JP5494758B2 - 形状測定装置 - Google Patents
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Description
被測定物体へ照射するスポット光光源20は、被測定物体1すなわち帯状体の上方に位置し、かつ被測定物体1の幅方向に複数台配列され、被測定物体に幅方向にスポット光を照射する。撮像装置3は上記被測定物体に照射された複数台のスポット光を撮像し、撮像装置上に撮像されたスポットの像の位置を出力する。変位演算器21は上記撮像されたスポットの位置から被測定物体の高さ方向の変位を演算する。表示装置5は上記複数台の変位演算器21の出力を幅方向の分布として表示する。(特許文献1参照)
スリット光光源2は被測定物体1すなわち帯状体へ、被測定物体上方から幅方向に広がるスリット光を照射する。撮像装置3は上記被測定物体に照射されたスリット光を撮像し、撮像装置上に撮像されたスリット状の像を出力する。表示装置5は上記スリット状の像を表示する。(特許文献2参照)
1は被測定物体すなわち帯状体、
スリット光光源2は被測定物体1すなわち帯状体へ、被測定物体上方から幅方向に広がるスリット光を照射する。撮像装置3は上記被測定物体に照射されたスリット光を撮像し、撮像装置上に撮像されたスリット状の像を出力する。表示装置5は上記スリット状の像を表示する。
なお、図28a、図28bは、さらに動作を説明するための図であるが、これらについては後に説明する。
図29は、従来の更に他の形状測定装置(その4)を示す構成図である。図29において、1は被測定物体、23は棒状光源、3は撮像装置、5は表示装置である。
棒状光源23は被測定物体1すなわち帯状体へ照射するもので、被測定物体の表面に照射する。撮像装置3は上記被測定物体1に照射された棒状光源光を撮像し、鏡面状の被測定物体を介して、棒状光源の虚像を撮像装置する。表示装置5は上記棒状光源の虚像を表示する。(特許文献3)
x1 = x2 = x3
で測定位置は等間隔である。しかるにスリット光照射位置が等間隔にもかかわらず、図23bの被測定物体が平坦でない形状の帯状体1bにおいて、測定位置間隔 x11、x12、x13は、
x11 ≠ x12 ≠ x13
で測定位置は不等間隔である。
例えば、図25bにおいて、被測定物体のP2からP4を幅方向の測定範囲WMRが、
WP2P4 = 1000mm
の場合で、被測定物体のP1からP2高さ方向の測定範囲HMRが、
HP1P2 = 10mm
の場合で、例えば、図25cにおいて、単位撮像素子ΔEの大きさが0.01mm×0.01mmの正方形で、1000個アレイ状に縦横配列している場合で、撮像素子Eが10mm×10mmの場合、
ΔE = 0.01mm
E = 0.01×1000 =10mm
WE2E4 = 10mm
HE1E2 = 0.1mm
となる。
例えば、図24bは、スリット光光源2の中心S から、被測定物体上の点Mcへ照射され、被測定物体を反射した光の一部が撮像装置Rへ入光する。照射角度θSと反射角度θRが同じ時、撮像装置3の中心Rへ入光する光量が最大となる。これを正反射と称する。同様にして、スリット光光源2の中心S から、被測定物体上の点M1へ照射され、正反射方向へ反射する方向をR1とする。同様にして、スリット光光源2の中心S から、被測定物体上の点Miへ照射され、正反射方向へ反射する方向をRiとする。
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、安価でかつ幅方向に高い分解能を有することができ、高精度に被測定物体の形状を測定することができる形状測定装置を得ることを目的とする。
被測定物体の搬送方向に平行な直線と垂直の第1の平面内に配置され、上記第1の平面内の被測定物体表面の幅方向へスリット状の光を照射するスリット光光源と、
上記第1の平面と垂直な第2の平面であってかつ被測定物体の表面に垂直な第2の平面に対して上記スリット光光源と反対側であって、かつ、上記第1の平面から外れた位置に配置され、上記スリット光光源から上記被測定物体に照射されかつ上記被測定物体から反射される上記被測定物体上のスリット状の光を上記被測定物体の幅方向と高さ方向の所定の測定範囲について撮像する撮像装置と、
この撮像装置に接続されこの撮像装置で得た結像位置座標を上記被測定物体の測定位置座標に変換する座標変換器と、
被測定物体の幅方向に平行な直線と垂直の第2の平面内に配置され、上記第2の平面内の被測定物体表面の搬送方向へスリット状の光を照射するスリット光光源と、
上記第2の平面と垂直な第1の平面でかつ被測定物体の表面に垂直な第1の平面を介して上記スリット光光源と反対側であって、かつ、上記第2の平面から外れた位置に配置され、上記スリット光光源から上記被測定物体に照射されかつ上記被測定物体から反射される上記被測定物体上のスリット状の光を上記被測定物体の搬送方向と高さ方向の所定の測定範囲について撮像する撮像装置と、
この撮像装置に接続されこの撮像装置で得た結像位置座標を上記被測定物体の測定位置座標に変換する座標変換器と、
前記双方の座標変換器に接続された顕在形状演算器とを備えることを特徴とするものである。
本願発明の他の特徴と効果については以下にさらに説明する。
以下、この発明の実施の形態1を図1、図2a、図2b、図2cに基づいて説明する。図1はこの発明の一実施の形態による形状測定装置を示す構成図であり、図1の形状測定装置において、スリット光光源2は、被測定物体1の表面にスリット状の光(以下スリット光という)を照射し、撮像装置3は、被測定物体1表面に照射されたスリット光を撮像し、座標変換器4は、撮像素子上の座標を被測定物体1の測定範囲の座標に変換し、表示装置5は、座標変換された撮像素子の像を表示する。
まず、図1及び図3a、3bにおいて、撮像装置3が、被測定物体1の表面に照射されたスリット光を撮像する。(被測定物体1の表面に凹凸がなければ直線となり、凹凸があればスリット光はゆがんだ線になる。)スリット光光源は、被測定物体1の搬送方向に平行な直線と垂直の平面内に配置され、上記平面内の被測定物体表面の幅方向へスリット状の光を照射するので、図3a及び図3bにおいて、被測定物体1aの如く平坦な場合であっても、被測定物体1bの如く凹凸波の場合であっても、被測定物体の形状にかかわらず、照射位置間距離x1、x2、x3が一定になることを示す。平坦度を定量的に表す数値は、凹凸波の高さと搬送方向の距離の比で表されるため、照射位置間距離が一定であることは、平坦度を正確に測定できることである。
以下、この発明の実施の形態2について図7、図8a、図8b、図8cに基づいて説明する。図7はこの発明の一実施の形態による形状測定装置を示す構成図であり、図7、図8a、図8b、図8cにおいて、図1、図2a、図2b、図2cと同一符号は同一または相当部分を示すので、その説明は省略する。
光透過率分布フィルタ7の光透過率分布は、図4c、図4aに示す∠RMiRi及び被測定物体の反射特性に対応して透過率が設けられ、被測定物体の幅方向からのスリット光の反射受光量のレベル差が小さくなり、安定した受光レベルが得られる。言い換えれば、光透過率分布フィルタ7の光透過率分布は、被測定物体の幅方向からのスリット光の反射受光量のレベル差が小さくなるように設定される。
以下、この発明の実施の形態3について、図9、図10a、図10b、図10cに基づいて説明する。図9はこの発明の一実施例による形状測定装置を示す構成図であり、図9、図10a、図10b、図10cにおいて、図1、図2a,図2b、図2cと同一符号は同一または相当部分を示すので、その説明は省略する。
実施の形態1では、スリット光光源2を被測定物体1に照射する場合についての述べたが、実施の形態3は、スポット状の光を照射するスポット光光源20と、上記光スポット光を被測定物体1の幅方向に光走査する光走査装置8を設けたので、スリット状の光が幅方向に光強度レベル差を有するのに対し、スポット光を光走査装置8を用いて光走査することによって、被測定物体上に一定の光強度の光スポットを照射することができる。これにより、被測定物体の幅方向からのスリット光の反射受光量のレベル差がなくなり、安定した受光レベルが得られる。
以下、この発明の実施の形態4について、図11、図12a、図12b、図12cに基づいて説明する。図11はこの発明の一実施の形態による形状測定装置を示す構成図であり、図11、図12a、図12b、図12cにおいて、図9と同一符号は同一または相当部分を示すので、その説明は省略する。
上記光強度変調装置9によって変調される光強度は、図4c、図4aに示す∠RMiRi及び被測定物体の反射特性に対応して光強度レベルが設けられ、被測定物体の幅方向からのスリット光の反射受光量のレベル差が小さくなり、安定した受光レベルが得られる。言い換えれば、光強度変調装置9、被測定物体の幅方向からのスリット光の反射受光量のレベル差が小さくなるように変調される。
以下、この発明の実施の形態5について、図13a、図13b、図13cに基づいて説明する。図13a、図13b、図13cはこの発明の一実施の形態による形状測定装置を示す配置図であり、図13a、図13b、図13cにおいて、図1、図2a、図2b、図2cと同一符号は同一または相当部分を示すので、その説明は省略する。
図13a及び図13bにおいて、被測定物体1に照射されたスリット光の幅方向の遠領域と近領域とが同時にピントが合うように、撮像素子3bは傾きをもって配置され、かつ図13cにおいて、被測定物体1に照射されたスリット光の高さ方向の遠領域と近領域とが同時にピントが合うように、撮像素子3bは傾きをもって配置される。上記のように撮像装置3の撮像素子3bを配置すると、被測定物体の幅方向の遠近領域、高さ方向の遠近領域の全領域において、ピントが合う鮮明なスリット像が得られる。
以下、この発明の実施の形態6について、図14、図15a、図15b、図15cに基づいて説明する。図14はこの発明の一実施の形態による形状測定装置を示す構成図であり、図14、図15a、図15b、図15cにおいて、図1、図2a,図2b、図2cと同一符号は同一または相当部分を示すので、その説明は省略する。
図16は、被測定物体の座標を示す。図16において、被測定物体1の幅方向及び搬送方向をw軸及びl軸として、被測定物体1の凹凸高さを、H(w、l)で表す。次に、一定速度で搬送される被測定物体1の幅方向に照射されるスリット光を、一定周期で撮像するときの高さ測定結果の分布をH(t、w、l)で表す。
t :時刻
w :幅方向の座標
l :搬送方向の座標(搬送方向と逆方向をプラス方向とする。)
とする。
上記の高さ分布H(t、w、l)は時刻tにおける高さ分布を表し、搬送時の被測定物体1の高さ方向の振動を時刻tの関数として、V(t)で表す。
V(t)で振動しながら、一定速度(v=Δl/Δt)で搬送される被測定物体1を幅方向測定の凹凸測定器10で、測定した結果は以下のように表される。
H(Δt、 w、Δl )= H(w、Δl )+V(Δt) (1b)
H(Δt・2、w、Δl・2 )= H(w、Δl・2)+V(Δt・2) (1c)
・
・
H(Δt・i、w、Δl・i )= H(w、Δl・i)+V(Δt・i) (1i)
・
・
H(Δt・j、w、Δl・j )= H(w、Δl・j)+V(Δt・j) (1j)
・
・
H(Δt・k、w、Δl・k )= H(w、Δl・k)+V(Δt・k) (1k)
H(Δt・i、w1、Δl・i )= H(w1、l2)+V(Δt・i) (2i)
H(Δt・j、w1、Δl・j )= H(w1、l3)+V(Δt・j) (2j)
0 ≦ l1 ≦ Δl・i
Δl・i ≦ l2 ≦ Δl・j
Δl・j ≦ l3 ≦ Δl・k = L
Δl・k = L
W1は定数で、搬送方向の凹凸測定器の測定位置を表す。
ここで、同時刻tにおける上記式は、凹凸測定器が同時刻に測定していることを表す。
H(Δt、w1、Δl )− H(0、w1、Δl )= V(Δt)−V(0) (3a)
H(Δt、w、Δl )−{ H(Δt、w1、Δl )− H(0、w1、Δl)}
= H(Δt、w、Δl )−{V(Δt)−V(0)} (3b)
= H(w、Δl )+ V(0) (3c)
= H(w、Δl )+ C (3d)
従って、搬送方向の凹凸測定器10で測定された結果と、幅方向の凹凸測定器10で測定した結果から、振動V(t)を除去し、定数C上の凹凸結果H(w、l )が得られる。
以下、この発明の実施の形態7について、図17、図18a、図18b、図18cに基づいて説明する。図17はこの発明の一実施の形態による形状測定装置を示す構成図であり、図17、図18a、図18b、図18cにおいて、図1、図2a、図2b、図2cと同一符号は同一または相当部分を示すので、その説明は省略する。
このように、被測定物体の搬送方向に異なる位置を測定する、被測定物体の幅方向の凹凸を測定する複数台の凹凸測定器10,10cを備え、上記複数台の凹凸測定器10,10cから顕在化形状演算器41によって、顕在化形状の演算結果が得られる。
図17において、複数台の凹凸測定器10,10cにおいて、一定周期で撮像するときの高さ測定結果の分布をh(t、w、l)で表す。
ΔH(w、l1)=h(t1、w、l1+Δl)−h(t1、w、l1) (4a)
ΔH(w、l2)=h(t2、w、l2+Δl)−h(t2、w、l2) (4b)
ΔH(w、ln)=h(tn、w、ln+Δl)−h(tn、w、ln) (4c)
として、時刻tに無関係に、被測定物体の幅方向座標wと搬送方向座標lnにおける、被測定物体の傾きΔH(w、ln)が求まる。傾きを搬送方向に積算すると、H(w、ln)が得られ、振動に影響しない顕在形状が得られる。
Claims (2)
- 被測定物体の搬送方向に平行な直線と垂直の第1の平面内に配置され、上記第1の平面内の被測定物体表面の幅方向へスリット状の光を照射するスリット光光源と、
上記第1の平面と垂直な第2の平面であってかつ被測定物体の表面に垂直な第2の平面に対して上記スリット光光源と反対側であって、かつ、上記第1の平面から外れた位置に配置され、上記スリット光光源から上記被測定物体に照射されかつ上記被測定物体から反射される上記被測定物体上のスリット状の光を上記被測定物体の幅方向と高さ方向の所定の測定範囲について撮像する撮像装置と、
この撮像装置に接続されこの撮像装置で得た結像位置座標を上記被測定物体の測定位置座標に変換する座標変換器と、
被測定物体の幅方向に平行な直線と垂直の第2の平面内に配置され、上記第2の平面内の被測定物体表面の搬送方向へスリット状の光を照射するスリット光光源と、
上記第2の平面と垂直な第1の平面でかつ被測定物体の表面に垂直な第1の平面を介して上記スリット光光源と反対側であって、かつ、上記第2の平面から外れた位置に配置され、上記スリット光光源から上記被測定物体に照射されかつ上記被測定物体から反射される上記被測定物体上のスリット状の光を上記被測定物体の搬送方向と高さ方向の所定の測定範囲について撮像する撮像装置と、
この撮像装置に接続されこの撮像装置で得た結像位置座標を上記被測定物体の測定位置座標に変換する座標変換器と、
前記双方の座標変換器に接続された顕在形状演算器とを備えることを特徴とする形状測定装置。 - 被測定物体の搬送方向に平行な直線と垂直の第1の平面内に配置され、上記第1の平面内の被測定物体表面の幅方向へスリット状の光を照射するスリット光光源と、
上記第1の平面と垂直な第2の平面であってかつ被測定物体の表面に垂直な第2の平面に対して上記スリット光光源と反対側であって、かつ、上記第1の平面から外れた位置に配置され、上記スリット光光源から上記被測定物体に照射されかつ上記被測定物体から反射される上記被測定物体上のスリット状の光を上記被測定物体の幅方向と高さ方向の所定の測定範囲について撮像する撮像装置と、
この撮像装置に接続されこの撮像装置で得た結像位置座標を上記被測定物体の測定位置座標に変換する座標変換器と、
被測定物体の搬送方向に隔たった位置で、被測定物体の搬送方向に平行な直線と垂直の第3の平面内に配置され、上記第3の平面内の被測定物体表面の幅方向へスリット状の光を照射するスリット光光源と、
上記第3の平面と垂直な第4の平面であってかつ被測定物体の表面に垂直な第4の平面に対して上記スリット光光源と反対側であって、かつ、上記第3の平面から外れた位置に配置され、上記スリット光光源から上記被測定物体に照射されかつ上記被測定物体から反射される上記被測定物体上のスリット状の光を上記被測定物体の幅方向と高さ方向の所定の測定範囲について撮像する撮像装置と、
この撮像装置に接続されこの撮像装置で得た結像位置座標を上記被測定物体の測定位置座標に変換する座標変換器と、
前記双方の座標変換器に接続された顕在形状演算器とを備えることを特徴とする形状測定装置。
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