JP4012798B2 - Method and apparatus for measuring surface roughness using laser reflected light - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非接触式の表面粗さ測定方法であって、レーザ反射光による表面粗さ測定方法及びその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、被測定物の表面粗さの測定方法としては、目視比較照合によるものや接触針方式がある。
目視比較照合は、比較用表面粗さ標準片と被測定物の表面を目視により比較照合を行い、被測定物の表面に最も近いと思われる基準面を比較用表面粗さ標準片から選び出し、その基準面の粗さ番号を被測定物の表面粗さとするものである。また、接触針方式は、接触針としてダイヤモンド針を使用し、被測定物の表面を一定の接触圧を加えて走査することにより、被測定物の表面の凹凸を直接的に測定することにより表面粗さを測定するものであり、広く普及している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、目視比較照合は、人の視覚によるため、測定者の経験が必要であり、測定者によって表面粗さの測定精度に差があった。
また、接触針方式では、接触針を被測定物の表面に接触させるために、特に被測定物の表面が柔らかいものである場合に、被計測物の表面を傷つけることがあった。さらに、被測定物の表面が硬いものであっても、接触針の摩耗による測定誤差を生じたり、走査速度や接触圧等の測定条件によって接触針が被測定物の表面の凹凸を飛び越えることによる測定誤差が生じたりするという課題があった。
【0004】
また、被測定物の表面に傷をつけない測定方法として、非接触方式である光波干渉式による測定方法があるが、光学系が複雑であり、被測定物の材質や表面の形状による反射率の違いによって、測定結果に大きく影響を受けるために、被測定物の材質や形状が異なるものには使用できないという課題があった。
【0005】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は上記課題を解決するために、レーザ投光機を被測定物の表面の法線方向から基準角度傾けてレーザ光を前記被測定物の表面に照射し、次に、レーザ光の前記被測定物への照射点を中心に前記レーザ投光機を傾き方向に偏向させることによりレーザ光の照射角度を前記基準角度から変化させながらレーザ光を照射すると共に、前記被測定物の表面に対向する向きに固定した撮像機により前記レーザ光の反射光である粒状斑点模様を撮像し、レーザ光を前記基準角度から照射したときの粒状斑点模様である基準粒状斑点模様を基準にして、レーザ光の照射角度を前記基準角度から変化させたときの粒状斑点模様である変化粒状斑点模様の変化を測定することにより前記被測定物の表面粗さを求めるレーザ反射光による表面粗さ測定方法を提供するものである。
本発明によれば、レーザ光の照射角度を前記基準角度から変化させながらレーザ光を照射することによってレーザ光の反射光である粒状斑点模様が変化し、被測定物の表面粗さの違いにより変化速度が異なるという性質があり、この粒状斑点模様の変化により被測定物の表面粗さを求めるから、被測定物の材質・形状等の測定面の影響を受けることなく非接触式により被測定物の表面粗さを測定することができ、被測定物の表面に傷つけることがなく、測定者の経験によらず一定の精度で表面粗さの測定をすることができる。
【0006】
また、本発明は、レーザ投光機を被測定物の表面の法線方向から基準角度傾けてレーザ光を前記被測定物の表面に照射すると共に、前記被測定物の表面に対向する向きに設けた撮像機により前記レーザ光の反射光である粒状斑点模様を撮像し、次に、レーザ光の前記被測定物への照射点を中心に前記レーザ投光機と前記撮像機を結ぶ方向に前記被測定物を前記レーザ投光機と前記撮像機に対して相対的に偏向させることによりレーザ光の照射角度を前記基準角度から変化させながらレーザ光を照射し、レーザ光を前記基準角度から照射したときの粒状斑点模様である基準粒状斑点模様を基準にして、レーザ光の照射角度を前記基準角度から変化させたときの粒状斑点模様である変化粒状斑点模様の変化を測定することにより前記被測定物の表面粗さを求めるレーザ反射光による表面粗さ測定方法を提供するものである。
本発明によれば、被測定物をレーザ投光機と撮像機に対して相対的に偏向させることによりレーザ光の被測定物への照射角度を変化させることができると共に、前記被測定物を偏向させることによってもレーザ光の照射角度を前記基準角度から変化させることができ、容易にレーザ光の照射角度を変化させることができる。
【0007】
また、本発明は、前記被測定物の表面に対向する撮像機の向きが前記被測定物の表面の略法線方向である請求項1又は2に記載のレーザ反射光による表面粗さ測定方法を提供するものである。
本発明によれば、被測定物の表面の凹凸による死角の影響を受けることなく前記粒状斑点模様を撮像することができるから、表面粗さを精度良く測定することができる。
【0008】
また、本発明は、レーザ光の各照射角度において前記基準粒状斑点模様と前記変化粒状斑点模様の変化量を算出し、該変化量から変化率(変化量/照射角度の変化量)を算出することにより前記被測定物の表面粗さを求める請求項1乃至3のいずれかに記載のレーザ反射光による表面粗さ測定方法を提供するものである。
【0009】
また、本発明は、前記基準粒状斑点模様と前記変化粒状斑点模様の変化量が、前記基準粒状斑点模様と前記変化粒状斑点模様の一致度の変化量である請求項4に記載のレーザ反射光による表面粗さ測定方法を提供するものである。
本発明によれば、基準粒状斑点模様と変化粒状斑点模様の一致度によっても粒状斑点模様の変化を測定することができ、一致度の変化量から被測定物の表面粗さを求めることができる。
【0010】
また、本発明は、前記基準粒状斑点模様と前記変化粒状斑点模様の一致度の変化を前記変化粒状斑点模様の移動距離の関数で表し、該関数の係数から前記被測定物の表面粗さを求めるようにした請求項5に記載のレーザ反射光による表面粗さ測定方法を提供するものである。
本発明によれば、前記関数の係数からレーザ光照射部分の2乗平均表面粗さを求めることができ、被測定物の表面粗さを直接的に求めることができる。
【0011】
また、本発明は、前記関数の一次の項の係数から前記被測定物の表面粗さを求めるようにした請求項6に記載のレーザ反射光による表面粗さ測定方法を提供するものである。
本発明によれば、表面粗さが増す毎に前記関数の一次の項の係数の絶対値が大きくなるという関係があるから、前記関数の一次の項の係数によって測定物の表面粗さを直接的に求めることができる。
【0012】
また、本発明は、表面粗さが既知である複数の標準片の標準変化率を予め測定しておき、測定した被測定物の前記変化率を前記標準変化率と比較照合することにより前記被測定物の表面粗さを求める請求項4又は5に記載のレーザ反射光による表面粗さ測定方法を提供するものである。
本発明によれば、被測定物の変化率に最も近い標準片の標準変化率を選び出すことにより、被測定物の表面粗さを標準片の表面粗さにより表すことができると共に、表面粗さが増す毎に変化率が大きくなるという関係から各標準片の表面粗さの中間値も表すことができる。
【0013】
また、本発明は、撮像した前記粒状斑点模様を相関法により画像処理し、前記基準粒状斑点模様に対する前記変化粒状斑点模様の変化を測定する請求項1乃至8のいずれかに記載のレーザ反射光による表面粗さ測定方法を提供するものである。
本発明によれば、撮像した前記粒状斑点模様を相関法により画像処理することにより、容易に変化粒状斑点模様の変化を測定することができる。
【0014】
また、本発明は、前記相関法が位相限定相関法であり、前記粒状斑点模様の輪郭画像により前記基準粒状斑点模様に対する前記変化粒状斑点模様の変化を測定する請求項9に記載のレーザ反射光による表面粗さ測定方法を提供するものである。
本発明によれば、位相限定相関法により画像処理し、前記粒状斑点模様のフーリエ変換の位相成分に対応する輪郭画像のみを比較するから、レーザ光の照度や被測定物の反射率等の違いによる粒状斑点模様の明暗レベルの変動によって測定誤差を生じないと共に、粒状斑点模様のデータ量が少なくなるので演算速度が早くなり、表面粗さの測定時間を短くすることができる。
【0015】
また、本発明は、被測定物の表面に法線方向から基準角度傾けてレーザ光を照射するように設けたレーザ投光機と、レーザ光の前記被測定物への照射点を中心に前記レーザ投光機を傾き方向に偏向させることによりレーザ光の照射角度を前記基準角度から変化させる照射角度調整機構と、前記レーザ光の反射光である粒状斑点模様を撮像するように前記被測定物の表面に対向する向きに固定して設けた撮像機と、レーザ光を前記基準角度から照射したときの粒状斑点模様である基準粒状斑点模様を基準にして、レーザ光の照射角度を前記基準角度から変化させたときの粒状斑点模様である変化粒状斑点模様の変化を測定することにより前記被測定物の表面粗さを求める画像処理装置とからなるレーザ反射光による表面粗さ測定装置を提供するものである。
本発明によれば、レーザ光の照射角度を前記基準角度から変化させながらレーザ光を照射することによってレーザ光の反射光である粒状斑点模様が変化し、被測定物の表面粗さの違いにより変化速度が異なるという性質があり、この粒状斑点模様の変化により被測定物の表面粗さを求めるので、被測定物の材質・形状等の測定面の影響を受けることなく非接触式により被測定物の表面粗さを測定することができ、被測定物の表面に傷つけることがなく、測定者の経験によらず一定の精度で表面粗さの測定をすることができる。
【0016】
また、本発明は、被測定物の表面に法線方向から基準角度傾けてレーザ光を照射するように設けたレーザ投光機と、前記レーザ光の反射光である粒状斑点模様を撮像するように前記被測定物の表面に対向する向きに設けた撮像機と、レーザ光の前記被測定物への照射点を中心に前記レーザ投光機と前記撮像機を結ぶ方向に前記被測定物を前記レーザ投光機と前記撮像機に対して相対的に偏向させることによりレーザ光の照射角度を前記基準角度から変化させる照射角度調整機構と、レーザ光を前記基準角度から照射したときの粒状斑点模様である基準粒状斑点模様を基準にして、レーザ光の照射角度を前記基準角度から変化させたときの粒状斑点模様である変化粒状斑点模様の変化を測定することにより前記被測定物の表面粗さを求める画像処理装置とからなるレーザ反射光による表面粗さ測定装置を提供するものである。
本発明によれば、被測定物をレーザ投光機と撮像機に対して相対的に偏向させることによりレーザ光の被測定物への照射角度を変化させることができると共に、前記被測定物を偏向させることによってもレーザ光の照射角度を前記基準角度から変化させることができるから、照射角度調整機構の構造を簡素化することができる。
【0017】
また、本発明は、前記画像処理装置は、レーザ光の各照射角度において前記基準粒状斑点模様と前記変化粒状斑点模様の変化量を算出し、該変化量から変化率(変化量/照射角度の変化量)を算出することにより前記被測定物の表面粗さを求めるようにした請求項11又は12に記載のレーザ反射光による表面粗さ測定装置を提供するものである。
【0018】
また、本発明は、前記基準粒状斑点模様と前記変化粒状斑点模様の変化量が、前記基準粒状斑点模様と前記変化粒状斑点模様の一致度の変化量である請求項13に記載のレーザ反射光による表面粗さ測定装置を提供するものである。
本発明によれば、基準粒状斑点模様と変化粒状斑点模様の一致度によっても粒状斑点模様の変化を測定することができ、被測定物の表面粗さを求めることができる。
【0019】
また、本発明は、前記画像処理装置は、前記基準粒状斑点模様と前記変化粒状斑点模様の一致度の変化を前記変化粒状斑点模様の移動距離の関数で表し、該関数の係数から前記被測定物の表面粗さを求めるようにした請求項14に記載のレーザ反射光による表面粗さ測定装置を提供するものである。
本発明によれば、前記関数の係数からレーザ光照射部分の2乗平均表面粗さを求めることができ、被測定物の表面粗さを直接的に求めることができる。
【0020】
また、本発明は、前記画像処理装置は、前記関数の一次の項の係数から前記被測定物の表面粗さを求めるようにした請求項15に記載のレーザ反射光による表面粗さ測定装置を提供するものである。
本発明によれば、表面粗さが増す毎に前記関数の一次の項の係数の絶対値が大きくなるという関係があるから、前記関数の一次の項の係数によって測定物の表面粗さを直接的に求めることができる。
【0021】
また、本発明は、前記画像処理装置は、予め測定した表面粗さが既知である複数の標準片の標準変化率を記憶する記憶装置を有し、前記被測定物の前記変化率を前記標準変化率と比較照合して、前記被測定物の表面粗さを求めるようにした請求項13又は14に記載のレーザ反射光による表面粗さ測定装置を提供するものである。
本発明によれば、被測定物の変化率に最も近い標準片の標準変化率を選び出すことにより、被測定物の表面粗さを標準片の表面粗さにより表すことができると共に、表面粗さが増す毎に変化率が大きくなるという関係から各標準片の表面粗さの中間値も表すことができる。
【0022】
また、本発明は、前記画像処理装置は、撮像した前記粒状斑点模様を相関法により画像処理する相関処理機能を有し、この相関処理機能により前記基準粒状斑点模様に対する前記変化粒状斑点模様の変化を測定するようにした請求項11乃至17のいずれかに記載のレーザ反射光による表面粗さ測定装置を提供するものである。
本発明によれば、撮像した前記粒状斑点模様を相関法により画像処理することにより、容易に変化粒状斑点模様の変化を測定することができる。
【0023】
また、本発明は、前記相関法が位相限定相関法であり、前記粒状斑点模様の輪郭画像により前記基準粒状斑点模様に対する前記変化粒状斑点模様の変化を測定するようにした請求項18に記載のレーザ反射光による表面粗さ測定装置を提供するものである。
本発明によれば、位相限定相関法により画像処理し、前記粒状斑点模様のフーリエ変換の位相成分に対応する輪郭画像のみを比較するから、レーザ光の照度や被測定物の反射率等の違いによる粒状斑点模様の明暗レベルの変動によって測定誤差を生じないと共に、粒状斑点模様のデータ量が少なくなるので演算速度が早くなり、表面粗さの測定時間を短くすることができる。
【0024】
また、本発明は、前記撮像機が、CCD素子と、該CCD素子の前方に設けた外来光を遮断する暗視筒とからなる請求項11乃至19のいずれかに記載のレーザ反射光による表面粗さ測定装置を提供するものである。
本発明によれば、CCD素子によりレーザ光の反射光である粒状斑点模様を直接撮像することができ、暗視筒により周囲が明るい場所でも粒状斑点模様を撮像することができる。
【0025】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図示する実施例に基づいて説明する。
図1又は図2に示す実施例において、本発明に係るレーザ反射光による表面粗さ測定装置は、被測定物9の表面に法線方向から基準角度θs傾けてレーザ光を照射するように設けたレーザ投光機1と、レーザ光の被測定物9への照射点10を中心にレーザ投光機1を傾き方向に偏向させることによりレーザ光の照射角度を基準角度θsから変化させる照射角度調整機構2と、レーザ光の反射光である粒状斑点模様を撮像するように被測定物9の表面に対向する向きに固定して設けた撮像機であるCCDカメラ3と、レーザ光を基準角度θsから照射したときの粒状斑点模様である基準粒状斑点模様11aを基準にして、レーザ光の照射角度を基準角度θsから変化させたときの粒状斑点模様である変化粒状斑点模様11bの変化を測定することにより被測定物9の表面粗さを求める画像処理装置4とから構成してある。
【0026】
本発明に係るレーザ反射光による表面粗さ測定装置は、以下に示す基本原理に基づいて被測定物9の表面粗さを測定するものである。
図3に示すように、被測定物9にレーザ光を照射すると、被測定物9の表面の凹凸によってレーザ光は乱反射し、干渉により粒状斑点模様が生じる。レーザ光の照射点10の位置を固定した状態で照射角度を基準角度θsから微小角度δθずつ変化させながら照射すると、図6(a)に示すように、照射角度の変化に応じて粒状斑点模様が移動すると共に、粒状斑点模様の形状が変化するという性質がある。この粒状斑点模様の変化の度合は、被測定物9の表面の凹凸の平均高さhが高くなるにしたがって大きくなるという関係がある。
【0027】
このとき、図4に示すように、レーザ投光機1からレーザ光を基準角度θsで照射したときの基準粒状斑点模様11aと、レーザ光の照射角度を微小角度δθだけ傾けたときの変化粒状斑点模様11bの相関をとると、相互相関関数の最大値C12(Ax)と最大値の位置Axの関係は、比例係数を除いて数1に示すように表される。
【0028】
【数1】
【0029】
数1において、σhは被測定物9の表面の2乗表面粗さ、k(=2π/λ)は波数、θ0は被測定物9の表面の法線方向とCCD素子17の撮像方向とのなす角度、L0はレーザ光の照射点10とCCD素子17の間の距離を示す。また、最大値の位置Axは数2に示すように表され、レーザ光の照射角度の変化δθによる粒状斑点模様の移動距離を意味する。
【0030】
【数2】
【0031】
図4に示すように、レーザ光を基準角度θsで照射したときの基準粒状斑点模様11aの自己相関をとり、その結果を3次元表示すると、図6(b)に示すような中央に最大値C11を有する形状になる。
次に、レーザ光の照射角度をδθ変化させたときの変化粒状斑点模様11bと基準粒状斑点模様11aとの相互相関をとり、その結果を3次元表示すると、図6(b)に示すように最大値の位置がAxだけ移動し、最大値C12が前記最大値C11より減少した形状になる。この最大値C12に着目して、自己相関関数の最大値C11に対する相互相関関数の最大値C12の割合を百分率で表したものが一致度である。
また、相互相関関数の最大値の位置の移動距離(Ax)は、粒状斑点模様の移動量を示しており、レーザ光の照射角度の変化分に相当する。
本発明に係るレーザ反射光による表面粗さ測定装置は、前記一致度の変化を移動距離(Ax)に対して表した一致度変化率によって被測定物9の表面粗さを求めるようにしてある。
【0032】
なお、基準粒状斑点模様11aと変化粒状斑点模様11bの変化量を算出し、該変化量から変化率(変化量/照射角度の変化量)を算出することにより被測定物の表面粗さを求めることも可能である。
ここで、基準粒状斑点模様11aと変化粒状斑点模様11bの変化量とは、粒状斑点模様の輪郭、又は輪郭と濃淡の変化量をいい、上述のように基準粒状斑点模様11aと変化粒状斑点模様11bをとった場合には、相互相関関数の最大値C12の差によって表される。
【0033】
相関関数の計算には、粒状斑点模様の各画像のフーリエ変換の共役積をとり、それをフーリエ変換して求めることができる。または、フーリエ変換の共役積をとる代わりに、フーリエ変換の位相部分のみを使用する位相限定相関法を使用することもできる。図示の実施例では、位相限定相関法を使用して相関関数を求めるようにしてあり、位相限定相関法を使用した本測定装置の構成について説明する。
【0034】
図1又は図2に示す実施例において、レーザ投光機1は、レーザ素子、冷却回路、駆動回路、及びレンズより構成され、被測定物9に安定した粒状斑点模様を描くために、直進性・高輝度・指向性・干渉性に優れたレーザ光を被測定物9の表面に照射するようにしてある。
図示の実施例では、レーザ投光機1は、波長670nm、出力4mWの赤色光を使用し、平行光を照射するようにしてある。レーザ投光機1のレンズは、照射するレーザ光のビーム径を変えることができるように設けてあり、レーザ光を照射した領域での平均表面粗さを直接求めることができるように構成してある。また、表面粗さ測定中において、粒状斑点模様の大きさを一定に維持するために、照射するレーザ光のビーム径は固定することができるようにしてある。
なお、レーザ光は、平行光に限らず、収束光、発散光のいずれを使用することもできる。
【0035】
照射角度調整機構2は、図2に示すように、回転軸12と、レーザ投光機1を保持する保持部材13と、該保持部材13を回転軸12に支持する支持部材14とからなる。
保持部材13は、回転軸12の軸中心の延長線上の照射点10にレーザ光を照射することができるように、レーザ投光機1を保持するように設けてある。この構成により、回転軸12を中心に回動してレーザ投光機1の向きを偏向しても、常に照射点10にレーザ光を照射することができると共に、投光機1と照射点10の距離を一定に保った状態でレーザ光の照射角度を変化させることができる。従って、投光機1と照射点10の距離変化による粒状斑点模様の変化を防ぐことができ、レーザ光の照射角度の変化による粒状斑点模様の変化を測定することができる。
【0036】
また、回転軸12には、ステッピングモータ15を設けてあり、微小角度δθずつ回転軸12を回動させて、レーザ投光機1の向きを偏向することができるようにしてある。回転軸12の回動手段は、安定して回動させることができるから、ステッピングモータを使用することが好ましいが、表面粗さを求めるときに角度δθの値は必ずしも必要でないことから、回動角度の調整が容易なサーボモータにより回動させることもでき、ラチェット機構により微小角度δθずつ回動して固定することができるようにすることも可能である。
また、16は、被測定物9を固定する固定器具であり、図示の実施例では、X−Yステージを使用して被測定物9の表面粗さ測定箇所を照射点10に合わせて固定することができるようにしてある。
【0037】
CCDカメラ3は、CCD素子(Charge Coupled Device:電荷結合素子)17と該CCD素子17の前方に設けた外来光を遮断する暗視筒18とからなり、レンズを介さないで粒状斑点模様を直接撮像するように構成してある。
また、CCDカメラ3は、CCD素子17により被測定物9に描く粒状斑点模様を撮像し、アナログ信号で画像処理装置4へ出力するようにしてある。
【0038】
また、図1又は図2に示すように、CCDカメラ3は、被測定物9の表面の法線方向に固定して設けてある。被測定物9の表面の凹凸による死角の影響を受けることなく粒状斑点模様を撮像することができ、精度良く表面粗さを測定することができるから、CCDカメラ3を被測定物9の表面の法線方向に設けることが最も好ましいが、被測定物9の表面の法線方向に限定されるものではなく、粒状斑点模様を撮像できるように被測定物9の表面に対向する向きにCCDカメラ3を設けてあれば良い。例えば、図4に示すように、CCDカメラ3を被測定物9の表面の法線方向から角度θ0だけ傾けて照射点10を撮像するように設けることもできる。
【0039】
図1又は図2に示す実施例において、画像処理装置4は、位相限定相関処理機能を有する位相限定相関処理装置7と画像処理用コンピュータ8とからなり、CCDカメラ3により撮像された基準粒状斑点模様11aと各照射角度における変化粒状斑点模様11bの相関をとり、相互相関関数の最大値C12を基準粒状斑点模様11aの自己相互相関関数の最大値C11と比較して粒状斑点模様の一致度を算出し、各照射角度における該一致度の変化から被測定物9の表面粗さを求めるように構成してある。
【0040】
位相限定相関処理装置7は、超集積回路(VLSI)により構成され、図示しないが、A/D変換部と、フーリエ変換部と、制御部とからなる。
A/D変換部は、CCDカメラ3から送られた粒状斑点模様のアナログ信号をディジタル信号化し、フーリエ変換部へ送るようにしてある。
フーリエ変換部は、ディジタル信号化された画像データに2次元離散的フーリエ変換(DFT)を施し、画像データを周波数領域に変換することにより、振幅成分(濃淡データ)と位相成分(像の輪郭データ)に分解するようにしてある。制御部は、上述したように、フーリエ変換された画像データから位相成分のみを抽出し、基準粒状斑点模様11aと変化粒状斑点模様11bの相関をとるように構成してある。
【0041】
位相限定相関処理装置7により、画像データのフーリエ変換の位相成分のみを使用して基準粒状斑点模様11aと変化粒状斑点模様11bの相関をとるようにしたから、レーザ光の照度差や被測定物9の表面の反射率等による粒状斑点模様の明暗の影響を受けることなく表面粗さを測定することができると共に、相関処理を超集積回路に行わせることによって、従来のプログラムによる演算よりも処理を高速化することができ、表面粗さの測定時間を短縮することができる。
なお、制御部は、画像のフーリエ変換の位相成分のみを抽出する場合に限らず、log処理や√処理等の抑制処理によって振幅を抑制し、データ量を削減すると共に位相成分に重みを持たせて基準粒状斑点模様11aと変化粒状斑点模様11bの相関をとるようにすることも可能である。
【0042】
図1に示す実施例において、画像処理用コンピュータ8は、各照射角度における一致度を粒状斑点模様の移動距離Axと対応させて表すようにしてある。
図7乃至図9に示すように、横軸には粒状斑点模様の移動距離Ax(μm)をとり、縦軸には基準粒状斑点模様11aと変化粒状斑点模様11bの一致度をとり、レーザ光の各照射角度において位相限定相関処理装置7により算出された一致度をプロットしてある。そして、レーザ光の照射角度の変化に対する前記一致度の変化を最小自乗法により平均化し直線として表し、該直線の傾きを求めることにより一致度の変化率を算出するように構成してある。
【0043】
また、画像処理用コンピュータ8は、記憶部を有し、該記憶部は、表面粗さが既知である複数の比較用表面粗さ標準片を測定して求めた前記直線の傾き(標準変化率)を記憶するように構成してある。
図7乃至図9に示すグラフは、本表面粗さ測定装置によって、比較用表面粗さ標準片の表面粗さを測定した結果である。粗さ番号SN−5の傾きは−0.0264であり、粗さ番号SN−8の傾きは−0.0289であり、粗さ番号SN−10の傾きは−0.0351であり、粗さ番号が増す(表面粗さが増す)毎に一致度の標準変化率である前記直線の傾きが大きくなっている。
この関係から、画像処理用コンピュータ8は、被測定物9の一致度の変化率を標準変化率と比較照合して、被測定物9の一致度の変化率に最も近い標準変化率の比較用表面粗さ標準片を選び出し、該比較用表面粗さ標準片の粗さ番号を被測定物9の表面粗さとして求めるようにしてある。
【0044】
図1に示す実施例において、5は、表示出力装置であり、画像処理装置4により求めた被測定物9の一致度の変化率、表面粗さ等の測定結果を画面上に表示することができるようにしてある。
また、6は、印字出力装置であり、画像処理装置4により求めた被測定物9の一致度の変化率、表面粗さ等の測定結果を紙、フィルム等に印刷することができるようにしてある。
【0045】
上記のように構成されたレーザ反射光による表面粗さ測定装置により、以下のように被測定物の表面粗さの測定を行う。
図1に示すように、被測定物9の表面粗さを測定する測定箇所を選び、レーザ光の照射点10に該測定箇所を合わせて固定器具16に被測定物9を固定する。そして、レーザ投光機1を照射角度調整機構2により被測定物9の表面の法線方向から基準角度θs傾け、レーザ光を被測定物9の表面に照射すると共に、レーザ光の反射光である粒状斑点模様をCCDカメラ3により撮像する。
CCDカメラ3により撮像された粒状斑点模様は、位相限定相関処理装置7に送られ、画像データをディジタル化した後、2次元離散的フーリエ変換(DFT)を施し、振幅と位相により表される周波数領域に変換する。この基準粒状斑点模様11aのフーリエ変換された画像データに位相限定処理を行い、位相成分のみを抽出し、位相限定相関処理装置7に記憶する。
【0046】
次に、ステッピングモータ15により照射角度調整機構2を微小角度δθずつ回動させることにより、レーザ光の被測定物9への照射点10を中心にレーザ投光機1を傾き方向に微小角度δθずつ偏向させながらレーザ光を照射する。
従って、レーザ光の被測定物9への照射点10の位置を固定することができると共に、レーザ投光機1と照射点10の距離を一定に保った状態で、レーザ光の照射角度を基準角度θsから微小角度δθずつ変化させながらレーザ光を被測定物9の表面に照射することができる。
【0047】
このようにレーザ光の照射角度を微小角度δθずつ変化させながら照射することにより、図6に示すように、CCDカメラ3に撮像される粒状斑点模様は、レーザ光の照射角度の変化に対応して移動していき、連続する粒状斑点模様がCCDカメラ3に撮像される。
すなわち、被測定物9の表面の法線方向から基準角度θs傾けてレーザ光を被測定物9の表面に照射すると、基準粒状斑点模様11aが撮像される。そして、照射角度を微小角度δθ1変化させると、基準粒状斑点模様11aから角度δθ1に対応する距離Axだけ移動した位置に形状も変化した変化粒状斑点模様11b1が撮像される。このように、微小角度δθ1、δθ2、・・・、δθnと照射角度を変化させると、角度δθ1、δθ2、・・・、δθnに対応する距離Axだけ移動した位置に、変化粒状斑点模様11b0、11b1、・・・、11bnが撮像される。
【0048】
そして、それぞれの照射角度においてCCDカメラ3により撮像された変化粒状斑点模様11b1、11b2、・・・、11bnは、基準粒状斑点模様11aと同様に、位相限定相関処理装置7に送られ、画像データをディジタル化した後、2次元離散的フーリエ変換(DFT)を施し、振幅と位相により表される周波数領域に変換する。
この変化粒状斑点模様11bのフーリエ変換された画像データに位相限定処理を行い、位相成分のみを抽出する。
この位相限定処理された変化粒状斑点模様11bの画像データと、位相限定相関処理装置7に記憶されている位相限定処理された基準粒状斑点模様11aの画像データとの相関をとることによって、図6(b)に示すような相互相関関数が得られる。このとき、基準粒状斑点模様11aの自己相関関数の最大値C11を100としたときの、変化粒状斑点模様11bと基準粒状斑点模様11aの相互相関関数C12の最大値が一致度である。
【0049】
そして、各照射角度において算出された基準粒状斑点模様11aと変化粒状斑点模様11b1、11b2、・・・、11bnの一致度は、画像処理用コンピュータ8に送られる。
画像処理用コンピュータ8は、図7乃至図9に示すように、横軸に粒状斑点模様の移動距離Ax(μm)、縦軸に変化粒状斑点模様11bnと基準粒状斑点模様11aの一致度をとり、前記一致度を図にプロットし、粒状斑点模様の移動距離Axに対する前記一致度の変化を最小自乗法により平均化して直線で表し、該直線の傾きを求めることにより一致度の変化率を算出することができる。
【0050】
上記の測定方法により、予め表面粗さが既知である複数の比較用表面粗さ標準片を測定して一致度の標準変化率を算出し、画像処理用コンピュータ8の記憶部に記憶させておく。
同様にして、被測定物9を測定して算出した一致度の変化率を、記憶部に記憶してある標準変化率と比較照合し、該一致度の変化率に最も近い標準変化率の比較用表面粗さ標準片を選び出すことにより、該比較用表面粗さ標準片の粗さ番号を被測定物9の表面粗さとして求めることができる。
【0051】
次に、第二の実施例について説明する。
図5に示す実施例において、本発明に係るレーザ反射光による表面粗さ測定装置は、被測定物9の表面に法線方向から基準角度θs傾けてレーザ光を照射するように設けたレーザ投光機1と、レーザ光の反射光である粒状斑点模様を撮像するように被測定物9の表面に対向する向きに設けた撮像機3と、レーザ光の被測定物9への照射点10を中心にレーザ投光機1と撮像機3を結ぶ方向に被測定物9をレーザ投光機1と撮像機3に対して相対的に偏向させることによりレーザ光の照射角度を基準角度θsから変化させる照射角度調整機構19と、レーザ光を基準角度θsから照射したときの粒状斑点模様である基準粒状斑点模様11aを基準にして、レーザ光の照射角度を基準角度θsから変化させたときの粒状斑点模様である変化粒状斑点模様11bの変化を測定することにより被測定物9の表面粗さを求める画像処理装置とから構成してある。
【0052】
レーザ投光機1は、図5に示すように、測定開始状態において、被測定物9の表面の法線方向から基準角度θs傾けて、被測定物9の照射点10にレーザ光を照射することができるように固定して設けてあると共に、CCDカメラ3は、被測定物9の表面の法線方向に固定して設けてある。
【0053】
図5に示す実施例において、照射角度調整機構19は、照射点10を中心にレーザ投光機1と撮像機3を結ぶ方向に固定器具16を微小角度δθずつ回動することができるようにステッピングモータ15を設けてあり、固定器具16に固定された被測定物9を偏向させることにより、レーザ光の照射角度を基準角度θsから変化させるように構成してある。
【0054】
また、図示の実施例のように、被測定物9を偏向させてレーザ光の照射角度を変化させる場合に限らず、被測定物9を固定しておき、撮像機3とレーザ投光機1を結ぶ方向に、レーザ投光機1及び撮像機3を一体的に偏向させてレーザ光の照射角度を変化させることも可能である。
また、照射角度の異なる複数個のレーザ投光機1を設けておき、順次切り替えてレーザ光を照射することにより、レーザ光の照射角度を変化させるように設けることもできる。
なお、その他の構成は、図1に記載の実施例と同様である。
【0055】
次に、第三の実施例について説明する。
図1又は図5に記載の構成において、画像処理用コンピュータ8は、変化粒状斑点模様11bと基準粒状斑点模様11aの一致度を算出し、前記数1の理論式に基づいて前記一致度Yの変化を移動距離Xの関数として表し、該関数の係数から被測定物9の表面粗さを求めるように構成してある。
一致度Yは、移動距離Xの2次関数で表され、横軸に粒状斑点模様の移動距離X(μm)、縦軸に変化粒状斑点模様11bnと基準粒状斑点模様11aの一致度Yをとると、図10乃至図13に示すように表される。
【0056】
図10乃至図13に示すように、移動距離Xの一次の項の係数の絶対値は、被測定物9の表面の凹凸の平均高さhが高くなるにしたがって大きくなるという関係がある。この関係を利用して、画像処理用コンピュータ8は、移動距離Xの一次の項の係数から直接的に被測定物9の表面粗さを求めるように構成してある。
【0057】
また、図1又は図4に記載の実施例において、位相限定相関処理装置7を設けないで、濃淡データを含む基準粒状斑点模様11aと変化粒状斑点模様11bの相関をとることにより一致度を求めることも可能であると共に、前記一致度に限らず、画像処理用コンピュータ8により基準粒状斑点模様11aと変化粒状斑点模様11bの一致度や歪量等の変化量を算出して、被測定物9の表面粗さを求めるように構成することも可能である。
すなわち、画像処理装置4は、画像データを位相限定相関処理することなく、濃淡データを含む基準粒状斑点模様11aの任意の画素毎の濃淡を認識し、CCDカメラ3から送られてくる変化粒状斑点模様11bと前記認識した濃淡を位置的に照合し、粒状斑点模様の歪により変化した量をCCD素子17の画素単位に演算することにより、基準粒状斑点模様11aと変化粒状斑点模様11bの歪量等の変化量を算出して、被測定物9の表面粗さを求めるようにすることも可能である。
【0058】
なお、被測定物の表面粗さの測定には、被測定物9の表面がレーザ光を透過する透明な物質で覆われている場合も含まれる。
また、被測定物9の表面形状は、図示の実施例のように平面状のものに限らず、曲面状のものでも測定することができる。さらに、照射するレーザ光の径を絞ることにより、被計測物9の表面形状が複雑な場合にも、各部位の独自の領域での測定も可能である。
【0059】
【発明の効果】
以上の通り、本発明に係るレーザ反射光による表面粗さ測定方法によれば、レーザ投光機を被測定物の表面の法線方向から基準角度傾けてレーザ光を前記被測定物の表面に照射し、次に、レーザ光の前記被測定物への照射点を中心に前記レーザ投光機を傾き方向に偏向させることによりレーザ光の照射角度を前記基準角度から変化させながらレーザ光を照射すると共に、前記被測定物の表面に対向する向きに固定した撮像機により前記レーザ光の反射光である粒状斑点模様を撮像し、レーザ光を前記基準角度から照射したときの粒状斑点模様である基準粒状斑点模様を基準にして、レーザ光の照射角度を前記基準角度から変化させたときの粒状斑点模様である変化粒状斑点模様の変化を測定することにより前記被測定物の表面粗さを求める構成を有することにより、粒状斑点模様の変化により被測定物の表面粗さを求めるから、被測定物の材質・形状等の測定面の影響を受けることなく非接触式により被測定物の表面粗さを測定することができ、被測定物の表面に傷つけることがなく、測定者の経験によらず一定の精度で表面粗さの測定をすることができる効果がある。
【0060】
また、本発明は、レーザ投光機を被測定物の表面の法線方向から基準角度傾けてレーザ光を前記被測定物の表面に照射すると共に、前記被測定物の表面に対向する向きに設けた撮像機により前記レーザ光の反射光である粒状斑点模様を撮像し、次に、レーザ光の前記被測定物への照射点を中心に前記レーザ投光機と前記撮像機を結ぶ方向に前記被測定物を前記レーザ投光機と前記撮像機に対して相対的に偏向させることによりレーザ光の照射角度を前記基準角度から変化させながらレーザ光を照射し、レーザ光を前記基準角度から照射したときの粒状斑点模様である基準粒状斑点模様を基準にして、レーザ光の照射角度を前記基準角度から変化させたときの粒状斑点模様である変化粒状斑点模様の変化を測定することにより前記被測定物の表面粗さを求める構成を有することにより、被測定物をレーザ投光機と撮像機に対して相対的に偏向させることによりレーザ光の被測定物への照射角度を変化させることができると共に、前記被測定物を偏向させることによってもレーザ光の照射角度を前記基準角度から変化させることができ、容易にレーザ光の照射角度を変化させることができる効果がある。
【0061】
また、本発明は、前記被測定物の表面に対向する撮像機の向きが前記被測定物の表面の略法線方向である請求項1又は2に記載の構成を有することにより、被測定物の表面の凹凸による死角の影響を受けることなく前記粒状斑点模様を撮像することができるから、表面粗さを精度良く測定することができる効果がある。
【0062】
また、本発明は、レーザ光の各照射角度において前記基準粒状斑点模様と前記変化粒状斑点模様の変化量を算出し、該変化量から変化率(変化量/照射角度の変化量)を算出することにより前記被測定物の表面粗さを求める請求項1乃至3のいずれかに記載の構成を有することにより、被測定物の表面粗さを前記変化率によって数値的に表すことができるから、客観的に被測定物の表面粗さを比較することができる効果がある。
【0063】
また、本発明は、前記基準粒状斑点模様と前記変化粒状斑点模様の変化量が、前記基準粒状斑点模様と前記変化粒状斑点模様の一致度の変化量である請求項4に記載の構成を有することにより、基準粒状斑点模様と変化粒状斑点模様の一致度によっても粒状斑点模様の変化を測定することができ、一致度の変化量から被測定物の表面粗さを求めることができる効果がある。
【0064】
また、本発明は、前記基準粒状斑点模様と前記変化粒状斑点模様の一致度の変化を前記変化粒状斑点模様の移動距離の関数で表し、該関数の係数から前記被測定物の表面粗さを求めるようにした請求項5に記載の構成を有することにより、前記関数の係数からレーザ光照射部分の2乗平均表面粗さを求めることができ、被測定物の表面粗さを直接的に求めることができる効果がある。
【0065】
また、本発明は、前記関数の一次の項の係数から前記被測定物の表面粗さを求めるようにした請求項6に記載の構成を有することにより、表面粗さが増す毎に前記関数の一次の項の係数の絶対値が大きくなるという関係があるから、前記関数の一次の項の係数によって測定物の表面粗さを直接的に求めることができる効果がある。
【0066】
また、本発明は、表面粗さが既知である複数の標準片の標準変化率を予め測定しておき、測定した被測定物の前記変化率を前記標準変化率と比較照合することにより前記被測定物の表面粗さを求める請求項4又は5に記載の構成を有することにより、被測定物の変化率に最も近い標準片の標準変化率を選び出すことにより、被測定物の表面粗さを標準片の表面粗さにより表すことができると共に、表面粗さが増す毎に変化率が大きくなるという関係から各標準片の表面粗さの中間値も表すことができる効果がある。
【0067】
また、本発明は、撮像した前記粒状斑点模様を相関法により画像処理し、前記基準粒状斑点模様に対する前記変化粒状斑点模様の変化を測定する請求項1乃至8のいずれかに記載の構成を有することにより、撮像した前記粒状斑点模様を相関法により画像処理することにより、容易に変化粒状斑点模様の変化を測定することができる効果がある。
【0068】
また、本発明は、前記相関法が位相限定相関法であり、前記粒状斑点模様の輪郭画像により前記基準粒状斑点模様に対する前記変化粒状斑点模様の変化を測定する請求項9に記載の構成を有することにより、位相限定相関法により画像処理し、前記粒状斑点模様のフーリエ変換の位相成分に対応する輪郭画像のみを比較するから、レーザ光の照度や被測定物の反射率等の違いによる粒状斑点模様の明暗レベルの変動によって測定誤差を生じないと共に、粒状斑点模様のデータ量が少なくなるので演算速度が早くなり、表面粗さの測定時間を短くすることができる効果がある。
【0069】
また、本発明に係るレーザ反射光による表面粗さ測定装置によれば、被測定物の表面に法線方向から基準角度傾けてレーザ光を照射するように設けたレーザ投光機と、レーザ光の前記被測定物への照射点を中心に前記レーザ投光機を傾き方向に偏向させることによりレーザ光の照射角度を前記基準角度から変化させる照射角度調整機構と、前記レーザ光の反射光である粒状斑点模様を撮像するように前記被測定物の表面に対向する向きに固定して設けた撮像機と、レーザ光を前記基準角度から照射したときの粒状斑点模様である基準粒状斑点模様を基準にして、レーザ光の照射角度を前記基準角度から変化させたときの粒状斑点模様である変化粒状斑点模様の変化を測定することにより前記被測定物の表面粗さを求める画像処理装置とからなる構成を有することにより、粒状斑点模様の変化により被測定物の表面粗さを求めるから、被測定物の材質・形状等の測定面の影響を受けることなく非接触式により被測定物の表面粗さを測定することができ、被測定物の表面に傷つけることがなく、測定者の経験によらず一定の精度で表面粗さの測定をすることができる効果がある。
【0070】
また、本発明は、被測定物の表面に法線方向から基準角度傾けてレーザ光を照射するように設けたレーザ投光機と、前記レーザ光の反射光である粒状斑点模様を撮像するように前記被測定物の表面に対向する向きに設けた撮像機と、レーザ光の前記被測定物への照射点を中心に前記レーザ投光機と前記撮像機を結ぶ方向に前記被測定物を前記レーザ投光機と前記撮像機に対して相対的に偏向させることによりレーザ光の照射角度を前記基準角度から変化させる照射角度調整機構と、レーザ光を前記基準角度から照射したときの粒状斑点模様である基準粒状斑点模様を基準にして、レーザ光の照射角度を前記基準角度から変化させたときの粒状斑点模様である変化粒状斑点模様の変化を測定することにより前記被測定物の表面粗さを求める画像処理装置とからなる構成を有することにより、被測定物をレーザ投光機と撮像機に対して相対的に偏向させることによりレーザ光の被測定物への照射角度を変化させることができると共に、前記被測定物を偏向させることによってもレーザ光の照射角度を前記基準角度から変化させることができるから、照射角度調整機構の構造を簡素化することができる効果がある。
【0071】
また、本発明は、前記画像処理装置が、レーザ光の各照射角度において前記基準粒状斑点模様と前記変化粒状斑点模様の変化量を算出し、該変化量から変化率(変化量/照射角度の変化量)を算出することにより前記被測定物の表面粗さを求めるようにした請求項11又は12に記載の構成を有することにより、被測定物の表面粗さを前記変化率によって数値的に表すことができるから、客観的に被測定物の表面粗さを比較することができる効果がある。
【0072】
また、本発明は、前記基準粒状斑点模様と前記変化粒状斑点模様の変化量が、前記基準粒状斑点模様と前記変化粒状斑点模様の一致度の変化量である請求項13に記載の構成を有することにより、基準粒状斑点模様と変化粒状斑点模様の一致度によっても粒状斑点模様の変化を測定することができ、被測定物の表面粗さを求めることができる効果がある。
【0073】
また、本発明は、前記画像処理装置が、前記基準粒状斑点模様と前記変化粒状斑点模様の一致度の変化を前記変化粒状斑点模様の移動距離の関数で表し、該関数の係数から前記被測定物の表面粗さを求めるようにした請求項14に記載の構成を有することにより、前記関数の係数からレーザ光照射部分の2乗平均表面粗さを求めることができ、被測定物の表面粗さを直接的に求めることができる効果がある。
【0074】
また、本発明は、前記画像処理装置が、前記関数の一次の項の係数から前記被測定物の表面粗さを求めるようにした請求項15に記載の構成を有することにより、表面粗さが増す毎に前記関数の一次の項の係数の絶対値が大きくなるという関係があるから、前記関数の一次の項の係数によって測定物の表面粗さを直接的に求めることができる効果がある。
【0075】
また、本発明は、前記画像処理装置が、予め測定した表面粗さが既知である複数の標準片の標準変化率を記憶する記憶装置を有し、前記被測定物の前記変化率を前記標準変化率と比較照合して、前記被測定物の表面粗さを求めるようにした請求項13又は14に記載の構成を有することにより、被測定物の変化率に最も近い標準片の標準変化率を選び出すことにより、被測定物の表面粗さを標準片の表面粗さにより表すことができると共に、表面粗さが増す毎に変化率が大きくなるという関係から各標準片の表面粗さの中間値も表すことができる効果がある。
【0076】
また、本発明は、前記画像処理装置は、撮像した前記粒状斑点模様を相関法により画像処理する相関処理機能を有し、この相関処理機能により前記基準粒状斑点模様に対する前記変化粒状斑点模様の変化を測定するようにした請求項11乃至17のいずれかに記載の構成を有することにより、撮像した前記粒状斑点模様を相関法により画像処理することにより、容易に変化粒状斑点模様の変化を測定することができる効果がある。
【0077】
また、本発明は、前記相関法が位相限定相関法であり、前記粒状斑点模様の輪郭画像により前記基準粒状斑点模様に対する前記変化粒状斑点模様の変化を測定するようにした請求項18に記載の構成を有することにより、位相限定相関法により画像処理し、前記粒状斑点模様のフーリエ変換の位相成分に対応する輪郭画像のみを比較するから、レーザ光の照度や被測定物の反射率等の違いによる粒状斑点模様の明暗レベルの変動によって測定誤差を生じないと共に、粒状斑点模様のデータ量が少なくなるので演算速度が早くなり、表面粗さの測定時間を短くすることができる効果がある。
【0078】
また、本発明は、前記撮像機が、CCD素子と、該CCD素子の前方に設けた外来光を遮断する暗視筒とからなる請求項11乃至19のいずれかに記載の構成を有することにより、CCD素子によりレーザ光の反射光である粒状斑点模様を直接撮像することができ、暗視筒により周囲が明るい場所でも粒状斑点模様を撮像することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係るレーザ反射光による表面粗さ測定装置の第一実施例を示す構成図
【図2】 第一実施例の要部を示す概略正面図
【図3】 第一実施例の詳細を示すA部拡大図
【図4】 本測定装置の原理を示す概略正面図
【図5】 第二実施例を示す構成図
【図6】(a)粒状斑点模様の撮像図
(b)粒状斑点模様の相関関数を示す斜視図
【図7】 第一実施例の表面粗さの測定結果を示す図
【図8】 第一実施例の表面粗さの測定結果を示す図
【図9】 第一実施例の表面粗さの測定結果を示す図
【図10】 第二実施例の表面粗さの測定結果を示す図
【図11】 第二実施例の表面粗さの測定結果を示す図
【図12】 第二実施例の表面粗さの測定結果を示す図
【図13】 第二実施例の表面粗さの測定結果を示す図
【符号の説明】
1 レーザ投光機
2 照射角度調整機構
3 CCDカメラ
4 画像処理装置
5 表示出力装置
6 印字出力装置
7 位相限定相関処理装置
8 画像処理用コンピュータ
9 被測定物
10 照射点
11a 基準粒状斑点模様
11b 変化粒状斑点模様
12 回転軸
13 保持部材
14 支持部材
15 ステッピングモータ
16 固定器具
17 CCD素子
18 暗視筒
19 照射角度調整機構[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a non-contact type surface roughness measuring method, and relates to a surface roughness measuring method using laser reflected light and an apparatus therefor.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, methods for measuring the surface roughness of an object to be measured include a method using visual comparison and a contact needle method.
Visual comparison and collation are performed by visual comparison of the surface roughness standard piece for comparison and the surface of the object to be measured, and a reference surface that seems to be closest to the surface of the object to be measured is selected from the surface roughness standard piece for comparison. The roughness number of the reference surface is the surface roughness of the object to be measured. The contact needle method uses a diamond needle as a contact needle and scans the surface of the object to be measured by applying a constant contact pressure, thereby directly measuring the surface roughness of the object to be measured. It measures roughness and is widely used.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the visual comparison and collation is based on human vision, the experience of the measurer is required, and the measurement accuracy of the surface roughness varies depending on the measurer.
In the contact needle method, the surface of the object to be measured may be damaged particularly when the surface of the object to be measured is soft in order to bring the contact needle into contact with the surface of the object to be measured. Furthermore, even if the surface of the object to be measured is hard, a measurement error due to wear of the contact needle occurs, or the contact needle jumps over the irregularities on the surface of the object to be measured depending on measurement conditions such as scanning speed and contact pressure. There was a problem that a measurement error occurred.
[0004]
In addition, as a measurement method that does not damage the surface of the object to be measured, there is a non-contact light wave interference method, but the optical system is complex, and the reflectivity depends on the material and surface shape of the object to be measured. Due to the difference in measurement, the measurement results are greatly affected, and there is a problem that the measurement object cannot be used for different materials and shapes.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, in order to solve the above problems, the present invention irradiates a laser beam onto the surface of the object to be measured by tilting the laser projector by a reference angle from the normal direction of the surface of the object to be measured, By irradiating the laser beam while changing the irradiation angle of the laser beam from the reference angle by deflecting the laser projector in the tilt direction around the irradiation point of the object to be measured, The granular spot pattern which is the reflected light of the laser beam is imaged by an imaging device fixed in a direction facing the surface, and the reference granular spot pattern which is a granular spot pattern when the laser beam is irradiated from the reference angle is used as a reference. Measuring the surface roughness of the object to be measured by measuring the change in the granular spot pattern, which is a granular spot pattern when the irradiation angle of the laser beam is changed from the reference angle. It is to provide a method.
According to the present invention, the granular spot pattern, which is the reflected light of the laser beam, is changed by irradiating the laser beam while changing the irradiation angle of the laser beam from the reference angle, due to the difference in the surface roughness of the object to be measured. Since the rate of change is different, the surface roughness of the object to be measured is determined by this change in the granular spot pattern, so the object to be measured can be measured in a non-contact manner without being affected by the measurement surface such as the material and shape of the object to be measured. The surface roughness of the object can be measured, the surface of the object to be measured is not damaged, and the surface roughness can be measured with a certain accuracy regardless of the experience of the measurer.
[0006]
The present invention also irradiates the laser light onto the surface of the object to be measured while tilting the laser projector at a reference angle from the normal direction of the surface of the object to be measured, and in a direction facing the surface of the object to be measured. The spotted spot pattern which is the reflected light of the laser beam is imaged by the provided imaging device, and then in the direction connecting the laser projector and the imaging device around the irradiation point of the laser beam to the object to be measured By deflecting the object to be measured relative to the laser projector and the imaging device, the laser beam is irradiated while changing the laser beam irradiation angle from the reference angle, and the laser beam is irradiated from the reference angle. By measuring the change of the granular spotted pattern that is the granular spotted pattern when the irradiation angle of the laser beam is changed from the reference angle on the basis of the reference granular spotted pattern that is the granular spotted pattern when irradiated Table of measured objects Surface roughness measuring method according to the reflected laser beam to determine the roughness is to provide.
According to the present invention, it is possible to change the irradiation angle of the laser beam to the object to be measured by deflecting the object to be measured relative to the laser projector and the imaging device, and to change the object to be measured. Also by deflecting, the irradiation angle of the laser beam can be changed from the reference angle, and the irradiation angle of the laser beam can be easily changed.
[0007]
3. The method according to
According to the present invention, since the granular spotted pattern can be imaged without being affected by the blind spot due to the unevenness of the surface of the object to be measured, the surface roughness can be accurately measured.
[0008]
Further, the present invention calculates a change amount of the reference granular spot pattern and the change granular spot pattern at each irradiation angle of the laser beam, and calculates a change rate (change amount / change amount of the irradiation angle) from the change amount. The surface roughness measurement method using laser reflected light according to any one of
[0009]
5. The laser reflected light according to
According to the present invention, it is possible to measure the change of the granular spotted pattern based on the degree of coincidence between the reference granular spotted pattern and the changed granular spotted pattern, and the surface roughness of the object to be measured can be obtained from the amount of change in the degree of coincidence. .
[0010]
Further, the present invention represents a change in the degree of coincidence between the reference granular spotted pattern and the changed granular spotted pattern as a function of a moving distance of the changed granular spotted pattern, and the surface roughness of the object to be measured is calculated from a coefficient of the function. The surface roughness measuring method using laser reflected light according to
According to the present invention, the root mean square surface roughness of the laser light irradiated portion can be obtained from the coefficient of the function, and the surface roughness of the object to be measured can be directly obtained.
[0011]
The present invention also provides a surface roughness measuring method using laser reflected light according to
According to the present invention, since the absolute value of the coefficient of the first-order term of the function increases as the surface roughness increases, the surface roughness of the measurement object is directly determined by the coefficient of the first-order term of the function. Can be obtained.
[0012]
In addition, the present invention measures in advance the standard change rate of a plurality of standard pieces whose surface roughness is known, and compares and compares the measured change rate of the measured object with the standard change rate. The surface roughness measurement method using laser reflected light according to
According to the present invention, by selecting the standard change rate of the standard piece closest to the change rate of the object to be measured, the surface roughness of the object to be measured can be expressed by the surface roughness of the standard piece, and the surface roughness. The intermediate value of the surface roughness of each standard piece can also be expressed from the relationship that the rate of change increases with each increase.
[0013]
The laser reflected light according to any one of
According to the present invention, it is possible to easily measure the change of the changed granular spot pattern by subjecting the captured granular spot pattern to image processing by the correlation method.
[0014]
The laser reflected light according to
According to the present invention, since image processing is performed by the phase-only correlation method and only the contour image corresponding to the phase component of the Fourier transform of the granular spotted pattern is compared, the difference in the illuminance of the laser light, the reflectance of the object to be measured, etc. Measurement error is not caused by the fluctuation of the brightness level of the granular spot pattern, and the amount of data of the granular spot pattern is reduced, so that the calculation speed is increased and the measurement time of the surface roughness can be shortened.
[0015]
The present invention also provides a laser projector provided to irradiate the surface of the object to be measured with a reference angle inclined from the normal direction and a laser light irradiation point on the object to be measured. An irradiation angle adjusting mechanism that changes the irradiation angle of the laser beam from the reference angle by deflecting the laser projector in the tilt direction, and the object to be measured so as to image a granular spot pattern that is a reflected light of the laser beam The reference angle of the laser beam is determined with reference to an image pickup device fixed in a direction facing the surface of the surface and a reference granular spot pattern which is a granular spot pattern when the laser beam is irradiated from the reference angle. Provided is a surface roughness measuring device using laser reflected light, which comprises an image processing device for determining the surface roughness of the object to be measured by measuring a change in the changed granular spot pattern, which is a granular spot pattern when changed from Than it is.
According to the present invention, the granular spot pattern, which is the reflected light of the laser beam, is changed by irradiating the laser beam while changing the irradiation angle of the laser beam from the reference angle, due to the difference in the surface roughness of the object to be measured. Since the change speed is different, the surface roughness of the object to be measured is obtained by this change in the granular spot pattern, so that the object to be measured can be measured in a non-contact manner without being affected by the measurement surface such as the material and shape of the object to be measured. The surface roughness of the object can be measured, the surface of the object to be measured is not damaged, and the surface roughness can be measured with a certain accuracy regardless of the experience of the measurer.
[0016]
Further, the present invention captures a laser projector provided to irradiate the surface of the object to be measured with a laser beam inclined at a reference angle from the normal direction, and a granular spot pattern that is reflected light of the laser beam. An imaging device provided in a direction facing the surface of the object to be measured, and the object to be measured in a direction connecting the laser projector and the imager with a laser beam irradiated to the object to be measured. An irradiation angle adjustment mechanism for changing the irradiation angle of the laser beam from the reference angle by deflecting the laser projector and the imaging device relative to each other, and granular spots when the laser beam is irradiated from the reference angle The surface roughness of the object to be measured is measured by measuring a change in the granular spotted pattern, which is a granular spotted pattern when the irradiation angle of the laser beam is changed from the reference angle on the basis of the reference granular spotted pattern that is a pattern. Image to ask for There is provided a surface roughness measuring device according to the reflected laser beam comprising the management device.
According to the present invention, it is possible to change the irradiation angle of the laser beam to the object to be measured by deflecting the object to be measured relative to the laser projector and the imaging device, and to change the object to be measured. Since the irradiation angle of the laser beam can be changed from the reference angle also by deflecting, the structure of the irradiation angle adjusting mechanism can be simplified.
[0017]
Further, according to the present invention, the image processing apparatus calculates a change amount of the reference granular spot pattern and the change granular spot pattern at each irradiation angle of the laser beam, and a change rate (change amount / irradiation angle of the change amount / irradiation angle) is calculated from the change amount. The surface roughness measuring device using laser reflected light according to
[0018]
Further, according to the present invention, the amount of change between the reference granular spotted pattern and the changed granular spotted pattern is the amount of change in the degree of coincidence between the reference granular spotted pattern and the changed granular spotted pattern. A surface roughness measuring device is provided.
According to the present invention, the change of the granular spot pattern can be measured also by the degree of coincidence between the reference granular spot pattern and the changed granular spot pattern, and the surface roughness of the object to be measured can be obtained.
[0019]
Further, in the present invention, the image processing device represents a change in the degree of coincidence between the reference granular spotted pattern and the changed granular spotted pattern as a function of a moving distance of the changed granular spotted pattern, and the measured value is calculated from a coefficient of the function. The surface roughness measuring apparatus using laser reflected light according to
According to the present invention, the root mean square surface roughness of the laser light irradiated portion can be obtained from the coefficient of the function, and the surface roughness of the object to be measured can be directly obtained.
[0020]
Further, the present invention provides the surface roughness measuring apparatus using laser reflected light according to
According to the present invention, since the absolute value of the coefficient of the first-order term of the function increases as the surface roughness increases, the surface roughness of the measurement object is directly determined by the coefficient of the first-order term of the function. Can be obtained.
[0021]
The image processing apparatus may further include a storage device that stores a standard change rate of a plurality of standard pieces whose surface roughness measured in advance is known, and the change rate of the object to be measured is the standard change rate. The surface roughness measuring device by laser reflected light according to
According to the present invention, by selecting the standard change rate of the standard piece closest to the change rate of the object to be measured, the surface roughness of the object to be measured can be expressed by the surface roughness of the standard piece, and the surface roughness. The intermediate value of the surface roughness of each standard piece can also be expressed from the relationship that the rate of change increases with each increase.
[0022]
Further, according to the present invention, the image processing apparatus has a correlation processing function of performing image processing on the captured granular spotted pattern by a correlation method, and the correlation processing function changes the change granular spotted pattern with respect to the reference granular spotted pattern. An apparatus for measuring surface roughness using laser reflected light according to any one of claims 11 to 17 is provided.
According to the present invention, it is possible to easily measure the change of the changed granular spot pattern by subjecting the captured granular spot pattern to image processing by the correlation method.
[0023]
Further, in the present invention, the correlation method is a phase-only correlation method, and a change in the change granular spotted pattern with respect to the reference granular spotted pattern is measured from an outline image of the granular spotted pattern. An apparatus for measuring surface roughness using laser reflected light is provided.
According to the present invention, since image processing is performed by the phase-only correlation method and only the contour image corresponding to the phase component of the Fourier transform of the granular spotted pattern is compared, the difference in the illuminance of the laser light, the reflectance of the object to be measured, etc. Measurement error is not caused by the fluctuation of the brightness level of the granular spot pattern, and the amount of data of the granular spot pattern is reduced, so that the calculation speed is increased and the measurement time of the surface roughness can be shortened.
[0024]
The surface of the laser reflected light according to any one of claims 11 to 19, wherein the imaging device comprises a CCD element and a night vision tube provided in front of the CCD element for blocking external light. A roughness measuring device is provided.
According to the present invention, a granular spot pattern, which is reflected light of laser light, can be directly imaged by a CCD element, and a granular spot pattern can be imaged even in a bright place by a night vision tube.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described based on examples shown in the drawings.
In the embodiment shown in FIG. 1 or FIG. 2, the apparatus for measuring the surface roughness by the laser reflected light according to the present invention is provided so as to irradiate the surface of the
[0026]
The surface roughness measuring apparatus using laser reflected light according to the present invention measures the surface roughness of the
As shown in FIG. 3, when the
[0027]
At this time, as shown in FIG. 4, the reference granular
[0028]
[Expression 1]
[0029]
In
[0030]
[Expression 2]
[0031]
As shown in FIG. 4, when the autocorrelation of the reference
Next, the cross-correlation between the changed granular
The movement distance (Ax) of the position of the maximum value of the cross-correlation function indicates the movement amount of the granular spot pattern, and corresponds to the change in the irradiation angle of the laser beam.
In the apparatus for measuring surface roughness by laser reflected light according to the present invention, the surface roughness of the object to be measured 9 is obtained from the degree of coincidence change representing the change in coincidence with respect to the movement distance (Ax). .
[0032]
Note that the surface roughness of the object to be measured is obtained by calculating the amount of change between the reference granular
Here, the amount of change between the reference
[0033]
For the calculation of the correlation function, a conjugate product of the Fourier transform of each image of the granular spotted pattern is taken and can be obtained by Fourier transform. Alternatively, instead of taking the conjugate product of the Fourier transform, a phase only correlation method using only the phase portion of the Fourier transform can be used. In the illustrated embodiment, the correlation function is obtained using the phase-only correlation method, and the configuration of the measurement apparatus using the phase-only correlation method will be described.
[0034]
In the embodiment shown in FIG. 1 or FIG. 2, the
In the illustrated embodiment, the
The laser light is not limited to parallel light, and either convergent light or divergent light can be used.
[0035]
As shown in FIG. 2, the irradiation
The holding
[0036]
In addition, a stepping
[0037]
The
Further, the
[0038]
Further, as shown in FIG. 1 or FIG. 2, the
[0039]
In the embodiment shown in FIG. 1 or 2, the
[0040]
The phase only
The A / D conversion unit converts the granular spotted pattern analog signal sent from the
The Fourier transform unit performs two-dimensional discrete Fourier transform (DFT) on the digital signal image data, and transforms the image data into the frequency domain to thereby generate an amplitude component (grayscale data) and a phase component (image contour data). ). As described above, the control unit is configured to extract only the phase component from the Fourier-transformed image data and correlate the reference granular
[0041]
Since the phase-only
Note that the control unit is not limited to extracting only the phase component of the Fourier transform of the image, and suppresses the amplitude by suppressing processing such as log processing and √ processing, thereby reducing the data amount and giving the phase component a weight. It is also possible to take a correlation between the reference granular
[0042]
In the embodiment shown in FIG. 1, the
As shown in FIGS. 7 to 9, the horizontal axis represents the movement distance Ax (μm) of the granular spot pattern, and the vertical axis represents the degree of coincidence between the reference
[0043]
The
The graphs shown in FIG. 7 to FIG. 9 are the results of measuring the surface roughness of the comparative surface roughness standard piece using this surface roughness measuring apparatus. The slope of roughness number SN-5 is -0.0264, the slope of roughness number SN-8 is -0.0289, the slope of roughness number SN-10 is -0.0351, and the roughness As the number increases (surface roughness increases), the slope of the straight line, which is the standard change rate of coincidence, increases.
From this relationship, the
[0044]
In the embodiment shown in FIG. 1,
[0045]
The surface roughness of the object to be measured is measured as follows by the surface roughness measuring apparatus using the laser reflected light configured as described above.
As shown in FIG. 1, a measurement location for measuring the surface roughness of the device under
The granular spot pattern imaged by the
[0046]
Next, by rotating the irradiation
Accordingly, it is possible to fix the position of the
[0047]
As shown in FIG. 6, the granular spot pattern imaged by the
That is, when the laser beam is irradiated on the surface of the
[0048]
And the change granular
A phase limiting process is performed on the Fourier transformed image data of the changed granular
By correlating the image data of the changed granular
[0049]
Then, the reference granular
As shown in FIG. 7 to FIG. 9, the
[0050]
By the above measurement method, a plurality of comparative surface roughness standard pieces whose surface roughness is known in advance are measured to calculate a standard change rate of coincidence, and are stored in the storage unit of the
Similarly, the change rate of the degree of coincidence calculated by measuring the
[0051]
Next, a second embodiment will be described.
In the embodiment shown in FIG. 5, the apparatus for measuring the surface roughness using the laser reflected light according to the present invention irradiates the surface of the object to be measured 9 with the laser beam so as to be inclined at the reference angle θs from the normal direction. An
[0052]
As shown in FIG. 5, the
[0053]
In the embodiment shown in FIG. 5, the irradiation
[0054]
Further, as in the illustrated embodiment, not only when the measured
Alternatively, a plurality of
Other configurations are the same as those in the embodiment shown in FIG.
[0055]
Next, a third embodiment will be described.
In the configuration shown in FIG. 1 or FIG. 5, the
The degree of coincidence Y is expressed by a quadratic function of the movement distance X, the movement distance X (μm) of the granular spot pattern on the horizontal axis, and the changed
[0056]
As shown in FIGS. 10 to 13, the absolute value of the coefficient of the first-order term of the movement distance X has a relationship that the average height h of the unevenness on the surface of the
[0057]
Further, in the embodiment shown in FIG. 1 or FIG. 4, the degree of coincidence is obtained by correlating the reference
That is, the
[0058]
The measurement of the surface roughness of the object to be measured includes the case where the surface of the object to be measured 9 is covered with a transparent substance that transmits laser light.
Further, the surface shape of the object to be measured 9 is not limited to a planar shape as in the illustrated embodiment, and a curved surface shape can also be measured. Furthermore, by narrowing down the diameter of the laser beam to be irradiated, even in the case where the surface shape of the
[0059]
【The invention's effect】
As described above, according to the surface roughness measurement method using laser reflected light according to the present invention, the laser projector is tilted at a reference angle from the normal direction of the surface of the object to be measured, and the laser light is applied to the surface of the object to be measured. Next, irradiate the laser beam while changing the irradiation angle of the laser beam from the reference angle by deflecting the laser projector in the tilt direction around the irradiation point of the laser beam to the object to be measured. In addition, it is a granular spot pattern when a spotted spot pattern which is reflected light of the laser beam is imaged by an imaging device fixed in a direction facing the surface of the object to be measured, and the laser beam is irradiated from the reference angle. Using the reference granular spot pattern as a reference, the surface roughness of the object to be measured is obtained by measuring the change of the changed granular spot pattern, which is a granular spot pattern when the laser light irradiation angle is changed from the reference angle. Structure Since the surface roughness of the object to be measured is determined by the change in the granular spot pattern, the surface roughness of the object to be measured is measured in a non-contact manner without being affected by the measurement surface such as the material and shape of the object to be measured. The surface roughness of the object to be measured is not damaged and the surface roughness can be measured with a certain accuracy regardless of the experience of the measurer.
[0060]
The present invention also irradiates the laser light onto the surface of the object to be measured while tilting the laser projector at a reference angle from the normal direction of the surface of the object to be measured, and in a direction facing the surface of the object to be measured. The spotted spot pattern which is the reflected light of the laser beam is imaged by the provided imaging device, and then in the direction connecting the laser projector and the imaging device around the irradiation point of the laser beam to the object to be measured By deflecting the object to be measured relative to the laser projector and the imaging device, the laser beam is irradiated while changing the laser beam irradiation angle from the reference angle, and the laser beam is irradiated from the reference angle. By measuring the change of the granular spotted pattern that is the granular spotted pattern when the irradiation angle of the laser beam is changed from the reference angle on the basis of the reference granular spotted pattern that is the granular spotted pattern when irradiated Table of measured objects By having the configuration for obtaining the roughness, the irradiation angle of the laser beam to the measurement object can be changed by deflecting the measurement object relative to the laser projector and the imaging device, and By deflecting the object to be measured, the laser beam irradiation angle can be changed from the reference angle, and the laser beam irradiation angle can be easily changed.
[0061]
According to the present invention, the object to be measured has the configuration according to
[0062]
Further, the present invention calculates a change amount of the reference granular spot pattern and the change granular spot pattern at each irradiation angle of the laser beam, and calculates a change rate (change amount / change amount of the irradiation angle) from the change amount. By having the configuration according to any one of
[0063]
Moreover, this invention has the structure of
[0064]
Further, the present invention represents a change in the degree of coincidence between the reference granular spotted pattern and the changed granular spotted pattern as a function of a moving distance of the changed granular spotted pattern, and the surface roughness of the object to be measured is calculated from a coefficient of the function. By having the configuration according to
[0065]
In addition, the present invention has the configuration according to
[0066]
In addition, the present invention measures in advance the standard change rate of a plurality of standard pieces whose surface roughness is known, and compares and compares the measured change rate of the measured object with the standard change rate. By having the configuration according to
[0067]
In addition, the present invention has a configuration according to any one of
[0068]
Further, according to the present invention, the correlation method is a phase-only correlation method, and the change of the change granular spotted pattern with respect to the reference granular spotted pattern is measured by an outline image of the granular spotted pattern. Therefore, since the image processing is performed by the phase-only correlation method and only the contour image corresponding to the phase component of the Fourier transform of the granular spot pattern is compared, the granular spot due to the difference in the illuminance of the laser beam, the reflectance of the object to be measured, etc. There is an effect that a measurement error does not occur due to variation in the brightness level of the pattern, and the data amount of the granular spotted pattern is reduced, so that the calculation speed is increased and the measurement time of the surface roughness can be shortened.
[0069]
Further, according to the apparatus for measuring the surface roughness using the laser reflected light according to the present invention, the laser projector provided so as to irradiate the laser light on the surface of the object to be measured with the reference angle inclined from the normal direction, and the laser light An irradiation angle adjusting mechanism that changes the irradiation angle of the laser beam from the reference angle by deflecting the laser projector in the tilt direction around the irradiation point of the object to be measured, and a reflected light of the laser beam An image pickup device that is fixed in a direction facing the surface of the object to be measured so as to image a certain granular spot pattern, and a reference granular spot pattern that is a granular spot pattern when laser light is irradiated from the reference angle. From an image processing apparatus that obtains the surface roughness of the object to be measured by measuring a change in a granular spotted pattern that is a granular spotted pattern when the irradiation angle of the laser beam is changed from the reference angle as a reference Na By having the configuration, the surface roughness of the object to be measured is obtained by the change in the granular spot pattern, so that the surface roughness of the object to be measured can be measured in a non-contact manner without being affected by the measurement surface such as the material and shape of the object to be measured. The surface roughness of the object to be measured can be measured, and the surface roughness can be measured with a certain accuracy regardless of the experience of the measurer.
[0070]
Further, the present invention captures a laser projector provided to irradiate the surface of the object to be measured with a laser beam inclined at a reference angle from the normal direction, and a granular spot pattern that is reflected light of the laser beam. An imaging device provided in a direction facing the surface of the object to be measured, and the object to be measured in a direction connecting the laser projector and the imager with a laser beam irradiated to the object to be measured. An irradiation angle adjustment mechanism for changing the irradiation angle of the laser beam from the reference angle by deflecting the laser projector and the imaging device relative to each other, and granular spots when the laser beam is irradiated from the reference angle The surface roughness of the object to be measured is measured by measuring a change in the granular spotted pattern, which is a granular spotted pattern when the irradiation angle of the laser beam is changed from the reference angle on the basis of the reference granular spotted pattern that is a pattern. Image to ask for By having a configuration comprising a processing device, the irradiation angle of the laser beam to the measurement object can be changed by deflecting the measurement object relative to the laser projector and the imaging device, Since the irradiation angle of the laser beam can be changed from the reference angle also by deflecting the object to be measured, there is an effect that the structure of the irradiation angle adjusting mechanism can be simplified.
[0071]
Further, according to the present invention, the image processing apparatus calculates a change amount of the reference granular spot pattern and the change granular spot pattern at each irradiation angle of the laser beam, and a change rate (change amount / irradiation angle of the change amount / irradiation angle is calculated from the change amount. The surface roughness of the object to be measured is calculated numerically according to the rate of change by having the configuration according to claim 11 or 12, wherein the surface roughness of the object to be measured is obtained by calculating a change amount). Since it can be expressed, there is an effect that the surface roughness of the object to be measured can be compared objectively.
[0072]
Moreover, this invention has the structure of
[0073]
Further, in the present invention, the image processing apparatus represents a change in the degree of coincidence between the reference granular spotted pattern and the changed granular spotted pattern as a function of a moving distance of the changed granular spotted pattern, and based on a coefficient of the function, the measured object The structure according to
[0074]
Further, according to the present invention, the image processing apparatus has the configuration according to
[0075]
In the present invention, the image processing apparatus further includes a storage device that stores a standard change rate of a plurality of standard pieces whose surface roughness measured in advance is known, and the change rate of the object to be measured is the standard change rate. The standard change rate of the standard piece closest to the change rate of the object to be measured is obtained by having the configuration according to claim 13 or 14, wherein the surface roughness of the object to be measured is obtained by comparison with a change rate. The surface roughness of the object to be measured can be expressed by the surface roughness of the standard piece and the rate of change increases as the surface roughness increases. There is an effect that the value can also be expressed.
[0076]
Further, according to the present invention, the image processing apparatus has a correlation processing function of performing image processing on the captured granular spotted pattern by a correlation method, and the correlation processing function changes the change granular spotted pattern with respect to the reference granular spotted pattern. By measuring the image of the captured granular spotted pattern using the correlation method, the change in the changed granular spotted pattern can be easily measured by having the configuration according to any one of claims 11 to 17. There is an effect that can.
[0077]
Further, in the present invention, the correlation method is a phase-only correlation method, and a change in the change granular spotted pattern with respect to the reference granular spotted pattern is measured from an outline image of the granular spotted pattern. By having a configuration, image processing is performed by the phase-only correlation method, and only the contour image corresponding to the phase component of the Fourier transform of the granular spotted pattern is compared, so the difference in the illuminance of the laser light, the reflectance of the object to be measured, etc. As a result, a measurement error does not occur due to the fluctuation of the brightness level of the granular spot pattern, and the amount of data of the granular spot pattern is reduced, so that the calculation speed is increased and the measurement time of the surface roughness can be shortened.
[0078]
Further, according to the present invention, the image pickup device has a configuration according to any one of claims 11 to 19 including a CCD element and a night vision tube provided in front of the CCD element for blocking external light. In addition, it is possible to directly image a granular spot pattern which is reflected light of a laser beam by a CCD element, and to capture a granular spot pattern even in a bright place by a night vision tube.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of a surface roughness measuring apparatus using laser reflected light according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic front view showing the main part of the first embodiment.
FIG. 3 is an enlarged view of part A showing details of the first embodiment.
FIG. 4 is a schematic front view showing the principle of this measuring apparatus.
FIG. 5 is a block diagram showing a second embodiment.
FIG. 6A is an image of a granular spot pattern.
(B) Perspective view showing correlation function of granular spotted pattern
FIG. 7 is a diagram showing the measurement results of the surface roughness of the first example.
FIG. 8 is a diagram showing the measurement results of the surface roughness of the first example.
FIG. 9 is a diagram showing the measurement results of the surface roughness of the first example.
FIG. 10 is a diagram showing the measurement results of the surface roughness of the second embodiment.
FIG. 11 is a diagram showing the measurement results of the surface roughness of the second example.
FIG. 12 is a diagram showing the measurement results of the surface roughness of the second example.
FIG. 13 is a diagram showing the measurement results of the surface roughness of the second example.
[Explanation of symbols]
1 Laser projector
2 Irradiation angle adjustment mechanism
3 CCD camera
4 Image processing device
5 Display output device
6 Print output device
7 Phase-only correlation processor
8 Image processing computer
9 DUT
10 Irradiation point
11a Standard granular spotted pattern
11b Change granular spotted pattern
12 Rotating shaft
13 Holding member
14 Support members
15 Stepping motor
16 Fixing device
17 CCD device
18 Night Vision Tube
19 Irradiation angle adjustment mechanism
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