JP2002257511A - 三次元測定装置 - Google Patents
三次元測定装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 被測定物の急峻な面をも三次元測定可能とす
る。 【解決手段】 ベース１の上にステッピングモータによ
り回転可能に設けたＸθ、Ｙθステージ２、３と、Ｙθ
ステージ３の上に手動ダイヤルにより直線移動可能に設
けたＸ、Ｙステージ４、５と、Ｙステージ５の上に位置
して球面レンズＷを載置するスペーサ６と、球面レンズ
Ｗの表面の三次元形状を測定する光プローブ部７を有す
る測定器８と、ステッピングモータと測定器８を制御す
るコンピュータ１０とを具備する。Ｘθ、Ｙθステージ
２、３の回転中心を共有させ、この共有回転中心と球面
レンズＷの球面中心とが一定の関係になるようにＸステ
ージ４、Ｙステージ５及びスペーサ６の厚さを設定す
る。Ｘθ、Ｙθステージ２、３を駆動して球面レンズＷ
のＸθ、Ｙθ、Ｚ座標値を取得し、これらのＸθ、Ｙ
θ、Ｚ座標値をＸ、Ｙ、Ｚ座標軸の座標値に変換し、球
面近似式から得た曲率成分を除去して表示する。
る。 【解決手段】 ベース１の上にステッピングモータによ
り回転可能に設けたＸθ、Ｙθステージ２、３と、Ｙθ
ステージ３の上に手動ダイヤルにより直線移動可能に設
けたＸ、Ｙステージ４、５と、Ｙステージ５の上に位置
して球面レンズＷを載置するスペーサ６と、球面レンズ
Ｗの表面の三次元形状を測定する光プローブ部７を有す
る測定器８と、ステッピングモータと測定器８を制御す
るコンピュータ１０とを具備する。Ｘθ、Ｙθステージ
２、３の回転中心を共有させ、この共有回転中心と球面
レンズＷの球面中心とが一定の関係になるようにＸステ
ージ４、Ｙステージ５及びスペーサ６の厚さを設定す
る。Ｘθ、Ｙθステージ２、３を駆動して球面レンズＷ
のＸθ、Ｙθ、Ｚ座標値を取得し、これらのＸθ、Ｙ
θ、Ｚ座標値をＸ、Ｙ、Ｚ座標軸の座標値に変換し、球
面近似式から得た曲率成分を除去して表示する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、粗面を有する被測
定物の連続した曲面の三次元形状を光プローブを用いて
非接触で測定する三次元測定装置に関するものである。
定物の連続した曲面の三次元形状を光プローブを用いて
非接触で測定する三次元測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、例えば球面レンズの製造工程にお
いて使用される三次元測定装置は、その加工工程におい
て凹凸の粗さを有するレンズブランクの表面形状を三次
元的に測定し、その研削工程において球面レンズの表面
形状を三次元的に測定する。この種の装置の測定方式と
しては、光プローブを利用した反射アクティブ方式、光
の入射位置、入射角度等を利用した三角測量法方式、モ
アレを利用した非接触方式をなどが知られている。
いて使用される三次元測定装置は、その加工工程におい
て凹凸の粗さを有するレンズブランクの表面形状を三次
元的に測定し、その研削工程において球面レンズの表面
形状を三次元的に測定する。この種の装置の測定方式と
しては、光プローブを利用した反射アクティブ方式、光
の入射位置、入射角度等を利用した三角測量法方式、モ
アレを利用した非接触方式をなどが知られている。
【０００３】反射アクティブ方式の装置は、レーザー光
源からのレーザー光を被測定物に照射し、その反射光が
焦点に結像するようにレーザー光源を駆動し、分割した
受光素子で結像を検出して座標を測定する。三角測量法
方式の装置は、レーザー光の出射部とこの出射部に対し
て或る角度で対向する受光部とから成り、受光部の受光
素子に入射したレーザー光の入射位置、入射角度、及び
出射部との距離から座標を測定する。そして、非接触方
式の装置は被測定物に格子模様を投影し、この投影した
格子模様を別体のＣＣＤカメラで撮影し、格子模様の変
化を読み取って座標を測定する。
源からのレーザー光を被測定物に照射し、その反射光が
焦点に結像するようにレーザー光源を駆動し、分割した
受光素子で結像を検出して座標を測定する。三角測量法
方式の装置は、レーザー光の出射部とこの出射部に対し
て或る角度で対向する受光部とから成り、受光部の受光
素子に入射したレーザー光の入射位置、入射角度、及び
出射部との距離から座標を測定する。そして、非接触方
式の装置は被測定物に格子模様を投影し、この投影した
格子模様を別体のＣＣＤカメラで撮影し、格子模様の変
化を読み取って座標を測定する。
【０００４】これらの装置は光を被測定物の表面に照射
し、反射光を処理することによって被測定物の表面を測
定するので、被測定物が４０度を超える急峻な表面を有
する場合には、一般に被測定物の表面に照射した光は受
光素子、受光部等に戻らず、被測定物の表面の形状を測
定することが困難になる。
し、反射光を処理することによって被測定物の表面を測
定するので、被測定物が４０度を超える急峻な表面を有
する場合には、一般に被測定物の表面に照射した光は受
光素子、受光部等に戻らず、被測定物の表面の形状を測
定することが困難になる。
【０００５】これに対し、特開平１０−３１８７２９号
公報で開示されている測定方法は、光の干渉を利用して
上述の問題を解決している。即ち、この測定方法は１つ
前の測定位置における被測定物の表面の平均高さを記憶
しておき、この平均高さを基準とする所定の範囲にだけ
検出器を測定面に対して垂直走査して、被測定物の表面
の形状を測定する。従って、平均高さが検出器の測定視
野内での測定可能幅よりも大きい場合でも、被測定物の
表面の形状を短時間で測定することが可能となる。
公報で開示されている測定方法は、光の干渉を利用して
上述の問題を解決している。即ち、この測定方法は１つ
前の測定位置における被測定物の表面の平均高さを記憶
しておき、この平均高さを基準とする所定の範囲にだけ
検出器を測定面に対して垂直走査して、被測定物の表面
の形状を測定する。従って、平均高さが検出器の測定視
野内での測定可能幅よりも大きい場合でも、被測定物の
表面の形状を短時間で測定することが可能となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、平均高
さが検出器の測定視野内にある場合でも、被測定物の急
峻な表面で照射した光は検出器に戻らないので、被測定
物の表面の形状を測定することが不可能である。即ち、
被測定物が検出器の受光能力以上に傾斜した表面を有す
る場合には、その部分を測定できないので、被測定物の
表面の全体を測定することが不可能である。
さが検出器の測定視野内にある場合でも、被測定物の急
峻な表面で照射した光は検出器に戻らないので、被測定
物の表面の形状を測定することが不可能である。即ち、
被測定物が検出器の受光能力以上に傾斜した表面を有す
る場合には、その部分を測定できないので、被測定物の
表面の全体を測定することが不可能である。
【０００７】本発明の目的は、上述の従来の技術に鑑
み、被測定物が急峻な表面を有する場合でも、被測定物
の表面の全体を測定し得る三次元測定装置を提供するこ
とにある。
み、被測定物が急峻な表面を有する場合でも、被測定物
の表面の全体を測定し得る三次元測定装置を提供するこ
とにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る三次元測定装置は、Ｘθ、Ｙθ方向に回
転するＸθ、Ｙθステージと、これらのＸθ、Ｙθステ
ージをそれぞれ微駆動する第１の駆動手段と、前記Ｘ
θ、Ｙθステージの上でＸ、Ｙ方向に移動するＸ、Ｙス
テージと、球面を有する被測定物を前記Ｘ、Ｙステージ
の上に固定する固定具と、前記Ｘ、Ｙステージをそれぞ
れ微駆動する第２の駆動手段と、被測定物の表面の三次
元座標値を測定する光プローブと、前記第１の駆動手段
と前記光プローブを制御すると共に信号を演算処理する
コンピュータとを具備する三次元測定装置であって、前
記Ｘθ、Ｙθステージのそれぞれの回転中心を共有回転
中心とし、前記光プローブの光軸を前記共有回転中心に
通し、前記Ｘθ、Ｙθステージと前記Ｘ、Ｙステージと
前記固定具とを一定のアルゴリズムに基づく関係に設定
し、前記コンピュータは、前記Ｘ、Ｙステージによって
頂点位置に駆動された被測定物の頂点座標値を取得かつ
基準値として記憶し、前記頂点位置を基準に前記Ｘθ、
Ｙθステージを駆動して被測定物を測定開始位置に駆動
し、該測定開始位置から前記Ｘθ、Ｙθステージを駆動
して被測定物のＸθ、Ｙθ、Ｚ座標値を取得かつ記憶
し、前記頂点座標値を通るラインの被測定物のＸθ、Ｙ
θ、Ｚ座標値を取得し、被測定物の表面全体を測定した
後に、前記頂点座標値を通るラインのＸθ、Ｙθ、Ｚ座
標値から近似球面式を演算し、前記基準値と前記Ｘθ、
Ｙθ、Ｚ座標値とからＸ、Ｙ、Ｚ座標軸のＸ、Ｙ、Ｚ座
標値に演算変換し、前記近似球面式から求めた曲率成分
を前記Ｘ、Ｙ、Ｚ座標値から除去して表示することを特
徴とする。
の本発明に係る三次元測定装置は、Ｘθ、Ｙθ方向に回
転するＸθ、Ｙθステージと、これらのＸθ、Ｙθステ
ージをそれぞれ微駆動する第１の駆動手段と、前記Ｘ
θ、Ｙθステージの上でＸ、Ｙ方向に移動するＸ、Ｙス
テージと、球面を有する被測定物を前記Ｘ、Ｙステージ
の上に固定する固定具と、前記Ｘ、Ｙステージをそれぞ
れ微駆動する第２の駆動手段と、被測定物の表面の三次
元座標値を測定する光プローブと、前記第１の駆動手段
と前記光プローブを制御すると共に信号を演算処理する
コンピュータとを具備する三次元測定装置であって、前
記Ｘθ、Ｙθステージのそれぞれの回転中心を共有回転
中心とし、前記光プローブの光軸を前記共有回転中心に
通し、前記Ｘθ、Ｙθステージと前記Ｘ、Ｙステージと
前記固定具とを一定のアルゴリズムに基づく関係に設定
し、前記コンピュータは、前記Ｘ、Ｙステージによって
頂点位置に駆動された被測定物の頂点座標値を取得かつ
基準値として記憶し、前記頂点位置を基準に前記Ｘθ、
Ｙθステージを駆動して被測定物を測定開始位置に駆動
し、該測定開始位置から前記Ｘθ、Ｙθステージを駆動
して被測定物のＸθ、Ｙθ、Ｚ座標値を取得かつ記憶
し、前記頂点座標値を通るラインの被測定物のＸθ、Ｙ
θ、Ｚ座標値を取得し、被測定物の表面全体を測定した
後に、前記頂点座標値を通るラインのＸθ、Ｙθ、Ｚ座
標値から近似球面式を演算し、前記基準値と前記Ｘθ、
Ｙθ、Ｚ座標値とからＸ、Ｙ、Ｚ座標軸のＸ、Ｙ、Ｚ座
標値に演算変換し、前記近似球面式から求めた曲率成分
を前記Ｘ、Ｙ、Ｚ座標値から除去して表示することを特
徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明を図示の実施の形態に基づ
いて詳細に説明する。図１は本発明に係る三次元測定装
置の実施の形態の構成を説明する斜視図であり、ベース
１の上にＸθステージ２が矢印で示すＸθ方向に回転自
在に設置され、更にＸθステージ２の上にはＹθステー
ジ３が矢印で示すＹθ方向に回転自在に設置されてい
る。これらのＸθステージ２とＹθステージ３は、図示
しないステッピングモータによりそれぞれ微駆動される
ようになっている。
いて詳細に説明する。図１は本発明に係る三次元測定装
置の実施の形態の構成を説明する斜視図であり、ベース
１の上にＸθステージ２が矢印で示すＸθ方向に回転自
在に設置され、更にＸθステージ２の上にはＹθステー
ジ３が矢印で示すＹθ方向に回転自在に設置されてい
る。これらのＸθステージ２とＹθステージ３は、図示
しないステッピングモータによりそれぞれ微駆動される
ようになっている。
【００１０】Ｙθステージ３の上面は載置面３ａとさ
れ、この載置面３ａの上にはＸステージ４がＸ方向に直
線移動可能に配置され、このＸステージ４の上にはＹス
テージ５がＹ方向に直線移動自在に配置されている。こ
れらのＸステージ４とＹステージ５は、図示しない手動
ダイヤルによりそれぞれ微駆動されるようになってい
る。Ｙステージ５の上にはスペーサ６が配置され、この
スペーサ６の上には被測定物である例えば凸形状の球面
レンズＷが適宜な方法によって固定されている。
れ、この載置面３ａの上にはＸステージ４がＸ方向に直
線移動可能に配置され、このＸステージ４の上にはＹス
テージ５がＹ方向に直線移動自在に配置されている。こ
れらのＸステージ４とＹステージ５は、図示しない手動
ダイヤルによりそれぞれ微駆動されるようになってい
る。Ｙステージ５の上にはスペーサ６が配置され、この
スペーサ６の上には被測定物である例えば凸形状の球面
レンズＷが適宜な方法によって固定されている。
【００１１】球面レンズＷの上方には、光プローブ部７
を備えた測定器８が、ベース１に立設された支柱９に駆
動固定装置を介して上下動可能に支持されている。光プ
ローブ部７は球面レンズＷのＺ座標値を測定するための
レーザー光を球面レンズＷに向けて出射する光学系と、
球面レンズＷからの反射光を取り込む光学系とから構成
されている。測定器８は点光源型の図示しないレーザー
発信回路、受光センサ、信号処理回路、光学系等から構
成されている。
を備えた測定器８が、ベース１に立設された支柱９に駆
動固定装置を介して上下動可能に支持されている。光プ
ローブ部７は球面レンズＷのＺ座標値を測定するための
レーザー光を球面レンズＷに向けて出射する光学系と、
球面レンズＷからの反射光を取り込む光学系とから構成
されている。測定器８は点光源型の図示しないレーザー
発信回路、受光センサ、信号処理回路、光学系等から構
成されている。
【００１２】Ｘθ、Ｙθステージ２、３と測定器８は、
コンピュータ１０によって制御されるようになってい
る。コンピュータ１０はコンピュータ本体１１、キーボ
ード１２、ディスプレイ１３等から構成されている。Ｘ
θ、Ｙθステージ２、３の各ステッピングモータとコン
ピュータ本体１１は信号線１４、１５を介してそれぞれ
接続され、Ｘθ、Ｙθステージ２、３はコンピュータ１
０によって任意に制御されるようになっている。測定器
８とコンピュータ本体１１は信号線１６を介して接続さ
れ、測定器８はコンピュータ１０によって任意に制御さ
れると共に、測定器８からの信号がコンピュータ１０に
よって演算処理されるようになっている。
コンピュータ１０によって制御されるようになってい
る。コンピュータ１０はコンピュータ本体１１、キーボ
ード１２、ディスプレイ１３等から構成されている。Ｘ
θ、Ｙθステージ２、３の各ステッピングモータとコン
ピュータ本体１１は信号線１４、１５を介してそれぞれ
接続され、Ｘθ、Ｙθステージ２、３はコンピュータ１
０によって任意に制御されるようになっている。測定器
８とコンピュータ本体１１は信号線１６を介して接続さ
れ、測定器８はコンピュータ１０によって任意に制御さ
れると共に、測定器８からの信号がコンピュータ１０に
よって演算処理されるようになっている。
【００１３】ここで、Ｘθステージ２の回転中心とＹθ
ステージ３の回転中心は一点で交叉し共有されている。
また、測定器８の光プローブ部７の光軸は、Ｘθ、Ｙθ
ステージ２、３の共有の回転中心に通されている。そし
て、Ｘθ、Ｙθステージ２、３と、Ｘ、Ｙステージ４、
５と、スペーサ６とは、一定のアルゴリズムにより得ら
れる関係に設定されている。
ステージ３の回転中心は一点で交叉し共有されている。
また、測定器８の光プローブ部７の光軸は、Ｘθ、Ｙθ
ステージ２、３の共有の回転中心に通されている。そし
て、Ｘθ、Ｙθステージ２、３と、Ｘ、Ｙステージ４、
５と、スペーサ６とは、一定のアルゴリズムにより得ら
れる関係に設定されている。
【００１４】即ち、図２は球面レンズＷの球面中心Ａと
Ｘθ、Ｙθステージ２、３の共有回転中心Ｂとの一定の
関係を示している。ただし、Ｃは球面レンズＷの中心
軸、Ｄは球面レンズＷの縁部と共有回転中心Ｂとを結ぶ
線であって光プローブ部７の照射光軸、Ｅは球面レンズ
Ｗの縁部と球面中心Ａとを結ぶ線であって照射された光
の反射光軸、θは照射光軸Ｄと反射光軸Ｅとから成る角
度であって測定器８の受光センサの受光角度、θ０は中
心軸Ｃと反射光軸Ｅとから成る半開角度、θ１は中心軸
Ｃと照射光軸Ｄから成る角度、ｔは球面中心Ａと共有回
転中心Ｂとの距離、ｄは球面レンズＷの外径、Ｒは球面
レンズＷの縁部と球面中心Ａとの距離である曲率半径を
示している。
Ｘθ、Ｙθステージ２、３の共有回転中心Ｂとの一定の
関係を示している。ただし、Ｃは球面レンズＷの中心
軸、Ｄは球面レンズＷの縁部と共有回転中心Ｂとを結ぶ
線であって光プローブ部７の照射光軸、Ｅは球面レンズ
Ｗの縁部と球面中心Ａとを結ぶ線であって照射された光
の反射光軸、θは照射光軸Ｄと反射光軸Ｅとから成る角
度であって測定器８の受光センサの受光角度、θ０は中
心軸Ｃと反射光軸Ｅとから成る半開角度、θ１は中心軸
Ｃと照射光軸Ｄから成る角度、ｔは球面中心Ａと共有回
転中心Ｂとの距離、ｄは球面レンズＷの外径、Ｒは球面
レンズＷの縁部と球面中心Ａとの距離である曲率半径を
示している。
【００１５】なお、測定器８の受光センサの受光角度θ
は、一般に約２０度以下とする必要があるので、測定可
能角度は倍の約４０度となる。
は、一般に約２０度以下とする必要があるので、測定可
能角度は倍の約４０度となる。
【００１６】光プローブ部７から出射した光が球面レン
ズＷの縁部、即ち最も急峻な傾斜面を照射した場合に
は、その光は反射光軸Ｅを中心に角度θで反射する。こ
の角度θを約２０度以下にするためには、θ＝θ０−θ
１≦２０°の関係が必要となる。これらの関係を既知の
半開角度θ０、外径ｄ、曲率半径Ｒで表すと、 θ＝θ０−θ１＝θ０−ｔａｎ−１{(ｄ／２）／（Ｒ・
ｃｏｓθ０±ｔ)}≦２０゜ となり、これを距離ｔについて解くと、 ｔ≦（ｄ／２）／Ｒ・ｃｏｓθ０−ｔａｎ（２０゜−θ０） ・・（１） となる。
ズＷの縁部、即ち最も急峻な傾斜面を照射した場合に
は、その光は反射光軸Ｅを中心に角度θで反射する。こ
の角度θを約２０度以下にするためには、θ＝θ０−θ
１≦２０°の関係が必要となる。これらの関係を既知の
半開角度θ０、外径ｄ、曲率半径Ｒで表すと、 θ＝θ０−θ１＝θ０−ｔａｎ−１{(ｄ／２）／（Ｒ・
ｃｏｓθ０±ｔ)}≦２０゜ となり、これを距離ｔについて解くと、 ｔ≦（ｄ／２）／Ｒ・ｃｏｓθ０−ｔａｎ（２０゜−θ０） ・・（１） となる。
【００１７】従って、Ｙθステージ３の載置面３ａに載
置したＸステージ４、Ｙステージ５及びスペーサ６の厚
みは、球面中心Ａと共有回転中心Ｂとの距離ｔを満足さ
せるような一定の関係に設定する。
置したＸステージ４、Ｙステージ５及びスペーサ６の厚
みは、球面中心Ａと共有回転中心Ｂとの距離ｔを満足さ
せるような一定の関係に設定する。
【００１８】この三次元測定装置では、コンピュータ１
０からの制御信号が測定器８に入力すると、測定器８は
光プローブ部７から照射するためのレーザー光のフォー
カシングを行ってＺ座標値を検出し、このデータをコン
ピュータ１０に出力する。コンピュータ１０はキーボー
ド１２から入力した指令に従って、コンピュータ本体１
１に内蔵の図示しないハードディスクドライブ等からプ
ログラムを読み出し、そのプログラムに従って制御と演
算を行い、その結果をディスプレイ１３に表示する。
０からの制御信号が測定器８に入力すると、測定器８は
光プローブ部７から照射するためのレーザー光のフォー
カシングを行ってＺ座標値を検出し、このデータをコン
ピュータ１０に出力する。コンピュータ１０はキーボー
ド１２から入力した指令に従って、コンピュータ本体１
１に内蔵の図示しないハードディスクドライブ等からプ
ログラムを読み出し、そのプログラムに従って制御と演
算を行い、その結果をディスプレイ１３に表示する。
【００１９】図３は球面レンズＷの表面形状を測定する
手順のフローチャート図である。ステップＳ１では、球
面レンズＷの外径ｄと曲率半径Ｒをキーボード１２から
入力する。これらの外径ｄと曲率半径Ｒは、設計値又は
実測値を用いることができる。
手順のフローチャート図である。ステップＳ１では、球
面レンズＷの外径ｄと曲率半径Ｒをキーボード１２から
入力する。これらの外径ｄと曲率半径Ｒは、設計値又は
実測値を用いることができる。
【００２０】ステップＳ２では、光プローブ部７から出
射したレーザー光が球面レンズＷの頂点近傍を照射する
ように、Ｘ、Ｙステージ４、５を手動ダイヤルでそれぞ
れ微駆動する。そして、ディスプレイ１３上のＺ座標値
を監視しながらＸ、Ｙステージ４、５をそれぞれ微駆動
し、Ｚ座標値の最大値を探して頂点位置を見い出すこ
と、つまり頂点出しを行う。このとき、球面中心Ａ、共
有回転中心Ｂ及び中心軸Ｃは直線上に位置する。そし
て、この頂点出しで得たＸ、Ｙ、Ｚ座標値を基準値とし
てコンピュータ１０のメモリに記憶させる。
射したレーザー光が球面レンズＷの頂点近傍を照射する
ように、Ｘ、Ｙステージ４、５を手動ダイヤルでそれぞ
れ微駆動する。そして、ディスプレイ１３上のＺ座標値
を監視しながらＸ、Ｙステージ４、５をそれぞれ微駆動
し、Ｚ座標値の最大値を探して頂点位置を見い出すこ
と、つまり頂点出しを行う。このとき、球面中心Ａ、共
有回転中心Ｂ及び中心軸Ｃは直線上に位置する。そし
て、この頂点出しで得たＸ、Ｙ、Ｚ座標値を基準値とし
てコンピュータ１０のメモリに記憶させる。
【００２１】ステップＳ３では、頂点出しが終了したか
否かを判断する。頂点出しが終了していないと判断した
場合にはステップＳ２に戻り、頂点出しが終了したと判
断したときにはステップＳ４に進む。ステップＳ４で
は、球面レンズＷのＹ座標の測定開始位置を探すこと、
つまり測定開始位置出しを行う。
否かを判断する。頂点出しが終了していないと判断した
場合にはステップＳ２に戻り、頂点出しが終了したと判
断したときにはステップＳ４に進む。ステップＳ４で
は、球面レンズＷのＹ座標の測定開始位置を探すこと、
つまり測定開始位置出しを行う。
【００２２】このときの手順を更に図４〜図７を参照し
て説明する。図４はＹθステージ３、Ｘステージ４、Ｙ
ステージ５、スペーサ６及び球面レンズＷをＸ座標方向
から見ており、球面レンズＷの頂点出しを終了している
状態を示している。このとき、上述したようにＸステー
ジ４、Ｙステージ５及びスペーサ６の厚みは、球面中心
Ａと共有回転中心Ｂとの距離ｔとの間に一定の関係を保
っており、中心軸Ｃ、照射光軸Ｄ及び反射光軸Ｅは一致
し、球面中心Ａと共有回転中心Ｂは中心軸Ｃ上に位置し
ている。
て説明する。図４はＹθステージ３、Ｘステージ４、Ｙ
ステージ５、スペーサ６及び球面レンズＷをＸ座標方向
から見ており、球面レンズＷの頂点出しを終了している
状態を示している。このとき、上述したようにＸステー
ジ４、Ｙステージ５及びスペーサ６の厚みは、球面中心
Ａと共有回転中心Ｂとの距離ｔとの間に一定の関係を保
っており、中心軸Ｃ、照射光軸Ｄ及び反射光軸Ｅは一致
し、球面中心Ａと共有回転中心Ｂは中心軸Ｃ上に位置し
ている。
【００２３】この状態からＹθステージ３のステッピン
グモータを制御し、図５に示すようにＹθステージ３を
共有回転中心Ｂを中心に回転させ、球面レンズＷをＹθ
方向に移動させる。このとき、光プローブ部７からの光
は照射光軸Ｄに一致し、常に共有回転中心Ｂを通って球
面レンズＷの表面を照射する。
グモータを制御し、図５に示すようにＹθステージ３を
共有回転中心Ｂを中心に回転させ、球面レンズＷをＹθ
方向に移動させる。このとき、光プローブ部７からの光
は照射光軸Ｄに一致し、常に共有回転中心Ｂを通って球
面レンズＷの表面を照射する。
【００２４】そして、球面レンズＷの表面を照射した光
は、照射光軸Ｄと球面レンズＷの交点において、反射光
軸Ｅ即ち法線を中心として入射角度と同じ反射角度で反
射する。これらの入射角度と反射角度の和を成して反射
した光は、上記一定の関係から測定器８内の受光センサ
の受光範囲内に入射するので、この位置の表面形状を測
定することが可能となる。即ち、光プローブ８からの光
が球面レンズＷの縁部を照射するようにＹθステージ３
を駆動して、測定開始位置出しを行うことができる。
は、照射光軸Ｄと球面レンズＷの交点において、反射光
軸Ｅ即ち法線を中心として入射角度と同じ反射角度で反
射する。これらの入射角度と反射角度の和を成して反射
した光は、上記一定の関係から測定器８内の受光センサ
の受光範囲内に入射するので、この位置の表面形状を測
定することが可能となる。即ち、光プローブ８からの光
が球面レンズＷの縁部を照射するようにＹθステージ３
を駆動して、測定開始位置出しを行うことができる。
【００２５】ステップＳ５では測定開始位置出しが終了
したが否かを判断し、終了していないと判断した場合に
はステップＳ４に戻ってステップＳ４、Ｓ５を繰り返
し、終了したと判断したときにはステップＳ６に進む。
ステップＳ６では、Ｘθ、Ｙθ、Ｚ座標値を測定し、コ
ンピュータ１０のメモリに格納し、ステップＳ７に進
む。
したが否かを判断し、終了していないと判断した場合に
はステップＳ４に戻ってステップＳ４、Ｓ５を繰り返
し、終了したと判断したときにはステップＳ６に進む。
ステップＳ６では、Ｘθ、Ｙθ、Ｚ座標値を測定し、コ
ンピュータ１０のメモリに格納し、ステップＳ７に進
む。
【００２６】ステップＳ７では、Ｙθステージ３を固定
した状態で、Ｘθステージ２のステッピングモータを制
御し、図６に示すようにＸθステージ２を所定の角度だ
けＸθ方向に微駆動する。ステップＳ８では、微駆動し
た位置が球面レンズＷの縁部であるか否かを判断する。
縁部でないと判断した場合にはステップＳ６に戻り、ス
テップＳ６〜Ｓ８を繰り返し、Ｘθ、Ｙθ、Ｚ座標値を
コンピュータ１０のメモリに蓄積する。そして、縁部で
あると判断したときにはステップＳ９に進む。ステップ
Ｓ９では、Ｙθステージ３のステッピングモータを制御
し、Ｙθステージ３を所定角度だけＹθ方向に微駆動す
る。
した状態で、Ｘθステージ２のステッピングモータを制
御し、図６に示すようにＸθステージ２を所定の角度だ
けＸθ方向に微駆動する。ステップＳ８では、微駆動し
た位置が球面レンズＷの縁部であるか否かを判断する。
縁部でないと判断した場合にはステップＳ６に戻り、ス
テップＳ６〜Ｓ８を繰り返し、Ｘθ、Ｙθ、Ｚ座標値を
コンピュータ１０のメモリに蓄積する。そして、縁部で
あると判断したときにはステップＳ９に進む。ステップ
Ｓ９では、Ｙθステージ３のステッピングモータを制御
し、Ｙθステージ３を所定角度だけＹθ方向に微駆動す
る。
【００２７】ステップＳ１０では、微駆動した位置が球
面レンズＷの縁部であるか否かを判断する。縁部でない
と判断した場合にはステップＳ６に戻り、ステップＳ６
〜Ｓ１０を繰り返す。このとき、図７に示すように球面
レンズＷの表面を測定ラインＬ１、Ｌ２、Ｌ３、…、Ｌ
ｎ−２、Ｌｎ−１、Ｌｎと順次に測定し、球面レンズＷ
の表面全体のＸθ、Ｙθ、Ｚ座標値をコンピュータ１０
のメモリに蓄積する。この際に、ステップＳ２で見い出
した頂点を含むＸθ方向とＹθ方向でのラインＬｎのＸ
θ、Ｙθ、Ｚ座標値を測定するように制御する。そし
て、球面レンズＷの表面全体を測定した後にステップＳ
１１に進む。
面レンズＷの縁部であるか否かを判断する。縁部でない
と判断した場合にはステップＳ６に戻り、ステップＳ６
〜Ｓ１０を繰り返す。このとき、図７に示すように球面
レンズＷの表面を測定ラインＬ１、Ｌ２、Ｌ３、…、Ｌ
ｎ−２、Ｌｎ−１、Ｌｎと順次に測定し、球面レンズＷ
の表面全体のＸθ、Ｙθ、Ｚ座標値をコンピュータ１０
のメモリに蓄積する。この際に、ステップＳ２で見い出
した頂点を含むＸθ方向とＹθ方向でのラインＬｎのＸ
θ、Ｙθ、Ｚ座標値を測定するように制御する。そし
て、球面レンズＷの表面全体を測定した後にステップＳ
１１に進む。
【００２８】ステップＳ１１では、Ｘθ、Ｙθ、Ｚ座標
値をＸ、Ｙ、Ｚ座標値に変換すること、つまり座標変換
を行う。図８はＸθステージ２をＸθ方向に任意の角度
回転させた状態を示し、Ｆは照射光軸Ｄと球面レンズＷ
との交点であって光プローブ部７からの光が球面レンズ
Ｗに入射する点、ｍは光プローブ部７と共有回転中心Ｂ
との距離であって装置によって一義的に決まる定数、ｚ
は光プローブ部７と入射点Ｆとの距離であって測定した
座標値、ｎは共有回転中心Ｂと入射点Ｆとの距離、θｘ
は中心軸Ｃと照射光軸Ｄとから成る角度であってＸθス
テージ２の回転角度を示している。
値をＸ、Ｙ、Ｚ座標値に変換すること、つまり座標変換
を行う。図８はＸθステージ２をＸθ方向に任意の角度
回転させた状態を示し、Ｆは照射光軸Ｄと球面レンズＷ
との交点であって光プローブ部７からの光が球面レンズ
Ｗに入射する点、ｍは光プローブ部７と共有回転中心Ｂ
との距離であって装置によって一義的に決まる定数、ｚ
は光プローブ部７と入射点Ｆとの距離であって測定した
座標値、ｎは共有回転中心Ｂと入射点Ｆとの距離、θｘ
は中心軸Ｃと照射光軸Ｄとから成る角度であってＸθス
テージ２の回転角度を示している。
【００２９】測定したＺ座標値のＸ、Ｙ、Ｚ座標軸への
変換は、Ｚ’＝ｎ・ｃｏｓθｘ＝（ｍ−Ｚ）ｃｏｓθｘ
となる。ここで、定数ｍ、座標値Ｚ、回転角度θｘは既
知であるので、測定したＺ座標値をＸ、Ｙ、Ｚ座標軸に
変換することが可能となる。また、Ｘθ座標値のＸ、
Ｙ、Ｚ座標軸への変換は、Ｘ’＝ｎ・ｓｉｎθｘから求
めることができる。そして、Ｙθ座標値のＸ、Ｙ、Ｚ座
標軸への変換は、図８と同様にＹθ方向で考えると、
Ｙ’＝ｎ・ｓｉｎθｙとなる。このようにして、全ての
Ｘ、Ｙ、Ｚ座標軸への変換を終了した後にステップＳ１
２に進む。
変換は、Ｚ’＝ｎ・ｃｏｓθｘ＝（ｍ−Ｚ）ｃｏｓθｘ
となる。ここで、定数ｍ、座標値Ｚ、回転角度θｘは既
知であるので、測定したＺ座標値をＸ、Ｙ、Ｚ座標軸に
変換することが可能となる。また、Ｘθ座標値のＸ、
Ｙ、Ｚ座標軸への変換は、Ｘ’＝ｎ・ｓｉｎθｘから求
めることができる。そして、Ｙθ座標値のＸ、Ｙ、Ｚ座
標軸への変換は、図８と同様にＹθ方向で考えると、
Ｙ’＝ｎ・ｓｉｎθｙとなる。このようにして、全ての
Ｘ、Ｙ、Ｚ座標軸への変換を終了した後にステップＳ１
２に進む。
【００３０】ステップＳ１２では曲率半径の除去を行
う。先ず、頂点を含むラインＬｎの変換したＸθ、Ｙ
θ、Ｚ座標値から、球面レンズＷの近似球面式を例えば
最小二乗法を用いて算出する。その後に、球面近似式か
ら求められる曲率成分を変換したＸ、Ｙ、Ｚ座標値から
除去する。これにより、球面レンズＷは平面状態とな
り、表面形状が分かり易くなる。ステップＳ１３では、
平面状態での表面形状をディスプレイ１３に表示する。
う。先ず、頂点を含むラインＬｎの変換したＸθ、Ｙ
θ、Ｚ座標値から、球面レンズＷの近似球面式を例えば
最小二乗法を用いて算出する。その後に、球面近似式か
ら求められる曲率成分を変換したＸ、Ｙ、Ｚ座標値から
除去する。これにより、球面レンズＷは平面状態とな
り、表面形状が分かり易くなる。ステップＳ１３では、
平面状態での表面形状をディスプレイ１３に表示する。
【００３１】なお、上述の実施の形態では、凸形状の球
面レンズＷを測定することについて説明したが、凹形状
の球面レンズやその他の被測定物についても同様であっ
て、Ｘステージ４、Ｙステージ５及びスペーサ６の厚み
を上述の式（１）の距離ｔを満足させるような一定の関
係に設定すれば、実施の形態と同様に測定することが可
能となる。また、測定器８の光源はレーザー光を照射す
る点光源としたが、光を利用するのであればモアレ縞等
の面光線とすることができる。
面レンズＷを測定することについて説明したが、凹形状
の球面レンズやその他の被測定物についても同様であっ
て、Ｘステージ４、Ｙステージ５及びスペーサ６の厚み
を上述の式（１）の距離ｔを満足させるような一定の関
係に設定すれば、実施の形態と同様に測定することが可
能となる。また、測定器８の光源はレーザー光を照射す
る点光源としたが、光を利用するのであればモアレ縞等
の面光線とすることができる。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る三次元
測定装置は、Ｘθ、Ｙθステージのそれぞれの回転中心
を共有回転中心とし、測定器の光軸を共有回転中心に通
し、Ｘθ、ＹθステージとＸ、Ｙステージと固定具とを
一定のアルゴリズムに基づく関係に設定したので、被測
定物の縁部の急峻な面で反射する光の反射角度を小さく
することができる。従って、被測定物で反射した光を測
定器で常に検出することが可能となり、被測定物の表面
の三次元形状を高い精度で安定して測定することができ
る。
測定装置は、Ｘθ、Ｙθステージのそれぞれの回転中心
を共有回転中心とし、測定器の光軸を共有回転中心に通
し、Ｘθ、ＹθステージとＸ、Ｙステージと固定具とを
一定のアルゴリズムに基づく関係に設定したので、被測
定物の縁部の急峻な面で反射する光の反射角度を小さく
することができる。従って、被測定物で反射した光を測
定器で常に検出することが可能となり、被測定物の表面
の三次元形状を高い精度で安定して測定することができ
る。
【図１】実施の形態の構成図である。
【図２】球面中心と共有回転中心の関係の説明図であ
る。
る。
【図３】測定手順のフローチャート図である。
【図４】ＹθステージをＸ座標方向から見た部分側面図
である。
である。
【図５】Ｙθステージを共有回転中心を中心として回転
した部分側面図である。
した部分側面図である。
【図６】Ｘθステージを共有回転中心を中心として回転
した部分側面図である。
した部分側面図である。
【図７】球面レンズの測定ラインの説明図である。
【図８】Ｘθ、Ｙθ、Ｚ座標値からＸ、Ｙ、Ｚ座標値に
変換する方法の説明図である。
変換する方法の説明図である。
１ ベース ２ Ｘθステージ ３ Ｙθステージ ４ Ｘステージ ５ Ｙステージ ６ スペーサ ７ 光プローブ部 ８ 測定器 １０ コンピュータ １１ コンピュータ本体 １２ キーボード １３ ディスプレイ Ａ 球面中心 Ｂ 共有回転中心 Ｃ 中心軸 Ｄ 照射光軸 Ｅ 反射光軸 Ｆ 入射点 Ｒ 球面レンズの曲率半径 Ｗ 球面レンズ ｄ 球面レンズの外径 α 受光センサの最大受光角度 θ０ 半開角
Claims (5)
- 【請求項１】 Ｘθ、Ｙθ方向に回転するＸθ、Ｙθス
テージと、これらのＸθ、Ｙθステージをそれぞれ微駆
動する第１の駆動手段と、前記Ｘθ、Ｙθステージの上
でＸ、Ｙ方向に移動するＸ、Ｙステージと、球面を有す
る被測定物を前記Ｘ、Ｙステージの上に固定する固定具
と、前記Ｘ、Ｙステージをそれぞれ微駆動する第２の駆
動手段と、被測定物の表面の三次元座標値を測定する光
プローブと、前記第１の駆動手段と前記光プローブを制
御すると共に信号を演算処理するコンピュータとを具備
する三次元測定装置であって、前記Ｘθ、Ｙθステージ
のそれぞれの回転中心を共有回転中心とし、前記光プロ
ーブの光軸を前記共有回転中心に通し、前記Ｘθ、Ｙθ
ステージと前記Ｘ、Ｙステージと前記固定具とを一定の
アルゴリズムに基づく関係に設定し、前記コンピュータ
は、前記Ｘ、Ｙステージによって頂点位置に駆動された
被測定物の頂点座標値を取得かつ基準値として記憶し、
前記頂点位置を基準に前記Ｘθ、Ｙθステージを駆動し
て被測定物を測定開始位置に駆動し、該測定開始位置か
ら前記Ｘθ、Ｙθステージを駆動して被測定物のＸθ、
Ｙθ、Ｚ座標値を取得かつ記憶し、前記頂点座標値を通
るラインの被測定物のＸθ、Ｙθ、Ｚ座標値を取得し、
被測定物の表面全体を測定した後に、前記頂点座標値を
通るラインのＸθ、Ｙθ、Ｚ座標値から近似球面式を演
算し、前記基準値と前記Ｘθ、Ｙθ、Ｚ座標値とから
Ｘ、Ｙ、Ｚ座標軸のＸ、Ｙ、Ｚ座標値に演算変換し、前
記近似球面式から求めた曲率成分を前記Ｘ、Ｙ、Ｚ座標
値から除去して表示することを特徴とする三次元測定装
置。 - 【請求項２】 前記光プローブはレーザー光、モアレ、
又は光切断を用いた光学系から成ることを特徴とする請
求項１に記載の三次元測定装置。 - 【請求項３】 被測定物の外径をｄ、前記光プローブの
受光センサの受光可能角度をα、被測定物の曲率半径を
Ｒ、半開角をθ０とした場合に、前記アルゴリズムは、
被測定物の球面中心と前記共有回転中心との関係が、
（ｄ／２）／ｔａｎ（α−θ０）−Ｒ・ｃｏｓθ０以下
となるように設定したことを特徴とする請求項１に記載
の三次元測定装置。 - 【請求項４】 前記第１の駆動手段はステッピングモー
タであることを特徴とする請求項１に記載の三次元測定
装置。 - 【請求項５】 前記第２の駆動手段は手動ダイヤルであ
ることを特徴とする請求項１に記載の三次元測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001054471A JP3768822B2 (ja) | 2001-02-28 | 2001-02-28 | 三次元測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001054471A JP3768822B2 (ja) | 2001-02-28 | 2001-02-28 | 三次元測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002257511A true JP2002257511A (ja) | 2002-09-11 |
| JP3768822B2 JP3768822B2 (ja) | 2006-04-19 |
Family
ID=18914798
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001054471A Expired - Fee Related JP3768822B2 (ja) | 2001-02-28 | 2001-02-28 | 三次元測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3768822B2 (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7204032B2 (en) | 2004-10-29 | 2007-04-17 | Gc Corporation | Production method of three-dimensional shape data of dental prosthesis |
| US7338102B2 (en) * | 2003-04-04 | 2008-03-04 | Canon Kabushiki Kaisha | Manipulator |
| US7454843B2 (en) | 2004-10-28 | 2008-11-25 | Gc Corporation | Measured object mounting tool and production method of three-dimensional shape data of dental prosthesis using that tool |
| JP2008286734A (ja) * | 2007-05-21 | 2008-11-27 | Tokyo Seimitsu Co Ltd | 形状測定装置及び形状測定方法 |
| JP2010044027A (ja) * | 2008-08-18 | 2010-02-25 | Kanazawa Univ | 厚さ測定装置および厚さ分布測定方法 |
| JP2010122091A (ja) * | 2008-11-20 | 2010-06-03 | Nikon Corp | 形状測定装置 |
| JP2010216939A (ja) * | 2009-03-16 | 2010-09-30 | Nikon Corp | 三次元形状測定装置 |
| JP2011145303A (ja) * | 2011-03-23 | 2011-07-28 | Nikon Corp | 形状測定装置 |
| JP2016075482A (ja) * | 2014-10-02 | 2016-05-12 | オリンパス株式会社 | 形状測定装置及び形状測定方法 |
| KR102081085B1 (ko) * | 2018-11-22 | 2020-02-25 | 주식회사 나노시스템 | 3차원 자유곡면 형상 측정 장치 및 방법 |
| CN114234887A (zh) * | 2021-11-17 | 2022-03-25 | 广豪(广州)光学有限公司 | 自由曲面镜片曲率测量装置及其应用 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11320263B2 (en) | 2019-01-25 | 2022-05-03 | Stanley Black & Decker Inc. | Laser level system |
-
2001
- 2001-02-28 JP JP2001054471A patent/JP3768822B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| US7338102B2 (en) * | 2003-04-04 | 2008-03-04 | Canon Kabushiki Kaisha | Manipulator |
| US7824183B2 (en) | 2004-10-28 | 2010-11-02 | Gc Corporation | Measured object mounting tool and production method of three-dimensional shape data of dental prosthesis using that tool |
| US7454843B2 (en) | 2004-10-28 | 2008-11-25 | Gc Corporation | Measured object mounting tool and production method of three-dimensional shape data of dental prosthesis using that tool |
| US7204032B2 (en) | 2004-10-29 | 2007-04-17 | Gc Corporation | Production method of three-dimensional shape data of dental prosthesis |
| JP2008286734A (ja) * | 2007-05-21 | 2008-11-27 | Tokyo Seimitsu Co Ltd | 形状測定装置及び形状測定方法 |
| JP2010044027A (ja) * | 2008-08-18 | 2010-02-25 | Kanazawa Univ | 厚さ測定装置および厚さ分布測定方法 |
| JP2010122091A (ja) * | 2008-11-20 | 2010-06-03 | Nikon Corp | 形状測定装置 |
| JP2010216939A (ja) * | 2009-03-16 | 2010-09-30 | Nikon Corp | 三次元形状測定装置 |
| JP2011145303A (ja) * | 2011-03-23 | 2011-07-28 | Nikon Corp | 形状測定装置 |
| JP2016075482A (ja) * | 2014-10-02 | 2016-05-12 | オリンパス株式会社 | 形状測定装置及び形状測定方法 |
| US10054431B2 (en) | 2014-10-02 | 2018-08-21 | Olympus Corporation | Shape measurement apparatus and shape measurement method |
| DE112015004528B4 (de) * | 2014-10-02 | 2021-04-01 | Olympus Corporation | Formmessvorrichtung und Formmessverfahren |
| KR102081085B1 (ko) * | 2018-11-22 | 2020-02-25 | 주식회사 나노시스템 | 3차원 자유곡면 형상 측정 장치 및 방법 |
| WO2020105978A1 (ko) * | 2018-11-22 | 2020-05-28 | 주식회사 나노시스템 | 3차원 자유곡면 형상 측정 장치 및 방법 |
| CN114234887A (zh) * | 2021-11-17 | 2022-03-25 | 广豪(广州)光学有限公司 | 自由曲面镜片曲率测量装置及其应用 |
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