JP3513945B2 - Optical displacement measuring device - Google Patents

Optical displacement measuring device

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JP3513945B2
JP3513945B2 JP29085994A JP29085994A JP3513945B2 JP 3513945 B2 JP3513945 B2 JP 3513945B2 JP 29085994 A JP29085994 A JP 29085994A JP 29085994 A JP29085994 A JP 29085994A JP 3513945 B2 JP3513945 B2 JP 3513945B2
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、基準平面に対する物体
の表面の変位を測定する光学式変位測定装置に関するも
のである。 【0002】 【従来の技術】従来より、この種の光学式変位測定装置
として、特開平1−245103号公報に記載された技
術が知られている。この光学式変位測定装置は、図7に
示すように、半導体レーザや発光ダイオードのような投
光素子31と、投光素子31からの光を細く絞って光ビ
ームを形成する投光光学系32とによって投光手段3を
構成し、この光ビームを走査ミラー33で偏向させて
30の表面に照射し、光ビームによって物体30の表
面に形成される投光スポットをX方向に走査する。光ビ
ームの物体30の表面での拡散反射光は受光手段4に受
光されることによって物体30までのZ方向の距離が求
められる。すなわち、受光手段は受光光学系42を通
して投光スポットを受光素子41の受光面に結像させて
結像スポットを形成し、結像スポットの位置に応じて
光素子41から出力される位置信号を用いて演算手段に
おいて三角測量法に基づく演算を行なうことにより、各
走査位置における投光スポットまでの基準平面(一般
に、位置信号の中央に結像スポットが形成されるときの
測定条件を基準とし、この測定条件が成立するときの距
離に位置する平面を基準平面とする)に対する変位を測
定するように構成されている。投光スポットの走査位置
は、走査ミラー33から物体30に向かう光ビームの一
部を反射するハーフミラー34と、ハーフミラー34で
反射された光のX方向における走査位置を検出するPS
Dなどからなる位置センサ35とにより求めることがで
きる。したがって、物体表面の変位と光ビームの走査位
置とを対応付けることにより、物体表面の各位置におけ
る変位を測定することができるのである。言い換える
と、図8に示すように、投光手段3からの光ビームの光
軸上での物体30の位置がA,B,Cと変化すれば、受
光素子41の受光面上では結像スポットの位置が図の面
内でa,b,cと移動するから、図の面内での位置検出
が可能な一次元の位置センサを受光素子41に用いるこ
とにより、受光素子41の出力に基づいて結像スポット
の位置を検出すれば、受光光学系42と走査ミラー33
との距離を基線長とする三角測量法によって物体30ま
での距離を求めることができるのである。 【0003】変位は投光スポットの各位置で連続的には
測定せず、投光スポットを走査する線(すなわち走査
線)の上でサンプリングして走査線上の多数の測定点で
測定するのが一般的である。また、測定点は光ビームの
走査方向について一定の時間間隔ないし基準平面上で一
定の距離間隔になるように定められる。上記公報に記載
の装置では、隣合う各一対の測定点間での変位の差分を
求め、走査の時間順に並ぶ測定点の点列について、求め
た差分の符号が連続して同符号であると、差分の絶対値
を積算し、積算値が最大となる測定点を段差点とし、段
差点の走査位置おび変位に基づいて物体表面の段差の位
置や寸法を求めている。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】ところで、受光手段
に用いる受光素子41は、結像スポットの位置情報のみ
を含むものではなく受光量の情報も含んでいる。すなわ
ち、この種の受光素子41には、PSD、2個のフォト
ダイオードを結像スポットの移動方向に並べた素子、フ
ォトダイオードアレイ、CCDなどの各種素子を用いる
ことができ、PSDや2個のフォトダイオードを持つ素
子では結像スポットの位置に応じて比率の決まる一対の
信号を出力し、またフォトダイオードアレイやCCDで
も結像スポットの位置に応じた信号を出力する。ただ
し、いずれの受光素子41も出力される信号値は受光量
に応じて増減する。いま、結像スポットの位置に応じて
比率の決まる一対の信号を出力する素子で両信号の信号
値がI1 ,I2 であるときに、両信号を用いて変位に相
当する値を求めるとすると、(I1 −I2 )/(I1
2 )ないしこの形に類似した演算が必要になることが
知られている。この演算から明らかなように、分母であ
る(I1 +I2 )は受光素子41での全受光量であり、
この値を正確に求めなければ変位を精度よく求めること
はできない。また、各信号I1 ,I2 についても過大な
いし過小であると、演算手段での演算可能な範囲(たと
えば、増幅回路のダイナミックレンジ)から逸脱し、変
位を正確に求めることができない。 【0005】しかるに、物体30の表面の形状や材質に
よっては、受光量が測定可能な範囲を逸脱して物体30
の表面の変位を正確に求めることが困難になる場合があ
る。本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、そ
の目的は、受光量が過大ないし過小になっても正しいと
考えられる測定結果を得ることができるようにした光学
式変位測定装置を提供することにある。 【0006】 【課題を解決するための手段】本発明は、物体の表面を
投光スポットが移動するように光ビームを物体表面に走
査して投光する投光手段と、投光スポットの像を受光光
学系を通して受光素子の受光面に結像させ受光量と結像
スポットの位置との情報を含む位置信号を出力する受光
手段と、受光手段の出力に基づいて基準平面に対する物
体の表面の変位を光ビームの走査位置に対応付けた測定
結果を求める演算手段とを備える光学式変位測定装置
おいて、受光手段での受光量が規定の範囲外であるとき
に、上記範囲外になる直前に求めた光ビームの走査位置
と変位とを測定結果の走査位置および変位として代用す
る測定データ補正部を設けたものである。 【0007】 【0008】 【0009】 【作用】本発明の構成によれば、受光量が過大ないし過
小になる部分が存在する場合には、受光量が規定の閾値
を横切る直前の変位で代用する。一般的に言って、よほ
ど複雑な形状でなければ、受光量が過大になるのは受光
手段に投光ビームの正反射光が入射するような場合であ
り、受光量が過小になるのは物体の表面に凹みがあって
投光スポットの一部が受光素子の死角に入るような場合
や測定可能な変位の範囲を逸脱している場合である。そ
こで、これらの形状の変化は無視し、変化している部分
では変化の直前の変位で代用することで、測定結果の極
端な変動を抑制して物体の形状変化に比較的近い測定結
果を得るようにしているのである。 【0010】また、変位だけではなく走査位置も代用す
から、受光量が過大ないし過小になるように形状が変
化している部分で測定を行なわないことになり、正しく
測定が可能な部分のみの測定結果を得ることができるこ
とになる。 【0011】 【実施例】(基本構成) 図1は本発明の光学式変位測定装置の基本構成であっ
て、本発明の要旨とするところは、図1に示す変位セン
サ11および測定データ補正部12の箇所である。本例
では、物体表面の変位を計測し計測値を出力する変位計
測部1と、変位計測部1で計測すべき形状を指示したり
計測値を表示したりする処理設定部2とを分離可能に設
けてある。 【0012】変位計測部1は、物体の表面に光ビームを
照射して光ビームにより物体表面に形成される投光スポ
ットを走査し、投光スポットの軌跡の上での物体表面の
基準平面に対する変位を投光スポットの走査位置に対応
付けて検出する変位センサ11を備える。この変位セン
サ11は、物体表面に設定した線上において変位センサ
11との間の距離(もしくは基準平面に対する変位)
と、線上の位置とを対応付けて出力できるものであれば
どのようなものでもよいが、本例では、特願平5−33
758号において開示された変位センサ11を用いてい
る。この変位センサ11は、従来の技術として説明した
ものと同様であって、簡単に説明すると、投光ビームを
発生する光源としてレーザ光源や発光ダイオードを用い
るとともに、コリメートレンズなどによって平行光線束
の光ビームを形成し、ガルバノミラーのような偏向装置
を用いて光ビームを走査することによって、物体表面に
形成される投光スポットを走査するように投光手段を構
成してある。また、光ビームの照射方向とは異なる方向
の光軸を有した収束レンズよりなる受光光学系を通して
投光スポットの像をPSDやフォトダイオードアレイな
どの受光素子の受光面に結像スポットとして結像させる
受光手段を備える。ここで、受光素子は、物体表面まで
の距離に応じて結像スポットが移動する方向における位
置を検出することができる1次元のものでよい。この受
光素子の出力は結像スポットの位置情報とともに受光量
に関する情報も含んでいる。 【0013】しかるに、変位センサ1では、結像スポッ
トの位置に対応して受光素子から出力される結像スポッ
トの位置、光ビームの投光方向と受光レンズの光軸との
角度、光ビームの延長線と受光レンズの中心との距離、
受光レンズと受光素子との距離に基づいて三角測量法を
適用することによって、内蔵した演算手段により物体表
面までの距離を求める。また、投光スポットの走査位置
を検出するために、偏向装置と物体表面との間にハーフ
ミラーよりなるビームスプリッタを設けるとともに、ビ
ームスプリッタによって物体表面への光ビームから分離
された光ビームを別に設けた受光素子を設ける。すなわ
ち、この受光素子の出力によって投光スポットの走査位
置を検出するのである。投光スポットの走査位置は偏向
装置の駆動系において、光ビームの偏向角度から求める
ようにしてもよい。ここに、受光素子としてPSDのよ
うに結像スポットの位置に応じて信号値の比率が決定さ
れる2出力が得られるものを用いるのであれば、両信号
の差を両信号の和で除算することで、その除算結果が受
光素子の出力から物体表面までの距離や投光スポットの
走査位置に対応することになる。上記した変位センサ1
1の構成は一例であるが、この種の変位センサ11の構
成は周知である。 【0014】ところで、変位計測部1においては、変位
センサ11の出力値を投光スポットの走査範囲内でサン
プリングし、複数個の測定値を得るようになっている。
いま、投光スポットを一つの直線(走査線という)の上
で走査するものとし、走査線の方向をX方向、変位セン
サ11での変位の測定方向をZ方向とする。変位センサ
11は各測定点の座標(Xi ,Zi )を出力し(i=
1,2,……)、この座標は測定データ補正部12に入
力される。 【0015】測定データ補正部12は、変位センサ11
に設けた受光手段での受光量が過大になると、受光量が
過大になる直前の測定結果で代用する。すなわち、物体
表面が走査線上では図2(a)に示すような変位を有し
ているものとし、このとき、図2(b)のように測定中
の一部箇所で受光量が過大になったとする。ここで、過
大か否かは受光量に閾値Tuを設定し、この閾値Tuを
超えると受光量が過大であると判断する。このように受
光量が過大になっている箇所では、変位センサ11から
出力される座標(図2(c)参照)のうちのZ方向の値
は信頼できず、また測定結果にばらつきが生じる。そこ
で、上述のように、受光量が過大になっている箇所では
受光量が過大になる直前の値で代用することにより、図
2(d)のように、受光量が過大になる前後の測定値を
結んだ形になり、結果的に比較的よい測定結果を得るこ
とができる。 【0016】変位センサ11に設けた受光手段での受光
量が過小である場合も同様であって、受光量が過小にな
る直前の測定結果で代用する。すなわち、物体表面が走
査線上では図3(a)に示すような変位を有しているも
のとし、このとき、図3(b)のように測定中の一部箇
所で受光量が過小になると(受光量が規定の閾値Tbよ
り下回ると)、その箇所では、変位センサ11から出力
される座標(図3(c)参照)のうちのZ方向の値を受
光量が過小になる直前の値で代用することにより、図3
(d)のように、受光量が過小になる前後の測定値を結
んだ形になり、比較的よい測定結果を得ることができ
る。 【0017】測定データ補正部12でZ方向の測定値を
補正された後の座標は変化点認識部13に入力され、測
定点の点列から物体表面での段部分などの境界とみなせ
る変化点が検出される。変化点は、次のようにして検出
される。まず、走査順に並んでいる測定点の点列につい
て、隣接する各測定点でのZ方向の差分DZi (=Z
i+1 −Zi )を求める。ここで、物体表面がほぼ平坦で
あって物体表面までの距離がほぼ一定であれば差分DZ
i はほぼ0になるが、物体表面に段差などがあると、差
分DZi は増加ないし減少することになる。そこで、正
負両方に適宜既定した閾値と差分DZi との大小関係を
求め、差分DZi が両閾値の範囲内である状態から、両
閾値の範囲外に変化したときには、測定点(Xi
i )を変化点とする。 【0018】さらに、測定点の点列について順次得られ
る差分DZi の増加傾向ないし減少傾向が連続する場
合、すなわち、差分DZi と差分DZi-1 (=Zi −Z
i-1 )とがともに両閾値の範囲外でありかつ正負の符号
が同符号である場合には、差分DZi の絶対値を前の差
分DZi-1 の絶対値に加算する。このようにして、差分
DZi が両閾値の範囲内になるか正負の符号が反転する
まで差分DZi の絶対値を加算を続け、加算値が極大に
なったときの測定点(Xi ,Zi )を変化点とする。 【0019】次に、変化点に基づいて演算点認識部14
で形状寸法の計測に用いる演算点を別に求める。演算点
を求める手法は、次のいずれかから選択される。以下の
手法の説明において、測定点の点列は左から順に並び、
Z方向の正の向きは変位センサ11との距離が近づく向
きを示しているものとする。 物体表面に角が形成される場合 (イ)変位センサ11との距離がほぼ一定な状態から変
位センサ11に次第に近づき、その後、次第に遠ざか
り、最後に変位センサ11との距離が再びほぼ一定にな
る場合には、測定点の点列に対して4個の変化点が得ら
れる。ここでは角を検出するから、2直線の交点に角が
存在するものと想定し、4個の変化点は2個ずつが各直
線の端点であると仮定する。そこで、左側の2個の変化
点を通る直線と右側の2個の変化点を通る直線とを求
め、両直線の交点を演算点とする。 【0020】(ロ)変位センサ11との距離がほぼ一定
な状態から変位センサ11に次第に近づき、その後、変
位センサ11との距離がほぼ一定になる場合には、−
(イ)と同様に、測定点の点列に対して4個の変化点が
得られる。ここで、角を挟む一方の直線は変位センサ1
1との距離がほぼ一定であるから、この直線の端点とな
る右側の2個の変化点のZ方向の座標を平均することで
直線を決定することができる。他方の直線については
−(イ)と同様に、左側の2個の変化点を結ぶ直線を用
いる。このようにして求めた2本の直線の交点を演算点
とする。 【0021】 物体表面に台状の突部が形成されてい
る場合 この場合は、のように突部を形成する各直線ごとに2
つの端点を求めるのではなく、突部の立ち上がり部分の
2点と、突部の先端縁の両端の2点との各角部で1個ず
つの変化点を得るようにする。本手法で求める演算点
は、主として突部のZ方向における寸法(突部の突出寸
法など)を求める際に有効である。 【0022】(イ)−A.突部の左右の立ち上がり部分
における演算点を求めるには、左端の変化点の左側の既
定個数の測定点を取り出し、取り出した測定点のZ方向
の座標を平均することで第1の直線を求める。求める演
算点は第1の直線上の点であって、左端の変化点の左隣
の測定点のX座標を有する。また、右端の変化点の右側
に既定個数の測定点を取り出し、取り出した測定点のZ
方向の座標を平均して第2の直線を求める。求める演算
点は第2の直線の上の点であって、右端の変化点の右隣
の測定点のX座標を有する。X座標については、差分D
i の増減している側(すなわち、左端の変化点であれ
ば右側、右端の変化点であれば左側)について、既定個
数の測定点を取り出し、取り出した測定点のX方向の座
標の平均値を用いることもできる。 【0023】(イ)−B.突部の先端縁については、中
間の2個の変化点のX座標とZ座標とをそれぞれ平均し
た座標の点を演算点とする。したがって、この演算点は
突部の先端縁における中央付近に設定されることにな
る。上述のようにして求めた3個の演算点を用いれば、
突部の突出寸法を容易に求めることができる(たとえ
ば、左右2個の演算点のZ座標の平均値と中間の演算点
のZ座標との差を突部の突出寸法とすればよい)。 【0024】(ロ)突部の先端縁と変位センサ11との
距離がほぼ一定である場合に、突部の先端縁を代表する
ような演算点を求める例であって、突部の突出寸法を求
めるのであれば、−(イ)−B.の手法に置き換え可
能な手法である。すなわち、−(イ)と同様の中間の
2個の変化点を求め、両変化点の間の測定点の点列につ
いて、変位センサ11との距離がもっとも近いかもっと
も遠い測定点を演算点とする。 【0025】(ハ)突部の先端縁と変位センサ11との
距離がほぼ一定である場合に、(ロ)の手法と同様に突
部の先端縁を代表するような演算点を求める例であり、
突部の突出寸法を求めるのであれば、−(イ)−B.
の手法に置き換え可能な手法である。すなわち、−
(イ)と同様に中間の2個の変化点を求め、各変化点か
ら見て差分DZi の増減がない向き(すなわち、左側の
変化点であれば右側、右側の変化点であれば左側)に既
定個数(この個数は任意に設定できる)だけ離れた位置
の測定点を演算点とする。 【0026】以上説明したような手法で演算点を求めれ
ば、突部の幅を測定するような場合に、測定精度が向上
することになる。たとえば、突部の幅などは変化点間の
距離として求めると、実際の寸法よりも大きくなること
があるが、−(イ)−A.の手法を用いて求めた演算
点を用いて突部の幅寸法を求めると、実際の寸法に対す
る誤差が小さくなる。つまり、演算点を導入すれば、寸
法の測定精度が向上し、また測定値の再現性も向上す
る。 【0027】上述の手法を用いて演算点を決定した後、
演算処理部15では演算点の座標を用いて物体表面の形
状について指定された寸法を求める。たとえば、上述し
たような突部などの幅寸法、突部の先端縁の中央位置の
ような2点間の中央位置、物体表面に形成された2つの
穴間のピッチ、段の段差や穴の深さ、段の中央の高さな
ど物体表面の特徴寸法となる各種寸法を演算処理部15
で求めることができるのである。 【0028】ここに、変化点認識部13で変化点を決め
る際の閾値、演算点認識部14で演算点を決める手法、
演算処理部15でどのような寸法を求めるかは、パラメ
ータ記憶部17に設定されたパラメータを用いて選択さ
れる。また、演算処理部15で用いる演算式は、あらか
じめ複数個が登録されており、パラメータの指定のみに
よってどの演算式を用いるかが選択されるようになって
いる。上述のようにして演算処理部15で求めた物体表
面の形状寸法に関する各種計測値は外部回路とのインタ
フェースである出力部16を通して外部に出力される。 【0029】処理設定部2は、上述したパラメータの設
定ないし確認や変位計測部1で求めた計測値の表示など
を行なう。すなわち、パラメータを入力するためのパラ
メータ入力部21、演算点を上述したどの手法で設定す
るかを選択する演算点設定部22、変位計測部1での計
測情報を表示する表示部23、設定したパラメータを変
位計測部1のパラメータ記憶部17に送信して格納し、
またパラメータ記憶部17に設定されたパラメータを読
み出すことができるパラメータ通信部24を備える。 【0030】パラメータ入力部21は、キーボードやデ
ィジタルスイッチを用いて構成され、表示部23は、測
定点、変化点、演算点を画像として表示することができ
るようにCRTや液晶表示器で構成される。演算点設定
部22には、変化点認識部13での変化点の検出手順、
演算点認識部14における演算点の設定手法、演算処理
部15における計測寸法の演算式と同じ処理が可能なよ
うに、同じプログラムが登録されており、パラメータ入
力部21から入力されたパラメータに応じてプログラム
の中から変位計測部1で用いるのと同じ処理手順を選択
できるようにしてある。 【0031】このように変位計測部1と処理設定部2と
の間では、処理手順に関してパラメータのみを授受すれ
ばよいから、パラメータ記憶部17の容量を小さくする
ことができる。また、1つの処理を記憶する容量が少な
くなり、たとえば、1つの物体の表面形状の計測に用い
る複数種類の処理をパラメータ記憶部17に一括して記
憶させておくことが可能になり、各箇所ごとにパラメー
タの指示のみで所定手順を切り換えることが可能にな
る。このような手法を用いることで、物体の形状計測の
精度が一層高くなる。 【0032】計測すべき物体に対して処理手順の妥当性
を検証する際には、表示部23での表示を見ながら、パ
ラメータ入力部21から設定可能なパラメータを入力す
ると、変化点や演算点に関する処理手法を選択すること
ができる。したがって、表示部23にメニュー形式など
を用いて設定可能なパラメータの種類を表示しておき、
パラメータ入力部21でパラメータを選択すれば、演算
点設定部22ではパラメータに対応する処理手順が起動
されるから、出力部16を通して受信した測定点のデー
タに対して変化点認識部13、演算点認識部14、演算
処理部15と同様の処理を行なって、表示部23には選
択したパラメータに対応する処理結果を即時に表示する
ことができ、最適なパラメータを容易に選択することが
できるのである。最適なパラメータが選択されると、パ
ラメータ通信部24を通してパラメータ記憶部17にパ
ラメータが格納され、変化点認識部13、演算点認識部
14、演算処理部15では、このパラメータに対応する
処理手順が起動される。すなわち、単にパラメータを選
択するだけで、プログラムの書換えを必要としないか
ら、処理手順の設定が容易になる。しかも、パラメータ
はパラメータ記憶部17に格納されるから、パラメータ
の設定後は処理設定部2を変位計測部1から切り離し
て、単独で用いることも可能である。この場合、変位計
測部1には出力部16からの出力結果を数値として表示
するものや、測定点、変化点、演算点を画像として表示
する機能のみを有したものを変位計測部1に接続してお
く。 【0033】さらに、上述したパラメータ記憶部17と
パラメータ通信部24との間では、双方向にデータを授
受することができるから、パラメータ記憶部17に格納
されたパラメータを処理設定部2から読み出して表示部
23に表示することができ、処理手順を容易に確認する
ことができる。このことによって、パラメータの変更な
どを容易に行なうことができるのである。 【0034】演算点設定部22の処理を概略説明する
と、まず変位計測部1から送信された物体表面の形状に
関する測定点のデータに基づいて、パラメータ入力部2
1で選択したパラメータに対応する処理手順で変化点を
検出し、同様に演算点に対応するパラメータを設定し、
そのパラメータに対応する演算点を実際に求めて表示部
23に表示する。このようにして所望するすべての演算
点を設定した後に、所望箇所の形状や寸法について出力
すべき情報に対応するパラメータを設定し、そのパラメ
ータに対応する演算を行なって表示部23に表示する。
このようにして、すべての設定が終了すれば、パラメー
タ通信部24を通してパラメータ記憶部16にパラメー
タを転送し、処理設定部2を変位計測部1から切り離
す。以上説明した構成について測定データ補正部12を
除いた他の構成は、先に出願した特願平6−77713
号に記載のものと同様である。 【0035】(実施例1基本構成 は、図2(a)に示すように、物体表面の変位
が比較的なだらかに変化する場合の例であったが、図4
(a)に示すように、物体表面の変位に急峻な立ち上が
りがある場合に基本構成の手法を適用すると、図4
(e)に示すように、測定値を十分に補正することがで
きない場合もある。図4(a)のような形状の物体で
は、測定データ補正部12での補正方法を変更し、角付
近で図4(b)のように受光量が閾値Tuを超えて過大
になったときには、変位センサ11の測定値は図4
(c)のようになるが、測定データ補正部12では、受
光量が閾値Tuを超える直前のZ方向の変位だけではな
くX方向の走査位置についても代用することで、図4
(d)のような物体の表面形状に比較的近い測定結果を
得ることができる。要するに、受光量が閾値Tuを超え
る範囲の変位センサ11での測定値は採用しないように
し、受光量が閾値Tu以下の範囲の測定値のみを用いる
のである。 【0036】本実施例の手法は、受光量が過小である場
合にも用いることができる。つまり、下限側の閾値を設
定しておき、受光量が下限側の閾値よりも下回る期間は
変位センサ11での測定値を採用しないのである。他の
構成および動作は基本構成と同様である。 (参考例本例 では、受光量が過小である場合における測定データ
補正部12での他の補正方法の例を示す。いま、投光ビ
ームの走査範囲と、受光量の上限および下限との関係
で、変位の測定範囲が図5(a)の斜線部のような範囲
に制限されているものとする。このとき、図5(a)の
ように、物体の表面に測定範囲を超える距離を有する部
位が存在する場合(たとえば、深い穴が形成されている
場合)には、その部分では投光ビームに対する反射光は
ほとんど得られず受光量が過小になる。このような形状
の物体について変位を求めると、受光量は図5(b)の
ようになり、変位センサ11での測定結果は図5(c)
のようになる。ここで、基本構成のように受光量が過小
になる直前の値で代用すると、変位が測定可能な範囲で
示されることになり、図5(e)のような測定結果にな
る。これは、実際の物体表面の形状に一致しないもので
ある。そこで、本例では、図5(a)に示すような形状
の物体を測定対象とする場合に、受光量が過小になる
と、測定可能な最遠方の変位が得られているとみなして
その値を代用するのである。つまり、図5(d)のよう
に、受光量が過小になった箇所では、変位が大きいこと
を示すことができる。他の構成および動作は基本構成
同様である。 【0037】(実施例2) 本実施例は、参考例の構成を実施例1の構成に組み合わ
せたものであって、測定データ補正部12のもっとも望
ましい実施態様である。すなわち、図2に示すように、
変位センサ11での受光量について上限の閾値と下限の
閾値とを設定しておき(S1)、受光量が両閾値の範囲
内であれば(S2)、変位センサ11での測定値を変化
点認識部13に与える。一方、受光量が上限の閾値を超
えている場合には(S3)、実施例1の手法を採用し、
位と走査位置との両方について、受光量が閾値を超え
る直前の値を用いるようにする(S4)。また、受光量
が下限の閾値を下回る場合には(S5)、実施例1と参
考例とのいずれかの手法を採用し、変位と走査位置との
両方について受光量が閾値を下回る直前の値を用いる
か、あるいは測定可能な最遠方の値を測定値として用い
るのである(S6)。 【0038】上述のような処理によって、受光量が過
大、過小になっても比較的よい測定結果を得ることがで
きる。他の構成および動作は基本構成、実施例1、参考
に準ずるものである。 【0039】 【発明の効果】本発明は、受光手段での受光量が規定の
範囲を逸脱したときに、受光量が規定の閾値を横切る直
前の変位で代用するので、測定結果の極端な変動を抑制
して物体の形状変化に比較的近い測定結果を得ることが
できるという利点がある。 【0040】また、変位だけではなく走査位置も代用す
るので、受光量が過大ないし過小になるように形状が変
化している部分で測定を行なわないことになり、正しく
測定が可能な部分のみの測定結果を得ることができると
いう利点がある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [0001] BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an object for a reference plane.
Optical displacement measuring device for measuring surface displacement
It is. [0002] 2. Description of the Related Art Conventionally, an optical displacement measuring apparatus of this kind has been known.
As a technique described in Japanese Patent Laid-Open No. 1-245103,
The art is known. This optical displacement measuring deviceIn FIG.
As shown, projections such as semiconductor lasers and light emitting diodes
The light from the light emitting element 31 and the light
The light projecting means 3 is formed by the light projecting optical system 32 that forms the beam.
And the light beam is deflected by the scanning mirror 33.object
body30Irradiates the surface of the object and the light beam30Table
Light spot formed on the surfaceIn the X directionScan. Light
The diffusely reflected light from the surface of the
The distance in the Z direction to the object 30 is obtained by being illuminated.
Can be That is,Light receiving means4Is the light receiving optical system42Through
Light emitting spot41Image on the light-receiving surface of
Forming an imaging spot, KnotDepending on the position of the image spotReceiving
From optical element 41Using the output position signalFor arithmetic means
InBy performing calculations based on triangulation,
Reference plane to the projected spot at the scanning position (general
At the time when an imaging spot is formed in the center of the position signal
Based on the measurement condition, the distance when this measurement condition is satisfied
The plane located at a distance is used as the reference plane.)
It is configured to determine.Scanning position of projection spot
Is one of the light beams traveling from the scanning mirror 33 to the object 30.
The half mirror 34 that reflects the part and the half mirror 34
PS for detecting the scanning position of reflected light in the X direction
It can be obtained by using the position sensor 35 composed of D or the like.
Wear.Therefore, the displacement of the object surface and the scanning position of the light beam
By matching the position to the
Displacement can be measured.Paraphrase
And the light of the light beam from the light projecting means 3 as shown in FIG.
If the position of the object 30 on the axis changes to A, B, C,
On the light receiving surface of the optical element 41, the position of the image spot is
A, b, and c move within the frame, so position detection in the plane of the figure
It is possible to use a one-dimensional position sensor capable of
With this, an image spot is formed based on the output of the light receiving element 41.
Is detected, the light receiving optical system 42 and the scanning mirror 33 are detected.
To the object 30 by triangulation with the distance to
The distance at can be determined. The displacement is continuously measured at each position of the projection spot.
A line that scans the projected spot without measurement (ie, scanning
Line) and sample at many measurement points on the scan line.
It is common to measure. The measurement point is
A certain time interval in the scanning direction or
It is determined so as to have a fixed distance interval. Described in the above publication
In the device described above, the difference in displacement between each pair of adjacent measurement points is calculated.
For the point sequence of the measurement points arranged in order of scanning time,
If the sign of the difference is the same, the absolute value of the difference
And the measurement point at which the integrated value becomes the maximum
The position of the step on the object surface based on the scanning position and displacement of the difference point
Are looking for placement and dimensions. [0004] The light receiving means4
Light-receiving element used for41Is only the position information of the imaging spot
, But also information on the amount of received light. Sand
And this kind of light receiving element41Has a PSD and two photos
An element or diode with diodes arranged in the direction of movement of the imaging spot
Uses various elements such as photodiode arrays and CCDs
Element with PSD and two photodiodes
In the child, a pair whose ratio is determined according to the position of the imaging spot
Output signals, and use photodiode arrays or CCDs
Also outputs a signal corresponding to the position of the imaging spot. However
And any light receiving element41The signal value that is also output is the amount of received light
Increase or decrease according to. Now, depending on the position of the imaging spot
An element that outputs a pair of signals whose ratio is determined
Value is I1, ITwo, The displacement is compensated using both signals.
To find the corresponding value, (I1-ITwo) / (I1+
ITwo) Or the need for operations similar to this
Are known. As is clear from this calculation, the denominator
(I1+ ITwo) Is the light receiving element41Is the total amount of light received at
If this value is not determined accurately, the displacement must be determined accurately.
Can not. In addition, each signal I1, ITwoToo much about
If it is too small, the range that can be calculated by the calculation means (for example,
For example, deviating from the dynamic range of the amplifier circuit)
The position cannot be determined accurately. However, the object30Surface shape and material
Therefore, the object 30 may be out of the measurable range of the received light amount.
It may be difficult to accurately determine the surface displacement of
You. The present invention has been made in view of the above circumstances.
The goal is to be correct even if the amount of received light is too large or too small.
Optics that can provide possible measurement results
An object of the present invention is to provide a displacement measuring device. [0006] [Means for Solving the Problems]The present inventionThe surface of the object
Scan the light beam on the surface of the object so that the projection spot moves.
Light emitting means for inspecting and projecting light, and receiving light
Imaging on the light receiving surface of the light receiving element through the optical system
Light receiving that outputs a position signal containing information on the position of the spot
Means and an object to a reference plane based on the output of the light receiving means.
Measurement of body surface displacement corresponding to the scanning position of the light beam
Optical displacement measuring device having a calculation means for obtaining a resultTo
When the amount of light received by the light receiving means is out of the specified range
In addition, the scanning position of the light beam obtained immediately before the value falls outside the above range
And displacement as the scanning position and displacement of the measurement result.
The measurement data correction unit is provided. [0007] [0008] [0009] [Action]According to the configuration of the present invention,Too much or too much
Become smallPart existsIfThe light receivingQuantitative threshold
The displacement just before crossingI do.Generally speaking,
If the shape is not complicated, the amount of received light will be excessive
When the specular reflected light of the projection beam is incident on the
If the amount of received light is too small, there is a dent on the surface of the object.
When part of the projection spot enters the blind spot of the light receiving element
Or a range outside the measurable displacement. So
Here, these shape changes are ignored,
By substituting the displacement just before the change,
Measurement results that are relatively close to changes in the shape of the object by suppressing
They are trying to get results. [0010]The displacementNot just the scanning position
ToFrom the light receivingChange the shape so that the amount is too large or too small
Measurement will not be performed in the part where
The ability to obtain measurement results only for measurable parts
TonanaYou. [0011] 【Example】(Basic configuration) FIG. 1 shows the optical displacement measurement of the present invention.Basic configuration of the deviceSo
The gist of the present invention is that the displacement sensor shown in FIG.
And the measurement data correction unit 12.This example
Now, a displacement meter that measures the displacement of the object surface and outputs the measured value
The shape to be measured by the measuring unit 1 and the displacement measuring unit 1
The processing setting unit 2 for displaying measurement values is set to be separable.
There is. A displacement measuring unit 1 applies a light beam to the surface of an object.
A light projection spot formed on the object surface by the light beam
The object surface over the trajectory of the projected spot.
Displacement with respect to the reference plane corresponds to the scanning position of the projection spot
A displacement sensor 11 to be attached and detected. This displacement sensor
The sensor 11 is a displacement sensor on a line set on the surface of the object.
Distance to 11 (or displacement with respect to the reference plane)
And can be output in association with the position on the line
Anything is fine,This exampleThen, Japanese Patent Application No. 5-33
No. 758, the displacement sensor 11 is used.
You. This displacement sensor 11 has been described as a conventional technique.
It is similar to the one described above.
A laser light source or light emitting diode is used as the light source
And a collimated lens
Deflecting device, such as a galvanometer mirror, that forms a light beam
By scanning the light beam with the
The light emitting means is configured to scan the formed light spot.
It has been done. Also, the direction different from the light beam irradiation direction
Through a light-receiving optical system consisting of a convergent lens with an optical axis of
The image of the projected spot can be used as a PSD or photodiode array.
Focusing on the light receiving surface of any light receiving element as an image spot
Light receiving means is provided. Here, the light receiving element extends to the surface of the object.
Position in the direction in which the imaging spot moves according to the distance of
It may be a one-dimensional one that can detect the position. This receiving
The output of the optical element is the amount of light received along with the position information of the imaging spot.
It also contains information about However, in the displacement sensor 1, the imaging spot
Imaging spots output from the light-receiving element corresponding to the
Position of the light beam, the projection direction of the light beam and the optical axis of the light receiving lens.
Angle, the distance between the extension of the light beam and the center of the receiving lens,
Triangulation based on the distance between the receiving lens and the receiving element
By applying, the object table can be displayed by the built-in arithmetic means.
Find the distance to the surface. Also, the scanning position of the projection spot
Halfway between the deflector and the object surface to detect
In addition to providing a beam splitter consisting of a mirror,
Beam splitter separates light beam from object surface
A light receiving element provided separately with the light beam is provided. Sand
The scanning position of the projected spot is determined by the output of the light receiving element.
The position is detected. The scanning position of the projected spot is deflected
Obtained from the deflection angle of the light beam in the drive system of the device
You may do so. Here, PSD is used as the light receiving element.
The ratio of the signal value is determined according to the position of the imaging spot.
If two outputs are obtained, both signals
Is divided by the sum of the two signals, and the result of the division is received.
The distance from the output of the optical element to the surface of the object and the projection spot
It will correspond to the scanning position. Displacement sensor 1 described above
1 is an example, the structure of this type of displacement sensor 11 is shown.
Configuration is well known. By the way, in the displacement measuring section 1, the displacement
The output value of the sensor 11 is sampled within the scanning range of the projection spot.
To obtain a plurality of measured values.
Now, let the projection spot be on one straight line (called a scanning line).
Scan direction, the scanning line direction is the X direction,
The direction of measurement of the displacement at the sensor 11 is defined as the Z direction. Displacement sensor
11 is the coordinates (Xi, Zi) Is output (i =
1, 2,...), These coordinates are input to the measurement data correction unit 12.
Is forced. The measurement data correction unit 12 includes a displacement sensor 11
If the amount of light received by the light receiving means provided in the
Substitute the measurement result just before it becomes excessive. That is, the object
The surface has a displacement on the scanning line as shown in FIG.
At this time, during the measurement as shown in FIG.
It is assumed that the amount of received light has become excessive at a part of. Where
To determine whether the light amount is large or not, a threshold value Tu is set for the amount of received light.
If it exceeds, it is determined that the amount of received light is excessive. Like this
In places where the amount of light is excessive, the displacement sensor 11
The value in the Z direction of the output coordinates (see FIG. 2C)
Is unreliable and the measurement results vary. There
So, as described above, in places where the amount of received light is excessive
By substituting the value immediately before the received light amount becomes excessive,
As shown in 2 (d), the measured values before and after the received light amount becomes excessive
The result is a tied shape that results in relatively good measurement results.
Can be. Light reception by the light receiving means provided in the displacement sensor 11
The same applies to the case where the light amount is too small.
Substitute with the measurement result just before. That is, the object surface runs
On the line of sight, there is a displacement as shown in FIG.
At this time, as shown in FIG.
If the amount of received light is too small at the place (the amount of received light
At that point, the output from the displacement sensor 11
Of the coordinates (see FIG. 3C) in the Z direction.
By substituting the value immediately before the light quantity becomes too small, FIG.
As shown in (d), the measured values before and after the received light amount becomes too small are calculated.
Shape and provide relatively good measurement results.
You. The measured data in the Z direction is measured by the measured data corrector 12.
The corrected coordinates are input to the change point recognition unit 13 and measured.
It can be regarded as a boundary such as a step on the object surface from a series of fixed points
Change point is detected. Change points are detected as follows
Is done. First, the point sequence of the measurement points arranged in the scanning order is described.
And the difference DZ in the Z direction at each adjacent measurement pointi(= Z
i + 1-Zi). Here, the object surface is almost flat
If the distance to the object surface is almost constant, the difference DZ
iIs almost 0, but if there is a step on the surface of the object,
Minute DZiWill increase or decrease. So, positive
Threshold and difference DZ appropriately set for both negativeiRelationship with
Calculated and the difference DZiIs within the range of both thresholds,
When the value changes outside the range of the threshold value, the measurement point (Xi,
Zi) Is a change point. Further, a sequence of measurement points is sequentially obtained.
Difference DZiWhere the increasing or decreasing trend of
If the difference DZiAnd the difference DZi-1(= Zi-Z
i-1) Are out of the range of both thresholds and are positive / negative
Are the same sign, the difference DZiThe absolute value of the previous difference
Minute DZi-1To the absolute value of. In this way, the difference
DZiIs within the range of both thresholds or the sign is inverted
Difference DZ up toiContinue adding the absolute value of
Measurement point (Xi, Zi) Is a change point. Next, based on the change point, the operation point recognition unit 14
The calculation point used for the measurement of the shape dimension is separately obtained by. Calculation point
Is selected from any of the following. below
In the description of the method, the point sequence of the measurement points is arranged in order from the left,
The positive direction in the Z direction is the direction in which the distance to the displacement sensor 11 is approaching.
Is shown.   When corners are formed on the object surface (B) The distance from the displacement sensor 11 changes from a substantially constant state.
Gradually approaching the position sensor 11 and then gradually moving away
Finally, the distance from the displacement sensor 11 becomes substantially constant again.
In this case, four change points are obtained for the sequence of measurement points.
It is. Here, since the corner is detected, the corner is at the intersection of the two straight lines.
Assuming that there are four change points, two
Assume the end of the line. So the two changes on the left
Find a straight line passing through the point and a straight line passing through the two change points on the right.
Therefore, the intersection of both straight lines is set as the calculation point. (B) The distance from the displacement sensor 11 is almost constant
Gradually approaches the displacement sensor 11 from
When the distance from the position sensor 11 becomes substantially constant,-
As in (a), four change points are obtained for the point sequence of the measurement points.
can get. Here, one straight line sandwiching the corner is the displacement sensor 1
1 is almost constant, so
By averaging the coordinates in the Z direction of the two change points on the right
A straight line can be determined. For the other straight line
-As in (a), use a straight line connecting the two left transition points.
I have. The intersection of the two straight lines obtained in this way is calculated
And A trapezoidal projection is formed on the surface of the object.
If In this case, for each straight line forming the protrusion,
Instead of finding one end point,
Not one at each corner between two points and two points at both ends of the tip edge of the protrusion
To get two changes. Calculation point obtained by this method
Is the dimension of the projection in the Z direction (the dimension of the projection
Is effective when seeking the law. (A) -A. Right and left rising parts of the protrusion
In order to find the operation point at,
Take out a fixed number of measurement points, and Z direction of the taken out measurement points
The first straight line is obtained by averaging the coordinates of. The performance you want
The calculation point is a point on the first straight line, next to the leftmost change point
Has the X coordinate of the measurement point. Also, to the right of the rightmost transition point
A predetermined number of measurement points, and Z of the extracted measurement points
The coordinates of the directions are averaged to obtain a second straight line. Required operation
The point is a point on the second straight line, right next to the rightmost change point
Has the X coordinate of the measurement point. For the X coordinate, the difference D
Zi(Ie, at the leftmost change point)
If the change point at the right end, the left)
Take out the number of measurement points, and take the position of the taken out measurement point in the X direction.
The average value of the target can also be used. (A) -B. For the leading edge of the protrusion,
Average the X and Z coordinates of the two transition points between them, respectively
The point of the coordinate set is the calculation point. Therefore, this operation point is
It will be set near the center of the tip edge of the protrusion.
You. Using the three operation points obtained as described above,
The protrusion size of the protrusion can be easily obtained (for example,
For example, the average value of the Z coordinate of the two calculation points on the left and right and the calculation point in the middle
The difference from the Z coordinate may be used as the protrusion dimension of the protrusion.) (B) The distance between the tip edge of the projection and the displacement sensor 11
Represents the leading edge of the protrusion when the distance is almost constant
This is an example of calculating such calculation points, and calculating the protrusion size of the protrusion.
-(A) -B. Can be replaced with the method of
It is an effective technique. That is, the same intermediate as-(a)
Find two change points and find the point sequence of measurement points between both change points.
And the distance to the displacement sensor 11 is the shortest or more
The distant measurement point is set as the calculation point. (C) between the tip edge of the projection and the displacement sensor 11
When the distance is almost constant, a sudden
This is an example of calculating a calculation point that represents the leading edge of the part,
To obtain the protrusion dimensions of the protrusion,-(a) -B.
This is a method that can be replaced with the method described above. That is,-
In the same way as in (a), find the two intermediate transition points and determine whether each transition point
Difference DZiDirection (that is, the left side
If it is a change point, it is already on the right, if it is on the right, it is on the left).
Positions separated by a fixed number (this number can be set arbitrarily)
The measurement point of is used as a calculation point. The operation points can be obtained by the method described above.
For example, when measuring the width of a protrusion, measurement accuracy is improved.
Will be. For example, the width of the protrusion
When measured as distance, it will be larger than the actual size
But-(b) -A. Calculated using the method of
When the width of the protrusion is calculated using points,
Error is reduced. In other words, if you introduce calculation points,
Measurement accuracy and the reproducibility of measured values
You. After determining the operation points using the above-described method,
The arithmetic processing unit 15 calculates the shape of the object surface using the coordinates of the arithmetic point.
Find the dimensions specified for the shape. For example,
Width of the protrusion, etc.
The center position between the two points, the two formed on the object surface
The pitch between holes, the depth of steps, the depth of holes, the height of the center of steps, etc.
The arithmetic processing unit 15 calculates various dimensions that are characteristic dimensions of the object surface, such as
Can be found at Here, the change point is determined by the change point recognition unit 13.
Threshold value at the time of calculation, a method of determining a calculation point by the calculation point recognition unit 14,
The dimensions to be determined by the arithmetic processing unit 15 are determined by parameters.
Selected using the parameters set in the data storage unit 17.
It is. The operation expression used in the operation processing unit 15 is
Initially, multiple items are registered.
Therefore, it was decided which arithmetic expression to use
I have. The object table obtained by the arithmetic processing unit 15 as described above
Various measured values related to surface shape and dimensions are
It is output to the outside through the output unit 16 which is a face. The processing setting section 2 sets the above-described parameters.
Display or display of measured values obtained by the displacement measurement unit 1
Perform In other words, the parameter for entering the parameter
The meter input unit 21 is used to set the operation point by any of the methods described above.
Calculation point setting unit 22 for selecting whether or not
The display unit 23 for displaying measurement information changes the set parameters.
It is transmitted to and stored in the parameter storage unit 17 of the position measurement unit 1,
The parameter set in the parameter storage unit 17 is read.
It has a parameter communication unit 24 that can read out. The parameter input unit 21 has a keyboard and a
The display unit 23 is configured using digital switches.
Fixed points, change points, and calculation points can be displayed as images.
And a CRT and a liquid crystal display. Calculation point setting
The unit 22 includes a change point detection procedure in the change point recognition unit 13,
Calculation point setting method and calculation processing in calculation point recognition unit 14
The same processing as the calculation formula of the measurement dimensions in the part 15 is possible.
The same program is registered as shown
Program according to the parameters input from the force unit 21
Select the same processing procedure as used in the displacement measurement unit 1 from
I can do it. As described above, the displacement measuring unit 1 and the processing setting unit 2
In between, only parameters are exchanged for the procedure.
For this reason, the capacity of the parameter storage unit 17 is reduced.
be able to. In addition, the capacity for storing one process is small.
For example, used to measure the surface shape of one object
Multiple types of processing are collectively recorded in the parameter storage unit 17.
It is possible to remember
It is possible to switch between predetermined procedures only by
You. By using such a method, the shape of the object can be measured.
The accuracy will be higher. Validity of processing procedure for object to be measured
When verifying, while viewing the display on the display unit 23,
Input a settable parameter from the parameter input unit 21
To select a processing method for changing points and calculation points.
Can be. Therefore, a menu format or the like is displayed on the display unit 23.
Display the types of parameters that can be set using
If a parameter is selected in the parameter input unit 21, calculation
In the point setting unit 22, the processing procedure corresponding to the parameter is started.
The measurement point data received through the output unit 16
Change point recognition unit 13, calculation point recognition unit 14,
The same processing as the processing section 15 is performed, and the display section 23
Display the processing result corresponding to the selected parameter immediately
Can choose the best parameters easily
You can. Once the optimal parameters have been selected,
The parameter storage unit 17 through the parameter communication unit 24.
The parameters are stored, and the change point recognition unit 13 and the operation point recognition unit
14, the arithmetic processing unit 15 corresponds to this parameter.
The processing procedure is started. That is, simply select the parameters
Do you need to rewrite the program just by selecting
This makes it easy to set the processing procedure. Moreover, the parameters
Is stored in the parameter storage unit 17,
After setting, the process setting unit 2 is separated from the displacement measuring unit 1.
Alternatively, they can be used alone. In this case, the displacement meter
The output result from the output unit 16 is displayed on the measuring unit 1 as a numerical value.
Display, measurement points, change points, and calculation points as images
Connected only to the displacement measurement unit 1
Good. Further, the parameter storage unit 17 described above
Data is exchanged bidirectionally with the parameter communication unit 24.
Since it can be received, it is stored in the parameter storage unit 17.
The read parameters are read from the processing setting unit 2 and displayed on the display unit.
23 for easy confirmation of processing procedures
be able to. This allows for
What can be done easily. The processing of the calculation point setting unit 22 will be briefly described.
First, the shape of the object surface transmitted from the displacement measurement unit 1
Parameter input unit 2 based on the data of the measurement points
Change point is determined by the processing procedure corresponding to the parameter selected in 1.
Detect and set parameters corresponding to the calculation points in the same way,
Display the calculation point corresponding to the parameter
23. In this way all desired operations
After setting points, output the shape and dimensions of the desired location
Set the parameters corresponding to the information to be
The calculation corresponding to the data is performed and displayed on the display unit 23.
In this way, when all settings are completed,
Parameters to the parameter storage unit 16 through the data communication unit 24.
Transfer the data and disconnect the process setting unit 2 from the displacement measuring unit 1.
You. In the configuration described above, the measurement data correction unit 12
The other configuration except for the above is described in Japanese Patent Application No. 6-77713 filed earlier.
It is the same as that described in the item. (Example 1)Basic configuration Is the displacement of the object surface as shown in FIG.
FIG. 4 shows an example in which 変 化 changes relatively slowly.
As shown in (a), a steep rise in displacement of the object surface
When there isBasic configurationApplying the method of FIG.
As shown in (e), the measured value can be sufficiently corrected.
It may not be possible. An object with a shape as shown in FIG.
Changes the correction method in the measurement data correction unit 12
4 (b), the received light amount exceeds the threshold value Tu and becomes excessively large.
4, the measured value of the displacement sensor 11 is
As shown in (c), the measurement data correction unit 12
It is not only the displacement in the Z direction immediately before the light amount exceeds the threshold value Tu.
By substituting the scanning position in the X direction for FIG.
A measurement result that is relatively close to the surface shape of the object as shown in (d)
Obtainable. In short, the received light amount exceeds the threshold value Tu.
Do not use the values measured by the displacement sensor 11 in a certain range.
Only the measured value in the range where the amount of received light is equal to or less than the threshold Tu is used.
It is. The method of this embodiment is used when the amount of received light is too small.
Can also be used. In other words, a lower threshold is set.
If the amount of received light is below the lower threshold,
The value measured by the displacement sensor 11 is not used. other
Configuration and operationBasic configurationIs the same as (Reference example)This example Now, the measurement data when the amount of received light is too small
An example of another correction method in the correction unit 12 will be described. Now, the floodlight
Between the scanning range of the camera and the upper and lower limits of the amount of received light
And the displacement measurement range is the range as shown by the hatched portion in FIG.
Shall be restricted to At this time, in FIG.
Part having a distance beyond the measurement range on the surface of the object
Position is present (for example, a deep hole is formed
Case), the reflected light for the projected beam is
It is hardly obtained and the amount of received light is too small. Such a shape
When the displacement is obtained for the object of FIG.
The result of measurement by the displacement sensor 11 is shown in FIG.
become that way. here,Basic configurationLight intensity is too low
By substituting the value just before
This results in a measurement result as shown in FIG.
You. This does not match the shape of the actual object surface
is there. Therefore,This exampleThen, the shape as shown in FIG.
Received light is too small when measuring objects of different sizes
Assuming that the farthest measurable displacement has been obtained.
Substitute that value. That is, as shown in FIG.
In addition, in places where the amount of received light is too small, the displacement must be large.
Can be shown. Other configurations and operations areBasic configurationWhen
The same is true. (Example 2) In this embodiment,The configuration of the reference example is combined with the configuration of the first embodiment.
LetThe measurement data correction unit 12
This is a preferred embodiment. That is, as shown in FIG.
Regarding the amount of light received by the displacement sensor 11, the upper limit threshold and the lower limit
A threshold value is set (S1), and the amount of received light is within the range of both threshold values.
If it is within (S2), the measurement value of the displacement sensor 11 changes
This is given to the point recognition unit 13. On the other hand, the amount of received light exceeds the upper threshold
(S3),Example 1Adopt methodAnd
StrangeThe received light amount exceeds the threshold for both the position and the scanning position.
Is used (S4). Also, the amount of received light
Is less than the lower threshold (S5),Example 1
Any of the examplesAdopt methodAnd strangePosition and scanning position
Use the value just before the received light amount falls below the threshold for both
Or use the farthest measurable value as the measured value
That is (S6). Due to the above processing, the amount of received light is excessive.
It is possible to obtain a relatively good measurement result even if it is too large or too small.
Wear. Other configurations and operations areBasic configuration, Example 1, Reference
An exampleIt is based on. [0039] 【The invention's effect】The present inventionThe amount of light received by the light receiving
When out of rangeToImmediately after the light intensity crosses the specified threshold
Suppress extreme fluctuations in measurement results by substituting the previous displacement
To obtain a measurement result that is relatively close to the shape change of the object.
There is an advantage that you can. [0040]The displacementNot just the scanning position
Therefore, the shape is changed so that the amount of received light becomes too large or too small.
Measurement will not be performed in the part where
When it is possible to obtain measurement results for only the measurable part
There are advantages.

【図面の簡単な説明】 【図1】基本構成のブロック図である。 【図2】基本構成における受光量が過大である場合の動
作説明図である。 【図3】基本構成における受光量が過小である場合の動
作説明図である。 【図4】実施例1における受光量が過大である場合の動
作説明図である。 【図5】参考例における受光量が過小である場合の動作
説明図である。 【図6】実施例2における動作説明図である。 【図7】変位センサの概略構成図である。 【図8】変位センサの測定原理を説明する図である。 【符号の説明】 11 変位センサ 12 測定データ補正部
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram of a basic configuration . FIG. 2 is an operation explanatory diagram in the case where the amount of received light in the basic configuration is excessive. FIG. 3 is an operation explanatory diagram in a case where the amount of received light in the basic configuration is too small. FIG. 4 is an operation explanatory diagram in the case where the amount of received light is excessive in the first embodiment . FIG. 5 is an operation explanatory diagram in a case where the amount of received light is too small in the reference example . FIG. 6 is an operation explanatory diagram according to the second embodiment . FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a displacement sensor. FIG. 8 is a diagram illustrating a measurement principle of a displacement sensor. [Description of Signs] 11 Displacement sensor 12 Measurement data correction unit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−88726(JP,A) 特開 平4−364411(JP,A) 特開 平6−213631(JP,A) 実開 昭60−143306(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 11/00 - 21/30 G01B 5/00 - 5/30 G01C 3/06 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-6-88726 (JP, A) JP-A-4-364411 (JP, A) JP-A-6-213631 (JP, A) 143306 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01B 11/00-21/30 G01B 5/00-5/30 G01C 3/06

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 物体の表面を投光スポットが移動するよ
うに光ビームを物体表面に走査して投光する投光手段
と、投光スポットの像を受光光学系を通して受光素子の
受光面に結像させ受光量と結像スポットの位置との情報
を含む位置信号を出力する受光手段と、受光手段の出力
に基づいて基準平面に対する物体の表面の変位を光ビー
ムの走査位置に対応付けた測定結果を求める演算手段と
を備える光学式変位測定装置において、受光手段での受
光量が規定の範囲外であるときに、上記範囲外になる直
前に求めた光ビームの走査位置と変位とを測定結果の走
査位置および変位として代用する測定データ補正部を設
けて成ることを特徴とする光学式変位測定装置。
(57) [Claims 1] Light emitting means for scanning a light beam on the surface of an object so that the light emitting spot moves on the surface of the object and projecting the light, and receiving an image of the light emitting spot A light receiving means for forming an image on a light receiving surface of a light receiving element through an optical system and outputting a position signal including information on a light receiving amount and a position of an image forming spot; An optical displacement measuring apparatus comprising: an arithmetic means for obtaining a measurement result associated with a scanning position of a light beam; when the amount of light received by the light receiving means is out of a specified range,
Measure the scanning position and displacement of the light beam previously determined
Optical displacement measuring equipment, characterized by comprising providing a measurement data correcting section that substitute as 査position and displacement.
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