JP2011002317A - 画像プローブの校正方法および形状測定機 - Google Patents

Abstract

【課題】画像プローブの校正方法を提供すること。
【解決手段】画像プローブ３の撮像方向を垂直にした状態で画像プローブ３および各測定子６１１Ａ，６１１Ｂによりそれぞれ校正ゲージ６２を測定し、画像プローブ３の光軸中心および各測定子６１１Ａ，６１１Ｂの相対位置関係を求める。次に、一方の測定子６１１Ａ，６１１Ｂにより基準球６３を測定し、基準球６３の位置を登録する。続いて、画像プローブ３の撮像方向を傾斜させた後、各測定子６１１Ａ，６１１Ｂで基準球６３を測定し、該測定結果と登録した基準球６３の位置とから測定機１上の各測定子６１１Ａ，６１１Ｂの位置を求める。画像プローブ３の光軸中心および各測定子６１１Ａ，６１１Ｂの相対位置関係は既に取得しているので、求めた測定機１上の各測定子６１１Ａ，６１１Ｂの位置から画像プローブ３の光軸周りの回転角度および画像プローブ３の位置を校正できる。
【選択図】図５

Description

本発明は、画像プローブの校正方法および形状測定機に関する。

従来、形状測定機において、測定対象に応じてタッチプローブおよび画像プローブを交換できるものが利用されている。このような形状測定機では、タッチプローブから画像プローブに交換した際に画像プローブの位置校正を行う必要があり、その校正方法として、例えば特許文献１に記載の校正方法が知られている。

特許文献１に記載の校正方法では、タッチプローブから画像プローブに交換した際、まず、テーブル上に設けられた平面視Ｄ字状の基準ゲージの真上に画像プローブを移動させ、該画像プローブにより平面視Ｄ字状の基準ゲージを真上から撮像する。そして、取得した撮像画像からＤ字状の円弧部分の中心位置および直線部分の傾斜を算出し、前記中心位置に基づいて画像プローブの位置（位置座標）を校正するとともに、前記直線部分の傾斜に基づいて画像プローブの光軸周りの回転角度を校正する。

特開２００１−１６５６３０号公報

ところで、近年、形状測定機では、測定範囲の拡大のため、画像プローブの撮像方向を傾斜させ、その撮像方向を変更可能にしたものが開発されている。このような形状測定機では、撮像方向を変更する度に画像プローブの校正を行うことが好ましい。しかしながら、特許文献１に記載の校正方法では、画像プローブにより基準ゲージを真上から真下に向かって撮像する必要があるので、画像プローブの撮像方向を傾斜させその撮像方向を変更した場合には、特許文献１に記載の校正方法を用いることができないという問題がある。

本発明の目的は、画像プローブの撮像方向を変更した場合にも画像プローブを校正できる画像プローブの校正方法および形状測定機を提供することにある。

本発明の画像プローブの校正方法は、対物レンズを介して被測定物を撮像する画像プローブと、前記画像プローブおよび被測定物が載置されるテーブルを相対移動させる移動機構と、前記画像プローブの撮像方向を変更する変更機構とを備えた形状測定機において、前記画像プローブを、その撮像方向を前記テーブルに垂直な方向に対して傾斜させて用いる場合の画像プローブの校正方法であって、前記テーブル上において、中心軸を有し平面視直線部および前記中心軸を中心とした平面視円弧状部が形成された校正ゲージと、基準球とを設けるとともに、前記画像プローブにおいて前記対物レンズの光軸周りに第１，第２測定子を有するタッチプローブを取り付ける取付工程と、前記画像プローブの撮像方向を前記テーブルに垂直な方向に保持した状態で前記画像プローブおよび前記各測定子により前記校正ゲージを測定し、前記画像プローブの光軸中心および前記各測定子の相対位置関係を取得する相対位置関係取得工程と、いずれか一方の測定子により前記基準球を測定し、前記基準球の位置を登録する基準球測定工程と、前記画像プローブの撮像方向を前記テーブルに垂直な方向に対して所望の角度に傾斜させる傾斜工程と、前記画像プローブの撮像方向を前記所望の角度に傾斜させた状態で前記各測定子により前記基準球を測定し、この測定結果と登録した前記基準球の位置とから前記各測定子の位置を求め、求めた前記各測定子の位置と前記相対位置関係とに基づいて、前記画像プローブの光軸周りの回転角度および前記画像プローブの位置を校正するプローブ校正工程とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、まず、テーブル上に校正ゲージおよび基準球を設けるとともに、画像プローブに第１，第２測定子を有するタッチプローブを取り付ける（取付工程）。次に、画像プローブの撮像方向をテーブルに垂直な方向に保持した状態で画像プローブおよび各測定子によりそれぞれ校正ゲージを測定し、画像プローブの光軸中心および各測定子の相対位置関係を求める（相対位置関係算出工程）。続いて、いずれか一方の測定子により基準球を測定し、基準球の位置を登録する（基準球測定工程）。
次に、画像プローブの撮像方向をテーブルに垂直な方向に対して所望の角度に傾斜させた状態で（傾斜工程）、各測定子により基準球を測定し、該測定結果と登録した基準球の位置とから形状測定機上の各測定子の位置を求める。画像プローブの光軸中心および各測定子の相対位置関係は既に取得しているので、求めた各測定子の位置から画像プローブの光軸周りの回転角度および画像プローブの位置を校正できる（プローブ校正工程）。
以上のように、本発明では、画像プローブの撮像方向をテーブルに垂直な方向に対して傾斜させた状態でも、画像プローブの光軸周りの回転角度および位置を校正できるので、精度良く被測定物を測定することができる。
また、画像プローブの回転角度および位置の校正を簡単な構成の校正装置（校正ゲージ、基準球、およびタッチプローブ）を用いて行うことができ、校正コストを抑えることができる。
加えて、画像プローブの回転角度および位置の校正を簡単な方法で行うことができ、画像プローブの回転角度および位置を容易に校正できる。

本発明の形状測定機は、対物レンズを介して被測定物を撮像する画像プローブと、前記画像プローブおよび被測定物が載置されるテーブルを相対移動させる移動機構と、前記画像プローブの撮像方向を変更する変更機構と、前記画像プローブにおいて前記対物レンズの光軸周りに設けられ、第１，第２測定子を有するタッチプローブと、前記テーブル上に設けられた基準球と、中心軸を有し平面視直線部および前記中心軸を中心とした平面視円弧状部が形成され、前記テーブル上に設けられた校正ゲージとを備え、前記画像プローブの撮像方向を前記テーブルに垂直な方向に保持した状態で前記画像プローブおよび前記各測定子により前記校正ゲージを測定し、前記画像プローブの光軸中心および前記各測定子の相対位置関係を取得した後、いずれか一方の測定子により前記基準球を測定して前記基準球の位置を登録し、前記画像プローブの撮像方向を前記テーブルに垂直な方向に対して所望の角度に傾斜させた状態で前記各測定子により前記基準球を測定し、この測定結果と登録した前記基準球の位置とから前記各測定子の位置を求め、求めた前記各測定子の位置と前記相対位置関係とに基づいて、前記画像プローブの光軸周りの回転角度および前記画像プローブの位置を校正することを特徴とする。

本発明によれば、前記画像プローブの校正方法と同様の方法により画像プローブを校正できるので、精度良く被測定物を測定できる。

本発明の一実施形態に係る形状測定機を示す斜視図。 校正装置を拡大して示す斜視図。 画像プローブの校正方法を示すフローチャート。 校正ゲージの撮像画像を示す図。 画像プローブを傾斜させた状態の測定機を示す斜視図。 変形例のタッチプローブを示す斜視図。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態に係る形状測定機１（以下、測定機と記載）を示す斜視図である。
測定機１は、被測定物が載置されるテーブル２と、図示しない対物レンズを介して被測定物を撮像する画像プローブ３と、画像プローブ３を被測定物に対して移動させる移動機構４と、画像プローブ３と移動機構４との間に設けられ、画像プローブ３の撮像方向を変更する変更手段５と、画像プローブ３の位置校正を行うための校正装置６とを備える。以下、Ｚ軸方向を、テーブル２に垂直な方向として定めるとともに、Ｘ軸方向およびＹ軸方向を、Ｚ軸方向に直交しかつ互いに直交する方向として定める。
画像プローブ３にはリングライト３１が取り付けられている。リングライト３１は、図示しない対物レンズを囲むようにリング状に設けられた複数の発光ダイオードを備え、被測定物を照明する。

移動機構４は、テーブル２のＸ軸方向両端に立設され、Ｙ軸方向に沿ってスライド移動可能に設けられたコラム４１と、各コラム４１の上端間に架け渡されたビーム４２と、ビーム４２上をＸ軸方向に沿ってスライド移動可能に設けられたＸスライダ４３と、Ｘスライダ４３内をＺ軸方向に沿ってスライド移動可能に設けられたラム４４とを備えている。ラム４４の下端には変更手段５を介して画像プローブ３が取り付けられている。

変更手段５は、画像プローブ３を保持しており、Ｚ軸方向に沿った回転軸ＡとＹ軸方向に沿った回転軸Ｂとを備え、前記２軸を中心に画像プローブ３を回転させて画像プローブ３の撮像方向を変更する。変更手段５には、画像プローブ３に換え、接触子を有するタッチプローブを取り付けることも可能となっている。

図２は、校正装置６を拡大して示す斜視図である。
校正装置６は、タッチプローブ６１Ａ，６１Ｂと、校正ゲージ６２と、基準球６３とを備えている。
タッチプローブ６１Ａ，６１Ｂは、リングライト３１における対物レンズの光軸周りにそれぞれ取り付けられ、第１，第２測定子６１１Ａ，６１１Ｂをそれぞれ有している。各タッチプローブ６１Ａ，６１Ｂは、画像プローブ３による測定時に被測定物と干渉することがないよう、画像プローブ３の焦点深度よりも十分短く形成されている。また、各タッチプローブ６１Ａ，６１Ｂは、該タッチプローブ６１Ａ，６１Ｂにより基準球６３を測定できるよう、互いに十分離間して設けられている。

校正ゲージ６２は、テーブル２上に設けられ、中心軸Ｃを有する略円柱状に形成されている。具体的には、校正ゲージ６２は、前記中心軸Ｃを中心とした平面視円弧状部６２１と、平面視直線部６２２（以下、円弧状部、直線部と記載）とからなる外側面を有し、平面視Ｄ字の柱状に形成されている。また、校正ゲージ６２は、平坦な頂面６２３を有している。このような校正ゲージ６２は、直線部６２２がＹ軸と平行となるように設置される。
基準球６３は、所定の直径を有し、テーブル２上の所定位置に設けられる。

以上の測定機１では、画像プローブ３の撮像方向を変更した際に、画像プローブ３の光軸中心位置が所定の取付位置に対してずれたり、画像プローブ３の光軸周りの回転角度が所定の取付角度に対してずれたりするおそれがあるため、画像プローブ３の撮像方向を変更する毎に、画像プローブ３の位置および回転角度を校正する必要がある。

以下、画像プローブ３の校正方法について、図３のフローチャートを参照して簡略に説明する。
まず、作業者がテーブル２上に校正ゲージ６２と基準球６３とを設けるとともに、測定子６１１Ａ，６１１Ｂを有するタッチプローブ６１Ａ，６１Ｂを画像プローブ３に取り付ける（工程Ｓ１）。該工程Ｓ１が取付工程となる。
工程Ｓ１の後、測定機１は、画像プローブ３の撮像方向をテーブル２に対して垂直な方向にする（工程Ｓ２）。

図４は、画像プローブ３による校正ゲージ６２の撮像画像Ｉｍを示す図である。
工程Ｓ２の後、測定機１は、画像プローブ３により校正ゲージ６２を撮像し、円弧状部６２１から校正ゲージ６２の中心位置を求めるとともに、クロスラインＬを基準として直線部６２２の傾きを求め該直線部６２２の傾きから画像プローブ３の光軸周りの回転角度を求める（工程Ｓ３）。

工程Ｓ３の後、測定機１は、各タッチプローブ６１Ａ，６１Ｂの測定子６１１Ａ，６１１Ｂをそれぞれ校正ゲージ６２の円弧状部６２１と頂面６２３に接触させ、校正ゲージ６２の中心位置をそれぞれ求める（工程Ｓ４）。測定機１は、以上の工程Ｓ２〜Ｓ４により、以上の測定結果、すなわち画像プローブの光軸中心および各測定子の相対位置関係を表す測定結果を取得する。本実施形態では、これらの工程Ｓ２〜Ｓ４により、相対位置関係取得工程が構成される。

工程Ｓ４の後、測定機１は、一方の測定子６１１Ａにより基準球６３を測定し、基準球６３の位置を登録する（工程Ｓ５）。この工程Ｓ５が基準球測定工程となる。

図５は、画像プローブ３を傾斜させた状態の測定機１を示す斜視図である。
工程Ｓ５の後、測定機１は、画像プローブ３を少なくともＢ軸周りに回転させ、画像プローブ３の撮像方向をテーブル２に垂直な方向に対して傾斜させ、画像プローブ３の撮像方向を所望の方向に変更する（工程Ｓ６）。該工程Ｓ６が傾斜工程となる。

工程Ｓ６の後、測定機１は、各測定子６１１Ａ，６１１Ｂにより基準球６３を測定する（工程Ｓ７）。
工程Ｓ７の後、測定機１は、工程Ｓ７の測定結果と、登録した基準球６３の位置とから測定機１上の各測定子６１１Ａ，６１１Ｂの位置を求める。画像プローブ３の光軸中心および各測定子６１１Ａ，６１１Ｂの相対位置関係を表す測定結果は、前記工程Ｓ２〜Ｓ４により既に取得しているので、求めた測定機１上の各測定子６１１Ａ，６１１Ｂの位置から画像プローブ３の光軸周りの回転角度および画像プローブ３の位置を校正できる（工程Ｓ８）。これらの工程Ｓ７，Ｓ８がプローブ校正工程となる。画像プローブ３の撮像方向を再び変更する場合には、前記工程Ｓ６〜Ｓ８を繰り返す。

以上のような本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
画像プローブ３の撮像方向をテーブル２に垂直な方向に対して傾斜させる場合でも、画像プローブ３の位置および光軸周りの回転角度を校正できるので、精度良く被測定物を測定することが可能となる。また、画像プローブ３の回転角度および位置の校正を簡単な構成の校正装置６（タッチプローブ６１Ａ，６１Ｂ、校正ゲージ６２、および基準球６３）を用いて行うことができ、校正コストを抑えることができる。加えて、画像プローブ３の回転角度および位置の校正を簡単な方法で行うことができ、画像プローブ３の回転角度および位置を容易に校正できる。

〔実施形態の変形〕
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
図６は、変形例のタッチプローブ６１Ｃを示す斜視図である。
前記実施形態では、タッチプローブ６１Ａ，６１Ｂは２つ設けられ、それぞれ第１，第２測定子６１１Ａ，６１１Ｂを備えていたが、図６に示すように、タッチプローブ６１Ｃは、リングライト３１における対物レンズの光軸周りに１つのみ設けられ、該タッチプローブ６１Ｃが第１、第２測定子６１２，６１３を備えていてもよい。このようなタッチプローブ６１Ｃを備える測定機１Ａであっても、前記実施形態と同様の方法で画像プローブ３を校正することができる。

前記実施形態では、移動機構４は、コラム４１、Ｘスライダ４３、およびラム４４を移動させることにより画像プローブ３を被測定物に対して移動させたが、移動機構４は、コラム４１、Ｘスライダ４３、およびラム４４に加え、テーブル２を移動させることにより、またはテーブル２のみを移動させることにより、画像プローブ３を被測定物に対して相対移動させてもよい。

本発明は、画像プローブの校正方法および形状測定機に利用できる。

１ 形状測定機
１Ａ 測定機
２ テーブル
３ 画像プローブ
４ 移動機構
５ 変更手段
６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃ タッチプローブ
６２ 校正ゲージ
６３ 基準球
６１２，６１３，６１１Ａ，６１１Ｂ 第１，第２測定子
６２１ 平面視円弧状部
６２２ 平面視直線部
Ｃ 校正ゲージの中心軸

Claims (2)

1. 対物レンズを介して被測定物を撮像する画像プローブと、前記画像プローブおよび被測定物が載置されるテーブルを相対移動させる移動機構と、前記画像プローブの撮像方向を変更する変更機構とを備えた形状測定機において、前記画像プローブを、その撮像方向を前記テーブルに垂直な方向に対して傾斜させて用いる場合の画像プローブの校正方法であって、
   前記テーブル上において、中心軸を有し平面視直線部および前記中心軸を中心とした平面視円弧状部が形成された校正ゲージと、基準球とを設けるとともに、前記画像プローブにおいて前記対物レンズの光軸周りに第１，第２測定子を有するタッチプローブを取り付ける取付工程と、
   前記画像プローブの撮像方向を前記テーブルに垂直な方向に保持した状態で前記画像プローブおよび前記各測定子により前記校正ゲージを測定し、前記画像プローブの光軸中心および前記各測定子の相対位置関係を取得する相対位置関係取得工程と、
   いずれか一方の測定子により前記基準球を測定し、前記基準球の位置を登録する基準球測定工程と、
   前記画像プローブの撮像方向を前記テーブルに垂直な方向に対して所望の角度に傾斜させる傾斜工程と、
   前記画像プローブの撮像方向を前記所望の角度に傾斜させた状態で前記各測定子により前記基準球を測定し、この測定結果と登録した前記基準球の位置とから前記各測定子の位置を求め、求めた前記各測定子の位置と前記相対位置関係とに基づいて、前記画像プローブの光軸周りの回転角度および前記画像プローブの位置を校正するプローブ校正工程とを備える
   ことを特徴とする画像プローブの校正方法。
2. 対物レンズを介して被測定物を撮像する画像プローブと、前記画像プローブおよび被測定物が載置されるテーブルを相対移動させる移動機構と、前記画像プローブの撮像方向を変更する変更機構と、前記画像プローブにおいて前記対物レンズの光軸周りに設けられ、第１，第２測定子を有するタッチプローブと、前記テーブル上に設けられた基準球と、中心軸を有し平面視直線部および前記中心軸を中心とした平面視円弧状部が形成され、前記テーブル上に設けられた校正ゲージとを備え、
   前記画像プローブの撮像方向を前記テーブルに垂直な方向に保持した状態で前記画像プローブおよび前記各測定子により前記校正ゲージを測定し、前記画像プローブの光軸中心および前記各測定子の相対位置関係を取得した後、
   いずれか一方の測定子により前記基準球を測定して前記基準球の位置を登録し、
   前記画像プローブの撮像方向を前記テーブルに垂直な方向に対して所望の角度に傾斜させた状態で前記各測定子により前記基準球を測定し、この測定結果と登録した前記基準球の位置とから前記各測定子の位置を求め、求めた前記各測定子の位置と前記相対位置関係とに基づいて、前記画像プローブの光軸周りの回転角度および前記画像プローブの位置を校正する
   ことを特徴とする形状測定機。

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