JP6829977B2 - 形状測定装置 - Google Patents
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Description
(2)形状測定装置は、筐体部に収容され、測定光を透過させる対物レンズをさらに備え、対物レンズは、測定光を平行化し、平行化された測定光を測定対象物に照射してもよい。
以下、本発明の実施の形態に係る形状測定装置について図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の一実施の形態に係る形状測定装置の構成を示すブロック図である。図1に示すように、形状測定装置300は、測定ヘッド100および処理装置200を備える。測定ヘッド100は、例えば光学式変位計であり、支持構造110、筐体部120、測定部130、往復機構140、駆動部150、制御基板160および通信部170を含む。
図2は、主として測定部130の構成を示す測定ヘッド100の模式図である。図2に示すように、筐体部120には、支持部125が収容される。支持部125は、筐体部120と一体的に形成されてもよいし、筐体部120の一部であってもよい。往復機構140は、支持部125に対して一方向に平行に振動可能な可動部141を含む。図2には、可動部141の振動方向が太い矢印で図示される。図2の例では、可動部141の振動方向は上下方向である。
可動部141は、駆動部150によりサンプリング信号に同期して、支持部125に対して周期的に一方向に平行に振動する。サンプリング信号は、処理装置200(図1)の内部で発生されてもよいし、処理装置200の外部から可動部141に与えられてもよい。図3は、可動部141の振動を示す図である。図3の横軸は時間を示し、可動部141の位置を示す。
以下、図1の保持部112が設けられる設置部111の一端部から他端部へ向かう方向を測定ヘッド100の前方とし、その逆の方向を測定ヘッド100の後方とする。また、前後方向および上下方向に直交する方向を左右方向とする。図5は、主として往復機構140の構成を示す測定ヘッド100の模式的正面図である。図5に示すように、測定ヘッド100は、回転支持部180をさらに含む。回転支持部180は、回転軸181、固定アーム182,183および揺動アーム184,185を含む。
図6は、主として往復機構140の構成を示す測定ヘッド100の模式的側面図である。図7は、図5の測定ヘッド100のA−A線断面図である。図6に示すように、往復機構140は、可動部141、平衡部142および弾性部材146に加えて、プレート部143、3個の摺動部144および駆動部145をさらに含む。各摺動部144は、直動軸受であり、固定レール144a、可動テーブル144bおよび複数の転がり部材144cを含む。
図9は、筐体部120の内部構成を示す模式図である。図9に示すように、筐体部120は、測定筐体121、制御筐体122、接続部123および被覆部124を含む。測定筐体121は、大きい容積を有し、測定部130、往復機構140、駆動部150、通信部170および回転支持部180を収容する。なお、測定筐体121は、図2の支持部125も収容する。通信部170における接続端子171の部分は測定筐体121から外部に露出する。
本実施の形態においては、測定部130が測定光L1(図2)を下方に出射するように筐体部120が支持構造110に取り付けられるが、本発明はこれに限定されない。筐体部120は、支持構造110から取り外され、所望の向きで任意の取付器具に取り付けられてもよい。筐体部120は、取付器具に取り付けられるための取付構造を有する。
本実施の形態に係る形状測定装置300においては、測定部130、往復機構140、駆動部150、制御基板160、通信部170および回転支持部180が筐体部120に収容される。ミラー11および位置検出部14の一部を除く測定部130が可動部141に取り付けられる。投光部1により出射された測定光L1が測定対象物Sに導かれるとともに、参照光L2がミラー10に導かれる。測定対象物Sで反射された測定光L1とミラー10で反射された参照光L2との干渉光L3が受光部2に導かれる。
上記実施の形態において、測定光L1の光路長が変化し、参照光L2の光路長が変化しないように測定部130が構成されるが、本発明はこれに限定されない。参照光L2の光路長が変化し、測定光L1の光路長が変化しないように測定部130が構成されてもよい。この場合においては、参照光L2の進行方向に沿って、ミラー10がビームスプリッタ12に対して相対的に振動するように構成される。
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。
(1)本参考形態に係る形状測定装置は、測定対象物の表面形状を測定する形状測定装置であって、複数のピーク波長を有する光を出射する投光部と、参照体と、二次元に配列された複数の画素を含む受光部と、投光部により出射された光を測定光として測定対象物に導くとともに投光部により出射された光を参照光として参照体に導き、測定対象物で反射された測定光と参照体で反射された参照光との干渉光を生成し、生成した干渉光を受光部に導く光学系と、光学系および参照体のうち少なくとも一方が取り付けられ、往復移動することにより測定光の光路長と参照光の光路長との差を変化させる可動部と、取付外面を有し、可動部を往復移動可能に支持する筐体部と、筐体部に対する可動部の相対位置を検出する位置検出部と、位置検出部により検出された相対位置と受光部の複数の画素の受光量とに基づいて測定対象物の複数の部分の表面形状を取得する形状取得部とを備え、筐体部は、投光部、参照体、受光部、光学系、可動部および位置検出部を収容し、筐体部の取付外面には、固定部材を挿入可能な取付孔が形成される。
この形状測定装置においては、投光部、参照体、受光部、光学系、可動部および位置検出部が筐体部に収容される。光学系および参照体のうち少なくとも一方が可動部に取り付けられる。投光部により出射された光が光学系により測定光として測定対象物に導かれるとともに、投光部により出射された光が光学系により参照光として参照体に導かれる。測定対象物で反射された測定光と参照体で反射された参照光との干渉光が光学系により生成され、受光部に導かれる。
可動部が往復移動することにより、測定光の光路長と参照光の光路長との差(以下、光路長差と呼ぶ。)が変化する。受光部の複数の画素の各々から、光路長差により変化する受光量の干渉パターンが取得される。ここで、測定光および参照光は複数のピーク波長を有するので、受光量の干渉パターンは空間周期性を示さない。したがって、位置検出部により検出された筐体部に対する可動部の相対位置と受光部の各画素の受光量とに基づいて、測定対象物の対応する部分の表面形状を高精度で一意的に特定することができる。
また、受光部においては、複数の画素が二次元に配列されるので、受光部は、測定対象物の複数の部分により反射された測定光を含む干渉光を同時に受光することができる。そのため、測定対象物の複数の部分の表面形状を高速に取得することができる。
さらに、筐体部の取付外面には、取付孔が形成される。使用者は、固定部材を取付孔に挿入することにより、任意の取付器具に形状測定装置を取り付けることができる。この構成によれば、測定対象物および測定状況に応じて適切な取付器具を用いることにより、取付器具による空間的な制限を受けることなく、測定光が所望の方向に出射される状態で筐体部を取付器具に取り付けることができる。また、取付器具による空間的な制限を受けることなく、筐体部と測定対象物との距離が所望の値に維持された状態で筐体部を取付器具に取り付けることができる。その結果、所望の向きで、かつ測定対象物との距離を容易に調整した状態で形状測定装置を設置することができる。
(2)投光部は、白色光よりも高くかつレーザ光よりも低いコヒーレンス性を有する光を出射してもよい。この場合、広い光路長差の領域において、受光部の複数の画素から受光量の干渉パターンが取得される。これにより、測定対象物の表面形状をより高速に測定することができる。
(3)筐体部の取付外面は、測定光の光路に平行に形成されてもよい。この場合、取付外面が所望の方向に平行になるように筐体部の姿勢を調整することにより、形状測定装置を容易に所望の向きで設置することができる。
(4)筐体部は、測定光を測定対象物に出射する出射面を有し、出射面は、測定光の光路に垂直に形成されてもよい。この場合、出射面と測定対象物との距離が所望の値になるように筐体部を位置決めすることにより、測定対象物との距離を容易に維持した状態で形状測定装置を設置することができる。
(5)筐体部の取付外面には、係止部材を嵌合可能な係止孔が形成されてもよい。この場合、取付部材に係止部材を設けることにより、筐体部を取付部材に係止することができる。そのため、使用者は、筐体部の取り付けまたは取り外しの際に、筐体部の重量の全部を支える必要がない。これにより、使用者の負担が低減し、作業効率を向上させることができる。また、使用者の不注意による筐体部の落下および破損を防止することができる。
(6)筐体部は、投光部、参照体、受光部、光学系、可動部および位置検出部を収容する第1の筐体と、形状取得部を収容する第2の筐体と、第1の筐体と第2の筐体とを離間した状態で接続する接続部とを含んでもよい。
この構成によれば、形状取得部が発熱する場合でも、第2の筐体から第1の筐体への熱の伝達が抑制される。そのため、第1の筐体に収容された投光部および受光部等の構成要素が高温になることが防止される。これにより、第1の筐体に収容された構成要素の劣化を防止し、長寿命化することができる。また、形状測定装置の電源投入後に投光部および受光部等の温度が短時間で安定するので、形状測定装置の立ち上がり時間を短縮することができる。
(7)第2の筐体の外面には、放熱フィンが形成されてもよい。この場合、形状取得部から発生する熱を効率よく放散し、形状取得部を効率よく空冷することができる。
(8)接続部は、予め定められた熱伝導率以下の熱伝導率を有する材料により形成されてもよい。この場合、第2の筐体から第1の筐体への熱の伝達をより効率よく防止することができる。
(9)筐体部は、第2の筐体を覆うように第1の筐体の外面に取り付けられる被覆部をさらに含んでもよい。この場合、使用者が発熱する第2の筐体に接触することを防止することができる。
(10)被覆部には、第2の筐体を空冷する通気孔が形成されてもよい。この場合、使用者が第2の筐体に接触することを防止しつつ第2の筐体を空冷することができる。
(11)形状測定装置は、筐体部と分離して設けられる処理装置をさらに備え、形状取得部は、取得された測定対象物の表面形状および測定対象物の画像を示すデータを処理装置に与え、処理装置は、測定対象物の画像上の任意の部分を指定するために使用者により操作される操作部と、取得されたデータに基づいて、操作部により指定された部分の計測を行う演算部とを含んでもよい。この場合、測定対象物の所望の部分の計測結果を得ることができる。
(12)演算部は、操作部により指定された部分の傾きが所望の傾きになるようにデータを補正してもよい。この構成によれば、筐体部が所望の向きから傾斜した状態で取り付けられた場合でも、測定対象物の所望の部分の正確な計測結果を得ることができる。
(13)形状測定装置は、第1および第2のガイド光を出射するガイド部をさらに備え、ガイド部は、測定対象物の表面が受光部の焦点の位置にあるときに、測定対象物の表面に投影される第1のガイド光のパターンと第2のガイド光のパターンとが特定の位置関係を有するように配置されてもよい。
この場合、使用者は、測定対象物の表面に投影される第1のガイド光のパターンと第2のガイド光のパターンとが特定の位置関係になるように、形状測定装置と測定対象物との相対的な距離を変化させることにより測定対象物の表面を受光部の焦点に正確かつ容易に位置させることができる。
(14)可動部の往復移動の各周期は、受光部の複数の画素が干渉光を受光する第1の期間と、受光部の複数の画素が干渉光を受光しない第2の期間とを含み、ガイド部は、第1の期間に第1および第2のガイド光を出射し、第2の期間に第1および第2のガイド光の出射を停止してもよい。この場合、第1および第2のガイド光により測定対象物の測定に影響が与えられることが容易に防止される。
(15)受光部は、複数の画素の各々について、測定光の光路長と参照光の光路長との差により変化する受光量の干渉パターンの包絡線を特定し、形状取得部は、受光部により特定された包絡線のピーク位置を特定し、特定されたピーク位置に基づいて測定対象物の複数の部分の表面形状を取得してもよい。
この構成によれば、干渉パターンを取得するべき光路長差の間隔が十分に密ではなく、荒い場合でも、干渉パターン包絡線のピーク位置を特定することができる。これにより、測定対象物の表面形状をさらに高速に測定することができる。
2,3 受光部
4〜8 レンズ
9〜11 ミラー
12 ビームスプリッタ
13 アナモルフィックプリズムペア
14 位置検出部
14a,14b 読取部
14c スケール
14d マグネット
15 ガイド光源
16 ガイド部
20,30 取付器具
21,31 取付面
22〜24,32〜34 ピン
25 通し孔
26,36 突起部
27,37 固定部材
35 ねじ孔
100 測定ヘッド
110 支持構造
111 設置部
112 保持部
120 筐体部
121 測定筐体
122 制御筐体
122a 放熱フィン
123 接続部
124 被覆部
124a 通気孔
125 支持部
126 X基準面
126a,127a 取付孔
126b,127b 係止孔
127 Y基準面
128 Z基準面
130 測定部
140 往復機構
141 可動部
142 平衡部
143 プレート部
143a〜143c 平坦部
143d,143e 突出部
144,144A〜144C 摺動部
144a 固定レール
144b 可動テーブル
144c 転がり部材
145 駆動部
146 弾性部材
150 駆動部
151 コイル部
152 ヨーク部
160 制御基板
170,250 通信部
171 接続端子
180 回転支持部
181 回転軸
182,183 固定アーム
184,185 揺動アーム
200 処理装置
210 制御部
220 記憶部
230 操作部
240 表示部
300 形状測定装置
G,G1,G2 ガイド光
Im 最大受光量
L0 出射光
L1 測定光
L2 参照光
L3 干渉光
S 測定対象物
T1 測定期間
T2 非測定期間
Claims (15)
- 測定対象物の表面形状を測定する形状測定装置であって、
複数のピーク波長を有する光を出射する投光部と、
参照体と、
二次元に配列された複数の画素を含む受光部と、
前記投光部により出射された光を測定光として前記測定対象物に導くとともに前記投光部により出射された光を参照光として前記参照体に導き、前記測定対象物で反射された前記測定光と前記参照体で反射された前記参照光との干渉光を生成し、生成した前記干渉光を前記受光部に導く光学系と、
前記光学系および前記参照体のうち少なくとも一方が取り付けられ、往復移動することにより前記測定光の光路長と前記参照光の光路長との差を変化させる可動部と、
取付外面を有し、前記可動部を往復移動可能に支持する筐体部と、
前記筐体部に対する前記可動部の相対位置を検出する位置検出部と、
前記位置検出部により検出された相対位置と前記受光部の前記複数の画素の受光量とに基づいて前記測定対象物の表面形状を示すデータを生成する形状取得部と、
前記データに基づく画像上において指定された部分の傾きが所望の傾きになるように前記データを補正し、画像上において指定された部分の計測を行う演算部とを備え、
前記筐体部は、前記投光部、前記参照体、前記受光部、前記光学系、前記可動部および前記位置検出部を収容し、
前記筐体部の前記取付外面には、固定部材を挿入可能な取付孔が形成される、形状測定装置。 - 前記筐体部に収容され、前記測定光を透過させる対物レンズをさらに備え、
前記対物レンズは、前記測定光を平行化し、平行化された前記測定光を測定対象物に照射する、請求項1記載の形状測定装置。 - 前記投光部は、白色光よりも高くかつレーザ光よりも低いコヒーレンス性を有する光を出射する、請求項1または2記載の形状測定装置。
- 前記筐体部の前記取付外面は、前記測定光の光路に平行に形成される、請求項1〜3のいずれか一項に記載の形状測定装置。
- 前記筐体部は、前記測定光を前記測定対象物に出射する出射面を有し、
前記出射面は、前記測定光の光路に垂直に形成される、請求項1〜4のいずれか一項に記載の形状測定装置。 - 前記筐体部の前記取付外面には、係止部材を嵌合可能な係止孔が形成される、請求項1〜5のいずれか一項に記載の形状測定装置。
- 前記筐体部は、
前記投光部、前記参照体、前記受光部、前記光学系、前記可動部および前記位置検出部を収容する第1の筐体と、
前記形状取得部を収容する第2の筐体と、
前記第1の筐体と前記第2の筐体とを離間した状態で接続する接続部とを含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の形状測定装置。 - 前記第2の筐体の外面には、放熱フィンが形成される、請求項7記載の形状測定装置。
- 前記接続部は、予め定められた熱伝導率以下の熱伝導率を有する材料により形成される、請求項7または8記載の形状測定装置。
- 前記筐体部は、前記第2の筐体を覆うように前記第1の筐体の外面に取り付けられる被覆部をさらに含む、請求項7〜9のいずれか一項に記載の形状測定装置。
- 前記被覆部には、前記第2の筐体を空冷する通気孔が形成される、請求項10記載の形状測定装置。
- 前記筐体部と分離して設けられ、前記演算部を含む処理装置をさらに備え、
前記処理装置は、
前記測定対象物の画像上の任意の部分を指定するために使用者により操作される操作部を含み、
前記演算部は、取得された前記データに基づいて、前記操作部により指定された部分の計測を行う、請求項1〜11のいずれか一項に記載の形状測定装置。 - 第1および第2のガイド光を出射するガイド部をさらに備え、
前記ガイド部は、前記測定対象物の表面が前記受光部の焦点の位置にあるときに、前記測定対象物の表面に投影される前記第1のガイド光のパターンと前記第2のガイド光のパターンとが特定の位置関係を有するように配置される、請求項1〜12のいずれか一項に記載の形状測定装置。 - 前記可動部の往復移動の各周期は、前記受光部の前記複数の画素が前記干渉光を受光する第1の期間と、前記受光部の前記複数の画素が前記干渉光を受光しない第2の期間とを含み、
前記ガイド部は、前記第1の期間に前記第1および第2のガイド光を出射し、前記第2の期間に前記第1および第2のガイド光の出射を停止する、請求項13記載の形状測定装置。 - 前記受光部は、前記複数の画素の各々について、前記測定光の光路長と前記参照光の光路長との差により変化する受光量の干渉パターンの包絡線を特定し、
前記形状取得部は、前記受光部により特定された包絡線のピーク位置を特定し、特定されたピーク位置に基づいて前記測定対象物の複数の部分の表面形状を取得する、請求項1〜14のいずれか一項に記載の形状測定装置。
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