JP3149570B2 - Non-contact shape measuring device - Google Patents

Non-contact shape measuring device

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JP3149570B2
JP3149570B2 JP28203092A JP28203092A JP3149570B2 JP 3149570 B2 JP3149570 B2 JP 3149570B2 JP 28203092 A JP28203092 A JP 28203092A JP 28203092 A JP28203092 A JP 28203092A JP 3149570 B2 JP3149570 B2 JP 3149570B2
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light
measurement
distance
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shape measuring
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範夫 玉田
治行 中野
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ミノルタ株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光学式距離検出手段を
用いて被測定物の形状を非接触で測定する装置に関する
ものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for measuring the shape of an object to be measured in a non-contact manner by using an optical distance detecting means.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、各種成形品や樹脂金型等の被測定
物の形状を測定する手段として、その被測定面に直接計
測針等を接触させるのではなく、光学式の距離センサ等
を用いて上記被測定面に対して接触せずにその形状測定
を行う技術が知られている。例えば、特開平2−272
308号公報には、発光素子から被測定物の表面に対し
て所定方向に光を照射し、その反射光を受光素子で受光
するとともに、その受光位置に基づいて上記発光素子か
ら被測定面までの距離を三角測量法を利用して算出する
ようにしたものが開示されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as means for measuring the shape of an object to be measured such as various molded products or resin molds, an optical distance sensor or the like is used instead of directly contacting a measuring needle or the like with the surface to be measured. There is known a technique for measuring the shape of the surface to be measured without making contact with the surface to be measured. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-272
No. 308 discloses that a light is emitted from a light emitting element to a surface of an object to be measured in a predetermined direction, and the reflected light is received by a light receiving element. Is calculated using a triangulation method.

【0003】ところで、上記のような光反射式の距離セ
ンサでは、測定可能な距離範囲は限られており、この範
囲を超えた位置に被測定点が存在すると、光の反射具合
等に起因して誤検出を招くこととなる。そこで、特公平
2−16965号公報には、上記距離センサで検出され
た距離値が予め設定された許容距離範囲内にあるか否か
を常時監視しておき、この距離が上記許容距離範囲を外
れた場合には、次の測定点の測定を行う前に距離センサ
と被測定面との距離が上記許容距離範囲内に再び収まる
ように実際の距離を調節するようにしたものが示されて
いる。
In the above-described light-reflection type distance sensor, the measurable distance range is limited. If a point to be measured exists at a position beyond this range, it may be due to light reflection or the like. Erroneous detection. Therefore, Japanese Patent Publication No. 2-16965 discloses that the distance value detected by the distance sensor is constantly monitored to determine whether or not the distance value is within a predetermined allowable distance range. In the case where the distance deviates, the actual distance is adjusted so that the distance between the distance sensor and the surface to be measured again falls within the allowable distance range before the measurement of the next measurement point is performed. I have.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記装置は、現在の距
離検出値を監視しておき、この値が測定可能範囲を外れ
そうになった場合に被測定物を光軸方向に動かして実際
の距離を調節することにより、次の被測定点が上記測定
可能範囲から実際に外れるのを事前に防ぐようにしたも
のであるが、被測定物Wの表面形状が、その表面から距
離センサまでの距離がその走査方向に急激に変化するよ
うな大きな段差がある場合、距離が急変する手前の距離
検出値は測定可能範囲内に十分収まっていても、距離が
急変した次の測定点でいきなり測定可能範囲から外れる
場合があり、この場合には、現在のデータが正当なもの
であるか否かを正確に判断することができなくなる。例
えば図9に示すように、光学式距離センサ30が被測定
物W表面上の大きな段差を跨いで走査する場合、上記段
差の手前側(図の左側)では検出距離が測定可能範囲内
に十分収まっているにもかかわらず、段差を過ぎた時点
では光学式距離センサ30から被測定物W表面までの実
際の相対距離が急激に大きくなって測定可能範囲から外
れてしまい、この時のセンサの検出値を正当と判定して
取り込んでしまうことにより、実際の表面形状を誤って
同図破線90に示すような形状と認識するおそれがあ
る。
The above device monitors the current distance detection value, and moves the object to be measured in the optical axis direction when the value is likely to be out of the measurable range. By adjusting the distance, the next point to be measured is prevented from actually deviating from the measurable range in advance, but the surface shape of the object W is measured from the surface to the distance sensor. When there is a large step where the distance changes suddenly in the scanning direction, even if the distance detection value before the sudden change in the distance is sufficiently within the measurable range, it is measured immediately at the next measurement point where the distance suddenly changes In some cases, the data may be out of the possible range. In this case, it is not possible to accurately determine whether the current data is valid. For example, as shown in FIG. 9, when the optical distance sensor 30 scans across a large step on the surface of the workpiece W, the detection distance is sufficiently within the measurable range on the near side (left side in the figure) of the step. Despite being settled, at the time when the sensor passes the step, the actual relative distance from the optical distance sensor 30 to the surface of the workpiece W sharply increases and goes out of the measurable range. If the detected value is determined to be valid and imported, the actual surface shape may be erroneously recognized as the shape shown by the broken line 90 in FIG.

【0005】本発明は、このような事情に鑑み、大きな
段差等をもつ被測定物についても、その表面形状を非接
触で正確に測定することができる装置を提供することを
目的とする。
[0005] In view of such circumstances, an object of the present invention is to provide an apparatus capable of accurately and non-contactly measuring the surface shape of an object to be measured having a large step or the like.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は、被測定物の表
面に光を照射する発光部材と、上記発光部材から照射さ
れ、上記被測定物の表面から反射されてきた光を受ける
受光部材と、上記受光部材の出力に基づいて上記被測定
物の表面の各位置に対する距離を求める手段とを備えた
非接触式形状測定装置において、被測定物における同一
の測定位置について、第1の距離条件で測定を行うこと
により得られた第1の測定結果と、第2の距離条件で測
定を行うことにより得られた第2の測定結果とに基づい
て、最終測定結果を求める手段を備えたものである(請
求項1)。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a light emitting member for irradiating light to the surface of an object to be measured, and a light receiving member for receiving light emitted from the light emitting member and reflected from the surface of the object to be measured. And a means for calculating a distance to each position on the surface of the object based on the output of the light receiving member. Means for obtaining a final measurement result based on a first measurement result obtained by performing the measurement under the condition and a second measurement result obtained by performing the measurement under the second distance condition. (Claim 1).

【0007】例えば、上記第1の距離条件と第2の距離
条件とでは、上記発光部材、上記受光部材の少なくとも
一方に対する被測定物の距離が異なるようにすればよい
(請求項2)。
For example, the distance between the object to be measured and at least one of the light emitting member and the light receiving member may be different between the first distance condition and the second distance condition.

【0008】また本発明は、被測定物の表面に光を照射
する発光部材と、上記発光部材から照射され、上記被測
定物の表面から反射されてきた光を受ける受光部材と、
上記受光部材の出力に基づいて上記被測定物の表面の各
位置に対する距離を求める手段とを備えた非接触式形状
測定装置において、被測定物における同一の測定位置に
ついて、第1の距離条件で測定を行うことにより得られ
た第1の測定結果と、第2の距離条件で測定を行うこと
により得られた第2の測定結果とに基づいて、測定結果
の適否を判定する手段を備えたものである(請求項
3)。
The present invention also provides a light emitting member for irradiating light to the surface of the object to be measured, a light receiving member for receiving light emitted from the light emitting member and reflected from the surface of the object to be measured,
Means for obtaining a distance to each position on the surface of the object to be measured based on the output of the light receiving member, wherein the same measurement position on the object is measured under a first distance condition. Means for determining whether the measurement result is appropriate based on the first measurement result obtained by performing the measurement and the second measurement result obtained by performing the measurement under the second distance condition. (Claim 3).

【0009】例えば、上記第1の距離条件による測定で
得られた距離と上記第2の距離条件による測定で得られ
た距離とが所定の範囲内にあるとき、測定結果が適切で
あると判定するように構成すればよい(請求項4)。
For example, when the distance obtained by the measurement under the first distance condition and the distance obtained by the measurement under the second distance condition are within a predetermined range, it is determined that the measurement result is appropriate. (Claim 4).

【0010】また本発明は、被測定物の表面に光を照射
する発光部材と、上記発光部材から照射され、上記被測
定物の表面から反射されてきた光を受ける受光部材と、
上記受光部材の出力に基づいて上記被測定物の表面の各
位置に対する距離を求める手段とを備えた非接触式形状
測定装置において、被測定物における同一の測定位置に
ついて、第1の測定条件で測定を行うことにより得られ
た第1の測定結果と、第2の測定条件で測定を行うこと
により得られた第2の測定結果とに基づいて、最終測定
結果を求める手段を備えたものである(請求項5)。
The present invention also provides a light emitting member for irradiating light to the surface of the object to be measured, a light receiving member for receiving light emitted from the light emitting member and reflected from the surface of the object to be measured,
Means for obtaining a distance to each position on the surface of the object to be measured based on the output of the light receiving member, wherein the same measurement position on the object to be measured is measured under the first measurement condition. A means for obtaining a final measurement result based on a first measurement result obtained by performing the measurement and a second measurement result obtained by performing the measurement under the second measurement condition. (Claim 5).

【0011】また本発明は、被測定物の表面に光を照射
する発光部材と、上記発光部材から照射され、上記被測
定物の表面から反射されてきた光を受ける受光部材と、
上記受光部材の出力に基づいて上記被測定物の表面の各
位置に対する距離を求める手段とを備えた非接触式形状
測定装置において、被測定物における同一の測定位置に
ついて、第1の測定条件で測定を行うことにより得られ
た第1の測定結果と、第2の測定条件で測定を行うこと
により得られた第2の測定結果とに基づいて、測定結果
の適否を判定する手段を備えたものである(請求項
7)。
The present invention also provides a light emitting member for irradiating light to the surface of the object to be measured, a light receiving member for receiving light emitted from the light emitting member and reflected from the surface of the object to be measured,
Means for obtaining a distance to each position on the surface of the object to be measured based on the output of the light receiving member, wherein the same measurement position on the object to be measured is measured under the first measurement condition. Means for determining whether the measurement result is appropriate based on the first measurement result obtained by performing the measurement and the second measurement result obtained by performing the measurement under the second measurement condition. (Claim 7).

【0012】例えば、上記第1の測定条件と第2の測定
条件とでは、測定可能範囲に対する被測定物の距離方向
の位置が異なるようにすればよい(請求項6,8)。
For example, the first measurement condition and the second measurement condition may have different positions in the distance direction of the measured object with respect to the measurable range (claims 6 and 8).

【0013】[0013]

【作用】上記構成において、被測定物における各測定位
置(同一の測定位置)について第1の測定条件及び第2
の測定条件(請求項1,3では第1の距離条件及び第2
の距離条件)で距離検出を行った時、実際の測定距離が
光学式距離検出手段の測定可能範囲内にある場合には、
第1の測定結果と第2の測定結果との差は上記測定条件
同士の差異に対応するはずである。従って、これら第1
の測定結果と第2の測定結果とを監視することにより、
その測定結果の適否を判定でき、また適正な最終測定結
果を求めることができる。
In the above arrangement, the first measurement condition and the second
Measurement conditions (in claims 1 and 3, the first distance condition and the second
Distance condition), when the actual measured distance is within the measurable range of the optical distance detecting means,
The difference between the first measurement result and the second measurement result should correspond to the difference between the measurement conditions. Therefore, these first
By monitoring the measurement result of the second measurement result
Appropriateness of the measurement result can be determined, and an appropriate final measurement result can be obtained.

【0014】[0014]

【実施例】本発明の一実施例を図1〜図8に基づいて説
明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0015】図3に示す非接触式形状測定装置は、べッ
ド10を備え、このべッド10上にX軸方向(図面奥行
き方向)に延びるX軸ガイド部材11が固定されてい
る。このX軸ガイド部材11上には、これに沿ってスラ
イド可能にX軸テーブル12が設置され、このX軸テー
ブル12はX軸駆動モータ(走査手段)14によりスラ
イド駆動されるようになっている。このX軸テーブル1
2上には、Y軸方向(図3の左右方向)に延びるY軸ガ
イド部材16が固定され、これに沿ってスライド可能に
Y軸テーブル20が設置されており、このY軸テーブル
20がY軸駆動モータ(走査手段)18によりスライド
駆動されるようになっている。このY軸テーブル20に
は、被測定物Wが載置されるZ軸テーブル22が昇降可
能(Z軸方向に移動可能)に設置されるとともに、この
Z軸テーブル22がZ軸駆動モータ(接離手段)23に
より昇降駆動されるようになっている。すなわち、X軸
駆動モータ14及びY軸駆動モータ18により、上記Z
軸テーブル22上に載置された被測定物WがX,Y,Z
の各軸方向に移送されるようになっている。
The non-contact type shape measuring apparatus shown in FIG. 3 has a bed 10 on which an X-axis guide member 11 extending in the X-axis direction (the depth direction in the drawing) is fixed. An X-axis table 12 is provided on the X-axis guide member 11 so as to be slidable along the X-axis guide member 11. The X-axis table 12 is slidably driven by an X-axis drive motor (scanning means) 14. . This X-axis table 1
On Y, a Y-axis guide member 16 extending in the Y-axis direction (the left-right direction in FIG. 3) is fixed, and a Y-axis table 20 is slidably mounted along the Y-axis guide member. The slide drive is performed by a shaft drive motor (scanning means) 18. On the Y-axis table 20, a Z-axis table 22 on which the object to be measured W is placed is set up and down (movable in the Z-axis direction). (Driving means) 23. That is, the X-axis drive motor 14 and the Y-axis drive motor 18 cause the Z
The object W to be measured placed on the axis table 22 is X, Y, Z
In each axial direction.

【0016】また、この装置には、基準位置からのX軸
テーブル12の移動量を検出するX軸スケール24、基
準位置からのY軸テーブル16の移動量を検出するY軸
スケール26、基準位置からのZ軸テーブル22の移動
量を検出するZ軸スケール28がそれぞれ設けられてい
る。これらのスケール24,26,28は、各軸テーブ
ル12,20,22の移動量を検出できるものであれば
良く、各軸テーブル12,20,22の移動に伴ってガ
イドを転動するコロの回転量をポテンショメータで検出
するものや、感圧スケール押圧位置に応じた電圧を出力
するもの等が好適である。また、各軸駆動モータ14,
18,23がステッピングモータ等で構成されている場
合には、その駆動信号のパルス数から移動距離を求める
ようにしてもよい。
The apparatus has an X-axis scale 24 for detecting the amount of movement of the X-axis table 12 from the reference position, a Y-axis scale 26 for detecting the amount of movement of the Y-axis table 16 from the reference position, and a reference position. Z-axis scales 28 for detecting the amount of movement of the Z-axis table 22 from are provided. These scales 24, 26, 28 need only be able to detect the amount of movement of each axis table 12, 20, 22. A device that detects the amount of rotation with a potentiometer, a device that outputs a voltage corresponding to the pressure-sensitive scale pressing position, and the like are preferable. In addition, each axis drive motor 14,
When each of the motors 18 and 23 includes a stepping motor or the like, the moving distance may be obtained from the number of pulses of the drive signal.

【0017】一方、これらの周囲を取り囲むようにして
門型のフレーム29が上記べッド10上に設置されてお
り、このフレーム29の上部中央に光学式距離センサ3
0が下方を向く状態で垂直軸回りに旋回可能に装着され
ている。
On the other hand, a gate-shaped frame 29 is installed on the bed 10 so as to surround the periphery of the optical distance sensor 3.
It is mounted so as to be able to turn around a vertical axis with 0 facing downward.

【0018】この光学式距離センサ30は、三角測量法
を用いて対象物表面までの距離を検出するものであっ
て、図4に示すように、半導体レーザ等からなる発光素
子32、投光レンズ34、受光レンズ36、及び光位置
検出素子(受光素子)38を備えている。発光素子32
は、鉛直下方に向かって(Z軸に沿って)光を照射する
向きに配置されており、光位置検出素子38は、水平面
に対して傾斜する方向に広がる受光可能領域を有してい
る。そして、上記発光素子32から投光レンズ34を通
じて被測定物Wの表面上の点Pに光が照射されるととも
に、その反射光が受光レンズ36を通じて光位置検出素
子38に受光され、その受光位置(厳密には受光量のピ
ーク位置)が検出されるようになっている。ここで、上
記点Pが図4の点P1や点P2へ昇降すると、光位置検
出素子38による受光位置が変化することとなり、この
受光位置に基づいて三角測量法によりセンサから上記点
Pまでの距離が演算可能となる。
This optical distance sensor 30 detects the distance to the surface of an object using a triangulation method. As shown in FIG. 4, a light emitting element 32 composed of a semiconductor laser or the like, a light projecting lens 34, a light receiving lens 36, and a light position detecting element (light receiving element) 38. Light emitting element 32
Are arranged in a direction of irradiating light vertically downward (along the Z-axis), and the light position detecting element 38 has a light-receiving area extending in a direction inclined with respect to a horizontal plane. Then, a point P on the surface of the device under test W is irradiated with light from the light emitting element 32 through the light projecting lens 34, and the reflected light is received by the light position detecting element 38 through the light receiving lens 36. (Strictly speaking, the peak position of the received light amount) is detected. Here, when the point P moves up and down to the points P1 and P2 in FIG. 4, the light receiving position of the light position detecting element 38 changes. The distance can be calculated.

【0019】なお、本発明ではこの光学式距離センサ3
0の具体的な構成を問わず、反射光を利用して被測定面
との距離を非接触で測定する種々の装置を適用すること
ができる。
In the present invention, the optical distance sensor 3
Regardless of the specific configuration of 0, various devices that measure the distance to the surface to be measured in a non-contact manner using reflected light can be applied.

【0020】この形状測定装置は、図2に示すような演
算制御装置40を備えている。この演算制御装置40に
は、同図に示すように、上記光位置検出素子38や各軸
スケール24,26,28からの検出信号等が入力され
るようになっている。また、この演算制御装置40から
は、各軸駆動モータ14,18,23に駆動制御信号が
出力されるとともに、形状測定結果がプリンタ等の表示
装置52に出力され、外部に表示されるようになってい
る。
This shape measuring device is provided with an arithmetic and control unit 40 as shown in FIG. As shown in the figure, detection signals and the like from the light position detection element 38 and the axis scales 24, 26, 28 are input to the arithmetic and control unit 40. The arithmetic and control unit 40 outputs a drive control signal to each of the axis drive motors 14, 18, and 23, and outputs a shape measurement result to a display device 52 such as a printer for external display. Has become.

【0021】この装置の特徴として、演算制御装置40
は図1に示すような駆動制御手段(移送制御手段)4
2、検出値比較手段(判定手段)44、及び形状演算手
段46を備えている。
The feature of this device is that the arithmetic and control unit 40
Is drive control means (transfer control means) 4 as shown in FIG.
2, a detection value comparing means (determining means) 44 and a shape calculating means 46 are provided.

【0022】駆動制御手段42は、光学式距離センサ3
0に対してその光軸と直交する方向(すなわちX軸方向
及びY軸方向)に単位距離ずつ被測定物Wを移動させる
(走査する)とともに、各測定点において、被測定物W
を予め定められた第1の測定位置とこの第1の測定位置
から光軸方向(Z軸方向)に離れた第2の測定位置との
間で移動させる(光学式距離センサ30に対して接離さ
せる)ように、各軸駆動モータ14,18,23の駆動
を制御するものである。
The drive control means 42 includes the optical distance sensor 3
The object W is moved (scanned) by a unit distance in a direction perpendicular to the optical axis (ie, in the X-axis direction and the Y-axis direction) with respect to 0, and at each measurement point, the object W
Is moved between a predetermined first measurement position and a second measurement position separated from the first measurement position in the optical axis direction (Z-axis direction) (contact with the optical distance sensor 30). To separate them) so as to control the driving of the respective axis drive motors 14, 18, and 23.

【0023】検出値比較手段44は、各測定点において
第1の測定位置で検出された距離(すなわち光学式距離
センサ30から被測定物W上の光照射点までの距離)s
と、第2の測定位置で検出された距離s′との差(s−
s′)を演算するとともに、後述の原理に基づき、上記
差(s−s′)を基準にして、現在の検出値が正当であ
るか否かを判定し、正当であると判定した場合にはその
検出値を形状演算手段46に入力し、正当でないと判定
した場合には再度Z軸方向に被測定物Wを動かすように
上記駆動制御手段42に指令を送るものである。
The detected value comparing means 44 calculates the distance s at each measurement point at the first measurement position (ie, the distance from the optical distance sensor 30 to the light irradiation point on the object W) s
And a difference (s−) between the distance s ′ detected at the second measurement position.
s '), and based on the principle described later, whether or not the current detection value is valid is determined based on the difference (s-s'). Is to input the detected value to the shape calculating means 46, and when it is determined that the measured value is not valid, send a command to the drive control means 42 to move the workpiece W again in the Z-axis direction.

【0024】形状演算手段46は、各軸スケール24,
26,28の検出結果から求められる被測定物Wの移送
位置と、上記検出値比較手段44において正当と判定さ
れた検出値とに基づき、上記被測定物Wの表面形状を演
算し、その結果を表示装置52に表示させるものであ
る。
The shape calculating means 46 is provided for each axis scale 24,
The surface shape of the measured object W is calculated based on the transfer position of the measured object W obtained from the detection results 26 and 28 and the detected value determined to be valid by the detected value comparing means 44, and the result is calculated. Is displayed on the display device 52.

【0025】次に、この装置による形状測定手順を図5
のフローチャートを併せて参照しながら説明する。
Next, the procedure of shape measurement by this apparatus is shown in FIG.
This will be described with reference to the flowchart of FIG.

【0026】まず、前記図3に示したZ軸テーブル22
上の所定位置に被測定物Wを設置する(ステップS
1)。そして、適宜X軸駆動モータ14及びY軸駆動モ
ータ18を作動させることにより、光学式距離センサ3
0に対してその光軸と直交する方向に被測定物Wを単位
距離だけ相対移動させる(ステップS2)。この動作に
より、互いに単位距離だけ離れた被測定物W上の各点が
順次測定位置(光照射位置)に位置決めされることとな
る。
First, the Z-axis table 22 shown in FIG.
An object to be measured W is set at a predetermined upper position (step S
1). Then, by appropriately operating the X-axis drive motor 14 and the Y-axis drive motor 18, the optical distance sensor 3
The device under test W is relatively moved by a unit distance in a direction perpendicular to the optical axis with respect to 0 (step S2). By this operation, each point on the workpiece W separated by a unit distance from each other is sequentially positioned at the measurement position (light irradiation position).

【0027】各測定点において、まず第1の測定位置で
光学式距離センサ30から被測定物W表面までの距離s
を検出し(ステップS3)、さらに、Z軸駆動モータ2
3を作動させて被測定物Wを上記第1の測定位置から一
定の測定用距離だけ離れた第2の測定位置まで移動させ
た(ステップS4)後、この位置で再び光学式距離セン
サ30から被測定物W表面上の点までの距離s′を検出
する(ステップS5)。そして、両距離の差(s−
s′)により、現在の距離検出値s,s′が正当な値で
あるか否かを判定する(ステップS6)。
At each measurement point, first, the distance s from the optical distance sensor 30 to the surface of the workpiece W at the first measurement position.
Is detected (step S3), and the Z-axis drive motor 2
3 is operated to move the device under test W from the first measurement position to a second measurement position separated by a fixed measurement distance (step S4). The distance s' to a point on the surface of the workpiece W is detected (step S5). Then, the difference between the two distances (s−
Based on s '), it is determined whether the current distance detection values s and s' are valid values (step S6).

【0028】その原理は次の通りである。上記第1の測
定位置において、図6に示すように、Z軸方向の基準位
置(ゼロ位置)からZ軸テーブル22上面までの高さ距
離(Z軸スケール28で検出される距離)をp、上記ゼ
ロ位置から光学式距離センサ30のゼロ点位置までの距
離(固定値)をa、この光学式距離センサ30のゼロ点
位置から被測定物W上の光照射点までの距離(すなわち
光学式距離センサ30による検出距離)をs、Z軸テー
ブル22の上面から被測定物W上の上記光照射点までの
高さをhとすると、次の関係式が成立する。
The principle is as follows. At the first measurement position, as shown in FIG. 6, the height distance (the distance detected by the Z-axis scale 28) from the reference position (zero position) in the Z-axis direction to the upper surface of the Z-axis table 22 is p, The distance (fixed value) from the zero position to the zero point position of the optical distance sensor 30 is a, and the distance from the zero point position of the optical distance sensor 30 to the light irradiation point on the workpiece W (that is, the optical type). Assuming that s is the distance detected by the distance sensor 30 and h is the height from the upper surface of the Z-axis table 22 to the light irradiation point on the workpiece W, the following relational expression holds.

【0029】[0029]

【数1】p=a+s+h ただし、pはZ軸テーブル22の上面がゼロ点よりも下
方にある場合を正、sは測定点がセンサのゼロ点位置よ
りも下方にある場合を正とする。
## EQU1 ## where p is positive when the upper surface of the Z-axis table 22 is below the zero point, and s is positive when the measurement point is below the zero point position of the sensor.

【0030】次に、上記第1の測定位置から一定距離
(例えば 1000μm)だけZ軸テーブル22及び被測定物
Wを一体に上昇させた第2の測定位置において、Z軸ス
ケール28により検出されるZ軸テーブル22の高さ距
離をp′、光学式距離センサ30により検出される距離
をs′とすると、被測定物W上の点が光学式距離センサ
30の測定可能範囲にある場合(すなわち光学式距離セ
ンサ30により正常な距離検出が行われる場合)、次式
が成立することになる。
Next, at the second measurement position where the Z-axis table 22 and the object to be measured W are integrally lifted by a certain distance (for example, 1000 μm) from the first measurement position, the Z-axis is detected by the Z-axis scale 28. Assuming that the height distance of the Z-axis table 22 is p ′ and the distance detected by the optical distance sensor 30 is s ′, the point on the workpiece W is within the measurable range of the optical distance sensor 30 (ie, When the normal distance detection is performed by the optical distance sensor 30), the following expression is established.

【0031】[0031]

【数2】s−s′=p−p′=1000(μm) 従って、光学式距離センサ30の測定許容誤差をαとし
た場合、値(s−s′)が 1000±α(μm)の許容範囲
内にあれば、測定点は測定可能範囲内に存在する、すな
わち検出値s,s′が正当であると判定することがで
き、許容範囲外であれば、正当でないと判定することが
できることになる。
S−s ′ = p−p ′ = 1000 (μm) Therefore, if the measurement allowable error of the optical distance sensor 30 is α, the value (s−s ′) is 1000 ± α (μm). If it is within the allowable range, the measurement point is within the measurable range, that is, it can be determined that the detected values s and s' are valid. You can do it.

【0032】そこで、上記値(s−s′)が許容範囲内
にない場合には(ステップS6でNO)、被測定物Wを
Z軸方向に予め設定された調整用距離だけ移動させて被
測定物表面の測定点が光学式距離センサ30の測定可能
範囲内に収まるようにし(ステップS7)、再度ステッ
プS3以下の処理を実行する。この時の被測定物Wの移
動方向は、上記検出距離s,s′の正負に基づいて判定
すれば良く、例えばs,s′が負の場合には、被測定物
Wを下降させればよい。
If the value (ss') is not within the allowable range (NO in step S6), the object W is moved by a predetermined adjustment distance in the Z-axis direction, and The measurement point on the surface of the measurement object is made to fall within the measurable range of the optical distance sensor 30 (step S7), and the processing from step S3 is performed again. At this time, the moving direction of the workpiece W may be determined based on the positive or negative of the detection distances s, s '. For example, when the s, s' is negative, the workpiece W may be lowered. Good.

【0033】値(s−s′)が許容範囲内に収まった場
合には(ステップS6でYES)、今回の検出値が正当
であるとしてこれを形状演算手段46に取り込ませる
(ステップS8)。そして、上記ステップS2以下の動
作をスキャン(X軸方向及びY軸方向の走査)が終了す
るまで実行し(ステップS9でNO)、スキャン終了
後、正当であるとして取り込んだデータのみに基づいて
形状の演算を行い、表示装置52に表示する。
If the value (ss') falls within the allowable range (YES in step S6), it is determined that the current detection value is valid and is taken into the shape calculation means 46 (step S8). Then, the operations after step S2 are executed until scanning (scanning in the X-axis direction and Y-axis direction) is completed (NO in step S9), and after the scanning is completed, the shape is determined based on only the data taken as valid. Is calculated and displayed on the display device 52.

【0034】以上のように、この装置では、各測定点に
おいて互いにZ軸方向に離れた2つの測定位置で光学式
距離センサ30による検出を行い、その検出値の差(s
−s′)に基づいて、この検出が正当であるか否か、す
なわち測定点が光学式距離センサ30の測定可能範囲に
あるか否かを判定するようにしたものであるので、被測
定物Wの表面に大きな段差があっても、検出値の正当性
を正確に判定することができ、これにより正確な形状測
定を実現することができる。
As described above, in this apparatus, detection is performed by the optical distance sensor 30 at two measurement positions separated from each other in the Z-axis direction at each measurement point, and the difference between the detected values (s
−s ′), it is determined whether this detection is valid, that is, whether the measurement point is within the measurable range of the optical distance sensor 30. Even if there is a large step on the surface of W, the validity of the detected value can be accurately determined, and thereby accurate shape measurement can be realized.

【0035】図7は、実際の光学式距離センサ30に対
する被測定物Wの相対距離と、光学式距離センサ30に
よる検出値との関係をグラフに示したものである。この
図から明らかなように、実際の距離sがセンサのゼロ点
を基準に±6mmの範囲を外れると、光学式距離センサ3
0による検出は実質上不可能となる。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the relative distance of the object W to the actual optical distance sensor 30 and the value detected by the optical distance sensor 30. As is apparent from this figure, when the actual distance s is out of the range of ± 6 mm with respect to the zero point of the sensor, the optical distance sensor 3
Detection by 0 is virtually impossible.

【0036】図9(a)は、上記のような光学式距離セ
ンサ30の測定可能範囲を無視して各測定値をすべて取
り込んだ場合に得られた形状データ、同図(b)は本実
施例のように各測定点において2回ずつ検出を行って検
出値の正当性を判定した場合に得られたデータを模式的
に示したものである。図9(b)に示すように、本実施
例によれば実際の被測定物の形状を正確に把握できるの
に対し、同図(a)に示すように、従来装置では被測定
物の大きな起伏に対応できないために満足な形状データ
はほとんど得られない。この結果は、本実施例装置の有
用性を明確に示すものである。
FIG. 9A shows the shape data obtained when all the measured values are taken in ignoring the measurable range of the optical distance sensor 30 as described above, and FIG. 9B shows the present embodiment. FIG. 9 schematically shows data obtained when detection is performed twice at each measurement point to determine the validity of a detection value as in the example. As shown in FIG. 9B, according to the present embodiment, the shape of the actual object to be measured can be accurately grasped. On the other hand, as shown in FIG. Satisfactory shape data can hardly be obtained due to the inability to deal with undulations. This result clearly shows the usefulness of the apparatus of this embodiment.

【0037】なお、上記実施例では、被測定物Wを移動
させるものを示したが、被測定物Wを静止させたまま光
学式距離センサ30を移動させるようにしてもよい。
In the above embodiment, the object to be measured W is moved, but the optical distance sensor 30 may be moved while the object to be measured W is kept still.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上のように本発明は、各測定位置につ
いて互いに異なる2つの条件で測定を行い、これらの測
定結果の比較に基づいて、その測定結果が正当であるか
否かを判定し、また、最終測定結果を得るようにしたも
のであるので、被測定物の表面に大きな段差がある場合
でも、測定値の正当性を正確に判定することができ、正
確な非接触式形状測定を実現できる効果がある。
As described above, according to the present invention, each measurement position is measured under two different conditions, and based on a comparison of these measurement results, it is determined whether or not the measurement result is valid. In addition, since the final measurement result is obtained, even if there is a large step on the surface of the object to be measured, the validity of the measurement value can be accurately determined, and accurate non-contact shape measurement can be performed. There is an effect that can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例における非接触式形状測定装
置に備えられる演算制御装置の要部を示す機能ブロック
図である。
FIG. 1 is a functional block diagram showing a main part of an arithmetic and control unit provided in a non-contact type shape measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】上記演算制御装置の入出力信号を示すブロック
図である。
FIG. 2 is a block diagram showing input / output signals of the arithmetic and control unit.

【図3】上記非接触式形状測定装置の正面図である。FIG. 3 is a front view of the non-contact type shape measuring device.

【図4】上記非接触式形状測定装置に設けられる光学式
距離センサの構成図である。
FIG. 4 is a configuration diagram of an optical distance sensor provided in the non-contact type shape measuring device.

【図5】上記非接触式形状測定装置による測定手順を示
すフローチャートである。
FIG. 5 is a flowchart showing a measuring procedure by the non-contact type shape measuring apparatus.

【図6】上記非接触式形状測定装置における光学式距離
センサと被測定物との位置関係を示す説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a positional relationship between an optical distance sensor and an object to be measured in the non-contact type shape measuring device.

【図7】上記光学式距離センサと被測定物との間の実際
の相対距離と同光学式距離センサによる距離検出値との
関係を示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing a relationship between an actual relative distance between the optical distance sensor and an object to be measured, and a distance detected by the optical distance sensor.

【図8】(a)は従来装置により作成された形状データ
を示す図、(b)は本発明装置により作成された形状デ
ータを示す図である。
8A is a diagram showing shape data created by a conventional device, and FIG. 8B is a diagram showing shape data created by a device of the present invention.

【図9】上記光学式距離センサの測定可能範囲を示す説
明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a measurable range of the optical distance sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

14 X軸駆動モータ(走査手段) 18 Y軸駆動モータ(走査手段) 23 Z軸駆動モータ(接離手段) 30 光学式距離センサ(光学式距離検出手段) 32 発光素子 38 光位置検出素子(受光素子) 40 演算制御装置 42 駆動制御手段 44 検出値比較手段(判定手段) 46 形状演算手段 14 X-axis drive motor (scanning means) 18 Y-axis drive motor (scanning means) 23 Z-axis drive motor (contact / separation means) 30 Optical distance sensor (optical distance detecting means) 32 Light emitting element 38 Light position detecting element (light receiving) Element) 40 arithmetic control unit 42 drive control means 44 detected value comparison means (judgment means) 46 shape calculation means

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 11/00 - 11/30 102 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01B 11/00-11/30 102

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 被測定物の表面に光を照射する発光部材
と、上記発光部材から照射され、上記被測定物の表面か
ら反射されてきた光を受ける受光部材と、上記受光部材
の出力に基づいて上記被測定物の表面の各位置に対する
距離を求める手段とを備えた非接触式形状測定装置にお
いて、被測定物における同一の測定位置について、第1
の距離条件で測定を行うことにより得られた第1の測定
結果と、第2の距離条件で測定を行うことにより得られ
た第2の測定結果とに基づいて、最終測定結果を求める
手段を備えたことを特徴とする非接触式形状測定装置。
A light-emitting member for irradiating the surface of the object with light; a light-receiving member for receiving light emitted from the light-emitting member and reflected from the surface of the object; and an output of the light-receiving member. Means for determining a distance to each position on the surface of the object based on the first position .
Means for obtaining a final measurement result based on a first measurement result obtained by performing the measurement under the distance condition and a second measurement result obtained by performing the measurement under the second distance condition. A non-contact type shape measuring device, comprising:
【請求項2】 請求項1記載の非接触式形状測定装置に
おいて、上記第1の距離条件と第2の距離条件とでは、
上記発光部材、上記受光部材の少なくとも一方に対する
被測定物の距離が異なることを特徴とする非接触式形状
測定装置。
2. The non-contact type shape measuring apparatus according to claim 1,
In the first distance condition and the second distance condition,
A non-contact shape measuring device, wherein a distance of an object to be measured to at least one of the light emitting member and the light receiving member is different.
【請求項3】 被測定物の表面に光を照射する発光部材
と、上記発光部材から照射され、上記被測定物の表面か
ら反射されてきた光を受ける受光部材と、上記受光部材
の出力に基づいて上記被測定物の表面の各位置に対する
距離を求める手段とを備えた非接触式形状測定装置にお
いて、被測定物における同一の測定位置について、第1
の距離条件で測定を行うことにより得られた第1の測定
結果と、第2の距離条件で測定を行うことにより得られ
た第2の測定結果とに基づいて、測定結果の適否を判定
する手段を備えたことを特徴とする非接触式形状測定装
置。
3. A light-emitting member for irradiating light to the surface of the object, a light-receiving member for receiving light emitted from the light-emitting member and reflected from the surface of the object, and an output of the light-receiving member. Means for determining a distance to each position on the surface of the object based on the first position .
Is determined based on a first measurement result obtained by performing the measurement under the second distance condition and a second measurement result obtained by performing the measurement under the second distance condition. Non-contact type shape measuring device characterized by comprising means.
【請求項4】 請求項3記載の非接触式形状測定装置に
おいて、上記第1の距離条件による測定で得られた距離
と上記第2の距離条件による測定で得られた距離とが所
定の範囲内にあるとき、測定結果が適切であると判定す
るように構成されていることを特徴とする非接触式形状
測定装置。
4. A non-contact type shape measuring apparatus according to claim 3.
When the distance obtained by the measurement under the first distance condition and the distance obtained by the measurement under the second distance condition are within a predetermined range, it is determined that the measurement result is appropriate. A non-contact type shape measuring device, characterized in that:
【請求項5】 被測定物の表面に光を照射する発光部材
と、上記発光部材から照射され、上記被測定物の表面か
ら反射されてきた光を受ける受光部材と、上記受光部材
の出力に基づいて上記被測定物の表面の各位置に対する
距離を求める手段とを備えた非接触式形状測定装置にお
いて、被測定物における同一の測定位置について、第1
の測定条件で測定を行うことにより得られた第1の測定
結果と、第2の測定条件で測定を行うことにより得られ
た第2の測定結果とに基づいて、最終測定結果を求める
手段を備えたことを特徴とする非接触式形状測定装置。
5. A light-emitting member for irradiating light to the surface of the object, a light-receiving member for receiving light emitted from the light-emitting member and reflected from the surface of the object, and an output of the light-receiving member. Means for determining a distance to each position on the surface of the object based on the first position.
Means for obtaining a final measurement result based on the first measurement result obtained by performing the measurement under the measurement conditions of the above and the second measurement result obtained by performing the measurement under the second measurement condition. A non-contact type shape measuring device, comprising:
【請求項6】 請求項5記載の非接触式形状測定装置に
おいて、上記第1の測定条件と第2の測定条件とでは、
測定可能範囲に対する被測定物の距離方向の位置が異な
ることを特徴とする非接触式形状測定装置。
6. A non-contact shape measuring apparatus according to claim 5,
In the first measurement condition and the second measurement condition,
A non-contact type shape measuring device characterized in that the position of an object to be measured with respect to a measurable range is different.
【請求項7】 被測定物の表面に光を照射する発光部材
と、上記発光部材から照射され、上記被測定物の表面か
ら反射されてきた光を受ける受光部材と、上記受光部材
の出力に基づいて上記被測定物の表面の各位置に対する
距離を求める手段とを備えた非接触式形状測定装置にお
いて、被測定物における同一の測定位置について、第1
の測定条件で測定を行うことにより得られた第1の測定
結果と、第2の測定条件で測定を行うことにより得られ
た第2の測定結果とに基づいて、測定結果の適否を判定
する手段を備えたことを特徴とする非接触式形状測定装
置。
7. A light-emitting member that irradiates light to the surface of the object, a light-receiving member that receives light emitted from the light-emitting member and reflected from the surface of the object, and an output of the light-receiving member. Means for determining a distance to each position on the surface of the object based on the first position.
Judge the suitability of the measurement result based on the first measurement result obtained by performing the measurement under the second measurement condition and the second measurement result obtained by performing the measurement under the second measurement condition. Non-contact type shape measuring device characterized by comprising means.
【請求項8】 請求項7記載の非接触式形状測定装置に
おいて、上記第1の測定条件と第2の測定条件とでは、
測定可能範囲に対する被測定物の距離方向の位置が異な
ることを特徴とする非接触式形状測定装置。
8. The non-contact shape measuring device according to claim 7,
In the first measurement condition and the second measurement condition,
A non-contact type shape measuring device characterized in that the position of an object to be measured with respect to a measurable range is different.
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