JP2008032496A - 光学式測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エッジ検出センサを備え、目視での測定とエッジ検出センサでの測定とを混在させた測定が可能な光学式測定装置を提供する。
【解決手段】基準線を有するスクリーンと、移動可能な載物台と、この載物台に載置された測定対象物の光学画像を前記スクリーン上に結像させる光学系と、前記スクリーン上の任意位置において前記光学画像内の測定エッジ部の通過を検出するエッジ検出センサ１１２とを備える光学式測定装置において、前記基準線から前記エッジ検出センサ１１２までの距離をオフセット値として記憶したオフセット値記憶部１４３と、前記基準線と前記エッジ検出センサ１１２とを用いて測定した測定データに対して、前記オフセット値を用いて補正する補正データ算出部１４４とを備える光学式測定装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、載物台に載置された測定対象物の光学画像をスクリーン上に結像させる光学系を備える光学式測定装置に関する。

載物台に載置された測定対象物に照明光を照射し、その測定対象物からの透過光または反射光をスクリーン上に拡大結像し、このスクリーン上に拡大結像された光学画像から測定対象物の寸法や形状などを測定する光学式測定装置が知られている。

載物台にニ軸のリニアエンコーダ等を備える光学式測定装置においては、スクリーン上に結像された測定対象物の光学画像の測定エッジ部をスクリーン上の基準点に合わせ、その時の載物台の二次元座標を読み取ることで、測定対象物の寸法や形状などを測定することができる。
また、スクリーン上に設けられ光学画像の測定エッジ部の通過を検出するエッジ検出センサと、測定エッジ部がエッジ検出センサを通過した時の載物台の二次元座標を記録するデータ処理装置とを用いれば、自動的に測定エッジ部の通過を検出し、その時の載物台の二次元座標を読み取ることができる。測定エッジ部をエッジ検出センサにより検出するので、測定者の感覚の違いによる測定データの個人差を排除することができる。

このようなエッジ検出センサを備える光学式測定装置については、様々な観点から多数の提案がなされている。たとえば、特許文献１には、複数個のエッジ検出センサを用いることで、測定時間を短縮する光学式測定装置が開示されている。

特開平３−３５１０６号公報

しかし、エッジ検出センサによって測定エッジ部の通過を検出する光学式測定装置においては、測定エッジ部が不鮮明なときや反射測定を行うときなど、エッジ検出センサでは測定エッジ部の検出ができないことがある。
このような場合でも、上述のように、目視で光学画像の測定エッジ部をスクリーン上の基準点に合わせて測定エッジ部を指定し、測定を行うことができるが、以下のような問題が生じる。
通常、エッジ検出センサは、スクリーン上の基準点とは異なる位置に設けられている。これは、基準点と同じ位置にエッジ検出センサが設けられていると、エッジ検出センサが邪魔になり、基準点を視認することができないからである。このため、目視での測定データとエッジ検出センサでの測定データとの間には、スクリーン上の基準点とエッジ検出センサとが離れている距離の分だけずれが生じてしまう。
したがって、複数の測定エッジ部を測定して測定対象物の寸法や形状などを得るには、全ての測定を目視およびエッジ検出センサのいずれか一方で行う必要があり、目視での測定とエッジ検出センサでの測定とを混在させることはできなかった。

本発明の目的は、エッジ検出センサを備え、目視での測定とエッジ検出センサでの測定とを混在させた測定が可能な光学式測定装置を提供することである。

本発明の光学式測定装置は、基準線を有するスクリーンと、移動可能な載物台と、この載物台に載置された測定対象物の光学画像を前記スクリーン上に結像させる光学系と、前記スクリーン上の任意位置において前記光学画像内の測定エッジ部の通過を検出するエッジ検出センサとを備える光学式測定装置であって、前記基準線から前記エッジ検出センサまでの距離をオフセット値として記憶したオフセット値記憶部と、前記基準線と前記エッジ検出センサとを用いて測定した測定データに対して、前記オフセット値を用いて補正する補正データ算出部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、基準線からエッジ検出センサまでの距離をオフセット値として記憶したオフセット値記憶部と、基準線とエッジ検出センサとを用いて測定した測定データに対して、オフセット値を用いて補正する補正データ算出部とを備えるので、目視での測定データとエッジ検出センサでの測定データとの間に生じるずれを補正し、測定データの整合性をとることができる。
すなわち、目視での測定データとエッジ検出センサでの測定データとの間には、スクリーン上の基準線とエッジ検出センサとが離れている距離の分だけずれが生じるが、オフセット値記憶部が、予め基準点とエッジ検出センサとの距離をオフセット値として記憶しており、補正データ算出部が、オフセット値記憶部からオフセット値を読み込み、目視での測定データまたはエッジ検出センサでの測定データからオフセット値を差し引くので、測定データのずれがなくなり、測定データの整合性をとることができる。
したがって、エッジ検出センサを備える光学式測定装置において、目視での測定とエッジ検出センサでの測定とを混在させた測定が可能となる。

本発明において、前記基準線が、直交する二本の直線からなる十字線であり、前記オフセット値が前記十字線の二本の直線に沿った二方向の二次元情報として記憶されることが好ましい。
このような構成によれば、通常のＸＹ座標系における二次元測定において、目視での測定データとエッジ検出センサでの測定データ間に生じるずれを補正し、測定データの整合性をとることができる。よって、目視での測定とエッジ検出センサでの測定とを混在させた測定が可能となる。

本発明の光学式測定装置は、前記基準線と前記エッジ検出センサの、どちらを用いて測定を行うかを指定する測定方法指定手段を備えることが好ましい。
このような構成によれば、基準線とエッジ検出センサの、どちらを用いて測定を行うかを指定して測定を行うことができるので、個々の測定エッジ部ごとの状況に応じて、目視またはエッジ検出センサで測定を行うことができる。

以下、本発明に係る光学式測定装置の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態の光学式測定装置１の斜視図である。
図１に示すように、光学式測定装置１は、本体１０と、スクリーン１１と、測定対象物が載置される載物台１２と、測定対象物に光を照射しその光に基づく測定対象物の光学画像をスクリーン１１に結像させる光学系を備えた投影機１３と、データ処理装置１４とを備える。

本体１０は、載物台１２を有する基部１０１と、基部１０１の上面一端部に設けられた胴部１０２と、胴部１０２の正面上部に設けられスクリーン１１と投影機１３を備える頭部１０３とから構成される。

スクリーン１１は、本体１０の頭部１０３の前面に設けられ、目視で測定を行う際の基準線である十字線１１１と、エッジ検出センサ１１２とを備える。
十字線１１１は、円形のスクリーン１１の中心において直交する二本の直線からなる。
円柱状のエッジ検出センサ１１２は、光学センサを内蔵しており、スクリーン１１上の任意位置においてスクリーン１１上に結像された測定対象物の光学画像内の測定エッジ部の通過を検出する。エッジ検出センサ１１２は、スクリーン１１に垂直に固定され、一端がスクリーン１１に当接し、他端が接続ケーブル１１５を介してデータ処理装置１４に接続されている。

なお、エッジ検出センサ１１２は、十字線１１１の交点とは異なる位置に設けられている。これは、十字線１１１の交点にエッジ検出センサ１１２が設けられていると、エッジ検出センサ１１２が邪魔になり、十字線１１１の交点を視認することができないからである。

載物台１２は、本体１０の基部１０１の上面に、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ方向へ移動可能に設けられ、それぞれの方向への載物台１２の移動を検出する三つのリニアエンコーダ１２１、１２２、１２３を内蔵している。三つのリニアエンコーダ１２１、１２２、１２３は、接続ケーブル１２４を介してデータ処理装置１４に接続されている。
なお、図１において前後方向がＹ方向に、左右方向がＸ方向に、上下方向がＺ方向に対応する。スクリーン１１上においては、左右方向がＸ方向に、上下方向がＹ方向に対応する。

投影機１３は、本体１０の頭部１０３の下面に設けられ、載物台１２の下方から載物台１２に載置された測定対象物に光を照射し、その透過光に基づく測定対象物の光学画像をスクリーン１１上に結像させる光学系１３１を有する。

データ処理装置１４は、ディスプレイ１４１と、操作ボタン１４２とを有する。ディスプレイ１４１は、測定結果やオフセット値などの測定に係るデータを表示する。操作ボタン１４２は、測定方法指定手段であり、操作ボタン１４２を操作することにより、十字線１１１とエッジ検出センサ１１２の、どちらを用いて測定を行うかを指定することができる。なお、操作ボタン１４２は、これ以外にも測定に係る様々な操作に用いられる。また、データ処理装置１４は、上述のように、接続ケーブル１１５を介してエッジ検出センサ１１２と、接続ケーブル１２４を介して三つのリニアエンコーダ１２１、１２２、１２３と接続されている。なお、１４５は、データ処理装置１４を載置するスタンドである。

図２にデータ処理装置１４の構成の略図を示す。データ処理装置１４は、オフセット値記憶部１４３と、補正データ算出部１４４とを備える。オフセット値記憶部１４３は、十字線１１１の交点からエッジ検出センサ１１２までの距離をオフセット値として記憶する。オフセット値は、十字線１１１に沿ったＸ、Ｙ方向の二次元情報として記憶される。補正データ算出部１４４は、オフセット値記憶部１４３に記憶されたオフセット値を用いて十字線１１１とエッジ検出センサ１１２とを用いて測定した測定データを補正する。

このような光学式測定装置１を用い、目視およびエッジ検出センサ１１２を併用して測定エッジ部の指定をし、測定対象物の寸法や形状などを測定する際の操作について説明する。
（１）キャリブレーション
測定に先立ってキャリブレーション、すなわち、オフセット値の記憶を行う。図３にキャリブレーションの操作手順を示す。
直方体形状の基準ワークを載物台１２に載置する。この時、基準ワークの各辺がＸ、Ｙ、Ｚ方向に平行になるように載置する。データ処理装置１４の操作ボタン１４２を操作して前回測定時のオフセット値を消去する（設定初期化）。

続いて、Ｘ方向のオフセット値を測定し記憶させる。
スクリーン１１上に結像された基準ワークの光学画像の一辺が、十字線１１１のうちＹ方向の直線と重なるように載物台１２をＸ方向に移動させる。その状態で、データ処理装置１４の操作ボタン１４２を操作し、この時の載物台のＸ方向の位置をゼロとして記憶させる（Ｘ軸端面ゼロセット）。
続いて、基準ワークの光学画像の同じ一辺をエッジ検出センサ１１２で検出し（Ｘ軸端面エッジ検出）、この時の載物台のＸ方向の位置（ａ）をオフセット値記憶部１４３に記憶させる（Ｘ軸オフセット記憶）。

次に、Ｙ方向のオフセット値を測定し記憶させる。
スクリーン１１上に結像された基準ワークの光学画像の一辺が、十字線１１１のうちＸ方向の直線と重なるように載物台１２をＹ方向に移動させる。その状態で、データ処理装置１４の操作ボタン１４２を操作し、この時の載物台のＹ方向の位置をゼロとして記憶させる（Ｙ軸端面ゼロセット）。
続いて、基準ワークの光学画像の同じ一辺をエッジ検出センサ１１２で検出し（Ｙ軸端面エッジ検出）、この時の載物台のＹ方向の位置（ｂ）をオフセット値記憶部１４３に記憶させる（Ｙ軸オフセット記憶）。

以上の手順により、オフセット値（ａ，ｂ）が記憶されたことになる（ＸＹオフセット値記憶）。なお、以上のような操作によらず、操作ボタン１４２を操作して、データ処理装置１４に直接オフセット値を入力し、オフセット値記憶部１４３に記憶させることもできる。

（２）測定
測定の手順を図４に示す。
はじめに、データ処理装置１４の操作ボタン１４２を操作し、寸法測定や形状測定などの測定項目を選択する（測定項目を選択）。
載物台１２に測定対象物を載置し、載物台１２を移動してスクリーン１１上に結像された測定対象物の光学画像の測定エッジ部を、十字線１１１の交点あるいはエッジ検出センサ１１２付近まで移動させる（ワークを移動）。

ここで、十字線１１１とエッジ検出センサ１１２の、どちらを用いて測定を行うかを操作ボタン１４２により指定する（測定方法の選択）。
十字線１１１を用いる場合（エッジ検出しない）、補正データ算出部１４４が、そのときの載物台１２の位置の測定データを、三つのリニアエンコーダ１２１、１２２、１２３から接続ケーブル１２４を介して受信し（ＸＹカウンタ値入力）、この測定データを測定値として記憶および出力する（測定値の決定）。

エッジ検出センサ１１２を用いる場合（補正付エッジ検出）、エッジ検出センサ１１２による測定エッジ部の検出が行われ、補正データ算出部１４４が、測定エッジ部の検出時の載物台１２の位置の測定データを、三つのリニアエンコーダ１２１、１２２、１２３から接続ケーブル１２４を介して受信し（ＸＹカウンタ値入力）、この測定データからオフセット値記憶部１４３に記憶されたオフセット値を差し引き（オフセット補正）、これを測定値として記憶および出力する（測定値の決定）。

なお、全ての測定をエッジ検出センサ１１２で行う場合には、測定項目の選択時に、オフセット補正なしのエッジ検出センサ１１２測定を指定することができる（エッジ検出のみ）。この場合、上述の場合と同様にＸＹカウンタ値入力が行われるが、オフセット補正は行われず、測定値の決定がなされる。

本実施形態によれば、以下に示すような効果がある。
(１) 十字線１１１からエッジ検出センサ１１２までの距離をオフセット値として記憶したオフセット値記憶部１４３と、十字線１１１とエッジ検出センサ１１２とを用いて測定した測定データに対して、前記オフセット値を用いて補正する補正データ算出部１４４とを備えるので、目視での測定データとエッジ検出センサ１１２での測定データとの整合性をとることができる。つまり、目視での測定とエッジ検出センサ１１２での測定とを混在させた測定が可能となる。

(２)十字線１１１とエッジ検出センサ１１２の、どちらを用いて測定を行うかを指定して測定を行うことができるので、状況に応じて、目視で測定を行うか、エッジ検出センサ１１２で測定を行うかを選択することができる。

(３)データ処理装置１４に直接オフセット値を入力し、オフセット値記憶部１４３に記憶させることができるので、キャリブレーションを省略でき、測定時間を短縮することができる。たとえば、測定精度が必要とされない場合などに、定規などで読み取ったエッジ検出センサ１１２のおよその位置をオフセット値として用い、簡略に測定を行うことができる。

(４) 全ての測定をエッジ検出センサ１１２で行う場合には、測定項目の選択時に、オフセット補正なしのエッジ検出センサ１１２測定を指定することができるので、従来の光学式測定装置と同様に測定を行うことができる。

なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
（i）前記実施形態において、測定毎に毎回測定方法を指定する手順を示したが、これに限らない。たとえば、測定方法を指定しなかった場合には、自動的に直前の測定と同様の測定方法で測定が行われるようにしてもよい。このような設定によれば、同じ方法で何度も測定を行う場合に、毎回測定方法を指定する手間が省け、測定時間を短縮することができる。

（ii）前記実施形態のキャリブレーション手順において、目視にてゼロセットを行い、次いでエッジ検出センサ１１２にて基準ワークの検出を行うものとしたが、この手順は、逆であってもよい。すなわち、先にエッジ検出センサ１１２でゼロセットを行い、その後、目視で基準ワークの検出を行うことも可能である。この場合、測定において、十字線１１１による測定データからオフセット値を差し引いたものが測定値とされ、また、エッジ検出センサ１１２による測定データはそのまま測定値とされる。

（iii）光学式測定装置１の形状や構成は前記実施形態のものに限定されない。
たとえば、載物台１２を移動させる光学式測定装置１を示したが、載物台１２を固定したままとして、投影機１３を移動させる光学式測定装置１であってもいい。
また、前記実施形態において、光学式測定装置１の本体１０と別に、データ処理装置１４を設けたが、データ処理装置１４は、本体１０に内蔵されていてもよい。この場合、別途スタンド１４５を用意する必要がないなどの利点がある。

本発明は、測定対象物の形状や寸法などを測定する光学式測定装置として利用できる。

本実施形態の光学式測定装置の斜視図。 本実施形態のデータ処理装置の構成の略図。 本実施形態のキャリブレーションの操作手順を示す図。 本実施形態の光学式測定装置を用いた測定の手順を示す図。

符号の説明

１ 光学式測定装置
１０ 本体
１１ スクリーン
１２ 載物台
１３ 投影機
１４ データ処理装置
１１１ 十字線
１１２ エッジ検出センサ
１４２ 操作ボタン
１４３ オフセット値記憶部
１４４ 補正データ算出部

Claims (3)

1. 基準線を有するスクリーンと、移動可能な載物台と、この載物台に載置された測定対象物の光学画像を前記スクリーン上に結像させる光学系と、前記スクリーン上の任意位置において前記光学画像内の測定エッジ部の通過を検出するエッジ検出センサとを備える光学式測定装置であって、
   前記基準線から前記エッジ検出センサまでの距離をオフセット値として記憶したオフセット値記憶部と、前記基準線と前記エッジ検出センサとを用いて測定した測定データに対して、前記オフセット値を用いて補正する補正データ算出部とを備える光学式測定装置。
2. 請求項１に記載の光学式測定装置において、
   前記基準線が、直交する二本の直線からなる十字線であり、前記オフセット値が前記十字線の二本の直線に沿った二方向の二次元情報として記憶されることを特徴とする光学式測定装置。
3. 請求項１または２に記載の光学式測定装置において、
   前記基準線と前記エッジ検出センサの、どちらを用いて測定を行うかを指定する測定方法指定手段を備える光学式測定装置。

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