JP2022082131A - 光学測定装置 - Google Patents
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Abstract
Description
第8の開示では、前記受光用筐体は、さらに、前記受光側テレセントリックレンズを通過した光を折り返して前記二次元撮像素子に導く反射体が取り付けられ、前記受光側テレセントリックレンズと前記反射体とはそれぞれ前記受光用筐体に固定的に取り付けられている。反射体による光の折り返しにより、光学測定装置全体のサイズをコンパクトにすることができる。また、受光側テレセントリックレンズと反射体の両方を、剛性の高い箱形状の受光用筐体に固定的に取り付けることで、コンパクトな光学測定装置においても高い測定精度を得ることができる。
図2及び図3は、投光用ユニット10及び受光用ユニット30を共通の固定部材60に固定して使用する形態である。固定部材60は、光学測定装置1の一部を構成する部材であり、所定方向に長い金属製の板材で構成され、高い剛性を持っている。固定部材60の長手方向一側に投光用ユニット10を取り付け、固定部材60の長手方向他側に受光用ユニット30を取り付けて使用する。固定部材60の形状は、図示した形状に限られるものではなく、例えば中空状の部材であってもよい。
図6Aにも示すように、投光用ユニット10の光源11は、例えばInGaNグリーンLED等の発光ダイオード等で構成されており、基板11aに実装されている。基板11aにはマイクロコンピュータ等からなる撮像制御部39(図1に示す)が接続されており、この撮像制御部39により、光源11が制御される。例えば撮像の間隔が数ミリ秒~数十ミリ秒であって各撮像における露光時間が1ミリ秒以下である場合、撮像の間隔や露光時間に応じて、撮像制御部39により、光源11がパルス点灯制御される。各撮像における露光時間を例えば100マイクロ秒とすることで、光学測定装置1は高速搬送ワークも止めずに測定可能となり、撮像の間隔や露光時間に応じて光源11がパルス点灯制御されることで、光源11における発熱を抑制することができる。
受光用ユニット30の二次元撮像素子31は、例えばCMOSイメージセンサー等で構成されていて、画素がX方向とY方向の二次元に配列されている。二次元撮像素子31は、基板31aに実装されている。基板31aには、撮像制御部39(図1に示す)が設けられている。撮像制御部39によって二次元撮像素子31が制御される。例えば撮像の間隔が数ミリ秒~数十ミリ秒であって各撮像における露光時間が100マイクロ秒となるように撮像制御部39によって二次元撮像素子31が制御される。露光時間が1ミリ秒以下、例えば100マイクロ秒とすることで、光学測定装置1は高速搬送ワークも止めずに測定可能となる。露光時間は、光源11のパルス点灯制御と二次元撮像素子31のシャッター制御とを同期制御して実現されてもよい。基板31aは、撮像素子ホルダ37に固定されている。基板31aを撮像素子ホルダ37に固定することで、二次元撮像素子31を撮像素子ホルダ37に保持することができる。
図1に示すように、受光用ユニット30に設けられている撮像制御部39は、接続ケーブルDを介して制御装置70の画像取得部71によって制御されて、所定のタイミングで光源11に光を照射させるとともに、二次元撮像素子31により撮像させる。受光用ユニット30を駆動する電力は、接続ケーブルDを介して制御装置70から供給される。接続ケーブルDには、耐屈曲ケーブルを用いることができ、受光用ユニット30及び投光用ユニット10をロボットアーム等の可動部に設置し、制御装置70を非可動に設置する等分離して配置することができる。光源11と二次元撮像素子31との同期は、信号ケーブルCによってとることができる。例えば撮像の間隔が数ミリ秒~数十ミリ秒であって各撮像における露光時間が100マイクロ秒となるように撮像制御部39によって二次元撮像素子31に撮像タイミング及び露光タイミングを定義するタイミング信号が供給され、撮像制御部39によって光源11に信号ケーブルCを介して発光タイミングを定義するタイミング信号が供給される。光源11を駆動する電力は信号ケーブルCを介して受光用ユニット30から供給される。光源11により生成された測定光は、拡散手段13によって拡散された後、投光側反射体14で反射して折り返されてから投光側テレセントリックレンズ15に入射する。投光側テレセントリックレンズ15は、入射した測定光を平行光に変換して測定領域Sに向けて出射する。つまり、投光側テレセントリックレンズ15は、測定光による拡散手段13上の光像を、投光側テレセントリックレンズ15の光軸に沿ってサイズが一定となるような光像が測定領域Sに形成されるように測定光を出射する。このとき、平行光は受光窓23を通過して測定領域Sに達する。測定領域SにワークWが配置されていると、平行光の一部がワークWによって遮られる。
上述したように、光源11から測定領域Sに測定光を投射してワークW越しでワークWの影像を二次元撮像素子31の撮像面に結像させる光学測定装置1は、ワークWの幾何形状を測定すること以外にも、ワークWの位置決めやアライメント測定などにも用いられることがある。その際に、基準となる面に対して、光軸が水平垂直でないと、ワークWが光軸方向に移動した時にワークWの位置がずれて撮像面に結像してしまい、測定精度の低下をもたらすおそれがあった。特に、光学測定装置1を構成する部品の製造誤差や組付誤差、調整のための治具の誤差等によって二次元撮像素子31の光軸が傾いてしまうと、上述した測定精度の低下が顕著なものになる。
次に、上述のように構成された調整機構50を用いた調整について説明する。ホルダ側ねじ54のみを緩めて、撮像素子ホルダ37を筐体側調整部材51に対してX方向に変位させると、受光用筐体40の底部基準面40cに対する光軸の平行度を調整することが可能になる。また、シム52の厚みや枚数を変更することによって二次元撮像素子31をY方向に変位させると、受光用筐体40の側方基準面40aに対する光軸の平行度を調整することが可能になる。
以上説明したように、この実施形態によれば、投光用筐体20と受光用筐体40とを測定領域Sを挟むように設置することで、投光用筐体20の投光窓23から測定領域Sへ投射された平行光が測定領域Sを通過して受光用筐体40の受光窓43から受光側テレセントリックレンズ36に入射する。受光側テレセントリックレンズ36に入射した平行光は、受光側反射体35で折り返して二次元撮像素子31の撮像面で受光される。このとき、測定領域SにワークWが配置されていると、ワークWの影像が二次元撮像素子31の撮像面に結像し、これにより、ワークWの形状や各部の寸法の測定が可能になる。
10 投光用ユニット
11 光源
12 光源ホルダ
15 投光側テレセントリックレンズ
20 投光用筐体
20d アクセス用開口(第2アクセス用開口)
22 投光側レンズ取付孔
22a 投光側レンズ取付座(第3の座)
23 投光窓
30 受光用ユニット
31 二次元撮像素子
35 受光側反射体
36 受光側テレセントリックレンズ
38 受光側レンズユニット
40 受光用筐体
40a 側方基準面
40c 底部基準面
41 導入用開口
41a 蓋体
42 受光側レンズ取付孔
42a 受光側レンズ取付座(第1の座)
43 受光窓
43c 受光側弾性材(レンズ付勢部材)
44 受光側反射体取付孔
44a 受光側反射体取付座(第2の座)
44c 反射体側弾性材(反射体付勢部材)
44d カバー
46 アクセス用開口(第1アクセス用開口)
50 調整機構
55 撮像素子側ねじ(固定具)
60 固定部材
61 貫通孔
S 測定領域
W ワーク
Claims (19)
- 測定領域に向けて平行光を投射する投光用ユニットと、
前記投光用ユニット側と対向して配置され、測定領域を通過する前記平行光を受光して、当該測定領域における測定対象物の画像を生成する受光用ユニットと、
前記受光用ユニットで生成された画像に基づいて測定対象物の寸法測定を実施する寸法測定手段とを備える光学測定装置であって、
前記受光用ユニットは、
測定領域を通過した平行光が入射する受光側テレセントリックレンズと、
前記受光側テレセントリックレンズを通過した光を受光して、前記測定領域における測定対象物の画像を生成するために前記測定領域における測定対象物を撮像する二次元撮像素子と、
一側面に導入用開口が形成されるとともに、設置する時の基準となる基準面と、当該基準面を介して設置するための筐体設置孔とが当該一側面とは異なる外面に設けられた箱形状を有し、前記受光側テレセントリックレンズが取り付けられるとともに前記二次元撮像素子を収容する受光用筐体と、
前記受光用筐体の前記一側面と対向する内面に対して前記二次元撮像素子の位置及び姿勢を調整可能に取り付けられる前記二次元撮像素子を保持する撮像素子ホルダと、
前記導入用開口を閉塞する蓋体とを備える光学測定装置。 - 請求項1に記載の光学測定装置において、
前記二次元撮像素子は、当該二次元撮像素子の位置及び姿勢の調整を可能にする調整機構及び前記撮像素子ホルダを介して前記受光用筐体の内面に取り付けられ、
前記調整機構は、前記二次元撮像素子を前記受光用筐体に固定した固定状態と、前記二次元撮像素子を前記受光用筐体に対して変位可能にする非固定状態とに切り替える固定具を有し、
前記受光用筐体における前記導入用開口が形成された面とは異なる面には、前記受光用筐体の外部から前記調整機構の前記固定具にアクセスするための第1アクセス用開口が形成されている光学測定装置。 - 請求項2に記載の光学測定装置において、
前記第1アクセス用開口は、前記二次元撮像素子の撮像面と略直交する方向から前記固定具にアクセス可能に形成されている光学測定装置。 - 請求項2または3に記載の光学測定装置において、
前記投光用ユニットと前記受光用ユニットとが対向して配置されるよう投光用筐体と受光用筐体が着脱自在に固定される固定部材を備え、
前記固定部材には、当該固定部材に固定された前記受光用筐体に形成された前記第1アクセス用開口と対応する位置に当該第1アクセス用開口と通じる貫通孔が形成されている光学測定装置。 - 請求項1から4のいずれか1つに記載の光学測定装置において、
前記受光用筐体は、さらに、前記受光用筐体の前面に測定領域を通過した平行光を内部に受け入れる受光窓を有し、
前記受光側テレセントリックレンズは、前記受光窓に取り付けられている光学測定装置。 - 請求項1から5のいずれか1つに記載の光学測定装置において、
前記受光用筐体には、前記受光側テレセントリックレンズを取り付けるための第1の座が形成され、
前記受光側テレセントリックレンズは前記第1の座に固定されている光学測定装置。 - 請求項6に記載の光学測定装置において、
前記受光側テレセントリックレンズを前記第1の座に押し付ける方向に付勢するレンズ付勢部材を備えている光学測定装置。 - 請求項1から5のいずれか1つに記載の光学測定装置において、
前記受光用筐体は、さらに、前記受光側テレセントリックレンズを通過した光を折り返して前記二次元撮像素子に導く反射体が取り付けられ、
前記受光側テレセントリックレンズと前記反射体とはそれぞれ前記受光用筐体に固定的に取り付けられている光学測定装置。 - 請求項1から5のいずれか1つに記載の光学測定装置において、
前記受光用筐体には、前記受光側テレセントリックレンズを通過した光を折り返して前記二次元撮像素子に導く反射体を取り付けるための第2の座が形成されている光学測定装置。 - 請求項9に記載の光学測定装置において、
前記反射体を前記第2の座に押し付ける方向に付勢する反射体付勢部材を備えている光学測定装置。 - 請求項9または10に記載の光学測定装置において、
前記受光用筐体における前記導入用開口が形成された面とは異なる面には、前記反射体が嵌め込まれる反射体取付孔が形成され、
前記第2の座は、前記反射体取付孔の内周面から径方向内方へ突出する突出部で構成され、
前記受光用筐体には、前記反射体取付孔を前記受光用筐体の外から覆うカバーが取り付けられている光学測定装置。 - 請求項9から11のいずれか1つに記載の光学測定装置において、
前記撮像素子ホルダは、前記反射体と前記二次元撮像素子との間に配置されて前記反射体にて反射した光が入射し、入射した光を前記二次元撮像素子へ出射させる受光側レンズユニットを有し、
前記受光側テレセントリックレンズと前記受光側レンズユニットとは両側テレセントリック光学系を形成している光学測定装置。 - 測定領域に向けて平行光を投射する投光用ユニットと、
前記投光用ユニットと対向して配置され、測定領域を通過する前記平行光を受光して、当該測定領域における測定対象物の画像を生成する受光用ユニットと、
前記受光用ユニットで生成された画像に基づいて測定対象物の寸法測定を実施する寸法測定手段とを備える光学測定装置であって、
前記投光用ユニットは、
測定領域に投射する測定光を生成する光源と、
前記光源により生成された測定光が入射され、該測定光を測定領域に向けた平行光に変換する投光側テレセントリックレンズと、
一側面に導入用開口が形成されるとともに、当該一側面とは異なる外面に、設置する時の基準となる基準面と、当該基準面を介して設置するための筐体設置孔とが設けられた箱形状を有し、前記投光側テレセントリックレンズが取り付けられるとともに前記光源を収容する投光用筐体と、
前記投光用筐体の前記一側面と対向する内面に対して前記光源の位置及び姿勢を調整可能に取り付けられる前記光源を保持する光源ホルダと、
前記導入用開口を閉塞する蓋体とを備える光学測定装置。 - 請求項13に記載の光学測定装置において、
前記光源は、当該光源の位置及び姿勢の調整を可能にする前記光源ホルダを介して前記投光用筐体の内面に取り付けられ、
前記投光用筐体における前記導入用開口が形成された面とは異なる面には、前記投光用筐体の外部から前記光源ホルダにアクセスするための第2アクセス用開口が形成されている光学測定装置。 - 請求項13または14に記載の光学測定装置において、
前記投光用筐体は、さらに、前記投光用筐体の前面に測定領域にむけて投射される平行光が通過する投光窓を有し、
前記投光側テレセントリックレンズは、前記投光窓に取り付けられている光学測定装置。 - 請求項13から15のいずれか1つに記載の光学測定装置において、
前記投光用筐体には、前記投光側テレセントリックレンズを取り付けるための第3の座が形成され、
前記投光側テレセントリックレンズは前記第3の座に固定されている光学測定装置。 - 請求項16に記載の光学測定装置において、
前記投光側テレセントリックレンズを前記第3の座に押し付ける方向に付勢するレンズ付勢部材を備えている光学測定装置。 - 請求項13から15のいずれか1つに記載の光学測定装置において、
前記投光用筐体は、さらに、前記光源からの測定光を折り返して前記投光側テレセントリックレンズに導く反射体が取り付けられ、
前記投光側テレセントリックレンズと前記反射体とはそれぞれ前記投光用筐体に固定的に取り付けられている光学測定装置。 - 請求項13から15のいずれか1つに記載の光学測定装置において、
受光用筐体には、前記光源からの測定光を折り返して前記投光側テレセントリックレンズに導く反射体を取り付けるための第4の座が形成されている光学測定装置。
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