JP2783960B2 - 表面形状測定装置 - Google Patents
表面形状測定装置Info
- Publication number
- JP2783960B2 JP2783960B2 JP8894093A JP8894093A JP2783960B2 JP 2783960 B2 JP2783960 B2 JP 2783960B2 JP 8894093 A JP8894093 A JP 8894093A JP 8894093 A JP8894093 A JP 8894093A JP 2783960 B2 JP2783960 B2 JP 2783960B2
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- Japan
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- dark
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- vibration
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、精密測定分野における
非接触式の表面形状測定装置に関するものであり、例え
ば、機械部品の表面形状を高精度で測定したり、電気接
点表面を高速且つ高精度で測定する等の用途に利用され
るものである。
非接触式の表面形状測定装置に関するものであり、例え
ば、機械部品の表面形状を高精度で測定したり、電気接
点表面を高速且つ高精度で測定する等の用途に利用され
るものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、この分野の測定は、目視による判
断や、実体顕微鏡及び金属顕微鏡での観察が主流であっ
た。ところが、近年、非接触測定分野の研究が盛んに行
われるようになり、接触せずに計測する装置も徐々に用
いられるようになっている。例えば、三角測量の原理を
応用した光触針を測定ヘッドとし、ＸＹテーブルの上に
被測定物を設置して、このＸＹテーブルを駆動すること
により、表面形状を測定するものである。また、走査型
電子顕微鏡によっても非接触にて測定が可能である。た
だし、この場合、前処理のための蒸着が必要なため、厳
密には非接触測定とは言えない。
断や、実体顕微鏡及び金属顕微鏡での観察が主流であっ
た。ところが、近年、非接触測定分野の研究が盛んに行
われるようになり、接触せずに計測する装置も徐々に用
いられるようになっている。例えば、三角測量の原理を
応用した光触針を測定ヘッドとし、ＸＹテーブルの上に
被測定物を設置して、このＸＹテーブルを駆動すること
により、表面形状を測定するものである。また、走査型
電子顕微鏡によっても非接触にて測定が可能である。た
だし、この場合、前処理のための蒸着が必要なため、厳
密には非接触測定とは言えない。
【０００３】そこで、例えば、精密工学会誌第５５巻第
１０号「縞走査を導入した格子パターン投影法」に開示
されているように、非接触測定の一手法である縞走査を
変形格子パターン投影法に応用することにより、高精度
で非接触的な表面形状測定を行うことも考えられるが、
その場合、被投影物である格子が２値の明暗パターンで
ある場合には、縞走査法を導入することができず、濃淡
サインカーブの投影パターンが必要になる。そして、こ
の濃淡サインカーブの精度が測定精度に影響するため、
高精度な濃淡サインカーブを用意する必要があり、その
製作は困難であり、高価なものとなっていた。
１０号「縞走査を導入した格子パターン投影法」に開示
されているように、非接触測定の一手法である縞走査を
変形格子パターン投影法に応用することにより、高精度
で非接触的な表面形状測定を行うことも考えられるが、
その場合、被投影物である格子が２値の明暗パターンで
ある場合には、縞走査法を導入することができず、濃淡
サインカーブの投影パターンが必要になる。そして、こ
の濃淡サインカーブの精度が測定精度に影響するため、
高精度な濃淡サインカーブを用意する必要があり、その
製作は困難であり、高価なものとなっていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述のような
点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところ
は、２値の明暗格子板を明部と暗部が交番する方向に単
振動させることにより、あたかも濃淡サインカーブのよ
うに使用可能とし、縞走査法の導入を実現した非接触式
の表面形状測定装置を提供することにある。
点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところ
は、２値の明暗格子板を明部と暗部が交番する方向に単
振動させることにより、あたかも濃淡サインカーブのよ
うに使用可能とし、縞走査法の導入を実現した非接触式
の表面形状測定装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の表面形状測定装
置にあっては、上記の課題を解決するために、図１に示
すように、光の透過率が高い直線的な明部と光の透過率
が低い直線的な暗部とが交互に配置された２値の明暗格
子板１４と、この明暗格子板を直線的な明部と暗部が交
番する方向に単振動させる振動台１２と、前記明暗格子
板に平行光線を照射する光源８と、前記明暗格子板を透
過した光を斜め方向から照射される被測定物１７と、被
測定物の表面からの反射光を単振動の周期よりも蓄積時
間の長いＣＣＤカメラ３のような蓄積型の撮像手段によ
り撮像する画像入力装置２と、前記単振動の振動中心を
振動方向に沿って移動させる駆動テーブル５と、単振動
の振動中心が異なる複数枚の画像データから被測定物の
表面形状を演算する演算手段（コンピュータ１）とを備
えることを特徴とするものである。
置にあっては、上記の課題を解決するために、図１に示
すように、光の透過率が高い直線的な明部と光の透過率
が低い直線的な暗部とが交互に配置された２値の明暗格
子板１４と、この明暗格子板を直線的な明部と暗部が交
番する方向に単振動させる振動台１２と、前記明暗格子
板に平行光線を照射する光源８と、前記明暗格子板を透
過した光を斜め方向から照射される被測定物１７と、被
測定物の表面からの反射光を単振動の周期よりも蓄積時
間の長いＣＣＤカメラ３のような蓄積型の撮像手段によ
り撮像する画像入力装置２と、前記単振動の振動中心を
振動方向に沿って移動させる駆動テーブル５と、単振動
の振動中心が異なる複数枚の画像データから被測定物の
表面形状を演算する演算手段（コンピュータ１）とを備
えることを特徴とするものである。
【０００６】
【作用】本発明によれば、明暗格子板１４を振動台１２
により単振動させて、明暗格子板１４に平行光線を照射
することにより被測定物１７の上に照射される光の強度
は正弦波状に変化する。したがって、この被測定物１７
の表面からの反射光をＣＣＤカメラ３のような蓄積型の
撮像手段により撮像することにより、実質的には、濃淡
サインカーブを投影パターンとした場合と同等の画像デ
ータを得ることができる。
により単振動させて、明暗格子板１４に平行光線を照射
することにより被測定物１７の上に照射される光の強度
は正弦波状に変化する。したがって、この被測定物１７
の表面からの反射光をＣＣＤカメラ３のような蓄積型の
撮像手段により撮像することにより、実質的には、濃淡
サインカーブを投影パターンとした場合と同等の画像デ
ータを得ることができる。
【０００７】
【実施例】図１は本発明の一実施例の構成を示してい
る。測定器本体６の中に光源８を含む光源部と投影光学
系及び画像撮影系が収納されている。図中、１４は明暗
格子板であり、ここでは、図２に示すようなロンキー格
子が用いられている。この明暗格子板１４は、光の透過
率が高い直線的な明部と光の透過率が低い直線的な暗部
とが交互に配置された２値の格子板であり、明部と暗部
の幅はほぼ等しくなっている。１２は振動台であり、明
暗格子板１を直線的な明部と暗部が交番する方向に単振
動させるものである。この単振動の振幅は、明暗格子板
１の明部と明部の間隔、又は暗部と暗部の間隔、つまり
格子ピッチと同幅に設定されている。単振動を発生させ
る手段としては、例えば、音叉を使用したり、スピーカ
のボイスコイルに正弦波を供給する等の手段を使用する
ことができる。この振動台１２の振動数はＣＣＤカメラ
３の入力レートである１／３０秒の周期よりも高速とな
るように設定されている。
る。測定器本体６の中に光源８を含む光源部と投影光学
系及び画像撮影系が収納されている。図中、１４は明暗
格子板であり、ここでは、図２に示すようなロンキー格
子が用いられている。この明暗格子板１４は、光の透過
率が高い直線的な明部と光の透過率が低い直線的な暗部
とが交互に配置された２値の格子板であり、明部と暗部
の幅はほぼ等しくなっている。１２は振動台であり、明
暗格子板１を直線的な明部と暗部が交番する方向に単振
動させるものである。この単振動の振幅は、明暗格子板
１の明部と明部の間隔、又は暗部と暗部の間隔、つまり
格子ピッチと同幅に設定されている。単振動を発生させ
る手段としては、例えば、音叉を使用したり、スピーカ
のボイスコイルに正弦波を供給する等の手段を使用する
ことができる。この振動台１２の振動数はＣＣＤカメラ
３の入力レートである１／３０秒の周期よりも高速とな
るように設定されている。
【０００８】さらに、スライド部である明暗格子板１４
と振動台１２は駆動テーブル５上にあり、縞走査が可能
となっている。具体的には、駆動テーブル５を格子ピッ
チの１／４ずつ矢印方向に移動させると、その格子は投
影レンズ１５を経由して被測定物１７の表面に斜め方向
から照射されて、さらに、その表面からの反射光が投影
レンズ１６を介してＣＣＤカメラ３に入射する。ＣＣＤ
カメラ３の画像データは画像入力装置２を経由し、コン
ピュータ１に入力されることになる。このコンピュータ
１に取り込まれる複数枚の画像データに基づいて、被測
定物１７の表面形状を測定するものである。その測定方
法の詳細については、例えば、精密工学会誌第５５巻第
１０号「縞走査を導入した格子パターン投影法」に開示
されている。この場合に適用する縞走査法とは、投影パ
ターンを格子ピッチの１／４ずつシフトさせて、その各
々の場合にＣＣＤカメラ３で得られる画像データを入力
することを意味する。これにより、４面の画像データを
コンピュータ１に取り込むことができ、各画素の光強度
をＩ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 ，Ｉ4 とすれば、各画素での位相は
以下の式で演算することができ、各画素のデータをつな
ぎ合わせることで全体の表面形状が求められる。ここで
は、４画面を利用する縞走査法について説明したが、３
画面以上であれば縞走査法の適用は可能である。 ｈ＝ｔａｎ-1（Ｉ2 −Ｉ4 ）／（Ｉ1 −Ｉ3 ）
と振動台１２は駆動テーブル５上にあり、縞走査が可能
となっている。具体的には、駆動テーブル５を格子ピッ
チの１／４ずつ矢印方向に移動させると、その格子は投
影レンズ１５を経由して被測定物１７の表面に斜め方向
から照射されて、さらに、その表面からの反射光が投影
レンズ１６を介してＣＣＤカメラ３に入射する。ＣＣＤ
カメラ３の画像データは画像入力装置２を経由し、コン
ピュータ１に入力されることになる。このコンピュータ
１に取り込まれる複数枚の画像データに基づいて、被測
定物１７の表面形状を測定するものである。その測定方
法の詳細については、例えば、精密工学会誌第５５巻第
１０号「縞走査を導入した格子パターン投影法」に開示
されている。この場合に適用する縞走査法とは、投影パ
ターンを格子ピッチの１／４ずつシフトさせて、その各
々の場合にＣＣＤカメラ３で得られる画像データを入力
することを意味する。これにより、４面の画像データを
コンピュータ１に取り込むことができ、各画素の光強度
をＩ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 ，Ｉ4 とすれば、各画素での位相は
以下の式で演算することができ、各画素のデータをつな
ぎ合わせることで全体の表面形状が求められる。ここで
は、４画面を利用する縞走査法について説明したが、３
画面以上であれば縞走査法の適用は可能である。 ｈ＝ｔａｎ-1（Ｉ2 −Ｉ4 ）／（Ｉ1 −Ｉ3 ）
【０００９】次に、明暗格子板１４を照らす光学系につ
いて説明すると、まず、光源となるのはハロゲンランプ
８であり、その光は後方の凹面鏡７で反射され、第１の
コンデンサレンズ９、熱線吸収フィルタ１０、第２のコ
ンデンサレンズ１１によって、明暗格子板１４を背後か
ら照らすことになる。また、明暗格子板１４の両サイド
には、視野絞り１３が設置されている。駆動テーブル５
の駆動には、テーブル制御装置４が用いられている。
いて説明すると、まず、光源となるのはハロゲンランプ
８であり、その光は後方の凹面鏡７で反射され、第１の
コンデンサレンズ９、熱線吸収フィルタ１０、第２のコ
ンデンサレンズ１１によって、明暗格子板１４を背後か
ら照らすことになる。また、明暗格子板１４の両サイド
には、視野絞り１３が設置されている。駆動テーブル５
の駆動には、テーブル制御装置４が用いられている。
【００１０】なお、本実施例では、明暗格子板１４とし
て図２に示すようなロンキー格子を使用しているが、液
晶パネルを用いれば、明暗のピッチを自由に設定できる
ので、濃淡サインカーブのピッチを変えることができ
る。
て図２に示すようなロンキー格子を使用しているが、液
晶パネルを用いれば、明暗のピッチを自由に設定できる
ので、濃淡サインカーブのピッチを変えることができ
る。
【００１１】
【発明の効果】本発明によれば、光の透過率が高い直線
的な明部と光の透過率が低い直線的な暗部とが交互に配
置された２値の明暗格子板を、明部と暗部が交番する方
向に単振動させると共に、法線方向から平行光線を照射
して、明暗格子板を透過した光により被測定物を照射
し、ＣＣＤカメラのような蓄積型の撮像手段により撮像
しているので、被測定物上の光強度は単振動の写像とし
て正弦波的に変化するものであり、したがって、単振動
の精度さえ高いものであれば、あたかも精度の高い濃淡
サインカーブを使用しているのと同等の高精度の測定が
できるという効果がある。
的な明部と光の透過率が低い直線的な暗部とが交互に配
置された２値の明暗格子板を、明部と暗部が交番する方
向に単振動させると共に、法線方向から平行光線を照射
して、明暗格子板を透過した光により被測定物を照射
し、ＣＣＤカメラのような蓄積型の撮像手段により撮像
しているので、被測定物上の光強度は単振動の写像とし
て正弦波的に変化するものであり、したがって、単振動
の精度さえ高いものであれば、あたかも精度の高い濃淡
サインカーブを使用しているのと同等の高精度の測定が
できるという効果がある。
【図１】本発明による表面形状測定装置の概略構成図で
ある。
ある。
【図２】本発明に用いるロンキー格子の正面図である。
１ コンピュータ ２ 画像入力装置 ３ ＣＣＤカメラ ５ 駆動テーブル ８ 光源 １２ 振動台 １４ 明暗格子板 １７ 被測定物
Claims (1)
- 【請求項１】 光の透過率が高い直線的な明部と光の
透過率が低い直線的な暗部とが交互に配置された２値の
明暗格子板と、この明暗格子板を直線的な明部と暗部が
交番する方向に単振動させる単振動手段と、前記明暗格
子板に平行光線を照射する平行光線照射手段と、前記明
暗格子板を透過した光を斜め方向から照射される被測定
物と、被測定物の表面からの反射光を単振動の周期より
も蓄積時間の長い蓄積型の撮像手段により撮像する画像
入力手段と、前記単振動の振動中心を振動方向に沿って
移動させる位相シフト手段と、単振動の振動中心が異な
る複数枚の画像データから被測定物の表面形状を演算す
る演算手段とを備えることを特徴とする表面形状測定装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8894093A JP2783960B2 (ja) | 1993-04-15 | 1993-04-15 | 表面形状測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8894093A JP2783960B2 (ja) | 1993-04-15 | 1993-04-15 | 表面形状測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06300537A JPH06300537A (ja) | 1994-10-28 |
| JP2783960B2 true JP2783960B2 (ja) | 1998-08-06 |
Family
ID=13956890
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8894093A Expired - Lifetime JP2783960B2 (ja) | 1993-04-15 | 1993-04-15 | 表面形状測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2783960B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3514122B2 (ja) * | 1998-06-25 | 2004-03-31 | 日産自動車株式会社 | 表面欠陥検査装置 |
-
1993
- 1993-04-15 JP JP8894093A patent/JP2783960B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06300537A (ja) | 1994-10-28 |
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Legal Events
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