JP4251980B2

JP4251980B2 - 形状計測装置

Info

Publication number: JP4251980B2
Application number: JP2003427215A
Authority: JP
Inventors: 志朗井上; 義和中野
Original assignee: Tsubakimoto Chain Co
Current assignee: Tsubakimoto Chain Co
Priority date: 2003-12-24
Filing date: 2003-12-24
Publication date: 2009-04-08
Anticipated expiration: 2023-12-24
Also published as: JP2005188955A

Description

本発明は、機械部品等の形状計測を行う装置に関し、さらに詳しくは、透過照明による投影像を用いて、物品の形状計測を行う装置に関するものである。

従来、機械部品等の形状計測を行う装置としては、被計測物の背後から光を照射し、その投影像を高解像度の工業用カメラにより撮像し、その撮像画像を演算処理することにより所望の個所の寸法を算出する装置が知られていた（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−１９４５２９号公報

しかしながら、従来の投影像を用いた形状計測装置では、被計測物の背後から照射した光が、被計測物の角で屈折したり、被計測物に対して若干の角度を持って照射された光が、被計測物の表面で反射したりする。その結果、投影像が実際の被計測物よりも小さく映し出され、被計測物の正確な形状計測の妨げとなっていた。また、被計測物を照射する照射手段の光源として、平行光線を照射する平行光学系照明装置を用いることにより、投影像と実像との乖離を抑制することも考えられているが、照明装置が高額になり、費用対効果の面で実用化に支障をきたしていた。

そこで、本発明の目的は、被計測物の背後から光を照射し、その投影像を撮像する形状計測装置であって、被計測物に照射された光が被計測物の角や表面で屈折したり、反射したりして、被計測物の投影像が実際の被計測物よりも小さく映し出されることを抑制するとともに、照射手段からの光のうち、物品に対して大きな照射角度で照射される光の影響を遮断することにより、被計測物の外形寸法を精度よく計測する安価な形状計測装置を提供することにある。

請求項１に記載の形状計測装置は、物品の外形寸法を計測する形状計測装置において、前記物品を載置する照明透過板と、前記物品を前記照明透過板を介して照射する照射手段と、前記照射手段の照射光が形成する前記物品の投影像を撮像する撮像手段と、前記物品と前記撮像手段との間に位置し、前記照明手段からの直接光以外の光を遮断する撮像偏光板と、前記物品と前記照射手段との間に位置し、前記撮像偏光板と同一の偏向特性を有する照射偏光板と、前記撮像手段と前記物品との間に位置し、前記照射手段からの光を透過する光学フィルタとを有するとともに、前記照明透過板が、前記物品の外形より若干大きな窓枠を有する光遮蔽マスクを有していることによって、上記課題を解決するものである。

ここで、光学フィルタとは、照射手段の光の波長以上（周波数以下）の光を透過する低域透過フィルタや、照射手段の光の波長近傍（周波数近傍）のみ透過する帯域透過フィルタを意味している。

請求項１に係る形状計測装置によれば、物品を載置する照明透過板と、物品を照明透過板を介して照射する照射手段と、照射手段の照射光が形成する物品の投影像を撮像する撮像手段と、物品と撮像手段との間に位置し、照明手段からの直接光以外の光を遮断する撮像偏光板と、物品と照射手段との間に位置し、撮像偏光板と同一の偏向特性を有する照射偏光板と、撮像手段と物品との間に位置し、照射手段からの光を透過する光学フィルタとを有するとともに、照明透過板が、物品の外形より若干大きな窓枠を有する光遮蔽マスクを有していることによって、物品の表面で反射した反射光が撮像偏光板で遮断されるとともに、照射手段からの光のうち、物品に対して大きな照射角度で照射される光の影響が光遮蔽マスクで遮断されるため、物品の投影像が実際の物品よりも小さく映し出されることが抑制され、正確な寸法計測が可能になる。

さらに、特定の偏光方向の光だけを用いて、投影像を形成することができるため、物品の表面で反射した反射光の影響や、物品の角で屈折した屈折光の影響をより確実に遮断でき、より正確な寸法計測が可能になる。

加えて、照射手段からの光以外の周囲光の影響を受けることなく、投影像を形成することができるため、より正確な寸法計測が可能になる。

本発明の形状計測装置の実施の形態について、図１及び図２に基づき説明する。本発明の形状計測装置は、図１に示したように、形状計測を行う物品１０を載置する照明透過板２０と、この照明透過板２０を介して物品１０に照射する照射手段３０と、照射手段３０の照射光によって形成される物品１０の投影像を撮像する撮像手段４０と、物品１０と撮像手段４０との間に位置し、照明手段３０からの直接光以外の光を遮断する撮像偏光板５０とを有している。さらに、照明透過板２０の上に、物品の外形より若干大きな窓枠を有する光遮蔽マスク２５を設置することによって、物品１０の側壁等に照射される傾斜光を遮断することができる。

照射手段３０としては、物品１０を均一に照射できる光源であれば、特に限定されるものではない。例えば、白熱電球、ハロゲン電球、蛍光灯、メタルハライドランプ、キセノンランプ、発光ダイオード等を光源とし、乳白色のアクリル板などの拡散板などを利用して対象物への光の照射方向をランダムにし、対象物の背後から照射し、対象物の影を観測する拡散透過照明方式の照明装置が好適に用いられる。

また、撮像手段４０としては、高解像度で歪みなく撮像できるものであれば、特に限定されるものではないが、画像データの処理の簡便さやコスト等の観点から、ＣＣＤカメラなどの市販の工業用カメラが好適に使用される。きわめて高い測定精度が要求されるような場合には、平行なビームパスを有する撮像レンズ、すなわちテレセントリックレンズを光学系に使用したＣＣＤカメラが使用される。このテレセントリックレンズは、被写体深度が深く、その範囲で一定の倍率が得られるため、被計測物までの距離が変わっても撮像される像が変化しない特性を持っている。

さらに、この撮像手段４０と物品１０との間に撮像偏光板５０が設置されている。一般に偏光板は、一つの振動方向（例えば、図２のＴ方向）の光のみを透過する性質を有している。また、光は、物体上で反射や屈折する際にその振動方向を変える性質がある。そのため、撮像手段４０と物品１０との間に撮像偏光板５０を設置することによって、図２に示したように、被計測物の角部で屈折した光Ｌ１や、被計測物の角部近傍で反射した光Ｌ２が撮像手段４０に到達することが阻止され、被計測物の影上の寸法と実際寸法との誤差を小さくすることができる。

さらに、撮像偏光板５０と同一の偏光特性を有する照射偏光板６０を、物品１０と照射手段３０の間に設置することにより、物品１０に照射される光の振動方向を揃えることができ、投影像と実際寸法との誤差を、さらに小さくすることができる。

また、本実施例においては、撮像手段４０と物品１０の間に、照射手段３０からの光を透過する光学フィルタ７０を設置している。ここでは、照射手段の光の波長以上（周波数以下）の光を透過する低域透過フィルタを用いたが、照射手段の光の波長近傍（周波数近傍）のみ透過する帯域透過フィルタを用いることもできる。このような光学フィルタ７０を設置することにより、照明手段３０以外からの光の影響を避けることができ、より正確な計測が可能になる。

本発明は、安価な構成で物品の高精度計測が可能になり、また、物品の形状測定が必要とされるあらゆる産業分野において適用可能であり、その産業上の利用可能性は極めて大きい。

本発明の形状計測装置の装置構成を説明する説明図である。本発明の形状計測装置の高精度計測の原理を説明する説明図である。

符号の説明

１０・・・物品
２０・・・照明透過板
２５・・・光遮蔽マスク
３０・・・照射手段
４０・・・撮像手段
５０・・・撮像偏光板
６０・・・照射偏光板
７０・・・光学フィルタ

Claims

物品の外形寸法を計測する形状計測装置において、
前記物品を載置する照明透過板と、
前記物品を前記照明透過板を介して照射する照射手段と、
前記照射手段の照射光が形成する前記物品の投影像を撮像する撮像手段と、
前記物品と前記撮像手段との間に位置し、前記照明手段からの直接光以外の光を遮断する撮像偏光板と、
前記物品と前記照射手段との間に位置し、前記撮像偏光板と同一の偏向特性を有する照射偏光板と、
前記撮像手段と前記物品との間に位置し、前記照射手段からの光を透過する光学フィルタとを有するとともに、
前記照明透過板の上に、前記物品の外形より若干大きな窓枠を有する光遮蔽マスクが設置されていることを特徴とする形状計測装置。