JPH1019525A - 形状測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被測定物の測定位置を認識することができる
と共に、任意の幅広い範囲を測定することができる。 【解決手段】 形状測定装置１０は、スリット光１４を
射出する投光装置１６及び移動機構によってスリット光
１４に沿って移動可能に取り付けられた受光装置２２か
ら構成されている。受光装置２２には一次元センサ４４
が備えられており、被測定物２０に照射されたスリット
光１４の反射光を順次受光して、電気信号を出力する。
出力された電気信号はコントローラ４８内において所定
の演算処理が施される。これによって、被測定物２０の
スリット光１４が照射された部位の表面形状を測定する
ことができ、この測定結果が形状測定装置１０の上面に
備えられた液晶ディスプレイ３４に表示される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被測定物の被測定
面にスリット光を照射し、その反射光を受光することに
よって被測定物の表面形状を測定する形状測定装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、提案されている測定装置は光源か
ら被測定物の被測定面に向かってスリット状の光ビーム
（以下、これをスリット光という）を予め定められた角
度で照射し、照射したスリット光の反射光を二次元ＣＣ
Ｄセンサによって受光して、このスリット像の位置及び
光強度に応じた電気信号に基づいて演算処理を施すこと
により、被測定物における所望の部位の形状測定を行っ
ている。

【０００３】しかし、上記のように二次元ＣＣＤセンサ
を用いた測定装置において、所定の精度を維持した状態
で測定するためにはダイナミックレンジが狭くなり、広
範囲を測定しようとする場合に精度が低下するという問
題を有している。

【０００４】これに対して、被測定物にスポット光（被
測定物の一点のみを照射する）を射出する投光素子と、
スポット光の反射光を受光する受光素子としての一次元
光電変換素子（一次元センサ）を備えた測定装置が提案
されている。この測定装置は、投光素子と一次元センサ
が同時に移動するように構成されており、一次元センサ
によって受光した被測定物の情報を二次元化するため、
広範囲を測定した場合にも精度が低下することはない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、受光素
子である一次元センサとスポット光を射出する投光素子
を同時に移動させて二次元化する測定装置では、精度を
低下させることなく広範囲を測定することができる反
面、被測定物の測定するべきラインと一次元センサの走
査ラインが交差する点のみにスポット光を照射している
ため、被測定物の測定位置を認識することが困難である
という問題が生じている。

【０００６】本発明は上記事実を考慮して、精度を低下
させることなく被測定物の広範囲を測定することができ
ると共に、被測定物の測定位置を測定前後又は測定中に
拘らず、認識することができる形状測定装置を提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１に記載の発明は、被測定物の表面形状を測定
する形状測定装置であって、前記被測定物の一方向に沿
って配列された光電変換素子列を備えたセンサユニット
と、前記センサユニットの光電変換素子列の配列方向と
直交する方向に延びるスリット光を前記被測定物の一部
に照射するスリット光照射ユニットと、前記スリット光
照射ユニットが固着され、このスリット光照射ユニット
から照射されるスリット光を受ける位置に被測定物が位
置決め可能な装置本体と、前記装置本体に設けられ、前
記センサユニットを前記スリット光照射ユニットから照
射されるスリット光に沿って移動可能な移動手段と、前
記移動手段によるセンサユニットの移動時に連続又は所
定ステップ毎に被測定物及びその周辺を含む反射光を受
光し、光電変換後の画像信号に基づいて前記被測定物の
スリット光が照射された部位の表面形状を演算する表面
形状演算手段と、を有している。

【０００８】請求項１に記載の発明によれば、光電変換
素子を備えたセンサユニットは装置本体に固着されたス
リット光照射ユニットから被測定物の一部に照射される
スリット光を受光する。スリット光は、センサユニット
の光電変換素子列の配列方向と直交する方向に延びるよ
うになっている。また、このセンサユニットは被測定物
の一部に照射されたスリット光に沿って移動手段を介し
て移動可能に取り付けられている。これにより、センサ
ユニットはスリット光に沿って移動しながら被測定物を
含むスリット光の反射光を受光し、光電変換を行う。さ
らに、表面形状演算手段ではセンサユニットから出力さ
れる光電変換された画像信号に基づいて演算処理を施
す。これによって、被測定物のスリット光が照射された
部位の表面形状を測定することができる。

【０００９】従って、被測定物にスリット光を照射する
ことによって被測定物の測定位置を認識することができ
ると共に、センサユニットをスリット光に沿って移動可
能とすることにより任意の幅広い範囲を精度を低下させ
ることなく二次元として測定することができる。

【００１０】請求項２に記載の発明は、前記移動手段
は、前記センサユニットを案内する案内手段と、前記セ
ンサユニットの案内手段に沿った移動を指示する駆動手
段と、前記センサユニットが連続又はステップ移動する
ように前記駆動手段の駆動を制御する駆動制御手段と、
から構成されることを特徴としている。

【００１１】請求項２に記載の発明によれば、センサユ
ニットはスリット光照射ユニットから照射されるスリッ
ト光に沿って移動手段を介して移動可能になっている。
移動手段は、装置本体に掛け渡された案内手段と、セン
サユニットを移動させる駆動手段と、この駆動手段の駆
動を指示する駆動制御手段から構成されている。

【００１２】これにより、駆動手段が駆動することによ
ってセンサユニットは案内手段に沿って移動する。この
とき、センサユニットは連続的又は断続的（ステップ移
動）な移動を行うように駆動制御手段によって駆動手段
を制御することができる。

【００１３】従って、時間を追って被測定物を含むスリ
ット光の反射光を受光するので、センサユニット内に備
えられている受光素子が一次元のものであっても、任意
の幅広い範囲を二次元として測定することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１には本発明の実施の形態に係
る形状測定装置１０の分解斜視図が示されている。

【００１５】なお、以下に記載する本発明の実施の形態
においては、断面が半円状の所謂かまぼこ型の物体（被
測定物２０）の表面形状を測定する場合を例として説明
する。

【００１６】形状測定装置１０の装置本体１０Ａは、ベ
ース部１２と、このベース部１２の長手方向両端にそれ
ぞれ一体形成された脚部１２Ａ、１２Ｂとで構成され、
全体としてコ字形状とされている。このベース部１２の
上方には、回路基板２８が配設されている。

【００１７】また、ベース部１２の上面にはスリット光
１４を照射する投光装置１６が配設されている。投光装
置１６はスリット光１４を照射するために必要な光源と
してのレーザダイオード、ビームを収束させるために球
面レンズで構成されたコリメータレンズ、及び収束され
たビームを一方向に発散させるロッドレンズを有してい
る（図示省略）。また、投光装置１６の下部にはフラン
ジ１６Ａが設けられ、このフランジ１６Ａが複数のボル
ト１８を介してベース部１２に固定されることによっ
て、投光装置１６はベース部１２上に保持されるように
なっている。ベース部１２には、投光装置１６の下面に
対向してスリット光１４が通過するための図示しない矩
形孔が形成されている。すなわち、投光装置１６から射
出されるスリット光１４はこの矩形孔を通過して、被測
定物２０の被測定面２０Ａに照射されるようになってい
る。これによって、被測定物２０の被測定面２０Ａ上に
は輝線４７が現れる。

【００１８】ベース部１２の下方には脚部１２Ａ、１２
Ｂに掛け渡され、このベース部１２の長手方向に沿って
互いに平行な一対のレール２４Ａ、２４Ｂが配設されて
いる。このレール２４Ａ、２４Ｂに跨がるように受光装
置２２が配設されている。すなわち、受光装置２２はそ
の外装ケーシングが矩形状でレール２４Ａ、２４Ｂと直
交する方向の両端面からフランジ２２Ａが突出され、孔
２２Ｃが設けられている。この孔２２Ｃにレール２４
Ａ、２４Ｂが挿通されることにより、受光装置２２はレ
ール２４Ａ、２４Ｂによって支持されると共に、このレ
ール２４Ａ、２４Ｂに沿って躍動可能となっている。す
なわち、受光装置２２は照射されたスリット光１４に沿
って移動するようになっている。受光装置２２の移動
は、モータ２６及びタイミングベルト６６（図２参照）
から構成される移動機構によって制御されるようになっ
ている。この移動機構に関する詳細は後述する。

【００１９】なお、受光装置２２の下面側には投光装置
１６から照射されたスリット光１４の反射光を受光する
ための入射窓２２Ｂ（図２（Ｂ）参照）が形成されてい
る。また、この受光装置２２の内部には受光レンズ及び
一次元センサ４４が備えられている。

【００２０】投光装置１６及び受光装置２２が備えられ
たベース部１２、すなわち装置本体１０Ａは、コ字形状
のケーシング３０によって被覆されるようになってい
る。このケーシング３０の上面には形状測定装置１０に
よる測定開始を指示するためのスイッチ３２が設けられ
ていると共に、液晶ディスプレイ３２が露出する矩形孔
３１が形成されている。従って、構成部品を組付けて形
状測定装置１０を構成すると、表示装置としての液晶デ
ィスプレイ３４が露出するようになっている。

【００２１】従って、オペレータがスイッチ３２をオン
にすることによって被測定物２０に対する測定処理が実
行され、測定結果が液晶ディスプレイ３４に出力される
ようになっている。

【００２２】図２（Ａ）及び（Ｂ）には受光装置２２の
移動機構の詳細が示されている。受光装置２２は図示し
ない固着手段を介してタイミングベルト６６の一部に固
着されている。タイミングベルト６６は無端状で一対の
プーリ６４Ａ、６４Ｂに巻き掛けられている。このタイ
ミングベルト６６の内周面には歯部６６Ａが形成されて
おり、プーリ６４Ａ、６４Ｂに形成された図示しない歯
部と噛み合うようになっている。また、このタイミング
ベルト６６はモータ２６の駆動によって、モータ軸２６
Ａ及びプーリ６４Ａ、６４Ｂを介して回転駆動するよう
になっており、これによって受光装置２２をレール２４
Ａ、２４Ｂに沿って移動させることができるようになっ
ている。

【００２３】以下、図３を用いて形状測定装置１０にお
ける電気的構成を説明する。スイッチ３２が操作される
と、コントローラ４８はレーザ駆動回路（回路基板２８
に設けられている）の駆動を指示する。これにより、投
光装置１６（レーザダイオード）はスリット光１４を被
測定物２０の一部に照射するようになっている。

【００２４】また、これと同時にモータ駆動回路によっ
てモータ２６の駆動が制御され、受光装置２２がスリッ
ト光１４に沿って移動するようになっている。受光装置
２２は検出タイミング発生回路によってスリット光１４
の反射光の受光タイミングが制御され、被測定物２０を
含むスリット光１４の反射光を時間を追って受光するよ
うになっている。受光された反射光は、一次元センサ４
４における位置や光強度に応じた電気信号を出力するよ
うになっている。

【００２５】受光装置２２の出力端は、増幅回路（ＡＭ
Ｐ）５０の入力端に接続されている。従って、受光装置
２２から出力される電気信号は増幅回路５０によって所
定の増幅率で増幅される。さらに、増幅回路５０の出力
端はアナログデジタル変換器５２（以下、Ａ／Ｄ変換器
と示す）の入力端に接続されており、増幅された電気信
号が入力されて所定時間毎にサンプリングが行われる。
サンプリングされたデジタル信号はコントローラ４８に
出力されるようになっている。

【００２６】コントローラ４８では、サンプリングされ
たデジタル信号に基づいて被測定物２０の表面形状を測
定するための演算処理を行うようになっている。コント
ローラ４８には表示装置である液晶ディスプレイ３４が
接続されており、演算結果が出力される。

【００２７】このようにして、受光装置２２がスリット
光１４に沿って移動しながら被測定物２０を含む反射光
を時間を追って受光するため、測定しようとする範囲が
広くても精度を下げることなく測定することができる。
従って、被測定物２０の所望の部位の表面形状を測定す
ることができる。

【００２８】次に本実施の形態の作用を説明する。図１
に示されるように、形状測定装置１０は投光装置１６に
おけるスリット光１４の射出面及び受光装置２２に備え
られた入射窓２２Ｂが被測定物２０に対向するように配
置する。

【００２９】被測定物２０の表面形状の測定を開始する
場合に、オペレータは形状測定装置１０の上面に設けら
れているスイッチ３２を操作してオンにする。スイッチ
３２をオンにすると、受光装置２２の移動を指示するモ
ータ２６が駆動する（図５参照）。これにより、受光装
置２２は予め定められた範囲を連続的に移動する。例え
ば、図４（Ａ）に示すＡ〜Ｃの範囲を移動する。また、
受光装置２２の移動と同時に投光装置１６からは所定時
間毎にスリット光１４が被測定物２０に向かって射出さ
れる。スリット光１４が被測定物２０に照射されること
により、被測定物２０の被測定面２０Ａ上には輝線４７
が現れる。

【００３０】受光装置２２はタイミングベルト６６とプ
ーリ６４Ａ、６４Ｂを介してスリット光１４、すなわち
被測定面２０上の輝線４７に沿って移動しながら、被測
定物２０を含むスリット光１４の反射光を順次、一次元
センサ４４に受光する（図４（Ｂ）参照）。本実施の形
態に係る形状測定装置１０の受光装置２２に備えられて
いる受光素子は一次元であるため、二次元である輝線４
７の一部分（一次元センサ４４の走査ラインと輝線４７
が交差する点）毎に順次、受光することになる。こうし
て一次元センサ４４に受光されたスリット光１４の反射
光は、この位置や光強度に応じた電気信号を出力する。

【００３１】受光装置２２から出力された電気信号は、
増幅回路５０によって所定の増幅率で増幅されてＡ／Ｄ
変換器５２に入力される。続いて、Ａ／Ｄ変換器５０に
よって所定時間毎にサンプリングされ、デジタル信号に
変化された後にコントローラ４８に出力される。デジタ
ル信号がコントローラ４８に入力されると、形状測定の
ための演算が行われる。

【００３２】演算処理が終了し、演算結果が液晶ディス
プレイ３４に出力されると、一連の形状測定処理が完了
する。

【００３３】以上説明したように、スリット光１４を被
測定物２０に照射することにより、測定位置を認識する
ことができると共に、スリット光１４の反射光を受光す
る一次元センサ４４が備えられた受光装置４４を被測定
物２０の被測定面２０Ａ上の輝線４７に沿って移動可能
となるように構成したので、任意の幅広い範囲を二次元
として精度を低下させることなく測定することができ
る。

【００３４】なお、本発明の実施の形態ではロッドレン
ズを利用することでスリット状の光を得る例について説
明したが、スリット状の光を得る素子としてシリンドリ
カルレンズ、シリンドリカルミラー等を用いることもで
き、回転多面鏡等のレーザービームをスキャンすること
によりスリット状の光を得ることもできる。

【００３５】また、本実施の形態においては形状測定結
果の出力手段として液晶ディスプレイを用いる場合を例
にとり説明したが、出力手段は液晶ディスプレイに限定
されるものではない。例えば、プリンタ等を用いて紙等
の記憶媒体に印刷することによって測定結果を出力する
方法や、スピーカー等の音声出力装置によって測定結果
を音声出力する方法等も考えられる。さらに、二次元で
の表示ではなく複数のデータを合成し、画像処理を施す
などして立体的な三次元情報として表示を行うようにし
てもよい。

【００３６】さらに、本発明の実施の形態は、図５のタ
イムチャートに示されるように受光装置２２が連続的に
移動し、この移動中に投光装置１６からスリット光１４
が断続的に射出される構成としたが、この構成に限定さ
れるものではない。例えば、図６に示されるように受光
装置２２がステップ移動するようにモータ２６を制御す
るようにしてもよいと共に、投光装置１６からスリット
光１４が連続的に照射されるようにしてもよい。

【００３７】また、本実施の形態においては受光装置２
２内にスリット光１４の反射光を受光する一次元センサ
４４を設けたが、この一次元センサ４４に代わって、Ｐ
ＳＤ（ポジションセンシティブデバイス）を用いてもよ
い。

【００３８】なお、本実施の形態の形状測定装置１０は
図７（Ａ）及び（Ｂ）に示されるような構成としてもよ
い。すなわち、装置本体８０を支持する脚部８２が収納
可能（図７（Ａ）参照）もしくは脱着可能（図７（Ｂ）
参照）となるように構成してもよい。これにより、必要
に応じて脚部８２を装置本体８０内に収納、もしくは取
り外すことができるので携帯して持ち運ぶ場合などに便
利である。装置本体８０の上面には、持ち運ぶ場合の把
手８４が取り付けられている。また、脚部８２によって
装置本体８０の高さを調整することができるので、被測
定物２０の大きさに拘らず、正確な測定を行うことがで
きる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明の形状測定装
置は、被測定物にスリット光を照射することにより測定
位置を認識することができると共に、一次元センサを移
動可能となるように構成したので任意の幅広い範囲を精
度を低下させることなく二次元として測定することがで
きるという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る形状測定装置の構成
を示す分解斜視図である。

【図２】（Ａ）は形状測定装置の側面図であり、（Ｂ）
は形状測定装置の下面図である。

【図３】本発明の実施の形態に係る形状測定装置の概略
構成を示すブロック図である。

【図４】（Ａ）は受光装置の移動位置（Ａ〜Ｃ）を示す
概略斜視図であり、（Ｂ）はそれぞれの位置における一
次元センサへの結像状態を示す概略図である。

【図５】形状測定装置による測定動作における各信号を
示すタイムチャートである。

【図６】その他の実施の形態としての形状測定装置にお
ける各信号を示すタイムチャートである。

【図７】その他の実施の形態としての形状測定装置を示
す概略斜視図である。（Ａ）は脚部が収納可能な形状測
定装置であり、（Ｂ）は脚部が脱着可能な形状測定装置
である。

【符号の説明】

１０ 形状測定装置 １６ 投光装置（スリット光照射ユニット） ２２ 受光装置（センサユニット） ２４Ａ、２４Ｂ レール（案内手段） ２６ モータ（移動手段、駆動手段） ２８ 回路基板（駆動制御手段） ３４ 液晶ディスプレイ ４４ 一次元センサ ４８ コントローラ（表面形状演算手段） ６４Ａ、６４Ｂ プーリ（駆動手段） ６６ タイミングベルト（駆動手段）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定物の表面形状を測定する形状測定
   装置であって、 前記被測定物の一方向に沿って配列された光電変換素子
   列を備えたセンサユニットと、 前記センサユニットの光電変換素子列の配列方向と直交
   する方向に延びるスリット光を前記被測定物の一部に照
   射するスリット光照射ユニットと、 前記スリット光照射ユニットが固着され、このスリット
   光照射ユニットから照射されるスリット光を受ける位置
   に被測定物が位置決め可能な装置本体と、 前記装置本体に設けられ、前記センサユニットを前記ス
   リット光照射ユニットから照射されるスリット光に沿っ
   て移動可能な移動手段と、 前記移動手段によるセンサユニットの移動時に連続又は
   所定ステップ毎に被測定物及びその周辺を含む反射光を
   受光し、光電変換後の画像信号に基づいて前記被測定物
   のスリット光が照射された部位の表面形状を演算する表
   面形状演算手段と、 を有する形状測定装置。
2. 【請求項２】 前記移動手段は、前記センサユニットを
   案内する案内手段と、前記センサユニットの案内手段に
   沿った移動を指示する駆動手段と、前記センサユニット
   が連続又はステップ移動するように前記駆動手段の駆動
   を制御する駆動制御手段と、から構成されることを特徴
   とする請求項１記載の形状測定装置。