JPH0545134A - 光学式形状測定方法及び装置 - Google Patents
光学式形状測定方法及び装置Info
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- JPH0545134A JPH0545134A JP20793691A JP20793691A JPH0545134A JP H0545134 A JPH0545134 A JP H0545134A JP 20793691 A JP20793691 A JP 20793691A JP 20793691 A JP20793691 A JP 20793691A JP H0545134 A JPH0545134 A JP H0545134A
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- Japan
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- light
- optical
- irradiation
- measurement
- shape
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 測定面の傾斜等による影響の少ない精密な形
状測定を可能にする。 【構成】 測定面S に対する光ビームの照射点P を定め
た上で、その照射光軸L0を照射点P を中心とする球面上
の任意の方向に傾斜移動させながら、照射光軸L0を中心
とする同心円周上の中心対象位置の少なくとも３点を通
る各受光軸L3,L4,L5上で得られる反射光量を比較し、そ
れらがほぼ等しくなったときの反射光を基礎として形状
測定を行なう。装置としては、光源11から照射される光
ビームの照射光軸L0を中心とする同心円周上の中心対称
位置の少なくとも３点を通る各受光軸L3,L4,L5上にそれ
ぞれ光センサ13,14,15を設け、各光センサの受光量を比
較し、それらがほぼ等しいとき一致信号を出力する比較
器24を設け、比較器の一致信号により作動して光センサ
の少なくとも１つもしくは形状測定のため別途設けた反
射光受光用の光センサの出力信号をデータ処理する演算
処理装置25,26,27,28,29を設けて成る。
状測定を可能にする。 【構成】 測定面S に対する光ビームの照射点P を定め
た上で、その照射光軸L0を照射点P を中心とする球面上
の任意の方向に傾斜移動させながら、照射光軸L0を中心
とする同心円周上の中心対象位置の少なくとも３点を通
る各受光軸L3,L4,L5上で得られる反射光量を比較し、そ
れらがほぼ等しくなったときの反射光を基礎として形状
測定を行なう。装置としては、光源11から照射される光
ビームの照射光軸L0を中心とする同心円周上の中心対称
位置の少なくとも３点を通る各受光軸L3,L4,L5上にそれ
ぞれ光センサ13,14,15を設け、各光センサの受光量を比
較し、それらがほぼ等しいとき一致信号を出力する比較
器24を設け、比較器の一致信号により作動して光センサ
の少なくとも１つもしくは形状測定のため別途設けた反
射光受光用の光センサの出力信号をデータ処理する演算
処理装置25,26,27,28,29を設けて成る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は２次元、３次元の表面形
状を光学的に非接触で測定する方法及び装置に関する。
状を光学的に非接触で測定する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、２次元もしくは３次元形状の測定
方法としては、三角測量法により被測定体に光ビームを
照射し、その反射光の光スポットの位置を光位置検出器
ＰＳＤとかＣＣＤで検出して変位を測定する方式のもの
が知られている。
方法としては、三角測量法により被測定体に光ビームを
照射し、その反射光の光スポットの位置を光位置検出器
ＰＳＤとかＣＣＤで検出して変位を測定する方式のもの
が知られている。
【０００３】即ち、図９に示す如く、反射面Ｓの変位ｘ
に対応して光位置検出器上の反射光によるスポットがｙ
だけ移動するので、このｙを検出して三角法の原理によ
り変位ｘを測定する方法である。しかしながら、この場
合、光ビームの照射系と反射光の受光系とが２軸光学系
を形成しているために、反射面の傾き方向及び形状等に
よる影響が大きくなり、これが測定誤差として現れる欠
点がある。例えば図10に示すように、測定すべき面が、
傾斜面Ｓ1 とそれに続く水平面Ｓ2 より成っている場
合、照射ビームＬ0 が斜面Ｓ1 上の点Ｐ1 に当たった時
の反射光Ｌ1 はラインセンサのｙ1 位置に検出される
が、このときＰ1 点からの反射光が水平面Ｓ 2 上の点Ｐ
2 に当たって２次反射した光Ｌ2 はラインセンサ上のｙ
2 の位置に検出される。したがってこのときのセンサ上
の光スポット位置はｙ1 とｙ2 の中間位置にあるよう検
出処理されることになり、点ｙ1 からずれた位置を検出
してしまうことになる。
に対応して光位置検出器上の反射光によるスポットがｙ
だけ移動するので、このｙを検出して三角法の原理によ
り変位ｘを測定する方法である。しかしながら、この場
合、光ビームの照射系と反射光の受光系とが２軸光学系
を形成しているために、反射面の傾き方向及び形状等に
よる影響が大きくなり、これが測定誤差として現れる欠
点がある。例えば図10に示すように、測定すべき面が、
傾斜面Ｓ1 とそれに続く水平面Ｓ2 より成っている場
合、照射ビームＬ0 が斜面Ｓ1 上の点Ｐ1 に当たった時
の反射光Ｌ1 はラインセンサのｙ1 位置に検出される
が、このときＰ1 点からの反射光が水平面Ｓ 2 上の点Ｐ
2 に当たって２次反射した光Ｌ2 はラインセンサ上のｙ
2 の位置に検出される。したがってこのときのセンサ上
の光スポット位置はｙ1 とｙ2 の中間位置にあるよう検
出処理されることになり、点ｙ1 からずれた位置を検出
してしまうことになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前記の形状測
定における測定面の傾斜等による影響を少なくし、測定
誤差を少なくして精密測定が可能な光学式形状測定方法
及び装置を提供することを目的とする。
定における測定面の傾斜等による影響を少なくし、測定
誤差を少なくして精密測定が可能な光学式形状測定方法
及び装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、測定面に
光ビームを照射し、その反射光を受光して形状測定を行
なう方法に於て、上記光ビームの照射点を定めた上で、
その照射光軸を上記照射点を中心とする球面上の任意の
方向に傾斜移動させながら、上記照射光軸を中心とする
同心円周上の中心対称位置の少なくとも３点を通る各受
光軸上で得られる反射光量を比較し、それらがほぼ等し
くなったときの反射光を基礎として形状測定を行なうこ
とを特徴とする光学式形状測定方法によって達成し得
る。
光ビームを照射し、その反射光を受光して形状測定を行
なう方法に於て、上記光ビームの照射点を定めた上で、
その照射光軸を上記照射点を中心とする球面上の任意の
方向に傾斜移動させながら、上記照射光軸を中心とする
同心円周上の中心対称位置の少なくとも３点を通る各受
光軸上で得られる反射光量を比較し、それらがほぼ等し
くなったときの反射光を基礎として形状測定を行なうこ
とを特徴とする光学式形状測定方法によって達成し得
る。
【０００６】また、この方法は、測定面に光ビームを照
射し、その反射光を受光して形状測定を行なう装置に於
て、光源から照射される上記光ビームの照射光軸を中心
とする同心円周上の中心対称位置の少なくとも３点を通
る各受光軸上にそれぞれ光センサを設け、各光センサの
受光量を比較し、それらがほぼ等しいとき一致信号を出
力する比較器を設け、上記比較器の一致信号により作動
して上記光センサの少なくとも１つもしくは形状測定の
ため別途設けた反射光受光用の光センサの出力信号をデ
ータ処理する演算処理装置を設けて成ることを特徴とす
る光学式形状測定装置によって実施し得る。
射し、その反射光を受光して形状測定を行なう装置に於
て、光源から照射される上記光ビームの照射光軸を中心
とする同心円周上の中心対称位置の少なくとも３点を通
る各受光軸上にそれぞれ光センサを設け、各光センサの
受光量を比較し、それらがほぼ等しいとき一致信号を出
力する比較器を設け、上記比較器の一致信号により作動
して上記光センサの少なくとも１つもしくは形状測定の
ため別途設けた反射光受光用の光センサの出力信号をデ
ータ処理する演算処理装置を設けて成ることを特徴とす
る光学式形状測定装置によって実施し得る。
【０００７】
【作用】本発明は上記の如く、測定面に光ビームを照射
し、その反射光を受光して形状測定を行なう方法に於
て、上記光ビームの照射点を定めた上で、その照射光軸
を上記照射点を中心とする球面上の任意の方向に傾斜移
動させながら、上記照射光軸を中心とする同心円周上の
中心対称位置の少なくとも３点を通る各受光軸上で得ら
れる反射光量を比較し、それらがほぼ等しくなったとき
の反射光を基礎として形状測定を行なうようにしたか
ら、常に光ビームの照射光軸が測定面に定めた照射点に
垂直に当たったときのみの反射光を基礎として位置測定
が行なわれ、したがってこのときは測定面が傾斜してい
る場合に生じる２次、３次反射による妨害を少なくして
精密な測定を行ない得るものである。上記反射光による
測定は、三角測量の原理を利用することにより測定面の
凹凸立体形状を容易に測定できるものであるが、これを
本発明方法においては、測定面に垂直に照射光軸を当て
て測定することにより３次元形状を測定誤差を少なくし
て高精度に測定することができる。
し、その反射光を受光して形状測定を行なう方法に於
て、上記光ビームの照射点を定めた上で、その照射光軸
を上記照射点を中心とする球面上の任意の方向に傾斜移
動させながら、上記照射光軸を中心とする同心円周上の
中心対称位置の少なくとも３点を通る各受光軸上で得ら
れる反射光量を比較し、それらがほぼ等しくなったとき
の反射光を基礎として形状測定を行なうようにしたか
ら、常に光ビームの照射光軸が測定面に定めた照射点に
垂直に当たったときのみの反射光を基礎として位置測定
が行なわれ、したがってこのときは測定面が傾斜してい
る場合に生じる２次、３次反射による妨害を少なくして
精密な測定を行ない得るものである。上記反射光による
測定は、三角測量の原理を利用することにより測定面の
凹凸立体形状を容易に測定できるものであるが、これを
本発明方法においては、測定面に垂直に照射光軸を当て
て測定することにより３次元形状を測定誤差を少なくし
て高精度に測定することができる。
【０００８】また、本発明に係る光学式形状測定装置
は、測定面に光ビームを照射し、その反射光を受光して
形状測定を行なう装置に於て、光源から照射される上記
光ビームの照射光軸を中心とする同心円周上の中心対称
位置の少なくとも３点を通る各受光軸上にそれぞれ光セ
ンサを設け、各光センサの受光量を比較し、それらがほ
ぼ等しいとき一致信号を出力する比較器を設け、上記比
較器の一致信号により作動して上記光センサの少なくと
も１つもしくは形状測定のため別途設けた反射光受光用
の光センサの出力信号をデータ処理する演算処理装置を
設けて成ることを特徴とするものであるから、照射光軸
を照射点を中心とする球面上の任意の方向に傾斜移動さ
せたとき、照射光軸を中心とする対称位置の複数の光セ
ンサによって反射光が受光され、その受光量が等しく一
致したとき上記比較器から一致信号を出力して検出信号
のデータ処理をする演算処理装置を働かせて形状測定を
行なうので、精密な形状測定が自動的に行われ得る。ま
た、上記複数の光センサのうちの少なくとも１つ、もし
くは形状測定のため別途設けた反射光受光用の光センサ
を三角測量法の光位置センサとして利用し、上記光位置
センサの出力信号を前記演算処理装置に供給してデータ
処理するようにしたから、高精度の形状測定が可能とな
り、また、受光量の比較用のセンサを三角測量法の光位
置センサとして兼用することにより構成を簡単にするこ
とができる。
は、測定面に光ビームを照射し、その反射光を受光して
形状測定を行なう装置に於て、光源から照射される上記
光ビームの照射光軸を中心とする同心円周上の中心対称
位置の少なくとも３点を通る各受光軸上にそれぞれ光セ
ンサを設け、各光センサの受光量を比較し、それらがほ
ぼ等しいとき一致信号を出力する比較器を設け、上記比
較器の一致信号により作動して上記光センサの少なくと
も１つもしくは形状測定のため別途設けた反射光受光用
の光センサの出力信号をデータ処理する演算処理装置を
設けて成ることを特徴とするものであるから、照射光軸
を照射点を中心とする球面上の任意の方向に傾斜移動さ
せたとき、照射光軸を中心とする対称位置の複数の光セ
ンサによって反射光が受光され、その受光量が等しく一
致したとき上記比較器から一致信号を出力して検出信号
のデータ処理をする演算処理装置を働かせて形状測定を
行なうので、精密な形状測定が自動的に行われ得る。ま
た、上記複数の光センサのうちの少なくとも１つ、もし
くは形状測定のため別途設けた反射光受光用の光センサ
を三角測量法の光位置センサとして利用し、上記光位置
センサの出力信号を前記演算処理装置に供給してデータ
処理するようにしたから、高精度の形状測定が可能とな
り、また、受光量の比較用のセンサを三角測量法の光位
置センサとして兼用することにより構成を簡単にするこ
とができる。
【０００９】
【実施例】以下図面に示した実施例を参照しつゝ本発明
を具体的に説明する。図１は本発明に係る光学式形状測
定方法を実施するための装置の一実施例の構成図で、１
がヘッドで、この中に半導体レーザ11と照射レンズ12等
から成る照射系の光学系と、３個の光センサ（ラインセ
ンサ）13、14、15と受光レンズ16、17、18等から成る受
光系の光学系が設けられる。図２が、ヘッド１内に於け
る照射系と受光系の配置を説明する上面図で、照射光軸
Ｌ0 を中心とする同心円周上の中心対称位置に受光系の
３軸Ｌ3 、Ｌ4 、Ｌ5 を設け、この各軸上に受光レンズ
16とセンサ13、レンズ17とセンサ14及びレンズ18とセン
サ15の受光系を形成する。即ち、照射軸Ｌ0 から照射さ
れた光ビームが測定面Ｓに当たって反射する光を所要の
角度を有する受光系の光軸Ｌ3 、Ｌ4 、Ｌ5 上で検出す
るものである。
を具体的に説明する。図１は本発明に係る光学式形状測
定方法を実施するための装置の一実施例の構成図で、１
がヘッドで、この中に半導体レーザ11と照射レンズ12等
から成る照射系の光学系と、３個の光センサ（ラインセ
ンサ）13、14、15と受光レンズ16、17、18等から成る受
光系の光学系が設けられる。図２が、ヘッド１内に於け
る照射系と受光系の配置を説明する上面図で、照射光軸
Ｌ0 を中心とする同心円周上の中心対称位置に受光系の
３軸Ｌ3 、Ｌ4 、Ｌ5 を設け、この各軸上に受光レンズ
16とセンサ13、レンズ17とセンサ14及びレンズ18とセン
サ15の受光系を形成する。即ち、照射軸Ｌ0 から照射さ
れた光ビームが測定面Ｓに当たって反射する光を所要の
角度を有する受光系の光軸Ｌ3 、Ｌ4 、Ｌ5 上で検出す
るものである。
【００１０】図１中、２は上記光センサ（ラインセン
サ）13、14、15の検出信号を比較し演算処理する装置
で、21、22、23は各センサの検出光量に比例する信号を
出力する演算回路、24は各回路21、22、23の出力を比較
して一致信号を出力する比較器、25は各ラインセンサか
らの信号をＡ−Ｄ変換する変換器、26はスイッチで比較
器24からの一致信号により変換器25からのデジタル信号
を選択通過させる。27はリニア補正するＣＰＵ、28は平
均処理するＣＰＵ、29はデータ処理した測定結果を表示
し出力する各種制御用のＣＰＵである。
サ）13、14、15の検出信号を比較し演算処理する装置
で、21、22、23は各センサの検出光量に比例する信号を
出力する演算回路、24は各回路21、22、23の出力を比較
して一致信号を出力する比較器、25は各ラインセンサか
らの信号をＡ−Ｄ変換する変換器、26はスイッチで比較
器24からの一致信号により変換器25からのデジタル信号
を選択通過させる。27はリニア補正するＣＰＵ、28は平
均処理するＣＰＵ、29はデータ処理した測定結果を表示
し出力する各種制御用のＣＰＵである。
【００１１】上記の如く構成された装置による形状測定
は、例えば図３のようにして行われる。測定ヘッド１の
制御装置は図示しないが、測定面Ｓ上のＰ点の測定を行
なう場合、光ビームの照射点をＰ点に固定した状態で、
Ｐ点までの焦点距離を一定に保ったままヘッド１を図中
矢印のように左右に首振り傾動させる。又は紙面の前後
方向に、或いはＰ点を中心として焦点距離を半径とする
球面上の任意の方向に傾動させる。これにより照射光軸
Ｌ0 は照射点Ｐを中心とする球面上の任意の方向に傾斜
移動させることができる。このヘッドの首振り傾動制御
に伴って前記各光センサ13、14、15のＰ点からの反射受
光量に変化があるはずである。通常Ｓ面に対して照射光
軸が実線のようにほぼ垂直に当たったとき各光センサ1
3、14、15の光量はほぼ等しくなり、点線のように傾斜
した面Ｓ3 の場合の反射光は各光センサ13、14、15にお
いて等しくならない。また、傾斜面Ｓ3 上のＰ点に光が
当たったときは、ヘッド１を傾斜して照射光軸が点線の
ように面Ｓ3 に対してほぼ垂直になったときに各センサ
13、14、15の受光量がほぼ等しくなるはずである。
は、例えば図３のようにして行われる。測定ヘッド１の
制御装置は図示しないが、測定面Ｓ上のＰ点の測定を行
なう場合、光ビームの照射点をＰ点に固定した状態で、
Ｐ点までの焦点距離を一定に保ったままヘッド１を図中
矢印のように左右に首振り傾動させる。又は紙面の前後
方向に、或いはＰ点を中心として焦点距離を半径とする
球面上の任意の方向に傾動させる。これにより照射光軸
Ｌ0 は照射点Ｐを中心とする球面上の任意の方向に傾斜
移動させることができる。このヘッドの首振り傾動制御
に伴って前記各光センサ13、14、15のＰ点からの反射受
光量に変化があるはずである。通常Ｓ面に対して照射光
軸が実線のようにほぼ垂直に当たったとき各光センサ1
3、14、15の光量はほぼ等しくなり、点線のように傾斜
した面Ｓ3 の場合の反射光は各光センサ13、14、15にお
いて等しくならない。また、傾斜面Ｓ3 上のＰ点に光が
当たったときは、ヘッド１を傾斜して照射光軸が点線の
ように面Ｓ3 に対してほぼ垂直になったときに各センサ
13、14、15の受光量がほぼ等しくなるはずである。
【００１２】このようにしてＰ点を測定するとき、ヘッ
ド１を首振り傾動制御して各センサ13、14、15の受光量
がほぼ等しくなると、このときは測定面に対して照射軸
が垂直になっているはずであり、各光センサの信号は検
出光量演算回路21、22、23から比較器24に入力し、比較
器24は一致信号を出力してスイッチ26を閉じる。これに
より各センサ13、14、15の信号をＡ−Ｄ変換器25で変換
したデジタル信号が次のＣＰＵ演算回路27、28、29に加
わりリニア補正や平均処理などのデータ処理が行なわ
れ、Ｐ点の測定が行われる。この測定は照射光軸に対し
て所要の角度傾斜する受光軸にＰＳＤとかＣＣＤのライ
ンセンサを設けて三角測量の原理を利用した測定を行な
うことによって位置検出が容易にでき、しかも反射光の
受光が測定面に光が垂直に当たったときの信号のみを選
択してデータ処理して測定するので極めて精度の高い測
定が行えることになる。したがって３次元の凹凸や傾斜
のある複雑面の測定においても照射点に光が垂直に当た
ったときの反射光のみを検出して測定するので２次反
射、３次反射による妨害がなく安定した正確な測定が行
えるようになる。
ド１を首振り傾動制御して各センサ13、14、15の受光量
がほぼ等しくなると、このときは測定面に対して照射軸
が垂直になっているはずであり、各光センサの信号は検
出光量演算回路21、22、23から比較器24に入力し、比較
器24は一致信号を出力してスイッチ26を閉じる。これに
より各センサ13、14、15の信号をＡ−Ｄ変換器25で変換
したデジタル信号が次のＣＰＵ演算回路27、28、29に加
わりリニア補正や平均処理などのデータ処理が行なわ
れ、Ｐ点の測定が行われる。この測定は照射光軸に対し
て所要の角度傾斜する受光軸にＰＳＤとかＣＣＤのライ
ンセンサを設けて三角測量の原理を利用した測定を行な
うことによって位置検出が容易にでき、しかも反射光の
受光が測定面に光が垂直に当たったときの信号のみを選
択してデータ処理して測定するので極めて精度の高い測
定が行えることになる。したがって３次元の凹凸や傾斜
のある複雑面の測定においても照射点に光が垂直に当た
ったときの反射光のみを検出して測定するので２次反
射、３次反射による妨害がなく安定した正確な測定が行
えるようになる。
【００１３】以上は１点の測定について説明したが、測
定点のスキャニングにおいて、順次移動する各照射点に
ついても前記同様測定ヘッド１の首振り傾動制御を行な
いながら各センサ13、14、15の受光量が等しくなったと
きの角度（光が垂直に当たったとき）で測定が行われる
から測定面の全面を常に高精度で測定できることにな
る。
定点のスキャニングにおいて、順次移動する各照射点に
ついても前記同様測定ヘッド１の首振り傾動制御を行な
いながら各センサ13、14、15の受光量が等しくなったと
きの角度（光が垂直に当たったとき）で測定が行われる
から測定面の全面を常に高精度で測定できることにな
る。
【００１４】なお、図１において３個のセンサ13、14、
15の内のいずれか１つのセンサの検出信号のみをＡ−Ｄ
変換してＣＰＵ27、28、29によるデータ処理を行なって
形状測定するようにし、他の２つのセンサの信号は受光
量の比較演算のみに利用することができる。又受光量の
検出センサと位置の検出センサとは別のものを設けるよ
うにすることもできる。また、位置検出センサは受光量
の検出センサとは別に定めた受光軸上に設けることがで
きる。
15の内のいずれか１つのセンサの検出信号のみをＡ−Ｄ
変換してＣＰＵ27、28、29によるデータ処理を行なって
形状測定するようにし、他の２つのセンサの信号は受光
量の比較演算のみに利用することができる。又受光量の
検出センサと位置の検出センサとは別のものを設けるよ
うにすることもできる。また、位置検出センサは受光量
の検出センサとは別に定めた受光軸上に設けることがで
きる。
【００１５】図４は、測定ヘッド１の傾動装置の一実施
例を示しており、図４中、30は基台、31は基台30上に回
転自在に取り付けられた回転フレーム、32は回転フレー
ム31の底面に固着されたウォームホイール、33はウォー
ムホイール32に噛み合うウォームギア、34はウォームギ
ア33を回転させるモータ、35は上記回転フレーム31のア
ーム先端31a,31a により図中時計方向及び反時計方向に
回転可能に保持されると共に測定ヘッド１が取り付けら
れた測定ヘッド取付け環体、36は上記測定ヘッド取付け
環体35の外周に形成された歯形35aに噛み合うウォーム
ギア、37はウォームギア36を回転させるモータ、38は形
状を測定すべき被検体、39は被検体38を測定ヘッド取付
け環体35の中心位置に支持する被検体支持アーム、40は
被検体支持アーム39をＸ−Ｙ及びＺ方向に移動可能に支
持するスライドテーブルであり、被検体支持アーム39は
実際には図面の手前側から測定ヘッド取付け環体35の中
心へ向けて伸長している。
例を示しており、図４中、30は基台、31は基台30上に回
転自在に取り付けられた回転フレーム、32は回転フレー
ム31の底面に固着されたウォームホイール、33はウォー
ムホイール32に噛み合うウォームギア、34はウォームギ
ア33を回転させるモータ、35は上記回転フレーム31のア
ーム先端31a,31a により図中時計方向及び反時計方向に
回転可能に保持されると共に測定ヘッド１が取り付けら
れた測定ヘッド取付け環体、36は上記測定ヘッド取付け
環体35の外周に形成された歯形35aに噛み合うウォーム
ギア、37はウォームギア36を回転させるモータ、38は形
状を測定すべき被検体、39は被検体38を測定ヘッド取付
け環体35の中心位置に支持する被検体支持アーム、40は
被検体支持アーム39をＸ−Ｙ及びＺ方向に移動可能に支
持するスライドテーブルであり、被検体支持アーム39は
実際には図面の手前側から測定ヘッド取付け環体35の中
心へ向けて伸長している。
【００１６】測定に当たっては、被検体38上の点Ｐが測
定ヘッド取付け環体35の中心に来るようにスライドテー
ブル39を調節する。次いで、モータ37を駆動することに
よりウォームギア36を介して測定ヘッド取付け環体35を
その中心点Ｐを通り図面の紙面に対して直角な軸を中心
に回転させ、また、モータ34を駆動することによりウォ
ームギア33、ウォームホイール32及び回転フレーム31を
介して測定ヘッド取付け環体35をその中心点Ｐを通る図
中上下方向の軸を中心に回転させ、これら２種類の回転
運動を適宜組み合わせることにより、測定ヘッド１をＰ
点を中心とする球面上の所望の位置に傾斜移動させるこ
とができる。
定ヘッド取付け環体35の中心に来るようにスライドテー
ブル39を調節する。次いで、モータ37を駆動することに
よりウォームギア36を介して測定ヘッド取付け環体35を
その中心点Ｐを通り図面の紙面に対して直角な軸を中心
に回転させ、また、モータ34を駆動することによりウォ
ームギア33、ウォームホイール32及び回転フレーム31を
介して測定ヘッド取付け環体35をその中心点Ｐを通る図
中上下方向の軸を中心に回転させ、これら２種類の回転
運動を適宜組み合わせることにより、測定ヘッド１をＰ
点を中心とする球面上の所望の位置に傾斜移動させるこ
とができる。
【００１７】図５は、測定ヘッド１の傾動制御の仕方を
説明するもので、照射点Ｐを中心とする球面上をＸ軸を
固定してＹ軸方向に半円を画くように傾動移動する状態
を示している。１つの半円のＹ軸方向への移動を終えた
らＸ軸方向に単位長さ移動して固定し、そのＸ軸上の位
置でＹ軸に再び半円を画いて傾動移動させる。この移動
制御、即ちＸ軸方向の単位長さ移動とＹ軸方向への傾斜
移動とを交互に繰り返すことによってＰ点を中心とする
球面上の移動を行なわせることができ、その移動中に前
記３個の光センサ13、14、15の受光量が等しく一致した
ときの信号をデータ処理して位置測定をする。Ｐ点の測
定ができたら照射点を次にＰ' 点に移して再度そのＰ'
点中心の球面上の傾動制御をしてＰ' 点の測定をし、以
下同様に照射点を順次移動して測定を行ない、測定面Ｓ
を全面的に照射点を走査して測定をしていけば、各照射
点では光軸が垂直に当たったときの測定が行なわれて、
全面が極めて高精度に形状測定できるものである。
説明するもので、照射点Ｐを中心とする球面上をＸ軸を
固定してＹ軸方向に半円を画くように傾動移動する状態
を示している。１つの半円のＹ軸方向への移動を終えた
らＸ軸方向に単位長さ移動して固定し、そのＸ軸上の位
置でＹ軸に再び半円を画いて傾動移動させる。この移動
制御、即ちＸ軸方向の単位長さ移動とＹ軸方向への傾斜
移動とを交互に繰り返すことによってＰ点を中心とする
球面上の移動を行なわせることができ、その移動中に前
記３個の光センサ13、14、15の受光量が等しく一致した
ときの信号をデータ処理して位置測定をする。Ｐ点の測
定ができたら照射点を次にＰ' 点に移して再度そのＰ'
点中心の球面上の傾動制御をしてＰ' 点の測定をし、以
下同様に照射点を順次移動して測定を行ない、測定面Ｓ
を全面的に照射点を走査して測定をしていけば、各照射
点では光軸が垂直に当たったときの測定が行なわれて、
全面が極めて高精度に形状測定できるものである。
【００１８】図６は、測定ヘッド１の傾動制御を、照射
点Ｐを中心とする球面上を放射状に移動させる場合の実
施例である。Ｐ点での測定が終えたら、Ｐ' 点でもＰ'
点を中心とする球面上の放射状移動により測定を行な
い、照射点を走査しながら放射状移動を繰り返して行な
うことにより精密測定をすることができる。
点Ｐを中心とする球面上を放射状に移動させる場合の実
施例である。Ｐ点での測定が終えたら、Ｐ' 点でもＰ'
点を中心とする球面上の放射状移動により測定を行な
い、照射点を走査しながら放射状移動を繰り返して行な
うことにより精密測定をすることができる。
【００１９】図７は、測定ヘッド１の傾動制御を、照射
点Ｐを中心とする球面上を渦巻き状に移動させる例であ
り、この場合の照射光軸は傾斜角度を変えながらミソ摺
り運動をするようになる。
点Ｐを中心とする球面上を渦巻き状に移動させる例であ
り、この場合の照射光軸は傾斜角度を変えながらミソ摺
り運動をするようになる。
【００２０】図８は、照射ヘッド１を固定して被測定体
３を回転傾動させる実施例で、照射点Ｐを通るＸ軸に被
測定体３を回動し、又Ｐ点を通るＹ軸に被測定体３を回
動すれば、照射光軸が傾動してヘッド１を移動させた場
合と同様の効果が得られるものである。更にＸ軸、Ｙ軸
以外にＸ−Ｙ平面内の任意の軸を中心に回動制御するこ
とができる。
３を回転傾動させる実施例で、照射点Ｐを通るＸ軸に被
測定体３を回動し、又Ｐ点を通るＹ軸に被測定体３を回
動すれば、照射光軸が傾動してヘッド１を移動させた場
合と同様の効果が得られるものである。更にＸ軸、Ｙ軸
以外にＸ−Ｙ平面内の任意の軸を中心に回動制御するこ
とができる。
【００２１】
【発明の効果】以上のように、本発明に係る光学式形状
測定方法は、測定面に光ビームを照射し、その反射光を
受光して形状測定を行なう方法に於て、上記光ビームの
照射点を定めた上で、その照射光軸を上記照射点を中心
とする球面上の任意の方向に傾斜移動させながら、上記
照射光軸を中心とする同心円周上の中心対称位置の少な
くとも３点を通る各受光軸上で得られる反射光量を比較
し、それらがほぼ等しくなったときの反射光を基礎とし
て形状測定を行なうようにしたから、常に光ビームの照
射光軸が測定面に定めた照射点に垂直に当たったときの
みの反射光を基礎として位置測定が行なわれ、したがっ
てこのときは測定面が傾斜している場合に生じる２次、
３次反射による妨害を少なくして精密な測定を行ない得
るものである。上記反射光による測定は、三角測量の原
理を利用することにより測定面の凹凸立体形状を容易に
測定できるものであるが、これを本発明方法において
は、測定面に垂直に照射光軸を当てて測定することによ
り３次元形状を測定誤差を少なくして高精度に測定する
ことができる。
測定方法は、測定面に光ビームを照射し、その反射光を
受光して形状測定を行なう方法に於て、上記光ビームの
照射点を定めた上で、その照射光軸を上記照射点を中心
とする球面上の任意の方向に傾斜移動させながら、上記
照射光軸を中心とする同心円周上の中心対称位置の少な
くとも３点を通る各受光軸上で得られる反射光量を比較
し、それらがほぼ等しくなったときの反射光を基礎とし
て形状測定を行なうようにしたから、常に光ビームの照
射光軸が測定面に定めた照射点に垂直に当たったときの
みの反射光を基礎として位置測定が行なわれ、したがっ
てこのときは測定面が傾斜している場合に生じる２次、
３次反射による妨害を少なくして精密な測定を行ない得
るものである。上記反射光による測定は、三角測量の原
理を利用することにより測定面の凹凸立体形状を容易に
測定できるものであるが、これを本発明方法において
は、測定面に垂直に照射光軸を当てて測定することによ
り３次元形状を測定誤差を少なくして高精度に測定する
ことができる。
【００２２】また、本発明に係る光学式形状測定装置
は、測定面に光ビームを照射し、その反射光を受光して
形状測定を行なう装置に於て、光源から照射される上記
光ビームの照射光軸を中心とする同心円周上の中心対称
位置の少なくとも３点を通る各受光軸上にそれぞれ光セ
ンサを設け、各光センサの受光量を比較し、それらがほ
ぼ等しいとき一致信号を出力する比較器を設け、上記比
較器の一致信号により作動して上記光センサの少なくと
も１つもしくは形状測定のため別途設けた反射光受光用
の光センサの出力信号をデータ処理する演算処理装置を
設けて成ることを特徴とするものであるから、照射光軸
を照射点を中心とする球面上の任意の方向に傾斜移動さ
せたとき、照射光軸を中心とする対称位置の複数の光セ
ンサによって反射光が受光され、その受光量が等しく一
致したとき上記比較器から一致信号を出力して検出信号
のデータ処理をする演算処理装置を働かせて形状測定を
行なうので、精密な形状測定が自動的に行われ得る。ま
た、上記複数の光センサのうちの少なくとも１つ、もし
くは形状測定のため別途設けた反射光受光用の光センサ
を三角測量法の光位置センサとして利用し、上記光位置
センサの出力信号を前記演算処理装置に供給してデータ
処理するようにしたから、高精度の形状測定が可能とな
り、また、受光量の比較用のセンサを三角測量法の光位
置センサとして兼用することにより構成を簡単にするこ
とができる。
は、測定面に光ビームを照射し、その反射光を受光して
形状測定を行なう装置に於て、光源から照射される上記
光ビームの照射光軸を中心とする同心円周上の中心対称
位置の少なくとも３点を通る各受光軸上にそれぞれ光セ
ンサを設け、各光センサの受光量を比較し、それらがほ
ぼ等しいとき一致信号を出力する比較器を設け、上記比
較器の一致信号により作動して上記光センサの少なくと
も１つもしくは形状測定のため別途設けた反射光受光用
の光センサの出力信号をデータ処理する演算処理装置を
設けて成ることを特徴とするものであるから、照射光軸
を照射点を中心とする球面上の任意の方向に傾斜移動さ
せたとき、照射光軸を中心とする対称位置の複数の光セ
ンサによって反射光が受光され、その受光量が等しく一
致したとき上記比較器から一致信号を出力して検出信号
のデータ処理をする演算処理装置を働かせて形状測定を
行なうので、精密な形状測定が自動的に行われ得る。ま
た、上記複数の光センサのうちの少なくとも１つ、もし
くは形状測定のため別途設けた反射光受光用の光センサ
を三角測量法の光位置センサとして利用し、上記光位置
センサの出力信号を前記演算処理装置に供給してデータ
処理するようにしたから、高精度の形状測定が可能とな
り、また、受光量の比較用のセンサを三角測量法の光位
置センサとして兼用することにより構成を簡単にするこ
とができる。
【図１】本発明に係る光学式形状測定装置の一実施例を
示す説明図である。
示す説明図である。
【図２】図１に示した装置の光学部分の上面図である。
【図３】本発明に係る光学式形状測定方法に於ける照射
光軸の傾斜移動操作を示す説明図である。
光軸の傾斜移動操作を示す説明図である。
【図４】本発明に係る光学式形状測定方法に於ける照射
光軸の傾斜移動装置の一実施例を示す説明図である。
光軸の傾斜移動装置の一実施例を示す説明図である。
【図５】本発明に係る測定方法に於ける照射光軸の傾斜
移動方式の一例を示す説明図である。
移動方式の一例を示す説明図である。
【図６】本発明に係る測定方法に於ける照射光軸の傾斜
移動方式の別の一例を示す説明図である。
移動方式の別の一例を示す説明図である。
【図７】本発明に係る測定方法に於ける照射光軸の傾斜
移動方式の更に別の一例を示す説明図である。
移動方式の更に別の一例を示す説明図である。
【図８】本発明に係る測定方法に於ける照射光軸の傾斜
移動方式の更に別の一例を示す説明図である。
移動方式の更に別の一例を示す説明図である。
【図９】三角測量法の原理を説明する説明図である。
【図10】従来の測定方法の説明図である。
1 測定ヘッド 11 レーザ発振器 12 照射レンズ 13,14,15 ラインセンサ 16,17,18 受光レンズ L0 照射光軸 L3,L4,L5 受光軸 2 比較演算処理装置 21,22,23 検出光量演算回路 24 比較器 25 Ａ−Ｄ変換器 26 スイッチ 27,28,29 ＣＰＵ 30 基台 31 回転フレーム 35 測定ヘッド取付け環体 38 被検体 39 被検体支持アーム
Claims (6)
- 【請求項１】 測定面(S) に光ビームを照射し、その反
射光を受光して形状測定を行なう方法に於て、上記光ビ
ームの照射点(P) を定めた上で、その照射光軸(L0)を上
記照射点(P) を中心とする球面上の任意の方向に傾斜移
動させながら、上記照射光軸(L0)を中心とする同心円周
上の中心対称位置の少なくとも３点を通る各受光軸(L3,
L4,L5)上で得られる反射光量を比較し、それらがほぼ等
しくなったときの反射光を基礎として形状測定を行なう
ことを特徴とする光学式形状測定方法。 - 【請求項２】 上記反射光による検出測定を、三角測量
法の原理に基づき行なうことを特徴とする請求項１に記
載の光学式形状測定方法。 - 【請求項３】 上記光ビームの照射光軸(L0)の傾斜移動
を、光ビームの照射点(P) を中心とする球面走査によっ
て行なうことを特徴とする請求項１に記載の光学式形状
測定方法。 - 【請求項４】 上記光ビームの照射光軸(L0)の傾斜移動
を、照射点(P) を中心とする被測定体(S) の回転によっ
て行なうことを特徴とする請求項１に記載の光学式形状
測定方法。 - 【請求項５】 測定面(S) に光ビームを照射し、その反
射光を受光して形状測定を行なう装置に於て、光源(11)
から照射される上記光ビームの照射光軸(L0)を中心とす
る同心円周上の中心対称位置の少なくとも３点を通る各
受光軸(L3,L4,L5)上にそれぞれ光センサ(13,14,15)を設
け、各光センサの受光量を比較し、それらがほぼ等しい
とき一致信号を出力する比較器(24)を設け、上記比較器
の一致信号により作動して上記光センサの少なくとも１
つもしくは形状測定のため別途設けた反射光受光用の光
センサの出力信号をデータ処理する演算処理装置(25,2
6,27,28,29)を設けて成ることを特徴とする光学式形状
測定装置。 - 【請求項６】 上記照射光軸(L0)を中心とする同心円周
上の中心対称位置の少なくとも３点を通る各受光軸(L3,
L4,L5)上にそれぞれ設けられた光センサ(13,14,15)の少
なくとも１つ、もしくは形状測定のため別途設けた反射
光受光用の光センサを三角測量法の光位置センサとして
利用し、上記光位置センサの出力信号を上記演算処理装
置(25,26,27,28,29)に供給してデータ処理するようにし
たことを特徴とする請求項１に記載の光学式形状測定装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20793691A JPH0545134A (ja) | 1991-08-20 | 1991-08-20 | 光学式形状測定方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20793691A JPH0545134A (ja) | 1991-08-20 | 1991-08-20 | 光学式形状測定方法及び装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0545134A true JPH0545134A (ja) | 1993-02-23 |
Family
ID=16547995
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20793691A Pending JPH0545134A (ja) | 1991-08-20 | 1991-08-20 | 光学式形状測定方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0545134A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012145445A (ja) * | 2011-01-12 | 2012-08-02 | Sharp Corp | 測距装置 |
-
1991
- 1991-08-20 JP JP20793691A patent/JPH0545134A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012145445A (ja) * | 2011-01-12 | 2012-08-02 | Sharp Corp | 測距装置 |
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