JP3650945B2

JP3650945B2 - 外径測定装置

Info

Publication number: JP3650945B2
Application number: JP11013996A
Authority: JP
Inventors: 久善澤井
Original assignee: Keyence Corp
Current assignee: Keyence Corp
Priority date: 1996-04-05
Filing date: 1996-04-05
Publication date: 2005-05-25
Anticipated expiration: 2016-04-05
Also published as: JPH09273916A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光ビームを被測定物に照射したときの受光手段からの受光信号に基づき被測定物の外径を測定する外径測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被測定物の外径を測定する従来の外径測定装置は、例えば図４に示すように構成されている。図４において、１は光ビームを所定の走査面内で走査する光ビーム走査手段であり、例えば、レーザーダイオードなどの発光素子及びコリメータレンズの組み合わせ等から成り平行な光ビームを発生する光ビーム発生器１ａと、図示しない駆動手段により一方向に所定速度で回転され光ビーム発生器１ａからの光ビームを偏向する多面鏡１ｂと、多面鏡１ｂによって反射される光ビームを更に偏向する反射鏡１ｃと、反射鏡１ｃにより偏向された光ビームを光軸に対して平行な光ビームにするコリメータレンズ１ｄとにより構成され、これらによって光ビームが走査面（例えば水平面）内において一方向に走査される。
【０００３】
２は光ビーム走査手段１により走査される光ビームを集光する集光レンズ、３は集光レンズ２により受光面上に集光された光ビームを受光して受光信号を出力するフォトダイオードなどの受光素子から成る受光手段、４は処理手段であり、光ビーム走査手段１により走査される光ビームの途中に被測定物５を配置したときの受光手段３の受光信号波形から、光ビームの遮断時間と走査速度に基づいて被測定物の寸法を導出するようになっている。
【０００４】
ところで、被測定物５がコネクタのように基部に複数のピンが列状に配置されたものであり、例えば隣接する各ピン間の間隔（ピッチ）を測定してこれらのピッチが許容範囲内に入っているかどうかを調べる場合に、図５に示すように光ビーム走査手段１からの光ビームの途中にピン列が光ビームの走査方向（図５中の矢印方向）に平行になるようにコネクタＫが配置され、集光レンズ２及び受光手段３を含む受光部６によってそのときの光ビームが受光されるのであるが、図６に示すようにコネクタＫの基部Ｂがその両端部を除き上面側から中程までの部分が切除されたような“コ”の字形状を有し、その基部Ｂの両端部それぞれから各ピンＰのうちの両端に位置するピンＰまでの間の距離が互いに隣接する各ピンＰ間のピッチよりも広いときに、以下のような不都合が生じる。
【０００５】
即ち、上記した従来の装置では、図６中の１点鎖線に示すように光ビームは基部Ｂの一端部側から各ピンＰを経て基部Ｂの他端部側に向かって走査され、このような光ビームの走査によって得られる受光信号波形において、処理手段４では各ピンＰに対応する部分と基部Ｂの両端部に対応する部分とを明確に区別することができず、基部Ｂの両端部もピンＰと同じようにピンであると判断されるため、基部Ｂの両端部それぞれから各ピンＰのうちの両端に位置するピンＰまでの間も、互いに隣接する各ピンＰ間のピッチと同じピン間ピッチと判断されてしまい、上記したように基部Ｂの両端部それぞれから最も近いピンＰまでの間のピッチが広いことから、このコネクタＫは良品ではないと判断されてしまう。
【０００６】
そこで、このような不都合を解消するために、図６中の斜線部分に示すコネクタＫの基部Ｂの両端部それぞれから最も近いピンＰまでの間のピッチデータを除去すべく、基部Ｂの両端部それぞれから最も近いピンＰにかけて光ビームが当たらないように、或いは基部Ｂの両端部それぞれから最も近いピンＰにかかる光ビームを受光しないように、光ビーム走査手段１の光ビームの出口或いは受光部６の受光窓を部分的に遮光性を有するシール等のマスク材料によりマスクすることが考えられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このようにマスクをする場合、コネクタ自体が小さくマスクの位置合わせが非常に困難を極め、その位置合わせ精度の如何によって本来的に必要なピン間ピッチデータも損なわれてしまったり、例え位置合わせを正確に行っても被測定物がコンベア等の搬送ラインにより搬送される場合には搬送中のラインの変動によって被測定物に対するマスクの相対位置が変動し、正確なピッチ測定を行うことができなくなるおそれがある。
【０００８】
また、被測定物５の形状によってはマスク領域が上記したような両端部ではなく中央付近にあることもあるが、上記したようにマスクの位置合わせ精度の関係上このようなケースに対応することは不可能である。
【０００９】
この発明が解決しようとする課題は、被測定物の外径を精度よく測定できるようにすることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、光ビーム発生手段による光ビームを被測定物に照射し、その透過光または反射光を受光手段により受光し、この受光手段から出力される受光信号に基づき前記被測定物の外径を測定する外径測定装置であって、前記受光信号波形の立上がり，立下がりのエッジを導出し、前記光ビームに基づき前記被測定物の外径を算出する算出手段と、前記算出手段により算出されたデータのうち特定のデータを任意に指定する特定手段と、前記特定手段により指定されたデータについて所定の処理を行なう処理手段とを備え、前記データがエッジの位置データまたはエッジの間の中間位置データであることを特徴としている。
【００１１】
従って、特定手段により処理手段の処理に使用するデータを予め特定しておくことによって、導出されたデータのうち不要なデータを除く本当に必要なデータのみが処理される。
【００１２】
このとき、請求項２記載のように、前記処理手段に対して前記エッジの位置データまたは前記中間位置データのどちらを算出すべきかの設定を行うための設定手段を更に備えていると、測定条件として、受光信号波形の各エッジの位置データまたは各エッジ間の中間位置データのいずれか一方しか選ぶことができない場合に効果的である。
【００１３】
また、請求項３記載のように、前記特定手段は、前記処理手段で処理する前記データを指定する、または前記処理手段で処理しない前記データを指定する機能を有するとよい。
【００１４】
請求項４記載の発明は、光ビーム発生手段による光ビームを被測定物に照射し、その透過光または反射光を受光手段により受光し、この受光手段から出力される受光信号に基づき前記被測定物の外径を測定する外径測定方法であって、前記受光信号波形の立上がり，立下がりのエッジを導出し、前記光ビームに基づき前記被測定物の外径を算出する第１のステップと、前記第１のステップにより算出されたデータのうち特定のデータを任意に指定する第２のステップと、前記第２のステップにより指定されたデータについて所定の処理を行なう第３のステップからなり、前記データがエッジの位置データまたはエッジの間の中間位置データであることを特徴としている。
【００１５】
このとき、請求項５記載のように、前記第２のステップは、前記第３のステップで処理する前記データを指定する、または前記第３のステップで処理しない前記データを指定する機能を有するとよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明の一実施形態について図１ないし図３を参照して説明する。まず、装置の概略構成について説明すると、図２に示すように、上記した従来の場合（図４参照）と同様に、光ビーム発生器１ａ，多面鏡１ｂ，反射鏡１ｃ及びコリメータレンズ１ｄから成る光ビーム発生手段としての光ビーム走査手段１、集光レンズ２、受光手段３を備えており、以下のような機能を有する処理手段１１、特定手段１２及び設定手段１３を備えていることが従来と相違している。
【００１７】
処理手段１１は、被測定物が図３（ａ）に示すように両端部を除き上面側から中程までの部分が切除されたような“コ”の字形状を有する基部Ｂ、及びその両端部間に列状に形成された複数のピンＰから成るコネクタＫであり、このようなコネクタＫの各ピンＰ間ピッチを測定する場合に、受光手段３からの受光信号波形の立上がり，立下がりのエッジを導出し、光ビームの遮断時間と既知の走査速度に基づき隣接する各ピンＰ間の１番からＮ(Ｎ=２，３，…）番までの各ピッチ番号のピッチデータを算出して、各ピッチデータの値が許容範囲内に入っているかどうか判断してコネクタＫの良否判定処理を行う機能を有している。このとき、処理手段１１は各ピッチ番号のピッチデータの算出の際に受光信号波形の立上がり，立下がりの各エッジの位置または各エッジ間の中間位置のいずれかを算出するようになっている。
【００１８】
特定手段１２は、１番からＮ番までのピッチ番号のピッチデータのうち処理手段１１による良否判定処理に使用しないピッチ番号の指定操作によって良否判定処理に使用するピッチデータを特定するために設けられ、これにより処理手段１１は、指定されたピッチ番号以外のピッチデータが許容範囲内にあるかどうかの判断を行うのである。
【００１９】
設定手段１３は、処理手段１１に対して受光信号波形の立上がり，立下がりの各エッジの位置または各エッジ間の中間位置のどちらを算出すべきかを設定操作するために設けられている。
【００２０】
ところで、処理手段１１による良否判定の動作原理について説明すると、コネクタＫの隣接する各ピンＰ間のピッチを測定してこれらのピッチが許容範囲内に入っているかどうかを調べる場合に、図５と同様に光ビーム走査手段１からの光ビームの途中にピンＰの列が光ビームの走査方向に平行になるようにコネクタＫが配置され、図３（ａ）中の１点鎖線に示すように基部Ｂの一端部側から各ピンＰを経て基部Ｂの他端部側に向かって光ビームが順次走査され、そのときの受光信号を２値化すると、例えば図３（ｂ）に示すように基部Ｂや各ピンＰの外縁に対応して立上がりそして立下がる波形が得られる。
【００２１】
このように２値化した受光信号波形の立上がり，立下がりの各エッジの位置または各エッジ間の中間位置が処理手段１１により算出されるが、設定手段１３により、例えば各エッジ間の中間位置を算出するように設定されていると、図３（ｂ）に示す各エッジをａ，ｂ，ｃ，ｄ，…，ｍ，ｎとして、エッジａとｂの位置の中間位置イ、エッジｃとｄの位置の中間位置ロ、以下同様にして各エッジの中間位置ハ、ニ、ホ、ヘ、トが算出され、続いて中間位置イ，ロ間のピッチが１番目のピッチデータＤ１として算出され、中間位置ロ，ハ間のピッチが２番目のピッチデータＤ２として算出され、以下同様にして３番目から６番目のピッチデータＤ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６が算出される。
【００２２】
そして、図３の場合、１番目と６番目のピッチデータＤ１，Ｄ６は本来のピンＰ間のピッチデータではなく、これらのピッチデータＤ１，Ｄ６を良否判定処理から除外する必要があるため、特定手段１２により、１番と６番のピッチ番号を予め指定し残りの２番ないし５番のピッチデータＤ２〜Ｄ５のみを良否判定処理に使用すべきデータとして特定することによって、これら特定されたピッチデータＤ２〜Ｄ５がそれぞれ所定の許容範囲内に入っているかどうかの判定が処理手段１１によってなされ、各ピッチデータＤ２〜Ｄ５のいすれもが許容範囲内に入っていればこのコネクタＫは良品であると判定され、各ピッチデータＤ２〜Ｄ５のうちいずれかひとつでも許容範囲内に入っていなければこのコネクタＫは不良品であると判定される。
【００２３】
このような良否判定の手順をフローチャートで示すと図１のようになり、特定手段１２の操作により、１番からＮ番までのピッチ番号のピッチデータのうち処理手段１１による良否判定処理に使用しないピッチ番号（図３のピッチデータＤ１，Ｄ６の番号である１番と６番）が指定されて処理に使用するピッチデータが予め特定され（ステップＳ１）、続いて測定処理（ステップＳ２）と演算処理（ステップＳ３）が行われる。
【００２４】
この測定処理とは、上記したように光ビーム走査手段１により走査される光ビームの途中にピンＰの列が光ビームの走査方向に平行になるようにコネクタＫを配置し、このコネクタＫに対して光ビーム走査手段１により光ビームを順次走査し、そのときの受光手段３からの受光信号を処理手段１１により２値化し、基部Ｂや各ピンＰの外縁に対応して立上がりそして立下がる波形を得るという処理であり、一方演算処理とは、上記したように設定手段１３の設定に応じてこのような２値化した受光信号波形の立上がり，立下がりの各エッジの位置または各エッジ間の中間位置を処理手段１１によって算出して１番から６番までのピッチデータＤ１〜Ｄ６を算出するという処理である。
【００２５】
そして、ステップＳ３の演算処理により算出された各ピッチデータが良否判定に使用すべきものかどうかを判断するために、まずピッチ番号ｉが１番を示す“１”に設定されたのち（ステップＳ４）、ピッチ番号ｉが特定手段１２により指定された番号か否かの判定がなされ（ステップＳ５）、この判定結果がＹＥＳであれば、このピッチ番号ｉのピッチデータは良否判定で使用しないようにキャンセルされ（ステップＳ６）、判定結果がＮＯであればステップＳ６の処理を経た後と共にステップＳ７に移行し、ピッチ番号ｉが最終値（ここでは“６”）に達したか否かの判定がなされ（ステップＳ７）、この判定結果がＮＯであればピッチ番号ｉが“ｉ＋１”に置き換えられてインクリメントされたのち（ステップＳ８）、ステップＳ５に戻り、判定結果がＹＥＳであれば、ピッチ番号ｉが最終値に達したとして、次の良否の判断処理に移行し（ステップＳ９）、その後処理ルーチンが終了する。このとき、ステップＳ５からステップＳ８の処理により、２番ないし５番のピッチデータＤ２〜Ｄ５のみが良否判断の処理に使用されることになる。
【００２６】
このステップＳ９の判断処理とは、処理に使用すべきデータとして特定されたピッチデータＤ２〜Ｄ５がそれぞれ所定の許容範囲内に入っているかどうかを判断する処理であり、これら各ピッチデータＤ２〜Ｄ５のいすれもが許容範囲内に入っていればこのコネクタＫは良品であると判定され、各ピッチデータＤ２〜Ｄ５のうちいずれかひとつでも許容範囲内に入っていなければこのコネクタＫは不良品であると判定される。
【００２７】
従って、上記実施形態によれば、処理手段１１の処理に使用しないピッチデータのピッチ番号を特定手段１２により指定して処理に使用するピッチデータを予め特定しておくことにより、処理手段１１により算出された各ピッチデータのうち必要なデータのみを処理することが可能になり、従来のように光ビームをマスク材料でマスクするための煩雑な作業が不要になり、簡単でかつ正確なピッチ測定を行うことができる。
【００２８】
また、設定手段１３により処理手段１１に対して受光信号波形の各エッジの位置または各エッジ間の中間位置のどちらを算出すべきかを設定するようにしたため、測定条件として、受光信号波形の各エッジの位置または各エッジ間の中間位置のいずれか一方しか選ぶことができない場合であっても、容易に対応することが可能になる。
【００２９】
なお、上記実施形態では、光ビーム発生手段としての光ビーム走査手段１を光ビーム発生器１ａ，多面鏡１ｂ，反射鏡１ｃ及びコリメータレンズ１ｄにより構成した場合について説明したが、音叉の先端に光ビーム発生器からの光ビームを反射して偏向する反射鏡を取り付け、振動手段により音叉を振動させて反射鏡を振動させることによって、偏向される光ビームを走査するようにした光ビーム走査手段を用いてもよいのは言うまでもない。
【００３０】
また、光ビーム発生手段は、レーザーダイオード等の発光素子からの光ビームをレンズによって平行ビームとするものであってもよく、この場合は図２に示すような集光レンズ２は必要がなく、例えば被測定物を透過してきた平行光ビームを受光手段としての１次元ＣＣＤにより受光し、ＣＣＤの出力信号波形の立上がり，立下がりの各エッジの位置または各エッジ間の中間位置のいずれかを処理手段によって算出すればよい。
【００３１】
さらに、上記した実施形態では、被測定物がコネクタＫである場合について説明したが、複数のピンを備えたＩＣやＬＳＩなどの半導体素子であってもよいのは勿論である。
【００３２】
このとき、例えば平坦な基部の一面に一定間隔毎に形成された櫛状の溝或いは凹部を有する被測定物に対しても、この発明を同様に実施することができる。
【００３３】
また、上記した実施形態では、特定手段１２によって処理手段１１による良否判定処理に使用するピッチデータを特定するために、１番からＮ番までのピッチ番号のピッチデータのうち良否判定処理に使用しないピッチ番号を指定操作しているが、特定手段１２によって良否判定処理に使用するピッチデータを直接指定することによって特定するようにしてもよいのは勿論であり、この場合も上記実施形態と同等の効果を得ることができる。
【００３４】
さらに、上記した実施形態では、処理手段１１が行う所定の処理を被測定物の良否判定とした場合について説明したが、処理手段１１の処理はこれに限定されるものではなく、被測定物の外径データを単に表示手段によって表示するだけの処理であってもよく、又上記した良否判定の結果に応じて処理手段１１により報知手段を駆動するようにして不良品の排除を促す処理を含んでいてもよい。
【００３５】
また、上記した実施形態では、処理手段１１により１番から６番までのピッチデータＤ１〜Ｄ６を算出するとしているが、算出するデータは６個に限らずコネクタＫその他の被測定物に応じた数のデータを算出すればよく、しかも処理手段１１の処理に使用するデータを特定する際に、上記した両端の１番と６番のピッチデータＤ１，Ｄ６だけでなく、その他のピッチデータも併せて指定してもよいのは言うまでもない。
【００３６】
さらに、上記した実施形態のようにコネクタＫの各ピンＰ間のピッチ（間隔）を測定する場合だけでなく、各ピンＰの径や幅等の外径を測定してもよいのは勿論である。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、請求項１記載の発明によれば、処理手段の処理に使用するデータを予め特定する特定手段を設けたため、従来のように煩雑な光ビームのマスク作業を行うことなく、処理手段により算出されるデータのうち不要なデータを演算において排除し必要なデータのみを処理することができ、簡単でかつ正確に被測定物の外径を測定することが可能になる。
【００３８】
また、請求項２記載のように、設定手段により処理手段に対してエッジの位置データまたはエッジとエッジの間の中間位置データのどちらを算出すべきかを設定できるようにしたことにより、測定条件として、受光信号波形のエッジの位置データまたはエッジとエッジの間の中間位置データのいずれか一方しか選ぶことができない場合でも、容易に対応することが可能になるという効果が得られる。
【００３９】
さらに、請求項４記載のように、請求項１ないし３記載の発明において、処理手段の行う所定の処理を被測定物の良否判定とすることによって、被測定物を確実に良否判定できる装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態の動作説明用のフローチャートである。
【図２】同上の全体構成の概略図である。
【図３】同上の動作説明図である。
【図４】従来例の全体構成の概略図である。
【図５】同上の動作説明図である。
【図６】同上の動作説明図である。
【符号の説明】
１光ビーム走査手段（光ビーム発生手段）
３受光手段
１１処理手段
１２特定手段
１３設定手段
Ｋコネクタ（被測定物）

Claims

光ビーム発生手段による光ビームを被測定物に照射し、その透過光または反射光を受光手段により受光し、この受光手段から出力される受光信号に基づき前記被測定物の外径を測定する外径測定装置であって、
前記受光信号波形の立上がり，立下がりのエッジを導出し、前記光ビームに基づき前記被測定物の外径を算出する算出手段と、
前記算出手段により算出されたデータのうち特定のデータを任意に指定する特定手段と、
前記特定手段により指定されたデータについて所定の処理を行なう処理手段とを備え、
前記データがエッジの位置データまたはエッジの間の中間位置データであることを特徴とする外径測定装置。
前記処理手段に対して前記エッジの位置データまたは前記中間位置データのどちらを算出すべきかの設定を行うための設定手段を更に備えていることを特徴とする請求項１記載の外径測定装置。
前記特定手段は、前記処理手段で処理する前記データを指定する、または前記処理手段で処理しない前記データを指定する手段であることを特徴とする請求項１または２記載の外径測定装置。
光ビーム発生手段による光ビームを被測定物に照射し、その透過光または反射光を受光手段により受光し、この受光手段から出力される受光信号に基づき前記被測定物の外径を測定する外径測定方法であって、
前記受光信号波形の立上がり，立下がりのエッジを導出し、前記光ビームに基づき前記被測定物の外径を算出する第１のステップと、
前記第１のステップにより算出されたデータのうち特定のデータを任意に指定する第２のステップと、
前記第２のステップにより指定されたデータについて所定の処理を行なう第３のステップからなり、
前記データがエッジの位置データまたはエッジの間の中間位置データであることを特徴とする外径測定方法。
前記第２のステップは、前記第３のステップで処理する前記データを指定する、または前記第３のステップで処理しない前記データを指定するステップであることを特徴とする請求項４に記載の外径測定方法。