DE102018008010A1

DE102018008010A1 - Kalibrationsverfahren einer bildmessvorrichtung und zugehöriges computerprogrammprodukt

Info

Publication number: DE102018008010A1
Application number: DE102018008010.3A
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro Takahama
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2017-10-18
Filing date: 2018-10-10
Publication date: 2019-04-18
Also published as: US20190113333A1; JP6945415B2; US10551174B2; CN109682297A; CN109682297B; JP2019074470A

Abstract

Diese Erfindung enthält einen Vorbereitungsschritt, bei dem ein Kalibrationswerkstück mit einer ebenen Reflexionsfläche als das Werkstück bereitgestellt wird und die Reflexionsfläche so angeordnet wird, dass sie parallel zu der normalen optischen Achse und orthogonal oder parallel zu Pixelmatrixrichtungen des Bilderfassungselements ist; einen Rotationsschritt, bei dem ein Prisma auf der normalen optischen Achse zentriert gedreht wird; einen Helligkeitsermittlungsschritt, bei dem die Helligkeit eines durch das Bilderfassungselement erfassten Bildes an jeder einer Vielzahl von Rotationspositionen des Prismas ermittelt wird; und einen Positionierungsschritt, bei dem das Prisma an einer Rotationsposition ausgerichtet wird, an der die durch den Helligkeitsermittlungsschritt ermittelte Helligkeit am größten ist.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Erfindung beansprucht die Priorität der japanischen Anmeldung Nr. 2017-201946 , eingereicht am 18. Oktober 2017, deren Offenbarung hier in ihrer Gesamtheit durch Querverweis ausdrücklich einbezogen ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft ein Kalibrationsverfahren einer Bildmessvorrichtung und ein zugehöriges Computerprogrammprodukt.
Beschreibung der verwandten Technik
Üblicherweise ist eine optische Interferenzmessvorrichtung bekannt, welche die Oberflächenform eines Werkstücks unter Verwendung von Helligkeitsinformationen in einem durch optische Interferenz erzeugten Interferenzmuster exakt misst. Beispielsweise enthält die in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2012-093166 offenbarte optische Interferenzmessvorrichtung ein optisches Interferenzsystem, welches Licht von einer Lichtquelle in Messlicht und Referenzlicht teilt und das Messlicht, welches von einem Werkstück reflektiert wird, und das Referenzlicht, welches von einer reflektierenden Ebene reflektiert wird, vereinigt. Während die optische Weglänge des Referenzlichts oder des Messlichts verändert wird, verwendet die optische Interferenzmessvorrichtung ein Bilderfassungselement, wie eine CCD-Kamera, zum Erfassen eines Interferenzbildes, welches eine zweidimensionale Verteilung der optischen Interferenzintensität zeigt. Ausgehend von den erfassten Bildinformationen kann dann die Oberflächenform des Werkstücks exakt gemessen werden, indem die Tiefenschärfe an jeder Messposition innerhalb des Bilderfassungssichtfelds ermittelt wird, an der die Intensität der optischen Interferenz einen Spitzenwert erreichte.
In den letzten Jahren sind Verfahren entwickelt worden, um exakte Betrachtungen einer Innenwand eines zylindrischen Werkstücks, wie beispielsweise eines Motorzylinders, unter Verwendung von optischen Interferenzmessvorrichtungen durchzuführen (beispielsweise die japanische Patentanmeldung Nr. 2016-034436 ). Die bei einem derartigen Verfahren verwendete optische Interferenzmessvorrichtung enthält eine Sonde, welche in das zylindrische Werkstück eingeführt werden kann, und ein optisches Interferenzsystem, welches durch die Sonde konfiguriert ist. Das optische Interferenzsystem enthält ein Prisma, welches Licht, welches sich entlang einer normalen optischen Achse fortbewegt, die im Wesentlichen koaxial mit der Achse der Probe ist, in Messlicht, welches sich in eine Richtung orthogonal zu der normalen optischen Achse fortbewegt, und Referenzlicht teilt, welches sich entlang der normalen optischen Achse fortbewegt; und vereinigt das von einem Werkstück reflektierte Messlicht und das von einer Referenzebene reflektierte Referenzlicht.
Bei einer derartigen optischen Interferenzmessvorrichtung ist es entscheidend, dass das Prisma richtig positioniert ist. Um einen optischen Bereich zu messen, welcher breiter als die Oberfläche des Werkstücks ist, wird beispielsweise die Sonde relativ zu dem Werkstück in einer vertikalen oder transversalen Richtung des Messbereichs verschoben, um Messbereiche zu ändern, und nach dem Durchführen der Messung für jeden Messbereich, werden Bilder der benachbarten Messbereiche zusammengefügt. Um Interferenzbilder zusammenzufügen sind dabei eine Verschiebungsachse der Sonde auf dem Bild und die vertikale oder transversale Richtung des Bildes vorzugsweise parallel zueinander.
Wenn jedoch eine Rotationsposition des auf der normalen optischen Achse zentrierten Prismas von der Position versetzt ist, die das Prisma einnehmen sollte, bewirkt dies, dass das Messlicht durch das Prisma gebeugt wird, und das Bild wird möglicherweise in einer Form erfasst, die von dem beabsichtigten Bild leicht gedreht ist. In einem solchen Fall ist die Verschiebungsachse der Sonde auf dem Bild schräg relativ zu der vertikalen und der transversalen Richtung des Bildes, und daher tritt in den Bildern der benachbarten Messbereiche ein Versatz an Randbereichen jedes Bildes auf. Folglich kann das Zusammenfügen der Bilder benachbarter Messbereich schwierig werden.
Ein ähnliches Problem tritt auch bei Messvorrichtungen auf, welche Messlicht beugen und ist nicht auf optische Interferenzmessvorrichtungen beschränkt. Insbesondere besteht bei einer Bildmessvorrichtung, welche einen optischen Achsenkonverter (durch das oben beschriebene Prisma oder dergleichen repräsentiert) enthält, ein ähnliches Problem, welches dadurch hervorgerufen ist, dass die Positionierung des optischen Achsenkonverters versetzt ist, da das von dem Werkstück reflektierte Messlicht in einer Richtung gebeugt wird, die entlang der normalen optischen Achse liegt, welche die optische Messachse des Messlichts schneidet.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe ist es, ein Kalibrationsverfahren einer Bildmessvorrichtung bereitzustellen, um einen optischen Achsenkonverter, welcher Messlicht beugt, richtig zu positionieren.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Spezielle Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem Aspekt wird ein Kalibrationsverfahren einer Bildmessvorrichtung bereitgestellt, welche einen optischen Achsenkonverter enthält, welcher Messlicht, welches von einem Werkstück reflektiert wird, in eine Richtung beugt, welche entlang einer normalen optischen Achse liegt, welche sich mit einer optischen Messachse des Messlichts schneidet, und ein Bilderfassungselement, welches das durch den optischen Achsenkonverter gebeugte Messlicht empfängt. Das Kalibrationsverfahren enthält einen Vorbereitungsschritt, bei dem ein Kalibrationswerkstück mit einer ebenen Reflexionsfläche als das Werkstück bereitgestellt wird und die Reflexionsfläche so angeordnet wird, dass sie parallel zu der normalen optischen Achse und orthogonal oder parallel zu Pixelmatrixrichtungen des Bilderfassungselements sind; einen Rotationsschritt, bei dem der optische Achsenkonverter auf der normalen optischen Achse zentriert gedreht wird; einen Helligkeitsermittlungsschritt, bei dem die Helligkeit eines durch das Bilderfassungselement erfassten Bildes an jeder einer Vielzahl von Rotationspositionen des optischen Achsenkonverters ermittelt wird; und einen Positionierungsschritt, bei dem der optische Achsenkonverter an einer Rotationsposition ausgerichtet wird, an der die durch den Helligkeitsermittlungsschritt ermittelte Helligkeit am größten ist.
Insbesondere wird zuerst der Vorbereitungsschritt durchgeführt, bei dem das Kalibrationswerkstück mit der ebenen Reflexionsfläche als das Werkstück bereitgestellt wird. Dabei werden Vorbereitungen für nachfolgende Schritte ausgeführt, indem die Reflexionsfläche des Kalibrationswerkstücks so angeordnet wird, dass sie parallel zu der normalen optischen Achse und orthogonal oder parallel zu den Pixelmatrixrichtungen des Bilderfassungselements ist.
Als nächstes werden der Rotationsschritt, bei dem der optische Achsenkonverter auf der normalen optischen Achse zentriert gedreht wird, und der Helligkeitsermittlungsschritt, bei dem die Helligkeit des Bildes an jeder der Vielzahl von Rotationspositionen der optischen Achsenkonverters ermittelt wird, durchgeführt. Dabei können der Rotationsschritt und der Helligkeitsermittlungsschritt die Helligkeit des Bildes jedes Mal ermitteln, wenn der optische Achsenkonverter um einen vorgegebenen Winkel gedreht wird, oder können die Helligkeit des Bildes kontinuierlich ermitteln, während der optische Achsenkonverter innerhalb eines vorgegebenen Winkelbereichs gedreht wird. Auch ist der der Gesamt-Rotationswinkel des optischen Achsenkonverters von dem Rotationsschritt aus nicht speziell eingeschränkt, doch wenn der optische Achsenkonverter vorab zu einem gewissen Grad ausgerichtet ist, ist der Gesamt-Rotationswinkel vorzugsweise nicht größer als 90°.
Bei dem Helligkeitsermittlungsschritt variiert die ermittelte Helligkeit des Bildes entsprechend der Rotationsposition des optischen Achsenkonverters. Wenn beispielsweise die optische Messachse orthogonal zu der Reflexionsfläche des Kalibrationswerkstücks ist, ist die Menge des auf das Bilderfassungselement treffenden Lichts am größten, und die Helligkeit des Bildes ist am größten. Wenn unterdessen die optische Messachse schräg zu der Reflexionsfläche des Kalibrationswerkstücks ist, wird die Menge des auf das Bilderfassungselement treffenden Lichts reduziert, und die Helligkeit des Bildes nimmt ab. Bei dem Helligkeitsermittlungsschritt kann die Helligkeit des Bildes auch durch eine Arbeitskraft ermittelt werden, welche ein auf einer Anzeige (unten beschrieben) angezeigtes Bild überprüft, oder die Helligkeit des Bildes (beispielsweise die Helligkeit eines vorgegebenen Koordinatenbereichs oder die mittlere Helligkeit des gesamten Bildes) kann mit einer Steuerung oder Regelung ermittelt werden, welche Operationen der als ein Helligkeitsdetektor (unten beschrieben) fungierenden Bildmessvorrichtung steuert oder regelt.
Als nächstes wird der Positionierungsschritt ausgeführt, bei dem der optische Achsenkonverter an der Rotationsposition ausgerichtet wird, an der die durch den Helligkeitsermittlungsschritt ermittelte Helligkeit am größten ist. Demgemäß wird der optische Achsenkonverter so positioniert, dass die optische Messachse orthogonal zu der Reflexionsfläche des Kalibrationswerkstücks ist. Mit anderen Worten: Der optische Achsenkonverter wird so positioniert, dass die optische Messachse orthogonal oder parallel zu den Pixelmatrixrichtungen des Bilderfassungselements ist. Die „Helligkeit“ des Bildes bedeutet einen Brillanzgrad des Bildes, und das Ermitteln des größten Helligkeitsgrads bedeutet das Ermitteln eines Zustands, in dem das Bild am brillantesten ist.
Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren wird der optische Achsenkonverter richtig in der Bildmessvorrichtung positioniert. Wenn die Sonde, welche den optischen Achsenkonverter enthält, beispielsweise relativ zu dem Werkstück in einer vertikalen oder transversalen Richtung eines Messbereichs verschoben wird, um Messbereiche zu ändern, ist folglich eine Verschiebungsachse des durch das Bilderfassungselement erfassten Bildes parallel zu der vertikalen oder der transversalen Richtung des Bildes. Daher kann ein Versatz an den Randbereichen jedes Bildes eingeschränkt werden, und die Bilder benachbarter Messbereiche können ohne weiteres zusammengefügt werden.
Bei dem Kalibrationsverfahren der Bildmessvorrichtung nach dem Obigen enthält die Bildmessvorrichtung ferner vorzugsweise einen Helligkeitsdetektor, welcher die Helligkeit des Bildes ermittelt, und bei dem Helligkeitsermittlungsschritt ermittelt der Helligkeitsdetektor die Helligkeit des Bildes. Gemäß diesem Verfahren kann die Helligkeit des Bildes als ein numerischer Wert ermittelt werden, und daher kann der optische Achsenkonverter exakter ausgerichtet werden.
Bei dem Kalibrationsverfahren der Bildmessvorrichtung gemäß dem Obigen enthält die Bildmessvorrichtung ferner vorzugsweise eine Anzeige, welche die Helligkeitsinformationen anzeigt, und bei dem Helligkeitsermittlungsschritt werden die Helligkeitsinformationen für jede der Vielzahl von Rotationspositionen des optischen Achsenkonverters auf der Anzeige angezeigt. Gemäß diesem Verfahren kann eine Arbeitskraft die Rotationsposition mit der größten Helligkeit ohne weiteres erkennen. Bei den Helligkeitsinformationen sollte es sich um mindestens eines von dem durch das Bilderfassungselement erfassten Bild und einem durch den Helligkeitsdetektor erfassten Wert für die Helligkeit (Helligkeitswert) handeln.
Gemäß einem anderen Aspekt wird ein Computerprogrammprodukt, welches insbesondere greifbar auf einem computerlesbaren Medium oder als Datenstrom vorliegt, zum Kalibrieren einer Bildmessvorrichtung bereitgestellt, wobei die Bildmessvorrichtung einen optischen Achsenkonverter hat, welcher Messlicht, welches von einem Werkstück reflektiert wird, in eine Richtung beugt, welche entlang einer normalen optischen Achse liegt, welche sich mit einer optischen Messachse des Messlichts schneidet, und ferner ein Bilderfassungselement hat, welches das durch den optischen Achsenkonverter gebeugte Messlicht empfängt, wobei das Computerprogrammprodukt computerlesbare Befehle umfasst, welche, wenn sie auf einem geeigneten System ausgeführt werden, die folgenden Schritte ausführen, umfassend: Empfangen von Daten, welche eine Reflexion von einer ebenen Reflexionsfläche eines Kalibrationswerkstücks betreffen, wobei die Reflexionsfläche so angeordnet ist, dass sie parallel zu der normalen optischen Achse und orthogonal oder parallel zu Pixelmatrixrichtungen des Bilderfassungselements ist; Veranlassen oder Steuern bzw. Regeln oder Auslösen, dass sich der optische Achsenkonverter auf der normalen optischen Achse zentriert dreht; Erfassen von Daten, welche die Helligkeit eines durch das Bilderfassungselement erfassten Bildes betreffen, an jeder einer Vielzahl von Rotationspositionen des optischen Achsenkonverters; und Bestimmen einer Ausrichtung des optischen Achsenkonverters an oder nahe einer Rotationsposition, an der die ermittelte Helligkeit am größten ist.
Gemäß einer speziellen Ausführungsform werden die Daten, welche die Helligkeit betreffen, durch einen Helligkeitsdetektor der Bilderfassungsvorrichtung gewonnen.
Ferner umfasst das Computerprogrammprodukt vorzugsweise das Bewirken, dass Helligkeitsinformationen der ermittelten Helligkeit für jede der Vielzahl von Rotationspositionen des optischen Achsenkonverters auf einer Anzeige der Bilderfassungsvorrichtung angezeigt werden.
Somit werden ein Kalibrationsverfahren einer Bildmessvorrichtung und ein zugehöriges Computerprogrammprodukt zum richtigen Positionieren eines optischen Achsenkonverters, welcher Messlicht beugt, bereitgestellt.
Figurenliste
Diese Erfindung wird in der folgenden ausführlichen Beschreibung unter Bezugnahme auf die aufgeführten mehreren Zeichnungen anhand nicht einschränkender Beispiele beispielhafter Ausführungsformen dieser Erfindung weiter beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen über die verschiedenen Ansichten der Zeichnungen hinweg ähnliche Teile repräsentieren. Es darauf hingewiesen, dass zwar Ausführungsbeispiele separat beschrieben sind, einzelne Merkmale derselben jedoch zu weiteren Ausführungsformen kombiniert werden können.

1 zeigt eine Außenansicht einer optischen Interferenzmessvorrichtung nach einer Ausführungsform dieser Erfindung und ist ebenso eine perspektivische Ansicht, welche eine Übersicht einer Steuerung oder Regelung schematisch darstellt;
2 ist eine Seitenansicht, welche eine Interferenzobjektiv und periphere Elemente in der optischen Interferenzmessvorrichtung nach der Ausführungsform darstellt;
3A und 3B sind schematische Ansichten, wobei 3A eine Anordnung eines Prismas beschreibt und 3B die Kippung eines Bildes beschreibt;
4A und 4B sind schematische Ansichten, wobei 4A eine Anordnung des Prismas beschreibt und 4B die Kippung eines Bildes beschreibt;
5A und 5B sind schematische Ansichten, wobei 5A eine Anordnung des Prismas beschreibt und 5B die Kippung eines Bildes beschreibt;
6A bis 6C sind schematische Ansichten, wobei 6A eine Anordnung des Prismas beschreibt, 6B die Helligkeit eines Bildes beschreibt und 6C ein Diagramm ist, welches die Beziehung zwischen dem Prismenwinkel und der Helligkeit des Bildes darstellt;
7 ist ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum Kalibrieren der optischen Interferenzmessvorrichtung nach der Ausführungsform beschreibt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die hier gezeigten Einzelheiten sind beispielhaft und dienen allein der darstellenden Erläuterung der Ausführungsformen dieser Erfindung und werden präsentiert, um das bereitzustellen, was als die nützlichste und am besten verständliche Beschreibung der Prinzipien und konzeptionellen Aspekte dieser Erfindung erachtet wird. In dieser Hinsicht wird nicht versucht, strukturelle Details dieser Erfindung ausführlicher darzustellen, als es für das grundlegende Verständnis dieser Erfindung notwendig ist, da die Beschreibung zusammen mit den Zeichnungen dem Fachmann verdeutlicht, wie die Formen dieser Erfindung in der Praxis ausgeführt sein können.
Nachfolgend wird eine spezielle Ausführungsform dieser Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Konfiguration der optischen Interferenzmessvorrichtung
Wie in den 1 und 2 dargestellt, enthält eine optische Interferenzmessvorrichtung 1 einen Tisch 10, eine Bühne 20, eine Haltesäule 31, einen Z-Achsen-Verschiebungsmechanismus 32, einen Sondenhaltemechanismus 41, eine Sonde 42, eine Steuerung oder Regelung 70 und/oder eine Anzeige 80. Die optische Interferenzmessvorrichtung 1 ist ein spezielles Beispiel einer Bildmessvorrichtung nach dieser Erfindung und ist eine Vorrichtung, welche in der Lage ist, die Oberflächenform eines Werkstücks ausgehend von einem Interferenzbild sehr detailliert zu messen. Zudem ist die Sonde 42 insbesondere so konfiguriert, dass sie ein Prisma 65, welches ein spezielles Beispiel eines optischen Achsenkonverters ist, und ein Bilderfassungselement 52 enthält, welches Messlicht empfängt, das durch das Prisma 65 gebeugt oder umgelenkt ist (siehe 2).
Die optische Interferenzmessvorrichtung 1 nach dieser Ausführungsform ist zum Messen einer Innenwand eines zylindrischen Werkstücks durch Einführen eines Spitzenabschnitts der Sonde 42 in das zylindrische Werkstück geeignet. Ein Beispiel für das zylindrische Werkstück kann beispielsweise ein Motorzylinder sein. Anstelle eines Werkstücks ist in den 1 und 2 jedoch ein Kalibrationswerkstück 90 dargestellt, um nachfolgend ein Kalibrationsverfahren für die optische Interferenzmessvorrichtung 1 zu beschreiben.
Insbesondere ist der Tisch 10 die Basis der optischen Interferenzmessvorrichtung 1. Die Bühne 20 ist auf dem Tisch 10 bereitgestellt und enthält eine Platzierungsfläche 21, welche parallel zu einer horizontalen Richtung (Richtung der XY-Ebene) ist, einen X-Achsen-Verschiebungsmechanismus 22 und einen Y-Achsen-Verschiebungsmechanismus 23. Das Werkstück ist auf der Platzierungsfläche 21 platziert. Die Platzierungsfläche 21 ist jeweils zur Verschiebung in Richtung der X- und/oder Y-Achse unter Verwendung des X-Achsen- Verschiebungsmechanismus 22 und/oder des Y-Achsen-Verschiebungsmechanismus 23 in der Lage.
Die Haltesäule 31 ist so bereitgestellt, dass sie entlang einer Richtung der Z-Achse von dem Tisch 10 (insbesondere von einer Oberfläche desselben) aus nach oben ragt, und hält ein Gleitstück 33 über den Z-Achsen-Verschiebungsmechanismus 32. Das Gleitstück 33 ist zur Verschiebung in Richtung der Z-Achse unter Verwendung des Z-Achsen-Verschiebungsmechanismus 32 in der Lage. Außerdem hält das Gleitstück 33 die Sonde 42 über einen Sondenhaltemechanismus 41.
Der Sondenhaltemechanismus 41 enthält insbesondere eine Rotationsantriebsvorrichtung 411 und/oder eine Linearantriebsvorrichtung 412. Die Rotationsantriebsvorrichtung 411 ist über ein in den Zeichnungen nicht gezeigtes Verbindungselement an dem Gleitstück 33 bereitgestellt und kann die Sonde 42 auf einer 0-Achse als Rotationsachse drehen, welche parallel zu der Z-Richtung ist. Die Linearantriebsvorrichtung 412 ist an der Rotationsantriebsvorrichtung 411 bereitgestellt und kann die Sonde 42 entlang einer W-Achse verschieben, welches eine Richtung parallel zu der XY-Ebene ist.
Die Sonde 42 hat eine Form, welche entlang der Z-Achse verläuft und ist an der Linearantriebsvorrichtung 412 derart angebracht, dass eine später beschriebene optische Messachse Am parallel zu der W-Achse ist. Zudem kann die Sonde 42 beispielsweise eine Lichtquelle, welches eine Weißlichtquelle ist (in den Zeichnungen nicht dargestellt), eine Bilderfassungsvorrichtung 50 und/oder ein Interferenzobjektiv 60 enthalten.
Die Bilderfassungsvorrichtung 50 enthält ein Gehäuse 51, welches an der Linearantriebsvorrichtung 412 angebracht ist, und das Bilderfassungselement 52, welches in dem Gehäuse 51 installiert ist. Das Bilderfassungselement 52 kann durch einen Bildsensor, wie beispielsweise einen CCD (Charged Coupled Device) oder CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) konfiguriert sein. Eine Lichtempfangsfläche 521 des Bilderfassungselements 52 ist so angeordnet, dass sie orthogonal zu der Z-Achse ist, und/oder ist einem optischen Weg des Interferenzobjektivs 60 über eine Öffnung (in den Zeichnungen nicht dargestellt), zugewandt, die im Boden des Gehäuses 51 ausgebildet ist. Außerdem sind eine Vielzahl von Pixeln, welche das Bilderfassungselement 52 konfigurieren, entlang zueinander orthogonalen ix- und iy-Richtungen auf einer Ebene orthogonal zu der Z-Achse angeordnet (siehe 3). Das Bilderfassungselement 52 ist so installiert, dass die ix- und die iy-Richtung (Pixelmatrixrichtungen) entweder orthogonal oder parallel zu der W-Achse der Linearantriebsvorrichtung 412 sind.
Das Interferenzobjektiv 60 ist so konfiguriert, dass es ein erstes Gehäuse 61, ein zweites Gehäuse 62, ein drittes Gehäuse 63, ein optisches Leitsystem 64, das Prisma 65 und/oder eine Referenzfläche 66 enthält.
Das erste Gehäuse 61 enthält in seinem oberen Abschnitt einen Verbinder 611, welcher mit der Bilderfassungsvorrichtung 50 drehbar verbunden ist. Dies ermöglicht es dem Interferenzobjektiv 60, sich nach Bedarf, beispielsweise zur Kalibration, relativ zu der Bilderfassungsvorrichtung 50 zu drehen.
Außerdem ist das optische Leitsystem 64 insbesondere in dem ersten Gehäuse 61 installiert, und eine Öffnung (in den Zeichnungen nicht gezeigt) für den optischen Weg ist im Oberteil und im Boden des ersten Gehäuses 61 ausgebildet. Das zweite Gehäuse 62 ist unter dem ersten Gehäuse 61 angebracht, und das Prisma 65 ist in dem zweiten Gehäuse 62 installiert. Eine Öffnung (in den Zeichnungen nicht gezeigt) für den optischen Weg ist im Oberteil und im Boden des zweiten Gehäuses 62 ausgebildet, und eine Messöffnung 621, welche der Vorderflächenseite des Prismas 65 (Messlichtemissionsseite, unten beschrieben) zugewandt ist, ist in der Seite des zweiten Gehäuses 62 ausgebildet. Das dritte Gehäuse 63 ist unter dem zweiten Gehäuse 62 angebracht, und die Referenzfläche 66 ist in dem dritten Gehäuse 63 installiert. Eine Öffnung (in den Zeichnungen nicht gezeigt) für den optischen Weg ist im Oberteil des dritten Gehäuses 63 ausgebildet.
Das optische Leitsystem 64 ist insbesondere durch optische Elemente, wie beispielsweise eine Vielzahl von Linsen konfiguriert und erweitert den Durchmesser des optischen Wegs eines von der Lichtquelle ausgesendeten Lichtstrahls und kalibriert den Lichtstrahl, sodass er paralleles Licht ist, welches entlang einer normalen optischen Achse As, welche parallel zu der Z-Achse ist, zu dem Prisma 65 hin ausgerichtet ist. Außerdem leitet des optische Leitsystem 64 zusammengefügtes Licht (unten beschrieben), welches von dem Prisma 65 emittiert wird, hin zu der Lichtempfangsfläche 521 des Bilderfassungselements 52. Die Mittelachsenlinie des ersten Gehäuses 61 ist im Wesentlichen koaxial mit der normalen optischen Achse As des optischen Leitsystems 64. Ferner sind die Linsen des optischen Leitsystems 64, die in 2 eingezeichnet sind, schematische Darstellungen.
Das Prisma 65 kann einen Halbspiegel konfigurieren, welcher beispielsweise 45° relativ zu der normalen optischen Achse As gekippt ist. Das Prisma 65 reflektiert Licht von dem optischen Leitsystem 64, sodass es als Messlicht dient, während das Übrige hindurch tritt, sodass es als Referenzlicht dient. Mit anderen Worten: Das Prisma 65 teilt das Licht von dem optischen Leitsystem 64 in Messlicht und Referenzlicht. Bei dieser Ausführungsform hat eine Seite des Prismas 65, welche eine Reflexionsfläche 650 konfiguriert, eine Seite 651, welche parallel zu der XY-Ebene und orthogonal zu der optischen Messachse Am ist (siehe 3A). Die Referenzfläche 66 kann beispielsweise ein scheibenartiger Spiegel sein und enthält eine Referenzebene 661. Die Referenzebene 661 reflektiert das durch das Prisma 65 geteilte Referenzlicht.
Das durch das Prisma 65 geteilte Messlicht bewegt sich entlang der optischen Messachse Am, welche orthogonal zu der normalen optischen Achse As ist, zu dem Werkstück (oder dem Kalibrationswerkstück 90), und nachdem das Messlicht von der Oberfläche des Werkstücks reflektiert worden ist, kehrt das Messlicht entlang der optischen Messachse Am zu dem Prisma 65 zurück. Unterdessen bewegt sich das durch das Prisma 65 geteilte Referenzlicht entlang einer optischen Referenzachse Ar, welche koaxial mit der normalen optischen Achse As ist, zu der Referenzfläche 66, und nachdem das Licht von der Referenzebene 661 der Referenzfläche 66 reflektiert worden ist, kehrt das Referenzlicht entlang der optischen Referenzachse Ar zu dem Prisma 65 zurück.
Das Prisma 65 fügt das durch die Referenzebene 661 reflektierte Licht mit dem durch das Werkstück reflektierten Messlicht zusammen und leitet das zusammengefügte Licht zu dem optischen Leitsystem 64. In dem zusammengefügten Licht wird zwischen dem Referenzlicht und dem Messlicht Interferenz erzeugt. Das zusammengefügte Licht tritt durch das optische Leitsystem 64 und trifft auf die Lichtempfangsfläche 521 des Bilderfassungselements 52. Das Bilderfassungselement 52 ist in der Lage ein Bild eines Interferenzmusters des einfallenden zusammengefügten Lichts zu erfassen.
Die Steuerung oder Regelung 70 steuert oder regelt Operationen der optischen Interferenzmessvorrichtung 1 durch Ausführen eines in einem internen Speicher gespeicherten Programms. Insbesondere kann die Steuerung oder Regelung 70 das Antreiben des X-Achsen-Verschiebungsmechanismus 22, des Y-Achsen- Verschiebungsmechanismus 23, des Z-Achsen-Verschiebungsmechanismus 32 und des Sondenhaltemechanismus 41 steuern oder regeln. Außerdem kann die Steuerung oder Regelung 70 ein durch das Bilderfassungselement 52 erfasstes Bild 82 auf der Anzeige 80 anzeigen und kann eine dreidimensionale Form der Werkstückoberfläche ausgehend von dem Bild 82 parsen. Die Steuerung oder Regelung 70 kann als Helligkeitsdetektor 71 fungieren. Der Helligkeitsdetektor 71 ermittelt die Helligkeit des durch das Bilderfassungselement 52 erfassten Bildes 82. Bei diesem Beispiel kann die durch den Helligkeitsdetektor 71 ermittelte Helligkeit des Bildes 82 beispielsweise die Helligkeit eines vorgegebenen Koordinatenbereichs des Bildes 82 sein oder kann die mittlere Helligkeit des Bildes 82 insgesamt sein. Die „Helligkeit“ des Bildes 82 bedeutet einen Brillanzgrad des Bildes 82, und der Helligkeitsdetektor 71 kann die Helligkeit des Bildes 82 unter Verwendung eines bekannten Verfahrens ermitteln.
Die Anzeige 80 zeigt das durch das Bilderfassungselement 52 erfasste Bild 82 und einen durch den Helligkeitsdetektor 71 ermittelten Wert für die Helligkeit (nachfolgend als der Helligkeitswert bezeichnet) 83 als Helligkeitsinformationen an. Bei dieser Ausführungsform zeigt die Anzeige 80 das Bild 82 innerhalb eines Anzeigeschirms 81 an und stellt auf dem angezeigten Bild 82 auch eine überlagerte Anzeige des Helligkeitswerts 83 bereit (siehe beispielsweise 3B). Bei dieser Ausführungsform sind die Steuerung oder Regelung 70 und die Anzeige 80 einstückig als ein PC (Personal Computer) konfiguriert.
Bei der wie oben beschrieben konfigurierten optischen Interferenzmessvorrichtung 1 wird die relative Positionierung der Sonde 42 gegenüber dem Werkstück durch den X-Achsen-Verschiebungsmechanismus 22, den Y-Achsen-Verschiebungsmechanismus 23, den Z-Achsen-Verschiebungsmechanismus 32 und die Rotationsantriebsvorrichtung 411 bestimmt. Zudem wird die W-Achsen-Richtung der Linearantriebsvorrichtung 412 auf der XY-Ebene durch Bestimmen der Rotationsposition der Sonde 42 relativ zu der θ-Achse unter Verwendung der Rotationsantriebsvorrichtung 411 bestimmt. Bei diesem Beispiel ist die W-Achsen-Richtung vorzugsweise eine Richtung orthogonal zu einer Messfläche des Werkstücks. Ferner verschiebt die Linearantriebsvorrichtung 412 die Sonde 41 in W-Achsen-Richtung, wodurch sie die Sonde 42 näher zu dem Werkstück hin oder weiter von diesem weg bringt. Während sich die Sonde 42 auf diese Weise verschiebt, erfasst das Bilderfassungselement 52 ein Bild eines vorgegebenen Bereichs des Werkstücks und ermöglicht es damit der Steuerung oder Regelung 70, ein Interferenzbild aufzunehmen, in dem die optische Weglänge des Messlichts verändert worden ist.
Kalibrationsverfahren der optischen Interferenzmessvorrichtuna
Die Kalibration der optischen Interferenzmessvorrichtung 1 wird unter Bezugnahme auf die 3A bis 7 beschrieben. Die 3A bis 5B stellen einen Zustand dar, in dem das Kalibrationswerkstück 90 anstelle des Werkstücks bereitgestellt ist. Normalerweise ist die Sonde 42 wie in 3A dargestellt angeordnet. Insbesondere ist das Bilderfassungselement 52 derart bereitgestellt, dass die ix-Richtung und die iy-Richtung (Pixelmatrixrichtungen) entweder orthogonal oder parallel zu der W-Achse sind, und das Prisma 65 ist so bereitgestellt, dass die optische Messachse Am parallel zu der W-Achse ist. Mit anderen Worten: Die optische Messachse Am ist parallel zu der W-Achse und ist parallel zu einer der Pixelmatrixrichtungen (der ix-Richtung in 3A) des Bilderfassungselements 52.
Bei diesem Beispiel wird ein Fall betrachtet, bei dem die Sonde 42 relativ zu dem Werkstück verschoben wird und der Messbereich des Werkstücks modifiziert wird. Dabei wird die Sonde 42 in der Z-Achsen-Richtung oder in einer Umfangsrichtung innerhalb der XY-Ebene verschoben, und das durch das Bilderfassungselement 52 erfasste Bild 82 wechselt entsprechend der Verschiebungsrichtung der Sonde 42. Wenn die Sonde 42, wie in 3A gezeigt, richtig positioniert ist, sind Verschiebungsachsen pX und pY der Sonde 42 in dem Bild 82 parallel zu einer transversalen Richtung oder einer vertikalen Richtung des Bildes 82, wie in 3B dargestellt. Folglich können die Bilder 82 benachbarter Messbereiche auf dem Werkstück ohne weiteres zusammengefügt werden.
Wenn, wie in den 4A und 5A gezeigt, das Prisma 65 von der richtigen Positionierung versetzt ist, ist die optische Messachse Am des Prismas 65 schräg zu der W-Achse und den Pixelmatrixrichtungen (ix-Richtung und iy-Richtung) des Bilderfassungselements 52 positioniert. In einem solchen Fall ist das durch das Bilderfassungselement 52 erfasste Bild 82 in einem von einem Ausgangszustand aus leicht gedrehten Zustand, welcher dadurch bedingt ist, dass Messlicht Lm durch das Prisma 65 gebeugt wird (siehe 4B und 5B). Dabei sind die Verschiebungsachsen pX und pY der Sonde 42 in dem Bild 82 schräg relativ zu der vertikalen Richtung und der transversalen Richtung des Bildes 82. Folglich wird ein Versatz an Randbereichen jedes Bilds 82 erzeugt, und daher kann das Zusammenfügen der Bilder 82 benachbarter Messbereiche schwierig werden.
Angesichts dessen wird bei dieser Ausführungsform, beispielsweise wenn das Interferenzobjektiv 60 an der Bilderfassungsvorrichtung 50 montiert wird, oder wenn die optische Interferenzmessvorrichtung 1 kalibriert wird, die optische Interferenzmessvorrichtung 1 wie nachstehend beschrieben kalibriert.
Zuerst wird das Kalibrationswerkstück 90 auf der Platzierungsfläche 21 der Bühne 20 angeordnet (Vorbereitungsschritt S1). Das Kalibrationswerkstück 90 enthält eine ebene Reflexionsfläche 91. Unter Verwendung von Chromablagerung oder dergleichen ist ein vorgegebenes Muster 84 auf der Reflexionsfläche 91 als ein Testbild ausgebildet. Zwar zeigen die 3B, 4B und 5B ein rechteckiges Muster 84, um die Beschreibung zu vereinfachen, doch ist das Muster des Testbildes nicht darauf beschränkt. Bei dem Vorbereitungsschritt 1 wird durch derartiges Positionieren der Reflexionsfläche 91 des Kalibrationswerkstücks 90, dass sie parallel zu der normalen optischen Achse As ist, eine Menge an durch das Bilderfassungselement 52 empfangenem Licht sichergestellt. Durch derartiges Positionieren der Reflexionsfläche 91 des Kalibrationswerkstücks 90, dass sie orthogonal zu der W-Achse ist, ist zudem die Reflexionsfläche 91 orthogonal oder parallel zu den Pixelmatrixrichtungen (ix-Richtung und iy-Richtung) des Bilderfassungselements 52 angeordnet. Dabei kann die Helligkeit des Bildes 82 an der aktuellen Rotationsposition des Interferenzobjektivs 60 ermittelt werden.
Als nächstes wird das Interferenzobjektiv 60, auf der normalen optischen Achse As zentriert, insbesondere um einen sehr kleinen Winkel gedreht (Rotationsschritt S2; siehe 6A). Bei diesem Beispiel ist der sehr kleine Winkel, um den das Prisma 65 gedreht wird, nicht speziell eingeschränkt, doch beträgt vorzugsweise von einigen Graden bis zu einigen Zehnergraden. Beispielsweise kann der sehr kleine Winkle durch eine manuelle Operation durch eine Arbeitskraft gedreht werden, oder der Verbinder 611 des Interferenzobjektivs 60 kann so konfiguriert sein, dass er sich mit einer vorgegebenen Teilung sehr leicht dreht. Die Rotation kann manuell und/oder computergesteuert oder computergeregelt erfolgen.
Als nächstes wird die Helligkeit des Bildes 82 an der aktuellen Rotationsposition des Interferenzobjektivs 60 ermittelt (Helligkeitsermittlungsschritt S3; siehe 6B). Insbesondere kann der Helligkeitsdetektor 71 die Helligkeit des Bildes 82 ermitteln und/oder die ermittelte Helligkeit in einem Speicher der Steuerung oder Regelung 70 oder dergleichen aufzeichnen. Zudem zeigt der Helligkeitsdetektor 71 den Helligkeitswert 83, welcher die ermittelte Helligkeit angibt, auf der Anzeige 80 an, und dadurch kann die Arbeitskraft den auf der Anzeige 80 angezeigten Helligkeitswert 83 überprüfen.
Bei dem Helligkeitsermittlungsschritt S3 variiert die ermittelte Helligkeit des Bildes 82 entsprechend dem Rotationswinkel des Prismas 65 von der richtigen Position (siehe 6C). Wenn beispielsweise die Richtung, in welche das Prisma 65 das Messlicht Lm aussendet (d.h. die optische Messachse Am des Prismas 65) orthogonal zu der Reflexionsfläche 91 des Kalibrationswerkstücks 90 ist, ist die Menge des auf das Bilderfassungselement 52 treffenden Lichts am größten, und die Helligkeit des Bildes 82 ist am größten. Wenn unterdessen die optische Messachse Am des Prismas 65 schräg zu der Reflexionsfläche 91 des Kalibrationswerkstücks 90 ist, ist die Menge des auf das Bilderfassungselement 52 treffenden Lichts reduziert, und die Helligkeit des Bildes 82 nimmt ab.
Als nächstes wird bestimmt, ob der höchste Helligkeitswert, welcher einen Spitzenwert (einen Helligkeitsspitzenwert) darstellt, ermittelt worden ist (Spitzenwertermittlungsschritt S4). Bei diesem Schritt kann der Helligkeitsdetektor 71 den Helligkeitsspitzenwert ausgehend von den aufgezeichneten Helligkeitswerten ermitteln und den ermittelten Helligkeitsspitzenwert auf der Anzeige 80 anzeigen. Zudem kann die Arbeitskraft den Helligkeitsspitzenwert ausgehend von dem auf der Anzeige 80 angezeigten Helligkeitswert 83 beurteilen.
Der oben beschriebene Ablauf von dem Rotationsschritt S2 bis zu dem Spitzenwertermittlungsschritt S4 wird wiederholt, bis ein Helligkeitsspitzenwert ermittelt oder kalkuliert oder bestimmt wird. Demgemäß wird die Helligkeit des Bildes 82 bei jeder einer Vielzahl von Rotationspositionen des Prismas 65 ermittelt. Zwar ist der Gesamtrotationswinkel des Prismas 65 von dem Rotationsschritt S2 aus nicht speziell eingeschränkt, doch wenn das Prisma 65 zuvor zu einem gewissen Maß ausgerichtet ist, beträgt der Gesamtrotationswinkel vorzugsweise nicht mehr als 90°. Wenn ein Helligkeitsspitzenwert bei dem Spitzenwertermittlungsschritt S4 ermittelt oder kalkuliert oder bestimmt wird, kalibriert die Arbeitskraft und/oder die Steuerung oder Regelung 70 insbesondere die Rotationsposition des Prismas 65, während sie auf den auf der Anzeige 80 angezeigten Helligkeitswert 83 Bezug nimmt, sodass der Helligkeitswert 83 im Wesentlichen des Helligkeitsspitzenwert zeigt. Demgemäß wird das Prisma 65 an der Rotationsposition ausgerichtet, an der der Helligkeitsspitzenwert ermittelt oder kalkuliert oder bestimmt wird (Spitzenwertposition) (Positionierungsschritt S5).
Mit dem Positionierungsschritt S5 wird das Prisma 65 so positioniert, dass die optische Messachse Am orthogonal zu der Reflexionsfläche 91 des Kalibrationswerkstücks 90 ist. Demgemäß ist das Prisma 65 so positioniert, dass die optische Messachse Am parallel zu der W-Achse ist; mit anderen Worten: so, dass die optische Messachse Am orthogonal oder parallel zu den Pixelmatrixrichtungen (ix-Richtung und iy-Richtung) des Bilderfassungselements 52 ist.
Wirkung der Ausführungsform
Die folgenden Vorteile können gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform erreicht werden. Gemäß dieser Ausführungsform ist bei der optischen Interferenzmessvorrichtung 1 die Rotationsposition des Prismas 65 um die normale optische Achse As richtig angeordnet. Bei der gemäß dieser Ausführungsform kalibrierten optischen Interferenzmessvorrichtung 1 können die Verschiebungsachsen pX und pY der Sonde 42 in dem Bild 82 im Wesentlichen parallel zu der transversalen und der vertikalen Richtung des Bildes 82 gemacht werden. Daher können die Bilder 82 benachbarter Messbereiche des Werkstücks ohne weiteres zusammengefügt werden.
Zudem führt bei dieser Ausführungsform die Steuerung oder Regelung 70 Operationen als Helligkeitsdetektor 71 aus, welcher die Helligkeit des Bildes 82 ermittelt. Mit dem Helligkeitsdetektor 71 wird die Helligkeit des Bildes 82 als ein numerischer Wert ermittelt, und daher kann die Rotationsposition des Prismas 65 um die normale optische Achse As genauer angeordnet werden. Ferner wird bei dieser Ausführungsform der Helligkeitswert 83, welcher die Helligkeit des Bildes 82 angibt auf der Anzeige 80 angezeigt. Daher kann die Arbeitskraft und/oder das System die Rotationsposition des Prismas 65 durch Bezugnahme auf den Helligkeitswert 83 kalibrieren, welcher auf der Anzeige 80 angezeigt ist.
Modifikation
Diese Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt und enthält Modifikationen innerhalb eines Umfangs, welcher in der Lage ist, die Vorteile dieser Erfindung zu erreichen.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird das Bild 82 auf der Anzeige 80 angezeigt, doch die Anzeige des Bildes 82 kann ausgelassen werden. Mit anderen Worten: Der Helligkeitswert 83 kann die einzige Helligkeitsinformation sein, die auf der Anzeige 80 angezeigt wird.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform führt die Steuerung oder Regelung 70 Operationen als Helligkeitsdetektor 71 aus. Diese Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und das Bild 82 kann die einzige Helligkeitsinformation sein, die auf der Anzeige 80 angezeigt wird, ohne dass die Steuerung oder Regelung 70 Operationen als Helligkeitsdetektor 71 ausführt. Beispielsweise kann bei dem Helligkeitsermittlungsschritt S3, dem Spitzenwertermittlungsschritt S4 und/oder dem Positionierungsschritt S4 die Arbeitskraft die Helligkeit des Bildes 82 auch ermitteln, indem sie das auf dem Anzeigeschirm 81 angezeigte Bild 82 einfach betrachtet, und kann ausgehend von den betrachteten Ermittlungsinformationen den Helligkeitsspitzenwert beurteilen und die Ausrichtung des Prismas 65 ausführen. Mit anderen Worten: Wie oben erwähnt, bedeutet die „Helligkeit“ des Bildes insbesondere den Brillanzgrad des Bildes, und daher kann das auf dem Anzeigeschirm 81 angezeigte Bild 82 kann als die Helligkeitsinformation verwendet werden. Insbesondere erfasst die Arbeitskraft den Brillanzgrad des auf dem Anzeigeschirm 81 angezeigten Bildes 82, und die Arbeitskraft kann jedes Mal, wenn sich das Prisma 65 sehr leicht dreht, beurteilen, ob das Bild 82 heller oder dunkler wird. Zudem kann das Prisma 65 an der Rotationsposition ausgerichtet werden, an der das Bild 82 am hellsten ist.
In den 3B, 4B und 5B, auf weiche bei der oben beschriebenen Ausführungsform Bezug genommen wurde, wird das gesamte Bild 82 auf dem Anzeigeschirm 81 angezeigt, um eine Darstellung bereitzustellen, in der das Bild 82 leicht zu begreifen ist. Es ist jedoch auch möglich, nur einen Teilbereich des Bildes 82 anzuzeigen. In Fällen, in denen die Arbeitskraft die Helligkeit des auf dem Anzeigeschirm 81 angezeigten Bildes visuell ermittelt, kann die Arbeitskraft und/oder das System auch die Helligkeit des Teilbereichs des Bildes 82 ermitteln.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird der Ablauf, bei dem der Rotationsschritt S2, bei dem das Prisma 65 sehr leicht gedreht wird, durchgeführt wird und dann der Helligkeitsermittlungsschritt S3 durchgeführt wird, wiederholt, doch ist diese Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann die Helligkeit des Bildes 82 im Wesentlichen kontinuierlich ermittelt werden, während das Prisma 65 innerhalb eines bestimmten (vorgegebenen oder vorgebbaren) Winkelbereichs gedreht wird.
Bei dem Rotationsschritt S2 der oben beschriebenen Ausführungsform wird das Interferenzobjektiv 60 relativ zu der Bilderfassungsvorrichtung 50 gedreht. Jedoch ist diese Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann bei dem Interferenzobjektiv 60 das zweite Gehäuse 62, welches das Prisma 65 beherbergt, relativ zu dem ersten Gehäuse 61 gedreht werden.
Die optische Interferenzmessvorrichtung 1 nach der oben beschriebenen Ausführungsform enthält die Anzeige 80. Jedoch muss zu dem Zeitpunkt, zu dem das Kalibrationsverfahren dieser Erfindung ausgeführt wird, die optische Interferenzmessvorrichtung 1 die Anzeige 80 nicht enthalten. Beispielsweise kann die Helligkeit des durch das Bilderfassungselement 52 erfassten Bildes 82 unter Verwendung eines Helligkeitsdetektors oder dergleichen ermittelt werden.
Zudem enthält die oben beschriebene Interferenzmessvorrichtung 1 nach der Ausführungsform das Prisma 65 als Element, welches Licht teilt und zusammenfügt, um ein Interferometer zu erreichen, doch ist diese Erfindung nicht darauf beschränkt. Mit anderen Worten: Das Element, welches Licht teilt und zusammenfügt, in der optischen Interferenzmessvorrichtung 1 kann jedes Element sein, welches ein teilendes optisches System, welches Licht von einer Lichtquelle in Messlicht und Referenzlicht teilt, und ein zusammenfügendes optisches System erreicht, welches bewirkt, dass das von einem Werkstück reflektierte Messlicht mit dem von einer Referenzebene reflektierten Referenzlicht interferiert. Zudem können das optische teilende System und das optische zusammenfügende System als separate Systeme konfiguriert sein.
Darüber hinaus ist das Kalibrationsverfahren der optischen Interferenzmessvorrichtung 1 bei der oben beschriebenen Ausführungsform beschrieben, doch ist diese Erfindung nicht darauf beschränkt. Mit anderen Worten: Das Kalibrationsverfahren dieser Erfindung kann allgemein auf Bildmessvorrichtungen angewendet werden, welche einen optischen Achsenkonverter enthalten, welcher von einem Werkstück reflektiertes Messlicht in eine Richtung beugt, die entlang einer normalen optischen Achse liegt, welche sich mit einer optischen Messachse schneidet. Beispielsweise ist der optische Achsenkonverter dieser Erfindung nicht auf das Element zum Teilen und Zusammenfügen von Licht beschränkt und kann durch einen einfachen Spiegel oder dergleichen konfiguriert sein.
Zudem konfiguriert bei der oben beschriebenen Ausführungsform das Prisma 65 (als der spezielle optische Achsenkonverter) sowohl das optische Emissionssystem, welches das Messlicht zu dem Werkstück emittiert, als auch das optische Auftreffsystem, auf das das von dem Werkstück reflektierte Messlicht auftrifft. Jedoch ist diese Erfindung nicht darauf beschränkt. Mit anderen Worten: Der optische Achsenkonverter dieser Erfindung sollte zumindest ein optisches Auftreffsystem konfigurieren, auf das das von dem Werkstück reflektierte Messlicht auftrifft, und das optische Emissionssystem, welches das Messlicht zu dem Werkstück emittiert, kann durch ein optisches System konfiguriert sein, welches von dem optischen Achsenkonverter getrennt ist. Darüber hinaus sind die optische Messachse (die Richtung, in die sich das von dem Werkstück reflektierte Messlicht fortbewegt) und die normale optische Achse (die Richtung, in die sich das Messlicht fortbewegt, nachdem es durch den optischen Achsenkonverter gebeugt worden ist) nicht darauf beschränkt, orthogonal zueinander zu sein, und können auch so konfiguriert, dass sie sich mindestens schneiden.
Diese Erfindung kann als ein Kalibrationsverfahren einer Bildmessvorrichtung verwendet werden, um einen optischen Achsenkonverter, welcher Messlicht beugt, richtig zu positionieren.
Eine Ausführungsform enthält insbesondere eine Vorbereitungsschritt, bei dem ein Kalibrationswerkstück mit einer ebenen Reflexionsfläche als das Werkstück bereitgestellt wird und die Reflexionsfläche so angeordnet wird, dass sie parallel zu einer normalen optischen Achse und orthogonal oder parallel zu Pixelmatrixrichtungen eines Bilderfassungselements ist; einen Rotationsschritt, bei dem ein Prisma auf der normalen optischen Achse zentriert gedreht wird; einen Helligkeitsermittlungsschritt, bei dem die Helligkeit eines durch das Bilderfassungselement erfassten Bildes an jeder einer Vielzahl von Rotationspositionen des Prismas ermittelt wird; und einen Positionierungsschritt, bei dem das Prisma an einer Rotationsposition ausgerichtet wird, an der die durch den Helligkeitsermittlungsschritt ermittelte Helligkeit am größten ist.
Es sei darauf hingewiesen, dass die vorstehenden Beispiele rein zum Zwecke der Erläuterung angeführt wurden und in keiner Weise als diese Erfindung einschränkend begriffen werden. Während diese Erfindung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, ist es selbstverständlich, dass die hier verwendeten Worte als Worte der Beschreibung und Darstellung, nicht als Worte der Einschränkung zu verstehen sind. Änderungen innerhalb des Umfangs der angefügten Ansprüche, wie aktuell angegeben und wie geändert, sind möglich, ohne vom Umfang und Gedanken dieser Erfindung in ihren Aspekten abzuweichen. Zwar wurde diese Erfindung hier unter Bezugnahme auf spezielle Strukturen, Materialien und Ausführungsformen beschrieben, doch ist diese Erfindung nicht als auf die hier offenbarten Einzelheiten beschränkt gedacht; vielmehr erstreckt sich diese Erfindung auf alle funktional gleichwertigen Strukturen, Verfahren und Anwendungen, wie sie innerhalb des Umfangs der angefügten Ansprüche liegen.
Diese Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und verschiedene Änderungen und Modifikationen können möglich sein, ohne vom Umfang dieser Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2017201946 [0001]
JP 2012093166 [0003]
JP 2016034436 [0004]

Claims

Kalibrationsverfahren einer Bildmessvorrichtung (1), wobei die Bildmessvorrichtung (1) einen optischen Achsenkonverter (42) hat, welcher von einem Werkstück (90) reflektiertes Messlicht (Lm) in eine Richtung beugt, die entlang einer normalen optischen Achse (As) liegt, welche sich mit einer optischen Messachse (Am) des Messlichts (Lm) schneidet, und ferner ein Bilderfassungselement (52) hat, welches das von dem optischen Achsenkonverter (42) gebeugte Messlicht (Lm) empfängt, wobei das Kalibrationsverfahren umfasst: Bereitstellen (S1) eines Kalibrationswerkstücks (90) mit einer ebenen Reflexionsfläche (91) als das Werkstück und derartiges Anordnen der Reflexionsfläche (91), dass sie parallel zu der normalen optischen Achse (As) und orthogonal oder parallel zu Pixelmatrixrichtungen (ix, iy) des Bilderfassungselements (52) ist; Drehen (S2) des optischen Achsenkonverters (42), auf der normalen optischen Achse (As) zentriert; Ermitteln (S3) der Helligkeit eines durch des Bilderfassungselement (52) erfassten Bildes an jeder einer Vielzahl von Rotationspositionen des optischen Achsenkonverters (42); und Ausrichten (S5) des optischen Achsenkonverters (42) an oder nahe einer Rotationsposition, an der die ermittelte Helligkeit am größten ist.
Kalibrationsverfahren der Bildmessvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei das Ermitteln der Helligkeit durch einen Helligkeitsdetektor (71) der Bildmessvorrichtung (1) ausgeführt wird.
Kalibrationsverfahren der Bildmessvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend das Anzeigen von Helligkeitsinformationen der ermittelten Helligkeit für jede der Vielzahl von Rotationspositionen des optischen Achsenkonverters (42) auf einer Anzeige (80) der Bildmessvorrichtung (1).
Computerprogrammprodukt zur Kalibration einer Bildmessvorrichtung (1), wobei die Bildmessvorrichtung (1) einen optischen Achsenkonverter (42) hat, welcher von einem Werkstück (90) reflektiertes Messlicht (Lm) in eine Richtung beugt, die entlang einer normalen optischen Achse (As) liegt, welche sich mit einer optischen Messachse (Am) des Messlichts (Lm) schneidet, und ferner ein Bilderfassungselement (52) hat, welches das von dem optischen Achsenkonverter (42) gebeugte Messlicht (Lm) empfängt, wobei das Computerprogrammprodukt computerlesbare Befehle umfasst, welche, wenn sie auf einem geeigneten System ausgeführt werden, die folgenden Schritte ausführen, welche umfassen: Empfangen von Daten, welche eine Reflexion von einer ebenen Reflexionsfläche (91) eines Kalibrationswerkstücks (90) betreffen, wobei die Reflexionsfläche (91) derart angeordnet ist, dass sie parallel zu der normalen optischen Achse (As) und orthogonal oder parallel zu Pixelmatrixrichtungen (ix, iy) des Bilderfassungselements (52) ist; Veranlassen des optischen Achsenkonverters (42), sich auf der normalen optischen Achse (As) zentriert zu drehen (S2); Erfassen (S3) von Daten, welche die Helligkeit eines durch das Bilderfassungselement (52) erfassten Bildes betreffen, an jeder einer Vielzahl von Rotationspositionen des optischen Achsenkonverters (42); und Bestimmen einer Ausrichtung des optischen Achsenkonverters (42) an oder nahe einer Rotationsposition, an der die ermittelte Helligkeit am größten ist.
Computerprogrammprodukt nach Anspruch 4, wobei die Daten, welche die Helligkeit betreffen, durch einen Helligkeitsdetektor (71) der Bilderfassungsvorrichtung (1) gewonnen werden.
Computerprogrammprodukt nach Anspruch 4 oder 5, ferner umfassend das Bewirken, dass Helligkeitsinformationen der ermittelten Helligkeit für jede der Vielzahl von Rotationspositionen des optischen Achsenkonverters (42) auf einer Anzeige (80) der Bildmessvorrichtung (1) angezeigt werden.