JP2020027053A - 光学式変位計 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)光学式変位計の構成
以下、本発明の実施の形態に係る光学式変位計として、光切断方式の光学式変位計について図面を参照しながら説明する。図1は、第1の実施の形態に係る光学式変位計の構成を示すブロック図である。図1に示すように、光学式変位計500は、撮像ヘッド100、処理装置200、入力部300および表示部400を備える。光学式変位計500は、複数の撮像ヘッド100を備えてもよい。撮像ヘッド100は、処理装置200に対して着脱可能に構成される。撮像ヘッド100と処理装置200とは一体的に構成されてもよい。
図2は、撮像ヘッド100およびワークWの外観斜視図である。図3および図4は、ワークWの表面における光の照射位置と受光部121における光の入射位置との関係を示す図である。図2〜図4においては、水平面内で互いに直交する2方向をX1方向およびY1方向と定義し、それぞれ矢印X1,Y1で示す。また、鉛直方向をZ1方向と定義し、矢印Z1で示す。また、図3および図4においては、受光部121の受光面上で互いに直交する2方向をX2方向およびZ2方向と定義し、それぞれ矢印X2,Z2で示す。ここで、受光面とは、受光部121の複数の画素により形成される面である。
図12は、プロファイル取得部224の構成を示すブロック図である。図12に示すように、プロファイル取得部224は、機能部として、ピーク検出部1、クラスタ生成部2、プロファイル生成部3およびフィルタ処理部4を含む。図1の制御部220が記憶部210に記憶された測定プログラムを実行することによりプロファイル取得部224の機能部が実現される。プロファイル取得部224の機能部の一部または全てが電子回路等のハードウエアにより実現されてもよい。
本実施の形態においては、最も大きいクラスタに含まれるピーク候補位置がピーク位置PPとして選択されるが、本発明はこれに限定されない。クラスタに含まれるピーク候補位置の数と、ピーク候補の態様を示す他のパラメータとの総合的な判断に基づいてピーク位置PPが選択されてもよい。
図17は、図12のフィルタ処理部4の動作を説明するための図である。図17(a)〜(c)においては、ワークWのプロファイルが表示部400に表示されている。また、表示部400の画面上には、図1の受光部121のX2方向およびZ2方向にそれぞれ対応するX3方向およびZ3方向が定義されている。
本実施の形態に係る光学式変位計500においては、投光部110により光がワークWに照射される。受光部121においてX2方向に並ぶ複数の画素列SSによりワークWからの反射光が受光され、受光量分布が出力される。複数の受光量分布の各々において、対応する画素列SSの複数の画素pが並ぶZ2方向における1つまたは複数の受光量のピーク候補位置がピーク検出部1により検出される。各画素列SSについて検出されたピーク候補位置の中から、当該画素列SSに隣接する他の画素列SSのピーク位置PPとの相対的な位置関係に基づいてプロファイルに採用されるべきピーク位置PPが選択され、選択されたピーク位置PPに基づいてワークWのプロファイルを示すプロファイルデータがプロファイル生成部3により生成される。
第2の実施の形態に係る光学式変位計500について、第1の実施の形態に係る光学式変位計500と異なる点を説明する。図18は、第2の実施の形態におけるプロファイル取得部224の構成を示すブロック図である。図18に示すように、本実施の形態においては、プロファイル取得部224は、図12のクラスタ生成部2に代えて距離算出部6を含む。
第3の実施の形態に係る光学式変位計500について、第1の実施の形態に係る光学式変位計500と異なる点を説明する。図20は、第3の実施の形態におけるプロファイル取得部224の構成を示すブロック図である。図20に示すように、本実施の形態においては、プロファイル取得部224は、図12のクラスタ生成部2に代えてパターン生成部7および相関算出部8を含む。
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各要素との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。
Claims (10)
- 測定対象物のプロファイルを測定する光切断方式の光学式変位計であって、
第1の方向に広がりを有するスリット光、または前記第1の方向に走査されるスポット光を測定対象物に照射する投光部と、
前記第1の方向と、前記第1の方向に交差する第2の方向とに並ぶ複数の画素を含み、測定対象物の前記第1の方向の各位置からの反射光を受光し、受光量分布を出力する受光部と、
前記第1の方向に並ぶ複数の画素列によりそれぞれ出力される複数の受光量分布に基づいて画素列ごとに前記第2の方向における1または複数の受光量のピーク候補位置を検出するピーク検出部と、
各画素列について前記ピーク検出部により検出されたピーク候補位置の中から、当該画素列に隣接する他の画素列のピーク位置との相対的な位置関係に基づいてプロファイルに採用されるべきピーク位置を選択し、選択されたピーク位置に基づいてプロファイルを示すプロファイルデータを生成するプロファイル生成部とを備える、光学式変位計。 - 前記プロファイル生成部の動作モードを第1の動作モードと第2の動作モードとで切り替える切替部をさらに備え、
前記プロファイル生成部は、
前記第1の動作モードにおいては、前記ピーク検出部によりいずれかの画素列に対応する受光量分布において複数のピーク候補位置が検出された場合、前記第1の方向において少なくとも当該画素列に隣接する画素列に対応する受光量分布におけるピーク候補位置と検出された複数のピーク候補位置との連続性に基づいて複数のピーク候補位置の中からプロファイルに採用されるべきピーク位置を選択し、
前記第2の動作モードにおいては、前記ピーク検出部によりいずれかの画素列に対応する受光量分布において複数のピーク候補位置が検出された場合、予め設定された条件に基づいて複数のピーク候補位置の中からプロファイルに採用されるべきピーク位置を選択する、請求項1記載の光学式変位計。 - 前記予め設定された条件は、各受光量分布における複数のピーク候補位置から最大の受光量を有するピーク候補位置をプロファイルに採用されるべきピーク位置として選択することを含む、請求項2記載の光学式変位計。
- 前記予め設定された条件は、各受光量分布における複数のピーク候補位置から前記第2の方向における一端または他端に最も近いピーク候補位置をプロファイルに採用されるべきピーク位置として選択することをさらに含む、請求項2または3記載の光学式変位計。
- 前記ピーク検出部により検出されたピーク候補位置におけるピークの態様を示すパラメータを取得するパラメータ取得部をさらに備え、
前記プロファイル生成部は、前記パラメータ取得部により取得されたパラメータにさらに基づいて各受光量分布における複数のピーク候補位置の中からプロファイルに採用されるべきピーク位置を選択する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の光学式変位計。 - 前記パラメータ取得部により取得されるパラメータは、ピークの受光量またはピークの幅を含む、請求項5記載の光学式変位計。
- 前記ピーク検出部により検出された複数の受光量分布における複数のピーク候補位置から各々が1以上のピーク候補位置を含む複数のクラスタを生成するクラスタ生成部をさらに備え、
各クラスタは、前記第1の方向において隣り合うピーク候補位置間の距離が一定以下となるように選択された1以上のピーク候補位置により構成され、
前記プロファイル生成部は、前記クラスタ生成部により生成された各クラスタに含まれるピーク候補位置の数に基づいて前記相対的な位置関係を判定する、請求項1〜6のいずれか一項に記載の光学式変位計。 - 各画素列に対応する受光量分布における各ピーク候補位置と、前記第1の方向において当該画素列に隣接する画素列に対応する受光量分布におけるピーク候補位置との距離を算出する距離算出部をさらに備え、
前記プロファイル生成部は、前記距離算出部により算出された距離に基づいて前記相対的な位置関係を判定する、請求項1〜6のいずれか一項に記載の光学式変位計。 - 前記ピーク検出部により検出された複数のピーク候補位置に基づいて幾何学的パターンを生成するパターン生成部と、
各画素列について、前記パターン生成部により生成された前記幾何学的パターンと、前記ピーク検出部により検出された複数のピーク候補位置との相関係数を算出する相関算出部とをさらに備え、
前記プロファイル生成部は、前記相関算出部により算出された相関係数に基づいて前記相対的な位置関係を判定する、請求項1〜6のいずれか一項に記載の光学式変位計。 - 前記プロファイル生成部により生成された前記プロファイルデータの各部分において、値の変化が小さいほど平滑効果が大きくなるように前記プロファイルデータにフィルタ処理を行うフィルタ処理部をさらに備える、請求項1〜9のいずれか一項に記載の光学式変位計。
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