JP2009250708A - Measurement device and measurement method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、物体の中空形状を測定する測定装置および測定方法に関する。 The present invention relates to a measuring apparatus and a measuring method for measuring a hollow shape of an object.
従来、物体の中空形状を非接触で測定する方法として、距離センサ法や斜入射光学系法などが知られている。例えば、距離センサ法は、中空内側にレーザ光を投光して物体を回転させながら反射光の変位を測定し、物体の中空形状を測定する方法である(例えば、特許文献1参照)。
従来技術による距離センサ法は、物体の中空形状を一度に得ることができず、物体や光源を回転させる必要があり、装置が複雑になるだけでなく、精度面での問題もあった。 The distance sensor method according to the prior art cannot obtain a hollow shape of an object at a time, and it is necessary to rotate the object and the light source, which not only complicates the apparatus but also has a problem in accuracy.
本発明の目的は、誤差の少ない中空形状の測定装置および測定方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a hollow shape measuring apparatus and a measuring method with little error.
本発明に係る測定装置は、中空筒状の被測定物の内側形状を測定する測定装置であって、前記中空筒状の軸方向である第1の方向に光を送光する送光部と、前記光を前記第1の方向と略直交する方向に前記光の進行方向を変換する変換部と、前記変換部で変換された前記光が前記第1の方向において区別可能に物理的変調を与える変調部と、前記変換部で方向が変換された光のうち前記被測定物の内側で反射した光の合焦情報と前記物理的変調の情報とを検出する検出部と、前記検出部の検出結果に基づいて、所定基準位置からのずれを求めることにより前記被測定物の内側形状を測定する形状測定部とを備えることを特徴とする。 A measuring apparatus according to the present invention is a measuring apparatus that measures an inner shape of a hollow cylindrical object to be measured, and a light transmitting unit that transmits light in a first direction that is an axial direction of the hollow cylindrical object; , Converting the light in a direction substantially orthogonal to the first direction, a conversion unit that converts the traveling direction of the light, and performing physical modulation so that the light converted by the conversion unit can be distinguished in the first direction. A modulation unit that provides, a detection unit that detects focusing information of light reflected from the inside of the object to be measured among light whose direction has been converted by the conversion unit, and information on the physical modulation; and And a shape measuring unit that measures an inner shape of the object to be measured by obtaining a deviation from a predetermined reference position based on a detection result.
また、前記検出部は、前記物理的変調を受けた光の第1の方向における一方の端部である第1エッジ位置と他方の端部である第2エッジ位置とを検出可能であることを特徴とする。 Further, the detection unit is capable of detecting a first edge position that is one end portion and a second edge position that is the other end portion in the first direction of the light subjected to the physical modulation. Features.
また、前記変換部と前記被測定物とを前記第1の方向に相対移動させる移動部をさらに備え、前記形状測定部は、前記変換部と前記被測定物と複数の相対位置において前記被測定物の内側形状を測定することを特徴とする。 Further, the apparatus further includes a moving unit that relatively moves the conversion unit and the device under test in the first direction, and the shape measuring unit is configured to measure the device under measurement at a plurality of relative positions with the conversion unit and the device under test. It is characterized by measuring the inner shape of an object.
また、前記送光部は、前記光を発生する光源と、前記光源からの光を導き基準位置に焦点を有する第1の光学系と、前記焦点よりも前記光源側であり前記第1の光学系の前記焦点と共役な位置に配置され所定形状の開口を有する第1の光制限部材と、前記被測定物から戻ってきた光を結像させる第2の光学系とを備え、前記検出部は、前記第2の光学系により前記基準位置にある被測定物の像が結像する結像面から光軸方向に平行移動した非結像面に配置され前記光源からの光を受光する前記基準位置と共役関係にある受光部を備えることを特徴とする。 The light transmitting unit includes a light source that generates the light, a first optical system that guides light from the light source and has a focal point at a reference position, and is closer to the light source than the focal point. A first light limiting member disposed at a position conjugate with the focal point of the system and having an opening of a predetermined shape; and a second optical system that forms an image of light returned from the object to be measured, and the detection unit Is arranged on a non-imaging plane translated in the optical axis direction from an imaging plane on which an image of the object at the reference position is formed by the second optical system, and receives light from the light source. A light receiving unit having a conjugate relation with the reference position is provided.
また、前記第1の光制限部材から前記被測定物に照射される光束の一部を遮光する所定形状の開口を有する第2の光制限部材を設けたことを特徴とする。 In addition, a second light limiting member having an opening having a predetermined shape for shielding a part of a light beam irradiated from the first light limiting member to the object to be measured is provided.
また、前記第2の光制限部材を透過する光束の両端の第1エッジ側と第2エッジ側とで異なる変調をかける色フィルタを設けたことを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that a color filter is provided that applies different modulations on the first edge side and the second edge side at both ends of the light beam transmitted through the second light limiting member.
また、前記第2の光制限部材を透過する光束の両端の第1エッジ側と第2エッジ側との少なくとも一方のエッジ形状を同心円状に任意に変更する形状可変機構を設けたことを特徴とする。 In addition, there is provided a shape variable mechanism that arbitrarily changes at least one edge shape of the first edge side and the second edge side of both ends of the light beam transmitted through the second light limiting member into a concentric shape. To do.
また、前記検出部は、前記色フィルタを透過した光束が前記被測定物の内側で反射して投影される光束の色検出を行って前記第1エッジ位置と前記第2エッジ位置とを検出することを特徴とする。 Further, the detection unit detects the first edge position and the second edge position by performing color detection of a light beam that is projected when the light beam that has passed through the color filter is reflected inside the object to be measured. It is characterized by that.
また、前記送光部を前記第1の方向とは異なる方向から光を送光する位置に配置し、前記被測定物と前記送光部との間にあって、前記送光部が送光する前記光を前記第1の方向に反射すると共に、前記被測定物からの戻ってくる光を前記受光部側に透過するハーフミラーを設けたことを特徴とする。 Further, the light transmitter is disposed at a position where light is transmitted from a direction different from the first direction, and the light transmitter transmits light between the object to be measured and the light transmitter. A half mirror is provided that reflects light in the first direction and transmits light returning from the object to be measured to the light receiving unit side.
また、前記変換部を円錐形状のミラーで構成したことを特徴とする。 Further, the conversion unit is constituted by a conical mirror.
また、前記第1の光制限部材を円形スリットで構成したことを特徴とする。 The first light limiting member may be a circular slit.
本発明に係る測定方法は、中空筒状の被測定物の内側形状を測定する測定方法であって、送光部が前記中空筒状の軸方向である第1の方向に送光する光を前記第1の方向と略直交する方向に前記光の進行方向を変換し、進行方向が変換された前記光は変調部で前記第1の方向において区別可能に物理的変調を与えられ、前記物理的変調を与えられた光のうち前記被測定物の内側で反射した光の合焦情報と前記物理的変調の情報とを検出部で検出した検出結果に基づいて、所定基準位置からのずれを求めることにより前記被測定物の内側形状を測定することを特徴とする。 A measuring method according to the present invention is a measuring method for measuring an inner shape of a hollow cylindrical object to be measured, and a light transmitting unit transmits light transmitted in a first direction which is the axial direction of the hollow cylindrical shape. The traveling direction of the light is converted to a direction substantially orthogonal to the first direction, and the light whose traveling direction has been converted is subjected to physical modulation in the first direction so as to be distinguishable in the first direction by the modulator. The deviation from the predetermined reference position is determined based on the detection result obtained by detecting the focusing information of the light reflected inside the object to be measured and the information of the physical modulation among the light subjected to the local modulation. The inner shape of the object to be measured is measured by obtaining the measurement object.
また、前記物理的変調を受けた光の第1の方向における一方の端部である第1エッジ位置と他方の端部である第2エッジ位置とを検出することを特徴とする。 Further, the first edge position which is one end portion and the second edge position which is the other end portion in the first direction of the light subjected to the physical modulation are detected.
また、前記変換部と前記被測定物とを前記第1の方向に相対移動させながら前記検出を行い、前記変換部と前記被測定物と複数の相対位置において前記被測定物の内側形状を測定することを特徴とする。 Further, the detection is performed while relatively moving the conversion unit and the device under test in the first direction, and the inner shape of the device under test is measured at a plurality of relative positions with the conversion unit and the device under test. It is characterized by doing.
本発明によれば、内面に傾きのある中空筒状の被測定物の内側形状を測定することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the inner side shape of the hollow cylindrical to-be-measured object which has an inclination in an inner surface can be measured.
以下、図面を参照して本発明の各実施形態について詳しく説明する。
(第1の実施形態)
図1は第1の実施形態に係る中空形状測定装置101のブロック図である。中空形状測定装置101は、中空筒状の物体の内側形状を所定の高さ毎に測定して断面形状を求め、求めた断面形状を高さ方向に合成することによって、物体の中空形状を立体的に構築する装置である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram of a hollow
中空形状測定装置101は、光源系102と、円形スリット103と、光制限スリット104と、照明レンズ105と、ハーフミラー106と、対物レンズ107と、円錐型ミラー108と、結像レンズ110と、撮像部111と、画像処理部112と、Z軸駆動部本体113と、移動部114と、パソコン115とで構成される。
The hollow
尚、光源系102と、照明レンズ105および対物レンズ107で構成される光学系(第1の光学系)と、第1の光学系の焦点と共役な位置に配置された円形スリット103(第1の光制限部材)と、被測定物109から戻ってきた光を撮像部111の受光面に結像させる結像レンズ110(第2の光学系)とで送光部を構成する。また、ハーフミラー106は、第1の光学系と第2の光学系の双方に属し、光源系102からの光を被測定物109側に送ると共に被測定物109から戻ってきた光を撮像部111側に送る役割をする。さらに、光源系102,円形スリット103,光制限スリット104,照明レンズ105,ハーフミラー106,対物レンズ107,円錐型ミラー108,結像レンズ110および撮像部111は、移動部114により支持され一体となって測定光学系を構成し上下に移動する。尚、光制限スリット104(第2の光制限部材)は、円形スリット103より被測定物109側に配置される。
Note that an optical system (first optical system) including a
移動部114は、ハーフミラー106に光源系102の光が入射する部分と、円錐型ミラー108の円周方向にあって被測定物109内側に挿入される移動部114の先端部分114aはガラスなどの透明な部材でできている。また、移動部114は、土台(不図示)に固定されたZ軸駆動部本体113によって、中心軸C1の方向に上下に駆動される。移動部114の先端部分114aは、被測定物109の凹部に出入りして被測定物109の内側形状を測定する。
The moving
光源系102から照射された光は、視野絞りに相当する円形スリット103のスリット103aを通って光制限スリット104に入射される。光制限スリット104を光束が通る際に、光束の半分(光束の中心を示す一点鎖線154を中心とする例えば内側部分の光束151)が遮蔽され、照明レンズ105側には出力されない。
The light emitted from the
ここで、円形スリット103および光制限スリット104の形状について、図2を用いて詳しく説明する。図2(a)に示した円形スリット103は、光源系102から照射される光をリング状に透過するスリット103aが設けられている。ここで、図1および図2(a)の一点鎖線154は、リング状の光束の中央位置を示す。
Here, the shapes of the
一方、図2(b)に示した光制限スリット104は、円形スリット103のスリット103aを透過する光束の内側を遮蔽して外側の光束だけを透過するリング状のスリット104aが設けられている。このため、一点鎖線C2およびC3より内側の光束は遮蔽され、一点鎖線C2およびC3より外側の光束だけが透過される。図2(b)の場合は、リング状スリット104aの内径がリング状の光束の中央位置を示す一点鎖線154の位置にあるので、リング状スリット104aは光束の外側半分だけ透過する。
On the other hand, the
また、リング状のスリット104aには、同心円状に異なる色のフィルタ104bおよびフィルタ104cがはめ込まれている。フィルタ104bおよびフィルタ104cは、一点鎖線C7およびC8で示したように、リング状のスリット104aを透過する光束の内側部分と外側部分とを分離する位置に配置される。このため、光制限スリット104を透過した光束の内側はフィルタ104bの色の光となり、光制限スリット104を透過した光束の外側はフィルタ104cの色の光となる。尚、フィルタ104bとフィルタ104cとの境界は、スリット104aの中央位置である必要はない。
The ring-
ここで、円形スリット103および光制限スリット104は、例えば、液晶板を用いてリング状に光を透過するように液晶を制御することで実現できる。或いは、ガラス板などに遮光部分を蒸着したり、透過部分をエッチングするなどの方法によっても構わない。また、遮蔽率により撮像部111の感度がかわる。また、フィルタ104bおよびフィルタ104cは、光制限スリット104のスリット104aの部分に色を蒸着して実現しても構わない。
Here, the
光制限スリット104で光束の半分を遮蔽された光は、照明レンズ105を通ってハーフミラー106に入射される。ハーフミラー106は入射する光の方向を変換して、対物レンズ107側に反射する。ここで、ハーフミラー106が反射する光の方向を第1の方向と定義すると、ハーフミラー106で第1の方向に反射された光は、対物レンズ107を介して円錐型ミラー108に送光され、円錐型ミラー108で第1の方向に略直交する全周方向に被測定物109の内側に向けて水平に照射される。つまり、円錐型ミラー108は、第1の方向と略直交する方向に光の方向を変換する変換部として作用する。
The light whose half of the light beam is blocked by the
円錐型ミラー108から水平に照射された光は、被測定物109の内側で反射して再び円錐型ミラー108に再び入射され、対物レンズ107側に反射された後、ハーフミラー106および結像レンズ110を通って撮像部111の受光面に結像される。尚、撮像部111の受光面と、視野絞りを構成する円形スリット103と、被測定物109を設置する基準位置とは光学的に共役の位置にあり、これらの3ヶ所で焦点が合う状態になっている。また、ハーフミラー106で反射したリング状の光束のリング中心と円錐型ミラー108の中心は一致している。
The light irradiated horizontally from the
ここで、円錐型ミラー108の形状について、図3を用いて説明する。図3(a)は円錐型ミラー108の斜視図、同図(b)は上面図、同図(c)は側面図をそれぞれ示している。ハーフミラー106を介して第1の方向に反射された光束の中心を示す一点鎖線154は、円錐型ミラー108の外側に傾斜したミラー部分108aで第1の方向と略直交する方向に反射され、被測定物109の内側に照射される。この様子を詳しく描いたのが図1(a)である。光制限スリット104で遮光されずに透過した光束は、例えば、光束の中心を示す一点鎖線154から光束の外側を示す点線152の間にあり、円錐型ミラー108のミラー部分108aで反射される。さらに、光束の外側を示す点線152は被測定物109で反射し、実線153で示すように、再び円錐型ミラー108で対物レンズ107の方向に反射される。つまり、被測定物109の内側で反射して戻ってくる光束も半分が遮蔽されたままであり、光束の中心を示す一点鎖線154から光束の外側を示す実線153の間にある。
Here, the shape of the
この様子を図4を用いて説明する。図4は、図1の中空形状測定装置101の光学的な構成を描いた図で、図1と同符号のものは同じものを示している。光源系102は、光源120、照明のNAを決める開口絞り121、光源120の光を集光するレンズ122、受光側のNAを決める結像絞り123で構成される。尚、先に説明したように、撮像部111の受光面と、視野絞りを構成する円形スリット103と、基準位置における被測定物109のエリアとは光学的に共役の位置にあり、これらの3ヶ所で焦点が合う状態になっていることがわかる。図4において、光制限スリット104で光束の半分が遮蔽されているので、被測定物109から戻ってくる光束も半分が遮蔽され、斜線で示した光束の半分160は撮像部111には入射されない。
This will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram depicting the optical configuration of the hollow
次に、フィルタ104bおよびフィルタ104cの効果について、図5および図6を用いて詳しく説明する。尚、実際には、図1において、撮像素子111と被測定物109の大きさの関係によりテレセントリック光学系で縮小や拡大を行うが、ここでは説明を容易にするために、図5および図6は等倍のテレセントリック光学系として説明する。等倍テレセントリック系とすることにより、図5および図6において、光源系102から投光される光束の焦点位置に仮想スクリーン301を置いた場合の像と、受光側の焦点位置(撮像素子111の結像面)に投影される像とが等しくなる。つまり、仮想スクリーン301にできる像の大きさ(幅や長さなど)は、撮像素子111の撮影画像から測定可能である。以下、仮想スクリーン301上の像の状態で説明を行う。
Next, the effect of the
尚、図5および図6とも被測定物109の内面402が垂線401に対し角度θの傾きを持っている場合について示している。特に、図5は被測定物109の内面位置が基準寸法より大きい場合を示し、図6は被測定物109の内面位置が基準寸法より小さい場合を示している。また、光制限スリット104を透過して投光される光の照明NAは、光学系の設計値などから既知であるものとする。従って、図1の光制限スリット104を透過して投光される光は、図5および図6において、照明NAにより線152から線154の角度αを持って披測定物109の内面に照射される。ここで、線152は図1の点線152に対応する光束の外側エッジで、線154は図1の一点鎖線154に対応する光束の内側エッジである。また、図2で説明したように、光制限スリット104のフィルタ104bとフィルタ104cにより、線154から線155の間の光束はフィルタ104bの色が付いており、線155から線152の間の光束はフィルタ104cの色が付いている。尚、線155は、フィルタ104bによって作られる照明NAである。また、線156は線154の平行線で、線154と垂線401は直角に交わる。
5 and 6 show the case where the
図5において、披測定物109の内面402が垂線401に対して角度θだけ傾いているので、線154の法線位置からの光線が被測定物109の内面402の点P2で反射した光は仮想スクリーン301上の位置O2に投影される。この時、点P2での入射角および反射角はそれぞれ角度θに等しいので、線分O0−P2と線分O2−P2とが為す角度は2θとなる。同様に、線152の角度からの光線が被測定物109の内面402の点P1で反射した光は仮想スクリーン301上の位置O3に投影される。この時、被測定物109の内面の傾きは、垂線401に対して時計回りを正、反時計回りを負とすると、図5のθはマイナスの値を持つ。従って、線152の角度からの光線の点P1での入射角および反射角はそれぞれ角度(α+θ)と書けるので、線分O0−P1と線分O3−P1とが為す角度は2(α+θ)となる。今、線154と平行線である線156と線分O0−P1とが為す角度はαなので、線156と線153’とが為す角度はα+2θとなる。
In FIG. 5, since the
ところが、角度θや角度αの値や基準寸法からのずれ量Lの値によっては、位置O2と位置O3との関係が判別できないことがある。例えば、図5のように被測定物109の内面位置が基準寸法より大きい場合と、図6のように被測定物109の内面位置が基準寸法より小さい場合とでは、仮想スクリーン301に投影される像の位置O2と位置O3との位置関係が上下逆になる。このため、仮想スクリーン301に投影される像の両端位置が、光制限スリット104を透過した光束の外側エッジによるものか内側エッジによるものかを判別することができない。
However, the relationship between the position O2 and the position O3 may not be determined depending on the value of the angle θ, the angle α, or the value of the deviation L from the reference dimension. For example, when the inner surface position of the object to be measured 109 is larger than the reference dimension as shown in FIG. 5 and when the inner surface position of the object to be measured 109 is smaller than the reference dimension as shown in FIG. The positional relationship between the image position O2 and the position O3 is upside down. For this reason, it is impossible to determine whether the both end positions of the image projected on the
そこで、本実施形態に係る中空形状測定装置101では、光制限スリット104のスリット104aを透過する光束はフィルタ104bおよびフィルタ104cを通るので、仮想スクリーン301上に投影される像の色を検出することにより(実際には撮像部111にカラーカメラ等色判別可能な撮像素子を用いることにより)、光制限スリット104の外側エッジを透過した光束か内側エッジを透過した光束かを判別することが可能になる。この結果、内側エッジを透過した光束の像の位置O2と外側エッジを透過した光束の像の位置O3とを正確に見分けることができる。尚、位置O2と位置O3の位置検出は、撮像素子111で撮影した画像を画像処理部112でエッジ検出の画像処理を行うことで実現できる。例えば、フィルタ104bまたはフィルタ104cの色毎に撮影像に微分をかけ、そのピークを検出することにより明暗の境界を求め、撮像面の座標から位置O2,位置O3の位置を読み取ることができる。
Therefore, in the hollow
画像処理により求められた像の位置O2と位置O3と、既知の照明NAによる角度αとにより、披測定物109の内面位置の基準寸法からのずれ量L、披測定物109の内面の傾きθ、θにより実際の測定位置ΔZは、以下の式の関係を持っている。尚、各式において、O2およびO3の値は、位置O2および位置O3の位置O0に対する距離を示すものとする。また、以下の各式において、被測定物109の内面の傾きは、垂線401に対して時計回りを正、反時計回りを負としているので、先に説明したように、図5のθはマイナスの値を持ち、同様に変位ΔLもマイナスの値を持つ。
The deviation L from the reference dimension of the inner surface position of the measured
図5において、O2の値は式1により求めることができる。
O2=(L−ΔL)・tan(2θ) ・・・式1
また、O3の値は式2により求めることができる。
O3=L・tan(α+2θ)+L・tan(α) ・・・式2
ここで、ΔZは式3で表すことができ、ΔLは式3を用いて式4で表すことができる。
ΔZ=L・tan(α) ・・・式3
ΔL=ΔZ・tan(θ)= L・tan(θ)・tan(α) ・・・式4
また、式2からLの値は、式5のように求めることができる。
In FIG. 5, the value of O2 can be obtained from
O2 = (L-.DELTA.L) .tan (2.theta.)
Further, the value of O3 can be obtained by
Here, ΔZ can be expressed by
ΔZ = L · tan (α)
ΔL = ΔZ · tan (θ) = L · tan (θ) · tan (α)
Also, the values of L from
L=O3/(tan(α+2θ)+tan(α)) ・・・式5
上記の式1,式4,式5において、先に述べたように、O2の値とO3の値と角度αとは既知なので、式1と式4と式5の連立方程式を解けば、被測定物109の基準位置からのずれ量L,披測定物109の内面の傾きθ,変位ΔLの3つの変数を求めることができる。また、ずれ量Lが分かれば、式3より実際の垂線方向(Z軸方向)の測定位置のずれ量ΔZが求まる。尚、照明NA値の算出は、基準寸法からの水平方向のずれ量Lが既知で、且つ被測定物109として内面の傾きがない校正用被測定物を用いることにより、式5から角度αとして求めることができる。また、先に説明したように、上記の各式は等倍のテレセントリック光学系の場合を示し、実際の撮像部111に投影される像は等倍とは限らないため、拡大率または縮小率に応じた係数を掛ける必要がある。
L = O3 / (tan (α + 2θ) + tan (α))
As described above, since the values of
同様に、図6に示した被測定物109の内面位置が基準寸法より小さい場合においても、式1から式5は成立するので、被測定物109の基準位置からのずれ量L,披測定物109の内面の傾きθ,変位ΔL,Z軸方向の測定位置のずれ量ΔZを求めることができる。尚、図6において、図5と同符号のものは同じものを示す。図6が図5と異なるのは、仮想スクリーン301が被測定物109の内面401より外側に位置することである。
Similarly, even when the position of the inner surface of the
図6において、披測定物109の内面402が垂線401に対して角度θだけ傾いているので、線154の法線位置からの光線が被測定物109の内面402の点P3で反射した光(線154’)は仮想スクリーン301上の位置O2に投影されるのと等価である。このため、線分O0−P3と線分O2−P3とが為す角度は2θとなる。同様に、線152の角度からの光線が被測定物109の内面402の点P4で反射した光(線153’)は仮想スクリーン301上の位置O3に投影されるのと等価である。この時、被測定物109の内面402の傾きは、垂線401に対して時計回りを正、反時計回りを負とすると、図6のθはマイナスの値を持つので、線152の方向から到来する光線の点P4での入射角および反射角はそれぞれ角度(α+θ)と書けるので、線分O0−P4と線分O3−P4とが為す角度は2(α+θ)となる。今、線154と平行線である線156と線分O0−P4とが為す角度はαなので、線156と線153’とが為す角度はα+2θとなる。
In FIG. 6, the
このようにして、図5で説明した場合と同様に、仮想スクリーン301と同じ像を撮像部111で撮影して、画像処理部112で位置O2および位置O3を求めることができる。また、照明NAから角度αは既知なので、式1と式4と式5の連立方程式を解けば、被測定物109の基準位置からのずれ量L,披測定物109の内面の傾きθ,変位ΔLの3つの変数を求めることができる。また、ずれ量Lが分かれば、式3より実際の垂線401方向(Z軸方向)の測定位置のずれ量ΔZが求まる。以降、図5および図6で説明した方法で、被測定物109の全周方向の内面402の位置を求め、そのZ軸位置での被測定物109の内側形状を測定できる。例えば、図7は被測定物109の穴径が基準内径(点線円)より大きい場合に、45度毎に被測定物109の内面位置を求める場合を示しており、像が広がっている光リング(網掛け部分)の中央位置としてポイント8点(×印)が求まる。その後、これらのポイントから最小自乗法などの数学的手法を用いて測定誤差を排除し、被測定物の中心や被測定物の内径を算出する。
In this manner, as in the case described with reference to FIG. 5, the same image as the
次に、画像処理部112は、ケーブル117を介して接続されているZ軸駆動部本体113に指令を送り、円錐型ミラー108を保持する移動部114をZ軸方向に所定ピッチで上下させる。つまり、測定光学系と円錐型ミラー108との相対位置を変化させる。以降同様に、移動部114のZ軸方向の所定位置毎に撮像部111から画像データを入力し、入力した画像データを処理して、Z軸方向の所定位置における被測定物109の内側形状をZ軸方向の位置毎に求めていく。
Next, the
次に、撮像部111の受光面に結像される画像を構成する点の像について図8を用いて説明する。同図(a)は、光制限スリット104が無い場合に、被測定物109の内側のある点を撮像部111で撮影した時の様子を示した図で、測定位置において穴径が異なる場合の光束の広がり、つまり撮像部111におけるピントのずれ(画像のボケ)の変化を描いてある。ここで、被測定物109の内径によってピントがずれるが、合焦位置の内径を基準穴径と定義し、中空形状測定装置101の光学系は、この基準穴径でピントがぴったり合うように予め校正されているものとする。
Next, an image of points constituting an image formed on the light receiving surface of the
同図(a)の451および451aから451fは撮像部111で撮像される像を示しており、直線401で示した部分が基準穴径の場合を示し、直線401より紙面上側に向かって穴径が大きくなり、逆に紙面下側に向かって穴径が小さくなる。例えば、基準穴径を撮影した場合は、光束451のように画像のボケはないが、穴径が基準穴径より大きくなるに従って、光束451a,451bおよび451cのように光束が広がっていく。同様に、穴径が基準穴径より小さくなるに従って、光束451d,451eおよび451fのように光束が広がっていく。つまり、光束の広がり量から基準穴径からのずれの大きさを計測することができる。ところが、この時の光束の広がり方は、穴径が大きくなっても小さくなっても基準穴径の合焦位置を通る軸C4の両側に同じように光束が広がるので、このままでは穴径が大きくなったのか小さくなったのか判別できない。
451 and 451a to 451f in FIG. 5A show images picked up by the
これに対して、本実施形態の場合は光制限スリット104によって被測定物109に照射する光束の半分を遮光しているので、穴径が異なる場合の光束の広がりの変化は図8(b)のようになる。同図において、基準穴径を撮影した場合は、光束452のように画像のボケはないが、穴径が基準穴径より大きくなるに従って、光束452a,452bおよび452cのように点線C5に沿って光束が広がっていく。同様に、穴径が基準穴径より小さくなるに従って、光束452d,452eおよび452fのように点線C5に沿って光束が広がっていく。ところが、図8(a)の場合とは異なり、光束452a,452bおよび452cの光束の広がり方は軸C4の紙面右側の点線C5の方向だけであり、同様に、光束452d,452eおよび452fの光束の広がり方は軸C4の紙面左側の点線C5の方向だけである。つまり、点線C5が軸C4より右側方向に広がっているか左側方向に広がっているかによって、被測定物109の穴径が基準穴径より大きくなったのか小さくなったのかを判別することができる。画像処理部112は、この判別結果と光束の広がり量から基準穴径からのずれの大きさを計測し、被測定物109の内側形状が基準穴径に対してどれだけ大きいか或いは小さいかを求めることができる。
On the other hand, in the case of the present embodiment, half of the light beam irradiated to the object to be measured 109 is shielded by the
図8では撮像部111の受光面に結像された光束の様子について説明したが、図8は被測定物109の内面の傾きθが0の場合を示している。先に図5および図6で説明したように、被測定物109の内面の傾きθが0でない場合は、図9に示したように撮像部111の受光面に結像される。尚、図9(a)はθがマイナスの場合の図8(b)の図面に対応し、図9(b)はθがプラスの場合の図8(b)の図面に対応する。尚、図9において、図8と同符号のものは同じものを示し、θが0の場合は図8と同様に一点鎖線C4と点線C5とで挟まれた部分に穴径に応じた幅の像が広がっていく。これに対して、図9(a)のθがマイナスの場合は、実線C2と実線C3とで挟まれた部分に像が広がっていく。同様に、図9(b)のθがプラスの場合は、実線C2’と実線C3’とで挟まれた部分に像が広がっていく。尚、像が広がる方向は、θが0の場合と同様に、穴径が大きい場合は実線C2または実線C2’を基準として右側方向に像が広がり、穴径が小さい場合は実線C2または実線C2’を基準として左側方向に像が広がる。このようにして、画像処理部112は、撮像部111の受光面に結像された画像データを受け取ると、光束が広がる方向から被測定物109の内側形状が基準穴径よりも大きいか小さいかを判別することができる。
Although the state of the light beam imaged on the light receiving surface of the
次に、中空形状測定装置101の測定の流れについて、図10のフローチャートを用いて説明する。
(ステップS201)先ず、被測定物109を移動部114の下にセットする。
(ステップS202)次に、移動部114のZ軸方向の測定レンジ(移動範囲)やZ軸方向の測定ピッチ(移動ピッチ)などの測定仕様をパソコン115から入力する。パソコン115で入力された測定仕様は、ケーブル118を介して画像処理部112に出力され、画像処理部112はケーブル117を介してZ軸駆動部本体113に移動部114を測定開始位置に移動するよう指令する。
(ステップS203)移動部114の現在位置で光源系102から光を照射し、撮像部111で画像を撮影する。
(ステップS204)撮像部111で受光した画像をケーブル116を介して画像処理部112に出力する。
(ステップS205)画像処理部112は、被測定物109の内径(形状)を求める。この時、図5および図6で説明したように、被測定物109の内面の傾きθによる誤差を補正した内径を求める。
(ステップS206)測定仕様に従って、測定が完了したか否かを判断する。例えば、移動部114が設定されたZ軸方向の移動範囲の終了位置に達していない場合はステップS207に進み、終了位置に達している場合はステップS208に進む。
(ステップS207)移動部114を設定されたZ軸方向の測定ピッチに従って、次の測定位置までZ軸方向に移動してステップS203に戻り、当該位置での測定を行う。
(ステップS208)移動部114が設定されたZ軸方向の移動範囲の終了位置に達して測定を終了した場合は、被測定物109の内側の高さ(測定光学系との相対位置)毎の形状を求め、これらの形状を合成して中空形状データを作成する。
Next, the measurement flow of the hollow
(Step S201) First, the
(Step S202) Next, measurement specifications such as a measurement range (movement range) in the Z-axis direction and a measurement pitch (movement pitch) in the Z-axis direction of the moving
(Step S <b> 203) Light is emitted from the
(Step S <b> 204) The image received by the
(Step S205) The
(Step S206) It is determined whether the measurement is completed according to the measurement specification. For example, if the moving
(Step S207) According to the set measurement pitch in the Z-axis direction, the moving
(Step S208) When the
ここで、中空形状データの作成方法について、図11を用いて説明する。同図において、701から706は、Z軸方向(高さ方向)にそれぞれ高さ(n)から(n+5)まで所定ピッチ毎に可変した時の内側形状を示している。尚、図では分かり易いように内側形状は円で示しているが、被測定物109によっては半径が異なる凹凸のある形状になる。また、面の傾きによりΔZの位置ずれが各ポイントに生じるので、各高さ毎にΔZを加味した上で内側形状701から706を合成することによって、被測定物109の中空形状データを求めることができ、この中空形状データから立体的な中空形状109aを構築することができる。また、測定時に測定光の中心と被測定物109の中心とが一致していることが好ましいが、ずれていた場合には中空データを求めるときに補正することができる。
Here, a method of creating hollow shape data will be described with reference to FIG. In the figure,
さて、図10のフローチャートに戻って説明を続ける。
(ステップS209)画像処理部112で作成された中空形状データは、ケーブル118を介してパソコン115に出力され、パソコン115の画面に表示される。
(ステップS210)必要に応じて、パソコン115では、キーボードやマウスを操作して、画面に表示されている被測定物109の任意の位置を指定して、画像処理部112から受け取った被測定物109の中空形状データから指定された各部の大きさや長さを表示する。
(ステップS211)全ての計測を終了する。
Now, returning to the flowchart of FIG.
(Step S209) The hollow shape data created by the
(Step S210) If necessary, the
(Step S211) All measurements are terminated.
このようにして、所定ピッチで移動部114をZ軸方向に上下させながら被測定物に光が当たっている部分の内側形状を抽出し、これらを所定位置毎の内側形状として合成することによって、被測定物109の中空形状を測定することができる。測定した被測定物109の中空形状データは、ケーブル118を介してパソコン115に送られ、パソコン115で被測定物109の中空形状を表示することができる。
In this way, by extracting the inner shape of the portion where the light hits the object to be measured while moving the moving
特に、本実施形態では、中空筒状の被測定物109の内面402が傾いている場合であっても、傾きθに応じてずれ量ΔZを補正するので、被測定物109の内側形状を高精度で測定することができる。
In particular, in this embodiment, even when the
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態について説明する。本実施形態に係る中空形状測定装置101は、図1に示した第1の実施形態に係る中空形状測定装置101と基本的には同じ構造であるが、光制限スリット104が異なる。本実施形態では、第1の実施形態の図2の光制限スリット104の代わりに、例えば、図12(b)および(c)に示した光制限スリット104’を用いる。尚、図12(a)は図2(a)と同じ円形スリット103を示している。ここで、図1および図12の一点鎖線154は、リング状の光束の中央位置を示す。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described. The hollow
本実施形態における光制限スリット104’の特徴は、スリット幅を同心円上に可変できることである。図12(b)はスリット幅を狭くした場合を示し、図12(c)はスリット幅を広くした場合を示している。 The feature of the light limiting slit 104 'in this embodiment is that the slit width can be varied concentrically. FIG. 12B shows a case where the slit width is narrowed, and FIG. 12C shows a case where the slit width is widened.
図12(b)の場合の光制限スリット104’は、円形スリット103を透過した光束の半分を遮蔽して残りの半分を透過するリング状のスリット104’dが設けられている。光制限スリット104’の特徴は、一点鎖線C2およびC3で示したように、リング状のスリット104’dの内径がリング状の光束の中央位置を示す一点鎖線154の位置に対応しているため、リング状のスリット104’dは光束の外側の一部しか透過しない。
The
同様に、図12(c)の場合の光制限スリット104’は、円形スリット103を透過した光束の半分を遮蔽して残りの半分を透過するリング状のスリット104’eが設けられている。図12(c)の光制限スリット104’は、一点鎖線C2およびC3で示したように、リング状のスリット104’eの内径は図12(b)のリング状のスリット104’dの内径と変わらないが、リング状のスリット104’eの外側エッジC11およびC12は図12(b)のリング状のスリット104’dの外側エッジC9およびC10より広くなっている。
Similarly, the
このように、光制限スリット104’を透過する光束の外側エッジの位置を可変することができる。尚、光制限スリット104’のスリット幅を可変する方法として、例えば、カメラの絞りの構造を応用することができる。このような可動部を光制限スリット104’に設け、画像処理部112またはパソコン115から光制限スリット104’の可動部を制御することによって、測定中に任意に光制限スリット104’のスリット幅を可変することができる。
In this way, the position of the outer edge of the light beam passing through the light limiting slit 104 'can be varied. As a method for changing the slit width of the light limiting slit 104 ', for example, the structure of a camera diaphragm can be applied. By providing such a movable part in the
次に、本実施形態に係る中空形状測定装置101の測定方法について説明する。本実施形態においても、第1の実施形態の図5および図6で説明した測定方法と同じようにして、被測定物109の基準位置からのずれ量L,披測定物109の内面の傾きθ,変位ΔL,Z軸方向の測定位置のずれ量ΔZを求めることができる。
Next, the measuring method of the hollow
但し、第1の実施形態では、光制限スリット104に設けたフィルタ104bおよびフィルタ104cによって、図5および図6の位置O2と位置O3を区別するようにしたが、本実施形態では図12で説明した光制限スリット104’によって位置O2と位置O3を区別する。本実施形態に係る中空形状測定装置101は、測定中に光制限スリット104’は光束の外側エッジの位置を狭くしたり広くしたりできるので、例えば図5において、光束の外側エッジを示す線152の位置が線154に対して広がったり狭まったりする。この結果、仮想スクリーン301に投影される位置O3が仮想スクリーン301上を動く。画像処理部112は、撮像部111から入力する画像を解析して、動いている方のエッジを位置O3であると識別する。逆に動いていない方のエッジはO2であることがわかる。図6においても、動いている方のエッジを位置O3、動いていない方のエッジを位置O2であると識別することができる。
However, in the first embodiment, the position O2 and the position O3 in FIGS. 5 and 6 are distinguished by the
位置O2および位置O3を求めることができれば、第1の実施形態と同様に、式1と式4と式5の連立方程式より、被測定物109の基準位置からのずれ量L,披測定物109の内面の傾きθ,変位ΔLの3つの変数を求めることができる。また、式3よりZ軸方向の測定位置のずれ量ΔZも求まる。
If the position O2 and the position O3 can be obtained, the deviation L from the reference position of the
上記以外の処理は、第1の実施形態の図10のフローチャートと同じなので重複する説明は省略する。 Since processing other than the above is the same as that of the flowchart of FIG. 10 of the first embodiment, redundant description is omitted.
このようにして、所定ピッチで移動部114をZ軸方向に上下させながら被測定物に光が当たっている部分の内側形状を抽出し、これらを所定位置毎の内側形状として合成することによって、被測定物109の中空形状を測定することができる。測定した被測定物109の中空形状データは、ケーブル118を介してパソコン115に送られ、パソコン115で被測定物109の中空形状を表示することができる。
In this way, by extracting the inner shape of the portion where the light hits the object to be measured while moving the moving
特に、本実施形態では、光制限スリット104’の外側エッジの位置を可変するので、撮像部111から入力する画像において、光制限スリット104’のスリットを透過した光束の外側エッジと内側エッジとを容易に判別することが可能になる。この結果、中空筒状の被測定物109の内面402が傾いている場合であっても、傾きθに応じてずれ量ΔZを補正するので、被測定物109の内側形状を高精度で測定することができる。
In particular, in this embodiment, since the position of the outer edge of the
(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態について図13を用いて説明する。本実施形態に係る中空形状測定装置101は、図1に示した第1の実施形態に係る中空形状測定装置101と基本的には同じ構造であるが、撮像部111の配置が異なる。第1の実施形態の撮像部111は、被測定物109を設置する基準位置とは光学的に共役の位置にあったが、本実施形態に係る中空形状測定装置101’の撮像部111’は被測定物109を設置する基準位置と光学的な共役位置よりも上方に平行移動した位置に配置してある。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. The hollow
このため、図14および図15に示したように、被測定物109の内面形状を求めることができる。尚、図14は、第1の実施形態の図5に相当し、被測定物109の内面位置が基準寸法より大きい場合を示し、図15は、第1の実施形態の図6に相当し、被測定物109の内面位置が基準寸法より小さい場合を示している。また、図5および図6と同符号のものは同じものを示す。図14および図15において、図5および図6と異なるのは仮想スクリーン302の位置で、仮想スクリーン301の位置に対してΔXだけずれている。この理由は、先に説明したように、撮像部111’の位置が撮像部111の位置からずらして配置されているからである。この仮想スクリーンのずれΔXによって、位置O2および位置O3が投影される位置が位置O2’および位置O3’の位置にずれる。
For this reason, as shown in FIGS. 14 and 15, the inner surface shape of the
次に、位置O2’および位置O3’から被測定物109の基準位置からのずれ量L,披測定物109の内面402の傾きθ,変位ΔL,Z軸方向の測定位置のずれ量ΔZの求め方について説明する。
Next, the shift amount L from the reference position of the
画像処理により求められた像の位置O2’と位置O3’と、既知の照明NAによる角度αとにより、披測定物109の内面位置の基準寸法からのずれ量L、披測定物109の内面の傾きθ、θによる測定位置のずれ量ΔZは、以下の式の関係を持っている。尚、各式において、O2’およびO3’の値は、位置O2’および位置O3’の位置O0’に対する距離を示すものとする。また、以下の各式において、被測定物109の内面402の傾きは、垂線401に対して時計回りを正、反時計回りを負としているので、図5のθはマイナスの値を持つ。同様に、変位ΔLもマイナスの値を持つ。また、ΔXもマイナスの値を持つ。
The deviation L of the inner surface position of the measured
図14において、O2’の値は式6により求めることができる。
O2’=(L−ΔL+ΔX)・tan(2θ) ・・・式6
また、O3’の値は式7により求めることができる。
O3’=(L+ΔX)・tan(α+2θ)+(L+ΔX)・tan(α) ・・・式7
ここで、ΔZは式8で表すことができ、ΔLは式8を用いて式9で表すことができる。
ΔZ=L・tan(α) ・・・式8
ΔL=ΔZ・tan(θ)= L・tan(θ)・tan(α) ・・・式9
また、式7からLの値は、式10のように求めることができる。
L=O3’/(tan(α+2θ)+tan(α)) ・・・式10
上記の式6,式9,式10において、O2’の値とO3’の値と角度αとは既知なので、式6と式9と式10の連立方程式を解けば、被測定物109の基準位置からのずれ量L,披測定物109の内面の傾きθ,変位ΔLの3つの変数を求めることができる。また、ずれ量Lが分かれば、式8より実際の垂線方向(Z軸方向)の測定位置のずれ量ΔZが求まる。尚、照明NAの値の算出は、基準寸法からの水平方向のずれ量Lが既知で、且つ被測定物109として内面の傾きがない校正用被測定物を用いることにより、式10より角度αとして求めることができる。また、上記の各式は等倍のテレセントリック光学系の場合を示し、実際の撮像部111’に投影される像は等倍とは限らないため、拡大率または縮小率に応じた係数を掛ける必要がある。
In FIG. 14, the value of O2 ′ can be obtained from Equation 6.
O2 '= (L-.DELTA.L + .DELTA.X) .tan (2.theta.) Equation 6
Further, the value of O3 ′ can be obtained by Expression 7.
O3 ′ = (L + ΔX) · tan (α + 2θ) + (L + ΔX) · tan (α) Equation 7
Here, ΔZ can be expressed by Equation 8, and ΔL can be expressed by Equation 9 using Equation 8.
ΔZ = L · tan (α) Equation 8
ΔL = ΔZ · tan (θ) = L · tan (θ) · tan (α) Equation 9
Further, the values of L from Equations 7 can be obtained as in Equation 10.
L = O3 ′ / (tan (α + 2θ) + tan (α)) Equation 10
In the above Equation 6, Equation 9, and Equation 10, since the values of O2 ′, O3 ′, and angle α are known, solving the simultaneous equations of Equation 6, Equation 9, and Equation 10 provides a reference for the
ここで、被測定物109の内面位置が基準位置に等しい場合、つまりL=0の場合、第1の実施形態で説明した式1から式5では、位置O3を特定できないので被測定物109の内面の傾きθを求めることはできないが、本実施形態の場合は以下のように算出できる。
O2’=ΔX・tan(2θ)
O3’=ΔX・tan(2θ+α)+ΔX・tan(α)
となり、O2’の値とO3’の値を算出できる。
Here, when the position of the inner surface of the object to be measured 109 is equal to the reference position, that is, when L = 0, the position O3 cannot be specified by the
O2 '= ΔX · tan (2θ)
O3 ′ = ΔX · tan (2θ + α) + ΔX · tan (α)
Thus, the value of O2 ′ and the value of O3 ′ can be calculated.
また、L=ΔXの時も式6および式7より、
O3’=0
O2’=−ΔL・tan(2θ)
=L・tan(θ)・tan(α)・L・tan(2θ)
=ΔX・tan(θ)・tan(α)・L・tan(2θ)
となり、O2’の値とO3’の値を算出できる。
Also, when L = ΔX, from Equation 6 and Equation 7,
O3 '= 0
O2 ′ = − ΔL · tan (2θ)
= L · tan (θ) · tan (α) · L · tan (2θ)
= ΔX · tan (θ) · tan (α) · L · tan (2θ)
Thus, the value of O2 ′ and the value of O3 ′ can be calculated.
このようにして、被測定物109の基準位置からのずれ量L,披測定物109の内面の傾きθ,変位ΔL,Z軸方向の測定位置のずれ量ΔZを求めることができる。
In this way, the deviation amount L from the reference position of the
本実施形態に係る中空形状測定装置101’の測定方法は、基本的には第1の実施形態の図10のフローチャートと同じであるが、ステップS205において被測定物109の内面の傾きθを求める際の処理が異なり、図14および図15で説明した方法により傾きθを求める。これ以外の処理は第1の実施形態と同じなので重複する説明は省略する。
The measuring method of the hollow
このようにして、所定ピッチで移動部114をZ軸方向に上下させながら被測定物に光が当たっている部分の内側形状を精度良く抽出し、これらを所定位置毎の内側形状として合成することによって、被測定物109の中空形状を測定することができる。測定した被測定物109の中空形状データは、ケーブル118を介してパソコン115に送られ、パソコン115で被測定物109の中空形状を表示することができる。特に、本実施形態では、被測定物109の内面位置が基準位置に等しい場合、つまりL=0の場合でも被測定物109の内面402の傾きθを求めることができるので、より正確に被測定物109の中空形状を測定することができる。尚、撮像部111’を基準位置と光学的に共役位置よりも下方に平行移動しても同様に処理できる。
In this way, the inner shape of the portion where the light hits the object to be measured is accurately extracted while moving the moving
以上、各実施形態において説明してきたように、本発明の中空形状測定装置101は、中空筒状の物体の所定の高さ毎に基準穴径とのずれから内側形状を求め、高さを可変しながら測定した所定位置毎の内側形状を合成することによって物体の中空形状を立体的に構築することができる。特に、基準穴径とのずれから内側形状を求めるので、簡易な構成で複雑な演算を行う必要がない。また、一度に全ての等高線を得るモアレ法は、物体の高低差によって誤差が大きくなるという問題があったが、本実施形態による中空形状測定装置および測定方法では、高さ毎に内側形状を求めるので、物体の高低差に依らず高精度な測定が可能になる。また、全周にわたる内側形状を1回の撮影で得ることができるため、従来の触診式の3次元計測に比べて極めて高速に3次元計測を行うことができる。
As described above, in each embodiment, the hollow
尚、第1および第3の実施形態では光制限スリット104をカラーフィルタで構成し、第2の実施形態では光制限スリット104’を外側エッジを機械的に可変する用にしたが、光制限スリットを透過する光束の両端、つまり外側エッジ側(第1エッジ側)と内側エッジ側(第2エッジ側)とで異なる変調をかける手段であれば、例えば光制限スリットを液晶素子で構成し、外側エッジと内側エッジとで開口タイミングを変えて時間的変調を与えても、上記の実施例と同様の効果が得られることは明らかである。
In the first and third embodiments, the
また、各実施形態では、画像処理を行う画像処理部112と、中空形状測定装置101全体の操作や測定結果の表示を行うパソコン115とを別々に設けたが、パソコン115に画像処理部112のハードウェアおよびソフトウェアを内蔵するようにしても構わない。或いは、逆に画像処理部112に操作部や表示部を設けて、中空形状測定装置101専用の制御部としても構わない。
In each embodiment, the
101・・・中空形状測定装置;102・・・光源系;103・・・円形スリット;104・・・光制限スリット;105・・・照明レンズ;106・・・ハーフミラー;107・・・対物レンズ;108・・・円錐型ミラー;109・・・被測定物;110・・・結像レンズ;111・・・撮像部;112・・・画像処理部;113・・・Z軸駆動部本体;114・・・移動部;115・・・パソコン
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記中空筒状の軸方向である第1の方向に光を送光する送光部と、
前記光を前記第1の方向と略直交する方向に前記光の進行方向を変換する変換部と、
前記変換部で変換された前記光が前記第1の方向において区別可能に物理的変調を与える変調部と、
前記変換部で方向が変換された光のうち前記被測定物の内側で反射した光の合焦情報と前記物理的変調の情報とを検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づいて、所定基準位置からのずれを求めることにより前記被測定物の内側形状を測定する形状測定部と
を備えることを特徴とする測定装置。 A measuring device for measuring the inner shape of a hollow cylindrical object to be measured,
A light transmitting section for transmitting light in a first direction which is the axial direction of the hollow cylinder;
A converter that converts the traveling direction of the light into a direction substantially orthogonal to the first direction;
A modulation unit that applies physical modulation so that the light converted by the conversion unit is distinguishable in the first direction;
A detection unit for detecting focusing information of the light reflected inside the object to be measured and light information of the physical modulation among the light whose direction is converted by the conversion unit;
A measuring apparatus comprising: a shape measuring unit that measures an inner shape of the object to be measured by obtaining a deviation from a predetermined reference position based on a detection result of the detecting unit.
前記検出部は、前記物理的変調を受けた光の第1の方向における一方の端部である第1エッジ位置と他方の端部である第2エッジ位置とを検出可能であること
を特徴とする測定装置。 The measuring apparatus according to claim 1,
The detection unit is capable of detecting a first edge position that is one end and a second edge position that is the other end in the first direction of the light subjected to the physical modulation. Measuring device.
前記変換部と前記被測定物とを前記第1の方向に相対移動させる移動部をさらに備え、
前記形状測定部は、前記変換部と前記被測定物と複数の相対位置において前記被測定物の内側形状を測定すること
を特徴とする測定装置。 In the measuring apparatus according to claim 1 or 2,
A moving unit that relatively moves the conversion unit and the object to be measured in the first direction;
The shape measuring unit measures an inner shape of the measurement object at a plurality of relative positions with the conversion unit and the measurement object.
前記送光部は、前記光を発生する光源と、前記光源からの光を導き基準位置に焦点を有する第1の光学系と、前記焦点よりも前記光源側であり前記第1の光学系の前記焦点と共役な位置に配置され所定形状の開口を有する第1の光制限部材と、
前記被測定物から戻ってきた光を結像させる第2の光学系と
を備え、
前記検出部は、前記第2の光学系により前記基準位置にある被測定物の像が結像する結像面から光軸方向に平行移動した非結像面に配置され前記光源からの光を受光する前記基準位置と共役関係にある受光部を備えること
を特徴とする測定装置。 In the measuring device according to any one of claims 1 to 3,
The light transmission unit includes: a light source that generates the light; a first optical system that guides light from the light source and has a focal point at a reference position; and the light source side of the first optical system with respect to the focal point. A first light limiting member disposed at a position conjugate with the focal point and having an opening of a predetermined shape;
A second optical system for imaging the light returned from the object to be measured,
The detection unit is disposed on a non-imaging plane that is translated in the optical axis direction from an imaging plane on which an image of the object to be measured at the reference position is formed by the second optical system, and detects light from the light source. A measuring apparatus, comprising: a light receiving unit having a conjugate relationship with the reference position for receiving light.
前記第1の光制限部材から前記被測定物に照射される光束の一部を遮光する所定形状の開口を有する第2の光制限部材を設けたこと
を特徴とする測定装置。 The measuring apparatus according to claim 4, wherein
A measuring apparatus, comprising: a second light limiting member having an opening having a predetermined shape that blocks a part of a light beam irradiated to the object to be measured from the first light limiting member.
前記第2の光制限部材を透過する光束の両端の第1エッジ側と第2エッジ側とで異なる変調をかける色フィルタを設けたこと
を特徴とする測定装置。 The measuring apparatus according to claim 5, wherein
A measuring apparatus comprising: a color filter that performs different modulation on the first edge side and the second edge side of both ends of the light beam transmitted through the second light limiting member.
前記第2の光制限部材を透過する光束の両端の第1エッジ側と第2エッジ側との少なくとも一方のエッジ形状を同心円状に任意に変更する形状可変機構を設けたこと
を特徴とする測定装置。 The measuring apparatus according to claim 5, wherein
A shape variable mechanism for arbitrarily changing at least one edge shape of the first edge side and the second edge side of both ends of the light beam passing through the second light limiting member into a concentric shape is provided. apparatus.
前記検出部は、前記色フィルタを透過した光束が前記被測定物の内側で反射して投影される光束の色検出を行って前記第1エッジ位置と前記第2エッジ位置とを検出すること
を特徴とする測定装置。 The measuring apparatus according to claim 6, wherein
The detection unit detects the first edge position and the second edge position by performing color detection of a light beam that is projected when the light beam that has passed through the color filter is reflected inside the object to be measured. Characteristic measuring device.
前記送光部を前記第1の方向とは異なる方向から光を送光する位置に配置し、
前記被測定物と前記送光部との間にあって、前記送光部が送光する前記光を前記第1の方向に反射すると共に、前記被測定物からの戻ってくる光を前記受光部側に透過するハーフミラーを設けたこと
を特徴とする測定装置。 In the measuring device according to any one of claims 1 to 8,
The light transmitting unit is disposed at a position for transmitting light from a direction different from the first direction,
Reflecting the light transmitted by the light transmitting unit in the first direction between the measured object and the light transmitting unit, and returning light returning from the measured object to the light receiving unit side A measuring device characterized in that a half mirror is provided.
前記変換部を円錐形状のミラーで構成したこと
を特徴とする測定装置。 In the measuring device according to any one of claims 1 to 9,
The measuring device is characterized in that the conversion unit is constituted by a conical mirror.
前記第1の光制限部材を円形スリットで構成したこと
を特徴とする測定装置。 In the measuring device according to any one of claims 1 to 10,
The first light limiting member is configured by a circular slit.
送光部が前記中空筒状の軸方向である第1の方向に送光する光を前記第1の方向と略直交する方向に前記光の進行方向を変換し、進行方向が変換された前記光は変調部で前記第1の方向において区別可能に物理的変調を与えられ、前記物理的変調を与えられた光のうち前記被測定物の内側で反射した光の合焦情報と前記物理的変調の情報とを検出部で検出した検出結果に基づいて、所定基準位置からのずれを求めることにより前記被測定物の内側形状を測定すること
を特徴とする測定方法。 A measuring method for measuring the inner shape of a hollow cylindrical object to be measured,
The light transmitting unit converts the light transmitted in the first direction which is the axial direction of the hollow cylindrical shape, the traveling direction of the light is converted into a direction substantially orthogonal to the first direction, and the traveling direction is converted The light is physically modulated in the first direction by the modulation unit so as to be distinguishable, and the focusing information of the light reflected on the inside of the object to be measured among the light subjected to the physical modulation and the physical A measurement method comprising measuring an inner shape of the object to be measured by obtaining a deviation from a predetermined reference position based on a detection result obtained by detecting a modulation information by a detection unit.
前記物理的変調を受けた光の第1の方向における一方の端部である第1エッジ位置と他方の端部である第2エッジ位置とを検出すること
を特徴とする測定方法。 The measurement method according to claim 12, wherein
A measurement method comprising: detecting a first edge position which is one end portion and a second edge position which is the other end portion in the first direction of the light subjected to the physical modulation.
前記変換部と前記被測定物とを前記第1の方向に相対移動させながら前記検出を行い、前記変換部と前記被測定物と複数の相対位置において前記被測定物の内側形状を測定すること
を特徴とする測定方法。 The measurement method according to claim 12 or claim 13,
Performing the detection while relatively moving the conversion unit and the device under test in the first direction, and measuring an inner shape of the device under measurement at a plurality of relative positions with the conversion unit and the device under test. Measuring method characterized by
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014098572A (en) * | 2012-11-13 | 2014-05-29 | Tokyo Seimitsu Co Ltd | Shape measuring apparatus |
JP2014219414A (en) * | 2013-05-10 | 2014-11-20 | ドクトル・ヨハネス・ハイデンハイン・ゲゼルシヤフト・ミツト・ベシユレンクテル・ハフツングDr. Johannes Heidenhain Gesellschaft Mitbeschrankter Haftung | Position-measuring device |
Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63243848A (en) * | 1987-03-31 | 1988-10-11 | Sekiyu Sangyo Katsuseika Center | In-tube inspection device |
JPH03277905A (en) * | 1990-03-28 | 1991-12-09 | Hitachi Ltd | Alignment method and device of measuring device |
JPH03289293A (en) * | 1990-04-04 | 1991-12-19 | Mitsubishi Electric Corp | Image pickup device |
JPH0560532A (en) * | 1990-11-27 | 1993-03-09 | Nkk Corp | Optical shape measurement instrument |
JPH0599631A (en) * | 1991-10-09 | 1993-04-23 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Optical measuring apparatus for hole configuration |
JPH1137738A (en) * | 1997-07-15 | 1999-02-12 | Ricoh Co Ltd | Device for measuring shape and eccentricity of aspherical lens |
JP2000234907A (en) * | 1999-02-12 | 2000-08-29 | Ricoh Co Ltd | Displacement inclination measuring apparatus |
JP2000305021A (en) * | 1999-04-21 | 2000-11-02 | Keyence Corp | Confocal microscope |
JP2001033217A (en) * | 1999-07-19 | 2001-02-09 | Tokyo Seimitsu Co Ltd | Non-contact type distance measuring device and non- contact type internal diameter measuring device |
JP2004004634A (en) * | 2002-04-02 | 2004-01-08 | Nikon Corp | Focal position detector and fluorescence microscope equipped therewith |
WO2008072369A1 (en) * | 2006-12-13 | 2008-06-19 | Nikon Corporation | Measurement device and measurement method |
-
2008
- 2008-04-03 JP JP2008097079A patent/JP5251218B2/en active Active
Patent Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63243848A (en) * | 1987-03-31 | 1988-10-11 | Sekiyu Sangyo Katsuseika Center | In-tube inspection device |
JPH03277905A (en) * | 1990-03-28 | 1991-12-09 | Hitachi Ltd | Alignment method and device of measuring device |
JPH03289293A (en) * | 1990-04-04 | 1991-12-19 | Mitsubishi Electric Corp | Image pickup device |
JPH0560532A (en) * | 1990-11-27 | 1993-03-09 | Nkk Corp | Optical shape measurement instrument |
JPH0599631A (en) * | 1991-10-09 | 1993-04-23 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Optical measuring apparatus for hole configuration |
JPH1137738A (en) * | 1997-07-15 | 1999-02-12 | Ricoh Co Ltd | Device for measuring shape and eccentricity of aspherical lens |
JP2000234907A (en) * | 1999-02-12 | 2000-08-29 | Ricoh Co Ltd | Displacement inclination measuring apparatus |
JP2000305021A (en) * | 1999-04-21 | 2000-11-02 | Keyence Corp | Confocal microscope |
JP2001033217A (en) * | 1999-07-19 | 2001-02-09 | Tokyo Seimitsu Co Ltd | Non-contact type distance measuring device and non- contact type internal diameter measuring device |
JP2004004634A (en) * | 2002-04-02 | 2004-01-08 | Nikon Corp | Focal position detector and fluorescence microscope equipped therewith |
WO2008072369A1 (en) * | 2006-12-13 | 2008-06-19 | Nikon Corporation | Measurement device and measurement method |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014098572A (en) * | 2012-11-13 | 2014-05-29 | Tokyo Seimitsu Co Ltd | Shape measuring apparatus |
JP2014219414A (en) * | 2013-05-10 | 2014-11-20 | ドクトル・ヨハネス・ハイデンハイン・ゲゼルシヤフト・ミツト・ベシユレンクテル・ハフツングDr. Johannes Heidenhain Gesellschaft Mitbeschrankter Haftung | Position-measuring device |
US11796313B2 (en) | 2013-05-10 | 2023-10-24 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Position-measuring device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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