JPH0731048B2 - 画像処理型測定機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、画像処理型測定機に係り、一層詳細には、光
源から出力された照明光を被測定物に対して所定の角度
傾斜した方向から照射して被測定物の端部（エッジ部）
の影を鮮明に描写可能とする画像処理型測定機に関す
る。

〔背景技術〕

従来、被測定物の寸法、形状等を測定する際、照明光を
被測定物に照射してその寸法、形状等を測定する装置と
して、例えば、工具顕微鏡、投影機、視認型三次元測定
機等の種々の画像処理型測定機が普及している。

この種の画像処理型測定機の中に、被測定物に対して略
垂直上方から照明光を照射し、その照明光により画像を
表示装置等に描写することで、その寸法、形状等を測定
する垂直落射照明方式を採用しているものがある。この
垂直落射照明方式は被測定物の形状が比較的簡単な物を
測定する時に用いられる場合が多く、複雑な形状を呈す
る被測定物、例えばエッジ部を数多く有する被測定物
（階段状の物）を測定する場合には、そのエッジ部の影
を表示装置等に描写できないことがある。

そこで、前記エッジ部の影を描写するために、所定角度
傾斜した方向から照明光を被測定物に照射してその反射
光を受光することで、エッジ部の影を検出する斜め反射
方式を採用した画像処理型測定機が案出され、例えば、
米国特許第4567551号にその技術的思想が開示されてい
る。

この技術的思想は、略水平方向に配設された光源から発
散光を出力して、固定ミラーでその発散光を斜め下方に
反射した後、ガラス板等でその発散光を屈折させて被測
定物に光を照明することで、寸法、形状等を測定するも
のである。

〔発明が解決しようとする課題〕

然しながら、この場合、被測定物に対する照明角度は一
定の為、前記被測定物が例えば、コイン等のように浅い
エッジ部を有する場合には、前記エッジ部の影を鮮明に
描写できない。このため、表示装置等に描写された画像
は立体感を損なうものとなり、この結果、前記被測定物
の正確な形状を把握することが難しくなるとともに、寸
法等を正確に測定することが困難となる不都合が生じ
る。

本発明の目的は、浅いエッジ部等をも鮮明に描写できる
画像処理型測定機を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、被測定物の照明にあたり、被測定物のエッジ
部の形状等に応じて照明角度を変更すればよいことに着
目してなされたものである。

具体的には、本発明は、被測定物を載置する載物台と、
この載物台の一側に立設された支持台と、この支持台に
配設された被測定物の形状認識手段と、この形状認識手
段に対し昇降可能に配設された照明本体およびこの照明
本体に傾斜可能に支持され反射光を前記被測定物に対し
て所定角度傾斜した方向から照射する可動ミラーを含
み、可動ミラーの傾斜角度に応じて照射角度が変更可能
な照明手段と、この照明手段を昇降駆動する昇降駆動手
段と、この昇降駆動手段による前記照明手段の昇降駆動
に連動して駆動されるとともに、前記照明手段の照射角
度を変更する角度変更手段とを具備し、前記角度変更手
段は、前記照明手段に回転自在に支持された回転体と、
この回転体と前記形状認識手段との間に設けられた形状
認識手段に対する照明手段の昇降駆動を回転体の回転移
動に変換する第１のカム機構と、前記回転体と前記照明
手段との間に設けられた回転体の回転移動を照明手段の
照明角度の変更移動に変換する第２のカム機構とを含ん
で構成されたことを特徴とする画像処理型測定機であ
る。

〔作用〕

このような本発明の画像処理型測定機において、載物台
上に被測定物を載置するとともに、この被測定物に対し
形状認識手段を対向させる。この状態で、昇降駆動手段
を駆動して照明手段を昇降させると、この照明手段の昇
降に連動して角度変更手段により、照明手段がその照射
角度を変更される。従って、この照明手段の照射角度が
被測定物のエッジ部の形状等に応じた最適な角度となる
ように前記照明手段の昇降量を設定すれば、被測定物の
エッジ部も適正に照明でき、形状認識手段による描写も
鮮明にできる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図〜第５図には本発明の実施例が示され、本実施例
の画像処理型測定機10は、第１図に示されるように、い
わゆる工具顕微鏡からなる顕微鏡20と、画像表示装置90
とから構成されている。

前記顕微鏡20は、側面Ｌ字形の支持台21を含み、この支
持台21の水平方向に延長された基部21A上には、いわゆ
るＸ−Ｙテーブルからなる載物台22が設置されている。
この載物台22は、水平面内における直交二軸、すなわ
ち、左右方向であるＸ軸方向と、前後方向であるＹ軸方
向との二軸方向に移動可能にされている。この載物台22
のこれらX,Y軸方向への移動量は、それぞれＸ軸マイク
ロメータヘッド23及びＹ軸マイクロメータヘッド24によ
り、設定あるいは計測できるようになっている。また、
載物台22上にはコイン等の被測定物25が載置されてい
る。

前記支持台21の前面上部には、上下動つまみ26を有する
上下動ガイド27が取付けられている。この上下動ガイド
27には側面コ字形の支持枠31が上下動可能に支持され、
上下動つまみ26を回動操作することにより、図示しない
ラック、ピニオン機構等により支持枠31が上下動するよ
うになっている。支持枠31の前面開放端において左右両
端にはそれぞれ円柱体32が介装されて支持枠31の補強が
なされるとともに、支持枠31の開放側には平面コ字形の
カバー33が取付けられるようになっている。

前記支持枠31の中心部には、支持枠31の下方に突出され
た対物レンズ34（第２図参照）、この対物レンズ34と同
軸上に設けられた結像レンズ35、この結像レンズ35と同
軸上に設けられ、支持枠31上に突出されたCCDカメラ36
とからなる光学系手段37が設けられている。このCCDカ
メラ36には配線コード38が接続され、この配線コード38
は前記画像表示装置90へと連結されている。ここにおい
て、前記支持枠31、円柱体32、カバー33及び光学系手段
37により形状認識手段30が構成されている。

前記支持枠31には、第２図にも示されるように、支持枠
31内に設けられた軸受板41と、支持枠31の下面に突出し
て設けられた軸受筒42とを介して上下方向摺動自在に昇
降軸43が支持され、この昇降軸43の下端にはＬブラケッ
ト44を介して照明手段50の照明本体51が取付けられてい
る。また、昇降軸43の支持枠31内に位置する一側面に
は、ラック45が設けられるとともに、このラック45には
回転駆動源としての減速機付のモータ46の出力軸に固定
されたピニオン47が噛合されている。ここにおいて、軸
受板41からピニオン47に至るまでの一連の番号の部材に
より、照明手段50の昇降駆動手段40が構成されている。

前記照明手段50の照明本体51は、第2,3図にも示される
ように、中空円盤状に形成されるとともに、この照明本
体51の上面には円環状のライトカバー52が固定されてい
る。このライトカバー52内には、90゜等間隔位置に、そ
れぞれリード線53を接続された四つの光源54が設けられ
ている。これらの光源54の下方位置において、照明本体
51には、それぞれ光源54からの放射光を平行光にするコ
リメートレンズ55が設けられている。このコリメートレ
ンズ55の下方位置には、水平面に対し40゜の角度で傾斜
された固定ミラー56が照明本体51に支持され、コリメー
トレンズ55を通過してきた垂直方向の光を水平よりも下
方の方向に反射するようになっている。この固定ミラー
56により反射された照明光の進行方向には、可動ミラー
57が配置され、この可動ミラー57はミラーホルダ58に支
持されている。ミラーホルダ58は、第５図にも示される
ように、前後両端に突出された支軸59を介して保持ブラ
ケット61の立上がり部61Aに、第５図中矢印方向に揺動
自在に支持されている。従って、ミラーホルダ58を介し
て可動ミラー57は傾斜角度変更可能にされ、この可動ミ
ラー57の傾斜角度を変更することにより、照明手段50の
照射角度を変更できるようになっている。

ここにおいて、前記固定ミラー56を水平方向に対し約40
゜の角度に設定したのは、光源54から照射された光が固
定ミラー56で反射してやや下方に向くようにするためで
ある。これは、固定ミラー56を水平方向に対し45゜以上
に設定すると、固定ミラー56から出て可動ミラー57で反
射した照明光が、当該固定ミラー56と干渉する可能性が
あるからである。ただし、固定ミラー56と可動ミラー57
との距離を大きく設定すればこの干渉は生じないが、装
置が大型化してしまうという不利な点が生じる。

また、四つの光源54は、それぞれ独立して構成されてお
り、各リード線53を介して接続された図示しない調光装
置を操作することにより、それぞれの光量制御を自在に
行うことができる。

なお、コリメートレンズ55、固定ミラー56、可動ミラー
57、ミラーホルダ58等は、実際には同一要素のものが四
組あるが、ここでは一組だけ図示して説明し、他の三組
についてはその詳細な説明を省略した。

前記可動ミラー57を保持しているミラーホルダ58に突設
された軸部58Aには、可動ミラー57を所定角度に傾斜さ
せて照明手段50の照射角度を変更する角度変更手段70が
関与するようになっている。

すなわち、角度変更手段70は、第３図〜第５図にも示さ
れるように、照明手段50の照明本体51に複数のボール71
を介して回転自在に支持され、照明本体51と一体に昇降
する断面コ字形の円環状の回転体72と、この回転体72と
前記形状認識手段30の支持枠31との間に設けられ、形状
認識手段30に対する照明手段50の昇降移動を回転体72の
回転移動に変換する第１のカム機構75と、前記回転体72
と前記照明手段50のミラーホルダ58との間に設けられ、
回転体72の回転移動を照明手段50の可動ミラー57の角度
変更、換言すると、照明角度の変更移動に変換する第２
のカム機構80とを含んで構成されている。

前記第１のカム機構75は、回転体72に立設されるととも
に、支持枠31の下辺に形成された孤状孔31Aを貫通して
支持枠31内にまで延長された連動軸76と、この連動軸76
の上端に突設されたカムフォロワ77と、このカムフォロ
ワ77が係合されるとともにカムフォロワ77の上下方向の
移動に伴い当該カムフォロワ77を回転体72の回転方向に
案内するカム溝78Aを有する彎曲したカム板78とから構
成されている。

また、前記第２のカム機構80は、前記ミラーホルダ58に
突設されるとともに、照明本体51に形成された貫通孔51
Aを貫通して突設された軸部58Aの上端に回転自在に支持
されたカムフォロワ81と、前記回転体72の下面に固定さ
れるとともに、カムフォロワ81が係合されるカム溝82A
を有する円環板状のカム板82と、照明本体51に突設され
た止めピン83と軸部58Aとの間に介装され、カムフォロ
ワ81を常時カム溝82Aの一側縁に付勢する引張りばね84
とから構成されている。この際、カム板82のカム溝82A
は、円環板状のカム板82に対し、それぞれ90゜間隔離間
して四つ設けられ、かつ、各カム溝82Aは、カム板82の
半径方向に対して所定角度傾斜して内方から外方に指向
するようにされた溝とされ、回転体72の回転に伴うカム
板82の回転によって、カムフォロワ81が第５図中、二点
鎖線で示すように支軸59を介して引張りばね84に抗して
傾斜するように形成されている。従って、このカムフォ
ロワ81の傾斜に伴い、軸部58Aを介してミラーホルダ58
が傾斜し、このミラーホルダ58に支持されている可動ミ
ラー57も傾斜し、固定ミラー56からくる照明光の反射角
度を変更できるようになっている。

第１図において、画像表示装置90は、CRT91と、前記モ
ータ46の駆動制御を行うとともに、前記四つの光源54の
各々の光量制御を行い、かつ、CCDカメラ36からの信号
をCRT91に表示させる制御装置92とから、構成されてい
る。この制御装置92は、前記各制御を行うためのつま
み、スイッチ等からなる操作部93を、その前部に備えて
いる。

次に、本実施例の作用につき説明する。

第１図において、載物台22上に載置された被測定物25が
対物レンズ34の対向位置に配置されるように、載物台22
のＸ軸及びＹ軸マイクロメータヘッド23,24を回して設
定する。

次いで、上下動つまみ26を動かして対物レンズ34の焦点
位置に被測定物25の所定部位が位置するように設定す
る。これらの設定に当たり、予め操作部93を操作して照
明手段50の光源54を点灯しておき、光源54からの光をコ
リメートレンズ55で平行光にし、更に、固定ミラー56を
介して可動ミラー57に照明光を入力し、この可動ミラー
57から被測定物25に向って照明光を照射しておく。

前記各設定が終了した状態で、被測定物25のエッジ部等
が適正な照明状態にない場合には、制御装置92の操作部
93を操作して昇降駆動手段40のモータ46を駆動し、ピニ
オン47、ラック45を介して昇降軸43を上下動させ、更
に、Ｌブラケット44を介して照明手段50を昇降させる。
この際、照明手段50は、第２図中、実線で示される最上
位置から二点鎖線で示す最下位置まで昇降可能とされて
いる。また、前記最上位置においては、可動ミラー57か
ら被測定物25に照射されるときの照明光の水平方向に対
する角度θ_１＝60゜とされている。

前記照明手段50が第２図の実線で示す位置にあり、可動
ミラー57からの照明光が被測定物25に対して水平方向に
対し60゜の角度で照射されている場合であって、被測定
物25のエッジ部が浅い等の理由により、CRT91にエッジ
部の映像が正確に描写されないときには、前述のように
操作部93を操作して前記モータ46を駆動し、昇降軸43を
介して照明手段50を下降させる。この照明手段50の下降
に伴い、照明本体51に回転自在に支持されている回転体
72も下降し、この回転体72に立設された連動軸76も下降
することとなる。この連動軸76の下降に伴い、カムフォ
ロワ77も下降しようとするが、このカムフォロワ77は、
カム板78のカム溝78Aに係合されているため、カム溝78A
の形状に沿って連動軸76を介して回転体72を、第３図中
矢印方向、上方からみて反時計方向に回転駆動すること
となる。

回転体72の回転により、回転体72と一体に設けられたカ
ム板82も回転する。このカム板82の回転によりカム板82
に形成されたカム溝82Aも回転するが、このカム溝82A
は、第４図にも示されるように、半径方向に対し、傾斜
した溝とされており、かつ、矢印方向の回転に対してカ
ム溝82Aがカム板82の中心から遠ざかる方向に形成され
ているため、このカム溝82Aに係合されているカムフォ
ロワ81がカム板82に対し、カム板82の回転に伴い半径方
向の外側に向って変位されることとなる。従って、第５
図に示されるように、カムフォロワ81が取付けられたミ
ラーホルダ58の軸部58Aは、支軸59を中心として第５図
中実線位置から二点鎖線位置へと傾斜し、可動ミラー57
は図中時計方向に回動することとなる。この可動ミラー
57の回動により、固定ミラー56から入射され、可動ミラ
ー57に反射して出力される照明光は、水平方向に対して
前記角度θ_１＝60゜よりも順次小さい角度となるように
される。

このようにして、照明手段50が順次下降すると、可動ミ
ラー57が第５図中時計方向に傾斜し、可動ミラー57から
反射される照明光は順次水平方向に近い照射角度とな
り、第２図中二点鎖線で示す照明手段50の最下位置にあ
っては、可動ミラー57からの照明光は水平方向に対し、
角度θ_２＝30゜の角度とされる。従って、可動ミラー57
により反射される照明光の傾斜角度θは角度θ_１〜θ_２
＝60゜〜30゜の範囲で調整可能とされる。このため、照
明光の傾斜角度θが水平方向に近づくに従い、照明光の
被測定物25に対する入射角度が浅くなるため、被測定物
25のエッジ部が浅い場合でも、CRT91に被測定物25のエ
ッジ部の影が鮮明に描写されることとなる。

また、照明手段50の下降操作により、被測定物25の浅い
エッジ部の影もより鮮明に描写することができるように
なるが、光源54の光が弱い場合には、操作部93を操作し
て四つの光源54をそれぞれ独立に光量制御し、各部位の
照度を適正に設定する。

このようにして照明角度及び照明光量の設定が適正に済
んだ場合には、画像表示装置90のCRT91上には被測定物2
5の映像が鮮明に描写されるため、この表示を見ながら
所定の寸法測定等を行う。

なお、被測定物25に照射された照明光は、被測定物25か
ら反射され、対物レンズ34、結像レンズ35を介してCCD
カメラ36に入射され、ここで光電変換された電気信号は
配線コード38を介して画像表示装置90の制御装置92に入
力されることにより、前述のようにCRT91にその画像が
表示されるものである。

前述のような本実施例によれば、次のような効果があ
る。

本実施例においては、照明手段50を形状認識手段30に対
し昇降可能に設けるとともに、照明手段50の可動ミラー
57を傾斜角度変更可能に設けて照明角度を変更可能にし
たから、被測定物25のエッジ部の形状等に応じて常に適
正な角度から照明を行え、立体感を損なうことなくエッ
ジ部等の鮮明な画像を得ることができる。また、可動ミ
ラー57の傾斜角度は、角度変更手段70の作用により、照
明手段50の昇降動作と関連して傾斜させるようにしたか
ら、可動ミラー57による被測定物25への照明位置を常に
一定にできるという効果がある。更に、角度変更手段70
は、回転体72及び第１、第２のカム機構75,80によるカ
ムを使った連動機構としたから、可動ミラー57の角度変
更を簡単な構造で実施することができ、組立作業の簡易
化、組立作業時間の短縮化とも相俟って、顕微鏡20を安
価に提供できる。

また、照明手段50の四つの光源54は、それぞれ独立に光
量制御をできるため、被測定物25の各部位に応じた適正
な照明を行うことができる。更に、ミラーホルダ58の軸
部58Aは引張りばね84により常時付勢されているため、
軸部58Aに設けられたカムフォロワ81はカム板82のカム
溝82Aに常時一方向から当接されており、カムフォロワ8
1とカム溝82Aとのバックラッシュを効果的に防止するこ
とができる。

なお、本発明は、前記実施例の構成に限定されるもので
はなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の
改良並びに設計変更ができる。

例えば、第一実施例において、第１のカム機構75におけ
るカム板78を回転体72側に設け、カムフォロワ77を支持
枠31側に設けてもよく、要するに、この第１のカム機構
75は、回転体72と形状認識手段30との間に設けられ、形
状認識手段30に対する照明手段50の昇降移動を回転体72
の回転移動に変換できる構造のカムであればよい。この
第１のカム機構75における考え方は、第２のカム機構80
においても同様に適用でき、カム板82を軸部58A側に、
カムフォロワ81を回転体72側に設けてもよいことは勿論
である。

更に、前記実施例において、固定ミラー56も回動可能に
設けてもよく、両ミラー56,57をともに駆動するように
してもよい。更に、光源54は四つをそれぞれ独立に光量
制御できるものでなくともよく、全体を一つの光源とし
てもよいが、前記実施例のように独立に制御可能とすれ
ば、被測定物25の形状に合った光量制御をできるという
利点がある。

また、光源54は前記実施例のように、照明本体51に直接
取付けるものに限らず、照明本体51とは別個の位置に設
け、照明本体51の位置までには光ファイバ等を用いて導
いてもよく、要するに、固定ミラー56に所定の光を入射
できるものであればよい。更に、照明手段50としては必
ずしもミラー56,57を用いるものに限らず、光源54を照
明本体51に対し直接傾斜可能に設け、この光源54を傾斜
させることにより被測定物25に対する照明角度を変更す
るようにしたものであってもよい。

また、照明手段50の形状認識手段30に対する昇降は、照
明手段50が直接形状認識手段30に支持された状態でなさ
れるものでなくともよく、例えば、照明手段50が支持台
21に対し昇降可能に支持され、照明手段50の支持台21に
対する昇降が結果的に形状認識手段30に対して昇降され
るものでもよい。更に、形状認識手段30の構成も前記実
施例の構成に限らず、例えばCCDカメラ36はイメージオ
ルシコン等を用いてもよい。

また、本発明に係る画像処理型測定機としては、前記実
施例のように工具顕微鏡に適用したものに限らず、投影
機、三次元測定機等の他の形式の光学式測定機にも適用
できるものである。

〔発明の効果〕

前述のような本発明によれば、照明手段の昇降量を調整
するだけで、照明手段の照射角度が被測定物のエッジ部
の形状等に応じた最適な角度に自動的に設定されるか
ら、エッジ部が浅いような被測定物においても、容易に
鮮明な画像を得ることができ、かつ、その構造も簡易で
装置全体を安価に提供できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は本発明を工具顕微鏡に適用した一実施
例を示すもので、第１図はカバーを取外した状態の斜視
図、第２図は第１図の照明手段部分の拡大断面図、第３
図は同じく照明装置部分の一部を切り欠いた拡大斜視
図、第４図は回転体部分の分解斜視図、第５図は角度変
更手段の要部を示す拡大断面図である。 10……画像処理型測定機、20……顕微鏡、21……支持
台、22……載物台、25……被測定物、30……形状認識手
段、40……昇降駆動手段、50……照明手段、51……照明
本体、54……光源、56……固定ミラー、57……可動ミラ
ー、70……角度変更手段、72……回転体、75……第１の
カム機構、80……第２のカム機構。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被測定物を載置する載物台と、 この載物台の一側に立設された支持台と、 この支持台に配設された被測定物の形状認識手段と、 この形状認識手段に対し昇降可能に配設された照明本体
   およびこの照明本体に傾斜可能に支持され反射光を前記
   被測定物に対して所定角度傾斜した方向から照射する可
   動ミラーを含み、可動ミラーの傾斜角度に応じて照射角
   度が変更可能な照明手段と、 この照明手段を昇降駆動する昇降駆動手段と、 この昇降駆動手段による前記照明手段の昇降駆動に連動
   して駆動されるとともに、前記照明手段の照明角度を変
   更する角度変更手段と、を具備し、 前記角度変更手段は、前記照明手段に回転自在に支持さ
   れた回転体と、この回転体と前記形状認識手段との間に
   設けられ形状認識手段に対する照明手段の昇降移動を回
   転体の回転移動に変換する第１のカム機構と、前記回転
   体と前記照明手段との間に設けられ回転体の回転移動を
   前記可動ミラーの傾斜角度の変更移動に変換する第２の
   カム機構とを含んで構成されたことを特徴とする画像処
   理型測定機。
2. 【請求項２】請求項第１項において、前記照明手段は、
   前記照明本体に設けられた光源と、前記照明本体に設け
   られ光源からの光を所定角度に反射する固定ミラーと、
   この固定ミラーからの反射光を所定角度に反射するとと
   もに照明本体に対し傾斜可能に支持された可動ミラーと
   を含んで構成されたことを特徴とする画像処理型測定
   機。