JP5363196B2

JP5363196B2 - 寸法測定装置

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Publication number: JP5363196B2
Application number: JP2009125985A
Authority: JP
Inventors: 康治田中; 幸男吉川
Original assignee: Nidec Tosok Corp
Current assignee: Nidec Tosok Corp
Priority date: 2009-05-26
Filing date: 2009-05-26
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2029-05-26
Also published as: JP2010276342A

Description

本発明は、ワークの内径等の寸法を測定する寸法測定器に関する。

従来、内径差の大きなワークの内径を測定する際には、測定者がノギスをワークの内周部に挿入し、測定を行っていた。

このノギスを用いた測定方法では、測定者がワークを一つ一つ手作業で測定しなければならず、多大な苦労を要した。また、手作業による測定のため、正確性に欠けるとうい欠点もあった。

一方、内径を測定する装置としては、電気マイクロメータやエアマイクロメータが知られているが、測定可能な範囲が狭く、内径差の異なるワークを測定する際には、測定子を交換しなければならず、苦労を要した。

そこで、図３に示すように、所定位置にセットされたワーク８０１を、その中心の真上からカメラ８０２で撮像し、その撮像画像から内径を測定する寸法測定装置８０３が考えられる。

しかしながら、このような寸法測定装置８０３では、内径のエッジ８１１がカメラ８０２の中心８１２からずれるため、当該エッジ８１１を斜めから見ることとなる。このため、精度が不足するという問題があった。

また、測定対象となる最大径のワーク８０１をセットした状態で、その内径のエッジ８１１が撮像できるようにカメラ８０２の視野角を設定しかつ、その撮像領域全域で所定以上の分解能を維持しなければならないという新たな問題が発生する。

本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたものであり、正確な測定を安定的に行うことができる寸法測定装置を提供することを目的とするものである。

前記課題を解決するために本発明の請求項１の寸法測定装置にあっては、セットされたワークの内径や外径の寸法を測定する寸法測定装置において、前記ワークがセットされるとともに当該ワークを回転する回転ステージと、該回転ステージにセットされた前記ワークを上方から撮像する撮像機と、該撮像機を前記ワークの径方向に沿って移動する直動ステージと、前記撮像機で取得した前記ワークの内縁や外縁などのエッジの画像に基づいて前記寸法を測定する測定手段と、を備え、前記回転ステージを中空状に形成し、該回転ステージの中空部内に、反射光を撮像時のバックライトとして利用する為のミラーを配置した。

すなわち、ワークの内径や外径の寸法を測定する際には、前記ワークを回転ステージにセットし、セットされたワークの公証半径位置まで撮像機を直動ステージによって前記ワークの径方向に沿って移動する。これにより、前記ワークの内縁や外縁のエッジ画像が前記撮像機によって、その真上から取得される。

この状態において、前記回転ステージにセットされた前記ワークを回動し、その際の前記エッジ画像を取得する。

このとき、対称位置（回転前と１８０度回転後の位置）で取得された両画像において、取得したエッジ画像と公証半径位置とのズレを求めるとともに、両画像でのズレ量の差を求め、その差と前記撮像機の移動量に基づいて前記寸法を測定する。

このように、ワークの上方から撮像したエッジ画像を用いて寸法を測定することができるため、エッジを斜めから撮像した画像を用いる場合のように、補正を行うことなく、測定精度が維持される。

また、前記エッジが検出できる位置まで前記撮像機を前記直動ステージで移動するため、ワークの大きさに合わせて撮像機の視野を広げること無く、前記エッジ画像が検出される。

さらに、前記直動ステージによる前記撮像機の移動範囲内であれば、大きさの異なるワークであっても、同一の精度で寸法測定が行われる。

そして、前記ワークを回動して取得したエッジ画像の公証半径位置からの位置ずれを補正することによって、ワークのセット時に生じた位置ずれによる測定誤差が排除される。
また、ワークがセットされる回転ステージは、中空状に形成されており、当該回転ステージ内には、ミラーを配置することができる。

また、請求項２の寸法測定装置においては、前記回転ステージの中心を通過する直線上を前記撮像機が移動するように前記直動ステージを構成した。

これにより、前記撮像機は、前記ワークの回転中心を通過する直線上を移動する。

以上説明したように本発明の請求項１の寸法測定装置にあっては、ワークの上方から撮像したエッジ画像を用いて寸法を測定するため、エッジを斜めから撮像した画像を用いる従来のように、補正処理を行うことなく、測定精度を維持することができる。

これにより、画像の処理工程を簡素化することができる。

また、前記エッジ画像が検出できる位置まで前記撮像機を前記直動ステージで移動することができるため、ワークの大きさに合わせて撮像機の視野を広げなければならなかった従来と比較して、撮像視野を絞った状態であっても前記エッジを検出することができる。

このため、視野範囲内での解像度が高められ、分解能を高めることができるので、エッジの測定精度を向上することができる。

さらに、前記直動ステージによる前記撮像機の移動範囲内であれば、大きさの異なるワークであっても、同一の精度で寸法測定を行うことができる。

これらから、正確な測定を安定的に行うことができる。

そして、前記ワークを回動して取得したエッジ画像の公証半径位置からの位置ずれを補正することによって、ワークセット時に生ずる位置ずれに起因した測定誤差を排除することができる。これにより、セット作業も容易となり、利便性が向上する。
また、前記ワークがセットされる前記回転ステージを中空状に形成することによって、当該回転ステージ内にミラーを配置することができる。
これにより、前記ワークの上方から前記エッジ画像を取得する際には、前記ミラーからの反射光をバックライトとして利用することができ、バックライトを設けること無く、鮮明なエッジ画像を取得することができる。

また、請求項２の寸法測定装置においては、前記ワークの回転中心を通過した直線上を移動する前記撮像機によって当該ワークのエッジ画像を取得し、このエッジ画像を用いて前記ワークの内径や外径の寸法を測定することができる。

このため、回転中心を通過しない直線上を移動する撮像機で取得したエッジ画像を用いて、前記ワークの内径や外径の寸法を測定する場合と比較して、測定精度をさらに高めることができる。

本発明の一実施の形態を示す図である。同実施の形態の動作を示すフローチャートである。従来の寸法測定装置を示す模式図である。

以下、本発明の一実施の形態を図に従って説明する。

図１は、本実施の形態にかかる寸法測定装置１を示す図であり、該寸法測定装置１は、寸法の異なる複数のワーク２を測定する装置である。

このワーク２の一例としては、円形リング状のダイスが挙げられ、本実施の形態では、セットされたダイスの半径値を測定し、この半径値から内径寸法Ｄが規定範囲内にあるか否かを検査する場合を例に挙げて説明するが、この寸法測定装置１では、ワーク２の外径寸法を測定するこも可能である。

この寸法測定装置１は、ベース１１に固定された固定部１２と、該固定部１２に支持された回転ステージ１３とを備えており、該回転ステージ１３は、下部構成部材１４と上部構成部材１５とによって構成されている。

前記回転ステージ１３の前記下部構成部材１４は、前記固定部１２に沿って配置された円形リング板状の基部２１を中心に構成されており、該基部２１の内縁部からは、円筒状の軸部２２が下方へ延出している。該軸部２２は、前記固定部１２に設けられた凹部２３内に挿入されており、当該軸部２２は、軸受け２４を介して前記凹部２３の内周面２５に支持されている。

これにより、前記回転ステージ１３は、前記固定部１２に回転自在に支持されており、当該回転ステージ１３は、図外の回転機構によって回転制御されるように構成されている。

前記下部構成部材１４の前記基部２１の外縁部からは、円筒状の周壁部３１が上方へ向けて延出しており、該周壁部３１の上端には、前記上部構成部材１５が支持された状態で固定されている。

該上部構成部材１５は、円形リング状に形成されており、当該上部構成部材１５は、前記周壁部３１より内側に延出した内方延出部４１と、該内方延出部４１の外周縁部より上方へ突出した段部４２とによって構成されている。前記内方延出部４１は、円形リング板状に形成されており、当該内方延出部４１の上面は、前記ワーク２の周縁部を支持する支持面４３を構成している。

これにより、前記ワーク２の中心５１を前記回転ステージ１３の回転中心５２に一致させた状態で、前記ワーク２を当該回転ステージ１３の上部にセットできるように構成されており、この回転ステージ１３は、セットされた前記ワーク２を回転できるように構成されている。

前記上部構成部材１５と前記下部構成部材１４とによって構成された前記回転ステージ１３は、中空状に形成されており、該回転ステージ１３内には、前記ベース１１に立設された支柱６０が当該回転ステージ１３の前記回転中心５２上に延在している。

この支柱６０の上端部には、横長の支持板６１が支持されており、該支持板６１は、図１中、左方の長さ寸法が長く設定されている。この支持板６１の上面には、ミラー６２が貼着されており、当該ミラー６２は、前記回転中心５２の図１中右側から前記回転ステージ１３を構成する前記上部構成部材１５の前記内方延出部４１の下部に渡って延在するように構成されている。

前記回転ステージ１３の上部には、直動ステージ７１が設けられており、該直動ステージ７１のステージ本体７２は、前記回転ステージ１３の径方向７３に延設されている。前記ステージ本体７２には、スライダ７４が移動自在に支持されており、該スライダ７４は、図外の直動機構によって前記ステージ本体７２に沿って移動制御されるように構成されている。

このスライダ７４には、撮像機としてのカメラ８１が支持されており、該カメラ８１は、前記回転ステージ１３の前記回転中心５２を通過するとともに、当該回転ステージ１３にセットされた前記ワーク２の前記径方向７３に延在する直線８２上を移動できるように構成されている。

前記直動ステージ７１による前記カメラ８１の移動範囲は、前記回転中心５２の図１中右側から前記回転ステージ１３の外周部付近に達するように構成されており、前記回転ステージ１３にセットされた前記ワーク２を前記カメラ８１によって上方から撮像することにより、前記ワーク２の内縁９１のエッジ９２を、その真上から撮像できるように構成されている。

前記カメラ８１のレンズ部には、同軸落射照明１０１が設けられており、該同軸落射照明１０１は、前記カメラ８１のレンズ部に設けられたハーフミラー１０２と、該ハーフミラー１０２の側部に設けられた光源１０３とによって構成されている。これにより、該光源１０３からの光を前記ハーフミラー１０２で反射して前記ワーク２へ照射するとともに当該ワーク２下部の前記ミラー６２で反射しつつ、前記ワーク２の像を前記ハーフミラー１０２を介して前記カメラ８１で取得できるように構成されている。

この寸法測定装置１は、マイコンを中心に構成された制御装置１１１を備えており、該制御装置１１１は、前記回転ステージ１３を回転制御する前記回転機構と、前記直動ステージ７１を駆動制御する前記直動機構と、前記カメラ８１とが接続されている。

これにより、当該制御装置１１１で前記直動ステージ７１を制御し、前記カメラ８１をセットされたワーク２の内縁９１が存在する公証半径位置まで移動することによって、前記ワーク２の内縁９１のエッジ９２の画像を真上から取得できるように構成されている。

このとき、取得されたエッジ画像から前記カメラ８１のカメラ中心までの距離を計測することによって、前記エッジ画像が示す前記エッジ９２の位置と前記公証半径位置とのズレを測定できるように構成されており、このズレ量と前記回転中心５２からの前記カメラ８１の移動量とから前記ワーク２の半径値を測定できるように構成されている。

図２は、前記寸法測定装置１の動作を示すフローチャートであり、このフローチャートに従って当該寸法測定装置１の動作を説明する。

すなわち、前記制御装置１１１の前記マイコンが内蔵の記憶媒体に記憶されたプログラムに従って動作を開始すると、当該制御装置１１１は前記直動ステージ７１の直動機構に制御信号を出力して前記直動ステージ７１に支持された前記カメラ８１を公証半径位置へ移動する（Ｓ１）。

この公証半径位置は、計測するワーク２毎に予め定められており、基準となるワーク２の中心５１を回転ステージ１３の回転中心５２に合わせてセットした際に当該ワーク２の内縁９１が配置される位置を示している。

そして、前記公証半径位置に移動された前記カメラ８１によって前記ワーク２の内縁９１のエッジ９２の画像を真上から撮像し（Ｓ２）、前記回転機構の制御信号を出力することによって前記回転ステージ１３に支持された前記ワーク２を所定量、例えば２２．５度回転した後（Ｓ３）、前記ワーク２を３６０度回転し終えたか否かを判断する（Ｓ４）。このとき、３６０度回転し終えていない場合には、前記ステップＳ２へ分岐することによって、前記エッジ画像の取得と（Ｓ２）、前記ワーク２の所定量の回転とを（Ｓ３）、前記ワーク２が一回転するまで行って（Ｓ４）、当該ワーク２の内径寸法Ｄの直径値を算出する（Ｓ５）。

具体的に説明すると、前記回転中心５２を中心とした点対称位置（回転前と１８０度回転後の位置）で取得した両画像において、カメラ中心が示す前記公証半径位置からエッジ画像までのズレ量を求めるとともに、前記両画像でのズレ量の差を求める。次に、その差と前記回転中心５２からの前記カメラ８１の移動量とに基づいて、直径値を求める。そして、前記各エッジ画像を取得した各取得位置にて直径値を求め、これらの直径値の平均値を求めて平均化された直径値を算出する。

次に、算出した直径値が計測するワーク２毎に予め設定された規定範囲内にあるか否かを判断し（Ｓ６）、当該直径値が前記規定範囲内に収まっていた場合には、正常処理にて例えばモニターに「ＯＫ」と表示して（Ｓ７）終了する。また、前記直径値が前記規定範囲内に収まっていない場合には、ＮＧ処理にて例えばモニターに「ＮＧ」と表示して（Ｓ８）終了する。

以上の構成にかかる本実施の形態において、前記ワーク２の内径寸法を測定する際には、前記ワーク２を回転ステージ１３にセットし、前記ワーク２の内縁のエッジ画像を真上から取得できる位置まで前記カメラ８１を前記直動ステージ７１で移動することができる。

これにより、前記ワーク２の真上から撮像したエッジ画像を用いて前記半径値を計測することができるので、エッジを斜めから撮像した画像を用いる従来のように、補正処理を行うことなく、測定精度を維持することができる。よって、画像の処理工程を簡素化することができる。

また、前記エッジ画像が検出できる位置まで前記カメラ８１を前記直動ステージ７１で移動することができるので、ワーク２の大きさに合わせてカメラ８１の視野を広げなければならなかった従来と比較して、撮像視野を絞った状態であってもエッジ９２の画像を検出することができる。

このため、視野範囲内での解像度が高められ、分解能を高めることができ、エッジ９２の測定精度を向上することができる。

さらに、前記直動ステージ７１による前記カメラ８１の移動範囲内であれば、大きさの異なるワーク２であっても、同一の精度で寸法測定を行うことができる。

これらから、正確な測定を安定的に行うことができる。

そして、前記ワーク２を回動して取得したエッジ画像の公証半径位置からのズレ量を、対称位置で取得されたエッジ画像の公証半径位置からのズレ量を用いて補正することにより、ワークセット時に生ずる位置ずれに起因した測定誤差を排除することができる。これにより、セット作業も容易となり、利便性が向上する。

また、前記ワーク２の回転中心５２を通過した直線８２上を移動する前記カメラ８１によって当該ワーク２のエッジ画像を取得し、このエッジ画像を用いて前記ワーク２の半径値を測定することができる。

このため、前記回転中心５２を通過しない直線上を移動するカメラで取得したエッジ画像を用いて、前記ワーク２の半径値を測定する場合と比較して、測定精度をさらに高めることができる。

さらに、前記ワーク２がセットされる前記回転ステージ１３は、中空状に形成されており、当該回転ステージ１３内にミラー６２を配置することができる。

これにより、前記ワーク２の上方から前記エッジ画像を取得する際には、前記ミラー６２からの反射光をバックライトとして利用することができ、バックライトを設けること無く、鮮明なエッジ画像を取得することができる。

１寸法測定装置
２ワーク
１１制御装置
１３回転ステージ
５１中心
６２ミラー
７１直動ステージ
７３径方向
８１カメラ
８２直線
９１内径
９２エッジ
１１１制御装置
１２１移動量
Ｄ内径寸法

Claims

セットされたワークの内径や外径の寸法を測定する寸法測定装置において、
前記ワークがセットされるとともに当該ワークを回転する回転ステージと、
該回転ステージにセットされた前記ワークを上方から撮像する撮像機と、
該撮像機を前記ワークの径方向に沿って移動する直動ステージと、
前記撮像機で取得した前記ワークの内縁や外縁などのエッジの画像に基づいて前記寸法を測定する測定手段と、
を備え、
前記回転ステージを中空状に形成し、該回転ステージの中空部内に、反射光を撮像時のバックライトとして利用する為のミラーを配置したことを特徴とする寸法測定装置。
前記回転ステージの中心を通過する直線上を前記撮像機が移動するように前記直動ステージを構成したことを特徴とする請求項１記載の寸法測定装置。