JP2020128934A - Inspection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、測定対象物の高さを検査する検査装置に関する。 The present invention relates to an inspection device that inspects the height of an object to be measured.
三角測距方式の検査装置においては、投光部により測定対象物の表面に光が照射され、その反射光が1次元または2次元に配列された画素を有する受光部により受光される。受光部により得られる受光量分布のデータに基づいて、測定対象物の高さ画像を示す高さデータが生成される。このような高さデータは、工場等の生産現場において、生産された測定対象物の高さを検査(インライン検査)するために用いられることがある。 In the triangulation type inspection apparatus, the light projecting unit irradiates the surface of the object to be measured with light, and the reflected light is received by the light receiving unit having pixels arranged one-dimensionally or two-dimensionally. Height data indicating a height image of the measurement target is generated based on the data of the received light amount distribution obtained by the light receiving unit. Such height data may be used in a production site such as a factory for inspecting the height of an object to be measured (in-line inspection).
例えば、特許文献1の三次元画像処理装置においては、測定対象物がベルトコンベアにより搬送され、所定の位置で投光手段により測定対象物に構造化光が多数回照射される。また、構造化光の照射ごとに測定対象物から反射される構造化光が撮像部で受光され、測定対象物が撮像される。測定対象物の複数の画像データに基づいて、測定対象物の高さデータ(高さ画像)が生成される。生成された高さ画像に基づいて所定の検査が実行される。
For example, in the three-dimensional image processing apparatus of
上記の構造化光はDMD(デジタルマイクロミラーデバイス)等の光生成素子により生成される。このような光生成素子は、高さデータを正確に算出するために、他の光学部材とともに予め定められた位置に精度よく配置されることが望まれる。光生成素子を正確に位置決めするために、光生成素子を検査装置内の予め定められた位置に支持する支持部材が用いられる。 The structured light is generated by a light generation element such as DMD (Digital Micromirror Device). It is desirable that such a light generation element be accurately arranged at a predetermined position together with other optical members in order to accurately calculate height data. In order to accurately position the light generating element, a support member that supports the light generating element at a predetermined position in the inspection device is used.
ところで、検査装置内では、光生成素子および各種光源の駆動部が熱を発生することにより支持部材の温度が上昇する可能性がある。温度上昇に伴って光生成素子の位置が予め定められた位置からずれる可能性がある。このような光生成素子の位置ずれは、生成される高さデータの精度を低下させる。 By the way, in the inspection apparatus, the temperature of the support member may rise due to heat generated by the drive parts of the light generation element and the various light sources. There is a possibility that the position of the light generating element will deviate from a predetermined position as the temperature rises. Such positional deviation of the light generating element reduces the accuracy of the generated height data.
これに対して、特許文献2には、パターン光生成部(光生成素子)により生成されるパターン光(構造化光)の欠損および歪を低減する保持装置が記載されている。その保持装置においては、パターン光生成部を位置決めするための支持部に固定部が固定される。固定部は、当接部および弾性部を含む。当接部は、パターン光生成部の外周に当たるように設けられる。弾性体は、パターン光生成部のうち当接部に当たる部分を当接部に押圧する。 On the other hand, Patent Document 2 describes a holding device that reduces loss and distortion of the pattern light (structured light) generated by the pattern light generation unit (light generation element). In the holding device, the fixing portion is fixed to the support portion for positioning the pattern light generation portion. The fixed portion includes a contact portion and an elastic portion. The contact portion is provided so as to hit the outer periphery of the pattern light generation portion. The elastic body presses the portion of the pattern light generation portion that abuts the abutting portion against the abutting portion.
特許文献2の保持装置によれば、パターン光生成部が位置決めのための複数のピンで支持部材に固定されることがないので、パターン光生成部の変形が低減される。また、支持部材とパターン光生成部との位置ずれの予測が容易になる。予測ができれば、計測誤差の補正が可能となる。しかしながら、温度ごとに計測誤差の補正を行うためには煩雑な演算処理が必要となる。 According to the holding device of Patent Document 2, since the pattern light generation unit is not fixed to the support member by the plurality of pins for positioning, deformation of the pattern light generation unit is reduced. Further, it becomes easy to predict the positional deviation between the support member and the pattern light generation unit. If the prediction can be made, the measurement error can be corrected. However, in order to correct the measurement error for each temperature, complicated calculation processing is required.
本発明の目的は、光生成素子およびその支持部材の温度が上昇する場合においても煩雑な演算処理を要することなく高精度の高さデータを生成することが可能な検査装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide an inspection apparatus capable of generating highly accurate height data without requiring complicated calculation processing even when the temperature of the light generating element and its supporting member rises. ..
(1)本発明に係る検査装置は、光源と、光源から出射される光を受けて構造化光を生成する光生成素子と、第1の光軸を有する投光レンズを含み、光生成素子により生成された構造化光を投光レンズを通して測定対象物に照射する投光光学系と、光生成素子よりも大きい線膨張係数を有する金属により構成されかつ光生成素子および投光レンズを支持する投光ベースと、第1の光軸に交差する第2の光軸を有する受光レンズを含みかつ投光ベースに接続される受光光学系と、測定対象物から第2の光軸の方向に反射される構造化光を受光光学系を通して受光することにより測定対象物の画像を示すパターン画像データを生成する撮像素子と、光生成素子を投光ベースに固定する固定部材とを備え、投光ベースは、第2の光軸から離間するとともに第2の光軸を向く当接部を有し、固定部材は、温度上昇による投光ベースの膨張に起因して投光光学系と第2の光軸との間の距離が増加する場合に、光生成素子から予め設定された基準面を経由して撮像素子に至る構造化光の光路長の変化量が0に近づくようにかつ光生成素子の任意の部分から基準面を経由して撮像素子に入射する光の撮像素子上の入射位置が温度上昇前における入射位置に近づくように、光生成素子を第2の光軸から遠ざかるように当接部に向かう方向に付勢する。 (1) The inspection apparatus according to the present invention includes a light source, a light generating element that receives light emitted from the light source to generate structured light, and a light projecting lens having a first optical axis. A projection optical system for irradiating the object to be measured with structured light generated by the projection lens, and a metal having a linear expansion coefficient larger than that of the light generating element and supporting the light generating element and the light projecting lens. A light receiving optical system including a light projecting base and a light receiving lens having a second optical axis intersecting the first optical axis and connected to the light projecting base; and reflection from a measurement target in the direction of the second optical axis. The structured light is received through the light receiving optical system to generate pattern image data showing an image of the object to be measured, and a fixing member for fixing the light generating element to the light emitting base. Has an abutting portion that is separated from the second optical axis and faces the second optical axis, and the fixing member is caused by expansion of the light projecting base due to temperature rise and the projecting optical system and the second optical axis. When the distance between the optical axis and the axis increases, the amount of change in the optical path length of the structured light from the light generating element to the imaging element via the preset reference surface approaches 0 and Contact the light generation element away from the second optical axis so that the incident position on the image sensor of the light entering the image sensor from the arbitrary part via the reference surface approaches the incident position before the temperature rise. Energize in the direction toward the section.
その検査装置においては、光源から出射された光が光生成素子に入射することにより、構造化光が生成される。生成された構造化光が投光光学系により測定対象物に照射される。測定対象物から第2の光軸の方向に反射される構造化光が受光光学系を通して撮像素子により受光され、パターン画像データが生成される。この場合、三角測距方式により生成されたパターン画像データに基づいて測定対象物の高さ画像を示す高さデータを生成することができる。また、生成された高さデータに基づいて測定対象物の検査を行うことができる。三角測距方式による測定対象物の高さ測定においては、撮像素子に対して予め定められた位置に基準面が設定される。 In the inspection apparatus, structured light is generated by the light emitted from the light source entering the light generating element. The structured light thus generated is applied to the object to be measured by the projection optical system. The structured light reflected from the measuring object in the direction of the second optical axis is received by the image pickup device through the light receiving optical system, and pattern image data is generated. In this case, the height data indicating the height image of the measuring object can be generated based on the pattern image data generated by the triangulation method. Further, it is possible to inspect the measurement object based on the generated height data. In the height measurement of the measuring object by the triangulation method, the reference plane is set at a predetermined position with respect to the image sensor.
投光ベースの温度が上昇すると、投光ベースを構成する金属材料の線膨張係数に応じて投光ベースが膨張する。このとき、投光ベースと受光光学系とは互いに接続されているので、当接部および投光レンズは投光ベースの膨張に伴って第2の光軸から遠ざかる。そのため、基準面における投光レンズの第1の光軸の交差位置は、投光ベースの温度上昇前の位置からずれることになる。 When the temperature of the light projecting base rises, the light projecting base expands according to the linear expansion coefficient of the metal material forming the light projecting base. At this time, since the light projecting base and the light receiving optical system are connected to each other, the contact portion and the light projecting lens move away from the second optical axis as the light projecting base expands. Therefore, the crossing position of the first optical axis of the light projecting lens on the reference plane is displaced from the position before the temperature rise of the light projecting base.
ここで、光生成素子の線膨張係数は投光ベースよりも小さいので、光生成素子の膨張の程度は投光ベースの膨張の程度よりも小さい。そのため、光生成素子は、固定部材により第2の光軸から遠ざかるように当接部に向かう方向に付勢されることにより、投光レンズの第1の光軸に対して第2の光軸から遠ざかる方向に相対的に移動する。 Here, since the linear expansion coefficient of the light generating element is smaller than that of the light projecting base, the degree of expansion of the light generating element is smaller than that of the light projecting base. Therefore, the light generating element is biased by the fixing member in the direction toward the contact portion so as to move away from the second optical axis, and thus the second optical axis with respect to the first optical axis of the light projecting lens. Move relatively away from.
この場合、光生成素子から測定対象物に照射される光は、第1の光軸を基準として投光レンズによって反転されつつ進行する。そのため、温度変化の前後で、基準面上の光の照射位置がほとんど変化しない。したがって、光生成素子から予め設定された基準面を経由して前記撮像素子に至る構造化光の光路長の変化量が0に近づく。また、光生成素子の任意の部分から基準面を経由して撮像素子に入射する光の撮像素子上の入射位置が温度上昇前における入射位置に近づく。これにより、投光ベースの温度上昇が測定対象物の高さ測定に及ぼす影響が、投光ベースに対する光生成素子の相対的な移動により相殺される。 In this case, the light emitted from the light generation element to the measurement object travels while being inverted by the light projecting lens with the first optical axis as a reference. Therefore, the irradiation position of the light on the reference surface hardly changes before and after the temperature change. Therefore, the amount of change in the optical path length of the structured light from the light generation element to the imaging element via the preset reference surface approaches zero. Further, the incident position on the image sensor of the light incident on the image sensor from any part of the light generating element via the reference surface approaches the incident position before the temperature rise. Thereby, the influence of the temperature rise of the light projecting base on the height measurement of the measuring object is canceled by the relative movement of the light generating element with respect to the light projecting base.
その結果、光生成素子および投光ベースの温度が上昇する場合においても煩雑な演算処理を要することなく高精度の高さデータを生成することが可能になる。 As a result, even when the temperature of the light generating element and the light emitting base rises, it is possible to generate highly accurate height data without requiring complicated calculation processing.
(2)光生成素子は、デジタルマイクロミラーデバイスであってもよい。 (2) The light generating element may be a digital micromirror device.
この場合、光源から出射される光の少なくとも一部がデジタルマイクロミラーデバイスにより反射されることにより構造化光が生成される。また、構造化光のパターンを容易かつ自由に設定することが可能になる。 In this case, at least a part of the light emitted from the light source is reflected by the digital micromirror device to generate structured light. In addition, the structured light pattern can be easily and freely set.
(3)検査装置は、光生成素子を保持可能に形成された保持具をさらに備え、投光ベースは、保持具を支持可能な支持面を有し、保持具は、投光ベースの支持面上に支持された状態で当接部に当接可能に形成された被当接部を有し、固定部材は、被当接部が当接部に当接した状態で、保持具により保持された光生成素子を当接部に向かう方向に付勢するように投光ベースに設けられてもよい。 (3) The inspection apparatus further includes a holder formed to hold the light generating element, the light projecting base has a supporting surface capable of supporting the holder, and the holder is a supporting surface of the light projecting base. The fixed member has an abutted portion formed so as to be able to abut the abutting portion while being supported above, and the fixing member is held by the holder in a state where the abutted portion abuts the abutting portion. The light generating element may be provided on the light projecting base so as to urge the light generating element in a direction toward the contact portion.
この場合、光生成素子は、保持具に保持された状態で投光ベースの支持面上に設けられる。それにより、投光ベースへの取り付け時における光生成素子の取り扱いが容易になる。 In this case, the light generation element is provided on the support surface of the light projecting base while being held by the holder. This facilitates handling of the light generating element when it is attached to the light emitting base.
(4)投光ベースは、支持面に交差しかつ当接部から第2の光軸を向く方向に延びる案内面をさらに有し、保持具は、投光ベースの支持面上に支持されかつ被当接部が当接部に当接した状態で案内面に当接可能に形成された被案内部を有し、固定部材は、被当接部が当接部に当接しかつ被案内部が案内面に当接した状態で、保持具を案内面に向かう方向にさらに付勢するように投光ベースに設けられてもよい。 (4) The light projecting base further has a guide surface that intersects the support surface and extends from the contact portion in a direction toward the second optical axis, and the holder is supported on the support surface of the light projecting base. The fixed member has a guided portion formed so as to be able to come into contact with the guide surface in a state where the abutted portion abuts against the abutting portion, and the fixed member has the abutted portion abutting against the abutting portion and May be provided on the light projecting base so as to further urge the holder in a direction toward the guide surface in a state where the holder contacts the guide surface.
この場合、保持部の被案内部が投光ベースの案内面に当接した状態で保持具が投光ベースの案内面に向かって付勢されることにより、投光ベースに対する保持具の移動が当接部から第2の光軸を向く方向に規制される。したがって、投光ベースの温度が上昇することにより、投光ベースが膨張する際に、光生成素子を第2の光軸から遠ざかる方向へ正確に移動させることができる。 In this case, the holder is biased toward the guide surface of the light projecting base while the guided portion of the holder is in contact with the guide surface of the light projecting base, so that the holder moves relative to the light projecting base. The contact portion is regulated in the direction toward the second optical axis. Therefore, when the temperature of the light projecting base rises, the light generating element can be accurately moved in the direction away from the second optical axis when the light projecting base expands.
(5)検査装置は、撮像素子を支持するとともに第2の光軸が上下方向に延びるように受光レンズを支持する受光ベースと、光源から出射される光が上方から下方に進行するように光源を支持する光源ベースと、光源から出射されて上方から下方に進行する光を第2の光軸から遠ざかるように斜め上方へ反射する反射部材とをさらに備え、光生成素子は、反射部材により反射される光の少なくとも一部を反射することにより構造化光を生成するように構成され、投光ベースは、反射部材を支持するとともに、光生成素子により生成された構造化光が受光レンズの第2の光軸を向いて斜め下方に進行するように光生成素子を支持してもよい。 (5) The inspection device includes a light receiving base that supports the image pickup element and a light receiving lens so that the second optical axis extends in the vertical direction, and a light source that allows the light emitted from the light source to travel from the upper side to the lower side. Further comprising a light source base for supporting the light source, and a reflecting member for reflecting the light emitted from the light source and traveling downward from the upper side obliquely upward away from the second optical axis, and the light generating element is reflected by the reflecting member. Configured to generate structured light by reflecting at least a portion of the reflected light, the floodlighting base supports the reflective member and the structured light generated by the light generating element is coupled to the light receiving lens. The light generating element may be supported so as to face the optical axis 2 and travel obliquely downward.
上記の構成によれば、光源から出射される光の光路が折り返されている。それにより、測定対象物に構造化光を照射するための構成が、その照射方向に大型化することが抑制される。 According to the above configuration, the optical path of the light emitted from the light source is folded back. As a result, the structure for irradiating the measurement object with the structured light is prevented from increasing in size in the irradiation direction.
また、上記の構成によれば、受光光学系の第2の光軸に対して直交する方向において、光源、光源ベースおよび反射部材は、光生成素子と受光光学系の第2の光軸との間に位置する。それにより、受光光学系の第2の光軸に対して直交する方向における光生成素子と受光光学系の第2の光軸との間の空間を有効利用することができる。 Further, according to the above configuration, in the direction orthogonal to the second optical axis of the light receiving optical system, the light source, the light source base, and the reflecting member include the light generation element and the second optical axis of the light receiving optical system. Located in between. Thereby, the space between the light generating element and the second optical axis of the light receiving optical system in the direction orthogonal to the second optical axis of the light receiving optical system can be effectively used.
したがって、光源、反射部材、光生成素子、受光光学系および撮像素子を含む複数の投受光系の構成をよりコンパクト化することができる。 Therefore, it is possible to make the configuration of the plurality of light emitting/receiving systems including the light source, the reflecting member, the light generating element, the light receiving optical system, and the image pickup element more compact.
(6)検査装置は、投光ベース、受光ベースおよび光源ベースを収容するケーシングをさらに備え、投光ベース、受光ベースおよび光源ベースは、ケーシングの内部に固定されてもよい。 (6) The inspection device may further include a casing that houses the light projecting base, the light receiving base, and the light source base, and the light projecting base, the light receiving base, and the light source base may be fixed inside the casing.
この場合、投光ベース、受光ベースおよび光源ベースをケーシング内にコンパクトに収容することができる。したがって、ケーシングの小型化が可能となり、ケーシングの設置スペースを低減することができる。さらに、検査装置の設置時の取り扱いが容易になる。 In this case, the light projecting base, the light receiving base, and the light source base can be compactly housed in the casing. Therefore, the casing can be downsized, and the installation space of the casing can be reduced. Furthermore, the handling of the inspection device during installation becomes easy.
本発明によれば、光生成素子およびその支持部材の温度が上昇する場合においても煩雑な演算処理を要することなく高い精度で高さデータを生成することが可能になる。 According to the present invention, height data can be generated with high accuracy without requiring complicated calculation processing even when the temperature of the light generation element and its supporting member rises.
以下、本発明の一実施の形態に係る検査装置について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, an inspection apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(1)検査装置の構成
図1は、本発明の一実施の形態に係る検査装置の構成を示すブロック図である。図1に示すように、検査装置300は、ヘッド部100、コントローラ部200、操作部310および表示部320を備える。コントローラ部200は、プログラマブルロジックコントローラ等の外部機器400に接続される。
(1) Configuration of Inspection Device FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the inspection device according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the
図1に太い矢印で示すように、複数の測定対象物Sが、ヘッド部100の下方の空間を通過するようにベルトコンベア301により順次搬送される。各測定対象物Sがヘッド部100の下方の空間を通過する際には、当該測定対象物Sがヘッド部100の下方の所定の位置で一時的に静止するように、ベルトコンベア301が一定時間停止する。
As indicated by thick arrows in FIG. 1, a plurality of measurement objects S are sequentially conveyed by the
ヘッド部100は、例えば投受光一体の撮像デバイスであり、照明部110、撮像部120および演算部130がヘッドケーシング100c内に収容された構成を有する。照明部110は、赤色、青色、緑色または白色の光であって、かつ、任意のパターンを有する光とパターンを有しない一様な光とを、選択的に斜め上方から測定対象物Sに照射可能に構成される。以下、任意のパターンを有する光を構造化光と呼び、一様な光を一様光と呼ぶ。照明部110の構成については後述する。
The
撮像部120は、撮像素子121および受光レンズ122,123を備える。受光レンズ122,123のうち少なくとも受光レンズ122は、テレセントリックレンズである。測定対象物Sにより上方に反射された構造化光または一様光は、撮像部120の受光レンズ122,123により集光および結像された後、撮像素子121により受光される。撮像素子121は、例えばモノクロCCD(電荷結合素子)であり、各画素から受光量に対応するアナログの電気信号を出力することにより画像データを生成する。撮像素子121は、CMOS(相補性金属酸化膜半導体)イメージセンサ等の他の撮像素子であってもよい。
The
本実施の形態においては、構造化光が測定対象物Sに照射されたときの測定対象物Sの画像を示す画像データをパターン画像データと呼ぶ。これに対し、赤色、青色または緑色のいずれかの波長を有する一様光が測定対象物Sに照射されたときの測定対象物Sの画像を示す画像データをテクスチャ画像データと呼ぶ。 In the present embodiment, image data indicating an image of the measurement target S when the measurement target S is irradiated with the structured light is referred to as pattern image data. On the other hand, image data showing an image of the measurement target S when the measurement target S is irradiated with uniform light having any one of red, blue, and green wavelengths is referred to as texture image data.
演算部130は、例えばFPGA(フィールドプログラマブルゲートアレイ)により実現され、撮像処理部131、演算処理部132、記憶部133および出力処理部134を含む。本実施の形態においては、演算部130はFPGAにより実現されるが、本発明はこれに限定されない。演算部130は、CPU(中央演算処理装置)およびRAM(ランダムアクセスメモリ)により実現されてもよいし、マイクロコンピュータにより実現されてもよい。
The
撮像処理部131は、照明部110および撮像部120の動作を制御する。演算処理部132は、複数のパターン画像データに基づいて測定対象物Sの高さ画像を示す高さデータを生成する。また、演算処理部132は、赤色、青色および緑色の一様光により生成された赤色、青色および緑色のテクスチャ画像データを合成することにより、測定対象物Sのカラー画像を示すカラーテクスチャ画像データを生成する。記憶部133は、撮像部120により生成された複数のパターン画像データおよびテクスチャ画像データを一時的に記憶する。また、記憶部133は、演算処理部132により生成された高さデータおよびカラーテクスチャ画像データを一時的に記憶する。出力処理部134は、記憶部133に記憶された高さデータまたはカラーテクスチャ画像データを出力する。演算部130の詳細については後述する。
The
コントローラ部200は、ヘッド制御部210、画像メモリ220および検査部230を含む。ヘッド制御部210は、外部機器400により与えられる指令に基づいて、ヘッド部100の動作を制御する。画像メモリ220は、演算部130により出力された高さデータまたはカラーテクスチャ画像データを記憶する。
The
検査部230は、使用者により指定された検査内容に基づいて、画像メモリ220に記憶された高さデータまたはカラーテクスチャ画像データについてエッジ検出または寸法計測等の処理を実行する。また、検査部230は、計測値を所定のしきい値と比較することにより、測定対象物Sの良否を判定し、判定結果を外部機器400に与える。
The
コントローラ部200には、操作部310および表示部320が接続される。操作部310は、キーボード、ポインティングデバイスまたは専用のコンソールを含む。ポインティングデバイスとしては、マウスまたはジョイスティック等が用いられる。使用者は、操作部310を操作することにより、コントローラ部200に所望の検査内容を指定することができる。
An
表示部320は、例えばLCD(液晶ディスプレイ)パネルまたは有機EL(エレクトロルミネッセンス)パネルにより構成される。表示部320は、画像メモリ220に記憶された高さデータに基づく高さ画像を表示する。また、表示部320は、画像メモリ220に記憶されたカラーテクスチャ画像データに基づく測定対象物Sのカラー画像を表示する。さらに、表示部320は、検査部230による測定対象物Sの判定結果を表示する。
The
(2)ヘッド部100の基本的な内部構成
図2は、図1のヘッド部100内部の基本構成を説明するための模式図である。図2に示すように、撮像部120は、図1に示される構成要素に加えて受光ベース120aを備える。受光ベース120aは、例えば鏡筒を含み、ヘッドケーシング100cの内部で受光レンズ122,123および撮像素子121を支持する。ヘッドケーシング100cの内部において、受光レンズ122,123は、共通の光軸ax0が上下方向に延びるように固定されている。撮像素子121は、受光レンズ122,123の共通の光軸ax0上で下方から上方に進行する光を受けるように、受光レンズ122,123の上方に固定されている。また、本例では、演算部130は、基板に実装された状態で撮像部120の上方に位置するように、ヘッドケーシング100c内に固定されている。
(2) Basic Internal Configuration of
ヘッドケーシング100c内では、水平方向において撮像部120に隣り合うように照明部110が設けられている。照明部110は、光源111,112,113、ダイクロイックミラー114,115、照明レンズ116、ミラー117、光生成素子118、投光レンズ119、光源ベース110aおよび投光ベース110bを備える。
In the
光源ベース110aは、光源111,112,113、ダイクロイックミラー114,115および照明レンズ116を支持する。投光ベース110bは、ミラー117、光生成素子118および投光レンズ119を支持する。光源ベース110aは、投光ベース110bの上方に位置するように投光ベース110bに接続される。互いに接続された光源ベース110aおよび投光ベース110bは、連結部材JTを介して撮像部120の受光ベース120aに接続されている。光源ベース110a、投光ベース110b、受光ベース120aおよび連結部材JTは、共通の金属材料(本例ではアルミニウム(Al))により形成されている。予め定められた基準温度(例えば25℃)において、照明部110および撮像部120の複数の構成要素は予め定められた位置関係で保持される。
The
光源111,112,113は、例えばLED(発光ダイオード)であり、緑色光、青色光および赤色光をそれぞれ出射する。各光源111〜113はLED以外の他の光源であってもよい。
The
ダイクロイックミラー114は、光源111により出射された緑色光と光源112により出射された青色光とが重ね合わせ可能となるように光源ベース110aにより支持される。ダイクロイックミラー115は、ダイクロイックミラー114により重ね合わされた光と光源113により出射された赤色光とが重ね合わせ可能となるように光源ベース110aにより支持される。これにより、光源111〜113から緑色光、青色光および赤色光が同時に出射される際には、それらの光が共通の光路上で重ね合わされ、白色光が生成される。
The
また、本実施の形態において、光源111〜113およびダイクロイックミラー114,115は、光源111〜113によりそれぞれ出射される複数の光が上方から下方に向かう共通の光路を進行するように、光源ベース110aにより支持される。
Further, in the present embodiment, the
照明レンズ116は、ダイクロイックミラー115の下方の位置で、ダイクロイックミラー115を通過または反射した光を集光するように、光源ベース110aにより支持される。ヘッドケーシング100c内において、照明レンズ116により集光される光はさらに上方から下方に向かって進行する。
The
ミラー117は、照明レンズ116を通過した光を撮像部120の光軸ax0から遠ざかる方向を向いて斜め上方へ反射するように投光ベース110bにより支持される。光生成素子118は、ミラー117により反射される光を受けるように、投光ベース110bにより支持される。本実施の形態においては、光生成素子118は、DMD(デジタルマイクロミラーデバイス)である。光生成素子118は、受けた光の少なくとも一部を撮像部120の光軸ax0に近づくように斜め下方に反射することにより構造化光および一様光を選択的に生成する光生成面を有する。光生成素子118は、LCDまたはLCOS(反射型液晶素子)であってもよい。投光ベース110bにおける光生成素子118の支持状態の詳細については後述する。
The
投光レンズ119は、投光レンズ119の光軸ax1が投光レンズ119から撮像部120の光軸ax0を向いて斜め下方に延びるように投光ベース110bにより支持される。本実施の形態においては、投光レンズ119は、光生成素子118からの光を拡大しつつ図1の測定対象物Sに照射する。なお、投光レンズ119は、複数のレンズで構成されてもよい。この場合、投光レンズ119は、テレセントリック光学系を含んでもよく、光生成素子118からの構造化光または一様光を拡大するとともに平行化して測定対象物Sに照射可能に設けられてもよい。
The
上記の構成によれば、光源111,112,113から出射される複数の光に共通の光路が折り返されて測定対象物Sに照射される。それにより、光源ベース110aにより支持される各光学系が、投光レンズ119の光軸ax1上に並ばない。したがって、測定対象物Sに構造化光および一様光を照射するための構成が、その照射方向に大型化することが抑制されている。
According to the above configuration, the optical path common to the plurality of lights emitted from the
また、上記の構成によれば、撮像部120の光軸ax0に直交する方向において、光源ベース110aにより支持される複数の光学系の少なくとも一部は、光生成素子118と撮像部120の光軸ax0との間に位置する。それにより、撮像部120の光軸ax0に直交する方向における光生成素子118と撮像部120の光軸ax0との間の空間を有効利用することができる。
Further, according to the above configuration, at least a part of the plurality of optical systems supported by the
これらの結果、ヘッドケーシング100c内で照明部110および撮像部120がコンパクトに配置されるので、ヘッド部100の小型化が実現されるとともにヘッド部100のレイアウトの自由度が向上する。さらに、ヘッド部100の設置スペースが低減されるとともに、ヘッド部100の設置時の取り扱いが容易になる。
As a result, since the
図1の演算部130の撮像処理部131は、後述する検査処理のフローに従って、光源111〜113による光の出射を個別に制御する。また、照明部110から出射される光に所望のパターンが付与されるように光生成素子118を制御する。これにより、照明部110は、白色でかつ所定のパターンを有する構造化光と、緑色、青色または赤色の一様光とを選択的に出射する。さらに、撮像処理部131は、後述する検査処理のフローに従って、照明部110における構造化光または一様光の出射に同期して測定対象物Sを撮像するように撮像部120を制御する。
The
(3)高さデータの生成
検査装置300においては、ヘッド部100に固有の三次元座標系(以下、装置座標系と呼ぶ。)が定義される。本例の装置座標系は、原点と互いに直交するX軸、Y軸およびZ軸とを含む。以下の説明では、装置座標系のX軸に平行な方向をX方向と呼び、Y軸に平行な方向をY方向と呼び、Z軸に平行な方向をZ方向と呼ぶ。X方向およびY方向は、ベルトコンベア301の上面に平行な面内で互いに直交する。Z方向は、ベルトコンベア301の上面に対して直交する。
(3) Generation of Height Data In the
ヘッド部100においては、三角測距方式により測定対象物Sの高さ画像を示す高さデータが生成される。三角測距方式による測定対象物の高さ測定においては、撮像素子121に対して予め定められた位置に基準面が設定される。本例では、ベルトコンベア301の上面が基準面として設定されるものとする。
In the
図3は、三角測距方式の原理を説明するための図である。図3には、X方向、Y方向およびZ方向がそれぞれ矢印で示される。ここで、検査装置300のヘッド部100内部の温度は基準温度であるものとする。
FIG. 3 is a diagram for explaining the principle of the triangulation method. In FIG. 3, the X direction, the Y direction, and the Z direction are indicated by arrows. Here, it is assumed that the temperature inside the
図3に示すように、照明部110の光学系(図2の投光レンズ119)の光軸ax1と撮像部120の光学系(図2の受光レンズ122,123)の光軸ax0との間の角度αが予め設定される。角度αは、0度よりも大きく90度よりも小さい。
As shown in FIG. 3, between the optical axis ax1 of the optical system of the illumination unit 110 (projecting
ヘッド部100の下方に測定対象物Sが存在しない場合、照明部110から出射される光は、基準面Rの点Oにより反射され、撮像部120に入射する。一方、ヘッド部100の下方に測定対象物Sが存在する場合、照明部110から出射される光は、測定対象物Sの表面の点Aにより反射され、撮像部120に入射する。これにより、測定対象物Sが撮像され、測定対象物Sの画像を示す画像データが生成される。
When the measurement target S does not exist below the
点Oと点Aとの間のX方向における距離をdとすると、基準面Rに対する測定対象物Sの点Aの高さhは、h=d÷tan(α)により与えられる。演算部130は、撮像部120により生成される画像データに基づいて、距離dを算出する。また、演算部130は、算出された距離dに基づいて、測定対象物Sの表面の点Aの高さhを算出する。測定対象物Sの表面の全ての点の高さを算出することにより、光が照射された全ての点について装置座標系で表される座標を特定することができる。それにより、測定対象物Sの高さデータが生成される。
When the distance between the point O and the point A in the X direction is d, the height h of the point A of the measuring object S with respect to the reference plane R is given by h=d÷tan(α). The
測定対象物Sの表面の全ての点に光を照射するために、照明部110から種々の構造化光が出射される。本実施の形態においては、Y方向に平行でかつX方向に並ぶような直線状の断面を有する縞状の構造化光(以下、縞状光と呼ぶ。)が、その空間位相が変化されつつ照明部110から複数回出射される。また、Y方向に平行な直線状の断面を有しかつ明部分と暗部分とがX方向に並ぶコード状の構造化光(以下、コード状光と呼ぶ。)が、その明部分および暗部分がグレイコード状に変化されつつ照明部110から複数回出射される。
In order to irradiate all points on the surface of the measuring object S with light, various illumination lights are emitted from the
(4)検査処理
図4は、図1の検査装置300により実行される検査処理の一例を示すフローチャートである。以下、図1に示される検査装置300の各構成要素および図4のフローチャートを用いて検査処理を説明する。まず、ヘッド部100において、撮像処理部131は、所定のパターンを有する白色の構造化光を出射するように照明部110を制御する(ステップS1)。また、撮像処理部131は、ステップS1における構造化光の出射と同期して測定対象物Sを撮像するように撮像部120を制御する(ステップS2)。これにより、測定対象物Sのパターン画像データが撮像部120により生成される。
(4) Inspection Process FIG. 4 is a flowchart showing an example of the inspection process executed by the
次に、撮像処理部131は、直前のステップS2で生成されたパターン画像データを記憶部133に記憶させる(ステップS3)。また、撮像処理部131は、所定の回数撮像が実行されたか否かを判定する(ステップS4)。所定の回数撮像が実行されていない場合、撮像処理部131は、構造化光のパターンを変更するように図2の光生成素子118を制御し(ステップS5)、ステップS1に戻る。ここで、構造化光のパターンを変更することには、構造化光のパターンの位相をシフトさせることが含まれる。所定の回数撮像が実行されるまで、ステップS1〜S5が繰り返される。これにより、パターンが変化されつつ縞状光およびコード状光が測定対象物Sに順次照射されたときの複数のパターン画像データが記憶部133に記憶される。なお、縞状光とコード状光とは、いずれが先に出射されてもよい。
Next, the
ステップS4で、所定の回数撮像が実行された場合、演算処理部132は、記憶部133に記憶された複数のパターン画像データについて演算を行うことにより、高さデータを生成する(ステップS6)。その後、出力処理部134は、ステップS6で生成された高さデータをコントローラ部200に出力する(ステップS7)。これにより、コントローラ部200の画像メモリ220に高さデータが蓄積される。
When the imaging is performed a predetermined number of times in step S4, the
次に、撮像処理部131は、図2の複数の光源111,112,113のうち一の光源を選択するとともに選択された一の光源に対応する色の一様光を出射するように照明部110を制御する(ステップS8)。また、撮像処理部131は、ステップS8における一様光の出射と同期して測定対象物Sを撮像するように撮像部120を制御する(ステップS9)。これにより、一の光源に対応する色のテクスチャ画像データが撮像部120により生成される。
Next, the
続いて、撮像処理部131は、直前のステップS9で生成されたテクスチャ画像データを記憶部133に記憶させる(ステップS10)。また、撮像処理部131は、全光源111〜113を用いた撮像が実行されたか否かを判定する(ステップS11)。全光源111〜113を用いた撮像が実行されていない場合、撮像処理部131は、直前のステップS7の処理後で光が出射されていない1または複数の光源から光を出射する光源を決定し(ステップS12)、ステップS8に戻る。全光源111〜113を用いた撮像が実行されるまで、ステップS8〜S12が繰り返される。これにより、測定対象物Sに照射される光の色が変化されつつ一様光が測定対象物Sに順次照射されたときの複数のテクスチャ画像データが記憶部133に記憶される。
Then, the
ステップS11で、全光源111〜113を用いた撮像が実行された場合、演算処理部132は、記憶部133に記憶された複数のテクスチャ画像データを合成することにより、カラーテクスチャ画像データを生成する(ステップS13)。その後、出力処理部134は、ステップS13で生成されたカラーテクスチャ画像データをコントローラ部200に出力する(ステップS14)。これにより、コントローラ部200の画像メモリ220にカラーテクスチャ画像データが蓄積される。
When the imaging using all the
次に、コントローラ部200において、検査部230は、ステップS7,S14で画像メモリ220に蓄積された高さデータおよびカラーテクスチャ画像データに画像処理を実行する(ステップS15)。これにより、使用者により予め指定された検査内容に基づいて、高さデータまたはカラーテクスチャ画像データにおける所定部分の計測が実行される。具体的には、高さ方向(Z方向)に関する計測は高さデータを用いて行われ、X方向またはY方向に関する計測はカラーテクスチャ画像データを用いて行われる。
Next, in the
続いて、検査部230は、ステップS15で得られた計測値を所定のしきい値と比較することにより測定対象物Sの良否を判定し(ステップS16)、計測処理を終了する。
Subsequently, the
ここで、検査部230は、ステップS16における判定結果を表示部320に表示してもよいし、外部機器400に与えてもよい。また、検査部230は、ステップS6の処理で生成される高さデータに基づく高さ画像を表示部320に表示させることができる。さらに、表示部320は、ステップS13で生成されるカラーテクスチャ画像データに基づく測定対象物Sのカラー画像を表示部320に表示させることができる。
Here, the
上記の検査処理においては、ステップS1〜S7が実行された後にステップS8〜S14が実行されるが、本発明はこれに限定されない。ステップS8〜S14が実行された後にステップS1〜S7が実行されてもよい。また、ステップS7,S14は、計測が実行される前におけるいずれの時点で実行されてもよく、他の処理と並列的に実行されてもよい。 In the inspection process described above, steps S8 to S14 are executed after steps S1 to S7 are executed, but the present invention is not limited to this. Steps S1 to S7 may be executed after steps S8 to S14 are executed. Further, steps S7 and S14 may be executed at any time before the measurement is executed, and may be executed in parallel with other processing.
(5)ヘッド部100における光生成素子118の支持状態
図5は投光ベース110bにおける光生成素子118の支持状態を説明するための分解斜視図である。投光ベース110bは、撮像部120(図2)に対して予め定められた姿勢(以下、基準姿勢と呼ぶ。)が維持されるようにヘッドケーシング100c(図2)内に固定される。
(5) Supporting State of
図5に示すように、投光ベース110bは、最外部11、上面部12および素子支持部13を有する。最外部11は、投光ベース110bが基準姿勢にある状態で撮像部120の逆方向(撮像部120から遠ざかる方向)を向く部分であり、投光ベース110bのうち撮像部120から最も遠い位置に配置される部分である。上面部12は、投光ベース110bが基準姿勢にある状態で上方を向く面である。最外部11の上端部と上面部12とは離間している。
As shown in FIG. 5, the
投光ベース110bの内部には、上面部12の下方にミラー117および投光レンズ119が設けられる。ミラー117および投光レンズ119は、投光ベース110bの予め定められた部分に固定されている。また、投光ベース110bの内部には、光源111,112,113から出射された光および光生成素子118により生成された構造化光または一様光が進行するための空間が形成されている。上面部12には、照明レンズ116(図2)を通って下方に進行する光をミラー117へ導くための開口12oが形成されている。
Inside the light projecting
素子支持部13は、最外部11の上端部と上面部12との間に位置し、支持面14および支持壁15を有する。支持面14は、投光ベース110bが基準姿勢にある状態で撮像部120の逆方向(撮像部120から遠ざかる方向)かつ斜め上方を向くように平坦に形成されている。支持面14の中央部には、投光ベース110b内でミラー117により反射される光を光生成素子118に導くための開口14oが形成されている。
The
支持壁15は、略U字形状を有し、支持面14を取り囲むようにかつ支持面14に直交する斜め上方に突出するように形成されている。支持壁15は、素子支持部13の中心を向く3つの内側面を有する。3つの内側面のうち一の内側面は支持面14に直交するとともに撮像部120の方向(撮像部120に近づく方向)を向きかつ斜め上方を向く。他の2つの内側面は、支持面14および当接面15aに直交するとともに互いに対向する。以下の説明では、少なくとも撮像部120を向く支持壁15の一の内側面を当接面15aと呼ぶ。また、支持壁15の他の2つの内側面をそれぞれ内側面15b,15cと呼ぶ。支持壁15には、さらに長尺状の板ばね16が設けられている。板ばね16は、支持壁15の一端部から所定の方向に一定距離延びるように設けられている。
The
光生成素子118は、構造化光を生成するための複数の電気部品と、複数の電気部品が実装された基板と、複数の電気部品および基板の少なくとも一部を収容するパッケージとを含む。光生成素子118のパッケージは、投光ベース110bよりも線膨張係数が小さい材料で形成される。上記のように、投光ベース110bがアルミニウムで形成される場合、パッケージは例えば酸化アルミニウム(Al2O3)で形成される。なお、アルミニウムの線膨張係数は23(×10−6/℃)程度であり、酸化アルミニウムの線膨張係数は7(×10−6/℃)程度である。また、本例のパッケージは扁平な直方体形状を有する。
The
光生成素子118は、2つの保持具20,30を用いて投光ベース110bの素子支持部13に取り付けられる。保持具20,30は、投光ベース110bと同じ金属材料で形成されている。なお、保持具20,30は、光生成素子118のパッケージと同じ材料で形成されてもよい。
The
一方の保持具20は、略長方形の板状部材であり、支持面14上に載置可能かつスライド可能に形成されている。具体的には、保持具20は、互いに逆方向を向く上面28および下面29を有する。上面28上には、L字形状を有する保持壁21が形成されている。保持壁21は、保持具20の一長辺から一短辺に沿って延びるように形成されている。保持壁21は、保持具20の中心を向いて互いに直交する2つの内側面を有する。
The one
保持具20の上面28上に光生成素子118を載置する。この状態で、光生成素子118を保持壁21の2つの内側面に接触させる。それにより、光生成素子118を保持具20に対して予め定められた姿勢で位置決めすることができる。保持具20の中央部には、光生成素子118の光生成面を保持具20の下方に露出させるための開口が形成されている。
The
他方の保持具30は、略長方形の板状部材であり、光生成素子118が保持された保持具20上に載置可能かつスライド可能に形成されている。具体的には、保持具30は、互いに逆方向を向く上面38および下面39を有する。下面39上には、L字形状を有する保持壁31が形成されている。保持壁31は、保持具30の中心を向いて互いに直交する2つの内側面を有する。
The
保持具30の保持壁31の厚み(下面39からの突出量)は、保持具20の保持壁21の厚み(上面28からの突出量)に等しい。保持具20上に光生成素子118が位置決めされた状態で、下面39が保持具20を向くように保持具30を配置する。また、保持具20の上面28のうち光生成素子118が存在しない領域に保持具30の保持壁31が重なるように、保持具20上に保持具30を載置する。さらに、光生成素子118を保持壁31の2つの内側面に接触させる。
The thickness of the holding
それにより、光生成素子118を保持具30に対して予め定められた姿勢で位置決めすることができる。保持具30の中央部には、光生成素子118の放熱用の開口が形成されている。保持具30の4つの隅部のうち保持壁31の角が位置する隅部には、隣り合う2つの辺に対して傾斜する傾斜面32が形成されている。
Thereby, the
図6は投光ベース110bにおける光生成素子118の支持状態を説明するための外観斜視図であり、図7は図6の白抜きの矢印Qの方向に見た素子支持部13の拡大図である。図7においては、光生成素子118の支持状態の理解を容易にするために、図5の保持具30が太い点線で示される。また、図5の支持壁15、保持具20および光生成素子118に互いに異なるハッチングまたはドットパターンが付されている。
6 is an external perspective view for explaining the supporting state of the
光生成素子118が2つの保持具20,30により挟みこまれた状態で、保持具30の傾斜面32が上面部12の近傍に位置するように保持具20を支持面14上に載置する。この状態で、板ばね16は、その先端部が傾斜面32に当接するようにかつ傾斜面32を支持壁15の当接面15aおよび内側面15bに向かう方向に付勢するように設けられている。図7では、板ばね16により傾斜面32が付勢される向きが白抜きの矢印で示される。
With the
これにより、光生成素子118は、素子支持部13に支持された状態で、板ばね16の弾性力により保持具20,30の保持壁21,31を挟んで支持壁15の当接面15aおよび内側面15bを向く方向に付勢され、固定される。
As a result, the
投光ベース110bに光生成素子118が支持された状態で、複数の光源111,112,113のいずれかから出射された光が開口12oに進入する。この場合、開口12oに進入した光は、上記のように、ミラー117により反射されて光生成素子118の光生成面に導かれる。また、光生成面に導かれた光の少なくとも一部が構造化光または一様光として反射され、投光レンズ119を通して測定対象物Sに照射される。図6では、投光ベース110b内を進行する光の光路が二点鎖線の矢印で示される。
Light emitted from any one of the plurality of
(6)温度変化に伴う光生成素子118の支持状態の変化
以下の説明では、撮像部120の光軸ax0から離間した任意の位置において、光軸ax0を向く方向(光軸ax0に近づく方向)を内方と呼び、その逆方向(光軸ax0から遠ざかる方向)を外方と呼ぶ。
(6) Change in Supporting State of
図8は、温度変化に伴う光生成素子118の支持状態の変化を説明するための図である。図8(a)に基準温度における光生成素子118の支持状態が撮像部120の光軸ax0とともに模式的側面図で示される。図8(a)に示すように、光生成素子118は、基準温度において保持具20,30により保持されつつ素子支持部13の支持面14上に支持される。このとき、図8(a)に白抜きの矢印に示すように、保持具30の傾斜面32が少なくとも当接面15aに向かう方向に付勢される。それにより、光生成素子118は、光生成素子118の中心(光生成面の中心)が投光レンズ119の光軸ax1上に位置するように位置決めされる。
FIG. 8 is a diagram for explaining changes in the support state of the
ヘッド部100の温度が基準温度から上昇すると、投光ベース110bの線膨張係数に応じて投光ベース110bが膨張する。また、光生成素子118の線膨張係数に応じて光生成素子118が膨張する。図8(b)に温度上昇時における光生成素子118の支持状態が撮像部120の光軸ax0とともに模式的側面図で示される。投光ベース110bは、撮像部120に接続されている。そのため、ヘッド部100の温度が基準温度から上昇すると、素子支持部13の当接面15aおよび投光レンズ119は、基準温度にある場合に比べて外方へ移動する。すなわち、素子支持部13の当接面15aおよび投光レンズ119は投光ベース110bの膨張に伴って光軸ax0から遠ざかる。
When the temperature of the
一方、光生成素子118の線膨張係数は、投光ベース110bの線膨張係数よりも小さいので、光生成素子118の膨張の程度は投光ベース110bの膨張の程度よりも小さい。そのため、光生成素子118は、図8(b)に示すように、光生成素子118の中心が投光レンズ119の光軸ax1よりも外方に位置するように投光ベース110bに対して相対的に移動する。この投光ベース110bに対する光生成素子118の相対的な移動は、温度上昇に起因する高さデータの精度低下を抑制する。この理由について説明する。
On the other hand, since the linear expansion coefficient of the
図9は、ヘッド部100の温度変化に伴う構造化光の光路の変化を説明するための図である。図9(a)に、基準温度における光生成素子118、投光レンズ119および撮像部120の位置関係が示される。図9(b)に、基準温度よりも高い温度における光生成素子118、投光レンズ119および撮像部120の位置関係が示される。
FIG. 9 is a diagram for explaining the change in the optical path of the structured light due to the temperature change of the
上記のように、ヘッド部100が基準温度にある状態で、光生成素子118の中心は投光レンズ119の光軸ax1上に位置する。そのため、図9(a)に太い実線の矢印で示すように、光生成素子118の中心から出射される光は、撮像部120の光軸ax1上を進行し、2つの光軸ax0,ax1の交点cp0に到達する。この場合、測定対象物Sの高さを算出するための基準面Rは、例えば図9(a)の交点cp0を含むように設定される。
As described above, the center of the
ヘッド部100の温度が基準温度よりも上昇すると、投光レンズ119は投光ベース110bの膨張に伴って撮像部120の光軸ax0から遠ざかる。それにより、2つの光軸ax0,ax1の交点cp0の位置は撮像部120から遠ざかる方向(本例では下方)に変化し、交点cp0と撮像部120との間の距離が増加する。それにより、図9(b)に示すように、交点cp0の位置は、基準面Rよりも下方に移動することになる。そのため、光生成素子118の中心から出射される光が仮に光軸ax1上を進行すると、その光は基準面R上の光軸ax0からずれた位置に照射される。したがって、基準温度時と同様の演算方法では正確な高さデータを得ることができない。
When the temperature of the
これに対して、本実施の形態に係る検査装置300においては、ヘッド部100の温度上昇時に光生成素子118の中心が投光レンズ119の光軸ax1に対して撮像部120の外方(撮像部120から遠ざかる方向)に移動する。この場合、図9(b)に太い実線の矢印で示すように、光生成素子118の中心から出射される光は、光軸ax1を基準として投光レンズ119によって反転されつつ進行する。それにより、光生成素子118の中心から出射される光は、光軸ax0上で交点cp0よりも撮像部120に近い点cp1に到達する。
On the other hand, in the
この場合、点cp1は、基準面R上に存在するかまたは交点cp0よりも基準面Rに近い位置に存在することになる。本例では、点cp1は基準面R上に存在する。したがって、温度変化の前後で、光生成素子118の中心から基準面Rを経由して撮像素子121に入射する光の光路長の変化量が0に近づく。また、光生成素子118の中心から基準面Rを経由して撮像素子121に入射する光の撮像素子121上の入射位置が基準温度時における入射位置に近づく。光生成素子118の中心以外の部分から基準面Rを経由して撮像素子121に入射する他の光についても、光生成素子118の中心から基準面Rを経由して撮像素子121に入射する上記の光と同様のことがいえる。それにより、ヘッド部100の温度上昇時に、基準温度時と同様の演算方法を用いる場合であっても、温度上昇に起因する高さデータの精度低下が抑制される。
In this case, the point cp1 is located on the reference plane R or at a position closer to the reference plane R than the intersection point cp0. In this example, the point cp1 exists on the reference plane R. Therefore, before and after the temperature change, the change amount of the optical path length of the light incident on the
(7)実施の形態の効果
(a)上記のように、ヘッド部100においては、光生成素子118が、板ばね16により撮像部120の光軸ax0から遠ざかるように投光ベース110bの当接面15aに向かう方向に付勢される。
(7) Effects of the Embodiment (a) As described above, in the
それにより、ヘッド部100の温度上昇時に線膨張係数が小さい光生成素子118が線膨張係数の大きい投光ベース110bに支持された投光レンズ119の光軸ax1に対して外方に相対的に移動する。この場合、光生成素子118から基準面Rを経由して撮像素子121に至る構造化光の光路長の変化量が0に近づく。また、光生成素子118の任意の部分から基準面Rを経由して撮像素子121に入射する光の撮像素子121上の入射位置が温度上昇前における入射位置に近づく。
As a result, when the temperature of the
したがって、ヘッド部100の温度上昇が測定対象物Sの高さ測定に及ぼす影響が、投光ベース110bに対する光生成素子118の相対的な移動により相殺される。その結果、ヘッド部100の温度が上昇する場合においても煩雑な演算処理を要することなく高精度の高さデータを生成することが可能になる。
Therefore, the influence of the temperature rise of the
(b)上記のヘッド部100においては、本実施の形態においては、光生成素子118は、DMDである。この場合、光源111,112,113から出射される光の少なくとも一部がDMDにより反射されることにより構造化光が生成される。また、構造化光のパターンを容易かつ自由に設定することが可能になる。
(B) In the
(c)投光ベース110bの素子支持部13は、保持具20,30を支持可能な支持面14を有する。保持具20は、素子支持部13上に支持された状態で当接面15aに当接可能に形成された保持壁21を有する。板ばね16は、保持壁21の一部分が当接面15aに当接した状態で、保持具20により保持された光生成素子118を当接面15aに向かう方向に付勢する。このように、光生成素子118は、保持具20,30により保持された状態で投光ベース110bの素子支持部13に設けられる。それにより、投光ベース110bへの取り付け時における光生成素子118の取り扱いが容易になる。
(C) The
(d)素子支持部13は、支持面14に交差しかつ当接面15aから撮像部120を向く方向に少なくとも延びる内側面15bを有する。板ばね16は、保持具20の保持壁21の一部分が当接面15aに当接しかつ保持壁21の他の部分が内側面15bに当接した状態で、保持具20,30を内側面15bに向かってさらに付勢する。この場合、投光ベース110bに対する保持具20,30の相対的な移動が内側面15bの延びる方向、すなわち当接面15aから撮像部120を向く方向に規制される。したがって、ヘッド部100の温度が上昇することにより、投光ベース110bが膨張する際に、光生成素子118を撮像部120から遠ざかる方向へ正確に移動させることができる。
(D) The
(e)上記のヘッド部100においては、高さデータおよびカラーテクスチャ画像データを生成するための複数の投受光系が、ヘッドケーシング100c内にコンパクトに収容される。したがって、ヘッド部100の小型化が可能となり、ヘッド部100の設置スペースを低減することができる。さらに、ヘッド部100の設置等の取り扱いが容易になる。
(E) In the
(8)変形例
ヘッド部100は1個の照明部110および1個の撮像部120を含むが、本発明はこれに限定されない。図10は、変形例に係る検査装置300の構成を示すブロック図である。図10に示すように、変形例におけるヘッド部100は、4個の照明部110を含む。なお、図10においては、演算部130の図示が省略されている。
(8) Modified Example The
以下の説明では、4個の照明部110を区別する場合は、4個の照明部110をそれぞれ照明部110A〜110Dと呼ぶ。照明部110A〜110Dは、互いに同一の構造を有し、90度間隔で撮像部120を取り囲むように設けられる。具体的には、照明部110Aと照明部110Bとは、撮像部120を挟んで対向するように配置される。また、照明部110Cと照明部110Dとは、撮像部120を挟んで対向するように配置される。さらに、4個の照明部110A〜110Dおよび撮像部120は、演算部130とともにヘッドケーシング100c内に収容されている。
In the following description, when distinguishing the four
この構成においては、4個の照明部110A〜110Dにより測定対象物Sに対して互いに異なる4つの方向から光を出射することができる。それにより、いずれかの照明部110から出射される光により測定不可能な部分がある場合でも、その測定不可能な部分の形状を他の照明部110から出射される光を用いて測定することができる。そこで、4個の照明部110A〜110Dにそれぞれ対応して生成された高さデータを合成することにより、測定不可能な部分がより低減された合成高さデータを生成することができる。また、4個の照明部110A〜110Dにそれぞれ対応して生成されたカラーテクスチャ画像データを合成することにより、測定不可能な部分がより低減されたカラーテクスチャ画像データを生成することができる。
In this configuration, the four
(9)他の実施の形態
(a)上記実施の形態においては、投光ベース110bはアルミニウムにより形成され、光生成素子118のパッケージは酸化アルミニウムにより形成されるが、本発明はこれに限定されない。
(9) Other Embodiments (a) In the above embodiment, the
投光ベース110bを形成する金属材料は、光生成素子118のパッケージを形成する材料よりも大きい線膨張係数を有しているのであれば、アルミニウム以外の金属材料(例えば、銅、鉄、ステンレス等)であってもよい。また、光生成素子118のパッケージを形成する材料は、投光ベース110bを形成する金属材料よりも小さい線膨張係数を有しているのであれば、酸化アルミニウム以外の材料(例えば、窒化アルミニウム等)であってもよい。
The metal material forming the
(b)上記実施の形態においては、光生成素子118は、保持具20,30により保持された状態で投光ベース110bに取り付けられるが、本発明はこれに限定されない。光生成素子118は、保持具20,30を用いることなく直接投光ベース110bの素子支持部13に取り付けられてもよい。この場合、板ばね16は、光生成素子118を当接面15aに向かう方向に直接付勢する。
(B) In the above embodiment, the
(c)上記実施の形態においては、撮像部120から遠ざかる方向に付勢される光生成素子118および保持具20,30を受けるように素子支持部13に当接面15aが設けられるが、本発明はこれに限定されない。素子支持部13には、当接面15aに代えて光生成素子118および保持具20,30を受ける1または複数の突起部等が形成されてもよい。
(C) In the above-described embodiment, the
(d)上記実施の形態においては、光生成素子118を当接面15aに向かう方向に付勢し、光生成素子118を投光ベース110bに固定するための構成として板ばね16が用いられるが、本発明はこれに限定されない。光生成素子118を当接面15aに向かう方向に付勢するための構成として、板ばね16に代えて、コイルばねまたはゴム等の他の弾性体が用いられてもよい。
(D) In the above embodiment, the
(e)上記実施の形態においては、光源ベース110aおよび投光ベース110bと受光ベース120aとが連結部材JTを介して接続されるが、光源ベース110aおよび投光ベース110bと受光ベース120aとは互いに直接接続されてもよい。
(E) In the above embodiment, the
(f)投光ベース110bの素子支持部13には、光生成素子118を放熱する放熱板が設けられてもよい。
(F) The
(10)請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応関係
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応の例について説明する。上記実施の形態においては、測定対象物Sが測定対象物の例であり、光源111,112,113が光源の例であり、光生成素子118が光生成素子の例であり、光軸ax1が第1の光軸の例であり、投光レンズ119が投光レンズおよび投光光学系の例であり、投光ベース110bが投光ベースの例である。
(10) Correspondence between each component of the claims and each part of the embodiment An example of the correspondence between each component of the claim and each part of the embodiment will be described below. In the above embodiment, the measuring object S is an example of the measuring object, the
また、光軸ax0が第2の光軸の例であり、受光レンズ122,123が受光レンズおよび受光光学系の例であり、撮像素子121が撮像素子の例であり、板ばね16が固定部材の例であり、素子支持部13の当接面15aが当接部の例であり、検査装置300が検査装置の例である。
Further, the optical axis ax0 is an example of a second optical axis, the
また、保持具20,30が保持具の例であり、支持面14が支持面の例であり、保持具20の短辺に沿う保持壁21の部分が被当接部の例であり、素子支持部13の内側面15bが案内面の例であり、保持具20の長辺に沿う保持壁21の他の部分が被案内部の例であり、受光ベース120aが受光ベースの例であり、光源ベース110aが光源ベースの例であり、ミラー117が反射部材の例であり、ヘッドケーシング100cがケーシングの例である。
The
請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。 As each constituent element of the claims, various other elements having the configurations or functions described in the claims can be used.
11…最外部,12…上面部,12o,14o…開口,13…素子支持部,14…支持面,15…支持壁,15a…当接面,15b,15c…内側面,16…板ばね,20,30…保持具,21,31…保持壁,28,38…上面,29,39…下面,32…傾斜面,100…ヘッド部,100c…ヘッドケーシング,110,110A〜110D…照明部,110a…光源ベース,110b…投光ベース,111,112,113…光源,114,115…ダイクロイックミラー,116…照明レンズ,117…ミラー,118…光生成素子,119…投光レンズ,120…撮像部,120a…受光ベース,121…撮像素子,122,123…受光レンズ,130…演算部,131…撮像処理部,132…演算処理部,133…記憶部,134…出力処理部,200…コントローラ部,210…ヘッド制御部,220…画像メモリ,230…検査部,300…検査装置,301…ベルトコンベア,310…操作部,320…表示部,400…外部機器,R…基準面,S…測定対象物,ax0,ax1…光軸 11... Outermost part, 12... Top surface part, 12o, 14o... Opening, 13... Element support part, 14... Support surface, 15... Support wall, 15a... Abutment surface, 15b, 15c... Inner side surface, 16... Leaf spring, 20, 30... Retaining tool, 21, 31... Retaining wall, 28, 38... Upper surface, 29, 39... Lower surface, 32... Inclined surface, 100... Head section, 100c... Head casing, 110, 110A to 110D... Illuminating section, 110a... Light source base, 110b... Projection base, 111, 112, 113... Light source, 114, 115... Dichroic mirror, 116... Illumination lens, 117... Mirror, 118... Light generation element, 119... Projection lens, 120... Imaging Part, 120a... Receiving base, 121... Imaging element, 122, 123... Receiving lens, 130... Arithmetic unit, 131... Imaging processing unit, 132... Arithmetic processing unit, 133... Storage unit, 134... Output processing unit, 200... Controller Reference numeral 210... Head control unit, 220... Image memory, 230... Inspection unit, 300... Inspection device, 301... Belt conveyor, 310... Operation unit, 320... Display unit, 400... External device, R... Reference plane, S... Measurement object, ax0, ax1... Optical axis
Claims (6)
前記光源から出射される光を受けて構造化光を生成する光生成素子と、
第1の光軸を有する投光レンズを含み、前記光生成素子により生成された構造化光を前記投光レンズを通して測定対象物に照射する投光光学系と、
前記光生成素子よりも大きい線膨張係数を有する金属により構成されかつ前記光生成素子および前記投光レンズを支持する投光ベースと、
前記第1の光軸に交差する第2の光軸を有する受光レンズを含みかつ前記投光ベースに接続される受光光学系と、
測定対象物から前記第2の光軸の方向に反射される構造化光を前記受光光学系を通して受光することにより測定対象物の画像を示すパターン画像データを生成する撮像素子と、
前記光生成素子を前記投光ベースに固定する固定部材とを備え、
前記投光ベースは、前記第2の光軸から離間するとともに前記第2の光軸を向く当接部を有し、
前記固定部材は、温度上昇による前記投光ベースの膨張に起因して前記投光光学系と前記第2の光軸との間の距離が増加する場合に、前記光生成素子から予め設定された基準面を経由して前記撮像素子に至る構造化光の光路長の変化量が0に近づくようにかつ前記光生成素子の任意の部分から前記基準面を経由して前記撮像素子に入射する光の撮像素子上の入射位置が温度上昇前における入射位置に近づくように、前記光生成素子を前記第2の光軸から遠ざかるように前記当接部に向かう方向に付勢する、検査装置。 A light source,
A light generating element that receives the light emitted from the light source and generates structured light;
A light projecting optical system including a light projecting lens having a first optical axis, and irradiating the object to be measured with the structured light generated by the light generating element through the light projecting lens.
A light projecting base which is made of a metal having a linear expansion coefficient larger than that of the light generating element and which supports the light generating element and the light projecting lens;
A light receiving optical system including a light receiving lens having a second optical axis that intersects the first optical axis and connected to the light projecting base;
An imaging device that generates pattern image data indicating an image of the measurement target by receiving structured light reflected from the measurement target in the direction of the second optical axis through the light receiving optical system,
A fixing member for fixing the light generating element to the light projecting base,
The light projecting base has an abutting portion which is separated from the second optical axis and faces the second optical axis,
The fixing member is preset from the light generating element when the distance between the light projecting optical system and the second optical axis increases due to expansion of the light projecting base due to temperature rise. Light incident on the image pickup element from any portion of the light generation element via the reference plane such that the amount of change in the optical path length of the structured light reaching the image pickup element via the reference plane approaches 0. 2. The inspection device for urging the light generating element in a direction toward the contact portion so as to move away from the second optical axis so that the incident position on the image pickup element approaches the incident position before the temperature rise.
前記投光ベースは、前記保持具を支持可能な支持面を有し、
前記保持具は、前記投光ベースの支持面上に支持された状態で前記当接部に当接可能に形成された被当接部を有し、
前記固定部材は、前記被当接部が前記当接部に当接した状態で、前記保持具により保持された前記光生成素子を前記当接部に向かう方向に付勢するように前記投光ベースに設けられた、請求項1または2記載の検査装置。 Further comprising a holder formed to be able to hold the light generating element,
The light emitting base has a support surface capable of supporting the holder,
The holder has a contacted portion formed so as to be capable of contacting the contact portion in a state of being supported on the support surface of the light emitting base,
The fixing member is configured to project the light generating element held by the holder in a direction toward the contact portion in a state where the contacted portion is in contact with the contact portion. The inspection apparatus according to claim 1, which is provided on the base.
前記保持具は、前記投光ベースの支持面上に支持されかつ前記被当接部が前記当接部に当接した状態で前記案内面に当接可能に形成された被案内部を有し、
前記固定部材は、前記被当接部が前記当接部に当接しかつ前記被案内部が前記案内面に当接した状態で、前記保持具を前記案内面に向かう方向にさらに付勢するように前記投光ベースに設けられた、請求項3記載の検査装置。 The light projecting base further has a guide surface that intersects with the support surface and extends from the contact portion in a direction toward the second optical axis.
The holder has a guided portion which is supported on the supporting surface of the light projecting base and is formed so as to be able to come into contact with the guide surface in a state where the abutted portion is in contact with the abutting portion. ,
The fixing member further urges the holder in a direction toward the guide surface with the contacted portion in contact with the contact portion and the guided portion in contact with the guide surface. The inspection device according to claim 3, wherein the inspection device is provided on the light projecting base.
前記光源から出射される光が上方から下方に進行するように前記光源を支持する光源ベースと、
前記光源から出射されて上方から下方に進行する光を前記第2の光軸から遠ざかるように斜め上方へ反射する反射部材とをさらに備え、
前記光生成素子は、前記反射部材により反射される光の少なくとも一部を反射することにより構造化光を生成するように構成され、
前記投光ベースは、前記反射部材を支持するとともに、前記光生成素子により生成された構造化光が前記受光レンズの前記第2の光軸を向いて斜め下方に進行するように前記光生成素子を支持する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の検査装置。 A light receiving base that supports the image pickup element and supports the light receiving lens so that the second optical axis extends in the vertical direction;
A light source base that supports the light source so that the light emitted from the light source travels downward from above;
And a reflecting member for reflecting light emitted from the light source and traveling downward from above to obliquely upward so as to move away from the second optical axis,
The light generating element is configured to generate structured light by reflecting at least a portion of the light reflected by the reflective member,
The light projecting base supports the reflecting member, and the light generating element is configured so that the structured light generated by the light generating element travels obliquely downward toward the second optical axis of the light receiving lens. The inspection device according to any one of claims 1 to 4, which supports the inspection device.
前記投光ベース、前記受光ベースおよび前記光源ベースは、前記ケーシングの内部に固定された、請求項5記載の検査装置。 Further comprising a casing that houses the light emitting base, the light receiving base, and the light source base,
The inspection device according to claim 5, wherein the light emitting base, the light receiving base, and the light source base are fixed inside the casing.
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Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01312407A (en) * | 1988-06-13 | 1989-12-18 | Mitsubishi Electric Corp | Displacement measuring apparatus |
JPH0273112A (en) * | 1988-09-07 | 1990-03-13 | Fuji Electric Co Ltd | Photoelectric device |
JPH06129813A (en) * | 1992-10-15 | 1994-05-13 | Matsushita Electric Works Ltd | Light receiving element moving and adjusting device for optical position sensor |
JP2016194607A (en) * | 2015-03-31 | 2016-11-17 | キヤノン株式会社 | Retainer device, projector, measurement device and retaining method |
JP2017090140A (en) * | 2015-11-06 | 2017-05-25 | キヤノン株式会社 | Measurement device |
-
2019
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Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01312407A (en) * | 1988-06-13 | 1989-12-18 | Mitsubishi Electric Corp | Displacement measuring apparatus |
JPH0273112A (en) * | 1988-09-07 | 1990-03-13 | Fuji Electric Co Ltd | Photoelectric device |
JPH06129813A (en) * | 1992-10-15 | 1994-05-13 | Matsushita Electric Works Ltd | Light receiving element moving and adjusting device for optical position sensor |
JP2016194607A (en) * | 2015-03-31 | 2016-11-17 | キヤノン株式会社 | Retainer device, projector, measurement device and retaining method |
JP2017090140A (en) * | 2015-11-06 | 2017-05-25 | キヤノン株式会社 | Measurement device |
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