JP4773802B2 - 変位センサ - Google Patents
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Description
具体的には、対象物体の表面には微小な凹凸や色斑があるためピーク値は一定値とならず、各走査線ごとにばらつく。一方、これら各走査線のピーク値はそれぞれ測定結果として形状決定に反映される。従って、各ピーク値をそれぞれ下限設定値或いは上限設定値と比較し、各走査線ごとに投光量の調整を行なうことが基本的には望ましいが、これでは調整に時間がかかり過ぎる。
これを解消するには、例えば、各走査線のピーク値について、その平均値を算出し、得られた平均値を下限設定値或いは上限設定値と比較しつつ投光量を増減させることが考えられる。しかしながら、走査線の数が多い場合には、受光信号の読み出しそれ自体が大変であるし、各ピーク値を平均値化する処理にも、それ相応の時間が必要となり、この点において改良の余地があった。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、二次元撮像素子の受光量を最適化する調整を比較的簡単に行うことが可能な変位センサを提供することを目的とする。
また、ここでいう「前記走査線のうち少なくとも一以上の走査線を計測対象として設定する」には、使用に際して特定の走査線を選択するものの他、装置の出荷時等にデフォルトとして特定の走査線を設定するものが含まれる。
尚、走査線設定手段により選択可能とされる走査線の選択数は少なくとも2以上であるが、その数は連続数計測手段で連続数の平均値を算出するときに、処理の負担が大きくならない程度の数とすることが望ましい。
また、ここでいう「前記走査線のうち少なくとも一以上の走査線を計測対象として設定する」には、使用に際して特定の走査線を選択するものの他、装置の出荷時等にデフォルトとして特定の走査線を設定するものが含まれる。
尚、走査線設定手段により選択可能とされる走査線の選択数は少なくとも2以上であるが、その数は連続数計測手段で連続数の平均値を算出するときに、処理の負担が大きくならない程度の数とすることが望ましい。
尚、ここでいう「外乱光の入射がないと判定された」とは、入射が全くないものに加えて、入射があったとしても光量が小さく測定に影響がないものを含む概念である。
本発明の変位センサには、調整モードと測定モードが設けられており、調整モードにおいて撮像面に対する入光感度の調整を行って撮像面上における受光量が所望の状態となるようにし、測定モードにおいては、調整後の入光感度で測定を行なうこととした。これにより、測定モードで、対象物体に投光・受光動作を行なうと、そのときには、撮像面上の受光量が所望の状態、すなわち走査線について各画素の受光信号を読み出すと、その受光分布が理想的な受光分布となるので、走査線のピーク画素を正確に特定でき、形状測定の測定精度が高まる。
一方、請求項3の発明では、入光感度の調整を自動調整することとした。具体的には、有効画素の連続数が計測されると、制御手段により有効画素の連続数が所定値に近づくように入光感度が自動調整され、これにより、撮像面の受光量が所望の状態となる。
調整モードにおいて、入光感度の調整を行うためには、まず、計測対象となる走査線から受光信号の読み出しを行なって、有効画素の連続数を特定する必要があるが、請求項2の発明では、計測対象となる走査線の数を二以上とした。そして、これらの走査線について有効画素の連続数をそれぞれ算出するとともに、連続数の平均値を算出し、これを表示手段に表示させることとした。これにより、連続数の平均値を参照しつつ、作業者により入光感度の調整が行われることとなる。
このような構成であれば、計測対象となる走査線の数が単数である場合に比べて、入光感度の調整に対する信頼性が高まる。すなわち、撮像面上のある部位に外乱光が入光していると、そこでは、受光信号レベルが他の部位に比べて高くなって有効画素の連続数が増すことも考えられるが、二以上の走査線を計測対象とし、平均値を表示させる構成としておけば、一の走査線に外乱光が入光していたとしても、他の走査線に外乱光の入光がなければ、外乱光の影響が平均化されるため、影響を抑えることが可能となるからである。
調整モードにおいて、入光感度の調整を行うためには、まず、計測の対象となる走査線から受光信号の読み出しを行なって、有効画素の連続数を特定する必要があるが、請求項4の発明では、計測対象となる走査線の数を二以上とした。そして、連続数計測手段では、これら走査線について有効画素の連続数が算出され、更に、連続数の平均値が算出される。その後、制御手段により連続数の平均値が所定値に近づくように入光感度が自動調整される。
このような構成であれば、計測対象となる走査線の数が単数である場合に比べて、入光感度の調整に対する信頼性が高まる。すなわち、撮像面上のある部位に外乱光が入光していると、そこでは、受光信号レベルが他の部位に比べて高くなって有効画素の連続数が増すことも考えられるが、二以上の走査線を計測対象とし、有効画素の連続数の平均値を算出する構成としておけば、一の走査線に外乱光が入光していたとしても、他の走査線に外乱光の入光がなければ、外乱光の影響が平均化されるため、影響を抑えることが可能となるからである。
請求項5の発明によれば、所定値設定変更手段を設けて、所定値を自由に調整できるようにした。このような構成であれば、撮像面上の受光量を高めに設定したり、或いは低めに設定したり調整が出来る。
請求項6の発明によれば、撮像面の中心付近と長手方向の両端付近を含む少なくとも3以上の走査線について有効画素の連続数を計測するようにした。このように、計測対象の走査線が互いに離間し、しかも撮像面のほぼ全体から均等に選択されていれば、特定の箇所から計測対象となる走査線を集中的に選択する場合に比べて、例えば、対象物体が一方向に長い物体であるときには、対象物体の全体からバランスよく有効画素の連続数をサンプリングできる。
請求項7の発明によれば、調整モードで、各走査線上の画素からそれぞれ受光信号を読み出して、受光信号レベルがピークをとるピーク画素を特定し、走査線上におけるピーク画素の位置が、隣接する走査線間で略同位置となる状態が連続する区間を抽出することとした。そして、抽出された区間内の走査線の中から計測対象となる走査線を定めることとした。
ピーク画素の位置が略同一となり、その状態が連続しているということは、それに対応する部分の対象物体の形状に変化がないということであり、当該部分の反射光はその光量も安定している。従って、抽出された区間内の走査線を計測対象の走査線とてやれば、同走査線上の画素から読み出される受光信号レベルも安定しているので、計測対象として最適である。すなわち、同じ条件で投光・受光を行なったにも拘わらず、対象物体に対する光の当たり加減で撮像面に向かう光の反射光量が変化して、有効画素の連続数が増減するといった事がない。そのため、有効画素の連続数を正確に把握することが可能となるので、これに基づいて入光感度の調整を行なえば、調整誤差を小さく出来る。
請求項8の発明によれば、外乱光の入射がないと判定された走査線の中から、計測対象となる走査線が決定される。従って、調整モードにおいて、入光感度の調整、ひいては撮像面の受光量の調整を行うに際して、外乱光の影響を排除することが可能となる。
請求項9の発明によれば、開口面積を広くすることで撮像面で受光される受光量をアップさせ、これとは反対に、開口面積を狭くすることで受光量をダウンさせる。このように、開口面積の調整により、入光感度を調整することとすれば、いわゆる被写界深度が深くなる。従って、レンズ等の光学部品に多少の配置ずれがあったとしても、その影響を最小限に抑えることが出来る。
本発明の実施形態1を図1ないし図5によって説明する。
図1は、本実施形態に適用された表面形状検出器(変位センサ)Tの電気的構成を示すブロック図である。符号20は表面形状検出器Tの全体を制御する制御部(本発明の制御手段に相当)、符号11はレーザ光源(本発明の投光手段に相当)、符号13はレーザ駆動回路、符号15は二次元CCD(本発明の二次元撮像素子に相当)、符号17はCCD駆動回路(本発明の受光処理手段に相当)である。
調整モードでは、測定モードで形状測定される本ワーク(本発明の対象物体に相当)Wと同種のワークW(以下、サンプルワークとする)について測定を行って、撮像面15A上に入光する光の光量について調整を行う。図2は、調整モードにおいて実行される処理の流れを示すフローチャート図である。
尚、このステップ40、50における処理により、本発明の連続数計測手段の果たす処理機能、すなわち「前記走査線設定手段で計測対象として設定された走査線について、各画素の受光信号レベルと予め定められた基準レベルとを比較して前記受光信号のレベルが前記基準レベル以上となる有効画素の連続数を計測する」が実現されている。
ステップ10でメッセージボックス29上に所定のメッセージ(例えば、計測対象の走査線を変更しますか)が表示されたときに、設定変更スイッチ28に対し所定のパネル操作を行うと、それが、制御部20を通じて第二データ処理部23に伝えられる。
測定モードでは、調整モードで使用されたサンプルワークWに換えて本ワークWが測定台にセットされる。制御部20は、調整モードにおいて決定されたデューティ比でPWM信号Saを生成し、これを、レーザ駆動回路13に動作信号として出力する。これにより、レーザ光源11からは、調整後の光量で光が出射される。
次に、本発明の実施形態2を図6、図7によって説明する。
実施形態2のものは、実施形態1の構成に対して、閾値の変更機能を加えたものであり、その他の構成は実施形態1と同様である。
この実施形態では、操作パネル26に閾値変更スイッチ(本発明の所定値設定変更手段に相当)31が設けられており、所定の操作を行うと、制御信号Seが制御部20に出力されるようになっている。そして、制御信号Seを受けた制御部20によって、予め設定されていた閾値の値が変更されるようになっている。例えば、実施形態1の場合であれば、閾値として「4」の値が設定されているので、これを「3」或いは「5」というように調整することが出来る。このような構成であれば、所望の感度に調整できるという効果が得られる。
次に、本発明の実施形態3を図8によって説明する。
実施形態1のものは、調整モードにおいて、計測対象となる走査線Lの初期設定を単一の走査線としたが、実施形態3のものは、計測対象となる走査線Lの初期設定を撮像面15Aの中心付近と長手方向(同8図における左右方向であって、走査線Lと直交する方向))の両端付近を含む少なくとも3以上の走査線Lとした。具体的には、走査線L2、走査線L10、走査線L20の3つの走査線が計測対象の走査線Lの初期設定とされる。
次に、本発明の実施形態4を図9ないし図11によって説明する。
実施形態1では、調整モードにおいて、計測対象となる走査線Lの設定(ステップ10での処理)を操作パネル26に対し所定操作を行なうことで、その数も含めて任意に変更できる構成としたが、実施形態4のものは、計測対象となる走査線Lをそれとは異なる方法で設定するようにしたものであり、他の構成は実施形態1と同一である。
次に、本発明の実施形態5を図12並びに、図13によって説明する。
実施形態1では、調整モードにおいて、計測対象となる走査線Lの設定(ステップ10での処理)を操作パネル26に対し所定操作を行なうことで、その数も含めて任意に変更できる構成としたが、実施形態5のものは、計測対象となる走査線Lを、それとは異なる方法で設定するようにしたものであり、他の構成は実施形態1と同一である。
次に、本発明の実施形態6を図14ないし図16によって説明する。
実施形態1のものは、有効画素の連続線Nが閾値と異なる場合に、投光量を増減させることで、撮像面15Aへの入光量を調整した。これに対して、実施形態6のものは、有効画素の連続線Nが閾値と異なる場合に、撮像面15Aに対する入光量を調整する点は共通しているが、これを、投光量の増減によらず、絞りにより行なう点が異なっている。
本発明の実施形態7を図17及び、図18によって説明する。
実施形態1では、調整モードにおいて、投光量の調整を自動調整することとした。すなわち、計測対象となる走査線Lについて、有効画素の連続数Nを第二データ処理部23で算出するとともに、その結果を信号Sdを通じて制御部20に送信することととした。そして、制御部20では、算出された有効画素の連続数Nと閾値とを比較して、有効画素の連続数Nが閾値を等しくなるように、投光量を自動的に増減させる処理を行なうようにした。
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
13…レーザ駆動回路
15…二次元CCD(二次元撮像素子)
17…CCD駆動回路(受光処理手段)
20…制御部(制御手段)
21…第一データ処理部
23…第二データ処理部(走査線設定手段、連続数計測手段)
27…モード切替スイッチ(モード切替手段)
Claims (9)
- 対象物体に線状の光を斜め方向から照射する投光手段と、
前記投光手段から照射され前記対象物体で反射した線状の反射光を受光可能な撮像面を有する二次元撮像素子と、
前記二次元撮像素子の撮像面上の各画素での受光量に応じた受光信号を、前記線状をなす反射光を受光して形成される線状の照射像に直交する方向に沿った走査線毎に取り出す受光処理手段と、を備え、前記受光処理手段で取り出した各画素の受光信号レベルに基づいて前記対象物体の測定を行う変位センサにおいて、
調整モード、或いは測定モードにモードの切替を行なうモード切替手段と、
前記走査線のうち少なくとも一以上の走査線を計測対象として設定する走査線設定手段と、を備え、更に、
前記調整モードが選択されているときに、
前記走査線設定手段で計測対象として設定された走査線について、各画素の受光信号レベルと予め定められた基準レベルとを比較して前記受光信号レベルが前記基準レベル以上となる有効画素の連続数を計測する連続数計測手段と、
前記連続数計測手段で計測された連続数を表示する表示手段と、
前記撮像面に対する入光感度の調整を可能とする感度調整手段とを備え、
前記測定モードが選択されたときには、前記連続数計測手段により計測された前記走査線における有効画素の連続数が所定値に近づくように調整された入光感度で前記対象物体の測定を行なうことを特徴とする変位センサ。 - 前記走査線設定手段により前記計測対象の走査線として前記撮像面上の走査線から少なくとも二以上の走査線を選択可能とされ、
前記連続数計測手段は、選択された各走査線のそれぞれについて有効画素の連続数を算出するとともに、これら連続数の平均値を算出し、
前記表示手段は、前記連続数の平均値を表示することを特徴とする請求項1に記載の変位センサ。 - 対象物体に線状の光を斜め方向から照射する投光手段と、
前記投光手段から照射され前記対象物体で反射した線状の反射光を受光可能な撮像面を有する二次元撮像素子と、
前記二次元撮像素子の撮像面上の各画素での受光量に応じた受光信号を、前記線状をなす反射光を受光して形成される線状の照射像に直交する方向に沿った走査線毎に取り出す受光処理手段と、を備え、前記受光処理手段で取り出した各画素の受光信号レベルに基づいて前記対象物体の測定を行う変位センサにおいて、
調整モード、或いは測定モードにモードの切替を行なうモード切替手段と、
前記走査線のうち少なくとも一以上の走査線を計測対象として設定する走査線設定手段と、を備え、更に、
前記調整モードが選択されているときに、
前記走査線設定手段で計測対象として設定された走査線について、各画素の受光信号レベルと予め定められた基準レベルとを比較して前記受光信号レベルが前記基準レベル以上となる有効画素の連続数を計測する連続数計測手段と、
前記連続数計測手段により計測される前記走査線における有効画素の連続数が所定値に近づくように、前記撮像面に対する入光感度の調整を行なう制御手段と、を備え、
前記測定モードが選択されたときには、調整後の入光感度で前記対象物体の測定を行なうことを特徴とする変位センサ。 - 前記走査線設定手段により前記計測対象の走査線として前記撮像面上の走査線から少なくとも二以上の走査線を選択可能とされ、
前記連続数計測手段は、選択された各走査線のそれぞれについて有効画素の連続数を算出するとともに、これら連続数の平均値を算出し、
前記制御手段は、前記連続数の平均値が前記所定値に近づくように前記入光感度の調整を行うことを特徴とする請求項3に記載の変位センサ。 - 前記所定値を設定変更可能な所定値設定変更手段を備えることを特徴とする請求項3又は請求項4に記載の変位センサ。
- 前記撮像面の中心付近の走査線と両端付近の走査線とが前記計測対象の走査線として設定されていることを特徴とする請求項2、請求項4、請求項5のいずれかに記載の変位センサ。
- 前記調整モードで、
前記投光手段によって線状の光を前記対象物体に向けて出射する投光処理と、
前記対象物体で反射された反射光を受光した前記二次元撮像素子の各画素からその受光信号を前記走査線毎に取り出す受光処理と、を行なうとともに、
前記走査線設定手段は、
各走査線について前記受光信号レベルがピーク値をとるピーク画素を検出するピーク画素検出処理と、
各走査線上におけるピーク画素の位置が隣接する走査線間で略同位置となる状態が連続する区間を抽出する区間選択処理とを行ない、抽出された区間の走査線の中から、前記計測対象となる走査線を定めることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の変位センサ。 - 前記調整モードで、
前記投光手段による投光を停止させた状態で前記二次元撮像素子の各画素から受光信号を前記走査線毎に取り出す外乱光検出処理を行なうとともに、
前記走査線設定手段は、各画素の前記受光信号レベルに基づいて、外乱光の入射の有無を各走査線ごとにそれぞれ判別し、
外乱光の入射がないと判定された走査線の中から、前記計測対象となる走査線を定めることを特徴とする請求項1ないし請求項6に記載の変位センサ。 - 前記二次元撮像素子の前面に配置される受光レンズと、
前記受光レンズと前記二次元撮像素子との間に配されて、前記受光レンズで収束されつつ前記二次元撮像素子の撮像面に向かう光を通過させる開口を有する絞り手段と、
前記絞り手段の開口面積を調整することで前記入光感度の調整機能を担う開口面積調整手段と、を備えることを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれかに記載の変位センサ。
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