JP6829993B2 - 光走査高さ測定装置 - Google Patents
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Description
(5)光走査高さ測定装置は、測定対象物を撮像し、当該測定対象物の画像データを生成する撮像部をさらに備え、位置情報取得部は、撮像部により生成された画像データ上において測定点の指定を受け付けてもよい。
以下、本発明の実施の形態に係る光走査高さ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光走査高さ測定装置の全体構成を示すブロック図である。図2は、図1のスタンド部100を示す外観斜視図である。図1に示すように、光走査高さ測定装置400は、スタンド部100、測定ヘッド200および処理装置300を備える。
図3は、スタンド部100および測定ヘッド200の構成を示すブロック図である。図3では、昇降部130、光学部230および導光部240の詳細な構成が示される。図3に示すように、昇降部130は、駆動部131、駆動回路132および読取部133を含む。
図5は、参照部250の構成を示す模式図である。図5に示すように、参照部250は、支持部251、可動部252a,252b、反射部材253,254a,254b,254c、駆動部255a,255b、駆動回路256a,256bおよび読取部257a,257bを含む。
図6は、合焦部260の構成を示す模式図である。図6に示すように、合焦部260は、固定部261、可動部262、可動レンズ263、駆動部264、駆動回路265および読取部266を含む。可動部262は、一方向に沿って移動可能に固定部261に取り付けられる。可動レンズ263は、可動部262に取り付けられる。可動レンズ263は、対物レンズとして用いられ、自己を通過する測定光に焦点を付与する。
図7は、走査部270の構成を示す模式図である。図7に示すように、走査部270は、偏向部271,272、駆動回路273,274および読取部275,276を含む。偏向部271は、例えばガルバノミラーにより構成され、駆動部271aおよび反射部271bを含む。駆動部271aは、例えば略垂直方向の回転軸を有するモータである。反射部271bは、駆動部271aの回転軸に取り付けられる。図3の光ファイバ244から合焦部260を通過した測定光は、反射部271bに導かれる。駆動部271aが回転することにより、反射部271bで反射される測定光の反射角度が略水平面内で変化する。
図1の光走査高さ測定装置400は、複数の動作モードから使用者により選択された動作モードで動作する。具体的には、動作モードは、設定モード、測定モードおよびハイトゲージモードを含む。図8は、光走査高さ測定装置400の表示部340に表示される選択画面341の一例を示す図である。
(a)制御系の全体構成
図10は、図1の光走査高さ測定装置400の制御系を示すブロック図である。図10に示すように、制御系410は、基準画像取得部1、位置情報取得部2、駆動制御部3、基準面取得部4、許容値取得部5、登録部6、偏向方向取得部7、検出部8および画像解析部9を含む。また、制御系410は、参照位置取得部10、受光信号取得部11、距離情報算出部12、座標算出部13、判定部14、高さ算出部15、測定画像取得部16、補正部17、検査部18および報告書作成部19をさらに含む。
測定管理者は、所望の測定対象物Sを図2の光学定盤111上に載置し、図3の撮像部220により測定対象物Sを撮像する。基準画像取得部1は、撮像部220により生成される画像データを基準画像データとして取得し、取得された基準画像データに基づく画像を基準画像として図1の表示部340に表示させる。表示部340に表示される基準画像は、静止画像であってもよく、順次更新される動画像であってもよい。測定管理者は、表示部340に表示された基準画像上において、測定すべき部分を測定点として指定するとともに、基準点を指定することができる。基準点は、測定対象物Sの高さを算出する際の基準となる基準面を定めるための点である。
測定作業者は、設定モードにおいて登録情報が登録された測定対象物Sと同一種類の測定対象物Sを図2の光学定盤111上に載置し、図3の撮像部220により撮像する。測定画像取得部16は、撮像部220により生成される画像データを測定画像データとして取得し、取得された測定画像データに基づく画像を測定画像として図1の表示部340に表示させる。
使用者は、所望の測定対象物Sを図2の光学定盤111上に載置し、図3の撮像部220により測定対象物Sを撮像する。基準画像取得部1は、撮像部220により生成される画像データを取得し、取得された画像データに基づく画像を図1の表示部340に表示させる。使用者は、表示部340に表示された画像上において、測定すべき部分を測定点として指定する。
図12〜図15は、図1の光走査高さ測定装置400において実行される光走査高さ測定処理の一例を示すフローチャートである。以下に示す一連の処理は、光走査高さ測定装置400の電源がオン状態にあるときに、制御部310および制御基板210により一定周期で実行される。なお、光走査高さ測定処理には、後述する指定測定処理および実測定処理が含まれる。以下の説明では、光走査高さ測定処理のうち指定測定処理および実測定処理が制御基板210により実行され、光走査高さ測定処理のうち他の処理が制御部310により実行されるが、本発明はこれに限定されない。例えば光走査高さ測定処理の全ての処理が制御基板210または制御部310により実行されてもよい。
図16および図17は、制御基板210による指定測定処理の一例を示すフローチャートである。図18および図19は、図16および図17の指定測定処理を説明するための説明図である。図18(a),(b),(c)および図19(a),(b)の各々では、左側に光学定盤111上に載置される測定対象物Sと撮像部220および走査部270との位置関係が側面図で示されるとともに、右側に撮像部220の撮像により表示部340に表示される画像が示される。表示部340に表示される画像には、測定対象物Sの画像SIが含まれる。以下の説明では、表示部340に表示される画像上の平面座標を画面座標と呼ぶ。
図20および図21は、制御基板210による指定測定処理の他の例を示すフローチャートである。図22は、図20および図21の指定測定処理を説明するための説明図である。図22(a),(b)の各々では、左側に光学定盤111上に載置される測定対象物Sと撮像部220および走査部270との位置関係が側面図で示されるとともに、右側に撮像部220の撮像により表示部340に表示される画像が示される。
制御基板210は、制御部310から実測定処理の指令を受けることにより、実測定処理を開始する。実測定処理が開始されると、制御基板210は、まず制御部310から指令とともに与えられる測定点の座標(Xc,Yc,Zc)を取得する。
図23〜図28は、設定モードにおける光走査高さ測定装置400の操作例を説明するための図である。以下では、光走査高さ測定装置400の使用者を測定管理者と測定作業者とに区別して説明する。
本実施の形態に係る光走査高さ測定装置400においては、偏向部271,272と測定対象物Sとの間の距離を算出するために、測定対象物Sから導光部240に帰還する測定光と反射部材254cから導光部240に帰還する参照光との干渉光が生成される。距離の算出に適切な干渉光を得るために、参照光の光路長が調整される。
(a)上記実施の形態では、互いに逆方向に移動する可動部252aに反射部材254a,254cが取り付けられ、可動部252bに反射部材254bが取り付けられるが、本発明はこれに限定されない。可動部252a,252bのうちの一方にのみ反射部材254a,254b,254cのうちのいずれかが取り付けられてもよい。図35は、参照部250の他の構成例を示す模式図である。図35の参照部250について、図5の参照部250とは異なる点を説明する。
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。
(16)参考形態
(a)本参考形態に係る光走査高さ測定装置は、測定点の指定を受け付ける位置情報取得部と、時間的に低コヒーレンスな光を出射する光出射部と、光出射部から出射された光を分岐するとともに分岐された光の一部を測定光として出力し、分岐された光の他の部分を参照光として出力する分岐部と、分岐部から出力される測定光を偏向して測定対象物に照射する偏向部と、位置情報取得部により受け付けられた測定点に対応する測定対象物の部分に光が照射されるように偏向部を制御する駆動制御部と、偏向部の偏向方向または偏向部により偏向された測定光の照射位置を検出する検出部と、分岐部から出力される参照光が分岐部に帰還するように参照光を反射する参照体と、第1の移動軸に沿って移動することにより分岐部から参照体に至る参照光の光路長を変化させる可動部と、可動部を第1の移動軸上で移動可能に支持する支持部と、支持部に対する可動部の相対位置を検出する可動部位置検出部と、偏向部により測定対象物に照射されて測定対象物から分岐部に帰還する測定光と参照体により反射されて分岐部に帰還する参照光との干渉光を生成する干渉光生成部と、生成された干渉光を受光し、干渉光の受光量を示す受光信号を生成する受光部と、可動部位置検出部により検出される可動部の位置と受光部により出力される受光信号における干渉光の受光量とに基づいて分岐部と測定対象物との間の距離を算出する距離情報算出部と、検出部により検出される偏向部の偏向方向または偏向部により偏向された測定光の照射位置と距離情報算出部により算出される距離とに基づいて、指定された測定点に対応する測定対象物の部分の高さを算出する高さ算出部と、支持部に対して第1の移動軸に略平行に延びる第2の移動軸上で移動可能に支持された平衡部と、可動部の移動時に、可動部と平衡部とを互いに逆方向に支持部に対して移動させる参照駆動部とを備える。
その光走査高さ測定装置においては、測定点の指定が位置情報取得部により受け付けられる。光出射部から出射される低コヒーレンスな光が分岐部により測定光と参照光とに分岐される。分岐部から出力される測定光は、指定された測定点に対応する測定対象物の部分に照射される。このとき、偏向部による測定光の偏向方向または偏向部により偏向された測定光の照射位置が検出部により検出される。一方、分岐部から出力される参照光は、参照体により反射され、分岐部に帰還する。分岐部から参照体に至る参照光の光路長は、支持部に支持される可動部が第1の移動軸に沿って移動することにより変化する。このとき、支持部に対する可動部の相対位置が検出される。
測定対象物から分岐部に帰還する測定光と参照体から分岐部に帰還する参照光との干渉光が生成され、生成された干渉光が、受光部により受光され、受光信号が生成される。受光部から出力される受光信号は、干渉光の受光量を示す。干渉光の受光量と当該受光量が取得されるときに検出される可動部の位置とに基づいて分岐部と測定対象物との間の距離が距離情報算出部により算出される。検出部により検出される偏向部の偏向方向または偏向部により偏向された測定光の照射位置と距離情報算出部により算出される距離とに基づいて、指定された測定点に対応する測定対象物の部分の高さが高さ算出部により算出される。
上記の構成によれば、可動部の移動時に、可動部と平衡部とが参照駆動部により支持部に対して互いに逆方向に移動する。この場合、可動部が移動および停止を断続的に繰り返しても、光走査高さ測定装置の重心の位置はほぼ変化しない。そのため、光走査高さ測定装置は不安定に振動せず、光走査高さ測定装置を大型化および重量化する必要がない。また、可動部を高速に移動させることが可能となる。その結果、光走査高さ測定装置をコンパクトに構成しつつ高速かつ高精度で測定対象物の表面の高さを測定することが可能になる。
(b)光走査高さ測定装置は、分岐部から出力される参照光を反射して参照体に導くとともに参照体により反射される参照光を反射して分岐部へ帰還させる1または複数の反射部材をさらに備え、参照体および1または複数の反射部材のうちの一部は、可動部に取り付けられてもよい。
この場合、参照光が分岐部と参照体との間で1または複数の反射部材により反射されるので、1または複数の反射部材を適切に配置することにより、参照光の光路長を大きく確保しつつ光走査高さ測定装置の構成をコンパクト化することができる。また、参照体および1または複数の反射部材のうちの一部が可動部に取り付けられることにより、分岐部と参照体との間の参照光の光路長を可動部の移動とともに容易に変更することができる。
(c)参照体および1または複数の反射部材のうちの残りの少なくとも一部は、平衡部に取り付けられ、可動部位置検出部は、支持部に対する平衡部の相対位置をさらに検出し、距離情報算出部は、可動部位置検出部により検出される可動部の位置および平衡部の位置と受光部により出力される受光信号とに基づいて偏向部と測定対象物との間の距離を算出してもよい。
上記の構成によれば、可動部の移動時に、第1および第2の移動軸に沿う方向において可動部と平衡部とが互いに近づくかまたは互いに遠ざかる。それにより、可動部と平衡部とが互いに近づく場合には、参照体および1または複数の反射部材のうちの一部と、参照体および1または複数の反射部材のうちの残りの少なくとも一部とが、互いに近づくことにより参照光の光路長を十分に小さくすることができる。また、可動部と平衡部とが互いに遠ざかる場合には、参照体および1または複数の反射部材のうちの一部と、参照体および1または複数の反射部材のうちの残りの少なくとも一部とが、互いに遠ざかることにより参照光の光路長を十分に大きくすることができる。
これらの結果、参照光の光路長の調整可能な範囲が拡大されるとともに、参照光の光路長をより高速で変化させることが可能になる。
(d)参照体および1または複数の反射部材のうちの一部の重量および可動部の重量との合計は、参照体および1または複数の反射部材のうちの残りの少なくとも一部の重量および平衡部の重量の合計から一定の範囲になるように設定されてもよい。それにより、可動部の移動時における光走査高さ測定装置の重心の位置がより安定化する。
(e)参照体は、コーナーキューブリフレクタであってもよい。
コーナーキューブリフレクタは、光を入射方向によらず元の方向に反射する。上記の構成によれば、参照体としてコーナーキューブリフレクタが用いられることにより、分岐部と参照体との間の参照光の光路を正確かつ容易に設定することが可能になる。
(f)距離情報算出部は、偏向部により測定対象物に照射されて測定対象物から分岐部に帰還する測定光の光路長と、参照体により反射されて分岐部に帰還する参照光の光路長との差を算出し、算出結果に基づいて偏向部と測定対象物との間の距離を算出し、駆動制御部は、距離情報算出部により算出された差が予め定められたしきい値以下である場合に分岐部から参照体に至る参照光の光路長が維持されるように参照駆動部を制御し、距離情報算出部により算出された差が予め定められたしきい値よりも大きい場合に分岐部から参照体に至る参照光の光路長が変化するように参照駆動部を制御してもよい。
この場合、受光部により出力される受光信号に基づいて、分岐部から出力されて分岐部に帰還するまでの測定光の光路長と、分岐部から出力されて分岐部に帰還するまでの参照光の光路長との差が算出される。算出される差がしきい値以下である場合に、分岐部から参照体に至る参照光の光路長が維持され、算出される差がしきい値よりも大きい場合に、分岐部から参照体に至る参照光の光路長が変化される。このように、算出される差に応じて可動部が移動される。それにより、参照光の光路長を適切な大きさに容易に調整することができる。その結果、光走査高さ測定装置による測定可能な範囲が拡大される。
(g)光走査高さ測定装置は、合焦部をさらに備え、合焦部は、分岐部から偏向部への測定光の光路上に配置されるレンズと、測定光の光路上でレンズを移動させることにより測定対象物に照射される測定光の焦点の位置を調整するレンズ移動部と、距離情報算出部により算出される距離に基づいて測定光の焦点が測定対象物の表面上に合うようにレンズ駆動部を制御するレンズ移動部とをさらに備えてもよい。
この場合、測定光の焦点が測定対象物の表面上に合うことにより、光走査高さ測定装置の測定精度が向上する。
2 位置情報取得部
3 駆動制御部
4 基準面取得部
5 許容値取得部
6 登録部
7 偏向方向取得部
8 検出部
9 画像解析部
10 参照位置取得部
11 受光信号取得部
12 距離情報算出部
13 座標算出部
14 判定部
15 高さ算出部
16 測定画像取得部
17 補正部
18 検査部
19 報告書作成部
20 幾何要素取得部
21 幾何要素算出部
100 スタンド部
110 設置部
111 光学定盤
120 保持部
130 昇降部
131,255a,255b,264,271a,272a 駆動部
132,256a,256b,265,273,274 駆動回路
133,257a,257b,266,275,276 読取部
200 測定ヘッド
210 制御基板
220 撮像部
230 光学部
231 光出射部
232 測定部
232a,232c,246 レンズ
232b 分光部
232d 受光部
233 ガイド光源
240 導光部
241〜244 光ファイバ
245 ファイバカプラ
245a〜245d ポート
245e 本体部
247 ハーフミラー
250 参照部
251 支持部
251g リニアガイド
258,261 固定部
252a,252b,262 可動部
253,254a〜254c 反射部材
260 合焦部
263 可動レンズ
270 走査部
271,272 偏向部
271b,272b 反射部
300 処理装置
310 制御部
320 記憶部
330 操作部
340 表示部
341 選択画面
341a 設定ボタン
341b,362b 測定ボタン
341c ハイトゲージボタン
350 設定画面
351 画像表示領域
352 ボタン表示領域
352a サーチ領域ボタン
352b パターン画像ボタン
352c 設定完了ボタン
352d 点指定ボタン
352e 基準面設定ボタン
352g 許容値ボタン
352h 基準点設定ボタン
352i 測定点設定ボタン
360 測定画面
361 画像表示領域
362 ボタン表示領域
362a ファイル読込ボタン
400 光走査高さ測定装置
410 制御系
420 報告書
421 名称表示欄
422 画像表示欄
423 状況表示欄
424 結果表示欄
425 保証表示欄
MI 測定画像
P0 点
P1,P3 仮想点
P2 照射位置
PI パターン画像
RF 基準面
RI 基準画像
S 測定対象物
SI 画像
SR サーチ領域
V 測定領域
Claims (7)
- 測定点の指定を受け付ける位置情報取得部と、
時間的に低コヒーレンスな光を出射する光出射部と、
前記光出射部から出射された光を分岐するとともに分岐された光の一部を測定光として出力し、分岐された光の他の部分を参照光として出力する分岐部と、
前記分岐部から出力される測定光を偏向して測定対象物に照射する偏向部と、
前記位置情報取得部により受け付けられた測定点に対応する測定対象物の部分に光が照射されるように前記偏向部を制御する駆動制御部と、
前記偏向部の偏向方向または前記偏向部により偏向された測定光の照射位置を検出する検出部と、
前記分岐部から出力される参照光を反射する参照体と、
前記分岐部から出力される参照光を反射して前記参照体に導くとともに前記参照体により反射される参照光を反射して前記分岐部へ帰還させる1または複数の反射部材と、
前記参照体と前記1または複数の反射部材とのうちの一部が取り付けられ、第1の移動軸に沿って移動することにより前記分岐部から前記参照体に至る参照光の光路長を変化させる可動部と、
前記可動部を前記第1の移動軸上で移動可能に支持する支持部と、
前記支持部に対する前記可動部の相対位置を検出する可動部位置検出部と、
前記偏向部により測定対象物に照射されて測定対象物から前記分岐部に帰還する測定光と前記参照体により反射されて前記分岐部に帰還する参照光との干渉光を生成する干渉光生成部と、
前記生成された干渉光を受光し、干渉光の受光量を示す受光信号を生成する受光部と、
前記可動部位置検出部により検出される前記可動部の位置と前記受光部により出力される受光信号における干渉光の受光量とに基づいて前記分岐部と測定対象物との間の距離を算出する距離情報算出部と、
前記検出部により検出される前記偏向部の偏向方向または前記偏向部により偏向された測定光の照射位置と前記距離情報算出部により算出される距離とに基づいて、前記指定された測定点に対応する測定対象物の部分の高さを算出する高さ算出部と、
前記支持部に対して前記第1の移動軸に略平行に延びる第2の移動軸上で移動可能に支持された平衡部と、
前記可動部の移動時に、前記可動部と前記平衡部とを互いに逆方向に前記支持部に対して移動させる参照駆動部とを備える、光走査高さ測定装置。 - 前記参照体と前記1または複数の反射部材とのうちの残りの少なくとも一部は、前記平衡部に取り付けられ、
前記可動部位置検出部は、前記支持部に対する前記平衡部の相対位置をさらに検出し、
前記距離情報算出部は、前記可動部位置検出部により検出される前記可動部の位置および前記平衡部の位置と前記受光部により出力される受光信号とに基づいて前記偏向部と測定対象物との間の距離を算出する、請求項1記載の光走査高さ測定装置。 - 前記参照体と前記1または複数の反射部材とのうちの一部の重量および前記可動部の重量との合計は、前記参照体と前記1または複数の反射部材とのうちの残りの少なくとも一部の重量および前記平衡部の重量の合計から一定の範囲になるように設定される、請求項2記載の光走査高さ測定装置。
- 前記参照体は、コーナーキューブリフレクタである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の光走査高さ測定装置。
- 測定対象物を撮像し、当該測定対象物の画像データを生成する撮像部をさらに備え、
前記位置情報取得部は、前記撮像部により生成された画像データ上において測定点の指定を受け付ける、請求項1〜4のいずれか一項に記載の光走査高さ測定装置。 - 測定点の指定を受け付ける位置情報取得部と、
時間的に低コヒーレンスな光を出射する光出射部と、
前記光出射部から出射された光を分岐するとともに分岐された光の一部を測定光として出力し、分岐された光の他の部分を参照光として出力する分岐部と、
前記分岐部から出力される測定光を偏向して測定対象物に照射する偏向部と、
前記位置情報取得部により受け付けられた測定点に対応する測定対象物の部分に光が照射されるように前記偏向部を制御する駆動制御部と、
前記偏向部の偏向方向または前記偏向部により偏向された測定光の照射位置を検出する検出部と、
前記分岐部から出力される参照光が前記分岐部に帰還するように参照光を反射する参照体と、
第1の移動軸に沿って移動することにより前記分岐部から前記参照体に至る参照光の光路長を変化させる可動部と、
前記可動部を前記第1の移動軸上で移動可能に支持する支持部と、
前記支持部に対する前記可動部の相対位置を検出する可動部位置検出部と、
前記偏向部により測定対象物に照射されて測定対象物から前記分岐部に帰還する測定光と前記参照体により反射されて前記分岐部に帰還する参照光との干渉光を生成する干渉光生成部と、
前記生成された干渉光を受光し、干渉光の受光量を示す受光信号を生成する受光部と、
前記可動部位置検出部により検出される前記可動部の位置と前記受光部により出力される受光信号における干渉光の受光量とに基づいて前記分岐部と測定対象物との間の距離を算出する距離情報算出部と、
前記検出部により検出される前記偏向部の偏向方向または前記偏向部により偏向された測定光の照射位置と前記距離情報算出部により算出される距離とに基づいて、前記指定された測定点に対応する測定対象物の部分の高さを算出する高さ算出部と、
前記支持部に対して前記第1の移動軸に略平行に延びる第2の移動軸上で移動可能に支持された平衡部と、
前記可動部の移動時に、前記可動部と前記平衡部とを互いに逆方向に前記支持部に対して移動させる参照駆動部とを備え、
前記距離情報算出部は、前記偏向部により測定対象物に照射されて測定対象物から前記分岐部に帰還する測定光の光路長と、前記参照体により反射されて前記分岐部に帰還する参照光の光路長との差を算出し、算出結果に基づいて前記偏向部と測定対象物との間の距離を算出し、
前記駆動制御部は、前記距離情報算出部により算出された差が予め定められたしきい値以下である場合に前記分岐部から前記参照体に至る参照光の光路長が維持されるように前記参照駆動部を制御し、前記距離情報算出部により算出された差が予め定められたしきい値よりも大きい場合に前記分岐部から前記参照体に至る参照光の光路長が変化するように前記参照駆動部を制御する、光走査高さ測定装置。 - 合焦部をさらに備え、
前記合焦部は、前記分岐部から前記偏向部への測定光の光路上に配置されるレンズと、
前記測定光の光路上で前記レンズを移動させることにより測定対象物に照射される測定光の焦点の位置を調整するレンズ移動部と、
前記距離情報算出部により算出される距離に基づいて測定光の焦点が測定対象物の表面上に合うように前記レンズ移動部を制御するレンズ制御部とをさらに備える、請求項1〜6のいずれか一項に記載の光走査高さ測定装置。
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