JP3180091B2 - レーザーオートフォーカスによる非接触寸法測定方法 - Google Patents
レーザーオートフォーカスによる非接触寸法測定方法Info
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- JP3180091B2 JP3180091B2 JP31487998A JP31487998A JP3180091B2 JP 3180091 B2 JP3180091 B2 JP 3180091B2 JP 31487998 A JP31487998 A JP 31487998A JP 31487998 A JP31487998 A JP 31487998A JP 3180091 B2 JP3180091 B2 JP 3180091B2
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、レーザーオート
フォーカスによるＸＹ座標上の非接触寸法測定方法に関
するものである。
フォーカスによるＸＹ座標上の非接触寸法測定方法に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】非接触のＸＹ寸法測定は、ＣＣＤカメラ
などの面像処理を用いた方法が一般的である。
などの面像処理を用いた方法が一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の方法では、以下に示すようなデメリットがあ
る。
うな従来の方法では、以下に示すようなデメリットがあ
る。
【０００４】Ａ）測定分解能と測定範囲は受光素子の１
ピクセルサイズの大きさと総画素数（受光面積）、結像
レンズ倍率で決まるため、広範囲を高い分解能で測りた
い場合に制約があり数十ミリのものをサブμｍの精度で
測ることが困難である。また、結像レンズの収差がＸＹ
平面の測定精度に影響する。
ピクセルサイズの大きさと総画素数（受光面積）、結像
レンズ倍率で決まるため、広範囲を高い分解能で測りた
い場合に制約があり数十ミリのものをサブμｍの精度で
測ることが困難である。また、結像レンズの収差がＸＹ
平面の測定精度に影響する。
【０００５】Ｂ）面像処理の場合、測定物からの光の明
るさやコントラストの値をしきい値としているため、シ
ャープなエッジがでるように照明系を工夫しなければな
らない。また、測定物の表面の色や反射率に左右されて
データがばらつきやすく測定できない物が数多くあり自
動化も困難である。
るさやコントラストの値をしきい値としているため、シ
ャープなエッジがでるように照明系を工夫しなければな
らない。また、測定物の表面の色や反射率に左右されて
データがばらつきやすく測定できない物が数多くあり自
動化も困難である。
【０００６】Ｃ）測定物のエッジがＲ面やＣ面取り処理
されている場合、ピントがボケてしまい側面の検出が難
しい。
されている場合、ピントがボケてしまい側面の検出が難
しい。
【０００７】Ｄ）オートフォーカスに時問がかかり精度
も測定物によってばらつく。
も測定物によってばらつく。
【０００８】Ｅ）測定のための設定条件がいくつもあり
時間とノウハウが測定者に要求される。
時間とノウハウが測定者に要求される。
【０００９】この発明はこのような従来の技術に着目し
たものであり、測定精度が良く、どのような物でも測定
でき、自動化等が容易な非接触寸法測定方法を提供する
ものである。
たものであり、測定精度が良く、どのような物でも測定
でき、自動化等が容易な非接触寸法測定方法を提供する
ものである。
【００１０】
【００１１】この発明は、レーザーを測定物に当て、測
定物から反射されたレーザーの位置変位をセンサーで捉
え、その反射されたレーザーが常にセンサーの中心にく
るように対物レンズをサーボモーターでフォーカス方向
に高速に移動させて焦点を合わせるオートフォーカスを
用いるものであり、一点でレーザーにより対物レンズを
フォーカス方向に移動させてオートフォーカスをかけな
がら測定物をＸＹ方向にスキャンさせ、対物レンズのフ
ォーカス方向への移動量から求められる基準面からの高
さ情報を、あらかじめ設定されているしきい値と比較
し、該しきい値と同じか、それを越えた点におけるＸＹ
座標をエッジとしてとらえることにより、測定物の寸法
を非接触で測定するものである。レーザーとしては、半
導体レーザーが好適である。
定物から反射されたレーザーの位置変位をセンサーで捉
え、その反射されたレーザーが常にセンサーの中心にく
るように対物レンズをサーボモーターでフォーカス方向
に高速に移動させて焦点を合わせるオートフォーカスを
用いるものであり、一点でレーザーにより対物レンズを
フォーカス方向に移動させてオートフォーカスをかけな
がら測定物をＸＹ方向にスキャンさせ、対物レンズのフ
ォーカス方向への移動量から求められる基準面からの高
さ情報を、あらかじめ設定されているしきい値と比較
し、該しきい値と同じか、それを越えた点におけるＸＹ
座標をエッジとしてとらえることにより、測定物の寸法
を非接触で測定するものである。レーザーとしては、半
導体レーザーが好適である。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明は、以上のような内容のた
め、以下に示すようなメリットがある。
め、以下に示すようなメリットがある。
【００１３】Ａ）分解能はステージの分解能とレーザー
スポット径により決まり、サブミクロンレベルまで上げ
ることができる。測定範囲はステージの移動範囲による
ので非常に大きなダイナミックレンジをとることがてき
る。また測定精度はステージの精度に依存し高精度な物
を用いることにより数百ｍｍの物でもサブμの絶対精度
で図ることができる。
スポット径により決まり、サブミクロンレベルまで上げ
ることができる。測定範囲はステージの移動範囲による
ので非常に大きなダイナミックレンジをとることがてき
る。また測定精度はステージの精度に依存し高精度な物
を用いることにより数百ｍｍの物でもサブμの絶対精度
で図ることができる。
【００１４】Ｂ）エッジの決めるしきい値は、測定物の
基準面からの高さの値ΔＺ（任意値）を用いている。レ
ーザーオートフォーカスの場合、数パーセントの戻り光
があれば表面に迫従してフォーカスするため、測定表面
の色や反射率に左右されにくい。また、コントラストが
乏しいガラスやセラミックの材料でも反射光があるため
十分に測定できる。
基準面からの高さの値ΔＺ（任意値）を用いている。レ
ーザーオートフォーカスの場合、数パーセントの戻り光
があれば表面に迫従してフォーカスするため、測定表面
の色や反射率に左右されにくい。また、コントラストが
乏しいガラスやセラミックの材料でも反射光があるため
十分に測定できる。
【００１５】Ｃ）一般に非接触の寸法測定器は極端な傾
斜やＲ面に対して追従できない。また傾き成分がＺ値の
情報として取り込みエラーを出してしまうセンサーなど
もある。数ある中で形状をもっとも忠実に計測できる方
法としてレーザーオートフォーカスが上げられる。本方
式は、このオートフォーカスを用いているためほとんど
９０度付近までの傾斜まて測ることができる。その結
果、Ｃ面やＲ面の下にある側面のエッジを検出すること
ができる。
斜やＲ面に対して追従できない。また傾き成分がＺ値の
情報として取り込みエラーを出してしまうセンサーなど
もある。数ある中で形状をもっとも忠実に計測できる方
法としてレーザーオートフォーカスが上げられる。本方
式は、このオートフォーカスを用いているためほとんど
９０度付近までの傾斜まて測ることができる。その結
果、Ｃ面やＲ面の下にある側面のエッジを検出すること
ができる。
【００１６】Ｄ）従来の画像処理の場合は、あるエリア
のＺ軸方向の範囲を一定ピッチで画像を取り込み、各画
像のシャープさを比較して最もシャープな所をフォーカ
ス位置としている。そのため時問がかかり精度もサンプ
リングエッジに依存する。それに比べるとレーザーオー
トフォーカスは光軸中心のレーザー光の位置変位をセン
サーが捉え、常に中心にくるようにサーボモーターで高
速に制御している。更に、その位置決め精度は１μｍ以
下を達成しているため、高速且つ高精度な測定が実現さ
れている。
のＺ軸方向の範囲を一定ピッチで画像を取り込み、各画
像のシャープさを比較して最もシャープな所をフォーカ
ス位置としている。そのため時問がかかり精度もサンプ
リングエッジに依存する。それに比べるとレーザーオー
トフォーカスは光軸中心のレーザー光の位置変位をセン
サーが捉え、常に中心にくるようにサーボモーターで高
速に制御している。更に、その位置決め精度は１μｍ以
下を達成しているため、高速且つ高精度な測定が実現さ
れている。
【００１７】Ｅ）本方式の場合、測定者が設定しなけれ
ばならないパラメーターは測定開始点（基準面）と測定
ピッチ、しきい値ΔＺだけである。そのために測定のエ
キスパートでなくても簡単に測定できる。
ばならないパラメーターは測定開始点（基準面）と測定
ピッチ、しきい値ΔＺだけである。そのために測定のエ
キスパートでなくても簡単に測定できる。
【００１８】
【実施例】以下、この発明の好適な実施例を説明する。
【００１９】図１〜図３は、円柱１、円筒２の測定例を
示す図である。図１及び図２は、円柱１のエッジ（Ｒ面
化）３を検出して、外径を測定するものである。まず、
図２により、測定装置を説明する。４はレーザ照射装置
で、半導体レーザＬを照射する。５、６、７はそれぞれ
ミラーを示す。８は対物レンズで、移動装置９により上
下動する。１０は光位置検出装置で、ここでの検出具合
により、対物レンズ８をフォーカスする方向に移動させ
るようになっている。
示す図である。図１及び図２は、円柱１のエッジ（Ｒ面
化）３を検出して、外径を測定するものである。まず、
図２により、測定装置を説明する。４はレーザ照射装置
で、半導体レーザＬを照射する。５、６、７はそれぞれ
ミラーを示す。８は対物レンズで、移動装置９により上
下動する。１０は光位置検出装置で、ここでの検出具合
により、対物レンズ８をフォーカスする方向に移動させ
るようになっている。
【００２０】実際に測定する場合は、最初に基準面Ｍに
おける測定開始点Ｓにフォーカスをかけ、そのＺ値を０
とし、任意の測定ピッチで外側へ移動させる。オートフ
ォーカスは自動追従し、フォーカスが合った点で、対物
レンズのフォーカス方向への移動量から求められる高さ
と、基準面Ｍの高さの差を毎回サンプリングし、設定さ
れているしきい値ΔＺと同じか、それを越えた点のＸＹ
座標値を一点のエッジデータとして取り込む。円の場合
は、最低３点取り込むことにより、円の中心や、径等を
求めることができる。
おける測定開始点Ｓにフォーカスをかけ、そのＺ値を０
とし、任意の測定ピッチで外側へ移動させる。オートフ
ォーカスは自動追従し、フォーカスが合った点で、対物
レンズのフォーカス方向への移動量から求められる高さ
と、基準面Ｍの高さの差を毎回サンプリングし、設定さ
れているしきい値ΔＺと同じか、それを越えた点のＸＹ
座標値を一点のエッジデータとして取り込む。円の場合
は、最低３点取り込むことにより、円の中心や、径等を
求めることができる。
【００２１】図３は、円筒２の内側のエッジ１１を検出
して、内径を測定するものである。この場合は、基準面
Ｍにおける測定開始点Ｓにフォーカスをかけ、そのＺ値
を０とし、任意の測定ピッチで内側へ移動させれば良
い。
して、内径を測定するものである。この場合は、基準面
Ｍにおける測定開始点Ｓにフォーカスをかけ、そのＺ値
を０とし、任意の測定ピッチで内側へ移動させれば良
い。
【００２２】この実施例では、５回の測定を繰り返し行
ったが、再現性は±０．５μｍに入っていた。また、レ
ーザーＬのビーム径は対物レンズによって変わるが１０
００倍の顕微鏡対物レンズを用いると、１μｍ程度まで
集光する。また、その輝度分布はガウス分布であるため
スポット径の中心付近の輝度が最も大きくスポット径以
下の再現性で寸法測定を行うことができる。
ったが、再現性は±０．５μｍに入っていた。また、レ
ーザーＬのビーム径は対物レンズによって変わるが１０
００倍の顕微鏡対物レンズを用いると、１μｍ程度まで
集光する。また、その輝度分布はガウス分布であるため
スポット径の中心付近の輝度が最も大きくスポット径以
下の再現性で寸法測定を行うことができる。
【００２３】図４は、溝１２の幅Ｗを測定する場合を示
し、図５は、凸部１３の幅Ｗを測定する場合を示してい
る。どちらの場合も、基準面Ｍにおける測定開始点Ｓに
フォーカスをかけ、そのＺ値を０とし、任意の測定ピッ
チで内側へ向けて移動させる。溝１２や凸部１３の場合
は、最低４点取り込むことにより、エッジ１４を検出で
き、そこからＷを求めることができる。
し、図５は、凸部１３の幅Ｗを測定する場合を示してい
る。どちらの場合も、基準面Ｍにおける測定開始点Ｓに
フォーカスをかけ、そのＺ値を０とし、任意の測定ピッ
チで内側へ向けて移動させる。溝１２や凸部１３の場合
は、最低４点取り込むことにより、エッジ１４を検出で
き、そこからＷを求めることができる。
【００２４】また、図６に示すように、溝１５が平行で
ない場合は、直線１６と直線１７をエッジ検出により測
定し、測定点１８を通り且つ直線１６、１７より得られ
る中心線との垂線と、直線１６及び直線１７が交わる各
検出点１９、２０間の距離を幅Ｗとして検出できる。ま
た、直線１６と直線１７との交角θも算出できる。
ない場合は、直線１６と直線１７をエッジ検出により測
定し、測定点１８を通り且つ直線１６、１７より得られ
る中心線との垂線と、直線１６及び直線１７が交わる各
検出点１９、２０間の距離を幅Ｗとして検出できる。ま
た、直線１６と直線１７との交角θも算出できる。
【００２５】
【発明の効果】この発明によれば、従来測定顕微鏡など
を用いて人の目で行われていたＸＹ座標上の寸法測定が
自動化できる。また凹凸がある物やコントラストがなく
画像処理で測れなかったものを測れるようになり、測定
精度も向上できる。半導体産業や精密加工、マイクロマ
シン技術、光通信用の素子など、これから製品は更に小
型化、高精度化されており、この測定方法はこれらの寸
法検査において有効利用できる。
を用いて人の目で行われていたＸＹ座標上の寸法測定が
自動化できる。また凹凸がある物やコントラストがなく
画像処理で測れなかったものを測れるようになり、測定
精度も向上できる。半導体産業や精密加工、マイクロマ
シン技術、光通信用の素子など、これから製品は更に小
型化、高精度化されており、この測定方法はこれらの寸
法検査において有効利用できる。
【図１】円柱の外径を検出する状態を示す斜視図。
【図２】測定装置を示す概略図。
【図３】円筒の内径を検出する状態を示す斜視図。
【図４】溝の幅を検出する状態を示す斜視図。
【図５】凸部の幅を検出する状態を示す斜視図。
【図６】平行でない溝の幅を検出する状態を示す平面
図。
図。
３、１１、１４、１９、２０ エッジ Ｍ 基準面 Ｓ 測定開始点 Ｌ レーザー ΔＺ しきい値
Claims (2)
- 【請求項１】 レーザーを測定物に当て、測定物から反
射されたレーザーの位置変位をセンサーで捉え、その反
射されたレーザーが常にセンサーの中心にくるように対
物レンズをサーボモーターでフォーカス方向に高速に移
動させて焦点を合わせるオートフォーカスを用いるもの
であり、 一点でレーザーにより対物レンズをフォーカス方向に移
動させてオートフォーカスをかけながら測定物をＸＹ方
向にスキャンさせ、対物レンズのフォーカス方向への移
動量から求められる基準面からの高さ情報を、あらかじ
め設定されているしきい値と比較し、該しきい値と同じ
か、それを越えた点におけるＸＹ座標をエッジとしてと
らえることにより、測定物の寸法を非接触で測定する方
法。 - 【請求項２】 レーザーが半導体レーザーである請求項
１記載の非接触寸法測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31487998A JP3180091B2 (ja) | 1998-11-05 | 1998-11-05 | レーザーオートフォーカスによる非接触寸法測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31487998A JP3180091B2 (ja) | 1998-11-05 | 1998-11-05 | レーザーオートフォーカスによる非接触寸法測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000146532A JP2000146532A (ja) | 2000-05-26 |
| JP3180091B2 true JP3180091B2 (ja) | 2001-06-25 |
Family
ID=18058729
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31487998A Expired - Fee Related JP3180091B2 (ja) | 1998-11-05 | 1998-11-05 | レーザーオートフォーカスによる非接触寸法測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3180091B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104780317A (zh) * | 2015-04-15 | 2015-07-15 | 杭州电子科技大学 | 基于多传感器集成的工业照相机自动快速对焦装置与方法 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002250621A (ja) * | 2000-12-18 | 2002-09-06 | Olympus Optical Co Ltd | 光学素子及びその型の形状測定方法及び装置 |
| JP3923945B2 (ja) | 2004-01-13 | 2007-06-06 | 三鷹光器株式会社 | 非接触表面形状測定方法 |
| ES2381350B2 (es) * | 2010-10-29 | 2012-11-21 | Universidad De Málaga | Telémetro 3d y procedimiento de obtención mediante cabeceo de un telémetro láser 2d alrededor de su centro óptico. |
| CN105222703A (zh) * | 2015-09-30 | 2016-01-06 | 河南航天精工制造有限公司 | 一种显微镜测量螺纹单一中径的方法 |
| CN105583450A (zh) * | 2015-12-18 | 2016-05-18 | 天津大学 | 加工复合材料和钛合金叠层构件大直径螺旋铣孔专用刀具 |
-
1998
- 1998-11-05 JP JP31487998A patent/JP3180091B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104780317A (zh) * | 2015-04-15 | 2015-07-15 | 杭州电子科技大学 | 基于多传感器集成的工业照相机自动快速对焦装置与方法 |
| CN104780317B (zh) * | 2015-04-15 | 2017-08-15 | 杭州电子科技大学 | 基于多传感器集成的工业照相机自动快速对焦装置与方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000146532A (ja) | 2000-05-26 |
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