JP7074400B2 - 光学測定装置 - Google Patents
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Description
上記照射部は、対象物が配置される測定空間へ照射光を照射する。
上記検出部は、上記測定空間を通過する上記照射光を検出する。
上記測定部は、上記検出部による検出結果に基づいて上記対象物の形状を測定する。
上記判定部は、上記対象物の形状を測定する測定フェーズで検出された上記検出結果と、非測定フェーズで検出された上記検出結果とに基づいて、上記測定フェーズにおける上記測定空間の塵埃による汚染度を判定する。
上記判定部は、上記測定フェーズ及び上記非測定フェーズの各々で生成された上記照射光の画像信号に基づいて、上記汚染度を判定してもよい。
上記構成では、受光素子により生成された画像信号を用いて塵埃による汚染度を検出できる。画像信号を用いることにより、判定空間の汚染度を精度よく判定することができる。
上記構成では、受光素子が得た受光量の情報を用いて塵埃による汚染度を検出できる。これにより、判定部による画像処理の負担を低減することができる。
上記測定フェーズで連続的に生成された複数の画像信号間の上記受光量の差分に基づいて受光量変動値を算出し、
上記非測定フェーズで連続的に生成された複数の画像信号間の上記受光量の差分に基づいて基準変動値を算出し、
上記基準変動値に対する上記受光量変動値の差分に基づいて上記汚染度を判定してもよい。
上記構成では、判定部が、測定フェーズにおける各画像信号間の受光量変動値と、非測定フェーズにおける基準変動値と、を比較して汚染度を判定する。受光量の変動値を用いることにより、測定空間の環境に変化が生じたことを精度よく検出することができる。
上記構成により、対象物とは別に測定空間の一部が遮蔽されたことを検出できる。つまり、測定空間に塵埃が存在することを検出することができ、汚染度の判定が容易になる。
上記受光量変動値が、上記基準変動値に基づいて設定された閾値以上であるか否か判定し、
上記閾値以上である場合に、第1の汚染度であると判定し、
上記閾値未満である場合に、上記第1の汚染度よりも低い第2の汚染度であると判定してもよい。
上記構成により、汚染度を数値化し、ユーザに対して汚染度の判定結果を明確に提示することができる。
上記非測定フェーズにおいて連続的に生成された上記複数の画像信号間の上記受光量の差分の平均値を、上記基準変動値として算出してもよい。
上記構成により、適切な基準値を設定することができる。
上記受光量は、上記二次元イメージセンサの所定領域内に配列された複数の画素における受光強度の合計値として算出されてもよい。
これにより、各画素に対する処理負担を削減し、処理速度を向上させることができる。
上記受光面は、上記所定領域を含んでいてもよい。
これにより、上記判定部が形状測定時のデータを用いて汚染度を判定でき、処理負担をさらに軽減できる。
これにより、画像信号の受光量を容易に数値化でき、上記判定部の画像処理負担を軽減することができる。
これにより、非測定フェーズから測定フェーズへの移行が円滑になる。
上記判定された汚染度の結果を出力する出力部をさらに具備してもよい。
これにより、上記光学測定装置がユーザに対して汚染度の結果を出力することができる。
図1は、本発明の一実施形態に係る光学測定装置100の構成例を示す図である。図2は、光学測定装置100の構成を示すブロック図である。
光学測定装置100は、照射部10と、検出部20と、測定部30と、判定部40と、出力部50と、入力部60と、を備える。測定部30、判定部40、出力部50及び入力部60は、本実施形態において制御装置70を構成する。
検出部20は、測定空間Sを通過する照射光Lを検出する。測定空間Sを通過する照射光Lは、対象物Pによって一部遮られる。このため、検出部20は、対象物Pの形状に応じたパターンの照射光を検出することができる。
測定部30は、検出部20による検出結果に基づいて対象物Pの形状を測定する。
判定部40は、後述する測定フェーズにおける測定空間Sの塵埃による汚染度を判定する。
出力部50は、判定された汚染度の結果及び形状の測定結果を出力する。
入力部60は、光学測定装置100の起動及び停止、並びに測定の開始及び各種設定値の入力等の、ユーザによる入力操作を受け付ける。
(照射部)
図2に示すように、照射部10は、光源11と、拡散部12と、投光レンズ13と、を有する。照射部10の各構成は、例えば第1の筐体C1内に配置されている。
光源11は、照射光を出射可能なレーザ光源、LED(Light Emitting Diode)光源等で構成される。
拡散部12は、光源11から出射された照射光Lを等方的に拡散することが可能な拡散板等の光学部品で構成される。
投光レンズ13は、例えば拡散された照射光Lを平行光とし、測定空間Sに向かって投射する。
測定空間Sは、照射部10と検出部20との間の、対象物Pが配置される空間である。測定空間Sには、対象物Pの測定箇所が照射光Lの光軸と交差する(典型的には直交する)ように対象物Pが配置される。図1及び2に示す例において、対象物Pは、一軸方向に長手を有する棒状物であって、照射光Lの光軸と当該長手方向が直交するように測定空間S内に配置されている。
測定空間Sは、例えば開放された空間として構成される。これにより、光学測定装置100を大型化することなく、一軸方向に長い線状物や棒状物の外径の連続測定や、膜状物の厚みムラの測定等、多様な測定態様を実現することができる。測定空間Sには、対象物Pを支持するための図示しない測定台や治具等が設置されていてもよい。
検出部20は、光学系21と、受光素子22と、を有する。検出部20の各構成は、例えば図1に示す第2の筐体C2内に配置されている。第2の筐体C2は、例えばベースBによって第1の筐体C1と接続されている(図1参照)。これにより、ベースB上の空間が測定空間Sとして規定される。
光学系21は、例えば、第1のレンズ23と、絞り24と、第2のレンズ25と、を有する。
第1のレンズ23は、例えば集光レンズとして構成される。
絞り24は、開口を有し、第1のレンズ23によって集光された照射光Lを通過させる。
第2のレンズ25は、絞り24を通過した照射光Lを平行光にし、受光素子22へ向かって照射光Lを出射する。
光学系21は、例えば両側テレセントリック光学系として構成される。これにより、対象物Pの光軸方向の位置がばらついた場合でも、受光素子22における像の寸法変動を回避することができる。なお、光学系21の構成は上記に限定されない。
受光素子22は、測定空間Sを通過する照射光Lを受光することで、照射光Lの画像信号を生成する。すなわち受光素子22は、受光した照射光Lに基づく画像信号を撮像する。
図3に示す例では、受光素子22は、二次元的に配列された複数の画素27を有する二次元イメージセンサを含んでいる。二次元イメージセンサとしては、二次元CCD(Charge Coupled Device)イメージセンサ、二次元CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ等が挙げられる。
ここでいう画素27とは、受光した光に基づいて電気的な信号を出力可能な単位素子をいい、本実施形態では、複数の画素27の集合体を受光素子22と定義する。
受光面26は、受光素子22の撮像可能な領域である。受光面26は、汚染度判定の処理に供される信号を出力する画素27の範囲として、判定領域Rを含む。
画像信号は、例えば各画素27における受光強度に応じて出力される電気的な信号である。「1回の撮像で出力された画像信号」は、判定領域R内の全画素27から、1ショット又は1スキャンで出力された電気的な信号のセットと定義する。
制御装置70は、測定部30と、判定部40と、出力部50と、入力部60と、を有する。制御装置70の各構成は、例えば第3の筐体C3内に配置されている。制御装置70は、図1に示すように、照射部10及び検出部20とケーブルによって接続されていてもよいし、無線によって接続されていてもよい。あるいは、制御装置70は、照射部10及び検出部20と一体に構成され、同一のベース上又は筐体内に配置されていてもよい。
CPU71は、制御装置70内のメモリ72と協働し、測定部30及び判定部40の各処理を実行する。CPU71は、演算結果をメモリ72に記憶するとともに、必要な情報をメモリ72から読み出す。
メモリ72は、光学測定装置100の記憶部として構成され、画像信号、測定結果及び判定結果等を記憶する。メモリ72は、さらに、測定部30及び判定部40の各処理を実行するためのプログラムを記憶していてもよい。
さらに、制御装置70は、画像信号をデジタル信号に変換してCPU71に出力するA/D変換器73を有していてもよい。
ディスプレイ51は、例えば液晶ディスプレイ等として構成され、光学測定装置100における各種の設定内容、データ、測定の進捗状況、測定結果やユーザの操作に供する情報を表示することができる。
外部出力端子52は、各種のデータや測定結果などを光学測定装置100の外部に出力するための構成であり、USB(Universal Serial Bus)ポートなどの各種の構成を採り得る。
出力部50の構成は上記に限定されず、例えば測定結果及び判定結果を印刷するプリンタ等を含んでいてもよい。
図4は、光学測定装置100(CPU71)の動作例を示すフローチャートである。
ここでは、図1に示すように、棒状の対象物Pを光学測定装置100の測定空間Sに配置し、対象物Pの外径を測定する例を示す。
CPU71は、一定時間の非測定フェーズを有し、その後、測定フェーズに移行して対象物Pの形状の測定を行う。非測定フェーズについては後述し、まず、測定フェーズにおけるCPU71(測定部30)の動作例を説明する。
測定部30(CPU71)は、検出部20の検出結果として、受光素子22によって生成された画像信号を取得する(S11)。
受光強度は、輝度値として数値化することができ、例えば64階調、256階調等の値を採り得る。これにより、各画素27から出力された信号に基づいて受光強度を容易に数値化することができる。
まず、図1に示すように、測定空間Sに対象物Pが配置されると、平行光として照射された照射光Lの一部が対象物Pによって遮られる。これにより、対象物Pの配置される領域に対応する画素27と、配置されない領域に対応する画素27とで、受光強度に大きな差異が生じる。つまり、図5に示すように、対象物Pの形状に対応する像Pgが受光強度の低い領域(陰影)として検出される。
測定部30は、画像信号Gに対してエッジ検出処理等を行うことで像Pgの輪郭を検出し、検出されたエッジ位置に基づいて、対象物Pの寸法を算出することが可能となる。
判定部40は、測定フェーズ及び非測定フェーズの各々で生成された照射光Lの画像信号に基づいて、汚染度を判定する。具体的には、後述する画像信号の受光量を用いて、測定空間Sの汚染度の判定処理が実行される。
判定部40(CPU71)は、測定フェーズの前の非測定フェーズにおいて、検出部20の検出結果としての画像信号を取得する(S21)。非測定フェーズでは、判定部40により汚染度の判定のためのリファレンスデータが算出される。このため、非測定フェーズでは、リファレンスデータの取得に適した特性(繰り返し精度等)が得られるように、測定空間Sを清浄に維持することが好ましい。なお、ここで取得された画像信号は、測定部30における、例えば繰り返し精度の算出等の処理に用いられてもよいが、ここでは説明を省略する。
受光量は、本実施形態において、判定領域R内の画素27各々で検出された受光強度の総和として算出される。算出された受光量は、主に照射光Lの判定領域Rへの入射量に基づく値であるが、測定空間Sが開放空間の場合には、例えば外光の入射量を含んでいてもよい。
受光量の算出(S22)及びリファレンスデータの生成(S23)の詳細な処理については後述する。
例えば、測定空間Sへの塵埃の流入に伴い、判定領域Rの受光量がある一定時間の間増加し続ける、又は減少し続けるといった現象が起こり得る。このような受光量の変動を検出することで、塵埃によって生じた照射光Lの乱反射や遮断の影響を捉え、的確な汚染度の判定を行うことができる。
図6は、判定部40の詳細な動作例を示すフローチャートである。
ここでは、判定部40によって繰り返し画像信号が取得される例を示し、より具体的な判定部40の処理について説明する。
受光面26における判定領域Rは、上述のように、判定処理に供される画像信号を出力する画素27を含む領域である。判定領域Rは、対象物Pの像pgが検出される領域を含んでいればよく、例えば受光面26の中央部を占める。
判定領域Rにおいて、各画素27の位置座標(n,m)を定義する。nはX軸方向の位置を表す自然数であり、0以上Nmax以下の値を採り得る。mはY軸方向の位置を表す自然数であり、0以上Ymax以下の値を採り得る。つまり、判定領域Rには、X軸方向に(Nmax+1)個、Y軸方向に(Mmax+1)個の画素27が並んでいる(Nmax,Mmaxは自然数)。
例えば、4隅の画素27a,27b,27c,27dの位置座標は、画素27aが(0,0),画素27bが(Nmax,0),画素27cが(0,Mmax),画素27dが(Nmax,Mmax)と表される。
そして、判定部40は、S22-1と同様に画像信号の受光量を算出する(S22-2)。
受光量変動値ΔLumTotal(k)は、k回目に生成された画像信号の受光量LumTotal(k)及び(k-1)回目に生成された画像信号の受光量LumTotal(k-1)の差分であり、以下の式(2)で表される。
また、3段目の受光量変動値ΔLumTotal(k)の、1番目からkinitialmax番目までの平均値が、実線で示す基準変動値LumInitialAverageに相当する。
第2の閾値以上であった場合(S25-4でN)、判定部40は、第3のフラグを付して判定結果を出力する(S26-2)。第3のフラグは、汚染度が高いことを示すフラグである。
図7の4段目に、受光量変動値ΔLumTotal(k)と基準変動値LumInitialAverageとの差分ΔLumDiff(k)のグラフを示す。各差分ΔLumDiff(k)は、3段目のグラフを参照し、基準変動値LumInitialAverageから受光量変動値ΔLumTotal(k)が上回った分に相当する。
このΔLumDiff(k)のグラフには、第1の閾値GreenThrを破線で、第2の閾値YellowThrを一点鎖線で示している。
さらに、図7の5段目に、フラグが付された判定結果を例示する。
測定フェーズのk=3の画像信号では、差分ΔLumDiff(k)が、さらに第2の閾値YellowThr以上である。これにより、k=3の画像信号の判定結果は、第3のフラグが付された「Red」となる。
また、判定結果に対してフラグを付すことにより、ユーザに対して明確に判定結果を提示することができる。
10…照射部
20…検出部
30…測定部
40…判定部
50…出力部
60…入力部
Claims (12)
- 対象物が配置される測定空間へ照射光を照射する照射部と、
前記測定空間を通過する前記照射光を検出する検出部と、
前記検出部による検出結果に基づいて前記対象物の形状を測定する測定部と、
前記対象物の形状を測定する測定フェーズで検出された前記検出結果と、非測定フェーズで検出された前記検出結果とに基づいて、前記測定フェーズにおける前記測定空間の塵埃による汚染度を判定する判定部と
を具備する光学測定装置。 - 請求項1に記載の光学測定装置であって、
前記検出部は、前記測定空間を通過する前記照射光を受光することで、前記照射光の画像信号を生成する受光素子を有し、
前記判定部は、前記測定フェーズ及び前記非測定フェーズの各々で生成された前記照射光の画像信号に基づいて、前記汚染度を判定する
光学測定装置。 - 請求項2に記載の光学測定装置であって、
前記判定部は、前記受光素子により生成された前記画像信号に基づいて前記画像信号の明るさを表す受光量を算出し、前記算出された受光量に基づいて前記汚染度を判定する
光学測定装置。 - 請求項3に記載の光学測定装置であって、
前記判定部は、
前記測定フェーズで連続的に生成された複数の画像信号間の前記受光量の差分に基づいて受光量変動値を算出し、
前記非測定フェーズで連続的に生成された複数の画像信号間の前記受光量の差分に基づいて基準変動値を算出し、
前記基準変動値に対する前記受光量変動値の差分に基づいて前記汚染度を判定する
光学測定装置。 - 請求項4に記載の光学測定装置であって、
前記判定部は、前記基準変動値に対する前記受光量変動値の差分が大きくなるに従い、前記汚染度が高いと判定する
光学測定装置。 - 請求項5に記載の光学測定装置であって、
前記判定部は、
前記受光量変動値が、前記基準変動値に基づいて設定された閾値以上であるか否か判定し、
前記閾値以上である場合に、第1の汚染度であると判定し、
前記閾値未満である場合に、前記第1の汚染度よりも低い第2の汚染度であると判定する
光学測定装置。 - 請求項4から6のうちのいずれか一項に記載の光学測定装置であって、
前記判定部は、
前記非測定フェーズにおいて連続的に生成された前記複数の画像信号間の前記受光量の差分の平均値を、前記基準変動値として算出する
光学測定装置。 - 請求項3から7のうちのいずれか一項に記載の光学測定装置であって、
前記受光素子は、二次元的に配列された複数の画素を有する二次元イメージセンサを含み、
前記受光量は、前記二次元イメージセンサの所定領域内に配列された複数の画素における受光強度の合計値として算出される
光学測定装置。 - 請求項8に記載の光学測定装置であって、
前記受光素子は、前記対象物を撮像可能な受光面を有し、
前記受光面は、前記所定領域を含む
光学測定装置。 - 請求項3から9のうちのいずれか一項に記載の光学測定装置であって、
前記受光量は、前記生成された画像信号の輝度値の情報を含む
光学測定装置。 - 請求項1から10のうちのいずれか一項に記載の光学測定装置であって、
前記非測定フェーズでは、前記対象物が前記測定空間に配置された状態で前記検出結果が出力される
光学測定装置。 - 請求項1から11のうちのいずれか一項に記載の光学測定装置であって、
前記判定された汚染度の結果を出力する出力部をさらに具備する
光学測定装置。
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