JP4332990B2

JP4332990B2 - Shape measuring apparatus and optical axis measuring method thereof

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Publication number: JP4332990B2
Application number: JP2000138699A
Authority: JP
Inventors: 耕嗣久野; 浩久木村; 章相原
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2000-05-11
Filing date: 2000-05-11
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2020-05-11
Also published as: JP2001317924A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は形状測定装置およびその光軸測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
対象物の断面形状を高精度に測定することは様々な製品などで必要とされている。例えば、自動車用モール、ドアフレーム、シートレール等のロール成形品は、その断面形状の検査が品質管理上重要である。これらの断面形状検査は、測定断面を切断し、投影機にて形状を拡大し検査を行っていた。この方法では、断面切断時に形状に歪みが生じ、正確な断面形状が検査できない。また、複数の断面検査を行う場合、切断に時間がかかる、という問題があった。
【０００３】
それらの問題点に対し、非接触式の形状測定装置は検査したい断面を切断することなしに形状検査できるため、形状歪みがなく、任意断面に対し容易に検査が可能となる。
【０００４】
対象物の形状を非接触で測定する形状測定装置として、レーザ光を対象物に照射して形状測定するレーザセンサが多く使われている。この方法で死角領域を少なく測定する場合、対象物を様々な角度に回転、あるいはセンサを回転して測定する必要があるため、光軸を高精度に調整、確認する必要がある。しかし、レーザ光はダイヤルゲージ等の接触式触針が利用できないため、光軸位置測定ができない。
【０００５】
そこで、一般には光軸ねらい位置にマーキングしたスクリーンをセットし光軸ずれを目視で観察する方法や、光軸ねらい位置にピンホールをいくつか有するスクリーンをセットしレーザ光が透過するかを観察する方法が行われていた。しかし、これらの目視による方法では精度が悪いという問題点がある。また赤外光は外乱光の影響を受けにくく形状測定に有利であるが、目に見えないので目視による方法では光軸調整できない。
【０００６】
レーザ光で高精度に形状を測定するために、光軸を高精度に調節できる形状測定装置および方法が求められている。従来技術１として、特開平６−５８７２０号公報には、ＣＣＤカメラでレーザ光の位置、湾曲を定量的に測定する検査装置が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術１は、レーザ光の湾曲度のみを測定する装置であり、レーザユニットを装置に取り付けた時のレーザ光軸ずれを測定できるものではなく、かつ、動作各軸、光軸の軸ずれとの区別が困難であり、調整することができない問題がある。
【０００８】
本発明は上記課題を解決したもので、形状を高精度に測定できる形状測定装置を提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記技術的課題を解決するために、本発明の請求項１において講じた技術的手段（以下、第１の技術的手段と称する。）は、対象物にレーザ光を投光するレーザ光投光手段と、該レーザ光投光手段のレーザ出力を制御するレーザ出力制御手段と、前記対象物からの反射光を受光する受光手段と、該受光手段の受光データを記憶する受光メモリ手段と、前記レーザ光投光手段および前記受光手段を一体で前記対象物回りを回転させる回転手段と、該回転手段を制御する回転制御手段と、前記回転手段の回転軸方向と直交し、かつ互いに直交する方向に、前記対象物を前記レーザ光投光手段に対して相対的に移動させる移動手段と、該移動手段を制御する移動制御手段と、光軸測定時に前記レーザ光投光手段のレーザ光を受光できる位置に設けられ、前記回転手段の回転軸方向を回転軸として回転する首振り手段を有する光軸測定用撮像手段と、該光軸測定用撮像手段の画像データを記憶する光軸測定用画像メモリ手段と、前記回転手段および前記移動手段の位置データと前記光軸測定用画像メモリ手段の画像データから光軸ずれ角度量を演算する演算手段が設けられていることを特徴とする形状測定装置である。
【００１０】
上記第１の技術的手段による効果は、以下のようである。
【００１１】
すなわち、回転手段、首振り手段により異なる方向からのレーザ光を、ほぼレーザ光軸方向の異なる２つの位置で光軸測定用撮像手段により撮像できるので、レーザ光光軸、回転手段の回転軸の傾きが別々に測定でき、光軸を正確に測定し必要に応じて調整できるため、高精度の形状測定ができる。
【００１２】
上記技術的課題を解決するために、本発明の請求項２において講じた技術的手段（以下、第２の技術的手段と称する。）は、前記レーザ光投光手段が、レーザ光をスリット状に投光するスリット状レーザ光投光手段であることを特徴とする請求項１記載の形状測定装置である。
【００１３】
上記第２の技術的手段による効果は、以下のようである。
【００１４】
すなわち、対象物の形状測定位置ににレーザ光を照射するためにレーザ光を走査する必要がなく、そのための装置が簡略化できるので、低コストの形状測定装置ができる。
【００１５】
上記技術的課題を解決するために、本発明の請求項３において講じた技術的手段（以下、第３の技術的手段と称する。）は、光軸測定時に前記レーザ光投光手段と前記光軸測定用撮像手段の間に、前記レーザ光投光手段から投光されたレーザ光が前記光軸測定用撮像手段に入射される光量を減衰させる光量減衰手段が設けられていることを特徴とする請求項１記載の形状測定装置である。
【００１６】
上記第３の技術的手段による効果は、以下のようである。
【００１７】
すなわち、光量減衰手段により減衰されたレーザ光を光軸測定用撮像手段に入射できるので、光軸測定用撮像手段が光量オーバーになったり、破壊されるのを防止できる。
【００１８】
上記技術的課題を解決するために、本発明の請求項４において講じた技術的手段（以下、第４の技術的手段と称する。）は、前記レーザ光投光手段と前記受光手段を備えた測定ヘッドが設けられ、前記回転手段が前記測定ヘッドを前記対象物の回りを回転させる測定ヘッド回転手段であり、前記移動手段が前記対象物を前記回転手段の回転軸方向と直交し、かつ互いに直行する方向に移動する対象物移動手段であることを特徴とする請求項１記載の形状測定装置である。
【００１９】
上記第４の技術的手段による効果は、以下のようである。
【００２０】
すなわち、レーザ光投光手段と受光手段が測定ヘッドに一体で設けられ、両者の位置関係が固定されているので、高精度の形状測定ができ、かつ取扱も容易になる。また回転手段と移動手段が、対象物側、測定ヘッド側に分かれているので、形状測定装置の調整が簡単にできる。
【００２１】
上記技術的課題を解決するために、本発明の請求項５において講じた技術的手段（以下、第５の技術的手段と称する。）は、前記光軸測定用撮像手段が、前記回転手段の回転軸方向を回転軸として回転する首振り手段を介して、光軸測定時に前記移動手段に固定可能な保持手段に結合されていることを特徴とする請求項１記載の形状測定装置である。
【００２２】
上記第５の技術的手段による効果は、以下のようである。
【００２３】
すなわち、光軸測定用撮像手段、首振り手段、保持手段が一体で形成されているので、対象物と光軸測定用撮像手段を交換することが容易で、かつ高精度に光軸測定ができる。
【００２４】
上記技術的課題を解決するために、本発明の請求項６において講じた技術的手段（以下、第６の技術的手段と称する。）は、請求項１〜５のいずれかに記載の形状測定装置を用いて、前記光軸測定用撮像手段を前記レーザ光投光手段のレーザ光を受光できる位置にセットする光軸測定用撮像手段セット工程と、前記光軸測定用撮像手段で前記レーザ光を撮像した画像データからその重心位置を演算する演算工程と、前記光軸測定用撮像手段を前記レーザ光投光手段方向に所定の位置に前記光軸測定用撮像手段の撮像面を平行移動させる移動工程と、該移動工程後の位置で、前記光軸測定用撮像手段で前記レーザ光を撮像した画像データからその重心位置を再び演算する再演算工程と、前記の二つの重心位置から前記撮像面の垂直線と前記レーザ光面のなすずれ角度量を演算するずれ演算工程と、前記回転手段を９０度回転し、かつ前記首振り手段を前記回転手段と同じ方向に９０度回転する回転工程と、前記演算工程から前記ずれ演算工程を繰り返して第２のずれ角度量を求める第２ずれ演算工程と、前記回転工程から前記回転工程と同じ方向に前記回転手段と前記首振り手段を９０度回転する第２回転工程と、前記演算工程から前記ずれ演算工程を繰り返して第３のずれ角度量を求める第３ずれ演算工程と、前記第２回転工程から前記回転工程と同じ方向に前記回転手段と前記首振り手段を９０度回転する第３回転工程と、前記演算工程から前記ずれ演算工程を繰り返して第４のずれ角度量を求める第４ずれ演算工程と、上記の四つのずれ角度量から前記回転手段の所定方向からのずれ角度と前記レーザ光投光手段の所定方向からのずれ角度を演算するずれ角度演算工程からなることを特徴とする形状測定装置の光軸測定方法である。
【００２５】
上記第６の技術的手段による効果は、以下のようである。
【００２６】
すなわち、回転手段、首振り手段により異なる方向からのレーザ光を、ほぼレーザ光軸方向の異なる２つの位置で光軸測定用撮像手段により撮像できるので、レーザ光光軸、回転手段の回転軸の傾きが別々に測定でき、光軸を正確に測定し必要に応じて調整できるため、高精度の形状測定ができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について、図面に基づいて説明する。図１は形状測定時の形状測定装置の外観図であり、図２は光軸測定時の形状測定装置の光軸測定方法を説明する構成図である。
【００２８】
本実施例は、レーザ光投光手段であるレーザスリット投光器２、レーザ出力制御手段であるレーザ出力制御部３、受光手段である形状測定用撮像素子５、受光メモリ手段である形状測定用画像メモリ７、回転手段である回転機構１０、回転制御手段である回転機構制御部１１、移動手段であるＸＺステージ８、移動制御手段であるＸＺステージ制御部９、首振り手段である撮像素子首振り機構１５、光軸測定用撮像手段である光軸測定用撮像素子１３、光量減衰手段であるＮＤフィルタ１４、保持手段である円筒部材１７、光軸測定用画像メモリ手段である光軸測定用画像メモリ１６と、演算手段であるデータ演算部１２から構成されている。パーソナルコンピュータ２０が、レーザ出力制御部３、対象物画像メモリ７、光軸測定用画像メモリ１６、ＸＺステージ制御部９、回転機構制御部１１、データ演算部１２の役割を有している。
【００２９】
ＸＺステージ８は、水平方向に移動させるＸステージ８ａと垂直方向に移動させるＺステージ８ｂから構成されている。Ｚステージ８ｂはＸステージ８ａの上に設けられ、Ｘステージ８ａにより移動可能である。Ｚステージ８ｂの上には台座３１が設けられ、台座３１の上に対象物３０を固定できるようになっている。対象物３０は長尺状であり、長尺方向が軸方向である。対象物３０は、その軸方向が台座面３１ａに垂直になるように固定される。
【００３０】
対象物３０の軸方向で、ＸＺステージ８の反対側の延長方向に回転機構１０が設けられている。回転機構１０はエンコーダ付のモータであり、その回転軸１０ａは対象物３０の軸方向とほぼ一致している。回転機構１０とＸＺステージ８は、それぞれ同じベース２１上に立設された支持部２２と２３に支持されている。回転機構１０の対象物３０側にはＬ字状の支持部材２４が連結され、その先端にはレーザスリット投光器２と形状測定用撮像素子５を一体に設けた測定ヘッド６が固定されている。
【００３１】
形状測定用撮像素子５としては、面状のＣＣＤセンサやＣＭＯＳカメラを使用しているが、一つの受光センサでもよい。レーザスリット投光器２は、レーザ光をスリット状に投光する投光器であるが、一つにレーザ光を投光する投光器を用いてスリット状に走査してもよい。このスリット状走査型のレーザ投光手段を用いて、面状の受光手段で受光しても、スリット状走査型のレーザ投光手段を用いて、形一つの受光センサで受光してレーザ光の走査と同期して演算しても、対象物の形状測定ができる。
【００３２】
レーザスリット投光器２はレーザスリット光１を対象物３０に投光できるように設けられている。形状測定用撮像素子５は対象物３０のレーザスリット光１が当たる部分が撮像できる方向を向いており、形状測定用撮像素子５と対象物３０の間に光学レンズ４が設けられている。光学レンズ４は対象物３０からの反射光を投光軸から任意の角度より集光し、その集光された反射光を形状測定用撮像素子５が撮像する。光学レンズ４も測定ヘッド６内に一体に設けられている。
【００３３】
図２に示すように、光軸測定時には、対象物３０に替えて円筒部材１７が、その軸方向が台座面３１ａに垂直になるように固定される。この円筒部材１７の対象物３０と反対の端部には、撮像素子首振り機構１５を介して光軸測定用撮像素子１３が設けられている。光軸測定用撮像素子１３は撮像素子首振り機構１５により円筒部材１７の軸中心を中心として回転可能であると同時に、所定の位置で固定できるようになっている。
【００３４】
光軸測定用撮像素子１３は、面状のＣＣＤセンサやＣＭＯＳカメラを使用している。光軸測定用撮像素子１３の受光面の前方にＮＤフィルタ１４が設けられ、レーザ光量を減衰する。光軸測定用撮像素子１３はレーザ光を直接受光するので、減衰させないと光量が強すぎて光軸測定用撮像素子１３の検出限界をオーバーする。なお、ＮＤフィルタ１４を設ける替わりに、光軸測定時にレーザ強度を下げてもよい。
【００３５】
測定ヘッド６は、回転機構１０により対象物３０の軸の回りを回転できるように構成されている。すなわち測定ヘッド６は、円筒部材１７の軸の回りを回転できるように構成されている。
【００３６】
レーザ出力制御部３はレーザスリット投光器２と信号線を介して電気的に連結され、レーザスリット光１の投光強度、ＯＮ／ＯＦＦを制御する。形状測定用画像メモリ７は形状測定用撮像素子５と信号線を介して電気的に連結され、形状測定用撮像素子５で撮像された画像データを格納する。光軸測定用画像メモリ１６は光軸測定用撮像素子１３と信号線を介して電気的に連結され、光軸測定用撮像素子１３で撮像された画像データを格納する。
【００３７】
ＸＺステージ制御部９、回転機構制御部１１はベース２１を介し信号線を介して、それぞれＸＺステージ８と回転機構１０と電気的に連結され、それぞれＸＺステージの移動と回転機構１０の回転を制御する。レーザ出力制御部３、対象物画像メモリ７、光軸測定用画像メモリ１６、ＸＺステージ制御部９、回転機構制御部１１はデータ演算部１２と信号線を介して電気的に連結されている。データ演算部１２は、形状測定用撮像素子５の画像データより対象物断面形状を演算し、ＸＺステージ８の位置データと回転機構１０の角度データより形状データをＸＺステージ座標系に変換する演算などを行う。
【００３８】
図３は、本実施例の光軸測定方法を説明するフローチャート図である。ＸＺステージ８上に、図２のように撮像素子首振り機構１５を介して光軸測定用撮像素子１３を設けた円筒部材１７が立設し、光軸測定用撮像素子１３をレーザスリット光１を受光できる位置にセットする（光軸測定用撮像手段セット工程）。
【００３９】
Ｘステージ８ａおよびＺステージ８ｂがそれぞれの中央位置にある位置をＸＺステージ８の原点位置とする。測定ヘッド６が光軸測定用撮像素子１３の鉛直上方にある位置を回転機構１０の原点位置とする。光軸測定用撮像素子１３が鉛直上方に向けられている位置を撮像素子首振り機構１５の原点位置とする。
【００４０】
図４は、回転機構１０、撮像素子首振り機構１５が原点位置にある場合の測定を説明する説明側面図である。図５は、回転機構１０、撮像素子首振り機構１５がＸＺステージ８に向かって右に原点位置より９０度回転した位置にある場合の測定を説明する説明上面図である。図６は、回転機構１０、撮像素子首振り機構１５が原点位置より１８０度回転した位置にある場合の測定を説明する説明側面図である。
【００４１】
Ｘステージ８ａの移動方向をＸ軸とし、ＸＺステージ８に向かって右方向をＸ軸の正方向とする。Ｚステージ８ｂの移動方向をＺ軸とし、鉛直上方をＺ軸の正方向とする。Ｘ軸とＺ軸に直交する方向をＹ軸とし、回転機構１０からＸＺステージ８に向かう方向をＹ軸の正方向とする。Ｙ軸は、ほぼ円筒部材１７や対象物３０の軸方向である。
【００４２】
まず、ステップＳ０１で図４のように、ＸＺステージ８、回転機構１０、撮像素子首振り機構１５を原点に移動させる。次にステップＳ０２でＺステージ８ｂをｚ_０移動させＸＺステージ８をｐ_０（０，ｚ_０）に移動する。ステップＳ０３で適切な光量制御を行ったレーザスリット光１をレーザスリット投光器２より照射し、レーザスリット光１を光軸測定用撮像素子１３で撮像し、ステップＳ０４でその画像データを光軸測定用画像メモリ１６に格納する。
【００４３】
ステップＳ０５で光軸測定用画像メモリ１６に格納された画像データより輝度分布の重心位置ｖ_ｙ０を演算する（演算工程）。重心位置ｖ_ｙ０は、画像上の位置（ｘ、ｙ）における輝度をＩ（ｘ、ｙ）とすると、
ｖ_ｙ０＝Σ（ｙ・Ｉ（ｘ、ｙ））／ΣＩ（ｘ、ｙ）
で求められる。
【００４４】
次に、ステップＳ０６でＺステージ８ｂを移動してＸＺステージ８をｐ_０（０，ｚ_１）に移動し（移動工程）、ステップＳ０７でレーザスリット光１を光軸測定用撮像素子１３で撮像し、ステップＳ０８でその画像データを光軸測定用画像メモリ１６に格納する。ステップＳ０９で光軸測定用画像メモリ１６に格納された画像データより重心位置ｖ_ｙ１を演算する（再演算工程）。
【００４５】
ステップＳ１０でレーザスリット光１のＺ軸を基準としたＸ軸左回りのずれ角度量γ_ｘ（０）を、ｖ_ｙ０とｖ_ｙ１から式（１）により演算する（ずれ演算工程）。なお、γ_ｘ（０）は、回転機構１０の回転軸１０ａのＹ軸を基準としたＸ軸左回りのずれ角度量α_ｘ、レーザスリット光１の回転軸１０ａに垂直な面３３を基準としたＸ軸左回りのずれ角度量β_ｘと式（２）の関係にある。
【００４６】
【数１】

【数２】

次にステップＳ１１で回転機構１０、撮像素子首振り機構１５を９０度回転し、図５の状態にする（回転工程）。ステップＳ１２でＸＺステージをｐ２（ｘ_０、０）に移動し、ステップＳ１３でレーザスリット光１を光軸測定用撮像素子１３で撮像し、ステップＳ１４でその画像データを光軸測定用画像メモリ１６に格納する。ステップＳ１５で光軸測定用画像メモリ１６に格納された画像データより重心位置ｖ_ｙ０を演算する（演算工程）。
【００４７】
次に、ステップＳ１６でＸステージ８ａを移動してＸＺステージ８をｐ３（ｘ_１、０）に移動し（移動工程）、ステップＳ１７でレーザスリット光１を光軸測定用撮像素子１３で撮像し、ステップＳ１８でその画像データを光軸測定用画像メモリ１６に格納する。ステップＳ１９で光軸測定用画像メモリ１６に格納された画像データより重心位置ｖ_ｙ１を演算する（再演算工程）。
【００４８】
ステップＳ２０でレーザスリット光１のＸ軸を基準としたＺ軸左回りのずれ角度量γ_ｚ（π／２）を、ｖ_ｙ０とｖ_ｙ１から式（３）により演算する（第２ずれ演算工程）。なお、γ_ｚ（π／２）は、回転機構１０の回転軸１０ａのＹ軸を基準としたＺ軸左回りのずれ角度量α_ｚ、レーザスリット光１の回転軸１０ａに垂直な面３３を基準としたＺ軸左回りのずれ角度量β_ｚと式（４）の関係にある。
【００４９】
【数３】

【数４】

次にステップ２１でθが２７０度かどうか判断する。θが２７０度でない場合はステップＳ２２に進み、θが２７０度であればステップＳ２３に進む。
【００５０】
ステップ２２では回転機構１０、撮像素子首振り機構１５をさらに９０度回転し（第２回転工程）、図６の状態にし、ステップＳ０２に戻る。ここから再度ステップＳ０２〜Ｓ２０が実行される。ステップＳ０２〜Ｓ１０では、２点ｐ０（０、ｚ_０）、ｐ１（０、ｚ_１）について、スリット像重心ｖ_ｙ２、ｖ_ｙ３をデータ演算部１２より演算し、レーザスリット光１の−Ｚ軸を基準としたＸ軸左回りのずれ角度量γ_ｘ（π）を式（５）により演算する（第３ずれ演算工程）。なお、γ_ｘ（π）は、α_ｘおよびβ_ｘと式（６）の関係にある。
【００５１】
【数５】

【数６】

ステップＳ１１で回転機構１０、撮像素子首振り機構１５をさらに９０度回転し（第３回転工程）、ステップＳ１２〜Ｓ２０で、２点ｐ０（０、ｚ_０）、ｐ１（０、ｚ_１）について、スリット像重心ｖ_ｙ２、ｖ_ｙ３をデータ演算部１２より演算し、レーザスリット光１のＹ軸を基準としたＺ軸左回りのずれ角度量γ_ｚ（３π／２）を演算する（第４ずれ演算工程）。その後、ステップＳ２１でθが２７０度であるかどうか判断する。
【００５２】
ステップＳ２３では式（７）、（８）を用いてγ_ｘ（０）、γ_ｘ（π）よりα_ｘ、β_ｘを演算し、ステップＳ２４で式（９）、（１０）を用いてγ_ｚ（π／２）、γ_ｚ（３π／２）よりα_ｚ、β_ｚを演算する（ずれ角度演算工程）。
【００５３】
【数７】

【数８】

以上の工程により、レーザスリット光１の光軸のＸ軸回りのずれ角度量およびＺ軸回りのずれ角度量について、回転機構におけるずれ角度量、回転軸からレーザスリット光までのずれ角度量に分けて測定できる。この結果、回転機構１０、レーザスリット投光器２の調整し易くなり、回転軸中心をＹ軸に平行にすることが容易となる。
【００５４】
回転機構１０、測定ヘッド６の調整終了後、ＸＺステージ８から円筒部材１７をはずし、対象物３０をつけて、その断面形状を測定する。
【００５５】
このように、測定ヘッド６を組み付けるときやレーザスリット光投光器２を組み付けるとき、容易に調整することができる。また測定精度に異常があった場合、その原因を容易に確認できる。なお、測定されたずれ角度量により光軸調整をせずに、そのずれ角度量を考慮して演算により、対象物の形状を高精度に測定することもできる。
【００５６】
本実施例では、ＸＺテーブル８、撮像素子首振り機構１５の移動や回転を手動で行っているが、自動制御で行うことも可能で、こうすれば自動で確認、または自動で調整作業ができ、更なる高速化が可能となる。また本実施例の移動手段は、対象物３０や光軸測定用撮像素子１３を移動させるものであるが、これらを回転機構１０の回転軸１０ａ方向と直交し、かつ互いに直交する方向に、レーザスリット光投光器２に対して相対的に移動させるさせることができればよいから、例えば回転機構１０を移動させる手段でもよい。またレーザスリット光投光器２そのものを移動させてもよい。この場合は、レーザスリット光１の光軸方向に移動できればよい。
【００５７】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、対象物にレーザ光を投光するレーザ光投光手段と、該レーザ光投光手段のレーザ出力を制御するレーザ出力制御手段と、前記対象物からの反射光を受光する受光手段と、該受光手段の受光データを記憶する受光メモリ手段と、前記レーザ光投光手段および前記受光手段を一体で前記対象物回りを回転させる回転手段と、該回転手段を制御する回転制御手段と、前記回転手段の回転軸方向と直交し、かつ互いに直交する方向に、前記対象物を前記レーザ光投光手段に対して相対的に移動させる移動手段と、該移動手段を制御する移動制御手段と、光軸測定時に前記レーザ光投光手段のレーザ光を受光できる位置に設けられ、前記回転手段の回転軸方向を回転軸として回転する首振り手段を有する光軸測定用撮像手段と、該光軸測定用撮像手段の画像データを記憶する光軸測定用画像メモリ手段と、前記回転手段および前記移動手段の位置データと前記光軸測定用画像メモリ手段の画像データから光軸ずれ角度量を演算する演算手段が設けられていることを特徴とする形状測定装置および形状測定装置を用いて、前記光軸測定用撮像手段を前記レーザ光投光手段のレーザ光を受光できる位置にセットする光軸測定用撮像手段セット工程と、前記光軸測定用撮像手段で前記レーザ光を撮像した画像データからその重心位置を演算する演算工程と、前記光軸測定用撮像手段を前記レーザ光投光手段方向に所定の位置に前記光軸測定用撮像手段の撮像面を平行移動させる移動工程と、該移動工程後の位置で、前記光軸測定用撮像手段で前記レーザ光を撮像した画像データからその重心位置を再び演算する再演算工程と、前記の二つの重心位置から前記撮像面の垂直線と前記レーザ光面のなすずれ角度量を演算するずれ演算工程と、前記回転手段を９０度回転し、かつ前記首振り手段を前記回転手段と同じ方向に９０度回転する回転工程と、前記演算工程から前記ずれ演算工程を繰り返して第２のずれ角度量を求める第２ずれ演算工程と、前記回転工程から前記回転工程と同じ方向に前記回転手段と前記首振り手段を９０度回転する第２回転工程と、前記演算工程から前記ずれ演算工程を繰り返して第３のずれ角度量を求める第３ずれ演算工程と、前記第２回転工程から前記回転工程と同じ方向に前記回転手段と前記首振り手段を９０度回転する第３回転工程と、前記演算工程から前記ずれ演算工程を繰り返して第４のずれ角度量を求める第４ずれ演算工程と、上記の四つのずれ角度量から前記回転手段の所定方向からのずれ角度と前記レーザ光投光手段の所定方向からのずれ角度を演算するずれ角度演算工程からなることを特徴とする形状測定装置の光軸測定方法であるので、光軸・動作軸のずれを高精度に測定・調整でき、高精度に形状を測定できる形状測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】形状測定時の形状測定装置の外観図
【図２】光軸測定時の形状測定装置の光軸測定方法を説明する構成図
【図３】本実施例の光軸測定方法を説明するフローチャート図
【図４】回転機構、撮像素子首振り機構が原点位置にある場合の測定を説明する説明側面図
【図５】回転機構、撮像素子首振り機構がＸＺステージに向かって右に原点位置より９０度回転した位置にある場合の測定を説明する説明上面図
【図６】回転機構、撮像素子首振り機構が原点位置より１８０度回転した位置にある場合の測定を説明する説明側面図
【符号の説明】
１…レーザスリット光（レーザ光）
２…レーザスリット投光器（レーザ光投光手段、スリット状レーザ光投光手段）
３…レーザ出力制御部（レーザ出力制御手段）
４…光学レンズ
５…形状測定用撮像素子（受光手段）
６…測定ヘッド
７…形状測定用画像メモリ（受光メモリ手段）
８…ＸＺステージ（移動手段、対象物移動手段）
９…ＸＺステージ制御部（移動制御手段）
１０…回転機構（回転手段、測定ヘッド回転手段）
１１…回転機構制御部（回転制御手段）
１２…データ演算部（演算手段）
１３…光軸測定用撮像素子（光軸測定用撮像手段）
１４…ＮＤフィルタ（光量減衰手段）
１５…撮像素子首振り機構（首振り手段）
１６…光軸測定用画像メモリ（光軸測定用画像メモリ手段）
１７…円筒部材（保持手段）
２０…パーソナルコンピュータ（演算手段）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a shape measuring apparatus and an optical axis measuring method thereof.
[0002]
[Prior art]
It is required for various products to measure the cross-sectional shape of an object with high accuracy. For example, inspection of the cross-sectional shape of roll molded products such as automobile moldings, door frames, and seat rails is important for quality control. In these cross-sectional shape inspections, a measurement cross-section is cut, and the shape is enlarged by a projector to perform the inspection. With this method, the shape is distorted when the cross section is cut, and an accurate cross sectional shape cannot be inspected. Further, when performing a plurality of cross-sectional inspections, there is a problem that it takes time to cut.
[0003]
With respect to these problems, the non-contact type shape measuring apparatus can inspect the shape without cutting the cross section to be inspected, so that there is no shape distortion, and an arbitrary cross section can be inspected easily.
[0004]
As a shape measuring device for measuring the shape of an object in a non-contact manner, a laser sensor that irradiates the object with laser light and measures the shape is often used. When measuring a small blind spot area by this method, it is necessary to measure the object by rotating the object at various angles or rotating the sensor, and therefore it is necessary to adjust and check the optical axis with high accuracy. However, since the contact stylus such as a dial gauge cannot be used for laser light, the optical axis position cannot be measured.
[0005]
Therefore, in general, a marked screen is set at the optical axis aiming position and the optical axis deviation is visually observed, or a screen having several pinholes is set at the optical axis aiming position to observe whether the laser beam is transmitted. The way was done. However, these visual methods have the problem of poor accuracy. Infrared light is less susceptible to disturbance light and is advantageous for shape measurement. However, since it is not visible, the optical axis cannot be adjusted by visual observation.
[0006]
In order to measure the shape with a laser beam with high accuracy, there is a need for a shape measuring apparatus and method that can adjust the optical axis with high accuracy. As prior art 1, Japanese Patent Laid-Open No. 6-58720 discloses an inspection apparatus that quantitatively measures the position and curvature of laser light with a CCD camera.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the prior art 1 is a device that measures only the degree of curvature of laser light, and cannot measure laser optical axis misalignment when the laser unit is attached to the device, and each axis of operation and the axis of the optical axis. There is a problem that it is difficult to distinguish from the deviation and cannot be adjusted.
[0008]
This invention solves the said subject and provides the shape measuring apparatus which can measure a shape with high precision.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above technical problem, the technical means taken in claim 1 of the present invention (hereinafter referred to as the first technical means) is a laser light projection for projecting a laser beam on an object. Means, laser output control means for controlling the laser output of the laser light projecting means, light receiving means for receiving reflected light from the object, light receiving memory means for storing light reception data of the light receiving means, Rotating means for integrally rotating the laser light projecting means and the light receiving means around the object, a rotation control means for controlling the rotating means, and a direction orthogonal to the rotation axis direction of the rotating means and perpendicular to each other Further, a moving means for moving the object relative to the laser light projecting means, a movement control means for controlling the moving means, and receiving the laser light of the laser light projecting means when measuring the optical axis. Provided in a position that can , An optical axis measurement imaging means having a swinging means that rotates about the rotational axis direction of the rotation means, an optical axis measurement image memory means for storing image data of the optical axis measurement imaging means, and The shape measuring apparatus is characterized in that a calculating means for calculating an optical axis deviation angle amount from position data of the rotating means and the moving means and image data of the optical axis measuring image memory means is provided.
[0010]
The effects of the first technical means are as follows.
[0011]
That is, the laser light from different directions can be picked up by the optical axis measurement imaging means at two positions almost different in the laser optical axis direction by the rotating means and the swinging means. Since the tilt can be measured separately and the optical axis can be measured accurately and adjusted as necessary, highly accurate shape measurement can be performed.
[0012]
In order to solve the above technical problem, the technical means taken in claim 2 of the present invention (hereinafter referred to as second technical means) is that the laser light projecting means converts the laser light into a slit shape. The shape measuring device according to claim 1, wherein the shape measuring device is a slit-like laser light projecting unit that projects light onto the surface.
[0013]
The effects of the second technical means are as follows.
[0014]
That is, it is not necessary to scan the laser beam to irradiate the shape measuring position of the object with the laser beam, and the apparatus for that purpose can be simplified, so that a low-cost shape measuring apparatus can be achieved.
[0015]
In order to solve the above technical problem, the technical means (hereinafter referred to as third technical means) taken in claim 3 of the present invention is the laser light projecting means and the light at the time of optical axis measurement. A light amount attenuating means for attenuating the amount of light incident on the optical axis measuring image pickup means is provided between the axis measuring image pickup means. The shape measuring device according to claim 1.
[0016]
The effects of the third technical means are as follows.
[0017]
That is, since the laser light attenuated by the light quantity attenuation means can be incident on the optical axis measurement imaging means, it is possible to prevent the optical axis measurement imaging means from exceeding the light quantity or being destroyed.
[0018]
In order to solve the above technical problem, the technical means (hereinafter referred to as fourth technical means) taken in claim 4 of the present invention includes the laser light projecting means and the light receiving means. A measuring head is provided, and the rotating means is a measuring head rotating means for rotating the measuring head around the object, and the moving means is configured to cause the object to be orthogonal to the rotation axis direction of the rotating means and to each other. The shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the shape measuring apparatus is an object moving unit that moves in a direction to go straight.
[0019]
The effects of the fourth technical means are as follows.
[0020]
That is, since the laser light projecting means and the light receiving means are integrally provided in the measuring head and the positional relationship between the two is fixed, high-precision shape measurement can be performed and handling is facilitated. Further, since the rotating means and the moving means are separated on the object side and the measuring head side, the shape measuring apparatus can be easily adjusted.
[0021]
In order to solve the above technical problem, the technical means taken in claim 5 of the present invention (hereinafter referred to as fifth technical means) is that the imaging means for measuring the optical axis is that of the rotating means. 2. The shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the shape measuring apparatus is coupled to a holding means that can be fixed to the moving means during optical axis measurement via a swinging means that rotates about the rotation axis direction.
[0022]
The effects of the fifth technical means are as follows.
[0023]
That is, since the optical axis measurement imaging means, the swinging means, and the holding means are integrally formed, it is easy to exchange the object and the optical axis measurement imaging means, and the optical axis measurement can be performed with high accuracy. .
[0024]
In order to solve the above technical problem, the technical means taken in claim 6 of the present invention (hereinafter referred to as sixth technical means) is the shape measurement according to any one of claims 1 to 5. An optical axis measurement imaging means setting step for setting the optical axis measurement imaging means at a position where the laser light projecting means can receive the laser beam; and A calculation step of calculating the position of the center of gravity from the image data obtained by picking up the image, and moving the image pickup surface of the image pickup means for measuring the optical axis to a predetermined position in the direction of the laser beam projecting means A moving step, a recalculation step of recalculating the barycentric position from image data obtained by imaging the laser beam by the optical axis measurement imaging means at a position after the moving step, and the imaging from the two barycentric positions. The vertical line of the surface A shift calculating step for calculating a shift angle amount formed by the optical surface, a rotating step of rotating the rotating means by 90 degrees and rotating the swinging means by 90 degrees in the same direction as the rotating means, and A second deviation calculating step for obtaining a second deviation angle amount by repeating the deviation calculating step; a second rotating step for rotating the rotating means and the swinging means by 90 degrees in the same direction as the rotating step from the rotating step; A third deviation calculation step for obtaining a third deviation angle amount by repeating the deviation calculation step from the calculation step; and 90 to turn the rotation means and the swinging means in the same direction as the rotation step from the second rotation step. A third rotation step rotating at a predetermined angle, a fourth shift calculation step for obtaining a fourth shift angle amount by repeating the shift calculation step from the calculation step, and a predetermined direction of the rotating means from the four shift angle amounts. An optical axis measuring method of a shape measuring apparatus characterized by comprising a shift angle calculation step of calculating a deviation angle from the predetermined direction offset angle between the laser beam projecting means.
[0025]
The effects of the sixth technical means are as follows.
[0026]
That is, the laser light from different directions can be picked up by the optical axis measurement imaging means at two positions almost different in the laser optical axis direction by the rotating means and the swinging means. Since the tilt can be measured separately and the optical axis can be measured accurately and adjusted as necessary, highly accurate shape measurement can be performed.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is an external view of a shape measuring apparatus at the time of shape measurement, and FIG. 2 is a configuration diagram illustrating an optical axis measuring method of the shape measuring apparatus at the time of optical axis measurement.
[0028]
In this embodiment, a laser slit projector 2 which is a laser beam projector, a laser output controller 3 which is a laser output controller, a shape measuring image pickup device 5 which is a light receiver, and a shape measurement image memory which is a light receiving memory device. 7. Rotating mechanism 10 as rotating means, rotating mechanism control section 11 as rotating control means, XZ stage 8 as moving means, XZ stage control section 9 as moving control means, imaging element swing mechanism as swinging means 15, an optical axis measurement imaging device 13 that is an optical axis measurement imaging means, an ND filter 14 that is a light quantity attenuation means, a cylindrical member 17 that is a holding means, and an optical axis measurement image memory that is an optical axis measurement image memory means. 16 and a data calculation unit 12 which is a calculation means. The personal computer 20 has the roles of the laser output control unit 3, the object image memory 7, the optical axis measurement image memory 16, the XZ stage control unit 9, the rotation mechanism control unit 11, and the data calculation unit 12.
[0029]
The XZ stage 8 includes an X stage 8a that moves in the horizontal direction and a Z stage 8b that moves in the vertical direction. The Z stage 8b is provided on the X stage 8a and can be moved by the X stage 8a. A pedestal 31 is provided on the Z stage 8 b, and the object 30 can be fixed on the pedestal 31. The object 30 has a long shape, and the long direction is the axial direction. The object 30 is fixed so that its axial direction is perpendicular to the pedestal surface 31a.
[0030]
The rotation mechanism 10 is provided in the extension direction on the opposite side of the XZ stage 8 in the axial direction of the object 30. The rotation mechanism 10 is a motor with an encoder, and the rotation shaft 10 a substantially coincides with the axial direction of the object 30. The rotation mechanism 10 and the XZ stage 8 are supported by

support portions

22 and 23 that are erected on the same base 21, respectively. An L-shaped support member 24 is connected to the object 30 side of the rotation mechanism 10, and a measuring head 6 integrally provided with the laser slit projector 2 and the shape measuring imaging element 5 is fixed to the tip thereof.
[0031]
Although a planar CCD sensor or a CMOS camera is used as the shape measuring image pickup element 5, a single light receiving sensor may be used. The laser slit projector 2 is a projector that projects laser light in a slit shape, but may be scanned in a slit shape using a projector that projects laser light. Even if light is received by the planar light receiving means using the slit scanning laser light projecting means, the light is received by the single light receiving sensor using the slit scanning laser light projecting means. Even if the calculation is performed in synchronization with the scanning, the shape of the object can be measured.
[0032]
The laser slit projector 2 is provided so that the laser slit light 1 can be projected onto the object 30. The shape measuring image pickup device 5 faces the direction in which the portion of the object 30 that the laser slit light 1 hits can be imaged, and the optical lens 4 is provided between the shape measuring image pickup device 5 and the object 30. The optical lens 4 condenses the reflected light from the object 30 from an arbitrary angle from the light projection axis, and the shape-measurement imaging device 5 captures the collected reflected light. The optical lens 4 is also integrally provided in the measurement head 6.
[0033]
As shown in FIG. 2, at the time of optical axis measurement, the cylindrical member 17 is fixed in place of the object 30 so that the axial direction is perpendicular to the pedestal surface 31a. An optical axis measuring image sensor 13 is provided on the end of the cylindrical member 17 opposite to the object 30 via an image sensor swing mechanism 15. The image sensor 13 for measuring the optical axis can be rotated about the axial center of the cylindrical member 17 by the image sensor swing mechanism 15 and can be fixed at a predetermined position.
[0034]
The image sensor 13 for measuring the optical axis uses a planar CCD sensor or a CMOS camera. An ND filter 14 is provided in front of the light receiving surface of the image sensor 13 for measuring the optical axis, and attenuates the amount of laser light. Since the optical axis measurement image pickup device 13 directly receives the laser beam, the amount of light is too strong unless it is attenuated, and the detection limit of the optical axis measurement image pickup device 13 is exceeded. Instead of providing the ND filter 14, the laser intensity may be lowered during the optical axis measurement.
[0035]
The measuring head 6 is configured to be able to rotate around the axis of the object 30 by the rotation mechanism 10. That is, the measuring head 6 is configured to be able to rotate around the axis of the cylindrical member 17.
[0036]
The laser output control unit 3 is electrically connected to the laser slit projector 2 via a signal line, and controls the projection intensity and ON / OFF of the laser slit light 1. The shape measurement image memory 7 is electrically connected to the shape measurement image sensor 5 via a signal line, and stores image data captured by the shape measurement image sensor 5. The optical axis measurement image memory 16 is electrically connected to the optical axis measurement image pickup device 13 via a signal line, and stores image data picked up by the optical axis measurement image pickup device 13.
[0037]
The XZ stage control unit 9 and the rotation mechanism control unit 11 are electrically connected to the XZ stage 8 and the rotation mechanism 10 via the signal line via the base 21, respectively, and control the movement of the XZ stage and the rotation of the rotation mechanism 10, respectively. To do. The laser output control unit 3, the object image memory 7, the optical axis measurement image memory 16, the XZ stage control unit 9, and the rotation mechanism control unit 11 are electrically connected to the data calculation unit 12 via signal lines. The data calculation unit 12 calculates the cross-sectional shape of the object from the image data of the image sensor 5 for shape measurement, and calculates the shape data from the position data of the XZ stage 8 and the angle data of the rotation mechanism 10 to the XZ stage coordinate system. I do.
[0038]
FIG. 3 is a flowchart for explaining the optical axis measurement method of the present embodiment. As shown in FIG. 2, a cylindrical member 17 provided with an optical axis measurement image sensor 13 is erected on the XZ stage 8 via an image sensor swing mechanism 15, and the optical axis measurement image sensor 13 is connected to the laser slit light 1. Is set at a position where light can be received (optical axis measurement imaging means setting step).
[0039]
The position where the X stage 8 a and the Z stage 8 b are at the center positions thereof is set as the origin position of the XZ stage 8. A position where the measuring head 6 is vertically above the optical axis measuring image sensor 13 is defined as an origin position of the rotating mechanism 10. The position where the image sensor 13 for measuring the optical axis is directed vertically upward is set as the origin position of the image sensor swing mechanism 15.
[0040]
FIG. 4 is an explanatory side view for explaining the measurement when the rotation mechanism 10 and the image sensor swing mechanism 15 are at the origin position. FIG. 5 is an explanatory top view for explaining the measurement when the rotation mechanism 10 and the image sensor swing mechanism 15 are at a position rotated 90 degrees to the right from the origin position toward the XZ stage 8. FIG. 6 is an explanatory side view for explaining the measurement when the rotation mechanism 10 and the image sensor swing mechanism 15 are at a position rotated 180 degrees from the origin position.
[0041]
The moving direction of the X stage 8a is taken as the X axis, and the right direction toward the XZ stage 8 is taken as the positive direction of the X axis. The moving direction of the Z stage 8b is taken as the Z axis, and the vertically upward direction is taken as the positive direction of the Z axis. A direction perpendicular to the X axis and the Z axis is a Y axis, and a direction from the rotation mechanism 10 toward the XZ stage 8 is a positive direction of the Y axis. The Y axis is substantially the axial direction of the cylindrical member 17 and the object 30.
[0042]
First, in step S01, as shown in FIG. 4, the XZ stage 8, the rotation mechanism 10, and the image sensor swing mechanism 15 are moved to the origin. Next, in step S02, the Z stage 8b is set to z. ₀ Move the XZ stage 8 to p ₀ (0, z ₀ ) The laser slit light 1 subjected to appropriate light amount control in step S03 is irradiated from the laser slit projector 2, and the laser slit light 1 is imaged by the optical axis measurement image sensor 13, and the image data is optical axis measurement in step S04. Stored in the image memory 16.
[0043]
The gravity center position v of the luminance distribution from the image data stored in the optical axis measurement image memory 16 in step S05. _y0 Is calculated (calculation step). Center of gravity position v _y0 Is I (x, y) at the position (x, y) on the image,
v _y0 = Σ (y · I (x, y)) / ΣI (x, y)
Is required.
[0044]
Next, in step S06, the Z stage 8b is moved to move the XZ stage 8 to p. ₀ (0, z ₁ In step S07, the laser slit light 1 is imaged by the optical axis measurement image sensor 13, and the image data is stored in the optical axis measurement image memory 16 in step S08. From the image data stored in the optical axis measurement image memory 16 in step S09, the gravity center position v _y1 Is calculated (recalculation step).
[0045]
In step S10, the X-axis counterclockwise shift angle amount γ with respect to the Z-axis of the laser slit light 1 is used. _x (0), v _y0 And v _y1 From (1), the calculation is performed (shift calculation step). Γ _x (0) is the X-axis counterclockwise deviation angle amount α with respect to the Y axis of the rotating shaft 10a of the rotating mechanism 10. _x , X-axis counterclockwise deviation angle amount β with respect to surface 33 perpendicular to rotation axis 10a of laser slit light 1 _x And the relationship of formula (2).
[0046]
[Expression 1]

[Expression 2]

Next, in step S11, the rotation mechanism 10 and the image sensor swing mechanism 15 are rotated by 90 degrees to obtain the state shown in FIG. 5 (rotation process). In step S12, the XZ stage is moved to p2 (x ₀ , 0), the laser slit light 1 is imaged by the optical axis measurement image sensor 13 in step S13, and the image data is stored in the optical axis measurement image memory 16 in step S14. From the image data stored in the optical axis measurement image memory 16 in step S15, the gravity center position v _y0 Is calculated (calculation step).
[0047]
Next, in step S16, the X stage 8a is moved and the XZ stage 8 is moved to p3 (x ₁ , 0) (moving step), the laser slit light 1 is imaged by the optical axis measuring image pickup device 13 in step S17, and the image data is stored in the optical axis measuring image memory 16 in step S18. From the image data stored in the optical axis measurement image memory 16 in step S19, the gravity center position v _y1 Is calculated (recalculation step).
[0048]
In step S20, the Z-axis counterclockwise shift angle amount γ with respect to the X axis of the laser slit light 1 _z (Π / 2) to v _y0 And v _y1 To calculate by the equation (3) (second deviation calculating step). Γ _z (Π / 2) is the Z axis counterclockwise deviation angle amount α with respect to the Y axis of the rotating shaft 10a of the rotating mechanism 10. _z , Z-axis counterclockwise deviation angle amount β with respect to plane 33 perpendicular to rotation axis 10a of laser slit light 1 _z And the relationship of equation (4).
[0049]
[Equation 3]

[Expression 4]

Next, in step 21, it is determined whether θ is 270 degrees. If θ is not 270 degrees, the process proceeds to step S22, and if θ is 270 degrees, the process proceeds to step S23.
[0050]
In step 22, the rotation mechanism 10 and the image sensor swing mechanism 15 are further rotated by 90 degrees (second rotation process), the state shown in FIG. 6 is set, and the process returns to step S02. Steps S02 to S20 are executed again from here. In steps S02 to S10, two points p0 (0, z ₀ ), P1 (0, z ₁ ) For slit image center of gravity v _y2 , V _y3 Is calculated by the data calculation unit 12 and the X-axis counterclockwise deviation angle amount γ with respect to the −Z axis of the laser slit light 1 is calculated. _x (Π) is calculated by equation (5) (third deviation calculating step). Γ _x (Π) is α _x And β _x And the relationship of Equation (6).
[0051]
[Equation 5]

[Formula 6]

In step S11, the rotation mechanism 10 and the image sensor swing mechanism 15 are further rotated by 90 degrees (third rotation process), and in steps S12 to S20, two points p0 (0, z ₀ ), P1 (0, z ₁ ) For slit image center of gravity v _y2 , V _y3 Is calculated by the data calculation unit 12 and the Z-axis counterclockwise deviation angle amount γ with respect to the Y axis of the laser slit light 1 is calculated. _z (3π / 2) is calculated (fourth deviation calculating step). Thereafter, in step S21, it is determined whether or not θ is 270 degrees.
[0052]
In step S23, using equations (7) and (8), γ _x (0), γ _x Α from (π) _x , Β _x And using the equations (9) and (10) in step S24, γ _z (Π / 2), γ _z From (3π / 2) α _z , Β _z Is calculated (shift angle calculation step).
[0053]
[Expression 7]

[Equation 8]

Through the above process, the deviation angle amount around the X axis and the deviation angle amount around the Z axis of the laser slit light 1 are divided into the deviation angle amount in the rotation mechanism and the deviation angle amount from the rotation axis to the laser slit light. Can be measured. As a result, the rotation mechanism 10 and the laser slit projector 2 can be easily adjusted, and the center of the rotation axis can be easily made parallel to the Y axis.
[0054]
After the adjustment of the rotating mechanism 10 and the measuring head 6, the cylindrical member 17 is removed from the XZ stage 8, the object 30 is attached, and the cross-sectional shape thereof is measured.
[0055]
Thus, when the measuring head 6 is assembled or when the laser slit light projector 2 is assembled, it can be easily adjusted. If there is an abnormality in measurement accuracy, the cause can be easily confirmed. Note that the shape of the object can be measured with high accuracy by performing calculation in consideration of the shift angle amount without adjusting the optical axis based on the measured shift angle amount.
[0056]
In this embodiment, the movement and rotation of the XZ table 8 and the image sensor swing mechanism 15 are manually performed. However, automatic control is also possible, so that automatic confirmation or adjustment can be performed. Further speedup becomes possible. Further, the moving means of this embodiment moves the object 30 and the optical axis measuring image pickup device 13, and these are moved in a direction perpendicular to the direction of the rotation axis 10 a of the rotation mechanism 10 and perpendicular to each other. Since it is only necessary that the slit light projector 2 can be moved relative to the slit light projector 2, for example, means for moving the rotating mechanism 10 may be used. Further, the laser slit light projector 2 itself may be moved. In this case, it is only necessary to move in the optical axis direction of the laser slit light 1.
[0057]
【The invention's effect】
As described above, the present invention provides laser light projecting means for projecting laser light onto an object, laser output control means for controlling the laser output of the laser light projecting means, and reflected light from the object. A light receiving means for receiving light, a light receiving memory means for storing received light data of the light receiving means, a rotating means for integrally rotating the laser light projecting means and the light receiving means around the object, and controlling the rotating means A rotation control means for moving the object relative to the laser light projecting means in a direction perpendicular to the rotation axis direction of the rotation means and perpendicular to each other, and the movement means For optical axis measurement, comprising: a movement control means for controlling; and a swinging means that is provided at a position where the laser light projecting means can receive laser light during optical axis measurement and rotates about the rotation axis direction of the rotation means. With imaging means Optical axis measurement image memory means for storing image data of the optical axis measurement imaging means, position data of the rotation means and moving means, and optical axis deviation angle amount from the image data of the optical axis measurement image memory means The shape measuring device and the shape measuring device are provided, and the image measuring means for measuring the optical axis is set at a position where the laser light projecting means can receive the laser light. An optical axis measurement imaging means setting step, an arithmetic step for calculating the position of the center of gravity from the image data obtained by imaging the laser beam with the optical axis measurement imaging means, and the optical axis measurement imaging means with the laser light projection A moving step of translating the imaging surface of the optical axis measurement imaging means to a predetermined position in the direction of the means, and an image data obtained by imaging the laser beam by the optical axis measurement imaging means at a position after the movement step. A recalculation step for recalculating the center of gravity position from the data, a shift calculation step for calculating a shift angle amount between the vertical line of the imaging surface and the laser beam surface from the two barycentric positions, and the rotation means. A rotation step of rotating the swinging means by 90 degrees in the same direction as the rotation means, and a second deviation calculation step of repeating the deviation calculation step from the calculation step to obtain a second deviation angle amount. The second rotation step for rotating the rotation means and the swinging means by 90 degrees in the same direction as the rotation step from the rotation step, and the deviation calculation step from the calculation step are repeated to obtain a third deviation angle amount. The third deviation calculating step, the third rotating step for rotating the rotating means and the swinging means by 90 degrees in the same direction as the rotating step from the second rotating step, and the deviation calculating step from the calculating step are repeated. A fourth deviation calculating step for obtaining a fourth deviation angle amount, and calculating a deviation angle from the predetermined direction of the rotating means and a deviation angle from the predetermined direction of the laser beam projecting means from the four deviation angle quantities. Since the optical axis measurement method of the shape measuring device is characterized by comprising a deviation angle calculating step, the shape measuring device can measure and adjust the optical axis / operation axis deviation with high accuracy and can measure the shape with high accuracy. Can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an external view of a shape measuring apparatus during shape measurement.
FIG. 2 is a configuration diagram for explaining an optical axis measurement method of a shape measuring apparatus when measuring an optical axis.
FIG. 3 is a flowchart for explaining an optical axis measurement method according to the present embodiment.
FIG. 4 is an explanatory side view for explaining measurement when the rotation mechanism and the image sensor swing mechanism are at the origin position;
FIG. 5 is an explanatory top view for explaining measurement when the rotation mechanism and the image sensor swing mechanism are at a position rotated 90 degrees to the right from the origin position toward the XZ stage.
FIG. 6 is an explanatory side view illustrating measurement when the rotation mechanism and the image sensor swing mechanism are at a position rotated 180 degrees from the origin position.
[Explanation of symbols]
1. Laser slit light (laser light)
2 ... Laser slit projector (laser beam projector, slit laser projector)
3. Laser output control unit (laser output control means)
4 ... Optical lens
5 ... Image sensor for shape measurement (light receiving means)
6 ... Measuring head
7: Image memory for shape measurement (light receiving memory means)
8 ... XZ stage (moving means, object moving means)
9 ... XZ stage controller (movement control means)
10: Rotating mechanism (rotating means, measuring head rotating means)
11: Rotation mechanism control unit (rotation control means)
12: Data calculation section (calculation means)
13 ... Optical axis measurement imaging device (optical axis measurement imaging means)
14 ... ND filter (light quantity attenuation means)
15 ... Image sensor swing mechanism (swing means)
16 ... Optical axis measurement image memory (optical axis measurement image memory means)
17 ... Cylindrical member (holding means)
20 ... Personal computer (calculation means)

Claims

Laser light projecting means for projecting laser light onto the object, laser output control means for controlling the laser output of the laser light projecting means, light receiving means for receiving the reflected light from the object, and the light receiving A light receiving memory means for storing light receiving data of the means; a rotating means for rotating the laser light projecting means and the light receiving means integrally around the object; a rotation control means for controlling the rotating means; and the rotating means. A moving means for moving the object relative to the laser light projecting means in a direction perpendicular to the rotation axis direction of the laser beam, a movement control means for controlling the moving means, and an optical axis An optical axis measurement imaging means having a swinging means that is provided at a position where the laser light projecting means can receive laser light during measurement and rotates about the rotation axis direction of the rotation means, and the optical axis measurement Of imaging means Optical axis measurement image memory means for storing image data, and calculation means for calculating an optical axis deviation angle amount from position data of the rotation means and the moving means and image data of the optical axis measurement image memory means are provided. A shape measuring device.

The shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the laser beam projecting unit is a slit-shaped laser beam projecting unit that projects a laser beam in a slit shape.

Attenuates the amount of light incident on the optical axis measurement imaging means between the laser light projection means and the optical axis measurement imaging means during the optical axis measurement. The shape measuring apparatus according to claim 1, further comprising a light amount attenuating unit.

A measuring head including the laser beam projecting unit and the light receiving unit is provided, the rotating unit is a measuring head rotating unit that rotates the measuring head around the object, and the moving unit is configured to move the object. 2. The shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the shape measuring apparatus is an object moving means that moves in a direction orthogonal to the rotation axis direction of the rotating means and orthogonal to each other.

The imaging means for measuring the optical axis is coupled to a holding means that can be fixed to the moving means during optical axis measurement via a swinging means that rotates about the rotation axis direction of the rotating means. The shape measuring apparatus according to claim 1.

6. An optical axis measurement imaging means setting step for setting the optical axis measurement imaging means at a position where the laser light projecting means can receive the laser beam using the shape measuring apparatus according to claim 1. A calculation step of calculating the position of the center of gravity from image data obtained by imaging the laser beam with the optical axis measurement imaging means, and the optical axis measurement imaging means at a predetermined position in the laser light projecting means direction. The moving step of translating the imaging surface of the imaging means for measuring the optical axis, and the position of the center of gravity again from the image data obtained by imaging the laser beam by the imaging means for measuring the optical axis at the position after the moving step. A calculating step, a shift calculating step for calculating a shift angle amount between the vertical line of the imaging surface and the laser beam surface from the two gravity center positions, rotating the rotating means by 90 degrees, and swinging the swinging means Same as the rotating means A rotation step that rotates 90 degrees in the direction, a second shift calculation step that repeats the shift calculation step from the calculation step to obtain a second shift angle amount, and the rotation means from the rotation step in the same direction as the rotation step. And a second rotation step for rotating the head swing means by 90 degrees, a third deviation calculation step for obtaining a third deviation angle amount by repeating the deviation calculation step from the calculation step, and the rotation from the second rotation step. A third rotation step for rotating the rotation means and the swinging means by 90 degrees in the same direction as the step, a fourth deviation calculation step for obtaining a fourth deviation angle amount by repeating the deviation calculation step from the calculation step, A shape measurement comprising a deviation angle calculating step of calculating a deviation angle of the rotating means from a predetermined direction and a deviation angle of the laser light projecting means from a predetermined direction from the four deviation angle amounts. Optical axis measuring method of the apparatus.