JP5125025B2 - Imaging device and measuring device - Google Patents

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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Description

本発明は、撮像装置及び計測装置に関する。   The present invention relates to an imaging device and a measurement device.

ワークの外形寸法を光学的に測定する方法として、次のようなものが知られている。すなわち、まず光源、ワーク、撮像機構をこの順に直線状に配置し、光源からワークに光を照射する。そして、この光を撮像機構によって撮像し、得られた画像に写ったワークの影の寸法からワークの外形寸法を測定するというものである。特許文献1には、こうした原理を用いた光学式形状測定装置が記載されている。   The following methods are known as methods for optically measuring the external dimensions of a workpiece. That is, first, a light source, a workpiece, and an imaging mechanism are arranged linearly in this order, and light is emitted from the light source to the workpiece. Then, the light is imaged by an imaging mechanism, and the outer dimension of the workpiece is measured from the dimension of the shadow of the workpiece reflected in the obtained image. Patent Document 1 describes an optical shape measuring apparatus using such a principle.

ここで、上記撮像の際には、撮像機構に含まれる対物レンズとワークとの距離(ワーキングディスタンス)は常に一定値となる。これは、ワークを設置するたびに、ワークに焦点が合うように撮像機構の位置を微調整しているためである。   Here, at the time of imaging, the distance (working distance) between the objective lens included in the imaging mechanism and the workpiece (working distance) is always a constant value. This is because the position of the imaging mechanism is finely adjusted so that the work is in focus each time the work is installed.

特開平7−1295号公報JP-A-7-1295

一方、光源が固定されている場合、ワークと光源との距離は、ワークの形状や取り付け方によっては、ワークを取り替えるたびに変化する。そして、極細のワークを用いる場合は、当該距離の変化が数十μm程度の小さなものであっても、この変化による光学条件のずれに起因して測定誤差が生じてしまうという問題点がある。具体的には、ワークと光源との距離に応じて、回折によるワーク近傍の光の回り込み方等が変化し、同一形状のワークであっても撮像された画像に差異が生じ、ひいては当該画像から算出された測定値に誤差が生じてしまう。   On the other hand, when the light source is fixed, the distance between the work and the light source changes each time the work is replaced depending on the shape and mounting method of the work. When an extremely fine work is used, there is a problem that even if the change in the distance is as small as several tens of μm, a measurement error occurs due to a shift in optical conditions due to this change. Specifically, depending on the distance between the workpiece and the light source, the way in which light near the workpiece is diffracted due to diffraction changes, resulting in a difference in the captured image even if the workpiece has the same shape. An error occurs in the calculated measurement value.

本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の奏する効果の一つにより、ワークの取り付け状態によらずワークと光源との距離を一定値に保ち、同一の光学条件下で計測を行うことが可能となる。   The present invention has been made in view of the above problems, and by one of the effects exhibited by the present invention, the distance between the work and the light source is maintained at a constant value regardless of the work attachment state, and the same optical conditions are obtained. Measurements can be performed below.

本発明の撮像装置は、棒状のワークを把持するクランプ機構と、前記クランプ機構によって把持された前記ワークを、当該ワークの軸線と直交する方向から撮像する、対物レンズを有する撮像機構と、前記ワークを挟んで前記対物レンズの反対側に、前記対物レンズからの距離が一定となるように配置された、前記ワークに光を照射する光源と、を備えることを特徴とする。   An imaging apparatus according to the present invention includes a clamp mechanism that grips a rod-shaped workpiece, an imaging mechanism having an objective lens that images the workpiece gripped by the clamp mechanism from a direction perpendicular to the axis of the workpiece, and the workpiece And a light source for irradiating the work with light, which is disposed on the opposite side of the objective lens with a constant distance from the objective lens.

このような構成によれば、ワークに焦点が合っている状態における対物レンズからワークまでの距離(ワーキングディスタンス)、及びワークから光源までの距離は、ともに常に一定となる。これにより、撮像機構(対物レンズ)から見た光源によるワークの照明状態が常に一定となる。ここで照明状態とは、ワークが光源から受ける光の強度や入射角、及び回折によりワークを回り込む光の量やその回り込み方などを指す。よって、上記構成の撮像装置によれば、測定するワークを取り替えても照明状態が常に一定となるため、光の回り込み方のばらつき等に起因する外形寸法の誤差が少ない状態でワークを撮像することができる。   According to such a configuration, both the distance from the objective lens to the workpiece (working distance) and the distance from the workpiece to the light source in a state where the workpiece is in focus are always constant. Thereby, the illumination state of the workpiece | work by the light source seen from the imaging mechanism (objective lens) becomes always constant. Here, the illumination state refers to the intensity and incident angle of light received by the work from the light source, the amount of light that wraps around the work due to diffraction, and how to wrap around the light. Therefore, according to the imaging apparatus having the above-described configuration, the illumination state is always constant even when the workpiece to be measured is replaced, so that the workpiece can be imaged in a state where there is little error in the external dimension due to variations in how light wraps around. Can do.

上記撮像装置において、前記光源は、前記撮像機構に固定されていることが好ましい。このような構成によれば、焦点合わせのために対物レンズを含む撮像機構を移動させると、これに追随して光源も移動する。よって、対物レンズと光源との距離、ひいてはワークと光源との距離を容易に一定に保つことができる。   In the imaging apparatus, it is preferable that the light source is fixed to the imaging mechanism. According to such a configuration, when the imaging mechanism including the objective lens is moved for focusing, the light source is also moved following the movement. Therefore, the distance between the objective lens and the light source, and hence the distance between the workpiece and the light source, can be easily kept constant.

本発明の計測装置は、棒状のワークを把持するクランプ機構と、前記クランプ機構によって把持された前記ワークを、当該ワークの軸線と直交する方向から撮像する、対物レンズを有する撮像機構と、前記ワークを挟んで前記対物レンズの反対側に、前記対物レンズからの距離が一定となるように配置された、前記ワークに光を照射する光源と、前記撮像機構によって撮像された画像から前記ワークの外形寸法を算出する算出部と、を備えることを特徴とする。   The measuring apparatus according to the present invention includes a clamp mechanism that grips a rod-shaped workpiece, an imaging mechanism having an objective lens that images the workpiece gripped by the clamp mechanism from a direction orthogonal to the axis of the workpiece, and the workpiece A light source for irradiating the work with light, which is disposed on the opposite side of the objective lens across the objective lens so as to have a constant distance from the objective lens, and an outer shape of the work from an image taken by the imaging mechanism And a calculation unit for calculating a dimension.

このような構成によれば、ワークに焦点が合っている状態における対物レンズからワークまでの距離(ワーキングディスタンス)、及びワークから光源までの距離は、ともに常に一定となる。これにより、撮像機構(対物レンズ)から見た光源によるワークの照明状態が常に一定となる。そうすると、測定するワークを取り替えても常に一定の照明状態でワークを撮像できるため、得られた画像から算出される外形寸法には、光の回り込み方のばらつき等に起因して含まれる誤差が少なくなる。従って、上記構成の計測装置によれば、計測されるワークの外形寸法の誤差を抑えることができる。   According to such a configuration, both the distance from the objective lens to the workpiece (working distance) and the distance from the workpiece to the light source in a state where the workpiece is in focus are always constant. Thereby, the illumination state of the workpiece | work by the light source seen from the imaging mechanism (objective lens) becomes always constant. As a result, even if the workpiece to be measured is replaced, the workpiece can always be imaged in a constant illumination state. Therefore, the external dimensions calculated from the obtained image have less errors due to variations in how light wraps around. Become. Therefore, according to the measuring apparatus having the above configuration, it is possible to suppress an error in the outer dimension of the workpiece to be measured.

上記計測装置において、前記光源は、前記撮像機構に固定されていることが好ましい。このような構成によれば、焦点合わせのために対物レンズを含む撮像機構を移動させると、これに追随して光源も移動する。よって、対物レンズと光源との距離、ひいてはワークと光源との距離を容易に一定に保つことができる。   In the measurement apparatus, it is preferable that the light source is fixed to the imaging mechanism. According to such a configuration, when the imaging mechanism including the objective lens is moved for focusing, the light source is also moved following the movement. Therefore, the distance between the objective lens and the light source, and hence the distance between the workpiece and the light source, can be easily kept constant.

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。なお、以下に示す各図においては、各構成要素を図面上で認識され得る程度の大きさとするため、各構成要素の寸法や比率を実際のものとは適宜に異ならせてある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings shown below, the dimensions and ratios of the components are appropriately different from the actual ones in order to make the components large enough to be recognized on the drawings.

(計測装置)
図1は、本発明の実施形態に係る計測装置100の構成を示す概略図である。計測装置100は、極細の丸棒状のワークRの外形寸法を光学的に計測する装置であり、ワークRをX軸に平行に把持するクランプ機構30と、クランプ機構30が上面に配設されたテーブル31と、把持されたワークRの軸線Raに直交するZ軸方向からワークRを撮像する撮像機構35とを備えている。本実施形態で計測されるワークRは、直径400μm〜1.5mm程度の極細の丸棒形状のものである。
(Measurement device)
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a measurement apparatus 100 according to an embodiment of the present invention. The measuring device 100 is a device that optically measures the external dimensions of an extremely thin round bar-shaped workpiece R, and includes a clamp mechanism 30 that grips the workpiece R parallel to the X axis, and a clamp mechanism 30 disposed on the upper surface. A table 31 and an imaging mechanism 35 that images the workpiece R from the Z-axis direction orthogonal to the axis Ra of the gripped workpiece R are provided. The workpiece R measured in the present embodiment has an extremely thin round bar shape with a diameter of about 400 μm to 1.5 mm.

撮像機構35は、Z軸に略平行な面を持つ支持台51と、この面に設けられたステッピングモータ52(図2参照)を介してZ軸方向に平行移動可能に取り付けられたテーブル32と、テーブル32に固定された撮像手段としての2つのカメラユニット36,37とを備えている。テーブル32には、カメラユニット36,37にそれぞれ対向して配置された2つの光源33,34が固定されている。従って、光源33,34は、カメラユニット36,37との相対位置関係が常に一定に保たれている。   The imaging mechanism 35 includes a support base 51 having a surface substantially parallel to the Z axis, and a table 32 attached to be movable in the Z axis direction via a stepping motor 52 (see FIG. 2) provided on the surface. And two camera units 36 and 37 as imaging means fixed to the table 32. Two light sources 33 and 34 are fixed to the table 32 so as to face the camera units 36 and 37, respectively. Accordingly, the relative positional relationship between the light sources 33 and 34 and the camera units 36 and 37 is always kept constant.

上記構成を、図2を用いて詳述する。図2は、撮像機構35及びクランプ機構30の一部を示す側面図である。この図の視点からは、カメラユニット36及び光源33が隠れて見えないため描かれていないが、これらの構成及び相対位置関係は、カメラユニット37及び光源34のそれと同様である。   The above configuration will be described in detail with reference to FIG. FIG. 2 is a side view showing a part of the imaging mechanism 35 and the clamp mechanism 30. From the viewpoint of this figure, the camera unit 36 and the light source 33 are not drawn because they are hidden, but their configuration and relative positional relationship are the same as those of the camera unit 37 and the light source 34.

カメラユニット36,37は、例えば、撮像素子としてのCCDと、ワークRの計測箇所を拡大する対物レンズ39とを用いて構成される。カメラユニット36とカメラユニット37とは、撮像時の倍率が異なるように構成されている。対物レンズ39は、カメラユニット37(36)の先端部に配置されており、計測時にはワークRに対向する。特に、カメラユニット37(36)の焦点がワークRに合っている場合には、対物レンズ39とワークRとの距離(ワーキングディスタンス)は常にD1で一定となる。ワークRを挟んで対物レンズ39の反対側には、ワークRに光を照射する光源34(33)が配置されている。光源33,34には、例えば、高輝度が得られるハロゲンランプなどが用いられ、カメラユニット36,37の撮像倍率に応じてそれぞれ照明輝度が設定されている。光源34(33)及びカメラユニット37(36)はテーブル32に固定されているので、光源34と対物レンズ39との間の距離は常にD3で一定となる。上記より、カメラユニット37(36)の焦点がワークRに合っている場合には、ワークRと光源34(33)との間の距離は常にD2(=D3−D1)で一定となる。   The camera units 36 and 37 are configured using, for example, a CCD as an image sensor and an objective lens 39 that enlarges the measurement location of the workpiece R. The camera unit 36 and the camera unit 37 are configured to have different magnifications during imaging. The objective lens 39 is disposed at the tip of the camera unit 37 (36) and faces the workpiece R during measurement. In particular, when the camera unit 37 (36) is focused on the work R, the distance (working distance) between the objective lens 39 and the work R is always constant at D1. A light source 34 (33) for irradiating the work R with light is disposed on the opposite side of the objective lens 39 across the work R. As the light sources 33 and 34, for example, a halogen lamp capable of obtaining high brightness is used, and the illumination brightness is set according to the imaging magnification of the camera units 36 and 37, respectively. Since the light source 34 (33) and the camera unit 37 (36) are fixed to the table 32, the distance between the light source 34 and the objective lens 39 is always constant at D3. From the above, when the camera unit 37 (36) is focused on the workpiece R, the distance between the workpiece R and the light source 34 (33) is always constant at D2 (= D3-D1).

ここで、カメラユニット36のCCDとしては、例えば230万画素、画素ピッチ4.4μm、分解能0.1μmのものを用いることができ、対物レンズ39を含む光学系と組み合わせて、拡大倍率50倍、撮像視野100μm角、焦点深度1μmに設定されている。また、カメラユニット37のCCDとしては、例えば400万画素、画素ピッチ6μm、分解能0.6μmのものを用いることができ、対物レンズ39を含む光学系と組み合わせて、拡大倍率10倍、撮像視野1.2mm角、焦点深度17μmに設定されている。   Here, as the CCD of the camera unit 36, for example, a CCD having 2.3 million pixels, a pixel pitch of 4.4 μm, and a resolution of 0.1 μm can be used, and in combination with an optical system including the objective lens 39, an enlargement magnification of 50 times, The imaging field of view is set to 100 μm square and the focal depth is 1 μm. As the CCD of the camera unit 37, for example, a CCD having 4 million pixels, a pixel pitch of 6 μm, and a resolution of 0.6 μm can be used. In combination with an optical system including the objective lens 39, the magnification is 10 times and the imaging field of view 1 .2 mm square and depth of focus of 17 μm.

上述した焦点の調整は、撮像機構35が備えるオートフォーカス機構38によって行う。オートフォーカス機構38は、図2に示すステッピングモータ52を有している。そして、オートフォーカス機構38は、このステッピングモータ52を用いてテーブル32をZ軸方向に移動させ、ワークRと対物レンズ39との距離を変化させることにより、カメラユニット36,37の焦点を調整する。ステッピングモータ52に代えて、リニアモータ、エアシリンダ、マイクロメータ等を利用したモータを用いてもよい。また、オートフォーカス機構38は、対物レンズ39の位置を微調整するために、対物レンズ39の近傍に、ステッピングモータとギヤを組み合わせたモータ、ボイスコイルモータとバネを組み合わせたモータ、ピエゾアクチュエータ等をさらに備えていてもよい。   The focus adjustment described above is performed by an autofocus mechanism 38 provided in the imaging mechanism 35. The autofocus mechanism 38 has a stepping motor 52 shown in FIG. Then, the autofocus mechanism 38 uses the stepping motor 52 to move the table 32 in the Z-axis direction to change the distance between the workpiece R and the objective lens 39, thereby adjusting the focus of the camera units 36 and 37. . Instead of the stepping motor 52, a motor using a linear motor, an air cylinder, a micrometer, or the like may be used. The autofocus mechanism 38 is provided with a motor combining a stepping motor and gear, a motor combining a voice coil motor and a spring, a piezo actuator, etc. in the vicinity of the objective lens 39 in order to finely adjust the position of the objective lens 39. Furthermore, you may provide.

図1に戻り、計測装置100は、把持されたワークRの少なくとも一部が各カメラユニット36,37と各光源33,34との間の各光軸33a,34a上に位置するように、テーブル31をX軸方向及びY軸方向に移動させる駆動部(図示省略)を備えている。駆動部は、X軸モータとY軸モータとから構成される。X軸モータ及びY軸モータには、例えば、サーボモータやパルスモータが用いられる。   Returning to FIG. 1, the measuring apparatus 100 has a table so that at least a part of the gripped work R is positioned on the optical axes 33 a and 34 a between the camera units 36 and 37 and the light sources 33 and 34. A drive unit (not shown) for moving 31 in the X-axis direction and the Y-axis direction is provided. The drive unit includes an X-axis motor and a Y-axis motor. For example, a servo motor or a pulse motor is used as the X-axis motor and the Y-axis motor.

さらに、計測装置100は、計測装置100の各部を制御する制御装置40を備えている。制御装置40は、本発明の算出部に対応するCPU41と、EPROMなどからなるメモリ42と、画像処理部43と、X軸モータ制御部44と、Y軸モータ制御部45と、クランプ機構30のモータ29の制御を行うモータ制御部46と、を備えている。制御装置40は、例えばパーソナルコンピュータ等を活用して構成する。   Furthermore, the measurement device 100 includes a control device 40 that controls each unit of the measurement device 100. The control device 40 includes a CPU 41 corresponding to the calculation unit of the present invention, a memory 42 composed of an EPROM, an image processing unit 43, an X-axis motor control unit 44, a Y-axis motor control unit 45, and a clamp mechanism 30. And a motor control unit 46 that controls the motor 29. The control device 40 is configured using a personal computer or the like, for example.

ここで、クランプ機構30について、図3を用いて説明する。図3は、クランプ機構30の構造を示す概略斜視図である。クランプ機構30は、ワークRを把持する把持部10と、把持されたワークRの姿勢を調整する姿勢調整部20と、把持部10と姿勢調整部20とを一体として軸支する軸受け27と、把持部10と姿勢調整部20とを一体として回転させる回転駆動部としてのモータ29とを備えている。モータ29には、例えば、サーボモータやパルスモータを用いることができる。   Here, the clamp mechanism 30 is demonstrated using FIG. FIG. 3 is a schematic perspective view showing the structure of the clamp mechanism 30. The clamp mechanism 30 includes a gripping unit 10 that grips the workpiece R, a posture adjustment unit 20 that adjusts the posture of the gripped workpiece R, a bearing 27 that pivotally supports the gripping unit 10 and the posture adjustment unit 20, and A motor 29 is provided as a rotation drive unit that rotates the gripping unit 10 and the posture adjustment unit 20 together. As the motor 29, for example, a servo motor or a pulse motor can be used.

軸受け27とモータ29との間には、姿勢調整部20の原点位置を検出する位置検出機構28と、モータ29の回転軸と姿勢調整部20とを軸受け27を介して連結するスリーブ状の連結部29aとが設けられている。上記の各構成は、支持プレート25の表面にそれぞれ配設されている。   Between the bearing 27 and the motor 29, a position detection mechanism 28 that detects the origin position of the posture adjustment unit 20, and a sleeve-like connection that connects the rotation shaft of the motor 29 and the posture adjustment unit 20 via the bearing 27. A portion 29a is provided. Each of the above components is disposed on the surface of the support plate 25.

位置検出機構28は、位置検出用のプレート(ドグ板)28aと、ドグ板28aの取り付け部28bと、原点センサ28cとから構成されている。軸受け27により回転可能に軸支された姿勢調整部20の一方の軸(不図示)に取り付け部28bが固定されている。原点センサ28cは、例えば、発光部(不図示)と受光部(不図示)とが対向配置されたフォトマイクロセンサを用い、取り付け部28bに取り付けられたドグ板28aが上記発光部と上記受光部との間を横切るように支持プレート25の表面に配設されている。上記発光部と上記受光部との間の光軸をドグ板28aが遮蔽することにより、原点位置が検出される。本実施形態では検出位置精度30μmのフォトマイクロセンサを用いた。回転角度に直すと0.1°の精度で原点を検出可能である。   The position detection mechanism 28 includes a position detection plate (dog plate) 28a, an attachment portion 28b of the dog plate 28a, and an origin sensor 28c. An attachment portion 28b is fixed to one shaft (not shown) of the posture adjusting portion 20 that is rotatably supported by the bearing 27. The origin sensor 28c uses, for example, a photomicrosensor in which a light emitting unit (not shown) and a light receiving unit (not shown) are arranged to face each other, and the dog plate 28a attached to the attachment unit 28b is configured to have the light emitting unit and the light receiving unit. Is disposed on the surface of the support plate 25 so as to cross between the two. The origin position is detected by the dog plate 28a shielding the optical axis between the light emitting unit and the light receiving unit. In this embodiment, a photomicrosensor having a detection position accuracy of 30 μm is used. When the rotation angle is converted, the origin can be detected with an accuracy of 0.1 °.

把持部10は、受け台アーム11と、受け台アーム11の一方の端部11aに取り付けられた受け台1と、T字形状の押さえ部アーム12と、その端部12aに取り付けられた押さえ部5と、を備えている。受け台1は、ワークRを導くためのV字形状の溝を有している。これに対向する押さえ部5は、受け台1の上記溝に配置されたワークRに上から当接するよう、受け台1の溝に対応するような下に凸のV字形状をなしている。当該下に凸のV字形状は、先端部が平らに潰れており、この平らな部位がワークRに当接する。従って、ワークRは、受け台1の溝と、押さえ部5の平らな先端部とによって把持される。   The grip 10 includes a cradle arm 11, a cradle 1 attached to one end 11a of the cradle arm 11, a T-shaped presser arm 12, and a presser attached to the end 12a. 5 is provided. The cradle 1 has a V-shaped groove for guiding the workpiece R. The pressing portion 5 facing this has a downwardly convex V-shape corresponding to the groove of the cradle 1 so as to come into contact with the work R arranged in the groove of the cradle 1 from above. In the downwardly convex V-shape, the tip portion is flattened, and this flat portion abuts against the workpiece R. Accordingly, the workpiece R is gripped by the groove of the cradle 1 and the flat tip portion of the pressing portion 5.

ここで、押さえ部アーム12は、図示しないばねによって、T字形状の支柱の根元を支点として、押さえ部5が受け台1に当接する方向に付勢されている。この弾性力を利用して、ワークRは、受け台1と押さえ部5とにより把持される。   Here, the pressing portion arm 12 is urged by a spring (not shown) in a direction in which the pressing portion 5 comes into contact with the cradle 1 with the base of the T-shaped support column as a fulcrum. Using this elastic force, the workpiece R is gripped by the cradle 1 and the pressing portion 5.

姿勢調整部20は、受け台アーム11をガイドするアームガイド16と、受け台アーム11の他方の端部11bを支持する位置調整部としての中空のブロック21と、を備えている。また、アームガイド16とブロック21とが配設された回転テーブル18と、軸受け27に軸支されると共にブロック21が取り付けられる回転プレート24と、を備えている。   The posture adjustment unit 20 includes an arm guide 16 that guides the cradle arm 11 and a hollow block 21 that serves as a position adjustment unit that supports the other end 11 b of the cradle arm 11. Further, the rotary table 18 in which the arm guide 16 and the block 21 are disposed, and the rotary plate 24 that is supported by the bearing 27 and to which the block 21 is attached are provided.

従って、モータ29を駆動すれば、軸受け27に軸支された回転プレート24が回転する。回転プレート24には、ブロック21を介して回転テーブル18が固定されているので、ブロック21とアームガイド16とに支持された受け台アーム11が回転する。すなわち、ワークRを把持部10に把持した状態でモータ29の回転軸を中心として回転可能な構成となっている。   Therefore, when the motor 29 is driven, the rotating plate 24 supported by the bearing 27 rotates. Since the rotary table 18 is fixed to the rotary plate 24 via the block 21, the cradle arm 11 supported by the block 21 and the arm guide 16 rotates. That is, it is configured to be able to rotate around the rotation axis of the motor 29 while the work R is gripped by the gripping part 10.

以上に説明した計測装置100のうち、オートフォーカス機構38を含む撮像機構35と、クランプ機構30と、光源33,34とから構成される装置が、本発明における撮像装置に対応する。   Of the measurement apparatus 100 described above, an apparatus including the imaging mechanism 35 including the autofocus mechanism 38, the clamp mechanism 30, and the light sources 33 and 34 corresponds to the imaging apparatus according to the present invention.

(計測方法)
次に、計測装置100を用いた計測方法について説明する。図4は、計測装置100を用いてワークRの外形寸法を計測する場合の工程図である。以下、図4の工程図に沿って説明する。
(Measurement method)
Next, a measurement method using the measurement apparatus 100 will be described. FIG. 4 is a process diagram in the case of measuring the outer dimensions of the workpiece R using the measuring device 100. Hereinafter, it demonstrates along the process drawing of FIG.

ステップS1では、クランプ機構30にワークRを取り付ける。まず、クランプ機構30に、上記した機構により把持部10においてワークRを把持させ、ワークRの軸線Raとモータ29の回転軸とが合致するように姿勢調整部20を調整する。実際の調整方法としては、クランプ機構30にワークRを把持させた上で回転させ、その状態を撮像機構35により撮像して軸線Raのぶれがないかチェックする作業を繰り返して行う。   In step S <b> 1, the workpiece R is attached to the clamp mechanism 30. First, the clamping mechanism 30 grips the workpiece R by the gripping portion 10 by the above-described mechanism, and the posture adjusting unit 20 is adjusted so that the axis line Ra of the workpiece R and the rotation axis of the motor 29 coincide. As an actual adjustment method, the work R is gripped by the clamp mechanism 30 and rotated, and the state of taking an image of the state by the image pickup mechanism 35 and checking whether the axis line Ra is shaken is repeatedly performed.

続くステップS2では、クランプ機構30を所定位置へ移動させる。このステップは、制御装置40を操作して計測装置100を動作させることによって行われる。まず、CPU41は、メモリ42に入力された測定プログラムに基づいてX軸モータ制御部44とY軸モータ制御部45とに制御信号を送る。X軸モータ制御部44とY軸モータ制御部45は、制御信号に基づいてX軸モータ、Y軸モータを駆動して例えば光軸33a上にワークRの測定箇所が位置するように、テーブル31を移動させる。   In subsequent step S2, the clamp mechanism 30 is moved to a predetermined position. This step is performed by operating the measuring device 100 by operating the control device 40. First, the CPU 41 sends control signals to the X-axis motor control unit 44 and the Y-axis motor control unit 45 based on the measurement program input to the memory 42. The X-axis motor control unit 44 and the Y-axis motor control unit 45 drive the X-axis motor and the Y-axis motor based on the control signal so that, for example, the measurement position of the workpiece R is positioned on the optical axis 33a. Move.

ここで、X軸モータ制御部44とY軸モータ制御部45は、光軸34a上にワークRの測定箇所が位置するように、テーブル31を移動させてもよい。ワークRを光軸33a上に位置させるか、光軸34a上に位置させるかは、計測する部位の範囲によって決定される。すなわち、例えば極めて狭い範囲の微細な加工部位の形状を計測する場合は、50倍の倍率をもつカメラユニット36によって撮像を行うために光軸33a上に位置させ、より広い範囲の形状を計測するような場合は、10倍の倍率をもつカメラユニット37によって撮像を行うために光軸34a上に位置させる。   Here, the X-axis motor control unit 44 and the Y-axis motor control unit 45 may move the table 31 so that the measurement location of the workpiece R is positioned on the optical axis 34a. Whether the workpiece R is positioned on the optical axis 33a or the optical axis 34a is determined by the range of the part to be measured. That is, for example, when measuring the shape of a very small processing region in a very narrow range, it is positioned on the optical axis 33a in order to capture an image with the camera unit 36 having a magnification of 50 times, and the shape in a wider range is measured. In such a case, the camera unit 37 having a magnification of 10 times is positioned on the optical axis 34a for imaging.

次に、ステップS3では、オートフォーカス機構38によりオートフォーカスが実行される。すなわち、CPU41が、オートフォーカス機構38に制御信号を送り、光源33によって照明されたワークRにカメラユニット36の焦点が合うようにオートフォーカス機構38を駆動する。より詳しくは、カメラユニット36によって撮像された画像情報に基づいて画像処理部43がワークRの外形を特定し、外形線が所定のシャープネスを得られるようにオートフォーカス機構38に含まれるステッピングモータ52を駆動して焦点合わせを行う。   Next, in step S3, autofocus is executed by the autofocus mechanism 38. That is, the CPU 41 sends a control signal to the autofocus mechanism 38 and drives the autofocus mechanism 38 so that the work R illuminated by the light source 33 is in focus. More specifically, the image processing unit 43 specifies the outer shape of the workpiece R based on the image information captured by the camera unit 36, and the stepping motor 52 included in the autofocus mechanism 38 so that the outer line can obtain a predetermined sharpness. To focus.

焦点合わせの際には、対物レンズ39の近傍に組み込まれたモータによって対物レンズ39を同時に駆動してさらに微調整してもよい。なお、焦点が規格範囲以上にずれていてオートフォーカス機構38が機能しない場合や、計測装置100がオートフォーカス機構38をもたない場合は、手動で焦点を合わせてもよい。   At the time of focusing, the objective lens 39 may be simultaneously driven by a motor incorporated in the vicinity of the objective lens 39 for further fine adjustment. In addition, when the focus is shifted beyond the standard range and the autofocus mechanism 38 does not function, or when the measuring apparatus 100 does not have the autofocus mechanism 38, the focus may be manually adjusted.

こうして焦点が合った状態における、対物レンズ39とワークRとの距離は、対物レンズ39の特性によって常に一定の値D1(ワーキングディスタンス)となる(図2参照)。本実施形態では、D1は約10mmである。ここで、対物レンズ39を含むカメラユニット36は、テーブル32に固定されている。一方、光源33も、撮像機構35に含まれるテーブル32に固定されている。従って、焦点合わせのためにステッピングモータ52が駆動されても、対物レンズ39と光源33との間の距離は常にD3で一定に保たれている。本実施形態では、D3は約45mmである。以上から、ワークRと光源33との間の距離も常に一定値D2(=D3−D1)に保たれており、その大きさは約35mmである。   In this state, the distance between the objective lens 39 and the workpiece R is always a constant value D1 (working distance) depending on the characteristics of the objective lens 39 (see FIG. 2). In this embodiment, D1 is about 10 mm. Here, the camera unit 36 including the objective lens 39 is fixed to the table 32. On the other hand, the light source 33 is also fixed to the table 32 included in the imaging mechanism 35. Therefore, even if the stepping motor 52 is driven for focusing, the distance between the objective lens 39 and the light source 33 is always kept constant at D3. In this embodiment, D3 is about 45 mm. From the above, the distance between the workpiece R and the light source 33 is always kept at a constant value D2 (= D3-D1), and the size thereof is about 35 mm.

次に、ステップS4では、撮像機構35に含まれるカメラユニット36によるワークRの撮像が行われる。図5は、このときの撮像機構35の撮像範囲を示す図である。本実施形態では、この図に示すようにワークRの先端部を撮像する。そして、その画像をもとに、後述するステップS5において、例えばワークRの直径を算出する。   Next, in step S <b> 4, the workpiece R is imaged by the camera unit 36 included in the imaging mechanism 35. FIG. 5 is a diagram illustrating an imaging range of the imaging mechanism 35 at this time. In the present embodiment, the tip of the workpiece R is imaged as shown in this figure. Based on the image, for example, the diameter of the workpiece R is calculated in step S5 described later.

図6(a)は、図5中のA−A’線に沿ったCCDの輝度検出結果を示す図である。ワークRにかかる位置では、光源33からの光が遮られて輝度が低くなっており、ワークRの外側の位置では、光源33からの光を計測するため輝度が高くなっている。   FIG. 6A is a diagram showing the luminance detection result of the CCD along the line A-A ′ in FIG. 5. At the position related to the workpiece R, the light from the light source 33 is blocked and the luminance is low, and at the position outside the workpiece R, the luminance from the light source 33 is measured and the luminance is high.

本実施形態の計測装置100による撮像では、同一のワークRを計測した場合は、常に図6(a)のような結果が得られる。すなわち、例えば図6(b)のように、ワークRが細く見える(図5中のワークR’に相当)ような誤差を含んだ結果が生じにくい。これは、上述したようにワークRと光源33との距離が常にD3に保たれていることにより、ワークRが一定の照明状態で照明されるからである。ここで照明状態とは、ワークRが光源33から受ける光の強度や入射角、及び回折によりワークRを回り込む光の量やその回り込み方などを指す。   In imaging by the measuring apparatus 100 of the present embodiment, when the same workpiece R is measured, a result as shown in FIG. 6A is always obtained. That is, for example, as shown in FIG. 6B, a result including an error such that the workpiece R looks thin (corresponding to the workpiece R ′ in FIG. 5) hardly occurs. This is because, as described above, the distance between the workpiece R and the light source 33 is always kept at D3, so that the workpiece R is illuminated in a constant illumination state. Here, the illumination state refers to the intensity and incident angle of light received by the work R from the light source 33, the amount of light that wraps around the work R due to diffraction, and how to wrap around the light.

例えばワークRと光源33との距離が数十μm程度変化すると、光源33からの光が回折によってワークRの輪郭部を回り込む程度が変化し、本来図5の符号Rで示される外形であるワークRが、同図の符号R’で示される外形であるかのように撮像されてしまう。すなわち、図6(a)の結果が得られるべきワークRであっても図6(b)のように実際と形状の異なる撮像が行われてしまう。しかしながら、上述した特徴により、本実施形態の計測装置100ではこうした不具合が起こりにくい。このような不具合は、ワークRの直径が1mm程度もしくは1mmを下回るような極細の場合に特に起こりやすい。   For example, when the distance between the work R and the light source 33 changes by about several tens of μm, the degree to which the light from the light source 33 wraps around the outline of the work R due to diffraction changes, and the work has an outer shape originally indicated by the symbol R in FIG. R is imaged as if it is the outer shape indicated by the symbol R ′ in FIG. That is, even with the work R for which the result of FIG. 6A is to be obtained, imaging with a shape different from the actual shape is performed as shown in FIG. 6B. However, due to the features described above, such a problem is unlikely to occur in the measurement apparatus 100 of the present embodiment. Such a defect is particularly likely to occur when the diameter of the workpiece R is extremely thin such that it is about 1 mm or less than 1 mm.

次に、ステップS5では、ステップS4で得られた画像をもとに、ワークRの外形寸法の計測値を算出する。このステップは次のように行われる。まず、画像処理部43は、撮像された画像情報をビットマップデータに変換して算出部としてのCPU41に送る。CPU41は、このビットマップデータから計測箇所の寸法を演算して出力する。この演算は、例えば、図6(a)のデータにおいてコントラストが大きく変わる2点(すなわち輝度が急激に増加、低減する点)を特定し、その間の画素数から撮像倍率を用いて換算処理することによって行われる。図6(a)のデータによれば、ワークRの直径を計測することができる。   Next, in step S5, the measured value of the outer dimension of the workpiece R is calculated based on the image obtained in step S4. This step is performed as follows. First, the image processing unit 43 converts captured image information into bitmap data, and sends the bitmap data to the CPU 41 serving as a calculation unit. The CPU 41 calculates the dimension of the measurement location from this bitmap data and outputs it. In this calculation, for example, two points where the contrast greatly changes in the data of FIG. 6A (that is, a point where the brightness suddenly increases or decreases) are specified, and conversion processing is performed using the imaging magnification from the number of pixels between them. Is done by. According to the data of FIG. 6A, the diameter of the workpiece R can be measured.

以上のステップを経て、ワークRの形状の計測が終了する。この後、計測データを増やして計測精度を高めるために、ワークRを一定角度回転させ、その状態でステップS3からステップS5を行ってもよく、この工程をさらに繰り返し行ってもよい。   Through the above steps, measurement of the shape of the workpiece R is completed. Thereafter, in order to increase the measurement data and increase the measurement accuracy, the workpiece R may be rotated by a certain angle, and the steps S3 to S5 may be performed in this state, or this process may be further repeated.

この工程は、次のようにして行われる。まず、制御装置40が、モータ制御部46に制御信号を送り、ワークRを複数回に分けて回転させるようにモータ29を駆動する。これに同期してワークRを撮像するためにステップS3からステップS5を行い、出力されたデータをCPU41によって統計処理させる。これにより、測定箇所の複数のサンプリングデータから平均値やバラツキが得られる。また、ワークRを複数回に分けて回転させることにより、偏芯等の寸法情報が得られる。   This process is performed as follows. First, the control device 40 sends a control signal to the motor control unit 46 to drive the motor 29 so as to rotate the workpiece R in a plurality of times. In synchronization with this, steps S3 to S5 are performed in order to image the workpiece R, and the output data is statistically processed by the CPU 41. Thereby, an average value and variation are obtained from a plurality of sampling data at the measurement location. Further, by rotating the work R in a plurality of times, dimensional information such as eccentricity can be obtained.

また、ステップS1〜ステップS5の終了後、又はワークRを回転させて複数回の計測を行った後、同一のワークRに対して、撮像倍率が異なる2つのカメラユニット36,37のうちの他方を用いた計測を行ってもよい。   In addition, after the completion of step S1 to step S5 or after the workpiece R is rotated and measured a plurality of times, the other of the two camera units 36 and 37 having different imaging magnifications with respect to the same workpiece R. You may measure using.

一つのワークRの計測が終了した場合は、ワークRをクランプ機構30から取り外し、別のワーク(以下ワークR2とする)に対して同様の計測を行う。このとき、本実施形態の計測装置100によれば、ワークR2の取り付け姿勢が前回のワークRの取り付け姿勢と若干異なっていたとしても、ワークR2と光源33,34との距離D3を、ワークRの計測の際と同一に保つことができ、ワークR2をワークRと同一の照明状態で照明することができる。このため、距離D3のばらつきに起因する計測誤差、すなわちワークR2の照明状態のばらつきに起因する、例えば回折による光の回り込み方の違いによる計測誤差が生じにくい。よって、極細のワークRを多数計測する場合であっても、適切に外形寸法の計測及びこれに基づく検査や良品選別等を行うことができる。   When the measurement of one workpiece R is completed, the workpiece R is removed from the clamp mechanism 30 and the same measurement is performed on another workpiece (hereinafter referred to as workpiece R2). At this time, according to the measuring apparatus 100 of the present embodiment, even if the mounting posture of the workpiece R2 is slightly different from the previous mounting posture of the workpiece R, the distance D3 between the workpiece R2 and the light sources 33 and 34 is set to the workpiece R. Thus, the workpiece R2 can be illuminated in the same illumination state as the workpiece R. For this reason, a measurement error due to a variation in the distance D3, that is, a measurement error due to a difference in how the light wraps around due to diffraction, for example, due to a variation in the illumination state of the work R2 is unlikely to occur. Therefore, even when a large number of ultra-fine workpieces R are measured, it is possible to appropriately measure the outer dimensions, perform inspections based on this, and select non-defective products.

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態に対しては、本発明の趣旨から逸脱しない範囲で様々な変形を加えることができる。例えば上記実施形態以外の変形例は、以下の通りである。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, various deformation | transformation can be added with respect to the said embodiment in the range which does not deviate from the meaning of this invention. For example, modifications other than the above embodiment are as follows.

(変形例1)
上記実施形態における撮像機構35は、光源33,34が固定されたテーブル32を有しているが、これに代えて、次のような構成としてもよい。図7は、本変形例に係る撮像機構35及びクランプ機構30の一部を示す側面図である。この図からわかるように、カメラユニット36,37、及び光源33,34は、互いに分離された異なる支持台51a,51bに取り付けられている。すなわち、カメラユニット36,37は、テーブル32a及びステッピングモータ52aを介して支持台51aに取り付けられている。また、光源33,34は、テーブル32b及びステッピングモータ52bを介して支持台51bに取り付けられている。
(Modification 1)
The imaging mechanism 35 in the above embodiment includes the table 32 to which the light sources 33 and 34 are fixed. Instead, the following configuration may be employed. FIG. 7 is a side view showing a part of the imaging mechanism 35 and the clamp mechanism 30 according to this modification. As can be seen from this figure, the camera units 36 and 37 and the light sources 33 and 34 are attached to different support bases 51a and 51b separated from each other. That is, the camera units 36 and 37 are attached to the support base 51a via the table 32a and the stepping motor 52a. The light sources 33 and 34 are attached to the support base 51b via the table 32b and the stepping motor 52b.

ここで、ステッピングモータ52a,52bは、常に同一の駆動信号を受けて同一の駆動状態が実現されるように構成されている。つまり、ステッピングモータ52aはテーブル32aを、またステッピングモータ52bはテーブル32bを、常に同一の方向に同一の速度で同一の距離だけZ軸方向に移動させる。従って、テーブル32aとテーブル32bとの相対位置関係は常に一定であり、この結果カメラユニット36,37と光源33,34との相対距離も常に一定となる。こうした構成によれば、カメラユニット36,37に含まれる対物レンズ39と光源33,34との距離は一定となる。よって、上記実施形態と同様、焦点が合った状態における距離D1,D2,D3が常に一定値となり、ワークRを取り替えても同一の照明状態で照明することができるとともに、誤差の少ない外形寸法の計測を行うことができる。   Here, the stepping motors 52a and 52b are configured to always receive the same drive signal and realize the same drive state. That is, the stepping motor 52a always moves the table 32a, and the stepping motor 52b always moves the table 32b in the Z direction by the same distance at the same speed in the same direction. Therefore, the relative positional relationship between the table 32a and the table 32b is always constant, and as a result, the relative distance between the camera units 36 and 37 and the light sources 33 and 34 is always constant. According to such a configuration, the distance between the objective lens 39 included in the camera units 36 and 37 and the light sources 33 and 34 is constant. Therefore, as in the above-described embodiment, the distances D1, D2, and D3 in the focused state are always constant values, and it is possible to illuminate in the same illumination state even if the workpiece R is replaced, and the outer dimensions have few errors. Measurement can be performed.

(変形例2)
上記実施形態においてワークRは、単純な丸棒に限定されない。例えば、先端部が細く加工されたものや、段階的に直径が変わる形状のものであってもよい。また、断面が多角形であるものや、外形が曲線を含むようなものであってもよい。
(Modification 2)
In the above embodiment, the workpiece R is not limited to a simple round bar. For example, the tip portion may be processed into a thin shape, or may have a shape whose diameter changes stepwise. Further, the cross section may be a polygon or the outer shape may include a curve.

(変形例3)
上記実施形態の計測装置100において、クランプ機構30、テーブル31、撮像機構35などの各部の配置は、これに限定されない。例えば、図1において、丸棒状のワークRの軸線RaとZ軸方向とが合致するようにクランプ機構30をテーブル31に配置して、ワークRの軸線Raに対して垂直な方向に光軸33aが来るように、カメラユニット36と光源33とを対向配置してもよい。これによれば、ワークRをZ軸方向から受け台1の溝に挿入することとなり、比較的に作業がし易い。
(Modification 3)
In the measurement apparatus 100 of the above-described embodiment, the arrangement of each part such as the clamp mechanism 30, the table 31, and the imaging mechanism 35 is not limited to this. For example, in FIG. 1, the clamp mechanism 30 is arranged on the table 31 so that the axis Ra of the round bar-shaped workpiece R and the Z-axis direction coincide with each other, and the optical axis 33a extends in a direction perpendicular to the axis Ra of the workpiece R. The camera unit 36 and the light source 33 may be arranged so as to face each other. According to this, the workpiece R is inserted into the groove of the cradle 1 from the Z-axis direction, and the operation is relatively easy.

(変形例4)
クランプ機構30の構成は、上記実施形態のようにV字形状の溝を有する受け台1を備えたものに限定されず、ワークRを把持可能なものであればどのような構成であってもよい。例えば、ワークRを3方向から支持する挟持部と、当該挟持部を締め付けてワークRを固定する締め付け部とを有するチャックや、万力のように2方向からワークRを支持する構成のものを用いることができる。
(Modification 4)
The configuration of the clamp mechanism 30 is not limited to the one having the cradle 1 having the V-shaped groove as in the above embodiment, and any configuration can be used as long as the workpiece R can be gripped. Good. For example, a chuck having a clamping portion that supports the workpiece R from three directions and a clamping portion that clamps the clamping portion to fix the workpiece R, or a configuration that supports the workpiece R from two directions like a vise. Can be used.

本発明の実施形態に係る計測装置の構成を示す概略図。Schematic which shows the structure of the measuring device which concerns on embodiment of this invention. 撮像機構及びクランプ機構の一部を示す側面図。The side view which shows a part of imaging mechanism and a clamp mechanism. クランプ機構の構造を示す概略斜視図。The schematic perspective view which shows the structure of a clamp mechanism. 計測装置を用いてワークの外形寸法を計測する場合の工程図。The process figure in the case of measuring the external dimension of a workpiece | work using a measuring device. 撮像機構の撮像範囲を示す図。The figure which shows the imaging range of an imaging mechanism. (a)及び(b)は、図5中のA−A’線に沿ったCCDの輝度検出結果を示す図。(A) And (b) is a figure which shows the brightness | luminance detection result of CCD along the A-A 'line | wire in FIG. 本発明の変形例に係る撮像機構及びクランプ機構の一部を示す側面図。The side view which shows a part of imaging mechanism and clamp mechanism which concern on the modification of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10…把持部、20…姿勢調整部、29…モータ、30…クランプ機構、32…テーブル、33,34…光源、35…撮像機構、36,37…カメラユニット、38…オートフォーカス機構、39…対物レンズ、40…制御装置、41…算出部としてのCPU、51…支持台、52…ステッピングモータ、100…計測装置。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Grasp part, 20 ... Attitude adjustment part, 29 ... Motor, 30 ... Clamp mechanism, 32 ... Table, 33, 34 ... Light source, 35 ... Imaging mechanism, 36, 37 ... Camera unit, 38 ... Auto-focus mechanism, 39 ... Objective lens 40 ... Control device 41 ... CPU as calculation unit 51 ... Support base 52 ... Stepping motor 100 ... Measurement device

Claims (4)

棒状のワークを把持するクランプ機構と、
前記クランプ機構によって把持された前記ワークを、当該ワークの軸線と直交する方向から撮像する、対物レンズを有する撮像機構と、
前記ワークを挟んで前記対物レンズの反対側に、前記対物レンズからの距離が一定となるように配置された、前記ワークに光を照射する光源と、を備え、
前記クランプ機構は、把持した前記ワークの姿勢を調整する姿勢調整部を有することを特徴とする撮像装置。
A clamp mechanism for gripping a rod-shaped workpiece;
An imaging mechanism having an objective lens that images the workpiece gripped by the clamping mechanism from a direction orthogonal to the axis of the workpiece;
A light source for irradiating the work with light, disposed on the opposite side of the objective lens across the work, so that the distance from the objective lens is constant ,
The said clamp mechanism has an attitude | position adjustment part which adjusts the attitude | position of the hold | gripped said workpiece | work, The imaging device characterized by the above-mentioned .
請求項1に記載の撮像装置であって、
前記光源は、前記撮像機構に固定されていることを特徴とする撮像装置。
The imaging apparatus according to claim 1,
The imaging apparatus, wherein the light source is fixed to the imaging mechanism.
棒状のワークを把持するクランプ機構と、
前記クランプ機構によって把持された前記ワークを、当該ワークの軸線と直交する方向から撮像する、対物レンズを有する撮像機構と、
前記ワークを挟んで前記対物レンズの反対側に、前記対物レンズからの距離が一定となるように配置された、前記ワークに光を照射する光源と、
前記撮像機構によって撮像された画像から前記ワークの外形寸法を算出する算出部と、を備え、
前記クランプ機構は、把持した前記ワークの姿勢を調整する姿勢調整部を有することを特徴とする計測装置。
A clamp mechanism for gripping a rod-shaped workpiece;
An imaging mechanism having an objective lens that images the workpiece gripped by the clamping mechanism from a direction orthogonal to the axis of the workpiece;
A light source for irradiating the work with light, which is disposed on the opposite side of the objective lens across the work, so that the distance from the objective lens is constant,
A calculation unit that calculates an outer dimension of the workpiece from an image captured by the imaging mechanism ,
The measuring apparatus according to claim 1, wherein the clamp mechanism includes a posture adjusting unit that adjusts a posture of the gripped workpiece .
請求項3に記載の計測装置であって、
前記光源は、前記撮像機構に固定されていることを特徴とする計測装置。
It is a measuring device of Claim 3, Comprising:
The measuring device, wherein the light source is fixed to the imaging mechanism.
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