JP5439218B2 - Image measuring machine - Google Patents
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Description
本発明は、テレセントリック光学系を備えた画像測定機に関する。 The present invention relates to an image measuring machine equipped with a telecentric optical system.
図5に示すように、前側レンズ12、後側レンズ13およびテレセントリック絞り14から構成されたテレセントリック光学系が知られている。
テレセントリック光学系は、物体視野が広く、焦点深度が深く、結像倍率が物体の位置に関係なく前側レンズと後側レンズの焦点距離によって決まるという特徴を備えている。そのため、刃工具類や機械部品、アッセンブリされた電子部品等、段差を有する被測定物の広視野一括測定に、テレセントリック光学系が広く利用されている(特許文献1参照)。
As shown in FIG. 5, a telecentric optical system including a
The telecentric optical system has a feature that the object field is wide, the focal depth is deep, and the imaging magnification is determined by the focal length of the front lens and the rear lens regardless of the position of the object. Therefore, a telecentric optical system is widely used for wide field collective measurement of objects to be measured such as blade tools, machine parts, assembled electronic parts, and the like (see Patent Document 1).
例えば、図6(A)に示すように、上下方向(Z軸方向)に段差を有する被測定物を、テレセントリック光学系でない非テレセントリック光学系を搭載した画像測定機で画像測定(真上から画像測定)した場合、同図(B)に示すように、Z軸方向に対して直交するX,Y軸方向の寸法変化が大きい画像となってしまう。
これに対して、テレセントリック光学系を搭載した画像測定機で画像測定すると、同図(C)に示すように、Z軸方向に対して直交するX,Y軸方向の寸法変化が少ない画像が得られる。つまり、段差を有する被測定物でもX,Y軸方向の形状を精度よく測定できることから、テレセントリック光学系が広く利用されている。
For example, as shown in FIG. 6A, an object to be measured having a step in the vertical direction (Z-axis direction) is measured with an image measuring machine equipped with a non-telecentric optical system that is not a telecentric optical system. Measurement), as shown in FIG. 5B, an image having a large dimensional change in the X and Y axis directions orthogonal to the Z axis direction is obtained.
On the other hand, when an image is measured with an image measuring machine equipped with a telecentric optical system, an image with little dimensional change in the X and Y axis directions orthogonal to the Z axis direction is obtained as shown in FIG. It is done. That is, a telecentric optical system is widely used because it is possible to accurately measure the shape in the X and Y axis directions even with an object having a step.
ところで、テレセントリック光学系では、開口数(N.A.)を小さくして焦点深度を深くすることが一般的に行われているが、焦点深度を深くすると、フォーカス位置を正確に検出することが困難になる。そのため、Z軸方向の寸法測定ができず、結果的に三次元形状測定が不可能になるといった問題が発生する。 By the way, in a telecentric optical system, the numerical aperture (NA) is generally decreased to increase the depth of focus. However, if the depth of focus is increased, the focus position can be accurately detected. It becomes difficult. Therefore, there is a problem that dimension measurement in the Z-axis direction cannot be performed, and as a result, three-dimensional shape measurement becomes impossible.
本発明の目的は、テレセントリック光学系の特長を維持しつつ、その課題を解決し、被測定物の三次元形状測定を可能とする画像測定機を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an image measuring machine that solves the problems while maintaining the features of a telecentric optical system and enables three-dimensional shape measurement of an object to be measured.
本発明の画像測定機は、被測定物を載置したテーブルと撮像光学部とを相対移動機構により相対移動させるとともに、前記撮像光学部によって撮像した前記被測定物の画像から前記被測定物の形状を測定する画像測定機において、前記撮像光学部は、前側レンズ、後側レンズおよびテレセントリック絞りを有するテレセントリック光学系と、このテレセントリック光学系によって結像された前記被測定物の画像を撮像する撮像手段とを含んで構成され、レーザ光を用いて、前記テレセントリック光学系の光軸上における前記被測定物表面の前記光軸方向の位置を非接触で測定する非接触位置測定手段を備え、前記非接触位置測定手段は、レーザ光源と、このレーザ光源から出射されたレーザ光を前記テレセントリック光学系の前側レンズを通して前記被測定物に照射するレーザ光照射光学系と、前記被測定物表面で反射したレーザ光を処理して前記前側レンズの焦点位置に対する前記被測定物表面のずれ量を検出するずれ量検出部と、このずれ量検出部によって検出されたずれ量がなくなるように、前記相対移動機構を動作させる相対移動指令手段と、前記光軸方向における前記テーブルと前記テレセントリック光学系との相対移動量を検出する位置検出手段と、を備え、前記前側レンズは、物体側より配置された第1前側レンズ、第2前側レンズ、第3前側レンズを有し、前記第1前側レンズおよび第2前側レンズはアフォーカル光学系を構成し、前記レーザ光照射光学系は、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を平行光とするコリメータレンズと、前記コリメータレンズからのレーザ光を前記第1前側レンズに向けて反射させるビームスプリッタとを含んで構成され、前記テレセントリック絞りは、前記第3前側レンズの後側焦点位置と前記後側レンズの前側焦点位置とが一致する位置に配置され、前記ビームスプリッタは、前記第1前側レンズの後側焦点位置と前記第2前側レンズの前側焦点位置とが一致する位置に配置されていることを特徴とする。 In the image measuring machine according to the present invention, the table on which the object to be measured is placed and the imaging optical unit are relatively moved by a relative movement mechanism, and the image of the object to be measured is obtained from the image of the object to be measured taken by the imaging optical unit. In the image measuring machine for measuring a shape, the imaging optical unit is configured to capture a telecentric optical system having a front lens, a rear lens, and a telecentric stop, and an image of the object to be measured formed by the telecentric optical system. is configured to include a means, by using a laser beam, Bei give a non-contact position measuring means for measuring the position along the optical axis of the object surface on the optical axis of the telecentric optical system in a non-contact, The non-contact position measuring means passes a laser light source and a laser beam emitted from the laser light source through a front lens of the telecentric optical system. A laser beam irradiation optical system for irradiating the object to be measured, and a deviation amount detection for detecting a deviation amount of the surface of the object to be measured with respect to the focal position of the front lens by processing the laser beam reflected by the surface of the object to be measured A relative movement command means for operating the relative movement mechanism, and a relative movement amount between the table and the telecentric optical system in the optical axis direction so that the deviation amount detected by the deviation amount detection unit is eliminated. Position detecting means for detecting, wherein the front lens includes a first front lens, a second front lens, and a third front lens arranged from the object side, wherein the first front lens and the second front lens are An afocal optical system is configured, and the laser light irradiation optical system includes a collimator lens that collimates laser light emitted from the laser light source, and the collimator lens. And a beam splitter that reflects the laser beam toward the first front lens, and the telecentric diaphragm has a rear focal position of the third front lens that matches a front focal position of the rear lens. The beam splitter is arranged at a position where a rear focal position of the first front lens and a front focal position of the second front lens coincide with each other.
このような構成によれば、撮像光学部がテレセントリック光学系を含んで構成されているから、段差を有する被測定物でも、テレセントリック光学系の光軸に対して直交する方
向の形状を精度よく、かつ、広視野測定することができる。
また、レーザ光を用いて、テレセントリック光学系の光軸上における被測定物表面の光軸方向の位置を非接触で測定する非接触位置測定手段を備えているから、テレセントリック光学系の光軸方向における被測定物の位置も正確に測定することができる。
従って、通常のテレセントリック光学系の特徴を維持しつつ、そのテレセントリック光学系の課題を解決し、被測定物の三次元形状測定を実現することができる。
さらに、オートフォーカスレーザ変位計を利用して、光軸方向における被測定物表面の位置を検出することができるから、被測定物表面の位置を高精度に検出することができる。
加えて、第1前側レンズを光のコリメートに利用し、残る第2前側レンズおよび第3前側レンズを光学系の結像による収差を補正するために使用できる。これにより、レーザ光の口径を大きくしても、レンズ表面からのレーザ光や照明光のフレアを低減できる。また、レーザ光の口径を大きくすると、フォーカス位置の検出精度が向上するため、より高精度な測定を実現できる。
According to such a configuration, since the imaging optical unit is configured to include the telecentric optical system, even in the measurement object having a step, the shape in the direction orthogonal to the optical axis of the telecentric optical system can be accurately obtained. In addition, wide field of view can be measured.
In addition, since there is provided non-contact position measuring means for measuring the position of the surface of the object to be measured on the optical axis of the telecentric optical system in a non-contact manner using laser light, the optical axis direction of the telecentric optical system is provided. It is also possible to accurately measure the position of the object to be measured.
Therefore, it is possible to solve the problem of the telecentric optical system while maintaining the characteristics of the normal telecentric optical system and to realize the three-dimensional shape measurement of the object to be measured.
Furthermore, since the position of the surface of the object to be measured in the optical axis direction can be detected using an autofocus laser displacement meter, the position of the surface of the object to be measured can be detected with high accuracy.
In addition, the first front lens can be used for collimating light, and the remaining second front lens and third front lens can be used to correct aberration due to image formation of the optical system. Thereby, even if the aperture of the laser beam is increased, the flare of the laser beam and illumination light from the lens surface can be reduced. In addition, when the aperture of the laser beam is increased, the detection accuracy of the focus position is improved, so that more accurate measurement can be realized.
本発明の画像測定機において、前記非接触位置測定手段によって測定される前記被測定物表面の位置が、前記テレセントリック光学系の焦点深度内でかつ焦点深度から外れる近傍位置に達したことを判定する焦点深度判定手段と、この焦点深度判定手段によって、前記被測定物表面の位置が、前記テレセントリック光学系の焦点深度から外れる近傍位置に達したことが判定されたときに、前記被測定物表面の位置が前記テレセントリック光学系の焦点深度略中央位置にくるように、前記相対移動機構を動作させて前記テーブルと前記テレセントリック光学系とを前記光軸方向に相対移動させる焦点深度調整指令手段と、を備えることが好ましい。 In the image measuring machine of the present invention, it is determined that the position of the surface of the object measured by the non-contact position measuring means has reached a position within the focal depth of the telecentric optical system and a position outside the focal depth. When it is determined by the depth-of-focus determination means and the depth-of-focus determination means that the position of the surface of the object to be measured has reached a position close to the focal depth of the telecentric optical system, the surface of the object to be measured is determined. A depth-of-focus adjustment command means for operating the relative movement mechanism to relatively move the table and the telecentric optical system in the optical axis direction so that the position is substantially at the center of the focal depth of the telecentric optical system. It is preferable to provide.
通常のテレセントリック光学系を搭載した画像測定機により、上下方向にうねり(起伏)がある被測定物を測定する際、図7に示すように、テレセントリック光学系を一定の高さ位置で被測定物に沿って移動(図7(a)〜(c))させていくと、被測定物の表面位置がテレセントリック光学系の焦点深度から外れる場合(図7(c)の場合)がある。このような場合、被測定物を測定することができないため、測定を一旦中断し、テレセントリック光学系を被測定物の表面に対して上下させて、被測定物の表面がテレセントリック光学系の焦点深度内に入るように調整したのち、測定作業を再開しなければならない。 When measuring an object having waviness (undulation) in the vertical direction with an image measuring machine equipped with a normal telecentric optical system, as shown in FIG. 7, the telecentric optical system is measured at a certain height position. When moving along (FIGS. 7A to 7C), the surface position of the object to be measured may deviate from the focal depth of the telecentric optical system (in the case of FIG. 7C). In such a case, since the object to be measured cannot be measured, the measurement is temporarily stopped, the telecentric optical system is moved up and down with respect to the surface of the object to be measured, and the surface of the object to be measured is the focal depth of the telecentric optical system. After making adjustments to get inside, the measurement work must be resumed.
本発明によれば、上下方向にうねり(起伏)がある被測定物を測定する際、図3に示すように、焦点深度判定手段によって、被測定物表面の位置が、テレセントリック光学系の焦点深度内でかつ焦点深度から外れる近傍位置(判定設定値HSU,HSD)に達したことが判定されると、焦点深度調整指令手段によって、被測定物表面位置がテレセントリック光学系の焦点深度略中央位置にくるように、相対移動機構が動作されてテーブルとテレセントリック光学系とが光軸方向に相対移動される。
従って、被測定物表面位置が、常に、テレセントリック光学系の焦点深度内に保たれた状態に維持されるから、連続した測定を実現することができる。
According to the present invention, when measuring an object to be measured having waviness (undulations) in the vertical direction, as shown in FIG. 3, the position of the surface of the object to be measured is determined by the focal depth determination means so that the focal depth of the telecentric optical system is If it is determined that the position has reached a near position (determination set value HSU, HSD) that is out of the focal depth, the surface depth of the object to be measured is set to the approximate focal depth of the telecentric optical system by the focal depth adjustment command means. Thus, the relative movement mechanism is operated so that the table and the telecentric optical system are relatively moved in the optical axis direction.
Therefore, since the surface position of the object to be measured is always maintained within the focal depth of the telecentric optical system, continuous measurement can be realized.
本発明の画像測定機において、前記第1前側レンズは単レンズまたは貼り合わせレンズにより構成されていてもよい。 The image measuring machine of the present invention, before Symbol first front lens may be constituted by a single lens or cemented lens.
<第1実施形態(図1参照)>
第1実施形態の画像測定機は、図1に示すように、被測定物Wを載置したテーブル1と、このテーブル1の真上に配置された撮像光学部10、非接触位置測定手段としてのオートフォーカスレーザ変位計部20および照明光学部40と、テーブル1と撮像光学部10、オートフォーカスレーザ変位計部20および照明光学部40とを三次元方向、つまり、左右方向(X軸方向)、前後方向(Y軸方向)および上下方向(Z軸方向)へ相対移動させる相対移動機構50と、撮像光学部10で撮像された画像およびオートフォーカスレーザ変位計部20によって得られた被測定物表面の高さ(Z軸方向)情報から被測定物の三次元形状を求める形状演算部60とを含んで構成されている。
<First Embodiment (see FIG. 1)>
As shown in FIG. 1, the image measuring machine according to the first embodiment includes a table 1 on which an object to be measured W is placed, an imaging
撮像光学部10は、テレセントリック光学系11と、このテレセントリック光学系11によって結像された被測定物の画像を撮像する撮像手段としてのCCDカメラ15とを含んで構成されている。
テレセントリック光学系11は、前側レンズ12と、この前側レンズ12の後側焦点位置に前側焦点位置が一致するように配置された後側レンズ13と、前側レンズ12の後側焦点位置と後側レンズ13の前側焦点位置とが一致する位置に配置されたテレセントリック絞り14とを含んで構成されている。ここでは、前側レンズ12と後側レンズ13との間が平行光束となっている。前側レンズ12および後側レンズ13は、単レンズでもよいが、複数枚のレンズによって構成するのが好ましい。
CCDカメラ15は、後側レンズ13の後側焦点位置(結像位置)に配置されている。
The imaging
The telecentric
The
オートフォーカスレーザ変位計部20は、レーザ光を用いて、テレセントリック光学系11の光軸上における被測定物表面の光軸方向(Z軸方向)の位置を非接触で測定するもので、ここでは、ダブルピンホール法のオートフォーカスレーザ変位計によって構成されている。
具体的には、レーザ光源21と、このレーザ光源21から出射されたレーザ光をテレセントリック光学系11の前側レンズ12を通して被測定物に照射するレーザ光照射光学系22と、被測定物の表面で反射したレーザ光を処理して前側レンズ12の焦点位置に対する被測定物表面のずれ量を検出するずれ量検出部31と、このずれ量検出部31によって検出されたずれ量がなくなるように、相対移動機構50を動作させる相対移動指令手段としてのサーボ回路37と、光軸方向におけるテーブル1とテレセントリック光学系11との相対移動量を検出する位置検出手段38とを備える。
The autofocus laser
Specifically, the
レーザ光源21としては、赤色の半導体レーザが用いられている。
レーザ光照射光学系22は、レーザ光源21から出射されたレーザ光を平行光とするコリメータレンズ23と、このコリメータレンズ23からの平行光を反射しテレセントリック光学系11の光軸に直交して入射させる2つのビームスプリッタ24,25と、テレセントリック光学系11の前側レンズ12とテレセントリック絞り14との間に配置されビームスプリッタ25からのレーザ光を前側レンズ12に向けて反射させるビームスプリッタ26とを含んで構成されている。
As the
The laser light irradiation
ずれ量検出部31は、被測定物で反射されかつビームスプリッタ24を透過した反射光を結像する結像レンズ32と、この結像レンズ32を透過した光を分割するビームスプリッタ33と、このビームスプリッタ33により分割された各反射光の合焦位置よりも前および後にそれぞれ配置された2つのピンホール34A,34Bと、各ピンホール34A,34Bを通過した反射光の光量をそれぞれ検出するホトダイオードなどの受光素子35A,35Bと、この各受光素子35A,35Bからの出力を基に前側レンズ12の前側焦点位置と被測定物表面とのずれ量を検出するずれ量検出回路36とから構成されている。
The deviation
サーボ回路37は、ずれ量検出回路36によって検出されたずれ量がゼロになるように、相対移動機構50を動作させる。ここでは、撮像光学部10、オートフォーカスレーザ変位計部20および照明光学部40を一体的にZ軸方向へ移動させる。
位置検出手段38は、撮像光学部10にZ軸方向に沿って設けられたスケール38Aと、このスケール38Aに対向し静止側(画像測定機の固定側部材など)に固定された検出ヘッド38Bとを含んで構成されている。位置検出方式は、光電式、静電容量式、磁気式など、公知の方法を利用できる。
The
The position detection means 38 includes a
照明光学部40は、照明光源41と、この照明光源41からの光を平行光とするコリメータレンズ42と、このコリメータレンズ42を透過した照明光を反射しビームスプリッタ25を透過させてビームスプリッタ26に入射させるミラー43とを含んで構成されている。
The illumination
相対移動機構50は、図示省略したが、例えば、テーブル1を前後方向(Y軸方向)へ移動させるY軸移動機構と、テーブル1を跨いで設けられた門形フレームと、この門形フレームの水平ビームに左右方向(X軸方向)へスライド可能に設けられたスライダと、このスライダに上下方向(Z軸方向)へ昇降可能に設けられ下端に撮像光学部10、オートフォーカスレーザ変位計部20および照明光学部40を搭載(支持)した昇降部材とから構成されている。
Although the
形状演算部60は、撮像光学部10で撮像された画像を画像処理して被測定物のX,Y軸方向寸法や形状を求めるとともに、オートフォーカスレーザ変位計部20によって得られた被測定物表面の高さ情報から被測定物のZ軸方向寸法を求める。つまり、被測定物の三次元形状を求める。
The
このような構成において、照明光源41から照明光が出射されると、その照明光は、コリメータレンズ42、ミラー43、ビームスプリッタ25,26、前側レンズ12を経て、被測定物に照射される。被測定物表面で反射した反射光は、テレセントリック光学系11を経てCCDカメラ15で撮像される。従って、被測定物の画像がテレセントリック光学系11で結像され、それがCCDカメラ15で撮像されるから、テレセントリック光学系11の特徴を活かすことができる。つまり、段差を有する被定物でも、テレセントリック光学系11の光軸に対して直交する方向の形状を精度よくかつ広視野測定することができる。
In such a configuration, when illumination light is emitted from the
このとき、被測定物の表面にうねりや凹凸がある場合、オートフォーカスレーザ変位計部20により、テレセントリック光学系11の前側レンズ12の前側焦点位置が被測定物の表面に一致するように、撮像光学部10、オートフォーカスレーザ変位計部20および照明光学部40がテーブル1に対して上下方向(Z軸方向)へ変位され、その変位量が位置検出手段38によって検出される。従って、テレセントリック光学系11の光軸方向における被測定物の位置も測定することができる。
その結果、通常のテレセントリック光学系の特徴を活かしつつ、その課題を解決し、被測定物の三次元形状測定を実現することができる。
At this time, if the surface of the object to be measured has undulations or irregularities, the autofocus laser
As a result, while taking advantage of the characteristics of a normal telecentric optical system, the problem can be solved and three-dimensional shape measurement of the object to be measured can be realized.
<第2実施形態(図2および図3参照)>
第1実施形態では、オートフォーカスレーザ変位計部20によって、テレセントリック光学系11の前側レンズ12の前側焦点位置に被測定物表面が一致するように、撮像光学部10、オートフォーカスレーザ変位計部20および照明光学部40が一体的にテーブル1に対して上下方向(Z軸方向)へ変位され、その変位量が位置検出手段38によって検出されることによって、被測定物のZ軸方向の位置データを検出するようにしたが、第2実施形態では、被測定物の表面位置が、テレセントリック光学系11の焦点深度内でかつ焦点深度から外れる近傍位置に達したときに、被測定物の表面位置がテレセントリック光学系11の前側レンズ12の前側焦点位置にくるように、相対移動機構50を動作させるようにしたものである。
<Second Embodiment (see FIGS. 2 and 3)>
In the first embodiment, the imaging
具体的には、図2に示すように、オートフォーカスレーザ変位計部20において、焦点深度判定手段としての焦点深度判定回路39が付加されている。
焦点深度判定回路39は、オートフォーカスレーザ変位計部20によって測定される被測定物の表面位置が、テレセントリック光学系11の焦点深度内でかつ焦点深度から外れる近傍位置に達したことを判定する。具体的には、図3に示すように、テレセントリック光学系11の焦点深度内でかつ焦点深度から外れる近傍位置、つまり、判定設定値HSU,HSDが、焦点深度判定回路39内に予め設定されている。焦点深度判定回路39は、ずれ量検出回路36によって検出されたずれ量と判定設定値HSU,HSDとを比較し、ずれ量が判定設定値HSU,HSDを超えると、そのずれ量に相当するフォーカスエラー信号を焦点深度調整指令手段としてのサーボ回路37に与える。
Specifically, as shown in FIG. 2, a focus
The focal
サーボ回路37は、焦点深度判定回路39からのフォーカスエラー信号に基づいて、相対移動機構50を動作させてテーブル1とテレセントリック光学系11とを光軸方向に相対移動させる。つまり、被測定物の表面位置が、テレセントリック光学系11の前側レンズ12の前側焦点位置(焦点深度略中央位置)にくるように、テーブル1とテレセントリック光学系11とを光軸方向に相対移動させる。
The
第2実施形態によれば、図3に示すように、上下方向にうねり(起伏)がある被測定物を連続測定する際、焦点深度判定回路39によって、被測定物の表面位置が、テレセントリック光学系11の焦点深度内でかつ焦点深度から外れる近傍位置(判定設定値HSU,HSD)に達したことが判定されると、サーボ回路37によって、被測定物の表面位置がテレセントリック光学系11の焦点深度略中央位置(前側レンズ12の前側焦点位置)にくるように、相対移動機構50が動作されてテーブル1とテレセントリック光学系11とが光軸方向に相対移動される。
従って、被測定物の表面位置が、テレセントリック光学系11の焦点深度内に保たれた状態に維持されるから、連続して測定することができる。
According to the second embodiment, as shown in FIG. 3, when continuously measuring an object having waviness (undulation) in the vertical direction, the surface position of the object to be measured is changed to a telecentric optical by the focal
Therefore, since the surface position of the object to be measured is maintained in a state where it is kept within the focal depth of the telecentric
<第3実施形態(図4参照)>
第3実施形態では、図4に示すように、テレセントリック光学系11の構成が、第1,第2実施形態とは異なる。
第3実施形態のテレセントリック光学系11は、前側レンズ12が、物体側より配置された第1前側レンズ12A、第2前側レンズ12B、第3前側レンズ12Cを少なくとも有する構成とされている。ここでは、第1前側レンズ12Aと第2前側レンズ12Bとの間、および、第3前側レンズ12Cと後側レンズ13との間が平行光束になっている。第1前側レンズ12Aは、単レンズまたは貼り合わせレンズにより構成されている。また、第1前側レンズ12Aおよび第2前側レンズ12Bは、アフォーカル光学系を構成している。
<Third Embodiment (see FIG. 4)>
In 3rd Embodiment, as shown in FIG. 4, the structure of the telecentric
In the telecentric
レーザ光照射光学系22のビームスプリッタ26は、第1前側レンズ12Aと第2前側レンズ12Bとの間に配置されている。従って、第3実施形態のレーザ光照射光学系22は、コリメータレンズ23と、ビームスプリッタ24,25と、第1前側レンズ12Aと第2前側レンズ12Bとの間に配置されビームスプリッタ25からのレーザ光を第1前側レンズ12Aに向けて反射させるビームスプリッタ26とを含んで構成されている。
The
第3実施形態によれば、第1前側レンズ12Aを光のコリメートに利用し、残る第2前側レンズ12Bおよび第3前側レンズ12Cを光学系の結像による収差を補正するために使用できる。これにより、レーザ光の口径を大きくしても、レンズ表面からのレーザ光や照明光のフレアを低減できる。また、レーザ光の口径を大きくすると、フォーカス位置の検出精度が向上するため、より高精度な測定を実現できる。
According to the third embodiment, the first
<変形例>
本発明は、前述の実施形態に限定されるものでなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本考案に含まれる。
前記各実施形態では、レーザ光源21として赤色半導体レーザを用いたが、赤色半導体レーザの代わりに、不可視レーザを使用すれば、通常の観察画像をさえぎることを防ぐことができる。
<Modification>
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications, improvements and the like within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
In each of the embodiments described above, a red semiconductor laser is used as the
前記各実施形態では、非接触位置測定手段として、ダブルピンホール法のオートフォーカスレーザ変位計を用いたが、これに限られない。
例えば、ナイフエッジ法のオートフォーカスレーザ変位計を用いてもよい。
あるいは、レーザ光をビームスプリッタで2つの光に分割し、一方の光を参照ミラーで反射させるとともに、他方の光をテレセントリック光学系の前側レンズ12を通して被測定物に照射し、この被測定物からの反射光を参照ミラーで反射した参照光と干渉させたのち、検出器で受光させる構造の干渉計(マイケルソン干渉計)などでも利用できる。
In each of the above-described embodiments, the double-pinhole method autofocus laser displacement meter is used as the non-contact position measuring means, but is not limited thereto.
For example, a knife edge autofocus laser displacement meter may be used.
Alternatively, the laser light is split into two lights by a beam splitter, one light is reflected by a reference mirror, and the other light is irradiated to the object to be measured through the
前記各実施形態では、テーブル1がY軸方向へ、撮像光学部10、オートフォーカスレーザ変位計部20および照明光学部40がX軸方向(左右方向)およびZ軸方向(上下方向)へ移動する構成であったが、これに限られない。要するに、テーブル1と撮像光学部10、オートフォーカスレーザ変位計部20および照明光学部40とが三次元方向へ相対移動する構成であれば、どのような構成でも構わない。
In each of the embodiments, the table 1 moves in the Y-axis direction, and the imaging
本発明は、刃工具類や機械部品、アッセンブリされた電子部品等、段差を有する被測定物の三次元形状測定に利用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for measuring the three-dimensional shape of an object to be measured having a step, such as blade tools, mechanical parts, assembled electronic parts, and the like.
1…テーブル、
10…撮像光学部、
11…テレセントリック光学系、
12…前側レンズ、
12A…第1前側レンズ、
12B…第2前側レンズ、
12C…第3前側レンズ、
13…後側レンズ、
14…テレセントリック絞り、
15…CCDカメラ(撮像手段)、
20…オートフォーカスレーザ変位計部(非接触位置測定手段)、
21…レーザ光源、
22…レーザ光照射光学系、
31…ずれ量検出部、
36…ずれ量検出回路、
37…サーボ回路(相対移動指令手段、焦点深度調整指令手段)、
39…焦点深度判定手段、
50…相対移動機構。
1 ... table,
10: Imaging optical unit,
11 ... Telecentric optical system,
12 ... Front lens,
12A ... 1st front lens,
12B ... Second front lens,
12C ... Third front lens,
13: Rear lens,
14 ... Telecentric aperture,
15 ... CCD camera (imaging means),
20 ... Autofocus laser displacement meter (non-contact position measuring means),
21 ... Laser light source,
22 ... Laser light irradiation optical system,
31: Deviation amount detection unit,
36: Deviation amount detection circuit,
37 ... Servo circuit (relative movement command means, focal depth adjustment command means),
39: Depth of focus determination means,
50: Relative movement mechanism.
Claims (3)
前記撮像光学部は、前側レンズ、後側レンズおよびテレセントリック絞りを有するテレセントリック光学系と、このテレセントリック光学系によって結像された前記被測定物の画像を撮像する撮像手段とを含んで構成され、
レーザ光を用いて、前記テレセントリック光学系の光軸上における前記被測定物表面の前記光軸方向の位置を非接触で測定する非接触位置測定手段を備え、
前記非接触位置測定手段は、レーザ光源と、このレーザ光源から出射されたレーザ光を前記テレセントリック光学系の前側レンズを通して前記被測定物に照射するレーザ光照射光学系と、前記被測定物表面で反射したレーザ光を処理して前記前側レンズの焦点位置に対する前記被測定物表面のずれ量を検出するずれ量検出部と、このずれ量検出部によって検出されたずれ量がなくなるように、前記相対移動機構を動作させる相対移動指令手段と、前記光軸方向における前記テーブルと前記テレセントリック光学系との相対移動量を検出する位置検出手段と、を備え、
前記前側レンズは、物体側より配置された第1前側レンズ、第2前側レンズ、第3前側レンズを有し、
前記第1前側レンズおよび第2前側レンズはアフォーカル光学系を構成し、
前記レーザ光照射光学系は、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を平行光とするコリメータレンズと、前記コリメータレンズからのレーザ光を前記第1前側レンズに向けて反射させるビームスプリッタとを含んで構成され、
前記テレセントリック絞りは、前記第3前側レンズの後側焦点位置と前記後側レンズの前側焦点位置とが一致する位置に配置され、
前記ビームスプリッタは、前記第1前側レンズの後側焦点位置と前記第2前側レンズの前側焦点位置とが一致する位置に配置されていることを特徴とする画像測定機。 In an image measuring machine that relatively moves a table on which a measurement object is placed and an imaging optical unit with a relative movement mechanism and measures the shape of the measurement object from an image of the measurement object captured by the imaging optical unit ,
The imaging optical unit includes a telecentric optical system having a front lens, a rear lens, and a telecentric stop, and an imaging unit that captures an image of the object to be measured formed by the telecentric optical system.
Using a laser beam, Bei give a non-contact position measuring means for measuring the position along the optical axis of the object surface on the optical axis of the telecentric optical system in a non-contact,
The non-contact position measuring means includes a laser light source, a laser light irradiation optical system for irradiating the measurement object with a laser beam emitted from the laser light source through a front lens of the telecentric optical system, and a surface of the measurement object. A deviation amount detection unit that processes the reflected laser light to detect a deviation amount of the surface of the object to be measured with respect to the focal position of the front lens, and the relative amount so that the deviation amount detected by the deviation amount detection unit is eliminated. A relative movement command means for operating a movement mechanism, and a position detection means for detecting a relative movement amount between the table and the telecentric optical system in the optical axis direction,
The front lens has a first front lens, a second front lens, and a third front lens arranged from the object side,
The first front lens and the second front lens constitute an afocal optical system,
The laser light irradiation optical system includes a collimator lens that collimates laser light emitted from the laser light source, and a beam splitter that reflects the laser light from the collimator lens toward the first front lens. Configured,
The telecentric diaphragm is disposed at a position where a rear focal position of the third front lens and a front focal position of the rear lens coincide;
The image measuring machine , wherein the beam splitter is disposed at a position where a rear focal position of the first front lens and a front focal position of the second front lens coincide with each other .
前記非接触位置測定手段によって測定される前記被測定物表面の位置が、前記テレセントリック光学系の焦点深度内でかつ焦点深度から外れる近傍位置に達したことを判定する焦点深度判定手段と、
この焦点深度判定手段によって、前記被測定物表面の位置が、前記テレセントリック光学系の焦点深度から外れる近傍位置に達したことが判定されたときに、前記被測定物表面の位置が前記テレセントリック光学系の焦点深度略中央位置にくるように、前記相対移動機構を動作させて前記テーブルと前記テレセントリック光学系とを前記光軸方向に相対移動させる焦点深度調整指令手段と、を備えることを特徴とする画像測定機。 The image measuring machine according to claim 1,
A depth-of-focus determination means for determining that the position of the surface of the object measured by the non-contact position measurement means has reached a position within the depth of focus of the telecentric optical system and deviating from the depth of focus;
When it is determined by the depth-of-focus determination means that the position of the surface of the object to be measured has reached a position close to the focal depth of the telecentric optical system, the position of the surface of the object to be measured is the telecentric optical system. A depth-of-focus adjustment commanding unit that operates the relative movement mechanism to move the table and the telecentric optical system relative to each other in the direction of the optical axis so as to come to a substantially central position of the depth of focus. Image measuring machine.
前記第1前側レンズは単レンズまたは貼り合わせレンズにより構成されている、ことを特徴とする画像測定機。 In the image measuring machine according to claim 1 or 2 ,
Before Symbol first front lens is constituted by a single lens or cemented lens, the vision measuring machine, characterized in that.
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