JP2020180980A - Optical measuring device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、白色共焦点方式で計測対象物の表面形状などを計測可能な光学計測装置に関する。 The present disclosure relates to an optical measuring device capable of measuring the surface shape and the like of a measurement object by a white confocal method.
計測対象物の表面形状などを検査する装置として、白色共焦点方式の光学計測装置が知られている。この種の光学計測装置は、複数の波長成分を有する照射光を発生する光源と、光源からの照射光に対して軸上色収差を生じさせる光学系と、光学系で受光される反射光を各波長成分に分離して、各波長成分の光を受光する受光部と、光源と受光部と前記光学系とを光学的に接続する導光部とを含む。例えば、特開2012−208102号公報(特許文献1)は、共焦点光学系を利用して非接触で計測対象物の変位を計測する共焦点計測装置を開示する。 A white confocal optical measuring device is known as a device for inspecting the surface shape of an object to be measured. This type of optical measuring device uses a light source that generates irradiation light having a plurality of wavelength components, an optical system that causes axial chromatic aberration with respect to the irradiation light from the light source, and reflected light received by the optical system. It includes a light receiving unit that separates into wavelength components and receives light of each wavelength component, and a light guide unit that optically connects the light source, the light receiving unit, and the optical system. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-208102 (Patent Document 1) discloses a confocal measuring device that measures the displacement of a measurement object in a non-contact manner using a confocal optical system.
白色共焦点原理の変位センサにおいて、戻り光の増加等によって受光波形が変化することは、計測に影響を及ぼす原因となる。従来はそのような受光波形の変化を検出することができず、ユーザは受光波形が異常であることに気づくことができなかった。戻り光の増加はセンサの計測精度の低下をもたらすが、ユーザがそのことを知らずにセンサを使い続ける可能性がある。 In a displacement sensor based on the white confocal principle, a change in the received light waveform due to an increase in return light or the like causes an influence on the measurement. Conventionally, such a change in the received light waveform could not be detected, and the user could not notice that the received light waveform was abnormal. The increase in the return light causes a decrease in the measurement accuracy of the sensor, but the user may continue to use the sensor without knowing it.
本発明の目的は、受光波形の異常を検出可能な、白色共焦点原理の光学計測装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide an optical measuring device based on a white confocal principle capable of detecting an abnormality in a received light waveform.
本発明のある局面に従う光学計測装置は、複数の波長成分を有する照射光を発生する光源と、光源からの照射光に対して軸上色収差を生じさせるとともに、光軸の延長線上に少なくともその一部が配置される計測対象物からの反射光を受光する光学系と、光学系で受光される反射光を各波長成分に分離して、各波長成分の光を受光する受光部と、受光部における各波長成分の受光量に基づいて、光学系から計測対象物までの距離を算出する処理部とを備える。処理部は、受光波形における複数の波長成分の各々の受光量を受光量の基準値と比較して、受光量の基準値に対する変化量が複数の波長成分のいずれにおいても予め定められた閾値以上である場合には、受光波形の異常を検出する。 An optical measuring device according to a certain aspect of the present invention causes an axial chromatic aberration with respect to a light source that generates irradiation light having a plurality of wavelength components and irradiation light from the light source, and at least one of them on an extension line of the optical axis. An optical system that receives the reflected light from the object to be measured in which the unit is arranged, a light receiving unit that separates the reflected light received by the optical system into each wavelength component and receives the light of each wavelength component, and a light receiving unit. It is provided with a processing unit that calculates the distance from the optical system to the object to be measured based on the amount of received light of each wavelength component in the above. The processing unit compares the received light amount of each of the plurality of wavelength components in the received light waveform with the reference value of the received light amount, and the amount of change of the received light amount with respect to the reference value is equal to or greater than a predetermined threshold value for any of the plurality of wavelength components. If, an abnormality in the received light waveform is detected.
上記の構成によれば、受光波形の異常を検出可能な、白色共焦点原理の光学計測装置を提供することができる。なお、「光学系から計測対象物までの距離」とは、光学系から計測対象物における計測対象位置までの距離であり、光学系から計測対象物までの最短距離に限定されない。計測対象位置とは、光源からの照射光が照射される計測対象物上の位置である。計測対象位置は1つに限定されない。 According to the above configuration, it is possible to provide an optical measuring device based on the white confocal principle that can detect an abnormality in the received light waveform. The "distance from the optical system to the measurement target" is the distance from the optical system to the measurement target position on the measurement target, and is not limited to the shortest distance from the optical system to the measurement target. The measurement target position is a position on the measurement target to which the irradiation light from the light source is irradiated. The measurement target position is not limited to one.
好ましくは、処理部は、複数の波長成分のうちの少なくとも1つにおける受光量の変化量が閾値未満である場合には、受光波形におけるピーク波長に基づいて、計測対象物の変位を計測する。 Preferably, the processing unit measures the displacement of the object to be measured based on the peak wavelength in the received light waveform when the amount of change in the received light amount in at least one of the plurality of wavelength components is less than the threshold value.
上記の構成によれば、選択された複数の波長のうちの1つが、計測波長と一致した場合であっても、他の波長における受光量に基づいて異常波形を検出することができる。 According to the above configuration, even when one of the selected plurality of wavelengths matches the measurement wavelength, the abnormal waveform can be detected based on the amount of light received at the other wavelengths.
好ましくは、複数の波長成分は、5つの波長を含む。
上記の構成によれば、たとえば計測対象物が、2枚の透明体(ガラス等)の間にスペーサ等によって空間が設けられた構成を有し、選択された5つの波長のうちの4つが計測波長と一致した場合であっても、残りの1つの波長における受光量に基づいて異常波形を検出することができる。
Preferably, the plurality of wavelength components comprises five wavelengths.
According to the above configuration, for example, the object to be measured has a configuration in which a space is provided between two transparent bodies (glass or the like) by a spacer or the like, and four of the five selected wavelengths are measured. Even when it matches the wavelength, the abnormal waveform can be detected based on the amount of light received at the remaining one wavelength.
好ましくは、閾値は、光源のスペクトルに基づいて、波長ごとに定められる。
上記の構成によれば、波長ごとに閾値を設定することによって、異常波形をより正確に検出することができる。
Preferably, the threshold is set for each wavelength based on the spectrum of the light source.
According to the above configuration, the abnormal waveform can be detected more accurately by setting the threshold value for each wavelength.
本発明の他の局面に従う光学計測装置は、複数の波長成分を有する照射光を発生する光源と、光源からの照射光に対して軸上色収差を生じさせるとともに、光軸の延長線上に少なくともその一部が配置される計測対象物からの反射光を受光する光学系と、光学系で受光される反射光を各波長成分に分離して、各波長成分の光を受光する受光部と、受光部における各波長成分の受光量に基づいて、光学系から計測対象物までの距離を算出する処理部とを備える。処理部は、計測対象物の変位の計測範囲に対応する波長領域の外にある波長成分の受光量を受光量の基準値と比較して、受光量の前記基準値に対する変化量が予め定められた閾値以上である場合には、受光量を表す受光波形の異常を検出する。 An optical measuring device according to another aspect of the present invention causes an axial chromatic aberration with respect to a light source that generates irradiation light having a plurality of wavelength components and irradiation light from the light source, and at least the optical measuring device thereof is on an extension of the optical axis. An optical system that receives reflected light from a measurement object on which a part is arranged, a light receiving unit that separates the reflected light received by the optical system into each wavelength component and receives the light of each wavelength component, and a light receiving unit. The unit includes a processing unit that calculates the distance from the optical system to the object to be measured based on the amount of light received by each wavelength component. The processing unit compares the received light amount of the wavelength component outside the wavelength region corresponding to the measurement range of the displacement of the measurement object with the reference value of the received light amount, and the amount of change of the received light amount with respect to the reference value is predetermined. If it is equal to or higher than the threshold value, an abnormality in the light receiving waveform indicating the amount of light received is detected.
上記の構成によれば、対象物の変位の測定への影響を少なくしながら受光波形をモニタすることができる。 According to the above configuration, the received light waveform can be monitored while reducing the influence on the measurement of the displacement of the object.
好ましくは、上記のいずれかの光学計測装置において、異常を検出した場合に、処理部は、その異常を通知する。 Preferably, when an abnormality is detected in any of the above optical measuring devices, the processing unit notifies the abnormality.
上記の構成によれば、ユーザは、光学計測装置の受光波形が異常であることに気づくことができる。これにより、ユーザは、異常の原因を取り除くための適切な対応を取ることができる。したがって、対象物の変位の測定精度を高いままに維持することができる。 According to the above configuration, the user can notice that the received light waveform of the optical measuring device is abnormal. As a result, the user can take appropriate measures to eliminate the cause of the abnormality. Therefore, the measurement accuracy of the displacement of the object can be maintained high.
本発明によれば、白色共焦点原理の光学計測装置において、受光波形の異常を検出することができる。 According to the present invention, it is possible to detect an abnormality in the received light waveform in an optical measuring device based on the principle of white confocal.
本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same or corresponding parts in the drawings are designated by the same reference numerals and the description thereof will not be repeated.
<A.概要>
まず、本実施の形態に従う光学計測装置により解決される課題およびそれを実現するための構成について概要を説明する。
<A. Overview>
First, the problems solved by the optical measuring device according to the present embodiment and the configuration for realizing the problems will be outlined.
図1は、白色共焦点方式による距離計測の原理を説明するための図である。図1を参照して、光学計測装置1は、光源10と、導光部20と、センサヘッド30と、受光部40と、処理部50とを含む。センサヘッド30は、色収差ユニット32および対物レンズ34を含み、受光部40は、分光器42および検出器44を含む。
FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of distance measurement by the white confocal method. With reference to FIG. 1, the optical
光源10で発生した所定の波長広がりをもつ照射光は、導光部20を伝搬してセンサヘッド30に到達する。センサヘッド30において、光源10からの照射光は対物レンズ34により集束されて計測対象物2へ照射される。照射光には、色収差ユニット32を通過することで軸上色収差が生じるため、対物レンズ34から照射される照射光の焦点位置は波長ごとに異なる。計測対象物2の表面で反射される波長のうち、計測対象物2に焦点の合った波長の光のみがセンサヘッド30の導光部20のうち共焦点となるファイバのみに再入射することになる。以下では、説明の便宜上、計測対象物2に焦点の合った波長の光が計測光として検出される状態を「特定の波長のみ反射する」とも表現する。
The irradiation light having a predetermined wavelength spread generated by the
センサヘッド30に再入射した反射光は、導光部20を伝搬して受光部40へ入射する。受光部40では、分光器42にて入射した反射光が各波長成分に分離され、検出器44にて各波長成分の強度が検出される。処理部50は、検出器44での検出結果に基づいて、センサヘッド30から計測対象物2までの距離(変位)を算出する。
The reflected light re-entered on the
図1に示す例では、例えば、複数の波長λ1,λ2,λ3を含む照射光が波長分散されて、光軸AX上のそれぞれ異なる位置(焦点位置1,焦点位置2,焦点位置3)に像が描かれることになる。光軸AX上において、計測対象物2の表面は焦点位置2と一致するので、照射光のうち波長λ2の成分のみが反射される。受光部40では、波長λ2の成分を検出して、センサヘッド30から計測対象物2までの距離が波長λ2の焦点位置に相当する距離であると算出する。
In the example shown in FIG. 1, for example, the irradiation light including a plurality of wavelengths λ1, λ2, λ3 is wavelength-dispersed and images are imaged at different positions (focus
受光部40の検出器44を構成する複数の受光素子のうち反射光を受光する受光素子は、センサヘッド30に対する計測対象物2の表面の形状に応じて変化することになるため、検出器44の複数の受光素子による検出結果(画素情報)から計測対象物2に対する距離変化(変位)を計測することができる。これにより、光学計測装置1によって計測対象物2の表面の形状を測定することができる。なお、センサヘッド30から計測対象物2までの距離とは、センサヘッド30から計測対象物2における計測対象位置までの距離であり、センサヘッド30から計測対象物2までの最短距離に限定されない。計測対象位置とは、光源10からの照射光が照射される計測対象物2上の位置である。計測対象位置は1つに限定されない。たとえばセンサヘッド30の光軸方向に沿って、異なる2つの計測対象位置が選択されてもよい。センサヘッド30から各計測対象位置までの距離を算出し、2つの距離の差を算出することによって、たとえば計測対象物2の厚みを算出することができる。
Of the plurality of light receiving elements constituting the
図2に、本実施の形態に従う光学計測装置1の導光部の構成を模式的に示す。図2(A)に示されるように、光学計測装置1は、導光部20として、光源10と光学的に接続される入力側ケーブル21と、受光部40と光学的に接続される出力側ケーブル22と、センサヘッド30と光学的に接続されるヘッド側ケーブル24とを含む。入力側ケーブル21および出力側ケーブル22のそれぞれの端と、ヘッド側ケーブル24の端とは、合波/分波構造をもつカプラ23を介して、光学的に結合される。カプラ23は、Y分岐カプラに相当する2×1スターカプラ(2入力1出力/1入力2出力)であり、入力側ケーブル21から入射した光をヘッド側ケーブル24へ伝達するとともに、ヘッド側ケーブル24から入射した光を分割して入力側ケーブル21および出力側ケーブル22へそれぞれ伝達する。
FIG. 2 schematically shows the configuration of the light guide unit of the
入力側ケーブル21、出力側ケーブル22、およびヘッド側ケーブル24は、いずれも単一のコア202を有する光ファイバであり、その断面構造としては、コア202から外周に向けて、クラッド204、被覆206および外装208が、コア202の周囲に順に設けられる。なお、図2(B)に示すように、本実施の形態に従う光学計測装置1は、複数のコアを有する光ファイバを導光部20として採用してもよい。
The
<B.装置構成>
図3は、本実施の形態に従う光学計測装置1の装置構成の一例を示す模式図である。図3を参照して、本実施の形態に従う光学計測装置1は、光源10と、導光部20と、センサヘッド30と、受光部40と、処理部50とを含む。
<B. Device configuration>
FIG. 3 is a schematic view showing an example of the device configuration of the
光源10は、複数の波長成分を有する照射光を発生し、典型的には、白色LED(Light Emitting Diode)を用いて実現される。軸上色収差によって生じる焦点位置の変位幅が、要求される計測レンジをカバーできるだけの波長範囲を有する照射光を発生できれば、どのような光源を用いてもよい。
The
センサヘッド30は、色収差ユニット32および対物レンズ34を含み、光源10からの照射光に対して軸上色収差を生じさせるとともに、光軸AXの延長線上に少なくともその一部が配置される計測対象物2からの反射光を受光する光学系に相当する。
The
受光部40は、光学系であるセンサヘッド30で受光される反射光を各波長成分に分離する分光器42と、分光器42による分光方向に対応させて配置された複数の受光素子を含む検出器44とを含む。分光器42としては、典型的には、回折格子が採用されるが、それ以外にも任意のデバイスを採用してもよい。検出器44は、分光器42による分光方向に対応させて複数の受光素子が一次元配置されたラインセンサ(一次元センサ)を用いてもよいし、検出面上に複数の受光素子が二次元配置された画像センサ(二次元センサ)を用いてもよい。
The
受光部40は、分光器42および検出器44に加えて、出力側ケーブル22から射出された反射光を平行化するコリメートレンズ41と、検出器44での検出結果を処理部50へ出力するための読出回路45とを含む。さらに、必要に応じて、分光器42にて分離された波長別の反射光のスポット径を調整する縮小光学系43を設けてもよい。
In addition to the
処理部50は、受光部40の複数の受光素子によるそれぞれの検出値に基づいて、センサヘッド30から計測対象物2までの距離を算出する。画素と波長と距離値との間の関係式は、予め設定される(たとえば製品出荷時に処理部50の内部に不揮発的に記憶される)。したがって、処理部50は、受光部40の出力する受光波形(画素情報)から変位を算出することができる。
The
図3には、ユーザビリティを高めるために、複数のケーブルを直列接続してヘッド側ケーブルを構成する例を示す。すなわち、ヘッド側ケーブルとしては、3つのケーブル241,243,245が採用されている。ケーブル241とケーブル243との間はコネクタ242を介して光学的に接続され、ケーブル243とケーブル245との間はコネクタ244を介して光学的に接続される。
FIG. 3 shows an example in which a plurality of cables are connected in series to form a head-side cable in order to improve usability. That is, as the head side cable, three cables 241,243,245 are adopted. The
導光部20は、入力側ケーブル21および出力側ケーブル22と、ヘッド側ケーブルとを光学的に結合するための合波/分波部(カプラ)23を含む。合波/分波部23の機能については、図2を参照して説明したので、詳細な説明は繰り返さない。
The
このように、本実施の形態に従う光学計測装置1では、合波/分波構造としてカプラを採用することで、導光部20内での光の分離が可能となり、複数のコアをそれぞれ伝搬する計測対象物2からの反射光(計測光)を単一の検出器44で受光することができる。
As described above, in the
<C.反射光の問題>
原理的には、光軸AX上において、計測対象物2の表面の位置で焦点を結ぶ波長成分のみが反射されて受光部40に入射する。しかしながら、導光部20(すなわち光源10からセンサヘッドへの照射光の光路)の途中において、照射光の一部が反射して、その反射光が受光部40に入射することが起こり得る。
<C. Problem of reflected light>
In principle, on the optical axis AX, only the wavelength component that focuses at the position of the surface of the
図4は、導光部20の途中における照射光の一部の反射を説明するための模式図である。図4に示されるように、たとえば、合波/分波部23(カプラ231,232)、コネクタ242、コネクタ244、あるいは、センサヘッド30とケーブル245との接続部において照射光の一部が反射し得る。また、光源10のパワーの増減は、戻り光量異常の要因となる。
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the reflection of a part of the irradiation light in the middle of the
たとえば合波/分波部23が不良である場合、あるいは、コネクタ242,244に傷もしくは汚れがある場合には、照射光の一部が反射して戻される可能性が考えられる。また、ケーブルに含まれる光ファイバの距離が長いことによって、照射光が光ファイバの内部で散乱する可能性がある。さらに、光ファイバの端面の傷あるいは汚れによっても、照射光の一部が反射し得る。
For example, if the combine /
図5は、導光部20の途中において照射光の一部が反射した場合における課題を説明するための図である。図5を参照して、処理部50は、受光波形(受光強度のプロファイル)に基づいて、受光強度のピーク位置を特定する。処理部50は、当該ピーク位置に対応する波長から反射光に含まれている波長の主成分を特定し、特定した主成分波長(たとえば波長λ2)に基づき、センサヘッド30から計測対象物2までの距離(変位)を算出する。
FIG. 5 is a diagram for explaining a problem when a part of the irradiation light is reflected in the middle of the
光学計測装置1が正常である場合には、ノイズ成分(バックグラウンドノイズ)が十分に小さい。しかし、導光部20において照射光の一部が反射して受光部40に入射する場合には、ノイズ成分、すなわち波長λ2以外の波長成分の受光強度が大きくなる。
When the
図6は、本実施の形態に係る光学計測装置1における受光信号の処理を説明するための図である。図6(A)は、光学計測装置1の正常時に得られる受光波形を説明した波形図である。図6(B)は、光学計測装置1の異常時に得られる受光波形を説明した波形図である。
FIG. 6 is a diagram for explaining the processing of the received light signal in the
図6(A)および図6(B)に示されるように、本実施の形態に係る光学計測装置1は、受光波形と、戻り光成分波形との差分によって生成された波形(計測波形)に基づいて、主成分波長を特定する。戻り光成分波形は、たとえば変位の測定に先立って取得され、光学計測装置1の内部に記憶される。
As shown in FIGS. 6 (A) and 6 (B), the
光学計測装置1の正常時には、受光波形に含まれる戻り光成分と、予め取得された波形における戻り光成分との間の差は小さい。計測波形では、戻り光成分がほぼ相殺されるので、S/N比が高い。したがって、主成分波長を高い精度で特定することができる。
When the
一方、図6(B)に示されるように、受光波形に含まれる戻り光成分が大きい場合、受光波形と、予め記憶された戻り光成分波形との差分を生成しても、受光波形に含まれる戻り光成分を相殺しきれない。このために計測波形のS/N比は低い。S/N比の低下によって、ピーク波長の検出精度が低下するため、変位の計測の精度が低下する。 On the other hand, as shown in FIG. 6B, when the return light component included in the received light waveform is large, even if the difference between the received light waveform and the pre-stored return light component waveform is generated, it is included in the received light waveform. The return light component cannot be completely offset. Therefore, the S / N ratio of the measured waveform is low. As the S / N ratio decreases, the peak wavelength detection accuracy decreases, so that the displacement measurement accuracy decreases.
本実施の形態においては、処理部50は、特定の波長の受光量をモニタする。その波長における受光量が正常時の受光量に対して閾値以上変化した場合には、処理部50は、受光波形の異常を検出する。さらに処理部50は、その異常を通知する。ユーザは、たとえばコネクタ242,244のクリーニング、導光部20の交換等によって、異常波形が発生した原因を取り除くことができる。また、戻り光の増加が、光ファイバを延長したことによる場合には、再度、戻り光成分の値を光学計測装置1の内部に記憶させることによって、異常波形が発生した原因を取り除くことができる。したがって、対象物の変位の測定精度を高いままに維持することができる。以下、本実施の形態の詳細を説明する。
In the present embodiment, the
<D.第1の実施の形態>
図7は、第1の実施の形態による、光学計測装置1の異常の判定を説明するための模式的な波形図である。図3および図7を参照して、波長λ1,λ2,λ3,λ4,λ5のそれぞれにおける受光量I1,I2,I3,I4,I5が受光部40によって測定される。処理部50は、各波長における受光量を、その波長に対応した基準値(正常時の受光量)と比較する。たとえば基準値は、工場出荷時に初期設定される。現場でセンサヘッドの挿抜等が行われた場合に、たとえばユーザが光学計測装置1の操作ボタン(図示せず)を操作することにより、基準値を再設定することができる。
<D. First Embodiment>
FIG. 7 is a schematic waveform diagram for explaining the determination of the abnormality of the
処理部50は、波長ごとに、受光量と基準値との差が閾値を上回るかどうかを判定する。波長λ1,λ2,λ3,λ4,λ5のすべてにおいて、受光量と基準値との差が閾値を上回る場合には、処理部50は、光学計測装置1において異常が発生したと判定する。基準値および閾値は、波長ごとに設定されるとともに、処理部50の内部に記憶される。
The
受光量と基準値とが比較される波長の数は、変位の測定を要する計測対象物2の表面の数よりも多ければよい。光学計測装置1が複数の面を検出する場合があるが、それは計測対象物2が透明体の場合である。この場合には、透明体である計測対象物2の表面および裏面の数に対応する数の波長において、受光波形のピークが現れる。この受光波形のピークに応じて閾値の数が決定される。変位の測定の対象となる表面の数の最小値は1である。選択された複数の波長のうちの1つが、計測波長と一致した場合であっても、他の波長における受光量に基づいて異常波形を検出することができる。
The number of wavelengths at which the amount of received light and the reference value are compared may be larger than the number of surfaces of the
第1の実施の形態において5つの波長を用いる理由を以下に説明する。図8は、本実施の形態に係る光学計測装置1による、計測対象物2の複数の表面の変位の測定を説明した図である。
The reason for using the five wavelengths in the first embodiment will be described below. FIG. 8 is a diagram illustrating measurement of displacement of a plurality of surfaces of the object to be measured 2 by the
図8に示されるように、たとえば計測対象物2は、2枚の透明体(ガラス等)の間にスペーサ等によって空間が設けられた構成を有する。計測対象物2は、変位の異なる4つの表面2a,2b,2c,2dを有するが、それらは、透明体の2つの表面(2a,2c)および透明体の2つの裏面(2b,2d)である。したがって光学計測装置1は、透明体の2つの表面および2つの裏面の変位を測定できる。異常波形の検出のための波長は任意に選ぶことができる。ただし、異常波形の検出のために4つの波長を選んだ場合には、計測対象物2(2つの透明体)の2つの表面および2つの裏面において焦点の合う波長と、その選択された4つの波長とが一致する可能性を考慮する必要がある。そのために、検出される面の数と選択される波長の数とは異なる必要がある。
As shown in FIG. 8, for example, the
図8に示された例においては、照射光のうちの波長λ5の成分の焦点位置は、表面2a,2b,2c,2dの位置のいずれとも異なる。したがって、受光波形における波長λ5の成分を基準値と比較することによって、光学計測装置1の異常を検出することができる。
In the example shown in FIG. 8, the focal position of the component of wavelength λ5 in the irradiation light is different from any of the positions of the
各波長の設定、および閾値の設定は、ティーチングの結果に基づいてユーザが設定してもよい。光源10の発光スペクトルに応じて、波長および閾値を設定することができる。なお、各波長の設定および閾値は、たとえば工場出荷時に予め設定されていてもよい。
The setting of each wavelength and the setting of the threshold value may be set by the user based on the result of teaching. The wavelength and the threshold value can be set according to the emission spectrum of the
図9は、照射光の一部が導光部20の途中で反射して戻る場合における、バックグラウンド成分の受光量の変化を模式的に示した図である。図9を参照して、照射光の一部が導光部20の途中で反射して戻る場合、戻り光成分の変化量は、波長に依存する。たとえば戻り光成分のピークに近い波長では、戻り光成分の変化量は大きくなりやすいため、閾値が相対的に大きく設定する。逆に、戻り光成分のピーク波長よりも短い波長あるいは長い波長においては、戻り光成分の変化量が小さくなりやすいので、その波長における閾値を相対的に小さく設定する。これにより、異常波形をより正確に検出することができる。
FIG. 9 is a diagram schematically showing a change in the amount of received light of the background component when a part of the irradiation light is reflected and returned in the middle of the
図10は、モニタリング波長と閾値との関係の例を示した図である。図10に示されるように、n個の波長λ1,λ2,・・・,λnのそれぞれに対して、閾値Th1,Th2,・・・,Thnが設定される(nは2以上の整数)。なお、図8は、n=5の例を示す。図10に示された関係は、処理部50の内部に記憶される。
FIG. 10 is a diagram showing an example of the relationship between the monitoring wavelength and the threshold value. As shown in FIG. 10, threshold values Th1, Th2, ..., Thn are set for each of n wavelengths λ1, λ2, ..., λn (n is an integer of 2 or more). Note that FIG. 8 shows an example of n = 5. The relationship shown in FIG. 10 is stored inside the
図11は、第1の実施の形態に係る異常波形の検出処理を説明するためのフローチャートである。図3および図11を参照して、処理が開始されると、ステップS1において、処理部50は、波長λ1,λ2,・・・,λnの各々における受光量(すなわち波長成分)を基準値と比較する。ステップS2において、処理部50は、すべての波長において、受光量の変化量が閾値以上であるかどうかを判定する。
FIG. 11 is a flowchart for explaining the abnormal waveform detection process according to the first embodiment. When the processing is started with reference to FIGS. 3 and 11, in step S1, the
すべての波長において、基準値に対する受光量の変化量が閾値以上である場合(ステップS2においてYES)、ステップS3において、処理部50は異常波形を検出する。この場合、ステップS4において、処理部50は異常波形が検出されたことをユーザに通知するための通知処理を実行する。通知の方法は特に限定されず、たとえば音、および光などを用いた周知の方法を採用することができる。
When the amount of change in the amount of received light with respect to the reference value is equal to or greater than the threshold value at all wavelengths (YES in step S2), the
一方、少なくとも1つの波長において、基準値に対する受光量の変化量が閾値未満である場合(ステップS2においてNO)、処理部50は、ステップS5において、受光波形に基づいて変位計測処理を実行する。変位計測処理の終了後に、処理はステップS1に戻される。
<E.第2の実施の形態>
第2の実施の形態では、光学計測装置1は、単一の波長における受光量の変化量に基づいて、異常波形を検出する。光学計測装置1の構成は実施の形態1に係る構成と同じであるので、以後の説明は繰り返さない。
On the other hand, when the amount of change in the received light amount with respect to the reference value is less than the threshold value at at least one wavelength (NO in step S2), the
<E. Second Embodiment>
In the second embodiment, the
図12は、第2の実施の形態に係る異常波形の検出を説明するための光源10のスペクトルを説明した図である。図12を参照して、波長領域60は、変位の計測に使用する波長領域であり、ここでは「計測範囲」と呼ぶ。第2の実施の形態では、計測範囲外の波長領域61または波長領域62から選択された1つの波長を用いて、異常波形が検出される。第1の実施の形態と同じく、その選択された波長において、受光量(波長成分)の変化量が閾値以上である場合に、異常波形が検出される。計測範囲外の波長領域から選択された1つの波長における受光量がモニタされるので、対象物の変位の測定への影響を少なくすることができる。
FIG. 12 is a diagram illustrating the spectrum of the
図13は、第2の実施の形態に係る異常波形の検出処理を説明するためのフローチャートである。図11および図13を参照して、第2の実施の形態では、ステップS1,S2に代えてステップS11,S12の処理が実行される。ステップS11において、処理部50は、波長領域60外の波長λoにおける受光量を、基準値と比較する。波長λoは予め設定される。ステップS12において、処理部50は、波長λoにおいて、受光量の変化量が閾値以上であるかどうかを判定する。
FIG. 13 is a flowchart for explaining the abnormal waveform detection process according to the second embodiment. With reference to FIGS. 11 and 13, in the second embodiment, the processes of steps S11 and S12 are executed instead of steps S1 and S2. In step S11, the
基準値に対する受光量の変化量が閾値以上である場合(ステップS12においてYES)、処理はステップS3に進み、処理部50は異常波形を検出する。ステップS4において、処理部50は、異常波形が検出されたことをユーザに通知するための通知処理を実行する。一方、基準値に対する受光量の変化量が閾値未満である場合(ステップS12においてNO)、処理はステップS5に進む。この場合には、処理部50は変位計測処理を実行する。変位計測処理の終了後に、処理はステップS11に戻される。
When the amount of change in the amount of received light with respect to the reference value is equal to or greater than the threshold value (YES in step S12), the process proceeds to step S3, and the
なお、第2の実施の形態では、計測範囲外の波長における受光量の変化量に基づいて、受光波形が異常かどうかが判定される。したがって、計測範囲外の波長領域の中から選択された複数の波長の各々における受光量の変化量に基づいて異常波形が検出されてもよい。 In the second embodiment, it is determined whether or not the received light waveform is abnormal based on the amount of change in the received light amount at a wavelength outside the measurement range. Therefore, an abnormal waveform may be detected based on the amount of change in the amount of light received at each of a plurality of wavelengths selected from the wavelength region outside the measurement range.
<F.利点>
上述したように、本実施の形態に係る光学計測装置1では、受光波形の異常を検出することができる。さらに、受光波形の異常をユーザに気づかせることができる。戻り光が増加したために計測の精度が悪化した場合には、受光波形の異常が検出される。ユーザは、光学計測装置1からの通知によって、低下した精度を高めるための適切な対策(たとえばコネクタのクリーニング、ファイバを延長したことによる戻り光の増加の場合は再度、戻り光成分の値を光学計測装置1の内部に記憶させること)を取ることができる。したがって、光学計測装置における変位測定の精度が低下した場合にも、高い計測精度を再び達成することができる。
<F. Advantages>
As described above, the
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed this time should be considered as exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is shown by the scope of claims rather than the above description, and it is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
1 光学計測装置、2 計測対象物、2a,2b,2c,2d 表面(計測対象物)、10 光源、20 導光部、21 入力側ケーブル、22 出力側ケーブル、23 カプラ、231,232 カプラ(合波/分波構造)、24 ヘッド側ケーブル、30 センサヘッド、32 色収差ユニット、34 対物レンズ、40 受光部、41 コリメートレンズ、42 分光器、43 縮小光学系、44 検出器、45 読出回路、50 処理部、60,61,62 波長領域、202 コア、204 クラッド、206 被覆、208 外装、241,243,245 ケーブル、242,244 コネクタ、AX 光軸、I1,I2,I3,I4,I5 受光量、S1〜S5,S11,S12 ステップ。 1 Optical measuring device, 2 Measurement target, 2a, 2b, 2c, 2d surface (measurement target), 10 light source, 20 light guide, 21 input side cable, 22 output side cable, 23 coupler, 231,232 coupler ( Combined / demultiplexed structure), 24 head side cable, 30 sensor head, 32 chromatic aberration unit, 34 objective lens, 40 light source, 41 collimating lens, 42 spectroscope, 43 reduction optical system, 44 detector, 45 read circuit, 50 Processing section, 60, 61, 62 wavelength region, 202 core, 204 clad, 206 coating, 208 exterior, 241,243,245 cable, 242,244 connector, AX optical axis, I1, I2, I3, I4, I5 Amount, S1-S5, S11, S12 steps.
Claims (11)
前記光源からの照射光に対して軸上色収差を生じさせるとともに、光軸の延長線上に少なくともその一部が配置される計測対象物からの反射光を受光する光学系と、
前記光学系で受光される反射光を各波長成分に分離して、前記各波長成分の光を受光する受光部と、
前記受光部における前記各波長成分の受光量に基づいて、前記光学系から前記計測対象物までの距離を算出する処理部とを備え、
前記処理部は、受光波形における複数の波長成分の各々の受光量を前記受光量の基準値と比較して、その比較の結果に基づいて、前記計測対象物までの前記距離を正常に測定できるかどうかを判定する、光学計測装置。 A light source that generates irradiation light with multiple wavelength components,
An optical system that causes axial chromatic aberration with respect to the irradiation light from the light source and receives reflected light from a measurement object whose at least a part thereof is arranged on an extension line of the optical axis.
A light receiving unit that separates the reflected light received by the optical system into each wavelength component and receives the light of each wavelength component,
A processing unit that calculates the distance from the optical system to the measurement object based on the amount of light received by each wavelength component in the light receiving unit is provided.
The processing unit can compare the light receiving amount of each of the plurality of wavelength components in the light receiving waveform with the reference value of the light receiving amount, and can normally measure the distance to the measurement object based on the result of the comparison. An optical measuring device that determines whether or not.
前記光源からの照射光に対して軸上色収差を生じさせるとともに、光軸の延長線上に少なくともその一部が配置される計測対象物からの反射光を受光する光学系と、
前記光学系で受光される反射光を各波長成分に分離して、前記各波長成分の光を受光する受光部と、
前記受光部における前記各波長成分の受光量に基づいて、前記光学系から前記計測対象物までの距離を算出する処理部とを備え、
前記処理部は、受光波形における複数の波長成分の各々の受光量を前記受光量の基準値と比較して、その比較結果が正常であるときに前記計測物までの距離を算出し、前記比較結果が異常であるときは、異常を通知する、光学計測装置。 A light source that generates irradiation light with multiple wavelength components,
An optical system that causes axial chromatic aberration with respect to the irradiation light from the light source and receives reflected light from a measurement object whose at least a part thereof is arranged on an extension line of the optical axis.
A light receiving unit that separates the reflected light received by the optical system into each wavelength component and receives the light of each wavelength component,
A processing unit that calculates the distance from the optical system to the measurement object based on the amount of light received by each wavelength component in the light receiving unit is provided.
The processing unit compares the light receiving amount of each of the plurality of wavelength components in the light receiving waveform with the reference value of the light receiving amount, calculates the distance to the measured object when the comparison result is normal, and performs the comparison. An optical measuring device that notifies the abnormality when the result is abnormal.
センサヘッドと、
前記センサヘッドに接続されるとともに、前記光源および前記受光部に接続されるケーブルとを含み、
前記異常は、前記センサヘッドと前記ケーブルとの接続部において前記照射光の一部が反射することに関連する異常である、請求項5に記載の光学計測装置。 The optical system is
With the sensor head
It includes a cable connected to the sensor head and connected to the light source and the light receiving portion.
The optical measuring device according to claim 5, wherein the abnormality is an abnormality related to reflection of a part of the irradiation light at a connection portion between the sensor head and the cable.
センサヘッドと、
前記センサヘッドに接続されるとともに、前記光源および前記受光部に接続されるケーブルと、
前記ケーブルに設けられた合波部とを含み、
前記異常は、前記合波部の不良に関連する異常である、請求項5に記載の光学計測装置。 The optical system is
With the sensor head
A cable connected to the sensor head and connected to the light source and the light receiving portion,
Including the combiner provided in the cable
The optical measuring device according to claim 5, wherein the abnormality is an abnormality related to a defect in the wave junction.
センサヘッドと、
前記センサヘッドに接続されるとともに、前記光源および前記受光部に接続されるケーブルと、
前記ケーブルに設けられた分波部とを含み、
前記異常は、前記分波部の不良に関連する異常である、請求項5に記載の光学計測装置。 The optical system is
With the sensor head
A cable connected to the sensor head and connected to the light source and the light receiving portion,
Including the demultiplexing part provided in the cable
The optical measuring device according to claim 5, wherein the abnormality is an abnormality related to a defect in the demultiplexing portion.
複数のケーブルと、
前記複数のケーブルを直列接続するための少なくとも1つのコネクタとを含み、
前記異常は、前記少なくとも1つのコネクタの不良に関連する異常または前記複数のケーブルの直列接続の長さに関連する異常である、請求項5に記載の光学計測装置。 The optical system is
With multiple cables
Includes at least one connector for connecting the plurality of cables in series.
The optical measuring device according to claim 5, wherein the abnormality is an abnormality related to a defect of at least one connector or an abnormality related to the length of series connection of the plurality of cables.
光ファイバを含むケーブルを有し、
前記異常は、前記光ファイバの端面の傷に起因する異常または前記光ファイバの端面の汚れに起因する異常である、請求項5に記載の光学計測装置。 The optical system is
Has a cable containing optical fiber
The optical measuring device according to claim 5, wherein the abnormality is an abnormality caused by a scratch on the end face of the optical fiber or an abnormality caused by dirt on the end face of the optical fiber.
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