专利名称：尺寸测量设备、尺寸测量方法和用于尺寸测量设备的程序的制作方法
技术领域：
本发明涉及尺寸测量设备、尺寸测量方法和用于尺寸测量设备的程序，更具体地，涉及对以不同拍摄放大率拍摄台上的工件以测量工件尺寸的尺寸测量设备的改进。
背景技术：
一般，尺寸测量设备是一种用于基于通过拍摄工件而获得的工件图像的边缘来测量工件尺寸的设备，并且可以被称为图像测量设备(例如，未审查日本专利公布第2009-300124号、未审查日本专利公布第2009-300125号、未审查日本专利公布第2010-19667号)。通常，工件位于可在X轴方向、Y轴方向和Z轴方向上移动的可移动台中。在Z轴方向上移动可移动台以执行工件图像的聚焦调整，并且在X轴方向和Z轴方向上移动可移动台，以在视场内执行工件的定位。不管可移动台在Z轴方向上的位置如何，工件图像都具有与工件的形状极其精确类似的形状，因此，确定关于图像的距离和角度可以检测关于工件图像的实际尺寸。在借助于这样的尺寸测量设备测量工件的尺寸的情况下，增大拍摄放大率可以带来测量精确性的提高。然而，已存在增大拍摄放大率使视场变窄于是缩小了台上的拍摄区域的问题，从而使得难以将工件放置在拍摄区域内。因此，考虑了使高放大率拍摄和低放大率拍摄可切换以执行工件的位置调整并且将该工件置于高放大率视场内，同时观看通过低放大率拍摄而获得的工件图像的屏幕显示。然而，传统的尺寸测量设备存在的问题在于必须手动地执行拍摄放大率的切换以及工件的姿态调整和定位，从而使得操作过程复杂并且尺寸测量要花很长时间。
发明内容
鉴于上述情况而做出了本发明，并且本发明的一个目的在于提供如下的一种尺寸测量设备其能够将处在低放大率视场内的工件自动转移到高放大率视场内，从而以高精度地测量工件的尺寸。具体地，一个目的在于提供如下的一种尺寸测量设备即使在工件以任意姿态和任意位置布置在可移动台上时，只要工件布置在低放大率视场内，该尺寸测量设备就能够高精度地测量期望尺寸。另外，一个目的在于提供如下的一种尺寸测量设备其能够提高测量精度、同时简化尺寸测量的操作过程，并且还能够缩短尺寸测量所需的时间。此外，本发明的一个目的在于提供如下的一种尺寸测量方法其能够高精度地测量工件、同时简化尺寸测量的操作过程，并且还能够缩短尺寸测量所需的时间。此外，本发明的一个目的在于提供一种用于尺寸测量设备的程序，其使得终端装置起到如上所述的尺寸测量设备的作用。根据第一本发明的尺寸测量设备是如下的尺寸测量设备其中，形成低放大率视场、同时在低放大率视场内形成比低放大率视场窄的高放大率视�。⑶乙圆煌呐纳惴糯舐逝纳闾ㄉ系墓ぜ圆饬抗ぜ某叽�。该尺寸测量设备构造为包括可移动台，其能够在XY方向上移动；测量设置数据存储部，其保存特征量信息和测量位置信息，其中该特征量信息用于从拍摄图像检测工件，该测量位置信息表示被指定为待测对象的待测位置；低放大率成像部，其以低放大率拍摄处在低放大率视场内的工件，以生成低放大率图像；工件检测部，其基于特征量信息指定工件在低放大率图像中的位置和姿态；台控制部，其基于所指定的位置和姿态控制可移动台，以使得工件的待测位置保持在高放大率视场内；高放大率成像部，其以高放大率拍摄已移动到高放大率视场中的待测位置，以生成高放大率图像；边缘提取部，其基于测量位置信息，从高放大率图像中提取待测位置的边缘；以及尺寸值计算部，其基于所提取的边缘获得待测位置的尺寸值。
在该尺寸测量设备中，借助于通过以低放大率拍摄工件而获得的低放大率图像指定工件在可移动台上的位置和姿态，并且控制可移动台以使得工件的待测位置保持在高放大率视场内。因此，可以自动将处在低放大率视场内的工件转移到高放大率视场中，从而以高放大率拍摄待测位置。通过这种构造，即使当工件以任意姿态和任意位置布置在可移动台上时，也能将工件自动转移到高放大率视场中，并且只要工件布置在低放大率视场内，就可以获得待测位置的尺寸值，因此，可以高精度地测量期望尺寸。另外，由于只要工件布置在低放大率视场内而无论其在何处及以何种姿态布置，就都可以以高放大率测量工件，因此，可以提高测量精确性、同时简化尺寸测量的操作过程，并且还可以缩短尺寸测量所需的时间。除了上述构造之外，根据第二本发明的尺寸测量设备构造为包括测量位置信息生成部，其针对通过高放大率成像部以高放大率拍摄主工件而获得的主图像，指定待测位置和测量方法，以生成测量位置信息；以及特征量信息生成部，其基于通过低放大率拍摄部以低放大率拍摄主工件而获得的主图像，生成由检验模式图像组成的特征量信息。通过这种构造，由于针对通过以高放大率拍摄主工件而获得的主图像来指定待测位置和测量方法，因此，可以以高放大率指定希望对形状与主工件的形状相同的工件进行测量的位置。另外，由于基于通过以低放大率拍摄主工件而获得的主图像来生成由检验模式图像组成的特征量信息，因此，在模式图像与通过以低放大率拍摄工件而获得的低放大率图像之间进行检验能够精确指定形状与主工件的形状相同的工件的位置和姿态。除了上述构造外，根据第三本发明的尺寸测量设备构造为使得在存在不能保持在高放大率视场内的两个以上的工件的情况下，台控制部针对这些工件顺序地移动可移动台，以使得待测位置保持在高放大率视场内。通过这种构造，即使在存在不能保持在高放大率视场内的多个工件的情况下，顺序地移动可移动台，以使得待测位置保持在高放大率视场内，因此，可以自动将这些工件顺序地转移到高放大率视场中，以获得待测位置的尺寸值。除了上述构造外，根据第四本发明的尺寸测量设备构造为使得在针对同一工件存在不能保持在高放大率视场内的两个以上待测位置的情况下，台控制部针对各待测位置顺序地移动可移动台，以使得各待测位置保持在高放大率视场内。通过这种构造，由于顺序地移动可移动台以使得各待测位置保持在高放大率视场内，因此，即使在针对同一工件存在不能保持在高放大率视场内的多个待测位置的情况下，也可以自动将这些待测位置顺序地转移到高放大率视场中，以获得各待测位置的尺寸值。根据第五本发明的尺寸测量设备构造为使得边缘提取部基于低放大率图像对已在测量位置信息中指定了以低放大率进行尺寸测量的待测位置执行边缘提�。⑶姨ǹ刂撇空攵砸言诓饬课恢眯畔⒅兄付艘愿叻糯舐式谐叽绮饬康拇馕恢美匆贫梢贫ǎ允沟么馕恢帽３衷诟叻糯舐适映∧凇�
通过这种构造，以低放大率测量不能保持在高放大率视场内的待测位置的尺寸，并且以高放大率测量保持在高放大率视场内的待测位置的尺寸，从而允许高精度地测量尺寸值。根据第六本发明的尺寸测量方法是如下的一种尺寸测量方法其中，形成低放大率视场、同时在低放大率视场内形成比低放大率视场窄的高放大率视�。⑶乙圆煌呐纳惴糯舐逝纳闾ㄉ系墓ぜ圆饬抗ぜ某叽�。该尺寸测量方法配置为包括测量设置数据存储步骤，用于存储特征量信息和测量位置信息，其中，该特征量信息用于从拍摄图像检测工件，该测量位置信息表示指定为待测对象的待测位置；低放大率成像步骤，用于以低放大率拍摄低放大率视场内的工件，以生成低放大率图像；工件检测步骤，用于基于特征量信息指定工件在低放大率图像中的位置和姿态；台控制步骤，用于基于所指定的位置和姿态在XY方向上控制可移动台，以使得工件的待测位置保持在高放大率视场内；高放大率成像步骤，用于以高放大率拍摄已移动到高放大率视场中的待测位置，以生成高放大率图像；边缘提取步骤，用于基于所指定的位置和姿态以及测量位置信息，从高放大率图像中提取待测位置的边缘；以及尺寸值计算步骤，用于基于所提取的边缘获得待测位置的尺寸值。根据第七本发明的用于尺寸测量设备的程序是如下的一种程序其用于形成低放大率视场、同时在低放大率视场内形成比低放大率视场窄的高放大率视场，并且以不同的拍摄放大率拍摄台上的工件，以测量工件的尺寸。用于尺寸测量设备的程序配置为包括测量设置数据存储过程，用于存储特征量信息和测量位置信息，其中，该特征量信息用于从拍摄图像检测工件，该测量位置信息表示指定为待测对象的待测位置；低放大率成像过程，用于以低放大率拍摄低放大率视场内的工件，以生成低放大率图像；工件检测过程，用于基于特征量信息指定工件在低放大率图像中的位置和姿态；台控制过程，用于基于所指定的位置和姿态在XY方向上控制可移动台，以使得工件的待测位置保持在高放大率视场内；高放大率成像过程，用于以高放大率拍摄已移动到高放大率视场中的待测位置，以生成高放大率图像；边缘提取过程，用于基于所指定的位置和姿态以及测量位置信息，从高放大率图像中提取待测位置的边缘；以及尺寸值计算过程，用于基于所提取的边缘获得待测位置的尺寸值。在根据本发明的尺寸测量设备中，即使当工件以任意姿态和任意位置布置在可移动台上时，也能将工件自动转移到高放大率视场中，并且只要工件布置在低放大率视场内，就可以获得待测位置的尺寸值，因此，可以高精度地测量期望尺寸。另外，由于只要工件布置在低放大率视场内而无论工件布置在何处以及以何种姿态布置，就都可以以高放大率测量工件，因此可以提高测量精确性、同时简化尺寸测量的操作过程，并且还可以缩短尺寸测量所需的时间。此外，在根据本发明的尺寸测量方法中，由于只要工件布置在低放大率视场内而无论工件布置在何处以及以何种姿态布置，就可以以高放大率测量工件，因此可以提高测量精确性、同时简化尺寸测量的操作过程，并且还可以缩短尺寸测量所需的时间。此外，在根据本发明的用于尺寸测量设备的程序中，可以使终端装置起到如上所述的尺寸测量设备的作用。
图I是示出 根据本发明实施例的尺寸测量设备I的结构示例的透视图；图2是图I的测量单元10的内部的结构示例的说明图，其示出沿测量单元10的垂直平面切割测量单元10的情况下的切割表面；图3是示出图2的环形照明单元130的结构图的示图；图4是示出图I的尺寸测量设备I中的操作示例的流程图；图5是示出图I的尺寸测量设备I在创建测量设置数据时的操作示例的流程图；图6是示出图I的尺寸测量设备I中形成的拍摄视场的示例的示图，其示出低放大率视场的边界Al、高放大率视场的边界A2和这些视场的中心A3 ；图7A和图7B是示出图I的尺寸测量设备I在创建测量设置数据时的操作示例的示图，其示出通过拍摄主工件而获得的主图像Ml、M2 ；图8是示出图I的尺寸测量设备I的操作示例的流程图；图9A和图9B是示出图I的尺寸测量设备I在测量时的操作示例的示图，其示出通过拍摄工件W而获得的工件图像W1、W2 ；图10是示出图I的尺寸测量设备I在显示测量结果时的操作示例的示图，其示出其中布置有测量结果的工件图像W2 ；图IlA至图IlC是示出图I的尺寸测量设备I在测量时的另一操作示例的示图；以及图12是示出图I的控制单元20的结构示例的框图，其示出控制单元20内的功能构造的示例。
具体实施例方式<尺寸测量设备1>图I是根据本发明实施例的尺寸测量设备I的结构示例的透视图。该尺寸测量设备I是拍摄布置在可移动台上的工件并分析所拍摄的图像以测量工件尺寸的图像测量设备。尺寸测量设备I由测量单元10、控制单元20、键盘31和鼠标32构成。工件是形状和尺寸待测量的待测对象。测量单元10是光学系统单元，其将照明光施加至工件，并且接收透过工件的透射光或由工件反射的反射光，以生成拍摄图像。测量单元10设置有显示器11、可移动台12、XY位置调整旋钮14a、Z位置调整旋钮14b、电源开关15和测量开始按钮16。显示器11是对拍摄图像、测量结果和测量条件设置画面进行屏幕显示的显示器。可移动台12是用于安装作为待测对象的工件的安装台，并且在其大致水平且平坦的安装表面内形成有照明光所透过的检测区域13。检测区域13是由透明玻璃制成的圆形区域。该可移动台12可以在与拍摄轴平行的Z轴方向上以及在与拍摄轴垂直的X轴方向和Y轴方向中的每个方向上移动。XY位置调整旋钮14a是用于在X轴方向和Y轴方向上移动可移动台12的操作部。Z位置调整旋钮14b是用于在Z轴方向上移动可移动台12的操作部。电源开关15是用于接通或断开测量单元10和控制单元20的电源的操作部，并且测量开始按钮16是用于开始尺寸测量的操作部。控制单元20是控制测量单元10的显示器11和可移动台12、并分析由测量单元10拍摄到的工件图像以计算工件的尺寸的控制器。键盘31和鼠标32连接至控制单元20。在接通电源后，将工件适当地布置在检测区域13内并且操作测量开始按钮16以对工件进行自动测量。〈测量单元10> 图2是图I的测量单元10的内部的结构示例的示意图，其示出沿着测量单元10的垂直平面切割测量单元10的情况下的切割表面。该测量单元10包括显示器11、可移动台12、驱动单元110、透射照明单元120、环形照明单元130、同轴落射照明光源(epi-iIlumination light source) 141、光接收透镜单兀 150 以及成像兀件 155 和 158。显示器11和可移动台12布置在壳体IOa外部。台驱动单元110、透射照明单元120、环形照明单元130、同轴落射照明光源141、光接收透镜单元150以及成像元件155和158容纳于壳体IOa内部。另外，台驱动单元110和透射照明单元120布置在可移动台12下方。环形照明单元130、同轴落射照明光源141、光接收透镜单元150以及成像元件155和158布置在可移动台12上方。该测量单元10将照明光施加至布置在可移动台12的检测区域13内的工件，并且接收透射光或反射光，以使得成像元件155和158形成图像，从而获取工件图像。分析该工件图像以测量工件的尺寸，从而使得测量结果显示在显示器11上。可以以不同的拍摄放大率拍摄可移动台12上的工件。例如，可以在低放大率拍摄与高放大率拍摄之间进行选择，其中，在低放大率拍摄中，将直径为25mm等级(order)的拍摄区域作为拍摄视�。诟叻糯舐逝纳阒校本段�6_等级的拍摄区域作为拍摄视场。通过以低放大率拍摄工件而获得的低放大率图像和通过以高放大率拍摄工件而获得的高放大率图像可以被电切换并显示在显示器11上。台驱动单元110是基于来自控制单元20的控制信号移动可移动台12的驱动单元，并且由Z驱动部11和XY驱动部112组成。Z驱动部111是用于在拍摄轴方向上调整工件的位置的Z位置调整部，其在Z轴方向上在预定范围内移动可移动台。XY驱动部112是用于调整工件在拍摄区内的位置的XY位置调整部，其在X轴方向和Y轴方向上在预定范围内移动可移动台12。透射照明单元120是用于将来自下方的照明光施加至布置在可移动台12的检测区域13内的工件的照明装置，并且由透射照明光源121、反射镜122和光学透镜123组成。从透射照明光源121发射的透射照明光被反射镜122反射并经由光学透镜123发射。该透射照明光透过可移动台12，并且一部分透射光被工件阻断，同时其他部分的透射光入射在光接收透镜单元150上。透射照明适合于测量工件的外形和通孔的内径。环形照明单元130是用于将照明光从上方施加至可移动台12上的工件的落射照明装置，并且由围绕光接收透镜单元150的光接收部的环状光源组成。该环形照明单元130是能够执行单独照明的照明装置，并且可以点亮该单元的整个周边或者仅其一部分。同轴落射照明光源141是用于将发射光轴与拍摄轴基本上相同的照明光从上面施加至可移动台12上的工件的光源。在光接收透镜单元150A内部，布置有用于将照明光分到发射光轴和拍摄轴的半反射镜142。落射照明适合于测量具有不同平面的工件的尺寸。作为工件照明方法，可以选择透射照明、环形照明或同轴落射照明。特别地，可以针对每个工件自动切换希望测量的位置和照明方法，以执行尺寸测量。光接收透镜单元150是由光接收透镜151、半反射镜152、光阑板153和156以及图像形成透镜154和157组成。光接收透镜单元150接收透射照明光和被工件反射的光，以使得成像元件155和158形成图像。光接收透镜151是与可移动台12相对布置的物镜，并且共同用于高放大率拍摄和低放大率拍摄。该光接收透镜151具有即使当工件在Z轴方向上的位置改变时也保持图像的大小不变的特性。光接收透镜151被称为远心透镜。光阑板153和图像形成透镜154是低放大率侧图像形成透镜部，并且与光接收透镜151布置在同一轴上。图像形成透镜154是与成像元件155相对布置的光学透镜。
另一方面，光阑板156和图像形成透镜157是高放大率侧图像形成透镜部，并且半反射镜152将高放大率拍摄轴从低放大率拍摄轴分支出来。图像形成透镜157是与成像元件158相对布置的光学透镜。成像元件155是低放大率的图像传感器，其在由光接收透镜单元150形成的低放大率视场内以低放大率拍摄工件，以生成低放大率图像。成像元件158是高放大率的图像传感器，其在由光接收透镜单元150形成的高放大率视场内以高放大率拍摄工件，以生成高放大率图像。高放大率视场是比低放大率视场更窄的拍摄视�。⑶倚纬稍诘头糯舐适映∧�。成像元件155和158均由半导体元件(诸如，CXD(电荷耦合器件)或CMOS(互补金属氧化物半导体))组成。在该尺寸测量设备I中，无论工件布置在何处以及以何种姿态布置，只要工件布置在可移动台12的检测区域13内，就可捕获工件，并且进而分析低放大率图像，以在X轴方向或Y轴方向上移动可移动台12，从而将工件自动转移到高放大率视场中。图3是示出图2的环形照明单元130的结构图的示图。该环形照明单元130由布置在圆周上的四个发光块131组成，并且可以任意选择发光块131来点亮。可以在测量位置信息中指定在尺寸测量时要点亮哪个发光块131。尤其在测量同一工件W的多个待测位置的情况下，可以指定针对这些待测位置中的每个位置点亮的发光块 131。<尺寸测量设备I的操作>图4的步骤SlOl至S103是示出图I的尺寸测量设备I的操作示例的流程图。在该尺寸测量设备I中，操作由三步处理组成，即，创建测量设置数据(步骤S101)、执行测量(步骤S102)以及显示测量结果(步骤S103)。测量设置数据是执行测量所需的信息，并且包括表示特征量的特征量信息、表示待测位置和测量类型的测量位置信息、以及表示关于每个待测位置的设计值和容限的设计值信息。特征量信息是用于分析工件图像以检测工件的位置和姿态的定位信息。特征量信息是基于预定主数据而设置的。应注意，当特征量信息和测量位置信息是基于高放大率图像而设置的信息时，将表示这种设置的区分信息保存为测量设置数据。在控制单元20中创建测量设置数据。替选地，可以存在将在诸如PC(个人计算机)的信息处理终端中创建的测量设置数据传送至控制单元20并且接着使用的构造。基于这样的测量设置数据执行测量处理。然后，通过测量而获得的尺寸值和质量确定结果显示在显示器11上，以对测量结果执行显示处理。〈测量设置数据的创建〉
图5的步骤S201至S205是示出图I的尺寸测量设备I在创建测量设置数据时的操作示例的流程图。该图示出在控制单元20中创建测量设置数据的情况。测量设置数据创建处理由以下所示的五个处理过程组成。首先，输入设计数据(步骤S201)。在输入设计数据时，获取用在特征量设置和形状比较中的主数据。主数据由通过拍摄主工件而获得的拍摄图像、或者借助于CAD创建的CAD (计算机辅助设计)数据或CAD图像组成。这里将描述使用通过拍摄主工件而获得的主图像作为主数据的情况的示例。接下来，设置特征量(步骤S202)。基于主图像设置特征量信息和测量范围，从而设置特征量。接下来，设置拍摄放大率(步骤S203)。在设置拍摄放大率时，针对在步骤S202中所设置的特征量来指定低放大率尺寸测量或高放大率尺寸测量，并且与特征量相关联地保存拍摄放大率信息。当设置了多个特征量时，将拍摄放大率信息与每个特征量相关联。接下来，指定待测位置和测量类型(步骤S204)。具体地，通过针对显示在显示器11上的主图像指定待测位置、边缘检测区域和测量方法，执行对待测位置和测量类型的指定。边缘检测区域是用于分析该区域内的图像数据的亮度的变化以提取边缘的图像处理区域。在指定测量类型时，选择以何种方式测量何处的测量方法。当完成对待测位置和测量类型的指定时，对主图像执行尺寸测量。即，针对主图像提取待测位置的边缘，以通过指定的测量方法计算待测位置的尺寸值。尺寸值的测量结果例如显示在主图像上。接下来，设置设计值和容限(步骤S205)。在设置设计值和容限时，根据需要改变针对每个待测位置所显示的尺寸值，并且将该尺寸值设置为设计值。另外，与该设计值相关联地设置容限。以此方式所创建的测量设置数据写入控制单元20内的存储器中。<拍摄视场>图6是示出在图I的尺寸测量设备I中所形成的拍摄视场的示例的示图，其示出低放大率视场的边界Al、高放大率视场的边界A2和这些视场的中心A3。该边界Al形成为圆形，并且表示可移动台12上的拍摄区域。当可移动台12位于基准位置时，低放大率拍摄区域与检测区域13—致。高放大率视场是比低放大率视场更窄的拍摄视场，并且被形成为具有与低放大率视场基本一致的视场中心A3。只要布置在这样的低放大率视场内，工件W可以以任意姿态和任意位置布置在可移动台12上。〈主图像〉图7A和图7B是示出图I的尺寸测量设备I在创建测量设置数据时的操作示例的示图，其示出通过拍摄主工件而获得的主图像Ml和M2。该图示出借助于透射照明进行拍摄的情况，其中，图7A示出通过以低放大率拍摄而获得的主图像M1，以及图7B示出通过以高放大率拍摄而获得的主图像M2。主工件是与作为待测对象的工件W具有相同形状的基准对象。主图像Ml用于指定工件W在通过以低放大率拍摄工件W而获得的低放大率图像内的位置和姿态。例如，从主图像Ml提取主工件的边缘Mll和M12，从而创建要利用工件W的低放大率图像检验的模式图像。主图像M2用于指定待测位置和测量方法。例如，可以针对主图像M2指定边缘检测区域M21。另外，主图像M2可以用于以高精度指定工件W在通过以高放大率拍摄工件W而获得的高放大率图像内的位置和姿态。<测量处理>图8的步骤S301至S315是示 出图I的尺寸测量设备I在测量时的操作示例的流程图。当工件W布置在可移动台12上并且通过对测量开始按钮16等的操作指定测量执行时，首先，以低放大率拍摄可移动台12上的工件W，以获取低放大率图像(步骤S301)。接下来，通过将先前登记的模式图像作为特征量信息来检验该低放大率图像，以指定工件W的诸如其位置和姿态的布置状态(步骤S302)。此时，当存在已经指定以低放大率进行尺寸测量的待测位置时，对待测位置执行尺寸测量(步骤S303)。具体地，指定待测位置，并且基于工件W的布置状态和先前登记的测量位置信息来提取边缘(步骤S305)。然后，基于所提取的待测位置的边缘，计算待测位置的尺寸值(步骤 S306)。另外，根据所算出的尺寸值与先前登记的设计值之间的差获得误差作为设计值信息，并且接着将该误差与关于该误差的容限进行比较(步骤S307)，以对每个待测位置执行质量确定并对工件W执行质量确定(步骤S308)。接下来，当存在已在测量位置信息中指定以高放大率进行尺寸测量的待测位置时，对待测位置执行尺寸测量(步骤S304)。具体地，基于工件W的布置状态和测量位置信息，在X轴方向或Y轴方向上移动可移动台12，以使工件W的待测位置保持在高放大率视场内(步骤S309)，并且以高放大率拍摄已移动到高放大率视场内的待测位置，从而获取高放大率图像(步骤S310)。然后，基于工件W的布置状态和测量位置信息，指定待测位置并执行边缘提取(步骤S311)。基于所提取的待测位置的边缘，计算待测位置的尺寸值(步骤S312)。另外，根据所算出的尺寸值与设计值之间的差获得误差，并且将该误差与对应于该误差的容限进行比较(步骤S313)，以对每个待测位置执行质量确定并对工件W执行质量确定(步骤S314)。当在指定以高放大率进行尺寸测量的待测位置当中存在不能保持在高放大率视场内的另一待测位置时，重复从步骤S309至S314的处理过程(步骤S315)。<工件图像>图9A和图9B是示出图I的尺寸测量设备I在测量时的操作示例的示图，其示出通过拍摄工件W而获得的工件图像Wl和W2。图9A示出通过以低放大率拍摄而获得的工件图像W1，以及图9B示出通过以高放大率拍摄而获得的工件图像WZ0利用登记为特征量信息的模式图像来检验工件图像W1，以指定工件W在工件图像Wl内的位置和姿态。基于这样描述的布置状态的这种检测结果来控制可移动台12，以将工件W自动转移到高放大率视�。佣袢」ぜ枷馱2作为待测位置的高放大率图像。图10是示出在显示测量结果时图I的尺寸测量设备I的操作示例的示图，示出其中布置有该测量结果的工件图像W2。从工件图像W2提取待测位置的边缘，以计算待测位置的尺寸值。诸如尺寸值的测量结果可以与工件图像W2—起显示在显示器11上。在该示例中，尺寸值“I. 789mm”和尺寸线与待测位置相关联地布置在工件图像W2上。图IlA至图IlC是示出在测量时图I的尺寸测量设备I的另一操作示例的示图，其示出低放大率测量和高放大率测量的顺序执行的状态。图IlA示出通过低放大率测量而获得的工 件图像W1，图IlB示出添加有通过低放大率测量而获得的尺寸值的工件图像W1，以及图IlC示出添加有通过高放大率测量而获得的尺寸值的工件图像W2。当作为待测对象的工件W中存在不能保持在闻放大率视场内的待测位直时，作为测量方法需要指定以低放大率对该待测位置进行尺寸测量。通过分析低放大率工件图像Wl获得已被指定以低放大率进行尺寸测量的待测位置的尺寸值。另一方面，可以通过分析高放大率工件图像W2以高精度获得保持在高放大率视场内的待测位置的尺寸值。〈控制单元20>图12是示出图I的控制单元20的结构示例的框图，其示出控制单元20内的功能构造的示例。该控制单元20包括拍摄控制部201、测量位置信息生成部202、特征量信息生成部203、测量设置数据存储部204、工件检测部205、台控制部206、边缘提取部207、尺寸值计算部208、质量确定部209和测量结果显示部210。拍摄控制部201基于来自测量单元10、键盘31和鼠标32的操作输入，生成用于控制测量单元10的成像元件155和158以及照明单元120、130和141的拍摄控制信号，并且将该信号输出至测量单元10。特征量信息生成部203生成用于从拍摄的图像检测工件W的特征量信息，并且将特征量信息作为测量设置数据存储在测量设置数据存储部204内。该特征量信息由检验模式图像组成，并且是基于通过以低放大率拍摄预定主工件而获得的主图像而生成的。测量位置信息生成部202基于操作输入生成由待测位置和测量方法组成的测量位置信息，并且将所生成的数据作为测量设置数据存储在测量设置数据存储部204内。该测量位置信息是通过针对通过以高放大率拍摄主工件而获得的主图像指定待测位置、测量类型和照明方法来生成的。测量设置数据存储部204保存特征量信息、测量位置信息和设计值信息作为测量设置数据。特征量信息是用于检测工件W在工件图像内的布置状态(诸如，位置和姿态)的用于检验的特征信息，并且由用于模式匹配的模式图像、用于几何形状相关搜索的几何形状信息、表示工件W的特征点的特征点信息组成。设计值信息由针对每个待测位置所设置的设计值和与该设置值相关联的容限组成。工件检测部205基于特征量信息指定工件图像W在低放大率工件图像Wl中的位置和姿态。具体地，将工件图像Wl与检验模式图像进行比较，以确定工件W的位置和姿态。台控制部206基于由工件检测部205指定的位置和姿态以及测量位置信息来生成用于控制可移动台12的台控制信号，以使工件W的待测位置保持在高放大率视场内。然后，台控制部206将所生成的信号输出至测量单元10。具体地，可移动台12针对已在测量位置信息中指定以高放大率进行尺寸测量的待测位置而移动，以使待测位置保持在高放大率视场内。
在台控制部206中，在存在不能保持在高放大率视场内的多个工件W的情况下，针对这些工件W顺序地移动可移动台12，以使各待测位置保持在高放大率视场内。另外，在针对同一工件W存在不能保持在高放大率视场内的多个待测位置的情况下，针对这些待测位置顺序地移动可移动台12，以使各待测位置保持在高放大率视场内。在待测位置移动到高放大率视场内时自动获取高放大率工件图像W2。边缘提取部207根据布置状态已由工件检测部205指定的工件的布置状态和测量位置信息指定待测位置，并且从工件图像提取测量位置信息的边缘。此时，从低放大率图像Wl对已在测量位置信息中指定以低放大率进行尺寸测量的待测位置进行边缘提�。⑶掖痈叻糯舐释枷馱2对已在测量位置信息中指定以高放大率进行尺寸测量的待测位置进行边缘提取。通过分析在测量位置信息中所指定的边缘检测区域内的图像数据中的相邻像素之间的亮度值变化来执行边缘提取。 尺寸值计算部208基于由边缘提取部207提取的边缘来计算待测位置的尺寸值，并且将所计算出的值输出至质量确定部209。具体地，借助于诸如最小平方法的统计技术将通过边缘提取所获得的多个边缘点与几何形状拟合，从而指定工件W的边缘。当工件W的边缘上的平行的两个线性部分例如被指定为待测位置时，计算这些直线之间的距离作为尺寸值。另外，当指定线性部分和特征点时，计算直线与特征点之间的距离作为尺寸值。此夕卜，当指定具有不同斜率的两个线性部分时，计算这些直线之间的角度作为尺寸值。而且，当将圆(弧)的一部分或整个圆指定为待测位置时，计算圆的直径、半径或中心坐标作为尺寸值。质量确定部209将由尺寸值计算部208计算出的尺寸值和与其对应的设计值之间所产生的差与对应的容限进行比较，以针对每个待测位置对尺寸值执行质量确定并对工件W执行质量确定。对尺寸值的质量确定是通过确定尺寸值与设计值之间的差(误差)是否在容限范围内来执行的。另外，基于针对每个待测位置进行的尺寸值的质量确定的结果执行对工件W的质量确定。测量结果显示部210创建用于显示尺寸值和对工件图像W2的质量确定的结果的画面数据，并且将所生成的数据输出至测量单元10。诸如尺寸值的测量结果可以通过任意指定针对尺寸测量所获取的工件图像W2中的任一个来显示。根据本实施例，即使当工件W以任意姿态和任意位置布置在可移动台12上时，也能将工件W自动转移到高放大率视场中，并且只要工件布置在低放大率视场内，就可以获得待测位置的尺寸值，因此，可以高精度地测量期望尺寸。另外，由于无论工件布置在何处以及以何种姿态布置，只要布置在低放大率视场内，就可以以高放大率测量工件W，因此，可以提高测量精度、同时简化尺寸测量的操作过程，并且还可以缩短尺寸测量所需的时间。此外，由于针对通过以高放大率拍摄主工件而获得的主图像M2来指定待测位置和测量方法，因此，可以以高放大率指定形状与主工件的形状相同的工件W的希望测量的位置。此外，由于基于通过以低放大率拍摄主工件而获得的主图像Ml而生成由校验模式图像组成的特征量信息，因此，在模式图像与通过以低放大率拍摄工件W而获得的低放大率图像之间进行检验可以精确指定形状与主工件的形状相同的工件W的位置和姿态。另外，由于顺序地移动可移动台12，以使得待测位置保持在高放大率视场内，因此，即使在存在不能保持在高放大率视场内的多个工件W的情况下，可以自动将这些工件W顺序地转移到高放大率视场内，以获得待测位置的尺寸值。此外，由于顺序地移动可移动台12以使得待测位置保持在高放大率视场内，因此，即使在针对同一工件W存在不能保持在高放大率视场内的多个待测位置的情况下，也可以自动将这些待测位置顺序地转移到高放大率视场内，以获得待测位置的尺寸值。另外，在本实施例中已描述了如下情况的示例从通过以低放大率拍摄的主工件而获得的主图像Ml创建检验模式图像，并且将该模式图像与工件图像Wl进行比较以指定工件W的位置和姿态，但本发明并不限于这样的配置。例如，可以配置成使得从以高放大率 拍摄主工件而获得的主图像M2创建检验模式图像，并且将该模式图像与高放大率工件图像W2进行比较，以高精度地对工件W执行定位。即，为了提高边缘检测的精确性，可以配置成使得使用从主图像M2获得的模式图像再次指定工件图像W在工件图像W2中的位置和姿态。另外，尽管已在本实施例中描述了电切换低放大率拍摄和高放大率拍摄的情况的示例，但是本发明未将用于切换拍摄放大率的方法限于上述示例。例如，本发明包括对可移动台12上的光接收透镜(物镜)进行机械切换的情况(所谓的旋转器类型)。即，相对于由光阑板、图像形成透镜和成像元件组成的一组图像形成单元来旋转由用于低放大率拍摄的光接收透镜和用于高放大率拍摄的光接收透镜组成的物镜单元，以在低放大率拍摄与高放大率拍摄之间进行切换。附图标记的说明I尺寸测量设备10测量单元IOa 壳体110台驱动单元111 Z 驱动部112 XY 驱动部120透射照明单元121透射照明光源122反射镜123光学透镜130环形照明单元141同轴落射照明光源142半反射镜150光接收透镜单元151光接收透镜152半反射镜153,156 光阑板154,157图像形成透镜155用于低放大率拍摄的成像元件158用于高放大率拍摄的成像元件11显示器
12可移动台13检测区域
14a XY位置调整旋钮14b Z位置调整旋钮15电源开关16测量开始按钮20控制单元201拍摄控制部202测量位置信息生成部203特征量信息生成部204测量设置数据存储部205工件检测部206台控制部207边缘提取部208尺寸值计算部209质量确定部210测量结果显示部31 键盘32 鼠标Al低放大率视场的边界A2高放大率视场的边界A3视场中心Ml, M2 主图像Mil, M12 边缘M21边缘检测区域W 工件Wl, W2工件图像
权利要求
1.一种尺寸测量设备，其中，形成低放大率视场、同时在所述低放大率视场内形成比所述低放大率视场窄的高放大率视�。⑶乙圆煌呐纳惴糯舐逝纳闾ㄉ系墓ぜ圆饬克龉ぜ某叽纾錾璞赴� 可移动台，其在XY方向上移动； 测量设置数据存储部，其保存特征量信息和测量位置信息，其中所述特征量信息用于从拍摄图像检测工件，所述测量位置信息表示被指定为待测对象的待测位置； 低放大率成像部，其以低放大率拍摄所述低放大率视场内的工件，以生成低放大率图像； 工件检测部，其基于所述特征量信息指定所述工件在所述低放大率图像中的位置和姿态； 台控制部，其基于所指定的位置和姿态控制所述可移动台，以使得所述工件的所述待测位置保持在所述高放大率视场内； 高放大率成像部，其以高放大率拍摄已移动到所述高放大率视场中的所述待测位置，以生成高放大率图像； 边缘提取部，其基于所述测量位置信息从所述高放大率图像中提取所述待测位置的边缘；以及 尺寸值计算部，其基于所提取的边缘获得所述待测位置的尺寸值。
2.根据权利要求I所述的尺寸测量设备，包括 测量位置信息生成部，其针对通过所述高放大率成像部以高放大率拍摄主工件而获得的主图像，指定待测位置和测量方法，以生成所述测量位置信息；以及 特征量信息生成部，基于通过所述低放大率拍摄部以低放大率拍摄所述主工件而获得的主图像，生成由检验模式图像组成的所述特征量信息。
3.根据权利要求I所述的尺寸测量设备，其中，在存在不能保持在所述高放大率视场内的两个以上的工件的情况下，所述台控制部针对这些工件顺序地移动所述可移动台，以使得各待测位置保持在所述高放大率视场内。
4.根据权利要求I所述的尺寸测量设备，其中，在针对同一工件存在不能保持在所述高放大率视场内的两个以上待测位置的情况下，所述台控制部针对各待测位置顺序地移动所述可移动台，以使得各待测位置保持在所述高放大率视场内。
5.根据权利要求I所述尺寸测量设备，其中， 所述边缘提取部基于低放大率图像对已在所述测量位置信息中指定以低放大率进行尺寸测量的待测位置执行边缘提取，并且 所述台控制部针对已在所述测量位置信息中指定以高放大率进行尺寸测量的待测位置来移动所述可移动台，以使得待测位置保持在所述高放大率视场内。
6.一种尺寸测量方法，其中，形成低放大率视场、同时在所述低放大率视场内形成比所述低放大率视场窄的高放大率视�。⑶乙圆煌呐纳惴糯舐逝纳闾ㄉ系墓ぜ圆饬抗ぜ某叽纾龇椒ò� 测量设置数据存储步骤，用于存储特征量信息和测量位置信息，其中，所述特征量信息用于从拍摄图像检测工件，所述测量位置信息表示指定为待测对象的待测位置； 低放大率成像步骤，用于以低放大率拍摄所述低放大率视场内的工件，以生成低放大率图像； 工件检测步骤，用于基于所述特征量信息指定所述工件在所述低放大率图像中的位置和姿态； 台控制步骤，用于基于所指定的位置和姿态在XY方向上控制所述可移动台，以使得所述工件的待测位置保持在所述高放大率视场内； 高放大率成像步骤，用于以高放大率拍摄已移动到所述高放大率视场中的待测位置，以生成高放大率图像； 边缘提取步骤，用于基于所指定的位置和姿态以及所述测量位置信息，从所述高放大率图像中提取所述待测位置的边缘；以及 尺寸值计算步骤，用于基于所提取的边缘获得所述待测位置的尺寸值。
7.一种用于尺寸测量设备的程序，在所述尺寸测量设备中，形成低放大率视场、同时在所述低放大率视场内形成比所述低放大率视场窄的高放大率视�。⑶乙圆煌呐纳惴糯舐逝纳闾ㄉ系墓ぜ圆饬抗ぜ某叽纾龀绦虬� 测量设置数据存储过程，用于存储特征量信息和测量位置信息，其中，所述特征量信息用于从拍摄图像检测工件，所述测量位置信息表示指定为待测对象的待测位置； 低放大率成像过程，用于以低放大率拍摄所述低放大率视场内的工件，以生成低放大率图像； 工件检测过程，用于基于所述特征量信息指定所述工件在所述低放大率图像中的位置和姿态； 台控制过程，用于基于所指定的位置和姿态在XY方向上控制所述可移动台，以使得所述工件的所述待测位置保持在所述高放大率视场内； 高放大率成像过程，用于以高放大率拍摄已移动到所述高放大率视场中的待测位置，以生成高放大率图像； 边缘提取过程，用于基于所指定的位置和姿态以及所述测量位置信息，从所述高放大率图像中提取所述待测位置的边缘；以及 尺寸值计算过程，用于基于所提取的边缘获得所述待测位置的尺寸值。
全文摘要
本发明提供了尺寸测量设备、尺寸测量方法和用于尺寸测量设备的程序。尺寸测量设备由如下构成可移动台；测量设置数据存储部，其保存特征量信息和测量位置信息；低放大率成像部，其以低放大率拍摄工件；工件检测部，其基于特征量信息指定工件在低放大率图像中的位置和姿态；台控制部，其基于所指定的位置和姿态控制可移动台，以使得工件的待测位置保持在高放大率视场内；高放大率成像部，其以高放大率拍摄待测位置；边缘提取部，其从高放大率图像中提取待测位置的边缘；以及尺寸值计算部，其基于所提取的边缘获得待测位置的尺寸值。
文档编号G01B11/00GK102628670SQ201210022439
公开日2012年8月8日 申请日期2012年2月1日 优先权日2011年2月1日
发明者川泰孝 申请人:株式会社其恩斯
专业数控铣床产品供应商
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