JP2014149175A - Optical measuring device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、対象物の外径寸法等を測定する光学測定装置に関する。 The present invention relates to an optical measuring device that measures an outer diameter of an object.
従来、加工部品の寸法を測定する際には、光学測定装置が用いられており(例えば、特許文献1)、その光学測定装置としては、図5に示すものが挙げられる。 Conventionally, when measuring the dimensions of a processed part, an optical measuring device has been used (for example, Patent Document 1), and the optical measuring device shown in FIG.
この光学測定装置801は、対象物802に対して光を透光する透光部803と、該透光部803からの光を受光する受光部804とを備えている。
The optical
前記透光部803は、照明としてのLED811と、該LED811からの光を照射する為の照射側光学系812とからなる。該照射側光学系812は、前記LED811からの光を拡散する拡散ユニット813と、該拡散ユニット813で拡散された光を通過させるレンズ814と、該レンズ814からの光を反射する透光側ミラー815と、該透光側ミラー815からの光を平行光816にする透光レンズ817とで構成されており、前記平行光816を前記対象物802に投光するテレセントリック光学系が構成されている。
The
また、前記受光部804は、受光側光学系821と、撮像手段822とからなり、前記受光側光学系821は、前記対象物802を介して投光された前記平行光816が通過する受光レンズ823と、該受光レンズ823からの光を反射する受光側ミラー824と、該受光側ミラー824で反射して光が通過する受光側レンズ825とで構成されている。また、前記撮像手段822は、前記受光側レンズ825を通過した光を受光するCMOS826で構成されており、該CMOS826には、前記対象物802により一部が遮断された平行光816が映し出されるように構成されている。
The
これにより、前記対象物の影画像を測定することで、対象物802の外径寸法等を測定できるように構成されている。
Thereby, it is comprised so that the outer diameter dimension etc. of the
しかしながら、このような光学測定装置801にあっては、前記照射側光学系812と前記受光側光学系821との両者を設けなければならず、スペースを要するとともに、コストがかかるという問題があった。
However, in such an
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたものであり、省スペース化と低コスト化を図ることができる光学測定装置を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of such a conventional problem, and an object of the present invention is to provide an optical measurement apparatus capable of saving space and reducing costs.
前記課題を解決するために本発明の請求項1の光学測定装置にあっては、対象物に光を当てて測定を行う光学測定装置において、照明からの光をハーフミラーを介して一方側へ照射するとともに該一方側の像を前記ハーフミラーを介して他方側へ投影する落射照明、及び該落射照明から前記一方側へ向けて照射される光を平行光として前記対象物に照射するテレセントリック光学系を備えた落射照明テレセントリック光学系と、前記対象物より前記一方側に設けられ、前記落射照明テレセントリック光学系からの光を当該落射照明テレセントリック光学系側へ反射する反射手段と、該反射手段から前記落射照明テレセントリック光学系を介して前記他方側へ投影された像を撮像する撮像手段と、を備えている。
In order to solve the above-mentioned problem, in the optical measuring device according to
すなわち、照明からの光は、ハーフミラーを介して一方側へ照射された後、テレセントリック光学系によって平行光に変換され対象物を照射する。 That is, the light from the illumination is irradiated to one side through the half mirror, and then converted into parallel light by the telecentric optical system to irradiate the object.
この対象物を通過した平行光は、前記対象物より前記一方側に設けられた反射手段によって落射照明テレセントリック光学系へ向けて反射され、この反射による像、すなわち前記反射手段に映された像は、前記落射照明を構成する前記ハーフミラーを通過して他方側へ投影され撮像手段で撮像される。 The parallel light that has passed through the object is reflected toward the epi-illumination telecentric optical system by the reflecting means provided on the one side from the object, and an image by this reflection, that is, an image reflected on the reflecting means is Then, the light passes through the half mirror constituting the epi-illumination and is projected to the other side and imaged by the imaging means.
これにより、撮像手段では、前記対象物の影の像を取得できるので、当該対象物の外径寸法等を測定することができる。 As a result, the imaging unit can acquire a shadow image of the object, and thus can measure the outer diameter of the object.
このように、前記テレセントリック光学系のみによって、前記対象物の外径寸法等が測定される。 Thus, the outer diameter dimension of the object is measured only by the telecentric optical system.
また、請求項2の光学測定装置においては、前記対象物に外観検査用の照明を照射する外観検査用照明をさらに備えている。
The optical measuring device according to
すなわち、この光学測定装置は、前記対象物に外観検査用の照明を照射する外観検査用照明を備えているので、前記撮像手段で、前記反射手段で反射した像を撮像する際に、前記対象物の表面の状態も検査することができる。 That is, since the optical measurement apparatus includes the appearance inspection illumination for irradiating the object with the illumination for appearance inspection, when the image reflected by the reflection means is captured by the imaging means, The state of the surface of the object can also be inspected.
その検査方法としては、既知の光切断方式やパターン投影法やパターン反射方式が挙げられ、これらによって前記対象物表面の三次元形状を得ることができる。 Examples of the inspection method include known light cutting methods, pattern projection methods, and pattern reflection methods, and the three-dimensional shape of the object surface can be obtained by these methods.
さらに、請求項3の光学測定装置では、基準となるマスターにおける形状の計測データと検査する対象物とを比較して当該検査対象物の外観形状の状態をカラーマップとして表示するカラーマップ表示手段をさらに備えている。 Furthermore, in the optical measuring device according to claim 3, color map display means for comparing the shape measurement data of the master serving as a reference with the object to be inspected and displaying the state of the appearance shape of the object to be inspected as a color map. It has more.
すなわち、検査する対象物のカラーマップを取得する際には、予め基準となるマスターにおける外観形状の計測データを取得しておく。そして、検査する対象物の外観形状の計測データを取得し、両計測データを比較する。 That is, when acquiring a color map of an object to be inspected, external shape measurement data in a master serving as a reference is acquired in advance. And the measurement data of the external shape of the target object to be inspected are acquired, and both measurement data are compared.
両計測データに差がある箇所、例えばマスターに対して検査する対象物の所定箇所が突出している場合には、その箇所を赤とする。また、前記マスターに対して検査する対象物の所定箇所が凹んでいる場合には、その箇所を青とし、これらの赤色及び青色を、対象物の表示画面上に表示する。 When there is a difference between the two measurement data, for example, when a predetermined portion of the object to be inspected with respect to the master protrudes, the portion is red. Further, when a predetermined portion of the object to be inspected with respect to the master is recessed, the portion is blue, and these red and blue colors are displayed on the display screen of the object.
これにより、検査対象物の外観形状の状態がカラーマップとして表示される。 Thereby, the state of the appearance shape of the inspection object is displayed as a color map.
また、請求項4の光学測定装置にあっては、前記撮像手段で取得した像を用いて前記対象物の終端部の検出を行う。 In the optical measurement device according to the fourth aspect, the end portion of the object is detected using the image acquired by the imaging means.
すなわち、前記撮像手段では、前記対象物の形状が取得され、この撮像手段で取得した像を用いることによって、前記対象物の終端部の検出が行われる。 That is, in the imaging unit, the shape of the object is acquired, and the end portion of the object is detected by using the image acquired by the imaging unit.
このため、長さ寸法の長い対象物において、前記落射照明テレセントリック光学系を、その長さ方向に移動しながら測定を行う際には、その計測終点位置が取得される。 For this reason, when an object with a long length is measured while moving the epi-illumination telecentric optical system in the length direction, the measurement end point position is acquired.
以上説明したように本発明の請求項1の光学測定装置にあっては、落射照明テレセントリック光学系のテレセントリック光学系のみによって対象物の外径寸法等を測定することができる。 As described above, in the optical measuring device according to the first aspect of the present invention, the outer diameter and the like of the object can be measured only by the telecentric optical system of the epi-illumination telecentric optical system.
このため、照射側光学系と受光側光学系との両者を設けなければ、外径寸法等を測定することができなかった従来と比較して、省スペース化を図ることができるとともに、低コスト化を図ることができる。 For this reason, if both the irradiation side optical system and the light receiving side optical system are not provided, the space can be saved and the cost can be reduced as compared with the conventional case in which the outer diameter dimension or the like cannot be measured. Can be achieved.
また、請求項2の光学測定装置においては、対象物に外観検査用の照明を照射する外観検査用照明を備えることで、反射手段で反射した像を撮像手段で撮像して外径寸法等を測定すると同時に、前記対象物の表面の状態も検査することができる。 Further, in the optical measuring device according to the second aspect of the present invention, by providing the appearance inspection illumination for irradiating the object with the illumination for appearance inspection, the image reflected by the reflection means is captured by the imaging means, and the outer diameter size and the like are determined. Simultaneously with the measurement, the state of the surface of the object can also be inspected.
さらに、請求項3の光学測定装置では、検査対象物の外観形状の状態をカラーマップとして表示することができる。 Furthermore, in the optical measuring device according to the third aspect, the state of the appearance shape of the inspection object can be displayed as a color map.
これにより、検査対象物の良否判断を容易に行うことができる。 This makes it possible to easily determine whether the inspection object is good or bad.
また、請求項4の光学測定装置にあっては、長さ寸法の長い対象物を計測する際に落射照明テレセントリック光学系を、その長さ方向に移動しながら測定する場合において、別途センサーを設けることなく、その計測終点位置を取得することができる。 Further, in the optical measuring device according to claim 4, a separate sensor is provided when measuring the epi-illumination telecentric optical system while moving in the length direction when measuring an object having a long length. The measurement end point position can be acquired without any problem.
これにより、低コスト化を図ることができる。 Thereby, cost reduction can be achieved.
以下、本発明の一実施の形態を図に従って説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本実施の形態にかかる光学測定装置1を示す説明図であり、該光学測定装置1は、スプール弁などの対象物2に光を当てて検査を行う装置である。
FIG. 1 is an explanatory view showing an
この光学測定装置1は、平板状のステージ11を備えており、該ステージ11の上面には、反射手段としてのミラー12が設けられている。前記ステージ11の一端側には、支柱部13が立設されており、該支柱部13の上部には、前記ミラー12に沿って延在するスライドレール14が前記ミラー12と平行に設けられている。
This
前記スライドレール14には、スライダー21がスライド自在に支持されており、該スライダー21は、図外のステッピングモータによって前記スライドレール14に沿って移動できるように構成されている。前記スライダ21には、計測器22が支持されており、該計測器22は、前記スライドレール14に沿って移動可能に支持されている。
A
この計測器22の一方側である下側31には、対象物2を長さ方向両端から挟持した状態で保持する保持機構32が設けられている。該保持機構32は、モータ33と、該モータ33の回転軸に設けられた固定部34と、該固定部34に対向して設けられたチャック35とからなり、前記固定部34と前記チャック35との対向部分は、先細りの円錐形状に形成されている。
On the
前記チャック35は、その長さ方向へ移動可能に構成されており、前記対象物2の一端を前記固定部34に合わせた状態で前記チャック35を前記固定部34側へ移動することで、前記対象物2を長さ方向両端から前記固定部34及び前記チャック35で挟持した状態で保持できるように構成されている。
The
そして、この保持機構32の一方側である下側31には、前記ミラー12が配置されている。
The
図2は、当該光学測定装置1の構造を示す説明図であり、該光学測定装置1の前記計測器22は、落射照明テレセントリック光学系41と、カメラ42とによって構成されている。
FIG. 2 is an explanatory view showing the structure of the
前記落射照明テレセントリック光学系41は、落射照明51とテレセントリック光学系52とで構成されている。
The epi-illumination telecentric
前記落射照明51は、計測用照明61と、該計測用照明61からの光が通過する照明側レンズ62と、該照明側レンズ62からの光を下側31へ向けて反射して照射するハーフミラー63と、該ハーフミラー63の他方側である上側64に設けられた結像レンズ65とを備えており、該ハーフミラー63の下側31の像を当該ハーフミラー63及び前記結像レンズ65を介して、他方側である上側64へ投影するできるように構成されている。
The epi-illumination 51 includes a measurement illumination 61, an illumination-
前記テレセントリック光学系52は、前記ハーフミラー63からの光を一方側である下側31へ向けて照射する同軸落射照明テレセントリックレンズ71により構成されており、該同軸落射照明テレセントリックレンズ71は、前記ハーフミラー63からの光を平行光72として下側31へ照射するように構成されている。
The telecentric optical system 52 includes a coaxial epi-illumination telecentric lens 71 that irradiates light from the half mirror 63 toward the
この落射照明テレセントリック光学系41の下側31には、前記保持機構32が設けられており、該保持機構32のさらに下側31には、前記落射照明テレセントリック光学系41からの光を当該落射照明テレセントリック光学系41側へ反射する反射手段として前記ミラー12が設けられている。
The holding
前記落射照明テレセントリック光学系41に設けられた前記結像レンズ65の上部には、前記ミラー12から当該落射照明テレセントリック光学系41を介して前記上側64へ投影された像を撮像する撮像手段としての前記カメラ42が設けられており、該カメラ42は、撮像画像を制御部81に出力するように構成されている。
On the upper part of the
該制御部81は、前記ステッピングモータを制御することで、前記計測器22を前記保持機構32に保持された前記対象物2の長さ方向に沿って移動できるように構成されており、前記モータ33を制御することで前記保持機構32に保持された前記対象物2を軸中心に回動できるように構成されている。
The
これにより、前記保持機構32の保持された前記対象物2をその長さ方向全域渡って計測するとともに、前記対象物2の周面全域を検査できるように構成されている。
Thereby, while measuring the said
前記計測器22は、前記保持機構32に保持されて前記対象物2に外観検査用の照明を照射する外観検査用照明91を備えており、該外観検査用照明91は、スリット光を前記対象物2の対して斜め方向から照射できるように構成されている。
The measuring
以上の構成にかかる本実施の形態において、対象物2の検査を行う際には、当該対象物2を保持機構32にセットする。
In this Embodiment concerning the above structure, when inspecting the
そして、前記ステッピングモータを制御して前記計測器22を前記対象物2の長さ方向へ移動することで、前記保持機構32の保持された前記対象物2をその長さ方向全域渡って計測する。また、前記モータ33を制御して前記対象物2を回動することで、当該対象物2の周面全域を検査する。
And the said measuring
すなわち、前記計測器22に設けられた計測用照明61の光は、前記ハーフミラー63を介して前記同軸落射照明テレセントリックレンズ71に送られ、該同軸落射照明テレセントリックレンズ71によって平行光72とされ、前記対象物2へ向けて照射される。
That is, the light of the measurement illumination 61 provided in the measuring
このとき、前記平行光72の一部は、前記対象物2で遮られた状態で、前記ミラー12に到達する。これにより、該ミラー12には、前記対象物2の影が映る。
At this time, a part of the parallel light 72 reaches the
そして、前記ミラー12で上側64に反射した反射光は、前記同軸落射照明テレセントリックレンズ71、ハーフミラー63、及び結像レンズ65を介して、カメラ42で撮像され、その撮像画像が制御部81へ送られる。
The reflected light reflected on the
この制御部81では、図3の(a)に示すように、前記撮像画像から前記対象物2の影の像101が解析され、当該影の像101から前記対象物2の各所の外径寸法等が計測され、検査が行われる。
As shown in FIG. 3A, the
このように、前記テレセントリック光学系52のみによって、前記対象物2の外径寸法等が測定することができる。
Thus, the outer diameter dimension of the
このため、照射側光学系と受光側光学系との両者を設けなければ、外径寸法等を測定することができなかった従来と比較して、光学系の設置が前記対象物2の上側のみで済むので、省スペース化を図ることができるとともに、低コスト化を図ることができる。
For this reason, unless both the irradiation side optical system and the light receiving side optical system are provided, the optical system is installed only on the upper side of the
また、前記テレセントリック光学系52のみで前記対象物2の外径寸法等を測定できるので、可動部の小型化及び低重量化を図ることができる。これにより、当該可動部の高速移動が可能となり、計測時間の短縮を図ることができる。
Further, since the outer diameter of the
さらに、前記テレセントリック光学系52を前記対象物2の一方側に設置するだけで、前記対象物2の外径寸法等を測定できるので、対象物2の着脱用空間を確保が容易となる。
Furthermore, since the outer diameter of the
このとき、前記対象物2には、前記外観検査用照明91からのスリット光111が照射されており、前記影の像101の一部には、前記スリット光111,・・・が映し出される。このため、既知の光切断方式やパターン投影法やパターン反射方式を用いることで、前記対象物2表面の三次元形状を得ることができる。なお、点群データによる三次元形状の取得も可能である。
At this time, the
これにより、前記ミラー12で反射した像をカメラ42で撮像して外径寸法等を測定すると同時に、前記対象物2の表面の凹凸状態も検査することができる。
As a result, the image reflected by the
図3の(b)は、前記制御部81に接続されたモニターに表示されたカラーマップ121を示す図であり、検査する対象物2のカラーマップ121を取得する際には、図4に示すように、予め基準となるマスターにおける外観形状、すなわちマスターの表面の基準位置を示す計測データを取得し、記憶しておく(S1)。
FIG. 3B is a diagram showing the color map 121 displayed on the monitor connected to the
そして、検査する対象物2の外観形状を計測して計測データを取得し(S2)、前記マスターの計測データと比較する(S3)。
And the external appearance shape of the
両計測データに差がある箇所、例えばマスターに対して検査する対象物2の所定箇所が突出している場合には、その箇所を赤とする。また、前記マスターに対して検査する対象物2の所定箇所が凹んでいる場合には、その箇所を青とし、これらの赤色及び青色を、赤色部131及び青色部132として対象物2の表示画像133上に表示する(S4)。
When there is a difference between the two measurement data, for example, when a predetermined part of the
これにより、検査する対象物2の外観形状の状態が、図3の(b)に示すように、カラーマップ121としてモニターに表示されるので、検査する対象物2の良否判断を容易に行うことができる。
Thereby, the state of the external shape of the
一方、前記制御部81は、前記ステッピングモータを制御して前記計測器22を前記対象物2の長さ方向へ移動することで、前記保持機構32の保持された前記対象物2をその長さ方向全域渡って計測する。
On the other hand, the
このとき、前記カメラ42では、前記対象物2の影の形状が取得され、このカメラ42で取得した像を用いることによって、前記対象物の終端部の検出を行うことができる。
At this time, the
具体的に説明すると、図3の(a)に示したように、前記対象物2の影の像101と前記チャック35の影の像141との接触点142が前記対象物2の終端と判断できる。
More specifically, as shown in FIG. 3A, the
このため、本実施の形態のように、長さ寸法の長い対象物2を計測する際に前記計測器22を、その長さ方向に移動しながら測定する場合において、前記対象物2の終端を検出する為のセンサーを別途設けることなく、その計測終点位置を取得することができる。
For this reason, when measuring the measuring
これにより、低コスト化を図ることができる。 Thereby, cost reduction can be achieved.
1 光学測定装置
2 対象物
12 ミラー
31 下側
41 落射照明テレセントリック光学系
42 カメラ
51 落射照明
52 テレセントリック光学系
61 計測用照明
63 ハーフミラー
64 上側
71 同軸落射照明テレセントリックレンズ
72 平行光
81 制御部
91 外観検査用照明
121 カラーマップ
DESCRIPTION OF
Claims (4)
照明からの光をハーフミラーを介して一方側へ照射するとともに該一方側の像を前記ハーフミラーを介して他方側へ投影する落射照明、及び該落射照明から前記一方側へ向けて照射される光を平行光として前記対象物に照射するテレセントリック光学系を備えた落射照明テレセントリック光学系と、
前記対象物より前記一方側に設けられ、前記落射照明テレセントリック光学系からの光を当該落射照明テレセントリック光学系側へ反射する反射手段と、
該反射手段から前記落射照明テレセントリック光学系を介して前記他方側へ投影された像を撮像する撮像手段と、
を備えたことを特徴とする光学測定装置。 In an optical measurement device that measures light by shining on an object,
Epi-illumination that irradiates light from the illumination to one side via a half mirror and projects an image on the one side to the other side via the half mirror, and illumination from the epi-illumination toward the one side An epi-illumination telecentric optical system including a telecentric optical system that irradiates the object with parallel light.
Reflecting means that is provided on the one side from the object and reflects light from the epi-illumination telecentric optical system to the epi-illumination telecentric optical system side;
Imaging means for capturing an image projected from the reflecting means to the other side via the epi-illumination telecentric optical system;
An optical measuring device comprising:
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