JP3902088B2 - Shape measuring method and shape measuring apparatus - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、被検物の表面形状の計測や、キズ、膨らみ、うねり、へこみ等の欠陥を検出するための方法及び装置に係り、特に、感光体ドラム、現像ローラ、帯電ローラ等の円筒状被検物の表面形状を検出し、例えば部品認識等のロボットビジョン等に好適な形状測定方法及び形状測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
被検物表面の形状検査に関する従来技術としては、円筒状被検物の検査に関するものとして(a)特開平2−201142号公報、及び(b)特開平4−169840号、位相シフト法とモアレ法を用いた三次元測定方法のものは、(c)特許第2887517号公報、(d)特開平07−332956号公報、及び(e)特開平10−54711号公報のものがある。さらには、(f)「位相シフトによる実体格子型モアレ法」についての文献(1991年度精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集)、及び(g)「液晶ガラスのフラットネス計測」(O plus E 1996年9月)、等がある。
【0003】
即ち、複写機あるいはレーザープリンタの感光体ドラムなどの円筒状被検物の欠陥検査方法としては、(a)特開平2−201142号公報、あるいは(b)特開平4−169840号公報に例示された技術がある。図84は、(a)特開平2−201142号公報に開示された構成を示す図である。同図において、光源8431からのレーザ光ビーム8432を、回転多面鏡8436を介して感光体ドラム8433の軸方向に走査するように照射させる。走査光は、感光体ドラム8433の感光層表面にて反射され、正常な表面からの反射光は、ほぼ受光器8435に進入し、反射光の強度が検出され、出力は、所定の演算処理部等に入力される。ここでの処理は、検出値が異常に低下した時に、表面状態の異常として検出する。
【0004】
また、図85は、(b)特開平4−169840号公報に開示された構成を示す図である。同図において、ハロゲン光源等を備えた投光器8541から感光体ドラム8543へ向けてスリット光8542が投射される。感光体ドラム8543の表面欠陥によって散乱された散乱光は、レンズ8544によって集光され、ラインセンサ8545で受光される。ラインセンサ8545は、画素列を有し、感光体ドラム8543表面上にその受光範囲8546が形成される。ここでは、欠陥による散乱光の異常を検出している。
【0005】
一般に、この種の感光体にはピンホール、打痕、擦り傷、気泡の巻き込み、クラック、ゴミ等の付着による欠陥、並びに感光層の膜厚のムラ、液ダレや支持体の傷等のような多種多様な欠陥の生ずる可能性がある。上記のような光学式検査装置による場合では、ピンホール、打痕、擦り傷、ゴミ等の付着による欠陥の如く表面凹凸の変化率の大きな欠陥に対しては高い検出力を発揮することができるが、感光層の膜厚ムラ等の如く凹凸の変化率の小さい欠陥あるいは支持体の傷のように感光体表面に凹凸の変化のない欠陥に対しては検出精度には、問題があった。
【0006】
一方、三次元測定法の1手法としてモアレ法が挙げられる。モアレ法には、実体格子型と格子投影型があり、様々な分野において広く利用されている。格子投影型のモアレ法とは、図86に示すように、投影用と観察用とに、それぞれ小さな格子G1,G2を配置し、G1をレンズL1により物体に投影し、物体形状に応じて変形した格子線をレンズL2を通じてもう一つの格子G2上に結像させ、縞等高線を基準面から所定距離のところに生じさせるようにしたものである。また、実体格子型のモアレ法とは、図87に示すように、基準面に一つの格子Gを設置し、図86のレンズL1の位置に点光源S1を、レンズL2の位置に観察眼eを置いて、前記格子Gの光源S1による影を物体上に落し、物体形状に応じて変形した格子Gの影を形成させてこれを格子Gを通して観察することにより、この格子Gと変形した格子の影とによって生じるモアレ縞を観測する方法をいう。
【0007】
実体格子型のモアレ法を例に取り、図88の詳細図を用いてさらに詳しく説明する。格子のピッチをs、光源と観察点との距離をdとする。同一平面内にある格子G1とG2はいずれもピッチsをもつが、格子は面内で互いにεだけずれている(格子ピッチの位相でいえば2πε/s)ものとすると、
【0008】
【数1】
【0009】
と表せる。形成されるモアレ縞(等高線)は、格子面を基準(0次)として、格子面から離れるに従い、順に1次、2次とカウントされる次数を持つ。そこで縞次数Nのモアレ縞をcos2πNと置くことによって得られる。その結果、第N次のモアレ等高線は、基準面からhNだけ離れた次の位置、
【0010】
【数2】
【0011】
に形成されることになる。これは位置の座標xを含んでおらず、Nによって(xにかかわりなく)定める固有の値となっている。即ち等高線が形成されていることを示す。
【0012】
また、図89のような構成をとった場合、S1を点光源として、S2の位置に観察点をおき、また1枚の連続した(したがってε=0となる)格子を配したものに相当する(実体格子型)。ε=0であるので(2)式から、
【0013】
【数3】
【0014】
が成り立つ。ただし、等高線といいながら、その間隔ΔhN=hN+1−hNは一定ではなく、次数Nによって異なってしまう。
【0015】
従来、モアレ法による三次元形状測定法は対象物を直観的に把握することはできるが、(1)凹凸の判定がし難い、(2)高感度の三次元測定には不向き(現時点ではモアレ等高線縞の間隔は10μm程度が限界とされている)、(3)モアレ縞のビジビリティーが縞ごとに均一でないためモアレ像を画像処理の対象として扱いにくい等々の問題が指摘されている。この問題点は、格子投影型の場合、二枚の格子を利用しているために、その一方を移動させることにより、縞走査、つまりモアレ縞の位相をシフトさせることによって、等高線間隔を等価的に細かく分割するとともに、対象の凹凸判定や測定感度の向上が可能である。この位相シフト法の原理を説明する。
【0016】
図90に示すように、位相変調された縞画像は、
I=I(θ)=a(x,y)+b(x,y)cos(Φ(x,y)+θ)
[但し、a:バイアス,b:振幅,θ:操作可能な位相,Φ:高さに相当する位相値]
で表される。
【0017】
ここで求めたいのは、各点(x,y)における位相Φ(x,y)である。バイアスや振幅は、表面の反射率や汚れなどで変化する未知数成分なので、位相θを0,π/2,πと変化させた3つの縞画像
I1=I(0)=a(x,y)+b(x,y)cos(Φ(x,y)+θ)
I2=I(π/2)=a(x,y)−b(x,y)sin(Φ(x,y)+θ)
I3=I(π)=a(x,y)−b(x,y)cos(Φ(x,y)+θ)
を生成する。
【0018】
【数4】
【0019】
上記式(4)により位相を算出すれば、反射率や汚れ成分を除去して、各点の位相Φ(x,y)を求めることができる。しかし、実体格子型の場合には格子が一枚であるため、格子投影型のモアレ法のような位相シフトを行っても、すべての次数の縞等高線の位相を揃えながら位相を変えることはできない。
【0020】
このような問題点に対して、上述した(c)特許第2887517号公報の技術を用いれば、格子面の垂直移動と光源又は観察点の水平移動を、同時に行うことにより、各次数のモアレ縞の位相にほぼ大きな変化をきたすことなく、各次数の縞の位相がほぼ揃った状態で測定対象に対する縞位相のシフトができる。このため、複数枚の縞画像から位相シフト法の原理に基いて処理することができ、これによって測定対象に対するモアレ縞による測定点の密度が増大するとともに、モアレ縞1周期について約1/40〜1/100程度の物理的な分割が可能となり、実体格子型のモアレ法では困難とされていた面の凹凸の判定や測定感度の向上を図ることができる。
【0021】
また、(d)特開平07−332956号公報や、文献(f)「位相シフトによる実体格子型モアレ法」、(g)「液晶ガラスのフラットネス計測」の技術を用いれば、平行光を与えることにより、縞次数による縞間隔の違いをなくしているため、全ての縞の位相を揃えながらシフトさせることができる。さらに、これらの方法では格子運動のみにより位相シフトさせることが可能である。
【0022】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記(c)特許第2887517号公報の技術のような、位相シフト法を適用して円筒状被検物等の全面測定を行う場合、少なくとも被検物を3回転以上させて位相シフトさせるために格子移動とモアレ縞の撮像を繰り返す必要があるため測定に時間がかかる。また、格子を複数方向(平行と回転)に移動させる必要があるため装置構成が複雑になる等の問題がある。
【0023】
上記(d)特開平07−332956号公報、文献(f)「位相シフトによる実体格子型モアレ法」、(g)「液晶ガラスのフラットネス計測」の技術を用いたとしても、円筒状被検物等の全面測定を行う場合には、位相シフトした画像を得るために、格子移動と撮像という動作を繰り返し被検物を3回転以上させる必要があるため測定時間の増大を招くことになった。
【0024】
また、(e)特開平10−54711号公報の技術では、被検物の高さを変えることにより位相シフトさせているが、この場合においても、被検物の移動と撮像を複数回繰り返す必要があるため測定時間の増大を招く。なお、凹凸形状の定量化に関しては明確な方法が充分に説明されてない。
【0025】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、直径が変わった場合、ワークがテーパー状の場合、太鼓状ローラ等、被測定物の形状が異なる場合であっても、観察点間のステップ量を一定に保つことができ、位相シフト量の違いや測定分解能の違いが生じず正確に形状測定できる形状測定方法及び形状測定装置を提供することを目的とする。
【0026】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、この発明に係る形状測定方法は、モアレ縞を発生させるための光源及び格子パターンと、前記モアレ縞を撮像するためのレンズ及び受光素子を備えたモアレ光学系を用い、格子パターンから異なる距離にある被測定物上に形成されたモアレ縞を複数の測定位置で測定し、前記被測定物と前記モアレ光学系の相対位置変化によって得られる複数位置でのモアレ縞測定データに基づき前記被測定物表面の形状測定を行う形状測定方法において、前記被測定物上での複数のモアレ縞の間隔が一定となるように前記複数の測定位置を前記被測定物の形状データに応じて変える測定位置変更工程を含むことを特徴とする。
【0027】
この発明によれば、被測定物の形状データに基づき測定位置を変更するため一定な形状に限らず形状が異なっても正確な形状測定を行えるようになる。
【0028】
また、この発明に係る形状測定方法は、前記測定位置変更工程は、複数のモアレ縞の間隔が一定となるように、測定に用いる所定配列の複数の受光素子のうち、該当する受光素子を選択することを特徴とする。
【0029】
この発明によれば、所定配列の受光素子のうちモアレ縞の間隔が一定となる受光素子を選択するだけで被測定物の形状測定を容易に行えるようになる。
【0030】
また、この発明に係る形状測定方法は、前記測定位置変更工程は、複数のモアレ縞の間隔が一定となるように、測定に用いるモアレ光学系の光路を変化させることを特徴とする。
【0031】
この発明によれば、モアレ光学系の光路を変化させるだけで被測定物の形状測定を容易に行えるようになる。
【0032】
また、この発明に係る形状測定方法は、前記測定位置変更工程は、複数のモアレ縞の間隔が一定となるように、測定に用いるモアレ光学系の像倍率及び中心位置を変更することを特徴とする。
【0033】
この発明によれば、モアレ光学系の像倍率及び中心位置を変更させるだけで被測定物の形状測定を容易に行えるようになる。
【0034】
また、この発明に係る形状測定方法は、前記測定位置変更工程は、複数のモアレ縞の間隔が一定となるように、測定に用いる受光素子の位置を変更することを特徴とする。
【0035】
この発明によれば、受光素子の位置を変更させるだけで被測定物の形状測定を容易に行えるようになる。
【0036】
また、この発明に係る形状測定方法は、前記測定位置変更工程は、複数のモアレ縞の所定方向の間隔が一定になるように、前記格子パターンのピッチを変更することを特徴とする。
【0037】
この発明によれば、格子パターンのピッチを変更させるだけで被測定物の形状測定を容易に行えるようになる。
【0038】
また、この発明に係る形状測定装置は、モアレ縞を発生させるための光源及び格子パターンと、前記モアレ縞を撮像するためのレンズ及び受光素子を備えたモアレ光学系と、前記受光素子により得たモアレ縞の測定結果に基づき前記被測定物の形状データを演算する形状データ演算処理手段と、前記形状データに応じて前記受光素子によるモアレ縞の測定位置を変更するモアレ縞測定位置変更手段と、前記被測定物と前記モアレ光学系の相対位置を変化させるための相対位置移動手段と、前記相対位置の変化によって得られる前記受光素子の測定結果に基づき前記被測定物の形状を演算する形状演算処理手段とを備えたことを特徴とする。
【0039】
この発明によれば、モアレ縞の測定結果に基づき被測定物の形状データを得てモアレ光学系の測定位置及び被測定物との相対位置を変更させ、被測定物の形状を測定し形状を演算するため、一定な形状に限らず形状が異なっても被測定物を正確に形状測定できるようになる。
【0040】
また、この発明に係る形状測定装置は、前記受光素子は、複数配列からなり配列あるいは各配列内の素子を選択可能に構成されており、前記形状データ演算処理手段により得た形状データに基づき、モアレ縞測定位置を変更するために前記受光素子の配列あるいは各配列内の素子を選択する受光素子選択指示手段を備えたことを特徴とする。
【0041】
この発明によれば、所定配列の受光素子のうちモアレ縞の間隔が一定となる受光素子の配列あるいは各配列内の素子を選択するだけで被測定物の形状測定を容易に行えるようになる。
【0042】
また、この発明に係る形状測定装置は、前記レンズと前記格子パターンの間に設けられ、光路を変更可能な平行平板と、前記形状データ演算処理手段により得た形状データに基づき、モアレ縞測定位置を変更するために前記平行平板の角度を変更する移動手段とを備えたことを特徴とする。
【0043】
この発明によれば、平行平板の角度を変更するだけで被測定物の測定位置を変更でき、形状測定を容易に行えるようになる。
【0044】
また、この発明に係る形状測定装置は、前記レンズと前記格子パターンの間に設けられ、光路を変更可能なプリズムと、前記形状データ演算処理手段により得た形状データに基づき、モアレ縞測定位置を変更するために前記プリズムの位置を変更する移動手段とを備えたことを特徴とする。
【0045】
この発明によれば、プリズムの位置を変更するだけで被測定物の測定位置を変更でき、形状測定を容易に行えるようになる。
【0046】
また、この発明に係る形状測定装置は、前記レンズとして、前記形状データに応じて前記受光素子によるモアレ縞測定位置を変更するために像倍率を変更可能な焦点可変レンズと、前記形状データ演算処理手段により得た形状データに基づき、モアレ縞測定位置を変更するために前記モアレ光学系の中心位置を変更する移動手段とを備えたことを特徴とする。
【0047】
この発明によれば、焦点可変レンズの像倍率の変更と、モアレ光学系の中心位置の移動によって被測定物の測定位置を変更でき、形状測定を容易に行えるようになる。
【0048】
また、この発明に係る形状測定装置は、前記形状データ演算処理手段により得た形状データに応じて前記受光素子によるモアレ縞測定位置を変更するために設けられたモアレ光学系の像倍率を変更する第一の移動手段と、前記モアレ光学系の中心位置を変更する第二の移動手段とを備えたことを特徴とする。
【0049】
この発明によれば、2つの移動手段を移動させることによりモアレ光学系の像倍率と中心位置を変更でき、形状測定を容易に行えるようになる。
【0050】
また、この発明に係る形状測定装置は、前記形状データ演算処理手段により得た形状データに応じて前記受光素子によるモアレ縞測定位置を変更するために前記受光素子を移動させる移動手段を備えたことを特徴とする。
【0051】
この発明によれば、受光素子の位置を変更させるだけで被測定物の形状測定を容易に行えるようになる。
【0052】
また、この発明に係る形状測定装置は、前記格子パターンとして、ピッチを可変可能な可変格子パターンと、前記可変格子パターンにおけるモアレ縞間隔を可変させるための格子ピッチ指示手段とを備えたことを特徴とする。
【0053】
この発明によれば、格子パターンのピッチを変更させるだけで被測定物の形状測定を容易に行えるようになる。
【0054】
また、この発明に係る形状測定装置は、前記モアレ縞測定位置変更手段は、入力される前記被測定物の既知の形状データに応じて前記受光素子によるモアレ縞測定位置を変更させることを特徴とする。
【0055】
この発明によれば、被測定物の形状データが既知である場合に、この既知の形状データを利用して測定することにより、詳細な形状データを算出できるようになる。
【0056】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明に係る形状測定方法及び形状測定装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【0057】
(発明の基本構成)
この発明は、ローラ部品等の円柱状被検物や液晶等の平面状被検物を対象とし、実体格子型のモアレ法に位相シフト法を適用し、さらに1回の1連の撮像により位相シフトした画像を得るものである。これにより、高速に形状測定が行え、その定量的な形状データから被検物表面の検査を行うものである。
【0058】
図1は、形状測定装置の測定ヘッドを示す図、図2は、全体構成を示す図である。これらの図に示すように、円筒状被検物101は、三つ爪のエアーチャック102等を有し、軸芯位置を精度良く維持できる把持治具103で固定される。把持治具103は、回転モータ等の回転機構104により回転され、測定ヘッド100により円筒状被検物101の全周の測定が行われる。この測定ヘッド100は、円筒状被検物101の軸方向に移動させるステージ105上に配置されており、円筒状被検物101の全長についても測定が行われる。
【0059】
測定ヘッド100は、光源110,格子パターン111,受光レンズ112,受光素子113を備えている。図3は、受光素子113を示す図である。受光素子113は、3ライン以上のライン状に画素が集積されたものが用いられる。ここでは3ラインの場合について説明する。各ラインをA列、B列、C列とする。
【0060】
図4は、それぞれ測定ヘッド100と円筒状被検物101の位置関係を示す斜視図、図5は同位置関係を示す側面図である。受光素子113,格子パターン111,円筒状被検物101の位置関係は、円筒状被検物101が円筒状であることを利用して、画素列A,B,Cの視野に対応する高さを変化させる構成とする。
【0061】
ここで、所望のステップ量が与えられるように、円筒状被検物101の回転スピードと、受光素子113の走査周期,撮像倍率,画素列間距離を調節する。図5に示す3ステップの場合、ABC列で撮像する表面の高さが、モアレ縞間隔Δhの4分の1(Δh/4)になるように設定すれば良い。
【0062】
まず、時刻t1においてA列で領域3(ステップ1)を、B列で領域2(ステップ0)を、C列で領域1(ステップ2)を撮像する。次に、時刻t2においては、A列で領域4(ステップ1)を、B列で領域3(ステップ0)を、C列で領域2(ステップ2)を撮像する。さらに、時刻t3ではA列で領域5(ステップ1)を、B列で領域4(ステップ0)を、C列で領域3(ステップ2)を撮像する。
【0063】
その結果、画像メモリ(不図示)上には図6の図表に示すデータが得られる。そこで、時刻t1のA列のデータ、時刻t2のB列のデータ、時刻t3のC列のデータと、前述した式(4)に基づき領域3の形状測定を行うことができる。3ライン以上の受光素子113を並べてステップ数を増やせば、より高精度な測定が可能となる。この定量的な形状データを基に円筒状被検物101表面に生じるうねり、へこみ等の欠陥検査や、平坦度の検査が行える。
【0064】
厳密には、縞次数により縞間隔が異なるので、測定する縞次数によりステップ量が異なるため測定誤差が生じる。図7は、モアレ等高線縞を示す図である。例えば、l=200mm、d=70mm、s=83.3μm(12本/mm)とした場合、式(3)より、モアレ等高線縞hNは、図7のようになる。ここで、被検物の基準高さを縞次数n=3の位置に、測定範囲をn=2〜4の約480μmの範囲に設定したとすると、Δh2=239.423μmとΔh3=239.995μmの差は0.572μmと僅かであり、高低差が数μm程度のうねりやへこみを問題なく測定できる。
【0065】
(円筒状被検物101の各種形状について)
以上の方法においては、円筒状被検物101と受光素子113の位置調整が非常に重要となってくる。測定対象として感光体ドラム,現像ローラ,帯電ローラ等を考えた場合、同じ製造ラインで直径や長さが異なる数種類の製品を製造する場合がある。また、図8に示すように、長手方向において直径rが異なる(r1,r2,r3)円筒状被検物101も存在する。
【0066】
このような、長手方向において直径rが異なる円筒状被検物101を対象とした場合、形状がテーパー状になる。図9は、測定ヘッド100と円筒状被検物101の位置関係を示す側面図である。円筒状被検物101の直径rが変化すると図9に示すように、所望のステップ量(Δh/4)を与えることができなくなり、正確な位相シフトができず測定誤差が生じてしまう。
【0067】
さらに、直径rの変化が大きい場合、直径rの大きいところと小さいところでの縞次数の差も大きくなる。その結果、モアレ縞間隔の差も大きくなり、高低差が数μm程度のうねりやへこみを測定する際に問題が生じる。モアレ等高線縞の間隔に比べ、円筒状被検物101にテーパー部や太鼓形状等があり形状変化が大きくなると、縞次数が大きく異なる位置でワーク(円筒状被検物101)を観察することになる。縞間隔Δhが大きく異なってしまうと位相シフト誤差が増え、測定精度が低下する。
【0068】
(実施の形態1)
図10は、本発明の実施の形態1による形状測定方法を示す図である。図示のように半径r1=8mmでステップ量Δh/4=24μmにしたいときには、図10(a)に示すようにI0,I1,I2の各点を観測する。形状が変わり半径r2=10mmになった場合にも、ステップ量Δh/4=24μmに保つときは、図10(b)に示すようにI’0,I’1,I’2の各点を観測すればよい。図10に示す場合は、I0−I1間とI2−I0間が等しくなり、また、I’0−I’1間とI’2−I’0間を等間隔にしたい場合である。
【0069】
図11は、受光素子113として用いるカラーラインセンサを示す図である。カラーラインセンサは、図のようにRGBフィルターが付けられたラインセンサを複数(3本)並べて構成したものがある。このカラーラインセンサのRGBフィルターを外して用いれば3本のラインセンサ1102として使用できる。一般的にこれら3本のラインセンサ1102は固定で等間隔である。このようなラインセンサ1102を用いる場合は、図10に示すように等間隔な位置でモアレ縞を測定する必要がある。その必要がない場合は、図12に示す各点でモアレ縞を測定することも可能である。
【0070】
図13は、実施の形態1による測定手順を示すフローチャートである。まず、被測定物(円筒状被検物101)の半径等の形状データを取得し(ステップS1301)、ステップ量Δh/4が所定の値になるようにモアレ縞の測定位置を決定し(ステップS1302)、モアレ縞の測定位置を変更する(ステップS1303)。その後、被測定物101を回転させ(ステップS1304)、複数の受光素子113を用いてモアレ縞の測定を開始する(ステップS1305)。以降、図5,図6を用いて説明した方法により被測定物101の表面形状を算出する(ステップS1306)。
【0071】
(実施の形態2)
実施の形態2は、被測定物101の形状データが未知の場合、第一の測定において半径等を測定する。図14は被測定物101の半径の測定状態を示す図である。図のように、スリット光源1401を用いて被測定物(円筒状被検物)101表面にスリット状の光を当てると、表面の形状に応じてスリット状の光が変形する。その変形したスリット状の光をカメラ1402で撮影し、図15に示す撮影画像を得る。これは光切断法と呼ばれる測定方法であり、この画像から被測定物101表面の断面形状が判り半径を得ることができる。
【0072】
図16は、実施の形態2による測定手順を示すフローチャートである。図示のように、測定は第一の測定(ステップS1601)と、第二の測定(ステップS1602)に分かれている。第一の測定では、上述したように被測定物101の表面の第一の形状を測定し(ステップS1611)、被測定物101表面の形状データ(半径)を演算する(ステップS1612)。
【0073】
この後、ステップ量Δh/4が所定の値になるようにモアレ縞の測定位置を決定し(ステップS1613)、測定位置を変更する(ステップS1614)。
【0074】
その後、第二の測定(ステップS1602)を行う。まず、被測定物101を回転させ(ステップS1615)、複数の受光素子113を用いてモアレ縞による詳細な第二の形状測定を行う(ステップS1616)。以降、図5,図6を用いて説明した方法により被測定物101の表面形状を算出する(ステップS1617)。
【0075】
(実施の形態3)
実施の形態3では、実施の形態2で説明した第一の測定(ステップS1601)に、第二の測定と同じモアレ法を用いる。例えば、図4に示すような構成で被測定物(円筒状被検物)101のモアレ縞を撮像すると、図17に示す撮像画像が得られる。ここで軸方向をX、周方向をYとする。被測定物101の形状に応じて軸方向に平行な縞模様が観察される。
【0076】
ここで、Xaの位置において、Y方向にデータプロファイルを取ると、図18に示す特性図が得られる。図中横軸はY軸,縦軸はモアレ縞強度である。頂点位置YaからYbの間で縞が1周期したとする。これらの頂点位置YaとYbの形状差をΔhとすると、Δhはモアレ縞光学系のパラメータから算出できる。あるいは、事前に測定しておいても良い。
【0077】
これにより、図19の特性図に示す関係が得られる。図中Y方向におけるYaからの距離を横軸,形状を測定する方向をZ,被測定物101の半径をr,頂点位置Yaを原点にすると、被測定物101はY2 +(Z−r)2 =r2 上にある。その円周上の1点(Yb−Ya,Δh)が判っているので、半径rを算出することが可能となる。
【0078】
図20は、実施の形態3による測定手順を示すフローチャートである。第一の測定(ステップS2001)では、上述したモアレ縞測定による第一の形状測定を行い(ステップS2011)、被測定物101表面の形状データ(半径)を演算により求める(ステップS2012)。
【0079】
次に、この結果から、ステップ量Δh/4が所定の値になるようにモアレ縞の測定位置を決定し(ステップS2013)、モアレ縞の測定位置を変更する(ステップS2014)。
【0080】
その後、第二の測定(ステップS2002)を行う。まず、被測定物101を回転させ(ステップS2015)、複数の受光素子113を用いてモアレ縞による詳細な第二の形状測定を行う(ステップS2016)。以降、図5,図6を用いて説明した方法により被測定物101の表面形状を算出する(ステップS2017)。
【0081】
(実施の形態4)
実施の形態4の構成を図21の斜視図と、図22のブロック図を用いて説明する。被測定物(円筒状被検物)101は、エアーチャック102等の把持治具103によって把持されており、回転機構104によって回転可能である。また、光源2101,格子パターン2102,受光レンズ2103,カメラ(受光素子113)2104によってモアレ光学系が構成されている。
【0082】
第一の測定では、カメラ2104によって撮像されたモアレ縞画像は、処理手段2200の画像入力部2201に蓄積され、形状データ演算処理部2202に送られる。ここで、実施の形態3で説明した方法により測定個所の半径が算出される。この結果に応じて、ステップ量Δh/4が所定の値になるようにモアレ縞測定位置データ2203が作られ、モアレ縞測定位置変更手段2204に送られ、測定位置が変更される。そして、回転機構104により被測定物101が回転させられ第二の測定が開始される。第二の測定では、画像入力部2201に蓄積されたモアレ縞画像は、形状演算処理部2205に送られ、ここで詳細な形状演算が行われる。以上説明した処理手順は、実施の形態3における図20に記載した手順と同様である。なお、制御部2206は上記手順に従い各手段を動作制御する。
【0083】
(実施の形態5)
図23は、実施の形態5による測定手順を示すフローチャートである。まず、第一の測定(ステップS2301)では、実施の形態3で説明したモアレ縞測定による第一の形状測定を行い(ステップS2311)、被測定物101表面の半径rを演算により求める(ステップS2312)。
【0084】
この結果から、ステップ量Δh/4が所定の値になるようにモアレ縞の測定位置を決定し(ステップS2313)、その位置に対応する受光素子113を選択する(ステップS2314)。例えば、図24に示すように、半径r1=8mmでステップ量Δh/4=24μmにしたいとき、図24(a)に示すようなI0,I1,I2の点のモアレ縞を受光素子113のうち、3,7,11の配列素子を選択する。形状が変わり、半径r2=10mmになった場合にも、ステップ量Δh/4=24μmに保つために、図24(b)に示すように、I’0,I’1,I’2の点のモアレ縞を受光素子113のうち、2,8,13の配列素子を選択すればよい。
【0085】
その後、第二の測定(ステップS2302)では、被測定物101を回転させ(ステップS2315)、複数の受光素子113を用いてモアレ縞による詳細な第二の形状測定を行う(ステップS2316)。以降、図5,図6を用いて説明した方法により被測定物101の表面形状を算出する(ステップS2317)。
【0086】
(実施の形態6)
図25は、実施の形態6による測定手順を示すフローチャートである。まず、第一の測定(ステップS2501)では、実施の形態3で述べたモアレ縞測定により第一の形状測定を行い(ステップS2511)、被測定物101表面の半径rを演算により求める(ステップS2512)。
【0087】
この結果から、ステップ量Δh/4が所定の値になるようにモアレ縞の測定位置を決定し(ステップS2513)、その位置を観察するように受光素子113に対する光路を変更する(図26参照、ステップS2514)。
【0088】
その後、第二の測定(ステップS2502)では、被測定物101を回転させ(ステップS2515)、複数の受光素子113を用いてモアレ縞による詳細な形状測定を行う(ステップS2516)。以降、図5,図6を用いて説明した方法により被測定物101の表面形状を算出する(ステップS2517)。
【0089】
(実施の形態7)
図27は、実施の形態7による測定手順を示すフローチャートである。まず、第一の測定(ステップS2701)では、実施の形態3で述べたモアレ縞測定による第一の形状測定を行い(ステップS2711)、被測定物101表面の半径rを演算により求める(ステップS2712)。
【0090】
この結果から、ステップ量Δh/4が所定の値になるようにモアレ縞の測定位置を決定し(ステップS2713)、その位置を観察するように受光系の像倍率及び中心位置を変更する(ステップS2714)。
【0091】
図28は、受光系の像倍率変更を説明する図である。例えば、図28(a)に示すように、半径r1でI0,I1,I2の点のモアレ縞を図3で説明した等間隔に固定配置された受光素子113の各配列A,B,Cで測定していたとする。被測定物101の形状が変わり、半径r2(>r1)になった場合、ステップ量Δh/4を一定に保つために、図28(b)に示すように、I’0,I’1,I’2の点のモアレ縞を測定する必要が生じる。そこで、受光系の像倍率と中心位置を調整し、等間隔に固定配置された受光素子113の各配列A,B,CでI’0,I’1,I’2の点のモアレ縞を測定する。
【0092】
その後、第二の測定(ステップS2702)では、被測定物101を回転させ(ステップS2715)、複数の受光素子113を用いてモアレ縞による詳細な形状測定を行う(ステップS2716)。以降、図5,図6を用いて説明した方法により被測定物101の表面形状を算出する(ステップS2717)。
【0093】
(実施の形態8)
図29は、実施の形態8による測定手順を示すフローチャートである。まず、第一の測定(ステップS2901)では、実施の形態3で述べたモアレ縞測定による第一の形状測定を行い(ステップS2911)、被測定物101表面の半径rを演算により求める(ステップS2912)。
【0094】
この結果から、ステップ量Δh/4が所定の値になるようにモアレ縞の測定位置を決定し(ステップS2913)、その位置を観察するように受光素子113を移動させる(ステップS2914)。
【0095】
図30は、受光素子の移動を説明するための図である。例えば、図30(a)に示すように、半径r1でI0,I1,I2の点のモアレ縞を受光素子113の各配列A,B,Cで測定していたとする。被測定物101の形状が変わり半径r2(>r1)になった場合、ステップ量Δh/4を一定に保つために、図30(b)に示すようなI’0,I’1,I’2の点のモアレ縞を測定する必要が生じる。そこで、受光素子113の各配列A,B,CでI’0,I’1,I’2の点のモアレ縞を測定できるように、受光素子113の配列を移動させる。
【0096】
その後、第二の測定(ステップS2902)では、被測定物101を回転させ(ステップS2915)、複数の受光素子113を用いてモアレ縞による詳細な形状測定を行う(ステップS2916)。以降、図5,図6を用いて説明した方法により被測定物101の表面形状を算出する(ステップS2917)。
【0097】
(実施の形態9)
図31は、実施の形態9の構成を示すブロック図である。同図において図21,図22と共通する構成部には同一の符号を附してある。円筒状被検物101は、エアーチャック102等の把持治具103によって把持されており、回転機構104によって回転可能である。また、光源2101,格子パターン2102,受光レンズ2103,カメラ(受光素子)2104によってモアレ光学系が構成されている(図21参照)。
【0098】
第一の測定では、カメラ2104によって撮像されたモアレ縞画像は処理手段3100の画像入力部2201に蓄積され、形状データ演算処理部2202に送られる。ここで、実施の形態3で説明した方法により測定個所の半径が算出される。この結果に応じて、ステップ量Δh/4が所定の値になるようにモアレ縞測定位置データ2203が作られ、その位置に相当する受光素子の番号が受光素子選択指示部3101から形状演算処理部2205に送られる。
【0099】
そして、駆動ドライバ3102を介して回転機構104により被測定物101が回転させられ、第二の測定が開始される。第二の測定では、画像入力部2201に蓄積されたモアレ縞画像は形状演算処理部2205に送られ、受光素子選択指示部3101により指示された受光素子番号によるモアレ縞測定データと、図5,図6で説明した方法により詳細な形状演算が行われる。
【0100】
(実施の形態10)
図32は、実施の形態10の構成を示すブロック図である。円筒状被検物101はエアーチャック102等の把持治具103によって把持されており、回転機構104によって回転可能である。また、光源2101,格子パターン2102,受光レンズ2103,カメラ(受光素子)2104によってモアレ光学系が構成されている(図21参照)。
【0101】
第一の測定では、カメラ2104によって撮像されたモアレ縞画像は処理手段3200の画像入力部2201に蓄積され、形状データ演算処理部2202に送られる。ここで、実施の形態3で説明した方法により測定個所の半径が算出される。この結果に応じて、ステップ量Δh/4が所定の値になるようにモアレ縞測定位置データが作られる。
【0102】
図33は、平行平板を示す図である。前記受光レンズ2103と格子パターン2102の間には図示のような平行平板3301を配置しておく。この平行平板3301は駆動ドライバ3201を介して平行平板回転モータ3302(図32参照)の駆動によって、その向きが自由に変えられる構成になっている。図33(a)に示すように平行平板3301が位置1にある場合と、図33(b)に示すように位置2にある場合では、Δeだけ光路を変えることができる。これにより受光素子113によって測定するモアレ縞の位置を変更させることができる。実施の形態5及び実施の形態9の説明では、受光素子の単位で位置をずらす構成であったが、この機構によれば1受光素子以下の距離でも位置を変えることが可能となる。
【0103】
その後、回転機構104により被測定物101が回転させられ第二の測定が開始される。第二の測定では、画像入力部2201に蓄積されたモアレ縞画像は形状演算処理部2205に送られ、図5,図6で説明した方法により詳細な形状演算が行われる。
【0104】
(実施の形態11)
図34は、実施の形態11の構成を示すブロック図である。円筒状被検物101はエアーチャック102等の把持治具103によって把持されており、回転機構104によって回転可能である。また、光源2101,格子パターン2102,受光レンズ2103,カメラ(受光素子)2104によってモアレ光学系が構成されている(図21参照)。
【0105】
第一の測定では、カメラ2104によって撮像されたモアレ縞画像は処理手段3400の画像入力部2201に蓄積され、形状データ演算処理部2202に送られる。ここで、実施の形態3で説明した方法により測定個所の半径が算出される。この結果に応じて、ステップ量Δh/4が所定の値になるようにモアレ縞測定位置データが作られる。
【0106】
図35は、プリズムを示す図である。前記受光レンズ2103と格子パターン2102の間には、図示のようなプリズム3501を配置しておく。このプリズム3501はプリズム駆動モータ3401と移動ステージ3402によって、その位置が変えられる構成になっている。プリズム3501が位置1にある場合と、位置2にある場合とでは、Δeだけ光路を変えることができる。これにより受光素子113によって測定するモアレ縞の位置を変更させることができる。実施の形態5や実施の形態9においては、受光素子113の単位で位置をずらすこととしたが、この装置によれば1受光素子以下の距離でも位置を変えることが可能となる。
【0107】
その後、回転機構104により被測定物101が回転させられ、第二の測定が開始される。第二の測定では、画像入力部2201に蓄積されたモアレ縞画像は形状演算処理部2205に送られ、図5,図6で説明した方法により詳細な形状演算が行われる。
【0108】
(実施の形態12)
図36は、実施の形態12の構成を示すブロック図である。円筒状被検物101は、エアーチャック102等の把持治具103によって把持されており、回転機構104によって回転可能である。また、光源2101,格子パターン2102,受光レンズ2103,カメラ(受光素子)2104によってモアレ光学系が構成されている(図21参照)。
【0109】
第一の測定では、カメラ2104によって撮像されたモアレ縞画像は処理手段3600の画像入力部2201に蓄積され、形状データ演算処理部2202に送られる。ここで、実施の形態3で説明した方法により測定個所の半径が算出される。この結果に応じて、ステップ量Δh/4が所定の値になるようにモアレ縞測定位置データ2203が作られる。
【0110】
図36に示すように、受光レンズ2103にズームレンズ2103aを用い、カメラ2104には移動ステージ3601とその駆動用モータ(カメラ用モータ)3602が取り付けられている。前記モアレ縞測定位置データ2203に従い、ステップ量Δh/4が所定の値になるように、ズームレンズ2103aで像倍率を変え、カメラ用モータ3602で受光系の中心位置を変える(図28参照)。これにより受光素子113によって測定するモアレ縞の位置を変更させることができる。
【0111】
その後、回転機構104により被測定物101が回転させられ、第二の測定が開始される。第二の測定では、画像入力部2201に蓄積されたモアレ縞画像は形状演算処理部2205に送られ、図5,図6で説明した方法により詳細な形状演算が行われる。
【0112】
(実施の形態13)
図37は、実施の形態13の構成を示すブロック図である。円筒状被検物101は、エアーチャック102等の把持治具103によって把持されており、回転機構104によって回転可能である。また、光源2101,格子パターン2102,受光レンズ2103,カメラ(受光素子)2104によってモアレ光学系が構成されている(図21参照)。
【0113】
第一の測定では、カメラ2104によって撮像されたモアレ縞画像は、処理手段3700の画像入力部2201に蓄積され、形状データ演算処理部2202に送られる。ここで、実施の形態3で説明した方法により測定個所の半径が算出される。この結果に応じて、ステップ量Δh/4が所定の値になるようにモアレ縞測定位置データ2203が作られる。図示のように、カメラ2104には2方向に移動できるように、2つの移動ステージ3701,3702と、その駆動用モータ(カメラ用モータ1,2)3703,3704が付けられている。前記モアレ縞測定位置データ2203に従い、ステップ量Δh/4が所定の値になるように、カメラ用モータ2(3704)で像倍率を変え、カメラ用モータ1(3703)で受光系の中心位置を変える(図28参照)。これにより受光素子113によって測定するモアレ縞の位置を変更させることができる。
【0114】
その後、回転機構104により被測定物101が回転させられ、第二の測定が開始される。第二の測定では、画像入力部2201に蓄積されたモアレ縞画像は形状演算処理部2205に送られ、図5,図6で説明した方法により詳細な形状演算が行われる。
【0115】
(実施の形態14)
図38は、実施の形態14の構成を示すブロック図である。円筒状被検物101は、エアーチャック102等の把持治具103によって把持されており、回転機構104によって回転可能である。また、光源2101,格子パターン2102,受光レンズ2103,カメラ(受光素子)2104によってモアレ光学系が構成されている(図21参照)。
【0116】
第一の測定では、カメラ2104によって撮像されたモアレ縞画像は処理手段3800の画像入力部2201に蓄積され、形状データ演算処理部2202に送られる。ここで、実施の形態3で説明した方法により測定個所の半径が算出される。この結果に応じて、ステップ量Δh/4が所定の値になるようにモアレ縞測定位置データ2203が作られる。図示のように、受光素子113にはPZT(圧電体)3801が付けられている。前記モアレ縞測定位置データ2203に従い、ステップ量Δh/4が所定の値になるように、受光素子113の位置をPZT3801によって移動させる(図30参照)。このような受光素子113の移動により、測定するモアレ縞の位置を変更させることができる。
【0117】
その後、回転機構104により被測定物101が回転させられ、第二の測定が開始される。第二の測定では、画像入力部2201に蓄積されたモアレ縞画像は形状演算処理部2205に送られ、図5,図6で説明した方法により詳細な形状演算が行われる。
【0118】
(実施の形態15)
図39は、実施の形態15の構成を示すブロック図である。円筒状被検物101は、エアーチャック102等の把持治具103によって把持されており、回転機構104によって回転可能である。また、光源2101,格子パターン2102,受光レンズ2103,カメラ(受光素子)2104によってモアレ光学系が構成されている(図21参照)。
【0119】
第一の測定では、カメラ2104によって撮像されたモアレ縞画像は、処理手段3900の画像入力部2201に蓄積され、形状データ演算処理部2202に送られる。ここで、実施の形態3で説明した方法により測定個所の半径が算出される。この結果に応じて、ステップ量Δh/4が所定の値になるようにモアレ縞測定位置データ2203が作られ、その位置に相当する受光素子113の番号が受光素子選択指示部3901から形状演算処理部2205に送られる。これにより受光素子113によって測定するモアレ縞の位置を変更させることができる。また、実施の形態10〜14にて説明した装置構成によって、測定位置を変えてもよい。
【0120】
そして、回転機構104により被測定物101が回転させられ第二の測定が開始される。第二の測定では、画像入力部2201に蓄積されたモアレ縞画像は形状演算処理部2205に送られ、受光素子選択指示部3901により指示された受光素子番号によるモアレ縞測定位置データ2203と、図5,図6で説明した方法により詳細な形状演算が行われる。
【0121】
図40は、形状演算処理により得られた断面形状データを示す図である。横軸は被測定物101の軸方向、縦軸は測定結果(断面位置)である。この演算処理により、図40のような、ある断面形状データが算出できたとする。ここで、正常値の両側に+方向閾値と、−方向閾値を設定し、そのいずれかの閾値を超えた場合、不良品であると判定するような良否判定部3902を設けて被測定物101の良否判定を行う。
【0122】
(実施の形態16)
図41は、実施の形態16の構成を示す構成図である。検査前の被検物トレイ4101に被測定物101が並べられ、ロボット4102で検査装置4103に移載する。検査装置4103は、実施の形態15で述べたような形状検査装置である。その形状検査装置の良否判定部3902が出力する良否判定結果により、良品の被測定物101は良品トレイ4104へ、不良品とされた被測定物101は不良トレイ4105へロボット4102で移載する。
【0123】
ロボット4102は、検査前の投入移載用ロボットと、検査後の仕分け移載ロボットというように別に設けても良い。また、良品、不良品以外に、判定が困難とされた被測定物101用のトレイを設けてもよい。また、各トレイに検査結果を書き込むメモリカードを搭載しておき、検査結果をそのメモリカードに書きこみ、被測定物101を検査前と同じトレイに戻すよう構成することもできる。
【0124】
(実施の形態17)
図42は、円筒状ではない被測定物101のモアレ縞間隔を説明する図である。被測定物101が円筒状ではなくテーパー部などがあった場合は、図に示すように、測定個所によってモアレ縞間隔Δhが大きく異なってしまう。図42の左側(格子パターンに近い方)と、右側(格子パターンから遠い方)では、テーパー形状によりモアレ縞次数が大きく異なってしまい、モアレ縞間隔Δh(ΔhNとΔhM)の差が無視できないレベルになってしまうことがある。モアレ縞の間隔Δhは格子パターンから離れるほど大きくなる。Δhの差が大きくなると、位相シフト誤差が大きくなるため正しく形状を算出することができなくなる。
【0125】
そこで図43に示すように、格子パターンピッチを部分的に変える。被測定物101が格子パターンに近い左側における格子パターンピッチS1と、逆に被測定物101が格子パターンに近い右側における格子パターンピッチS2で表す(S1>S2)とする。格子パターンピッチが小さいほどモアレ縞間隔Δh(ΔhN)も小さくなる。そこで、格子パターンから離れた位置でのモアレ縞間隔Δhを狭めるために、格子パターンピッチを狭め、被測定物101の全域においてモアレ縞間隔Δhをほぼ一定に保つ。
【0126】
図44は、実施の形態17による測定手順を示すフローチャートである。被測定物101表面の形状データを取得し(ステップS4401)、モアレ縞間隔Δhがほぼ一定になるように格子パターンピッチを上記のように変更する(ステップS4402)。さらにステップ量Δh/4が所定の値になるようにモアレ縞の測定位置を決定し(ステップS4403)、測定位置を変更する(ステップS4404)。
【0127】
その後、被測定物101を回転させ(ステップS4405)、複数の受光素子113を用いてモアレ縞による詳細な形状測定を行う(ステップS4406)。この後、図5,図6で説明した方法により表面形状を算出する(ステップS4407)。
【0128】
(実施の形態18)
図45は、実施の形態18による処理手順を示すフローチャートである。被測定物101の形状データが未知の場合、第一の測定(ステップS4501)において被測定物101の表面形状(半径等)を測定する(ステップS4511)。例えば、図14に示したようにスリット光源1401を用いて被測定物101の表面にスリット状の光を当てると、表面の形状に応じてスリット状の光が変形する。その変形したスリット状の光をカメラ1402で撮影すると図15の撮影画像が得られる。このような光切断法と呼ばれる測定方法によれば、得られた画像から被測定物101表面の断面形状がわかり半径を求めることができる(ステップS4512)。
【0129】
この結果に応じて、モアレ縞間隔Δhがほぼ一定になるように格子パターンピッチを変更する(ステップS4513)。さらにステップ量Δh/4が所定の値になるようにモアレ縞の測定位置を決定し(ステップS4514)、測定位置を変更する(ステップS4515)。
【0130】
その後、第二の測定(ステップS4502)では、被測定物101を回転させ(ステップS4516)、複数の受光素子113を用いてモアレ縞による詳細な形状測定を行う(ステップS4517)。この後、図5,図6で説明した方法により表面形状を算出する(ステップS4518)。
【0131】
(実施の形態19)
図46は、実施の形態19による処理手順を示すフローチャートである。被測定物101の形状データが未知の場合、まず第一の測定(ステップS4601)では、実施の形態3で述べたモアレ縞を用いた第一の形状測定を行い(ステップS4611)、半径を演算して得る(ステップS4612)。
【0132】
この結果に応じて、モアレ縞間隔Δhがほぼ一定になるように格子パターンピッチを変更する(ステップS4613)。さらに、ステップ量Δh/4が所定の値になるようにモアレ縞の測定位置を決定し(ステップS4614)、測定位置を変更する(ステップS4615)。
【0133】
その後、第二の測定(ステップS4602)では、被測定物101を回転させ(ステップS4616)、複数の受光素子113を用いてモアレ縞による詳細な形状測定を行う(ステップS4617)。この後図5,図6で説明した方法により表面形状を算出する(ステップS4618)。
【0134】
(実施の形態20)
実施の形態20の構成を図47の斜視図と、図48のブロック図を用いて説明する。円筒状被検物101はエアーチャック102等の把持治具103によって把持されており、回転機構104によって回転可能である。また、光源2101,液晶板4701によって構成されたピッチ可変格子パターン,受光レンズ2103,カメラ(受光素子113)2104によってモアレ光学系が構成されている。
【0135】
第一の測定では、カメラ2104によって撮像されたモアレ縞画像は、処理手段4800の画像入力部2201に蓄積され、形状データ演算処理部2202に送られる。ここで、実施の形態3で説明した方法により測定個所の半径が算出される。この結果に応じて、まずモアレ縞間隔Δhがほぼ一定になるような格子パターンピッチがパターンピッチ指示部4801で算出され、液晶板4701のパターンピッチが変更される。さらに、ステップ量Δh/4が所定の値になるようにモアレ縞測定位置データ2203が作られ、モアレ縞測定位置変更手段2204に送られ、測定位置が変更される。
【0136】
そして、回転機構104により被測定物101が回転させられ第二の測定が開始される。第二の測定では、画像入力部2201に蓄積されたモアレ縞画像は形状演算処理部2205に送られ、ここで詳細な形状演算が行われる。
【0137】
(実施の形態21)
図49は、実施の形態21の測定手順を示すフローチャートである。まず、第一の測定(ステップS4901)では、実施の形態3で述べたモアレ縞測定による第一の形状測定を行い(ステップS4911)、被測定物101表面の半径rを演算する(ステップS4912)。
【0138】
この結果に応じて、モアレ縞間隔Δhがほぼ一定になるように格子パターンピッチを変更する(ステップS4913)。さらに、ステップ量Δh/4が所定の値になるようにモアレ縞の測定位置を決定し(ステップS4914)、その位置に対応する受光素子113を選択する(ステップS4915,図24参照)。
【0139】
その後、第二の測定(ステップS4902)では、被測定物101を回転させ(ステップS4916)、複数の受光素子113を用いてモアレ縞による詳細な形状測定を行う(ステップS4917)。この後、図5,図6で説明した方法により表面形状を算出する(ステップS4918)。
【0140】
(実施の形態22)
図50は、実施の形態22の測定手順を示すフローチャートである。まず、第一の測定(ステップS5001)では、実施の形態3で述べたモアレ縞測定による第一の形状測定を行い(ステップS5011)、被測定物101表面の半径rを演算する(ステップS5012)。
【0141】
この結果に応じて、モアレ縞間隔Δhがほぼ一定になるように格子パターンピッチを変更する(ステップS5013)。さらに、ステップ量Δh/4が所定の値になるようにモアレ縞の測定位置を決定し(ステップS5014)、光路を曲げる(ステップS5015,図26参照)。
【0142】
その後、第二の測定(ステップS5002)では、被測定物101を回転させ(ステップS5016)、複数の受光素子113を用いてモアレ縞による詳細な形状測定を行う(ステップS5017)。この後、図5,図6で説明した方法により表面形状を算出する(ステップS5018)。
【0143】
(実施の形態23)
図51は、実施の形態23による測定手順を示すフローチャートである。第一の測定(ステップS5101)では、まず実施の形態3で述べたモアレ縞測定により形状測定を行い(ステップS5111)、被測定物101表面の半径rを演算する(ステップS5112)。
【0144】
この結果に応じて、モアレ縞間隔Δhがほぼ一定になるように格子パターンピッチを変更する(ステップS5113)。さらにステップ量Δh/4が所定の値になるようにモアレ縞の測定位置を決定し(ステップS5114)、受光系の像倍率と中心位置を調整する(ステップS5115,図28参照)。
【0145】
その後、第二の測定(ステップS5102)では、被測定物101を回転させ(ステップS5116)、複数の受光素子113を用いてモアレ縞による詳細な測定を行う(ステップS5117)。この後、図5,図6で説明した方法により表面形状を算出する(ステップS5118)。
【0146】
(実施の形態24)
図52は、実施の形態24による測定手順を示すフローチャートである。まず、第一の測定(ステップS5201)では、実施の形態3で述べたモアレ縞の測定を行い(ステップS5211)、被測定物101表面の半径rを演算する(ステップS5212)。
【0147】
この結果に応じて、モアレ縞間隔Δhがほぼ一定になるように格子パターンピッチを変更する(ステップS5213)。さらにステップ量Δh/4が所定の値になるようにモアレ縞の測定位置を決定し(ステップS5214)、受光素子を移動させる(ステップS5215,図30参照)。
【0148】
その後、第二の測定(ステップS5202)では、被測定物101を回転させ(ステップS5216)、複数の受光素子113を用いてモアレ縞の測定を行う(ステップS5217)。この後、図5,図6で説明した方法により表面形状を算出する(ステップS5218)。
【0149】
(実施の形態25)
図53は、実施の形態25の構成を示すブロック図である。円筒状被検物101は、エアーチャック102等の把持治具103によって把持されており、回転機構104によって回転可能である。また、光源2101,液晶板4701,受光レンズ2103,カメラ(受光素子113)2104によってモアレ光学系が構成されている(図47参照)。
【0150】
第一の測定では、カメラ2104によって撮像されたモアレ縞画像は、処理手段5300の画像入力部2201に蓄積され、形状データ演算処理部2202に送られる。ここで、実施の形態3で説明した方法により測定個所の半径が算出される。この結果に応じて、まずモアレ縞間隔Δhがほぼ一定になるようなピッチがパターンピッチ指示部4801で算出され、液晶板4701のパターンピッチが変更される。さらに、ステップ量Δh/4が所定の値になるようにモアレ縞測定位置データ2203が作られ、その位置に相当する受光素子113の番号が受光素子選択指示部3901から形状演算処理部2205に送られる。
【0151】
そして、回転機構104により被測定物101が回転させられ、第二の測定が開始される。第二の測定では、画像入力部2201に蓄積されたモアレ縞画像は形状演算処理部2205に送られ、受光素子選択指示部3901により指示された受光素子番号によるモアレ縞測定データと、図5,図6で説明した方法により詳細な形状演算が行われる。
【0152】
(実施の形態26)
図54は、実施の形態26の構成を示すブロック図である。円筒状被検物101は、エアーチャック102等の把持治具103によって把持されており、回転機構104によって回転可能である。また、光源2101,液晶板4701,受光レンズ2103,カメラ(受光素子113)2104によってモアレ光学系が構成されている(図47参照)。
【0153】
第一の測定では、カメラ2104によって撮像されたモアレ縞画像は、処理手段5400の画像入力部2201に蓄積され、形状データ演算処理部2202に送られる。ここで、実施の形態3で説明した方法により測定個所の半径が算出される。この結果に応じて、まずモアレ縞間隔Δhがほぼ一定になるようなピッチがパターンピッチ指示部4801で算出され、液晶板4701のパターンピッチが変更される。さらに、ステップ量Δh/4が所定の値になるようにモアレ縞測定位置データ2203が作られる。
【0154】
受光レンズ2103と格子パターン2102の間には図33に示したような平行平板3301を配置しておく。この平行平板3301は駆動ドライバ3201を介して平行平板回転モータ3302の駆動によって、その向きが自由に変えられる構成になっている。図33(a)に示すように平行平板3301が位置1にある場合と、図33(b)に示すように位置2にある場合では、Δeだけ光路を変えることができる。これにより受光素子113によって測定するモアレ縞の位置を変更させることができる。実施の形態21や25では、受光素子113の単位で位置をずらす構成であったが、この機構によれば1受光素子113以下の距離でも位置を変えることが可能となる。
【0155】
その後、回転機構104により被測定物101が回転させられ、第二の測定が開始される。第二の測定では、画像入力部2201に蓄積されたモアレ縞画像は形状演算処理部2205に送られ、図5,図6で説明した方法により詳細な形状演算が行われる。
【0156】
(実施の形態27)
図55は、実施の形態27の構成を示すブロック図である。円筒状被検物101はエアーチャック102等の把持治具103によって把持されており、回転機構104によって回転可能である。また、光源2101,液晶板4701,受光レンズ2103,カメラ2104(受光素子113)2104によってモアレ光学系が構成されている(図47参照)。
【0157】
第一の測定では、カメラ2104によって撮像されたモアレ縞画像は、処理手段5500の画像入力部2201に蓄積され、形状データ演算処理部2202に送られる。ここで、実施の形態3で説明した方法により測定個所の半径が算出される。この結果に応じて、まずモアレ縞間隔Δhがほぼ一定になるようなピッチがパターンピッチ指示部4801で算出され、液晶板4701のパターンピッチが変更される。さらに、ステップ量Δh/4が所定の値になるようにモアレ縞測定位置データ2203が作られる。
【0158】
受光レンズ2103と格子パターン2102の間には、図35に示すようなプリズム3501を配置しておく。このプリズム3501は、プリズム駆動モータ3401と移動ステージ3402によって、その位置が変えられる構成になっている。図35に示すように、プリズムが位置1にある場合と、位置2にある場合では、Δeだけ光路を変えることができる。実施の形態21や25では、受光素子113の単位で位置をずらす構成であったが、この装置では1受光素子113以下の距離でも位置を変えることが可能である。
【0159】
その後、回転機構104により被測定物101が回転させられ、第二の測定が開始される。第二の測定では、画像入力部2201に蓄積されたモアレ縞画像は形状演算処理部2205に送られ、図5,図6で説明した方法により詳細な形状演算が行われる。
【0160】
(実施の形態28)
図56は、実施の形態28の構成を示すブロック図である。円筒状被検物101は、エアーチャック102等の把持治具103によって把持されており、回転機構104によって回転可能である。また、光源2101,液晶板4701,受光レンズ2103,カメラ(受光素子113)2104によってモアレ光学系が構成されている(図47参照)。
【0161】
第一の測定では、カメラ2104によって撮像されたモアレ縞画像は、処理手段5600の画像入力部2201に蓄積され、形状データ演算処理部2202に送られる。ここで、実施の形態3で説明した方法により測定個所の半径が算出される。この結果に応じて、まずモアレ縞間隔Δhがほぼ一定になるようなピッチがパターンピッチ指示部4801で算出され、液晶板4701のパターンピッチが変更される。さらに、ステップ量Δh/4が所定の値になるようにモアレ縞測定位置データ2203が作られる。
【0162】
図56に示すように、受光レンズにズームレンズ2103aを用い、カメラ2104には移動ステージ3601とその駆動用モータ(カメラ用モータ)3602が取り付けられている。前記モアレ縞測定位置データ2203に従い、ステップ量Δh/4が所定の値になるように、ズームレンズで像倍率を変え、カメラ2104用モータで受光系の中心位置を変える(図28参照)。これにより受光素子113によって測定するモアレ縞の位置を変更させることができる。
【0163】
その後、回転機構104により被測定物101が回転させられ第二の測定が開始される。第二の測定では、画像入力部2201に蓄積されたモアレ縞画像は形状演算処理部2205に送られ、図5,図6で説明した方法により詳細な形状演算が行われる。
【0164】
(実施の形態29)
図57は、実施の形態29の構成を示すブロック図である。円筒状被検物101は、エアーチャック102等の把持治具103によって把持されており、回転機構104によって回転可能である。また、光源2101,液晶板4701,受光レンズ2103,カメラ(受光素子113)2104によってモアレ光学系が構成されている(図47参照)。
【0165】
第一の測定では、カメラ2104によって撮像されたモアレ縞画像は、処理手段5700の画像入力部2201に蓄積され、形状データ演算処理部2202に送られる。ここで、実施の形態3で説明した方法により測定個所の半径が算出される。この結果に応じて、まずモアレ縞間隔Δhがほぼ一定になるようなピッチがパターンピッチ指示部4801で算出され、液晶板4701のパターンピッチが変更される。さらに、ステップ量Δh/4が所定の値になるようにモアレ縞測定位置データ2203が作られる。
【0166】
図57に示すように、カメラ2104には2方向に移動できるように、移動ステージ3701,3702と、その駆動用モータ(カメラ用モータ1,2)3703,3704が付けられている。前記モアレ縞測定位置データ2203に従い、ステップ量Δh/4が所定の値になるように、カメラ用モータ2(3704)で像倍率を変え、カメラ用モータ1(3703)で受光系の中心位置を変える(図28参照)。これにより受光素子113によって測定するモアレ縞の位置を変更させることができる。
【0167】
その後、回転機構104により被測定物101が回転させられ、第二の測定が開始される。第二の測定では、画像入力部2201に蓄積されたモアレ縞画像は形状演算処理部2205に送られ、図5,図6で説明した方法により詳細な形状演算が行われる。
【0168】
(実施の形態30)
図58は、実施の形態30の構成を示すブロック図である。円筒状被検物101は、エアーチャック102等の把持治具103によって把持されており、回転機構104によって回転可能である。また、光源2101,液晶板4701,受光レンズ2103,カメラ(受光素子113)2104によってモアレ光学系が構成されている(図47参照)。
【0169】
第一の測定では、カメラ2104によって撮像されたモアレ縞画像は、処理手段5800の画像入力部2201に蓄積され、形状データ演算処理部2202に送られる。ここで、実施の形態3で説明した方法により測定個所の半径が算出される。この結果に応じて、まずモアレ縞間隔Δhがほぼ一定になるようなピッチがパターンピッチ指示部4801で算出され、液晶板4701のパターンピッチが変更される。さらに、ステップ量Δh/4が所定の値になるようにモアレ縞測定位置データ2203が作られる。
【0170】
図58に示すように、受光素子113にはPZT3801が付けられている。前記モアレ縞測定位置データ2203に従い、ステップ量Δh/4が所定の値になるように、受光素子113の位置をPZT3801によって移動させる(図30参照)。これにより受光素子113によって測定するモアレ縞の位置を変更させることができる。
【0171】
その後、回転機構104により被測定物101が回転させられ、第二の測定が開始される。第二の測定では、画像入力部2201に蓄積されたモアレ縞画像は形状演算処理部2205に送られ、図5,図6で説明した方法により詳細な形状演算が行われる。
【0172】
(実施の形態31)
図59は、実施の形態31の構成を示すブロック図である。円筒状被検物101は、エアーチャック102等の把持治具103によって把持されており、回転機構104によって回転可能である。また、光源2101,液晶板4701,受光レンズ2103,カメラ(受光素子113)2104によってモアレ光学系が構成されている(図47参照)。
【0173】
第一の測定では、カメラ2104によって撮像されたモアレ縞画像は、処理手段5900の画像入力部2201に蓄積され、形状データ演算処理部2202に送られる。ここで、実施の形態3で説明した方法により測定個所の半径が算出される。この結果に応じて、まずモアレ縞間隔Δhがほぼ一定になるようなピッチがパターンピッチ指示部4801で算出され、液晶板4701のパターンピッチが変更される。
【0174】
さらに、ステップ量Δh/4が所定の値になるようにモアレ縞測定位置データ2203が作られ、その位置に相当する受光素子113の番号が受光素子選択指示部3901から形状演算処理部2205に送られる。これにより受光素子113によって測定するモアレ縞の位置を変更させることができるが、実施の形態26〜30のいずれかの装置構成によって、測定位置を変えてもよい。
【0175】
そして、回転機構104により被測定物101が回転させられ、第二の測定が開始される。第二の測定では、画像入力部2201に蓄積されたモアレ縞画像は形状演算処理部2205に送られ、受光素子選択指示部3901により指示された受光素子番号によるモアレ縞測定位置データ2203と、図5,図6で説明した方法により詳細な形状演算が行われる。その演算処理により、図40に示したようなある断面形状データが算出できたとする。ここで、正常値の両側に+方向閾値と、−方向閾値を設定し、そのいずれかの閾値を超えた場合、不良品であると判定するような良否判定部3902を設けて被測定物101の良否判定を行う。
【0176】
(実施の形態32)
実施の形態32の構成は、実施の形態31で説明した検査装置を実施の形態16(図41参照)で説明したシステムに適用した構成である。この構成によれば、検査装置4103の良否判定結果により、良品は良品トレイ4104へ、不良品は不良トレイ4105へロボット4102で移載することができる。
【0177】
(実施の形態33)
前述した各実施の形態2〜16、及び実施の形態18〜32では、被測定物101の形状データが未知の場合における測定方法や装置構成に関するものとした。実施の形態33以降における構成は、被測定物101の半径等の形状データが予めわかっている場合における測定方法や装置構成に関するものである。
【0178】
図60は、実施の形態33による測定手順を示すフローチャートである。既知である半径等の被測定物101表面の形状データに基づき(ステップS6001)、ステップ量Δh/4が所定の値になるようにモアレ縞の測定位置を決定し(ステップS6002)、測定位置を変更する(ステップS6003)。
【0179】
その後、被測定物101を回転させ(ステップS6004)、複数の受光素子113を用いてモアレ縞による詳細な形状測定を行う(ステップS6005)。以降、図5,図6で説明した方法により表面形状を算出する(ステップS6006)。
【0180】
(実施の形態34)
図61は、実施の形態34の測定手順を示すフローチャートである。まず、既知である半径等の被測定物101表面の形状データに基づき(ステップS6101)、ステップ量Δh/4が所定の値になるようにモアレ縞の測定位置を決定し(ステップS6102)、その位置に対応する受光素子113を選択する(ステップS6103,図24参照)。
【0181】
その後、被測定物101を回転させ(ステップS6104)、複数の受光素子113を用いてモアレ縞による詳細な形状測定を行う(ステップS6105)。以降、図5,図6で説明した方法により表面形状を算出する(ステップS6106)。
【0182】
(実施の形態35)
図62は、実施の形態35の測定手順を示すフローチャートである。まず、既知である半径等の被測定物101表面の形状データに基づき(ステップS6201)、ステップ量Δh/4が所定の値になるようにモアレ縞の測定位置を決定し(ステップS6202)、光路を曲げる(ステップS6203,図26参照)。
【0183】
その後、被測定物101を回転させ(ステップS6204)、複数の受光素子113を用いてモアレ縞による詳細な形状測定を行う(ステップS6205)。以降、図5,図6で説明した方法により表面形状を算出する(ステップS6206)。
【0184】
(実施の形態36)
図63は、実施の形態36の測定手順を示すフローチャートである。まず、既知である半径等の被測定物101表面の形状データに基づき(ステップS6301)、ステップ量Δh/4が所定の値になるようにモアレ縞の測定位置を決定し(ステップS6302)、受光系の像倍率と中心位置を調整する(ステップS6303,図28参照)。
【0185】
その後、被測定物101を回転させ(ステップS6304)、複数の受光素子113を用いてモアレ縞による詳細な形状測定を行う(ステップS6305)。以降、図5,図6で説明した方法により表面形状を算出する(ステップS6306)。
【0186】
(実施の形態37)
図64は、実施の形態37の測定手順を示すフローチャートである。まず、既知である半径等の被測定物101表面の形状データに基づき(ステップS6401)、ステップ量Δh/4が所定の値になるようにモアレ縞の測定位置を決定し(ステップS6402)、受光素子113を移動させる(ステップS6403,図30参照)。
【0187】
その後、被測定物101を回転させ(ステップS6404)、複数の受光素子113を用いてモアレ縞を測定する(ステップS6405)。以降、図5,図6で説明した方法により表面形状を算出する(ステップS6406)。
【0188】
(実施の形態38)
図65は、実施の形態38の構成を示すブロック図である。円筒状被検物101は、エアーチャック102等の把持治具103によって把持されており、回転機構104によって回転可能である。また、光源2101,格子パターン2102,受光レンズ2103,カメラ(受光素子113)2104によってモアレ光学系が構成されている(図21参照)。
【0189】
まず、処理手段6500では、半径等の被測定物101の形状データ6501に応じて、ステップ量Δh/4が所定の値になるようにモアレ縞測定位置データ2203が作られ、その位置に相当する受光素子113の番号が受光素子選択指示部3901から形状演算処理部2205に送られる。そして、回転機構104により被測定物101が回転させられ測定が開始される。画像入力部2201に蓄積されたモアレ縞画像は、形状演算処理部2205に送られ、受光素子選択指示部3901により指示された受光素子番号によるモアレ縞測定位置データ2203と、図5,図6で説明した方法により詳細な形状演算が行われる。
【0190】
(実施の形態39)
図66は、実施の形態39の構成を示すブロック図である。円筒状被検物101は、エアーチャック102等の把持治具103によって把持されており、回転機構104によって回転可能である。また、光源2101,格子パターン2102,受光レンズ2103,カメラ(受光素子113)2104によってモアレ光学系が構成されている(図21参照)。
【0191】
まず、処理手段6600では、半径等の被測定物101の形状データ6601に応じて、ステップ量Δh/4が所定の値になるようにモアレ縞測定位置データ2203が作られる。受光レンズと格子パターンの間に図33に示したような平行平板3301を配置しておく。この平行平板3301は駆動ドライバ3201を介して平行平板回転モータ3302の駆動によって、その向きが自由に変えられる構成になっている。図33(a)に示すように平行平板3301が位置1にある場合と、図33(b)に示すように位置2にある場合では、Δeだけ光路を変えることができる。これにより受光素子113によって測定するモアレ縞の位置を変更させることができる。
【0192】
前述した実施の形態34や実施の形態38においては、受光素子113の単位で位置をずらす構成であったが、この装置では1受光素子113以下の距離でも位置を変えることが可能となる。その後、回転機構104により被測定物101が回転させられ、測定が開始される。画像入力部2201に蓄積されたモアレ縞画像は、形状演算処理部2205に送られ、図5,図6で説明した方法により詳細な形状演算が行われる。
【0193】
(実施の形態40)
図67は、実施の形態40の構成を示すブロック図である。円筒状被検物101は、エアーチャック102等の把持治具103によって把持されており、回転機構104によって回転可能である。また、光源2101,格子パターン2102,受光レンズ2103,カメラ(受光素子113)2104によってモアレ光学系が構成されている(図21参照)。
【0194】
まず、処理手段6700では、半径等の被測定物101の形状データ6701に応じて、ステップ量Δh/4が所定の値になるようにモアレ縞測定位置データ2203が作られる。受光レンズ2103と格子パターン2102の間に図35に示したようなプリズム3501を配置しておく。このプリズム3501は、プリズム駆動モータ3401と移動ステージ3402によって、その位置が変えられる構成になっている。図35に示すように、プリズムが位置1にある場合と、位置2にある場合では、Δeだけ光路を変えることができる。これにより受光素子113によって測定するモアレ縞の位置を変更させることができる。
【0195】
前述した実施の形態34や実施の形態38では、受光素子113の単位で位置をずらす構成であったが、この装置によれば1受光素子113以下の距離でも位置を変えることが可能となる。その後、回転機構104により被測定物101が回転させられ測定が開始される。画像入力部2201に蓄積されたモアレ縞画像は形状演算処理部2205に送られ、図5,図6で説明した方法により詳細な形状演算が行われる。
【0196】
(実施の形態41)
図68は、実施の形態41の構成を示すブロック図である。円筒状被検物101は、エアーチャック102等の把持治具103によって把持されており、回転機構104によって回転可能である。また、光源2101,格子パターン2102,受光レンズ2103,カメラ(受光素子113)2104によってモアレ光学系が構成されている(図21参照)。
【0197】
まず、処理手段6800では、半径等の被測定物101の形状データ6801に応じて、ステップ量Δh/4が所定の値になるようにモアレ縞測定位置データ2203が作られる。図示のように、受光レンズにズームレンズ2103aを用い、カメラ2104には移動ステージ3601と、その駆動用モータ(カメラ用モータ)3602が付けられている。前記モアレ縞測定位置データ2203に従い、ステップ量Δh/4が所定の値になるように、ズームレンズ2103aで像倍率を変え、カメラ用モータ3602で受光系の中心位置を変える(図28参照)。これにより受光素子113によって測定するモアレ縞の位置を変更させることができる。
【0198】
その後、回転機構104により被測定物101が回転させられ、測定が開始される。画像入力部2201に蓄積されたモアレ縞画像は、形状演算処理部2205に送られ、図5,図6で説明した方法により詳細な形状演算が行われる。
【0199】
(実施の形態42)
図69は、実施の形態42の構成を示すブロック図である。円筒状被検物101は、エアーチャック102等の把持治具103によって把持されており、回転機構104によって回転可能である。また、光源2101,格子パターン2102,受光レンズ2103,カメラ(受光素子113)2104によってモアレ光学系が構成されている(図21参照)。
【0200】
まず、処理手段6900では、半径等の被測定物101の形状データ6901に応じて、ステップ量Δh/4が所定の値になるようにモアレ縞測定位置データ2203が作られる。図示のように、カメラ2104には2方向に移動できるように、移動ステージ3701,3702と、その駆動用モータ(カメラ用モータ1,2)3703,3704が付けられている。前記モアレ縞測定位置データ2203に従い、ステップ量Δh/4が所定の値になるように、カメラ用モータ2(3704)で像倍率を変え、カメラ用モータ1(3703)で受光系の中心位置を変える(図28参照)。これにより受光素子113によって測定するモアレ縞の位置を変更させることができる。
【0201】
その後、回転機構104により被測定物101が回転させられ、測定が開始される。画像入力部2201に蓄積されたモアレ縞画像は、形状演算処理部2205に送られ、図5,図6で説明した方法により詳細な形状演算が行われる。
【0202】
(実施の形態43)
図70は、実施の形態43の構成を示すブロック図である。円筒状被検物101は、エアーチャック102等の把持治具103によって把持されており、回転機構104によって回転可能である。また、光源2101,格子パターン2102,受光レンズ2103,カメラ(受光素子113)2104によってモアレ光学系が構成されている(図21参照)。
【0203】
まず、処理手段7000では、半径等の被測定物101の形状データ7001に応じて、ステップ量Δh/4が所定の値になるようにモアレ縞測定位置データ2203が作られる。図示のように、受光素子113にはPZT3801が付けられている。前記モアレ縞測定位置データ2203に従い、ステップ量Δh/4が所定の値になるように、受光素子113位置をPZT3801によって移動させる(図30参照)。これにより受光素子113によって測定するモアレ縞の位置を変更させることができる。
【0204】
その後、回転機構104により被測定物101が回転させられ、測定が開始される。画像入力部2201に蓄積されたモアレ縞画像は、形状演算処理部2205に送られ、図5,図6で説明した方法により詳細な形状演算が行われる。
【0205】
(実施の形態44)
図71は、実施の形態44の構成を示すブロック図である。円筒状被検物101は、エアーチャック102等の把持治具103によって把持されており、回転機構104によって回転可能である。また、光源2101,格子パターン2102,受光レンズ2103,カメラ(受光素子113)2104によってモアレ光学系が構成されている(図21参照)。
【0206】
まず、処理手段7100では、半径等の被測定物101の形状データ7101に応じて、ステップ量Δh/4が所定の値になるようにモアレ縞測定位置データ2203が作られ、その位置に相当する受光素子113の番号が受光素子選択指示部3901から形状演算処理部2205に送られる。これにより受光素子113によって測定するモアレ縞の位置を変更させることができる。ここで、前述した実施の形態38〜43のいずれかの装置構成によって、測定位置を変えてもよい。
【0207】
そして、回転機構104により被測定物101が回転させられ、測定が開始される。画像入力部2201に蓄積されたモアレ縞画像は、形状演算処理部2205に送られ、受光素子選択指示部3901により指示された受光素子番号によるモアレ縞測定位置データ2203と、図5,図6で説明した方法により詳細な形状演算が行われる。その演算処理により、図40に示すようなある断面形状データが算出できたとする。ここで、正常値の両側に+方向閾値と−方向閾値を設定し、その閾値を超えた場合、不良品であると判定するような良否判定部3902を設けて被測定物101の良否判定を行う。
【0208】
(実施の形態45)
実施の形態45の構成は、実施の形態44で説明した検査装置を実施の形態16(図41参照)で説明したシステムに適用した構成である。この構成によれば、検査装置4103の良否判定結果により、良品は良品トレイ4104へ、不良品は不良トレイ4105へロボット4102で移載することができる。
【0209】
(実施の形態46)
図72は、実施の形態46による処理手順を示すフローチャートである。既知である半径等の被測定物101表面の形状データに基づき(ステップS7201)、モアレ縞間隔Δhがほぼ一定になるように格子パターンピッチを変更する(ステップS7202)。さらに、ステップ量Δh/4が所定の値になるようにモアレ縞の測定位置を決定し(ステップS7203)、測定位置を変更する(ステップS7204)。
【0210】
その後、被測定物101を回転させ(ステップS7205)、複数の受光素子113を用いてモアレ縞の測定を行う(ステップS7206)。以降、図5,図6で説明した方法により表面形状を算出する(ステップS7207)。
【0211】
(実施の形態47)
図73は、実施の形態47による測定手順を示すフローチャートである。まず、既知である半径等の被測定物101表面の形状データに基づき(ステップS7301)、モアレ縞間隔Δhがほぼ一定になるように格子パターンピッチを変更する(ステップS7302)。さらに、ステップ量Δh/4が所定の値になるようにモアレ縞の測定位置を決定し(ステップS7303)、その位置に対応する受光素子113を選択する(ステップS7304,図24参照)。
【0212】
その後、被測定物101を回転させ(ステップS7305)、複数の受光素子113を用いてモアレ縞の測定を行う(ステップS7306)。以降、図5,図6で説明した方法により表面形状を算出する(ステップS7307)。
【0213】
(実施の形態48)
図74は、実施の形態48による測定手順を示すフローチャートである。まず、既知である半径等の被測定物101表面の形状データに基づき(ステップS7401)、モアレ縞間隔Δhがほぼ一定になるように格子パターンピッチを変更する(ステップS7402)。さらに、ステップ量Δh/4が所定の値になるようにモアレ縞の測定位置を決定し(ステップS7403)、光路を曲げる(ステップS7404,図26参照)。
【0214】
その後、被測定物101を回転させ(ステップS7405)、複数の受光素子113を用いてモアレ縞の測定を行う(ステップS7406)。以降、図5,図6で説明した方法により表面形状を算出する(ステップS7407)。
【0215】
(実施の形態49)
図75は、実施の形態49による測定手順を示すフローチャートである。まず、既知である半径等の被測定物101表面の形状データに基づき(ステップS7501)、モアレ縞間隔Δhがほぼ一定になるように格子パターンピッチを変更する(ステップS7502)。さらに、ステップ量Δh/4が所定の値になるようにモアレ縞の測定位置を決定し(ステップS7503)、受光系の像倍率と中心位置を調整する(ステップS7504,図28参照)。
【0216】
その後、被測定物101を回転させ(ステップS7505)、複数の受光素子113を用いてモアレ縞の測定を行う(ステップS7506)。以降、図5,図6で説明した方法により表面形状を算出する(ステップS7507)。
【0217】
(実施の形態50)
図76は、実施の形態50による測定手順を示すフローチャートである。まず、既知である半径等の被測定物101表面の形状データに基づき(ステップS7601)、モアレ縞間隔Δhがほぼ一定になるように格子パターンピッチを変更する(ステップS7602)。さらに、ステップ量Δh/4が所定の値になるようにモアレ縞の測定位置を決定し(ステップS7603)、受光素子113を移動させる(ステップS7604,図30参照)。
【0218】
その後、被測定物101を回転させ(ステップS7605)、複数の受光素子113を用いてモアレ縞の測定を行う(ステップS7606)。以降、図5,図6で説明した方法により表面形状を算出する(ステップS7607)。
【0219】
(実施の形態51)
図77は、実施の形態51の構成を示すブロック図である。円筒状被検物101はエアーチャック102等の把持治具103によって把持されており、回転機構104によって回転可能である。また、光源2101,液晶板4701,受光レンズ2103,カメラ(受光素子113)2104によってモアレ光学系が構成されている(図47参照)。
【0220】
まず、処理手段7700では、半径等の被測定物101の形状データ7701に基づき、モアレ縞間隔Δhがほぼ一定になるようなピッチがパターンピッチ指示部4801で算出され、液晶板4701のパターンピッチが変更される。さらに、ステップ量Δh/4が所定の値になるようにモアレ縞測定位置データ2203が作られ、その位置に相当する受光素子113の番号が受光素子選択指示部3901から形状演算処理部2205に送られる。
【0221】
そして、回転機構104により被測定物101が回転させられ、測定が開始される。画像入力部2201に蓄積されたモアレ縞画像は、形状演算処理部2205に送られ、受光素子選択指示部3901により指示された受光素子番号によるモアレ縞測定位置データ2203と、図5,図6で説明した方法により詳細な形状演算が行われる。
【0222】
(実施の形態52)
図78は、実施の形態52の構成を示すブロック図である。円筒状被検物101はエアーチャック102等の把持治具103によって把持されており、回転機構104によって回転可能である。また、光源2101,液晶板4701,受光レンズ2103,カメラ(受光素子113)2104によってモアレ光学系が構成されている(図47参照)。
【0223】
まず、処理手段7800では、半径等の被測定物101の形状データ7801に基づき、モアレ縞間隔Δhがほぼ一定になるようなピッチがパターンピッチ指示部4801で算出され、液晶板4701のパターンピッチが変更される。さらに、ステップ量Δh/4が所定の値になるようにモアレ縞測定位置データ2203が作られる。
【0224】
受光レンズ2103と格子パターン2102の間に図33に示したような平行平板3301を配置しておく。この平行平板3301は、駆動ドライバ3201を介して平行平板回転モータ3302の駆動によって、その向きが自由に変えられる構成になっている。図33(a)に示すように平行平板3301が位置1にある場合と、図33(b)に示すように位置2にある場合では、Δeだけ光路を変えることができる。これにより受光素子113によって測定するモアレ縞の位置を変更させることができる。前述した実施の形態47や実施の形態51では、受光素子113の単位で位置をずらす構成としたが、この装置では1受光素子113以下の距離でも位置を変えることが可能となる。
【0225】
その後、回転機構104により被測定物101が回転させられ、測定が開始される。画像入力部2201に蓄積されたモアレ縞画像は、形状演算処理部2205に送られ、図5,図6で説明した方法により詳細な形状演算が行われる。
【0226】
(実施の形態53)
図79は、実施の形態53の構成を示すブロック図である。円筒状被検物101は、エアーチャック102等の把持治具103によって把持されており、回転機構104によって回転可能である。また、光源2101,液晶板4701,受光レンズ2103,カメラ(受光素子113)2104によってモアレ光学系が構成されている(図47参照)。
【0227】
まず、処理手段7900では、半径等の被測定物101の形状データ7901に基づき、モアレ縞間隔Δhがほぼ一定になるようなピッチがパターンピッチ指示部4801で算出され、液晶板4701のパターンピッチが変更される。さらに、ステップ量Δh/4が所定の値になるようにモアレ縞測定位置データ2203が作られる。
【0228】
受光レンズ2103と格子パターン2102の間に図35に示したようなプリズム3501を配置しておく。このプリズム3501は、プリズム駆動モータ3401と移動ステージ3402によって、その位置が変えられる構成になっている。図35(a)に示すようにプリズム3501が位置1にある場合と、図35(b)に示すように位置2にある場合では、Δeだけ光路を変えることができる。前述した実施の形態47や実施の形態51では、受光素子113の単位で位置をずらす構成としたが、この装置では1受光素子113以下の距離でも位置を変えることが可能となる。
【0229】
その後、回転機構104により被測定物101が回転させられ、測定が開始される。画像入力部2201に蓄積されたモアレ縞画像は、形状演算処理部2205に送られ、図5,図6で説明した方法により詳細な形状演算が行われる。
【0230】
(実施の形態54)
図80は、実施の形態54の構成を示すブロック図である。円筒状被検物101は、エアーチャック102等の把持治具103によって把持されており、回転機構104によって回転可能である。また、光源2101,液晶板4701,受光レンズ2103,カメラ(受光素子113)2104によってモアレ光学系が構成されている(図47参照)。
【0231】
まず、処理手段8000では、半径等の被測定物101の形状データ8001に基づき、モアレ縞間隔Δhがほぼ一定になるようなピッチがパターンピッチ指示部4801で算出され、液晶板4701のパターンピッチが変更される。さらに、ステップ量Δh/4が所定の値になるようにモアレ縞測定位置データ2203が作られる。図に示すように、受光レンズにズームレンズ2103aを用い、カメラ2104には移動ステージ3601とその駆動用モータ(カメラ用モータ)3602が付けられている。前記モアレ縞測定位置データ2203に従い、ステップ量Δh/4が所定の値になるように、ズームレンズ2103aで像倍率を変え、カメラ用モータ3602で受光系の中心位置を変える(図28参照)。これにより受光素子113によって測定するモアレ縞の位置を変更させることができる。
【0232】
その後、回転機構104により被測定物101が回転させられ、測定が開始される。画像入力部2201に蓄積されたモアレ縞画像は、形状演算処理部2205に送られ、図5,図6で説明した方法により詳細な形状演算が行われる。
【0233】
(実施の形態55)
図81は、実施の形態55の構成を示すブロック図である。円筒状被検物101は、エアーチャック102等の把持治具103によって把持されており、回転機構104によって回転可能である。また、光源2101,液晶板4701,受光レンズ2103,カメラ(受光素子113)2104によってモアレ光学系が構成されている(図47参照)。
【0234】
まず、処理手段8100では、半径等の被測定物101の形状データ8101に基づき、モアレ縞間隔Δhがほぼ一定になるようなピッチがパターンピッチ指示部4801で算出され、液晶板4701のパターンピッチが変更される。さらに、ステップ量Δh/4が所定の値になるようにモアレ縞測定位置データ2203が作られる。図示のように、カメラ2104には2方向に移動できるように、移動ステージ3701,3702と、その駆動用モータ(カメラ用モータ1,2)3703,3704が付けられている。前記モアレ縞測定位置データ2203に従い、ステップ量Δh/4が所定の値になるように、カメラ用モータ2(3704)で像倍率を変え、カメラ用モータ1(3703)で受光系の中心位置を変える(図28参照)。これにより受光素子113によって測定するモアレ縞の位置を変更させることができる。
【0235】
その後、回転機構104により被測定物101が回転させられ、測定が開始される。画像入力部2201に蓄積されたモアレ縞画像は、形状演算処理部2205に送られ、図5,図6で説明した方法により詳細な形状演算が行われる。
【0236】
(実施の形態56)
図82は、実施の形態56の構成を示すブロック図である。円筒状被検物101は、エアーチャック102等の把持治具103によって把持されており、回転機構104によって回転可能である。また、光源2101,液晶板4701,受光レンズ2103,カメラ(受光素子113)2104によってモアレ光学系が構成されている(図47参照)。
【0237】
まず、処理手段8200では、半径等の被測定物101の形状データ8201に基づき、モアレ縞間隔Δhがほぼ一定になるようなピッチがパターンピッチ指示部4801で算出され、液晶板4701のパターンピッチが変更される。さらに、ステップ量Δh/4が所定の値になるようにモアレ縞測定位置データ2203が作られる。図示のように、受光素子113にはPZT3801が付けられている。前記モアレ縞測定位置データ2203に従い、ステップ量Δh/4が所定の値になるように、受光素子113位置をPZT3801によって移動させる(図30参照)。これにより受光素子113によって測定するモアレ縞の位置を変更させることができる。
【0238】
その後、回転機構104により被測定物101が回転させられ、測定が開始される。画像入力部2201に蓄積されたモアレ縞画像は、形状演算処理部2205に送られ、図5,図6で説明した方法により詳細な形状演算が行われる。
【0239】
(実施の形態57)
図83は、実施の形態57の構成を示すブロック図である。円筒状被検物101は、エアーチャック102等の把持治具103によって把持されており、回転機構104によって回転可能である。また、光源2101,液晶板4701,受光レンズ2103,カメラ(受光素子113)2104によってモアレ光学系が構成されている(図47参照)。
【0240】
まず、処理手段8300では、半径等の被測定物101の形状データ8301に基づき、モアレ縞間隔Δhがほぼ一定になるようなピッチがパターンピッチ指示部4801で算出され、液晶板4701のパターンピッチが変更される。さらに、ステップ量Δh/4が所定の値になるようにモアレ縞測定位置データ2203が作られ、その位置に相当する受光素子113の番号が受光素子選択指示部3901から形状演算処理部2205に送られる。これにより、受光素子113によって測定するモアレ縞の位置を変更させることができる。なお、前述した実施の形態51〜56の装置構成によって測定位置を変えてもよい。
【0241】
そして、回転機構104により被測定物101が回転させられ、測定が開始される。画像入力部2201に蓄積されたモアレ縞画像は、形状演算処理部2205に送られ、受光素子選択指示部3901により指示された受光素子番号によるモアレ縞測定位置データ2203と、図5,図6で説明した方法により詳細な形状演算が行われる。その演算処理により、図40のようなある断面形状データが算出できたとする。ここで、正常値の両側に+方向閾値と−方向閾値を設定し、その閾値を超えた場合、不良品であると判定するような良否判定部3902を設けて被測定物101の良否判定を行う。
【0242】
(実施の形態58)
実施の形態58の構成は、実施の形態57で説明した検査装置を実施の形態16(図41参照)で説明したシステムに適用した構成である。この構成によれば、検査装置4103の良否判定結果により、良品は良品トレイ4104へ、不良品は不良トレイ4105へロボット4102で移載することができる。
【0243】
なお、本実施の形態で説明した形状測定方法は、予め用意されたプログラムをパーソナル・コンピュータやワークステーション等のコンピュータで実行することにより実現することができる。このプログラムは、ハードディスク、フレキシブルディスク、CD−ROM、MO、DVD等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行される。またこのプログラムは、インターネット等のネットワークを介して配布することが可能な伝送媒体であってもよい。
【0244】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の方法によれば、モアレ縞を発生させるための光源及び格子パターンと、前記モアレ縞を撮像するためのレンズ及び受光素子を備えたモアレ光学系を用い、格子パターンから異なる距離にある被測定物上に形成されたモアレ縞を複数の測定位置で測定し、前記被測定物と前記モアレ光学系の相対位置変化によって得られる複数位置でのモアレ縞測定データに基づき前記被測定物表面の形状測定を行う形状測定方法において、前記被測定物上での複数のモアレ縞の間隔が一定となるように前記複数の測定位置を前記被測定物の形状データに応じて変える測定位置変更工程を含むので、被測定物の形状データに基づき測定位置を変更するため一定な形状に限らず形状が異なっても正確な形状測定を行えるという効果を奏する。
【0245】
また、この発明によれば、前記測定位置変更工程は、複数のモアレ縞の間隔が一定となるように、測定に用いる所定配列の複数の受光素子のうち、該当する受光素子を選択するので、所定配列の受光素子のうちモアレ縞の間隔が一定となる受光素子を選択するだけで被測定物の形状測定を容易に行えるという効果を奏する。
【0246】
また、この発明によれば、前記測定位置変更工程は、複数のモアレ縞の間隔が一定となるように、測定に用いるモアレ光学系の光路を変化させるので、モアレ光学系の光路を変化させるだけで被測定物の形状測定を容易に行えるという効果を奏する。
【0247】
また、この発明によれば、前記測定位置変更工程は、複数のモアレ縞の間隔が一定となるように、測定に用いるモアレ光学系の像倍率及び中心位置を変更するので、モアレ光学系の像倍率及び中心位置を変更させるだけで被測定物の形状測定を容易に行えるという効果を奏する。
【0248】
また、この発明によれば、前記測定位置変更工程は、複数のモアレ縞の間隔が一定となるように、測定に用いる受光素子の位置を変更するので、受光素子の位置を変更させるだけで被測定物の形状測定を容易に行えるという効果を奏する。
【0249】
また、この発明によれば、前記第二の測定工程は、複数のモアレ縞の所定方向の間隔が一定になるように、前記格子パターンのピッチを変更するので、格子パターンのピッチを変更させるだけで被測定物の形状測定を容易に行えるという効果を奏する。
【0250】
また、この発明の装置によれば、モアレ縞を発生させるための光源及び格子パターンと、前記モアレ縞を撮像するためのレンズ及び受光素子を備えたモアレ光学系と、前記受光素子により得たモアレ縞の測定結果に基づき前記被測定物の形状データを演算する形状データ演算処理手段と、前記形状データに応じて前記受光素子によるモアレ縞の測定位置を変更するモアレ縞測定位置変更手段と、前記被測定物と前記モアレ光学系の相対位置を変化させるための相対位置移動手段と、前記相対位置の変化によって得られる前記受光素子の測定結果に基づき前記被測定物の形状を演算する形状演算処理手段とを備えたので、モアレ縞の測定結果に基づき被測定物の形状データを得てモアレ光学系の測定位置及び被測定物との相対位置を変更させ、被測定物の形状を測定し形状を演算するため、一定な形状に限らず形状が異なっても被測定物を正確に形状測定できるという効果を奏する。
【0251】
また、この発明によれば、前記受光素子は、複数配列からなり配列あるいは各配列内の素子を選択可能に構成されており、前記形状データ演算処理手段により得た形状データに基づき、モアレ縞測定位置を変更するために前記受光素子の配列あるいは各配列内の素子を選択する受光素子選択指示手段を備えたので、所定配列の受光素子のうちモアレ縞の間隔が一定となる受光素子の配列あるいは各配列内の素子を選択するだけで被測定物の形状測定を容易に行えるという効果を奏する。
【0252】
また、この発明によれば、前記レンズと前記格子パターンの間に設けられ、光路を変更可能な平行平板と、前記形状データ演算処理手段により得た形状データに基づき、モアレ縞測定位置を変更するために前記平行平板の角度を変更する移動手段とを備えたので、平行平板の角度を変更するだけで被測定物の測定位置を変更でき、形状測定を容易に行えるという効果を奏する。
【0253】
また、この発明によれば、前記レンズと前記格子パターンの間に設けられ、光路を変更可能なプリズムと、前記形状データ演算処理手段により得た形状データに基づき、モアレ縞測定位置を変更するために前記プリズムの位置を変更する移動手段とを備えたので、プリズムの位置を変更するだけで被測定物の測定位置を変更でき、形状測定を容易に行えるという効果を奏する。
【0254】
また、この発明によれば、前記レンズとして、前記形状データに応じて前記受光素子によるモアレ縞測定位置を変更するために像倍率を変更可能な焦点可変レンズと、前記形状データ演算処理手段により得た形状データに基づき、モアレ縞測定位置を変更するために前記モアレ光学系の中心位置を変更する移動手段とを備えたので、焦点可変レンズの像倍率の変更と、モアレ光学系の中心位置の移動によって被測定物の測定位置を変更でき、形状測定を容易に行えるという効果を奏する。
【0255】
また、この発明によれば、前記形状データ演算処理手段により得た形状データに応じて前記受光素子によるモアレ縞測定位置を変更するために設けられたモアレ光学系の像倍率を変更する第一の移動手段と、前記モアレ光学系の中心位置を変更する第二の移動手段とを備えたので、2つの移動手段を移動させることによりモアレ光学系の像倍率と中心位置を変更でき、形状測定を容易に行えるという効果を奏する。
【0256】
また、この発明によれば、前記形状データ演算処理手段により得た形状データに応じて前記受光素子によるモアレ縞測定位置を変更するために前記受光素子を移動させる移動手段を備えたので、受光素子の位置を変更させるだけで被測定物の形状測定を容易に行えるという効果を奏する。
【0257】
また、この発明によれば、前記格子パターンとして、ピッチを可変可能な可変格子パターンと、前記可変格子パターンにおけるモアレ縞間隔を可変させるための格子ピッチ指示手段とを備えたので、格子パターンのピッチを変更させるだけで被測定物の形状測定を容易に行えるという効果を奏する。
【0258】
また、この発明によれば、前記モアレ縞測定位置変更手段は、入力される前記被測定物の既知の形状データに応じて前記受光素子によるモアレ縞測定位置を変更させるので、被測定物の形状データが既知である場合に、この既知の形状データを利用して測定することにより、詳細な形状データを算出できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明に用いる形状測定装置の測定ヘッドを示す図である。
【図2】 この発明に用いる形状測定装置の全体構成を示す図である。
【図3】 受光素子を示す図である。
【図4】 測定ヘッドと円筒状被検物(被測定物)の位置関係を示す斜視図である。
【図5】 測定ヘッドと円筒状被検物の位置関係を示す側面図である。
【図6】 時刻別の撮像データを示す図表である。
【図7】 モアレ等高線縞を示す図である。
【図8】 異なる形状の円筒状被検物を示す図である。
【図9】 測定ヘッドと円筒状被検物の位置関係を示す側面図である。
【図10】 本発明の実施の形態1による形状測定方法を示す図である。
【図11】 受光素子として用いるカラーラインセンサを示す図である。
【図12】 モアレ縞の測定位置の他の例を示す図である。
【図13】 実施の形態1による測定手順を示すフローチャートである。
【図14】 被測定物の半径の測定状態を示す図である。
【図15】 光切断法により得た撮影画像を示す図である。
【図16】 実施の形態2による測定手順を示すフローチャートである。
【図17】 実施の形態2により得た撮影画像を示す図である。
【図18】 モアレ縞強度を示す図表である。
【図19】 被測定物の半径算出を説明するための特性図である。
【図20】 実施の形態3による測定手順を示すフローチャートである。
【図21】 本発明の実施の形態4の構成を示す斜視図である。
【図22】 本発明の実施の形態4の構成を示すブロック図である。
【図23】 実施の形態5による測定手順を示すフローチャートである。
【図24】 モアレ縞の測定位置を説明するための図である。
【図25】 実施の形態6による測定手順を示すフローチャートである。
【図26】 受光素子に対する光路の変更を示す図である。
【図27】 実施の形態7による測定手順を示すフローチャートである。
【図28】 受光系の像倍率変更を説明する図である。
【図29】 実施の形態8による測定手順を示すフローチャートである。
【図30】 受光素子の移動を説明するための図である。
【図31】 実施の形態9の構成を示すブロック図である。
【図32】 実施の形態10の構成を示すブロック図である。
【図33】 平行平板を示す図である。
【図34】 実施の形態11の構成を示すブロック図である。
【図35】 プリズムを示す図である。
【図36】 実施の形態12の構成を示すブロック図である。
【図37】 実施の形態13の構成を示すブロック図である。
【図38】 実施の形態14の構成を示すブロック図である。
【図39】 実施の形態15の構成を示すブロック図である。
【図40】 形状演算処理により得られた断面形状データを示す図である。
【図41】 実施の形態16の構成を示す構成図である。
【図42】 円筒状ではない被測定物のモアレ縞間隔を説明する図である。
【図43】 格子パターンピッチの変更を示す図である。
【図44】 実施の形態17による測定手順を示すフローチャートである。
【図45】 実施の形態18による処理手順を示すフローチャートである。
【図46】 実施の形態19による処理手順を示すフローチャートである。
【図47】 実施の形態20の構成を示す斜視図である。
【図48】 実施の形態20の構成を示すブロック図である。
【図49】 実施の形態21の測定手順を示すフローチャートである。
【図50】 実施の形態22の測定手順を示すフローチャートである。
【図51】 実施の形態23による測定手順を示すフローチャートである。
【図52】 実施の形態24による測定手順を示すフローチャートである。
【図53】 実施の形態25の構成を示すブロック図である。
【図54】 実施の形態26の構成を示すブロック図である。
【図55】 実施の形態27の構成を示すブロック図である。
【図56】 実施の形態28の構成を示すブロック図である。
【図57】 実施の形態29の構成を示すブロック図である。
【図58】 実施の形態30の構成を示すブロック図である。
【図59】 実施の形態31の構成を示すブロック図である。
【図60】 実施の形態33の測定手順を示すフローチャートである。
【図61】 実施の形態34の測定手順を示すフローチャートである。
【図62】 実施の形態35の測定手順を示すフローチャートである。
【図63】 実施の形態36の測定手順を示すフローチャートである。
【図64】 実施の形態37の測定手順を示すフローチャートである。
【図65】 実施の形態38の構成を示すブロック図である。
【図66】 実施の形態39の構成を示すブロック図である。
【図67】 実施の形態40の構成を示すブロック図である。
【図68】 実施の形態41の構成を示すブロック図である。
【図69】 実施の形態42の構成を示すブロック図である。
【図70】 実施の形態43の構成を示すブロック図である。
【図71】 実施の形態44の構成を示すブロック図である。
【図72】 実施の形態46による処理手順を示すフローチャートである。
【図73】 実施の形態47による測定手順を示すフローチャートである。
【図74】 実施の形態48による測定手順を示すフローチャートである。
【図75】 実施の形態49による測定手順を示すフローチャートである。
【図76】 実施の形態50による測定手順を示すフローチャートである。
【図77】 実施の形態51の構成を示すブロック図である。
【図78】 実施の形態52の構成を示すブロック図である。
【図79】 実施の形態53の構成を示すブロック図である。
【図80】 実施の形態54の構成を示すブロック図である。
【図81】 実施の形態55の構成を示すブロック図である。
【図82】 実施の形態56の構成を示すブロック図である。
【図83】 実施の形態57の構成を示すブロック図である。
【図84】 従来技術の構成を示す図である。
【図85】 従来技術の他の構成を示す図である。
【図86】 格子投影型のモアレ法を説明するための図である。
【図87】 実体格子型のモアレ法を説明するための図である。
【図88】 実体格子型のモアレ法を説明する詳細図である。
【図89】 実体格子型の等高線を説明するための図である
【図90】 位相変調された縞画像を示す図である。
【符号の説明】
100 測定ヘッド
101 被測定物(円筒状被検物)
102 エアーチャック
103 把持治具
104 回転機構(回転モータ)
105 ステージ
110 光源
111 格子パターン
112 受光レンズ
113 受光素子
1102 ラインセンサ
1401 スリット光源
1402 カメラ
2101 光源
2102 格子パターン
2103 受光レンズ
2103a ズームレンズ
2104 カメラ
2200 処理手段
2201 画像入力部
2202 形状データ演算処理部
2203 モアレ縞測定位置データ
2204 モアレ縞測定位置変更手段
2205 形状演算処理部
2206 制御部
3100 処理手段
3101 受光素子選択指示部
3102 駆動ドライバ
3200 処理手段
3102,3201 駆動ドライバ
3301 平行平板
3302 平行平板回転モータ
3400 処理手段
3401 プリズム駆動モータ
3402 移動ステージ
3501 プリズム
3600 処理手段
3601 移動ステージ
3602 駆動用モータ(カメラ用モータ)
3700 処理手段
3701,3702 移動ステージ
3703 駆動用モータ(カメラ用モータ1)
3704 駆動用モータ(カメラ用モータ2)
3800 処理手段
3801 PZT
3900 処理手段
3901 受光素子選択指示部
3902 良否判定部
4101 被検物トレイ
4102 ロボット
4103 検査装置
4104 良品トレイ
4105 不良トレイ
4701 液晶板
4800 処理手段
4801 パターンピッチ指示部
5300,5400,5500,5600,5700,5800,5900,6500,6600,6700,6800,6900,7000,7100 処理手段
6501,6601,6701,6801,6901,7001,7101 形状データ
7700,7800,7900,8000,8100,8200,8300 処理手段
7701,7801,7901,8001,8101,8201,8301 形状データ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and apparatus for measuring the surface shape of an object to be detected and detecting defects such as scratches, bulges, undulations, and dents, and in particular, cylindrical shapes such as a photosensitive drum, a developing roller, and a charging roller. The present invention relates to a shape measuring method and a shape measuring apparatus that detect the surface shape of a test object and are suitable for, for example, robot vision such as component recognition.
[0002]
[Prior art]
Prior art relating to the shape inspection of the surface of the specimen includes (a) Japanese Patent Laid-Open No. 2-201442 and (b) Japanese Patent Laid-Open No. 4-169840, which relate to the inspection of a cylindrical specimen. The three-dimensional measuring method using the method includes (c) Japanese Patent No. 2887517, (d) Japanese Patent Laid-Open No. 07-332956, and (e) Japanese Patent Laid-Open No. 10-54711. Furthermore, (f) "Substrate lattice type moire method by phase shift" (1991 Precision Engineering Society Fall Conference Proceedings), (g) "Flatness measurement of liquid crystal glass" (O plus E September 1996).
[0003]
That is, examples of a defect inspection method for a cylindrical object such as a photoconductor drum of a copying machine or a laser printer are exemplified in (a) JP-A-2-2014142 or (b) JP-A-4-169840. There is technology. FIG. 84 is a diagram showing a configuration disclosed in (a) Japanese Patent Laid-Open No. 2-201442. In the drawing, a
[0004]
FIG. 85 is a diagram showing the configuration disclosed in (b) Japanese Patent Laid-Open No. 4-169840. In the drawing,
[0005]
In general, this type of photoreceptor has pinholes, dents, scratches, entrainment of bubbles, cracks, defects due to adhesion of dust, etc., as well as uneven thickness of the photosensitive layer, dripping, scratches on the support, etc. A wide variety of defects can occur. In the case of the optical inspection apparatus as described above, a high detection power can be exhibited for a defect having a large change in surface irregularities such as a defect due to adhesion of pinholes, dents, scratches, dust, etc. However, there is a problem in the detection accuracy for a defect having a small unevenness change rate such as a film thickness unevenness of the photosensitive layer or a defect having no unevenness change on the surface of the photoreceptor such as a scratch on the support.
[0006]
On the other hand, a moire method is one method of the three-dimensional measurement method. The Moire method has a solid lattice type and a lattice projection type, and is widely used in various fields. In the grid projection type moire method, as shown in FIG. 86, small grids G1 and G2 are arranged for projection and observation, respectively, and G1 is projected onto an object by a lens L1, and deformed according to the object shape. The lattice line thus formed is imaged on another grating G2 through the lens L2, and a fringe contour line is generated at a predetermined distance from the reference plane. In the real lattice type moire method, as shown in FIG. 87, one lattice G is installed on the reference plane, the point light source S1 is located at the position of the lens L1 in FIG. 86, and the observation eye e is located at the position of the lens L2. , And drop the shadow of the grating G from the light source S1 onto the object, form a shadow of the grating G deformed according to the object shape, and observe this through the grating G. This is a method of observing moire fringes caused by the shadows.
[0007]
This will be described in more detail with reference to the detailed view of FIG. Let s be the pitch of the grating, and d be the distance between the light source and the observation point. Both the gratings G1 and G2 in the same plane have a pitch s, but the gratings are shifted from each other by ε in the plane (2πε / s in terms of the phase of the grating pitch).
[0008]
[Expression 1]
[0009]
It can be expressed. The moire fringes (contour lines) that are formed have orders that are counted as first order and second order as they move away from the lattice plane with the lattice plane as a reference (0th order). Therefore, the moiré fringes of the fringe order N are obtained by setting cos 2πN. As a result, the Nth order moire contour is the next position hN away from the reference plane,
[0010]
[Expression 2]
[0011]
Will be formed. This does not include the position coordinate x and is a unique value determined by N (regardless of x). That is, the contour lines are formed.
[0012]
Further, when the configuration as shown in FIG. 89 is adopted, this corresponds to a configuration in which S1 is a point light source, an observation point is placed at the position of S2, and one continuous lattice (and hence ε = 0) is arranged. (Substantial lattice type). Since ε = 0, from equation (2)
[0013]
[Equation 3]
[0014]
Holds. However, although it is called a contour line, the interval ΔhN = hN + 1−hN is not constant and varies depending on the order N.
[0015]
Conventionally, the three-dimensional shape measurement method based on the moire method can intuitively grasp the object, but (1) it is difficult to determine unevenness, and (2) is not suitable for high-sensitivity three-dimensional measurement (currently moire). The interval between contour line stripes is limited to about 10 μm.) (3) Since the visibility of moire fringes is not uniform for each stripe, it is difficult to handle moire images as objects of image processing. This problem is that, in the case of the lattice projection type, since two lattices are used, by moving one of them, the fringe scanning, that is, the phase of the moire fringe is shifted, and the contour line spacing is equivalent. It is possible to finely divide the target and to determine the unevenness of the object and improve the measurement sensitivity. The principle of this phase shift method will be described.
[0016]
As shown in FIG. 90, the phase-modulated fringe image is
I = I (θ) = a (x, y) + b (x, y) cos (Φ (x, y) + θ)
[Where a: bias, b: amplitude, θ: operable phase, Φ: phase value corresponding to height]
It is represented by
[0017]
What is desired here is the phase Φ (x, y) at each point (x, y). Since the bias and amplitude are unknown components that change due to surface reflectivity and dirt, etc., three striped images with the phase θ changed to 0, π / 2, and π
I1 = I (0) = a (x, y) + b (x, y) cos (Φ (x, y) + θ)
I2 = I (π / 2) = a (x, y) −b (x, y) sin (Φ (x, y) + θ)
I3 = I (π) = a (x, y) −b (x, y) cos (Φ (x, y) + θ)
Is generated.
[0018]
[Expression 4]
[0019]
If the phase is calculated by the above equation (4), the reflectance and dirt components can be removed and the phase Φ (x, y) of each point can be obtained. However, in the case of the real lattice type, there is only one lattice, so even if phase shift is performed like the lattice projection type moire method, it is not possible to change the phase while aligning the phases of all order contour lines. .
[0020]
With respect to such a problem, by using the technique of the above-mentioned (c) Japanese Patent No. 2887517, the vertical movement of the lattice plane and the horizontal movement of the light source or the observation point are simultaneously performed, so that the moire fringes of each order are obtained. The fringe phase can be shifted with respect to the measurement object in a state in which the phases of the fringes of the respective orders are substantially aligned without causing a substantial change in the phase. For this reason, it is possible to process from a plurality of fringe images based on the principle of the phase shift method, thereby increasing the density of measurement points due to the moire fringes on the measurement target, and about 1/40 to about one moire fringe period. The physical division of about 1/100 is possible, and it is possible to determine the unevenness of the surface and to improve the measurement sensitivity, which has been difficult with the real lattice type moire method.
[0021]
Further, using (d) Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-332956, Document (f) “Substantial Moire Method by Phase Shift”, and (g) “Measurement of Flatness of Liquid Crystal Glass” gives parallel light. Thus, since the difference in the stripe interval due to the stripe order is eliminated, it is possible to shift while aligning the phases of all the stripes. Furthermore, in these methods, it is possible to shift the phase only by the grating motion.
[0022]
[Problems to be solved by the invention]
However, when measuring the entire surface of a cylindrical specimen or the like by applying the phase shift method as in the technique of the above-mentioned (c) Japanese Patent No. 2887517, the phase is shifted by at least three revolutions of the specimen. Therefore, since it is necessary to repeat the grating movement and the moire fringe imaging, the measurement takes time. Further, there is a problem that the apparatus configuration is complicated because it is necessary to move the grating in a plurality of directions (parallel and rotation).
[0023]
Even if the techniques of (d) Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-332956, literature (f) “substance lattice moire method by phase shift”, (g) “flatness measurement of liquid crystal glass” are used, When measuring the entire surface of an object or the like, it is necessary to repeat the operation of grating movement and imaging in order to obtain a phase-shifted image, and it is necessary to make the object to be rotated three or more times, resulting in an increase in measurement time. .
[0024]
(E) In the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-54711, the phase is shifted by changing the height of the test object. In this case, however, the movement and imaging of the test object must be repeated a plurality of times. This increases the measurement time. It should be noted that a clear method for quantifying the uneven shape is not sufficiently explained.
[0025]
In order to solve the above-mentioned problems caused by the prior art, the present invention eliminates the problems between the observation points even when the diameter is changed, the workpiece is tapered, the drum roller or the like has a different shape. It is an object of the present invention to provide a shape measuring method and a shape measuring apparatus that can maintain a constant step amount and can accurately measure a shape without causing a difference in phase shift amount or a difference in measurement resolution.
[0026]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems and achieve the object, a shape measuring method according to the present invention includes a light source and a grating pattern for generating moire fringes, and a lens and a light receiving element for imaging the moire fringes. Using a moire optical system, moiré fringes formed on a measurement object at different distances from the grating pattern are measured at a plurality of measurement positions, and a plurality of positions obtained by a relative position change between the measurement object and the moire optical system In the shape measuring method for measuring the shape of the surface of the object to be measured based on the moire fringe measurement data at the object, the plurality of measurement positions are set to the object to be measured so that the intervals between the plurality of moire fringes on the object to be measured are constant. It includes a measurement position changing step that changes according to the shape data of the measurement object.
[0027]
According to the present invention, since the measurement position is changed based on the shape data of the object to be measured, accurate shape measurement can be performed even if the shape is not limited to a fixed shape.
[0028]
Further, in the shape measuring method according to the present invention, in the measurement position changing step, a corresponding light receiving element is selected from a plurality of light receiving elements in a predetermined array used for measurement so that the intervals between the plurality of moire fringes are constant. It is characterized by doing.
[0029]
According to the present invention, it is possible to easily measure the shape of an object to be measured by simply selecting a light receiving element having a constant moire fringe spacing among light receiving elements in a predetermined arrangement.
[0030]
The shape measuring method according to the present invention is characterized in that the measurement position changing step changes an optical path of a moire optical system used for measurement so that the intervals between the plurality of moire fringes are constant.
[0031]
According to the present invention, the shape of the object to be measured can be easily measured simply by changing the optical path of the moire optical system.
[0032]
Further, the shape measuring method according to the present invention is characterized in that the measurement position changing step changes the image magnification and the center position of the moire optical system used for measurement so that the intervals between the plurality of moire fringes are constant. To do.
[0033]
According to the present invention, the shape of the object to be measured can be easily measured by simply changing the image magnification and the center position of the moire optical system.
[0034]
In the shape measuring method according to the present invention, the measurement position changing step changes the position of the light receiving element used for measurement so that the intervals between the plurality of moire fringes are constant.
[0035]
According to the present invention, the shape of the object to be measured can be easily measured simply by changing the position of the light receiving element.
[0036]
The shape measurement method according to the present invention is characterized in that the measurement position changing step changes the pitch of the lattice pattern so that intervals in a predetermined direction of the plurality of moire fringes are constant.
[0037]
According to the present invention, it is possible to easily measure the shape of the object to be measured simply by changing the pitch of the lattice pattern.
[0038]
Further, the shape measuring apparatus according to the present invention is obtained by a light source and a grating pattern for generating moire fringes, a moire optical system including a lens and a light receiving element for imaging the moire fringes, and the light receiving element. Shape data calculation processing means for calculating the shape data of the object to be measured based on the measurement result of moire fringes, moire fringe measurement position changing means for changing the measurement position of the moire fringes by the light receiving element according to the shape data, A relative position moving means for changing the relative position of the object to be measured and the moire optical system, and shape calculation for calculating the shape of the object to be measured based on the measurement result of the light receiving element obtained by the change of the relative position And a processing means.
[0039]
According to this invention, the shape data of the object to be measured is obtained based on the measurement result of the moire fringe, the measurement position of the moire optical system and the relative position with the object to be measured are changed, the shape of the object to be measured is measured, and the shape is determined. Since the calculation is performed, the shape of the object to be measured can be measured accurately even if the shape is not limited to a fixed shape.
[0040]
Further, in the shape measuring apparatus according to the present invention, the light receiving element is configured to be able to select an array or an element in each array from a plurality of arrays, and based on the shape data obtained by the shape data calculation processing means, In order to change the moiré fringe measurement position, a light receiving element selection instructing unit for selecting the array of the light receiving elements or an element in each array is provided.
[0041]
According to the present invention, the shape of the object to be measured can be easily measured only by selecting the light receiving element array or the elements in each array in which the intervals of the moire fringes are constant among the light receiving elements in a predetermined array.
[0042]
Further, the shape measuring apparatus according to the present invention is a moire fringe measurement position based on a parallel plate provided between the lens and the grating pattern and capable of changing an optical path, and shape data obtained by the shape data calculation processing means. Moving means for changing the angle of the parallel plate to change the angle.
[0043]
According to the present invention, it is possible to change the measurement position of the object to be measured simply by changing the angle of the parallel flat plate, and the shape measurement can be easily performed.
[0044]
Further, the shape measuring apparatus according to the present invention provides a moire fringe measurement position based on shape data obtained by the prism that is provided between the lens and the grating pattern and can change an optical path, and the shape data calculation processing means. And a moving means for changing the position of the prism for changing.
[0045]
According to the present invention, the measurement position of the object to be measured can be changed by simply changing the position of the prism, and the shape measurement can be easily performed.
[0046]
In addition, the shape measuring apparatus according to the present invention includes, as the lens, a variable focus lens capable of changing an image magnification in order to change a moiré fringe measurement position by the light receiving element according to the shape data, and the shape data calculation process. And a moving means for changing the center position of the moire optical system in order to change the moire fringe measurement position based on the shape data obtained by the means.
[0047]
According to the present invention, the measurement position of the object to be measured can be changed by changing the image magnification of the variable focus lens and moving the center position of the moire optical system, and the shape can be easily measured.
[0048]
Further, the shape measuring apparatus according to the present invention changes the image magnification of the moire optical system provided for changing the moire fringe measurement position by the light receiving element according to the shape data obtained by the shape data calculation processing means. It is characterized by comprising first moving means and second moving means for changing the center position of the moire optical system.
[0049]
According to the present invention, by moving the two moving means, the image magnification and the center position of the moire optical system can be changed, and the shape can be easily measured.
[0050]
The shape measuring apparatus according to the present invention further includes a moving means for moving the light receiving element in order to change the moire fringe measurement position by the light receiving element in accordance with the shape data obtained by the shape data calculation processing means. It is characterized by.
[0051]
According to the present invention, the shape of the object to be measured can be easily measured simply by changing the position of the light receiving element.
[0052]
In addition, the shape measuring apparatus according to the present invention includes a variable grating pattern capable of changing a pitch, and a grating pitch instruction means for changing a moire fringe interval in the variable grating pattern as the grating pattern. And
[0053]
According to the present invention, it is possible to easily measure the shape of the object to be measured simply by changing the pitch of the lattice pattern.
[0054]
Further, the shape measuring apparatus according to the present invention is characterized in that the moire fringe measurement position changing means changes the moire fringe measurement position by the light receiving element according to the known shape data of the measured object to be input. To do.
[0055]
According to the present invention, when the shape data of an object to be measured is known, detailed shape data can be calculated by measuring using the known shape data.
[0056]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Exemplary embodiments of a shape measuring method and a shape measuring apparatus according to the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings.
[0057]
(Basic configuration of the invention)
The present invention is intended for cylindrical specimens such as roller parts and planar specimens such as liquid crystals, and applies the phase shift method to the tangential grid type moire method, and further performs phase imaging by one series of imaging. A shifted image is obtained. Thereby, shape measurement can be performed at high speed, and the surface of the test object is inspected from the quantitative shape data.
[0058]
FIG. 1 is a diagram showing a measuring head of a shape measuring apparatus, and FIG. 2 is a diagram showing an overall configuration. As shown in these drawings, the
[0059]
The measuring
[0060]
4 is a perspective view showing the positional relationship between the measuring
[0061]
Here, the rotation speed of the
[0062]
First, at time t1, a region 3 (step 1) is imaged in the A column, a region 2 (step 0) is imaged in the B column, and a region 1 (step 2) is imaged in the C column. Next, at time t2, the region 4 (step 1) is imaged in the A column, the region 3 (step 0) is imaged in the B column, and the region 2 (step 2) is imaged in the C column. Further, at time t3, the region 5 (step 1) is imaged in the A column, the region 4 (step 0) is imaged in the B column, and the region 3 (step 2) is imaged in the C column.
[0063]
As a result, the data shown in the chart of FIG. 6 is obtained on the image memory (not shown). Therefore, the shape of the
[0064]
Strictly speaking, since the fringe interval varies depending on the fringe order, the step amount varies depending on the fringe order to be measured, resulting in a measurement error. FIG. 7 is a diagram showing moire contour stripes. For example, when l = 200 mm, d = 70 mm, and s = 83.3 μm (12 lines / mm), the moire contour line stripe hN is as shown in FIG. Here, if the reference height of the test object is set to the position of the stripe order n = 3 and the measurement range is set to a range of about 480 μm where n = 2 to 4, Δh2 = 239.423 μm and Δh3 = 239.995 μm The difference in height is as small as 0.572 μm, and undulations and dents with a height difference of about several μm can be measured without problems.
[0065]
(About various shapes of the cylindrical specimen 101)
In the above method, the position adjustment of the
[0066]
When such a
[0067]
Furthermore, when the change of the diameter r is large, the difference between the fringe orders where the diameter r is large and small is large. As a result, the difference in the moire fringe spacing also increases, and a problem arises when measuring undulations and dents having a height difference of about several μm. When the
[0068]
(Embodiment 1)
FIG. 10 is a diagram showing a shape measuring method according to the first embodiment of the present invention. As shown in the figure, when the radius r1 = 8 mm and the step amount Δh / 4 = 24 μm are desired, the points I0, I1, and I2 are observed as shown in FIG. Even when the shape changes and the radius r2 = 10 mm, when maintaining the step amount Δh / 4 = 24 μm, the points I′0, I′1, and I′2 are set as shown in FIG. Observe. The case shown in FIG. 10 is a case where I0-I1 and I2-I0 are equal, and I'0-I'1 and I'2-I'0 are equally spaced.
[0069]
FIG. 11 is a diagram showing a color line sensor used as the
[0070]
FIG. 13 is a flowchart showing a measurement procedure according to the first embodiment. First, shape data such as the radius of the object to be measured (cylindrical object 101) is acquired (step S1301), and the measurement position of the moire fringes is determined so that the step amount Δh / 4 becomes a predetermined value (step S1301). S1302), the measurement position of moire fringes is changed (step S1303). Thereafter, the
[0071]
(Embodiment 2)
In the second embodiment, when the shape data of the
[0072]
FIG. 16 is a flowchart showing a measurement procedure according to the second embodiment. As shown in the figure, the measurement is divided into a first measurement (step S1601) and a second measurement (step S1602). In the first measurement, as described above, the first shape of the surface of the device under
[0073]
Thereafter, the moire fringe measurement position is determined so that the step amount Δh / 4 becomes a predetermined value (step S1613), and the measurement position is changed (step S1614).
[0074]
Thereafter, the second measurement (step S1602) is performed. First, the
[0075]
(Embodiment 3)
In the third embodiment, the same moire method as the second measurement is used for the first measurement (step S1601) described in the second embodiment. For example, when the moiré fringes of the object to be measured (cylindrical object) 101 are imaged with the configuration shown in FIG. 4, the captured image shown in FIG. 17 is obtained. Here, the axial direction is X, and the circumferential direction is Y. A striped pattern parallel to the axial direction is observed according to the shape of the
[0076]
Here, when the data profile is taken in the Y direction at the position of Xa, the characteristic diagram shown in FIG. 18 is obtained. In the figure, the horizontal axis represents the Y axis, and the vertical axis represents the moire fringe intensity. It is assumed that the fringe has one cycle between the vertex positions Ya and Yb. If the shape difference between these vertex positions Ya and Yb is Δh, Δh can be calculated from the parameters of the moire fringe optical system. Alternatively, it may be measured in advance.
[0077]
Thereby, the relationship shown in the characteristic diagram of FIG. 19 is obtained. In the figure, when the distance from Ya in the Y direction is abscissa, the direction in which the shape is measured is Z, the radius of the device under
[0078]
FIG. 20 is a flowchart showing a measurement procedure according to the third embodiment. In the first measurement (step S2001), the first shape measurement based on the moire fringe measurement described above is performed (step S2011), and the shape data (radius) of the surface of the object to be measured 101 is obtained by calculation (step S2012).
[0079]
Next, from this result, the measurement position of the moire fringe is determined so that the step amount Δh / 4 becomes a predetermined value (step S2013), and the measurement position of the moire fringe is changed (step S2014).
[0080]
Thereafter, the second measurement (step S2002) is performed. First, the
[0081]
(Embodiment 4)
The configuration of the fourth embodiment will be described with reference to the perspective view of FIG. 21 and the block diagram of FIG. An object to be measured (cylindrical object) 101 is held by a holding
[0082]
In the first measurement, the moire fringe image captured by the
[0083]
(Embodiment 5)
FIG. 23 is a flowchart showing a measurement procedure according to the fifth embodiment. First, in the first measurement (step S2301), the first shape measurement is performed by the moire fringe measurement described in the third embodiment (step S2311), and the radius r of the surface of the measured
[0084]
From this result, the measurement position of the moire fringe is determined so that the step amount Δh / 4 becomes a predetermined value (step S2313), and the
[0085]
Thereafter, in the second measurement (step S2302), the
[0086]
(Embodiment 6)
FIG. 25 is a flowchart showing a measurement procedure according to the sixth embodiment. First, in the first measurement (step S2501), the first shape measurement is performed by the moire fringe measurement described in the third embodiment (step S2511), and the radius r of the surface of the
[0087]
From this result, the measurement position of moire fringes is determined so that the step amount Δh / 4 becomes a predetermined value (step S2513), and the optical path to the
[0088]
Thereafter, in the second measurement (step S2502), the
[0089]
(Embodiment 7)
FIG. 27 is a flowchart showing a measurement procedure according to the seventh embodiment. First, in the first measurement (step S2701), the first shape measurement based on the moire fringe measurement described in the third embodiment is performed (step S2711), and the radius r of the surface of the
[0090]
From this result, the measurement position of the moire fringes is determined so that the step amount Δh / 4 becomes a predetermined value (step S2713), and the image magnification and the center position of the light receiving system are changed so as to observe the position (step S2713). S2714).
[0091]
FIG. 28 is a diagram for explaining a change in image magnification of the light receiving system. For example, as shown in FIG. 28A, the moiré fringes at the points I0, I1, and I2 with the radius r1 are arranged in the respective arrays A, B, and C of the
[0092]
Thereafter, in the second measurement (step S2702), the
[0093]
(Embodiment 8)
FIG. 29 is a flowchart showing a measurement procedure according to the eighth embodiment. First, in the first measurement (step S2901), the first shape measurement by the moire fringe measurement described in the third embodiment is performed (step S2911), and the radius r of the surface of the
[0094]
From this result, the measurement position of moire fringes is determined so that the step amount Δh / 4 becomes a predetermined value (step S2913), and the
[0095]
FIG. 30 is a diagram for explaining the movement of the light receiving element. For example, as shown in FIG. 30A, it is assumed that moire fringes at points I0, I1, and I2 are measured by the arrays A, B, and C of the
[0096]
Thereafter, in the second measurement (step S2902), the
[0097]
(Embodiment 9)
FIG. 31 is a block diagram showing the configuration of the ninth embodiment. In the figure, the same reference numerals are given to the components common to those in FIGS. The
[0098]
In the first measurement, the moire fringe image captured by the
[0099]
Then, the device under
[0100]
(Embodiment 10)
FIG. 32 is a block diagram showing the configuration of the tenth embodiment. The
[0101]
In the first measurement, the moire fringe image captured by the
[0102]
FIG. 33 shows a parallel plate. A parallel
[0103]
Thereafter, the object to be measured 101 is rotated by the
[0104]
(Embodiment 11)
FIG. 34 is a block diagram showing the configuration of the eleventh embodiment. The
[0105]
In the first measurement, the moire fringe image captured by the
[0106]
FIG. 35 shows a prism. A
[0107]
Thereafter, the
[0108]
(Embodiment 12)
FIG. 36 is a block diagram showing the configuration of the twelfth embodiment. The
[0109]
In the first measurement, the moire fringe image captured by the
[0110]
As shown in FIG. 36, a
[0111]
Thereafter, the
[0112]
(Embodiment 13)
FIG. 37 is a block diagram showing the configuration of the thirteenth embodiment. The
[0113]
In the first measurement, the moire fringe image captured by the
[0114]
Thereafter, the
[0115]
(Embodiment 14)
FIG. 38 is a block diagram showing the configuration of the fourteenth embodiment. The
[0116]
In the first measurement, the moire fringe image captured by the
[0117]
Thereafter, the
[0118]
(Embodiment 15)
FIG. 39 is a block diagram showing the configuration of the fifteenth embodiment. The
[0119]
In the first measurement, the moire fringe image captured by the
[0120]
Then, the
[0121]
FIG. 40 is a diagram showing cross-sectional shape data obtained by shape calculation processing. The horizontal axis is the axial direction of the
[0122]
(Embodiment 16)
FIG. 41 is a block diagram showing the configuration of the sixteenth embodiment. The object to be measured 101 is arranged on the
[0123]
The
[0124]
(Embodiment 17)
FIG. 42 is a diagram for explaining the moire fringe spacing of the
[0125]
Therefore, as shown in FIG. 43, the lattice pattern pitch is partially changed. It is assumed that the
[0126]
FIG. 44 is a flowchart showing a measurement procedure according to the seventeenth embodiment. Shape data of the surface of the object to be measured 101 is acquired (step S4401), and the lattice pattern pitch is changed as described above so that the moire fringe spacing Δh becomes substantially constant (step S4402). Further, the measurement position of moire fringes is determined so that the step amount Δh / 4 becomes a predetermined value (step S4403), and the measurement position is changed (step S4404).
[0127]
Thereafter, the
[0128]
(Embodiment 18)
FIG. 45 is a flowchart showing a processing procedure according to the eighteenth embodiment. When the shape data of the device under
[0129]
In accordance with this result, the lattice pattern pitch is changed so that the moire fringe spacing Δh becomes substantially constant (step S4513). Further, the measurement position of moire fringes is determined so that the step amount Δh / 4 becomes a predetermined value (step S4514), and the measurement position is changed (step S4515).
[0130]
Thereafter, in the second measurement (step S4502), the
[0131]
(Embodiment 19)
FIG. 46 is a flowchart showing a processing procedure according to the nineteenth embodiment. When the shape data of the device under
[0132]
In accordance with this result, the lattice pattern pitch is changed so that the moire fringe spacing Δh becomes substantially constant (step S4613). Furthermore, the measurement position of the moire fringes is determined so that the step amount Δh / 4 becomes a predetermined value (step S4614), and the measurement position is changed (step S4615).
[0133]
Thereafter, in the second measurement (step S4602), the
[0134]
(Embodiment 20)
The configuration of the twentieth embodiment will be described with reference to the perspective view of FIG. 47 and the block diagram of FIG. The
[0135]
In the first measurement, the moire fringe image captured by the
[0136]
Then, the
[0137]
(Embodiment 21)
FIG. 49 is a flowchart showing the measurement procedure of the twenty-first embodiment. First, in the first measurement (step S4901), the first shape measurement based on the moire fringe measurement described in the third embodiment is performed (step S4911), and the radius r of the surface of the
[0138]
In accordance with this result, the lattice pattern pitch is changed so that the moire fringe spacing Δh becomes substantially constant (step S4913). Further, the moire fringe measurement position is determined so that the step amount Δh / 4 becomes a predetermined value (step S4914), and the
[0139]
Thereafter, in the second measurement (step S4902), the
[0140]
(Embodiment 22)
FIG. 50 is a flowchart showing the measurement procedure of the twenty-second embodiment. First, in the first measurement (step S5001), the first shape measurement based on the moire fringe measurement described in the third embodiment is performed (step S5011), and the radius r of the surface of the measured
[0141]
In accordance with this result, the lattice pattern pitch is changed so that the moire fringe spacing Δh becomes substantially constant (step S5013). Further, the measurement position of the moire fringes is determined so that the step amount Δh / 4 becomes a predetermined value (step S5014), and the optical path is bent (step S5015, see FIG. 26).
[0142]
Thereafter, in the second measurement (step S5002), the
[0143]
(Embodiment 23)
FIG. 51 is a flowchart showing a measurement procedure according to the twenty-third embodiment. In the first measurement (step S5101), first, shape measurement is performed by the moire fringe measurement described in the third embodiment (step S5111), and the radius r of the surface of the object to be measured 101 is calculated (step S5112).
[0144]
In accordance with this result, the lattice pattern pitch is changed so that the moire fringe spacing Δh becomes substantially constant (step S5113). Further, the measurement position of moire fringes is determined so that the step amount Δh / 4 becomes a predetermined value (step S5114), and the image magnification and center position of the light receiving system are adjusted (step S5115, see FIG. 28).
[0145]
Thereafter, in the second measurement (step S5102), the
[0146]
(Embodiment 24)
FIG. 52 is a flowchart showing a measurement procedure according to the twenty-fourth embodiment. First, in the first measurement (step S5201), the moire fringes described in the third embodiment are measured (step S5211), and the radius r of the surface of the
[0147]
In accordance with this result, the lattice pattern pitch is changed so that the moire fringe spacing Δh becomes substantially constant (step S5213). Further, the measurement position of the moire fringes is determined so that the step amount Δh / 4 becomes a predetermined value (step S5214), and the light receiving element is moved (see step S5215, FIG. 30).
[0148]
Thereafter, in the second measurement (step S5202), the
[0149]
(Embodiment 25)
FIG. 53 is a block diagram showing a configuration of the twenty-fifth embodiment. The
[0150]
In the first measurement, the moire fringe image captured by the
[0151]
Then, the
[0152]
(Embodiment 26)
FIG. 54 is a block diagram showing the configuration of the twenty-sixth embodiment. The
[0153]
In the first measurement, the moire fringe image captured by the
[0154]
A
[0155]
Thereafter, the
[0156]
(Embodiment 27)
FIG. 55 is a block diagram showing a configuration of the twenty-seventh embodiment. The
[0157]
In the first measurement, the moire fringe image captured by the
[0158]
A
[0159]
Thereafter, the
[0160]
(Embodiment 28)
FIG. 56 is a block diagram showing a configuration of the twenty-eighth embodiment. The
[0161]
In the first measurement, the moire fringe image captured by the
[0162]
As shown in FIG. 56, a
[0163]
Thereafter, the object to be measured 101 is rotated by the
[0164]
(Embodiment 29)
FIG. 57 is a block diagram showing the configuration of the twenty-ninth embodiment. The
[0165]
In the first measurement, the moire fringe image captured by the
[0166]
As shown in FIG. 57, the
[0167]
Thereafter, the
[0168]
Embodiment 30
FIG. 58 is a block diagram showing the configuration of the thirtieth embodiment. The
[0169]
In the first measurement, the moire fringe image captured by the
[0170]
As shown in FIG. 58, the
[0171]
Thereafter, the
[0172]
Embodiment 31
FIG. 59 is a block diagram showing a configuration of the thirty-first embodiment. The
[0173]
In the first measurement, the moire fringe image captured by the
[0174]
Furthermore, moire fringe
[0175]
Then, the
[0176]
(Embodiment 32)
The configuration of the thirty-second embodiment is a configuration in which the inspection apparatus described in the thirty-first embodiment is applied to the system described in the sixteenth embodiment (see FIG. 41). According to this configuration, the non-defective product can be transferred to the
[0177]
(Embodiment 33)
In each of the above-described
[0178]
FIG. 60 is a flowchart showing a measurement procedure according to the thirty-third embodiment. Based on the shape data of the surface of the
[0179]
Thereafter, the device under
[0180]
(Embodiment 34)
FIG. 61 is a flowchart showing the measurement procedure of the thirty-fourth embodiment. First, based on the shape data of the surface of the
[0181]
Thereafter, the device under
[0182]
(Embodiment 35)
FIG. 62 is a flowchart showing the measurement procedure of the thirty-fifth embodiment. First, based on the shape data of the surface of the
[0183]
Thereafter, the device under
[0184]
Embodiment 36
FIG. 63 is a flowchart showing the measurement procedure of the thirty-sixth embodiment. First, based on the shape data of the surface of the
[0185]
Thereafter, the device under
[0186]
(Embodiment 37)
FIG. 64 is a flowchart showing the measurement procedure of the thirty-seventh embodiment. First, based on the shape data of the surface of the
[0187]
Thereafter, the
[0188]
(Thirty-eighth embodiment)
FIG. 65 is a block diagram showing a configuration of the thirty-eighth embodiment. The
[0189]
First, in the processing means 6500, moire fringe
[0190]
(Embodiment 39)
FIG. 66 is a block diagram showing the structure of the thirty-ninth embodiment. The
[0191]
First, in the processing means 6600, moire fringe
[0192]
In the above-described thirty-fourth and thirty-eighth embodiments, the position is shifted in units of the
[0193]
(Embodiment 40)
FIG. 67 is a block diagram showing the configuration of the fortieth embodiment. The
[0194]
First, in the processing means 6700, moire fringe
[0195]
In the above-described thirty-fourth and thirty-eighth embodiments, the position is shifted in units of the
[0196]
(Embodiment 41)
FIG. 68 is a block diagram showing the structure of the forty-first embodiment. The
[0197]
First, in the processing means 6800, moire fringe
[0198]
Thereafter, the object to be measured 101 is rotated by the
[0199]
(Embodiment 42)
FIG. 69 is a block diagram showing the structure of the forty-second embodiment. The
[0200]
First, in the processing means 6900, moire fringe
[0201]
Thereafter, the object to be measured 101 is rotated by the
[0202]
(Embodiment 43)
FIG. 70 is a block diagram showing the configuration of the forty-third embodiment. The
[0203]
First, in the processing means 7000, moire fringe
[0204]
Thereafter, the object to be measured 101 is rotated by the
[0205]
(Embodiment 44)
FIG. 71 is a block diagram showing a configuration of the forty-fourth embodiment. The
[0206]
First, in the processing means 7100, moire fringe
[0207]
Then, the object to be measured 101 is rotated by the
[0208]
(Embodiment 45)
The configuration of the forty-fifth embodiment is a configuration in which the inspection apparatus described in the forty-fourth embodiment is applied to the system described in the sixteenth embodiment (see FIG. 41). According to this configuration, the non-defective product can be transferred to the
[0209]
(Embodiment 46)
FIG. 72 is a flowchart showing a processing procedure according to the forty-sixth embodiment. Based on the known shape data of the surface of the object to be measured 101 such as the radius (step S7201), the lattice pattern pitch is changed so that the moire fringe spacing Δh becomes substantially constant (step S7202). Further, the moire fringe measurement position is determined so that the step amount Δh / 4 becomes a predetermined value (step S7203), and the measurement position is changed (step S7204).
[0210]
Thereafter, the
[0211]
(Embodiment 47)
FIG. 73 is a flowchart showing a measurement procedure according to the forty-seventh embodiment. First, based on the shape data of the surface of the
[0212]
Thereafter, the
[0213]
(Embodiment 48)
FIG. 74 is a flowchart showing a measurement procedure according to the forty-eighth embodiment. First, based on the known shape data of the surface of the object to be measured 101 such as a radius (step S7401), the lattice pattern pitch is changed so that the moire fringe spacing Δh becomes substantially constant (step S7402). Further, the measurement position of moire fringes is determined so that the step amount Δh / 4 becomes a predetermined value (step S7403), and the optical path is bent (step S7404, see FIG. 26).
[0214]
Thereafter, the
[0215]
(Embodiment 49)
FIG. 75 is a flowchart showing a measurement procedure according to the forty-ninth embodiment. First, based on the shape data of the surface of the
[0216]
Thereafter, the
[0217]
(Embodiment 50)
FIG. 76 is a flowchart showing a measurement procedure according to the 50th embodiment. First, based on the shape data of the surface of the
[0218]
Thereafter, the
[0219]
(Embodiment 51)
FIG. 77 is a block diagram showing the structure of the embodiment 51. In FIG. The
[0220]
First, in the processing means 7700, the pattern
[0221]
Then, the object to be measured 101 is rotated by the
[0222]
(Embodiment 52)
FIG. 78 is a block diagram showing the structure of the 52nd embodiment. The
[0223]
First, in the processing means 7800, the pattern
[0224]
A
[0225]
Thereafter, the object to be measured 101 is rotated by the
[0226]
(Embodiment 53)
FIG. 79 is a block diagram showing the structure of the 53rd embodiment. The
[0227]
First, in the processing means 7900, a pitch at which the moire fringe spacing Δh becomes substantially constant is calculated by the pattern
[0228]
A
[0229]
Thereafter, the object to be measured 101 is rotated by the
[0230]
(Embodiment 54)
FIG. 80 is a block diagram showing the structure of the 54th embodiment. The
[0231]
First, the processing means 8000 calculates a pitch at which the moire fringe spacing Δh becomes substantially constant based on the
[0232]
Thereafter, the object to be measured 101 is rotated by the
[0233]
(Embodiment 55)
FIG. 81 is a block diagram showing the structure of the 55th embodiment. The
[0234]
First, in the processing means 8100, based on the
[0235]
Thereafter, the object to be measured 101 is rotated by the
[0236]
(Embodiment 56)
FIG. 82 is a block diagram showing the structure of the 56th embodiment. The
[0237]
First, in the processing means 8200, a pitch that makes the moire fringe spacing Δh substantially constant is calculated by the pattern
[0238]
Thereafter, the object to be measured 101 is rotated by the
[0239]
(Embodiment 57)
FIG. 83 is a block diagram showing the structure of the 57th embodiment. The
[0240]
First, in the processing means 8300, a pitch that makes the moire fringe spacing Δh substantially constant is calculated by the pattern
[0241]
Then, the object to be measured 101 is rotated by the
[0242]
(Embodiment 58)
The configuration of the 58th embodiment is a configuration in which the inspection apparatus described in the 57th embodiment is applied to the system described in the 16th embodiment (see FIG. 41). According to this configuration, the non-defective product can be transferred to the
[0243]
The shape measuring method described in this embodiment can be realized by executing a program prepared in advance on a computer such as a personal computer or a workstation. This program is recorded on a computer-readable recording medium such as a hard disk, a flexible disk, a CD-ROM, an MO, and a DVD, and is executed by being read from the recording medium by the computer. The program may be a transmission medium that can be distributed via a network such as the Internet.
[0244]
【The invention's effect】
As described above, according to the method of the present invention, a light source and a grating pattern for generating moire fringes, and a moire optical system including a lens and a light receiving element for imaging the moire fringes are used. Based on moiré fringe measurement data at a plurality of positions obtained by measuring the moiré fringes formed on the measurement object at different distances from the measurement object at a plurality of measurement positions and by changing relative positions of the measurement object and the moire optical system. In the shape measuring method for measuring the shape of the surface of the object to be measured, the plurality of measurement positions are set according to the shape data of the object to be measured so that the intervals between the plurality of moire fringes on the object to be measured are constant. Since the measurement position changing process is changed, the measurement position is changed based on the shape data of the object to be measured. Unlikely to.
[0245]
Further, according to the present invention, the measurement position changing step selects a corresponding light receiving element from a plurality of light receiving elements in a predetermined array used for measurement so that the intervals between the plurality of moire fringes are constant. There is an effect that the shape of the object to be measured can be easily measured only by selecting a light receiving element having a constant interval of moire fringes among the light receiving elements in a predetermined arrangement.
[0246]
Further, according to the present invention, the measurement position changing step changes the optical path of the moire optical system used for measurement so that the intervals between the plurality of moire fringes are constant, so only the optical path of the moire optical system is changed. With this, the shape of the object to be measured can be easily measured.
[0247]
According to the invention, the measurement position changing step changes the image magnification and the center position of the moire optical system used for measurement so that the intervals between the plurality of moire fringes are constant. There is an effect that the shape of the object to be measured can be easily measured only by changing the magnification and the center position.
[0248]
Further, according to the present invention, the measurement position changing step changes the position of the light receiving element used for measurement so that the intervals between the plurality of moire fringes are constant. There is an effect that the shape of the measurement object can be easily measured.
[0249]
According to the present invention, the second measurement step changes the pitch of the lattice pattern so that the intervals in the predetermined direction of the plurality of moire fringes are constant, so only the pitch of the lattice pattern is changed. With this, the shape of the object to be measured can be easily measured.
[0250]
According to the apparatus of the present invention, the light source and the grating pattern for generating the moire fringe, the moire optical system including the lens and the light receiving element for imaging the moire fringe, and the moire obtained by the light receiving element. Shape data calculation processing means for calculating the shape data of the object to be measured based on the measurement result of the fringes, Moire fringe measurement position changing means for changing the measurement position of the moire fringes by the light receiving element according to the shape data, Relative position moving means for changing the relative position of the object to be measured and the moire optical system, and shape calculation processing for calculating the shape of the object to be measured based on the measurement result of the light receiving element obtained by the change of the relative position Means for obtaining the shape data of the object to be measured based on the measurement result of the moire fringe, changing the measurement position of the moire optical system and the relative position with the object to be measured, For computing the measured shape the shape of the measured object, an effect that even if different shapes not limited to a certain shape of the object to be measured can be accurately shape measurement.
[0251]
Further, according to the present invention, the light receiving element is composed of a plurality of arrays and is configured to be able to select an array or an element in each array, and based on the shape data obtained by the shape data calculation processing means, moiré fringe measurement Since the light receiving element selection instructing means for selecting the array of the light receiving elements or the elements in each array in order to change the position is provided, the array of the light receiving elements in which the interval of the moire fringes is constant among the light receiving elements in the predetermined array There is an effect that the shape of the object to be measured can be easily measured by simply selecting an element in each array.
[0252]
According to the invention, the moire fringe measurement position is changed based on the parallel plate provided between the lens and the grating pattern and capable of changing the optical path, and the shape data obtained by the shape data calculation processing means. Therefore, since the moving means for changing the angle of the parallel plate is provided, the measurement position of the object to be measured can be changed only by changing the angle of the parallel plate, and the shape can be easily measured.
[0253]
According to the invention, the moire fringe measurement position is changed based on the prism provided between the lens and the grating pattern and capable of changing the optical path, and the shape data obtained by the shape data calculation processing means. Since the moving means for changing the position of the prism is provided, the measurement position of the object to be measured can be changed only by changing the position of the prism, and the shape can be easily measured.
[0254]
Further, according to the present invention, the lens is obtained by the variable focus lens capable of changing the image magnification in order to change the moiré fringe measurement position by the light receiving element according to the shape data, and the shape data calculation processing means. And a moving means for changing the center position of the moire optical system to change the moire fringe measurement position based on the measured shape data, so that the change of the image magnification of the variable focus lens and the center position of the moire optical system can be changed. The measurement position of the object to be measured can be changed by movement, and the shape can be easily measured.
[0255]
According to the present invention, the first magnification for changing the image magnification of the moire optical system provided for changing the moire fringe measurement position by the light receiving element according to the shape data obtained by the shape data calculation processing means. Since the moving means and the second moving means for changing the center position of the moire optical system are provided, the image magnification and the center position of the moire optical system can be changed by moving the two moving means, thereby measuring the shape. There is an effect that it can be easily performed.
[0256]
In addition, according to the present invention, since the light receiving element is moved in order to change the moire fringe measurement position by the light receiving element according to the shape data obtained by the shape data calculation processing means, the light receiving element It is possible to easily measure the shape of the object to be measured simply by changing the position.
[0257]
In addition, according to the present invention, the lattice pattern includes a variable lattice pattern whose pitch can be varied and a lattice pitch instruction means for varying the moire fringe interval in the variable lattice pattern. It is possible to easily measure the shape of the object to be measured simply by changing.
[0258]
Further, according to the present invention, the moire fringe measurement position changing unit changes the moire fringe measurement position by the light receiving element according to the input known shape data of the object to be measured. When the data is known, it is possible to calculate detailed shape data by measuring using the known shape data.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view showing a measuring head of a shape measuring apparatus used in the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an overall configuration of a shape measuring apparatus used in the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a light receiving element.
FIG. 4 is a perspective view showing a positional relationship between a measuring head and a cylindrical specimen (measuring object).
FIG. 5 is a side view showing a positional relationship between a measurement head and a cylindrical specimen.
FIG. 6 is a chart showing imaging data by time.
FIG. 7 is a diagram showing moiré contour line stripes.
FIG. 8 is a diagram showing cylindrical specimens having different shapes.
FIG. 9 is a side view showing the positional relationship between a measurement head and a cylindrical specimen.
FIG. 10 is a diagram showing a shape measuring method according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing a color line sensor used as a light receiving element.
FIG. 12 is a diagram illustrating another example of measurement positions of moire fringes.
FIG. 13 is a flowchart showing a measurement procedure according to the first embodiment.
FIG. 14 is a diagram showing a measurement state of a radius of an object to be measured.
FIG. 15 is a view showing a photographed image obtained by a light cutting method.
FIG. 16 is a flowchart showing a measurement procedure according to the second embodiment.
FIG. 17 is a diagram showing a captured image obtained by the second embodiment.
FIG. 18 is a chart showing moiré fringe intensity.
FIG. 19 is a characteristic diagram for explaining the calculation of the radius of the object to be measured.
FIG. 20 is a flowchart showing a measurement procedure according to the third embodiment.
FIG. 21 is a perspective view showing the configuration of the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 22 is a block diagram showing a configuration of the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 23 is a flowchart showing a measurement procedure according to the fifth embodiment.
FIG. 24 is a diagram for explaining measurement positions of moire fringes.
FIG. 25 is a flowchart showing a measurement procedure according to the sixth embodiment.
FIG. 26 is a diagram showing a change of the optical path with respect to the light receiving element.
FIG. 27 is a flowchart showing a measurement procedure according to the seventh embodiment.
FIG. 28 is a diagram for explaining a change in image magnification of a light receiving system.
FIG. 29 is a flowchart showing a measurement procedure according to the eighth embodiment.
FIG. 30 is a diagram for explaining movement of a light receiving element;
FIG. 31 is a block diagram showing the configuration of the ninth embodiment.
32 is a block diagram showing the configuration of the tenth embodiment. FIG.
FIG. 33 is a view showing a parallel plate.
34 is a block diagram showing a configuration of the eleventh embodiment. FIG.
FIG. 35 is a diagram showing a prism.
FIG. 36 is a block diagram showing the structure of the twelfth embodiment.
FIG. 37 is a block diagram showing a configuration of the thirteenth embodiment.
38 is a block diagram showing a configuration of the fourteenth embodiment. FIG.
FIG. 39 is a block diagram showing the configuration of the fifteenth embodiment.
FIG. 40 is a diagram showing cross-sectional shape data obtained by shape calculation processing.
41 is a configuration diagram showing the configuration of the sixteenth embodiment. FIG.
FIG. 42 is a diagram for explaining the moire fringe spacing of a measurement object that is not cylindrical.
FIG. 43 is a diagram showing a change of a lattice pattern pitch.
FIG. 44 is a flowchart showing a measurement procedure according to the seventeenth embodiment.
FIG. 45 is a flowchart showing a processing procedure according to the eighteenth embodiment.
FIG. 46 is a flowchart showing a processing procedure according to the nineteenth embodiment.
47 is a perspective view showing the structure of the twentieth embodiment. FIG.
48 is a block diagram showing a configuration of the twentieth embodiment. FIG.
FIG. 49 is a flowchart showing a measurement procedure according to the twenty-first embodiment.
FIG. 50 is a flowchart showing a measurement procedure according to the twenty-second embodiment.
FIG. 51 is a flowchart showing a measurement procedure according to the twenty-third embodiment.
FIG. 52 is a flowchart showing a measurement procedure according to the twenty-fourth embodiment.
53 is a block diagram showing a configuration of the twenty-fifth embodiment. FIG.
54 is a block diagram showing a configuration of the twenty-sixth embodiment. FIG.
55 is a block diagram showing a configuration of the twenty-seventh embodiment. FIG.
56 is a block diagram showing a configuration of the twenty-eighth embodiment. FIG.
57 is a block diagram showing a configuration of the twenty-ninth embodiment. FIG.
FIG. 58 is a block diagram showing a configuration of the thirtieth embodiment.
FIG. 59 is a block diagram showing a configuration of the thirty-first embodiment.
FIG. 60 is a flowchart showing a measurement procedure according to the thirty-third embodiment.
FIG. 61 is a flowchart showing a measurement procedure of the thirty-fourth embodiment.
FIG. 62 is a flowchart showing a measurement procedure of the thirty-fifth embodiment.
FIG. 63 is a flowchart showing a measurement procedure according to the thirty-sixth embodiment.
FIG. 64 is a flowchart showing a measurement procedure according to the thirty-seventh embodiment.
65 is a block diagram showing the configuration of the thirty-eighth embodiment. FIG.
66 is a block diagram showing a configuration of the thirty-ninth embodiment. FIG.
67 is a block diagram showing the configuration of the fortieth embodiment. FIG.
68 is a block diagram showing a configuration of the forty-first embodiment. FIG.
69 is a block diagram showing the structure of the forty-second embodiment. FIG.
70 is a block diagram showing the configuration of the forty-third embodiment. FIG.
71 is a block diagram showing a configuration of the forty-fourth embodiment. FIG.
FIG. 72 is a flowchart showing a processing procedure according to the forty-sixth embodiment.
FIG. 73 is a flowchart showing a measurement procedure according to the forty-seventh embodiment.
FIG. 74 is a flowchart showing a measurement procedure according to the forty-eighth embodiment.
FIG. 75 is a flowchart showing a measurement procedure according to the forty-ninth embodiment.
FIG. 76 is a flowchart showing a measurement procedure according to the embodiment 50.
77 is a block diagram showing the structure of the embodiment 51. FIG.
78 is a block diagram showing the structure of the embodiment 52. FIG.
79 is a block diagram showing the configuration of the embodiment 53. FIG.
80 is a block diagram showing a configuration of an embodiment 54. FIG.
81 is a block diagram showing a structure of an embodiment 55. FIG.
82 is a block diagram showing the configuration of the 56th embodiment. FIG.
83 is a block diagram showing the structure of the embodiment 57. FIG.
FIG. 84 is a diagram showing a configuration of a conventional technique.
FIG. 85 is a diagram showing another configuration of the prior art.
FIG. 86 is a diagram for explaining a lattice projection type moire method;
FIG. 87 is a diagram for explaining an actual lattice type moire method;
FIG. 88 is a detailed diagram for explaining a real lattice type moire method;
FIG. 89 is a diagram for explaining a contour grid type contour line;
FIG. 90 is a diagram illustrating a phase-modulated fringe image.
[Explanation of symbols]
100 measuring head
101 Object to be measured (cylindrical object)
102 Air chuck
103 Grip jig
104 Rotating mechanism (Rotating motor)
105 stages
110 Light source
111 lattice pattern
112 Light receiving lens
113 Light receiving element
1102 Line sensor
1401 Slit light source
1402 camera
2101 Light source
2102 lattice pattern
2103 Light receiving lens
2103a Zoom lens
2104 camera
2200 Processing means
2201 Image input unit
2202 Shape data processing unit
2203 Moire fringe measurement position data
2204 Moire fringe measurement position changing means
2205 Shape calculation processing unit
2206 Control unit
3100 Processing means
3101 Light-receiving element selection instruction unit
3102 Drive driver
3200 Processing means
3102, 3201 Drive driver
3301 Parallel plate
3302 Parallel plate rotation motor
3400 Processing means
3401 Prism drive motor
3402 Moving stage
3501 prism
3600 processing means
3601 Moving stage
3602 Drive motor (camera motor)
3700 processing means
3701, 3702 Moving stage
3703 Drive motor (camera motor 1)
3704 Drive motor (camera motor 2)
3800 processing means
3801 PZT
3900 Processing means
3901 Light-receiving element selection instruction section
3902 Pass / Fail Judgment Unit
4101 Test object tray
4102 Robot
4103 Inspection equipment
4104 Good product tray
4105 Bad tray
4701 LCD panel
4800 processing means
4801 Pattern pitch instruction section
5300, 5400, 5500, 5600, 5700, 5800, 5900, 6500, 6600, 6700, 6800, 6900, 7000, 7100 Processing means
6501, 6601, 6701, 6801, 6901, 7001, 7101 Shape data
7700, 7800, 7900, 8000, 8100, 8200, 8300 Processing means
7701, 7801, 7901, 8001, 8101, 8201, 8301 Shape data
Claims (15)
前記被測定物上での複数のモアレ縞の間隔が一定となるように前記複数の測定位置を前記被測定物の形状データに応じて変える測定位置変更工程を含むことを特徴とする形状測定方法。Using a moire optical system including a light source and a grating pattern for generating moire fringes, and a lens and a light receiving element for imaging the moire fringes, moire formed on an object to be measured at different distances from the grating pattern. In a shape measuring method for measuring fringes at a plurality of measurement positions and measuring the shape of the surface of the object to be measured based on moire fringe measurement data at a plurality of positions obtained by a relative position change between the object to be measured and the moire optical system. ,
A shape measurement method comprising a measurement position changing step of changing the plurality of measurement positions in accordance with shape data of the measurement object so that intervals between the plurality of moire fringes on the measurement object are constant. .
複数のモアレ縞の間隔が一定となるように、測定に用いる所定配列の複数の受光素子のうち、該当する受光素子を選択することを特徴とする請求項1に記載の形状測定方法。The measurement position changing step includes
The shape measuring method according to claim 1 , wherein a corresponding light receiving element is selected from a plurality of light receiving elements in a predetermined array used for measurement so that the intervals between the plurality of moire fringes are constant.
複数のモアレ縞の間隔が一定となるように、測定に用いるモアレ光学系の光路を変化させることを特徴とする請求項1に記載の形状測定方法。The measurement position changing step includes
2. The shape measuring method according to claim 1 , wherein the optical path of the moire optical system used for measurement is changed so that the intervals between the plurality of moire fringes are constant.
複数のモアレ縞の間隔が一定となるように、測定に用いるモアレ光学系の像倍率及び中心位置を変更することを特徴とする請求項1に記載の形状測定方法。The measurement position changing step includes
The shape measuring method according to claim 1 , wherein the image magnification and the center position of the moire optical system used for measurement are changed so that the intervals between the plurality of moire fringes are constant.
複数のモアレ縞の間隔が一定となるように、測定に用いる受光素子の位置を変更することを特徴とする請求項1に記載の形状測定方法。The measurement position changing step includes
The shape measuring method according to claim 1 , wherein the position of the light receiving element used for measurement is changed so that the intervals between the plurality of moire fringes are constant.
複数のモアレ縞の所定方向の間隔が一定になるように、前記格子パターンのピッチを変更することを特徴とする請求項1に記載の形状測定方法。The measurement position changing step
Shape measuring method according to claim 1, the predetermined direction of the spacing of the plurality of moire fringes to be constant, and changing the pitch of the grating pattern.
前記モアレ縞を撮像するためのレンズ及び受光素子を備えたモアレ光学系と、
前記受光素子により得たモアレ縞の測定結果に基づき前記被測定物の形状データを演算する形状データ演算処理手段と、
前記形状データに応じて前記受光素子によるモアレ縞の測定位置を変更するモアレ縞測定位置変更手段と、
前記被測定物と前記モアレ光学系の相対位置を変化させるための相対位置移動手段と、
前記相対位置の変化によって得られる前記受光素子の測定結果に基づき前記被測定物の形状を演算する形状演算処理手段と、
を備えたことを特徴とする形状測定装置。A light source and a grating pattern for generating moire fringes;
A moire optical system including a lens and a light receiving element for imaging the moire fringes;
Shape data calculation processing means for calculating shape data of the object to be measured based on the measurement result of moire fringes obtained by the light receiving element;
Moire fringe measurement position changing means for changing the measurement position of moire fringes by the light receiving element according to the shape data;
A relative position moving means for changing a relative position of the object to be measured and the moire optical system;
Shape calculation processing means for calculating the shape of the object to be measured based on the measurement result of the light receiving element obtained by the change in the relative position;
A shape measuring apparatus comprising:
前記形状データ演算処理手段により得た形状データに基づき、モアレ縞測定位置を変更するために前記受光素子の配列あるいは各配列内の素子を選択する受光素子選択指示手段を備えたことを特徴とする請求項7に記載の形状測定装置。The light receiving element is composed of a plurality of arrays and is configured to be able to select an array or an element in each array.
And a light receiving element selection instruction means for selecting an array of the light receiving elements or an element in each array in order to change the moire fringe measurement position based on the shape data obtained by the shape data calculation processing means. The shape measuring apparatus according to claim 7 .
前記形状データ演算処理手段により得た形状データに基づき、モアレ縞測定位置を変更するために前記平行平板の角度を変更する移動手段と、
を備えたことを特徴とする請求項7に記載の形状測定装置。A parallel plate provided between the lens and the grating pattern and capable of changing an optical path;
Based on the shape data obtained by the shape data calculation processing means, moving means for changing the angle of the parallel plates in order to change the moire fringe measurement position;
The shape measuring apparatus according to claim 7 , comprising:
前記形状データ演算処理手段により得た形状データに基づき、モアレ縞測定位置を変更するために前記プリズムの位置を変更する移動手段と、
を備えたことを特徴とする請求項7に記載の形状測定装置。A prism provided between the lens and the grating pattern and capable of changing an optical path;
Based on the shape data obtained by the shape data calculation processing means, moving means for changing the position of the prism in order to change the moire fringe measurement position;
The shape measuring apparatus according to claim 7 , comprising:
前記形状データ演算処理手段により得た形状データに基づき、モアレ縞測定位置を変更するために前記モアレ光学系の中心位置を変更する移動手段と、
を備えたことを特徴とする請求項7に記載の形状測定装置。As the lens, a variable focus lens capable of changing the image magnification in order to change the moire fringe measurement position by the light receiving element according to the shape data,
Based on the shape data obtained by the shape data calculation processing means, moving means for changing the center position of the moire optical system in order to change the moire fringe measurement position;
The shape measuring apparatus according to claim 7 , comprising:
前記モアレ光学系の中心位置を変更する第二の移動手段と、
を備えたことを特徴とする請求項7に記載の形状測定装置。First moving means for changing an image magnification of a moire optical system provided for changing a moire fringe measurement position by the light receiving element according to the shape data obtained by the shape data calculation processing means;
Second moving means for changing the center position of the moire optical system;
The shape measuring apparatus according to claim 7 , comprising:
前記可変格子パターンにおけるモアレ縞間隔を可変させるための格子ピッチ指示手段と、
を備えたことを特徴とする請求項7〜13のいずれか一つに記載の形状測定装置。As the lattice pattern, a variable lattice pattern capable of varying the pitch,
Grating pitch indicating means for varying the moire fringe spacing in the variable grating pattern;
The shape measuring device according to any one of claims 7 to 13 , wherein the shape measuring device is provided.
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