対する球の大きさの補正を要するので精密な
測定が困難であるのみならず、ＩＣ用リードフレームな
どのように柔らかで微小な物体ではフィーラの接触によ
る変形のおそれがあって正確な形状寸法の測定を期待し
得ず、新たな非接触型フィーラの開発が望まれていた。
そこで、発明者の一人は、光軸を互いに交叉させて測距
的位置移動を行う一対の顕微鏡と一対のテレビジョンカ
メラとを組み合わせて光学的に非接触の三次元座標検出
を行う装置を開発して特開昭59−171806号公報により開
示して、その実用化のために非接触型三次元座標検出装
置の小型化のための光学系と位置信号の自動発生方法を
開発して特開昭63−212806号公報により開示した。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この非
接触型三次元座標検出装置から自動発生される位置信号
に基づき三次元座標測定機を手動で操作し測定を行って
いたため、位置検出に手間がかかり、実用上の不便があ
るとともに測定精度上の限界もあり、多用されつつある
ＣＮＣ三次元座標測定機による自動測定に適さない。
接触型三次元座標検出装置から自動発生される位置信号
に基づき三次元座標測定機を手動で操作し測定を行って
いたため、位置検出に手間がかかり、実用上の不便があ
るとともに測定精度上の限界もあり、多用されつつある
ＣＮＣ三次元座標測定機による自動測定に適さない。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、上述し
た従来の問題点を解決し、Ｚ座標の位置検出を自動化
し、ＣＮＣ三次元座標測定機による測定に適した非接触
型三次元座標検出装置を提供することにある。
た従来の問題点を解決し、Ｚ座標の位置検出を自動化
し、ＣＮＣ三次元座標測定機による測定に適した非接触
型三次元座標検出装置を提供することにある。
【０００５】第１発明 被検体を載置するテーブルの載置面に平行なＸ軸および
Ｙ軸の方向にそれぞれ移動可能に設けたフレームに対し
て前記載置面に垂直のＺ軸の方向に移動可能に支持軸を
取付け、前記Ｚ軸に対し、互いに対称に前記Ｘ軸または
前記Ｙ軸の方向に離隔するとともに互いに等しい角度を
なして傾斜した光軸をそれぞれ有する一対の顕微鏡光学
系を前記支持軸に取付け、当該一対の顕微鏡光学系に一
対のテレビジョンカメラをそれぞれ結合させ、当該一対
のテレビジョンカメラの撮像出力画像を被検体の前記所
定個所の近傍にそれぞれ局限した上で２値化して求めた
相互の相関が最大となるときの前記フレームおよび前記
支持軸の移動量により被検体の前記所定個所の前記Ｚ軸
に関する三次元座標を非接触検出する方法において、前
記支持軸を駆動しＺ軸の方向に移動させＺ軸座標値を求
めるとともに相関値を求め、前記Ｚ軸座標値を横軸にし
て前記相関値を縦軸にしたグラフ上において極大値を持
つ山形となる一連のデータ点に対し、極大値近傍の中央
部分のデータを除いた山形の左右の稜線の２本の直線部
分のデータ点に各々最小２乗近似直線を当てはめ、その
２本の最小２乗近似直線の交点ＦのＺ座標を被検体のＺ
座標とすることにより、被検体のＺ軸座標値の検出を高
精度に自動的に行わせることを特徴とする非接触型三次
元座標検出装置のＺ座標の位置検出方法。
Ｙ軸の方向にそれぞれ移動可能に設けたフレームに対し
て前記載置面に垂直のＺ軸の方向に移動可能に支持軸を
取付け、前記Ｚ軸に対し、互いに対称に前記Ｘ軸または
前記Ｙ軸の方向に離隔するとともに互いに等しい角度を
なして傾斜した光軸をそれぞれ有する一対の顕微鏡光学
系を前記支持軸に取付け、当該一対の顕微鏡光学系に一
対のテレビジョンカメラをそれぞれ結合させ、当該一対
のテレビジョンカメラの撮像出力画像を被検体の前記所
定個所の近傍にそれぞれ局限した上で２値化して求めた
相互の相関が最大となるときの前記フレームおよび前記
支持軸の移動量により被検体の前記所定個所の前記Ｚ軸
に関する三次元座標を非接触検出する方法において、前
記支持軸を駆動しＺ軸の方向に移動させＺ軸座標値を求
めるとともに相関値を求め、前記Ｚ軸座標値を横軸にし
て前記相関値を縦軸にしたグラフ上において極大値を持
つ山形となる一連のデータ点に対し、極大値近傍の中央
部分のデータを除いた山形の左右の稜線の２本の直線部
分のデータ点に各々最小２乗近似直線を当てはめ、その
２本の最小２乗近似直線の交点ＦのＺ座標を被検体のＺ
座標とすることにより、被検体のＺ軸座標値の検出を高
精度に自動的に行わせることを特徴とする非接触型三次
元座標検出装置のＺ座標の位置検出方法。
【０００６】第２発明 三次元座標検出装置は被検体を載置するテーブルの載置
面に平行なＸ軸およびＹ軸の方向にそれぞれ移動可能に
設けたフレームと、このフレームに対して前記載置面に
垂直のＺ軸の方向に移動可能に取付けた支持軸と、前記
Ｚ軸に対し互いに対称に前記Ｘ軸および前記Ｙ軸の方向
に離隔するとともに互いに等しい角度をなして傾斜した
光軸を有するよう前記支持軸に取付けた一対の顕微鏡光
学系と、この一対の顕微鏡光学系にそれぞれ結合させた
一対のテレビジョンカメラとを具備し、これに同期信号
発生器よりの同期信号により駆動されるＣＣＤカメラ電
源および画像処理装置、左右一対ＣＣＤカメラユニット
および画像処理装置に接続されたモニターとパーソナル
コンピュータとより成り、前記一対のテレビジョンカメ
ラの撮像出力画像を被検体の前記所定個所の近傍にそれ
ぞれ局限した上で２値化して求めた相互の相関が最大と
なるときの前記フレームおよび前記支持軸の移動量によ
り被検体の前記所定個所の前記Ｚ軸に関する三次元座標
を非接触検出する装置において、前記支持軸を駆動しＺ
軸の方向に移動させＺ軸座標値を求めるとともに相関値
を求め、前記Ｚ軸座標値を横軸にして前記相関値を縦軸
にしたグラフ上において極大値を持つ山形となる一連の
データ点に対し、極大値近傍の中央部分のデータを除い
た山形の左右の稜線の２本の直線部分のデータ点に各々
最小２乗近似直線を当てはめ、その２本の最小２乗近似
直線の交点のＺ座標を被検体のＺ座標とすることによ
り、被検体のＺ軸座標値の検出を高精度に自動的に行わ
せるように前記画像処理装置の処理回路を構成したこと
を特徴とする非接触型三次元座標検出装置のＺ座標の位
置検出装置。
面に平行なＸ軸およびＹ軸の方向にそれぞれ移動可能に
設けたフレームと、このフレームに対して前記載置面に
垂直のＺ軸の方向に移動可能に取付けた支持軸と、前記
Ｚ軸に対し互いに対称に前記Ｘ軸および前記Ｙ軸の方向
に離隔するとともに互いに等しい角度をなして傾斜した
光軸を有するよう前記支持軸に取付けた一対の顕微鏡光
学系と、この一対の顕微鏡光学系にそれぞれ結合させた
一対のテレビジョンカメラとを具備し、これに同期信号
発生器よりの同期信号により駆動されるＣＣＤカメラ電
源および画像処理装置、左右一対ＣＣＤカメラユニット
および画像処理装置に接続されたモニターとパーソナル
コンピュータとより成り、前記一対のテレビジョンカメ
ラの撮像出力画像を被検体の前記所定個所の近傍にそれ
ぞれ局限した上で２値化して求めた相互の相関が最大と
なるときの前記フレームおよび前記支持軸の移動量によ
り被検体の前記所定個所の前記Ｚ軸に関する三次元座標
を非接触検出する装置において、前記支持軸を駆動しＺ
軸の方向に移動させＺ軸座標値を求めるとともに相関値
を求め、前記Ｚ軸座標値を横軸にして前記相関値を縦軸
にしたグラフ上において極大値を持つ山形となる一連の
データ点に対し、極大値近傍の中央部分のデータを除い
た山形の左右の稜線の２本の直線部分のデータ点に各々
最小２乗近似直線を当てはめ、その２本の最小２乗近似
直線の交点のＺ座標を被検体のＺ座標とすることによ
り、被検体のＺ軸座標値の検出を高精度に自動的に行わ
せるように前記画像処理装置の処理回路を構成したこと
を特徴とする非接触型三次元座標検出装置のＺ座標の位
置検出装置。
【０００７】
【作用】本発明非接触型三次元座標検出装置は、測距的
位置移動を行う一対の顕微鏡光学系に結合させられた一
対のテレビジョンカメラの撮像出力画像を２値化して求
めた相互の相関より、Ｚ座標を高精度に自動検出し得る
ようにしたものであり、被検体を載置するテーブルの載
置面に平行のＸ軸およびＹ軸の方向に移動可能に設けた
フレームに対して前記載置面に垂直のＺ軸の方向に移動
可能に支持軸を取付け、前記Ｚ軸に対し、互いに対称に
前記Ｘ軸または前記Ｙ軸の方向に離隔するとともに互い
に等しい角度をなして傾斜した光軸をそれぞれ有する一
対の顕微鏡光学系を前記支持軸に取付け、当該一対の顕
微光学系に一対のテレビジョンカメラをそれぞれ結合さ
せ、前記一対のテレビジョンカメラの撮像出力画像を被
検体の前記所定個所の近傍にそれぞれ局限した上で２値
化して求めた相互の相関が最大となるときの前記フレー
ムおよび前記支持軸の移動量により被検体の前記所定個
所の前記Ｘ軸、前記Ｙ軸および前記Ｚ軸に関する三次元
座標を非接触検出する装置において、支持軸の移動とと
もに、その位置のＺ座標値を表す電気信号および相互の
相関値を表す電気信号をコンピュータに入力させ、相関
値の最大となるＺ座標値、すなわち被検体のＺ座標をプ
ログラムを用いた計算により高精度に求められるように
したことを特徴とする非接触型三次元座標検出装置のＺ
座標の位置検出装置に関するものである。
位置移動を行う一対の顕微鏡光学系に結合させられた一
対のテレビジョンカメラの撮像出力画像を２値化して求
めた相互の相関より、Ｚ座標を高精度に自動検出し得る
ようにしたものであり、被検体を載置するテーブルの載
置面に平行のＸ軸およびＹ軸の方向に移動可能に設けた
フレームに対して前記載置面に垂直のＺ軸の方向に移動
可能に支持軸を取付け、前記Ｚ軸に対し、互いに対称に
前記Ｘ軸または前記Ｙ軸の方向に離隔するとともに互い
に等しい角度をなして傾斜した光軸をそれぞれ有する一
対の顕微鏡光学系を前記支持軸に取付け、当該一対の顕
微光学系に一対のテレビジョンカメラをそれぞれ結合さ
せ、前記一対のテレビジョンカメラの撮像出力画像を被
検体の前記所定個所の近傍にそれぞれ局限した上で２値
化して求めた相互の相関が最大となるときの前記フレー
ムおよび前記支持軸の移動量により被検体の前記所定個
所の前記Ｘ軸、前記Ｙ軸および前記Ｚ軸に関する三次元
座標を非接触検出する装置において、支持軸の移動とと
もに、その位置のＺ座標値を表す電気信号および相互の
相関値を表す電気信号をコンピュータに入力させ、相関
値の最大となるＺ座標値、すなわち被検体のＺ座標をプ
ログラムを用いた計算により高精度に求められるように
したことを特徴とする非接触型三次元座標検出装置のＺ
座標の位置検出装置に関するものである。
【０００８】したがって、本発明により、一対の顕微鏡
の測距的位置移動を用いた非接触型三次元座標検出装置
の精度および実用性が著しく向上し、この種の三次元座
標検出装置を必要とする、例えばプレス金型加工業者や
ＩＣ用リードフレーム製造業者等に対して極めて有用な
三次元座標検出装置を提供できる。
の測距的位置移動を用いた非接触型三次元座標検出装置
の精度および実用性が著しく向上し、この種の三次元座
標検出装置を必要とする、例えばプレス金型加工業者や
ＩＣ用リードフレーム製造業者等に対して極めて有用な
三次元座標検出装置を提供できる。
【０００９】
【実施例】以下に図面を参照して実施例につき本発明を
詳細に説明する。まず、本発明による非接触型フィーラ
を装着した三次元座標測定機および測定データ処理用の
パーソナルコンピュータおよび付属機器を含めた非接触
型三次元座標測定装置全体の概略構成の例を図１に示
す。三次元座標測定機は直交座標形のシングルコラム、
コラム移動形であり、ベース１に被検体載置用テーブル
４をＸ軸方向に移動可能に装置し、同じくコラム２をＹ
軸方向に移動可能に設置し、テーブル４に垂直のＺ軸方
向に移動可能の支持軸３をコラム２に取付け、その支持
軸３の下端部を拡大して示した図１（ｂ）に示すフィー
ラ部分27を取付ける。すなわち、支持軸３のなすＺ軸方
向に対し、例えばＸ軸方向に互いに離隔するとともに同
一角度、例えば45°傾斜させてＺ軸上で光軸が互いに交
叉する一対の顕微鏡光学系５，６を取付け、それら一対
の顕微鏡光学系に一対のＣＣＤカメラヘッド７，８をそ
れぞれ組み合わせて相対位置を定めて取付ける。顕微鏡
光学系５，６には一対のＬＥＤを用いた光源９，10から
の光束を導入して被検体11を照明し、被検体11からの反
射光束による被検体11の光像をＣＣＤカメラヘッド７，
８の撮像面に結像させて撮像し、撮像出力画像信号を同
期信号発生器12の制御のもとにＣＣＤカメラ駆動ユニッ
ト14Ａ，14Ｂを介して画像処理装置15に導き、処理結果
の二重画像をテレビジョンモニタ16に映出する。
詳細に説明する。まず、本発明による非接触型フィーラ
を装着した三次元座標測定機および測定データ処理用の
パーソナルコンピュータおよび付属機器を含めた非接触
型三次元座標測定装置全体の概略構成の例を図１に示
す。三次元座標測定機は直交座標形のシングルコラム、
コラム移動形であり、ベース１に被検体載置用テーブル
４をＸ軸方向に移動可能に装置し、同じくコラム２をＹ
軸方向に移動可能に設置し、テーブル４に垂直のＺ軸方
向に移動可能の支持軸３をコラム２に取付け、その支持
軸３の下端部を拡大して示した図１（ｂ）に示すフィー
ラ部分27を取付ける。すなわち、支持軸３のなすＺ軸方
向に対し、例えばＸ軸方向に互いに離隔するとともに同
一角度、例えば45°傾斜させてＺ軸上で光軸が互いに交
叉する一対の顕微鏡光学系５，６を取付け、それら一対
の顕微鏡光学系に一対のＣＣＤカメラヘッド７，８をそ
れぞれ組み合わせて相対位置を定めて取付ける。顕微鏡
光学系５，６には一対のＬＥＤを用いた光源９，10から
の光束を導入して被検体11を照明し、被検体11からの反
射光束による被検体11の光像をＣＣＤカメラヘッド７，
８の撮像面に結像させて撮像し、撮像出力画像信号を同
期信号発生器12の制御のもとにＣＣＤカメラ駆動ユニッ
ト14Ａ，14Ｂを介して画像処理装置15に導き、処理結果
の二重画像をテレビジョンモニタ16に映出する。
【００１０】ＣＣＤカメラヘッド７，８の被検体撮像出
力画像は、モニタ上では一般に二重画像となるが、一対
の顕微鏡光学系５，６の光軸のＺ軸上交叉点を支持軸３
の移動により上下させてその交叉点が被検体の所定画像
に合致したときには、その二重画像が合致して一重画像
となるので、かかる操作により被検体所定個所のＺ軸座
標を測定することができる。
力画像は、モニタ上では一般に二重画像となるが、一対
の顕微鏡光学系５，６の光軸のＺ軸上交叉点を支持軸３
の移動により上下させてその交叉点が被検体の所定画像
に合致したときには、その二重画像が合致して一重画像
となるので、かかる操作により被検体所定個所のＺ軸座
標を測定することができる。
【００１１】図１（ａ）において、同期信号発生器12よ
りの同期信号がＣＣＤカメラ電源13と画像処理装置15に
加えられ、ＣＣＤカメラ電源13よりの同期信号が左右の
ＣＣＤカメラ駆動ユニット１４Ａ，１４Ｂに加えられ、
これらＣＣＤカメラ駆動ユニット １４Ａ，１４Ｂより
の出力信号は画像処理装置15に加えられ、モニタ16に上
述の二重画像１６Ａ，１６Ｂを映し出す。28は三次元座
標測定機であり、17はこの測定機28に取付けたパーソナ
ルコンピュータである。図１（ｂ）はフィーラ本体27を
拡大して示したもので、支持軸３に顕微鏡光学系５，６
が所定の角度をもって取付けられており、これにＣＣＤ
カメラヘッド７，８がそれぞれ取付けられている。９，
10はＣＣＤカメラヘッド７，８の近傍に取付けられた照
明用光源で光源コントローラ29に接続される。
りの同期信号がＣＣＤカメラ電源13と画像処理装置15に
加えられ、ＣＣＤカメラ電源13よりの同期信号が左右の
ＣＣＤカメラ駆動ユニット１４Ａ，１４Ｂに加えられ、
これらＣＣＤカメラ駆動ユニット １４Ａ，１４Ｂより
の出力信号は画像処理装置15に加えられ、モニタ16に上
述の二重画像１６Ａ，１６Ｂを映し出す。28は三次元座
標測定機であり、17はこの測定機28に取付けたパーソナ
ルコンピュータである。図１（ｂ）はフィーラ本体27を
拡大して示したもので、支持軸３に顕微鏡光学系５，６
が所定の角度をもって取付けられており、これにＣＣＤ
カメラヘッド７，８がそれぞれ取付けられている。９，
10はＣＣＤカメラヘッド７，８の近傍に取付けられた照
明用光源で光源コントローラ29に接続される。
【００１２】二重画像の合致度検出は、図２に示すよう
な構成の画像処理装置15により自動的に行っている。図
２の構成においては、一対の顕微鏡光学系５，６に組み
合わせた一対のＣＣＤカメラヘッド７，８の左右各撮像
管出力である画像信号Ａ１，Ａ２を画面切り出し回路18
を介して２値化回路19に導き、適切に調整可能の参照信
号レベルとの比較により２値化した上で相関回路20に導
き、左右画像信号のディジタル処理により相互相関を求
めるよう構成する。クロック発生回路22の出力を積分計
数回路21に導き、相関回路20の制御のもとにフィーラ27
のＺ軸移動にともなう相関値の変化を計数してその計数
結果をＺ位置検出用合致度表示器23に表示する。なお、
図示の画像処理装置15においては、２値化回路19からの
被検体測定点近傍を表すディジタル画像信号Ｄと、垂直
・水平同期信号Ｂ１，Ｂ２を供給した十字線発生回路24
からの十字線信号Ｅとの論理積をＡＮＤ回路25から取り
出してＬＥＤ表示器26に導き、被検体測定点と十字線交
点の一致・不一致を表示し、Ｘ軸，Ｙ軸両座標の検出も
行い得るように構成する。
な構成の画像処理装置15により自動的に行っている。図
２の構成においては、一対の顕微鏡光学系５，６に組み
合わせた一対のＣＣＤカメラヘッド７，８の左右各撮像
管出力である画像信号Ａ１，Ａ２を画面切り出し回路18
を介して２値化回路19に導き、適切に調整可能の参照信
号レベルとの比較により２値化した上で相関回路20に導
き、左右画像信号のディジタル処理により相互相関を求
めるよう構成する。クロック発生回路22の出力を積分計
数回路21に導き、相関回路20の制御のもとにフィーラ27
のＺ軸移動にともなう相関値の変化を計数してその計数
結果をＺ位置検出用合致度表示器23に表示する。なお、
図示の画像処理装置15においては、２値化回路19からの
被検体測定点近傍を表すディジタル画像信号Ｄと、垂直
・水平同期信号Ｂ１，Ｂ２を供給した十字線発生回路24
からの十字線信号Ｅとの論理積をＡＮＤ回路25から取り
出してＬＥＤ表示器26に導き、被検体測定点と十字線交
点の一致・不一致を表示し、Ｘ軸，Ｙ軸両座標の検出も
行い得るように構成する。
【００１３】かかるＺ座標値の読みとりは、支持軸３を
移動させる駆動システムの移動量を例えばリニヤ・エン
コーダよりディジタル信号にして読みとり、三次元測定
機28の制御およびデータ処理に用いられるパーソナルコ
ンピュータ17により座標の表示、記録が行われる。
移動させる駆動システムの移動量を例えばリニヤ・エン
コーダよりディジタル信号にして読みとり、三次元測定
機28の制御およびデータ処理に用いられるパーソナルコ
ンピュータ17により座標の表示、記録が行われる。
【００１４】本発明においては、Ｚ座標の移動中に画像
処理装置で検出される合致度をパーソナルコンピュータ
17に取り込むため、図１に示すように接続し、Ｚ座標と
合致度の関係を得られるように構成する。
処理装置で検出される合致度をパーソナルコンピュータ
17に取り込むため、図１に示すように接続し、Ｚ座標と
合致度の関係を得られるように構成する。
【００１５】図３に示すように被検体測定面30がｂの位
置から上下いずれかの方向に距離ΔＺ移動した場合を考
える。被検体測定面の像はＣＣＤ受光面31Ａ，31Ｂ上で
ΔＺに比例してδ移動し、合成画面上では画像が一致し
ていない幅２δの部分が２ケ所できるので、画像合致度
Ｃは画面の幅をＬとすると次式で表される。 したがって画像合致度Ｃは、Ｚ座標の変化に対して、図
４に示す理論値のように、合致度の最大点の左右で直線
的に変化する。画像の一致点で画像合致度は最大値を示
し、ここを検出位置として被検体測定面のＺ座標を決定
する。しかし、実際の測定における画像合致度は、図４
のプロット点で示すようになり、最大値の近傍では直線
的に変化しない。そこで合致度の最大値ＰにおけるＺ座
標を検出位置とする方法では、高い測定精度が得られな
い。測定精度を向上させるために、図４のプロット点Ｐ
の中央部分のデータを除いた左右の直線部分のデータを
最小２乗法で直線近似し、その直線の交点Ｆを検出位置
とする方法を発明し、本方法をパーソナルコンピュータ
17上で自動的に演算できる測定プログラムを開発した。
置から上下いずれかの方向に距離ΔＺ移動した場合を考
える。被検体測定面の像はＣＣＤ受光面31Ａ，31Ｂ上で
ΔＺに比例してδ移動し、合成画面上では画像が一致し
ていない幅２δの部分が２ケ所できるので、画像合致度
Ｃは画面の幅をＬとすると次式で表される。 したがって画像合致度Ｃは、Ｚ座標の変化に対して、図
４に示す理論値のように、合致度の最大点の左右で直線
的に変化する。画像の一致点で画像合致度は最大値を示
し、ここを検出位置として被検体測定面のＺ座標を決定
する。しかし、実際の測定における画像合致度は、図４
のプロット点で示すようになり、最大値の近傍では直線
的に変化しない。そこで合致度の最大値ＰにおけるＺ座
標を検出位置とする方法では、高い測定精度が得られな
い。測定精度を向上させるために、図４のプロット点Ｐ
の中央部分のデータを除いた左右の直線部分のデータを
最小２乗法で直線近似し、その直線の交点Ｆを検出位置
とする方法を発明し、本方法をパーソナルコンピュータ
17上で自動的に演算できる測定プログラムを開発した。
【００１６】自動位置検出を行う際のサンプリング条
件、すなわち１回の合致度取り込み毎のサンプリング間
隔および直線近似に用いるデータの数が位置検出精度に
およぼす影響を図５に示す。図５から、直線近似に用い
るデータの数は、標準偏差で表した位置検出精度（標準
偏差値）が0.1 μｍ以下となる条件より、片側で30個と
する。サンプリング間隔、すなわち１回の合致度取り込
み毎のＺ軸方向の移動距離については、表１に示すよう
に１μｍではデータの取り込みに時間がかかること、３
μｍ以上では必要な数のデータの取り込みができないこ
とより、１〜３μｍ、特に２μｍが最適である。この条
件に基づき、測定用のプログラムを作製した。表１は測
定時間（片側30個）および最大サンプリングデータ数を
示す。
件、すなわち１回の合致度取り込み毎のサンプリング間
隔および直線近似に用いるデータの数が位置検出精度に
およぼす影響を図５に示す。図５から、直線近似に用い
るデータの数は、標準偏差で表した位置検出精度（標準
偏差値）が0.1 μｍ以下となる条件より、片側で30個と
する。サンプリング間隔、すなわち１回の合致度取り込
み毎のＺ軸方向の移動距離については、表１に示すよう
に１μｍではデータの取り込みに時間がかかること、３
μｍ以上では必要な数のデータの取り込みができないこ
とより、１〜３μｍ、特に２μｍが最適である。この条
件に基づき、測定用のプログラムを作製した。表１は測
定時間（片側30個）および最大サンプリングデータ数を
示す。
【００１７】
【実施例】以上のように構成して動作させる本発明の三
次元座標検出装置によるＺ座標検出の繰り返し精度を測
定した結果0.1 μｍ以下であった。この測定はＩＣ用リ
ードフレームのエッジに対し行われた。
次元座標検出装置によるＺ座標検出の繰り返し精度を測
定した結果0.1 μｍ以下であった。この測定はＩＣ用リ
ードフレームのエッジに対し行われた。
【００１８】また、前述の公報に開示した手動による従
来法の場合の位置検出の繰り返し精度は、0.29μｍであ
ったが、本発明により精度は0.1 μｍとなりかなり向上
した。この精度の向上の理由として、本発明の場合には
多数のデータを利用して位置検出を行うことが挙げられ
る。
来法の場合の位置検出の繰り返し精度は、0.29μｍであ
ったが、本発明により精度は0.1 μｍとなりかなり向上
した。この精度の向上の理由として、本発明の場合には
多数のデータを利用して位置検出を行うことが挙げられ
る。
【００１９】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
による光学的非接触フィーラを用いれば、従来の接触型
フィーラでは測定不可能な微小で変形しやすいＩＣ用リ
ードフレームや塑性加工研究用立体被検体上の格子線等
の三次元座標を容易かつ高精度に自動検出することがで
きる。すなわち、本発明により非接触フィーラによるＺ
座標の位置検出が自動的に行えるので、三次元座標検出
の精度が向上し、繰り返し精度を標準偏差で表して0.1
μｍ以下の精度が容易確実に得られるこの種工業上大な
る利点がある。
による光学的非接触フィーラを用いれば、従来の接触型
フィーラでは測定不可能な微小で変形しやすいＩＣ用リ
ードフレームや塑性加工研究用立体被検体上の格子線等
の三次元座標を容易かつ高精度に自動検出することがで
きる。すなわち、本発明により非接触フィーラによるＺ
座標の位置検出が自動的に行えるので、三次元座標検出
の精度が向上し、繰り返し精度を標準偏差で表して0.1
μｍ以下の精度が容易確実に得られるこの種工業上大な
る利点がある。
【図１】図１は非接触型三次元座標検出装置の概略構成
の例を示す構成配置図である。
の例を示す構成配置図である。
【図２】図２は三次元座標検出装置における撮像出力画
像処理装置の回路構成の例を示すブロック線図である。
像処理装置の回路構成の例を示すブロック線図である。
【図３】図３は被測定面の位置と合成画面における画像
合致度の関係を示す図である。
合致度の関係を示す図である。
【図４】図４はＺ座標の変化に対する画像合致度の変化
を示す図である。
を示す図である。
【図５】図５はサンプリング間隔および直線近似に用い
るデータの数が位置検出精度におよぼす影響を示す図で
ある。
るデータの数が位置検出精度におよぼす影響を示す図で
ある。
１ ベース ２ コラム ３ 支持軸 ４ 被検体載置用テーブル 5, 6 顕微鏡光学系 7, 8 ＣＣＤカメラヘッド 9,10 照明用光源 11 被検体 12 同期信号発生器 13 ＣＣＤカメラ電源 14Ａ，14Ｂ ＣＣＤカメラ駆動ユニット 15 画像処理装置 16 テレビジョンモニタ 17 パーソナルコンピュータ 18 画面切出し回路 19 ２値化回路 20 相関回路 21 積分（計数）回路 22 クロック発生回路 23 合致度表示器 24 十字線発生回路 25 ＡＮＤ回路 26 ＬＥＤ表示器 27 フィーラ部 28 三次元座標測定機 29 光源コントローラ 30 被検体測定面 31Ａ，31Ｂ ＣＣＤ受光面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０６Ｔ 7/60
Claims (2)
- 【請求項１】 被検体を載置するテーブルの載置面に平
行なＸ軸およびＹ軸の方向にそれぞれ移動可能に設けた
フレームに対して前記載置面に垂直のＺ軸の方向に移動
可能に支持軸を取付け、前記Ｚ軸に対し、互いに対称に
前記Ｘ軸または前記Ｙ軸の方向に離隔するとともに互い
に等しい角度をなして傾斜した光軸をそれぞれ有する一
対の顕微鏡光学系を前記支持軸に取付け、当該一対の顕
微鏡光学系に一対のテレビジョンカメラをそれぞれ結合
させ、当該一対のテレビジョンカメラの撮像出力画像を
被検体の前記所定個所の近傍にそれぞれ局限した上で２
値化して求めた相互の相関が最大となるときの前記フレ
ームおよび前記支持軸の移動量により被検体の前記所定
個所の前記Ｚ軸に関する三次元座標を非接触検出する方
法において、前記支持軸を駆動しＺ軸の方向に移動させ
Ｚ軸座標値を求めるとともに相関値を求め、前記Ｚ軸座
標値を横軸にして前記相関値を縦軸にしたグラフ上にお
いて極大値を持つ山形となる一連のデータ点に対し、極
大値近傍の中央部分のデータを除いた山形の左右の稜線
の２本の直線部分のデータ点に各々最小２乗近似直線を
当てはめ、その２本の最小２乗近似直線の交点ＦのＺ座
標を被検体のＺ座標とすることにより、被検体のＺ軸座
標値の検出を高精度に自動的に行わせることを特徴とす
る非接触型三次元座標検出装置のＺ座標の位置検出方
法。 - 【請求項２】 三次元座標検出装置は被検体を載置する
テーブルの載置面に平行なＸ軸およびＹ軸の方向にそれ
ぞれ移動可能に設けたフレームと、このフレームに対し
て前記載置面に垂直のＺ軸の方向に移動可能に取付けた
支持軸と、前記Ｚ軸に対し互いに対称に前記Ｘ軸および
前記Ｙ軸の方向に離隔するとともに互いに等しい角度を
なして傾斜した光軸を有するよう前記支持軸に取付けた
一対の顕微鏡光学系と、この一対の顕微鏡光学系にそれ
ぞれ結合させた一対のテレビジョンカメラとを具備し、
これに同期信号発生器よりの同期信号により駆動される
ＣＣＤカメラ電源および画像処理装置、左右一対ＣＣＤ
カメラユニットおよび画像処理装置に接続されたモニタ
ーとパーソナルコンピュータとより成り、前記一対のテ
レビジョンカメラの撮像出力画像を被検体の前記所定個
所の近傍にそれぞれ局限した上で２値化して求めた相互
の相関が最大となるときの前記フレームおよび前記支持
軸の移動量により被検体の前記所定個所の前記Ｚ軸に関
する三次元座標を非接触検出する装置において、前記支
持軸を駆動しＺ軸の方向に移動させＺ軸座標値を求める
とともに相関値を求め、前記Ｚ軸座標値を横軸にして前
記相関値を縦軸にしたグラフ上において極大値を持つ山
形となる一連のデータ点に対し、極大値近傍の中央部分
のデータを除いた山形の左右の稜線の２本の直線部分の
データ点に各々最小２乗近似直線を当てはめ、その２本
の最小２乗近似直線の交点のＺ座標を被検体のＺ座標と
することにより、被検体のＺ軸座標値の検出を高精度に
自動的に行わせるように前記画像処理装置の処理回路を
構成したことを特徴とする非接触型三次元座標検出装置
のＺ座標の位置検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3059285A JPH0792364B2 (ja) | 1991-03-02 | 1991-03-02 | 非接触型三次元座標検出装置のｚ座標の位置検出方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3059285A JPH0792364B2 (ja) | 1991-03-02 | 1991-03-02 | 非接触型三次元座標検出装置のｚ座標の位置検出方法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05196422A JPH05196422A (ja) | 1993-08-06 |
| JPH0792364B2 true JPH0792364B2 (ja) | 1995-10-09 |
Family
ID=13108972
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3059285A Expired - Lifetime JPH0792364B2 (ja) | 1991-03-02 | 1991-03-02 | 非接触型三次元座標検出装置のｚ座標の位置検出方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0792364B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3855244B2 (ja) * | 1996-08-09 | 2006-12-06 | 株式会社テクノホロン | 顕微鏡を用いた３次元画像認識装置 |
| CN112034579B (zh) * | 2020-08-07 | 2022-05-24 | 北京控制工程研究所 | 基于非共面标记线的柱面镜与码盘玻璃粘接装置及方法 |
-
1991
- 1991-03-02 JP JP3059285A patent/JPH0792364B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05196422A (ja) | 1993-08-06 |
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Legal Events
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