JP2020076695A - Profile measuring device - Google Patents

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雄一郎 肥田
Yuichiro Hida
雄一郎 肥田
橋本 尚明
Naoaki Hashimoto
尚明 橋本
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Abstract

To more accurately obtain a profile of a surface of an object to be measured.SOLUTION: A profile measuring device comprises: a mirror that deflects a planar measurement light, wherein the mirror can change a reflection direction of the planar measurement light; a drive unit that changes a reflection direction of the mirror by driving the mirror; a detection unit that detects vibration from the outside to the mirror or vibration that occurs in the mirror until an angle of the mirror stabilizes at a target angle when the angle of the mirror is changed; and a control unit that controls the drive unit so that the vibration of the mirror converges based on the detection result of the detection unit.SELECTED DRAWING: Figure 15

Description

本発明は測定対象物のプロファイルを測定する変位測定装置に関する。   The present invention relates to a displacement measuring device that measures a profile of a measuring object.

変位測定装置は、三角測距の原理を用いて測定対象物の三次元形状を測定する。特許文献1によれば、変位測定装置は、測定対象物を切断するように帯状の測定光(平面的な測定光)を測定対象物の表面に照射し、当該測定対象物の表面から反射した光を受光素子により受光して高さ情報を得る(光切断法)。特許文献1では、静止状態の測定対象物に対して当該測定光の延びる方向と直交する方向に測定光が走査され、測定対象物の三次元形状が測定される。   The displacement measuring device measures the three-dimensional shape of the measuring object using the principle of triangulation. According to Patent Document 1, the displacement measuring device irradiates the surface of the measurement target with strip-shaped measurement light (planar measurement light) so as to cut the measurement target, and reflects it from the surface of the measurement target. Light is received by a light receiving element to obtain height information (light cutting method). In Patent Literature 1, the measurement light in a stationary state is scanned with the measurement light in a direction orthogonal to the extending direction of the measurement light, and the three-dimensional shape of the measurement target is measured.

特開2000−193428号公報JP 2000-193428 A

変位測定装置は測定光を走査ミラーにより偏向することで測定光を測定対象物の表面上を走査させることができる。狙った位置上に測定光を照射するには走査ミラーの角度を正確に制御することが必要となる。また、狙った位置上を測定光が照射しているときには、走査ミラーは静止していなければならない。しかし、走査ミラーの角度を所定角度ずつ段階的に変化させると、ある角度から次の角度に変わったときに走査ミラーに意図しない振動が発生してしまう。また、変位測定装置の外部から振動が伝搬し、走査ミラーが振動してしまう。そこで、本発明は、意図しない振動を低減することで測定対象物の表面のプロファイルをより正確に求めることを目的とする。   The displacement measuring device can scan the surface of the measuring object with the measuring light by deflecting the measuring light by the scanning mirror. It is necessary to accurately control the angle of the scanning mirror in order to irradiate the target position with the measurement light. Further, the scanning mirror must be stationary while the measuring light is radiated on the aimed position. However, if the angle of the scanning mirror is changed stepwise by a predetermined angle, unintended vibration will occur in the scanning mirror when changing from one angle to the next. Further, vibration propagates from the outside of the displacement measuring device, and the scanning mirror vibrates. Therefore, an object of the present invention is to more accurately obtain the profile of the surface of the measuring object by reducing unintended vibration.

本発明は、たとえば、
光を出力する光源と、
前記光源から出力された光を平面的な測定光に変換して出力する変換光学系と、
前記変換光学系から出射された前記平面的な測定光が測定対象物の表面に向かうように導光する導光光学系と、
前記測定対象物からの反射光を受光する受光部と、
三角測量の原理に基づき、前記受光部における前記反射光の入射位置に応じて、前記測定対象物における前記平面的な測定光の各反射位置の高さの集合体であるプロファイルを取得するプロファイル取得部と
を有し、
前記導光光学系は、
前記平面的な測定光を偏向するミラーであって、前記平面的な測定光の反射方向を変更可能なミラーと、
前記ミラーを駆動することで前記ミラーの反射方向を変更する駆動部と、
前記ミラーに対する外部からの振動または、前記ミラーの角度を変更したときに前記ミラーの角度が目標角度で安定するまでに前記ミラーに生じる振動を検知する検知部と、
前記検知部の検知結果に基づき前記ミラーの振動が収束するように前記駆動部を制御する制御部と
を有することを特徴とするプロファイル測定装置を提供する。
The present invention is, for example,
A light source that outputs light,
A conversion optical system that converts the light output from the light source into a planar measurement light and outputs the converted light.
A light guide optical system that guides the planar measurement light emitted from the conversion optical system so as to be directed toward the surface of a measurement object,
A light receiving unit for receiving the reflected light from the measurement object,
Based on the principle of triangulation, profile acquisition for acquiring a profile that is an aggregate of heights of respective reflection positions of the planar measurement light in the measurement object according to the incident position of the reflected light in the light receiving unit Part and
The light guide optical system,
A mirror for deflecting the planar measurement light, the mirror being capable of changing the reflection direction of the planar measurement light,
A drive unit that changes the reflection direction of the mirror by driving the mirror,
Vibration from the outside with respect to the mirror, or a detection unit that detects vibration occurring in the mirror until the angle of the mirror stabilizes at a target angle when the angle of the mirror is changed,
A profile measuring device comprising: a control unit that controls the drive unit so that vibration of the mirror converges based on a detection result of the detection unit.

本発明によれば、意図しない振動が低減されるため、測定対象物の表面のプロファイルがより正確に求められる。   According to the present invention, since unintended vibration is reduced, the profile of the surface of the measuring object can be obtained more accurately.

変位測定装置の運用を説明する図である。It is a figure explaining operation of a displacement measuring device. センサヘッドを下方から見た斜視図である。It is the perspective view which looked at the sensor head from the lower part. センサヘッドの側部カバーを取り外した状態を示しており、センサヘッドの内部構造の一部透過図である。It is a state in which the side cover of the sensor head is removed, and is a partially transparent view of the internal structure of the sensor head. センサヘッドの側部カバーを取り外した側面図である。It is a side view which removed the side cover of a sensor head. センサヘッドの光学系の分解斜視図である。It is an exploded perspective view of an optical system of a sensor head. 変位測定装置のブロック図である。It is a block diagram of a displacement measuring device. 図7(A)及び図7(B)は、ラインモードを説明する図である。7A and 7B are diagrams for explaining the line mode. 図8(A)及び図8(B)は、スキャンモードを説明する図である。FIG. 8A and FIG. 8B are diagrams for explaining the scan mode. 変位測定装置による変位の測定原理を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the measurement principle of the displacement by a displacement measuring device. 変位測定装置による変位の測定原理を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the measurement principle of the displacement by a displacement measuring device. アンプを説明する図である。It is a figure explaining an amplifier. スキャンモードの設定処理を示すフローチャートである。7 is a flowchart showing a scan mode setting process. スキャンモードの運転処理を示すフローチャートである。It is a flow chart which shows the operation processing of scan mode. ラインモードの設定処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the setting process of a line mode. ラインモードの運転処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the driving process of a line mode. ミラー制御部を説明する図である。It is a figure explaining a mirror control part. ミラー制御部の回路図である。It is a circuit diagram of a mirror control unit. ミラー制御部を説明する図である。It is a figure explaining a mirror control part. ミラー制御部の回路図である。It is a circuit diagram of a mirror control unit. ミラー制御部を説明する図である。It is a figure explaining a mirror control part. ミラー制御部の回路図である。It is a circuit diagram of a mirror control unit.

以下、本発明の実施形態が図面に基づいて詳細に説明される。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限するものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The following description of the preferred embodiments is essentially merely an example, and does not limit the present invention, its application, or its application.

図1は、本発明の実施形態に係る変位測定装置1の運用時を模式的に示す。変位測定装置1は、測定対象物Wの所定位置の変位を測定する装置またはシステムであり、単に変位計と呼ばれてもよいし、測距計あるいは高さ変位計等と呼ばれてもよい。また、詳細は後述するが、測定光を走査するスキャンモードが使用される場合、変位測定装置1は、画像センサに変位計が追加された装置、あるいは変位計の測定箇所が可変になった装置と呼ばれてもよい。また、この実施形態では、測定対象物Wの各部の変位を測定することができるため、変位測定装置1は三次元測定システムと呼ばれてもよい。また、この実施形態では、変位測定のことは高さ測定と呼ばれうる。   FIG. 1 schematically shows the displacement measuring device 1 according to the embodiment of the present invention in operation. The displacement measuring device 1 is a device or system for measuring the displacement of the measurement object W at a predetermined position, and may be simply called a displacement meter, or may be called a range finder or a height displacement meter. .. Further, as will be described later in detail, when the scan mode of scanning the measurement light is used, the displacement measuring device 1 is a device in which a displacement gauge is added to the image sensor or a measurement location of the displacement gauge is variable. May be called. Further, in this embodiment, since the displacement of each part of the measuring object W can be measured, the displacement measuring device 1 may be called a three-dimensional measuring system. Also, in this embodiment, displacement measurement may be referred to as height measurement.

図1では、測定対象物Wが搬送用ベルトコンベヤB等の搬送装置によって搬送されている場合、即ち測定対象物Wが移動している場合を示している。しかし、測定対象物Wは静止していてもよい。また、一度に測定可能な測定対象物Wの数は1つまたは複数であり、複数の測定対象物Wの所定位置の変位が一度に測定されてもよい。測定対象物Wの種類は特に限定されない。   FIG. 1 shows a case where the measurement object W is being conveyed by a conveyance device such as a conveyor belt conveyor B, that is, a case where the measurement object W is moving. However, the measuring object W may be stationary. Further, the number of measurement objects W that can be measured at one time is one or more, and the displacements of the plurality of measurement objects W at predetermined positions may be measured at one time. The type of the measuring object W is not particularly limited.

(変位測定装置1の全体構成)
図1に示す例では、変位測定装置1は、複数のセンサヘッド2と、子機アンプ3と、親機アンプ4と、設定機器としてのモニタ装置5Aまたはパーソナルコンピュータ5Bとを備えている。センサヘッド2は1つであってもよく、設定機器5が不要な場合の最小構成としては、1つのセンサヘッド2と1つの親機アンプ4である。子機アンプ3と親機アンプ4が統合されたシステムであってもよい。
(Overall configuration of the displacement measuring device 1)
In the example shown in FIG. 1, the displacement measuring device 1 includes a plurality of sensor heads 2, a slave unit amplifier 3, a master unit amplifier 4, and a monitor device 5A or a personal computer 5B as a setting device. The sensor head 2 may be one, and the minimum configuration when the setting device 5 is unnecessary is one sensor head 2 and one master amplifier 4. A system in which the slave unit amplifier 3 and the master unit amplifier 4 are integrated may be used.

一つ目のセンサヘッド2は、接続線2aを介して子機アンプ3に接続され、相互通信可能に構成されている。二つ目のセンサヘッド2は、接続線2aを介して親機アンプ4に接続され、相互通信可能に構成されている。子機アンプ3は単独では動作することができず、親機アンプ4と接続し、親機アンプ4から電力の供給を受けて動作可能になる。また、子機アンプ3と親機アンプ4とは相互通信可能に構成されている。親機アンプ4には複数の子機アンプ3を接続することが可能になっている。本実施形態では、親機アンプ4のみにEthernet(登録商標)コネクタが設けられており、親機アンプ4も子機アンプ3も、このEthernet(登録商標)コネクタを介してモニタ装置5Aやパーソナルコンピュータ5Bと通信可能となっている。尚、子機アンプ3を省略する、または子機アンプ3の機能を親機アンプ4に取り込むことによって1つのアンプとすることもできる。また、子機アンプ3の機能および親機アンプ4の機能がセンサヘッド2に取り込まれてもよい。この場合、子機アンプ3の機能および親機アンプ4が省略される。さらに、上述したEthernet(登録商標)コネクタは、親機アンプ4のみならず、子機アンプ3に設けることとしても構わない。   The first sensor head 2 is connected to the slave unit amplifier 3 via the connection line 2a and is configured to be capable of mutual communication. The second sensor head 2 is connected to the base unit amplifier 4 via the connection line 2a and is configured to be capable of mutual communication. The slave unit amplifier 3 cannot operate alone, but is connected to the master unit amplifier 4 and can be operated by receiving power supply from the master unit amplifier 4. Further, the slave unit amplifier 3 and the master unit amplifier 4 are configured to be able to communicate with each other. It is possible to connect a plurality of slave unit amplifiers 3 to the master unit amplifier 4. In the present embodiment, only the master unit amplifier 4 is provided with the Ethernet (registered trademark) connector, and both the master unit amplifier 4 and the slave unit amplifier 3 are connected to the monitor device 5A or the personal computer via the Ethernet (registered trademark) connector. It is possible to communicate with 5B. Note that the slave unit amplifier 3 may be omitted, or the function of the slave unit amplifier 3 may be incorporated into the master unit amplifier 4 to form one amplifier. Further, the function of the slave unit amplifier 3 and the function of the master unit amplifier 4 may be incorporated in the sensor head 2. In this case, the function of the slave unit amplifier 3 and the master unit amplifier 4 are omitted. Further, the above-mentioned Ethernet (registered trademark) connector may be provided not only in the master unit amplifier 4 but also in the slave unit amplifier 3.

外部機器6は、例えばプログラマブル・ロジック・コントローラ(PLC)とすることができる。PLCは、搬送用ベルトコンベアB及び変位測定装置1をシーケンス制御するための制御装置である。PLCは汎用の装置であってもよい。   The external device 6 can be, for example, a programmable logic controller (PLC). The PLC is a control device for sequence-controlling the conveyor belt conveyor B and the displacement measuring device 1. The PLC may be a general-purpose device.

変位測定装置1は、その運用時において、外部機器6から接続線6aを介して、測定の開始タイミングを規定する測定開始トリガ信号を受信する。そして、変位測定装置1は、この測定開始トリガ信号に基づいて変位の測定や良否判定を行う。その結果は、接続線6aを介して外部機器6へ送信されるように構成することができる。なお、図1は、あくまで変位測定装置1のシステム構成を示す一例である。本発明はこれに限られず、親機アンプ4や子機アンプ3は、IO入出力を備え、直接、外部機器6に接続されていてもよい。この場合、外部機器6からトリガ信号や結果出力信号などの物理的な信号が、外部機器6との間でやりとりされる。また、親機アンプ4にアナログ出力が設けられていてもよい。また、親機アンプ4及び子機アンプ3は、上述したEthernet(登録商標)コネクタを介して、外部機器6と通信してもよい。この場合、Ethernet(登録商標)/IPやPROFINET等、各種公知の通信プロトコルを利用して通信してもよい。   During its operation, the displacement measuring device 1 receives a measurement start trigger signal that defines the measurement start timing from the external device 6 via the connection line 6a. Then, the displacement measuring device 1 measures the displacement and determines the quality based on the measurement start trigger signal. The result can be configured to be transmitted to the external device 6 via the connection line 6a. Note that FIG. 1 is merely an example showing the system configuration of the displacement measuring device 1. The present invention is not limited to this, and the master unit amplifier 4 and the slave unit amplifier 3 may have IO input / output and may be directly connected to the external device 6. In this case, physical signals such as a trigger signal and a result output signal are exchanged with the external device 6 from the external device 6. Further, the master unit amplifier 4 may be provided with an analog output. Further, the master unit amplifier 4 and the slave unit amplifier 3 may communicate with the external device 6 via the Ethernet (registered trademark) connector described above. In this case, communication may be performed using various known communication protocols such as Ethernet (registered trademark) / IP and PROFINET.

変位測定装置1の運用時には、変位測定装置1と外部機器6との間で、接続線6aを介して測定開始トリガ信号の入力と結果の出力が繰り返し行われる。なお、測定開始トリガ信号の入力や結果の出力は、上述したように、変位測定装置1と外部機器6との間の接続線6aを介して行ってもよいし、それ以外の図示しない通信線を介して行ってもよい。例えば、測定対象物Wの到着を検知するためのセンサ(図示せず)と変位測定装置1とを直接的に接続し、そのセンサから変位測定装置1へ測定開始トリガ信号を入力するようにしてもよい。変位測定装置1は、内部で生成する内部トリガによって動作するように構成することもできる。このように、変位測定装置1は、定期的に内部トリガを発行するモードを有していてもよい。   During operation of the displacement measuring device 1, the measurement start trigger signal is repeatedly input and the result is output between the displacement measuring device 1 and the external device 6 via the connection line 6a. As described above, the input of the measurement start trigger signal and the output of the result may be performed via the connection line 6a between the displacement measuring device 1 and the external device 6, or other communication line (not shown). You may go through. For example, a sensor (not shown) for detecting the arrival of the measuring object W is directly connected to the displacement measuring device 1, and a measurement start trigger signal is input from the sensor to the displacement measuring device 1. Good. The displacement measuring device 1 can also be configured to operate by an internally generated internal trigger. As described above, the displacement measuring device 1 may have a mode of periodically issuing an internal trigger.

モニタ装置5Aとパーソナルコンピュータ5Bのうち、一方が親機アンプ4に対して接続線5aを介して接続され、相互通信可能に構成されているが、モニタ装置5Aとパーソナルコンピュータ5Bの両方が親機アンプ4に接続されていてもよい。モニタ装置5A及びパーソナルコンピュータ5Bは、変位測定装置1の各種設定や操作を行う操作装置であるとともに、センサヘッド2で撮像された画像や処理後の画像、各種測定値、測定結果、判定結果等を表示する表示装置でもある。モニタ装置5Aは専用品であるが、パーソナルコンピュータ5Bは汎用品を使用することができる。なお、モニタ装置5Aとして、いわゆるプログラマブル表示器などの汎用品を使用してもよいことは言うまでもない。   One of the monitor device 5A and the personal computer 5B is connected to the master unit amplifier 4 via the connection line 5a and is configured to be capable of mutual communication. However, both the monitor device 5A and the personal computer 5B are the master unit. It may be connected to the amplifier 4. The monitor device 5A and the personal computer 5B are operation devices for performing various settings and operations of the displacement measuring device 1, and also include images taken by the sensor head 2, processed images, various measurement values, measurement results, determination results, etc. Is also a display device for displaying. The monitor device 5A is a dedicated product, but the personal computer 5B can be a general-purpose product. Needless to say, a general-purpose product such as a so-called programmable display may be used as the monitor device 5A.

センサヘッド2と子機アンプ3または親機アンプ4との間の通信、親機アンプ4とモニタ装置5Aまたはパーソナルコンピュータ5Bとの間の通信、親機アンプ4と外部機器6との間の通信は、有線によるものであってもよいし、無線によるものであってもよい。親機アンプ4の通信ユニットは、特に限定されるものではないが、例えば、EtherNet/IP、PROFINET、CC-Link、DeviceNet、EtherCAT、PROFIBUS、BCD、RS-232C等を挙げることができる。   Communication between the sensor head 2 and the slave unit amplifier 3 or the master unit amplifier 4, communication between the master unit amplifier 4 and the monitor device 5A or the personal computer 5B, communication between the master unit amplifier 4 and the external device 6. May be wired or wireless. The communication unit of the base unit amplifier 4 is not particularly limited, but examples thereof include EtherNet / IP, PROFINET, CC-Link, DeviceNet, EtherCAT, PROFIBUS, BCD, RS-232C.

(モニタ装置5A及びパーソナルコンピュータ5B)
モニタ装置5A及びパーソナルコンピュータ5Bは、それぞれ、液晶ディスプレイや有機ELディスプレイ等の表示デバイスで構成された表示部8を備えている。表示部8には、後述するように、センサヘッド2で撮像された画像や、子機アンプ3や親機アンプ4で生成された画像、各種インターフェース等を表示することができるようになっている。
(Monitor device 5A and personal computer 5B)
The monitor device 5A and the personal computer 5B each include a display unit 8 including a display device such as a liquid crystal display or an organic EL display. As will be described later, the display unit 8 can display an image captured by the sensor head 2, an image generated by the slave unit amplifier 3 or the master unit amplifier 4, various interfaces, and the like. ..

モニタ装置5Aは、タッチパネル式の入力部9を備えており、使用者が表示部8上のどこにタッチしたか、その入力操作を受け付けることができるように構成されている。パーソナルコンピュータ5Bは、キーボードやマウス、タッチパッド、タッチパネル等からなる入力部9を備えており、モニタ装置5Aと同様に入力操作を受け付けることができるように構成されている。タッチ操作は、例えばペンによる操作や指による操作であってもよい。   The monitor device 5A includes a touch panel type input unit 9 and is configured to be able to receive the input operation of the user touching the display unit 8 and the input operation. The personal computer 5B includes an input unit 9 including a keyboard, a mouse, a touch pad, a touch panel, and the like, and is configured to be able to receive an input operation similarly to the monitor device 5A. The touch operation may be, for example, a pen operation or a finger operation.

(センサヘッド2の構成)
図2はセンサヘッド2の斜視図である。センサヘッド2は、ハウジング50を有している。ハウジング50を構成する複数の面のうち、測定対象物Wと対向する面には、端壁部51が設けられている。端壁部51はハウジング50の長手方向に延在している。端壁部51は、投光モジュール10(図3ほか)から照射された測定光が出射する投光窓51aと、測定対象物Wから反射した照明光が入射する受光窓51bとを有している。投光窓51aと受光窓51bは透明な部材で覆われている。尚、受光窓51bからは照明部30による照明光が照射される。また、ここでいう「透明な部材」は、バンドパスフィルタであってもよい。要するに、レーザーやLEDなどの測定光の波長をブロックしない部材であれば、如何なる部材であっても構わない。さらに、投光窓51aは「投光窓部」の一例であり、受光窓51bは、「受光窓部」の一例である。投光窓51aと受光窓51bは分離されていてもよいし、一体化されていてもよい。たとえば、投光窓51aとして機能する部材と受光窓51bとして機能する部材とがそれぞれ独立した二枚の部材であってもよい。また、一枚の透光性を有する部材の一部の領域が投光窓51aとして機能し、他の一部の領域が受光窓51bと機能してもよい。
(Structure of sensor head 2)
FIG. 2 is a perspective view of the sensor head 2. The sensor head 2 has a housing 50. An end wall portion 51 is provided on a surface facing the measurement object W among the plurality of surfaces forming the housing 50. The end wall portion 51 extends in the longitudinal direction of the housing 50. The end wall portion 51 has a light projecting window 51a through which the measuring light emitted from the light projecting module 10 (FIG. 3 and the like) exits, and a light receiving window 51b through which the illumination light reflected from the measuring object W enters. There is. The light projecting window 51a and the light receiving window 51b are covered with a transparent member. Illumination light from the illumination unit 30 is emitted from the light receiving window 51b. Further, the “transparent member” here may be a bandpass filter. In short, any member such as a laser or an LED may be used as long as it does not block the wavelength of the measurement light. Further, the light projecting window 51a is an example of a “light projecting window section”, and the light receiving window 51b is an example of a “light receiving window section”. The light projecting window 51a and the light receiving window 51b may be separated or may be integrated. For example, the member functioning as the light projecting window 51a and the member functioning as the light receiving window 51b may be two independent members. In addition, a part of one light-transmitting member may function as the light projecting window 51a, and another part of the member may function as the light receiving window 51b.

図3ないし図5が示すように、ハウジング50は、測定光を測定対象物Wに照射するための投光モジュール10と、角度検知センサ22と、測定対象物に一様な照明光を照射するための照明部30と、測定対象物Wから反射した測定光を受光する測定用受光部40とを収容している。図2ないし図5はセンサヘッド2の上下方向を規定しているが、これは説明の便宜を図るためである。上方向は、運用時のセンサヘッド2の姿勢を限定するものではない。測定対象物Wを測定可能である限り、どのような向き及び姿勢でセンサヘッド2が使用されてもよい。   As shown in FIGS. 3 to 5, the housing 50 irradiates the measuring object W with the projecting module 10, the angle detection sensor 22, and the measuring object with uniform illumination light. The illuminating unit 30 and the measuring light receiving unit 40 that receives the measuring light reflected from the measuring object W are housed. 2 to 5 define the vertical direction of the sensor head 2, this is for convenience of description. The upward direction does not limit the posture of the sensor head 2 during operation. The sensor head 2 may be used in any orientation and orientation as long as the measurement target W can be measured.

(ハウジング50の構成)
図2ないし図4が示すように、ハウジング50は全体として細長い形状を有している。投光モジュール10は、ハウジング50の内部において長手方向の一方側に偏位した状態で該ハウジング50に固定されている。ハウジング50の長手方向の一方側とは図4における右側である。照明部30及び測定用受光部40は、ハウジング50の内部において長手方向の他方側に偏位した状態で該ハウジング50に固定されている。ハウジング50の長手方向の他方側とは図4における左側である。
(Structure of housing 50)
As shown in FIGS. 2 to 4, the housing 50 has an elongated shape as a whole. The light projecting module 10 is fixed to the housing 50 in a state of being displaced to one side in the longitudinal direction inside the housing 50. The one side in the longitudinal direction of the housing 50 is the right side in FIG. The illumination unit 30 and the measurement light receiving unit 40 are fixed to the housing 50 in a state of being deviated to the other side in the longitudinal direction inside the housing 50. The other side in the longitudinal direction of the housing 50 is the left side in FIG.

(投光モジュール10の構成)
図3ないし図5が示すように、投光モジュール10は、投光部10aと、走査部としてのMEMSミラー15と、これらが取り付けられるモジュール化部材10bとを有している。投光部10aは、測定光源としてのレーザー12と、該レーザー12からの光が入射するコリメートレンズ13及びシリンドリカルレンズ14とを有している。投光部10aは、図3等が示す第1方向に延びる帯状の測定光(平面状の光ビーム)を生成して測定対象物Wに照射する。なお、帯状の測定光が平面に入射すると、平面上に形成される測定光のビームスポットは線のよう見える。このため、帯状の測定光は、ライン光と呼ばれることもある。測定光源はレーザー12以外の光源であってもよい。
(Structure of the light projecting module 10)
As shown in FIGS. 3 to 5, the light projecting module 10 has a light projecting section 10a, a MEMS mirror 15 as a scanning section, and a modularization member 10b to which these are mounted. The light projecting unit 10a includes a laser 12 as a measurement light source, and a collimator lens 13 and a cylindrical lens 14 on which light from the laser 12 is incident. The light projecting unit 10a generates a strip-shaped measuring light (planar light beam) extending in the first direction shown in FIG. When the strip-shaped measuring light is incident on the plane, the beam spot of the measuring light formed on the plane looks like a line. Therefore, the strip-shaped measurement light is sometimes called line light. The measurement light source may be a light source other than the laser 12.

レーザー12、コリメートレンズ13及びシリンドリカルレンズ14は、モジュール化部材10bに固定されており、相互の相対的な位置関係が維持されている。コリメートレンズ13がシリンドリカルレンズ14よりもレーザー12に近い側に配置されている。コリメートレンズ13は、レーザー12から出射された測定光の光線を平行化するためのレンズである。シリンドリカルレンズ14は、第1方向に長軸を有するように配置されており、コリメートレンズ13から出射された測定光が入射し、第1方向に長い帯状の測定光を生成するためのレンズである。従って、レーザー12から出力された測定光はコリメートレンズ13を通過することによって平行化されてからシリンドリカルレンズ14に入射して第1方向に長い帯状の測定光になる。また、コリメートレンズ13及びシリンドリカルレンズ14との間には絞り部材16が配設されている。コリメートレンズ13、シリンドリカルレンズ14および絞り部材16は、投光レンズの一例である。投光レンズの構成はこれに限られるものではない。   The laser 12, the collimator lens 13, and the cylindrical lens 14 are fixed to the modularization member 10b, and their relative positional relationship is maintained. The collimator lens 13 is arranged closer to the laser 12 than the cylindrical lens 14. The collimator lens 13 is a lens for collimating the light beam of the measurement light emitted from the laser 12. The cylindrical lens 14 is arranged so as to have a major axis in the first direction, and is a lens for receiving the measurement light emitted from the collimator lens 13 and generating long strip-shaped measurement light in the first direction. .. Therefore, the measurement light output from the laser 12 is collimated by passing through the collimator lens 13, and then is incident on the cylindrical lens 14 to become a strip-shaped measurement light long in the first direction. A diaphragm member 16 is disposed between the collimator lens 13 and the cylindrical lens 14. The collimator lens 13, the cylindrical lens 14, and the diaphragm member 16 are examples of a light projecting lens. The configuration of the light projecting lens is not limited to this.

(MEMSミラー15の構成)
MEMSミラー15は、投光部10aのシリンドリカルレンズ14から出射された測定光を、第1方向と交差する第2方向(図3等)に走査することが可能に構成された部材である。この実施形態では、第2方向が第1方向に対して直交しているが、これに限られるものではなく、第1方向と第2方向との交差角度は任意に設定することができる。また、図1において第1方向を搬送用ベルトコンベアBの幅方向とし、第2方向を搬送用ベルトコンベアBによる搬送方向とすることもできるし、その逆にすることもできる。
(Structure of MEMS mirror 15)
The MEMS mirror 15 is a member configured to scan the measurement light emitted from the cylindrical lens 14 of the light projecting unit 10a in a second direction (eg, FIG. 3) intersecting the first direction. In this embodiment, the second direction is orthogonal to the first direction, but the present invention is not limited to this, and the intersection angle between the first direction and the second direction can be set arbitrarily. In FIG. 1, the first direction may be the width direction of the conveyor belt conveyor B and the second direction may be the conveyor direction of the conveyor belt conveyor B, or vice versa.

MEMSミラー15は、測定光を第2方向に走査可能な走査ミラー15cと、この走査ミラー15cを動かす駆動部15bとを有している。駆動部15bは、ミラー15cに設けられた永久磁石と作用する電磁石(コイル)などである。ミラー15cに電磁石が設けられてもよい。走査ミラー15cがシリンドリカルレンズ14の光出射面と対向するように、MEMSミラー15がモジュール化部材10bに固定されている。MEMSとは、Micro Electro Mechanical Systemsのことであり、いわゆる微小電気機械システムのことである。この微小電気機械システムを用いることで、小型化を図りながら、走査ミラー15cの角度、即ち測定光の反射角度(測定光の照射角度)を高速でかつ小ピッチで変更することができるように構成されている。なお、MEMSミラー15は、別の言い方をすれば、1軸で回転可能な1枚のミラーである。また、2軸からなるMEMSミラーも考えられる。この場合、シリンドリカルレンズ14が省略可能となる。すなわち、2軸のうちの一方の軸がレーザー走査を行うとともに、他方の軸がレーザーを広げ(シリンドリカルレンズ14と同等の機能をもたせ)てもよい。   The MEMS mirror 15 has a scanning mirror 15c capable of scanning the measurement light in the second direction, and a drive unit 15b for moving the scanning mirror 15c. The drive unit 15b is an electromagnet (coil) that acts on the permanent magnet provided on the mirror 15c. An electromagnet may be provided on the mirror 15c. The MEMS mirror 15 is fixed to the modularization member 10b so that the scanning mirror 15c faces the light emission surface of the cylindrical lens 14. MEMS refers to Micro Electro Mechanical Systems, which are so-called micro electro mechanical systems. By using this micro electro mechanical system, it is possible to change the angle of the scanning mirror 15c, that is, the reflection angle of the measurement light (irradiation angle of the measurement light) at high speed and at a small pitch while achieving downsizing. Has been done. In addition, the MEMS mirror 15 is, in other words, a single mirror that can rotate about one axis. In addition, a biaxial MEMS mirror is also conceivable. In this case, the cylindrical lens 14 can be omitted. That is, one of the two axes may perform laser scanning, and the other axis may spread the laser (have the same function as the cylindrical lens 14).

モジュール化部材10bは、MEMSミラー15で反射された測定光を外部に照射させることができるように透光部を有している。このモジュール化部材10bの透光部がハウジング50の投光窓51aに向くように、モジュール化部材10bがハウジング50に固定されている。従って、MEMSミラー15で反射された測定光は、モジュール化部材10bの透光部及びハウジング50の投光窓51aを通って測定対象物Wに照射されることになる。   The modularization member 10b has a light transmitting portion so that the measurement light reflected by the MEMS mirror 15 can be emitted to the outside. The modularization member 10b is fixed to the housing 50 so that the light transmitting portion of the modularization member 10b faces the light projecting window 51a of the housing 50. Therefore, the measurement light reflected by the MEMS mirror 15 passes through the light transmitting portion of the modularization member 10b and the light projecting window 51a of the housing 50 and is applied to the measurement object W.

走査部は、MEMSミラー15以外にも、ガルバノミラー、ステッピングモーターで回動するミラー等で構成することができ、測定光を走査可能なデバイスであればよい。   The scanning unit can be configured by a galvanometer mirror, a mirror that rotates by a stepping motor, or the like in addition to the MEMS mirror 15, and may be any device that can scan the measurement light.

(測定用受光部40の構成)
図3が示すように、測定用受光部40は、測定対象物Wから反射した測定光を受光し、変位測定用の受光量分布を出力するとともに、測定対象物Wから反射した照明光(照明部30から照射された光)を受光し、画像生成用の受光量分布を出力する2次元配列の受光素子からなるイメージセンサで構成することができる。この実施形態では、集光光学系41を有しており、測定光及び照明光は集光光学系41を通して測定用受光部40の受光素子に達することになる。測定用受光部40の受光素子は特に限定されるものではないが、集光光学系41を通して得られた光の強度を電気信号に変換するCCD(charge-coupled device)イメージセンサやCMOSイメージセンサ(complementary metal oxide semiconductor)等である。集光光学系41は、外部から入射する光を集光するための光学系であり、典型的には一以上の光学レンズを有している。集光光学系41の光軸と、投光部10aの光軸とは交差する関係となっている。
(Structure of the measurement light receiving section 40)
As shown in FIG. 3, the measurement light receiving section 40 receives the measurement light reflected from the measurement object W, outputs the received light amount distribution for displacement measurement, and also emits the illumination light reflected from the measurement object W (illumination). The image sensor can be configured by a two-dimensional array of light receiving elements that receives (light emitted from the unit 30) and outputs a received light amount distribution for image generation. In this embodiment, the condensing optical system 41 is provided, and the measurement light and the illumination light reach the light receiving element of the measurement light receiving section 40 through the condensing optical system 41. The light receiving element of the measurement light receiving section 40 is not particularly limited, but a CCD (charge-coupled device) image sensor or a CMOS image sensor (for converting the intensity of light obtained through the condensing optical system 41 into an electric signal) complementary metal oxide semiconductor) and the like. The condensing optical system 41 is an optical system for condensing light incident from the outside, and typically has one or more optical lenses. The optical axis of the condensing optical system 41 and the optical axis of the light projecting portion 10a intersect each other.

(照明部30の構成)
図5などが示すように、照明部30は、第1方向または第2方向に互いに離れて配設された複数の発光ダイオードを有しており、測定対象物Wに対して異なる方向から光を照射可能に構成されている。照明部30は、測定対象物Wの輝度画像を取得する際に点灯し、帯状の測定光が出力される際には消灯する。照明部30は、第1発光ダイオード31、第2発光ダイオード32、第3発光ダイオード33及び第4発光ダイオード34と、これら発光ダイオード31〜34が取り付けられる板状の取付部材30aとを有している。取付部材30aは、ハウジング50の端壁部51に沿うようにかつ受光窓51bに臨むように配設されている。取付部材30aの中央部には、該取付部材30aを上下方向に貫通する貫通孔30bが形成されている。この貫通孔30bと一致するように、集光光学系41の入射側が配置されており、測定対象物Wで反射した測定光及び照明光は取付部材30aの貫通孔30bを通って集光光学系41に入射するようになっている。
(Configuration of illumination unit 30)
As shown in FIG. 5 and the like, the illuminating section 30 has a plurality of light emitting diodes arranged in the first direction or the second direction so as to be separated from each other, and emits light from different directions with respect to the measuring object W. Irradiation is possible. The illumination unit 30 is turned on when acquiring the luminance image of the measurement object W, and is turned off when the strip-shaped measurement light is output. The illumination unit 30 has a first light emitting diode 31, a second light emitting diode 32, a third light emitting diode 33, and a fourth light emitting diode 34, and a plate-shaped mounting member 30a to which these light emitting diodes 31 to 34 are mounted. There is. The mounting member 30a is arranged along the end wall portion 51 of the housing 50 so as to face the light receiving window 51b. A through hole 30b is formed in the central portion of the mounting member 30a so as to vertically penetrate the mounting member 30a. The incident side of the condensing optical system 41 is arranged so as to coincide with the through hole 30b, and the measurement light and the illumination light reflected by the measuring object W pass through the through hole 30b of the mounting member 30a and the condensing optical system. It is designed to enter 41.

第1〜第4発光ダイオード31〜34は、取付部材30aの貫通孔30bを囲むように配置され、下方に光を照射する姿勢となっている。したがって、第1〜第4発光ダイオード31〜34の光照射方向と、測定光の光軸とは交差する関係になる。   The 1st-4th light emitting diodes 31-34 are arrange | positioned so that the through-hole 30b of the attachment member 30a may be surrounded, and it has the attitude | position which irradiates light below. Therefore, the light irradiation directions of the first to fourth light emitting diodes 31 to 34 and the optical axis of the measurement light intersect each other.

第1発光ダイオード31と第2発光ダイオード32とは互いに第1方向に離れており、第1発光ダイオード31と第3発光ダイオード33とは互いに第2方向に離れている。また、第2発光ダイオード32と第4発光ダイオード34とは互いに第2方向に離れており、第3発光ダイオード33と第4発光ダイオード34とは互いに第1方向に離れている。これにより、集光光学系41の光軸の周囲の4方向から測定対象物Wに対して照明光を照射することが可能になる。   The first light emitting diode 31 and the second light emitting diode 32 are separated from each other in the first direction, and the first light emitting diode 31 and the third light emitting diode 33 are separated from each other in the second direction. The second light emitting diode 32 and the fourth light emitting diode 34 are separated from each other in the second direction, and the third light emitting diode 33 and the fourth light emitting diode 34 are separated from each other in the first direction. This makes it possible to irradiate the measuring object W with illumination light from four directions around the optical axis of the condensing optical system 41.

この実施形態では、照明部30がセンサヘッド2に設けられていて測定用受光部40と一体化されているが、これに限らず、照明部30をセンサヘッド2と別体としてもよい。また、発光ダイオードの数は4つに限られるものではなく、任意の数にすることができる。   In this embodiment, the illuminating unit 30 is provided on the sensor head 2 and is integrated with the measurement light receiving unit 40. However, the present invention is not limited to this, and the illuminating unit 30 may be separated from the sensor head 2. Further, the number of light emitting diodes is not limited to four, and can be any number.

(角度検知センサ22の構成)
図5が示すように、角度検知センサ22は、測定対象物Wの測定位置を含む領域に測定光が照射されたときのMEMSミラー15による測定光の走査角度を検出するためのセンサである。角度検知センサ22は、MEMSミラー15の走査ミラー15cにより走査される帯状の測定光の第1方向端部の光が受光可能な位置に設けられている。
(Configuration of angle detection sensor 22)
As shown in FIG. 5, the angle detection sensor 22 is a sensor for detecting the scanning angle of the measurement light by the MEMS mirror 15 when the measurement light is applied to a region including the measurement position of the measurement object W. The angle detection sensor 22 is provided at a position where the light at the end in the first direction of the strip-shaped measurement light scanned by the scanning mirror 15c of the MEMS mirror 15 can be received.

(センサヘッド2とアンプの電気的な構成)
図6が示すように、センサヘッド2はアンプ通信部20とトリガ検知部21とを備えている。アンプ通信部20は、子機アンプ3や親機アンプ4と通信する通信回路であり、センサヘッド2と子機アンプ3や親機アンプ4との間で信号の送受を行っている。トリガ検知部21は、子機アンプ3や親機アンプ4から出力されるトリガ信号を検知する。トリガ検知部21は、トリガ信号を検知するとセンサヘッド2の各部に変位の測定を行うために必要となる各種の信号を出力する。なお、本実施形態では、センサヘッド2の構成として、子機アンプ3や親機アンプ4から出力されたトリガ信号を検知する構成が採用されている。例えば後述するラインモードにおいて、センサヘッド2が自動的にトリガ信号を生成してもよい。この場合、センサヘッド2がトリガ信号を生成するトリガ信号生成部を有していてもよい。
(Electrical configuration of sensor head 2 and amplifier)
As shown in FIG. 6, the sensor head 2 includes an amplifier communication unit 20 and a trigger detection unit 21. The amplifier communication unit 20 is a communication circuit that communicates with the slave unit amplifier 3 and the master unit amplifier 4, and sends and receives signals between the sensor head 2 and the slave unit amplifier 3 and the master unit amplifier 4. The trigger detection unit 21 detects a trigger signal output from the slave unit amplifier 3 or the master unit amplifier 4. When the trigger detection unit 21 detects the trigger signal, the trigger detection unit 21 outputs various signals necessary for measuring the displacement to each unit of the sensor head 2. In this embodiment, as the configuration of the sensor head 2, a configuration for detecting the trigger signal output from the slave unit amplifier 3 or the master unit amplifier 4 is adopted. For example, in the line mode described later, the sensor head 2 may automatically generate the trigger signal. In this case, the sensor head 2 may have a trigger signal generator that generates a trigger signal.

レーザー制御部12aは、レーザー12からのレーザー光の出力/停止制御と出力光量制御を実行する。ミラー制御部15aは、MEMSミラー15の動作、即ち走査ミラー15cの角度調整、変更を実行する。撮像制御部40aは、測定用受光部40による受光制御(例えば、露光時間や受光ゲインなどの制御)を実行する。照明制御部35は、第1〜第4発光ダイオード31〜34の点灯/消灯制御や明るさ調整を実行する。   The laser control unit 12a executes output / stop control of laser light from the laser 12 and output light amount control. The mirror control unit 15a executes the operation of the MEMS mirror 15, that is, the angle adjustment and change of the scanning mirror 15c. The imaging controller 40a executes light reception control (for example, control of exposure time, light reception gain, etc.) by the measurement light receiver 40. The illumination control unit 35 executes lighting / extinguishing control and brightness adjustment of the first to fourth light emitting diodes 31 to 34.

角度検知センサ22は、第2方向に並んだ複数の画素を有する1次元の受光素子22aと、演算処理を行う角度検出部22bとを有している。図6では角度検出部22bが角度検知センサ22に設けられているが、ヘッドを制御するFPGAに設けられてもよい。測定光の第1方向端部の光を受光素子22aに入射させると、第2方向に並んだ複数の画素のうち、いずれかの画素及びその画素近傍の画素に該光が当たることになり、画素間で受光量に明確な差が生じることになる。第2方向に並んだ複数の画素のうち、受光量が最も高くなる画素と、測定光の走査ミラー15cからの出射角度とを予め得ておけば、角度検出部22bが受光素子22aから出力された受光量分布に基づいて測定光の走査ミラー15cからの出射角度を検出することができる。測定光の走査ミラー15cからの測定光の出射角度は走査ミラー15cの照射角度と呼ばれてもよい。よって、角度検出部22bは走査ミラー15cの照射角度を検出することもできる。受光素子22aは、1次元のCMOSイメージセンサであってもよいし、1次元の光位置センサ(PSD:Position Sensitive Detector)であってもよい。   The angle detection sensor 22 has a one-dimensional light receiving element 22a having a plurality of pixels arranged in the second direction, and an angle detection unit 22b that performs arithmetic processing. Although the angle detection unit 22b is provided in the angle detection sensor 22 in FIG. 6, it may be provided in the FPGA that controls the head. When the light at the end portion in the first direction of the measurement light is incident on the light receiving element 22a, any one of the plurality of pixels arranged in the second direction and the pixel in the vicinity of the pixel are exposed to the light. There will be a clear difference in the amount of light received between pixels. If the pixel having the highest amount of received light and the emission angle of the measurement light from the scanning mirror 15c are obtained in advance from the plurality of pixels arranged in the second direction, the angle detector 22b outputs the light from the light receiving element 22a. The emission angle of the measurement light from the scanning mirror 15c can be detected based on the received light amount distribution. The emission angle of the measurement light from the scanning mirror 15c may be referred to as the irradiation angle of the scanning mirror 15c. Therefore, the angle detector 22b can also detect the irradiation angle of the scanning mirror 15c. The light receiving element 22a may be a one-dimensional CMOS image sensor or a one-dimensional optical position sensor (PSD: Position Sensitive Detector).

また、角度検知センサ22の構成は上述した構成に限られるものではなく、測定光の光源とは別に角度検出用の参照光を照射する光源を設け、参照光を走査ミラー15cに向けて当て、走査ミラー15cからの反射光を光位置センサ等に入射させ、その出力に基づいて角度情報を得る構成であってもよい。また、MEMSミラー15の内部に角度検知センサを内蔵していてもよい。この場合、例えば逆起電力方式のセンサやピエゾ信号方式のセンサ等がある。本実施形態は、走査部としてMEMSミラー15を採用している。走査部としてガルバノミラーが採用された場合、角度検知センサ22としては、ガルバノミラーからの(リアルタイム)角度フィードバックを検出するセンサが利用可能である。   Further, the configuration of the angle detection sensor 22 is not limited to the above-described configuration, a light source for irradiating the reference light for angle detection is provided separately from the light source for the measurement light, and the reference light is directed toward the scanning mirror 15c, The configuration may be such that reflected light from the scanning mirror 15c is incident on an optical position sensor or the like and angle information is obtained based on the output thereof. Further, an angle detection sensor may be built in the MEMS mirror 15. In this case, there are, for example, a counter electromotive force type sensor and a piezo signal type sensor. In this embodiment, the MEMS mirror 15 is adopted as the scanning unit. When a galvanometer mirror is used as the scanning unit, a sensor that detects (real-time) angle feedback from the galvanometer mirror can be used as the angle detection sensor 22.

(設定情報記憶部23の構成)
図6に示すように、センサヘッド2は、各種メモリ等で構成された設定情報記憶部23を有している。設定情報記憶部23には、子機アンプ3や親機アンプ4から送信された様々な設定情報を記憶することができるようになっている。設定情報記憶部23に記憶される具体的な内容については後述する。設定情報記憶部23は、子機アンプ3や親機アンプ4に搭載されていてもよいし、センサヘッド2と子機アンプ3の両方に搭載されていてもよい。
(Configuration of setting information storage unit 23)
As shown in FIG. 6, the sensor head 2 has a setting information storage unit 23 including various memories. The setting information storage unit 23 can store various setting information transmitted from the slave unit amplifier 3 and the master unit amplifier 4. The specific content stored in the setting information storage unit 23 will be described later. The setting information storage unit 23 may be mounted on the slave unit amplifier 3 or the master unit amplifier 4, or may be mounted on both the sensor head 2 and the slave unit amplifier 3.

(ラインモードとスキャンモード)
図7(A)は測定対象物Wの一例を示している。図7(B)はラインモードを説明する図である。ラインモードでは測定対象物Wが矢印の方向へ一定の搬送速度で搬送される。センサヘッド2は帯状の測定光60を所定のサンプリング間隔で照射し、反射光を受光することで、複数の線状のビームスポット61における高さ情報を取得する。各ビームスポット61における高さ情報の集合体はプロファイルと呼ばれてもよい。つまり、プロファイルは、帯状の測定光60が測定対象物Wを切断するように照射されることで生じる線状のビームスポット61の形成位置の高さ情報の集合体である。第2方向においてそれぞれ異なる位置で取得された複数のプロファイルは、測定対象物Wの三次元形状を示す情報となる。
(Line mode and scan mode)
FIG. 7A shows an example of the measuring object W. FIG. 7B is a diagram illustrating the line mode. In the line mode, the measuring object W is conveyed at a constant conveying speed in the arrow direction. The sensor head 2 irradiates the strip-shaped measuring light 60 at a predetermined sampling interval and receives the reflected light to obtain height information on the plurality of linear beam spots 61. A collection of height information at each beam spot 61 may be called a profile. That is, the profile is an aggregate of height information of the formation positions of the linear beam spots 61 that are generated by irradiating the measuring object 60 with the strip-shaped measuring light 60 so as to cut the measuring object W. The plurality of profiles acquired at different positions in the second direction serve as information indicating the three-dimensional shape of the measuring object W.

図8(A)および図8(B)はスキャンモードを説明する図である。スキャンモードでは測定対象物Wは静止している。センサヘッド2は測定光の照射角度を変更することで、第2方向において線状のビームスポット61が形成される位置を変更する。これにより、測定対象物Wにおける複数のプロファイルが取得される。   8A and 8B are diagrams for explaining the scan mode. In the scan mode, the measuring object W is stationary. The sensor head 2 changes the irradiation angle of the measurement light to change the position where the linear beam spot 61 is formed in the second direction. Thereby, a plurality of profiles of the measuring object W are acquired.

(測定原理の説明)
ここでセンサヘッド2により得られた各情報に基づいて測定対象物Wの所定位置の変位を測定する原理について説明する。図9Aおよび図9Bが示すように、基本的には三角測距の原理が用いられる。図9Aは本実施形態で採用している方式を示し、図9Bは変形例となる方式を示しているが、いずれが採用されても構わない。ラインモードでは、MEMSミラー15の角度が略固定される(後述するように微小変位させてもよい)。スキャンモードでは、MEMSミラー15の角度が可変される。つまり、MEMSミラー15が投光部10aから照射された測定光を第2方向において走査することで、測定光が測定対象物Wに照射される。符号W1は、測定対象物Wの相対的に高い面を示し、符号W2は、測定対象物Wの相対的に低い面を示している。以下、図9Aの測定原理と、図9Bの測定原理(変形例)について詳述する。
(Explanation of measurement principle)
Here, the principle of measuring the displacement of the measuring object W at a predetermined position based on each information obtained by the sensor head 2 will be described. As shown in FIGS. 9A and 9B, the principle of triangulation is basically used. FIG. 9A shows the method adopted in this embodiment, and FIG. 9B shows the modified method, but any method may be adopted. In the line mode, the angle of the MEMS mirror 15 is substantially fixed (may be slightly displaced as described later). In the scan mode, the angle of the MEMS mirror 15 is variable. That is, the MEMS mirror 15 scans the measurement light emitted from the light projecting unit 10a in the second direction, so that the measurement light is emitted to the measurement object W. Reference numeral W1 indicates a relatively high surface of the measuring object W, and reference numeral W2 indicates a relatively low surface of the measuring object W. Hereinafter, the measurement principle of FIG. 9A and the measurement principle (modification) of FIG. 9B will be described in detail.

図9Aでは、測定対象物Wの高さをZ、投光軸角度をθ2とする。投光軸角度θ2は、角度検知センサ22により検知可能である。三角測距の原理に従えば、測定用受光部40における第2方向(Y方向)の位置y(Y座標)と、投光軸角度θ2が求まれば、Zは一意に特定することができる。そこで、y、θ2、Zの各値を実験によって様々なパターンで計測し、(y,θ2,Z)を一組とするデータセットを、テーブルとして変位測定装置1に予め記憶させておくことができる。変位測定装置1の運用時には、検出されたyとθ2から、テーブルを参照してZを得ることができる。また、テーブルにない値は、補間処理によって得ることができる。さらに、変位測定装置1に予めテーブルを記憶させておかなくても、(y,θ2)からZを求めるための近似式を用意しておき、変位測定装置1の運用時には、その近似式を使ってZを算出するようにしてもよい。   In FIG. 9A, the height of the measuring object W is Z, and the projection axis angle is θ2. The projection axis angle θ2 can be detected by the angle detection sensor 22. According to the principle of triangulation, Z can be uniquely specified if the position y (Y coordinate) in the second direction (Y direction) in the measurement light receiving unit 40 and the projection axis angle θ2 are obtained. .. Therefore, it is possible to measure each value of y, θ2, and Z in various patterns through experiments, and store a data set including (y, θ2, Z) as a table in the displacement measuring device 1 in advance. it can. When the displacement measuring device 1 is operated, Z can be obtained from the detected y and θ2 by referring to the table. Also, values not in the table can be obtained by interpolation processing. Further, even if a table is not stored in advance in the displacement measuring device 1, an approximate expression for obtaining Z from (y, θ2) is prepared, and the approximate expression is used when the displacement measuring device 1 is in operation. Alternatively, Z may be calculated.

ここで、図9Aでは、第2方向(Y方向)における測定位置(Y座標)と投光軸角度θ2とに基づいて高さZを求めるようにしているが、本発明はこれに留まらず、第1方向(図9Aでは紙面奥行方向)及び第2方向における測定位置(X座標及びY座標)と投光軸角度θ2とに基づいて高さZを求めるようにしてもよい。これは、本来、第1方向に真っ直ぐ延びた測定光(レーザー)と、測定用受光部40の受光素子22aの並び方向(図9Aでは紙面奥行方向)とは、完全に平行であることが望ましいところ、製造時の組み付けズレによって、これらが非平行となる場合がある。また、光学バラつきによって、レーザー自体が第1方向に沿って湾曲した形状になる場合もある。このような場合に、第2方向のY座標だけで測定位置を決めると、正しい変位測定が困難になる。そこで、第1方向(X方向)における測定位置(X座標)も加味した上で、高さZを求めてもよい。つまり、x、y、θ2、Zの各値を実験によって様々なパターンで計測し、(x,y,θ2,Z)を一組とするデータセットを、テーブルとして変位測定装置1に予め記憶させておく。そして、運用時には、(x,y,θ2)という3つのパラメータに基づいて、高さZを求めるようにしてもよい。これにより、より高精度な変位測定が可能になる。なお、上述したように、テーブルを記憶する方式に留まらず、運用時に近似式を使ってZを算出するようにしても構わない。   Here, in FIG. 9A, the height Z is determined based on the measurement position (Y coordinate) in the second direction (Y direction) and the projection axis angle θ2, but the present invention is not limited to this. The height Z may be determined based on the measurement position (X coordinate and Y coordinate) in the first direction (the depth direction of the paper in FIG. 9A) and the second direction and the projection axis angle θ2. Originally, it is desirable that the measurement light (laser) that extends straight in the first direction and the direction in which the light receiving elements 22a of the measurement light receiving section 40 are arranged (the depth direction in the plane of FIG. 9A) are completely parallel. However, these may become non-parallel due to assembly misalignment during manufacturing. Further, the laser itself may have a curved shape along the first direction due to optical variations. In such a case, if the measurement position is determined only by the Y coordinate in the second direction, correct displacement measurement becomes difficult. Therefore, the height Z may be calculated after taking the measurement position (X coordinate) in the first direction (X direction) into consideration. That is, each value of x, y, θ2, and Z is measured in various patterns by an experiment, and a data set including (x, y, θ2, Z) is stored in the displacement measuring device 1 as a table in advance. Keep it. Then, at the time of operation, the height Z may be obtained based on the three parameters (x, y, θ2). This allows more accurate displacement measurement. Note that, as described above, Z may be calculated not only by the method of storing the table but also by using an approximate expression during operation.

次に図9Bを参照して変形例について説明する。図9Bでは、測定対象物Wの高さをZ、投受光間距離をA(図9B中の矢印参照)、受光軸角度をθ1、投光軸角度をθ2とする。受光軸角度θ1は測定用受光部40における測定光の受光位置により検出可能であり、また、投光軸角度θ2は角度検知センサ22により検出可能である。Aは既知であり、変位測定装置1に記憶させておく。Zは、特定周知の計算式により、A、θ1及びθ2を用いて算出することが可能である。特定の計算式について一例を挙げる。まず、図9Bの右方向を+X方向、図9Bの上方向を+Y方向とする、2次元座標平面を考え、その座標平面の原点を、MEMSミラー15の回転軸の位置とする。すると、図9において角度θ2で示す投光軸の直線は、y=tanθ2(直線の傾き)×xという1次方程式で表される。また、図9Bにおいて角度θ1で示す受光軸の直線は、y=tanθ1(直線の傾き)×x+Atanθ1(切片)という1次方程式で表される。Zは、これら両直線の交点のy座標に相当するから、連立1次方程式を解いてy座標を求めると、−{Atanθ1tanθ2/(tanθ2−tanθ1)}で表される。すなわち、MEMSミラー15の回転軸の位置から符号W2までの距離は、このy座標の絶対値である。そして、MEMSミラー15の回転軸の位置からハウジング50までの距離は既知であるので、その分を差し引くと、Zを求めることができる。なお、このような計算式で算出してもよいし、Z、θ1、θ2の各値を実験によって様々なパターンで計測し、テーブルとして変位測定装置1に記憶させておき、変位測定装置1の運用時には、検出されたθ1、θ2からテーブルを参照してZを得ることもできる。テーブルに無い値は補間処理によって得ることができる。テーブルを用いることなく、都度、計算するようにしてもよい。なお、図9Bに示す受光軸角度をθ1は、受光量分布の第2方向におけるピーク位置と一対一の対応関係にある。   Next, a modified example will be described with reference to FIG. 9B. In FIG. 9B, the height of the measuring object W is Z, the distance between light emitting and receiving is A (see the arrow in FIG. 9B), the light receiving axis angle is θ1, and the light emitting axis angle is θ2. The light receiving axis angle θ1 can be detected by the light receiving position of the measurement light in the measurement light receiving section 40, and the light projecting axis angle θ2 can be detected by the angle detection sensor 22. A is known and is stored in the displacement measuring device 1. Z can be calculated using A, θ1 and θ2 by a specific well-known calculation formula. An example will be given of a specific calculation formula. First, consider a two-dimensional coordinate plane in which the right direction in FIG. 9B is the + X direction and the upward direction in FIG. 9B is the + Y direction, and the origin of the coordinate plane is the position of the rotation axis of the MEMS mirror 15. Then, the straight line of the projection axis indicated by the angle θ2 in FIG. 9 is represented by a linear equation of y = tan θ2 (inclination of straight line) × x. Further, the straight line of the light receiving axis indicated by the angle θ1 in FIG. 9B is represented by a linear equation of y = tan θ1 (slope of straight line) × x + Atan θ1 (intercept). Since Z corresponds to the y-coordinates of the intersections of these two straight lines, if the simultaneous linear equations are solved to obtain the y-coordinates, they are represented by-{Atan θ1tan θ2 / (tan θ2-tan θ1)}. That is, the distance from the position of the rotation axis of the MEMS mirror 15 to the symbol W2 is the absolute value of this y coordinate. Since the distance from the position of the rotation axis of the MEMS mirror 15 to the housing 50 is known, Z can be obtained by subtracting that distance. It should be noted that such a calculation formula may be used, or each value of Z, θ1, and θ2 may be measured in various patterns by experiments and stored in the displacement measuring device 1 as a table. During operation, Z can be obtained from the detected θ1 and θ2 by referring to the table. Values not in the table can be obtained by interpolation processing. The calculation may be performed each time without using the table. The light receiving axis angle θ1 shown in FIG. 9B has a one-to-one correspondence with the peak position in the second direction of the received light amount distribution.

(アンプの構成)
図10は子機アンプ3の構成(或いは、親機アンプ4の構成)について示している。以下の説明では、子機アンプ3が各機能を実行するものとして説明するが、これら機能の全てを子機アンプ3が備えていてもよいし、一部または全部を親機アンプ4が備えていてもよい。また、子機アンプ3の機能の一部または全部をセンサヘッド2が備えていてもよい。さらに、子機アンプ3の機能の一部または全部をモニタ装置5Aまたはパーソナルコンピュータ5Bが備えていてもよい。
(Amplifier configuration)
FIG. 10 shows the configuration of the slave unit amplifier 3 (or the configuration of the master unit amplifier 4). In the following description, it is assumed that the slave unit amplifier 3 executes each function, but the slave unit amplifier 3 may include all of these functions, or the master unit amplifier 4 may include some or all of these functions. May be. Further, the sensor head 2 may include some or all of the functions of the slave unit amplifier 3. Further, the monitor device 5A or the personal computer 5B may include some or all of the functions of the slave unit amplifier 3.

子機アンプ3は、センサヘッド通信部300と、トリガ制御部301と、記憶部320とを備えている。センサヘッド通信部300は、センサヘッド2と通信する部分であり、子機アンプ3とセンサヘッド2との間で信号の送受を行っている。トリガ制御部301は、トリガ信号をセンサヘッド2へ送出する部分である。外部機器6から接続線6aを介して測定の開始タイミングを規定する測定開始トリガ信号が入力されると、トリガ制御部301がトリガ信号を生成して送出するように構成されている。トリガ信号は周期的なトリガ信号であってもよい。   The slave unit amplifier 3 includes a sensor head communication unit 300, a trigger control unit 301, and a storage unit 320. The sensor head communication unit 300 is a part that communicates with the sensor head 2, and sends and receives a signal between the slave unit amplifier 3 and the sensor head 2. The trigger controller 301 is a part that sends a trigger signal to the sensor head 2. When a measurement start trigger signal that defines the measurement start timing is input from the external device 6 via the connection line 6a, the trigger control unit 301 is configured to generate and send a trigger signal. The trigger signal may be a periodic trigger signal.

(輝度画像生成部302の構成)
輝度画像生成部302は、測定対象物Wから反射した照明光をセンサヘッド2の測定用受光部40が受光したときに測定用受光部40から出力される画像生成用の受光量を得て、その画像生成用の受光量分布に基づいて測定対象物の輝度画像を生成するように構成されている。生成される輝度画像は、測定用受光部40から出力される輝度値が低いほど黒く、輝度値が高いほど白くなる画像であり、白黒画像であってもよいし、カラー画像であってもよい。なお、輝度画像の生成方法については、如何なる方法が採用されても構わない。例えば、輝度測定用の受光量分布がそのまま輝度画像として採用されてもよいし、或いは、センサヘッド2における前処理として、FPN(Fixed Pattern Noise)補正やHDR(High-dynamic- range)補正などの各種処理を行ってもよいし、子機アンプ3における前処理として、ハレーション除去を実行するための合成処理を行ってもよい。
(Structure of Luminance Image Generation Unit 302)
The luminance image generation unit 302 obtains the amount of received light for image generation output from the measurement light receiving unit 40 when the measurement light receiving unit 40 of the sensor head 2 receives the illumination light reflected from the measurement target W, It is configured to generate a brightness image of the measurement object based on the received light amount distribution for image generation. The generated brightness image is an image that becomes darker as the brightness value output from the measurement light-receiving unit 40 becomes lower and becomes whiter as the brightness value becomes higher, and may be a monochrome image or a color image. . Note that any method may be adopted as the method of generating the luminance image. For example, the received light amount distribution for luminance measurement may be directly used as a luminance image, or as preprocessing in the sensor head 2, FPN (Fixed Pattern Noise) correction, HDR (High-dynamic-range) correction, or the like may be performed. Various kinds of processing may be performed, or as preprocessing in the slave unit amplifier 3, a synthesis processing for executing halation removal may be performed.

輝度画像生成部302で生成された輝度画像は、ユーザーインターフェースに組み込まれた状態で表示部8に表示される。ユーザーインターフェースは、UI生成部303によって生成される。   The luminance image generated by the luminance image generation unit 302 is displayed on the display unit 8 while being incorporated in the user interface. The user interface is generated by the UI generation unit 303.

表示部8は、輝度画像上のX座標が第1方向の座標となり、輝度画像上のY座標が第2方向の座標となるように、該輝度画像を表示するように構成されている。表示部8に表示された状態にある輝度画像上のX方向は横方向であり、Y方向は縦方向である。   The display unit 8 is configured to display the luminance image such that the X coordinate on the luminance image becomes the coordinate in the first direction and the Y coordinate on the luminance image becomes the coordinate in the second direction. The X direction on the luminance image displayed on the display unit 8 is the horizontal direction, and the Y direction is the vertical direction.

(設定部304の構成)
設定部304は、表示部8に表示された輝度画像上で、変位の測定を行う測定位置の設定を受け付ける部分である。使用者が、測定対象物Wの中で変位の測定を行いたい部分があるとき、その部分を表示部8に表示された輝度画像上でタッチ操作すると、設定部304がタッチ操作された位置を例えばXY座標で特定し、特定された位置を測定位置として設定する。つまり、測定位置の入力操作が行われたことを検出して測定位置を特定する。これにより、使用者による測定位置の設定を受け付けることができる。
(Configuration of setting unit 304)
The setting unit 304 is a unit that receives the setting of the measurement position for measuring the displacement on the luminance image displayed on the display unit 8. When the user performs a touch operation on the luminance image displayed on the display unit 8 when there is a portion of the measurement object W where the displacement is to be measured, the setting unit 304 changes the touched position. For example, it is specified by the XY coordinates, and the specified position is set as the measurement position. That is, the measurement position is specified by detecting that the input operation of the measurement position is performed. Thereby, the setting of the measurement position by the user can be accepted.

(エッジ抽出部306の構成)
エッジ抽出部306は、輝度画像における測定対象物Wのエッジを抽出するように構成された部分である。エッジとは、広義には測定対象物Wの輪郭、外形線と定義できる。エッジ抽出処理自体は従来から周知の手法を用いることができ、例えば、輝度画像上の各画素の画素値を取得し、輝度画像上の画素値の変化がエッジ検出用のしきい値以上となる領域が存在する場合に、その境界部分がエッジであるとして抽出する。エッジ抽出の閾値は使用者が任意に調整することができる。
(Configuration of Edge Extraction Unit 306)
The edge extraction unit 306 is a portion configured to extract the edge of the measurement object W in the luminance image. The edge can be broadly defined as the contour and outline of the measuring object W. The edge extraction processing itself can use a conventionally known method. For example, the pixel value of each pixel on the luminance image is acquired, and the change in the pixel value on the luminance image becomes equal to or more than the threshold for edge detection. When a region exists, the boundary portion is extracted as an edge. The threshold value for edge extraction can be adjusted arbitrarily by the user.

具体的には、測定対象物Wの輪郭、外形線であると推定される部位がエッジとして抽出される。測定対象物Wのエッジは、エッジ表示線にて表示される。エッジ表示線は、例えば、太線、破線、赤色や黄色等の目立つ色の線等で構成することができるが、これらに限られるものではなく、点滅表示する形態等であってもよい。   Specifically, the contour of the object W to be measured, and the part estimated to be the outline are extracted as edges. The edge of the measuring object W is displayed by an edge display line. The edge display line can be configured by, for example, a thick line, a broken line, a line of a conspicuous color such as red or yellow, but the edge display line is not limited to these, and may be in the form of blinking display.

(補正情報記憶部320aの構成)
補正情報記憶部320aは、設定部304により設定された、測定対象物Wの位置を補正するための情報を記憶している。位置補正の基準となり得る情報としては、例えば、輝度画像生成部302で生成された輝度画像の一部、輝度画像の輝度情報、エッジ抽出部306で抽出されたエッジに関するエッジ情報等を挙げることができる。位置補正用情報を輝度画像の一部とする場合、その画像をテンプレート画像と呼ぶこともできる。
(Configuration of Correction Information Storage Unit 320a)
The correction information storage unit 320a stores information set by the setting unit 304 for correcting the position of the measuring object W. Examples of information that can be used as a reference for position correction include a part of the brightness image generated by the brightness image generation unit 302, brightness information of the brightness image, edge information regarding the edges extracted by the edge extraction unit 306, and the like. it can. When the position correction information is a part of the brightness image, the image can also be called a template image.

輝度画像の一部とは、輝度画像生成部302で生成された輝度画像のうち、測定対象物Wの一部を示す画像とすることができ、測定対象物Wの位置及び姿勢を特定できるような範囲や位置の画像が好ましい。また、輝度画像の輝度情報とは、各画素の輝度値とすることができ、この場合も測定対象物Wの位置及び姿勢を特定できるような範囲や位置の画素値が好ましい。さらに、エッジ抽出部306で抽出されたエッジに関するエッジ情報とは、エッジ線の形状、長さ、エッジ線の個数、複数のエッジ線の相対位置座標等とすることができ、この場合も測定対象物Wの位置及び姿勢を特定可能なエッジ情報が好ましい。   The part of the brightness image can be an image showing a part of the measurement object W in the brightness image generated by the brightness image generation unit 302, and the position and orientation of the measurement object W can be specified. Images in various ranges and positions are preferable. Further, the brightness information of the brightness image can be a brightness value of each pixel, and in this case as well, a pixel value in a range or position that can specify the position and orientation of the measurement object W is preferable. Furthermore, the edge information regarding the edges extracted by the edge extraction unit 306 can be the shape of the edge line, the length, the number of edge lines, the relative position coordinates of a plurality of edge lines, and the like, and in this case also, the measurement target. Edge information that can specify the position and orientation of the object W is preferable.

この位置補正用情報を記憶するタイミングは、エッジ抽出が完了した時点としてもよいし、後述するように、1つのプログラムの設定が完了した時点としてもよい。補正情報記憶部320aには、テンプレート画像とエッジ情報とを関連付けて記憶させてもよいし、テンプレート画像を記憶させずにエッジ情報を記憶させるようにしてもよい。   The timing for storing the position correction information may be the time when the edge extraction is completed, or the time when the setting of one program is completed, as described later. The correction information storage unit 320a may store the template image and the edge information in association with each other, or may store the edge information without storing the template image.

(位置補正部307の構成)
位置補正部307は、変位測定装置1がスキャンモード及びラインモードで運転している時に、輝度画像生成部302により新たに生成された輝度画像上で、補正情報記憶部320aに記憶された位置補正用情報を用いて測定対象物Wの位置及び姿勢を特定し、相対位置情報を用いて測定位置の補正を行うように構成されている。
(Structure of Position Corrector 307)
The position correction unit 307 corrects the position stored in the correction information storage unit 320a on the luminance image newly generated by the luminance image generation unit 302 while the displacement measuring device 1 is operating in the scan mode and the line mode. It is configured to specify the position and orientation of the measuring object W using the usage information and to correct the measurement position using the relative position information.

例えば、位置補正用情報としてテンプレート画像が記憶されている場合は、新たに生成された輝度画像にテンプレート画像が含まれているか否かを正規化相関によって検出し、テンプレート画像が含まれていることが検出された場合には、設定時におけるテンプレート画像の位置及び姿勢となるように、新たに生成された輝度画像を移動させるとともに、回転等させて、当該輝度画像の位置及び姿勢の補正を行う。このとき、テンプレート画像と測定位置との相対位置情報に基づいて新たに生成された輝度画像上の測定位置が同時に補正されることになる。   For example, when the template image is stored as the position correction information, it is detected whether or not the template image is included in the newly generated luminance image by the normalized correlation, and the template image is included. If is detected, the newly generated luminance image is moved so as to have the position and orientation of the template image at the time of setting, and is rotated to correct the position and orientation of the luminance image. .. At this time, the measurement position on the luminance image newly generated based on the relative position information between the template image and the measurement position is simultaneously corrected.

位置補正用情報としてエッジ情報が記憶されている場合には、対応するエッジが新たに生成された輝度画像に含まれているか否か検出し、対応するエッジが含まれていることが検出された場合には、設定時における輝度画像の位置及び姿勢となるように、新たに生成された輝度画像を移動させるとともに、回転等させて、当該輝度画像の位置及び姿勢の補正を行う。このとき、エッジ情報と測定位置との相対位置情報に基づいて新たに生成された輝度画像上の測定位置が同時に補正されることになる。   When the edge information is stored as the position correction information, it is detected whether or not the corresponding edge is included in the newly generated luminance image, and it is detected that the corresponding edge is included. In this case, the position and orientation of the luminance image are corrected by moving and rotating the newly generated luminance image so that the position and orientation of the luminance image at the time of setting are obtained. At this time, the measurement position on the luminance image newly generated based on the relative position information between the edge information and the measurement position is simultaneously corrected.

従って、実際の測定対象物Wの測定現場で測定対象物Wの位置や姿勢が変化したとしても、一定の位置及び姿勢に補正した上で測定を行うことが可能になる。なお、位置と姿勢の補正方法には、幾つか種類がある。上述したように、輝度画像を移動させたり回転させたりして、輝度画像の位置及び姿勢の補正を行ってもよいし、或いは、測定ツール用の領域(ツール枠)を移動させたり回転させたりして、位置補正を行うようにしてもよい。また、変位測定装置1がラインモードで運転している時には、上述したように、高さプロファイル上でエッジ抽出が行われ、抽出されたエッジ情報と測定位置との相対位置情報に基づいて、位置補正を行うようにしてもよい。   Therefore, even if the position or orientation of the measurement target W changes at the actual measurement site of the measurement target W, it becomes possible to perform the measurement after correcting the position or orientation of the measurement target W to constant positions and orientations. There are several types of position and orientation correction methods. As described above, the position and orientation of the brightness image may be corrected by moving or rotating the brightness image, or the area (tool frame) for the measurement tool may be moved or rotated. Then, the position may be corrected. Further, when the displacement measuring device 1 is operating in the line mode, as described above, the edge extraction is performed on the height profile, and the position is detected based on the relative position information between the extracted edge information and the measurement position. You may make it correct.

(測定ツール選択部308の構成)
測定ツール選択部308は、複数の測定ツールの中から1つまたは複数を選択可能にする部分である。測定ツールは、例えば測定対象物Wの段差の大きさを測定する段差ツール、測定対象物Wの所定位置の高さを測定する高さツール、後述する高さ面積ツール、測定対象物Wの位置を補正する位置補正ツール、測定対象物Wの所定範囲内の最小、最大高さを求めるMAX/MINツール等があるが、これら以外の測定ツールを設けてもよい。
(Configuration of measurement tool selection unit 308)
The measurement tool selection unit 308 is a unit that enables selection of one or a plurality of measurement tools. The measurement tool is, for example, a step tool for measuring the size of the step of the measurement object W, a height tool for measuring the height of a predetermined position of the measurement object W, a height area tool described later, or the position of the measurement object W. There is a position correction tool for correcting the above, a MAX / MIN tool for obtaining the minimum and maximum heights of the measurement object W within a predetermined range, and the like, but a measurement tool other than these may be provided.

(測定制御部305の構成)
測定制御部305は、設定部304により設定された測定位置及び設定部304により設定された変位測定範囲に測定光が照射されるように投光部10a及びMEMSミラー15を制御するように構成されており、このとき、設定部304で受け付けた領域のみに測定光が照射されるように投光部10a及びMEMSミラー15を制御するようにしてもよい。また、測定制御部305は、測定位置の輝度画像上におけるY座標に基づいて、MEMSミラー15による測定光の走査範囲を変更するように構成することができ、具体的には、測定位置のY座標(及び/又はX座標)と、変位測定を行う変位測定範囲とに基づいて、MEMSミラー15による走査範囲を当該MEMSミラー15により走査が可能な走査可能範囲よりも狭く設定する。
(Configuration of measurement control unit 305)
The measurement control unit 305 is configured to control the light projecting unit 10a and the MEMS mirror 15 so that the measurement light is irradiated to the measurement position set by the setting unit 304 and the displacement measurement range set by the setting unit 304. At this time, the light projecting unit 10a and the MEMS mirror 15 may be controlled so that the measurement light is emitted only to the region received by the setting unit 304. Further, the measurement control unit 305 can be configured to change the scanning range of the measurement light by the MEMS mirror 15 based on the Y coordinate on the luminance image of the measurement position. Based on the coordinates (and / or the X coordinate) and the displacement measurement range in which the displacement measurement is performed, the scanning range of the MEMS mirror 15 is set narrower than the scannable range in which the MEMS mirror 15 can scan.

(モード選択部309の構成)
モード選択部309は、変位測定装置1の運転時におけるモードの選択を可能にする部分であり、MEMSミラー15による走査を行わずに測定光を測定対象物Wに照射するラインモードと、測定光をMEMSミラー15によって走査して測定対象物Wに照射するスキャンモードとのうち、任意のモードを使用者が選択できる。ラインモードで変位を測定可能な場合には、測定光を走査しない分、高速に測定を完了することができる。一方、広い範囲を測定する場合にはスキャンモードで対応することができる。ラインモードとスキャンモードの選択手段は、例えばUI生成部303でモード選択用のユーザーインターフェース(図示せず)を生成して表示部8に表示させ、使用者の選択をユーザーインターフェース上の操作によって受け付ける構成とすることができる。
(Structure of mode selection unit 309)
The mode selection unit 309 is a portion that enables selection of a mode when the displacement measuring apparatus 1 is in operation, and a line mode in which the measurement object W is irradiated with the measurement light without performing scanning by the MEMS mirror 15, and a measurement light. The user can select an arbitrary mode among the scan modes in which the scanning is performed by the MEMS mirror 15 to irradiate the measuring object W. When the displacement can be measured in the line mode, the measurement can be completed at high speed because the measurement light is not scanned. On the other hand, when measuring a wide range, the scan mode can be used. The line mode / scan mode selection means, for example, generates a mode selection user interface (not shown) by the UI generation unit 303 and displays it on the display unit 8, and receives the user's selection by an operation on the user interface. It can be configured.

測定制御部305は、モード選択部309によりスキャンモードが選択されている場合に、測定対象物WのY方向(第2方向)の異なる位置に測定光が順次照射されるように投光部10a及びMEMSミラー15を制御する。一方、測定制御部305は、モード選択部309によりラインモードが選択されている場合に、測定対象物Wの第2方向の同一の位置に測定光が照射されるように投光部10a及びMEMSミラー15を制御するように構成されている。これによりモードの切替が実行される。   When the scan mode is selected by the mode selection unit 309, the measurement control unit 305 causes the light projecting unit 10a to sequentially emit the measurement light to different positions in the Y direction (second direction) of the measurement target W. And control the MEMS mirror 15. On the other hand, when the line mode is selected by the mode selection unit 309, the measurement control unit 305 causes the light projecting unit 10a and the MEMS to irradiate the measurement light to the same position in the second direction of the measurement target W. It is configured to control the mirror 15. Thereby, the mode switching is executed.

測定制御部305は、モード選択部309によりラインモードが選択されている場合に、走査ミラー15cを動作させずに、測定対象物Wの第2方向の同一の位置に測定光を照射するように構成されている。また、測定制御部305は、モード選択部309によりラインモードが選択されている場合に、走査ミラー15cを動作させて、第2方向の互いに近接する複数の位置に測定光を照射するように構成されている。   When the line mode is selected by the mode selection unit 309, the measurement control unit 305 irradiates the measurement light to the same position in the second direction of the measurement target W without operating the scanning mirror 15c. It is configured. Further, the measurement control unit 305 is configured to operate the scanning mirror 15c and irradiate the measurement light to a plurality of positions that are close to each other in the second direction when the line mode is selected by the mode selection unit 309. Has been done.

スキャンモードとラインモードとのいずれが選択されているかは、記憶部320の設定情報記憶部320fに記憶されている。   Which of the scan mode and the line mode is selected is stored in the setting information storage section 320f of the storage section 320.

(出射方向調整部310の構成)
出射方向調整部310は、モード選択部309によりラインモードが選択されている場合に、測定光の出射方向を第2方向について調整するための部分である。出射方向の調整は例えば使用者がユーザーインターフェース上で行うことができる。
(Structure of emission direction adjusting unit 310)
The emission direction adjustment unit 310 is a unit for adjusting the emission direction of the measurement light in the second direction when the line mode is selected by the mode selection unit 309. The emission direction can be adjusted by the user on the user interface, for example.

(照射角度特定部311の構成)
照射角度特定部311は、測定用受光部40から出力される測定位置に対応する受光素子の画素位置の受光量を連続的に取得し、測定光が測定位置に照射されたときの走査ミラー15cの照射角度を特定する部分である。測定対象物Wの測定位置を含む領域に測定光が照射されたときのMEMSミラー15による測定光の走査角度は、上述した角度検知センサ22で取得することができ、この角度検知センサ22からの出力値に基づいて、測定光が測定位置に照射されたときの走査ミラー15cの照射角度を算出することができる。得られた走査ミラー15cの照射角度は、測定光が測定位置に照射されたときの走査ミラー15cの照射角度として特定される。特定された走査ミラー15cの照射角度は記憶部320に記憶される。なお、測定光の照射角度を特定するにあたり、角度検知センサ22を用いなくても、MEMSミラー15への駆動信号に基づいて大まかな照射角度は特定することができる。しかし、温度特性の変化や経時変化などを考慮すると、正確な照射角度を知るためには、角度検知センサ22等によって角度測定することが好ましい。
(Structure of irradiation angle identification unit 311)
The irradiation angle specifying unit 311 continuously acquires the amount of light received at the pixel position of the light receiving element corresponding to the measurement position output from the measurement light receiving unit 40, and the scanning mirror 15c when the measurement light is irradiated to the measurement position. Is a part for specifying the irradiation angle of. The scanning angle of the measurement light by the MEMS mirror 15 when the measurement light is irradiated on the region including the measurement position of the measurement object W can be acquired by the angle detection sensor 22 described above. The irradiation angle of the scanning mirror 15c when the measurement light is irradiated to the measurement position can be calculated based on the output value. The obtained irradiation angle of the scanning mirror 15c is specified as the irradiation angle of the scanning mirror 15c when the measurement light is irradiated to the measurement position. The specified irradiation angle of the scanning mirror 15c is stored in the storage unit 320. In specifying the irradiation angle of the measurement light, the rough irradiation angle can be specified based on the drive signal to the MEMS mirror 15 without using the angle detection sensor 22. However, in consideration of changes in temperature characteristics, changes over time, and the like, it is preferable to measure the angle by the angle detection sensor 22 or the like in order to know the accurate irradiation angle.

(変位測定部312の構成)
変位測定部312が用いている測定原理は、上述した三角測距の原理である。変位測定部312は、設定部304により設定された測定位置に照射された測定光が該測定位置から反射して測定用受光部40で受光されることによって測定用受光部40から出力された変位測定用の受光量分布に基づいて、該測定位置の変位を測定する。測定結果は、測定データ記憶部320eに記憶させることができる。
(Structure of displacement measuring unit 312)
The measurement principle used by the displacement measuring unit 312 is the above-described triangulation principle. The displacement measuring unit 312 outputs the displacement output from the measuring light receiving unit 40 when the measuring light irradiated to the measuring position set by the setting unit 304 is reflected from the measuring position and received by the measuring light receiving unit 40. The displacement of the measurement position is measured based on the distribution of received light amount for measurement. The measurement result can be stored in the measurement data storage unit 320e.

表示部8は、変位測定部312により測定された測定位置の変位を、当該変位測定部312により測定が可能な最大変位測定範囲との相対的な位置関係で表示するように構成されている。位置補正が行われた場合には、位置補正部307により補正された測定位置に照射された測定光が該測定位置から反射して測定用受光部40で受光されることになる。変位測定部312は、位置補正が行われた場合にも、測定用受光部40から出力された変位測定用の受光量分布に基づいて、該測定位置の変位を測定することができる。   The display unit 8 is configured to display the displacement of the measurement position measured by the displacement measuring unit 312 in a relative positional relationship with the maximum displacement measuring range measurable by the displacement measuring unit 312. When the position correction is performed, the measurement light emitted to the measurement position corrected by the position correction unit 307 is reflected from the measurement position and received by the measurement light receiving unit 40. The displacement measuring unit 312 can measure the displacement of the measurement position based on the received light amount distribution for displacement measurement output from the measuring light receiving unit 40 even when the position correction is performed.

また、変位測定部312は、三角測距の原理を利用することで、測定用受光部40から出力された変位測定用の受光量分布を取得するとともに、測定位置に測定光が照射された際に角度検出部22bで検出された走査ミラー15cの角度(第2照射角度)と、測定位置のY方向(第2方向)の位置とに基づいて、該測定位置の変位を測定することができる。さらに、上述したように、Y方向(第2方向)の位置に留まらず、X方向(第1方向)の位置にも基づいて、測定位置の変位が測定されてもよい。具体的には、製造出荷時に、校正用データを記憶しておくことで対応できる。例えば、測定光を照射した状態で、校正用プレートを任意の高さZに配置して、輝度画像を撮像し、そのときの測定光が延びる方向を認識する。仮に、受光素子22aの長手方向と非平行になっていたり、湾曲したりしていれば、そのズレ分を校正用データとして記憶しておく。また、校正用プレートを、任意の高さZとは異なる複数の高さに配置変更し、その都度、輝度画像を撮像し、そのときの測定光が延びる方向を認識する。これにより、各高さZにおける校正用データを取得・記憶することができる。運転時には、測定位置のX方向(第1方向)の位置(X座標)に基づいて、上述した校正用データを使用して、正確な測定位置の変位を測定してもよい。   Further, the displacement measuring unit 312 obtains the received light amount distribution for displacement measurement output from the measuring light receiving unit 40 by using the principle of triangulation, and also when the measuring position is irradiated with the measuring light. In addition, the displacement of the measurement position can be measured based on the angle of the scanning mirror 15c (second irradiation angle) detected by the angle detection unit 22b and the position of the measurement position in the Y direction (second direction). .. Further, as described above, the displacement of the measurement position may be measured not only at the position in the Y direction (second direction) but also at the position in the X direction (first direction). Specifically, this can be dealt with by storing calibration data at the time of manufacturing and shipping. For example, the calibration plate is placed at an arbitrary height Z in a state where the measurement light is irradiated, a brightness image is captured, and the direction in which the measurement light extends at that time is recognized. If the light receiving element 22a is not parallel to the longitudinal direction or is curved, the deviation is stored as calibration data. Further, the calibration plate is arranged and changed to a plurality of heights different from the arbitrary height Z, a brightness image is captured each time, and the direction in which the measurement light extends at that time is recognized. As a result, the calibration data at each height Z can be acquired and stored. During operation, based on the position (X coordinate) of the measurement position in the X direction (first direction), the above-described calibration data may be used to accurately measure the displacement of the measurement position.

変位測定部312は、照射角度特定部311により特定された照射角度と、測定光が測定位置に照射されたときの受光量分布のピーク位置とに基づいて、該測定位置の変位を測定することもできる。なお、本実施形態では、ピーク位置として受光量分布が最大となる位置を求めているが、「ピーク位置」の特定方法は様々ある。例えば、仮に、受光量分布のピークが複数ある場合には、それらのピークを通るように補間曲線(2次曲線や3次曲線など)を求め、その補間曲線が最大となる位置を求めてもよい。他にも例えば、受光量分布のピークが複数ある場合に、それらのピークから最大ピークを推定して、ピーク位置を求めてもよい。   The displacement measuring unit 312 measures the displacement of the measurement position based on the irradiation angle specified by the irradiation angle specifying unit 311 and the peak position of the received light amount distribution when the measurement light is irradiated to the measurement position. You can also In this embodiment, the peak position is the position where the received light amount distribution is maximum, but there are various methods for specifying the “peak position”. For example, if there are a plurality of peaks in the received light amount distribution, even if an interpolation curve (a quadratic curve, a cubic curve, etc.) is obtained so as to pass through those peaks, and the position at which the interpolation curve becomes maximum may be obtained. Good. Alternatively, for example, when there are a plurality of peaks in the received light amount distribution, the maximum peak may be estimated from those peaks to obtain the peak position.

第1高さデータ及び第2高さデータはマスターデータであり、輝度画像と共に保存される3次元データを構成している。第1高さデータ及び第2高さデータを保持しておくことで、例えば設定時に測定ツールで測定しようとすると、測定位置に測定光を照射することなく、第1高さデータまたは第2高さデータから変位を取得して直ちに表示させることができる。また、一旦設定した後、測定ツールの位置を微調整する場合に、再度マスターとなる測定対象物Wを用意しなくても、変更後の測定位置の変位を出すことができる。   The first height data and the second height data are master data and form three-dimensional data stored together with the luminance image. By storing the first height data and the second height data, for example, when trying to measure with a measurement tool at the time of setting, the first height data or the second height data can be obtained without irradiating the measurement position with the measurement light. The displacement can be obtained from the data and displayed immediately. Further, when the position of the measuring tool is finely adjusted after the setting, the displacement of the changed measuring position can be obtained without preparing the master measurement object W again.

高さデータは、1つであってもよいが、測定光のピッチが異なる第1高さデータ及び第2高さデータを保持しておくことで、測定ツール毎、測定ツールの大きさ毎に、対応した高さデータから変位を読み出して表示することができる(MAX/MINツールや高さ面積ツールについては、大又は小の平均サイズ設定によりピッチを変えてもよい)。例えば、細かいピッチで測定したマスターデータを1つ保持して、間引いて使うことも考えられるが、間引いて作ったマスターデータでは最終処理と完全に一致しないことがあるので、複数の測定光のピッチが異なる高さデータを保持しておくのが好ましい。高さデータは、記憶部320の高さデータ記憶部320bに記憶される。   The height data may be one, but by storing the first height data and the second height data in which the pitch of the measuring light is different, it is possible to measure each measuring tool and each measuring tool size. , It is possible to read and display the displacement from the corresponding height data (for MAX / MIN tools and height area tools, the pitch may be changed by setting an average size of large or small). For example, it is conceivable to hold one master data measured at a fine pitch and use it by thinning it out, but the master data created by thinning may not completely match the final processing, so the pitches of multiple measurement lights It is preferable to hold height data different from each other. The height data is stored in the height data storage unit 320b of the storage unit 320.

また、変位測定部312は、モード選択部309によりラインモードが選択されている場合に、測定光が照射される都度、測定用受光部40から出力された変位測定用の受光量分布を取得して測定対象物の変位を複数回測定する。また、変位測定部312は、得られた複数の変位を平均化処理するように構成することもできる。なお、本明細書における「平均化」とは、狭義の意味での平均に留まらず、例えばトリム平均やメディアン等も含む広い概念である。   In addition, the displacement measuring unit 312 acquires the received light amount distribution for displacement measurement output from the measuring light receiving unit 40 each time the measuring light is emitted when the line mode is selected by the mode selecting unit 309. The displacement of the measuring object is measured a plurality of times. The displacement measuring unit 312 can also be configured to average the obtained plurality of displacements. The term "averaging" in this specification is not limited to an average in a narrow sense, but is a broad concept including, for example, trim average and median.

(良否判定部313の構成)
良否判定部313は、輝度画像生成部302により生成された輝度画像に基づいて測定対象物Wの状態を判定した判定結果と、変位測定部312で測定した変位に基づいて測定対象物Wの状態を判定した判定結果とを組み合わせて測定対象物Wの良否判定を行うように構成されている。例えば、輝度画像上で一部が欠落しているか否かを検出し、欠落していない場合であっても、変位測定部312で測定した変位が基準値を外れている場合には、測定対象物Wが不良品であると判定することができる。反対に、変位測定部312で測定した変位が基準値であっても、輝度画像上で一部が欠落していると判定される場合には、測定対象物Wが不良品であると判定することができる。処理結果は、図6に示す処理結果記憶部320cに記憶させることができる。
(Structure of the quality determination unit 313)
The quality determination unit 313 determines the state of the measurement target W based on the brightness image generated by the brightness image generation unit 302, and the state of the measurement target W based on the displacement measured by the displacement measurement unit 312. It is configured to determine whether the measuring object W is good or bad by combining with the determination result of determining. For example, it is detected whether or not a part is missing on the luminance image, and even if it is not missing, if the displacement measured by the displacement measuring unit 312 is outside the reference value, the measurement target It can be determined that the item W is defective. On the contrary, if the displacement measured by the displacement measuring unit 312 is the reference value and it is determined that a part is missing on the luminance image, the measurement target W is determined to be a defective product. be able to. The processing result can be stored in the processing result storage unit 320c shown in FIG.

(設定情報記憶部320fの構成)
設定情報記憶部320fはプログラムを記憶している。プログラムは、複数の設定情報からなるものであり、複数通り記憶させておくことができる。各プログラムに含まれる設定情報としては、例えばスキャンモードとラインモードのいずれが選択されているか、トリガ関連の設定、撮像関連の設定(明るさ、感度等)、マスターデータの有無、ヘッド傾き補正、適用される測定ツール及びそのパラメータ等が含まれている。使用者は、設定情報記憶部320fに記憶されているプログラムの中から任意のプログラムを選択して変位測定装置1の運転時に適用することができる。
(Configuration of setting information storage unit 320f)
The setting information storage unit 320f stores a program. The program is made up of a plurality of setting information and can be stored in a plurality of ways. As the setting information included in each program, for example, which of a scan mode and a line mode is selected, trigger-related settings, imaging-related settings (brightness, sensitivity, etc.), the presence or absence of master data, head tilt correction, It includes applicable measurement tools and their parameters. The user can select an arbitrary program from the programs stored in the setting information storage section 320f and apply it when the displacement measuring apparatus 1 is in operation.

(設定時及び運転時の具体例)
次に、変位測定装置1の設定時及び運転時の具体例について説明する。図11は、変位測定装置1のスキャンモードの設定時に行う手順を示すフローチャートである。
(Specific example during setting and operation)
Next, a specific example of the displacement measuring device 1 during setting and operation will be described. FIG. 11 is a flowchart showing a procedure performed when setting the scan mode of the displacement measuring device 1.

(スキャンモードの設定時)
スキャンモードの設定時のフローチャートにおけるステップSA1は、外部トリガや内部トリガ等を設定するステップであり、どのようなトリガ信号でどのように動作するかを設定する。トリガ条件の設定が行われると子機アンプ3やセンサヘッド2に設定情報が送られ、センサヘッド2はこの条件で動作するようになる。
(When setting scan mode)
Step SA1 in the flowchart at the time of setting the scan mode is a step of setting an external trigger, an internal trigger and the like, and sets what kind of trigger signal and how to operate. When the trigger condition is set, the setting information is sent to the slave unit amplifier 3 and the sensor head 2, and the sensor head 2 operates under this condition.

ステップSA2では、輝度画像の明るさ設定が行われる。明るさ設定とは、露光時間、照明光量、撮像モード(HDRの有無)などのことである。HDRとは、ハイダイナミックレンジ処理のことである。明るさ設定は自動で行うこともできるし、手動で行うこともできる。   In step SA2, the brightness of the brightness image is set. The brightness setting refers to the exposure time, the amount of illumination light, the imaging mode (whether or not there is HDR), and the like. HDR is a high dynamic range process. Brightness can be set automatically or manually.

ステップSA3では、マスター登録を行う。マスターとは、輝度画像及び視野全体の3次元データ(高さデータ)のことであり、センサヘッド2が測定対象物Wの輝度画像を取得するとともに、測定対象物Wの全体に測定光を走査して変位を測定し、高さデータを取得する。輝度画像と高さデータとを対応させて高さ画像記憶部320bに記憶させる。ステップSA3では、異なるピッチで測定光を走査して複数の高さデータを取得しておくことができる。尚、複数の高さデータを取得するにあたっては、種々の方法が考えられる。例えば、予め定められた最も細かいピッチで測定光を走査し、一の高さデータを取得し、このピッチよりも粗いピッチ(分解能が粗いピッチ)については、この一の高さデータを間引くことによって生成するようにしてもよい。さらには、マスター登録は省略してもよい。   In step SA3, master registration is performed. The master is a brightness image and three-dimensional data (height data) of the entire field of view. The sensor head 2 acquires a brightness image of the measurement object W and scans the measurement object W with measurement light. Then, the displacement is measured and the height data is acquired. The brightness image and the height data are associated and stored in the height image storage unit 320b. In step SA3, a plurality of height data can be acquired by scanning the measuring light with different pitches. Various methods are conceivable for acquiring a plurality of height data. For example, the measurement light is scanned at a predetermined finest pitch to obtain one height data, and for pitches coarser than this pitch (pitch having a high resolution), the one height data is thinned out. It may be generated. Furthermore, master registration may be omitted.

ステップSA4では、測定ツール選択用インターフェースを表示部8に表示させて測定ツールの選択を行う。測定ツールを選択すると、ステップSA5に進み各ツールの設定を行う。測定ツールの設定順に決まりはないが、処理順は位置補正ツールが最初に行われるようになっている。位置補正ツールは他の全測定ツールに対して1つだけ設定できるようにしてもよいし、他の測定ツール毎に個別に設定するようにしてもよい。   In step SA4, the measurement tool selection interface is displayed on the display unit 8 to select the measurement tool. When the measurement tool is selected, the process proceeds to step SA5 and each tool is set. Although there is no set order for the measurement tools, the position correction tool is the first in the processing order. Only one position correction tool may be set for all the other measurement tools, or it may be set individually for each of the other measurement tools.

ステップSA6において測定ツールの追加が完了したか否かを判定し、測定ツールの追加が完了していない場合には、ステップSA4、SA5を経て測定ツールを追加する。測定ツールの追加が完了すると、ステップSA7に進む。ステップSA7では、出力割り当てを設定する。その後、ステップSA8において総合判定条件を設定する。   In step SA6, it is determined whether the addition of the measurement tool is completed. If the addition of the measurement tool is not completed, the measurement tool is added through steps SA4 and SA5. When the addition of the measurement tool is completed, the process proceeds to step SA7. In step SA7, output allocation is set. Then, in step SA8, the comprehensive judgment condition is set.

(スキャンモードの運転時)
図12は、変位測定装置1のスキャンモードの運転時に行う手順を示すフローチャートである。スキャンモードの運転時のフローチャートにおけるステップSG1では、外部機器6等から外部トリガを受け付ける。ステップSG2では、照明部30の第1〜第4発光ダイオード31〜34を点灯させる。ステップSG3では、輝度画像を撮像する。画像データは、例えば子機アンプ3の画像データ記憶部320dに記憶される。
(During scan mode operation)
FIG. 12 is a flowchart showing a procedure performed when the displacement measuring apparatus 1 is operating in the scan mode. In step SG1 in the flowchart during operation in the scan mode, an external trigger is accepted from the external device 6 or the like. In step SG2, the first to fourth light emitting diodes 31 to 34 of the lighting unit 30 are turned on. In step SG3, a brightness image is captured. The image data is stored in, for example, the image data storage unit 320d of the slave unit amplifier 3.

ステップSG4では位置補正ツールの適用があるか否かを判定する。設定時に位置補正ツールが選択されていればステップSG5に進み、設定時に位置補正ツールが選択されていなければステップSG7に進む。ステップSG5では位置補正ツールを実行し、ステップSG6では測定ツールの位置、即ち測定位置を補正する。ステップSG5及びSG6は位置補正部307で行われる。   In step SG4, it is determined whether or not the position correction tool is applied. If the position correction tool is selected at the time of setting, the process proceeds to step SG5, and if the position correction tool is not selected at the time of setting, the process proceeds to step SG7. The position correction tool is executed in step SG5, and the position of the measurement tool, that is, the measurement position is corrected in step SG6. Steps SG5 and SG6 are performed by the position correction unit 307.

ステップSG7では、画像処理ツールの適用があるか否かを判定する。設定時に画像処理ツールが選択されていればステップSG8に進み、設定時に画像処理ツールが選択されていなければステップSG9に進む。ステップSG8では各種画像処理を実行する。画像処理は従来から周知のものを挙げることができる。   In step SG7, it is determined whether or not the image processing tool is applied. If the image processing tool is selected at the time of setting, the process proceeds to step SG8, and if the image processing tool is not selected at the time of setting, the process proceeds to step SG9. In step SG8, various image processes are executed. As the image processing, conventionally known ones can be mentioned.

ステップSG9では、リアルタイム傾き補正の適用があるか否かを判定する。設定時に傾き補正機能の実行が選択されていればステップSG10に進み、設定時に傾き補正機能の実行が選択されていなければステップSG18に進む。ステップSG10では、測定位置を含む変位測定範囲の変位を測定可能となるようにMEMSミラー15を制御する。ステップSG11では、レーザー12から発光させて帯状の測定光を測定対象物Wに照射する。ステップSG12で撮像し、ステップSG13で変位を測定する。   In step SG9, it is determined whether or not the real-time tilt correction is applied. If execution of the tilt correction function is selected at the time of setting, the process proceeds to step SG10, and if execution of the tilt correction function is not selected at the time of setting, the process proceeds to step SG18. In step SG10, the MEMS mirror 15 is controlled so that the displacement in the displacement measurement range including the measurement position can be measured. In step SG11, the laser light is emitted from the laser 12 to irradiate the measuring object W with the strip-shaped measuring light. The image is taken in step SG12, and the displacement is measured in step SG13.

ステップSG14では、第1〜第3ポイントの全て測定が完了したか否かを判定する。第1〜第3ポイントの全ての測定が完了していない場合には、3点の測定が完了するまで上述した処理を繰り返す。第1〜第3ポイントの全て測定が完了したらステップSG15に進み、第1〜第3ポイントから基準面を計算する。その後、ステップSG16に進み、基準面方向に応じて変位測定範囲内への測定光の照射ピッチを最適化する。また、ステップSG17では、基準面の高さに応じて測定光の走査範囲を最適化する。   In step SG14, it is determined whether or not all of the first to third points have been measured. When all the measurements of the first to third points are not completed, the above-described processing is repeated until the measurement of the three points is completed. When the measurement of all the first to third points is completed, the process proceeds to step SG15, and the reference plane is calculated from the first to third points. Then, it progresses to step SG16 and the irradiation pitch of the measurement light in the displacement measurement range is optimized according to the reference plane direction. In step SG17, the scanning range of the measurement light is optimized according to the height of the reference surface.

ステップSG18では、測定ツールの適用があるか否かを判定する。設定時に測定ツールが選択されていればステップSG19に進み、設定時に測定ツールが選択されていなければステップSG24に進む。ステップSG19では、測定ツールに応じて測定位置を含む変位測定範囲の変位を測定可能となるようにMEMSミラー15を制御する。ステップSG20では、レーザー12から発光させて帯状の測定光を測定対象物Wに照射する。ステップSG21で撮像し、ステップSG22で変位を測定する。ステップSG23で全ての測定が完了した場合にはステップSG24に進み、全ての測定が完了していない場合には上述した測定を繰り返す。ステップSG24では、全ての測定ツールの処理結果を統合して総合判定結果を生成する。生成した総合判定結果は出力される。   In step SG18, it is determined whether or not the measurement tool is applied. If the measurement tool is selected at the time of setting, the process proceeds to step SG19, and if the measurement tool is not selected at the time of setting, the process proceeds to step SG24. In step SG19, the MEMS mirror 15 is controlled so that the displacement in the displacement measurement range including the measurement position can be measured according to the measurement tool. In step SG20, the measuring object W is irradiated with the strip-shaped measuring light emitted from the laser 12. An image is taken in step SG21, and the displacement is measured in step SG22. When all the measurements are completed in step SG23, the process proceeds to step SG24, and when all the measurements are not completed, the above measurement is repeated. In step SG24, the processing results of all the measurement tools are integrated to generate a comprehensive determination result. The generated comprehensive determination result is output.

(ラインモード設定時)
図13はラインモード設定時のフローチャートである。外部トリガや内部トリガ等を設定するステップは省略している。ステップSP1では、輝度画像の明るさ設定が行われる。ステップSP2では、マスター登録を行う。ステップSP3では、測定ツールの選択を行い、測定ツールを選択すると、ステップSP4に進み各ツールの設定を行う。ステップSP5において測定ツールの追加が完了したか否かを判定し、測定ツールの追加が完了していない場合には、ステップSP3、SP4を経て測定ツールを追加する。測定ツールの追加が完了すると、ステップSP6に進む。ステップSP6では、出力割り当てを設定する。その後、ステップSP7において総合判定条件を設定する。
(When line mode is set)
FIG. 13 is a flowchart when the line mode is set. Steps for setting external triggers, internal triggers, etc. are omitted. In step SP1, the brightness of the brightness image is set. In step SP2, master registration is performed. In step SP3, the measurement tool is selected. When the measurement tool is selected, the process proceeds to step SP4 and each tool is set. In step SP5, it is determined whether the addition of the measurement tool is completed. If the addition of the measurement tool is not completed, the measurement tool is added through steps SP3 and SP4. When the addition of the measurement tool is completed, the process proceeds to step SP6. In step SP6, output allocation is set. Then, in step SP7, the comprehensive judgment condition is set.

ユーザーインターフェースに表示される輝度画像には、仮想的な測定輝線が重畳表示される。測定輝線は測定光が照射されている箇所を示すものであり、測定光の照射位置に対応するように表示される。   A virtual measurement bright line is superimposed and displayed on the luminance image displayed on the user interface. The measurement bright line shows a portion irradiated with the measurement light and is displayed so as to correspond to the irradiation position of the measurement light.

(ラインモード運転時)
図14は、変位測定装置1のラインモードの運転時に行う手順を示すフローチャートである。ラインモードの運転時のフローチャートにおけるステップSR1では周期的にトリガ信号を出力する。ステップSR2では、照明部30の第1〜第4発光ダイオード31〜34を点灯させる。ステップSR3では、輝度画像を撮像する。ステップSR4では、測定位置を含む変位測定範囲の変位を測定可能となるようにMEMSミラー15を制御する。ステップSR5では、レーザー12から発光させて帯状の測定光を測定対象物Wに照射する。ステップSR6で撮像し、ステップSR7で変位を測定する。
(During line mode operation)
FIG. 14 is a flowchart showing a procedure performed when the displacement measuring apparatus 1 is operating in the line mode. In step SR1 in the flow chart during operation in the line mode, the trigger signal is periodically output. In step SR2, the first to fourth light emitting diodes 31 to 34 of the lighting unit 30 are turned on. In step SR3, a brightness image is captured. In step SR4, the MEMS mirror 15 is controlled so that the displacement in the displacement measurement range including the measurement position can be measured. In step SR5, the laser light is emitted from the laser 12 to irradiate the measuring object W with the strip-shaped measuring light. An image is taken in step SR6, and the displacement is measured in step SR7.

ステップSR8では位置補正ツールの適用があるか否かを判定する。設定時に位置補正ツールが選択されていればステップSR9に進み、設定時に位置補正ツールが選択されていなければステップSR11に進む。ステップSR9では位置補正ツールを実行し、ステップSR10では測定ツールの位置、即ち測定位置を補正する。   In step SR8, it is determined whether or not the position correction tool is applied. If the position correction tool is selected at the time of setting, the process proceeds to step SR9, and if the position correction tool is not selected at the time of setting, the process proceeds to step SR11. The position correction tool is executed in step SR9, and the position of the measurement tool, that is, the measurement position is corrected in step SR10.

ステップSR11では、測定ツールの適用があるか否かを判定する。設定時に測定ツールが選択されていればステップSR12に進み、設定時に測定ツールが選択されていなければステップSR13に進む。ステップSR12では、測定ツールを実行する。全ての測定が完了した場合には、ステップSR13において全ての測定ツールの処理結果を統合して総合判定結果を生成する。生成した総合判定結果は出力される。   In step SR11, it is determined whether or not the measurement tool is applied. If the measurement tool is selected at the time of setting, the process proceeds to step SR12, and if the measurement tool is not selected at the time of setting, the process proceeds to step SR13. In step SR12, the measurement tool is executed. When all the measurements are completed, the processing results of all the measurement tools are integrated in step SR13 to generate a comprehensive determination result. The generated comprehensive determination result is output.

(走査ミラーの振動対策)
上述されたように、MEMSミラー15は駆動部15bによって駆動される走査ミラー15cを有している。走査ミラー15cに意図しない振動が発生すると、走査ミラー15cの角度が安定せず、狙った位置に測定光60を照射することが困難となる。駆動部15bは駆動コイルを含み、駆動コイルに電流を流すことで磁界(磁力)が発生し、磁石15dがこの磁界に作用することで走査ミラー15cの角度が所望の角度に制御される。走査ミラー15cに意図しない振動が発生すると、コイルには誘導起電力(以下、単に起電力と称する。)が発生する。よって、この起電力を打ち消すようにコイルに電流を流せば、走査ミラー15cの振動が低減される。
(Countermeasures against vibration of the scanning mirror)
As described above, the MEMS mirror 15 has the scanning mirror 15c driven by the driving unit 15b. When unintended vibration occurs in the scanning mirror 15c, the angle of the scanning mirror 15c is not stable, and it becomes difficult to irradiate the measurement light 60 to the target position. The drive unit 15b includes a drive coil, and a magnetic field (magnetic force) is generated by passing a current through the drive coil, and the magnet 15d acts on this magnetic field to control the angle of the scanning mirror 15c to a desired angle. When unintended vibration occurs in the scanning mirror 15c, an induced electromotive force (hereinafter simply referred to as an electromotive force) is generated in the coil. Therefore, if a current is passed through the coil so as to cancel this electromotive force, the vibration of the scanning mirror 15c is reduced.

図15はミラー制御部15aとMEMSミラー15とを示している。角度指令部70は、走査ミラー15cの角度を指令する部分である。たとえば、角度指令部70は、目標角度に対応した電圧を出力する。加算器71aは、角度指令部70からの電圧と増幅回路74からの電圧とを加算して駆動回路72へ出力する。駆動回路72は、加算器71aから出力された電圧を電流に変換してMEMSミラー15に印加する。起電力検知回路73は、意図しない振動によりMEMSミラー15に発生した起電力を検知し、検知結果を増幅回路74に出力する。増幅回路74は検知結果を増幅して加算器71aに出力する。このように起電力の検知結果が角度指令にフィードバックされるため、意図しない振動が抑制される。   FIG. 15 shows the mirror control unit 15a and the MEMS mirror 15. The angle command unit 70 is a part that commands the angle of the scanning mirror 15c. For example, the angle command unit 70 outputs a voltage corresponding to the target angle. The adder 71a adds the voltage from the angle command unit 70 and the voltage from the amplifier circuit 74 and outputs the result to the drive circuit 72. The drive circuit 72 converts the voltage output from the adder 71 a into a current and applies the current to the MEMS mirror 15. The electromotive force detection circuit 73 detects an electromotive force generated in the MEMS mirror 15 due to unintended vibration and outputs the detection result to the amplification circuit 74. The amplifier circuit 74 amplifies the detection result and outputs it to the adder 71a. In this way, since the detection result of the electromotive force is fed back to the angle command, unintended vibration is suppressed.

図16はミラー制御部15aの具体例を示す回路図である。デジタルアナログ変換回路DACは、角度指令部70の一例であり、測定制御部305などからデジタル値として与えられた角度指令をアナログ値Vinに変換して出力する。V−I変換回路IC1は、駆動回路72の一例であり、入力された電圧を駆動電流Iに変換し、駆動部15bの駆動コイルL1に供給する。MEMSミラー15は、走査ミラー15c、駆動コイルL1、および磁石15dを有している。なお、走査ミラー15cと駆動コイルL1とは一体化さており、磁石15dは走査ミラー15cから離れて配置されている。駆動コイルL1に電流が流れると磁界が発生し、磁石15dと作用し、走査ミラー15cの角度が目標角度に制御される。走査ミラー15cに磁石15dが取り付けられ、駆動コイルL1が走査ミラー15cの外側に配置されてもよい。起電力検知回路73は、検知抵抗Rs、ゲイン可変増幅器IC2、および加算器71bにより構成されている。増幅回路74は増幅器IC3により構成されている。駆動コイルL1に駆動電流Iが流れると、検知抵抗Rsにも駆動電流Iが流れる。よって、電圧Vbは検知抵抗Rsの抵抗値Rsを用いて表現可能である。   FIG. 16 is a circuit diagram showing a specific example of the mirror controller 15a. The digital-analog conversion circuit DAC is an example of the angle command unit 70, and converts the angle command given as a digital value from the measurement control unit 305 or the like into an analog value Vin and outputs the analog value Vin. The VI conversion circuit IC1 is an example of the drive circuit 72, converts the input voltage into the drive current I, and supplies the drive current I to the drive coil L1 of the drive unit 15b. The MEMS mirror 15 has a scanning mirror 15c, a drive coil L1, and a magnet 15d. The scanning mirror 15c and the drive coil L1 are integrated, and the magnet 15d is arranged apart from the scanning mirror 15c. When a current flows through the drive coil L1, a magnetic field is generated and acts on the magnet 15d, and the angle of the scanning mirror 15c is controlled to the target angle. A magnet 15d may be attached to the scanning mirror 15c, and the drive coil L1 may be arranged outside the scanning mirror 15c. The electromotive force detection circuit 73 includes a detection resistor Rs, a variable gain amplifier IC2, and an adder 71b. The amplifier circuit 74 is composed of an amplifier IC3. When the drive current I flows through the drive coil L1, the drive current I also flows through the detection resistor Rs. Therefore, the voltage Vb can be expressed using the resistance value Rs of the detection resistor Rs.

Vb=Rs×I・・・(1)
また、MEMSミラー15は、MEMSミラー15が有している抵抗(MEMS抵抗Rm)、駆動コイルL1および起電力eを直列に接続した等価回路により表現される。したがって、電圧Vaは以下の式により表現される。
Vb = Rs × I (1)
Further, the MEMS mirror 15 is represented by an equivalent circuit in which the resistance (MEMS resistance Rm) of the MEMS mirror 15, the drive coil L1, and the electromotive force e are connected in series. Therefore, the voltage Va is expressed by the following equation.

Va=Rm×I + e +Rs×I・・・(2)
電圧Vbbは電圧VbをゲインGで増幅したものである。
Va = Rm × I + e + Rs × I (2)
The voltage Vbb is the voltage Vb amplified by the gain G.

Vbb=Vb×G
=Rs×I×G・・・(3)
また、電位差Vdiffは以下の式により表現される。
Vbb = Vb × G
= Rs × I × G (3)
The potential difference Vdiff is expressed by the following formula.

Vdiff=Va−Vbb
=(Rm×I + e +Rs×I) −Rs×I×G
=(Rm×I + e) ― Rs×I×(G−1)・・・(4)
ここでVdiff=起電力eにするためのゲインGは、以下の式により表現される。
Vdiff = Va-Vbb
= (Rm * I + e + Rs * I) -Rs * I * G
= (Rm x I + e) -Rs x I x (G-1) (4)
Here, the gain G for making Vdiff = electromotive force e is expressed by the following equation.

G=1+(Rm/Rs)・・・(5)
ここでRmとRsは既知であるため、Gも既知である。つまり、(5)式を満たすようにゲインGを設定することで、起電力eが増幅器IC3を通じて駆動電流Iにフィードバックされる。これにより、意図しない振動が軽減される。
G = 1 + (Rm / Rs) (5)
Since Rm and Rs are known here, G is also known. That is, by setting the gain G so as to satisfy the expression (5), the electromotive force e is fed back to the drive current I through the amplifier IC3. This reduces unintentional vibration.

(MEMS抵抗Rmの温度特性)
MEMSミラー15の構成次第では、MEMS抵抗Rmが温度に依存して変化してしまう。MEMSミラー15は非常に小さな部品であるため、駆動コイルL1は非常に細い線で作成されることがある。また、十分な磁力を発生させるために、駆動コイルL1を形成する線の長さもかなり長くなることがある。これは、MEMS抵抗Rmが非常に大きな抵抗値を有することを意味する。MEMS抵抗Rmの抵抗値が大きくなると、MEMS抵抗Rmの電圧が、起電力eよりもずっと大きくなり、起電力eを検知することは難しくなる。図16に示された回路図では、事前にMEMS抵抗Rmを測定し、かつ、MEMS抵抗Rmに応じて起電力eを増幅することで、起電力eを検知可能としている。
(Temperature characteristics of MEMS resistance Rm)
Depending on the configuration of the MEMS mirror 15, the MEMS resistance Rm changes depending on the temperature. Since the MEMS mirror 15 is a very small component, the drive coil L1 may be made of a very thin line. Further, in order to generate a sufficient magnetic force, the length of the line forming the drive coil L1 may be considerably long. This means that the MEMS resistance Rm has a very large resistance value. When the resistance value of the MEMS resistor Rm becomes large, the voltage of the MEMS resistor Rm becomes much larger than the electromotive force e, and it becomes difficult to detect the electromotive force e. In the circuit diagram shown in FIG. 16, the electromotive force e can be detected by measuring the MEMS resistance Rm in advance and amplifying the electromotive force e according to the MEMS resistance Rm.

MEMSミラー15は非常に小さな部品であるため、駆動コイルL1はMEMSミラー15内にパッケージ化されており、放熱の制限を受ける。MEMSミラー15の温度が上昇すると、MEMS抵抗Rmが変化してしまう。ただし、(5)式が示すように、MEMS抵抗Rmに応じてゲインGを調整できれば、意図しない振動を低減できる。そのためには、MEMS抵抗Rmを測定する回路が必要となる。   Since the MEMS mirror 15 is a very small component, the drive coil L1 is packaged in the MEMS mirror 15 and is subject to heat dissipation limitation. When the temperature of the MEMS mirror 15 rises, the MEMS resistance Rm changes. However, as the expression (5) shows, if the gain G can be adjusted according to the MEMS resistance Rm, unintended vibration can be reduced. For that purpose, a circuit for measuring the MEMS resistance Rm is required.

(4)式を変形すると、MEMS抵抗Rmを求める式が得られる。   By modifying the equation (4), an equation for obtaining the MEMS resistance Rm can be obtained.

Rm={Vdiff − e +Rs×I×(G−1)}・・・(6)
ここで、意図しない振動が生じていない状態では起電力eがゼロである。この場合、(6)式は(7)式に変形できる。
Rm = {Vdiff−e + Rs × I × (G−1)} (6)
Here, the electromotive force e is zero when no unintended vibration is generated. In this case, equation (6) can be transformed into equation (7).

Rm={Vdiff +Rs×I×(G−1)}・・・(7)
ここで、駆動電流IとゲインGは設定値であるため既知である。検知抵抗Rsは固定値であるため、既知である。したがって、Vdiffを測定できれば、MEMS抵抗Rmを求めることが可能となる。
Rm = {Vdiff + Rs × I × (G-1)} (7)
Here, the drive current I and the gain G are known because they are set values. Since the detection resistance Rs has a fixed value, it is known. Therefore, if Vdiff can be measured, the MEMS resistance Rm can be obtained.

図17はMEMS抵抗Rmの温度特性対策を施されたミラー制御部15aを示す図である。抵抗検知回路75は、Vdiffに基づきMEMS抵抗Rmを検知する回路である。ゲイン設定回路76はMEMS抵抗Rmに基づきゲインGを設定する回路である。   FIG. 17 is a diagram showing the mirror control unit 15a provided with a measure against the temperature characteristic of the MEMS resistor Rm. The resistance detection circuit 75 is a circuit that detects the MEMS resistance Rm based on Vdiff. The gain setting circuit 76 is a circuit that sets the gain G based on the MEMS resistance Rm.

図18はミラー制御部15aの回路図である。増幅器IC4は、Vdiffを増幅する増幅器IC3の出力であるVfbを増幅し、電圧Verを生成する。アナログデジタル変換回路ADCは、アナログの電圧Verをデジタル値に変換する回路である。電圧VerはVdiffに比例した電圧であり、実質的にMEMS抵抗Rmに相関した電圧である。よって、増幅器IC4およびアナログデジタル変換回路ADCは抵抗検知回路75を形成している理解されてもよい。CPU79は(7)式および(5)式を用いてゲインGを演算し、ゲイン可変増幅器IC2にゲインGを設定する。CPU79は電圧Ver(つまり、Vdiff)からMEMS抵抗Rmを演算する演算回路として機能してもよい。つまり、アナログデジタル変換回路ADCやCPU79は抵抗検知回路75として機能してもよい。さらに、CPU79はMEMS抵抗Rmに基づきゲインGを演算し、ゲイン可変増幅器IC2にゲインGを設定するため、ゲイン設定回路76として機能している。   FIG. 18 is a circuit diagram of the mirror controller 15a. The amplifier IC4 amplifies Vfb which is the output of the amplifier IC3 which amplifies Vdiff, and generates the voltage Ver. The analog-digital conversion circuit ADC is a circuit that converts the analog voltage Ver into a digital value. The voltage Ver is a voltage proportional to Vdiff, and is a voltage substantially correlated with the MEMS resistance Rm. Therefore, it may be understood that the amplifier IC4 and the analog-digital conversion circuit ADC form the resistance detection circuit 75. The CPU 79 calculates the gain G using the equations (7) and (5) and sets the gain G in the variable gain amplifier IC2. The CPU 79 may function as an arithmetic circuit that calculates the MEMS resistance Rm from the voltage Ver (that is, Vdiff). That is, the analog-digital conversion circuit ADC and the CPU 79 may function as the resistance detection circuit 75. Further, the CPU 79 functions as the gain setting circuit 76 in order to calculate the gain G based on the MEMS resistance Rm and set the gain G in the variable gain amplifier IC2.

このようにMEMS抵抗Rmに基づきゲインGを調整することで、駆動コイルL1の温度が上昇しても精度よく振動を低減できるようになる。   By adjusting the gain G based on the MEMS resistance Rm in this way, it becomes possible to accurately reduce vibration even if the temperature of the drive coil L1 rises.

(7)式では走査ミラー15cが振動していない状態、つまり起電力eが0であることを前提としている。これは、走査ミラー15cが十分に目標角度で安定した状態でMEMS抵抗Rmが測定されることを意味する。しかし、本発明はこれに限定されない。たとえば、(6)式における起電力eは時間平均することでほぼゼロとみなすことができる。つまり、CPU79は、Vdiffを時間平均することでMEMS抵抗Rmを算出してもよい。   Equation (7) is based on the premise that the scanning mirror 15c is not vibrating, that is, the electromotive force e is 0. This means that the MEMS resistance Rm is measured while the scanning mirror 15c is sufficiently stable at the target angle. However, the present invention is not limited to this. For example, the electromotive force e in the equation (6) can be regarded as almost zero by time averaging. That is, the CPU 79 may calculate the MEMS resistance Rm by time-averaging Vdiff.

なお、初期状態においてゲインGが(5)式を満たしている場合、Vdiffはゼロとなる。よって、その後は、Vdiffがゼロとなるように、CPU79がゲインGを調整してもよい。これにより、MEMS抵抗Rmが変化しても、精度よく振動を低減できるようになる。   When the gain G satisfies the expression (5) in the initial state, Vdiff becomes zero. Therefore, thereafter, the CPU 79 may adjust the gain G so that Vdiff becomes zero. As a result, even if the MEMS resistance Rm changes, the vibration can be accurately reduced.

(他の振動対策)
図19はミラー制御部15aを示す図である。この例では、駆動コイルL1に発生する起電力eを検知するための検知コイルL2が起電力検知回路73としてMEMSミラー15に設けられる。
(Other measures against vibration)
FIG. 19 is a diagram showing the mirror controller 15a. In this example, the detection coil L2 for detecting the electromotive force e generated in the drive coil L1 is provided in the MEMS mirror 15 as the electromotive force detection circuit 73.

図20はミラー制御部15aを示す回路図である。検知コイルL2には、駆動コイルL1に発生した起電力eに比例した起電力e'が発生する。この起電力e'に比例した電流I'が検知抵抗Rsに流れる。これにより検知抵抗Rsの一端には電圧Vbが生じる。増幅器IC5は電圧Vbを増幅して電圧Vfbを生成する。これにより、振動を低減するように電圧Vfbが駆動電流Iにフィードバックされる。   FIG. 20 is a circuit diagram showing the mirror controller 15a. An electromotive force e ′ proportional to the electromotive force e generated in the drive coil L1 is generated in the detection coil L2. A current I ′ proportional to this electromotive force e ′ flows through the detection resistor Rs. As a result, the voltage Vb is generated at one end of the detection resistor Rs. The amplifier IC5 amplifies the voltage Vb to generate the voltage Vfb. As a result, the voltage Vfb is fed back to the drive current I so as to reduce the vibration.

(まとめ)
照明部30は光を出力する光源の一例である。コリメートレンズ13、シリンドリカルレンズ14および絞り部材16は光源から出力された光を平面的な測定光に変換して出力する変換光学系として機能する。MEMSミラー15は変換光学系から出射された平面的な測定光が測定対象物Wの表面に向かうように導光する導光光学系として機能する。測定用受光部40は測定対象物Wからの反射光を受光する受光部として機能する。変位測定部312は三角測量の原理に基づき、受光部における反射光の入射位置に応じて、測定対象物Wにおける平面的な測定光の各反射位置の高さの集合体であるプロファイルを取得するプロファイル取得部として機能する。導光光学系は次のような構成部品を有していてもよい。走査ミラー15cは平面的な測定光を偏向するミラーであって、平面的な測定光の反射方向を変更可能なミラーとして機能する。駆動部15bや駆動コイルL1はミラーを駆動することでミラーの反射方向を変更する駆動部として機能する。起電力検知回路73などは、ミラーに対する外部からの振動または、ミラーの角度を変更したときにミラーの角度が目標角度で安定するまでにミラーに生じる振動を検知する検知部として機能する。ミラー制御部15aは検知部の検知結果に基づきミラーの振動が収束するように駆動部を制御する制御部として機能する。これにより、意図しない振動が低減されるため、測定対象物Wの表面のプロファイルがより正確に求められる。
(Summary)
The illumination unit 30 is an example of a light source that outputs light. The collimator lens 13, the cylindrical lens 14, and the diaphragm member 16 function as a conversion optical system that converts the light output from the light source into planar measurement light and outputs it. The MEMS mirror 15 functions as a light guide optical system that guides the planar measurement light emitted from the conversion optical system toward the surface of the measurement target W. The measurement light receiving unit 40 functions as a light receiving unit that receives the reflected light from the measurement target W. Based on the principle of triangulation, the displacement measuring unit 312 acquires a profile, which is an aggregate of the heights of the respective reflection positions of the planar measurement light on the measurement target W, according to the incident position of the reflected light on the light receiving unit. Functions as a profile acquisition unit. The light guide optical system may have the following components. The scanning mirror 15c is a mirror that deflects the planar measurement light, and functions as a mirror that can change the reflection direction of the planar measurement light. The drive unit 15b and the drive coil L1 function as a drive unit that changes the reflection direction of the mirror by driving the mirror. The electromotive force detection circuit 73 or the like functions as a detection unit that detects vibration from the outside with respect to the mirror or vibration that occurs in the mirror until the angle of the mirror stabilizes at the target angle when the angle of the mirror is changed. The mirror control unit 15a functions as a control unit that controls the drive unit so that the vibration of the mirror converges based on the detection result of the detection unit. As a result, unintended vibration is reduced, so that the profile of the surface of the measuring object W can be obtained more accurately.

駆動コイルL1は目標角度に応じた電流を駆動部(例:駆動回路72)から供給される第一コイルの一例である。磁石15dは第一コイルに対して作用する磁力を発生する磁石として機能する。起電力検知回路73は、第一コイルの両端に発生する起電力を検知する検知回路として機能する。ミラー制御部15aは、ミラーの振動が抑制されるように、検知回路により検知された起電力の検知結果を第一コイルに供給される電流へフィードバックしてもよい。   The drive coil L1 is an example of a first coil to which a current corresponding to a target angle is supplied from a drive unit (eg, drive circuit 72). The magnet 15d functions as a magnet that generates a magnetic force that acts on the first coil. The electromotive force detection circuit 73 functions as a detection circuit that detects electromotive force generated at both ends of the first coil. The mirror control unit 15a may feed back the detection result of the electromotive force detected by the detection circuit to the current supplied to the first coil so that the vibration of the mirror is suppressed.

起電力検知回路73は、起電力を検知するために第一コイルと直列に接続された検知抵抗Rsを有してもよい。増幅回路74やゲイン可変増幅器IC2、増幅器IC3は、検知抵抗により検知された起電力を増幅する増幅器の一例である。これらの増幅器で増幅された起電力が第一コイルに供給される電流へフィードバックされてもよい。   The electromotive force detection circuit 73 may have a detection resistor Rs connected in series with the first coil to detect the electromotive force. The amplifier circuit 74, the variable gain amplifier IC2, and the amplifier IC3 are examples of an amplifier that amplifies the electromotive force detected by the detection resistor. The electromotive force amplified by these amplifiers may be fed back to the current supplied to the first coil.

図17や図18が示すように増幅器のゲインGは第一コイルの抵抗値(例:MEMS抵抗Rm)に応じて調整されてもよい。第一コイルの抵抗値が温度により変化しても、精度よく、振動を低減することが可能となる。   As shown in FIGS. 17 and 18, the gain G of the amplifier may be adjusted according to the resistance value of the first coil (eg, MEMS resistance Rm). Even if the resistance value of the first coil changes due to temperature, it is possible to accurately reduce vibration.

図19や図20が示すように駆動コイルL1は目標角度に応じた電流を駆動部から供給される第一コイルの一例である。磁石15dは第一コイルに対して作用する磁力を発生する磁石の一例である。検知コイルL2は検知部の一部を構成する第二コイルであって、第一コイルと連動して振動するように配置された第二コイルとして機能する。起電力検知回路73や検知抵抗Rsなどは第二コイルの両端に発生する電圧を検知する検知回路として機能する。ミラー制御部15aは、ミラーの振動が抑制されるように、検知回路の検知結果を第一コイルに供給される電流へフィードバックしてもよい。これにより、精度よく、振動を低減することが可能となる。   As shown in FIGS. 19 and 20, the drive coil L1 is an example of a first coil to which a current corresponding to the target angle is supplied from the drive unit. The magnet 15d is an example of a magnet that generates a magnetic force that acts on the first coil. The detection coil L2 is a second coil that constitutes a part of the detection unit, and functions as a second coil that is arranged to vibrate in conjunction with the first coil. The electromotive force detection circuit 73, the detection resistor Rs, and the like function as a detection circuit that detects the voltage generated across the second coil. The mirror control unit 15a may feed back the detection result of the detection circuit to the current supplied to the first coil so that the vibration of the mirror is suppressed. This makes it possible to reduce vibration with high accuracy.

1...変位測定装置、2...センサヘッド、10...投光部、40...測定用受光部、50...ハウジング、305...測定制御部、312...変位測定部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Displacement measuring device, 2 ... Sensor head, 10 ... Projector, 40 ... Photodetector, 50 ... Housing, 305 ... Measurement controller, 312 ... Displacement measuring unit

Claims (6)

光を出力する光源と、
前記光源から出力された光を平面的な測定光に変換して出力する変換光学系と、
前記変換光学系から出射された前記平面的な測定光が測定対象物の表面に向かうように導光する導光光学系と、
前記測定対象物からの反射光を受光する受光部と、
三角測量の原理に基づき、前記受光部における前記反射光の入射位置に応じて、前記測定対象物における前記平面的な測定光の各反射位置の高さの集合体であるプロファイルを取得するプロファイル取得部と
を有し、
前記導光光学系は、
前記平面的な測定光を偏向するミラーであって、前記平面的な測定光の反射方向を変更可能なミラーと、
前記ミラーを駆動することで前記ミラーの反射方向を変更する駆動部と、
前記ミラーに対する外部からの振動または、前記ミラーの角度を変更したときに前記ミラーの角度が目標角度で安定するまでに前記ミラーに生じる振動を検知する検知部と、
前記検知部の検知結果に基づき前記ミラーの振動が収束するように前記駆動部を制御する制御部と
を有することを特徴とするプロファイル測定装置。
A light source that outputs light,
A conversion optical system that converts the light output from the light source into a planar measurement light and outputs the converted light.
A light guide optical system that guides the planar measurement light emitted from the conversion optical system so as to be directed toward the surface of a measurement target,
A light receiving unit for receiving the reflected light from the measurement object,
Based on the principle of triangulation, profile acquisition for acquiring a profile that is an aggregate of heights of respective reflection positions of the planar measurement light in the measurement object according to the incident position of the reflected light in the light receiving unit Part and
The light guide optical system,
A mirror for deflecting the planar measurement light, the mirror being capable of changing the reflection direction of the planar measurement light,
A drive unit that changes the reflection direction of the mirror by driving the mirror,
Vibration from the outside with respect to the mirror, or a detection unit that detects vibration generated in the mirror until the angle of the mirror stabilizes at a target angle when the angle of the mirror is changed,
A profile measuring device comprising: a control unit that controls the drive unit so that vibration of the mirror converges based on a detection result of the detection unit.
前記目標角度に応じた電流を前記駆動部から供給される第一コイルと、
前記第一コイルに対して作用する磁力を発生する磁石と、をさらに有し、
前記検知部は、前記第一コイルの両端に発生する起電力を検知する検知回路を有し、
前記制御部は、前記ミラーの振動が抑制されるように、前記検知回路により検知された起電力の検知結果を前記第一コイルに供給される前記電流へフィードバックすることを特徴とする請求項1に記載のプロファイル測定装置。
A first coil supplied with current from the drive unit according to the target angle;
And a magnet that generates a magnetic force that acts on the first coil,
The detection unit has a detection circuit that detects an electromotive force generated at both ends of the first coil,
The control unit feeds back the detection result of the electromotive force detected by the detection circuit to the current supplied to the first coil so that the vibration of the mirror is suppressed. The profile measuring device described in 1.
前記検知回路は、前記起電力を検知するために前記第一コイルと直列に接続された検知抵抗を有することを特徴とする請求項2に記載のプロファイル測定装置。   The profile measuring device according to claim 2, wherein the detection circuit has a detection resistor connected in series with the first coil to detect the electromotive force. 前記検知抵抗により検知された起電力を増幅する増幅器をさらに有し、
前記増幅器で増幅された前記起電力が前記第一コイルに供給される前記電流へフィードバックされることを特徴とする請求項3に記載のプロファイル測定装置。
Further comprising an amplifier for amplifying the electromotive force detected by the detection resistor,
The profile measuring device according to claim 3, wherein the electromotive force amplified by the amplifier is fed back to the current supplied to the first coil.
前記増幅器のゲインは前記第一コイルの抵抗値に応じて調整されることを特徴とする請求項4に記載のプロファイル測定装置。   The profile measuring apparatus according to claim 4, wherein the gain of the amplifier is adjusted according to the resistance value of the first coil. 前記目標角度に応じた電流を前記駆動部から供給される第一コイルと、
前記第一コイルに対して作用する磁力を発生する磁石と、
前記検知部の一部を構成する第二コイルであって、前記第一コイルと連動して振動するように配置された第二コイルと、をさらに有し、
前記検知部は、前記第二コイルの両端に発生する電圧を検知する検知回路を有し、
前記制御部は、前記ミラーの振動が抑制されるように、前記検知回路の検知結果を前記第一コイルに供給される前記電流へフィードバックすることを特徴とする請求項1に記載のプロファイル測定装置。
A first coil supplied with current from the drive unit according to the target angle;
A magnet that generates a magnetic force that acts on the first coil;
A second coil forming a part of the detection unit, further comprising a second coil arranged to vibrate in conjunction with the first coil,
The detection unit has a detection circuit for detecting a voltage generated across the second coil,
The profile measuring device according to claim 1, wherein the control unit feeds back a detection result of the detection circuit to the current supplied to the first coil so that vibration of the mirror is suppressed. .
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