JP3797704B2 - 光学式測定装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、テーブル上に載置された被測定物からの反射光または透過光を受光して、被測定物の寸法や形状などを測定する光学式測定装置に関する。詳しくは、テーブル上に載置された被測定物の姿勢を変えることなく被測定物の異なる複数の面の測定を行えるようにした光学式測定装置に関する。
【0002】
【背景技術】
従来、被測定物に光を照射し、その被測定物からの反射光を受光して被測定物の寸法などを測定する光学式測定装置は、被測定物を載置するテーブルの上方に光学系を配置し、この光学系から下方に向けて光を照射する構造であった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光学式測定装置の構造では、被測定物を載置するテーブルの上方に光学系を配置し、この光学系から下方に向けて光を照射する構造であったため、光学系の直下に位置する面しか測定することができない。従って、テーブル上に載置された被測定物の上面の測定に限定され、被測定物の側面を測定しようとする場合には、被測定物を回転させるなどの姿勢変更が必要であった。
【0004】
たとえば、図8に示すように、被測定物100の面101に加工された孔1021,1022 の直径D1,D2 や間隔Lの測定と、被測定物100の面101と直角な面103に加工された溝104の幅Wの測定とを行う場合、まず、被測定物100の面101が上になるように被測定物100をテーブル上にセットして孔1021,1022 の直径D1,D2 や間隔Lの測定を行ったのち、被測定物100を90度回転させて面103が上になるように被測定物100をテーブル上にセットし、この状態で溝104の幅Wの測定を行わなければならない。
【0005】
本発明の目的は、テーブル上に載置された被測定物の姿勢を変えることなく被測定物の異なる複数の面の測定が行える光学式測定装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の光学式測定装置は、被測定物を載置するテーブルと、このテーブル上に載置された被測定物からの反射光または透過光を受光する光学系とを有し、この光学系で得られた受光画像から被測定物の寸法や形状などを測定する光学式測定装置において、前記被測定物からの反射光または透過光の光路を曲げて前記光学系に入射させる光学素子を備え、この光学素子は、前記光学系の光軸に対して直交する軸を支点として回動自在に支持されているとともに、前記光学系の光軸を中心として回転可能に設けられていることを特徴とする。
【0007】
このような構成によれば、テーブル上に載置された被測定物からの反射光または透過光(自然光を含む)は、光学素子によって光路が曲げられ光学系に入射される。たとえば、テーブルの真上に光学系を配置した場合、被測定物の側面からの反射光を光学素子によって曲げて光学系に入射させることができるから、テーブル上に載置された被測定物の側面の寸法や形状などを測定することができる。従って、テーブル上に載置された被測定物の姿勢を変えることなく被測定物の異なる複数の面の測定が行える。
また、光学素子は、光学系の光軸を中心として回転可能に設けられているから、テーブル上に載置された被測定物の姿勢を変えることなく、被測定物の複数の側面の寸法や形状も測定することができる。
【0008】
本発明の光学式測定装置において、前記光学系は、前記テーブルの上方から下方に向けて光を照射しその反射光を受光し、前記光学素子は、前記光学系からの光の光路を曲げて前記被測定物の側面に照射するとともに、前記被測定物からの反射光を前記光学系に入射させることが好ましい。
【0009】
このような構成によれば、光学系からテーブルに向かって照射された光は、光学素子によって光路が曲げられ被測定物の側面に照射される。被測定物の側面からの反射光は、光学素子によって光学系に入射されるから、テーブル上に載置された被測定物の側面の寸法や形状などを測定することができる。従って、テーブル上に載置された被測定物の姿勢を変えることなく被測定物の側面の測定が行える。
【0010】
以上の構成において、光学素子としては、光路折り曲げミラーが望ましい。この場合、光路折り曲げミラーは、上端部が前記光学系の下端部にその光学系の光軸に対して直交する軸を支点として回動自在に支持され、前記光学系の光軸と平行な位置から光学系の光軸と交差しかつ光軸に対して傾斜した角度位置まで回動可能に設けられていることが望ましい。
【0011】
このようにすれば、光路折り曲げミラーを上端部を支点として回動させ、光学系の光軸と平行な位置まで回動させれば、光路折り曲げミラーを光学系の光軸から退避させることができるので通常の測定(上面測定)が行え、また、光路折り曲げミラーを上端部を支点として回動させ、光学系の光軸に対して交差した角度位置まで傾斜させれば、側面測定に切り替えることができるので、測定面の切替えを簡単かつ迅速に行うことができる。
【0013】
本発明の光学式測定装置において、前記光路折り曲げミラーの前記光軸を中心とする回転角を検出するミラー回転角検出センサを備えることが好ましい。
【0014】
このような構成によれば、光路折り曲げミラーの光軸を中心とする回転角度を検出するミラー回転角検出センサを備えているから、そのミラー回転角検出センサで検出した光路折り曲げミラーの回転角に応じた座標変換データをセットすることにより、被測定物の複数の側面の寸法や形状も簡単に測定することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図を参照しながら詳細に説明する。
図1は本実施形態にかかる光学式測定装置の測定機を示す斜視図である。同測定機は、水平部1Aおよび起立部1Bを有する本体1と、この本体1の水平部1A上に左右および前後方向(XおよびY軸方向)へ移動可能に設けられかつ上面に被測定物100を載置するテーブル2と、前記本体1の起立部1Bに上下方向(Z軸方向)へ昇降可能に設けられ下方に向けて(テーブル2上に向けて)光を照射しその反射光を受光する光学系3とから構成されている。
【0016】
図2は前記光学系3の斜視図、図3はその一部を切欠いた側面図である。同光学系3は、ケース11と、このケース11の下面側に取り付けられた対物レンズ12と、この対物レンズ12の光軸上に沿って配置されたビームスプリッタ13、チューブレンズ14およびCCDカメラ15と、照明装置16とから構成されている。照明装置16は、光源(図示省略)と、この光源からの光を前記ケース11内に導入する光ファイバ17と、この光ファイバ17によってケース11内に導入された光を前記ビームスプリッタ13へ反射するミラー18とから構成されている。
【0017】
前記対物レンズ12の外周には、ミラー保持リング21が前記光軸を中心として回転可能に設けられている。ミラー保持リング21の下面には、前記光学系3からの光の光路を曲げて被測定物100の側面に照射するとともに、被測定物100からの反射光を前記光学系3に入射させる光学素子としての光路折り曲げミラー22が設けられているとともに、第1および第2のストッパ23,24が設けられている。光路折り曲げミラー22は、上端部が前記ミラー保持リング21の下面に光学系3の光軸に対して直交する軸を支点として回動自在に支持され、前記第1のストッパ23に当接した位置(前記光学系3の光軸と平行な位置)から前記第2のストッパ24に当接した位置(光学系3の光軸と交差しかつ光軸に対して45度で傾斜した角度位置)まで回動可能に設けられている。
【0018】
図4は本実施形態にかかる光学式測定装置の制御装置を示すブロック図である。同制御装置は、CPU41を備える。CPU41には、表示制御部42を介してCRT43が、照明制御部44を介して前記照明装置16が、フレームグラバ45を介して前記CCDカメラ15がそれぞれ接続されている。また、ミラー駆動部46、前記テーブル2のX軸方向の位置を検出するX軸エンコーダ47、前記テーブル2のY軸方向の位置を検出するY軸エンコーダ48、前記光学系3のZ軸方向の位置を検出するY軸エンコーダ49、指令入力部50がそれそれ接続されている。
【0019】
前記ミラー駆動部46には、前記光路折り曲げミラー22を上端部を支点として下端をはね上げるミラーはね上げモータ51と、前記ミラー保持リング21を前記光軸を中心として回転させるミラー回転モータ52と、このミラー回転モータ52によって回転されるミラー保持リング21の回転角を検出するミラー回転角検出センサ53とがそれぞれ接続されている。
【0020】
次に、本実施形態の作用を図5のフローチャートを参照しながら説明する。
たとえば、図8に示す被測定物100の測定を行う場合には、面101が上になるように被測定物100をテーブル2上にセットしたのち、最初は通常の測定モードで面101に加工された孔1021,1022 の直径D1,D2 や間隔Lの測定を行い、次に、側面測定モードに切り換えたのち、面103に加工された溝104の幅Wの測定を行う。
【0021】
通常の測定モードでは、光路折り曲げミラー22が第1のストッパ23に当接した状態、つまり、光学系3の光軸と平行となった状態にある。従って、照明装置16の光ファイバ17から出た光は、ミラー18で反射され、ビームスプリッタ13、対物レンズ12を通じて被測定物100の上面に照射される。つまり、被測定物100の面101に照射される。被測定物100の上面101からの反射光は、対物レンズ12、ビームスプリッタ13、チューブレンズ14を経てCCDカメラ15で受光される。これにより、被測定物100の上面101の孔1021,1022 の直径D1,D2 や間隔Lを測定することができる。
【0022】
次に、側面測定モードに切り換える。これには、指令入力部50から側面測定モードを指令する。すると、CPU41は、図5のフローチャートに示す手順で処理を実行する。まず、ステップ(以下、STと記す)1において、ミラーはね上げモータ51を駆動させて光路を曲げる。ミラーはね上げモータ51が駆動されると、ミラー22が図3の二点鎖線の位置から実線の位置まで回動されるから、対物レンズ12から出た光は、ミラー22で直角方向へ反射され(テーブル2の上面と略平行な方向へ折り曲げられ)、被測定物100の側面に照射される。つまり、被測定物100の面103に照射される。
【0023】
次に、ST2において、ミラー回転角検出センサ53によってミラー22の回転角を検出したのち、ST3へ進み座標変換データをセットする。ここでは、ミラー22の回転角に応じた座標変換データをセットする。続いて、ST4において、測定作業を行う。これには、被測定物100の側面103からの反射光が、ミラー22、対物レンズ12、ビームスプリッタ13、チューブレンズ14を経てCCDカメラ15で受光されるから、被測定物100の側面103の溝104の幅Wを測定することができる。
【0024】
次に、ST5において、ミラー回転指令の有無、つまり、指令入力部50からミラー回転指令が入力されたか否かをチェックする。ここで、ミラー回転指令が有れば、ST2へ戻る。ミラー回転指令がなければ、ST7で側面測定モード終了かをチェックしたのち、ST4へ戻る。
最後に、ST8において、ミラーはね上げモータ51を駆動させて光路を元の状態に戻す。
【0025】
本実施形態によれば、光学系3の下端部に、その光学系3からの光の光路を直角に曲げるとともに、その方向からの反射光を光学系3に入射させる光路折り曲げミラー22を設けたので、光学系3からテーブル2に向かって真下に照射された光をテーブル2の上面と平行に反射して被測定物100の側面103に照射させることができ、また、被測定物100の側面103からの反射光を直角に反射して光学系3に入射させることができるから、テーブル2上に載置された被測定物100の姿勢を変えることなく、側面103の寸法や形状なども測定することができる。
【0026】
また、光路折り曲げミラー22の上端部を光学系3の下端部にその光学系3の光軸に対して直交する軸を支点として回動自在に支持したので、その上端を支点として光路折り曲げミラー22を回動させ、光学系3の光軸と平行な位置まで回動させれば、光路折り曲げミラー22を光学系3の光軸から退避させることができるので通常の測定(上面測定)が行え、また、光路折り曲げミラー22を上端部を支点として回動させ、光学系3の光軸に対して45度の角度まで傾斜させれば、側面測定モードに切り換えることができるので、測定面の切替えを簡単かつ迅速に行うことができる。
【0027】
また、対物レンズ12の外周にミラー保持リング22を光学系3の光軸を中心として回動自在に設け、このミラー保持リング22に光路折り曲げミラー22を設けたので、つまり、光路折り曲げミラー22を光学系3の光軸を中心として回動自在に設けたので、テーブル2上に載置された被測定物100の姿勢を変えることなく被測定物100の複数の側面の測定を行うことができる。
【0028】
また、光路折り曲げミラー22の回転角を検出するミラー回転角検出センサ53を備えているから、そのミラー回転角検出センサ53で検出した光路折り曲げミラー22の回転角に応じた座標変換データをセットすることにより、被測定物100の複数の側面の寸法や形状も簡単に測定することができる。
【0029】
以上述べた実施形態では、光学系3の下端部に光路折り曲げミラー22を回動自在に支持したが、テーブル2上に光路折り曲げミラー22を固定するようにしてもよい。たとえば、図6に示すように、コネクタ110のコネクタピン111の高さ寸法Hを測定しようとする場合、テーブル2の上面に置き台61を介してコネクタ110をセットするとともに、その測定面側(つまり、コネクタピン111側)に光路折り曲げミラー22を45度の角度で固定するようにしてもよい。
【0030】
このようにした場合、まず、テーブル2のX,Y軸方向の移動によって、光学系3の真下に光路折り曲げミラー22を位置させる。すると、光学系3からの光は、光路折り曲げミラー22によってテーブル2の上面と平行に曲げられ、コネクタ110のコネクタピン111に照射されるから、その反射光を基にコネクタピン111の高さ寸法Hを測定することができる。この場合、図7に示すように、置き台61の幅をコネクタピン111の幅寸法に対応させるようにすれば、光路折り曲げミラー22によって曲げられた光が置き台61によって蹴られることもない。しかも、その上面や側面に反射防止処理などを施しておけば、鮮明なエッジを得ることができる。
【0031】
また、上記実施形態で挙げた光路折り曲げミラー22に代えて、ハーフミラーやプリズムなどを用いれば、上述した効果に加え、光路折り曲げミラー22を回動自在に構成しなくてもよいから、簡単に構成することができる利点がある。
また、上記実施形態では、光学系3から下方へ向けて光を照射しその反射光を受光するようにしたが、光学系3から光を照射しなくてもよい。光学系3は、自然光による被測定物100からの反射光を単に受光するものでもよく、あるいは、被測定物100からの透過光を受光するものでもよい。
【0032】
【発明の効果】
本発明の光学式測定装置によれば、テーブル上に載置された被測定物の姿勢を変えることなく被測定物の異なる複数の面の測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態の測定機を示す斜視図である。
【図2】同上実施形態における光学系を示す斜視図である。
【図3】同上実施形態における光学系を示す側面図である。
【図4】同上実施形態における制御装置を示すブロック図である。
【図5】同上実施形態における側面測定モードのフローチャートである。
【図6】本発明の他の実施形態を示す図である。
【図7】同上他の実施形態における被測定物および置き台を示す斜視図である。
【図8】被測定物の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
2 テーブル
3 光学系
21 ミラー保持リング
22 光路折り曲げミラー(光学素子)
100 被測定物
101 面(上面)
103 面(側面)
110 被測定物
Claims (5)
- 被測定物を載置するテーブルと、このテーブル上に載置された被測定物からの反射光または透過光を受光する光学系とを有し、この光学系で得られた受光画像から被測定物の寸法や形状などを測定する光学式測定装置において、
前記被測定物からの反射光または透過光の光路を曲げて前記光学系に入射させる光学素子を備え、
この光学素子は、前記光学系の光軸に対して直交する軸を支点として回動自在に支持されているとともに、前記光学系の光軸を中心として回転可能に設けられていることを特徴とする光学式測定装置。 - 請求項1に記載の光学式測定装置において、
前記光学系は、前記テーブルの上方から下方に向けて光を照射しその反射光を受光し、前記光学素子は、前記光学系からの光の光路を曲げて前記被測定物の側面に照射するとともに、前記被測定物からの反射光を前記光学系に入射させることを特徴とする光学式測定装置。 - 請求項2に記載の光学式測定装置において、
前記光学素子は、光路折り曲げミラーによって構成されていることを特徴とする光学式測定装置。 - 請求項3に記載の光学式測定装置において、
前記光路折り曲げミラーは、上端部が前記光学系の下端部にその光学系の光軸に対して直交する軸を支点として回動可能に支持され、前記光学系の光軸と平行な位置から光学系の光軸と交差しかつ光軸に対して傾斜した角度位置まで回動可能に設けられていることを特徴とする光学式測定装置。 - 請求項4に記載の光学式測定装置において、
前記光路折り曲げミラーの前記光軸を中心とする回転角を検出するミラー回転角検出センサを備えたことを特徴とする光学式測定装置。
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