JP2014134437A - 形状測定装置及び構造物製造システム並びに構造物製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】孔の表面Maの形状を測定するための形状測定装置であって、孔の表面に光を照射し、孔の表面で反射する光を検出する撮像素子18を含む形状取得部5と、形状取得部で検出する信号を用い、孔の表面の形状を算出する演算部と、孔の表面との接触に伴い、形状取得部の光路に挿入するように配置される接触検出部40とを備える。
【選択図】図2
Description
底部を有する凹部を測定する場合には、プローブ等の測定子を凹部に挿入した際に、測定子の一部が底部に衝突する可能性がある。また、底部に限らず、凹部の側壁に測定子の一部が衝突する可能性もある。これらの衝突は、測定精度に悪影響を及ぼす可能性がある。
以下の説明においては、XYZ直交座標系を設定し、このXYZ直交座標系を参照しつつ各部の位置関係について説明する。Z軸方向は、例えば鉛直方向に設定され、X軸方向及びY軸方向は、例えば、水平方向に平行で互いに直交する方向に設定される。また、X軸、Y軸、及びZ軸まわりの回転(傾斜)方向をそれぞれ、θX、θY、及びθZ方向とする。
図1は、第1実施形態に係る形状測定装置1Aの外観を示す図である。図2は、本実施形態の形状測定装置1Aの概略構成を示す図である。形状測定装置1Aは、例えば光切断法を利用して、測定対象の物体Mの三次元的な形状を測定するものである。
例えば、制御装置4は、移動装置2の駆動部10を制御して、光学プローブ3と物体Mの相対位置を制御する。また、制御装置4は、光学プローブ3を制御して、物体M上の測定領域Ma(孔部の内面)を光学プローブ3に撮像させる。
本実施形態において、光源14は、レーザーダイオード(固体光源)を含み、照明光束L1としてレーザー光を射出する。光源14は、例えば発光ダイオード(LED)等の固体光源を含んでいてもよいし、高圧水銀ランプ等のランプ光源を含んでいてもよい。
物体Mの孔部に光学プローブ3を挿入した後に、光源14から出射し導光部材20の面20aで反射した照明光束L1は、結像光学系19に入射する。結像光学系19から出射し反射部材16の反射面16aで反射した照明光束L1は、物体面19aに沿って伝播し、測定領域Maで反射散乱する。測定領域Maで反射散乱した結像光束L2は、鏡筒25の通過部25bを通って結像光学系19に入射する。結像光学系19に入射した結像光束L2は、その少なくとも一部が導光部材20(ハーフミラー)を通って撮像素子18の受光面18aに入射する。
なお、演算装置12は、形状測定装置1Aと別に配置されていても構わない。この場合に、演算装置12は形状測定装置1Aに配置されるPCなどの演算装置でも構わない。また、演算装置12は、形状装置1Aと一体で配置されていても構わない。例えば、演算装置12と光学プローブ3とが一体で配置されても構わない。
なお、演算装置12は、撮像画像Imにおける輝線27の各点の位置情報を演算することとなっているが、演算の対象となるのは撮像画像Imだけに限られない。例えば、撮像素子18で撮像され、検出される信号のうち一部を用いても構わない。この場合に、撮像素子18のうち、輝線27のみに関する情報のみを抽出し、それとは他の輝線27の周囲の情報は抽出せずに、抽出した情報のみとを使い、演算装置12は物体Mの位置情報を算出しても構わない。
従って、演算装置12が撮像画像Imの輝線27’上の各点の位置情報を演算して、輝線27よりも小径に変化した結果が得られると、演算装置12は筒部材41と物体Mとの接触を検出し(ステップS103)、警告信号を出力する。警告信号としては、例えば、音声を用いることができる。これにより、撮像画像を観察しなくても、筒部材41と物体Mとの接触を検出することができる。
具体的には、図7(A)、(B)に示すように、筒部材41における筒部43を、透過率約100%で照明光束L1を透過させる透過部43bと、透過率約50%で照明光束L1を透過させる透過部43cとが光軸AX周りに、例えば90°間隔で配置される構成とする。
次に、形状測定装置1Aの第2実施形態について、図8を参照して説明する。
この図において、図1乃至図7に示す第1実施形態の構成要素と同一の要素については同一符号を付し、その説明を省略する。
また、本実施形態では、筒部材41と物体Mとが非接触であった位置から、接触を検出した位置までの支持部材42(図2参照)の変形量と、当該支持部材42のバネ定数とに基づいて、例えば、応力算出部としての演算装置12が、支持部材42の弾性復元力として光学プローブ3及び筒部材41に加わる荷重(応力)を求めることも可能になる。
次に、形状測定装置1Aの第3実施形態について、図9を参照して説明する。
この図において、図1乃至図7に示す第1実施形態の構成要素と同一の要素については同一符号を付し、その説明を省略する。
上記の実施形態では、物体Mにおける孔部の底部に検出部40が接触する場合について説明したが、本実施形態では、孔部の側面に検出部40が接触する場合について説明する。
従って、本実施形態では、物体Mにおける孔部の底部がある孔部であるが物体Mにおける孔部の底部がない貫通孔でも構わない。
次に、形状測定装置1Aの第4実施形態について、図10を参照して説明する。
この図において、図1乃至図7に示す第1実施形態の構成要素と同一の要素については同一符号を付し、その説明を省略する。
上記の実施形態では、物体Mにおける孔部の底部に検出部40が接触する場合について説明したが、本実施形態では、鏡筒25が接触する場合について説明する。
他の構成は、上記第1実施形態と同様である。
このように、本実施形態においても、上記第1実施形態と同様の作用・効果を得ることができる。
図11は、構造物製造システム200のブロック構成図である。本実施形態の構造物製造システム200は、上記の実施形態において説明したような形状測定装置201と、設計装置202と、成形装置203と、制御装置(検査装置)204と、リペア装置205とを備える。制御装置204は、座標記憶部210及び検査部211を備える。
具体的には、筒部材41がZ軸に対して傾くと、光軸AXを挟んで傾斜方向の一方では照明光束L1の進行方向を変化させ、傾斜方向の他方では照明光束L1の進行方向を変化させないため、撮像画像Imにおいては、光軸AXを挟んで一方側と他方側とで異なる径の輝線になるため、筒部材41と物体Mとの接触を検出できる。
なお、上述の実施形態における、光学プローブ3は円環状に投影光を作成し、物体面Maを測定したが、光学プローブ3を回転させ、光学プローブ3の周囲の物体面Maを測定する方式でも構わない。例えば、日本特許公開平成11-281582号でも構わない。
なお、上述の実施形態における、光学プローブ3は干渉により、光学プローブ3の周囲の物体面Maを測定する方式でも構わない。例えば、日本特許公開2008-309652号でも構わない。
なお、上述の各実施形態の要件は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。また、法令で許容される限りにおいて、上述の各実施形態及び変形例で引用した形状測定装置等に関する全ての公開公報及び米国特許の開示を援用して本文の記載の一部とする。
Claims (13)
- 孔の表面の形状を測定するための形状測定装置であって、
前記孔の表面に光を照射し、前記孔の表面で反射する光を検出する撮像素子を含む形状取得部と、
前記形状取得部で検出する信号を用い、前記孔の表面の形状を算出する演算部と、
前記孔の表面との接触に伴い、前記形状取得部の光路に挿入するように配置される接触検出部とを備える形状測定装置。 - 前記接触に伴い、前記接触検出部は、前記形状取得部と前記孔の表面との間の光路に配置される請求項1に記載の形状測定装置。
- 前記形状取得部は、
前記撮像素子の撮像面に前記孔の表面で反射する光を導入する光学部材を有する光学系と、
前記光学部材を収容する鏡筒と、をさらに備え、
前記鏡筒と前記接触検出部との間の相対位置の違いに応じて、前記形状取得部と前記孔の表面との間の光路に前記接触検出部が挿入される距離が変化する請求項2に記載の形状測定装置。 - 前記接触検出部が挿入される距離を用いて、前記孔の表面との接触に伴う前記接触検出部に作用する力を算出する応力算出部を備える請求項3に記載の形状測定装置。
- 前記光学系のうち、前記撮像素子に導入する光路に沿った、前記孔の表面に前記光を入射させる先端光学部材と前記孔の表面との間の光路に、前記接触に伴い前記接触検出部が配置される請求項4に記載の形状測定装置。
- 前記形状取得部は、前記孔の表面に照射する照明光学系をさらに備える請求項5に記載の形状測定装置。
- 前記先端光学部材は、前記孔の表面に照射される光を導入するとともに、前記孔の表面で反射する光を前記撮像素子に導入する請求項6に記載の形状測定装置。
- 前記接触検出部は、前記孔の表面に照射する光を反射する反射部を含み、
前記形状取得部と前記撮像素子との間に前記反射部が挿入され、前記反射部からの反射光を前記撮像素子で撮像する請求項1〜7のいずれか一項に記載の形状測定装置。 - 前記接触検出部は、円周方向に前記孔の表面に照射する光の透過率が異なる請求項1〜8のいずれか一項に記載の形状測定装置。
- 前記接触検出部は、前記挿入される距離に応じて前記孔の表面に照射する光の透過率が異なる請求項1〜9のいずれか一項に記載の形状測定装置。
- 前記形状取得部と前記接触検出部とを移動させる移動装置と、
前記接触検出部と前記孔の表面との接触を検出するまでの、前記形状取得部と前記接触検出部との移動経路を記憶する記憶装置とを備える、請求項1〜10のいずれか一項に記載の形状測定装置。 - 構造物の形状に関する設計情報に基づいて前記構造物を成形する成形装置と、
前記成形装置によって成形された前記構造物の形状を測定する請求項1〜11のいずれか一項に記載の形状測定装置と、
前記形状測定装置によって測定された前記構造物の形状を示す形状情報と前記設計情報とを比較する制御装置と、を備える構造物製造システム。 - 構造物の形状に関する設計情報に基づいて、前記構造物を成形することと、
前記成形された前記構造物の形状を請求項1〜11のいずれか一項に記載の形状測定装置によって測定することと、
前記形状測定装置によって測定された前記構造物の形状を示す形状情報と前記設計情報とを比較することと、を含む構造物製造方法。
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