JP2010014656A - Noncontact side-surface shape measuring apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は非接触側面形状測定装置に関するものである。 The present invention relates to a non-contact side surface shape measuring apparatus.
レーザオートフォーカスを用いたレーザプローブ式の非接触形状測定装置は精密部品の形状や粗さを広範囲にわたりナノレベルの分解能で計測できることが知られている。すなわち、三次元直交座標軸XYZとして、測定対象である測定ワークの上面に対し、鉛直方向であるZ軸方向でレーザ光によるオートフォーカスをかけながら、測定ワークをXY方向に走査し、オートフォーカス光学系の対物レンズのZ軸方向での移動量から測定ワークの表面形状に関する測定データを取得する構造である(例えば、特許文献1参照)。 It is known that a laser probe type non-contact shape measuring apparatus using laser autofocus can measure the shape and roughness of precision parts over a wide range with nano-level resolution. That is, as the three-dimensional orthogonal coordinate axis XYZ, the measurement workpiece is scanned in the X and Y directions while autofocusing with a laser beam is applied to the upper surface of the measurement workpiece to be measured in the Z-axis direction, which is the vertical direction. It is a structure which acquires the measurement data regarding the surface shape of a measurement workpiece | work from the movement amount in the Z-axis direction of this objective lens (for example, refer patent document 1).
すなわち、プローブ光としてのレーザ光は対物レンズの光軸に平行かつ光軸からずれた位置に導入され、対物レンズの焦点面において光軸と交差する。この交差位置は対物レンズに対して位置固定されているため、対物レンズがZ軸方向に移動することにより測定ワーク表面へのX軸またはY軸方向の照射位置が移動する。測定ワーク表面の一点で反射されたレーザ光は対物レンズを介して光位置検出器で位置検出される。反射光の検出位置から測定ワーク表面と対物レンズの焦点面との位置ずれが測定されるので、これをフィードバック制御することによりオートフォーカスが実現する。その結果、対物レンズのZ軸方向の位置からワーク表面の形状を測定することができる。
しかしながら、このような関連技術にあっては、対物レンズを透過したレーザプローブとしてのレーザ光を、Z軸方向で測定ワークの上面に当てる構造のため、測定ワークの上面形状しか測定することができず、測定ワークの側面形状は測定することができなかった。特に、筒形状をした測定ワークの孔の中の深い部分の内面形状を測定することができなかった。 However, in such a related technique, since the laser beam as the laser probe that has passed through the objective lens is applied to the upper surface of the measurement workpiece in the Z-axis direction, only the upper surface shape of the measurement workpiece can be measured. In addition, the side shape of the measurement workpiece could not be measured. In particular, it was not possible to measure the inner surface shape of a deep portion in the hole of the measurement workpiece having a cylindrical shape.
本発明は、このような従来の技術に着目してなされたものであり、測定ワークの側面形状も測定することができる非接触側面形状測定装置を提供するものである。 The present invention has been made paying attention to such a conventional technique, and provides a non-contact side surface shape measuring apparatus capable of measuring a side surface shape of a measurement workpiece.
請求項1記載の発明は、三次元直交座標軸XYZとして、鉛直なZ軸と平行にレーザー光を下向きに照射するレーザー光照射手段と、Z軸の下方に固定され且つ下向きのレーザー光をX軸方向へ反射すると共にX軸上に位置する測定ワークの側面で反射されたレーザー光を上方向へ反射する反射手段と、X軸上に固定され且つ反射手段で反射されたレーザー光を透過して焦点に向かわせると共に測定ワークの側面で反射されたレーザ光を透過して反射手段へ向かわせる対物レンズ手段と、反射手段の上方のZ軸上に固定され反射手段から上方向へ反射されたレーザー光をZ軸上の第1結像点に結像させる第1結像レンズ手段と、Z軸方向に移動自在で且つ第1結像点を通過したレーザー光を透過してその光路をZ軸と平行にするコリメータレンズ手段と、コリメータレンズ手段を透過したレーザー光を光軸の第2結像点に結像させる第2結像レンズ手段と、第2結像レンズ手段を透過したレーザー光を受光する光位置検出手段と、光位置検出手段からの位置信号に基づいてレーザ光の焦点を測定ワークの側面に合致せしめるべく前記コリメータレンズ手段をZ軸方向で移動させるフォーカス手段とを備えたことを特徴とする。 According to the first aspect of the present invention, the three-dimensional orthogonal coordinate axis XYZ is a laser beam irradiation means for irradiating a laser beam downward in parallel with the vertical Z axis, and a downward laser beam fixed below the Z axis and the X axis Reflecting means for reflecting the laser light reflected on the side surface of the measurement workpiece located on the X axis and reflecting upward, and transmitting the laser light fixed on the X axis and reflected by the reflecting means. An objective lens unit that transmits the laser beam reflected on the side of the measurement work and transmits the laser beam to the reflecting unit, and a laser beam that is fixed on the Z axis above the reflecting unit and reflected upward from the reflecting unit. First imaging lens means for imaging light at a first imaging point on the Z axis; and laser light that is movable in the Z axis direction and that has passed through the first imaging point, and passes the optical path along the Z axis. Collimator parallel Means, a second imaging lens means for forming an image of the laser light transmitted through the collimator lens means at a second imaging point of the optical axis, and an optical position detection for receiving the laser light transmitted through the second imaging lens means And a focusing means for moving the collimator lens means in the Z-axis direction so as to make the focal point of the laser beam coincide with the side surface of the measurement workpiece based on the position signal from the optical position detection means.
請求項2記載の発明は、第1結像レンズ手段とコリメータレンズ手段との間に中間結像点を形成するリレーレンズ手段を固定したことを特徴とする。
The invention according to
請求項3記載の発明は、測定ワークを所定の回転中心を中心に水平方向でθ方向へ相対的に回転させるθ方向移動手段を設けたことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a θ-direction moving means for rotating the measurement workpiece relative to the θ direction in the horizontal direction around a predetermined rotation center.
請求項4記載の発明は、測定ワークをX軸方向へ相対的に平行移動させるX軸方向移動手段を設けたことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an X-axis direction moving means for relatively translating the measurement workpiece in the X-axis direction.
請求項5記載の発明は、測定ワークをY軸方向へ相対的に平行移動させるY軸方向移動手段を設けたことを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a Y-axis direction moving means for relatively translating the measurement workpiece in the Y-axis direction.
請求項6記載の発明は、測定ワークに対して全体をZ軸方向へ相対的に移動させるZ軸方向移動手段を設けたことを特徴とする。
The invention described in
請求項7記載の発明は、コリメータレンズ手段より上方のZ軸上にレーザー光を水平方向に分岐する光分岐手段を設け、第2結像レンズ手段及び光位置検出手段を光分岐手段と水平な位置に固定したことを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a light branching means for horizontally branching the laser beam on the Z-axis above the collimator lens means, and the second imaging lens means and the light position detecting means are parallel to the light branching means. The position is fixed.
請求項1記載の発明によれば、反射手段により、下向きに照射されたレーザー光をX軸方向へ反射するため、測定ワークの側面形状も測定できる。特に、下端に位置する反射手段、対物レンズ手段、第1結像レンズ手段がそれぞれ固定された構造のため、それらの小型化が可能で、狭い溝や小径の孔内にも容易に挿入して、溝や孔の内面形状を測定することができる。Z軸で移動するコリメータレンズ手段によりオートフォーカスするため、コリメータレンズ手段よりも下側の部分のZ軸方向長さを拡大することができ、溝や孔の深い部位の測定も可能となる。また、Z軸方向での第1結像レンズ手段の焦点距離を、X軸方向での対物レンズ手段よりも大きくし、X軸方向での変位に対してZ軸方向での変位を大きく取得することも可能で、そうすることにより、光位置検出手段の位置決め精度以上の変位計測が可能となる。 According to the first aspect of the present invention, the laser beam irradiated downward is reflected by the reflecting means in the X-axis direction, so that the side shape of the measurement workpiece can also be measured. In particular, the reflecting means, the objective lens means, and the first imaging lens means located at the lower end are fixed, so that they can be miniaturized and can be easily inserted into narrow grooves or small diameter holes. The inner surface shape of grooves and holes can be measured. Since auto-focusing is performed by the collimator lens means that moves in the Z axis, the length in the Z-axis direction of the portion below the collimator lens means can be enlarged, and the measurement of a deep part of the groove or hole is also possible. Further, the focal length of the first imaging lens unit in the Z-axis direction is made larger than that of the objective lens unit in the X-axis direction, and the displacement in the Z-axis direction is acquired larger than the displacement in the X-axis direction. It is possible to measure the displacement more than the positioning accuracy of the optical position detecting means.
請求項2記載の発明によれば、第1結像レンズ手段とコリメータレンズ手段の間にリレーレンズ手段を固定することにより、コリメータレンズ手段より下側の部分のZ軸方向の長さを更に拡大することができる。 According to the second aspect of the present invention, by fixing the relay lens means between the first imaging lens means and the collimator lens means, the length in the Z-axis direction of the portion below the collimator lens means is further enlarged. can do.
請求項3記載の発明によれば、測定ワークをθ方向へ相対的に回転させるθ方向移動手段が設けられているため、測定ワークの側面のθ方向に走査した二次元形状を測定することができる。 According to the third aspect of the invention, since the θ-direction moving means for rotating the measurement workpiece in the θ direction is provided, it is possible to measure the two-dimensional shape scanned in the θ direction on the side surface of the measurement workpiece. it can.
請求項4記載の発明によれば、測定ワークをX軸方向へ相対的に平行移動させるX軸方向移動手段が設けられているため、対物レンズ手段を測定ワークの側面に対して測定に最適な距離にセットすることができる。 According to the fourth aspect of the present invention, since the X-axis direction moving means for moving the measurement workpiece relatively in the X-axis direction is provided, the objective lens means is optimal for measurement with respect to the side surface of the measurement workpiece. Can be set to distance.
請求項5記載の発明によれば、測定ワークをY軸方向へ相対的に平行移動させるY軸方向移動手段が設けられているため、測定ワークの側面のY軸方向に走査した二次元形状を測定することができる。 According to the fifth aspect of the present invention, since the Y-axis direction moving means for relatively translating the measurement workpiece in the Y-axis direction is provided, the two-dimensional shape scanned in the Y-axis direction on the side surface of the measurement workpiece is obtained. Can be measured.
請求項6記載の発明によれば、測定ワークをZ軸方向へ相対的に平行移動させるZ軸方向移動手段が設けられているため、測定ワークの側面のZ軸方向に走査した二次元形状を測定することができると共に、θ軸又はY軸方向での走査と組み合わせることにより、側面の三次元形状を測定することができる。 According to the sixth aspect of the invention, since the Z-axis direction moving means for moving the measurement workpiece relatively in the Z-axis direction is provided, the two-dimensional shape scanned in the Z-axis direction on the side surface of the measurement workpiece is obtained. In addition to being able to measure, the three-dimensional shape of the side surface can be measured by combining with scanning in the θ-axis or Y-axis direction.
請求項7記載の発明によれば、コリメータレンズ手段より上方のZ軸上にレーザー光を水平方向に分岐する光分岐手段を設け、第2結像レンズ手段及び光位置検出手段を、該光分岐手段と水平な位置に固定したため、光分岐手段の上方のZ軸上にカメラ等の他の構成要素を設置することが可能となる。 According to the seventh aspect of the present invention, the light branching means for horizontally branching the laser beam is provided on the Z axis above the collimator lens means, and the second imaging lens means and the light position detecting means are provided with the light branching. Since it is fixed at a position horizontal to the means, it is possible to install other components such as a camera on the Z axis above the light branching means.
図1〜図7は、本発明の第1実施形態を示す図である。まず、図1に基づいて全体構造を説明する。図1において、XYは水平面上で直交する二方向で、ZはXYに垂直な鉛直方向である。θは回転方向である。 1-7 is a figure which shows 1st Embodiment of this invention. First, the overall structure will be described with reference to FIG. In FIG. 1, XY is two directions orthogonal to each other on the horizontal plane, and Z is a vertical direction perpendicular to XY. θ is the direction of rotation.
本実施形態における測定対象としての測定ワークは円筒部材1で、中心に円形の中心孔1aを有している。この円筒部材1は、円盤状の回転ステージ(θ方向移動手段)2の上に載置されている。回転ステージ2は、X軸方向にスライド自在なX軸ステージ(X軸方向移動手段)3の上に組み付けられている。X軸ステージ3は、Y軸方向へスライド自在なY軸ステージ(Y軸方向移動手段)4の上に組み付けられている。Y軸ステージ4はベース台5の上に載置されている。ベース台5には支柱6が立設され、支柱6に対してZ軸方向にスライド自在なZ軸ステージ(Z軸方向移動手段)7が支持されている。
A measurement workpiece as a measurement target in the present embodiment is a
Z軸ステージ7には、駆動部8が固定されており、駆動部8から下方へ向けて筒状のプローブ9が形成されている(図2参照)。プローブ9の下端にはヘッド10が形成されている。プローブ9は細く、ヘッド10も小さいボックス形状をしている。ヘッド10のX軸方向の側面には窓11が形成されている。
A
次に、オートフォーカス光学系の構造を図3に基づいて説明する。尚、図3及びその相当図において、鉛直光軸をZ軸と合致させ、Z軸方向での光路は短縮して示している。 Next, the structure of the autofocus optical system will be described with reference to FIG. In FIG. 3 and its equivalent diagrams, the vertical optical axis is made coincident with the Z-axis, and the optical path in the Z-axis direction is shortened.
測定光としての半導体レーザであるレーザー光Lはレーザー光照射手段13から照射される。レーザー光照射手段13は、水平方向にレーザー光Lを照射するレーザー光発生器14と、Z軸上に固定されレーザー光LをZ軸と平行で且つオフセットした位置より下向きに反射するビームスプリッタ15とから構成されている。レーザー光Lの光路は、図中において、照射光は実線で、反射光は点線で示されている。
Laser light L, which is a semiconductor laser as measurement light, is emitted from the laser light irradiation means 13. The laser beam irradiation means 13 includes a
ビームスプリッタ15の上方にはZ軸上に第2結像レンズ手段16が固定され、第2結像レンズ手段16の上方にはZ軸上に光位置検出手段17が設置されている。光位置検出手段17は分割フォトセンサーで、中心部17Sが第2結像レンズ手段16の結像点と一致しており、この中心部17Sにレーザー光Lのスポット重心(光学的重心)が合致することにより、二分割された各フォトセンサーの出力が釣り合うようになっている。
Above the
ビームスプリッタ15の下方には、コリメータレンズ手段18が設けられている。このコリメータレンズ手段18はサーボ機構であるフォーカス手段19によりZ軸方向で移動することができる。フォーカス手段19は前記光位置検出手段17からの信号に基づいてコリメータレンズ手段18を移動させる。このコリメータレンズ手段18よりも上方の構造が全て駆動部8内に収納されている。
A
上下方向に長いプローブ9内は中空で、その下端のヘッド10には、反射手段としてのプリズム12が、角度45度の四角い反射平面をX軸方向の窓11へ向けた状態で設置されている。プリズム12から水平光軸と合致したX軸が形成される。
The
プリズム12の上方には第1結像レンズ手段20が固定されている。第1結像レンズ手段20はプローブ9の途中位置においてZ軸上に第1結像点P1を形成する。
A first imaging lens means 20 is fixed above the
プリズム12の窓11側には対物レンズ手段21が固定されている。対物レンズ手段21はX軸上に焦点Fを形成する。この実施形態では、この対物レンズ手段21のX軸での焦点距離より、第1結像レンズ手段20のZ軸での焦点距離の方を十分に大きく設定している。
Objective lens means 21 is fixed on the
次に、作用を説明する。 Next, the operation will be described.
図1に示すように、円筒部材1は中心孔1aの内面の形状を円周方向に沿って計測するため回転ステージ2上に載置される。次に、Z軸ステージ7を下降させ、プローブ9のヘッド10を円筒部材1の中心孔1a内に挿入する。ヘッド10を挿入後、X軸ステージ3をスライドさせて、対物レンズ手段21を中心孔1aの内面に対して測定に最適な距離にセットする。
As shown in FIG. 1, the
次に、図3を用いて基本光路を説明する。円筒部材1に対するヘッド10のセットが終了した後、レーザー光発生器14からレーザー光Lを水平に照射する。水平に照射されたレーザー光Lは一部がビームスプリッタ15により下向きに反射される。下向きに照射されたレーザー光Lの光路は、Z軸と平行で且つオフセットした状態で、コリメータレンズ手段18を透過し、プローブ9内を通過して第1結像レンズ手段20に至る。
Next, the basic optical path will be described with reference to FIG. After the setting of the
第1結像レンズ手段20を透過してZ軸と平行になったレーザー光Lは、プリズム12で水平方向に反射され、対物レンズ手段21を透過して、ヘッド10の窓11より中心孔1aの内面に対して照射される。
The laser light L transmitted through the first imaging lens means 20 and parallel to the Z axis is reflected by the
中心孔1aの内面で反射されたレーザー光Lは、再び対物レンズ手段21を透過して、プリズム12にて上向きに反射され、第1結像レンズ手段20を透過して、Z軸上に第1結像点P1を結ぶ。その第1結像点P1をコリメータレンズ手段18で捉える。
The laser beam L reflected by the inner surface of the
コリメータレンズ手段18にてZ軸と平行になったレーザー光Lはビームスプリッタ15を透過し、第2結像レンズ手段16を透過して光位置検出手段17の中心部17Sに第2結像点P2を形成する。レーザー光Lの第2結像点P2が光位置検出手段17の中心部17Sに合致した状態では、フォーカス手段19は駆動せず、コリメータレンズ手段18の位置はそのままである。
The laser light L parallel to the Z axis by the collimator lens means 18 passes through the
レーザー光Lが対物レンズ手段21やコリメータレンズ手段18等における非中心部を透過するため、図3の状態から、例えば、中心孔1aの内面が、ヘッド10に対して、−方向に変位(図4)したり、+方向に変位(図6)したりすると、光位置検出手段17上でのレーザー光Lの第2結像点P2も中心部17Sから変位する(図4、図6)。
Since the laser light L is transmitted through the non-center portion of the objective lens means 21 and the collimator lens means 18 etc., for example, the inner surface of the
例えば、図4に示すように、中心孔1aの内面がヘッド10に対して−dだけ離れる方向に変位すると、中心孔1aの内面で反射されたレーザー光Lは、対物レンズ手段21の端部側を通過し、X軸及びZ軸と非平行なまま、プリズム12及び第1結像レンズ手段20を通過し、Z軸上に形成される第1結像点P1が下方へ変位する。そして、コリメータレンズ手段18、ビームスプリッタ15、第2結像レンズ手段16を経たレーザー光Lの第2結像点P2は光位置検出手段17において中心部17Sから−Dだけ変位する。
For example, as shown in FIG. 4, when the inner surface of the
その第2結像点P2が中心部17Sからずれると、ずれた方のフォトセンサーからの出力が大きくなり、2つのフォトセンサーの出力バランスがくずれるため、それを是正するため、光位置検出手段17からフォーカス手段19に信号が出力され、第2結像点P2が中心部17Sに合致するまで、サーボ式のフォーカス手段19がコリメータレンズ手段18を下方へ移動させる。そして、第2結像点P2が中心部17Sに合致すると、対物レンズ21を透過したレーザー光Lの結像点も焦点距離よりも先のX軸軸上に位置し、合焦状態となって、コリメータレンズ手段18の移動が停止する。これがオートフォーカス動作である。
When the second imaging point P2 is shifted from the
尚、中心孔1aの内面が、ヘッド10に対して逆に+方向へ変位した場合には、上述とは逆のオートフォーカス動作が行われる(図6、図7)。
When the inner surface of the
以上のようなオートフォーカス動作において、コリメータレンズ手段18の移動量と、ヘッド10に対する中心孔1aの内面の変位dとは、比例関係にあるため、コリメータレンズ手段18の移動量を検出することにより、中心孔1aの内面の形状(凹凸)を測定することができる。
In the autofocus operation as described above, the amount of movement of the collimator lens means 18 and the displacement d of the inner surface of the
特に、この実施形態では、Z軸方向での第1結像レンズ手段20の焦点距離を、X軸方向での対物レンズ手段21よりも十分に大きく設定しているため、X軸方向での変位dに対して、コリメータレンズ手段18のZ軸方向での変位量が大きくなり、光位置検出手段17の位置決め精度以上の変位計測が可能となる。 In particular, in this embodiment, since the focal length of the first imaging lens means 20 in the Z-axis direction is set sufficiently larger than the objective lens means 21 in the X-axis direction, the displacement in the X-axis direction is set. With respect to d, the amount of displacement of the collimator lens means 18 in the Z-axis direction increases, and displacement measurement that is greater than the positioning accuracy of the optical position detection means 17 becomes possible.
すなわち、円筒部材1は回転ステージ2上に載置されているため、円筒部材1を回転ステージ2によりθ方向へ回転させることにより、中心孔1aの内面の円周方向での二次元形状を測定することができる。
That is, since the
また、ある高さ位置位置でのヘッド10により、中心孔1aの内面の円周方向での二次元形状の測定を終了した後、ヘッド10の高さ位置を変えて同様の形状測定を繰り返し行うことにより、中心孔1aの内面の関する三次元形状を測定することも可能となる。
Further, after the measurement of the two-dimensional shape in the circumferential direction of the inner surface of the
この実施形態によれば、下端に位置するプリズム12、対物レンズ手段21、第1結像レンズ手段20が固定された構造のため、ヘッド10の小型化が可能である。また、Z軸で移動するコリメータレンズ手段18でオートフォーカスするため、プローブ9を細い径のまま長く形成することができる。従って、円筒部材1の中心孔1a内にヘッド10を奥深くまで挿入して、その内面を形状を測定することができる。
According to this embodiment, since the
図8は、本発明の第2実施形態を示す図である。本実施形態は、前記第1実施形態と同様の構成要素を備えている。よって、それら同様の構成要素については共通の符号を付すとともに、重複する説明を省略する。 FIG. 8 is a diagram showing a second embodiment of the present invention. This embodiment includes the same components as those in the first embodiment. Therefore, the same constituent elements are denoted by common reference numerals, and redundant description is omitted.
この実施形態では、第1結像レンズ手段20とコリメータレンズ手段18との間に中間結像点P3を形成するリレーレンズ手段22を固定した。このようにすることにより、プローブを更に長くすることができ、より深い部分の内面(側面)まで測定することができる。 In this embodiment, the relay lens means 22 that forms the intermediate image forming point P3 is fixed between the first imaging lens means 20 and the collimator lens means 18. By doing in this way, a probe can be lengthened further and it can measure to the inner surface (side surface) of a deeper part.
図9は、本発明の第3実施形態を示す図である。本実施形態も、前記第1実施形態と同様の構成要素を備えている。よって、それら同様の構成要素については共通の符号を付すとともに、重複する説明を省略する。 FIG. 9 is a diagram showing a third embodiment of the present invention. This embodiment also includes the same components as those in the first embodiment. Therefore, the same constituent elements are denoted by common reference numerals, and redundant description is omitted.
この実施形態では、ビームスプリッタ15を光分岐手段とし、それと同じ高さの水平方向に別のビームスプリッタ23を設置した。そして、そのビームスプリッタ23の上部にレーザー光発生器14を設置し、2つのビームスプリッタ15、23と、レーザー光発生器14により、レーザー光照射手段24を構成した。
In this embodiment, the
ビームスプリッタ15から水平光軸Kを形成し、その水平光軸K上にビームスプリッタ23、第2結像レンズ手段16、光位置検出手段17を設置した。
A horizontal optical axis K is formed from the
ビームスプリッタ15の上部には、撮影用の結像レンズ25を設置し、その上にカメラ(CCD撮像装置)26を設置した。
An
レーザー光発生器14から照射されたレーザー光Lは、2つのビームスプリッタ15、23で反射された後、コリメータレンズ手段18、第1結像レンズ手段20、プリズム12、対物レンズ手段21を経て中心孔1aの内面に当たる。そして、そこで反射されたレーザー光Lは、逆方向に戻り、一部はビームスプリッタ15で水平方向に反射された後、ビームスプリッタ23、第2結像レンズ手段16を透過して、光位置検出手段17に受光され、オートフォーカス制御される。
The laser beam L emitted from the
ビームスプリッタ15の上部にはZ軸上にカメラ26が設置されているため、中心孔1aの内面の映像をカメラ26によりモニターすることができる。
Since the
この実施形態によれば、第2結像レンズ手段16及び光位置検出手段17をZ軸上から外したため、Z軸上に別の構成要素(カメラ26)を設置することが可能となった。
According to this embodiment, since the second
以上の各実施形態では、中心孔1aの内面を円周方向で測定する例を示したが、円筒部材1の外面を円周方向で測定しても良い。また、円筒部材1に限らず、溝の内面をY軸方向に沿って測定したり、Z軸方向に沿って測定しても良い。反射手段として、プリズム7を例にしたが、ミラーでも良い。
In each of the above embodiments, the example in which the inner surface of the
1 円筒部材(測定ワーク)
1a 中心孔
2 回転ステージ(θ方向移動手段)
3 X軸ステージ(X軸方向移動手段)
4 Y軸ステージ(Y軸方向移動手段)
7 Z軸ステージ(Z軸方向移動手段)
12 プリズム(反射手段)
13 レーザー光照射手段
16 第2結像レンズ手段
17 光位置検出手段(光分岐手段)
18 コリメータレンズ手段
19 フォーカス手段
20 第1結像レンズ手段
21 対物レンズ手段
22 リレーレンズ手段
23 ビームスプリッタ
L レーザー光
A プローブの径
B プローブの長さ
F 焦点
P1 第1結像点
P2 第2結像点
P3 中間結像点
K 水平光軸
1 Cylindrical member (measurement workpiece)
3 X-axis stage (X-axis direction moving means)
4 Y-axis stage (Y-axis direction moving means)
7 Z-axis stage (Z-axis direction moving means)
12 Prism (reflecting means)
13 Laser light irradiation means 16 Second imaging lens means 17 Optical position detection means (light branching means)
18 Collimator lens means 19 Focus means 20 First imaging lens means 21 Objective lens means 22 Relay lens means 23 Beam splitter L Laser light A Probe diameter B Probe length F Focus P1 First imaging point P2 Second imaging Point P3 Intermediate imaging point K Horizontal optical axis
Claims (7)
Z軸の下方に固定され且つ下向きのレーザー光をX軸方向へ反射すると共にX軸上に位置する測定ワークの側面で反射されたレーザー光を上方向へ反射する反射手段と、
X軸上に固定され且つ反射手段で反射されたレーザー光を透過して焦点に向かわせると共に測定ワークの側面で反射されたレーザ光を透過して反射手段へ向かわせる対物レンズ手段と、
反射手段の上方のZ軸上に固定され反射手段から上方向へ反射されたレーザー光をZ軸上の第1結像点に結像させる第1結像レンズ手段と、
Z軸方向に移動自在で且つ第1結像点を通過したレーザー光を透過してその光路をZ軸と平行にするコリメータレンズ手段と、
コリメータレンズ手段を透過したレーザー光を光軸の第2結像点に結像させる第2結像レンズ手段と、
第2結像レンズ手段を透過したレーザー光を受光する光位置検出手段と、
光位置検出手段からの位置信号に基づいてレーザ光の焦点を測定ワークの側面に合致せしめるべく前記コリメータレンズ手段をZ軸方向で移動させるフォーカス手段とを備えたことを特徴とする非接触側面形状測定装置。 Laser light irradiation means for irradiating laser light downward in parallel with the vertical Z axis as a three-dimensional orthogonal coordinate axis XYZ;
Reflecting means fixed below the Z-axis and reflecting downward laser light in the X-axis direction and reflecting laser light reflected by the side surface of the measurement workpiece located on the X-axis upward;
Objective lens means that is fixed on the X axis and transmits the laser light reflected by the reflecting means to the focal point and transmits the laser light reflected from the side surface of the measurement workpiece to the reflecting means;
First imaging lens means for imaging a laser beam fixed on the Z axis above the reflecting means and reflected upward from the reflecting means at a first imaging point on the Z axis;
Collimator lens means that is movable in the Z-axis direction and transmits the laser light that has passed through the first imaging point and makes its optical path parallel to the Z-axis,
Second imaging lens means for imaging the laser beam transmitted through the collimator lens means at a second imaging point of the optical axis;
Optical position detection means for receiving laser light transmitted through the second imaging lens means;
A non-contact side shape comprising: a focus means for moving the collimator lens means in the Z-axis direction so that the focus of the laser beam is made to coincide with the side face of the measurement workpiece based on a position signal from the light position detection means measuring device.
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