JP2011174889A - Shape measuring device and machine tool using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、形状測定装置及びこれを用いた工作機械、形状計測方法に係り、詳しくは、比較的大きく、且つ高い精度の要求される例えば、使用途中のスローアウェイチップなどを、非接触で、そのエッジ位置を検出し、そのエッジ間の距離から、リアルタイムに外形形状を数値的に精度高く測定可能とする光学的な形状測定装置及びこれを用いた工作機械に関する。 The present invention relates to a shape measuring device, a machine tool using the same, and a shape measuring method, and more specifically, a relatively large and high accuracy required, for example, a throw-away tip in use, etc., without contact, The present invention relates to an optical shape measuring apparatus capable of detecting an edge position and measuring an external shape with high accuracy in real time from a distance between the edges and a machine tool using the optical shape measuring apparatus.
これまで精密な加工をする場合は、たとえば拡大投影機を設けた所謂倣い研削盤など、ワークの加工部分を光学的に拡大投影して加工するようなものが用いられてきた。
ところで、近年、いわゆるナノ工学が多方面に活用されるようになり、高い工作精度がますます要求され、μｍオーダーや、いわゆるサブμｍオーダーの加工が要求されている。例えば、ディンプルと呼ばれる微小なくぼみを規則的に配置したディンプルテクスチャが、光学やトライボロジー等の広範囲の分野で用いられている。また、マイクロチャンネルを用いて、ナノリッター（ｎＬ）からフェムトリッター（ｆＬ）の微小流体をハンドリングするマイクロ流体工学もバイオ関係などで活用されている。これらの場合、数十μｍのディンプルやマイクロチャンネルを形成するには、直接ワークを、またはプレス若しくは成形のための型を正確に３次元的に造形する必要があった。
In the past, in the case of precise machining, for example, a so-called copying grinder provided with a magnifying projector has been used which optically magnifies and projects a machining portion of a workpiece.
Incidentally, in recent years, so-called nano-engineering has been utilized in various fields, and high machining accuracy is increasingly required, and machining on the order of μm or so-called sub-μm is required. For example, dimple textures in which minute depressions called dimples are regularly arranged are used in a wide range of fields such as optics and tribology. In addition, microfluidics that uses microchannels to handle microfluids from nanoliters (nL) to femtritors (fL) has also been utilized for biotechnology and the like. In these cases, in order to form dimples and microchannels of several tens of μm, it is necessary to accurately form a workpiece directly or a die for pressing or molding three-dimensionally.
このような場合、露光装置を用いてリソグラフィで加工する方法も考えられるが、きわめてコストが高いばかりか、幅方向の精度は高くても深さ方向の精度は保証できないため、正確な３次元的造形ができない。また、放電加工などもコストは低いがやはり正確な３次元的造形ができない。この点、研削加工・切削加工などの機械加工によれば、理論的には正確な３次元的造形が可能であり、比較的コストも低く、多品種少量生産にも適している。このような超精密加工をするには、極小径のボールエンドミルのような高速回転する回転工具を用いた精密機械加工が一般的であるが、そのためには、まず精度の高い回転工具が不可欠の前提である。 In such a case, a method of processing by lithography using an exposure apparatus is conceivable. However, not only is the cost high, but the accuracy in the depth direction cannot be guaranteed even if the accuracy in the width direction is high. I can't model. In addition, although electrical discharge machining is low in cost, accurate three-dimensional modeling cannot be performed. In this regard, according to mechanical processing such as grinding and cutting, theoretically accurate three-dimensional modeling is possible, the cost is relatively low, and it is suitable for high-mix low-volume production. In order to perform such ultra-precision machining, precision machining using a rotating tool that rotates at high speed, such as a ball end mill with a very small diameter, is generally used. It is a premise.
このようなボールエンドミルなどの工具を製造するためには、その前提として正確な工作機械と正確な加工工具が必要になる。たとえば、一例として加工工具としてスローアウェイチップを用いる場合、スローアウェイチップを製造したり、再研磨する際このスローアウェイチップ自体の正確な外形形状をリアルタイムで知る必要がある。 In order to manufacture such a tool such as a ball end mill, an accurate machine tool and an accurate processing tool are required as a prerequisite. For example, when a throw-away tip is used as a processing tool as an example, it is necessary to know the exact outer shape of the throw-away tip in real time when the throw-away tip is manufactured or re-polished.
この場合、スローアウェイチップ自体の脱着によっても、絶対位置が変化するため、スローアウェイチップを工作機械に装着したまま、加工中に機上で測定できることが望ましい。 In this case, since the absolute position changes even when the throw-away tip itself is attached or detached, it is desirable that the throw-away tip can be measured on the machine during processing with the throw-away tip attached to the machine tool.
従来のように光学的に外形形状を単純に２０〜５０倍程度に拡大して投影する倣い研削盤のようなものでは、研削盤等の精度がいくら高くても、その外形形状が高い精度では確認できず、上述のような精密な加工は達成できなかった。 In the case of a copying grinder that simply magnifies and projects the outer shape optically by about 20 to 50 times as in the past, no matter how high the accuracy of the grinding machine, the outer shape is It could not be confirmed, and the precise processing as described above could not be achieved.
一方、レーザを光源として拡大投影光学系で加工対象である回転工具の像を拡大投影し、これを撮像するような方法も用いられるようになった。たとえば、従来の輪郭を投影するための投影光学系では、レーザ発振器から照射された光線はコリメータレンズにより平行光とされワークを照射する。この光線は対物レンズ、投影レンズにより、ＣＣＤなどの撮像素子で撮像されたりした。 On the other hand, a method of enlarging and projecting an image of a rotary tool to be processed by a magnifying projection optical system using a laser as a light source and capturing the image has been used. For example, in a conventional projection optical system for projecting a contour, a light beam irradiated from a laser oscillator is converted into parallel light by a collimator lens and irradiates a work. This light beam was picked up by an image pickup device such as a CCD using an objective lens and a projection lens.
ところが、レーザなどの光源を測定物に当て拡大画像を取得する際、測定物のエッジ部で回折光により回折縞を生じ、波源となった透過光と干渉することなどから、いくら倍率を上げたところで図１９に示すように映し出された像のエッジがぼやけるという問題があり、高い精度が得られにくかった。 However, when a magnified image is obtained by applying a light source such as a laser to the measurement object, diffraction fringes are generated by the diffracted light at the edge of the measurement object, and the magnification is increased by interference with the transmitted light that has become the wave source. However, as shown in FIG. 19, there is a problem that the edge of the projected image is blurred, and it is difficult to obtain high accuracy.
そこで、本発明者らは、特許文献１に係るエッジ検出方法を提案した。すなわち、図２１に示すような平行光を発する光源モジュール１１と、この光源モジュール１１側に配置された対物レンズ２３と、この対物レンズ２３と共焦点（２８，２８´）を有するように光源モジュール１１と反対側に配置された投影レンズ２４とからなるレンズ鏡筒１３を備える。そして、このレンズ鏡筒１３において共焦点（２８，２８´）に配置され入射光のうちの透過光３０を含む０次光の光量を遮光するアンチピンホールフィルタ２５を備えた投影光学系を特徴とする。これを前提に、平行光の光軸１６と軸心を共通にするように配置されたレンズ鏡筒１３と、レンズ鏡筒１３により投影された映像を撮像するように光軸１６と直交するように配置された撮像素子２６を備えた検出モジュール１４と、この検出モジュール１４からの信号を演算処理するコンピュータとを用いる。平行光を遮るように対物レンズ２３の光源モジュール１１側の焦点位置２７´に置かれたワーク１７の投影画像を撮像素子２６で撮像する。アンチピンホールフィルタ２５は、対物レンズ２３を平行に通過する光線をすべて遮光する。図では遮光された光線の光路を破線で示す。一方、測定対象物の１７のエッジ２７部分を通過した平行光は、回折光や散乱光を発生させて光軸１６とは平行でない実線で示す光線を発生させる（ここでは、それらを便宜上「回折光２９」と呼ぶ。）。この回折光２９は、撮像素子２６上の撮像面で図２０に示すような本来のエッジ部分を挟むような２本の輝線となる。コンピュータは、撮像素子２６からの信号強度により輝度を判定し２本の帯状の高輝度の部分に挟まれた低輝度の線状部分をエッジと判定するエッジ判定の手順を実行することを要旨とするエッジ検出方法を提案した。（以下、この方法を本願では「アンチピンホール法」ということにする。）
このアンチピンホール法を用いた光学的なエッジ検出装置により、回折光の影響を受けることなく、非接触かつ、リアルタイムで、加工後及び加工途中のワークなどをμｍオーダ若しくはサブμｍオーダで、鮮明な輪郭形状を数値的に測定可能とすることができるようになった。
Therefore, the present inventors have proposed an edge detection method according to Patent Document 1. That is, the light source module 11 that emits parallel light as shown in FIG. 21, the objective lens 23 arranged on the light source module 11 side, and the light source module so as to have a confocal point (28, 28 ') with the objective lens 23. 11 and a lens barrel 13 including a projection lens 24 disposed on the opposite side. The lens barrel 13 is characterized by a projection optical system provided with an anti-pinhole filter 25 that is arranged at a confocal point (28, 28 ') and shields the amount of zero-order light including transmitted light 30 of incident light. And On the premise of this, the lens barrel 13 arranged so as to have a common axis with the optical axis 16 of the parallel light, and so as to be orthogonal to the optical axis 16 so as to capture the image projected by the lens barrel 13 The detection module 14 provided with the image pickup device 26 disposed in the computer and a computer that performs arithmetic processing on a signal from the detection module 14 are used. A projection image of the work 17 placed at the focal position 27 ′ of the objective lens 23 on the light source module 11 side so as to block the parallel light is picked up by the image pickup device 26. The anti-pinhole filter 25 blocks all light rays that pass through the objective lens 23 in parallel. In the figure, the light path of the shielded light beam is indicated by a broken line. On the other hand, the parallel light that has passed through the edge 27 portion of the measurement object 17 generates diffracted light and scattered light to generate light rays indicated by a solid line that is not parallel to the optical axis 16 (here, they are referred to as “diffraction” for convenience. Called "light 29"). The diffracted light 29 becomes two bright lines that sandwich the original edge portion as shown in FIG. 20 on the imaging surface on the imaging element 26. The gist is that the computer determines the luminance based on the signal intensity from the image sensor 26 and executes an edge determination procedure for determining a low luminance linear portion sandwiched between two strip-shaped high luminance portions as an edge. An edge detection method was proposed. (Hereinafter, this method is referred to as “anti-pinhole method” in the present application.)
This optical edge detection device using the anti-pinhole method is clear and non-contact and in real-time after processing and in the process of processing in the μm order or sub μm order without being affected by diffracted light. It has become possible to numerically measure an accurate contour shape.
このアンチピンホール法は、非接触で、極めて高速に回転する超極細のボールエンドミルのような回転工具においてもエッジに対応する画像を撮像し、その加工工具のエッジ位置を１μｍ以下の公差で極めて高精度に検出することができた。 This anti-pinhole method captures an image corresponding to an edge even in a rotating tool such as a super-fine ball end mill that rotates in a non-contact and extremely high speed, and the edge position of the processing tool is extremely small with a tolerance of 1 μm or less. It was possible to detect with high accuracy.
しかしながら、このようなボールエンドミルを加工するスローアウェイチップのような加工工具では、全体の外寸が２０〜４０ｍｍと大きく、全体の形状をＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子の一画面で撮像しようとすれば、画面サイズが決まっていることから、いきおい低倍率にせざるを得ない。そうすると、撮像素子の分解能から正確なエッジ位置を検出することは困難であった。 However, with a processing tool such as a throw-away tip for processing such a ball end mill, the overall outer dimension is as large as 20 to 40 mm, and the entire shape is to be imaged on one screen of an image sensor such as a CCD or CMOS. In this case, since the screen size is fixed, it must be reduced to a very low magnification. Then, it was difficult to detect an accurate edge position from the resolution of the image sensor.
一方、エッジ部分を高倍率で拡大して撮像すれば、アンチピンホール法で得られた高倍率の鮮明なエッジ画像からそれぞれのエッジの位置は正確に特定できる。しかしながら、輪郭を形成する対向するそれぞれのエッジを撮像するためには必然的に移動が伴い、本発明のようなμｍオーダーでの精度を追求する発明では、その誤差が無視できない。つまり、測定対象物の両端のエッジを、それぞれ別々に単独でいくら高倍率で拡大して撮像して鮮明なエッジ像が得られたとしても、移動による誤差が入り込む余地があるため両者の相対位置関係が不明となり、結局工具全体の幅を正確に測定することができなかった。 On the other hand, if the edge portion is enlarged and imaged at a high magnification, the position of each edge can be accurately identified from a high-magnification clear edge image obtained by the anti-pinhole method. However, in order to image each of the opposing edges that form the contour, movement is inevitably involved. In the invention that pursues accuracy in the order of μm as in the present invention, the error cannot be ignored. In other words, even if the edges of both ends of the measurement object are individually magnified and captured at a high magnification to obtain a clear edge image, there is room for errors due to movement, so the relative position of both The relationship became unclear and eventually the entire width of the tool could not be measured accurately.
本発明は、数値処理可能な鮮明且つ正確なエッジ画像を撮像しつつ、測定する工具の両端のエッジの位置関係を正確に測定することができる形状測定装置、及びこれを用いた工作機械を提供することを目的とする。 The present invention provides a shape measuring apparatus capable of accurately measuring the positional relationship between edges of both ends of a tool to be measured while capturing a clear and accurate edge image that can be numerically processed, and a machine tool using the same. The purpose is to do.
上記課題を解決するため、請求項１に係る形状測定装置では、平行光を発する光源モジュールと、該光源モジュールの発する平行光の光軸に沿って配置された、該光源モジュール側に配置された対物レンズと、該対物レンズと共焦点を有するように前記光源モジュールと反対側に配置された投影レンズと、前記共焦点に配置され入射光のうちの０次光の光線を遮光するアンチピンホールフィルタとを備えた投影光学系と、前記光軸を含む基準面に対して対称に、光束を、その方向を変えずに近接若しくは離間するように平行移動させる光路シフト手段と、該投影光学系により投影された映像を撮像するように前記光軸と直交するように配置された撮像素子とを備えたことを要旨とする。 In order to solve the above problems, in the shape measuring apparatus according to claim 1, the light source module that emits parallel light and the light source module that is disposed along the optical axis of the parallel light emitted by the light source module are disposed. An objective lens, a projection lens disposed on the opposite side of the light source module so as to have a confocal point with the objective lens, and an anti-pinhole that is disposed at the confocal point and shields a zero-order light beam of incident light A projection optical system comprising a filter, an optical path shifting means for moving the light beam in parallel so as to be close to or away from each other without changing its direction, symmetrically with respect to a reference plane including the optical axis, and the projection optical system And an image pickup device arranged so as to be orthogonal to the optical axis so as to pick up an image projected by the projector.
本発明によれば、本発明の前提構成であるアンチピンホール法によるエッジ検出は、アンチピンホールフィルタを備えた投影光学系で、光源モジュールから測定対象物に照射された平行光は、アンチピンホールによりゼロ次光を遮断される。一方、測定対象物のエッジ部分（便宜上「エッジ」と称するが、正確には本願では所謂「エッジ」が立たない円筒面等も含む。言い換えれば、光軸方向に見たときの輪郭を形成する部分である。）で生じた回折光（厳密には０次光である「散乱光」も含むが、本願では、単に「回折光」という。言い換えれば、エッジ透過後に光軸とは平行でなくなった光線である。）は、もとの平行光とは平行にならないためアンチピンホールによっては遮光されない。このため、この回折光のみが撮像素子に投影される。 According to the present invention, the edge detection by the anti-pinhole method, which is the premise of the present invention, is a projection optical system provided with an anti-pinhole filter, and the parallel light irradiated from the light source module to the object to be measured is The zero-order light is blocked by the hole. On the other hand, an edge portion of an object to be measured (referred to as an “edge” for the sake of convenience, but to be precise, it includes a cylindrical surface in which a so-called “edge” does not stand. In other words, it forms a contour when viewed in the optical axis direction). In this application, it is simply referred to as “diffracted light.” In other words, it is not parallel to the optical axis after passing through the edge. Is not shielded by the anti-pinhole because it is not parallel to the original parallel light. For this reason, only this diffracted light is projected onto the image sensor.
つまり、アンチピンホール法を用いたエッジ検出方法は、エッジ以外の平行光はすべて遮光され、エッジ部分でも平行光はすべて遮光されて、光軸に平行ではない回折光のみにより輪郭として検出される。測定対象物の形状の測定は、このエッジ部分のみを撮像素子で検出して測定する。 In other words, in the edge detection method using the anti-pinhole method, all the parallel light other than the edge is shielded, and all the parallel light is also shielded at the edge portion, and the contour is detected only by the diffracted light that is not parallel to the optical axis. . The shape of the measurement object is measured by detecting only the edge portion with an image sensor.
この場合、測定対象物の投影光学系の光軸に近い輪郭内部の部分の映像は、いずれにしても遮光されているため形状の測定に寄与していない。そこで、本発明では、このような回折光のみを利用するアンチピンホール法の特徴を生かした形状測定装置を提供するものである。 In this case, the image inside the contour near the optical axis of the projection optical system of the measurement object does not contribute to the shape measurement because it is shielded in any case. Accordingly, the present invention provides a shape measuring apparatus that takes advantage of the anti-pinhole method using only such diffracted light.
つまり、形状の測定に寄与する光線を適所でシフトすることで、本来の光源モジュールの射出できる光束の幅や、対物レンズ・投影レンズで投影できる光束の幅や、撮像素子が受光できる光束の幅にかかわらず、大きな測定対象物でも、高倍率で精度の高いエッジ検出を行い、かつ一対のエッジ間の距離を正確に測定し、もって測定対象物の外形形状を正確に測定することができるものである。 In other words, by shifting the light beam that contributes to shape measurement in place, the width of the light beam that can be emitted from the original light source module, the width of the light beam that can be projected by the objective lens / projection lens, and the width of the light beam that can be received by the image sensor Regardless of the measurement object, a large measurement object can detect edges with high magnification and high accuracy, and can accurately measure the distance between a pair of edges. It is.
なお、本願において、「光軸」とは、光源モジュールから照射される円形若しくは楕円形の光線（光束）の概ね中央部分をいい、光束が反射または屈折された場合は、これに伴って屈曲する。 In the present application, the “optical axis” refers to a substantially central portion of a circular or elliptical light beam (light beam) irradiated from the light source module, and bends accordingly when the light beam is reflected or refracted. .
「アンチピンホール」は、その名称にかかわらず、対物レンズと投影レンズの共焦点での遮光を行なえる手段であればその具体的手段が限定されるものではない。
測定対象物やアンチピンホールフィルタ、共焦点の位置関係は、厳密なものではなく実質的に等価の位置のものを含むことは言うまでもない。また、レンズ構成も単レンズに限定されるものでなく、複数で構成されるレンズ群を含むことももちろんである。また、レンズ群が可変焦点であっても発明を妨げるものではない。さらに、リレーレンズ、補正レンズ、フィルタ、プリズム、ミラー、絞り、シャッタなど、本発明を本質的に変更しない光学要素を含むものも本発明と等価であり、本発明に含まれる。
The “anti-pinhole” is not limited to a specific means as long as it is a means capable of light shielding at the confocal point of the objective lens and the projection lens regardless of its name.
Needless to say, the positional relationship between the measurement object, the anti-pinhole filter, and the confocal point is not strict but includes a substantially equivalent position. In addition, the lens configuration is not limited to a single lens, and it is a matter of course that a lens group including a plurality of lenses is included. Even if the lens group has a variable focus, the invention is not hindered. Further, an element including an optical element that does not substantially change the present invention, such as a relay lens, a correction lens, a filter, a prism, a mirror, a diaphragm, and a shutter, is equivalent to the present invention and is included in the present invention.
また、「基準面」は実施形態のような水平面に限らず垂直面や他の角度の面でもよい。
また、「撮像素子」は直接焦点であっても実像を撮影する撮影レンズを備えたものであってもよい。また、以下の本願に開示された発明においても同様である。
Further, the “reference plane” is not limited to a horizontal plane as in the embodiment, and may be a vertical plane or a plane with another angle.
In addition, the “imaging device” may be a direct focus or equipped with a photographing lens for photographing a real image. The same applies to the invention disclosed in the following application.
請求項２に係る形状測定装置では、請求項１に記載の発明において、前記光路シフト手段は、前記アンチピンホールと前記撮像素子との間に配置され、前記光軸を含む基準面に対して対称に近接するように光束を、その方向を変えずに平行移動させる光線結合器として構成されたことを要旨とする。 In the shape measuring apparatus according to claim 2, in the invention according to claim 1, the optical path shift unit is disposed between the anti-pinhole and the imaging device, and is relative to a reference plane including the optical axis. The gist of the invention is that it is configured as a light beam coupler that translates a light beam so as to be symmetrically close without changing its direction.
本発明によれば、アンチピンホールフィルタを備えた光学系で、光源モジュールから測定対象物に照射された平行光のうち、アンチピンホールによりゼロ次光を遮断するとともに、測定対象物のエッジ部分で生じた回折光のみによりエッジ像を撮像素子に投影する。 According to the present invention, in an optical system including an anti-pinhole filter, out of parallel light irradiated from the light source module to the measurement object, the zero-order light is blocked by the anti-pinhole, and the edge portion of the measurement object The edge image is projected onto the image sensor only by the diffracted light generated in step (b).
このアンチピンホール法を用いたエッジ検出方法は、撮像素子を配置した撮像面の物理的な大きさにより検出できる測定対象物の大きさが制限される。
本発明によれば、アンチピンホールと撮像素子との間に配置された光線結合器により、撮像素子に投影される像を光軸を含む基準面に対して対称に近接するように光束をシフトする。このため像の周縁部にある対向するエッジ部分の位置を撮像素子の中心部に引き寄せることができる。アンチピンホール法によれば、撮像した画像の光軸に近い中央部分にはエッジ部分が投影されないので、エッジ部分の位置を撮像素子の中心部に引き寄せることによる不都合は生じることがない。撮像素子に投影される像のエッジ部分が光線結合器により基準面に引き寄せられるため、撮像倍率を小さくすることなく、より大きな測定対象物のエッジ部分を同一の撮像面で撮像できる。
In the edge detection method using the anti-pinhole method, the size of the measurement object that can be detected is limited by the physical size of the imaging surface on which the imaging device is arranged.
According to the present invention, the light beam is placed between the anti-pinhole and the image sensor so as to shift the light beam so that the image projected on the image sensor is symmetrically close to the reference plane including the optical axis. To do. For this reason, the position of the edge part which opposes in the peripheral part of an image can be drawn near to the center part of an image sensor. According to the anti-pinhole method, since the edge portion is not projected on the central portion near the optical axis of the captured image, there is no inconvenience caused by pulling the position of the edge portion toward the central portion of the image sensor. Since the edge portion of the image projected on the image sensor is attracted to the reference plane by the beam coupler, a larger edge portion of the measurement object can be imaged on the same imaging surface without reducing the imaging magnification.
さらに、この画像のエッジ部分間の距離を測定するとともに引き寄せた距離を演算して加算すれば、測定対象物のエッジ間の実測値が演算できる。
なお、本発明で、「光線結合器」といっているのは、単に基準面に向けてそれぞれ光線を引き寄せることを「結合」といっており、特に一旦分離されたものを「再結合」するという意味に限定するものではない。つまり、もともと１面の連続した映像を上下で分割して、中央部分を省略され、上下の部分が近接するようにするものも本願で言う「結合」である。
Further, by measuring the distance between the edge portions of the image and calculating and adding the drawn distances, an actual measurement value between the edges of the measurement object can be calculated.
In the present invention, the term “ray coupler” simply refers to drawing light rays toward the reference plane, which is called “combining”. In particular, once separated, it is “recombined”. It is not limited to meaning. In other words, the term “combination” in this application refers to dividing a continuous image of one surface in the vertical direction so that the central portion is omitted and the upper and lower portions are close to each other.
このような装置を用いることで、一例として、精密機械加工に用いる工具を切削する外寸が大きくても刃先の公差が極めて厳しいスローアウェイチップの外形形状の測定が、その加工中に、その機上でも、光学的な非接触の方法で、リアルタイムででき、かつ、きわめて精度が高い測定ができる。そのため、このスローアウェイチップを用いて、マイクロ加工を行なうドリルやボールエンドミルなどの工具を高精度に製造することも可能となる。 By using such a device, for example, the outer shape of a tool used for precision machining can be measured even when the outer dimensions of the throw-away tip are extremely severe even when the outer dimensions of the tool are large. Even above, it can be measured in real time and with extremely high accuracy by an optical non-contact method. For this reason, it is possible to manufacture a tool such as a drill or a ball end mill for performing micro machining with high accuracy by using this throw-away tip.
請求項３に係る形状測定装置では、請求項２に記載の発明において、前記光線結合器は、アンチピンホールフィルタと前記投影レンズとの間に配置されたことを要旨とする。
本発明によれば、投影レンズに導入される光束の幅を光線結合器により小さくすることで、撮像素子のみならず投影レンズの径をそれぞれ小さくすることが可能になる。
According to a third aspect of the present invention, there is provided the shape measuring apparatus according to the second aspect, wherein the light beam coupler is disposed between the anti-pinhole filter and the projection lens.
According to the present invention, it is possible to reduce not only the imaging element but also the diameter of the projection lens by reducing the width of the light beam introduced into the projection lens by the light beam coupler.
請求項４に係る形状測定装置では、請求項２に記載の発明において、前記光線結合器は、測定対象物と前記対物レンズとの間に配置されたことを要旨とする。
本発明によれば、測定対象物を通過した平行な光束の幅を光線結合器により平行なまま小さくすることで、撮像素子のみならず、対物レンズ及び投影レンズを小さくすることができる。従って、投影光学系全体を小さくすることが可能となる。また、平行な光を維持したまま光束の幅を小さくするため、アンチピンホール法を損なうこともない。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the profile measuring apparatus according to the second aspect, wherein the beam combiner is disposed between a measurement object and the objective lens.
According to the present invention, it is possible to reduce not only the image pickup device but also the objective lens and the projection lens by reducing the width of the parallel light flux that has passed through the measurement object while being parallel by the light beam coupler. Therefore, it is possible to reduce the entire projection optical system. Further, since the width of the light beam is reduced while maintaining parallel light, the anti-pinhole method is not impaired.
請求項５に係る形状測定装置では、請求項２に記載の発明において、前記光線結合器は、前記投影レンズと前記撮像素子との間に配置されたことを要旨とする。
本発明によれば、投影レンズを通過した光束の幅を光線結合器により小さくすることで、投影光学系をそのままで撮像素子に投影される光束の幅を小さくすることができる。したがって、小さな撮像素子であっても、より大きな測定対象物の形状測定が可能となる。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the shape measuring apparatus according to the second aspect, wherein the light beam coupler is disposed between the projection lens and the imaging device.
According to the present invention, by reducing the width of the light beam that has passed through the projection lens by the light beam coupler, it is possible to reduce the width of the light beam that is projected onto the image sensor without changing the projection optical system. Therefore, even with a small image sensor, it is possible to measure the shape of a larger measurement object.
特にレンズ鏡筒の外側に設置できるため、既成のレンズ鏡筒に外付けができ、交換も容易である。あるいは撮像素子側に組み付けたアッセンブリとして一体化してもよい。
請求項６に係る形状測定装置では、請求項１に記載の発明において、前記光路シフト手段は、前記光源モジュールと測定対象物との間に配置され、前記光源モジュールから照射された平行光を、前記光軸を含む基準面に対して対称に離間するように光束をその方向を変えずに平行移動させる光線分離器として構成されたことを要旨とする。
In particular, since it can be installed outside the lens barrel, it can be externally attached to an existing lens barrel and can be easily replaced. Or you may integrate as an assembly assembled | attached to the image pick-up element side.
In the shape measuring apparatus according to a sixth aspect, in the invention according to the first aspect, the optical path shifting means is disposed between the light source module and a measurement object, and the parallel light emitted from the light source module is The gist of the invention is that it is configured as a light beam separator that translates a light beam without changing its direction so as to be separated symmetrically with respect to a reference plane including the optical axis.
本発明によれば、光源モジュールから照射された平行光の光束の幅が、測定しようとする測定対象物の外寸より小さい場合に、光線分離器により光軸を含む基準面に対して対称に離間するように光束をその方向を変えずに平行移動させて、測定対象物の対向する両方のエッジ部分を平行光を照射することが可能となる。この場合、アンチピンホール法においては、測定対象物の輪郭内部に平行光が照射されなくても形状測定には何ら影響を与えることがない。 According to the present invention, when the width of the light beam of the parallel light irradiated from the light source module is smaller than the outer dimension of the measurement object to be measured, the light beam is symmetric with respect to the reference plane including the optical axis. It is possible to irradiate parallel light on both opposing edge portions of the object to be measured by translating the light flux without changing its direction so as to be separated from each other. In this case, in the anti-pinhole method, the shape measurement is not affected at all even if parallel light is not irradiated inside the contour of the measurement object.
したがって、所定の測定対象物の外寸より狭い光束の平行光しか照射することができない光源モジュールでも、この測定対象物の形状を測定できるようになる。
請求項７に係る形状測定装置では、請求項２乃至請求項５のいずれか１項に記載の発明において、前記光源モジュールと前記測定対象物との間に配置され、前記光源モジュールから照射された平行光を、前記光軸を含む基準面に対して対称に離間するように光束をその方向を変えずに平行移動させる光線分離器として構成された光路シフト手段をさらに備えたことを要旨とする。
Therefore, the shape of the measurement object can be measured even with a light source module that can irradiate only parallel light of a light flux narrower than the outer dimension of the predetermined measurement object.
A shape measuring apparatus according to a seventh aspect is the shape measuring apparatus according to any one of the second to fifth aspects, wherein the shape measuring apparatus is disposed between the light source module and the measurement object and irradiated from the light source module. The gist further includes optical path shifting means configured as a light beam separator for translating the parallel light beam without changing its direction so as to be separated symmetrically with respect to the reference plane including the optical axis. .
本発明によれば、光源モジュールから照射された平行光の光束の幅が、測定しようとする測定対象物の外寸より小さい場合に、光線分離器により光軸を含む基準面に対して対称に離間するように光束をその方向を変えずに平行移動させて、測定対象物の対向する両方のエッジ部分を照射することが可能となる。 According to the present invention, when the width of the light beam of the parallel light irradiated from the light source module is smaller than the outer dimension of the measurement object to be measured, the light beam is symmetric with respect to the reference plane including the optical axis. It is possible to irradiate both opposing edge portions of the object to be measured by translating the light flux without changing its direction so as to be separated from each other.
したがって、所定の測定対象物の外寸より狭い光束の平行光しか照射することができない光源モジュールでも、この測定対象物の形状を測定できるようになる。
請求項８に係る形状測定装置では、請求項７に記載の発明において、前記光線分離器と、前記光線結合器とが、同一の構成となっていることを要旨とする。
Therefore, the shape of the measurement object can be measured even with a light source module that can irradiate only parallel light of a light flux narrower than the outer dimension of the predetermined measurement object.
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided the shape measuring apparatus according to the seventh aspect, wherein the light beam separator and the light beam combiner have the same configuration.
本発明によれば、前記光線分離器と、前記光線結合器とが、同一の構成とすることで、調整が容易になる。
請求項９に係る形状測定装置では、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の発明において、前記光路シフト手段を構成する要素として、前記平行光に対して透明な材質からなり、両面が平行な板状に形成され、前記光軸に直交する面に対して傾けて、前記基準面について面対称に配置される屈折部材を備えたことを要旨とする。
According to the present invention, the light beam separator and the light beam combiner have the same configuration, so that adjustment is facilitated.
A shape measuring apparatus according to a ninth aspect is the invention according to any one of the first to eighth aspects, wherein the optical path shifting means is made of a material that is transparent to the parallel light and has both surfaces. The gist is provided with a refractive member that is formed in a parallel plate shape, is inclined with respect to a plane orthogonal to the optical axis, and is arranged symmetrically with respect to the reference plane.
本発明によれば、平行な光線をそのままの状態で、位置のみをシフトできる。また、屈折により光路をシフトさせるため、露出した反射面を持たないので、反射面の劣化という問題が生じにくい。 According to the present invention, it is possible to shift only the position while keeping parallel light rays as they are. Further, since the optical path is shifted by refraction, there is no exposed reflecting surface, so that the problem of deterioration of the reflecting surface hardly occurs.
請求項１０に係る形状測定装置では、請求項９に記載の発明において、前記基準面について面対称に配置された屈折部材が、断面がくの字状に一体に形成されていることを要旨とする。 According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a profile measuring apparatus according to the ninth aspect, wherein the refractive members arranged symmetrically with respect to the reference plane are integrally formed in a U-shaped cross section. .
本発明によれば、屈折部材が一体に設けられているため、基準面を挟んだ屈折部材の位置について変動誤差が生じない。そのため、誤差は固定誤差として処理でき測定値から実寸を演算することができる。 According to the present invention, since the refractive member is provided integrally, there is no variation error with respect to the position of the refractive member across the reference surface. Therefore, the error can be processed as a fixed error, and the actual size can be calculated from the measured value.
請求項１１に係る形状測定装置では、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の発明において、前記光路シフト手段を構成する要素として、前記平行光を反射可能な平面を備え、前記光軸に直交する面に対して傾けて、前記基準面について面対称に配置される反射部材を備えたことを要旨とする。 The shape measuring apparatus according to an eleventh aspect is the invention according to any one of the first to tenth aspects, further comprising a plane capable of reflecting the parallel light as an element constituting the optical path shifting means, and the optical axis. The gist is provided with a reflecting member that is inclined with respect to a plane orthogonal to the reference plane and arranged symmetrically with respect to the reference plane.
なお、屈折部材と反射部材とは、排他的なものではなく、これらを組み合わせても光学系を構成できる。さらに、一つの光学シフト手段において、プリズム内の全反射を利用するような屈折と反射を同時に利用する部材でもよい。 Note that the refractive member and the reflecting member are not exclusive, and an optical system can be configured by combining them. Furthermore, in one optical shift means, a member that utilizes refraction and reflection at the same time, which utilizes total reflection in the prism, may be used.
本発明によれば、反射面においては入射角と反射角の関係が一定で、傾きによる変化が生じない。特に、屈折を伴わない反射では、色収差を生じることがない。また、屈折に比較してより大きな偏角で光路を大きくシフトすることができる。 According to the present invention, the relationship between the incident angle and the reflection angle is constant on the reflecting surface, and no change due to the tilt occurs. In particular, chromatic aberration does not occur in reflection without refraction. Further, the optical path can be greatly shifted with a larger declination compared to refraction.
請求項１２に係る形状測定装置では、請求項１１に記載の発明において、前記基準面について面対称に配置された反射部材が、一体に形成されていることを要旨とする。
本発明によれば、反射部材が一体に設けられているため、基準面を挟んだ反射部材相互の位置について変動誤差が生じない。そのため、測定値から実寸を演算することができる。
According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided the shape measuring apparatus according to the eleventh aspect, wherein the reflecting members arranged symmetrically with respect to the reference plane are integrally formed.
According to the present invention, since the reflecting members are provided integrally, there is no variation error with respect to the positions of the reflecting members across the reference plane. Therefore, the actual size can be calculated from the measured value.
請求項１３に係る形状測定装置では、請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の発明において、前記光路シフト手段を構成する要素のうち、少なくとも一部が可動とされ、前記光線の光路を前記光軸と直交する方向に変更可能に構成されていることを要旨とする。 According to a thirteenth aspect of the invention, in the invention according to any one of the ninth to twelfth aspects, at least a part of the elements constituting the optical path shifting means is movable, and the optical path of the light beam is changed. The gist is that it is configured to be changeable in a direction perpendicular to the optical axis.
本発明によれば、光源モジュールや、ワーク、撮像素子、投影光学系などの変更により、容易に光線を所望の位置にシフトすることができる。
請求項１４に係る形状測定装置では、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の発明において、前記形状測定装置は、前記撮像素子からの信号を演算処理するコンピュータを備え、前記コンピュータは、前記光源モジュールから照射された平行光を遮るように前記対物レンズの前記光源モジュール側の焦点位置に置かれた測定対象物の投影画像を前記撮像素子で撮像し、前記撮像素子からの信号強度により輝度を判定し、前記光軸を含み前記基準面と直交する測定面上の前記測定対象物の一対の端部のそれぞれの２本の帯状の高輝度の部分に挟まれた低輝度の線状部分を前記測定対象物の両端部のエッジと判定するエッジ判定手段と、前記測定対象物の両端部のエッジの前記測定面上の距離から当該測定対象物の幅を測定するエッジ幅測定手段とを備えたことを要旨とする。
According to the present invention, the light beam can be easily shifted to a desired position by changing the light source module, the workpiece, the image sensor, the projection optical system, and the like.
In the shape measuring apparatus according to a fourteenth aspect, in the invention according to any one of the first to thirteenth aspects, the shape measuring apparatus includes a computer that performs arithmetic processing on a signal from the imaging device, and the computer includes: A projected image of the measurement object placed at the focal position on the light source module side of the objective lens so as to block the parallel light irradiated from the light source module is captured by the imaging element, and the signal intensity from the imaging element is used. A low-brightness linear shape sandwiched between two strip-like high-brightness portions of each of a pair of end portions of the measurement object on the measurement surface that includes the optical axis and is orthogonal to the reference plane Edge determination means for determining a portion as an edge at both ends of the measurement object, and an edge width measurement hand for measuring the width of the measurement object from the distance on the measurement surface of the edges at both ends of the measurement object And summarized in that with and.
本発明によれば、検出したエッジ像から数値処理可能なデータとして形状を測定できる。
請求項１５に係る形状測定装置では、請求項１４に記載の形状測定装置が工作機械に搭載されるとともに、入力された測定対象物の設計データに基づき、前記表示装置には、エッジ画像と重畳して該設計データに基づいた設計画像が表示されることを要旨とする。
According to the present invention, the shape can be measured as data that can be numerically processed from the detected edge image.
In the shape measuring apparatus according to claim 15, the shape measuring apparatus according to claim 14 is mounted on a machine tool, and an edge image is superimposed on the display device based on the design data of the input measurement object. The gist is that a design image based on the design data is displayed.
本発明の工作機械によれば、測定対象物の加工途中で、機上でリアルタイムで形状測定した結果を、設計データと比較・確認しながら加工をすることができる。
請求項１６に係る形状測定装置では、請求項１４に記載の形状測定装置がＮＣ制御可能な工作機械に搭載されるとともに、前記コンピュータは、当該工作機械の加工対象である工作物を測定対象物として前記撮像素子から入力された信号に基づき測定対象物のエッジをエッジデータとして検出するとともに、入力された測定対象物の設計データに基づき、前記エッジデータと前記設計データとの差分を演算し、この差分をフィードバックすることで工作機械をＮＣ制御により自動制御して測定対象物を加工することを要旨とする。
According to the machine tool of the present invention, it is possible to perform processing while comparing and confirming the result of shape measurement in real time on the machine during the processing of the measurement object with the design data.
In a shape measuring apparatus according to a sixteenth aspect, the shape measuring apparatus according to the fourteenth aspect is mounted on a machine tool capable of NC control, and the computer measures a workpiece that is a processing target of the machine tool. As the edge of the measurement object is detected as edge data based on the signal input from the image sensor, and the difference between the edge data and the design data is calculated based on the input design data of the measurement object, The gist is to process the measurement object by automatically controlling the machine tool by NC control by feeding back the difference.
本発明の工作機械によれば、工具の磨耗による変形に応じて、加工を進めることができるので、自動で極めて高い精度を保ちながら加工ができる。 According to the machine tool of the present invention, the machining can be performed according to the deformation caused by the wear of the tool, so that the machining can be performed automatically while maintaining extremely high accuracy.
本発明の形状測定装置、及びこれを用いた工作機械によれば、数値処理可能な鮮明且つ正確なエッジ画像を撮像しつつ、測定する工具の両端のエッジの位置関係を正確に測定することができる。 According to the shape measuring apparatus of the present invention and the machine tool using the same, it is possible to accurately measure the positional relationship between the edges of the tool to be measured while capturing a clear and accurate edge image that can be numerically processed. it can.
（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した形状測定装置の一実施例を図１〜４、図１８〜２０を用いて説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, an embodiment of a shape measuring apparatus embodying the present invention will be described with reference to FIGS.
（形状計測装置）
図１は、本発明の形状測定装置の測定原理を説明するための形状計測装置９を模式的に配置した光学系である。一点鎖線は光軸１６、破線は遮光されたため光が通ってないことを示す。なお、図１は、説明のため模式的に示すものであり、レンズは単レンズとして表示してあるが、各レンズは収差を補正するため複数のレンズからなるレンズ群として構成されているのがむしろ通常である。また、後述するように可変焦点の物でもよい。本実施形態の形状測定システム５（図４参照）は、入射光学系である光源モジュール１１から発射された平行光の中にワーク１７のエッジ２７を配置する。投影光学系であるレンズ鏡筒１３に０次光の光線を遮光するアンチピンホールフィルタ２５を挿入して、光源から発した透過光（０次光）が直接撮像素子２６に到達しないように制限し、投影された画像は回折光（主に１次光）からなるワーク１７のフラウンフォファ像のみが得られるようにしている。これにより、ワーク１７の境界の判別精度が著しく向上でき、高精度に輪郭形状を求めることができるものである。なお、回折光に限らず散乱光として発生した光線も利用できる。
(Shape measuring device)
FIG. 1 shows an optical system in which a shape measuring device 9 for explaining the measurement principle of the shape measuring device of the present invention is schematically arranged. An alternate long and short dash line indicates that the optical axis 16 and a broken line are shielded from light so that light does not pass therethrough. Note that FIG. 1 is schematically shown for explanation, and the lens is shown as a single lens, but each lens is configured as a lens group including a plurality of lenses in order to correct aberration. Rather it is normal. Further, a variable focus object may be used as will be described later. In the shape measurement system 5 (see FIG. 4) of the present embodiment, the edge 27 of the workpiece 17 is arranged in the parallel light emitted from the light source module 11 that is an incident optical system. An anti-pinhole filter 25 that blocks the 0th-order light beam is inserted into the lens barrel 13 that is a projection optical system, so that transmitted light (0th-order light) emitted from the light source does not reach the image sensor 26 directly. In the projected image, only the Fraunhofer image of the workpiece 17 made of diffracted light (mainly primary light) is obtained. Thereby, the discrimination accuracy of the boundary of the workpiece 17 can be remarkably improved, and the contour shape can be obtained with high accuracy. Note that not only diffracted light but also light rays generated as scattered light can be used.
光源モジュール１１、レンズ鏡筒１３に対物レンズ２３、アンチピンホールフィルタ２５および投影レンズ２４、検出モジュール１４の一端に内蔵された撮像素子２６がこの順序に、レーザ発振器２１から出射されたレーザ光と共通な光軸１６上に、配置されている。 The light source module 11, the lens barrel 13, the objective lens 23, the anti-pinhole filter 25 and the projection lens 24, and the image pickup device 26 built in one end of the detection module 14 are arranged in this order with the laser light emitted from the laser oscillator 21. They are arranged on a common optical axis 16.
（光源モジュール）
本実施形態の光源モジュール１１には、例えばＨｅ−Ｎｅレーザ発振器からなるレーザ発振器２１が内蔵される。ここから照射された波長λ＝６３２．８のレーザ光は、ビームエキスパンダや拡散レンズ（図示せず）により拡散され、この拡散された光線を減光する光量調整手段としてのＮＤフィルタ（Neutral Density Filter）１９が配置される。また、調光されたレーザ光線はコリメータレンズ２２により光軸と平行な平行光に変換される。このレーザ光３１は、コヒーレントな状態が維持されている。したがって、光源モジュール１１からは、均質で回折光を生じやすいコヒーレントな平行光が照射される。
(Light source module)
The light source module 11 of the present embodiment incorporates a laser oscillator 21 made of, for example, a He—Ne laser oscillator. The laser light of wavelength λ = 632.8 irradiated from here is diffused by a beam expander or a diffusion lens (not shown), and an ND filter (Neutral Density as a light amount adjusting means for dimming the diffused light beam. Filter) 19 is arranged. The modulated laser beam is converted into parallel light parallel to the optical axis by the collimator lens 22. The laser beam 31 is maintained in a coherent state. Therefore, the light source module 11 emits coherent parallel light that is homogeneous and easily generates diffracted light.
（光線分離器）
この光源モジュール１１から射出された平行光を、エッジ２７部分まで含めワーク１７の形状全体に照射する必要がある。しかしながら、光源モジュール１１から照射された平行光の範囲が、そのままではワーク１７をカバーできない場合がある。そこで、本実施形態では光路シフト手段としての光線分離器３３を光源モジュール１１のコリメータレンズ２２とワーク１７の間に配置する。
(Ray separator)
It is necessary to irradiate the entire shape of the workpiece 17 with the parallel light emitted from the light source module 11 up to the edge 27 portion. However, there are cases where the range of parallel light emitted from the light source module 11 cannot cover the workpiece 17 as it is. Therefore, in the present embodiment, the light beam separator 33 as the optical path shifting means is disposed between the collimator lens 22 of the light source module 11 and the workpiece 17.
ここで、図２は、光線結合器３４を示す斜視図であるが、光線分離器３３も基本的に同様な構成であるため、この図面を参照して説明する。
光線分離器３３は、レーザ光３１に対して透明な材質により形成されており、レーザ光３１に対して高い屈折率と、色収差を生じ難い低分散性と、低い温度膨張係数を備えた光学ガラス、光学プラスチックスなどから形成された板状のプリズムとして構成されている。全体として、表面と裏面は、相互に光学的に平行が保たれた平坦な面を形成し、望ましくは表面に透過率を高めるコーティングを施す。
Here, FIG. 2 is a perspective view showing the light beam combiner 34, but the light beam separator 33 has basically the same configuration, and will be described with reference to this drawing.
The beam separator 33 is made of a material transparent to the laser beam 31, and is an optical glass having a high refractive index, a low dispersibility that hardly causes chromatic aberration, and a low temperature expansion coefficient. It is configured as a plate-like prism made of optical plastics or the like. Overall, the front and back surfaces form a flat surface that is optically parallel to each other, and preferably the surface is coated with a coating that increases transmittance.
図２に示す光線結合器３４とは傾きの方向が反対となるが、光線分離器３３は、光軸１６を含み図１の紙面に対して垂直な面（以下「基準面」という。）を基準としたとき、基準面の上側（図１の上側）は光軸１６と直交する平面に対してその上部が光源モジュール１１側に傾いて形成されている。また、この上部と基準面について面対象となるように、基準面の下側（図１の下側）は光軸１６と直交する平面に対してその下部が光源モジュール１１側に傾いて形成されている。そして、全体としてみると、その光軸１６を含み基準面と直交する面における断面形状は、図１に示す側から見れば逆「く」の字形状に一体に形成されている。 Although the direction of inclination is opposite to that of the light beam combiner 34 shown in FIG. 2, the light beam separator 33 has a surface that includes the optical axis 16 and is perpendicular to the paper surface of FIG. 1 (hereinafter referred to as “reference surface”). When used as a reference, the upper side of the reference surface (upper side in FIG. 1) is formed such that the upper part thereof is inclined toward the light source module 11 with respect to a plane orthogonal to the optical axis 16. Further, the lower side of the reference surface (the lower side in FIG. 1) is formed so that the lower portion thereof is inclined toward the light source module 11 with respect to the plane orthogonal to the optical axis 16 so that the upper portion and the reference surface are subject to surface. ing. When viewed as a whole, the cross-sectional shape of the plane including the optical axis 16 and orthogonal to the reference plane is integrally formed in an inverted “<” shape when viewed from the side shown in FIG. 1.
このため、光線分離器３３は、光源モジュール１１から光軸１６に平行な平行光を受けると、基準面を基準として、上半分に照射された平行光は上側に、下半分に照射された平行光は下側に、それぞれ相互に光線を分離させる方向に、光線の方向を変えることなく平行な状態を保ったままでシフトさせる。このとき、光線分離器３３を通過した平行光の中央部は、光線のない部分ができるが、この部分にはワーク１７のエッジ２７がない部分であるので、形状測定には影響がない。 For this reason, when the light beam separator 33 receives parallel light parallel to the optical axis 16 from the light source module 11, the parallel light irradiated on the upper half is irradiated on the upper side and the lower half on the reference plane. The light is shifted downward in the direction in which the light beams are separated from each other while maintaining the parallel state without changing the direction of the light beams. At this time, the central portion of the parallel light that has passed through the light beam separator 33 is a portion without a light beam, but since this portion is a portion where the edge 27 of the workpiece 17 is not present, the shape measurement is not affected.
（レンズ鏡筒）
レンズ鏡筒１３には、光源モジュール１１側から順に、対物レンズ２３、アンチピンホールフィルタ２５、投影レンズ２４が光源の光軸１６に沿って配置される。対物レンズ２３は平行光を収束させるレンズで、光源モジュール１１側に前側焦点２７´を形成するとともに、検出モジュール１４側に、後側焦点２８を形成する。
(Lens barrel)
In the lens barrel 13, an objective lens 23, an anti-pinhole filter 25, and a projection lens 24 are arranged in this order from the light source module 11 side along the optical axis 16 of the light source. The objective lens 23 is a lens that converges parallel light, and forms a front focal point 27 ′ on the light source module 11 side and a rear focal point 28 on the detection module 14 side.
また、投影レンズ２４は光源モジュール側に前側焦点２８´を備えており、この前側焦点２８´は対物レンズの後側焦点２８と一致しており、これを本願では「共焦点」と呼ぶ。 Further, the projection lens 24 has a front focal point 28 ′ on the light source module side, and this front focal point 28 ′ coincides with the rear focal point 28 of the objective lens, which is called “confocal” in the present application.
この共焦点である後側焦点２８，前側焦点２８´の位置には、対物レンズ２３を通って後側焦点２８に集光された透過光（０次光）３０を遮光するフィルタ機能をもったアンチピンホールフィルタ２５が配置されている。ここで、「アンチピンホール」とは、光軸１６上の対物レンズ２３の後側焦点２８位置に配置され、透過光（０次光）のみを遮光してその通過を妨げ、回折光２９は通過を妨げないように構成されているものである。アンチピンホールフィルタ２５は、そのようなアンチピンホールを有したフィルタである。なお、このアンチピンホールフィルタ２５は、光軸１６方向に微調整可能な位置調整手段（不図示）を備えている。 The confocal positions of the rear focal point 28 and the front focal point 28 ′ have a filter function for shielding the transmitted light (zero-order light) 30 that has been focused on the rear focal point 28 through the objective lens 23. An anti-pinhole filter 25 is disposed. Here, the “anti-pinhole” is disposed at the position of the rear focal point 28 of the objective lens 23 on the optical axis 16 and blocks only the transmitted light (0th-order light) to prevent the passage of the diffracted light 29. It is configured not to prevent passage. The anti-pinhole filter 25 is a filter having such an anti-pinhole. The anti-pinhole filter 25 includes position adjusting means (not shown) that can be finely adjusted in the direction of the optical axis 16.
投影レンズ２４の後側焦点２６´は、検出モジュール１４の撮像素子２６の検出面（撮像面）と一致している。また、対物レンズ２３の前側焦点２７´を含む光軸１６と直交する面に、被検出対象であるワーク１７のエッジ２７を一致させている。 The rear focal point 26 ′ of the projection lens 24 coincides with the detection surface (imaging surface) of the image sensor 26 of the detection module 14. Further, the edge 27 of the workpiece 17 to be detected is made to coincide with a surface orthogonal to the optical axis 16 including the front focal point 27 ′ of the objective lens 23.
（等倍・拡大投影）
本実施形態の形状測定システム５では、投影レンズ２４の焦点距離ｆ２，ｆ２と、対物レンズの焦点距離ｆ１、ｆ１との関係は、一例として、ｆ１＝ｆ２となっており、ｆ１とｆ２の焦点距離は等しい。この場合は、等倍の投影となる。なお、ｆ１＜ｆ２とした場合は、拡大投影とすることができる。測定対象物であるワークと、撮像素子２６の画面の大きさにより、この拡大倍率が決定される。なお、縮小投影も可能であるが、本発明のようなエッジ検出により形状測定を行なうものでは一般に好ましくない。なお、焦点距離をズームレンズとして可変焦点とすることもできるが、単焦点として可動部分を少なくすることでより精度が高い測定が可能になるとともに、装置の小型化、低コスト化を図ることができる。
(Same magnification / enlarged projection)
In the shape measuring system 5 of the present embodiment, the relationship between the focal lengths f2 and f2 of the projection lens 24 and the focal lengths f1 and f1 of the objective lens is, for example, f1 = f2, and the focal points of f1 and f2. The distance is equal. In this case, the projection is an equal magnification. Note that when f1 <f2, enlarged projection can be performed. This enlargement magnification is determined by the workpiece that is the measurement object and the size of the screen of the image sensor 26. Although reduced projection is also possible, it is generally not preferable to perform shape measurement by edge detection as in the present invention. Although the focal length can be made variable by using a zoom lens, it is possible to perform measurement with higher accuracy by reducing the number of movable parts as a single focus, and to reduce the size and cost of the apparatus. it can.
（光線結合器）
アンチピンホールフィルタ２５と投影レンズ２４との間に光線結合器３４が配置されている。光線結合器３４は、前述の光線分離器３３と同様にレーザ光３１に対して透明な材質により形成されており、レーザ光３１に対して高い屈折率と、色収差を生じ難い低分散性と、低い温度膨張係数を備えた光学ガラス、光学プラスチックスなどから形成されたプリズムとして構成されている。全体として、表面と裏面とが光学的に平行が保たれた平坦な面を形成し、望ましくは表面に透過率を高めるコーティングを施す。
(Ray coupler)
A light beam coupler 34 is disposed between the anti-pinhole filter 25 and the projection lens 24. The beam combiner 34 is formed of a material that is transparent to the laser beam 31 in the same manner as the beam separator 33 described above, and has a high refractive index with respect to the laser beam 31 and a low dispersibility that hardly causes chromatic aberration. It is configured as a prism formed from optical glass, optical plastics or the like having a low temperature expansion coefficient. As a whole, a flat surface in which the front surface and the back surface are optically parallel to each other is formed, and a coating for increasing the transmittance is preferably applied to the surface.
光線結合器３４は、図２に示すように、光軸１６を含み図１の紙面に対して垂直な面（以下「基準面」という。）を基準としたとき、基準面の上側（図１の上側）は光軸１６と直交する平面に対してその上部が撮像素子２６側に傾いて形成されている。また、この上部と基準面について面対象となるように、基準面の下側（図１の下側）は光軸１６と直交する平面に対してその下部が撮像素子２６側に傾いて形成されている。そして、全体としてみると、その光軸１６を含み基準面と直交する面における断面形状は、図１に示す面から見れば「く」の字形状に一体に形成されている。 As shown in FIG. 2, the beam combiner 34 has an optical axis 16 and a plane perpendicular to the paper surface of FIG. 1 (hereinafter referred to as “reference plane”) as a reference (see FIG. 1). (Upper side) is formed such that its upper part is inclined toward the image sensor 26 with respect to a plane orthogonal to the optical axis 16. Further, the lower side of the reference surface (the lower side in FIG. 1) is formed so that the lower portion is inclined toward the image sensor 26 with respect to the plane orthogonal to the optical axis 16 so that the upper portion and the reference surface are surface objects. ing. When viewed as a whole, the cross-sectional shape of the plane including the optical axis 16 and orthogonal to the reference plane is integrally formed in a “<” shape when viewed from the plane shown in FIG.
このため、光線結合器３４は、光源モジュール１１から光軸１６に平行な平行光を受けると、基準面を基準として、上半分に照射された平行光は下側に、下半分に照射された平行光は上側に、それぞれ相互に光線を結合させる方向に、光線の方向を変えることなく平行な状態を保ったままでシフトさせる。このとき、光線分離器３３を通過した平行光の中央部は、光線が重なったり、乱れたりするが、そもそもこの部分にはワーク１７のエッジがない、つまり基本的に光線がない部分であるので、形状測定には影響がない。 Therefore, when the beam combiner 34 receives parallel light parallel to the optical axis 16 from the light source module 11, the parallel light irradiated on the upper half is irradiated on the lower side and the lower half with reference to the reference plane. The parallel light is shifted upward in the direction in which the light rays are combined with each other while maintaining the parallel state without changing the direction of the light rays. At this time, the central part of the parallel light that has passed through the light separator 33 is overlapped or disturbed, but in the first place there is no edge of the work 17, that is, basically there is no light. No effect on shape measurement.
（検出モジュール）
検出モジュール１４は、ここで受信した光を電気信号に変換して、パソコン２０で例えばドットマトリクスのデータとして画像処理させる。
(Detection module)
The detection module 14 converts the received light into an electrical signal, and causes the personal computer 20 to perform image processing, for example, as dot matrix data.
検出モジュール１４を構成する撮像素子２６としては、例えば、マトリクス状にＣＣＤをアレイ配置したＣＣＤカメラであり、エリアイメージが、縦１１．８４［ｍｍ］×横８．８８［ｍｍ］（１６００ｐｉｘｅｌ×１２００ｐｉｘｅｌ）の１．９２Ｍｅｇａ ｐｉｘｅｌのＣＣＤカメラである。 The image pickup device 26 constituting the detection module 14 is, for example, a CCD camera in which CCDs are arranged in a matrix, and an area image is 11.84 [mm] × 8.88 [mm] (1600 pixels × 1200 pixels). 1.92 Mega pixel CCD camera.
撮像素子としては、ＣＣＤのほか、ＣＭＯＳなどのアレイ状の撮像素子が適用でき、一般に市販されているＣＣＤ、ＣＭＯＳによる撮像素子の画面サイズは、１／３サイズの４．８×３．６ｍｍのものから３５ｍｍフィルムフルサイズの３６×２４ｍｍのものまで各種あるが、用途により大きさが選択できる。 As an image pickup device, an array-like image pickup device such as a CMOS can be applied in addition to a CCD, and the screen size of an image pickup device using a commercially available CCD or CMOS is 1/3 size of 4.8 × 3.6 mm. There are various types from 36 to 24 mm with a full size of 35 mm film, but the size can be selected depending on the application.
ここで大きな撮像素子２６は、エッジ２７を高倍率で拡大投影してエッジの検出をするには有利であるが、撮像素子２６を大型化するには、光源モジュール１１や投影光学系全体、レンズ鏡筒１３などの大型化にともない装置全体が大型化し、且つ撮像素子２６自体のコストも画面サイズに比例して大きくなるので、その点からは小型のものがこのましい。 The large image sensor 26 is advantageous for detecting the edge 27 by magnifying and projecting the edge 27 at a high magnification. However, in order to increase the size of the image sensor 26, the light source module 11, the entire projection optical system, and a lens are used. As the lens barrel 13 and the like increase in size, the entire apparatus increases in size, and the cost of the image sensor 26 itself increases in proportion to the screen size. From this point of view, a smaller one is preferable.
（ワーク）
測定対象物としてのワークの一例としては、特に限定されるものではないが、光源モジュール１１により照射される平行光にその輪郭が包み込まれなければ、その輪郭のエッジ像は得られない。例えば、直径が０．３ｍｍ程度の極細ドリルなどであれば、光線分離器３３や光線結合器３４なしでも、等倍の投影はもちろん、２０〜３０倍に拡大投影しても十分に撮像素子２６の画面内に収まる。
(work)
An example of the workpiece as the measurement object is not particularly limited, but an edge image of the contour cannot be obtained unless the contour is wrapped in the parallel light irradiated by the light source module 11. For example, in the case of an ultrafine drill having a diameter of about 0.3 mm, the image pickup element 26 is sufficiently obtained even without the light separator 33 and the light combiner 34, as well as the same magnification projection and the magnified projection of 20 to 30 times. Fits within the screen.
他の例として、スローアウェイチップが挙げられるが、全体の長さが４０ｍｍのものもあり、これまでのエッジ検出装置による投影では、光路シフト手段である光線分離器３３がなく、等倍であっても到底撮像素子２６の撮像面には形状全体が入らない。 As another example, there is a throw-away tip, but there is also a throw-away tip having a total length of 40 mm. In the projection by the edge detection device so far, there is no light beam separator 33 which is an optical path shift means, and the magnification is equal. Even so, the entire shape does not enter the imaging surface of the imaging element 26.
（形状計測装置の作用）
以下本実施形態の形状計測装置の作用を説明する。
レーザ発振器２１から出射されたレーザ光３１が、コリメータレンズ２２を通って光軸１６に平行な平行光に変換され、光線分離器３３を通過すると、光線分離器３３は、基準面より上の平行なレーザ光３１を上方に平行にシフトさせる。同様に、基準面より下の平行なレーザ光３１を下方に平行にシフトさせる。そうして、このようにシフトされた平行なレーザ光３１は、それぞれワーク１７の上端と下端のエッジ２７の部分を通過する。
(Operation of shape measuring device)
The operation of the shape measuring apparatus according to this embodiment will be described below.
When the laser light 31 emitted from the laser oscillator 21 is converted into parallel light parallel to the optical axis 16 through the collimator lens 22 and passes through the light beam separator 33, the light beam separator 33 is parallel above the reference plane. The laser beam 31 is shifted upward in parallel. Similarly, the parallel laser beam 31 below the reference plane is shifted downward in parallel. The parallel laser beams 31 thus shifted pass through the upper edge 27 and the lower edge 27 of the workpiece 17, respectively.
ワーク１７のエッジ２７に平行なレーザ光３１が照射されると、エッジ２７から０次光である透過光３０と、それ以外にも回折が生じて一次回折光を主とする色々な次数の回折光２９が発生する。また、同時に散乱光を発生させる。 When the laser beam 31 parallel to the edge 27 of the work 17 is irradiated, diffraction is generated from the edge 27 and transmitted light 30 that is zero-order light, and other orders, and diffraction of various orders mainly including first-order diffracted light. Light 29 is generated. At the same time, scattered light is generated.
このレーザ光３１のうちエッジ２７から離れた箇所を通過する０次光成分の透過光３０は、平行光として対物レンズ２３に入射する。ワーク１７を照射しているレーザ光３１は、ワーク１７に遮光される。 The transmitted light 30 of the 0th-order light component that passes through the part away from the edge 27 in the laser light 31 enters the objective lens 23 as parallel light. The laser beam 31 irradiating the workpiece 17 is shielded by the workpiece 17.
エッジ２７は、対物レンズ２３の前側焦点２７´に一致しているので、エッジ２７の周辺を通る透過光３０や回折光２９は、対物レンズ２３のフーリエ変換作用により、対物レンズ２３の後側焦点２８で、空間周波数に分解された透過光３０を集光するが、回折光２９を集光しない。この対物レンズ２３の後側焦点２８の位置に、０次光成分のみを遮るフィルタ機能をするアンチピンホールフィルタ２５が設置されているので、集光された透過光３０は完全に遮断される。 Since the edge 27 coincides with the front focal point 27 ′ of the objective lens 23, the transmitted light 30 and the diffracted light 29 passing through the periphery of the edge 27 are focused on the rear side of the objective lens 23 by the Fourier transform action of the objective lens 23. At 28, the transmitted light 30 decomposed into spatial frequencies is collected, but the diffracted light 29 is not collected. Since the anti-pinhole filter 25 having a filter function for blocking only the 0th-order light component is installed at the position of the rear focal point 28 of the objective lens 23, the collected transmitted light 30 is completely blocked.
一方、アンチピンホールフィルタ２５を透過した高周波成分の回折光２９は、光線結合器３４を通過すると、光線結合器３４は、基準面より上の平行な回折光２９を下方に平行にシフトさせる。同様に、基準面より下の平行な回折光２９を上方に平行にシフトさせる。そうして、このようにシフトされた平行なレーザ光３１は、それぞれ投影レンズ２４に入射される。そのため、対向する上下端のエッジ像は、光線結合器３４がない場合より近接される。 On the other hand, when the high-frequency component diffracted light 29 transmitted through the anti-pinhole filter 25 passes through the light beam coupler 34, the light beam coupler 34 shifts the parallel diffracted light 29 above the reference plane in parallel downward. Similarly, parallel diffracted light 29 below the reference plane is shifted upward in parallel. Thus, the parallel laser beams 31 thus shifted are incident on the projection lens 24, respectively. For this reason, the edge images at the upper and lower ends that are opposed to each other are closer to each other than when the beam combiner 34 is not provided.
そして、このように近接され投影レンズ２４に入射された回折光２９は、投影レンズ２４の逆フーリエ変換作用によって、投影レンズ２４の後側焦点２６´に配置された撮像素子２６の検出面上に結像する。このとき、エッジ２７により生じた同心円状の干渉像のうち、アンチピンホールフィルタ２５により、干渉像の１次回折光すなわちエッジ２７の形状を与えるエッジ像のみが抽出される。このような光学系の構成としたことにより、ワーク１７のエッジ２７のシャープなエッジ像を、干渉像の影響を受けることがなく高精度に識別できる。 Then, the diffracted light 29 approached in this manner and incident on the projection lens 24 is formed on the detection surface of the image sensor 26 disposed at the rear focal point 26 ′ of the projection lens 24 by the inverse Fourier transform action of the projection lens 24. Form an image. At this time, from the concentric interference image generated by the edge 27, only the first-order diffracted light of the interference image, that is, the edge image giving the shape of the edge 27 is extracted by the anti-pinhole filter 25. With such an optical system configuration, a sharp edge image of the edge 27 of the workpiece 17 can be identified with high accuracy without being affected by the interference image.
ここで、図３を参照して、本実施形態の光線結合器の作用について、詳述する。図３に示す回折光２９は、本実施形態で撮像素子２６の撮像面に実際にエッジ像を形成する光線である。また、アンチピンホールフィルタ２５で遮光された０次光が、仮にアンチピンホールフィルタ２５で遮光されなかったとした場合の０次光の光路３０´を破線で示す。さらに、仮に本実施形態の光線結合器３４がなかったとしたら、この０次光が辿るであろう光路２９´を二点鎖線で示す。 Here, with reference to FIG. 3, the effect | action of the light beam coupler of this embodiment is explained in full detail. The diffracted light 29 shown in FIG. 3 is a light beam that actually forms an edge image on the imaging surface of the image sensor 26 in this embodiment. Further, the zero-order light path 30 ′ when the zero-order light shielded by the anti-pinhole filter 25 is not shielded by the anti-pinhole filter 25 is indicated by a broken line. Furthermore, if there is no light beam coupler 34 of the present embodiment, the optical path 29 'that this 0th order light will follow is indicated by a two-dot chain line.
まず、本実施形態における撮像素子２６におけるエッジ像は、回折光２９が集光する位置、つまり、アンチピンホールフィルタで遮光された０次光が撮像素子２６に入射するべき位置に結像する。このときの上下両端のエッジ像間の距離は、Ｄ１となる。 First, the edge image in the image sensor 26 in the present embodiment forms an image at a position where the diffracted light 29 is condensed, that is, a position where the 0th-order light shielded by the anti-pinhole filter should enter the image sensor 26. Upper and lower ends of the distance between the edge image at this time is D 1.
一方、仮に本実施形態の光線結合器３４がなかったとしたら、０次光が辿る光路２９´が撮像素子２６に入射するべき位置に結像する。このときの上下両端のエッジ像間の距離は、Ｄ２となる。 On the other hand, if the beam combiner 34 of the present embodiment is not provided, an optical path 29 ′ followed by the 0th-order light forms an image at a position where it should enter the image sensor 26. Upper and lower ends of the distance between the edge image at this time is D 2.
ここで、それぞれの入射位置の差は、図３の撮像素子２６に示す偏差ｅとなり、画面上での距離の差［Ｄ２−Ｄ１］だけ、撮像素子２６を小さくしても、上下両端のエッジ像を同時に同じ高倍率で同一の撮像素子で撮像できる。 Here, the difference between the respective incident positions becomes a deviation e shown in the image sensor 26 of FIG. 3, and even if the image sensor 26 is reduced by the distance difference [D 2 −D 1 ] on the screen, both upper and lower ends. Edge images can be simultaneously captured at the same high magnification by the same image sensor.
次に、図４を参照して、撮像素子２６に結像されるエッジ画像を模式的に示す。なお、図は明暗反転して示している。図４の（ａ）は、本実施形態の光線結合器３４がなかったとしたときの状態で、このときの上下両端部のエッジ間の距離がＤ２であると、上下両端部のエッジは撮像素子２６の撮像面外にあり、エッジ間の距離が測定できない。一方、（ｂ）では、両端のエッジを含む映像がそのままの形状で、光軸１６を含む基準面を境に、それぞれが近接するようにシフトしている。このときの距離Ｄ１を計測して、それぞれのシフト量２ｅを加算すれば、両エッジ間の距離が算出できる。 Next, referring to FIG. 4, an edge image formed on the image sensor 26 is schematically shown. In addition, the figure is shown by reversing light and dark. Of (a) is 4, in the state when the light coupler 34 was not in the present embodiment, the distance between the upper and lower end portions of the edge at this time is D 2, the edge of the upper and lower ends are captured It is outside the imaging surface of the element 26 and the distance between the edges cannot be measured. On the other hand, in (b), the image including the edges at both ends is in the same shape, and is shifted so as to approach each other with the reference plane including the optical axis 16 as a boundary. The distance D 1 of the this time is measured, by adding the respective shift amounts 2e, the distance between the edges can be calculated.
ここで、図１８、１９を参照して、本実施形態の前提となるアンチピンホールフィルタ２５を用いない投影光学系と本実施形態の形状測定システム５における投影画像の違いを簡単に説明する。 Here, with reference to FIGS. 18 and 19, the difference between the projection optical system that does not use the anti-pinhole filter 25 that is the premise of the present embodiment and the projection image in the shape measurement system 5 of the present embodiment will be briefly described.
図１８（ａ）は、従来の投影光学系（図２１参照）を用いた図１９に示すような投影画像のエッジ部分の輝度を示すグラフである。グラフ右側が投影した映像のワーク１７の輪郭内側で、左側が外側である。グラフは上方に向けて輝度が高いことを示す。 FIG. 18A is a graph showing the brightness of the edge portion of the projection image as shown in FIG. 19 using the conventional projection optical system (see FIG. 21). The right side of the graph is the inside of the outline of the projected work 17 and the left side is the outside. The graph shows that the brightness is high upward.
図１８（ａ）に示すグラフのように、従来は、実際のエッジの位置で、輝度がはっきりと変化せず、高輝度の部分と低輝度の部分は、なだらかに変化しており、この傾斜したグラフのいずれかにエッジが存在する。視覚的には、輪郭がぼけた映像となってしまった。このような変化であると、しきい値の取り方により大きくエッジ部分がずれてしまうことになり、正確なエッジの位置は検出できない。 As in the graph shown in FIG. 18A, in the related art, the brightness does not change clearly at the actual edge position, and the high brightness portion and the low brightness portion change gently. An edge exists in one of the graphs. Visually, the image was blurred. If it is such a change, the edge portion will be greatly shifted depending on the threshold value, and the exact edge position cannot be detected.
その理由を説明すると、レーザ光が被測定物のエッジ部分に照射されると、スリットでなくても回折が生じ、直進する０次光の他、ワーク１７のエッジで回折する１次光、２次光、３次光…の回折光が発生する。このうち、２次光以降は、比較的光量が少ないので影響が小さい。従来のように、アンチピンホールフィルタ２５がない従来の構成では、この０次光と、回折光のうち主に１次光がＣＣＤ画面上で像を結び、干渉縞ができる。これらが原因となりエッジ部の画像がボヤけ、エッジ部の判別が困難となり、測定精度が低下する。この問題を解決するため、アンチピンホールを用いたフーリエ変換光学系とした。 The reason will be explained. When the edge of the object to be measured is irradiated with the laser beam, diffraction occurs even if it is not a slit, and the first-order light diffracted at the edge of the workpiece 17 in addition to the zero-order light traveling straight. Diffracted light of secondary light, tertiary light, etc. is generated. Among these, the influence after the secondary light is small because the amount of light is relatively small. In the conventional configuration without the anti-pinhole filter 25 as in the prior art, the 0th-order light and the primary light of the diffracted light form an image on the CCD screen to form interference fringes. For these reasons, the image of the edge portion is blurred, it becomes difficult to discriminate the edge portion, and the measurement accuracy decreases. In order to solve this problem, a Fourier transform optical system using an anti-pinhole is adopted.
ここで、図１８（ｂ）は、本実施形態の投影画像のエッジ部分の輝度を示すグラフである。本実施形態の形状計測装置９では、全体が低輝度になっている部分に２つの高輝度のピークがあり、その中間がはっきりした低輝度の下向きのピーク（ボトム）がある。この高輝度の２つのピークは、回折光のうちの１次光により形成されたものである。アンチピンホールフィルタ２５により０次光を遮光したため、０次光と１次光とが干渉することなく、また１次光同士も間隔が空いているので、それぞれ１次光がはっきりと表れたものである。そして、この間の低輝度のボトムは、本来０次光が到達する位置であり、言い換えれば正確なエッジの位置を示している。 Here, FIG. 18B is a graph showing the luminance of the edge portion of the projection image of the present embodiment. In the shape measuring apparatus 9 of the present embodiment, there are two high-brightness peaks in a portion where the whole is low-brightness, and there is a low-brightness downward peak (bottom) in the middle. These two high-luminance peaks are formed by the primary light of the diffracted light. Since the 0th-order light is shielded by the anti-pinhole filter 25, the 0th-order light and the first-order light do not interfere with each other, and the primary lights are spaced apart from each other. It is. The low-luminance bottom during this period is the position where the 0th-order light originally arrives, in other words, the accurate edge position.
このようなグラフからわかるように、アンチピンホール法では、エッジ検出の閾値の設定が容易で、かつ極めて正確な位置にはっきりとした暗線でエッジが示される。そのため、画像処理が容易で且つロバストなデータを得られるため、数値化が容易で、そのためＮＣ制御も容易にできることになる。 As can be seen from such a graph, in the anti-pinhole method, it is easy to set a threshold for edge detection, and an edge is indicated by a clear dark line at a very accurate position. For this reason, since image processing is easy and robust data can be obtained, the numerical value can be easily obtained, and therefore NC control can be easily performed.
本実施形態は以上のような構成を備えるため、以下のような効果がある。
（１） 本発明の前提構成であるアンチピンホール法によるエッジ検出は、２本の輝線に囲まれたはっきりした暗線としてエッジが現れるため、画像の位置が変位しても画像処理が極めて容易である。
Since the present embodiment has the above-described configuration, the following effects are obtained.
(1) In edge detection by the anti-pinhole method, which is a premise of the present invention, since an edge appears as a clear dark line surrounded by two bright lines, image processing is extremely easy even if the position of the image is displaced. is there.
この場合、測定対象物の投影光学系の光軸に近い輪郭内部の部分は、形状の測定に寄与していない。そこで、本実施形態では、形状の測定に寄与する光線を適所でシフトする。そのことで、本来の光源モジュールの光束の幅や、対物レンズ・投影レンズで投影できる光束の幅や、撮像素子が受光できる光束の幅にかかわらず、大きな測定対象物でも、高倍率で精度の高いエッジ検出を行い、かつ一対のエッジ間の距離を正確に測定し、もって測定対象物の外形形状を正確に測定することができる。 In this case, the portion inside the contour near the optical axis of the projection optical system of the measurement object does not contribute to the shape measurement. Therefore, in this embodiment, the light beam contributing to the shape measurement is shifted in place. Therefore, regardless of the width of the light beam of the original light source module, the width of the light beam that can be projected by the objective lens / projection lens, and the width of the light beam that can be received by the image sensor, even a large measurement object can be accurately measured with high magnification. It is possible to perform high edge detection and accurately measure the distance between a pair of edges, thereby accurately measuring the outer shape of the measurement object.
（２） 光線結合器３４により、光束の幅をより小さくすることで、エッジ像をそのままの倍率で、撮像素子２６に投影される映像を小さくすることができ撮像素子２６を小型のものとすることができる。 (2) By reducing the width of the light beam by the light beam combiner 34, the image projected onto the image sensor 26 can be reduced with the same magnification as the edge image, and the image sensor 26 can be made compact. be able to.
（３） さらに、投影レンズ２４に導入される前に光束の幅をより小さくすることで、投影レンズ２４に導入される光束の幅をより小さくして、投影レンズ２４の径を小さくすることも可能になる。 (3) Further, by reducing the width of the light beam before being introduced into the projection lens 24, the width of the light beam introduced into the projection lens 24 can be further reduced, and the diameter of the projection lens 24 can be reduced. It becomes possible.
（４） 光源モジュール１１から照射された平行光の光束の幅が、測定しようとするワーク１７の外寸より小さい場合に、光線分離器３３により光軸１６を含む基準面に対して対称に離間するように光束をその方向を変えずに平行移動させて、ワーク１７の対向する両方のエッジ２７，２７部分を平行光を照射することが可能となる。したがって、ワーク１７の外寸より狭い光束の平行光しか照射することができない光源モジュール１１でも、このワーク１７の形状を測定できるようになる。 (4) When the width of the parallel light beam irradiated from the light source module 11 is smaller than the outer dimension of the workpiece 17 to be measured, the light beam separator 33 separates it symmetrically with respect to the reference plane including the optical axis 16. In this way, it is possible to irradiate parallel light on both opposing edges 27 and 27 of the workpiece 17 by translating the luminous flux without changing its direction. Therefore, the shape of the workpiece 17 can be measured even with the light source module 11 that can irradiate only parallel light of a light flux narrower than the outer dimension of the workpiece 17.
（５） 光線分離器３３と、光線結合器３４とを、同一の構成とすることで、調整が容易になる。また、同一の若しくは近似の構成のものを前後逆に使うことで収差が比較的抑えられる。 (5) By making the light beam separator 33 and the light beam coupler 34 have the same configuration, adjustment becomes easy. In addition, aberrations can be relatively suppressed by using the same or similar configuration in the reverse direction.
（第２の実施形態）
次に、図５を参照して第２の実施形態を説明する。第２の実施形態は、第１の実施形態と比較して、光線分離器３３を備えない点で相違する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. The second embodiment is different from the first embodiment in that the light separator 33 is not provided.
以下、第１の実施形態と異なる点のみを説明し、共通する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態では、光源モジュール１１から、光線分離器３３を介さず、直接ワーク１７を平行光で照射している。測定対象物であるワークが大きさが小さいものに限られる場合、若しくは光源モジュール１１が幅広いレーザ光により平行光が照射可能なものであれば、光線分離器３３はなくても、光線結合器３４の効果を発揮しうる。第１の実施形態よりも構成が簡易になる。
Hereinafter, only differences from the first embodiment will be described, and common portions will be denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
In the present embodiment, the workpiece 17 is directly irradiated with parallel light from the light source module 11 without using the light beam separator 33. If the workpiece to be measured is limited to a small size, or if the light source module 11 can irradiate parallel light with a wide range of laser beams, the beam combiner 34 is not necessary even if the beam separator 33 is not provided. The effect of can be demonstrated. The configuration is simpler than that of the first embodiment.
本実施形態によれば、上記第１の実施形態の効果（１）〜（３）に加え、以下のような効果がある。
（６） 簡易な構成とすることができる。
According to this embodiment, in addition to the effects (1) to (3) of the first embodiment, there are the following effects.
(6) A simple configuration can be obtained.
（第３の実施形態）
次に、図６を参照して第３の実施形態を説明する。第３の実施形態は、第２の実施形態と比較して、複数の光線結合器３４ａ、３４ｂを備えた点で相違する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. The third embodiment is different from the second embodiment in that it includes a plurality of light couplers 34a and 34b.
以下、第１、第２の実施形態と異なる点のみを説明し、共通する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態では、第２の実施形態の構成に加え、光線結合器３４ｂを、測定対象物であるワーク１７と対物レンズ２３との間にも配置した。
Hereinafter, only differences from the first and second embodiments will be described, and common portions will be denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
In the present embodiment, in addition to the configuration of the second embodiment, the light coupler 34b is also disposed between the workpiece 17 as the measurement object and the objective lens 23.
図６に示すように、ワーク１７が比較的大型で、かつ光源モジュール１１も大型で、大型のワーク１７に十分平行光を照射できる場合は、第２の実施形態と同様に光線分離器３３は必要がない。一方、検出モジュール１４の撮像素子２６の撮像面が十分に大きくない場合は、第２の実施形態のように唯一の光線結合器３４では、エッジ画像が撮像面に収まりきらない場合も生じる。 As shown in FIG. 6, when the workpiece 17 is relatively large and the light source module 11 is also large and can sufficiently irradiate the large workpiece 17 with parallel light, the light separator 33 is similar to the second embodiment. There is no need. On the other hand, when the image pickup surface of the image pickup element 26 of the detection module 14 is not sufficiently large, the edge image may not be able to fit on the image pickup surface with the only light coupler 34 as in the second embodiment.
このような場合には、本実施形態のように複数の光線結合器３４ａ、３４ｂを備えてもよい。
本実施形態では、アンチピンホールフィルタ２５と投影レンズ２４の間の光線結合器３４ａに加え、ワーク１７と対物レンズ２３の間にも光線結合器３４ｂを配設した。
In such a case, a plurality of beam combiners 34a and 34b may be provided as in this embodiment.
In this embodiment, in addition to the light coupler 34 a between the anti-pinhole filter 25 and the projection lens 24, a light coupler 34 b is also disposed between the workpiece 17 and the objective lens 23.
本実施形態によれば、上記第１の実施形態の効果（１）〜（３）に加え、以下のような効果がある。
（７） ワーク１７を通過した平行な光束の幅を光線結合器３４ｂにより平行なまま小さくすることで、撮像素子２６のみならず、対物レンズ２３及び投影レンズ２４を小さくすることができる。従って、投影光学系全体を小さくすることが可能となる。
According to this embodiment, in addition to the effects (1) to (3) of the first embodiment, there are the following effects.
(7) By reducing the width of the parallel light flux that has passed through the workpiece 17 while being parallel by the light coupler 34b, not only the image pickup device 26 but also the objective lens 23 and the projection lens 24 can be made small. Therefore, it is possible to reduce the entire projection optical system.
なお、本実施形態において構成を以下のように変更してもよい。
○ 光線結合器３４なしで、光線結合器３４ｂのみで構成してもよい。
このように構成することで、より簡易な構成で、ワーク１７を通過した平行な光束の幅を光線結合器３４ｂにより平行なまま小さくすることで、撮像素子２６のみならず、対物レンズ２３及び投影レンズ２４を小さくすることができる。
In the present embodiment, the configuration may be changed as follows.
O The light coupler 34 may be used only without the light coupler 34.
With this configuration, the width of the parallel light beam that has passed through the workpiece 17 is reduced by the light coupler 34b while being parallel, with a simpler configuration, so that not only the image pickup device 26 but also the objective lens 23 and the projection. The lens 24 can be made small.
（第４の実施形態）
次に、図７を参照して第４の実施形態を説明する。第４の実施形態は、第２、第３の実施形態と比較して、光線結合器３４の配置が異なる点で相違する。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIG. The fourth embodiment is different from the second and third embodiments in that the arrangement of the beam combiner 34 is different.
以下、第２，３の実施形態と異なる点のみを説明し、共通する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態では、光線結合器３４ｃを、投影レンズ２４と撮像素子２６との間に配置した。
Hereinafter, only differences from the second and third embodiments will be described, and common portions will be denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
In the present embodiment, the light beam coupler 34 c is disposed between the projection lens 24 and the image sensor 26.
また、複数の撮像素子２６ａ、２６ｂを一体に備えた。
図７に示すように、光線結合器３４ｃを、投影レンズ２４と撮像素子２６との間に配置し、投影レンズ２４により撮像素子２６に投影される光線を、基準面を基準として、上半分に照射された光は下側に、下半分に照射された光は上側に、それぞれ相互に光線を近接させる方向に、光線の方向を変えることなく平行な状態を保ったままでシフトさせる。このとき、光線結合器３４ｃを通過した平行光の中央部は、光線が重なったり、乱れたりするが、そもそもこの部分にはワーク１７のエッジ２７がない、つまり基本的に光線がない部分であるので、形状測定には影響がない。
In addition, a plurality of image sensors 26a and 26b are integrally provided.
As shown in FIG. 7, a light beam combiner 34c is arranged between the projection lens 24 and the image sensor 26, and the light beam projected onto the image sensor 26 by the projection lens 24 is set to the upper half with reference to the reference plane. The irradiated light is shifted to the lower side, and the light irradiated to the lower half is shifted to the upper side in the direction in which the light beams are brought close to each other, without changing the direction of the light beams. At this time, the central portion of the parallel light that has passed through the light coupler 34c is overlapped or disturbed, but in the first place, there is no edge 27 of the workpiece 17, that is, basically there is no light. Therefore, there is no influence on the shape measurement.
このようにして、光線結合器３４ｃにより、撮像素子２６で結像する直前で光路をシフトすることで、同じワークであればより小さな撮像素子２６とすることができる。
なお、光線結合器３４ｃによっても、１つの撮像素子２６の撮像面に収まりきらない場合は、複数の検出モジュール１４ａ、１４ｂを用いることもできる。図７に示すように、２つの検出モジュール１４ａ、１４ｂは、光軸１６に対して直交する方向に並べて配置される。このとき、撮像素子２６ａ、２６ｂは光軸１６に直交する同一平面上となるようにする。２つの撮像素子２６ａ、２６ｂは、相対位置が変化しないように固定される。このとき２つの撮像素子２６ａ、２６ｂの間には、隙間ができるが、この部分にエッジ像が来ることがないので、形状計測には問題がない。
In this way, by shifting the optical path immediately before imaging with the image sensor 26 by the light beam coupler 34c, a smaller image sensor 26 can be obtained for the same work.
It should be noted that a plurality of detection modules 14a and 14b can also be used when the light beam coupler 34c does not fit on the imaging surface of one imaging element 26. As shown in FIG. 7, the two detection modules 14 a and 14 b are arranged side by side in a direction orthogonal to the optical axis 16. At this time, the image pickup devices 26 a and 26 b are on the same plane orthogonal to the optical axis 16. The two image sensors 26a and 26b are fixed so that the relative positions do not change. At this time, there is a gap between the two image pickup devices 26a and 26b, but since no edge image comes to this portion, there is no problem in shape measurement.
この場合、それぞれの検出モジュール１４ａ、１４ｂによりそれぞれ対向する位置のエッジが検出されることになるが、エッジ間の距離が予め正確に分かっている基準ワークを測定して、その計測結果をキャリブレーションを行うことで、２つの撮像素子２６ａ、２６ｂの相対位置が変化しないので、その後は正確な形状測定ができる。 In this case, the edges of the opposing positions are detected by the respective detection modules 14a and 14b, but a reference workpiece whose distance between the edges is accurately known in advance is measured, and the measurement result is calibrated. Since the relative positions of the two image sensors 26a and 26b do not change, accurate shape measurement can be performed thereafter.
本実施形態によれば、上記第１の実施形態の効果（１）〜（３）に加え、以下のような効果がある。
（８） 投影レンズ２４を通過した対向する両端部のエッジ像を撮像素子２６ａ、２６ｂに投影するための光を、光線結合器３４ｃにより結像を損なわないで相互に近接させることができる。そのため、撮像素子２６ａ、２６ｂを小さくすることができる。従って、投影光学系全体を小さくすることが可能となる。
According to this embodiment, in addition to the effects (1) to (3) of the first embodiment, there are the following effects.
(8) The light for projecting the edge images of the opposite end portions that have passed through the projection lens 24 onto the image sensors 26a and 26b can be brought close to each other without impairing the image formation by the light beam coupler 34c. Therefore, the image sensors 26a and 26b can be made small. Therefore, it is possible to reduce the entire projection optical system.
（９） また、光線結合器３４ｃは、投影光学系のレンズ鏡筒１３の外部にあるため、いわゆる外付けが容易にでき、既成のレンズ鏡筒１３に追加したり、ワークの種類により交換することもできる。さらに、検出モジュール１４ａ、１４ｂと一体のアセンブリとして、ユニット化してもよい。 (9) Since the light coupler 34c is outside the lens barrel 13 of the projection optical system, so-called external attachment can be easily performed, and it can be added to the existing lens barrel 13 or exchanged depending on the type of workpiece. You can also Further, the detection modules 14a and 14b may be unitized as an assembly.
（１０） 本実施形態では、検出モジュール１４を、を備えた２つの検出モジュール１４ａ、１４ｂとして構成した。そのため、２つの２つの撮像素子２６ａ、２６ｂにより大きなイメージエリアを得ることができ、より大型のワークの形状計測もできる。 (10) In the present embodiment, the detection module 14 is configured as two detection modules 14a and 14b including Therefore, a large image area can be obtained by the two two image pickup devices 26a and 26b, and the shape of a larger workpiece can be measured.
なお、本実施形態において構成を以下のように変更してもよい。
○ 撮像素子２６ａ、２６ｂを基準面から離間した位置に配置してもよい。そうすることで、より大きなワークをより小さな撮像素子で形状を計測することができる。
In the present embodiment, the configuration may be changed as follows.
The image sensors 26a and 26b may be arranged at positions separated from the reference plane. By doing so, the shape of a larger workpiece can be measured with a smaller image sensor.
○ さらに、２つの撮像素子を近接させまたは離間させる構成としてもよい。このように変位させても、形状計測の前に、基準ワークによりキャリブレーションすれば、その間隔が未知であってもよい。 Furthermore, it is good also as a structure which makes two image pick-up elements approach or separate. Even if it is displaced in this way, the interval may be unknown if it is calibrated by the reference workpiece before the shape measurement.
（第５の実施形態）
次に、図８、図９を参照して第５の実施形態を説明する。第５の実施形態は、第４の実施形態と比較して、光線結合器３４ｃの構成が異なる点で相違する。
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment will be described with reference to FIGS. The fifth embodiment is different from the fourth embodiment in that the configuration of the light coupler 34c is different.
以下、第２〜４の実施形態と異なる点のみを説明し、共通する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態の光線結合器３５では、投影レンズ２４と撮像素子２６との間に配置した光線結合器３４ｃを、くの字形のプリズムではなく、ミラーを用いた構成とした。
Hereinafter, only differences from the second to fourth embodiments will be described, and common portions will be denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
In the light beam coupler 35 of the present embodiment, the light beam coupler 34c disposed between the projection lens 24 and the image sensor 26 is configured to use a mirror instead of a dogleg-shaped prism.
光線結合器３５を構成するミラーは、ガラス、金属などの表面または裏面に金属膜などを形成し、ほぼ光線を１００％反射する平面鏡から構成されている。ここでは底面が直角二等辺三角形の三角柱状のガラスブロックの所定の面に反射膜を施したものである。 The mirror constituting the light beam coupler 35 is formed of a plane mirror that forms a metal film or the like on the front or back surface of glass, metal or the like and reflects almost 100% of the light beam. Here, a reflective film is applied to a predetermined surface of a triangular prism-shaped glass block whose bottom surface is a right-angled isosceles triangle.
光線結合器３５の第１ミラー３５ａは、直角を挟む等しい二辺（以下「二等辺」という。）側の面をそれぞれ反射面として、直角側の頂点を光源モジュール１１側に向けて基準面上に配置される。このとき直角に対向する斜辺（以下「斜辺」という。）は基準面と垂直に配置されている。したがって光軸１６方向からの光線を、基準面を基準として、上半分に照射された光は下側に、下半分に照射された光は上側に、それぞれ相互に光線を近接させる方向に、直交方向に反射させるように構成されている。 The first mirror 35a of the beam combiner 35 is on the reference plane with the surfaces on the same two sides (hereinafter referred to as “isosceles”) sandwiching a right angle as reflection surfaces and the vertex on the right side facing the light source module 11 side. Placed in. At this time, the hypotenuse that opposes at right angles (hereinafter referred to as “the hypotenuse”) is arranged perpendicular to the reference plane. Therefore, light rays from the direction of the optical axis 16 are orthogonal to the direction in which the light rays are close to each other, the light emitted to the upper half is on the lower side, the light emitted to the lower half is on the upper side, and the reference plane is the reference. It is configured to reflect in the direction.
１対の第２ミラー３５ｂ、３５ｃは、斜辺側を反射面とし、二等辺のうち、一辺を基準面と直交する方向に、他の一辺を直角の頂点を挟んで検出モジュール１４側に延びるように基準面と平行に配置される。したがって、第１ミラー３５ａにより反射された光線をそれぞれ光軸１６と平行で、検出モジュール１４側に直交するように反射するように構成されている。なお、第２ミラー３５ｂ、３５ｃは検出モジュール１４側にシフト可能に構成されている。 The pair of second mirrors 35b and 35c has a hypotenuse side as a reflecting surface, and one of the isosceles sides extends in the direction perpendicular to the reference plane, and the other side extends toward the detection module 14 with a right-angled vertex sandwiched therebetween. Arranged parallel to the reference plane. Accordingly, the light beams reflected by the first mirror 35a are each reflected so as to be parallel to the optical axis 16 and orthogonal to the detection module 14 side. The second mirrors 35b and 35c are configured to be shiftable to the detection module 14 side.
一対の第３ミラー３５ｄ、３５ｅは、二等辺のうち、一辺を基準面と平行かつ、第２ミラー３５ｂ、３５ｃの一辺と同一面上になるように配置される。他の一辺は直角の頂点を挟んで基準面側に延びるように基準面と直交して配置される。そして、斜辺側が反射鏡となっている。したがって、第２ミラー３５ｂ、３５ｃにより反射された光軸１６と平行な光線をそれぞれ光軸１６に向かうように光軸１６と直交する方向に再び反射するように構成されている。 The pair of third mirrors 35d and 35e are arranged such that one of the isosceles sides is parallel to the reference plane and is flush with one side of the second mirrors 35b and 35c. The other side is arranged perpendicular to the reference plane so as to extend toward the reference plane with a right-angled apex interposed therebetween. The hypotenuse side is a reflecting mirror. Therefore, the light beam parallel to the optical axis 16 reflected by the second mirrors 35b and 35c is reflected again in the direction orthogonal to the optical axis 16 so as to go to the optical axis 16, respectively.
第４ミラー３５ｆは、二等辺側の面をそれぞれ反射面として、直角側の頂点を検出モジュール１４側に向けて基準面上に配置される。このとき斜辺は基準面と垂直に配置されている。したがって光軸１６と直交する方向からの光線を、基準面を基準として、上から照射された光線を上半分に、下から照射された光は下半分に、それぞれ相互に平行に検出モジュール１４側の方向に、直交方向に反射させるように構成されている。 The fourth mirror 35f is disposed on the reference surface with the isosceles side surface as the reflecting surface and the vertex on the right side facing the detection module 14 side. At this time, the hypotenuse is arranged perpendicular to the reference plane. Therefore, with respect to the light beam from the direction orthogonal to the optical axis 16, with the reference plane as a reference, the light beam irradiated from the top is in the upper half, the light beam irradiated from the bottom is in the lower half, and the detection module 14 side is parallel to each other. It is comprised so that it may reflect in the orthogonal direction to this direction.
以上のように第１〜４ミラー３５ａ〜ｆが構成されているため、光線結合器３５は、全体として基準面と面対称な構成となっている。
次に、このように構成された光線結合器の作用について図９を参照して説明する。まず、図９（ａ）の状態では第２ミラー３５ｂ、３５ｃの反射面は、光軸１６と直交する方向において、第１ミラー３５ａのそれぞれの反射面と同一の位置に配置されている。このため、第１ミラー３５ａで反射した光は、光軸１６から比較的離れた光線の場合、その光線は、第２ミラー３５ｂ、３５ｃの外側の部分で反射し、光軸１６と平行に検出モジュール１４側に進み、第３ミラー３５ｄ、３５ｅで反射する。この光線は、第１ミラー３５ａで反射した位置と同じ位置である、第４ミラー３５ｆの光軸１６から比較的離れた位置で反射する。そして、撮像素子２６の所定位置に結像する。すなわち、元の光路に復帰する。
As described above, since the first to fourth mirrors 35a to 35f are configured, the light beam coupler 35 has a configuration that is symmetrical with respect to the reference plane as a whole.
Next, the operation of the thus configured light coupler will be described with reference to FIG. First, in the state of FIG. 9A, the reflecting surfaces of the second mirrors 35 b and 35 c are arranged at the same positions as the reflecting surfaces of the first mirror 35 a in the direction orthogonal to the optical axis 16. For this reason, when the light reflected by the first mirror 35 a is a light beam that is relatively far from the optical axis 16, the light beam is reflected by a portion outside the second mirrors 35 b and 35 c and detected in parallel with the optical axis 16. It goes to the module 14 side and is reflected by the third mirrors 35d and 35e. This light beam is reflected at a position relatively distant from the optical axis 16 of the fourth mirror 35f, which is the same position as the position reflected by the first mirror 35a. Then, an image is formed at a predetermined position of the image sensor 26. That is, the original optical path is restored.
図９（ｂ）は、第２ミラー３５ｂ、３５ｃを検出モジュール１４側にシフトした状態を示す図である。この場合、比較的光軸１６から離れた位置の光線が第１ミラー３５ａの同じ場所で反射する。そして、第２ミラー３５ｂ、３５ｃに向かって光線が進むが、第２ミラー３５ｂ、３５ｃを検出モジュール１４側にシフトした状態であるので、この光線は第２ミラー３５ｂ、３５ｃの比較的光軸１６に近いほうの位置で反射する。この光線は光軸１６と平行に検出モジュール１４側に進み、第３ミラー３５ｄ、３５ｅで反射する。この光線は、第２ミラー３５ａで反射した位置と同じ比較的光軸１６に近い位置である、
そして、このため、第４ミラー３５ｆの光軸１６から比較的近い位置で反射する。そして、撮像素子２６の基準面側にシフトして結像する。
FIG. 9B is a diagram illustrating a state where the second mirrors 35b and 35c are shifted to the detection module 14 side. In this case, the light beam at a position relatively away from the optical axis 16 is reflected at the same location of the first mirror 35a. Then, the light beam travels toward the second mirrors 35b and 35c, but since the second mirrors 35b and 35c are shifted to the detection module 14 side, this light beam is relatively on the optical axis 16 of the second mirrors 35b and 35c. Reflects at a position closer to. This light beam travels parallel to the optical axis 16 toward the detection module 14 and is reflected by the third mirrors 35d and 35e. This light beam is at a position that is relatively close to the optical axis 16 as the position reflected by the second mirror 35a.
For this reason, the light is reflected at a position relatively close to the optical axis 16 of the fourth mirror 35f. Then, the image is shifted to the reference plane side of the image sensor 26 and imaged.
この場合、もし投影光学系から光軸１６に近い光線が入射すると、第２ミラー３５ｂ、３５ｃがシフトしているので、この光軸１６に近い光線は、第２ミラー３５ｂ、３５ｃでは、反射されない。 In this case, if a light ray close to the optical axis 16 is incident from the projection optical system, the second mirrors 35b and 35c are shifted, so that the light ray close to the optical axis 16 is not reflected by the second mirrors 35b and 35c. .
しかしながら、図９において示すエッジ像は、光軸１６から比較的離れた位置にあるものであり、光軸１６に近い部分の光線がカットされても形状測定には影響がない。
また、光線がどの程度基準面側に近接するかは、第２ミラー３５ｂ、３５ｃのシフトの程度で変更できることになる。
However, the edge image shown in FIG. 9 is at a position relatively distant from the optical axis 16, and even if the light rays near the optical axis 16 are cut, the shape measurement is not affected.
Also, how close the light beam is to the reference surface side can be changed by the degree of shift of the second mirrors 35b and 35c.
図９（ｂ）に示す図において、第２ミラー３５ｂ、３５ｃがシフトすることで、第１ミラー３５ａと第２ミラー３５ｂとの間の光路長が[ｌ］だけ短くなる。そのため、撮像素子２６を第２ミラー３５ｂ、３５ｃと連動させて同一の方向に同じ[ｌ]だけシフトする。すなわち、第２ミラー３５ｂ、３５ｃと検出モジュール１４は物理的に連動してシフトすればよく、簡易な構成で、常に投影レンズ２４と撮像素子２６の光路長を一定して、シフトに伴うピントのずれを防ぐことができる。 In the diagram shown in FIG. 9B, the optical path length between the first mirror 35a and the second mirror 35b is shortened by [l] by shifting the second mirrors 35b and 35c. Therefore, the image sensor 26 is shifted by the same [l] in the same direction in conjunction with the second mirrors 35b and 35c. That is, the second mirrors 35b and 35c and the detection module 14 only need to be physically linked and shifted, and with a simple configuration, the optical path lengths of the projection lens 24 and the image sensor 26 are always constant, and the focus caused by the shift is fixed. Misalignment can be prevented.
本実施形態によれば、上記（１）〜（３）、（８）〜（９）の効果に加え以下のような効果がある。
（１１） 本実施形態によれば、光路シフト手段の光学要素の一部をシフトすることで光線結合器３５のシフト量が可変にすることができる。
According to this embodiment, in addition to the effects (1) to (3) and (8) to (9), there are the following effects.
(11) According to this embodiment, the shift amount of the beam coupler 35 can be made variable by shifting a part of the optical elements of the optical path shift means.
（１２） 光軸１６の幅方向に光路をシフトさせているため、光軸１６方向の長さを短くし、装置全体の長さをコンパクトにすることができる。
（１３） 反射部材のみで光線結合器を構成しているため、色収差や、入射角度による屈折角の変化などの影響が原理的にない。また、屈折部材を用いるのに比べて、はるかに大きなシフト量を容易に生じさせることができる。
(12) Since the optical path is shifted in the width direction of the optical axis 16, the length in the direction of the optical axis 16 can be shortened, and the overall length of the apparatus can be made compact.
(13) Since the light beam coupler is constituted by only the reflecting member, there is no principle of influence such as chromatic aberration and change in refraction angle due to the incident angle. In addition, a much larger shift amount can be easily generated as compared with the case of using a refractive member.
（１４） 各構成要素が単なる反射鏡であるので、製造が容易で生産コストも低い。
なお、本実施形態において構成を以下のように変更してもよい。
○ 本実施形態では、三角柱形状のガラスブロックとしたが、単なるガラス盤や金属板からなる平面鏡から構成してもよい。
(14) Since each component is a simple reflecting mirror, manufacturing is easy and production cost is low.
In the present embodiment, the configuration may be changed as follows.
In the present embodiment, a triangular prism-shaped glass block is used. However, the glass block may be a simple mirror made of a glass plate or a metal plate.
○ 直角二等辺三角形のプリズムを用いて、その内部に光線を導入し、斜辺側の内面を全反射による反射板として用いてもよい。
○ 第２ミラー３５ｂ、３５ｃのシフトに替えて、第１ミラー３５ａ、若しくは第３ミラー３５ｄ、３５ｅ、若しくは第４ミラー３５ｆのいずれか、又は、第２ミラーを含むすべてのミラーの中から複数のミラーをシフトするように構成することも可能である。
O A prism with a right-angled isosceles triangle may be used to introduce light rays into the prism, and the inner surface on the hypotenuse side may be used as a reflection plate by total reflection.
○ In place of the shift of the second mirrors 35b, 35c, either the first mirror 35a, the third mirror 35d, 35e, the fourth mirror 35f, or a plurality of mirrors from among all the mirrors including the second mirror It is also possible to configure the mirror to shift.
（第６の実施形態）
次に、図１０を参照して第６の実施形態を説明する。
第１〜４の実施形態の光線分離器３３、光線結合器３４においては、単体の「く」の字形のプリズムにより、光路のシフトを行っている。第６の実施形態は、このような単体の「く」の字形のプリズムでは、十分に光路がシフトできない場合は、図１０に示すように「く」の字形のプリズム３４１〜３４４を複数用いて光路のシフトをおこなってもよい。
(Sixth embodiment)
Next, a sixth embodiment will be described with reference to FIG.
In the light beam separator 33 and the light beam combiner 34 of the first to fourth embodiments, the optical path is shifted by a single “<”-shaped prism. In the sixth embodiment, when the optical path cannot be sufficiently shifted with such a single “<” shaped prism, a plurality of “<” shaped prisms 341 to 344 are used as shown in FIG. 10. The optical path may be shifted.
なお、本実施形態の光線結合器３４１〜３４４は、基準面の上部と下部は別体のガラスを基準面で貼り合わせた構成となっている。
本実施形態によれば以下のような効果がある。
In addition, the light couplers 341 to 344 of the present embodiment have a configuration in which separate glass is bonded to the upper and lower portions of the reference surface on the reference surface.
According to the present embodiment, there are the following effects.
（１５） 本実施形態のように構成することで、光路のシフト量を大きくすることができる。
（１６） なお、単体の「く」の字形のプリズムの厚みを厚くすることで、同様の効果を得られるが、そのような厚いプリズムは、コストが極めて高いものとなり好ましくない。したがって、本実施形態のように薄いプリズムを多数使用することで製造を容易としてコストを低減できる。
(15) By configuring as in the present embodiment, the shift amount of the optical path can be increased.
(16) Although the same effect can be obtained by increasing the thickness of a single "<"-shaped prism, such a thick prism is not preferable because the cost is extremely high. Therefore, by using a large number of thin prisms as in this embodiment, manufacturing can be facilitated and cost can be reduced.
（１７） また、本実施形態の光線結合器３４１〜３４４は、基準面の上部と下部は別体のガラスを基準面で貼り合わせた構成となっているため、通常の市販のガラス板を加工するだけで簡単に、かつ低コストで製造することができる。 (17) Moreover, since the light couplers 341 to 344 of the present embodiment have a configuration in which the upper and lower portions of the reference surface are bonded to each other with a separate glass, a normal commercially available glass plate is processed. It can be manufactured simply and at low cost.
なお、本実施形態において構成を以下のように変更してもよい。
○ 厚みの厚い「く」の字形のプリズムとしてもよい。コストを度外視すれば、単体のほうが光線の透過率などで有利となる。
In the present embodiment, the configuration may be changed as follows.
○ Thick “ku” shaped prisms may be used. If the cost is ignored, the single unit is advantageous in terms of light transmittance.
（第７の実施形態）
次に、図１１を参照して第７の実施形態を説明する。
第１の実施形態において、光路シフト手段として屈折部材を用いた光線分離器３３と光線結合器３４を備えるが、第７の実施形態においては、反射部材により構成された光線分離器／結合器３６を備える点と、その配置の点で相違する。以下、第１〜６の実施形態と相違する点のみを中心に説明し、共通する構成は同一の符号を付しその説明を省略する。
(Seventh embodiment)
Next, a seventh embodiment will be described with reference to FIG.
In the first embodiment, a light beam separator 33 using a refractive member as a light path shifting means and a light beam coupler 34 are provided. In the seventh embodiment, a light beam separator / combiner 36 constituted by a reflecting member. It differs from the point provided with the point of the arrangement. Hereinafter, only the points different from the first to sixth embodiments will be mainly described, and the common configurations are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.
図１１に示すように、光線分離器／結合器３６を備える。本実施形態の光線分離器／結合器３６は、屈折部材ではなく反射部材で構成されている。第１のミラー３６ａ，３６ｂは、コリメータレンズ２２により平行とされたレーザ光３１を基準面から分離する方向に直角に反射する。第２のミラー３６ｃ、３６ｄは、第１のミラー３６ａ，３６ｂにより分離する方向に偏向された光線を再び光軸１６と平行にするとともに、ワーク１７のエッジ２７にレーザ光を照射する。なお、ここでは、回折光についての説明は省略し、光路の中心方向のみを図示して説明する。この第１のミラー３６ａ，３６ｂ、及び第２のミラー３６ｃ、３６ｄが、光線分離器として機能する。 As shown in FIG. 11, a light separator / combiner 36 is provided. The light beam separator / combiner 36 of this embodiment is not a refractive member but a reflecting member. The first mirrors 36a and 36b reflect the laser beam 31 collimated by the collimator lens 22 at a right angle in the direction separating it from the reference plane. The second mirrors 36 c and 36 d make the light beam deflected in the direction separated by the first mirrors 36 a and 36 b again parallel to the optical axis 16 and irradiate the edge 27 of the workpiece 17 with laser light. Here, description of the diffracted light is omitted, and only the center direction of the optical path is illustrated and described. The first mirrors 36a and 36b and the second mirrors 36c and 36d function as a light beam separator.
第３のミラー３６ｅ、３６ｆは、エッジ２７部分を通過したレーザ光を再び結合する方向に反射し、第４のミラー３６ｇ、３６ｈは、この光線を再び光軸１６に平行に偏向するように反射する。この第３のミラー３６ｅ、３６ｆ、及び第４のミラー３６ｇ、３６ｈが光線結合器として機能する。 The third mirrors 36e and 36f reflect the laser light that has passed through the edge 27 in the direction of recombination, and the fourth mirrors 36g and 36h reflect the light again so as to be deflected parallel to the optical axis 16. To do. The third mirrors 36e and 36f and the fourth mirrors 36g and 36h function as a beam coupler.
本実施形態によれば以下のような効果がある。
（１８） 本実施形態では、すべての光路シフト手段を反射部材で構成しているため、シフト量が大きくでき、色収差の問題も生じにくい。
According to the present embodiment, there are the following effects.
(18) In this embodiment, since all the optical path shifting means are constituted by reflecting members, the shift amount can be increased, and the problem of chromatic aberration hardly occurs.
（１９） また、光線結合器を構成するミラー３６ｅ〜ｈを、ワーク１７と対物レンズ２３との間に配設したため、撮像素子２６のみならず、対物レンズ２３、投影レンズ２４の小型が達成でき、装置全体の小型ができる。 (19) Since the mirrors 36e to 36h constituting the beam coupler are disposed between the workpiece 17 and the objective lens 23, not only the image pickup device 26 but also the objective lens 23 and the projection lens 24 can be reduced in size. The overall size of the device can be reduced.
（２０） さらに、レンズ鏡筒１３の外部に設置できるので、既存のレンズ鏡筒に外付けも容易である。
（第８の実施形態）
次に、図１２を参照して第８の実施形態を説明する。
(20) Furthermore, since it can be installed outside the lens barrel 13, it can be easily externally attached to the existing lens barrel.
(Eighth embodiment)
Next, an eighth embodiment will be described with reference to FIG.
第３、第７の実施形態において、光路シフト手段としてワーク１７と対物レンズ２３の間に屈折部材や反射部材を用いた光線結合器を備えるが、第８の実施形態においては、その構成がいずれとも異なる構成である点で相違する。 In the third and seventh embodiments, a light beam coupler using a refracting member or a reflecting member is provided between the workpiece 17 and the objective lens 23 as an optical path shifting means. They are different in that they have different configurations.
以下、第３、７の実施形態と相違する点のみを中心に説明し、共通する構成は同一の符号を付しその説明を省略する。
図１２に示すように、光線分離器を構成するミラー３６ａ〜３６ｄを備えるが、第７の実施形態と共通するため、説明を省略する。
Hereinafter, only the differences from the third and seventh embodiments will be mainly described, and the common components are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.
As shown in FIG. 12, mirrors 36 a to 36 d constituting the light separator are provided, but since they are common to the seventh embodiment, description thereof is omitted.
本実施形態の光線結合器３７は、平行板状の矩形の光学ガラスからなるプリズムである。その端面の一方をワーク１７のエッジ２７の検出モジュール１４側であって、その一辺が光軸１６と直交する平面上に位置するように配置する。そして、他の端面が、基準面に近接するように傾けて配置する。 The light coupler 37 of this embodiment is a prism made of rectangular optical glass having a parallel plate shape. One of the end faces is disposed on the detection module 14 side of the edge 27 of the workpiece 17 so that one side thereof is positioned on a plane orthogonal to the optical axis 16. Then, the other end face is arranged so as to be inclined so as to be close to the reference plane.
なお、ここでは、回折光についての説明は省略し、光路の中心方向のみを説明する。
ワーク１７のエッジ２７を通過したレーザ光は、板状のプリズム３７の端面からプリズム３７の内部に進入する。進入したレーザ光は、プリズム３７の上側内壁面で全反射し、再度下側内壁面で全反射し、他の端面から射出される。したがって、エッジ２７を通過した光線は、その方向を変えず基準面に近接するようにシフトされる。
Here, description of the diffracted light is omitted, and only the center direction of the optical path is described.
The laser light that has passed through the edge 27 of the workpiece 17 enters the prism 37 from the end face of the plate-like prism 37. The laser beam that has entered is totally reflected by the upper inner wall surface of the prism 37, is again totally reflected by the lower inner wall surface, and is emitted from the other end surface. Therefore, the light beam that has passed through the edge 27 is shifted so as to be close to the reference plane without changing its direction.
なお、本実施形態では、ワーク１７側および検出モジュール１４側の端面はその位置を変位可能で、ワーク１７や検出モジュール１４に合わせて、光線を案内することができる。 In the present embodiment, the positions of the end surfaces of the workpiece 17 and the detection module 14 can be displaced, and light can be guided in accordance with the workpiece 17 and the detection module 14.
本実施形態によれば以下のような効果がある。
（２１） 板状のプリズムを用いることで、主に内部反射を利用して、光線を任意の位置から別の任意の位置に案内することができる。
According to the present embodiment, there are the following effects.
(21) By using a plate-like prism, it is possible to guide a light beam from an arbitrary position to another arbitrary position mainly using internal reflection.
（第９の実施形態）
次に、図１３を参照して第９の実施形態を説明する。
第９の実施形態において、光線分離器／結合器３８のうちミラー３９ａ〜３９ｄは、第７、８の実施形態のミラー３６ａ〜３６ｄと基本的に共通するため、説明を省略する。
(Ninth embodiment)
Next, a ninth embodiment will be described with reference to FIG.
In the ninth embodiment, the mirrors 39a to 39d of the beam separator / combiner 38 are basically the same as the mirrors 36a to 36d of the seventh and eighth embodiments, and thus the description thereof is omitted.
また、第９の実施形態において、光線結合器を構成するミラー３９ｅ〜３９ｈは、第５の実施形態の光線結合器３５のうち、第３ミラー３５ｄ、３５ｅおよび第４ミラー３５ｆと取付位置が異なる以外は基本的な構成が共通するため、詳細な説明は省略する。 Further, in the ninth embodiment, the mirrors 39e to 39h constituting the light beam coupler have different mounting positions from the third mirror 35d, 35e and the fourth mirror 35f in the light beam coupler 35 of the fifth embodiment. Since the basic configuration is the same except for the above, detailed description is omitted.
本実施形態の光線分離器および光線結合器３８は、それぞれ光軸１６から離れた光線分離器の外側ミラー３９ｂ、３９ｃと光線結合器の外側ミラー３９ｄ、３９ｅとが光軸１６に平行に近接、離間可能にシフトすることができる。 The beam separator and beam combiner 38 of the present embodiment are such that the outer mirrors 39b and 39c of the beam separator and the outer mirrors 39d and 39e of the beam combiner that are separated from the optical axis 16 are close to each other in parallel to the optical axis 16. It can shift so that it can be separated.
本実施形態によれば以下のような効果がある。
（２２） 本実施形態によれば、ワーク１７の大きさに合わせて、外側のミラー３９ｃ、３９ｄ、３９ｇ、３９ｈをシフトすることで、多種類のワークに対応することができる。
According to the present embodiment, there are the following effects.
(22) According to this embodiment, by shifting the outer mirrors 39c, 39d, 39g, and 39h in accordance with the size of the workpiece 17, it is possible to deal with various types of workpieces.
（２３） 光線分離器と光線結合器を同一の構成としているため、レンズ鏡筒１３や検出モジュール１４に与える影響がほとんどない。
なお、本実施形態において構成を以下のように変更してもよい。
(23) Since the light separator and the light coupler have the same configuration, there is almost no influence on the lens barrel 13 and the detection module 14.
In the present embodiment, the configuration may be changed as follows.
○ シフト方向は、光軸１６に平行な方向に限らず、光軸１６に直交する方向にシフトされるようにしてもよい。
（第１０の実施形態）
次に、図１４−１７を参照して第１０の実施形態を説明する。
The shift direction is not limited to a direction parallel to the optical axis 16 and may be shifted in a direction orthogonal to the optical axis 16.
(Tenth embodiment)
Next, a tenth embodiment will be described with reference to FIGS.
本実施形態は、本発明の形状測定装置をシステム化して工作機械に搭載した一例である。
図１４には本発明の形状計測システムの一実施例を、図１５には図１４に示した形状計測システムを搭載した成形研削盤を示す。
This embodiment is an example in which the shape measuring device of the present invention is systematized and mounted on a machine tool.
FIG. 14 shows an embodiment of the shape measuring system of the present invention, and FIG. 15 shows a forming grinder equipped with the shape measuring system shown in FIG.
（形状計測装置全体） 図１４に示す形状測定システム５は、ワーク１７のエッジ２７（図１参照）を検出する形状計測装置９と、ここにレーザ用の電力を供給する光源用電源１２と、形状計測装置９からのデータを処理するパソコン２０より構成されている。 (Overall Shape Measuring Device) A shape measuring system 5 shown in FIG. 14 includes a shape measuring device 9 that detects an edge 27 (see FIG. 1) of a workpiece 17, a light source power source 12 that supplies laser power thereto, The personal computer 20 which processes the data from the shape measuring apparatus 9 is comprised.
（形状計測装置）形状計測装置９は、ベース１０の上に設けられた対象物にレーザ光を発射する光源モジュール１１と、このレーザ光を投影するための光学系を備えたレンズ鏡筒１３と、投影された画像を検出する検出モジュール１４が、共通な光軸１６に沿って、この順に配置されている。 (Shape Measurement Device) The shape measurement device 9 includes a light source module 11 that emits laser light onto an object provided on a base 10, and a lens barrel 13 that includes an optical system for projecting the laser light. The detection modules 14 for detecting the projected images are arranged in this order along the common optical axis 16.
（ワーク）本実施形態のエッジ検出の対象物であるワーク１７は、スローアウェイチップを例に挙げている。このスローアウェイチップは、極小径のボールエンドミルやドリルを加工するための旋盤などの切削工具の先端につける交換用の刃先で、ここでは砥石１５により正確な外径に形成される。ワーク支持装置２（図１５）のチャックで固定されたスローアウェイチップは、光軸１６を中心に回転可能に支持されている。本実施形態の加工対象物としてワーク１７は、ワークテーブル４のワーク支持装置２で砥石１５に対してＸ軸（前後）方向、Ｙ軸（左右）方向、Ｚ軸（上下）方向のうち必要な範囲で移動・回転可能となっている。もちろんワーク１７は、スローアウェイチップに限るものではなく、各種ゲージ等はもちろん、ボールエンドミルを含む各種ミルなどの刃物など工具、ジグをはじめ、目的・材質を問わず正確な輪郭形状を必要とするものが挙げられる。 (Work) The work 17 which is the object of edge detection in this embodiment is exemplified by a throw-away chip. This throw-away tip is a replacement cutting edge attached to the tip of a cutting tool such as a ball end mill having a very small diameter or a lathe for machining a drill, and is formed to have an accurate outer diameter by a grindstone 15 here. The throw-away tip fixed by the chuck of the work support device 2 (FIG. 15) is supported so as to be rotatable about the optical axis 16. The workpiece 17 as a workpiece in the present embodiment is necessary among the X axis (front / rear) direction, the Y axis (left / right) direction, and the Z axis (up / down) direction with respect to the grindstone 15 by the workpiece support device 2 of the work table 4. It can move and rotate within the range. Of course, the workpiece 17 is not limited to the throw-away tip, and requires an accurate contour shape regardless of the purpose and material, including various gauges, tools, jigs such as various mills including a ball end mill, and jigs. Things.
（砥石）本実施形態の工作機械の工具の一例として砥石１５を例に挙げている。砥石１５は、ワーク１７の軸心に平行な軸となるように配置されたスピンドル１８に装着された円盤状の砥石で、ワーク１７に対して接離可能に図示しない砥石支持手段で支持されており、Ｘ軸（前後）方向、Ｙ軸（左右）方向、Ｚ軸（上下）方向のうち必要な範囲で移動・回転可能に支持される。本実施形態の円盤状の砥石１５は工具の一例であって、ボール状など各種の形状の砥石はもちろん、各種切削工具、研削工具、研磨工具等が挙げられ、その支持方法も目的に応じて各種の形態を取り得る。 (Whetstone) As an example of the tool of the machine tool of this embodiment, the grindstone 15 is taken as an example. The grindstone 15 is a disc-shaped grindstone mounted on a spindle 18 arranged so as to be an axis parallel to the axis of the workpiece 17, and is supported by a grindstone support means (not shown) so as to be able to contact and separate from the workpiece 17. Thus, it is supported so as to be movable and rotatable within a necessary range among the X-axis (front-rear) direction, Y-axis (left-right) direction, and Z-axis (up-down) direction. The disk-shaped grindstone 15 of the present embodiment is an example of a tool, and includes various cutting tools, grinding tools, polishing tools, and the like, as well as various shapes of grindstones such as balls. It can take various forms.
（機器の接続）図１４に示すように、光源用電源１２は、光源モジュール１１に電気的に接続され、この光源モジュール１１に電力を供給している。
また、図１６に示すように、光源モジュール１１、検出モジュール１４は、パソコン２０にデータ送受信可能に接続されている。また、ワーク支持装置２、および砥石支持装置（不図示）は、ＮＣ制御装置８を介してパソコン２０に接続されている。そしてパソコン２０は、検出モジュール１４からの画像信号を受信する。また、パソコン２０は、ＮＣ制御装置８を介して、ワーク支持装置２および工具支持装置からのフィードバック信号を受信するとともに、それらに制御信号を送信して研削加工を制御する。
(Connection of Equipment) As shown in FIG. 14, the light source power source 12 is electrically connected to the light source module 11 and supplies power to the light source module 11.
As shown in FIG. 16, the light source module 11 and the detection module 14 are connected to a personal computer 20 so that data can be transmitted and received. The workpiece support device 2 and the grindstone support device (not shown) are connected to the personal computer 20 via the NC control device 8. The personal computer 20 receives the image signal from the detection module 14. The personal computer 20 receives feedback signals from the workpiece support device 2 and the tool support device via the NC control device 8, and transmits a control signal to them to control the grinding process.
（成形研削盤）図１５は、成形研削盤４０の全体を示す。いわゆる倣い研削盤で、ワークの形状を確認しながらその形状を形成していく工作機械である。形状測定システム５は、その光軸１６（図１参照）を、成形研削盤４０のＹ軸方向に平行に採った場合を示している。もちろんいずれの方向にセットするかは、工具やワークにより適当な姿勢を選択すればよい。本実施形態では、上述のワーク１７の中心を原点に、形状測定システム５の座標系に対して、成形研削盤４０のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向のＮＣ制御指令を用いて一致させ共通の座標系を用いる。また、実際のワーク１７の動きと、エッジ検出のデータ、ＮＣ制御のデータの一連の設計・解析・製造データが相互に共有・互換・活用しやすいようになっている。同様に、ＣＡＤ（Computer Aided Design）／ＣＡＥ（Computer Aided Engineering）／ＣＡＭ（Computer Aided Manufacturing）の一連の設計・解析・製造データが相互に共有・互換・活用しやすいようになっている。そのため、本実施形態では、収差を補正しつつ、実際のワークの形状を測定しながら正確かつ自動的なＮＣ加工が可能になっている。 (Forming Grinding Machine) FIG. 15 shows the entire forming grinding machine 40. It is a machine tool that forms the shape of a workpiece while confirming the shape of the workpiece using a so-called copying grinder. The shape measuring system 5 shows a case where the optical axis 16 (see FIG. 1) is taken in parallel to the Y-axis direction of the forming grinder 40. Of course, an appropriate posture may be selected depending on a tool or a workpiece in which direction to set. In the present embodiment, with the center of the workpiece 17 described above as the origin, the coordinate system of the shape measuring system 5 is made coincident by using NC control commands in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions of the forming grinder 40 and shared. Is used. In addition, the actual movement of the workpiece 17 and a series of design / analysis / manufacturing data of edge detection data and NC control data can be easily shared, interchanged and utilized. Similarly, a series of design / analysis / manufacturing data of CAD (Computer Aided Design) / CAE (Computer Aided Engineering) / CAM (Computer Aided Manufacturing) can be easily shared, interchanged and utilized. For this reason, in this embodiment, accurate and automatic NC machining is possible while correcting the aberration and measuring the actual shape of the workpiece.
（コンピュータ）図１６に示すように、撮像素子２６からの信号を演算処理するコンピュータであるパソコン２０は、ＣＰＵ２０ａ、ＲＡＭ２０ｂ、ＲＯＭ２０ｃ、外部記憶装置としてのＨＤＤ２０ｄ、外部インターフェイス２０ｅを備える。ＨＤＤ２０ｄには、エッジ判定プログラム、エッジ表示プログラム、収差修正処理プログラムが記憶されており、パソコン２０をエッジ判定、エッジ幅測定（エッジ幅測定手段）エッジ表示、収差処理の各制御装置として機能させている。このパソコン２０は、外部インターフェイス２０ｅを介して、表示装置２０ｆとしての例えばＬＣＤ（液晶ディスプレー）と、入力装置２０ｇとしての例えばキーボード、マウスが接続されている。表示装置２０ｆは、パソコン２０にインストールされた上述の各プログラムを実行するためのモニター画面であるとともに、パソコン２０により画像信号として処理されたエッジ画像を表示することができる。 (Computer) As shown in FIG. 16, a personal computer 20 which is a computer for processing signals from the image sensor 26 includes a CPU 20a, a RAM 20b, a ROM 20c, an HDD 20d as an external storage device, and an external interface 20e. The HDD 20d stores an edge determination program, an edge display program, and an aberration correction processing program, and causes the personal computer 20 to function as control devices for edge determination, edge width measurement (edge width measurement means) edge display, and aberration processing. Yes. The personal computer 20 is connected to, for example, an LCD (Liquid Crystal Display) as a display device 20f and, for example, a keyboard and a mouse as input devices 20g via an external interface 20e. The display device 20 f is a monitor screen for executing the above-described programs installed in the personal computer 20 and can display an edge image processed as an image signal by the personal computer 20.
（ＮＣ制御装置、ＣＡＤ用コンピュータ）また、パソコン２０は、成形研削盤４０のＮＣ制御装置８、ＣＡＤ用コンピュータ７にもそれぞれ接続されている。ＮＣ制御装置８は、ワーク１７と砥石１５の相対位置をフィードバックしながら、入力された設計データに基づき制御信号をワーク支持装置２、砥石支持装置（図示せず）に送信して研削加工を行う。ＣＡＤ用コンピュータ７は、ワーク１７の設計データが記憶されており、このデータをＮＣ制御装置に送信して、ＣＡＤデータに基づくＮＣ制御をすることができる。 (NC control device, CAD computer) The personal computer 20 is also connected to the NC control device 8 and the CAD computer 7 of the forming grinder 40, respectively. The NC control device 8 performs a grinding process by sending a control signal to the work support device 2 and a grindstone support device (not shown) based on the input design data while feeding back the relative position of the work 17 and the grindstone 15. . The CAD computer 7 stores design data of the work 17 and can transmit the data to the NC control device to perform NC control based on the CAD data.
（形状測定の手順）次に、図１７に示すフローチャートに沿って本実施形態の成形研削盤４０における、形状測定の手順およびその後のパソコン２０の処理を説明する。
まず、予めパソコン２０を立ち上げて、形状測定プログラムを起動する。ワーク１７をワーク支持装置に装着する（Ｓ１）。このとき、ワーク１７の中心とＮＣ制御の座標軸の原点が一致するようにする。そして、距離を測定したい対向する一対のエッジを対物レンズ２３の前側焦点２７´の平行光の範囲内にくるようにワーク支持装置により移動させる。
(Shape Measurement Procedure) Next, the shape measurement procedure and the subsequent processing of the personal computer 20 in the forming grinder 40 of this embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
First, the personal computer 20 is started up in advance and the shape measurement program is started. The workpiece 17 is mounted on the workpiece support device (S1). At this time, the center of the workpiece 17 and the origin of the coordinate axis of NC control are made to coincide. Then, a pair of opposing edges whose distance is to be measured is moved by the work support device so as to be within the range of parallel light of the front focal point 27 ′ of the objective lens 23.
続いて、入力装置２０ｇから光源用電源１２をコントロールし適当な出力になるように調整して光源モジュール１１からレーザ光を射出する。次に、表示装置２０ｆを見ながら、距離を測定すべき対向する二つのエッジ２７画面内に表示されるかを確認する。投影倍率が可変の場合には、倍率が最も大きくなるように調節する。一方、第５、第７〜９の実施形態のような光線結合器３５〜３８が可変のものは、それぞれの光学要素をシフトさせて画面内に二つのエッジの距離が測定可能にする。いずれも調節可能な場合は、両者を調節してもっとも倍率が大きくなるように調節する。なお、三角形や四角形のスローアウェイチップの場合は、二つのエッジ間の距離を測って、その形状を測定するため、ワーク１７を回転させたときでも十分に測定の余裕がある倍率、シフト量にする。 Subsequently, the light source power source 12 is controlled from the input device 20 g and adjusted so as to obtain an appropriate output, and laser light is emitted from the light source module 11. Next, while viewing the display device 20f, it is confirmed whether or not the two edges 27 to be measured are displayed in the screen. When the projection magnification is variable, the magnification is adjusted to be the largest. On the other hand, when the beam couplers 35 to 38 are variable as in the fifth and seventh to ninth embodiments, the distance between two edges can be measured in the screen by shifting each optical element. If both are adjustable, adjust both to maximize the magnification. In the case of a triangular or square throw-away tip, the distance between two edges is measured and the shape is measured. Therefore, even when the workpiece 17 is rotated, the magnification and the shift amount have a sufficient measurement margin. To do.
その後、光量調整手段であるＮＤフィルタ１９によりいわゆる白飛びや黒潰れにならないように光量を微調整する（Ｓ２）。また、アンチピンホールフィルタ２５のエッジが明確になるように軸方向の位置を調整する。検出モジュール１４の位置を軸方向に調整し画像のピントの微調整をする（Ｓ３）。また、表示装置２０ｆを見ながら、必要があれば、エッジ画像が帯状の２本の高輝度の部分に挟まれた１本の低輝度の部分となるようにワーク１７、光量、アンチピンホールフィルタ２５、検出モジュール１４の調整を繰り返す（Ｓ４：ＮＯ）。 Thereafter, the light amount is finely adjusted by the ND filter 19 as the light amount adjusting means so as not to cause so-called whiteout or blackout (S2). Further, the position in the axial direction is adjusted so that the edge of the anti-pinhole filter 25 becomes clear. The position of the detection module 14 is adjusted in the axial direction to finely adjust the focus of the image (S3). Further, while viewing the display device 20f, if necessary, the work 17, the light amount, and the anti-pinhole filter so that the edge image becomes one low-brightness part sandwiched between two high-brightness parts in a band shape. 25, the adjustment of the detection module 14 is repeated (S4: NO).
調整ができれば、表示装置２０ｆに表示されたワーク１７は、エッジ部分が帯状の２本の高輝度の部分に挟まれた１本の低輝度の部分となって表示される（Ｓ４：ＹＥＳ）。
パソコン２０は、エッジ判定プログラムによりエッジ判定手段として、画像処理により信号強度を判定し、帯状の２本の高輝度の部分に挟まれた低輝度の部分をエッジと判定する（Ｓ５）。具体的には、たとえば、高輝度のドットを選択し、ノイズ処理をした後、連続した帯状の領域を抽出する。さらに、この帯状の部分から低輝度の連続した部分を抽出する。
If the adjustment is possible, the workpiece 17 displayed on the display device 20f is displayed as one low-brightness portion whose edge portion is sandwiched between two belt-like high-brightness portions (S4: YES).
The personal computer 20 determines the signal intensity by image processing as an edge determination means by the edge determination program, and determines the low luminance part sandwiched between the two band-like high luminance parts as an edge (S5). Specifically, for example, after selecting high-luminance dots and performing noise processing, continuous band-like regions are extracted. Further, a continuous portion having a low luminance is extracted from the band-like portion.
エッジが検出されると、パソコン２０は、測定対象物の両端部のエッジの測定面上の距離から当該測定対象物の幅を測定するエッジ幅測定の手順を実行する。エッジ幅測定の手順は、撮像素子２６からの信号により検出された測定対象物の両端部のエッジの測定面上の距離に、光線結合器３４〜３８等によりシフトされた距離を加算して、実際のエッジ間の距離を計算する。 When the edge is detected, the personal computer 20 executes an edge width measurement procedure for measuring the width of the measurement object from the distance on the measurement surface of the edges at both ends of the measurement object. The edge width measurement procedure is performed by adding the distance shifted by the beam couplers 34 to 38 to the distance on the measurement surface of the edge at both ends of the measurement object detected by the signal from the image sensor 26, Calculate the actual distance between edges.
光軸１６を中心にワーク１７の角度を変えて、他のエッジ間の距離を次々と測定する。回転させながらこれらのデータをプロットして３６０°測定し終わったら、実際の外形形状を演算して測定結果を出す。 The distance between other edges is measured one after another by changing the angle of the work 17 around the optical axis 16. After plotting these data while rotating and measuring 360 °, the actual outer shape is calculated and the measurement result is obtained.
表示装置２０ｆでは、この検出されたエッジの形状を線図としたエッジ画像で表示することもできる。なお、アンチピンホールフィルタ２５を可動式にして光路から待避するように構成すれば、従来の投影機と同様の画像を表示することも可能である。 The display device 20f can also display an edge image in which the detected edge shape is a diagram. In addition, if the anti-pinhole filter 25 is made movable and retracted from the optical path, an image similar to that of a conventional projector can be displayed.
なお、パソコン２０は、検出されたエッジを表示装置２０ｆに座標で表示することもできる。もちろん表示装置２０ｆに表示されるワーク１７の拡大された画像と比較しつつこの座標値を見たり、座標値によりワーク１７の見たい部分を表示装置で表示することもできる。 The personal computer 20 can also display the detected edge on the display device 20f with coordinates. Of course, the coordinate value can be seen while comparing with the enlarged image of the work 17 displayed on the display device 20f, or the part desired to be seen of the work 17 can be displayed on the display device by the coordinate value.
（キャリブレーション）
パソコン２０は、シフトされた距離を補正するに当たり、予め正確な形状が判明している基準ワークを用い、キャリブレーションを行う。具体的には、基準ワークを測定し、演算して形状を求める。この結果を基準ワークと比較してその差を求める。このときの差を固定誤差として、これをゼロとするような補正値として記憶しておく。
(Calibration)
In correcting the shifted distance, the personal computer 20 performs calibration using a reference work whose accurate shape has been known in advance. Specifically, the reference workpiece is measured and calculated to obtain the shape. The result is compared with the standard workpiece to find the difference. The difference at this time is stored as a fixed error and a correction value for setting this to zero.
（マニュアル操作）また、パソコン２０は、ワーク１７を対象物として撮像素子２６から入力された信号に基づきワークのエッジを検出するとともに、エッジデータに基づきエッジ画像を表示装置２０ｆに表示する。このとき、ＣＡＤにより設計した設計データに基づいてエッジ２７を表示装置２０ｆでエッジ画像と重畳して表示させることもできる。このとき成形研削盤４０のオペレータは、この表示された設計画像を参照しつつ、同じ表示装置２０ｆに表示されたエッジ画像に基づいてマニュアル操作で研削加工をすることができる。そのため、ＮＣ制御ではできないような高いスキルの技術を発揮することもできる。 (Manual operation) Further, the personal computer 20 detects the edge of the workpiece based on the signal input from the image sensor 26 with the workpiece 17 as an object, and displays an edge image on the display device 20f based on the edge data. At this time, based on design data designed by CAD, the edge 27 can be displayed superimposed on the edge image on the display device 20f. At this time, the operator of the forming grinder 40 can perform grinding by manual operation based on the edge image displayed on the same display device 20f while referring to the displayed design image. For this reason, it is possible to demonstrate high skill techniques that cannot be achieved by NC control.
（ＮＣ自動制御）また、パソコン２０は、ＣＡＤを用いて設計されたワーク１７の設計データを入力して、ＮＣ制御をおこなう。また、撮像素子２６から入力された信号に基づきワーク１７のエッジをエッジデータとして検出する。この設計データとエッジデータは同一の座標系を共有する。この座標系を用いて、現在形状測定システム５によりエッジが検出されている位置と同位置・同角度の設計データから、同位置・同角度で投影された計算上のエッジを演算して抽出する。そして、設計上のエッジの位置を表示装置２０ｆで表示しつつ、実際に検出したエッジ画像を表示する。一方、コンピュータ内部でも、入力された対象物の設計データに基づき、逐次現状のワークの形状を測定して比較し、その差分を演算する（Ｓ６）。この差分をフィードバックすることで成形研削盤４０によりワーク１７の研削加工をＮＣ制御により自動的に行う（Ｓ７）。この差分があれば、加工後のワーク１７の形状を逐次測定し、加工を繰り返す（Ｓ８：ＮＯ）。そして、ＣＡＤデータと抽出されたエッジの形状に差分がなくなれば加工は完了する（Ｓ８：ＹＥＳ）。 (NC automatic control) Moreover, the personal computer 20 inputs the design data of the workpiece 17 designed using CAD, and performs NC control. Further, the edge of the workpiece 17 is detected as edge data based on the signal input from the image sensor 26. This design data and edge data share the same coordinate system. Using this coordinate system, the calculated edge projected at the same position and the same angle is calculated and extracted from the design data at the same position and the same angle as the position where the edge is detected by the current shape measurement system 5. . Then, the edge image actually detected is displayed while the position of the designed edge is displayed on the display device 20f. On the other hand, even inside the computer, based on the inputted design data of the object, the current workpiece shapes are successively measured and compared, and the difference is calculated (S6). By feeding back this difference, the forming grinder 40 automatically grinds the workpiece 17 by NC control (S7). If there is this difference, the shape of the workpiece 17 after machining is sequentially measured, and machining is repeated (S8: NO). Then, when there is no difference between the CAD data and the extracted edge shape, the processing is completed (S8: YES).
本実施形態によれば以下のような効果がある。
（２４） 形状計測装置９により計測されたエッジ２７間の距離から、これをプロットすることで、正確な輪郭形状が測定できる。
According to the present embodiment, there are the following effects.
(24) By plotting this from the distance between the edges 27 measured by the shape measuring device 9, an accurate contour shape can be measured.
（２５） さらに、測定した形状に基づいてこれを表示して、加工時に確認ができる。
（２６） さらに、形状をデータ化してフィードバックすることで、ＮＣデータやＣＡＤデータと比較して、自動で精度の高いＮＣ加工が可能となる。
(25) Furthermore, this can be displayed based on the measured shape and confirmed during processing.
(26) Further, by converting the shape into data and feeding it back, it becomes possible to perform NC processing with high accuracy automatically compared to NC data or CAD data.
（２７） その結果、形状計測装置を搭載した工作機械の精度を飛躍的に高めることができる。
（第１１の実施形態）
第１−１０の実施形態実施形では、図示を省略するが、アンチピンホール法を前提とした発明であるが、従来技術として述べた０次光で測定をするアンチピンホール法ではない従来の形状測定装置に適用してもよい。その精度や、０次光のカットによる背景光の消失など、本発明の実施はアンチピンホール法が望ましいものといえるが、その技術的思想は、アンチピンホール法以外の方法への適用を妨げるものではない。
(27) As a result, it is possible to dramatically improve the accuracy of the machine tool equipped with the shape measuring device.
(Eleventh embodiment)
Although illustration is omitted in the first to tenth embodiments, the invention is based on the anti-pinhole method, but it is not an anti-pinhole method in which measurement is performed with the 0th-order light described as the prior art. You may apply to a shape measuring apparatus. Although it can be said that the anti-pinhole method is desirable for the implementation of the present invention, such as the accuracy and the disappearance of the background light due to the 0th-order light cut, the technical idea hinders its application to methods other than the anti-pinhole method. It is not a thing.
具体的には、第１−１０の実施形態から、アンチピンホールフィルタ２５を除いた構成で実施できる。
本実施形態によれば以下のような効果がある。
Specifically, it can be implemented with a configuration excluding the anti-pinhole filter 25 from the first to tenth embodiments.
According to the present embodiment, there are the following effects.
（２８） 本実施形態は、光路シフト手段により、光源モジュール１１の大きさ、ワーク１７の大きさ、レンズ鏡筒１３の大きさ、検出モジュール１４の大きさなどに合わせることができる。つまり光線分離器や光線結合器など光路シフト手段により、数値処理可能なエッジ画像を撮像しつつ、測定する工具の両端のエッジの位置関係を正確に測定ことで全体の外形形状を測定することができる。アンチピンホール方と比較すると、エッジ検出の精度自体や、背景光が反射・屈折してノイズとなる点では不利であるが、この手の形状測定装置において、大きなワークを正確に形状を測定できる点では欠点を超えたメリットがある。 (28) In this embodiment, the size of the light source module 11, the size of the work 17, the size of the lens barrel 13, the size of the detection module 14, etc. can be adjusted by the optical path shifting means. In other words, it is possible to measure the overall external shape by accurately measuring the positional relationship between the edges of the tool to be measured while capturing an edge image that can be numerically processed by an optical path shifting means such as a beam separator or beam coupler. it can. Compared to the anti-pinhole method, it is disadvantageous in terms of edge detection accuracy itself and in that the background light is reflected and refracted to generate noise, but with this hand shape measuring device, the shape of a large workpiece can be measured accurately. In terms, there is a merit beyond the drawbacks.
以上、本発明を１から１１の実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、請求項を逸脱しない範囲でその構成を付加し削除し変更して実施できる。 The present invention has been described above with reference to the first to eleventh embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented by adding, deleting, and changing the configuration without departing from the scope of the claims.
２…ワーク支持装置、３…投影光学系（従来技術）、４…ワークテーブル、５…形状計測システム、６…光学収差測定装置、７…ＣＡＤ用コンピュータ、８…ＮＣ制御装置、９…形状計測装置、１０…ベース、１１…光源モジュール、１２…光源用電源、１３…レンズ鏡筒、１４…検出モジュール、１５…砥石、１６…光軸、１７…測定対象物としてのワーク、１８…スピンドル、１９…ＮＤフィルタ（光量調整手段）、２０…パソコン（コンピュータ）、２０ａ…ＣＰＵ、２０ｂ…ＲＡＭ、２０ｃ…ＲＯＭ、２０ｄ…ＨＤＤ、２０ｅ…外部インターフェイス、２０ｆ…表示装置、２０ｇ…入力装置、２１…レーザ発振器、２２…コリメータレンズ、２３…対物レンズ、２４…投影レンズ、２５…アンチピンホールフィルタ、２６…撮像素子、２６´…投影レンズの後側焦点、２７…エッジ、２７´…対物レンズの前側焦点、２８…対物レンズの後側焦点（共焦点）、２８´…投影レンズの前側焦点（共焦点）、２９…回折光、３０…透過光、３１…レーザ光、３３…光線分離器（屈折部材）３４…光線結合器（屈折部材）、３５…光線結合器（反射部材）、３６…光線分離器／結合器（反射部材）、３７…光線結合器（屈折／反射部材）、３９…可動式光線分離／結合器、４０…成形研削盤（工作機械）、ｆ１，ｆ２…焦点距離、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３…距離（撮像素子の幅） DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 ... Work support apparatus, 3 ... Projection optical system (prior art), 4 ... Work table, 5 ... Shape measurement system, 6 ... Optical aberration measurement device, 7 ... Computer for CAD, 8 ... NC control apparatus, 9 ... Shape measurement Device: 10: Base, 11: Light source module, 12: Power source for light source, 13: Lens barrel, 14: Detection module, 15 ... Grinding wheel, 16 ... Optical axis, 17 ... Workpiece as measurement object, 18 ... Spindle, DESCRIPTION OF SYMBOLS 19 ... ND filter (light quantity adjustment means), 20 ... PC (computer), 20a ... CPU, 20b ... RAM, 20c ... ROM, 20d ... HDD, 20e ... External interface, 20f ... Display device, 20g ... Input device, 21 ... Laser oscillator, 22 ... collimator lens, 23 ... objective lens, 24 ... projection lens, 25 ... anti-pinhole filter, 26 ... image sensor 26 '... rear focus of projection lens, 27 ... edge, 27' ... front focus of objective lens, 28 ... rear focus (confocal) of objective lens, 28 '... front focus (confocal) of projection lens, 29 Diffracted light, 30 transmitted light, 31 laser light, 33 light beam separator (refractive member) 34 light beam coupler (refractive member), 35 light beam coupler (reflective member), 36 light beam separator / coupler , 37 ... light coupler (refractive / reflective member), 39 ... movable beam separator / coupler, 40 ... forming grinding machine (machine tool), f1, f2 ... focal length, D 1 , D 2 , D 3 Distance (width of image sensor)
Claims (16)
該光源モジュールの発する平行光の光軸に沿って配置された、該光源モジュール側に配置された対物レンズと、該対物レンズと共焦点を有するように前記光源モジュールと反対側に配置された投影レンズと、前記共焦点に配置され入射光のうちの０次光の光線を遮光するアンチピンホールフィルタとを備えた投影光学系と、
前記光軸を含む基準面に対して対称に、光束を、その方向を変えずに近接若しくは離間するように平行移動させる光路シフト手段と、
該投影光学系により投影された映像を撮像するように前記光軸と直交するように配置された撮像素子とを備えたことを特徴とする形状測定装置。 A light source module that emits parallel light;
An objective lens disposed on the light source module side disposed along an optical axis of parallel light emitted by the light source module, and a projection disposed on the opposite side of the light source module so as to have a confocal point with the objective lens A projection optical system comprising: a lens; and an anti-pinhole filter that is disposed at the confocal point and shields a 0th-order light beam of incident light;
An optical path shifting means that translates a light beam symmetrically with respect to a reference plane including the optical axis so as to approach or separate without changing its direction;
A shape measuring apparatus comprising: an image pickup device arranged to be orthogonal to the optical axis so as to pick up an image projected by the projection optical system.
前記アンチピンホールと前記撮像素子との間に配置され、前記光軸を含む基準面に対して対称に近接するように光束を、その方向を変えずに平行移動させる光線結合器として構成されたことを特徴とする請求項１に記載の形状測定装置。 The optical path shifting means is
It is arranged between the anti-pinhole and the image sensor, and is configured as a light beam coupler that translates a light beam without changing its direction so as to be symmetrically close to a reference plane including the optical axis. The shape measuring apparatus according to claim 1.
前記光源モジュールと測定対象物との間に配置され、前記光源モジュールから照射された平行光を、前記光軸を含む基準面に対して対称に離間するように光束をその方向を変えずに平行移動させる光線分離器として構成されたことを特徴とする請求項１に記載の形状測定装置。 The optical path shifting means is
Parallel light beam arranged between the light source module and the object to be measured and collimated without changing its direction so that the parallel light emitted from the light source module is separated symmetrically with respect to the reference plane including the optical axis. The shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the shape measuring apparatus is configured as a moving light beam separator.
前記コンピュータは、
前記光源モジュールから照射された平行光を遮るように前記対物レンズの前記光源モジュール側の焦点位置に置かれた測定対象物の投影画像を前記撮像素子で撮像し、
前記撮像素子からの信号強度により輝度を判定し、
前記光軸を含み前記基準面と直交する測定面上の前記測定対象物の一対の端部のそれぞれの２本の帯状の高輝度の部分に挟まれた低輝度の線状部分を前記測定対象物の両端部のエッジと判定するエッジ判定手段と、
前記測定対象物の両端部のエッジの前記測定面上の距離から当該測定対象物の幅を測定するエッジ幅測定手段と
を備えたことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の形状測定装置。 The shape measuring apparatus includes a computer that performs arithmetic processing on a signal from the image sensor,
The computer
The projected image of the measurement object placed at the focal position on the light source module side of the objective lens so as to block the parallel light emitted from the light source module is captured by the imaging element,
The brightness is determined based on the signal intensity from the image sensor,
A low-brightness linear portion sandwiched between two strip-like high-brightness portions of each of a pair of ends of the measurement object on the measurement surface that includes the optical axis and is orthogonal to the reference surface Edge determination means for determining the edges of both ends of the object;
14. The apparatus according to claim 1, further comprising an edge width measuring unit configured to measure a width of the measurement object from a distance on the measurement surface of edges of both ends of the measurement object. The shape measuring apparatus described.
入力された測定対象物の設計データに基づき、表示装置には、エッジ画像と重畳して該設計データに基づいた設計画像が表示されることを特徴とする工作機械。 The shape measuring device according to claim 14 is mounted on a machine tool,
A machine tool characterized in that a design image based on the design data is displayed on the display device so as to be superimposed on the edge image based on the input design data of the measurement object.
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