JP2020183900A - 光学計測装置及び光学計測方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】対象物の姿勢又は位置を一つのセンサヘッドで検査する際の時間を短縮することができ、さらに複数のセンサヘッドを配置する場合に比べてコストを削減することができる光学計測装置を提供する。【解決手段】光学計測装置100は、光源11と、位置関係制御部142算定部143ワーク200に照射した光の反射光に基づいて、ワークとの距離を計測する計測部141と、照射した光によりワーク上に形成される光の軌道が、一つ以上の略円形状を形成するように、ワークと光学計測装置100との相対的な位置関係を制御する位置関係制御部142と、計測部141により計測されるワークとの距離に基づいて、ワークの姿勢又は位置を算定する算定部143と、を備え、計測部141は、略円形状に形成される光の軌道上に位置する、少なくとも三つ以上の測定ポイントにおけるワークとの距離を計測する。【選択図】図1
Description
本発明は、光学計測装置及び光学計測方法に関する。
例えばスマートホンに代表される小型製品は、さらなる小型化が要求されており、その要求に伴い、小型製品を構成する部品の組付け精度に対する要求も高まっている。したがって、組付けられた部品の姿勢を精度良く検査することが必要となる。
部品等の計測対象物の変位を非接触で計測する計測装置として、例えば、共焦点光学系を利用して計測対象物の変位を計測する共焦点計測装置が知られている(下記特許文献1参照)。
ところで、対象物の姿勢や位置を検査する場合、一般に、対象物に対して同一直線上に位置しない複数の測定ポイントを設け、各測定ポイントで計測した値に基づいて姿勢や位置を検査する。特許文献1の共焦点計測装置を含む従来の計測装置では、それぞれの測定ポイントに対し、センサヘッド又は対象物を直線的に動かしながら各測定ポイント間を移動させることになるか、複数のセンサヘッドを各測定ポイントに配置して測定を行うことになる。
各測定ポイント間を直線的に移動させる場合、各測定ポイントで移動方向が大きく変わることになる。移動方向を変えるには、測定ポイントごとにセンサヘッド又は対象物の移動速度を緩めたり、一旦止めることが必要となるため、その際に発生する加減速により、振動等の問題が生ずることになる。この問題を解消するために、移動速度を全体的に遅くすることが考えられるが、移動速度を遅くすると、対象物の姿勢や位置を検査する時間が長くなってしまう。
また、複数のセンサヘッドを配置する場合、対象物の姿勢や位置を検査する時間が長くなるという問題は生じないものの、計測装置全体のコストが嵩むため、ユーザの導入障壁を高くしてしまう。
このような事情に鑑み、本発明は、対象物の姿勢又は位置を一つのセンサヘッドで検査する際の時間を短縮することができ、さらに複数のセンサヘッドを配置する場合に比べてコストを削減することができる光学計測装置及び光学計測方法を提供することを目的とする。
本発明の一態様に係る光学計測装置は、光を出射する光源と、対象物に照射した光の反射光に基づいて、対象物との距離を計測する計測部と、照射した光により対象物上に形成される光の軌道が、基準点を中心にする円及び楕円並びに基準点を中心にして旋回する曲線的な形状を含む一つ以上の略円形状を形成するように、対象物と光学計測装置との相対的な位置関係を制御する位置関係制御部と、計測部により計測される対象物との距離に基づいて、対象物の姿勢又は位置を算定する算定部と、を備え、計測部は、略円形状に形成される光の軌道上に位置する、少なくとも三つ以上の測定ポイントにおける前記対象物との距離を計測する。
この態様によれば、対象物と光学計測装置との相対的な位置関係を、加減速が生じない任意の速度で曲線的に変化させ、その変化の過程で略円形状に形成される光の軌道上に位置する三つ以上の測定ポイントで順次対象物との距離を計測し、その計測した距離に基づいて、対象物の姿勢又は位置を算定することができる。これにより、加減速が生じない任意の速度を維持しながら距離を計測し、対象物の姿勢又は位置を算定することができるため、対象物の姿勢又は位置を算定する際に要する時間を短縮することが可能となる。
前述した態様において、基準点の補正用に対象物上にさらに形成される光の軌道上において計測部により計測される対象物との距離に基づいて、基準点を補正する補正部を、さらに備えることとしてもよい。
この態様によれば、検査対象となる対象物を用いて、検査時の測定ポイントを特定するための基準点を補正することができるため、検査の精度を高めることが可能となる。
前述した態様において、補正部は、対象物上にさらに形成される光の軌道上において計測部により計測される対象物との距離に基づいて、当該距離が最大又は最小となるピーク座標を決定し、当該決定したピーク座標を基準点にすることとしてもよい。
この態様によれば、計測部により計測される対象物との距離が最大又は最小となるピーク座標を、検査時の測定ポイントを特定するための基準点にすることができるため、検査時における基準点の誤差を低減することが可能となる。
前述した態様において、算定部は、対象物との距離に加え、対象物の形状を特定する形状情報に基づいて、対象物の姿勢又は位置を算定することとしてもよい。
この態様によれば、対象物の形状ごとに異なる情報を加味して対象物の姿勢又は位置を算定することができるため、検査の精度をさらに高めることが可能となる。
前述した態様において、対象物によって反射された反射光を集光する光学系を含む一つのセンサヘッドを、さらに備え、計測部は、反射光の受光量に基づいて、センサヘッドから対象物までの距離を計測し、位置関係制御部は、少なくとも対象物及びセンサヘッドのいずれかを動かすことで、対象物と光学計測装置との相対的な位置関係を制御することとしてもよい。
この態様によれば、センサヘッドから対象物までの距離に基づいて、対象物の姿勢又は位置を算定することが可能となる。
前述した態様において、位置関係制御部は、直行する2軸の移動機構を制御することで、対象物と光学計測装置との相対的な位置関係を制御することとしてもよい。
この態様によれば、対象物と光学計測装置との相対的な位置関係を、直行する2軸の移動機構により制御することができるため、位置関係を簡易に制御することが可能となる。
また、本発明の他の態様に係る光学計測方法は、光学計測装置を制御するための光学計測方法であって、光源から光を出射するステップと、対象物に照射した光の反射光に基づいて、対象物との距離を計測するステップと、照射した光により対象物上に形成される光の軌道が、基準点を中心にする円及び楕円並びに基準点を中心にして旋回する曲線的な形状を含む一つ以上の略円形状を形成するように、対象物と光学計測装置との相対的な位置関係を制御するステップと、計測される対象物との距離に基づいて、対象物の姿勢又は位置を算定するステップと、を含み、対象物との距離を計測するステップにおいて、略円形状に形成される光の軌道上に位置する、少なくとも三つ以上の測定ポイントにおける対象物との距離を計測する。
この態様によれば、対象物と光学計測装置との相対的な位置関係を、加減速が生じない任意の速度で曲線的に変化させ、その変化の過程で略円形状に形成される光の軌道上に位置する三つ以上の測定ポイントで順次対象物との距離を計測し、その計測した距離に基づいて、対象物の姿勢又は位置を算定することができる。これにより、加減速が生じない任意の速度を維持しながら距離を計測し、対象物の姿勢又は位置を算定することができるため、対象物の姿勢又は位置を算定する際に要する時間を短縮することが可能となる。
前述した態様において、基準点の補正用に対象物上にさらに形成される光の軌道上において計測される対象物との距離に基づいて、基準点を補正するステップを、さらに含むこととしてもよい。
この態様によれば、検査対象となる対象物を用いて、検査時の測定ポイントを特定するための基準点を補正することができるため、検査の精度を高めることが可能となる。
前述した態様において、基準点を補正するステップにおいて、対象物上にさらに形成される光の軌道上において計測される対象物との距離に基づいて、当該距離が最大又は最小となるピーク座標を決定し、当該決定したピーク座標を基準点にすることとしてもよい。
この態様によれば、計測される対象物との距離が最大又は最小となるピーク座標を、検査時の測定ポイントを特定するための基準点にすることができるため、検査時における基準点の誤差を低減することが可能となる。
前述した態様において、対象物の姿勢又は位置を算定するステップにおいて、対象物との距離に加え、対象物の形状を特定する形状情報に基づいて、対象物の姿勢又は位置を算定することとしてもよい。
この態様によれば、対象物の形状ごとに異なる情報を加味して対象物の姿勢又は位置を算定することができるため、検査の精度をさらに高めることが可能となる。
前述した態様において、対象物との距離を計測するステップにおいて、反射光の受光量に基づいて、反射光を集光する光学系を含むセンサヘッドから対象物までの距離を計測し、位置関係を制御するステップにおいて、少なくとも対象物及びセンサヘッドのいずれかを動かすことで、対象物と光学計測装置との相対的な位置関係を制御することとしてもよい。
この態様によれば、センサヘッドから対象物までの距離に基づいて、対象物の姿勢又は位置を算定することが可能となる。
前述した態様において、位置関係を制御するステップにおいて、直行する2軸の移動機構を制御することで、対象物と光学計測装置との相対的な位置関係を制御することとしてもよい。
この態様によれば、対象物と光学計測装置との相対的な位置関係を、直行する2軸の移動機構により制御することができるため、位置関係を簡易に制御することが可能となる。
本発明によれば、対象物の姿勢又は位置を一つのセンサヘッドで検査する際の時間を短縮することができ、さらに複数のセンサヘッドを配置する場合に比べてコストを削減することができる光学計測装置及び光学計測方法を提供することができる。
添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。
まず、図1を参照し、本発明が適用される場面の一例について説明する。図1は、本実施形態に係る光学計測装置100の概略構成を例示する模式図である。光学計測装置100は、センサヘッド20からワーク(対象物)200までの距離を計測する。なお、センサヘッド20からワーク200までの距離を計測することには限定されず、ある位置を基準とした距離の変化、つまり、変位を計測することとしてもよい。
図1に示すように、光学計測装置100は、例えば、コントローラ10、センサヘッド20及び設定端末30を備える。コントローラ10は、例えば、光源11、分光器12、受光センサ13及び制御部14を備える。
光源11は、例えば白色LED(Light Emitting Diode)を含んで構成され、白色光を出射する。光源11が出射する光は、光学計測装置100に要求される距離範囲をカバーする波長範囲を含む光であればよく、白色光に限定されない。光源11は、制御部14から入力される制御信号に基づいて動作し、例えば、制御信号に基づいて光の光量を変更する。
センサヘッド20は、ワーク200に光を照射するとともに、ワーク200からの反射光を集光する。センサヘッド20は、例えば、コリメータレンズ、回折レンズ及び対物レンズ等の光学系を含んで構成される。例示的に、コリメータレンズは、センサヘッド20に入射された光を平行光に変換し、回折レンズは、平行光に光軸方向に沿う色収差を生じさせ、対物レンズは、色収差を生じさせた光をワーク200に集めて照射する。回折レンズで軸上色収差を生じさせることで、対物レンズから照射される光は、波長ごとに異なる距離(位置)に焦点を合わせることが可能となる。
ワーク200の表面で反射された光は、対物レンズ及び回折レンズを通ってコリメータレンズで集光され、ケーブル(光ファイバ)を介してコントローラ10に出射される。
コントローラ10の分光器12は、例えば、コリメータレンズ、回折格子及び調整レンズを含んで構成される。例示的に、コリメータレンズは、センサヘッド20から出射された光を平行光に変換し、回折格子は、平行光を波長成分毎に分光(分離)し、調整レンズは、分光した波長別の光のスポット径を調整する。
コントローラ10の受光センサ13は、分光器12で分光された光に対し、波長成分毎に受光量を検出する。受光センサ13は、例えば、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)を含んで構成され、複数の受光素子を含む。各受光素子は、分光器12の回折格子の分光方向に対応させて一次元に配列される。これにより、各受光素子は分光された各波長成分の光に対応して配置され、受光センサ13は波長成分毎に受光量を検出できるようになる。
受光センサ13の一つの受光素子は、一つの画素に対応する。つまり、受光センサ13は、複数の画素のそれぞれが受光量を検出できるように構成されている。なお、各受光素子は、一次元に配列される場合に限定されるものではなく、二次元に配列されてもよい。この場合、各受光素子は、例えば回折格子の分光方向を含む検出面上に、二次元に配列されることが好ましい。
受光センサ13の各受光素子は、制御部14から入力される制御信号に基づいて、所定の露光時間の間に受光した光の受光量に応じて電荷を蓄積する。各受光素子は、制御部14から入力される制御信号に基づいて、露光時間以外(非露光時間)に、上記蓄積した電荷に応じた電気信号を出力する。これにより、露光時間に受光した受光量が電気信号に変換される。
コントローラ10の制御部14は、光学計測装置100の各部の動作を制御する。制御部14は、例えば、CPU(Central Processing Unit)等のマイクロプロセッサと、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)及びバッファメモリ等のメモリと、を含んで構成される。制御部14は、機能的な構成として、例えば、計測部141、位置関係制御部142、算定部143及び補正部144を有する。
計測部141は、受光センサ13の各受光素子から入力される電気信号に基づいて、受光素子(画素)毎の受光量の分布信号(以下、「受光量分布信号」ともいう)を算出する。計測部141は、受光量分布信号に基づいて、センサヘッド20からワーク200までの距離を計測する。つまり、計測部141は、ワーク200に照射した光の反射光に基づいて、ワーク200との距離を計測する。図1に示す例において、センサヘッド20からワーク200までの距離はZ軸方向の距離となる。
位置関係制御部142は、センサヘッド20から照射される光によりワーク200上に描かれる光の軌道が、略円形状を形成するように、センサヘッド20を動作させる。略円形状には、例えば、基準点を中心にする円及び楕円、並びに基準点を中心にして旋回する曲線的な形状が含まれる。基準点を中心にして旋回する曲線的な形状には、例えば、渦巻形状等が含まれる。形成する略円形状は、一つであることに限らず、複数形成してもよい。略円形状を複数形成する場合に、基準点は一つであってもよいし、複数であってもよい。本実施形態では、略円形状が、一つの基準点を中心にする円である場合について例示的に説明する。
センサヘッド20は、可動部材25に取り付けられている。可動部材25は、直行する2軸の移動機構であり、制御部14の制御信号に基づいて、図1に例示するX軸方向及びY軸方向に任意に移動する。
制御部14の制御信号は、例えば、ユーザが設定端末30を操作して設定した所定の半径となる円を描く円運動を行うように、可動部材25に対して指示する信号である。センサヘッド20は、可動部材25の動きに合わせて、ワーク200上に照射する光の軌道が略円形状を形成するように回転する。
位置関係制御部142は、例えば、(1)ワーク200の姿勢を検査する際の測定ポイントを特定するための基準点を補正するとき、及び(2)ワーク200の姿勢を検査するとき、のそれぞれにおいてセンサヘッド20を動作させる。
上記(1)及び(2)で形成される円について、図面を参照して説明する。以下においては、ワーク200が凸レンズである場合について例示的に説明する。
(1)ワーク200の姿勢を検査する際の測定ポイントを特定するための基準点を補正するとき:
図2及び図3に例示するように、センサヘッド20から照射される光により、予め設定された半径が異なる3つの円の軌道A、B、Cが形成される。円の軌道A、B、Cの半径は、軌道A、軌道B、軌道Cの順に大きくなるように設定される。なお、円の軌道A、B、Cの半径は、軌道A、軌道B、軌道Cの順に小さくなるように設定されてもよい。円の軌道A、B、Cの半径は、検査時に生ずるワーク200の位置ずれが起こり得る範囲を考慮して設定することが好ましい。
図2及び図3に例示するように、センサヘッド20から照射される光により、予め設定された半径が異なる3つの円の軌道A、B、Cが形成される。円の軌道A、B、Cの半径は、軌道A、軌道B、軌道Cの順に大きくなるように設定される。なお、円の軌道A、B、Cの半径は、軌道A、軌道B、軌道Cの順に小さくなるように設定されてもよい。円の軌道A、B、Cの半径は、検査時に生ずるワーク200の位置ずれが起こり得る範囲を考慮して設定することが好ましい。
具体的には、ワーク200の位置が検査時の基準位置からずれた場合に、基準点が、円の軌道A、B、Cの内側に納まるように設定する。なお、半径が異なる3つの円であることには限定されず、半径が異なる2つ以上(複数)の円であればよい。
(2)ワーク200の姿勢を検査するとき:
図5及び図6に例示するように、センサヘッド20から照射される光により、基準点を中心にして、予め設定された半径となる円の軌道Dが形成される。測定ポイントは、4点であり、それぞれ軌道D上に設定される。なお、測定ポイントは、4点であることには限定されず、ワークの姿勢を検査するために必要となる個数を任意に設定することができる。複数の測定ポイントを設ける場合には、それぞれの測定ポイント間の距離が最大となるように設けることが望ましい。
図5及び図6に例示するように、センサヘッド20から照射される光により、基準点を中心にして、予め設定された半径となる円の軌道Dが形成される。測定ポイントは、4点であり、それぞれ軌道D上に設定される。なお、測定ポイントは、4点であることには限定されず、ワークの姿勢を検査するために必要となる個数を任意に設定することができる。複数の測定ポイントを設ける場合には、それぞれの測定ポイント間の距離が最大となるように設けることが望ましい。
ここで、円の軌道A、B、Cの半径は、円の軌道Dの半径よりも小さくなるように設定することが好ましい。
図1の説明に戻る。制御部14の算定部143は、上記(1)ワーク200の姿勢を検査する際の測定ポイントを特定するための基準点を補正するときに、センサヘッド20から照射される光によりワーク200上に形成される、半径が異なる複数の円周上において計測されたセンサヘッド20からワーク200までの距離に基づき、当該距離が最小となるピーク座標を算出する。距離を計測する測定ポイントは、ピーク座標の算出精度を考慮し、任意の間隔で設定することができる。図2乃至図4を参照して具体的に説明する。
最初に、算定部143は、図2及び図3に例示する3つの円の軌道A、B、C上において計測されたセンサヘッド20からワーク200までの値に基づいて距離を算出し、各測定位置での測定値等と共にメモリに記憶させる。
図4は、測定位置と測定値との関係を示すグラフであり、具体的には、測定位置により特定される時間と、その時間の経過により変化する測定値となる高さとの関係を例示するグラフである。高さは、ワーク200のZ軸方向の高さであり、センサヘッド20からワーク200までの距離に対応する値である。距離が短いほど、高さが高くなる関係にある。
続いて、算定部143は、図4に示す軌道A、B、Cの高さのうち、最大となる高さPに対応する三次元座標を、ピーク座標として算出する。このピーク座標が、後述するように測定ポイントを特定するための基準点として用いられることになる。
なお、本実施形態では、最大となる高さ(最小となる距離)に対応する三次元座標を、ピーク座標として算出するが、これに限定されない。例えば、対象物が凹レンズである場合には、最小となる高さ(最大となる距離)に対応する三次元座標を、ピーク座標として算出することになる。
図1の説明に戻る。制御部14の補正部144は、算定部143により算出されたピーク座標を基準点に設定することで、測定ポイントを定める際の基準点を補正する。図5及び図6を参照して具体的に説明する。
補正部144は、ピーク座標により補正された基準点を中心とし、予め設定された半径となる円上に、測定ポイントである4点を定める。
図1の説明に戻る。制御部14の計測部141は、上記(2)ワーク200の姿勢を検査するときに、補正部144により補正された基準点により定まる測定ポイントにおけるセンサヘッド20からワーク200までの距離を計測する。図5乃至図7を参照して具体的に説明する。
計測部141は、図5及び図6に例示する円の軌道D上にある4つの測定ポイントで計測されたセンサヘッド20からワーク200までの値に基づいて距離を算出し、各測定位置での測定値等と共にメモリに記憶させる。
図7は、測定位置と測定値との関係を示すグラフであり、具体的には、測定位置により特定される時間と、その時間の経過により変化する測定値となる高さとの関係を例示するグラフである。前述したように、高さは、ワーク200のZ軸方向の高さであり、センサヘッド20からワーク200までの距離に対応し、距離が短いほど、高さが高くなる関係にある。
図7は、図5及び図6に例示する円の軌道D上にある4つの測定ポイントのうち、ワーク200上に“3”と表示されている測定ポイントに対応する位置が高くなっていることを例示している。
次に、図8を参照して、実施形態に係る光学計測装置100の動作の一例について説明する。
最初に、制御部14の算定部143は、ワーク200上に形成される、半径が異なる複数の円周上におけるセンサヘッド20からワーク200までの距離を算出する(ステップS101)。
続いて、制御部14の算定部143は、上記ステップS101で算出した距離に基づいて、当該距離が最小(ワーク200の高さが最大)となるピーク座標を算出する(ステップS102)。
続いて、制御部14の補正部144は、上記ステップS102で算出されたピーク座標に基づいて、測定ポイントを特定するための基準点を補正する(ステップS103)。
続いて、制御部14の計測部141は、上記ステップS103で補正された基準点により定まる測定ポイントにおけるセンサヘッド20からワーク200までの距離を計測し、ワーク200の姿勢を検査する(ステップS104)。
前述したように、実施形態に係る光学計測装置100によれば、一つのセンサヘッド20から照射される光によりワーク200上に形成される光の軌道が、略円形状を形成するように、一つのセンサヘッド20を動作させることができ、略円形状に形成される光の軌道上に位置する4つの測定ポイントにおけるワーク200との距離に基づいて、ワーク200の姿勢又は位置を算定することができる。
これにより、一つのセンサヘッド20を加減速が生じない任意の速度で曲線的に変化させ、その変化の過程で略円形状に形成される光の軌道上に位置する4つの測定ポイントで順次ワーク200との距離を計測し、その計測した距離に基づいて、ワーク200の姿勢又は位置を算定することができる。つまり、加減速が生じない任意の速度を維持しながら距離を計測し、ワーク200の姿勢又は位置を算定することができるため、ワーク200の姿勢又は位置を算定する際に要する時間を短縮することが可能となる。また、一つのセンサヘッド20で実現できるため、複数のセンサヘッドを配置する必要がない。
それゆえ、実施形態に係る光学計測装置100によれば、ワーク200の姿勢又は位置を一つのセンサヘッド20で検査する際の時間を短縮することができ、さらに複数のセンサヘッドを必要としないことから、複数のセンサヘッドを配置する光学計測装置に比べてコストを削減することができる。
ここで、従来のセンサヘッドは、スポット径を変更することとなった場合、センサヘッドの形式を変更する必要があった。これに対し、実施形態に係る光学計測装置100によれば、センサヘッド20から照射される光により描かれる円を小さくすることで、スポット径を疑似的に大きくすることができるという効果をさらに奏する。以下に、(a)ワークの表面が粗い場合、及び(b)微細なワークを測定する場合にわけて説明する。
(a)ワークの表面が粗い場合:
図9に例示するように、ワーク201の表面が粗い(例えば自動車の傷)場合、センサヘッド20から照射される光のスポットを円運動させ、複数点の計測値を取得する。取得した複数の計測値の平均を、最終的な測定値として確定する。これにより、表面の粗いワーク201に対する測定値を、安定化することができる。
図9に例示するように、ワーク201の表面が粗い(例えば自動車の傷)場合、センサヘッド20から照射される光のスポットを円運動させ、複数点の計測値を取得する。取得した複数の計測値の平均を、最終的な測定値として確定する。これにより、表面の粗いワーク201に対する測定値を、安定化することができる。
(b)微細なワークを測定する場合:
図10に例示するように、ワーク202が微細である(例えばサイズが数十μm程度)場合、センサヘッド20から照射される光のスポットを円運動させずに、計測値を取得する。取得した計測値を、最終的な測定値として確定する。これにより、同一のセンサヘッドを用いて、多様なワークに対応することが可能となる。
図10に例示するように、ワーク202が微細である(例えばサイズが数十μm程度)場合、センサヘッド20から照射される光のスポットを円運動させずに、計測値を取得する。取得した計測値を、最終的な測定値として確定する。これにより、同一のセンサヘッドを用いて、多様なワークに対応することが可能となる。
[変形例]
以上説明した実施形態は、あらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。つまり、本発明の実施にあたって、実施形態に応じた具体的構成が適宜採用されてもよい。また、前述した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
以上説明した実施形態は、あらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。つまり、本発明の実施にあたって、実施形態に応じた具体的構成が適宜採用されてもよい。また、前述した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
前述した実施形態では、位置関係制御部142が可動部材25を動作させているが、これに限定されない。例えば、位置関係制御部142がワーク200を載置する台26を可動部材として動作させることとしてもよい。この変形例に係る光学計測装置の概略構成を、図11に例示する。
図11に示す変形例に係る光学計測装置100aが、図1に示す実施形態に係る光学計測装置100と異なる点は、変形例に係る光学計測装置100aが、実施形態に係る光学計測装置100が備える可動部材25を省略し、その代わりに、ワーク200を載置する台26を可動とした点である。
これ以外については、実施形態に係る光学計測装置100の構成と同様であり、同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略することとする。以下においては、実施形態に係る光学計測装置100と異なる点について主に説明する。
これ以外については、実施形態に係る光学計測装置100の構成と同様であり、同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略することとする。以下においては、実施形態に係る光学計測装置100と異なる点について主に説明する。
位置関係制御部142は、センサヘッド20から照射される光によりワーク200上に描かれる光の軌道が、略円形状を形成するように、センサヘッド20を動作させる。台26は、直行する2軸の移動機構であり、制御部14の制御信号に基づいて、図11に例示するX軸方向及びY軸方向に任意に移動する。制御部14の制御信号は、例えば、ユーザが設定端末30を操作して設定した所定の半径となる円を描く円運動を行うように、台26に指示するための信号である。ワーク200は、台26の動きに合わせて、センサヘッド20によりワーク200上に照射される光の軌道が略円形状を形成するように回転する。
また、例えば、実施形態に係る光学計測装置100が備える可動部材25を省略し、その代わりに、センサヘッド20に、MEMS(Micro−Electro−Mechanical−Systems)ミラーを組み込むこととしてもよい。この場合には、例えば、MEMSミラーの角度を制御する等し、センサヘッド20から照射される光の方向を操作し、ワーク200上に所定の円を描かせることが好ましい。
また、前述した実施形態では、対象物が凸レンズや凹レンズである場合について説明したが、対象物の形状は、凸レンズ形状や凹レンズ形状であることには限定されない。例えば、回転体等を含む立体形状であってもよいし、紙状や板状等を含む平面形状であってもよい。さらに、対象物の姿勢又は位置を算定する際に、前述した対象物との距離に加え、対象物の形状を特定する形状情報を付与することが好ましい。形状情報には、例えば、対象物が平面であるのか立体であるのか等の形状を特定する情報、及び形状ごとに異なる情報(各種パラメータ)等を含めることができる。形状情報を付与することにより、対象物の形状ごとに異なる情報を加味して対象物の姿勢又は位置を算定することができるため、検査の精度をさらに高めることが可能となる。
また、前述した実施形態では、光学計測装置100がセンサヘッド20を備える場合について説明したが、光学計測装置100がセンサヘッド20を備えることは必須ではない。対象物に照射した光の反射光に基づいて、対象物との距離を計測することができる光学計測装置であれば、本発明を適用することができる。
[付記]
本実施形態における態様は、以下のような開示を含む。
本実施形態における態様は、以下のような開示を含む。
(付記1)
光学計測装置(100)であって、
光を出射する光源(11)と、
対象物(200)に照射した光の反射光に基づいて、前記対象物(200)との距離を計測する計測部(141)と、
照射した光により対象物(200)上に形成される光の軌道が、基準点を中心にする円及び楕円並びに基準点を中心にして旋回する曲線的な形状を含む一つ以上の略円形状を形成するように、前記対象物(200)と前記光学計測装置(100)との相対的な位置関係を制御する位置関係制御部(142)と、
前記計測部(141)により計測される前記対象物(200)との距離に基づいて、前記対象物(200)の姿勢又は位置を算定する算定部(143)と、
を備え、
前記計測部(141)は、前記略円形状に形成される前記光の軌道上に位置する、少なくとも三つ以上の測定ポイントにおける前記対象物(200)との距離を計測する、
光学計測装置(100)。
光学計測装置(100)であって、
光を出射する光源(11)と、
対象物(200)に照射した光の反射光に基づいて、前記対象物(200)との距離を計測する計測部(141)と、
照射した光により対象物(200)上に形成される光の軌道が、基準点を中心にする円及び楕円並びに基準点を中心にして旋回する曲線的な形状を含む一つ以上の略円形状を形成するように、前記対象物(200)と前記光学計測装置(100)との相対的な位置関係を制御する位置関係制御部(142)と、
前記計測部(141)により計測される前記対象物(200)との距離に基づいて、前記対象物(200)の姿勢又は位置を算定する算定部(143)と、
を備え、
前記計測部(141)は、前記略円形状に形成される前記光の軌道上に位置する、少なくとも三つ以上の測定ポイントにおける前記対象物(200)との距離を計測する、
光学計測装置(100)。
(付記2)
光学計測装置(100)を制御するための光学計測方法であって、
光源(11)から光を出射するステップと、
対象物(200)に照射した光の反射光に基づいて、前記対象物(200)との距離を計測するステップと、
照射した光により対象物(200)上に形成される光の軌道が、基準点を中心にする円及び楕円並びに基準点を中心にして旋回する曲線的な形状を含む一つ以上の略円形状を形成するように、前記対象物(200)と前記光学計測装置(100)との相対的な位置関係を制御するステップと、
前記計測される前記対象物(200)との距離に基づいて、前記対象物(200)の姿勢又は位置を算定するステップと、
を含み、
前記対象物(200)との距離を計測するステップにおいて、前記略円形状に形成される前記光の軌道上に位置する、少なくとも三つ以上の測定ポイントにおける前記対象物(200)との距離を計測する、
光学計測方法。
光学計測装置(100)を制御するための光学計測方法であって、
光源(11)から光を出射するステップと、
対象物(200)に照射した光の反射光に基づいて、前記対象物(200)との距離を計測するステップと、
照射した光により対象物(200)上に形成される光の軌道が、基準点を中心にする円及び楕円並びに基準点を中心にして旋回する曲線的な形状を含む一つ以上の略円形状を形成するように、前記対象物(200)と前記光学計測装置(100)との相対的な位置関係を制御するステップと、
前記計測される前記対象物(200)との距離に基づいて、前記対象物(200)の姿勢又は位置を算定するステップと、
を含み、
前記対象物(200)との距離を計測するステップにおいて、前記略円形状に形成される前記光の軌道上に位置する、少なくとも三つ以上の測定ポイントにおける前記対象物(200)との距離を計測する、
光学計測方法。
10…コントローラ、11…光源、12…分光器、13…受光センサ、14…制御部、20…センサヘッド、25…可動部材、26…台、30…設定端末、100、100a…光学計測装置、141…計測部、142…位置関係制御部、143…算定部、144…補正部、200、201、202…ワーク
Claims (12)
- 光学計測装置であって、
光を出射する光源と、
対象物に照射した光の反射光に基づいて、前記対象物との距離を計測する計測部と、
照射した光により対象物上に形成される光の軌道が、基準点を中心にする円及び楕円並びに基準点を中心にして旋回する曲線的な形状を含む一つ以上の略円形状を形成するように、前記対象物と前記光学計測装置との相対的な位置関係を制御する位置関係制御部と、
前記計測部により計測される前記対象物との距離に基づいて、前記対象物の姿勢又は位置を算定する算定部と、
を備え、
前記計測部は、前記略円形状に形成される前記光の軌道上に位置する、少なくとも三つ以上の測定ポイントにおける前記対象物との距離を計測する、
光学計測装置。 - 前記基準点の補正用に前記対象物上にさらに形成される前記光の軌道上において前記計測部により計測される前記対象物との距離に基づいて、前記基準点を補正する補正部を、さらに備える、
請求項1記載の光学計測装置。 - 前記補正部は、前記対象物上にさらに形成される前記光の軌道上において前記計測部により計測される前記対象物との距離に基づいて、当該距離が最大又は最小となるピーク座標を決定し、当該決定した前記ピーク座標を前記基準点にする、
請求項2記載の光学計測装置。 - 前記算定部は、前記対象物との距離に加え、前記対象物の形状を特定する形状情報に基づいて、前記対象物の姿勢又は位置を算定する、
請求項1から3のいずれか一項に記載の光学計測装置。 - 対象物によって反射された反射光を集光する光学系を含む一つのセンサヘッドを、さらに備え、
前記計測部は、前記反射光の受光量に基づいて、前記センサヘッドから対象物までの距離を計測し、
前記位置関係制御部は、少なくとも前記対象物及び前記センサヘッドのいずれかを動かすことで、前記対象物と前記光学計測装置との相対的な位置関係を制御する、
請求項1から4のいずれか一項に記載の光学計測装置。 - 前記位置関係制御部は、直行する2軸の移動機構を制御することで、前記対象物と前記光学計測装置との相対的な位置関係を制御する、
請求項1から5のいずれか一項に記載の光学計測装置。 - 光学計測装置を制御するための光学計測方法であって、
光源から光を出射するステップと、
対象物に照射した光の反射光に基づいて、前記対象物との距離を計測するステップと、
照射した光により対象物上に形成される光の軌道が、基準点を中心にする円及び楕円並びに基準点を中心にして旋回する曲線的な形状を含む一つ以上の略円形状を形成するように、前記対象物と前記光学計測装置との相対的な位置関係を制御するステップと、
前記計測される前記対象物との距離に基づいて、前記対象物の姿勢又は位置を算定するステップと、
を含み、
前記対象物との距離を計測するステップにおいて、前記略円形状に形成される前記光の軌道上に位置する、少なくとも三つ以上の測定ポイントにおける前記対象物との距離を計測する、
光学計測方法。 - 前記基準点の補正用に前記対象物上にさらに形成される前記光の軌道上において前記計測される前記対象物との距離に基づいて、前記基準点を補正するステップを、さらに含む、
請求項7記載の光学計測方法。 - 前記基準点を補正するステップにおいて、前記対象物上にさらに形成される前記光の軌道上において前記計測される前記対象物との距離に基づいて、当該距離が最大又は最小となるピーク座標を決定し、当該決定した前記ピーク座標を前記基準点にする、
請求項8記載の光学計測方法。 - 前記対象物の姿勢又は位置を算定するステップにおいて、前記対象物との距離に加え、前記対象物の形状を特定する形状情報に基づいて、前記対象物の姿勢又は位置を算定する、
請求項7から9のいずれか一項に記載の光学計測方法。 - 前記対象物との距離を計測するステップにおいて、前記反射光の受光量に基づいて、前記反射光を集光する光学系を含むセンサヘッドから対象物までの距離を計測し、
前記位置関係を制御するステップにおいて、少なくとも前記対象物及び前記センサヘッドのいずれかを動かすことで、前記対象物と前記光学計測装置との相対的な位置関係を制御する、
請求項7から10のいずれか一項に記載の光学計測方法。 - 前記位置関係を制御するステップにおいて、直行する2軸の移動機構を制御することで、前記対象物と前記光学計測装置との相対的な位置関係を制御する、
請求項7から11のいずれか一項に記載の光学計測方法。
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