CN104061878A - 形状测量设备 - Google Patents

Abstract

一种形状测量设备，包括：照射部，用于利用线状的线激光来照射工件，所述照射部包括：光源，用于产生光；以及光学元件，用于使来自所述光源的光线状地散开并且生成所述线激光，所述光学元件被构造成能够绕所述线激光的光轴进行转动；以及摄像部，用于对所述工件所反射的线激光进行摄像。

Description

形状测量设备

技术领域

本发明涉及一种用于通过利用光照射待测物、并且对待测物进行摄像来测量该待测物的形状的形状测量设备。

背景技术

传统上，已知这样一种形状测量设备：该形状测量设备用于通过利用探测器扫描工件的表面、并且获取工件各部分的位置坐标等来测量工件的表面形状。

如日本特表2009-534969所述，已知的这类形状测量设备是用于在无需使探测器与工件表面接触的情况下来进行测量的非接触式设备。

在日本特表2009-534969所述的非接触式表面形状测量设备中，通过扫描探测器利用线状的线激光照射工件表面、并且相对于线激光的照射方向成预定角度对该表面进行摄像，来测量工件的表面形状。根据这类非接触式表面形状测量设备，无需担心工件表面的损坏，而且也无需要考虑由于探测器的磨损所导致的对于测量精度的影响。

此外，在上述的形状测量设备中，需要使线激光根据工件的形状而转动。在这种情况下，在日本特开2011-110675中，使扫描探测器整体转动，由此使线激光转动。然而，由于使扫描探测器整体转动，因此测量速度下降。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于提高测量速度的形状测量设备。

根据本发明的一种形状测量设备，包括：照射部，用于利用线状的线激光来照射工件，所述照射部包括：光源，用于产生光；以及光学元件，用于使来自所述光源的光线状地散开并且生成线激光，所述光学元件被构造成能够绕线激光的光轴进行转动；以及摄像部，用于对所述工件所反射的线激光进行摄像。

根据本发明，可以提供用于提高测量速度的形状测量设备。

附图说明

通过以下给出的详细说明以及附图将更加充分地理解本发明，其中附图仅是为了例示而给出的，因而并不限制本发明，并且其中：

图1是构成根据本发明的第一实施例的形状测量设备的系统的整体图；

图2是示出根据本实施例的光学探测器17的结构的图；

图3A和3B是示出使用光学探测器17所施加的线激光的示意图；

图4是示出光学探测器17的内部的配置的示意图；

图5A是示出根据本实施例的激光生成部172的示意图；

图5B是示出根据本实施例的激光生成部172的另一状态的示意图；

图6是示出根据本实施例的CMOS传感器1732的模式图；

图7是示出根据本实施例的CMOS传感器1732的模式图；

图8是表示光学探测器17的控制系统的框图；

图9是示出根据本实施例的形状测量设备的操作的流程图；以及

图10是示出根据另一实施例的形状测量设备的操作的流程图。

具体实施方式

将参考附图详细说明根据本发明的实施例的形状测量设备。图1是构成根据本实施例的形状测量设备的系统的整体图。如图1所示，通过安装根据本实施例的光学探测器17作为坐标测量机1的测量探测器，来构成该形状测量设备。该形状测量设备包括运动控制器2、操作板3和主机系统4。运动控制器2驱动和控制坐标测量机1，并且还从该坐标测量机1获取必要的测量坐标值。操作板3通过该运动控制器2手动操作该坐标测量机1。主机系统4编辑并执行用于指示运动控制器2中的测量过程的部分程序。另外，主机系统4具有用于进行用以使几何形状与通过运动控制器2所获取的测量坐标值进行拟合的计算、或者记录或发送该部分程序的功能。

如以下所述构成坐标测量机1。也就是说，将面板11置于防振台10上，从而使得面板11的上表面与作为基面的水平面一致，并且将X轴导轨13支撑在从该面板11的两侧端竖立的臂支撑体12a、12b的上端。通过Y轴驱动机构14在Y轴方向上驱动臂支撑体12a的下端，并且将臂支撑体12b的下端以通过空气轴承在Y轴方向上能够移动的方式支撑在面板11上。X轴导轨13驱动在X轴方向上垂直延伸的Z轴导轨15。Z轴导轨15设置有沿Z轴导轨15进行驱动的Z轴臂16，并且将非接触式光学探测器17安装至Z轴臂16的下端。另外，光学探测器17可以在水平面或垂直面上转动。

图2示出根据本实施例的光学探测器17的结构。如图2所示，光学探测器17具有机架171、配置在机架171内的激光生成部172、用于对工件进行摄像的摄像装置173、以及用于调整激光生成部172的控制电路174。另外，以下将说明激光生成部172的详细结构和对该结构的控制。

激光生成部172利用在与激光生成部172的光轴(扫描方向的中央部的光轴)和摄像装置173的光轴所形成的平面垂直的方向上延伸的线状的线激光来照射工件5，并且直线状地照射工件5的表面。

摄像装置173具有带通滤波器1731a、透镜1731b和用于通过带通滤波器和透镜来拍摄工件5的图像的CMOS传感器1732。将摄像装置173配置在用于从与利用来自光源的光照射工件5的方向成预定角度的方向上接收光的方向上。也就是说，利用线激光照射工件5的表面，并且通过摄像装置173从预定角度接收沿工件5的表面形状所反射的光。

图3A和3B是示出使用光学探测器17所应用的线激光的示意图。如图3A所示，当通过激光生成部172利用线状的线激光L1照射工件5时，线激光的反射光L1’沿工件5的表面变形，并且利用反射光L1’来区分在特定平面中切割工件5时的轮廓。如图3B所示，摄像装置173以与激光生成部172的激光的照射方向成预定角度来拍摄工件5的图像，并且拍摄反射光L1’的图像。

此外，在本实施例中，如图3A所示，激光生成部172可以使线激光L1绕光轴转动，并且生成线激光L2。

图4是示出光学探测器17的内部的配置的示意图。另外，在图4中省略带通滤波器1731a。根据本实施例的光学探测器17使用沙姆定律(scheimpflugprinciple)，并且如图4所示，分别从CMOS传感器1732的摄像面、包括透镜1731b的主点的主平面和照射工件5的线激光的照射面延伸出的面S1～S3相交于一个点P。通过这种配置，在CMOS传感器1732的整个摄像面上实现聚焦。

图5A是示出根据本实施例的激光生成部172的示意图。如图5A所示，激光生成部172具有：光源1721，用于施加激光；以及棒状透镜1722，用于使激光散开并且生成线激光。将棒状透镜1722嵌合到齿轮1723的开口1723a的下部。齿轮1723与齿轮1724啮合，并且齿轮1724的中心接合至马达1725的转动轴。如图5A所示，将来自光源1721的激光经由齿轮1723的开口1723a施加至棒状透镜1722，并且生成线激光L1。

图5B是示出激光生成部172的另一状态的示意图。如图5B所示，马达1725使棒状透镜1722经由齿轮1724、1723绕激光的光轴转动。据此，如图5B所示，线激光L1转动以生成线激光L2。

图6是示出根据本实施例的CMOS传感器1732的模式图。如图6所示，CMOS传感器1732具有X方向和Y方向上的2D阵列的像素传感器。例如，在本实施例中，CMOS传感器1732在线状的线激光的延伸方向上具有1024个光接收元件E，并且在与该延伸方向垂直的方向上具有1280个光接收元件E。

此外，CMOS传感器1732具有电子快门(卷帘快门)。在无需停止线激光的转动而连续驱动电子快门的情况下，可以在短时间内拍摄到多个图像。结果，可以缩短形状测量的时间。此外，电子快门的快门速度的提高可以防止由于基于线激光的转动的图像模糊所引起的测量精度的劣化。另外，为了获取能够计算工件5的形状的图像，可以将快门速度控制在能够确保所需光量的范围内。

例如，在CMOS传感器1732中，如图7所示，首先，在Y方向的大致中心的区域A内配置成一列的光接收元件同时接收光。随后，使线激光转动角度θ。然后，配置在区域A转动了角度θ所得的区域B内的光接收元件同时接收光。之后，同样使激光转动角度θ，并且配置在区域B转动了角度θ所得的区域C内的光接收元件同时接收光。然而，在这种测量中，CMOS传感器1732上的焦点偏移(misalignment of focal point)随着棒状透镜1722的转动而增大。例如，在区域B的两端的区域Ba内的光接收元件中，焦点发生偏移，并且在区域C的两端的区域Ca内的光接收元件中，焦点发生偏移。然后，区域Ca变得大于区域Ba。因而，如图7所示，在本实施例中，控制电路174去除了配置在CMOS传感器1732上的除椭圆形区域Z以外的区域中的光接收元件所接收到的光，计算工件5的形状，并且减少焦点偏移的影响。

图8是表示根据本实施例的光学探测器17的控制系统的框图。如图8所示，控制电路174具有CPU1741、与CPU1741连接的程序存储部1742、工作存储器1743和多值图像存储器1744。将CMOS传感器1732所获取的图像信息经由多值图像存储器1744输入至CPU1741。CPU1741控制马达1725的驱动状态。

接着，将参考图9来说明根据本实施例的形状测量设备的操作。图9是示出形状测量设备的操作的流程图。如图9所示，首先，控制电路174启用(点亮)光源1721(S101)。因此，利用线激光照射工件5。接着，控制电路174利用CMOS传感器1732获取工件5的图像(S102)。随后，控制电路174停用(熄灭)光源1721(S103)。

随后，控制电路174判断是否接受到结束命令(S104)。在没有接受到结束命令的情况下(S104中为“否”)，控制电路174使棒状透镜1722转动了预定角度(S105)，并且再次执行步骤S101的处理。另一方面，在接受到结束命令的情况下(S104中为“是”)，控制电路174基于所获取到的工件5的图像来计算工件5的形状(S106)。

在上述的本实施例中，如图5A和5B所示，棒状透镜1722绕线激光的光轴转动。据此，如图3A和3B所示，线激光也转动。结果，本实施例可以在无需使光学探测器17移动的情况下测量透镜形状的工件5的端部。也就是说，与使光学探测器17整体转动的情况相比，本实施例可以提高测量速度。

其它实施例

以上说明了根据本发明的形状测量设备的一个实施例，但是本发明不局限于上述实施例，并且可以在不脱离本发明的主旨的情况下进行各种改变、添加和替换等。例如，代替棒状透镜1722，可以形成柱面透镜。

此外，如图10所示，控制电路174可以在步骤S102之后判断是否接受到结束命令(S103a)。在这里没有接受到结束命令的情况下(S103a中为“否”)，控制电路174使棒状透镜1722转动了预定角度(S105)，并且再次执行步骤S102的处理。另一方面，在接受到结束命令的情况下(S103a中为“是”)，控制电路174停用(熄灭)光源1721(S104a)，之后执行步骤S106。另外，在图9和10中，例如，在获取到工件5的所有图像之后计算工件5的形状。然而，可以在获取到各工件5的图像之后计算工件5的形状。

Claims (3)

1.一种形状测量设备，包括：

照射部，用于利用线状的线激光来照射工件，所述照射部包括：

光源，用于产生光；以及

光学元件，用于使来自所述光源的光线状地散开并且生成线激光，所述光学元件被构造成能够绕线激光的光轴进行转动；以及

摄像部，用于对所述工件所反射的线激光进行摄像。

2.根据权利要求1所述的形状测量设备，其中，还包括：

多个光接收元件，其二维地排列在所述摄像部中，并且用于接收所述工件所反射的线激光并拍摄所述工件的图像；以及

控制部，用于在使所述光学元件转动的情况下，去除排列在椭圆形区域以外的区域内的光接收元件所接收到的光，并且计算所述工件的形状。

3.根据权利要求1或2所述的形状测量设备，其中，

所述光学元件是棒状透镜或柱面透镜。