JP2750987B2 - 微小円筒形部品寸法測定システム - Google Patents
微小円筒形部品寸法測定システムInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、顕微鏡画像処理とレー
ザ測長器による精密位置測定の技術を組み合わせ、自動
的にフェルール等の微小円筒形部品の内径，外径および
偏心を高精度にしかも高速に測定できる微小円筒形部品
寸法測定システムに関する。
ザ測長器による精密位置測定の技術を組み合わせ、自動
的にフェルール等の微小円筒形部品の内径，外径および
偏心を高精度にしかも高速に測定できる微小円筒形部品
寸法測定システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】フェルール等の微小円筒形部品の寸法を
測る場合、従来は次のような方法を用いていた。まず、
内径寸法は、ピンゲージを用いて手動で測定しており、
測定者の経験や感に頼っていた。また、外径寸法は、マ
イクロメータまたはレーザ外径測定器を用いて測定して
おり、やはり人手に頼っていた。そして、この方法は基
本的には円筒形外径の一点での測定であり、必要とされ
る最大外径の測定ではなく、測定精度が悪い。次に偏心
の測定では、ピンゲージと電気マイクロメータを用いて
手動で行っており、内径，外径寸法測定同様に測定者の
経験や感に頼り、測定精度が充分でない。因みに測定再
現性は３σ＝約１μｍ程度である。
測る場合、従来は次のような方法を用いていた。まず、
内径寸法は、ピンゲージを用いて手動で測定しており、
測定者の経験や感に頼っていた。また、外径寸法は、マ
イクロメータまたはレーザ外径測定器を用いて測定して
おり、やはり人手に頼っていた。そして、この方法は基
本的には円筒形外径の一点での測定であり、必要とされ
る最大外径の測定ではなく、測定精度が悪い。次に偏心
の測定では、ピンゲージと電気マイクロメータを用いて
手動で行っており、内径，外径寸法測定同様に測定者の
経験や感に頼り、測定精度が充分でない。因みに測定再
現性は３σ＝約１μｍ程度である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来のフェルール等の
微小円筒形部品測定方法は、上述のように各部分を個別
に測定しており、人の経験に頼るところが大で、測定精
度が不十分で測定速度が遅いという問題があった。本発
明は上記問題を解決するもので、その目的はフェルール
等の微小な円筒形部品の寸法（内径，外径，偏心）測定
を顕微鏡画像処理とレーザ側長器を用いて高精度かつ、
高速度で自動測定できる微小円筒形部品寸法測定システ
ムを提供することにある。
微小円筒形部品測定方法は、上述のように各部分を個別
に測定しており、人の経験に頼るところが大で、測定精
度が不十分で測定速度が遅いという問題があった。本発
明は上記問題を解決するもので、その目的はフェルール
等の微小な円筒形部品の寸法（内径，外径，偏心）測定
を顕微鏡画像処理とレーザ側長器を用いて高精度かつ、
高速度で自動測定できる微小円筒形部品寸法測定システ
ムを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明による微小円筒形部品寸法測定システムは、基
準ベースと、前記基準ベースに搭載され、Ｘ軸とＹ軸方
向に移動可能なステージと、前記ステージを駆動する駆
動機構と、前記ステージの対向位置に配置され前記基準
ベースに取り付けられている顕微鏡と、前記ステージに
搭載され、被測定物である微小円筒形部品を、その円筒
端面が前記顕微鏡の光軸に直角になるように保持する微
小円筒形部品保持機構と、前記微小円筒形部品を照明す
る照明部と、前記ステージのＸ軸とＹ軸の移動量を測定
するレーザ測長機構と、前記微小円筒形部品の測定部分
に対し合焦動作を行うオートフォーカス機構と、前記顕
微鏡で拡大された像をイメージ信号に変換するＣＣＤカ
メラと、前記微小円筒形部品の内径部分全体を前記ＣＣ
Ｄカメラの一画面内に映し出し、その画像の内径エッジ
複数箇所の位置を画素の数によって求め、演算処理する
ことにより内径と内径中心を算出する制御シーケンス
と、前記駆動機構を制御し前記ステージをＸ軸，Ｙ軸方
向に移動することによって前記微小円筒形部品の外形の
複数箇所をそれぞれ前記ＣＣＤカメラの一画面毎に映し
出していき、前記各画像と前記レーザ測長機構で測長し
たＸ軸，Ｙ軸移動量とによって外形エッジ複数箇所の位
置を求め、演算処理することにより外径と外径中心を算
出する制御シーケンスと、前記算出された内径中心と外
径中心位置とを用いて演算することにより偏心を算出す
る制御シーケンスを順次自動的に実行するシステム制御
部とから構成されている。
に本発明による微小円筒形部品寸法測定システムは、基
準ベースと、前記基準ベースに搭載され、Ｘ軸とＹ軸方
向に移動可能なステージと、前記ステージを駆動する駆
動機構と、前記ステージの対向位置に配置され前記基準
ベースに取り付けられている顕微鏡と、前記ステージに
搭載され、被測定物である微小円筒形部品を、その円筒
端面が前記顕微鏡の光軸に直角になるように保持する微
小円筒形部品保持機構と、前記微小円筒形部品を照明す
る照明部と、前記ステージのＸ軸とＹ軸の移動量を測定
するレーザ測長機構と、前記微小円筒形部品の測定部分
に対し合焦動作を行うオートフォーカス機構と、前記顕
微鏡で拡大された像をイメージ信号に変換するＣＣＤカ
メラと、前記微小円筒形部品の内径部分全体を前記ＣＣ
Ｄカメラの一画面内に映し出し、その画像の内径エッジ
複数箇所の位置を画素の数によって求め、演算処理する
ことにより内径と内径中心を算出する制御シーケンス
と、前記駆動機構を制御し前記ステージをＸ軸，Ｙ軸方
向に移動することによって前記微小円筒形部品の外形の
複数箇所をそれぞれ前記ＣＣＤカメラの一画面毎に映し
出していき、前記各画像と前記レーザ測長機構で測長し
たＸ軸，Ｙ軸移動量とによって外形エッジ複数箇所の位
置を求め、演算処理することにより外径と外径中心を算
出する制御シーケンスと、前記算出された内径中心と外
径中心位置とを用いて演算することにより偏心を算出す
る制御シーケンスを順次自動的に実行するシステム制御
部とから構成されている。
【０００５】
【作用】前記構成によれば、微小円筒形部品の内径，外
径および偏心を同時に高精度，高速度に自動測定でき
る。
径および偏心を同時に高精度，高速度に自動測定でき
る。
【０００６】
【実施例】以下、図面を参照して本発明をさらに詳しく
説明する。図１は、本発明による微小円筒形部品寸法測
定システムで測定されるフェルールの外形を示す図で、
（ａ）は斜視図，（ｂ）は部分断面図である。フェルー
ル１１は図に示すように円筒形をしており、測定部分は
内径ｄ1 ，外径ｄ2 および内径中心と外径中心の差であ
る偏心である。（ｂ）に示すようにフェルール１１の光
ファイバ挿入側端の内径のエッジ部分はテーパ状になっ
ており、また、外径部分も面取りがされている。フェル
ールの実寸法は、例えば外径が２．５ｍｍφ，内径が１
２６μｍ，長さが１０ｍｍであり、上記テーパは４５°
〜６０°程度になっている。材質は例えば、ジルコニア
系セラミックまたはアルミナ系セラミックが用いられ
る。
説明する。図１は、本発明による微小円筒形部品寸法測
定システムで測定されるフェルールの外形を示す図で、
（ａ）は斜視図，（ｂ）は部分断面図である。フェルー
ル１１は図に示すように円筒形をしており、測定部分は
内径ｄ1 ，外径ｄ2 および内径中心と外径中心の差であ
る偏心である。（ｂ）に示すようにフェルール１１の光
ファイバ挿入側端の内径のエッジ部分はテーパ状になっ
ており、また、外径部分も面取りがされている。フェル
ールの実寸法は、例えば外径が２．５ｍｍφ，内径が１
２６μｍ，長さが１０ｍｍであり、上記テーパは４５°
〜６０°程度になっている。材質は例えば、ジルコニア
系セラミックまたはアルミナ系セラミックが用いられ
る。
【０００７】図２は、本発明による微小円筒形部品寸法
測定システムの実施例を示す概略図である。大別する
と、フェルール１１の円筒端面が金属顕微鏡２の光軸と
直角になるように保持するフェルール保持機構と、この
フェルール保持機構を搭載し、Ｘ軸，Ｙ軸方向に移動で
きるステージ（Ｚ軸ステージを含む）移動機構（駆動部
分は図示されていない）と、レーザ測長器９，測長器デ
ータ制御ユニット７および反射鏡２５等よりなるレーザ
測長機構と、ラインセンサ１９等のＡＦユニット４が組
み込まれ、フェルール１１の端面に対向して配置された
対物レンズ１０によりフェルール１１の像を拡大する金
属顕微鏡２と、金属顕微鏡２の鏡筒部に取り付けられて
いるＣＣＤカメラ１と、金属顕微鏡２を支持する顕微鏡
架台５と、レーザ波長器９，ステージ機構および顕微鏡
架台５を固定する基準ベース１６と、基準ベース１６の
振動を防止する防振台１７と、測定シーケンスを制御す
るシステム制御部６と、システム制御部６のデータを管
理するためのコンピュータ８とを含んで構成されてい
る。
測定システムの実施例を示す概略図である。大別する
と、フェルール１１の円筒端面が金属顕微鏡２の光軸と
直角になるように保持するフェルール保持機構と、この
フェルール保持機構を搭載し、Ｘ軸，Ｙ軸方向に移動で
きるステージ（Ｚ軸ステージを含む）移動機構（駆動部
分は図示されていない）と、レーザ測長器９，測長器デ
ータ制御ユニット７および反射鏡２５等よりなるレーザ
測長機構と、ラインセンサ１９等のＡＦユニット４が組
み込まれ、フェルール１１の端面に対向して配置された
対物レンズ１０によりフェルール１１の像を拡大する金
属顕微鏡２と、金属顕微鏡２の鏡筒部に取り付けられて
いるＣＣＤカメラ１と、金属顕微鏡２を支持する顕微鏡
架台５と、レーザ波長器９，ステージ機構および顕微鏡
架台５を固定する基準ベース１６と、基準ベース１６の
振動を防止する防振台１７と、測定シーケンスを制御す
るシステム制御部６と、システム制御部６のデータを管
理するためのコンピュータ８とを含んで構成されてい
る。
【０００８】フェルール保持機構は、図３に示すように
フェルール吸着台１２の上に、円筒端面が光軸に対し直
角になるように保持部１２ｃでフェルール１１を保持す
る。フェルール１１の保持はその外周面の一部または底
面を真空吸着することにより行われる。フェルール吸着
台１２は一方に開口部を有する空胴構造になっており、
ファイバ照明系２０のファイバ２１の先端部が挿入され
ている。フェルール吸着台１２の上面は、拡散ガラス１
２ｂによって構成されており、ファイバ照明系２０から
の光が均一にフェルール１１の下側から照明されるよう
になっている。フェルール吸着台１２はＸ軸ステージ１
４，Ｙ軸ステージ１５の移動（最大数ｍｍ）によって基
準ベース１６上を動くが、ファイバ照明系２０は顕微鏡
架台５に固定されている。
フェルール吸着台１２の上に、円筒端面が光軸に対し直
角になるように保持部１２ｃでフェルール１１を保持す
る。フェルール１１の保持はその外周面の一部または底
面を真空吸着することにより行われる。フェルール吸着
台１２は一方に開口部を有する空胴構造になっており、
ファイバ照明系２０のファイバ２１の先端部が挿入され
ている。フェルール吸着台１２の上面は、拡散ガラス１
２ｂによって構成されており、ファイバ照明系２０から
の光が均一にフェルール１１の下側から照明されるよう
になっている。フェルール吸着台１２はＸ軸ステージ１
４，Ｙ軸ステージ１５の移動（最大数ｍｍ）によって基
準ベース１６上を動くが、ファイバ照明系２０は顕微鏡
架台５に固定されている。
【０００９】図４はレーザ測長機構の詳細を示す図であ
る。測長器データ制御部７は、Ｙ軸測定ボード７ａ，Ｘ
軸測定ボード７ｂ，レーザ接続ボード７ｃおよびインタ
フェースボード７ｄより構成されており、各ボードは転
送バス３１により情報を送受できる。Ｙ軸測定ボード７
ａはレシーバケーブル２７ａによってレシーバ２６ａに
接続されており、レシーバ２６ａからの受信データに基
づきステージのＹ軸方向の移動量を測定する。Ｘ軸測定
ボード７ｂはレシーバケーブル２７ｂによってレシーバ
２６ｂに接続されており、レシーバ２６ｂからの受信デ
ータに基づきステージのＸ軸方向の移動量を測定する。
インタフェースボード７ｄは、システム制御ユニット６
内のメイン制御部４１に接続され、メイン制御部４１と
の信号の授受を可能にしている。レーザ接続ボード７ｃ
はレーザケーブル２８によってレーザヘッド１８に接続
され、レーザ光を発振制御するための回路である。
る。測長器データ制御部７は、Ｙ軸測定ボード７ａ，Ｘ
軸測定ボード７ｂ，レーザ接続ボード７ｃおよびインタ
フェースボード７ｄより構成されており、各ボードは転
送バス３１により情報を送受できる。Ｙ軸測定ボード７
ａはレシーバケーブル２７ａによってレシーバ２６ａに
接続されており、レシーバ２６ａからの受信データに基
づきステージのＹ軸方向の移動量を測定する。Ｘ軸測定
ボード７ｂはレシーバケーブル２７ｂによってレシーバ
２６ｂに接続されており、レシーバ２６ｂからの受信デ
ータに基づきステージのＸ軸方向の移動量を測定する。
インタフェースボード７ｄは、システム制御ユニット６
内のメイン制御部４１に接続され、メイン制御部４１と
の信号の授受を可能にしている。レーザ接続ボード７ｃ
はレーザケーブル２８によってレーザヘッド１８に接続
され、レーザ光を発振制御するための回路である。
【００１０】フェルール吸着台１２を固定する基台１２
ａの端部には、反射鏡２５ａと２５ｂが配置されてい
る。反射鏡２５ａはＹ軸上に、反射鏡２５ｂはＸ軸上に
それぞれ設けられている。レーザヘッド１８を出射した
レーザ光は、ビームベンダ２２によりその方向が変えら
れ、さらに５０パーセントビームスプリッタ２３によっ
て互いに方向が９０°異なった２つのレーザ光に分離さ
れる。分離された一方のレーザ光は、プレーンミラー２
４ａによって光路が曲げられ、Ｙ軸方向から反射鏡２５
ａに入射する。他方のレーザ光は、プレーンミラー２４
ｂによって同様に光路が曲げられ、Ｘ軸方向から反射鏡
２５ｂに入射する。反射鏡２５ａで反射したレーザ光
は、プレーンミラー２４ａに戻りレシーバ２６ａに受光
され、電気信号に変換されてＹ軸測定ボード７ａに入力
される。また、反射鏡２５ｂで反射したレーザ光も、プ
レーンミラー２４ｂに戻りレシーバ２６ｂに受光され、
電気信号に変換されてＸ軸測定ボード７ｂに入力され
る。
ａの端部には、反射鏡２５ａと２５ｂが配置されてい
る。反射鏡２５ａはＹ軸上に、反射鏡２５ｂはＸ軸上に
それぞれ設けられている。レーザヘッド１８を出射した
レーザ光は、ビームベンダ２２によりその方向が変えら
れ、さらに５０パーセントビームスプリッタ２３によっ
て互いに方向が９０°異なった２つのレーザ光に分離さ
れる。分離された一方のレーザ光は、プレーンミラー２
４ａによって光路が曲げられ、Ｙ軸方向から反射鏡２５
ａに入射する。他方のレーザ光は、プレーンミラー２４
ｂによって同様に光路が曲げられ、Ｘ軸方向から反射鏡
２５ｂに入射する。反射鏡２５ａで反射したレーザ光
は、プレーンミラー２４ａに戻りレシーバ２６ａに受光
され、電気信号に変換されてＹ軸測定ボード７ａに入力
される。また、反射鏡２５ｂで反射したレーザ光も、プ
レーンミラー２４ｂに戻りレシーバ２６ｂに受光され、
電気信号に変換されてＸ軸測定ボード７ｂに入力され
る。
【００１１】光源はＨｅ−Ｎｅレーザが用いられ、測長
はヘテロダイン方式が用いられている。このレーザ測長
機構の分解能は例えば、０．００５μｍである。ステー
ジの脇に設置されているローダ３３は、被測定物である
フェルール１１を自動的にフェルール保持機構の所定位
置に搬送しセットするための装置である。同様にもう一
方の脇に設置されているアンローダ３４は、本測定シス
テムでの測定結果に応じて、各フェルールをフェルール
保持機構から搬出し、精度別に区別した収容部に選別す
るための装置である。
はヘテロダイン方式が用いられている。このレーザ測長
機構の分解能は例えば、０．００５μｍである。ステー
ジの脇に設置されているローダ３３は、被測定物である
フェルール１１を自動的にフェルール保持機構の所定位
置に搬送しセットするための装置である。同様にもう一
方の脇に設置されているアンローダ３４は、本測定シス
テムでの測定結果に応じて、各フェルールをフェルール
保持機構から搬出し、精度別に区別した収容部に選別す
るための装置である。
【００１２】図５は、システム制御系を中心に記載した
測定システムの回路ブロック図である。システム制御ユ
ニット６は、各回路との接続を行うインタフェース回路
３９，ＸＹ軸ステージを所定の位置まで移動制御するＸ
Ｙ軸ステージ制御部４０，シーケンス全体を制御すると
ともに各データに基づき演算処理をするメイン制御部４
１，ＣＣＤカメラ１から取り込んだイメージデータによ
り画像処理を行う画像処理部４２およびＤＣ電源回路４
３より構成されている。ＸＹ軸ステージ制御部４０，メ
イン制御部４１および画像処理部４２は、マルチバス３
２により相互間のデータ送受が可能である。ＸＹ軸ステ
ージ制御部４０の制御信号は、Ｙ軸ドライバ４４，Ｘ軸
ドライバ４５に供給され、Ｙ軸ドライバ４４，Ｘ軸ドラ
イバ４５はＹ軸ステージ１５，Ｘ軸ステージ１４にその
駆動軸がそれぞれ連結されたモータ３７，３８を駆動す
る。
測定システムの回路ブロック図である。システム制御ユ
ニット６は、各回路との接続を行うインタフェース回路
３９，ＸＹ軸ステージを所定の位置まで移動制御するＸ
Ｙ軸ステージ制御部４０，シーケンス全体を制御すると
ともに各データに基づき演算処理をするメイン制御部４
１，ＣＣＤカメラ１から取り込んだイメージデータによ
り画像処理を行う画像処理部４２およびＤＣ電源回路４
３より構成されている。ＸＹ軸ステージ制御部４０，メ
イン制御部４１および画像処理部４２は、マルチバス３
２により相互間のデータ送受が可能である。ＸＹ軸ステ
ージ制御部４０の制御信号は、Ｙ軸ドライバ４４，Ｘ軸
ドライバ４５に供給され、Ｙ軸ドライバ４４，Ｘ軸ドラ
イバ４５はＹ軸ステージ１５，Ｘ軸ステージ１４にその
駆動軸がそれぞれ連結されたモータ３７，３８を駆動す
る。
【００１３】ライトカード４６は、システム制御ユニッ
ト６からの照明制御のための信号によりファイバ照明系
２０のランプ３５，３６の点灯を制御し、所定電圧の電
源回路４７，４８より電力の供給を受けてランプ３５，
３６の光量が一定になるように制御する。ＡＦユニット
４は、図示しない赤外発光器より測定部分に赤外光を照
射し、ラインセンサ１９により赤外パターンを検出する
ことによりＡＦ駆動する。すなわち、ラインセンサ１９
からのデータに基づき制御信号をシステム制御ユニット
６およびＺ軸ドライバ４９に送出し、Ｚ軸ドライバ４９
によってアクチェータ５０を駆動することによりＺ軸ス
テージ１３を光軸方向に移動させフェルール１１の測定
端面の合焦を行う。メイン制御部４１はローダ３３によ
りフェルールがセットされると、内径，外径および偏心
の順序で測定を開始する。
ト６からの照明制御のための信号によりファイバ照明系
２０のランプ３５，３６の点灯を制御し、所定電圧の電
源回路４７，４８より電力の供給を受けてランプ３５，
３６の光量が一定になるように制御する。ＡＦユニット
４は、図示しない赤外発光器より測定部分に赤外光を照
射し、ラインセンサ１９により赤外パターンを検出する
ことによりＡＦ駆動する。すなわち、ラインセンサ１９
からのデータに基づき制御信号をシステム制御ユニット
６およびＺ軸ドライバ４９に送出し、Ｚ軸ドライバ４９
によってアクチェータ５０を駆動することによりＺ軸ス
テージ１３を光軸方向に移動させフェルール１１の測定
端面の合焦を行う。メイン制御部４１はローダ３３によ
りフェルールがセットされると、内径，外径および偏心
の順序で測定を開始する。
【００１４】以下、図６および図７を用いて測定手順お
よび原理を説明する。図６はフェルールの内径およびそ
の中心位置の測定法を説明するための図で、（ａ）はフ
ェルールの円筒端面を示す側面図，（ｂ）は内径拡大部
分と射影を示す図，（ｃ）は内径エッジ部分のスキャン
方法を説明するための図，（ｄ）はフェルール外径部分
の一部拡大図，（ｅ）はエッジ部分の断面拡大図であ
る。メイン制御部４１は、ＡＦユニット４を制御し、Ｚ
軸ステージ１３を光軸方向に移動することにより、フェ
ルールの上端面にピントを合わせる。そして、予め設定
された内径値および外径値より内径の仮想中心がＣＣＤ
カメラ１の視野中心に位置決めされる。内径部分全体は
ＣＣＤカメラ視野Ａ内に映し出され、内径画像が画像処
理部４２に取り込まれる。
よび原理を説明する。図６はフェルールの内径およびそ
の中心位置の測定法を説明するための図で、（ａ）はフ
ェルールの円筒端面を示す側面図，（ｂ）は内径拡大部
分と射影を示す図，（ｃ）は内径エッジ部分のスキャン
方法を説明するための図，（ｄ）はフェルール外径部分
の一部拡大図，（ｅ）はエッジ部分の断面拡大図であ
る。メイン制御部４１は、ＡＦユニット４を制御し、Ｚ
軸ステージ１３を光軸方向に移動することにより、フェ
ルールの上端面にピントを合わせる。そして、予め設定
された内径値および外径値より内径の仮想中心がＣＣＤ
カメラ１の視野中心に位置決めされる。内径部分全体は
ＣＣＤカメラ視野Ａ内に映し出され、内径画像が画像処
理部４２に取り込まれる。
【００１５】画像処理部４２は、１フレームで内径画像
を取り込んでおり、指定測定点数分のエッジの座標を求
めることにより内径およびその中心を算出する。内径の
認識では、２値を用いて図６（ｂ）のｘ’，ｙ’のよう
な射影をとり、各射影の重心を通る線の延長上で交わっ
た位置を内径中心と認識する。射影は２値画像に対して
１ライン上の白または黒のピクセルの数を数え、プロッ
トしていくことにより作成できる。内径のエッジの認識
は図６（ｃ）に示すように内径を例えば、４分割し、そ
の内の２つの分割部分については矢印５５に示す方向
に、他の２分割部分については矢印５６に示す方向にサ
ンプリングする。サンプリング幅は精度および速度を考
慮して測定点を含む狭い範囲で行われる。例えば、図５
（ｄ）に示すように３８万画素の２／３インチＣＣＤを
用い金属顕微鏡の拡大倍率が４０倍で５０ピクセル程度
である。
を取り込んでおり、指定測定点数分のエッジの座標を求
めることにより内径およびその中心を算出する。内径の
認識では、２値を用いて図６（ｂ）のｘ’，ｙ’のよう
な射影をとり、各射影の重心を通る線の延長上で交わっ
た位置を内径中心と認識する。射影は２値画像に対して
１ライン上の白または黒のピクセルの数を数え、プロッ
トしていくことにより作成できる。内径のエッジの認識
は図６（ｃ）に示すように内径を例えば、４分割し、そ
の内の２つの分割部分については矢印５５に示す方向
に、他の２分割部分については矢印５６に示す方向にサ
ンプリングする。サンプリング幅は精度および速度を考
慮して測定点を含む狭い範囲で行われる。例えば、図５
（ｄ）に示すように３８万画素の２／３インチＣＣＤを
用い金属顕微鏡の拡大倍率が４０倍で５０ピクセル程度
である。
【００１６】サンプリングデータ（波形）によってエッ
ジ位置を求める前処理としてエッジ有無のチェックを行
う。濃淡の連続１方向変化領域に対し、そのピクセル数
と濃度のレンジを求め、例えば図６（ｅ）に示すように
５ピクセル連続し８０以上のレンジ（２５６階調で８０
階調分）で変化する部分をエッジありと判定する。エッ
ジありと判定した場合はエッジアルゴリズムによってエ
ッジ位置を求める。エッジアルゴリズムの一例として、
例えば、一次微分し絶対値をとって、それを正規分布に
対応づけ、その正規分布の最大位置をエッジとする方法
である。このようにして求めたエッジ位置座標ｘ，ｙか
ら、円の式（ｘ−Ｏｘ）2 ＋（ｙ−Ｏｙ）2 ＝Ｒ2 に対
して、最小自乗法で近似することにより内径中心座標Ｏ
ｘi ，Ｏｙi と内径２Ｒi を算出する。
ジ位置を求める前処理としてエッジ有無のチェックを行
う。濃淡の連続１方向変化領域に対し、そのピクセル数
と濃度のレンジを求め、例えば図６（ｅ）に示すように
５ピクセル連続し８０以上のレンジ（２５６階調で８０
階調分）で変化する部分をエッジありと判定する。エッ
ジありと判定した場合はエッジアルゴリズムによってエ
ッジ位置を求める。エッジアルゴリズムの一例として、
例えば、一次微分し絶対値をとって、それを正規分布に
対応づけ、その正規分布の最大位置をエッジとする方法
である。このようにして求めたエッジ位置座標ｘ，ｙか
ら、円の式（ｘ−Ｏｘ）2 ＋（ｙ−Ｏｙ）2 ＝Ｒ2 に対
して、最小自乗法で近似することにより内径中心座標Ｏ
ｘi ，Ｏｙi と内径２Ｒi を算出する。
【００１７】なお、内径中心と内径のエッジ位置との距
離を求め、その最大値をＤmax ，最小値をＤmim とし、
パーセント＝〔１−（Ｄmax −Ｄmim ）÷２Ｒ×１０
０〕によって真円度を求めることもできる。さらに内接
最大円も容易に求めることができる。 メイン制御部４
１は、内径およびその中心を求めると次はＹ軸とＸ軸ス
テージを移動制御してＣＣＤカメラの視野を外形のエッ
ジに移動する。図７はフェルールの外径測定法を説明す
るための図で、（ａ）はフェルールの円筒端面を示す側
面図，（ｂ）は外形エッジ部分に位置付けられたＣＣＤ
カメラ視野の測定方向を示す図である。ＣＣＤカメラ１
の視野Ａは、Ａ1 に設定され、ついでＡ2 ，Ａ3 ，
Ａ4 ，Ａ5，Ａ6 の位置に順番に設定される。このとき
レーザ測長機構で各位置でのＸ軸とＹ軸の移動量が測長
され、そのデータがメイン制御部４１に送られる。各位
置Ａ1 〜Ａ6 では、図７（ｂ）で示すような方向でサン
プリングされ、内径算出で用いたと同様な手法で外形の
エッジ部分を求める。
離を求め、その最大値をＤmax ，最小値をＤmim とし、
パーセント＝〔１−（Ｄmax −Ｄmim ）÷２Ｒ×１０
０〕によって真円度を求めることもできる。さらに内接
最大円も容易に求めることができる。 メイン制御部４
１は、内径およびその中心を求めると次はＹ軸とＸ軸ス
テージを移動制御してＣＣＤカメラの視野を外形のエッ
ジに移動する。図７はフェルールの外径測定法を説明す
るための図で、（ａ）はフェルールの円筒端面を示す側
面図，（ｂ）は外形エッジ部分に位置付けられたＣＣＤ
カメラ視野の測定方向を示す図である。ＣＣＤカメラ１
の視野Ａは、Ａ1 に設定され、ついでＡ2 ，Ａ3 ，
Ａ4 ，Ａ5，Ａ6 の位置に順番に設定される。このとき
レーザ測長機構で各位置でのＸ軸とＹ軸の移動量が測長
され、そのデータがメイン制御部４１に送られる。各位
置Ａ1 〜Ａ6 では、図７（ｂ）で示すような方向でサン
プリングされ、内径算出で用いたと同様な手法で外形の
エッジ部分を求める。
【００１８】この外形エッジ部分とレーザ測長機構で測
長した各Ｘ軸とＹ軸の移動量とから外径のｘ座標および
ｙ座標を求める。これにより内径で求めたと同じように
円の式に対し最小自乗法により外形の中心座標Ｏｘo ，
Ｏｙo と外径２Ｒo を算出する。なお、外接最小円も容
易に求めることができる。次に、上記内径の中心座標Ｏ
ｘi ，Ｏｙi と外形の中心座標Ｏｘo ，Ｏｙo を用いて
下式によって偏心を算出する。 偏心＝｛（Ｏｘi −Ｏｘo ）2 ＋（Ｏｙi −Ｏ
ｙo ）2 ｝1/2
長した各Ｘ軸とＹ軸の移動量とから外径のｘ座標および
ｙ座標を求める。これにより内径で求めたと同じように
円の式に対し最小自乗法により外形の中心座標Ｏｘo ，
Ｏｙo と外径２Ｒo を算出する。なお、外接最小円も容
易に求めることができる。次に、上記内径の中心座標Ｏ
ｘi ，Ｏｙi と外形の中心座標Ｏｘo ，Ｏｙo を用いて
下式によって偏心を算出する。 偏心＝｛（Ｏｘi −Ｏｘo ）2 ＋（Ｏｙi −Ｏ
ｙo ）2 ｝1/2
【００１９】以上のようにしてシステム制御ユニット６
で算出された内径，外径および偏心は、コンピュータ８
に送られ、データ管理がなされる。コンピュータ８は各
フェルールをその測定寸法を区分けして管理する。した
がって、測定終了のフェルールを吸着台からアンロード
する場合、アンローダ３４は吸着台からフェルールを取
り外した後、コンピュータのデータに基づき各寸法区分
毎に設けられた収容部に分類選別できる。本発明ではレ
ーザ測長機構と画像処理によるサブミクロン処理によっ
て内径，外径および偏心（３σ）共ども０．１μｍ程度
の測定再現性が可能となる。
で算出された内径，外径および偏心は、コンピュータ８
に送られ、データ管理がなされる。コンピュータ８は各
フェルールをその測定寸法を区分けして管理する。した
がって、測定終了のフェルールを吸着台からアンロード
する場合、アンローダ３４は吸着台からフェルールを取
り外した後、コンピュータのデータに基づき各寸法区分
毎に設けられた収容部に分類選別できる。本発明ではレ
ーザ測長機構と画像処理によるサブミクロン処理によっ
て内径，外径および偏心（３σ）共ども０．１μｍ程度
の測定再現性が可能となる。
【００２０】
【発明の効果】以上、説明したように本発明は、非接触
測定であるので、メカニカルな誤差要因が少なく信頼性
が高いという特長がある。また、ＣＣＤカメラから取り
入れたイメージを画像処理し近似式を用いているので、
内径，外径だけでなく真円度，偏心を容易に測定でき
る。さらに理論上では、測定点を増加させることにより
真の内径，外径，偏心，真円度を測定できる。さらに従
来は内径，外径および偏心を個別に測定しているが、同
一のステージを用いた全自動測定であるので、一回の測
定で内径，外径および偏心を高速に測定できる。また、
レーザ測長機構と画像処理によるサブミクロン処理を組
み合わせた測定であるので、測定精度が向上する。した
がって、本発明によれば、フェルール等の微小円筒形部
品の内径，外径および偏心を高精度、かつ高速に自動測
定できる測定システムを提供できる。
測定であるので、メカニカルな誤差要因が少なく信頼性
が高いという特長がある。また、ＣＣＤカメラから取り
入れたイメージを画像処理し近似式を用いているので、
内径，外径だけでなく真円度，偏心を容易に測定でき
る。さらに理論上では、測定点を増加させることにより
真の内径，外径，偏心，真円度を測定できる。さらに従
来は内径，外径および偏心を個別に測定しているが、同
一のステージを用いた全自動測定であるので、一回の測
定で内径，外径および偏心を高速に測定できる。また、
レーザ測長機構と画像処理によるサブミクロン処理を組
み合わせた測定であるので、測定精度が向上する。した
がって、本発明によれば、フェルール等の微小円筒形部
品の内径，外径および偏心を高精度、かつ高速に自動測
定できる測定システムを提供できる。
【図１】本発明による微小円筒形部品寸法測定システム
で測定されるフェルールの外形を示す図で、（ａ）は斜
視図，（ｂ）は部分断面図である。
で測定されるフェルールの外形を示す図で、（ａ）は斜
視図，（ｂ）は部分断面図である。
【図２】本発明による微小円筒形部品寸法測定システム
の実施例を示す概略図である。
の実施例を示す概略図である。
【図３】フェルール保持機構の概略を示す断面図であ
る。
る。
【図４】レーザ測長器による測長機構の詳細を示す図で
ある。
ある。
【図５】システム制御部の詳細を示す図である。
【図６】フェルールの内径およびその中心位置の測定法
を説明するための図で、（ａ）はフェルールの円筒面を
示す側面図，（ｂ）は内径拡大部分と射影を示す図，
（ｃ）は内径エッジ部分のスキャン方法を説明するため
の図，（ｄ）はフェルール内径部分の一部拡大図，
（ｅ）はエッジ部分の断面拡大図である。
を説明するための図で、（ａ）はフェルールの円筒面を
示す側面図，（ｂ）は内径拡大部分と射影を示す図，
（ｃ）は内径エッジ部分のスキャン方法を説明するため
の図，（ｄ）はフェルール内径部分の一部拡大図，
（ｅ）はエッジ部分の断面拡大図である。
【図７】フェルールの外径測定法を説明するための図
で、（ａ）はフェルールの円筒面を示す側面図，（ｂ）
は外形エッジ部分に位置付けられたＣＣＤカメラ視野の
測定方向を示す図である。
で、（ａ）はフェルールの円筒面を示す側面図，（ｂ）
は外形エッジ部分に位置付けられたＣＣＤカメラ視野の
測定方向を示す図である。
１ ＣＣＤカメラ ２ 金属顕微鏡 ３ リレーレンズ ４ オートフォーカスユニット（ＡＦユニット） ５ 顕微鏡架台 ６ システム制御ユニット ７ 測長器データ制御ユニット ８ コンピュータ ９ レーザ測長器 １０ 対物レンズ １１ フェルール（被測定物） １２ フェルール保持台（フェルール吸着台） １３ Ｚ軸ステージ １４ Ｘ軸ステージ １５ Ｙ軸ステージ １６ 基準ベース １７ 防振台 １８ レーザヘッド ２０ ファイバ照明系 ３５，３６ ランプ ３７，３８ モータ ４０ ＸＹ軸ステージ制御部 ４１ メイン制御部 ４２ 画像処理部 ４３，４７，４８ ＤＣ電源回路 ４４ Ｙ軸ドライバ ４５ Ｘ軸ドライバ ４６ ライトカード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 持田 亘 東京都狛江市和泉本町一丁目35番１号 東京航空計器株式会社内 (72)発明者 川西 俊次 東京都狛江市和泉本町一丁目35番１号 東京航空計器株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−148448（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−268204（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−285811（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−143205（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】 基準ベースと、 前記基準ベースに搭載され、Ｘ軸とＹ軸方向に移動可能
なステージと、 前記ステージを駆動する駆動機構と、 前記ステージの対向位置に配置され、前記基準ベースに
取り付けられている顕微鏡と、 前記ステージに搭載され、被測定物である微小円筒形部
品を、その円筒端面が前記顕微鏡の光軸に直角になるよ
うに保持する微小円筒形部品保持機構と、 前記微小円筒形部品を照明する照明部と、 前記ステージのＸ軸とＹ軸の移動量を測定するレーザ測
長機構と、 前記微小円筒形部品の測定部分に対し合焦動作を行うＡ
Ｆ機構と、 前記顕微鏡で拡大された像をイメージ信号に変換するＣ
ＣＤカメラと、 前記微小円筒形部品の内径部分全体を前記ＣＣＤカメラ
の一画面内に映し出し、その画像の内径エッジ複数個所
の位置を画素の数によって求め、演算処理することによ
り内径と内径中心を算出する制御シーケンスと、前記駆
動機構を制御し前記ステージをＸ軸，Ｙ軸方向に移動す
ることによって前記微小円筒形部品の外形の複数箇所を
それぞれ前記ＣＣＤカメラの一画面毎に映し出してい
き、前記各画像と前記レーザ測長機構で測長したＸ軸，
Ｙ軸移動量とによって外形エッジ複数箇所の位置を求
め、演算処理することにより外径と外径中心を算出する
制御シーケンスと、前記算出された内径中心と外径中心
位置とを用いて演算することにより偏心を算出する制御
シーケンスを順次自動的に実行するシステム制御部と、 から構成されたことを特徴とする微小円筒形部品寸法測
定システム。 - 【請求項２】 前記微小円筒形部品は、フェルールであ
る請求項１記載の微小円筒形部品寸法測定システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35055492A JP2750987B2 (ja) | 1992-12-04 | 1992-12-04 | 微小円筒形部品寸法測定システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35055492A JP2750987B2 (ja) | 1992-12-04 | 1992-12-04 | 微小円筒形部品寸法測定システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06174433A JPH06174433A (ja) | 1994-06-24 |
| JP2750987B2 true JP2750987B2 (ja) | 1998-05-18 |
Family
ID=18411280
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35055492A Expired - Fee Related JP2750987B2 (ja) | 1992-12-04 | 1992-12-04 | 微小円筒形部品寸法測定システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2750987B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100261232B1 (ko) | 1997-12-31 | 2000-12-01 | 윤종용 | 비젼시스템을이용한동심도가공장치및방법 |
| WO2002065054A1 (fr) | 2001-02-16 | 2002-08-22 | Tokyo Seimitsu Co., Ltd. | Procede et dispositif permettant de mesurer la dimension de diametre interieur d'un ouvrage |
| JP2002243411A (ja) * | 2001-02-16 | 2002-08-28 | Tokyo Seimitsu Co Ltd | 寸法測定方法及び装置 |
| DE10121064A1 (de) * | 2001-04-28 | 2002-10-31 | Evotec Ag | Vorrichtung und Verfahren zur optischen Messung von chemischen und/oder biologischen Proben |
| JP4789097B2 (ja) * | 2001-08-29 | 2011-10-05 | セイコーインスツル株式会社 | フェルール孔等の内径測定方法および装置 |
| KR100437080B1 (ko) * | 2002-01-17 | 2004-06-23 | 박희재 | 광커넥터용 페룰 검사기 및 그 방법 |
| CN101907447A (zh) * | 2010-07-30 | 2010-12-08 | 胡众义 | 基于数字图像处理的平垫圈直径测量方法 |
-
1992
- 1992-12-04 JP JP35055492A patent/JP2750987B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06174433A (ja) | 1994-06-24 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |