JP2010164509A

JP2010164509A - 形状測定装置

Info

Publication number: JP2010164509A
Application number: JP2009008618A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Usami; 仁宇佐美
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2009-01-19
Filing date: 2009-01-19
Publication date: 2010-07-29

Abstract

【課題】作業性を低下させることなく、被検物の測定結果のＳＮ比を向上させる。
【解決手段】形状測定装置１１は、光源２６から測定光を射出して被検物１２に照射するとともに、受光部２７により被検物１２からの測定光を受光し、被検物１２の形状を測定する。光センサ部２５には、その外周部分を覆うように、笠状の遮光部２８が設けられており、遮光部２８は、被検物１２に照射され受光部２７に入射する外乱光が、被検物１２に照射されないように、外乱光を遮光する。これにより、受光部２７に外乱光が入射することを防止することができ、受光部２７が測定光を受光して得られる電気信号のＳＮ比を向上させることができる。また、遮光部２８が邪魔になって測定者が被検物１２を視認できなくなるようなこともないので、作業性が低下することもない。本発明は、形状測定装置に適用することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は形状測定装置に関し、特に、作業性を低下させることなく、被検物の形状測定時のＳＮ比を向上させることができるようにした形状測定装置に関する。

従来、光源からの測定光を被検物に照射し、被検物において反射した測定光を受光することで、被検物の形状を測定する形状測定装置が知られている。

被検物の形状測定時には、室内の照明光などの外乱光が被検物に照射されるため、その外乱光が測定光とともに形状測定装置に受光されると、被検物の形状の測定結果、つまり測定光を受光して得られる電気信号のＳＮ比（Signal to Noise ratio）が低下してしまう。

そこで、ＳＮ比を向上させて、より高い精度で形状を測定するために、高速で測定光の光源のオン、オフを切り換える方法が提案されている。この方法では、光源がオンのときには、測定光と外乱光が形状測定装置に入射し、光源がオフのときには外乱光だけが形状測定装置に入射するため、オンのときに得られた電気信号と、オフのときに得られた電気信号との差分を求めることで、外乱光の影響が除去される。

また、被検物の形状測定時のＳＮ比を向上させる技術として、測定光と同じ波長の外乱光が受光部に入射しないように、被検物全体をフィルタで覆う方法も提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許第３０５２９０９号公報

しかしながら、上述した技術では、測定者の作業性を損なうことなく、形状測定時のＳＮ比を向上させることは困難であった。

例えば、光源をオン、オフさせる方法では、形状測定装置により受光される光における、測定光に対する外乱光の割合が高くなると、ＳＮ比の向上には限界があり、精度よく被検物の形状を測定することはできなかった。また、この場合、ＳＮ比を向上させるために、暗箱内に形状測定装置を設置することも考えられるが、被検物周辺は暗室状態となるため、特に、測定者が形状測定中に被検物の状態を監視したり、他の測定者への教示をしたりするときには、作業性が著しく低下してしまう。

同様に、被検物全体をフィルタで覆う方法においても、フィルムにより作業がしにくくなったり、被検物が見えにくくなったりして、作業性が低下してしまう。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、作業性を低下させることなく、被検物の形状測定時のＳＮ比を向上させることができるようにするものである。

本発明の形状測定装置は、被検物に測定光を照射するとともに、前記被検物からの前記測定光を受光して、前記被検物の形状を測定する形状測定装置であって、前記被検物に前記測定光を照射する投光部と、前記被検物からの前記測定光を受光する受光部とからなる光センサ部と、前記光センサ部の少なくとも前記受光部を覆うように設けられ、前記被検物に照射されて前記受光部に入射する外乱光が、前記被検物に照射されないように前記外乱光を遮光する遮光部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、被検物の形状測定時のＳＮ比を向上させることができる。

本発明を適用した形状測定装置の一実施の形態の構成例を示す図である。遮光部のより詳細な構成例を示す図である。遮光板の退避例を示す図である。遮光板が回動する機構を説明する図である。遮光板が移動する機構を説明する図である。遮光板の退避例を示す図である。遮光部の他の構成例を示す図である。遮光板の回動角度の検出について説明する図である。遮光板の移動距離の検出について説明する図である。本発明を適用した形状測定装置の他の実施の形態の構成例を示す図である。遮光板を回動させる機構を説明する図である。遮光板を移動させる機構を説明する図である。

以下、図面を参照して、本発明を適用した実施の形態について説明する。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明を適用した形状測定装置の一実施の形態の構成例を示す図である。

形状測定装置１１は、測定光を被検物１２に照射し、被検物１２において反射された測定光を受光することで、被検物１２の３次元形状を測定する。

形状測定装置１１では、被検物１２が載置される定盤２１に、図中、横方向に長い棒状のＸキャリッジ２２が、Ｘキャリッジ２２の両端に下方向に突出して設けられた一対のコラム２３−１およびコラム２３−２により連結されている。これらのコラム２３−１およびコラム２３−２は、定盤２１に対して図中、奥行き方向（以下、Ｙ方向とも称する）に平行移動可能とされている。

また、Ｘキャリッジ２２には、Ｘキャリッジ２２に対して、図中、横方向および縦方向に平行移動可能なＺキャリッジ２４が固定されており、Ｚキャリッジ２４の図中、下側の端には光センサ部２５が設けられている。なお、以下、図中、横方向および縦方向を、Ｘ方向およびＺ方向とも称する。また、コラム２３−１およびコラム２３−２を個々に区別する必要のない場合、単にコラム２３とも称する。

光センサ部２５には、可視光レーザやLED（Light Emitting Diode）などからなり、被検物１２にスリット状の測定光を照射する光源２６と、光源２６によりスリット状に照明された被検物１２の像を撮像する受光部２７とが設けられている。また、光センサ部２５の外周部には、光センサ部２５を覆うように笠状の遮光部２８が設けられている。さらに、受光部２７で撮像された被検物１２に投影されたスリットは、不図示の演算部でエッジが検出され、所謂光切断法により３次元形状が求められる。

さらに、光センサ部２５、Ｚキャリッジ２４、およびコラム２３には、制御部２９が電気的に接続されている。制御部２９は、測定者の操作入力を受け付ける入力受付部３０と、Ｚキャリッジ２４およびコラム２３を駆動させて、光センサ部２５を移動させるキャリッジ制御部３１が設けられている。

すなわち、キャリッジ制御部３１は、測定者の操作により入力受付部３０から供給される信号や、所定のプログラムの実行に応じて、Ｚキャリッジ２４をＸキャリッジ２２に対して移動させたり、コラム２３を定盤２１に対して移動させたりする。これにより、光センサ部２５が任意の位置に移動され、被検物１２の所望の部位の形状を測定できるようになる。

また、被検物１２の形状測定時において、光源２６は制御部２９の制御に基づいて測定光を被検物１２の測定対象の部位に照射するとともに、受光部２７は、被検物１２において反射した測定光を受光し、光電変換する。そして、制御部２９は光電変換により得られた電気信号を受光部２７から取得し、取得した電気信号に基づいて被検物１２の測定対象の部位の形状を測定する。つまり、その部位の３次元座標系における座標が算出される。

通常、形状測定装置は室内に設置されるため、その室内の蛍光灯などからの光が外乱光となって、被検物の測定対象の部位に照射され、その部位において反射した外乱光は、受光部に入射し、受光部において得られる電気信号のＳＮ比が低下してしまう。

これに対して、形状測定装置１１では、光センサ部２５には遮光部２８が設けられているため、矢印Ａ１１に示されるように、被検物１２の測定対象の部位に向かって進む外乱光は、遮光部２８により遮光されて被検物１２には照射されない。したがって、外乱光が受光部２７に入射することはないので、受光部２７において得られる電気信号のＳＮ比を向上させることができる。これにより、より高い精度で被検物１２の形状を測定することができる。

しかも、外乱光を遮光する遮光部２８は、光センサ部２５の外周部を覆うように設けられているため、遮光部２８が邪魔になって、測定者が被検物１２の測定対象の部位を視認できなくなることも、作業がしにくくなるようなこともない。

また、受光部２７における、測定光の受光面には、測定光とは異なる波長帯域の光を遮光するフィルが設けられており、外乱光が受光部２７に入射したとしても、外乱光のうちの測定光と異なる波長の光はフィルタによりカットされる。したがって、受光部２７により受光される外乱光の光量をより低減させることができ、受光部２７による光電変換によって得られる電気信号のＳＮ比をさらに向上させることができる。

以上のように、形状測定装置１１によれば、測定者の作業性を低下させることなく、測定時に得られる電気信号のＳＮ比を向上させることができる。

ところで、被検物１２の形状測定時において、Ｚキャリッジ２４をＸ方向やＺ方向に移動させると、遮光部２８が被検物１２や、コラム２３等の形状測定装置１１の部位と接触し、光センサ部２５の移動の妨げとなってしまうことがある。同様に、コラム２３を定盤２１に対して移動させても、遮光部２８が被検物１２等に接触してしまうことがある。

遮光部２８が、被検物１２などの障害物に押し当てられて、Ｚキャリッジ２４や被検物１２が傾くと、被検物１２の形状の測定精度が低下するだけでなく、形状測定時の安全性も損なわれることになる。

そこで、形状測定装置１１には、遮光部２８が光センサ部２５の移動の妨げとならないように退避する機構が設けられている。

例えば、図２に示すように、遮光部２８は、その外周部分が丸みを帯びた、複数の板状の遮光板からなり、それらの遮光板は、光センサ部２５の外周部分に沿って、同心円周上に並べられて保持されている。なお、図中、左側には、遮光部２８を図１において上側から見た図が示されており、図２中、右側には、遮光部２８を図１において手前側から見た図が示されている。

図２の例では、遮光部２８は、遮光板６１−１乃至遮光板６１−１２からなり、これらの遮光板６１−１乃至遮光板６１−１２は、可動ピン６２−１乃至可動ピン６２−１２により回動可能な状態で光センサ部２５に保持されている。

なお、以下、遮光板６１−１乃至遮光板６１−１２を個々に区別する必要のない場合、単に遮光板６１とも称し、可動ピン６２−１乃至可動ピン６２−１２を個々に区別する必要のない場合、単に可動ピン６２とも称する。

各遮光板６１は、例えば、測定光と同じ波長帯域の光だけを遮光する（透過させない）部材から形成されており、遮光板６１は、隣接する他の遮光板６１と、その一部が互いに重なるように隙間なく並べられている。したがって、受光部２７により受光されるとノイズとなる外乱光を、遮光部２８により確実に遮光することができる。

また、遮光板６１は、測定光と同じ波長の光だけをカットするバンドパスフィルタとして機能するので、例えば測定光を可視域以外の光（赤外線や紫外線）にすれば測定者は、自分自身と、被検物１２の測定対象の部位との間に遮光部２８があっても、遮光部２８を介して被検物１２を容易に視認することができる。したがって、被検物１２の形状測定時の作業性を向上させることができる。

なお、遮光板６１が特定の波長の光だけでなく、全ての波長の光を遮光する部材から形成されるようにしてもよい。

また、遮光部２８を構成する各遮光板６１は、回動可能な状態で可動ピン６２により光センサ部２５に取り付けられている。そのため、例えば図３に示すように、光センサ部２５のＸ方向またはＹ方向への移動により遮光部２８が障害物９１に接触しても、遮光板６１が退避して光センサ部２５の移動は妨げられず、測定者は、光センサ部２５を所望する位置に移動させることができる。なお、図３では、光センサ部２５、つまり遮光部２８が、図中、左から右方向に移動する例について示されている。

光センサ部２５の移動により、遮光板６１−５および遮光板６１−６が障害物９１に押し当てられると、遮光板６１−５および遮光板６１−６は、障害物９１を避けるように、それぞれ図中、下側および上側に退避し、光センサ部２５は、そのまま右方向に移動する。すなわち、遮光板６１−５は、可動ピン６２−５を軸として時計回りの方向に回動し、遮光板６１−６は、可動ピン６２−６を軸として反時計回りの方向に回動する。

このように、各遮光板６１が障害物９１に押し当てられた場合に、遮光板６１が障害物９１に押され、可動ピン６２を中心として回動する構成とすれば、被検物１２における、より障害物９１に近い位置の部位の形状を、より高い測定精度で測定することができる。すなわち、遮光板６１を退避させることにより、光センサ部２５に負荷がかかって、光センサ部２５や被検物１２が傾いてしまうことはない。したがって、被検物１２の形状測定時の安全性も損なわれることはない。

また、笠状に並べられた遮光板６１のうち、障害物９１が接触する遮光板６１だけが回動して遮光部２８の一部が開くので、外乱光が被検物１２上の測定対象の部位に照射されて、受光部２７に受光されてしまうようなこともない。

さらに、形状測定装置１１には、遮光板６１に障害物９１が押し当てられた状態から、その遮光板６１に障害物９１が接触しない状態に戻った場合に、遮光板６１が回動したままの状態とならないように、遮光板６１を元の位置に復帰させる機構も設けられている。

例えば、遮光板６１には図４に示すように、トーションばね等からなる弾性部材１２１が固定されている。すなわち、弾性部材１２１は、遮光板６１の可動ピン６２の部分に配置されて、弾性部材１２１の一方の端が遮光板６１に固定され、他方の端が光センサ部２５に固定されている。

したがって、遮光板６１に力が加えられて、遮光板６１が光センサ部２５に対して回動すると、遮光板６１は弾性部材１２１により引っ張られる。つまり、遮光板６１には、遮光板６１を回動前の元の位置に戻そうとする力が加えられる。

そのため、遮光板６１に障害物９１が押し当てられて、遮光板６１が回動した状態から、さらに光センサ部２５が移動して、遮光板６１に障害物９１が接触しない状態、つまり遮光板６１に何も当たっていない状態となると、遮光板６１は弾性部材１２１により引っ張られて、元の位置に戻る。これにより、遮光部２８に何も接触していない状態では、常に、遮光板６１が隙間なく並べられた状態となるので、外乱光が遮光部２８に生じた隙間を通って被検物１２に照射されてしまうことはない。

さらに、遮光部２８には、光センサ部２５のＺ方向への移動により、遮光板６１に障害物９１が押し当てられた場合、遮光板６１が予め定められた方向に略直線的に移動することで退避する機構も設けられている。

具体的には、例えば、図５に示すように、遮光板６１には引張ばねなどからなる弾性部材１５１が固定されており、光センサ部２５には、遮光板６１が押されたときに、遮光板６１を矢印Ａ２１の方向に導くガイド１５２−１乃至ガイド１５２−４が固定されている。

すなわち、弾性部材１５１の図中、上側の端は光センサ部２５に固定されており、弾性部材１５１の図中、下側の端は遮光板６１の端に固定されている。また、ガイド１５２−１乃至ガイド１５２−４は、例えばローラガイドからなり、ガイド１５２−１とガイド１５２−２は遮光板６１を挟むように配置され、ガイド１５２−３とガイド１５２−４も遮光板６１を挟むように配置されている。

なお、以下、ガイド１５２−１乃至ガイド１５２−４を個々に区別する必要のない場合、単にガイド１５２とも称する。

遮光板６１には、一方の端が光センサ部２５に固定された弾性部材１５１の他方の端が固定されているので、遮光板６１が図中、下から上方向に押されると、ガイド１５２に遮光板６１が押し当てられてガイド１５２は回転し、遮光板６１はガイド１５２に沿って図中、上方向に移動する。

例えば、図６に示すように、光センサ部２５がＺ方向、つまり図中、上から下方向に移動して、遮光板６１−３および遮光板６１−４が障害物９１に押し当てられると、遮光板６１−３および遮光板６１−４だけが図中、上側に退避し、光センサ部２５は、そのまま移動する。すなわち、遮光板６１−３および遮光板６１−４は、ガイド１５２に沿ってスライドするように移動する。

このように、各遮光板６１に障害物９１が押し当てられた場合に、遮光板６１が障害物９１に押され、略平行移動する構成とすれば、遮光部２８が障害物９１に当たって光センサ部２５や被検物１２が傾いてしまうことを防止することができる。したがって、被検物１２の形状測定の精度が低下することもなく、安全性が損なわれることもない。

また、笠状に並べられた遮光板６１のうち、障害物９１が接触する遮光板６１だけが移動するので、遮光部２８に大きな隙間ができることもない。したがって、外乱光が遮光部２８の隙間を通って被検物１２上の測定対象の部位に照射され、受光部２７に受光されてしまうようなこともない。

さらに、遮光板６１がガイド１５２に沿って移動すると、弾性部材１５１は、図５における縦方向に縮むので、遮光板６１は弾性部材１５１により押されることになる。つまり、遮光板６１には、遮光板６１を移動前の元の位置に戻そうとする力が加えられる。

そのため、遮光板６１に障害物９１が押し当てられて、遮光板６１が移動した状態から、さらに光センサ部２５が移動し、遮光板６１に障害物９１が接触しない状態、つまり遮光板６１に何も当たっていない状態となると、遮光板６１は弾性部材１５１に押されて、元の位置に戻る。これにより、遮光部２８に何も接触していない状態では、常に、遮光板６１は鉛直方向下側に降りて、隙間なく並べられた状態となるので、外乱光が遮光部２８に生じた隙間を通って被検物１２に照射されてしまうことはない。

［変形例］
なお、以上においては、遮光板６１が光センサ部２５に対して回動したり、略直線的に移動したりするように固定されると説明したが、遮光板６１と光センサ部２５との間に、遮光板６１を保持し、光センサ部２５に対して移動する移動補助部材が設けられるようにしてもよい。

そのような場合、例えば、図７に示すように、光センサ部２５には、移動補助部材１８１が図中、上下方向（Ｚ方向）に平行移動可能に固定され、さらに移動補助部材１８１には、可動ピン６２により遮光板６１が回動可能に固定される。なお、図７において図２における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。

図７では、移動補助部材１８１は、引張ばねなどからなる弾性部材１８２により光センサ部２５に固定されている。つまり、弾性部材１８２の一方の端は光センサ部２５に固定され、他方の端は移動補助部材１８１に固定されている。

また、移動補助部材１８１には、一方の端が遮光板６１に固定された、図示せぬ弾性部材１２１の他方の端が固定されている。したがって、遮光板６１に図中、奥行き方向に力が加えられると、遮光板６１は移動補助部材１８１に対して、可動ピン６２を軸として回動し、奥行き方向に力が加えられていない状態となると、遮光板６１は弾性部材１２１により引っ張られ、元の位置に戻る。

さらに、遮光板６１に対して図中、上方向に力が加えられると、遮光板６１と、その遮光板６１を保持する移動補助部材１８１は、光センサ部２５に対して図中、上方向に、略直線的に移動する。このとき、移動補助部材１８１により弾性部材１８２は上方向に押されるので、遮光板６１に上方向の力が加えられない状態となったとき、移動補助部材１８１は弾性部材１８２により図中、下方向に押され、遮光板６１（移動補助部材１８１）は移動前の元の位置に戻る。

なお、移動補助部材１８１が光センサ部２５に対して回動するように固定され、遮光板６１が移動補助部材１８１に対して略直線的に移動するように、移動補助部材１８１に固定されるようにしてもよい。

また、遮光板６１がいわゆる蛇腹構造とされ、遮光板６１に障害物が押し当てられた場合に、遮光板６１が折り畳まれるようにしてもよい。そのような場合、例えば、図２の右側に示した遮光部２８の遮光板６１に対して、図中、下側から上側方向に力が加えられると、遮光板６１は縦方向に短くなるように折り畳まれる。

さらに、図２の左側に示した遮光板６１が、遮光部２８の内側方向、つまり遮光部２８の中心に向かう方向であり、光源２６等が設けられている側に、跳ね上げられるように折り曲げられた形状とされてもよい。この場合、遮光板６１の折曲がる部分に丸みを持たせることで、遮光板６１が回動したり、移動したりするのに、より適した部分に障害物からの力が加わるようになる。

また、遮光板６１が、障害物に押し当てられたときに、遮光部２８の内側方向に遮光板６１自体が跳ね上げられるように変形するようにしてもよい。そのような場合、遮光板６１は、例えば、遮光板６１に障害物が押し当てられて変形した状態から、障害物が遮光板６１に押し当てられていない状態になったとき、遮光板６１が変形前の元の形状に戻るような部材から形成される。

さらに、また、形状測定装置１１に遮光板６１の回動の角度や、移動距離を検出するセンサを設け、光センサ部２５が障害物に押されて、光センサ部２５や被検物１２が傾いてしまうことを防止するようにしてもよい。つまり、障害物が光センサ部２５に接近し過ぎて、遮光板６１が所定の角度以上回動したり、所定の距離以上移動したりしたときに、光センサ部２５が移動を停止するように、Ｚキャリッジ２４およびコラム２３を制御するとともに警報を出してもよい。

例えば、遮光板６１の回動角度を監視する場合、図８に示すように、Ｚキャリッジ２４にセンサ２３１が設けられ、遮光板６１の、予め定められた角度以上の回動が検出され、その検出結果に応じて形状測定装置１１の動作が制御される。

センサ２３１は、例えば、複数の反射型のフォトセンサからなり、各フォトセンサは、遮光部２８を構成する各遮光板６１の回動角度を検出し、その検出結果をキャリッジ制御部３１に供給する。

すなわち、センサ２３１のフォトセンサは、図中、点線で示すように、間欠的に検出光を射出する。フォトセンサは、遮光板６１が予め定められた角度以上、回動していない場合、検出光が遮光板６１において反射してフォトセンサに入射し（戻り）、遮光板６１が予め定められた角度以上回動すると、検出光が遮光板６１には照射されなくなるように配置されている。センサ２３１のフォトセンサは、遮光板６１において反射した検出光を受光することにより、フォトセンサから遮光板６１までの距離を測定する。

したがって、遮光板６１が予め定められた角度以上、回動すると、フォトセンサからの検出光は、遮光板６１とは異なるものにおいて反射してフォトセンサに入射するか、またはフォトセンサには戻ってこなくなる。そのため、フォトセンサにおいて計測される距離が変化し、遮光板６１の予め定められた角度以上の回動が検出される。

キャリッジ制御部３１は、センサ２３１から、遮光板６１が予め定められた角度以上、回動した旨の検出結果が供給されると、Ｚキャリッジ２４およびコラム２３を制御し、それらの動作を停止させる。これにより、被検物１２の一部等の障害物が光センサ部２５に押し当てられて、光センサ部２５や被検物１２が傾いてしまうことを防止することができ、被検物１２の形状の測定精度を向上させることができるとともに、安全性を確保することができる。

また、例えば、遮光板６１の移動距離を監視する場合、図９に示すように、光センサ部２５にセンサ２６１が設けられ、遮光板６１の、予め定められた距離以上の移動が検出され、その検出結果に応じて形状測定装置１１の動作が制御される。なお、図９において、図５における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。

センサ２６１は透過型のセンサであり、検出光を射出する射出部２７１と、射出部２７１からの検出光を受光する受光部２７２とから構成される。センサ２６１は、遮光部２８を構成する各遮光板６１に対して設けられており、遮光板６１の移動距離を検出して、その検出結果をキャリッジ制御部３１に供給する。

すなわち、射出部２７１は、図中、点線で示すように、間欠的に検出光を射出する。射出部２７１および受光部２７２は、遮光板６１が予め定められた距離以上、図中、上方向に移動していない場合、検出光が受光部２７２に入射し、遮光板６１が予め定められた距離以上移動すると、検出光が遮光板６１に照射されて受光部２７２には入射しなくなるように配置されている。つまり、遮光板６１が予め定められた距離以上移動すると、検出光が遮光板６１により遮られて、受光部２７２には入射しなくなる。センサ２６１は、射出部２７１から射出させた検出光を、受光部２７２で受光することにより、遮光板６１の過度な移動を検出する。

キャリッジ制御部３１は、センサ２６１から、遮光板６１が予め定められた距離以上、移動した旨の検出結果が供給されると、Ｚキャリッジ２４およびコラム２３を制御し、それらの動作を停止させる。これにより、被検物１２の一部等の障害物が光センサ部２５に押し当てられて、光センサ部２５や被検物１２が傾いてしまうことを防止することができ、被検物１２の形状の測定精度を向上させることができるとともに、安全性を確保することができる。

［第２の実施の形態］
また、以上においては、遮光板６１が障害物に押し当てられたときに、障害物から加えられる力により、遮光板６１が回動したり、移動したりすると説明したが、形状測定装置１１により遮光板６１が回動されたり、移動されたりするようにしてもよい。

そのような場合、例えば、形状測定装置１１は、図１０に示すように構成される。なお、図１０において、図１における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。

図１０の形状測定装置１１では、図１に示した形状測定装置１１に、さらにカメラ３１１−１およびカメラ３１１−２が設けられている。また、形状測定装置１１の制御部２９には、新たに検出部３１２、回動制御部３１３、および移動制御部３１４が設けられている。

カメラ３１１−１およびカメラ３１１−２は、立体的な死角がないように遮光部２８（光センサ部２５）を被写体として、遮光部２８と、その周囲の画像を撮像し、撮像された画像を検出部３１２に供給する。例えば、カメラ３１１−１は、形状測定装置１１を図中、上側から撮像し、カメラ３１１−２は、形状測定装置１１を、図中、手前側から撮像する。なお、以下、カメラ３１１−１およびカメラ３１１−２を個々に区別する必要のない場合、単にカメラ３１１とも称する。

検出部３１２は、カメラ３１１から供給される画像に基づいて、遮光部２８の障害物への接近を検出し、その検出結果を回動制御部３１３および移動制御部３１４に供給する。例えば、検出部３１２は、定盤２１に何も載置されていない状態で撮像され、遮光部２８の部分が特定されている画像を予め保持しており、保持している画像と、撮像された画像とを比較して、遮光部２８の障害物への接近を検出する。

回動制御部３１３は、検出部３１２から供給された検出結果に基づいて、遮光板６１を回動させ、移動制御部３１４は、検出部３１２から供給された検出結果に基づいて、遮光板６１を略直線的に移動させる。

すなわち、例えば、光センサ部２５には、図１１に示すように、モータなどのアクチュエータからなる回動部３４１が設けられており、回動部３４１は、回動制御部３１３からの制御に基づいて駆動し、可動ピン６２を中心として遮光板６１を回動させる。

さらに、例えば、光センサ部２５には、図１２に示すように、モータなどのアクチュエータからなる移動部３７１が設けられており、移動部３７１は、移動制御部３１４からの制御に基づいて駆動し、遮光板６１を図中、上下方向に移動させる。すなわち、遮光板６１の図中、上側の端は移動部３７１に接続されており、遮光板６１は移動部３７１により、ガイド１５２に沿って、略直線方向に移動される。なお、図１２において、図５における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。

このように、図１０に示した形状測定装置１１では、カメラ３１１−１またはカメラ３１１−２により撮像された画像の少なくとも一方が用いられて、検出部３１２により遮光部２８の障害物への接近が検出される。なお、形状測定装置１１に設けられるカメラの個数は、２つに限らず、死角がないように被写体としての遮光部２８を撮像することができる個数であればよい。

回動制御部３１３は、検出部３１２からの検出結果に基づいて、遮光部２８の障害物への接近が検出された場合、または遮光部２８の障害物への接触が検出された場合に、回動部３４１を駆動させて遮光板６１を回動させる。

同様に、移動制御部３１４は、検出部３１２からの検出結果に基づいて、遮光部２８の障害物への接近が検出された場合、または遮光部２８の障害物への接触が検出された場合に、移動部３７１を駆動させて遮光板６１を移動させる。

また、遮光板６１が回動した状態から、遮光部２８が障害物から所定の距離以上、離れた位置に移動した場合、回動制御部３１３は遮光板６１を回動させて、遮光板６１を回動前の元の位置に戻す。同様に、移動制御部３１４も、遮光板６１が移動した状態から、遮光部２８が障害物から所定の距離以上、離れた位置に移動した場合、遮光板６１を移動させて、遮光板６１を移動前の元の位置に戻す。

このように、被検物１２の形状測定中に、リアルタイムで常に遮光部２８の障害物への接近を検出し、その検出結果に応じて遮光板６１を回動させたり、移動させたりすることで、光センサ部２５に障害物が押し当てられて、光センサ部２５や被検物１２が傾いてしまうことを防止することができる。したがって、被検物１２の形状の測定精度を向上させることができるとともに、安全性を確保することができる。

特に、被検物１２が非常に軽かったり、柔らかかったりする場合には、被検物１２と遮光部２８とが接触すると、被検物１２が動いたり、被検物１２の形状が変形してしまうが、遮光部２８の障害物への接近を検出して、遮光板６１を退避させれば、遮光部２８が被検物１２に接触してしまうようなこともない。

なお、検出部３１２による検出結果がキャリッジ制御部３１にも供給されるようにし、遮光部２８が障害物に接近したときに、Ｚキャリッジ２４およびコラム２３の動作が停止されるようにしてもよい。すなわち、例えば、障害物と遮光部２８との距離が所定の距離以下となったとき、キャリッジ制御部３１が、Ｚキャリッジ２４およびコラム２３を制御して、Ｚキャリッジ２４およびコラム２３が移動しないようにしてもよい。

また、被検物１２の形状や、被検物１２における形状測定の対象となる部位、外乱光が照射される方向などが予め分かっているときには、被検物１２のどの部位を測定するときに、遮光板６１を回動させたり、移動させたりすればよいかを予め知ることができる。したがって、そのような場合には、被検物１２の測定用のプログラムを予め制御部２９に記録させておき、制御部２９の各部がプログラムを実行することにより、動作するようにしてもよい。

すなわち、キャリッジ制御部３１は、プログラムを実行してＺキャリッジ２４やコラム２３を移動させる。また、回動制御部３１３は、プログラムを実行して遮光板６１を回動させ、移動制御部３１４は、プログラムを実行して遮光板６１を移動させる。これにより、カメラ３１１を設けて遮光部２８の障害物への接近を検出しなくても、光センサ部２５が障害物に押し当てられることを防止することができる。

例えば、被検物１２の概略形状は、カメラ３１１により事前に得るようにしてもよいし、被検物１２の形状としてＣＡＤ（Computer Aided Design）データなどが用いられるようにしてもよい。

なお、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

１１形状測定装置，２１定盤，２３−１，２３−２，２３コラム，２４Ｚキャリッジ，２５光センサ部，２６光源，２７受光部，２８遮光部，２９制御部，３１キャリッジ制御部，６１−１乃至６１−１２，６１遮光板，１２１弾性部材，１５１弾性部材，１８１移動補助部材，１８２弾性部材，２３１センサ，２６１センサ，３１１−１，３１１−２，３１１カメラ，３１２検出部，３１３回動制御部，３１４移動制御部，３４１回動部，３７１移動部

Claims

被検物に測定光を照射するとともに、前記被検物からの前記測定光を受光して、前記被検物の形状を測定する形状測定装置であって、
前記被検物に前記測定光を照射する投光部と、前記被検物からの前記測定光を受光する受光部とからなる光センサ部と、
前記光センサ部の少なくとも前記受光部を覆うように設けられ、前記被検物に照射されて前記受光部に入射する外乱光が、前記被検物に照射されないように前記外乱光を遮光する遮光部と
を備えることを特徴とする形状測定装置。
前記遮光部は、前記光センサ部の少なくとも前記受光部の外周部分に沿って並べられた、板状の複数の遮光板から構成される
ことを特徴とする請求項１に記載の形状測定装置。
前記光センサ部を保持するとともに、前記光センサ部の少なくとも前記受光部を所定の方向に移動させる保持部をさらに備え、
前記遮光板は、前記移動により、前記遮光板が所定の障害物に押し当てられた場合、所定の軸を中心として回動し、
前記遮光部には、前記遮光板が回動した状態から、前記障害物が前記遮光板に押し当てられていない状態となった場合に、前記遮光板が元の位置に戻るように、前記遮光板を回動させる弾性部が設けられている
ことを特徴とする請求項２に記載の形状測定装置。
前記光センサ部の少なくとも前記受光部を保持するとともに、前記光センサ部の少なくとも前記受光部を所定の方向に移動させる保持部をさらに備え、
前記遮光板は、前記移動により、前記遮光板が所定の障害物に押し当てられた場合、予め定められた方向に移動し、
前記遮光部には、前記遮光板が移動した状態から、前記障害物が前記遮光板に押し当てられていない状態となった場合に、前記遮光板が元の位置に戻るように、前記遮光板を移動させる弾性部が設けられている
ことを特徴とする請求項２に記載の形状測定装置。
前記遮光板は、前記外乱光のうち、前記測定光と同じ波長帯域の光を遮光する
ことを特徴とする請求項２に記載の形状測定装置。
前記受光部には、前記測定光の波長帯域とは異なる波長の光を遮光するフィルタが設けられている
ことを特徴とする請求項２に記載の形状測定装置。
前記光センサ部の少なくとも前記受光部を保持するとともに、前記光センサ部の少なくとも前記受光部を所定の方向に移動させる保持部と、
所定の軸を中心として前記遮光板を回動させる回動部と、
前記回動部を駆動させて前記遮光板の回動を制御する回動制御部と
をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の形状測定装置。
前記光センサ部の少なくとも前記受光部を保持するとともに、前記光センサ部の少なくとも前記受光部を所定の方向に移動させる保持部と、
前記遮光板を予め定められた方向に移動させる移動部と、
前記移動部を駆動させて前記遮光板の移動を制御する移動制御部と
をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の形状測定装置。
前記遮光部を被写体とする画像を撮像する撮像部と、
前記画像に基づいて、前記遮光板の所定の障害物への接近を検出する検出部と
をさらに備え、
前記移動制御部は、前記検出部による検出結果に基づいて前記遮光板の移動を制御する
ことを特徴とする請求項８に記載の形状測定装置。
前記遮光板は、前記光センサ部の移動により、前記遮光板が所定の障害物に押し当てられた場合、所定の軸を中心として回動し、
前記光センサ部を保持するとともに、前記光センサ部を所定の方向に平行移動させる保持部と、
前記遮光板の予め定められた角度以上の回動を検出する回動検出部と、
前記保持部を駆動させて前記保持部による前記光センサ部の移動を制御し、前記回動検出部により前記角度以上の回動が検出された場合、前記光センサ部の移動を停止させる移動制御部と
をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の形状測定装置。
前記遮光板は、前記光センサ部の移動により、前記遮光板が所定の障害物に押し当てられた場合、予め定められた方向に移動し、
前記光センサ部を保持するとともに、前記光センサ部を所定の方向に移動させる保持部と、
前記遮光板の予め定められた距離以上の移動を検出する距離検出部と、
前記保持部を駆動させて前記保持部による前記光センサ部の移動を制御し、前記距離検出部により前記距離以上の移動が検出された場合、前記光センサ部の移動を停止させる移動制御部と
をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の形状測定装置。