JP2016038213A - 外形寸法測定装置及び外形寸法測定方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の外形寸法測定装置は、光を出射する光源と、光源から出射された光を光軸上に集束する光学系と、光学系により集束した光を反射する反射部と、光学系を通過した光の光軸上での集束位置に応じた反射光の強度を検出する検出部と、測定対象物の光学系側の表面である第1面で反射した光について検出部で反射光強度のピークを検出した光軸上での第1集束位置と、反射部で反射して測定対象物の反射部側の表面である第2面に照射され、この第2面で反射した光について検出部で反射光強度のピークを検出した光軸上での第2集束位置と、反射部の光軸上での位置と、を用いて測定対象物の外形寸法を演算する演算部と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図1
Description
図1は、第1実施形態に係る外形寸法測定装置を例示する模式図である。
図1に表したように、本実施形態に係る外形寸法測定装置1は、センサヘッド100と、コンソール200とを備え、測定対象物であるワークWの外形寸法を光学的に非接触で測定する装置である。
図2(a)に表したように、コンソール200には、光源10、検出部50(分光器51、受光部52)及び演算部60が設けられる。また、コンソール200には、これらのほか、ファイバカプラ41が設けられる。
先ず、光源10から光を出射して、センサヘッド100の対物レンズ22から測定対象物に向けて光を照射する。対物レンズ22の軸上色収差により、この照射する光は波長によって異なる位置に焦点を結ぶ。測定対象物で反射した光のうち、測定対象物の表面で合焦していない波長の光は、共焦点FPで集束せず、光ファイバ40にはわずかしか取り込まれない。一方、測定対象物で反射した光のうち、測定対象物の表面で合焦した波長の光は共焦点FPに集束してその多くが光ファイバ40を介して分光器51に伝達される。したがって、光ファイバ40に取り込まれる光は、測定対象物の表面で合焦する波長成分の強度が強く、それ以外の成分の強度は弱いものとなる。
図2(b)には、共焦点FPで光ファイバ40が受ける光の波長分布を例示する図が表される。本実施形態に係る外形寸法測定装置1では、対物レンズ22からワークWに直接照射される光のうち、ワークWの第1面に集光点を有する波長λ1の光が反射して、共焦点FPから光ファイバ40に取り込まれる。また、対物レンズ22からワークWの方向に照射されミラー30で反射した光のうち、ワークWの第2面に集光点を有する波長λ2の光は、第2面で反射し、さらにミラー30で反射して共焦点FPから光ファイバ40に取り込まれる。
D=P1−P2−2(P3−P2) …(1)
図4は、外形寸法測定方法の流れを例示するフローチャートである。
先ず、ステップS101に表したように、光源10から光を出射し、センサヘッド100の対物レンズ22から測定対象物であるワークWに向けて光を照射する。ワークWに向けて照射された光は、ワークWの第1面F1に照射されるとともに、ミラー30で反射してワークWの第2面F2にも照射される。
次に、第2実施形態の説明を行う。
図5(a)は、第2実施形態に係る外形寸法測定装置1Bを例示する模式図である。なお、図5(a)には、対物レンズ22からミラー30Bまでの構成が表される。
本実施形態に係る外形寸法測定装置1Bにおいては、ミラー30Bの中央領域に孔が設けられていない。他の構成は第1実施形態に係る外形寸法測定装置1と同様である。
図6は、外形寸法測定方法の流れを例示するフローチャートである。
先ず、ステップS201に表したように、光源10から光を出射し、センサヘッド100の対物レンズ22から測定対象物であるワークWに向けて光を照射する。ワークWに向けて照射された光は、ワークWの第1面F1に照射されるとともに、ミラー30Bで反射してワークWの第2面F2にも照射される。
<信号処理>
信号処理では、先ず、ワークWを配置していない状態で、予めミラー30Bの表面で合焦した反射光の受光プロファイルを登録しておく。そして、外形寸法Dを測定する際には、測定で得た受光プロファイルから、予め登録された受光プロファイルを差し引く演算を行う。この信号処理は、演算部60によって行われる。
光学フィルタによる処理では、例えばバンドエリミネートフィルタを用いて、ミラー30Bの表面で合焦した反射光の波長の光を除去し、それ以外の波長の光を透過する処理を行う。
マスキング処理では、検出部50に含まれるイメージセンサの受光面に部分的にマスキング(遮光)を施しておく。すなわち、ミラー30Bの表面で合焦する光の波長に対応したイメージセンサの受光位置(受光領域)に予めマスキングを施しておく。これにより、検出部50から演算部60に出力される受光信号から、ミラー30Bの表面で合焦する光の波長に対応した位置(領域)の信号が除外される。
10…光源
20…光学系
21…コリメートレンズ
22…対物レンズ
30,30B…ミラー
31…中央領域
32…周辺領域
40…光ファイバ
41…ファイバカプラ
50…検出部
51…分光器
52…受光部
60…演算部
100…センサヘッド
200…コンソール
D…外形寸法
F1…第1面
F2…第2面
FP…共焦点
P1…第1集束位置
P2…第2集束位置
W…ワーク
Claims (8)
- 光を出射する光源と、
前記光源から出射された光を光軸上に集束する光学系と、
前記光学系により集束した光を反射する反射部と、
前記光学系を通過した光の前記光軸上での集束位置に応じた反射光の強度を検出する検出部と、
測定対象物の前記光学系側の表面である第1面で反射した光について前記検出部で反射光強度のピークを検出した前記光軸上での第1集束位置と、前記反射部で反射して前記測定対象物の前記反射部側の表面である第2面に照射され、前記第2面で反射した光について前記検出部で反射光強度のピークを検出した前記光軸上での第2集束位置と、前記反射部の前記光軸上での位置と、を用いて前記測定対象物の外形寸法を演算する演算部と、
を備えたことを特徴とする外形寸法測定装置。 - 前記反射部は、前記光軸と前記反射部との交差位置を中心とした中央領域と、前記中央領域の回りに設けられた周辺領域と、を有し、
前記中央領域の前記光の反射率は、前記周辺領域の前記光の反射率よりも低いことを特徴とする請求項1記載の外形寸法測定装置。 - 前記光学系は、前記光軸上において軸上色収差を有し、
前記検出部は、前記光学系の共焦点位置に配置されたピンホールを通過した反射光を波長ごとに分光する分光器と、前記分光器で分光された反射光の強度を検出する受光部と、を有し、
前記演算部は、前記受光部で検出した反射光の波長に対応した前記光軸上での集束位置を演算することを特徴とする請求項1または2に記載の外形寸法測定装置。 - 前記光源から出射される光は、広帯域光であることを特徴とする請求項3記載の外形寸法測定装置。
- 前記光源は、白色光源であることを特徴とする請求項3または4に記載の外形寸法測定装置。
- 前記第1集束位置をP1、前記第2集束位置をP2、前記反射部の反射表面の前記光軸上での位置をP3、前記測定対象物の外形寸法をDとした場合、前記演算部は、
D=P1−P2−2(P3−P2)
によって前記測定対象物の外形寸法Dを演算することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の外形寸法測定装置。 - 光ファイバの端面のコア部分を前記ピンホールとみなし、前記光ファイバを介して前記反射光を伝達することを特徴とする請求項3記載の外形寸法測定装置。
- 光源から出射した光を光学系で光軸上に集束し、測定対象物に直接照射するとともに反射部で反射して照射する工程と、
前記測定対象物の前記光学系側の表面である第1面で反射した光について反射光強度のピークとなる前記光軸上での第1集束位置を検出する工程と、
前記反射部で反射して前記測定対象物の前記反射部側の表面である第2面に照射され、前記第2面で反射した光について反射光強度のピークとなる前記光軸上での第2集束位置を検出する工程と、
前記第1集束位置と、前記第2集束位置と、前記反射部の前記光軸上での位置と、を用いて前記測定対象物の外形寸法を演算する工程と、
を備えたことを特徴とする外形寸法測定方法。
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