JP2007078635A - Calibration fixture, and offset calculation method of image measuring machine - Google Patents
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Description
この発明は、校正用治具及び画像測定機のオフセット算出方法に関する。 The present invention relates to a calibration jig and an offset calculation method for an image measuring machine.
従来、CCDカメラ等の撮像手段で被測定物(ワーク)を撮像して得られた画像から被測定対象の輪郭形状等を測定する画像測定装置が知られている。また、このような画像測定装置において上下方向すなわちZ方向の測定精度の向上のため、撮像手段に加えレーザプローブ等の非接触式光学プローブを併設した画像測定機が知られている(例えば、特許文献1参照)
このような撮像手段による画像測定機能と、非接触式光学プローブにより非接触変位検出機能との間にオフセットが存在する場合、このオフセットを定量的に特定する必要がある。このオフセット値の算出のため、様々な治具が用いられている。
2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known an image measuring apparatus that measures an outline shape or the like of an object to be measured from an image obtained by imaging an object to be measured (work) with an imaging means such as a CCD camera. In addition, in such an image measuring apparatus, an image measuring machine is known that is provided with a non-contact optical probe such as a laser probe in addition to the imaging means in order to improve the measurement accuracy in the vertical direction, that is, the Z direction (for example, patents). Reference 1)
When an offset exists between such an image measurement function by the imaging means and a non-contact displacement detection function by the non-contact optical probe, it is necessary to quantitatively specify the offset. Various jigs are used to calculate the offset value.
例えば特許文献1では、平板状の基板上に、非平行な2つの直線のナイフエッジを有する台形パターンの金属膜が形成された校正用治具が提案されている。その他、図5に示すように、基板51上に、上面が平面で中空の円筒形状のブロック52を形成した校正用治具、或いは図6に示すように、基板51上に4辺のナイフエッジを有する矩形状金属ブロック53を形成し、その周囲をアクリルブロック54で囲うことにより、金属ブロックの4辺の画像測定及び光学プローブによる測定を可能にした校正用治具も知られている。しかし、これらの校正用治具は、オフセット値の算出誤差がブロックの平面度や直角度に依存しているため、部品を組み立てた状態での調整加工が必要になり、治具の価格が高いという問題がある。また、特許文献1や図6の校正用治具の場合、ブロックの各辺を測定機の測定座標に対して位置合わせする必要があり、作業性が悪いという問題がある。
For example,
これに対し、タッチブローブを用いた3次元測定機においては、装置の校正のため予め精密に測定され半径が既知の基準球をオフセット算出のために用いている。基準球は方向性を持たないため、測定座標に対する位置合わせ等は不要であるというメリットがある。しかし、画像測定機においては、基準球はオフセット調整のためには使用することは困難であった。画像測定の場合、落射照明、透過照明、斜め照明等を使用しても基準球のエッジ部分が明確に特定できず、従って基準球の中心位置を正確に算出することができないためである。
本発明は、この問題に鑑み、複雑な調整加工が不要で治具の価格を低価格に抑えることが可能になると共に、作業性に優れた校正用治具及び画像測定機のオフセット算出方法を提供することを目的とする。 In view of this problem, the present invention eliminates the need for complicated adjustment processing, makes it possible to keep the jig price low, and provides a calibration jig excellent in workability and an offset calculation method for an image measuring machine. The purpose is to provide.
上記目的を達成するため、本発明に係る校正用治具は、基準球と、この基準球を下方から支持するベース部と、前記基準球の下方の前記ベース部の表面に形成され前記基準球が上方から照明された場合の光を散乱させる所定の表面粗さを有する反射板とを備えたことを特徴とする。 To achieve the above object, a calibration jig according to the present invention includes a reference sphere, a base portion that supports the reference sphere from below, and the reference sphere formed on the surface of the base portion below the reference sphere. And a reflector having a predetermined surface roughness that scatters light when illuminated from above.
また、本発明に係る画像測定機のオフセット算出方法は、画像測定用の撮像手段を備えると共に被測定物に対して照射される光に基づき被測定物の形状を測定する非接触式光学プローブを備えた画像測定機のオフセット算出方法において、予め精密に測定され寸法が既知の基準球を所定の表面粗さを有する反射板の上に設置した後、前記撮像手段により撮像して前記基準球の画像測定を行うと共に非接触式光学プローブによる前記基準球の測定を実行する工程と、前記画像測定の測定結果と前記非接触式光学プローブの測定結果とを比較してオフセットを算出する工程とを備えたことを特徴とする。 In addition, the offset calculation method of the image measuring machine according to the present invention includes a non-contact optical probe that includes an imaging unit for measuring an image and measures the shape of the object to be measured based on light irradiated to the object to be measured. In the offset calculation method of the provided image measuring machine, a reference sphere that is precisely measured in advance and has a known size is placed on a reflecting plate having a predetermined surface roughness, and then is imaged by the imaging means to capture the reference sphere. Performing image measurement and measuring the reference sphere with a non-contact optical probe; and comparing the measurement result of the image measurement and the measurement result of the non-contact optical probe to calculate an offset. It is characterized by having.
この発明によれば、基準球の下方に所定の表面粗さを有する反射板が配置され、この反射板により、基準球上方からの照明光が散乱される。このため、画像測定を行う場合であっても、基準球のエッジが明確に特定され、オフセット値を正確に算出することができる。また、この基準球を用いるため複雑な調整加工が不要で治具の価格を低価格に抑えることが可能になると共に、作業性に優れている。 According to the present invention, the reflector having a predetermined surface roughness is disposed below the reference sphere, and the illumination light from above the reference sphere is scattered by the reflector. For this reason, even when image measurement is performed, the edge of the reference sphere is clearly specified, and the offset value can be accurately calculated. Further, since this reference sphere is used, complicated adjustment processing is not required, and the price of the jig can be kept low, and the workability is excellent.
次に、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、この発明の実施の形態に係る校正用治具100の構成を示している。この校正用治具100は、鋼製の基板111と、支柱112と、基準球113と、反射板114と、基準ブロック115とを備えて構成される。支柱112は、基板111に裏面側からネジ止めされて基板111に固定されている。また、基準球113はこの支柱112の上部に固定的に保持されている。基準球113は、予め精密に測定された寸法が既知の鋼製の球であり、ここでは、一例として直径D=25mmのものとする。
FIG. 1 shows the configuration of a calibration jig 100 according to an embodiment of the present invention. The calibration jig 100 includes a
反射板114は、この基準球113の下方において、基板111の表面にネジ止めその他の方法により基板111に対し固定的に形成されている。反射板114は、基準球113が上方から落射照明等により照明した場合の照明範囲よりも大なる大きさに形成されている。反射板114の表面は、その照明光が散乱されるよう、所定の表面粗さRa(算術平均粗さ)を与えられている。この表面粗さRaは、基準球113の直径D、及び基準球113の赤道面の反射板114の表面からの高さh(図2参照)を考慮して決定される。一例として、直径D=25mm、高さh=20mmの場合、表面粗さRa=0.4μmとすることができる。例えばhが20mmより大きく設定された場合には、表面粗さRaは0.4μmより小さく設定される。また、基準ブロック115は、表面が平面となるように形成された鋼製の矩形のブロックである。
The reflector 114 is fixed to the
本実施の形態の校正用治具100は、基準球113の真球度、基準ブロック115の平面度がオフセット値の算出誤差の要因となるが、従来の校正治具のように、部品を組み立てた状態での調整加工が不要となるため、価格を安く抑えることができる。 In the calibration jig 100 according to the present embodiment, the sphericity of the reference sphere 113 and the flatness of the reference block 115 cause an error in calculating the offset value. This eliminates the need for adjustment processing in the above-described state, so that the price can be kept low.
次に、この校正用治具100が用いられる画像測定機の一例を図3を用いて説明する。この画像測定機は、次のように構成されている。即ち、架台11上には、ワークを載置する測定テーブル13が装着されており、この測定テーブル13は、図示しないY軸駆動機構によってY軸方向に駆動される。架台11の両側縁中央部には上方に延びる支持アーム14、15が固定されており、この支持アーム14、15の両上端部を連結するようにX軸ガイド16が固定されている。このX軸ガイド16には、撮像ユニット17が支持されている。撮像ユニット17は、図示しないX軸駆動機構によってX軸ガイド16に沿って駆動される。撮像ユニット17は、X軸ガイド16に沿って移動可能にスライダ31を備えており、このスライダ31に一体にZ軸ガイド32が固定されている。このZ軸ガイド32には、支持板33がZ軸方向に摺動自在に設けられ、この支持板33に、画像測定用の撮像手段であるCCDカメラ34と、非接触変位計であるレーザプローブ35とが併設されている。これにより、CCDカメラ34とレーザプローブ35とは、一定の位置関係を保ってX、Y、Zの3軸方向に同時に移動できるようになっている。CCDカメラ34には、撮像範囲を照明するための照明装置36が付加されている。レーザプローブ35の近傍位置には、レーザプローブ35のレーザビームによるワークの測定位置を確認するために、測定位置の周辺を撮像するCCDカメラ38と、レーザプローブ35の測定位置を照明するための照明装置39とが設けられている。レーザプローブ35は、撮像ユニット17の移動の際にレーザプローブ35を退避するための上下動機構40と、レーザビームの方向性を最適な方向に適合させるための回転機構41とにより支持されている。
Next, an example of an image measuring machine using the calibration jig 100 will be described with reference to FIG. This image measuring machine is configured as follows. That is, a measurement table 13 on which a workpiece is placed is mounted on the gantry 11, and this measurement table 13 is driven in the Y-axis direction by a Y-axis drive mechanism (not shown). Support
このような画像測定機1のCCDカメラ34とレーザプローブ35との間のオフセットを算出する場合、図1の校正用治具100が測定テーブル13上に載置される。そして、CCDカメラ34による画像測定により、基準球113の中心の座標Pc(x、y)を算出した後、続いてレーザプローブ35による測定により、基準球113の中心の座標Pc’(x’、y’)を算出する。
When calculating such an offset between the
CCDカメラ34の測定の際には、照明装置36により基準球113が照明される。この照明光は、基準球113を落射照明すると共に、その下方に存在する反射板114を照明する。反射板114は所定の表面粗さRaを有しており、反射板114に照射された光は、図4に示すように照明光は様々な方向に散乱される。この散乱光により、基準球113の周囲即ち赤道面付近が若干暗くなる一方、その周囲の反射板114が散乱により明るくなり、この明暗の差により、基準球113の輪郭は明確にCCDカメラ34の撮像画像において認識可能とされる。この撮像された画像に対しエッジ検出等の画像処理を施すことにより、基準球113の中心座標Pcが正確に特定され得る。基準球113は、従来技術の矩形ブロック等の校正用治具と異なり、方向性を持たないため、校正用治具100を画像測定機の測定座標系に平行に設置する必要がない。このため、作業性が従来の校正用治具に比べ向上されている。
At the time of measurement by the
一方、レーザプローブ35による測定では、受光光学系のNA等によって決まる測定範囲にレーザ光を照射しその反射光を受光して、基準球113の表面上を複数点測定し、その複数の座標値を算出することにより、基準球113の中心座標Pc’を算出することができる。この画像測定及びレーザプローブ測定の2通りの方法により算出された中心座標PcとPc’の差を取ることにより、X方向、Y方向のオフセットを求めることができる。
On the other hand, in the measurement by the
また、CCDカメラ34をオートフォーカスにより基準ブロック115の上面に合焦させ、その合焦位置を図示しないエンコーダの計数値に基いて特定することにより、基準ブロック115の上面の高さを測定する。それと共に、レーザプローブ35により、この基準ブロック115の上面の高さを複数点、例えば20点程度測定し、その平均値を測定する。この2つの測定値を比較することにより、Z方向のオフセットも求めることができる。
The
以上、発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、様々な置換、追加、削除等が可能である。例えば、上記実施の形態では、Z方向のオフセット値の算出のため基準ブロック115を備えているが、基準球113の頂点へのCCDカメラのオートフォーカスが精度良く行うことができる場合には基準ブロック115は省略してもよい。 Although the embodiments of the invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and various substitutions, additions, deletions, and the like are possible without departing from the spirit of the invention. For example, in the above-described embodiment, the reference block 115 is provided for calculating the offset value in the Z direction. However, when the CCD camera autofocus to the apex of the reference sphere 113 can be performed with high accuracy, the reference block 115 is provided. 115 may be omitted.
100・・・校正用治具、 111・・・基板、 112・・・支柱、 113・・・基準球、 114・・・反射板、 115・・・基準ブロック、 11・・・架台、 13・・・測定テーブル、 14、15・・・支持アーム、 16・・・X軸ガイド、 17・・・撮像ユニット、 34、38・・・CCDカメラ、 35・・・レーザプローブ、36、39・・・照明装置、 40・・・上下動機構、 41・・・回転機構。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Calibration jig | tool, 111 ... Board | substrate, 112 ... Support | pillar, 113 ... Reference sphere, 114 ... Reflector plate, 115 ... Reference block, 11 ... Mounting stand, 13. .... Measurement table 14, 15 ... Support arm, 16 ... X-axis guide, 17 ... Imaging unit, 34, 38 ... CCD camera, 35 ... Laser probe, 36, 39 ... -Illumination device, 40 ... vertical movement mechanism, 41 ... rotation mechanism.
Claims (3)
この基準球を下方から支持するベース部と、
前記基準球の下方の前記ベース部の表面に形成され前記基準球が上方から照明された場合の光を散乱させる所定の表面粗さを有する反射板と
を備えたことを特徴とする校正用治具。 A reference sphere that has been precisely measured in advance and whose dimensions are known;
A base for supporting the reference sphere from below;
A calibration plate, comprising: a reflector formed on a surface of the base portion below the reference sphere and having a predetermined surface roughness for scattering light when the reference sphere is illuminated from above; Ingredients.
予め精密に測定され寸法が既知の基準球を所定の表面粗さを有する反射板の上に設置した後、前記撮像手段により撮像して前記基準球の画像測定を行うと共に非接触式光学プローブによる前記基準球の測定を実行する工程と、
前記画像測定の測定結果と前記非接触式光学プローブの測定結果とを比較してオフセットを算出する工程と
を備えたことを特徴とする画像測定機のオフセット算出方法。
In an offset calculation method for an image measuring machine that includes an imaging means for image measurement and includes a non-contact optical probe that measures the shape of the object to be measured based on the light irradiated to the object to be measured.
After a reference sphere that has been measured in advance and has a known size is placed on a reflector having a predetermined surface roughness, the reference sphere is imaged by the imaging means and measured with a non-contact optical probe. Performing a measurement of the reference sphere;
An offset calculation method for an image measuring machine comprising: a step of calculating an offset by comparing a measurement result of the image measurement and a measurement result of the non-contact optical probe.
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