JP2014149175A - 光学測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】省スペース化と低コスト化を図ることができる光学測定装置を提供する。
【解決手段】計測器２２に設けられた計測用照明６１の光をハーフミラー６３を介して同軸落射照明テレセントリックレンズ７１に送り、同軸落射照明テレセントリックレンズ７１で平行光７２として対象物２へ照射する。平行光７２の一部は、対象物２で遮られミラー１２に到達する。これにより、ミラー１２には対象物２の影が映る。ミラー１２より反射した反射光を、同軸落射照明テレセントリックレンズ７１、ハーフミラー６３、及び結像レンズ６５を介して、カメラ４２で撮像し、その撮像画像を制御部８１で解析する。対象物２の影の像１０１から対象物２の各所の外径寸法等を計測することで検査を行うことができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、対象物の外径寸法等を測定する光学測定装置に関する。

従来、加工部品の寸法を測定する際には、光学測定装置が用いられており（例えば、特許文献１）、その光学測定装置としては、図５に示すものが挙げられる。

この光学測定装置８０１は、対象物８０２に対して光を透光する透光部８０３と、該透光部８０３からの光を受光する受光部８０４とを備えている。

前記透光部８０３は、照明としてのＬＥＤ８１１と、該ＬＥＤ８１１からの光を照射する為の照射側光学系８１２とからなる。該照射側光学系８１２は、前記ＬＥＤ８１１からの光を拡散する拡散ユニット８１３と、該拡散ユニット８１３で拡散された光を通過させるレンズ８１４と、該レンズ８１４からの光を反射する透光側ミラー８１５と、該透光側ミラー８１５からの光を平行光８１６にする透光レンズ８１７とで構成されており、前記平行光８１６を前記対象物８０２に投光するテレセントリック光学系が構成されている。

また、前記受光部８０４は、受光側光学系８２１と、撮像手段８２２とからなり、前記受光側光学系８２１は、前記対象物８０２を介して投光された前記平行光８１６が通過する受光レンズ８２３と、該受光レンズ８２３からの光を反射する受光側ミラー８２４と、該受光側ミラー８２４で反射して光が通過する受光側レンズ８２５とで構成されている。また、前記撮像手段８２２は、前記受光側レンズ８２５を通過した光を受光するＣＭＯＳ８２６で構成されており、該ＣＭＯＳ８２６には、前記対象物８０２により一部が遮断された平行光８１６が映し出されるように構成されている。

これにより、前記対象物の影画像を測定することで、対象物８０２の外径寸法等を測定できるように構成されている。

特開２０１１−２３２３３６号公報

しかしながら、このような光学測定装置８０１にあっては、前記照射側光学系８１２と前記受光側光学系８２１との両者を設けなければならず、スペースを要するとともに、コストがかかるという問題があった。

本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたものであり、省スペース化と低コスト化を図ることができる光学測定装置を提供することを目的とするものである。

前記課題を解決するために本発明の請求項１の光学測定装置にあっては、対象物に光を当てて測定を行う光学測定装置において、照明からの光をハーフミラーを介して一方側へ照射するとともに該一方側の像を前記ハーフミラーを介して他方側へ投影する落射照明、及び該落射照明から前記一方側へ向けて照射される光を平行光として前記対象物に照射するテレセントリック光学系を備えた落射照明テレセントリック光学系と、前記対象物より前記一方側に設けられ、前記落射照明テレセントリック光学系からの光を当該落射照明テレセントリック光学系側へ反射する反射手段と、該反射手段から前記落射照明テレセントリック光学系を介して前記他方側へ投影された像を撮像する撮像手段と、を備えている。

すなわち、照明からの光は、ハーフミラーを介して一方側へ照射された後、テレセントリック光学系によって平行光に変換され対象物を照射する。

この対象物を通過した平行光は、前記対象物より前記一方側に設けられた反射手段によって落射照明テレセントリック光学系へ向けて反射され、この反射による像、すなわち前記反射手段に映された像は、前記落射照明を構成する前記ハーフミラーを通過して他方側へ投影され撮像手段で撮像される。

これにより、撮像手段では、前記対象物の影の像を取得できるので、当該対象物の外径寸法等を測定することができる。

このように、前記テレセントリック光学系のみによって、前記対象物の外径寸法等が測定される。

また、請求項２の光学測定装置においては、前記対象物に外観検査用の照明を照射する外観検査用照明をさらに備えている。

すなわち、この光学測定装置は、前記対象物に外観検査用の照明を照射する外観検査用照明を備えているので、前記撮像手段で、前記反射手段で反射した像を撮像する際に、前記対象物の表面の状態も検査することができる。

その検査方法としては、既知の光切断方式やパターン投影法やパターン反射方式が挙げられ、これらによって前記対象物表面の三次元形状を得ることができる。

さらに、請求項３の光学測定装置では、基準となるマスターにおける形状の計測データと検査する対象物とを比較して当該検査対象物の外観形状の状態をカラーマップとして表示するカラーマップ表示手段をさらに備えている。

すなわち、検査する対象物のカラーマップを取得する際には、予め基準となるマスターにおける外観形状の計測データを取得しておく。そして、検査する対象物の外観形状の計測データを取得し、両計測データを比較する。

両計測データに差がある箇所、例えばマスターに対して検査する対象物の所定箇所が突出している場合には、その箇所を赤とする。また、前記マスターに対して検査する対象物の所定箇所が凹んでいる場合には、その箇所を青とし、これらの赤色及び青色を、対象物の表示画面上に表示する。

これにより、検査対象物の外観形状の状態がカラーマップとして表示される。

また、請求項４の光学測定装置にあっては、前記撮像手段で取得した像を用いて前記対象物の終端部の検出を行う。

すなわち、前記撮像手段では、前記対象物の形状が取得され、この撮像手段で取得した像を用いることによって、前記対象物の終端部の検出が行われる。

このため、長さ寸法の長い対象物において、前記落射照明テレセントリック光学系を、その長さ方向に移動しながら測定を行う際には、その計測終点位置が取得される。

以上説明したように本発明の請求項１の光学測定装置にあっては、落射照明テレセントリック光学系のテレセントリック光学系のみによって対象物の外径寸法等を測定することができる。

このため、照射側光学系と受光側光学系との両者を設けなければ、外径寸法等を測定することができなかった従来と比較して、省スペース化を図ることができるとともに、低コスト化を図ることができる。

また、請求項２の光学測定装置においては、対象物に外観検査用の照明を照射する外観検査用照明を備えることで、反射手段で反射した像を撮像手段で撮像して外径寸法等を測定すると同時に、前記対象物の表面の状態も検査することができる。

さらに、請求項３の光学測定装置では、検査対象物の外観形状の状態をカラーマップとして表示することができる。

これにより、検査対象物の良否判断を容易に行うことができる。

また、請求項４の光学測定装置にあっては、長さ寸法の長い対象物を計測する際に落射照明テレセントリック光学系を、その長さ方向に移動しながら測定する場合において、別途センサーを設けることなく、その計測終点位置を取得することができる。

これにより、低コスト化を図ることができる。

本発明の第一の実施の形態を示す説明図で、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図である。 同実施の形態の光学測定装置の構造を示す説明図である。 （ａ）は、同実施の形態で取得した画像であり、（ｂ）は、カラーマップを示す説明図である。 同実施の形態の動作を示すフローチャートである。 従来例を示す説明図である。

以下、本発明の一実施の形態を図に従って説明する。

図１は、本実施の形態にかかる光学測定装置１を示す説明図であり、該光学測定装置１は、スプール弁などの対象物２に光を当てて検査を行う装置である。

この光学測定装置１は、平板状のステージ１１を備えており、該ステージ１１の上面には、反射手段としてのミラー１２が設けられている。前記ステージ１１の一端側には、支柱部１３が立設されており、該支柱部１３の上部には、前記ミラー１２に沿って延在するスライドレール１４が前記ミラー１２と平行に設けられている。

前記スライドレール１４には、スライダー２１がスライド自在に支持されており、該スライダー２１は、図外のステッピングモータによって前記スライドレール１４に沿って移動できるように構成されている。前記スライダ２１には、計測器２２が支持されており、該計測器２２は、前記スライドレール１４に沿って移動可能に支持されている。

この計測器２２の一方側である下側３１には、対象物２を長さ方向両端から挟持した状態で保持する保持機構３２が設けられている。該保持機構３２は、モータ３３と、該モータ３３の回転軸に設けられた固定部３４と、該固定部３４に対向して設けられたチャック３５とからなり、前記固定部３４と前記チャック３５との対向部分は、先細りの円錐形状に形成されている。

前記チャック３５は、その長さ方向へ移動可能に構成されており、前記対象物２の一端を前記固定部３４に合わせた状態で前記チャック３５を前記固定部３４側へ移動することで、前記対象物２を長さ方向両端から前記固定部３４及び前記チャック３５で挟持した状態で保持できるように構成されている。

そして、この保持機構３２の一方側である下側３１には、前記ミラー１２が配置されている。

図２は、当該光学測定装置１の構造を示す説明図であり、該光学測定装置１の前記計測器２２は、落射照明テレセントリック光学系４１と、カメラ４２とによって構成されている。

前記落射照明テレセントリック光学系４１は、落射照明５１とテレセントリック光学系５２とで構成されている。

前記落射照明５１は、計測用照明６１と、該計測用照明６１からの光が通過する照明側レンズ６２と、該照明側レンズ６２からの光を下側３１へ向けて反射して照射するハーフミラー６３と、該ハーフミラー６３の他方側である上側６４に設けられた結像レンズ６５とを備えており、該ハーフミラー６３の下側３１の像を当該ハーフミラー６３及び前記結像レンズ６５を介して、他方側である上側６４へ投影するできるように構成されている。

前記テレセントリック光学系５２は、前記ハーフミラー６３からの光を一方側である下側３１へ向けて照射する同軸落射照明テレセントリックレンズ７１により構成されており、該同軸落射照明テレセントリックレンズ７１は、前記ハーフミラー６３からの光を平行光７２として下側３１へ照射するように構成されている。

この落射照明テレセントリック光学系４１の下側３１には、前記保持機構３２が設けられており、該保持機構３２のさらに下側３１には、前記落射照明テレセントリック光学系４１からの光を当該落射照明テレセントリック光学系４１側へ反射する反射手段として前記ミラー１２が設けられている。

前記落射照明テレセントリック光学系４１に設けられた前記結像レンズ６５の上部には、前記ミラー１２から当該落射照明テレセントリック光学系４１を介して前記上側６４へ投影された像を撮像する撮像手段としての前記カメラ４２が設けられており、該カメラ４２は、撮像画像を制御部８１に出力するように構成されている。

該制御部８１は、前記ステッピングモータを制御することで、前記計測器２２を前記保持機構３２に保持された前記対象物２の長さ方向に沿って移動できるように構成されており、前記モータ３３を制御することで前記保持機構３２に保持された前記対象物２を軸中心に回動できるように構成されている。

これにより、前記保持機構３２の保持された前記対象物２をその長さ方向全域渡って計測するとともに、前記対象物２の周面全域を検査できるように構成されている。

前記計測器２２は、前記保持機構３２に保持されて前記対象物２に外観検査用の照明を照射する外観検査用照明９１を備えており、該外観検査用照明９１は、スリット光を前記対象物２の対して斜め方向から照射できるように構成されている。

以上の構成にかかる本実施の形態において、対象物２の検査を行う際には、当該対象物２を保持機構３２にセットする。

そして、前記ステッピングモータを制御して前記計測器２２を前記対象物２の長さ方向へ移動することで、前記保持機構３２の保持された前記対象物２をその長さ方向全域渡って計測する。また、前記モータ３３を制御して前記対象物２を回動することで、当該対象物２の周面全域を検査する。

すなわち、前記計測器２２に設けられた計測用照明６１の光は、前記ハーフミラー６３を介して前記同軸落射照明テレセントリックレンズ７１に送られ、該同軸落射照明テレセントリックレンズ７１によって平行光７２とされ、前記対象物２へ向けて照射される。

このとき、前記平行光７２の一部は、前記対象物２で遮られた状態で、前記ミラー１２に到達する。これにより、該ミラー１２には、前記対象物２の影が映る。

そして、前記ミラー１２で上側６４に反射した反射光は、前記同軸落射照明テレセントリックレンズ７１、ハーフミラー６３、及び結像レンズ６５を介して、カメラ４２で撮像され、その撮像画像が制御部８１へ送られる。

この制御部８１では、図３の（ａ）に示すように、前記撮像画像から前記対象物２の影の像１０１が解析され、当該影の像１０１から前記対象物２の各所の外径寸法等が計測され、検査が行われる。

このように、前記テレセントリック光学系５２のみによって、前記対象物２の外径寸法等が測定することができる。

このため、照射側光学系と受光側光学系との両者を設けなければ、外径寸法等を測定することができなかった従来と比較して、光学系の設置が前記対象物２の上側のみで済むので、省スペース化を図ることができるとともに、低コスト化を図ることができる。

また、前記テレセントリック光学系５２のみで前記対象物２の外径寸法等を測定できるので、可動部の小型化及び低重量化を図ることができる。これにより、当該可動部の高速移動が可能となり、計測時間の短縮を図ることができる。

さらに、前記テレセントリック光学系５２を前記対象物２の一方側に設置するだけで、前記対象物２の外径寸法等を測定できるので、対象物２の着脱用空間を確保が容易となる。

このとき、前記対象物２には、前記外観検査用照明９１からのスリット光１１１が照射されており、前記影の像１０１の一部には、前記スリット光１１１，・・・が映し出される。このため、既知の光切断方式やパターン投影法やパターン反射方式を用いることで、前記対象物２表面の三次元形状を得ることができる。なお、点群データによる三次元形状の取得も可能である。

これにより、前記ミラー１２で反射した像をカメラ４２で撮像して外径寸法等を測定すると同時に、前記対象物２の表面の凹凸状態も検査することができる。

図３の（ｂ）は、前記制御部８１に接続されたモニターに表示されたカラーマップ１２１を示す図であり、検査する対象物２のカラーマップ１２１を取得する際には、図４に示すように、予め基準となるマスターにおける外観形状、すなわちマスターの表面の基準位置を示す計測データを取得し、記憶しておく（Ｓ１）。

そして、検査する対象物２の外観形状を計測して計測データを取得し（Ｓ２）、前記マスターの計測データと比較する（Ｓ３）。

両計測データに差がある箇所、例えばマスターに対して検査する対象物２の所定箇所が突出している場合には、その箇所を赤とする。また、前記マスターに対して検査する対象物２の所定箇所が凹んでいる場合には、その箇所を青とし、これらの赤色及び青色を、赤色部１３１及び青色部１３２として対象物２の表示画像１３３上に表示する（Ｓ４）。

これにより、検査する対象物２の外観形状の状態が、図３の（ｂ）に示すように、カラーマップ１２１としてモニターに表示されるので、検査する対象物２の良否判断を容易に行うことができる。

一方、前記制御部８１は、前記ステッピングモータを制御して前記計測器２２を前記対象物２の長さ方向へ移動することで、前記保持機構３２の保持された前記対象物２をその長さ方向全域渡って計測する。

このとき、前記カメラ４２では、前記対象物２の影の形状が取得され、このカメラ４２で取得した像を用いることによって、前記対象物の終端部の検出を行うことができる。

具体的に説明すると、図３の（ａ）に示したように、前記対象物２の影の像１０１と前記チャック３５の影の像１４１との接触点１４２が前記対象物２の終端と判断できる。

このため、本実施の形態のように、長さ寸法の長い対象物２を計測する際に前記計測器２２を、その長さ方向に移動しながら測定する場合において、前記対象物２の終端を検出する為のセンサーを別途設けることなく、その計測終点位置を取得することができる。

これにより、低コスト化を図ることができる。

１ 光学測定装置
２ 対象物
１２ ミラー
３１ 下側
４１ 落射照明テレセントリック光学系
４２ カメラ
５１ 落射照明
５２ テレセントリック光学系
６１ 計測用照明
６３ ハーフミラー
６４ 上側
７１ 同軸落射照明テレセントリックレンズ
７２ 平行光
８１ 制御部
９１ 外観検査用照明
１２１ カラーマップ

Claims (4)

1. 対象物に光を当てて測定を行う光学測定装置において、
   照明からの光をハーフミラーを介して一方側へ照射するとともに該一方側の像を前記ハーフミラーを介して他方側へ投影する落射照明、及び該落射照明から前記一方側へ向けて照射される光を平行光として前記対象物に照射するテレセントリック光学系を備えた落射照明テレセントリック光学系と、
   前記対象物より前記一方側に設けられ、前記落射照明テレセントリック光学系からの光を当該落射照明テレセントリック光学系側へ反射する反射手段と、
   該反射手段から前記落射照明テレセントリック光学系を介して前記他方側へ投影された像を撮像する撮像手段と、
   を備えたことを特徴とする光学測定装置。
2. 前記対象物に外観検査用の照明を照射する外観検査用照明をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の光学測定装置。
3. 基準となるマスターにおける形状の計測データと検査する対象物とを比較して当該検査対象物の外観形状の状態をカラーマップとして表示するカラーマップ表示手段をさらに備えたことを特徴とする請求項２記載の光学測定装置。
4. 前記撮像手段で取得した像を用いて前記対象物の終端部の検出を行うことを特徴とした請求項１、２又は３記載の光学測定装置。

Images