JPS61151405A - 光学‐電子測定法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、特許請求の範囲第１項の　概念に特徴を記述
し友ような、部品を検査する光学−・電子測定法、該測
定法を実施するのに必要な装置　　　　　　　　　に関
する。

従来技術 部品ないしは工作片を検査゛ないしは測定する友めの非
接触的な光学−電子測定法が公知であり、そのばあいに
は几いてい光源によ・つて作り出される工作片の陰影ａ
ｔ−ｍｓさせ、センサで作り出される電気信号を測定用
に評価する。

この測定法ＫＬって達成できる測定精度はたいてい不十
分である。その上この穐の測定法では光源、工作片おＬ
びセンサ間の距離′（！−精密に維持することが要求さ
れる。このことは、要求される高い製造および組立て精
度を守ることができないか、ｔ７ｔはこれらの寸法が九
とえば温度変化ま九は撮動の工うな周囲の影響にＬつて
使用中に変ｆヒするばあいには測定精度に不利に作用す
る。測定すべき工作片に沿って測定装置ｔｓ勧させるば
あいでも、この必要な精度は守ることができなければな
らない。もう１つの欠点として精密な測定にはセンサの
高い解像力が必要である。現在製造可能で、このＬうな
解１象力をもたないセンサを用いてこれは補正に二つて
評価時に部分的に補償できるが、しかしそのたとえば半
導体材料上に回路を製造するばあいに平行線の間隔を測
定する方法が公知であり％これは回折パターンを用いて
行なわれる。ごのばあい回折ツクターンは測定物体から
反射する光から得られ、そのさい９、可変周波−数の光
電ダイオードが走査される。測定物体にＬる光の反射が
必要な九め、この測定法の使用範囲゛は非常に限定され
ており、前記文献に紹介された部品にしか応用できない
。

発明の目的 本発明の課題は、公知の方法の前記の欠点を消除しｔ上
で、ミクロン戯曲の測定精度にもがかわらず、部品の直
径おＬび長さの測定ならびに輪郭の検査のような多様′
な用途をｇ！障する最初に記述し７ｔ、１１１類の方法
を提供することである。

それに必要な装置は、測定光学系の構造が簡単であるに
もかかわらず、測定精度を不変のまま測定範囲を大きく
することができるものである。

発明の構成 これは本発明の方法の特許請求の範囲第１項、装置の特
許請求の範囲第１０．ＩＪの構Ｈ！ｉ、要件により達成
される。

部品の検査すべきへりに工って作り出゛されるは、測定
すべき部品ヘリの位置はセンサ面に関して精密には位置
決めする必要がないことを意味する。計算機支援画微処
理を用いるため、輪郭の真の画像は計算機プログラムに
工っではじめて求められる。その几め部品の算出される
ヘレーザ光ｔ−使用のばあい強く起こる干渉作用は、本
発明的方法では妨害にならないばかりか、逆にへりの精
密な位置決定にさらに貢献する。

本発明的装置によって、自動式生産の部品ないしは工作
片の検査のさいにそれらに求められルスヘテの必要条件
か満される。これらの必要条件は下記のとおりである。

一非接触的測定 一短い測定時間（数秒間） −大きい測定ａ囲ないしは融通注すなわち短い切換え時
間 一小さい測定非信頼囲（数ミクロン） −短い評価時間、それに１つて工具を実時間的に調整で
きろう ゛なお本発明においては部品の直径おＬび長さを測定す
るためならびに形状おＬび半径、面取り、ねじ切りおよ
びみそ切りの寸法精［１−検査する友めに特許請求の範
囲第１項から第１９項までの°いずれかに記載の方法お
よび装置を使用することができる。

さらに上記使用の際部品の表面粗さを測定する九めに用
いることができる。

実施例 本発明ｔ−図面に基づいてμ下に詳細に説明する。

第１図に図示し九測定配置はへり２を有する検査すべき
部品１ｔ−示す。該部品は光＠３とセンサ４との間に配
置してある。回折像に対応してセンサ４に発生する電気
信号５は評価部６に供給され、セしてヘク２の位置およ
び／まｔは輪郭ないしは好適が算出される。可干渉性で
、単色の光源３はおもにレーザダイオードであり。

その光ビームはレンズ系７にＬつて拡１臨し、かつ平行
にする。とくにレンズ糸７にはアクロマートラ使用する
、アクロマートのなお小さい収差は補正プログラムＶＣ
Ｌって計算機でさらに補正することができる６へり２の
経過を測定するには２次元回折像が必要である。それに
は平面センサ（ＣＣＤマトリックスカメラ）を使用する
ことができる。しかし技術の現状では、この解像力ない
しは七ｎから得られる測定範囲は不十分である。Ｌジ有
利なのが線センサ４であり、これはＺ軸（第３図）方向
に測定中測定部品に相対めに移動させる。この工うな線
センサは平面センサに比して３倍μ上の測定範囲を有し
、線状に十分な数のダイオードが配設してあり、次数の
高い回折しまでもはっきりと相互に分離できる。線セン
サ４の個々のダイオードの感光性は最高１０％変動し、
その几め画像評価が困難になり、測定結果が不正確にな
ることがある。

しかしこ、れは、ダイオ−ｒ１個につき２つのパラメー
タ金調べ、記憶させ、評価のさい高速電子工学すなわち
／Ｒイクセル補正を用いて補償することによって、あら
かじめ補正する。

第２図は線センサ４に記録さｆ′Ｌ、７ｔ１光に工って
ヘリ２に生じる回折像８を示す７回折像の光度はＸ１１
１］の方向で示してある。回折像８は極大値９および極
小値ｌＯならびに通過点１２を有し、通過点は平均光度
１１上にある１回折像８の光度の推移全体が、しかしと
ぐに第３図にＬる最大値９、最小［ＬｌｏおＬび通過点
１２が評価される。そのさいにはこれらの値および理論
的に算出するか、！友はシュミレーションによって得ら
れ、記憶させ九回折像が検査すべきへりの位置おＬび輪
郭の算定の基礎に置かれる。

計算のさいには理論的回折像と測定し九回折像との相関
が行なわれる。理論的回折ｆ＆！は、たとえば文献”Ｍ
、ケーン、Ｅ、ヴオル７著「プリンシプルズ・オブ・オ
プティックス」、パーガモン・プレス、オツクス７オー
ド、１９７５”から引用できる工うな公知の公式を用い
て算出し、計算記憶器に入力する。第２図にはへ９２の
算出し次位置が２８で示してある。

第３図は、第６図について後述する測定装置に測定範囲
を拡大する九めに使用するＬうな線センサ４の配置を示
す、このばあいには複数の線センサ４がそのさい２列に
直列に配設され。

複数のダイオ−ｒの相互の重なり合い１３が、Ｘ座標方
向に延びるダイオード列方向に存在する。とぐにそのさ
い線センサ４ごとに１つの光源３が関係づけしてある。

図示し九実施例においては、７つの線センサ４が配設し
てあり、センサ４ａが第１の測定範囲を、２つのセンサ
４ｂが第２の測定範囲を、２つのセンサ４Ｃが第３の測
定範囲を、２つのセンサ４ｄが第４の測定範囲を有する
。２つのセンサ列は２軸方向に、プログラム入力し次面
定距離１４を有する。その時々の最大の測定範囲は段状
に形成し九回転対称部品１の直径にＬつて表わされてい
る。この部品ｌでは九とえは直径Ｄｌは２つの線センサ
４ｂｉｃよって測定され、第４図に示す回折像８ｂが描
き出され、それから該部品の有効直径が算出される。

第６図は測定装置の実施例を示す。架台２０には案内２
１が装備してあり、それにキャリッジ２２が２軸方向に
移動可畔に配設してある７Ｕ字形のキャリッジ２２には
その時々にＹｍ方向に向い合う工うに一方の膨部に線セ
ンサ４が、他方の脚部に光源３ならびにレンズ糸７が配
設してある。キャリッジ２２はＮＣ制御駆動部材２３に
有し、キャリッジのｚｌＩＩにおける正確な位置が長さ
尺度２４および変位ピックアップ２５に工って測定でき
る。検査すべき部品の受入れ装置は主軸台２６および、
角度ピックアラ７”３３を備え友送ｆ）ｌＩＡ動部材２
８を有する心押し台２７からなり、部品は尖端部２９．
３０の間に保持する。主軸台２６の尖端部２９は回転駆
動部材３を工って駆動可卵であり、該電動部材には角度
位置を正確にするため角度ピックアップ３２が設けてあ
る。尖端部２９と共心に主軸台２６に基準物体３４が配
設してあＶ、やは９センサ４の処理領域に位置している
。基準物体３４は直径の異る複数の円盤３５からなり、
線七ンサ４ａ、４ｂ、４Ｃ，４ｄ（第３図）の配置ｉｃ
、、ｍつで与えられる測定範囲各々に２つの異る基準直
径が関係づけしてある。基準物体３４によってこの測定
系は直径および平面を測定と測定の間に必要に応じて再
点検ないしは新規に検定することができる。基準物体３
４はまた回転駆動部材３をＬつて選択的に駆動すること
ができ、その結果汚れにＬる妨害測定のさいの基準測定
のため新規の清浄な測定個所を設定することができる。

装置全体には、外的影響、たとえば散乱光、汚ｎ等をし
ゃ断するため被覆３６が設けてあり、部品の装入は垂れ
蓋３７全備えた開口部を通じて行なう。被覆の内部には
とぐに過圧が九とえば送風機によって作り出され、汚れ
およびほこりの浸入が大幅に阻止される。

第５図は前述し友測定装置の構成図を示す。

センサ４おＬび光源３は一方でＡＤ変換器４１を介して
、他方で測定範囲制御部４０を介して測定計算＠４２−
またはインターフェイス計算機とも呼ばれる−と作用的
に連結してある。

この計算機には同様に送り駆動部材２３ならびに変位ピ
ックアップ２５が制御部４４を介して、そして回転駆動
部材３１ならびに角Ｉピックアップ３２が作用的に連結
してある。測定計算機４２には評価計算機４３が一分析
計算機とも呼ばれる一連結してあり、これは心押し台２
７の送り駆動部材２８おＬびそれの角度ピックアップ３
３との作用的ｈ％　１＆：有する。さらに評価計算機４
３には評価器、表示器および操作器４５．４６．４７が
連結してある。処理機４９お工゛び装入機４８と関連し
友自動作業方式のため、評価計算機はそれらの制御部と
作用的連結を有する。

発明効果 前述の測定装置はと（に回転対称な部品の検査シエび測
定用にｉ想され、このような部品の直径および長さを精
密に測定し、形状おＬび半径、面取り、ねじ切りおよび
みぞ切りの測定精度を誓検査することができる。この上
うな部材のばあいには回転駆動部材を用いて丸味、同心
回転および平面走行がチェックないしは測定される７表
面粗さの測定はこの測定法によって同様に可能である。

部品のＸ座標における′２つのへりの距離測定ないしは
直径測定は理論的に純粋な線形測定にＬつて２軸におけ
る変位、なしに行なうことができる（第３図および第４
図について記述し几工うに）。しかし測定精度を引き上
げるため、測定中に変位を行なう。部品の２つの平面的
肩部の距離測定の九めに、へりの位置を確定することに
よる寸法決定が、数値式変位駆動部の測定制御と関連す
る回折＊’を用い工性なわれる。

Ｚ軸における回折像を作る九めに線センサは測定中にあ
る量だけ変位させなければならない一同しことは半径、
面取り、みぞ切り、ねじ切りおＬび表面粗さの測定にも
適用され、そのばあい変位距離は測定すべき輪郭の長さ
工９長（なければならない、 第１図および第２図について記述し友測定法が非回転対
称部品にも使用できるのは自明であり、そのばあい第６
図について記述し几装置が対応する部品を受入れる九め
に設計してなければならない。

汚れ九部品を測定処理前に、たとえば液浴シ工び／ま九
は遠心分離の工つな清浄処理にかけるばあいには、部品
に付着している媒質の残留薄膜を測定時に補正に二って
考慮に入れることができろう 計算機に記憶させ友固定プログラムによって、精度を引
き上げる丸め、さらに別のパラメータをヘリの位置の計
算に回折像に基づいて考慮することができる。そのばあ
いには下記の測定または確認しｔ値に基づく補正が可能
であるう一工作片ないしは周囲の温度 −４えられ九光学条件に工って得られる回折像と理論的
回折像との比較 一回折極大値および極小値がはつきりしているので部品
ないしは測定物体の表面性状を逆推論することができ、
補正量の決定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

との関係を示す概略配置図、第４図は第３図に図は測定
装置の実施例を示す図、ｚ”Ａ４゜ｌ・・・部品、２・
・・ヘリ、３・・・光源、７・・・レンズ糸、８・・・
回折像、１１・・・平均光度％　２０・・・架台。 ２１・・・案内、２２・・・ギヤリッジ、２３・・・Ｎ
Ｃ制御駆動部材、２４・・・長さ尺度、２５・・・変位
ビックアンプ、２６・・・主軸台、２７・・・心押し台
、２８・・・駆動部材、２９．３０・・・尖端部、３１
・・・回転駆動部材、３２．３３・・・角度ピンクアッ
プ、３４・・・基準物体、３５・・・円盤、３６・・・
被覆、３７・・・、垂れ蓋、４０・・・測定範囲制御部
、４８・・・装入機、４９・・・処理機。 −へηｌ−ｃｏ　− 剖　　　　　　　　　　５０ □」σ ｉ％　　　　ぎ ぜ　　　ボ ＼才

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、可干渉性で、単色の光源を用いて回折像を作ること
   によつて物体例えば回転対称な部品を検査するための光
   学−電子測定法において、検査すべき部品の少なくとも
   １つのへりに沿つて光線を掃引通過させ、そのさい作り
   出される回折像を検査すべき物体の後方で少なくとも１
   つのセンサによつて直接に受け取り、電気信号に変換し
   、測定すべきへりの位置および／または輪郭を回折像か
   ら算出し、該計算の基礎として、理論的に算出されたか
   、ないしはシユミレーシヨンによつて得た回折像を用い
   ることを特徴とする測定法。 ２、２次元回折像における光度分布を評価し、計算の基
   礎に置く特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３、回折像の光度の最大値および最小値ならびに平均光
   度での通過点を計算用に求める特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項のいずれかに記載の方法。 ４、理論的回折像と測定回折像との相関から得られる量
   を計算の基礎に置く特許請求の範囲第１項から第３項ま
   でのいずれかに記載の方法。 ５、平行光を照射した物体のへりの回折像をダイオード
   列によつて走査し、物体と走査ダイオード列との間に相
   対運動を行なわせて、２次元の回折像を作り出す特許請
   求の範囲第１項から第４項までのいずれかに記載の方法
   。 ６、部品の上側へりおよび下側へりにそれぞれ１つずつ
   の回折像を作ることによつて、部品のへりとへりの間の
   距離を決める特許請求の範囲第１項から第５項までのい
   ずれかに記載の方法。 ７、測定すべきへりに対しての走査列の変位方向が平行
   からややずれているようにし、もつて、後続の読み取り
   のさいにより高い解像が得られる特許請求の範囲第１項
   から第６項までのいずれかに記載の方法。 ８、部品の丸味を測定するため、または妨害像が生じた
   ばあいに測定中または測定の間に部品を回転させる特許
   請求の範囲第１項から第７項までのいずれかに記載の方
   法。 ９、部品を検査前に清浄にし、部品に付着する媒質の残
   留薄膜を測定時に補正によつて考慮に入れる特許請求の
   範囲第１項から第８項までのいずれかに記載の方法。 １０、少なくとも１つの光源（３）と少なくとも１つの
   列センサ（４）が検査すべき物体に相対的にセンサ列方
   向に対して横方向に変位可能に配設してあり、列センサ
   （４）がＡＤ変換器（４１）を介し、変位駆動部（２３
   ）が制御部（４４）を介し、および光源（３）が夫々測
   定計算機（４２）および評価計算機（４３）と作用的に
   連結してあることを特徴とする可干渉性で単色の光源を
   用いて回折像を作ることによつて物体例えば回転対称な
   部品を検査するための光学−電子測定法を実施する装置
   。 １１、複数の列センサ（４）を前後２列に配設し、複数
   のダイオードが列方向に相互に重なり （１３）を示し、各線センサ（４）に光源（３）が配属
   されている特許請求の範囲第１０項記載の装置。 １２、光源（３）がレーザダイオードとして設計してあ
   り、平行光線を作るためレンズ系（７）が設けてある特
   許請求の範囲第１０項または第１１項のいずれかに記載
   の装置。 １３、光源（３）およびセンサ（４）がキャリッジ（２
   ２）に配設してあり、キャリッジ（２２）がセンサの列
   方向に対して横方向に、測定制御式変位駆動部材（２３
   ）によつて案内体（２１）内を変位可能であり、架台（
   ２０）に測定すべき部品（１）の受容装置が配設してあ
   る特許請求の範囲第１０項から第１２項までのいずれか
   に記載の装置。 １４、受容装置が、送り駆動部材（２８）を備えた心押
   し台（２７）および回転駆動部材（３１）を備えた主軸
   台（２６）を有し、送り駆動部材（２８）および回転駆
   動部材（３１）が計算機（４２、４３）と作用的に連結
   してある特許請求の範囲第１３項に記載の装置。 １５、基準物体（３４）がセンサ（４）の処理範囲に配
   設してある特許請求の範囲第１０項から第１４項までの
   いずれかに記載の装置。 １６、基準物体（３４）が直径の異る複数の円盤（３５
   ）からなり、列センサ（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）の配
   置によつて与えられた測定範囲それぞれに２つの異る基
   準直径が対応づけられている特許請求の範囲第１５項に
   記載の装置。 １７、基準物体（３４）が主軸台軸に同心に回転可能に
   配設してあり、その回転駆動部材（３１）によつて選択
   的に駆動可能である特許請求の範囲第１５項または第１
   ６項に記載の装置。 １８、該装置がたとえば散乱光、汚れ等のような外的作
   用をしやへいするため被覆（３６）を有し、被覆内部に
   過圧を作ることができる特許請求の範囲第１０項から第
   １７項までのいずれかに記載の装置。 １９、記憶器（４５）、表示器（４６）および操作器（
   ４７）が計算機（４２、４３）に作用的に連結してある
   特許請求の範囲第１０項から第１８項までのいずれかに
   記載の装置。