JP2005181282A - 角度測定装置及びその傾き角度測定方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 レーザ光源10からのレーザ光がワークWに照射されると、CPU80は、CCD70からの撮像信号を取得し、XY座標系の座標点(X,Y)を求め、メモリ81からレンズ中心点Qの座標点(Xq,Yq)を読み出して、上記座標点(X,Y)を、座標点(Xq,Yq)を原点とするX’Y’座標系の座標点(X1’,Y1’)に変換する。変換後の座標点(X1’,Y1’)に対応する上記補正係数Kを読み出して、この補正係数Kによって基準移動軌跡90上の座標点(X2’,Y2’)に補正する。
【選択図】 図9
Description
なお、図15には、歪曲収差による影響がない場合の撮像手段の撮像面上の像(同図(A))と,樽型歪曲収差による影響がある場合の撮像手段の撮像面上の像(同図(B))を示した模式図である。
前記傾き角度の測定動作時には、前記撮像手段からの前記位置情報を、前記レンズ中心点を原点とする位置情報に変換し、この変換後の位置情報を、前記関係情報に基づき補正し、その補正後の位置情報に基づいて前記被測定物の傾き角度を求めることを特徴とする。
なお、更に、前記関係情報に基づき補正された補正後の位置情報と、前記基準点及び前記レンズ中心点の位置偏差に対応する偏差情報とに基づいて前記被測定物の傾き角度を求める構成であってもよい。
なお、更に、前記関係情報に基づき補正された補正後の位置情報と、前記基準点及び前記レンズ中心点の位置偏差に対応する偏差情報とに基づいて前記被測定物の傾き角度を求める構成であってもよい。
なお、更に、前記関係情報に基づき補正された補正後の位置情報と、前記基準点及び前記レンズ中心点の位置偏差に対応する偏差情報とに基づいて前記被測定物の傾き角度を求める構成であってもよい。
なお、更に、前記関係情報に基づき補正された補正後の位置情報と、前記基準点及び前記レンズ中心点の位置偏差に対応する偏差情報とに基づいて前記被測定物の傾き角度を求める構成であってもよい。
前記測定手段は前記画素検出手段にて選択された画素から集光スポットの位置情報を取得することを特徴とする。
前記測定手段は前記画素選択手段にて選択された画素から集光スポットの位置情報を取得するところに特徴を有する。
本構成によれば、収束レンズ或いは投受光レンズが歪曲収差を有していても、予め取得・記憶された基準位置情報と、実際の位置情報とに基づいて補正された集光スポットの位置情報に基づいて傾き角度が求められる。従って、基準姿勢からのワークWの傾き角度を収束レンズの歪曲収差による影響を排除して正確に測定することができる。
本構成によれば、レンズ中心点と基準姿勢に対応する基準点との位置がずれていても、レンズ中心位置特定手段によって特定されたレンズ中心点と上記基準点との偏差情報(位置偏差情報や、それに対応した角度偏差情報)に基づき、レンズ中心点と基準点との位置ずれによる影響を排除し、基準姿勢からのワークの傾き角度を正確に測定することができる。
上記発明では、所定の閾値以上の受光量とされている画素を検出し、その検出された画素から集光スポットの位置情報取得するようにしている。このようにすれば全画素の受光量情報を参照することなく受光中心位置を検出することが出来るから、処理時間の短縮化を図ることができる。
例えば、複数回にわたって測定動作を行ない、それぞれの結果に基づいての傾角または距離を算出する場合には、初回の測定動作において、撮像面における全画素を指定し、2回目以降の測定動作では、初回の測定動作における各画素の受光量を基に光照射面において受光中心位置の検出に必要な領域を指定するようにすればよい。このようにすることで、2回目以降の測定動作の処理時間を短縮化することができるという利点がある。
例えば、被検出物の傾き角が装置の測定許容範囲から外れた場合には、撮像手段に被測定物からの反射光が照射されなくなる。このようなイレギュラーな使用においては、正確な傾角測定を行なうことができないから、管理者や使用者に対して何らかの方法により測定できないことを知らしめなければならない。
これに対して、上記発明では、測定不能とされた場合には、報知手段にて報知することができるから、確実な測定に寄与することができる。
本発明に係る角度測定装置の一実施形態について図1から図9を参照して説明する。
この角度測定装置は、図1に示すようにレーザ光源10(投光素子)、発散レンズ20、光通過孔30Aを有するスリット板30、コリメータレンズ40、ビームスプリッタ50、収束レンズ60、2次元CCD(撮像手段に相当。以下、「CCD70」という)、CPU80及び報知用の発光部84を備えている。
この集光スポットSの中心位置S0の決定方法についての詳細な説明は後述する。尚、撮像面70A上における面積重心位置又は体積重心位置を求め、この重心位置を集光スポットSの中心とする方法や、最大受光量とされる位置(最大受光量位置)を集光スポットSの中心位置S0として決定する方法等があり、これらの方法を用いてもよい。
本実施形態の前提構成は以上であり、その作用について説明する。
レーザ光源10から出射された光は上述したように平行光とされてワークWに照射され、その反射光がビームスプリッタ50及び収束レンズ60を介してCCD70の撮像面に照射されて、集光スポットSを形成する。そして、CPU80はCCD70からの撮像信号Scに基づいてワークWの傾き角度の測定を行なう。
(1)ワークの傾動機構について
図3に示すように、ワークWは、その傾き角度を調整可能に支持する支持部材16(例えば、ゴニオステージ)によって支持されている。この支持部材16は、これに設けられた2本の螺子(図示せず)のうち、一方を回すことでθX方向(Y軸を中心にワークWを回動させる方向)に回動し、他方をまわすことでθY方向(X軸を中心にワークWを回動させる方向)に回動するようになっており、この支持部材16の回動に伴なってワークWも回動される。また、これらの螺子はCPU80からの制御信号Seを受けるドライバ駆動手段28に備えられたドライバ28aにより回されるようになっている。なお、本実施形態では、支持部材16におけるX軸及びY軸方向と、CCD70におけるX軸及びY軸方向が一致するように設定されている。
図4は、ワークWを支持部材16によってθX方向及びθY方向それぞれに単位角度間隔毎に傾けたときの撮像面上の各集光スポットS位置を、収束レンズ60の中心を通った光が撮像面上に形成する集光スポットSの位置(以下、「レンズ中心点Q」)を中心とする同心状の複数の円で結んだ図である。なお、同図(A)(B)は、レンズ中心点Qと、CCD70のXY座標系の原点Oとが一致している状態のものであり、同図(C)は一致していない状態のものである。
まず、CPU80から制御信号を与えて支持部材16駆動し、ワークWをプラス・マイナスθX方向に単位角度間隔で順次傾動させる。そうすると、CCD70のXY座標系のX軸上に並ぶ集光スポットSのそれぞれの位置間隔は、図5に示すようになる。次いで、ワークWをプラス・マイナスθY方向に単位角度間隔で順次傾動させる。そうすると、CCD70のXY座標系のY軸上に並ぶ集光スポットSのそれぞれの位置間隔は、図5に示すようになる。
ここでは、説明を簡単にするために、XY座標系のうちX座標に関する関係情報の取得について説明する。なお、Y座標についても同様の処理を行う。
なお、上記レンズ中心点の特定及び関係情報の取得時において、支持部材16に例えば平板の基準ワークを載置して行う構成であってもよい。この方がより正確にレンズ中心点特定及び関係情報取得を行うことができる。
傾き角度を測定したいワークWを配置し、角度測定装置を起動させる。すると、CPU80は、レーザ光源10を駆動させ、そのレーザ光をワークWに照射させる。そして、CPU80は、それに同期してCCD70からの撮像信号を取得し、XY座標系の座標点(X,Y)を求める。そして、メモリ81からレンズ中心点Qの座標点(Xq,Yq)を読み出して、上記座標点(X,Y)を、座標点(Xq,Yq)を原点とするX’Y’座標系の座標点(X1’,Y1’)に変換する。そして、CPU80は、変換後の座標点(X1’,Y1’)に対応する上記補正係数Kを読み出して、この補正係数Kによって基準移動軌跡90上の座標点(X2’,Y2’)に補正する。なお、補正係数Kが上記偏差値であれば加算演算或いは減算演算で、上記相対値であれば、乗算演算或いは除算演算で補正処理を行う。
本実施形態によれば、収束レンズ60が歪曲収差を有していても、予めメモリ81に記憶された補正係数K或いは直線式及び曲線式に基づいて補正された座標データに基づいて傾き角度が算出される。従って、基準姿勢からのワークWの傾き角度を収束レンズ60の歪曲収差による影響を排除して正確に測定することができる。
本発明の角度測定装置の実施形態について図10ないし図12を参照して説明する。尚、上記実施形態1と同一の部分には同一の符号を付して重複する説明を省略する。
本実施形態の角度測定装置は、図10に示すようにCCD70とメモリ81との間にコンパレータ82(請求項に記載の「画素選択手段」に相当)が介在されているところが実施形態1の構成と相違している。
コンパレータ82はCCD70から出力される撮像信号Scを受信し、この撮像信号Scのレベルと所定の閾値とを比較し、所定の閾値を上回る撮像信号Scをデジタル信号に変換してメモリ81に送信するように構成されている。
ここで、所定の閾値を上回る受光量を有する画素Pの数が所定の数n(n=1,2,3・・・・)に達していない場合には、CPU80から発光部84に対して駆動信号を送信して発光部を動作させることで、使用者や管理者等に測定不能の旨が報知される(CPU80、コンパレータ82及び発光部84で請求項に記載の「報知手段」が構成されている)。
尚、上記のような場合には、ワークWの傾き角が装置の測定許容範囲を越えているというようなことが考えられ、このようなイレギュラーな使用においては、正確な傾角測定を行なうことができない。しかし、発光部84の動作によってそれを報知することができるから確実な測定が約束される。
この後、領域指定処理、受光中心位置検出処理及び傾角算出処理を行なうこととなる。これらの処理は上記実施形態1ないし実施形態3のいずれかに記載した処理を適用することにより可能であるから、詳細な説明については省略する。
そうすると、CMOSイメージセンサ90からは指定された領域内の画素の受光量に関する撮像信号ScがCPU80へ出力される。この後、上記実施形態1ないし実施形態3の処理を適用することによりワークWの傾角を測定することができる。
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
(1)上記実施形態では、収束レンズ60がいわゆる樽型歪曲収差を有している場合について説明したが、糸巻き歪曲収差を有する場合でも同様の方法によってワークの基準姿勢からの傾き角度を正確に測定することができる。
40…コリメータレンズ
50…ビームスプリッタ(光分岐手段)
60…収束レンズ
70…CCD(撮像手段)
70A…撮像面
80…CPU(測定手段、補正手段、取得手段、レンズ中心位置特定手段、変換手段、受光量情報記憶手段、画素検出手段、領域指定手段、受光中心位置検出手段))
81…メモリ(記憶手段)
90…基準移動軌跡(基準位置情報)
91…実移動軌跡(実際の位置情報)
O…原点(基準点)
P…集光スポット
Q…レンズ中心点
W…ワーク(被測定物)
Claims (12)
- 投光手段からの光を光分岐手段及びコリメータレンズを介して平行光に変換してその平行光を被測定物に照射し、前記被測定物からの反射光を前記光分岐手段により前記投光手段からの光とは別の方向に分岐させて収束レンズを介して撮像手段の撮像面に集光させる構成とし、
前記撮像面上における集光スポットについて、当該撮像面上の基準点を原点とする位置情報を前記撮像手段から受けて、当該位置情報に基づき前記被測定物の、前記基準点に対応する基準姿勢からの傾き角度を測定する角度測定装置の傾き角度測定方法において、
前記収束レンズの歪曲収差による影響がないとしたときの、前記被測定物の傾き角度に対応する前記集光スポットの基準位置情報と、前記収束レンズによる影響がある状態での実際の前記被測定物の傾き角度に対応する前記集光スポットの実際の位置情報との関係を示す関係情報を予め取得しておいて、
前記傾き角度の測定動作時には、前記関係情報に基づいて、前記撮像手段の撮像面上における実際の集光スポットの位置情報を、それに対応する前記基準位置情報に補正し、その補正後の位置情報に基づいて前記被測定物の傾き角度を求めることを特徴とする角度測定装置の傾き角度測定方法。 - 前記傾き角度の測定動作前に、基準ワークを、直交2方向それぞれに対して対称的に単位角度間隔で傾動させたときに、各角度に対応する実際の集光スポット間の距離間隔を取得し、その取得された前記距離間隔に基づき前記収束レンズの中心に対応する前記撮像面上のレンズ中心点を特定しておいて、
前記傾き角度の測定動作時には、前記撮像手段からの前記位置情報を、前記レンズ中心点を原点とする位置情報に変換し、この変換後の位置情報を、前記関係情報に基づき補正し、その補正後の位置情報に基づいて前記被測定物の傾き角度を求めることを特徴とする請求項1記載の角度測定装置の傾き角度測定方法。 - 投光手段からの光を光分岐手段を介し、投受光レンズで平行光に変換してその平行光を被測定物に照射し、前記被測定物からの反射光を前記投受光レンズで収束させ、前記光分岐手段により前記投光手段からの光とは別の方向に分岐させて撮像手段の撮像面に集光させる構成とし、
前記撮像面上における集光スポットについて、当該撮像面上の基準点を原点とする位置情報を前記撮像手段から受けて、当該位置情報に基づき前記被測定物の、前記基準点に対応する基準姿勢からの傾き角度を測定する角度測定装置の傾き角度測定方法において、
前記投受光レンズの歪曲収差による影響がないとしたときの、前記被測定物の傾き角度に対応する前記集光スポットの基準位置情報と、前記投受光レンズによる影響がある状態での実際の前記被測定物の傾き角度に対応する前記集光スポットの実際の位置情報との関係を示す関係情報を予め取得しておいて、
前記傾き角度の測定動作時には、前記関係情報に基づいて、前記撮像手段の撮像面上における実際の集光スポットの位置情報を、それに対応する前記基準位置情報に補正し、その補正後の位置情報に基づいて前記被測定物の傾き角度を求めることを特徴とする角度測定装置の傾き角度測定方法。 - 前記傾き角度の測定動作前に、基準ワークを、直交2方向それぞれに対して対称的に単位角度間隔で傾動させたときに、各角度に対応する実際の集光スポット間の距離間隔を取得し、その取得された前記距離間隔に基づき前記投受光レンズの中心に対応する前記撮像面上のレンズ中心点を特定しておいて、
前記傾き角度の測定動作時には、前記撮像手段からの前記位置情報を、前記レンズ中心点を原点とする位置情報に変換し、この変換後の位置情報を、前記関係情報に基づき補正し、その補正後の位置情報に基づいて前記被測定物の傾き角度を求めることを特徴とする請求項3記載の角度測定装置の傾き角度測定方法。 - 投光手段からの光を光分岐手段及びコリメータレンズを介して平行光に変換してその平行光を被測定物に照射し、前記被測定物からの反射光を前記光分岐手段により前記投光手段からの光とは別の方向に分岐させて収束レンズを介して撮像手段の撮像面に集光させる構成とし、
前記撮像面上における集光スポットについて、当該撮像面上の基準点を原点とする位置情報を前記撮像手段から受けて、当該位置情報に基づき前記被測定物の、前記基準点に対応する基準姿勢からの傾き角度を測定する測定手段を備えた角度測定装置において、
前記収束レンズの歪曲収差による影響がないとしたときの、前記被測定物の傾き角度に対応する前記集光スポットの基準位置情報と、前記収束レンズによる影響がある状態での実際の前記被測定物の傾き角度に対応する前記集光スポットの実際の位置情報との関係を示す関係情報が、前記傾き角度の測定動作前に予め記憶される記憶手段と、
前記傾き角度の測定動作時に、前記記憶手段に記憶された前記関係情報に基づいて、前記撮像手段の撮像面上における実際の集光スポットの位置情報を、それに対応する前記基準位置情報に補正する補正手段とを備えて、
前記測定手段は、前記補正手段による補正後の位置情報に基づいて前記被測定物の傾き角度を求めることを特徴とする角度測定装置。 - 前記傾き角度の測定動作前に、基準ワークを、直交2方向それぞれに対して対称的に単位角度間隔で傾動させたときに、各角度に対応する実際の集光スポット間の距離間隔を取得する取得手段と、
前記傾き角度の測定動作前に、前記取得手段により取得された前記距離間隔に基づき前記収束レンズの中心に対応する前記撮像面上のレンズ中心点を特定するレンズ中心位置特定手段と、
前記傾き角度の測定動作時に、前記撮像手段からの前記位置情報を、前記レンズ中心点を原点とする位置情報に変換する変換手段とを備えて、
前記補正手段は、前記変換手段による変換後の位置情報を、前記関係情報に基づき補正し、その補正後の位置情報に基づいて前記被測定物の傾き角度を求めることを特徴とする請求項5記載の角度測定装置。 - 投光手段からの光を光分岐手段を介し、投受光レンズで平行光に変換してその平行光を被測定物に照射し、前記被測定物からの反射光を前記投受光レンズで収束させ、前記光分岐手段により前記投光手段からの光とは別の方向に分岐させて撮像手段の撮像面に集光させる構成とし、
前記撮像面上における集光スポットについて、当該撮像面上の基準点を原点とする位置情報を前記撮像手段から受けて、当該位置情報に基づき前記被測定物の、前記基準点に対応する基準姿勢からの傾き角度を測定する測定手段を備えた角度測定装置において、
前記投受光レンズの歪曲収差による影響がないとしたときの、前記被測定物の傾き角度に対応する前記集光スポットの基準位置情報と、前記投受光レンズによる影響がある状態での実際の前記被測定物の傾き角度に対応する前記集光スポットの実際の位置情報との関係を示す関係情報が、前記傾き角度の測定動作前に予め記憶される記憶手段と、
前記傾き角度の測定動作時に、前記記憶手段に記憶された前記関係情報に基づいて、前記撮像手段の撮像面上における実際の集光スポットの位置情報を、それに対応する前記基準位置情報に補正する補正手段とを備えて、
前記測定手段は、前記補正手段による補正後の位置情報に基づいて前記被測定物の傾き角度を求めることを特徴とする角度測定装置。 - 前記傾き角度の測定動作前に、基準ワークを、直交2方向それぞれに対して対称的に単位角度間隔で傾動させたときに、各角度に対応する実際の集光スポット間の距離間隔を取得する取得手段と、
前記傾き角度の測定動作前に、前記取得手段により取得された前記距離間隔に基づき前記投受光レンズの中心に対応する前記撮像面上のレンズ中心点を特定するレンズ中心位置特定手段と、
前記傾き角度の測定動作時に、前記撮像手段からの前記位置情報を、前記レンズ中心点を原点とする位置情報に変換する変換手段とを備えて、
前記補正手段は、前記変換手段による変換後の位置情報を、前記関係情報に基づき補正し、その補正後の位置情報に基づいて前記被測定物の傾き角度を求めることを特徴とする請求項7記載の角度測定装置。 - 前記撮像手段の撮像面上における各画素において所定の閾値よりも高い受光量とされる画素を検出する画素検出手段を備え、
前記測定手段は前記画素検出手段にて選択された画素から集光スポットの位置情報を取得することを特徴とする請求項5ないし請求項8のいずれかに記載の角度測定装置。 - 前記画素検出手段において検出された画素を計数し、その数が所定数以下であることを条件に検出不能を報知する報知手段が備えられていることを特徴とする請求項9に記載の角度測定装置。
- 前記撮像手段の撮像面における各画素の受光量を所定の閾値と比較し、当該所定の閾値を上回る受光量とされる画素又は当該画素を含むように領域を指定する画素選択手段を備え、
前記測定手段は前記画素選択手段にて選択された画素から集光スポットの位置情報を取得することを特徴とする請求項5ないし請求項8のいずれかに記載の角度測定装置。 - 前記画素選択手段において検出された画素を計数し、その数が所定数以下であることを条件に検出不能を報知する報知手段が備えられていることを特徴とする請求項10に記載の角度測定装置。
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