JP2008102123A - Shape measurement method and shape measurement device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、形状測定方法及び形状測定装置に関する。 The present invention relates to a shape measuring method and a shape measuring device.
従来、三次元測定機等のプローブ(探針)として、棒状の軸部及びこの軸部の先端に設けられた接触球を有するプローブが利用されている。そして、測定感度が良好となる微細な先端球を有するプローブを加工するプローブ加工方法及び加工機が知られている(特許文献1参照)。
しかしながら、上記従来技術の場合、微細な先端球を有するプローブを加工することができても、微細な先端球の真球度を測定することまでは行うことができず、かかる先端球の真球度測定は、今後、発展が期待される微小なプロービングシステムの高精度化の鍵となる。 However, in the case of the above prior art, even if a probe having a fine tip sphere can be processed, it cannot be performed until the sphericity of the fine tip sphere is measured. Degree measurement is the key to improving the accuracy of minute probing systems that are expected to develop in the future.
本発明の目的は、簡易に、且つ効率良く形状測定を行うことができる形状測定方法及び形状測定装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a shape measuring method and a shape measuring apparatus that can perform shape measurement simply and efficiently.
以上の課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、
回転対称体である被測定物体の形状を測定する形状測定方法において、
光軸上に、前記被測定物体の外形よりも大きい開口を有するアパーチャ及び前記被測定物体を配置する工程と、
前記被測定物体に光を照射してできる写像を撮像手段により撮像する工程と、
前記撮像手段によって撮像された写像の光強度分布より前記被測定物体の一断面形状を算出する工程と、
を備えることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the invention described in claim 1
In the shape measuring method for measuring the shape of the object to be measured which is a rotationally symmetric body,
Arranging an aperture having an opening larger than the outer shape of the object to be measured on the optical axis and the object to be measured;
Imaging a map formed by irradiating the object to be measured with light by imaging means;
Calculating a cross-sectional shape of the object to be measured from a light intensity distribution of a map imaged by the imaging means;
It is characterized by providing.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の形状測定方法において、
前記アパーチャ及び前記被測定物体と、前記撮像手段の撮像面との間に前記写像を拡大する拡大レンズを配置して前記写像を撮像することを特徴とする。
The invention according to claim 2 is the shape measuring method according to claim 1,
A magnifying lens for enlarging the mapping is disposed between the aperture and the object to be measured and an imaging surface of the imaging means, and the mapping is captured.
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の形状測定方法において、
前記アパーチャ及び前記被測定物体と、前記撮像手段の撮像面との間に、テレセントリックレンズを配置して前記写像を撮像することを特徴とする。
The invention according to claim 3 is the shape measuring method according to claim 1,
A telecentric lens is disposed between the aperture and the object to be measured and an imaging surface of the imaging means to capture the mapping.
請求項4に記載の発明は、
請求項1〜3の何れか一項に記載の形状測定方法において、
前記光は、散乱光であることを特徴とする。
The invention according to claim 4
In the shape measuring method according to any one of claims 1 to 3,
The light is scattered light.
請求項5に記載の発明は、
請求項1〜3の何れか一項に記載の形状測定方法において、
前記光は、平行光であることを特徴とする。
The invention described in claim 5
In the shape measuring method according to any one of claims 1 to 3,
The light is parallel light.
請求項6に記載の発明は、
回転対称体である被測定物体の形状を測定する形状測定方法において、
光源部と撮像手段の撮像面との間で、光軸上に前記光源部側から、前記被測定物体、第1のレンズ、前記第1のレンズの結像位置に前記被測定物体の外形よりも大きい開口を有するアパーチャ、第2のレンズの順に配置する工程と、
前記被測定物体に前記光源部により光を照射してできる写像を前記撮像手段により撮像する工程と、
前記撮像手段によって撮像された写像の光強度分布より前記被測定物体の一断面形状を算出する工程と、
を備えることを特徴とする。
The invention described in claim 6
In the shape measuring method for measuring the shape of the object to be measured which is a rotationally symmetric body,
From the light source unit side on the optical axis between the light source unit and the imaging surface of the imaging unit, from the outer shape of the measured object to the image forming position of the measured object, the first lens, and the first lens An aperture having a larger aperture, and a step of arranging the second lens in that order;
Imaging the map formed by irradiating the object to be measured with light from the light source unit with the imaging means;
Calculating a cross-sectional shape of the object to be measured from a light intensity distribution of a map imaged by the imaging means;
It is characterized by providing.
請求項7に記載の発明は、
回転対称体である被測定物体の形状を測定する形状測定方法において、
光源部と撮像手段の撮像面との間で、光軸上に前記光源部側から、前記被測定物体の外形よりも大きい開口を有するアパーチャ、第1のレンズ、前記第1のレンズの結像位置に前記被測定物体、第2のレンズの順に配置する工程と、
前記被測定物体に前記光源部により光を照射してできる写像を前記撮像手段により撮像する工程と、
前記撮像手段によって撮像された写像の光強度分布より前記被測定物体の一断面形状を算出する工程と、
を備えることを特徴とする。
The invention described in claim 7
In the shape measuring method for measuring the shape of the object to be measured which is a rotationally symmetric body,
An aperture, a first lens, and an image of the first lens having an opening larger than the outer shape of the object to be measured on the optical axis from the light source unit side between the light source unit and the imaging surface of the imaging unit. Arranging the object to be measured and the second lens in order at a position;
Imaging the map formed by irradiating the object to be measured with light from the light source unit with the imaging means;
Calculating a cross-sectional shape of the object to be measured from a light intensity distribution of a map imaged by the imaging means;
It is characterized by providing.
請求項8に記載の発明は、
請求項6又は7に記載の形状測定方法において、
前記第1のレンズ及び/又は前記第2のレンズは、テレセントリック系のレンズユニットであることを特徴とする。
The invention according to claim 8 provides:
In the shape measuring method according to claim 6 or 7,
The first lens and / or the second lens is a telecentric lens unit.
請求項9に記載の発明は、
請求項6〜8の何れか一項に記載の形状測定方法において、
前記第1のレンズ及び/又は前記第2のレンズの倍率を変更することによって前記被測定物体に対して適当なアパーチャの開口径を選択することを特徴とする。
The invention according to
In the shape measuring method according to any one of claims 6 to 8,
An aperture diameter suitable for the object to be measured is selected by changing a magnification of the first lens and / or the second lens.
請求項10に記載の発明は、
請求項1〜9の何れか一項に記載の形状測定方法において、
前記被測定物体を所定の角度で回転させる工程と、
前記被測定物体の一断面形状を算出する工程と前記被測定物体を所定の角度で回転させる工程とを交互に繰り返すことにより、前記被測定物体の全周面における断面形状を算出する工程と、
を備えることを特徴とする。
The invention according to
In the shape measuring method according to any one of claims 1 to 9,
Rotating the object to be measured by a predetermined angle;
Alternately calculating a cross-sectional shape of the object to be measured and a step of rotating the object to be measured at a predetermined angle to calculate a cross-sectional shape of the entire surface of the object to be measured;
It is characterized by providing.
請求項11に記載の発明は、
請求項1〜10の何れか一項に記載の形状測定方法において、
前記被測定物体は、球体であることを特徴とする。
The invention according to claim 11
In the shape measuring method according to any one of claims 1 to 10,
The object to be measured is a sphere.
請求項12に記載の発明は、
請求項11に記載の形状測定方法において、
前記球体の一断面形状を算出する工程は、
前記撮像手段によって撮像された写像の光強度パターンを直交座標軸にて採集して仮の中心を定め、かかる中心を原点とした所定の方位角方向に輝点のエッジ検出を行うことによって、前記球体のエッジ及び前記アパーチャのエッジを検出し、
検出された当該アパーチャのエッジから算出された形状と前記アパーチャの所定の開口形状との比較測定により、当該アパーチャのエッジから算出された形状の補正を行うとともに、当該補正に伴う補正量に基づき、検出された前記球体のエッジの形状の補正を行うことによって、前記球体の一断面形状を算出することを特徴とする請求項11に記載の形状測定方法。
The invention according to
The shape measuring method according to claim 11,
The step of calculating one cross-sectional shape of the sphere includes:
By collecting the light intensity pattern of the map imaged by the imaging means on an orthogonal coordinate axis to determine a temporary center, and detecting the edge of the bright spot in a predetermined azimuth direction with the center as the origin, the sphere Edge and the edge of the aperture,
By comparing the shape calculated from the detected edge of the aperture with the predetermined aperture shape of the aperture, the shape calculated from the edge of the aperture is corrected, and based on the correction amount accompanying the correction, The shape measuring method according to claim 11, wherein the cross-sectional shape of the sphere is calculated by correcting the shape of the detected edge of the sphere.
請求項13に記載の発明は、
請求項12に記載の形状測定方法において、
算出された前記球体の一断面形状に基いて前記球体の一断面における真円度を算出することを特徴とする請求項12に記載の形状測定方法。
The invention according to
The shape measuring method according to
13. The shape measuring method according to
請求項14に記載の発明は、
請求項13に記載の形状測定方法において、
前記真円度を、当該球体の全周面において所定の回転角度で求め、当該真円度の値のばらつきに基いて前記球体の真球度を算出することを特徴とする。
The invention according to claim 14
The shape measuring method according to
The roundness is obtained at a predetermined rotation angle on the entire circumferential surface of the sphere, and the sphericity of the sphere is calculated based on variations in the roundness value.
請求項15に記載の発明は、
回転対称体である被測定物体の形状を測定する形状測定装置において、
前記被測定物体に光を照射するための光源部と、
前記光源部から出力される光の光軸上に配置され、前記被測定物体の外形よりも大きい開口を有するアパーチャと、
前記光軸上に配置された前記被測定物体に前記光源部から出力された光を照射してできる写像を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段によって撮像された写像の光強度分布より前記被測定物体の一断面形状を算出する断面形状算出手段と、
を備えることを特徴とする。
The invention according to claim 15 is:
In a shape measuring device that measures the shape of a measured object that is a rotationally symmetric body,
A light source unit for irradiating the object to be measured with light;
An aperture disposed on the optical axis of light output from the light source unit and having an opening larger than the outer shape of the object to be measured;
Imaging means for imaging a map formed by irradiating the object to be measured disposed on the optical axis with light output from the light source unit;
A cross-sectional shape calculating means for calculating a cross-sectional shape of the object to be measured from a light intensity distribution of a map imaged by the imaging means;
It is characterized by providing.
請求項16に記載の発明は、
請求項15に記載の形状測定装置において、
前記アパーチャ及び前記被測定物体と、前記撮像手段の撮像面との間に、前記写像を拡大する拡大レンズを備えることを特徴とする。
The invention described in claim 16
The shape measuring apparatus according to claim 15,
A magnifying lens for magnifying the mapping is provided between the aperture, the object to be measured, and an imaging surface of the imaging means.
請求項17に記載の発明は、
請求項15に記載の形状測定装置において、
前記アパーチャ及び前記被測定物体と、前記撮像手段の撮像面との間に、テレセントリックレンズを備えることを特徴とする。
The invention described in claim 17
The shape measuring apparatus according to claim 15,
A telecentric lens is provided between the aperture and the object to be measured, and an imaging surface of the imaging means.
請求項18に記載の発明は、
請求項15〜17の何れか一項に記載の形状測定装置において、
前記光源部は、光を散乱させて出力する散乱手段を備えることを特徴とする。
The invention described in claim 18
In the shape measuring device according to any one of claims 15 to 17,
The light source unit includes scattering means for scattering and outputting light.
請求項19に記載の発明は、
請求項15〜17の何れか一項に記載の形状測定装置において、
前記光源部は、光を平行にして出力する平行手段を備えることを特徴とする。
The invention according to claim 19 is
In the shape measuring device according to any one of claims 15 to 17,
The light source unit includes parallel means for outputting light in parallel.
請求項20に記載の発明は、
回転対称体である被測定物体の形状を測定する形状測定装置において、
前記被測定物体に光を照射するための光源部と、
前記光源部によって照射された光による前記被測定物体の写像を通過させる第1及び第2のレンズと、
前記第1のレンズと前記第2のレンズとの間における前記第1のレンズの結像位置に配置され、前記被測定物体の外形よりも大きい開口を有するアパーチャと、
前記第2のレンズから出射された写像を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段によって撮像された写像の光強度分布より前記被測定物体の一断面形状を算出する断面形状算出手段と、
を備えることを特徴とする。
The invention according to
In a shape measuring device that measures the shape of a measured object that is a rotationally symmetric body,
A light source unit for irradiating the object to be measured with light;
First and second lenses that pass a map of the object to be measured by the light emitted by the light source unit;
An aperture disposed at an imaging position of the first lens between the first lens and the second lens and having an opening larger than an outer shape of the object to be measured;
Imaging means for imaging a map emitted from the second lens;
A cross-sectional shape calculating means for calculating a cross-sectional shape of the object to be measured from a light intensity distribution of a map imaged by the imaging means;
It is characterized by providing.
請求項21に記載の発明は、
回転対称体である被測定物体の形状を測定する形状測定装置において、
前記被測定物体に光を照射するための光源部と、
前記被測定物体の外形よりも大きい開口を有し、前記光源部によって照射された光を前記開口から通過させるアパーチャと、
前記アパーチャを通過した光を通過させる第1及び第2のレンズと、
前記第2のレンズに対して、前記第1のレンズと反対側に配置され、前記第1のレンズと前記第2のレンズとの間における前記第1のレンズの結像位置に配置された前記被測定物体の写像を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段によって撮像された写像の光強度分布より前記被測定物体の一断面形状を算出する断面形状算出手段と、
を備えることを特徴とする。
The invention according to
In a shape measuring device that measures the shape of a measured object that is a rotationally symmetric body,
A light source unit for irradiating the object to be measured with light;
An aperture having an opening larger than the outer shape of the object to be measured, and an aperture through which the light irradiated by the light source unit passes through the opening;
First and second lenses for passing light that has passed through the aperture;
The second lens is disposed on the opposite side of the first lens, and is disposed at an imaging position of the first lens between the first lens and the second lens. An imaging means for imaging a map of the measured object;
A cross-sectional shape calculating means for calculating a cross-sectional shape of the object to be measured from a light intensity distribution of a map imaged by the imaging means;
It is characterized by providing.
請求項22に記載の発明は、
請求項20又は21に記載の形状測定装置において、
前記第1のレンズ及び/又は前記第2のレンズは、テレセントリック系のレンズユニットであることを特徴とする。
The invention described in
In the shape measuring device according to claim 20 or 21,
The first lens and / or the second lens is a telecentric lens unit.
請求項23に記載の発明は、
請求項20〜22の何れか一項に記載の形状測定装置において、
前記第1のレンズ及び/又は前記第2のレンズの倍率を変更することによって前記被測定物体に対して適当なアパーチャの開口径を選択可能に構成されていることを特徴とする。
The invention according to claim 23 provides
In the shape measuring device according to any one of
An aperture diameter of an appropriate aperture for the object to be measured can be selected by changing the magnification of the first lens and / or the second lens.
請求項24に記載の発明は、
請求項15〜23の何れか一項に記載の形状測定装置において、
前記被測定物体を所定の角度で回転させる回転手段と、
前記回転手段により前記被測定物体を所定の角度で回転させる度に前記断面形状算出手段により前記被測定物体の一断面形状を算出し、前記被測定物体の全周面における断面形状を算出する形状測定手段と、
を備えることを特徴とする。
The invention according to claim 24 provides
In the shape measuring device according to any one of claims 15 to 23,
Rotating means for rotating the object to be measured at a predetermined angle;
A shape that calculates one cross-sectional shape of the object to be measured by the cross-sectional shape calculating means each time the object to be measured is rotated by a predetermined angle by the rotating means, and calculates a cross-sectional shape on the entire circumference of the object to be measured. Measuring means;
It is characterized by providing.
請求項25に記載の発明は、
請求項15〜24の何れか一項に記載の形状測定装置において、
前記被測定物体は、球体であることを特徴とする。
The invention according to claim 25 provides
In the shape measuring device according to any one of claims 15 to 24,
The object to be measured is a sphere.
請求項1に記載の発明によれば、被測定物体の外形よりも大きい開口を有するアパーチャと被測定物体とを光軸上に配置することによって、撮像手段により、被測定物体の一断面形状の周囲にできる光の輪を撮像することができ、かかる光の輪の光強度分布より被測定物体の一断面形状を算出することができる。
従って、光の回折を抑制し、撮像された光の輪の光強度分布より、被測定物体のエッジ検出ができることとなって、簡易に、且つ効率良く被測定物体の形状測定を行うことができる。
According to the first aspect of the present invention, the aperture having a larger opening than the outer shape of the object to be measured and the object to be measured are arranged on the optical axis, so that the cross-sectional shape of the object to be measured is obtained by the imaging unit. A ring of light that can be formed in the surroundings can be imaged, and a cross-sectional shape of the object to be measured can be calculated from the light intensity distribution of the ring of light.
Accordingly, the diffraction of light is suppressed, and the edge of the object to be measured can be detected from the light intensity distribution of the imaged light ring, and the shape of the object to be measured can be measured easily and efficiently. .
請求項2に記載の発明によれば、請求項1に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、アパーチャ及び被測定物体と、撮像手段の撮像面との間に拡大レンズを配置させることができる。
従って、拡大レンズを介して写像を撮像することができることとなり、被測定物体が微小な場合でも、簡易に、且つ効率良く形状測定を行うことができる。
According to the second aspect of the present invention, it is of course possible to obtain the same effect as that of the first aspect of the invention, and a magnifying lens is provided between the aperture and the object to be measured and the imaging surface of the imaging means. Can be placed.
Accordingly, a mapping can be taken through the magnifying lens, and shape measurement can be performed easily and efficiently even when the object to be measured is very small.
請求項3に記載の発明によれば、請求項1に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、アパーチャ及び被測定物体と、撮像手段の撮像面との間にテレセントリックレンズを配置させることができる。
従って、光源から照射された光のうち光軸に平行な平行光だけを像形成の対象とすることができることとなり、像の大きさの誤差を抑えることができる。また、光の回折を緩和させることができる。
According to the invention described in claim 3, it is needless to say that the same effect as that of the invention described in claim 1 can be obtained. A telecentric lens is provided between the aperture and the object to be measured and the imaging surface of the imaging means. Can be placed.
Therefore, only the parallel light parallel to the optical axis among the light emitted from the light source can be set as the object of image formation, and the error of the image size can be suppressed. In addition, light diffraction can be relaxed.
請求項4に記載の発明によれば、請求項1〜3の何れか一項に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、散乱光によって、被測定物体を照射することができる。
従って、光の回折を、より目立たなくさせることできることとなり、簡易に、且つ効率良く被測定物体の形状測定を行うことができる。
According to the invention described in claim 4, it is needless to say that the same effect as in the invention described in any one of claims 1 to 3 can be obtained, and the object to be measured can be irradiated with scattered light. it can.
Therefore, the diffraction of light can be made inconspicuous, and the shape of the measured object can be measured easily and efficiently.
請求項5に記載の発明によれば、請求項1〜3の何れか一項に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、平行光によって、被測定物体を照射することができる。
従って、光源から照射される光を平行光として集光させることができるので、回折パターン全体が明るくなり、コントラストも強くなり、回折の広がり角も点光源の場合よりも小さく扱い易い回折パターンが得られる。
According to the invention described in claim 5, it is needless to say that the same effect as in the invention described in any one of claims 1 to 3 can be obtained, and the object to be measured can be irradiated with parallel light. it can.
Therefore, since the light emitted from the light source can be condensed as parallel light, the entire diffraction pattern becomes brighter, the contrast becomes stronger, the diffraction spread angle is smaller than that of a point light source, and an easy-to-handle diffraction pattern is obtained. It is done.
請求項6に記載の発明によれば、光源部と撮像手段の撮像面との間で、光軸上に光源部側から被測定物体、第1のレンズ、第1のレンズの結像位置に被測定物体の外形よりも大きい開口を有するアパーチャ、第2のレンズの順に配置される。
従って、撮像された光の輪の光強度分布より、被測定物体のエッジ検出ができることとなって、簡易に、且つ効率良く被測定物体の形状測定を行うことができる。また、被測定物体とアパーチャとの距離に依存することなく測定することができることとなり、被測定物体とアパーチャとの物理的干渉を好適に防止することができる。また、第1のレンズの倍率により、被測定物体の像の大きさを設定することができることとなり、それに応じて、アパーチャの開口径の自由度を上げることができる。
According to the invention described in claim 6, between the light source unit and the imaging surface of the imaging unit, the object to be measured, the first lens, and the imaging position of the first lens on the optical axis from the light source unit side. An aperture having an opening larger than the outer shape of the object to be measured and the second lens are arranged in this order.
Therefore, the edge of the object to be measured can be detected from the light intensity distribution of the picked-up light ring, and the shape of the object to be measured can be measured easily and efficiently. Further, measurement can be performed without depending on the distance between the measured object and the aperture, and physical interference between the measured object and the aperture can be suitably prevented. Further, the size of the image of the object to be measured can be set by the magnification of the first lens, and the degree of freedom of the aperture diameter of the aperture can be increased accordingly.
請求項7に記載の発明によれば、光源部と撮像手段の撮像面との間で、光軸上に光源部側から、被測定物体の外形よりも大きい開口を有するアパーチャ、第1のレンズ、第1のレンズの結像位置に被測定物体、第2のレンズの順に配置される。
従って、撮像された光の輪の光強度分布より、被測定物体のエッジ検出ができることとなって、簡易に、且つ効率良く被測定物体の形状測定を行うことができる。また、被測定物体とアパーチャとの距離に依存することなく測定することができることとなり、被測定物体とアパーチャとの物理的干渉を好適に防止することができる。また、第2のレンズの倍率により、被測定物体の像の大きさを設定することができることとなり、それに応じて、アパーチャの開口径の自由度を上げることができる。
更に、被測定物体に対して、アパーチャを光源部側に配置することにより、光源部から出力された光が、被測定物体に照射された際、光が散乱することを防止できることとなり、光源部から照射される光の利用効率を上げることができる。
According to the seventh aspect of the invention, the aperture and the first lens having an opening larger than the outer shape of the object to be measured from the light source unit side on the optical axis between the light source unit and the imaging surface of the imaging unit. The object to be measured and the second lens are arranged in this order at the imaging position of the first lens.
Therefore, the edge of the object to be measured can be detected from the light intensity distribution of the picked-up light ring, and the shape of the object to be measured can be measured easily and efficiently. Further, measurement can be performed without depending on the distance between the measured object and the aperture, and physical interference between the measured object and the aperture can be suitably prevented. Further, the size of the image of the object to be measured can be set by the magnification of the second lens, and the degree of freedom of the aperture diameter of the aperture can be increased accordingly.
Further, by arranging the aperture on the light source unit side with respect to the object to be measured, it is possible to prevent light from being scattered when the light output from the light source unit is irradiated on the object to be measured. The utilization efficiency of the light irradiated from can be increased.
請求項8に記載の発明によれば、請求項6又は7に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、第1のレンズ及び/又は第2のレンズを、テレセントリック系のレンズユニットとすることができる。
従って、テレセントリック系のレンズユニットを用いることによって、絞りの位置がレンズの焦点位置に配置され、口径を小さくすることで、被測定物体からの多くの光は絞りで遮られ、像を形成する光は被測定物体からレンズに光軸と略平行に入った後、焦点を通って絞りを通過した光だけとなり、被測定物体からの略平行光だけが像形成に関わるため、被測定物体の位置の変化による倍率の変動が小さい。
そのため、被測定物体の位置ずれによる拡大倍率の変化を抑えることができる。また、光の回折を緩和させることができる。
According to the invention described in claim 8, it is needless to say that the same effect as that of the invention described in claim 6 or 7 can be obtained, and the first lens and / or the second lens is replaced with a telecentric lens. Can be a unit.
Therefore, by using a telecentric lens unit, the position of the aperture is located at the focal position of the lens, and by reducing the aperture, much light from the object to be measured is blocked by the aperture, and light that forms an image The position of the object to be measured is that only the light that has passed through the aperture through the focal point after entering the lens from the object to be measured to be approximately parallel to the optical axis, and only the substantially parallel light from the object to be measured is involved in image formation. Fluctuation in magnification due to changes in is small.
Therefore, it is possible to suppress a change in the enlargement magnification due to the displacement of the object to be measured. In addition, light diffraction can be relaxed.
請求項9に記載の発明によれば、請求項6〜8の何れか一項に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、第1のレンズ及び/又は第2のレンズの倍率を変更することによって、被測定物体に対して適当なアパーチャの開口径を選択することができる。
従って、レンズの倍率を変更することにより、アパーチャの開口径を調整できることとなり、被測定物体の大きさに応じたアパーチャを、その都度、用意する必要がなくなるので、簡易に、且つ効率良く形状測定を行うことができる。
According to the ninth aspect of the invention, it is needless to say that the same effect as that of the sixth aspect of the invention can be obtained, and that the first lens and / or the second lens are By changing the magnification, it is possible to select an appropriate aperture diameter for the object to be measured.
Therefore, by changing the magnification of the lens, the aperture diameter of the aperture can be adjusted, and it is not necessary to prepare an aperture corresponding to the size of the object to be measured each time. It can be performed.
請求項10に記載の発明によれば、請求項1〜9の何れか一項に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、被測定物体を所定の角度で回転させることができる。
従って、被測定物体の一断面形状を算出する工程と被測定物体を所定の角度で回転させる工程を交互に繰り返すことができることとなり、被測定物体の全周面における断面形状を簡易に、且つ効率良く測定することができる。
According to the invention described in
Accordingly, the step of calculating the cross-sectional shape of the object to be measured and the step of rotating the object to be measured by a predetermined angle can be alternately repeated, and the cross-sectional shape of the entire surface of the object to be measured can be easily and efficiently performed. It can be measured well.
請求項11に記載の発明によれば、請求項1〜10の何れか一項に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、球体についても、簡易に、且つ効率良く形状測定を行うことができる。 According to the invention described in claim 11, it is needless to say that the same effect as that of the invention described in any one of claims 1 to 10 can be obtained, and the shape of a sphere can be measured easily and efficiently. It can be performed.
請求項12に記載の発明によれば、請求項11に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、球体の一断面形状について、簡易に、且つ効率良く測定することができる。 According to the twelfth aspect of the present invention, it is needless to say that the same effect as that of the eleventh aspect of the invention can be obtained, and it is possible to easily and efficiently measure the cross-sectional shape of the sphere.
請求項13に記載の発明によれば、請求項12に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、球体の真円度についても、簡易に、且つ効率良く測定することができる。 According to the thirteenth aspect of the present invention, it is needless to say that the same effect as that of the twelfth aspect of the invention can be obtained, and the roundness of the sphere can be measured easily and efficiently. .
請求項14に記載の発明によれば、請求項13に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、球体の真球度についても、簡易に、且つ効率良く測定することができる。
According to the invention described in claim 14, it is needless to say that the same effect as that of the invention described in
請求項15に記載の発明によれば、光源部によって、被測定物体に光を照射することができ、被測定物体に光を照射した際、被測定物体の外形よりも大きい開口を有するアパーチャを介することによって、光の回折を抑制することができ、撮像手段によって、光軸上に配置された被測定物体に光源部から出力された光を照射してできる写像を撮像することができ、断面形状算出手段によって、撮像された写像の光強度分布より被測定物体の一断面形状を算出することができる。
従って、光の回折を抑制し、撮像された光の輪の光強度分布より、被測定物体のエッジ検出ができることとなって、簡易に、且つ効率良く被測定物体の形状測定を行うことができる。
According to the fifteenth aspect of the present invention, the light source unit can irradiate the object to be measured with light, and when the object to be measured is irradiated with light, the aperture having an opening larger than the outer shape of the object to be measured is provided. Therefore, the diffraction of light can be suppressed, and the imaging unit can image a mapping formed by irradiating the object to be measured arranged on the optical axis with the light output from the light source unit. The shape calculation means can calculate the cross-sectional shape of the object to be measured from the light intensity distribution of the captured map.
Accordingly, the diffraction of light is suppressed, and the edge of the object to be measured can be detected from the light intensity distribution of the imaged light ring, and the shape of the object to be measured can be measured easily and efficiently. .
請求項16に記載の発明によれば、請求項15に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、アパーチャ及び被測定物体と、撮像手段の撮像面との間に、写像を拡大する拡大レンズを備えるので、被測定物体が微小な場合でも、簡易に、且つ効率良く形状測定を行うことができる。 According to the invention described in claim 16, it is needless to say that the same effect as that of the invention described in claim 15 can be obtained. A mapping is formed between the aperture and the object to be measured and the imaging surface of the imaging means. Since the magnifying lens for magnifying is provided, shape measurement can be performed easily and efficiently even when the object to be measured is very small.
請求項17に記載の発明によれば、請求項15に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、アパーチャ及び被測定物体と、撮像手段の撮像面との間に、テレセントリックレンズを備えるので、光源から照射された光のうち光軸に平行な平行光だけを像形成の対象とすることができることとなり、像の大きさの誤差を抑えることができる。また、光の回折を緩和させることができる。 According to the invention described in claim 17, it is needless to say that the same effect as that of the invention described in claim 15 can be obtained. A telecentric lens is provided between the aperture and the object to be measured and the imaging surface of the imaging means. Therefore, only the parallel light parallel to the optical axis among the light irradiated from the light source can be set as the object of image formation, and the error of the image size can be suppressed. In addition, light diffraction can be relaxed.
請求項18に記載の発明によれば、請求項15〜17の何れか一項に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、散乱手段によって、光を散乱させて出力することができる。
従って、光の回折を、より目立たなくさせることできることとなり、簡易に、且つ効率良く被測定物体の形状測定を行うことができる。
According to the invention described in claim 18, it is needless to say that the same effect as in the invention described in any one of claims 15 to 17 can be obtained, and the light is scattered and outputted by the scattering means. Can do.
Therefore, the diffraction of light can be made inconspicuous, and the shape of the measured object can be measured easily and efficiently.
請求項19に記載の発明によれば、請求項15〜17の何れか一項に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、平行手段によって、光を平行にして出力することができる。
従って、光源から出力される光を平行光として集光させることができるので、光強度の低下を抑制することができ、また、光の回折を目立たなくさせることができることとなり、さらに、簡易に、且つ効率良く被測定物体の形状測定を行うことができる。
According to the nineteenth aspect of the invention, it is of course possible to obtain the same effect as that of any one of the fifteenth to seventeenth aspects of the invention, and the light is output in parallel by the parallel means. Can do.
Therefore, since the light output from the light source can be condensed as parallel light, it is possible to suppress a decrease in light intensity, to make the light diffraction inconspicuous, and more simply, In addition, the shape of the object to be measured can be measured efficiently.
請求項20に記載の発明によれば、光源部によって、被測定物体に光を照射することができ、第1のレンズ及び第2のレンズによって、光源部により照射された光による被測定物体の写像を通過させることができ、被測定物体に光を照射した際、被測定物体の外形よりも大きい開口を有するアパーチャを介することによって、被測定物体の輪郭を写像とすることができ、撮像手段によって、第2のレンズから出射された写像を撮像することができ、断面形状算出手段によって、撮像手段により撮像された写像の光強度分布より被測定物体の一断面形状を算出することができる。
従って、撮像された光の輪の光強度分布より、被測定物体のエッジ検出ができることとなって、簡易に、且つ効率良く被測定物体の形状測定を行うことができる。また、被測定物体とアパーチャとの距離に依存することなく測定することができることとなり、被測定物体とアパーチャとの物理的干渉を好適に防止することができる。また、第1のレンズの倍率により、被測定物体の像の大きさが決まることとなり、それに応じて、アパーチャの開口径の自由度を上げることができる。
According to the twentieth aspect, the light source unit can irradiate the object to be measured with light, and the first lens and the second lens can irradiate the object to be measured with the light irradiated by the light source unit. When the object to be measured is irradiated with light, the contour of the object to be measured can be converted into a map by passing through an aperture having an opening larger than the outer shape of the object to be measured. Thus, the map emitted from the second lens can be imaged, and the cross-sectional shape calculating unit can calculate the cross-sectional shape of the object to be measured from the light intensity distribution of the map imaged by the imaging unit.
Therefore, the edge of the object to be measured can be detected from the light intensity distribution of the picked-up light ring, and the shape of the object to be measured can be measured easily and efficiently. Further, measurement can be performed without depending on the distance between the measured object and the aperture, and physical interference between the measured object and the aperture can be suitably prevented. Further, the size of the image of the object to be measured is determined by the magnification of the first lens, and the degree of freedom of the aperture diameter of the aperture can be increased accordingly.
請求項21に記載の発明によれば、光源部によって、被測定物体に光を照射することができ、アパーチャによって、光源部により照射された光を開口から通過させることができ、第1のレンズ及び第2のレンズによって、アパーチャを通過した光を通過させることができ、撮像手段によって、第1のレンズと第2のレンズとの間における第1のレンズの結像位置に配置された被測定物体の写像を撮像することができる。
従って、請求項20に記載の発明と同様に、撮像された光の輪の光強度分布より、被測定物体のエッジ検出ができることとなって、簡易に、且つ効率良く被測定物体の形状測定を行うことができる。また、被測定物体とアパーチャとの距離に依存することなく測定することができることとなり、被測定物体とアパーチャとの物理的干渉を好適に防止することができる。また、第2のレンズの倍率により、被測定物体の像の大きさを設定することができることとなり、それに応じて、アパーチャの開口径の自由度を上げることができる。
更に、被測定物体とアパーチャの位置を入れ替えた状態となり、光源部から出力された光が、被測定物体に照射された際、光が散乱することを防止できることとなり、光源部から照射される光の利用効率を上げることができる。
According to the twenty-first aspect of the present invention, the light source unit can irradiate the object to be measured with light, and the aperture allows the light irradiated by the light source unit to pass through the opening. And the second lens can pass the light that has passed through the aperture, and is measured by the imaging unit and disposed at the imaging position of the first lens between the first lens and the second lens. A mapping of an object can be taken.
Accordingly, as in the invention described in
Further, the positions of the object to be measured and the aperture are switched, and when the light output from the light source unit is irradiated onto the object to be measured, the light can be prevented from scattering, and the light emitted from the light source unit Can improve the use efficiency.
請求項22に記載の発明によれば、請求項20又は21に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、第1のレンズ及び/又は第2のレンズを、テレセントリック系のレンズユニットとすることができる。
従って、テレセントリック系のレンズユニットを用いることによって、絞りの位置がレンズの焦点位置に配置され、口径を小さくすることで、被測定物体からの多くの光は絞りで遮られ、像を形成する光は被測定物体からレンズに光軸と略平行に入った後、焦点を通って絞りを通過した光だけとなり、被測定物体からの略平行光だけが像形成に関わるため、被測定物体の位置の変化による倍率の変動が小さい。
そのため、被測定物体の位置ずれによる拡大倍率の変化を抑えることができる。また、光の回折を緩和させることができる。
According to the invention described in
Therefore, by using a telecentric lens unit, the position of the aperture is located at the focal position of the lens, and by reducing the aperture, much light from the object to be measured is blocked by the aperture, and light that forms an image The position of the object to be measured is that only the light that has passed through the aperture through the focal point after entering the lens from the object to be measured to be approximately parallel to the optical axis, and only the substantially parallel light from the object to be measured is involved in image formation. Fluctuation in magnification due to changes in is small.
Therefore, it is possible to suppress a change in the enlargement magnification due to the displacement of the object to be measured. In addition, light diffraction can be relaxed.
請求項23に記載の発明によれば、請求項20〜22の何れか一項に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、第1のレンズ及び/又は第2のレンズの倍率を変更することによって、被測定物体に対して適当なアパーチャの開口径を選択することができる。
従って、レンズの倍率を変更することにより、アパーチャの開口径を調整できることとなり、被測定物体の大きさに応じたアパーチャを、その都度、用意する必要がなくなるので、簡易に、且つ効率良く形状測定を行うことができる。
According to the invention of claim 23, it is needless to say that the same effect as that of the invention of any one of
Therefore, by changing the magnification of the lens, the aperture diameter of the aperture can be adjusted, and it is not necessary to prepare an aperture corresponding to the size of the object to be measured each time. It can be performed.
請求項24に記載の発明によれば、請求項15〜23の何れか一項に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、回転手段によって、被測定物体を所定の角度で回転させることができ、回転手段により被測定物体を所定の角度で回転させる度に断面形状算出手段により被測定物体の一断面形状を算出し、形状測定手段によって、被測定物体の全周面における断面形状を算出することができる。
従って、被測定物体の一断面形状を算出する工程と被測定物体を所定の角度で回転させる工程を交互に繰り返すことができることとなり、被測定物体の全周面における断面形状を簡易に、且つ効率良く測定することができる。
According to the invention described in claim 24, it is needless to say that the same effect as that of any one of the inventions described in claims 15-23 can be obtained, and the object to be measured is rotated at a predetermined angle by the rotating means. Each time the object to be measured is rotated at a predetermined angle by the rotating means, one cross-sectional shape of the object to be measured is calculated by the cross-sectional shape calculating means, and the whole surface of the object to be measured is calculated by the shape measuring means. The cross-sectional shape can be calculated.
Accordingly, the step of calculating the cross-sectional shape of the object to be measured and the step of rotating the object to be measured by a predetermined angle can be alternately repeated, and the cross-sectional shape of the entire surface of the object to be measured can be easily and efficiently performed. It can be measured well.
請求項25に記載の発明によれば、請求項15〜24の何れか一項に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、球体についても、簡易に、且つ効率良く形状測定を行うことができる。 According to the invention of claim 25, it is needless to say that the same effect as that of the invention of any one of claims 15 to 24 can be obtained, and the shape of a sphere can be measured easily and efficiently. It can be performed.
以下に、本発明に係る形状測定方法及び形状測定装置について、図面を用いて具体的な態様を説明する。なお、本実施形態においては、被測定物体として、球体を例に挙げて説明する。 Hereinafter, specific embodiments of the shape measuring method and the shape measuring apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, a spherical object will be described as an example of the object to be measured.
(第1実施形態)
第1実施形態における形状測定装置100は、図1に示すように、光源部10と、アパーチャ20と、被測定物体200を回転支持する回転機構30と、拡大レンズ40と、撮像部50と、画像処理部60と、を備え、光源部10から照射される光の光軸に沿って順に、アパーチャ20と、被測定物体200と、拡大レンズ40と、撮像部50とが配置されている。
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, the
光源部10は、例えば、図1に示すように、白色光を出力する点光源を用い、被測定物体200に白色光を照射する。なお、光源部10は、かかる点光源に限らず、面光源であっても良く、また、放電灯、発光ダイオード、レーザーなどによって、光を発生させても良い。
また、光源部10は、図2に示すように、点光源と、後述するアパーチャ20との間に、散乱手段としての拡散板12を備えることができ、かかる拡散板12を介して点光源より出力された白色光を散乱させることができる。
また、光源部10は、図3に示すように、点光源と、後述するアパーチャ20との間に、平行手段としてのコリメートレンズ13を備えることができ、かかるコリメートレンズ13を介して点光源より出力された白色光を平行光に変換させることができる。
For example, as illustrated in FIG. 1, the
In addition, as shown in FIG. 2, the
Further, as shown in FIG. 3, the
アパーチャ20は、例えば、図4に示すように、略矩形の平板状をなしている。また、アパーチャ20は、被測定物体200の外形よりも大きい開口21を有し、かかる開口21の中心と光源部10の光軸とが重なるように配置されている。また、開口21は、被測定物体200の一断面形状と略相似形をなしている。
より具体的には、被測定物体200が、直径50μmの球体である場合、アパーチャ20は、図4に示すように、内径52μmから55μm程度の円形の開口21を有する。
また、アパーチャ20の厚さは、設計的事項であるが、アパーチャ20の開口21における内壁面での光の散乱を低減させるため、アパーチャ20の厚さは、より薄いものであることが望ましい。
また、アパーチャ20の開口21を形成する内壁部21aの断面形状は、図4(a)に示すような、ナイフエッジとなっている。これにより、光源部10から開口21に入射される光の内壁面での散乱を低減させ、光の回折を抑制できる。
For example, as shown in FIG. 4, the
More specifically, when the measured
Further, the thickness of the
Moreover, the cross-sectional shape of the
回転機構30は、例えば、図5に示すように、把持部31と、スピンドル32と、を備えて構成されている。
把持部31は、被測定物体200と一体成形された軸部201を把持する。かかる軸部201を把持する構成としては、例えば、コレットチャックが用いられる。なお、被測定物体200と一体成形された軸部201の回転軸の延長線上に当該被測定物体200の中心が配置されるように成形されている。
スピンドル32は、把持部31に接続されており、例えば、光源部10の光軸に対して直角となる軸心を回転軸として被測定物体200を回転させる。また、スピンドル32は、例えば、エンコーダ(図示省略)により、回転角度の制御を行う。
また、回転機構30は、把持部31が被測定物体200を把持した状態でX軸、Y軸、Z軸方向に移動可能に構成され、これにより、被測定物体200の中心がアパーチャ20の開口21の中心に位置させることができるようになっている。
回転機構30は、かかる把持部31とスピンドル32とを備えることにより、回転手段として機能する。
For example, as shown in FIG. 5, the
The
The
The
The
拡大レンズ40は、例えば、図1に示すように、光源部10から照射される光の光軸上において、アパーチャ20及び被測定物体200と、後述する撮像部50の撮像面との間に配置されている。
For example, as shown in FIG. 1, the magnifying
撮像部50は、例えば、撮像手段としてCCDカメラが用いられ、拡大レンズ40を通して写像を撮像する。
具体的には、図6に示すように、光源部10から出力された光が、アパーチャ20を介して被測定物体を照射してできる光の輪を、拡大レンズ40を通して撮像する。
撮像部50は、かかるCCDカメラを用いて写像を撮像することによって、撮像手段として機能する。
The
Specifically, as illustrated in FIG. 6, a light ring formed by the light output from the
The
画像処理部60は、例えば、図1に示すように、CPU61と、断面形状算出プログラム62と、形状測定プログラム63と、画像処理結果を示す表示部64と、を備えて構成されている。
画像処理部60は、撮像部50で撮像された写像の処理を行い、CPU61は、断面形状算出プログラム62を実行することにより、画像処理された写像の光強度分布より被測定物体200の一断面形状を算出する。
具体的には、被測定物体である球体の一断面形状は、例えば、撮像部50によって撮像された写像の光強度パターンを直交座標軸にて採集して仮の中心を定め、かかる中心を原点とした所定の方位角方向に輝点のエッジ検出を行うことによって、球体のエッジ及びアパーチャ20のエッジを検出し、アパーチャ20との比較測定により算出する。
For example, as shown in FIG. 1, the
The
Specifically, the cross-sectional shape of the sphere that is the object to be measured is obtained by, for example, collecting a light intensity pattern of a mapping imaged by the
より具体的には、例えば、図14に示すように、撮像部50によって撮像された写像の濃淡画像を2値化し、内側の円の境界及び外側の円の境界を検出する。そして、内側の円の境界の位置(画像上の画素位置の集合)から、最小二乗円の中心を算出し、この中心を球体一断面の仮の中心とする。同様に外側の円の境界からアパーチャ20の仮の中心を算出する。
More specifically, for example, as shown in FIG. 14, the grayscale image of the mapping imaged by the
次いで、例えば、図15に示すように、元の濃淡画像において、球体一断面及びアパーチャ20のそれぞれの仮の中心から所定の角度毎に、微分法等を用いて行い、球体のエッジ及びアパーチャ20のエッジを検出する。なお、図15は、所定角度θ方向における球体一断面のエッジすなわち半径R(θ)及び所定角度θ´方向におけるアパーチャ20のエッジすなわち半径R´(θ´)を導出する過程を示す図である。
Next, for example, as shown in FIG. 15, in the original grayscale image, the edge of the sphere and the
次いで、検出された球体のエッジ及びアパーチャ20のエッジから、球体一断面形状及びアパーチャ20の最小二乗円の中心を算出し、再度この中心から所定の角度毎に、微分法等を用いて行い、球体のエッジ及びアパーチャ20のエッジを検出する。
Next, from the edge of the detected sphere and the edge of the
次いで、検出された当該アパーチャ20のエッジから算出された形状と前記アパーチャ20の開口21の形状との比較測定により、当該アパーチャ20のエッジから算出された形状の補正を行うとともに、当該補正に伴う補正量に基づき、検出された前記球体のエッジの形状の補正を行うことによって、前記球体の一断面形状を算出する。また、算出された一断面形状に基づいて、前記球体の一断面における真円度を算出する。
Next, the shape calculated from the edge of the
CPU61は、かかる断面形状算出プログラム62を実行することにより、断面形状算出手段として機能する。
The
また、回転機構30によって、被測定物体200である球体を所定の角度で回転させる度に、各回転角度における当該球体の一断面形状が算出され、CPU61が形状測定プログラム63を実行することによって、球体の全周面における断面形状を算出する。
具体的には、上記のとおり、アパーチャ20のエッジから算出された形状とアパーチャ20の開口21の形状との比較測定により、当該アパーチャ20のエッジから算出された形状の補正を行うとともに、当該補正に伴う補正量に基づき、検出された球体のエッジの形状の補正を行うことによって、球体の一断面形状を算出し、また、算出された一断面形状に基づいて、球体の一断面における真円度を算出する。
そして、上述した真円度の算出を、当該球体の全周面において所定の回転角度で求め、当該真円度の値のばらつきに基いて球体の真球度を算出する。
Further, each time the sphere that is the
Specifically, as described above, the shape calculated from the edge of the
Then, the above-described roundness calculation is obtained at a predetermined rotation angle on the entire circumferential surface of the sphere, and the sphericity of the sphere is calculated based on the variation in the roundness value.
CPU61は、かかる形状測定プログラム63を実行することにより、形状測定手段として機能する。
The
次に、第1実施形態における形状測定装置100による被測定物体200の形状測定方法について説明する。
Next, a method for measuring the shape of the measured
まず、図1に示すように、光軸とアパーチャ20の平面とが垂直に交わるように配置され、また、アパーチャ20の開口21の中心と被測定物体200の中心とが、光軸上で、重なるように、アパーチャ20及び被測定物体200を配置する。
この時、アパーチャ20と被測定物体200とを近傍に配置することが望ましい。
First, as shown in FIG. 1, the optical axis and the plane of the
At this time, it is desirable to arrange the
次いで、図3に示すように、光源部10と、アパーチャ20との間に、光源部10より照射された光を平行光に変換させるコリメートレンズ13を、光軸上に配置させる。
Next, as shown in FIG. 3, a
次いで、光源部10から照射される光の光軸上において、アパーチャ20及び被測定物体200と、撮像部50との間に、写像を拡大するための拡大レンズ40を挿入する。
Next, a magnifying
次いで、撮像部50によって撮像された写像の光強度分布より球体の一断面形状を算出する工程と、回転機構30によって、例えば、球体を光源部10の光軸に対して直角となる軸心を回転軸として所定の角度で回転させる工程を繰り返し、球体全周面における断面形状を算出する。
Next, a step of calculating one cross-sectional shape of the sphere from the light intensity distribution of the map imaged by the
このように、光源部10によって照射される光を、光源部10と、アパーチャ20との間にコリメートレンズ13を配置することによって、当該光を平行として出力し、被測定物体200に光を照射することができ、被測定物体200に光を照射した際、被測定物体200の外形よりも大きい開口を有するアパーチャ20を介することによって、光の回折を際だたせることができ、撮像部50によって、光軸上に配置された被測定物体200に光源部10から照射された光を照射してできる写像を撮像することができ、CPU61が断面形状算出プログラム62を実行することによって、撮像された写像の光強度分布より被測定物体200の一断面形状を算出することができる。
従って、光源から照射される光を平行光として集光させることができるので、回折パターン全体が明るくなり、コントラストも強くなり、回折の広がり角も点光源の場合よりも小さく扱い易い回折パターンが得られることとなって、簡易に、且つ効率良く被測定物体の形状測定を行うことができる。
また、回転機構30によって、被測定物体200を所定の角度で回転させることができ、回転機構30により被測定物体200を所定の角度で回転させる度に、CPU61が断面形状算出プログラム62を実行することにより被測定物体200の一断面形状を算出し、CPU61が形状測定プログラム63を実行することによって、被測定物体200の全周面における断面形状を算出することができる。
従って、被測定物体の一断面形状を算出する工程と被測定物体を所定の角度で回転させる工程を交互に繰り返すことができることとなり、被測定物体の全周面における断面形状を簡易に、且つ効率良く測定することができる。
また、アパーチャ20及び被測定物体200と、撮像部50の撮像面との間に、写像を拡大する拡大レンズ40を備えるので、被測定物体200が微小な場合でも、簡易に、且つ効率良く形状測定を行うことができる。
As described above, the
Therefore, since the light emitted from the light source can be condensed as parallel light, the entire diffraction pattern becomes brighter, the contrast becomes stronger, the diffraction spread angle is smaller than that of a point light source, and an easy-to-handle diffraction pattern is obtained. As a result, the shape of the object to be measured can be measured easily and efficiently.
Further, the object to be measured 200 can be rotated at a predetermined angle by the
Accordingly, the step of calculating the cross-sectional shape of the object to be measured and the step of rotating the object to be measured by a predetermined angle can be alternately repeated, and the cross-sectional shape of the entire surface of the object to be measured can be easily and efficiently performed. It can be measured well.
Further, since the magnifying
(第2実施形態)
次に、本発明の形状測定装置に係る第2実施形態について、図7を参照して説明する。第2実施形態の基本的構成は、第1実施形態と同様であるが、第1実施形態における拡大レンズ40が、テレセントリックレンズ45に置き換えられたことを特徴とする。
このような構成によれば、テレセントリックレンズ45によって、アパーチャ20の開口21を通過した光のうち、光軸に平行な光のみを像形成の対象とすることができ、写像の大きさの誤差を抑えることができることとなり、より好適な形状測定を行うことができる。
また、第2実施形態における形状測定装置300における被測定物体200の形状測定方法は、第1実施形態と同様である。
(Second Embodiment)
Next, 2nd Embodiment which concerns on the shape measuring apparatus of this invention is described with reference to FIG. The basic configuration of the second embodiment is the same as that of the first embodiment, except that the magnifying
According to such a configuration, the
Further, the shape measuring method of the measured
(第3実施形態)
第3実施形態における形状測定装置1100は、図8に示すように、光源部1010と、アパーチャ20と、回転機構30と、第1のレンズとしての対物レンズ1040と、第2のレンズとしての対物レンズ1050と、撮像部1060と、画像処理部60と、を備え、光源部1010から照射される光の光軸に沿って順に、被測定物体200と、対物レンズ1040と、アパーチャ20と、対物レンズ1050と、撮像部1060とが配置されている。なお、第1及び第2実施形態と同一部分には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。
(Third embodiment)
As shown in FIG. 8, the
光源部1010は、例えば、図8に示すように、白色光を出力する点光源を用い、被測定物体200に白色光を照射する。なお、光源部は、かかる点光源に限らず、面光源であっても良く、また、放電灯、発光ダイオード、レーザーなどによって、光を発生させても良い。
For example, as illustrated in FIG. 8, the
対物レンズ1040は、例えば、図8に示すように、光源部1010から照射される光の光軸上において、被測定物体200と、アパーチャ20との間に配置され、被測定物体200の写像を拡大する。
また、対物レンズ1050は、例えば、図8に示すように、光源部1010から照射される光の光軸上において、アパーチャ20と、撮像部1060との間に配置され、アパーチャ20の写像、及び対物レンズ1040によって拡大された被測定物体200の写像を拡大する。
For example, as shown in FIG. 8, the
Further, for example, as shown in FIG. 8, the
撮像部1060は、例えば、撮像手段としてCCDカメラが用いられ、対物レンズ1050を通して写像を撮像する。
具体的には、例えば、図9に示すように、光源部1010から照射された光が、被測定物体200を照射し、アパーチャ20を介してできる光の輪を、対物レンズ1050を通して撮像する。
撮像部1060は、かかるCCDカメラを用いて写像を撮像することによって、撮像撮像手段として機能する。
For example, a CCD camera is used as the imaging unit, and the
Specifically, for example, as shown in FIG. 9, the light irradiated from the
The
次に、第3実施形態における形状測定装置1100による被測定物体200の形状測定方法について説明する。
Next, a method for measuring the shape of the measured
まず、図8に示すように、光源部1010と撮像部1060の撮像面との間で、光軸上に、光源部1010側から、被測定物体200、対物レンズ1040、アパーチャ20、対物レンズ1050の順に配置される。この時、アパーチャ20の開口21の径は、対物レンズ1040により被測定物体200が拡大される倍率により決定される。また、アパーチャ20は、被測定物体200の写像が対物レンズ1040を通過後、結像される位置に配置される。
First, as shown in FIG. 8, the object to be measured 200, the
次いで、光源部1010から照射された光が、対物レンズ1040を介して、アパーチャ20の開口21を通り、さらに対物レンズ1050を介して、撮像部1060によって撮像された写像の光強度分布より球体の一断面形状を算出する工程と、回転機構30によって、例えば、被測定物体200を光源部1010の光軸に対して直角となる軸心を回転軸として所定の角度で回転させる工程を繰り返し、被測定物体200である球体全周面における断面形状を算出する。
Next, the light emitted from the
このように、第3実施形態における形状測定装置1100によれば、光源部1010によって、被測定物体200に光を照射することができ、対物レンズ1040及び対物レンズ1050によって、光源部1010により照射された光による被測定物体200の写像を通過させることができ、被測定物体200に光を照射した際、被測定物体200の外形よりも大きい開口を有するアパーチャ20を介することによって、被測定物体200の輪郭を写像とすることができ、撮像部1060によって、対物レンズ1050から出射された写像を撮像することができ、CPU61が断面形状算出プログラム62を実行することによって、撮像部1060により撮像された写像の光強度分布より被測定物体200の形状を算出することができる。
従って、撮像された光の輪の光強度分布より、被測定物体のエッジ検出ができることとなって、簡易に、且つ効率良く被測定物体の形状測定を行うことができる。また、被測定物体とアパーチャとの距離に依存することなく測定することができることとなり、被測定物体とアパーチャとの物理的干渉を好適に防止することができる。また、対物レンズ1040の倍率により、被測定物体の像の大きさが決まることとなり、それに応じて、アパーチャの開口径の自由度を上げることができる。
また、回転機構30によって、被測定物体200を所定の角度で回転させることができ、回転機構30により被測定物体200を所定の角度で回転させる度に、CPU61が断面形状算出プログラム62を実行することにより、被測定物体200の一断面形状を算出し、CPU61が形状測定プログラム63を実行することによって、被測定物体200の全周面における断面形状を算出することができる。
従って、被測定物体の一断面形状を算出する工程と被測定物体を所定の角度で回転させる工程を繰り返すことができることとなり、被測定物体の全周面における断面形状を簡易に、且つ効率良く測定することができる。
Thus, according to the
Therefore, the edge of the object to be measured can be detected from the light intensity distribution of the picked-up light ring, and the shape of the object to be measured can be measured easily and efficiently. Further, measurement can be performed without depending on the distance between the measured object and the aperture, and physical interference between the measured object and the aperture can be suitably prevented. In addition, the size of the image of the object to be measured is determined by the magnification of the
Further, the object to be measured 200 can be rotated at a predetermined angle by the
Therefore, the process of calculating the cross-sectional shape of the object to be measured and the process of rotating the object to be measured by a predetermined angle can be repeated, and the cross-sectional shape of the entire surface of the object to be measured can be measured easily and efficiently. can do.
(第4実施形態)
次に、本発明の形状測定装置に係る第4実施形態について、図10を参照して説明する。第4実施形態の基本的構成は、第3実施形態と同様であるが、第1のレンズが、テレセントリックレンズ1045であることを特徴とする。
このような構成によれば、テレセントリックレンズを用いることによって、絞りの位置がレンズの焦点位置に配置され、口径を小さくすることで、被測定物体からの多くの光は絞りで遮られ、像を形成する光は被測定物体からレンズに光軸と略平行に入った後、焦点を通って絞りを通過した光だけとなり、被測定物体からの略平行光だけが像形成に関わるため、被測定物体の位置の変化による倍率の変動が小さい。
そのため、被測定物体の位置ずれによる拡大倍率の変化を抑えることができ、また、回転機構により、被測定物体を回転させた際、運動誤差によって生じる位置ずれによる大きさの変化を抑えることができる。また、光の回折を緩和させることができることとなり、より好適な形状測定を行うことができる。
また、第4実施形態における形状測定装置1200における被測定物体200の形状測定方法は、第3実施形態と同様である。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment according to the shape measuring apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. The basic configuration of the fourth embodiment is the same as that of the third embodiment, except that the first lens is a
According to such a configuration, by using the telecentric lens, the position of the diaphragm is arranged at the focal position of the lens, and by reducing the aperture, a lot of light from the object to be measured is blocked by the diaphragm, and the image is captured. The light to be formed is only light that has entered the lens from the object to be measured and is approximately parallel to the optical axis, then passed through the aperture through the focal point, and only the substantially parallel light from the object to be measured is involved in image formation. Small variation in magnification due to change in object position.
Therefore, it is possible to suppress a change in magnification due to a displacement of the object to be measured, and it is possible to suppress a change in size due to a displacement caused by a movement error when the object to be measured is rotated by the rotation mechanism. . In addition, light diffraction can be relaxed, and a more suitable shape measurement can be performed.
Further, the shape measuring method of the measured
(第5実施形態)
次に、本発明の形状測定装置に係る第5実施形態について、図11を参照して説明する。第5実施形態の基本的構成は、第3実施形態と同様であるが、第2のレンズが、テレセントリックレンズ1055であることを特徴とする。
このような構成によれば、テレセントリックレンズ1055によって、被測定物体200を照射してアパーチャ20を介してできる光の回折を緩和させることができることとなり、より好適な形状測定を行うことができる。
また、第5実施形態における形状測定装置1300における被測定物体200の形状測定方法は、第3実施形態と同様である。
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment according to the shape measuring apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. The basic configuration of the fifth embodiment is the same as that of the third embodiment, but the second lens is a
According to such a configuration, the
Moreover, the shape measuring method of the measured
(第6実施形態)
次に、本発明の形状測定装置に係る第6実施形態について、図12を参照して説明する。第6実施形態の基本的構成は、第3実施形態と同様であるが、第1のレンズ及び第2のレンズが、それぞれテレセントリックレンズ1045、1055であることを特徴とする。
このような構成によれば、テレセントリックレンズ1045及び1055によって、第4実施形態と同様に、被測定物体の位置ずれによる拡大倍率の変化を抑えることができ、また、回転機構により、被測定物体を回転させた際、運動誤差によって生じる位置ずれによる大きさの変化を抑えることができ、また、第5実施形態と同様に、被測定物体を照射してアパーチャを介してできる光の回折を緩和させることができることとなり、さらに好適な形状測定を行うことができる。
また、第6実施形態における形状測定装置1400における被測定物体200の形状測定方法は、第3実施形態と同様である。
(Sixth embodiment)
Next, a sixth embodiment according to the shape measuring apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. The basic configuration of the sixth embodiment is the same as that of the third embodiment, except that the first lens and the second lens are
According to such a configuration, the
In addition, the shape measuring method of the measured
(第7実施形態)
次に、本発明の形状測定装置に係る第7実施形態について、図13を参照して説明する。第7実施形態の基本的構成は、図13に示すように、光源部1010と、アパーチャ20と、回転機構30と、第1のレンズとしての対物レンズ1040と、第2のレンズとしての対物レンズ1050と、撮像部1060と、画像処理部60と、を備え、光源部1010から照射される光の光軸に沿って順に、アパーチャ20と、対物レンズ1040と、被測定物体200と、対物レンズ1050と、撮像部1060とが配置されている。
このような構成によれば、撮像された光の輪の光強度分布より、被測定物体のエッジ検出ができることとなって、簡易に、且つ効率良く被測定物体の形状測定を行うことができる。また、被測定物体とアパーチャとの距離に依存することなく測定することができることとなり、被測定物体とアパーチャとの物理的干渉を好適に防止することができる。また、第2のレンズの倍率により、被測定物体の像の大きさを設定することができることとなり、それに応じて、アパーチャの開口径の自由度を上げることができる。
更に、被測定物体200に対して、アパーチャ20を光源部1010側に配置することにより、光源部1010から出力された光が、被測定物体に照射された際、光が散乱することを防止できることとなり、光源部1010から照射される光の利用効率を上げることができる。
また、第7実施形態における形状測定装置1500における被測定物体200の形状測定方法は、第3実施形態と同様である。
(Seventh embodiment)
Next, a seventh embodiment according to the shape measuring apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 13, the basic configuration of the seventh embodiment includes a
According to such a configuration, the edge of the object to be measured can be detected from the light intensity distribution of the imaged light ring, and the shape of the object to be measured can be measured easily and efficiently. Further, measurement can be performed without depending on the distance between the measured object and the aperture, and physical interference between the measured object and the aperture can be suitably prevented. Further, the size of the image of the object to be measured can be set by the magnification of the second lens, and the degree of freedom of the aperture diameter of the aperture can be increased accordingly.
Furthermore, by disposing the
Further, the shape measuring method of the
なお、本発明は、以上の実施の形態に限定されるものではなく、被測定物体は、回転対称体であれば良く、円筒、円錐などであっても良い。
また、被測定物体の一断面形状を算出した測定値を、被測定物体の加工機にフィードバックさせる設計であっても良い。これにより、被測定物体の加工及び被測定物体の形状測定を効率良く行うことができる。
また、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
The present invention is not limited to the above embodiment, and the object to be measured may be a rotationally symmetric body, and may be a cylinder, a cone, or the like.
Moreover, the design which feeds back the measured value which calculated one cross-sectional shape of the to-be-measured object to the processing machine of a to-be-measured object may be sufficient. Thereby, the processing of the object to be measured and the shape measurement of the object to be measured can be performed efficiently.
In addition, it is needless to say that other specific detailed structures can be appropriately changed.
10 光源部
12 拡散板(散乱手段)
13 コリメートレンズ(平行手段)
20 アパーチャ
30 回転機構(回転手段)
40 拡大レンズ
45 テレセントリックレンズ
50 撮像部(撮像手段)
60 画像処理部
61 CPU(断面形状算出手段、形状測定手段)
62 断面形状算出プログラム(断面形状算出手段)
63 形状測定プログラム(形状測定手段)
100 形状測定装置(第1実施形態)
200 被測定物体
300 形状測定装置(第2実施形態)
1010 光源部
1040 対物レンズ(第1のレンズ)
1045 テレセントリックレンズ(第1のレンズ)
1050 対物レンズ(第2のレンズ)
1055 テレセントリックレンズ(第2のレンズ)
1060 撮像部(撮像手段)
1100 形状測定装置(第3実施形態)
1200 形状測定装置(第4実施形態)
1300 形状測定装置(第5実施形態)
1400 形状測定装置(第6実施形態)
1500 形状測定装置(第7実施形態)
10
13 Collimating lens (parallel means)
20
40
60
62 Cross-sectional shape calculation program (cross-sectional shape calculation means)
63 Shape measurement program (shape measurement means)
100 shape measuring apparatus (first embodiment)
200 Object to be measured 300 Shape measuring device (second embodiment)
1010
1045 Telecentric lens (first lens)
1050 Objective lens (second lens)
1055 Telecentric lens (second lens)
1060 Imaging unit (imaging means)
1100 Shape Measuring Device (Third Embodiment)
1200 shape measuring device (fourth embodiment)
1300 Shape Measuring Device (Fifth Embodiment)
1400 Shape Measuring Device (Sixth Embodiment)
1500 shape measuring device (seventh embodiment)
Claims (25)
光軸上に、前記被測定物体の外形よりも大きい開口を有するアパーチャ及び前記被測定物体を配置する工程と、
前記被測定物体に光を照射してできる写像を撮像手段により撮像する工程と、
前記撮像手段によって撮像された写像の光強度分布より前記被測定物体の一断面形状を算出する工程と、
を備えることを特徴とする形状測定方法。 In the shape measuring method for measuring the shape of the object to be measured which is a rotationally symmetric body,
Arranging an aperture having an opening larger than the outer shape of the object to be measured on the optical axis and the object to be measured;
Imaging a map formed by irradiating the object to be measured with light by imaging means;
Calculating a cross-sectional shape of the object to be measured from a light intensity distribution of a map imaged by the imaging means;
A shape measuring method comprising:
光源部と撮像手段の撮像面との間で、光軸上に前記光源部側から、前記被測定物体、第1のレンズ、前記第1のレンズの結像位置に前記被測定物体の外形よりも大きい開口を有するアパーチャ、第2のレンズの順に配置する工程と、
前記被測定物体に前記光源部により光を照射してできる写像を前記撮像手段により撮像する工程と、
前記撮像手段によって撮像された写像の光強度分布より前記被測定物体の一断面形状を算出する工程と、
を備えることを特徴とする形状測定方法。 In the shape measuring method for measuring the shape of the object to be measured which is a rotationally symmetric body,
From the light source unit side on the optical axis between the light source unit and the imaging surface of the imaging unit, from the outer shape of the measured object to the image forming position of the measured object, the first lens, and the first lens An aperture having a larger aperture, and a step of arranging the second lens in that order;
Imaging the map formed by irradiating the object to be measured with light from the light source unit with the imaging means;
Calculating a cross-sectional shape of the object to be measured from a light intensity distribution of a map imaged by the imaging means;
A shape measuring method comprising:
光源部と撮像手段の撮像面との間で、光軸上に前記光源部側から、前記被測定物体の外形よりも大きい開口を有するアパーチャ、第1のレンズ、前記第1のレンズの結像位置に前記被測定物体、第2のレンズの順に配置する工程と、
前記被測定物体に前記光源部により光を照射してできる写像を前記撮像手段により撮像する工程と、
前記撮像手段によって撮像された写像の光強度分布より前記被測定物体の一断面形状を算出する工程と、
を備えることを特徴とする形状測定方法。 In the shape measuring method for measuring the shape of the object to be measured which is a rotationally symmetric body,
An aperture, a first lens, and an image of the first lens having an opening larger than the outer shape of the object to be measured on the optical axis from the light source unit side between the light source unit and the imaging surface of the imaging unit. Arranging the object to be measured and the second lens in order at a position;
Imaging the map formed by irradiating the object to be measured with light from the light source unit with the imaging means;
Calculating a cross-sectional shape of the object to be measured from a light intensity distribution of a map imaged by the imaging means;
A shape measuring method comprising:
前記被測定物体の一断面形状を算出する工程と前記被測定物体を所定の角度で回転させる工程とを交互に繰り返すことにより、前記被測定物体の全周面における断面形状を算出する工程と、
を備えることを特徴とする請求項1〜9の何れか一項に記載の形状測定方法。 Rotating the object to be measured by a predetermined angle;
Alternately calculating a cross-sectional shape of the object to be measured and a step of rotating the object to be measured at a predetermined angle to calculate a cross-sectional shape of the entire surface of the object to be measured;
The shape measuring method according to any one of claims 1 to 9, further comprising:
前記撮像手段によって撮像された写像の光強度パターンを直交座標軸にて採集して仮の中心を定め、かかる中心を原点とした所定の方位角方向に輝点のエッジ検出を行うことによって、前記球体のエッジ及び前記アパーチャのエッジを検出し、
検出された当該アパーチャのエッジから算出された形状と前記アパーチャの所定の開口形状との比較測定により、当該アパーチャのエッジから算出された形状の補正を行うとともに、当該補正に伴う補正量に基づき、検出された前記球体のエッジの形状の補正を行うことによって、前記球体の一断面形状を算出することを特徴とする請求項11に記載の形状測定方法。 The step of calculating one cross-sectional shape of the sphere includes:
By collecting the light intensity pattern of the map imaged by the imaging means on an orthogonal coordinate axis to determine a temporary center, and detecting the edge of the bright spot in a predetermined azimuth direction with the center as the origin, the sphere Edge and the edge of the aperture,
By comparing the shape calculated from the detected edge of the aperture with the predetermined aperture shape of the aperture, the shape calculated from the edge of the aperture is corrected, and based on the correction amount accompanying the correction, The shape measuring method according to claim 11, wherein the cross-sectional shape of the sphere is calculated by correcting the shape of the detected edge of the sphere.
前記被測定物体に光を照射するための光源部と、
前記光源部から出力される光の光軸上に配置され、前記被測定物体の外形よりも大きい開口を有するアパーチャと、
前記光軸上に配置された前記被測定物体に前記光源部から出力された光を照射してできる写像を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段によって撮像された写像の光強度分布より前記被測定物体の一断面形状を算出する断面形状算出手段と、
を備えることを特徴とする形状測定装置。 In a shape measuring device that measures the shape of a measured object that is a rotationally symmetric body,
A light source unit for irradiating the object to be measured with light;
An aperture disposed on the optical axis of light output from the light source unit and having an opening larger than the outer shape of the object to be measured;
Imaging means for imaging a map formed by irradiating the object to be measured disposed on the optical axis with light output from the light source unit;
A cross-sectional shape calculating means for calculating a cross-sectional shape of the object to be measured from a light intensity distribution of a map imaged by the imaging means;
A shape measuring apparatus comprising:
前記被測定物体に光を照射するための光源部と、
前記光源部によって照射された光による前記被測定物体の写像を通過させる第1及び第2のレンズと、
前記第1のレンズと前記第2のレンズとの間における前記第1のレンズの結像位置に配置され、前記被測定物体の外形よりも大きい開口を有するアパーチャと、
前記第2のレンズから出射された写像を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段によって撮像された写像の光強度分布より前記被測定物体の一断面形状を算出する断面形状算出手段と、
を備えることを特徴とする形状測定装置。 In a shape measuring device that measures the shape of a measured object that is a rotationally symmetric body,
A light source unit for irradiating the object to be measured with light;
First and second lenses that pass a map of the object to be measured by the light emitted by the light source unit;
An aperture disposed at an imaging position of the first lens between the first lens and the second lens and having an opening larger than an outer shape of the object to be measured;
Imaging means for imaging a map emitted from the second lens;
A cross-sectional shape calculating means for calculating a cross-sectional shape of the object to be measured from a light intensity distribution of a map imaged by the imaging means;
A shape measuring apparatus comprising:
前記被測定物体に光を照射するための光源部と、
前記被測定物体の外形よりも大きい開口を有し、前記光源部によって照射された光を前記開口から通過させるアパーチャと、
前記アパーチャを通過した光を通過させる第1及び第2のレンズと、
前記第2のレンズに対して、前記第1のレンズと反対側に配置され、前記第1のレンズと前記第2のレンズとの間における前記第1のレンズの結像位置に配置された前記被測定物体の写像を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段によって撮像された写像の光強度分布より前記被測定物体の一断面形状を算出する断面形状算出手段と、
を備えることを特徴とする形状測定装置。 In a shape measuring device that measures the shape of a measured object that is a rotationally symmetric body,
A light source unit for irradiating the object to be measured with light;
An aperture having an opening larger than the outer shape of the object to be measured, and an aperture through which the light irradiated by the light source unit passes through the opening;
First and second lenses for passing light that has passed through the aperture;
The second lens is disposed on the opposite side of the first lens, and is disposed at an imaging position of the first lens between the first lens and the second lens. An imaging means for imaging a map of the measured object;
A cross-sectional shape calculating means for calculating a cross-sectional shape of the object to be measured from a light intensity distribution of a map imaged by the imaging means;
A shape measuring apparatus comprising:
前記回転手段により前記被測定物体を所定の角度で回転させる度に前記断面形状算出手段により前記被測定物体の一断面形状を算出し、前記被測定物体の全周面における断面形状を算出する形状測定手段と、
を備えることを特徴とする請求項15〜23の何れか一項に記載の形状測定装置。 Rotating means for rotating the object to be measured at a predetermined angle;
A shape that calculates one cross-sectional shape of the object to be measured by the cross-sectional shape calculating means each time the object to be measured is rotated by a predetermined angle by the rotating means, and calculates a cross-sectional shape on the entire circumference of the object to be measured. Measuring means;
The shape measuring device according to any one of claims 15 to 23, comprising:
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