JP7125761B2 - measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、光を透過する透明テーブルの上面又は該透明テーブルの上方に位置された測定対象物に、前記透明テーブルの下方又は上方から光を照射し、前記測定対象物からの反射光を前記透明テーブルの下方又は上方に位置させた光検出部（撮像部等）で検出（撮像等）して、基準とする位置からの前記測定対象物の距離（浮き距離）を測定可能とした測定装置に関する。 The present invention irradiates light from below or above the transparent table onto the upper surface of a light-transmitting transparent table or a measurement object positioned above the transparent table, and the light reflected from the measurement object is A measuring device capable of measuring the distance (floating distance) of the object to be measured from a reference position by detecting (picking, etc.) with a light detection unit (image pickup unit, etc.) positioned below or above a transparent table. Regarding.
従来技術として、透明板１（透明テーブル）の上面の一部分に散乱光反射物質２（反射部）がコーティングされ、透明板１の下方にレーザ光源４（照射部）と一次元センサ７（光検出部）が設けられ、被測定物１１（測定対象物）を透明板１の上面に載せた状態でレーザ光源４から散乱光反射物質２及び被測定物１１にレーザ光線を照射し、その反射光線を一次元センサ７で検出して散乱光反射物質２及び被測定物１１の位置を特定し、レーザ光源４から散乱光反射物質２にレーザ光線を照射しその反射光線を一次元センサ７で検出して散乱光反射物質２の下面位置を特定し、散乱光反射物質２の下面位置から測定物１１の位置の距離（浮き距離）を測定する測定装置が知られている。（例えば特許文献１）
As a conventional technique, a part of the upper surface of a transparent plate 1 (transparent table) is coated with a scattered light reflecting material 2 (reflecting portion), and below the transparent plate 1 is a laser light source 4 (irradiating portion) and a one-dimensional sensor 7 (light detecting device). A part) is provided, and a laser beam is irradiated from the
また、光パターン（正弦波パターン）を投影し拡散反射させる上面（反射面）からなる非透明のテーブルと、この非透明のテーブルの上方に設けた照射部及びＣＣＤカメラ（光検出部）とからなり、非透明のテーブルの上面に測定対象物を載せた状態で、照射部から光パター（正弦波パターン）を測定対象物及び該非透明のテーブル上面に向けて照射し、投影された光パターンを上方からＣＣＤカメラ（光検出部）によって撮像（検出）し、撮像によって得られたテーブル上面の画像データと測定対象物の画像データに基づき位相シフト法により、テーブル上面からの測定対象物の高さ（浮き距離）を測定する三次元計測装置が知られている。（例えば特許文献２） In addition, from a non-transparent table consisting of an upper surface (reflective surface) that projects and diffusely reflects a light pattern (sine wave pattern), and an irradiation unit and a CCD camera (light detection unit) provided above this non-transparent table With the object to be measured placed on the upper surface of a non-transparent table, a light pattern (sine wave pattern) is emitted from the irradiation unit toward the object to be measured and the upper surface of the non-transparent table, and the projected light pattern is A CCD camera (photodetector) captures (detects) an image from above, and the height of the object to be measured from the top surface of the table is calculated based on the image data of the top surface of the table obtained by imaging and the image data of the object to be measured using the phase shift method. A three-dimensional measuring device that measures (floating distance) is known. (For example, Patent Document 2)
上述した特許文献１の技術は、透明板１（透明テーブル）の上面に散乱光反射物質２（反射部）が露出状態にあるため、測定対象物が接触する、ピンセットなどの工具が接触するなどで擦れとれた乱光反射物質２の一部が透明板１の上面を汚すという問題を有するものであった。
また、透明板１の上面を拭き掃除する際に散乱光反射物質２の上面も拭き取るので、散乱光反射物質２の上面が汚れて行くという問題を持つものであった。
In the technique of Patent Document 1 described above, since the scattered light reflecting material 2 (reflecting portion) is exposed on the upper surface of the transparent plate 1 (transparent table), the object to be measured comes into contact with a tool such as tweezers. However, there is a problem that the upper surface of the transparent plate 1 is stained by a part of the diffused
Further, when the upper surface of the transparent plate 1 is wiped clean, the upper surface of the scattered
上述した特許文献２の技術では、テーブル上面からの測定対象物の高さ距離を得るためには、測定対象物だけでなくテーブル上面の位置も特定する必要がある。そのためには、テーブル上面は光パターンが投影される（拡散反射が得られる）微細な凹凸を有する非透明の反射面（例えばセラミックス面等）である必要がある。
しかるに、拡散反射が得られる面は表面の粗いもの、光沢や艶のないものであり、それは微細な凹凸面であるため、測定対象物の端子が擦れて削れた粒子、微細な埃、油脂などの汚れが入り込んだ状態で付着しやすく、それを取り除く除去は困難でありテーブル上面の反射品質が変わって行くという欠点を有するものであった。
In the technique of
However, the surface from which diffuse reflection can be obtained is a rough surface without gloss or luster. However, it is difficult to remove the dirt, and the reflection quality of the top surface of the table changes.
位相シフト法は「三角測量」を基礎として距離を面で測定できる三次元計測手法である。測定対象物に縞パターン（正弦波パターン・サイン波パターン）を投影し、その反射光の位置を画像センサ（光検出部）の各画素（各位置（ｘ、ｙ））で検知するものである。照射（投光）された光を画像センサが検知できるかが計測可否のポイントになる。測定対象物の表面が拡散反射である場合は、反射光を画像センサで検知することができる。投影した光パターンが拡散反射され、それぞれのカメラで見た像は同じものであることが前提となっている。
しかし、テーブルが透明である場合は、正弦波パターン（サイン波パターン）の光は、透明物体の内部で反射・屈折・通過（透過）するため環境によって見え方が大きく変化するので光検出部で計測できる投影（拡散反射）が得られない。
また、テーブルが鏡などの鏡面反射の表面の場合には、正弦波パターン（サイン波パターン）の光は特定の方向にしか反射されない正反射なので、反射光はカメラに向かわず計測できない。
透明体の計測および鏡面の計測は、位相シフト法というより、その基礎にある三角測量自体が、苦手としており、ＸＹＺ精度、計測範囲、速度のバランスが良い位相シフト法のメリットは享受できない。
拡散反射（乱反射）とは、入射光が反射面で乱反射し様々な方向へされることいい、一般的に、表面の粗いもの、光沢や艶のないものは拡散反射の特性を強く持っている。
正反射は、入射角と反射角が反射面に対して等しく反射することをいい、一般的に、鏡、光沢や艶のあるものは正反射の特性を強く持っている。
The phase shift method is a three-dimensional measurement method that can measure distance in a plane based on "triangulation". A striped pattern (sine wave pattern/sine wave pattern) is projected onto the object to be measured, and the position of the reflected light is detected by each pixel (each position (x, y)) of the image sensor (photodetector). . Whether or not the image sensor can detect the irradiated (projected) light is the key to determining whether or not the measurement is possible. If the surface of the object to be measured has diffuse reflection, the image sensor can detect the reflected light. It is assumed that the projected light pattern is diffusely reflected and that the images seen by each camera are the same.
However, if the table is transparent, the sine wave pattern (sine wave pattern) of light is reflected, refracted, and transmitted (transmitted) inside the transparent object, so the appearance changes greatly depending on the environment. No measurable projection (diffuse reflection) is obtained.
Also, if the table is a specular reflection surface such as a mirror, the sine wave pattern (sine wave pattern) is a specular reflection that is reflected only in a specific direction, so the reflected light cannot be measured because it does not face the camera.
Measurement of a transparent object and measurement of a mirror surface are weak in triangulation itself rather than the phase shift method.
Diffuse reflection (irregular reflection) refers to incident light being diffusely reflected on a reflective surface and reflected in various directions. .
Specular reflection means that light is reflected on a reflecting surface at the same angle of incidence and angle of reflection.
本発明は以上のような従来技術の欠点に鑑み、テーブルの上部面に置いても測定対象物が反射部に接触することが生じない、反射部の上面が埃等で汚れることが生じない測定装置を提供することを目的としている。 In view of the drawbacks of the prior art as described above, the present invention provides a measuring device that does not allow the object to be measured to come into contact with the reflecting section even when placed on the upper surface of the table, and that the upper surface of the reflecting section does not become dirty with dust or the like. The purpose is to provide a device.
上記目的を達成するために、本発明は次に述べるような構成としている。
＜請求項１記載の発明＞
照射部が照射する照射光が透過する透明テーブルの上面又は上方に測定対象物を位置させて、前記測定対象物からの前記照射光の反射光である対象物反射光を検出する光検出部を備えた測定装置において、
前記透明テーブルの下面、該透明テーブルの下面に開口を有する凹部内又は該透明テーブルの下方側に、前記透明テーブルを透過した前記照射光を反射して前記光検出部が検出可能な反射部反射光が得られる１つの反射片又は複数の反射片からなる反射部を設けたことを特徴とする測定装置である。
「反射片」の形状は多角形、円形、不規則形状など多様な形態のものを含む。また、反射片は、全面が反射面であるもの、一部が反射面であるもの（例えば、反射部分と非反射部分との組み合わせが格子状形態のもの、同一形状の非反射部が規則正しく整列されたものなど）などが含まれる。
In order to achieve the above objects, the present invention is configured as follows.
<Invention according to claim 1>
A light detection unit for detecting object reflected light, which is the reflected light of the irradiation light from the measurement object, by placing the measurement object on or above a transparent table through which the irradiation light emitted by the irradiation unit is transmitted. In a measuring device comprising
Reflecting part reflecting the irradiation light transmitted through the transparent table to the lower surface of the transparent table, a concave portion having an opening in the lower surface of the transparent table, or the lower side of the transparent table so that the light detection unit can detect the irradiation light. The measuring device is characterized in that it has a reflecting section comprising one reflecting piece or a plurality of reflecting pieces from which light is obtained.
The shape of the 'reflector' includes various shapes such as polygonal, circular, and irregular shapes. In addition, the reflective piece has a reflective surface all over, a reflective surface partially (for example, a combination of a reflective part and a non-reflective part in a grid pattern, and a non-reflective part of the same shape arranged regularly). etc.).
＜請求項２記載の発明＞
前記照射部及び前記光検出部が前記透明テーブルの下方に設けられ、
前記反射部が、前記測定対象物の測定を可能としている測定可能領域の周囲に設けられた複数の前記反射片と、前記測定対象物の測定不要箇所の真下に当たる位置に設けられた前記反射片とかなるものであることを特徴とする請求項１記載の測定装置である。
「測定可能領域」は、測定対象物をセットする範囲が枠などによって物理的に規定されている範囲、光検出部の検出視野範囲、照射部の照射範囲などによって規定される範囲（領域）である。
<Invention according to
The irradiation unit and the light detection unit are provided below the transparent table,
The reflective part includes a plurality of reflective strips provided around a measurable area in which measurement of the object to be measured is possible, and the reflective strips provided at a position directly below a measurement-unnecessary portion of the object to be measured. The measuring device according to claim 1, characterized in that:
"Measurable area" is the range (area) defined by the range physically defined by the frame, etc., the detection field range of the light detection unit, the irradiation range of the irradiation unit, etc. be.
＜請求項３記載の発明＞
前記照射部及び前記光検出部が前記透明テーブルの上方に設けられ、
前記反射部の前記反射片が１つでありかつ該１つの反射片の大きさが前記測定可能領域の大きさと略同じ大きさないし該測定可能領域を超える大きさであり、又は、前記反射部の前記反射片が複数でありかつ該複数の反射片が隙間を開けて前記測定可能領域の略全面を埋め尽くす配置形態で設けられてなることを特徴とする請求項１記載の測定装置である。
「配置形態」には、反射片が規則をもって整列配置されている形態、反射片が規則性なく配置（ランダム配置）されている形態を含む。
<Invention according to
The irradiation unit and the light detection unit are provided above the transparent table,
The reflecting portion has one reflecting piece, and the size of the one reflecting piece is substantially the same as the size of the measurable region or exceeds the measurable region, or the reflecting
The "arrangement form" includes a form in which the reflective pieces are arranged in a regular pattern and a form in which the reflective pieces are arranged without regularity (random arrangement).
＜請求項４記載の発明＞
前記測定対象物を加熱する加熱炉が設けられ、
前記透明テーブルの上面は前記加熱炉内に位置し、
前記透明テーブルの下面は前記加熱炉外に位置し、
以上のように構成されてなることを特徴とする請求項１，２又は３記載の測定装置である。
<Invention according to
A heating furnace for heating the object to be measured is provided,
The top surface of the transparent table is positioned within the heating furnace,
The lower surface of the transparent table is positioned outside the heating furnace,
The measuring device according to
以上の説明から明らかなように、本発明にあって次に列挙する効果が得られる。
＜請求項１記載の発明の効果＞
透明テーブルの下面、該透明テーブルの下側に解開口を有する凹部内又は透明テーブルの下方側（以下「透明テーブル下面等」という。）に反射部を設けた構成であるので、透明テーブル上面に置いた測定対象物、人の指又はピンセットなどの工具等が反射部に接触することがない測定装置を実現するとともに、透明テーブル上面を拭き取り清掃しても反射部が汚れることはないので該反射部の反射品質が影響を受けることがないという効果を奏する。
As is clear from the above description, the present invention has the following effects.
<Effect of the Invention According to Claim 1>
Since it is a configuration in which a reflecting part is provided on the lower surface of the transparent table, in a recess having a clear opening on the lower side of the transparent table, or on the lower side of the transparent table (hereinafter referred to as the "lower surface of the transparent table, etc."), To realize a measuring device in which an object to be measured, a human finger, a tool such as tweezers, etc. placed does not come into contact with a reflective part, and the reflective part does not become dirty even if the upper surface of a transparent table is wiped and cleaned, so that the reflection is prevented. This has the advantage that the reflection quality of the part is not affected.
＜請求項２記載の発明の効果＞
前記請求項１記載の発明と同様な効果を奏するとともに、反射部が、測定可能領域の周囲に設けられた複数の反射片（以下「周囲反射片」という。）と、測定対象物の測定不要箇所の真下に当たる位置に設けられた反射片（以下「非周囲反射片」という。）とからなるものであるので、測定対象物の大きさに対して光検出部の検出視野域が狭い場合に、該狭い検出視野域において周囲反射片に加えて非周囲反射片を検出することができるので、周囲反射片の測定データと非周囲反射片の測定データによる、例えば基準面の取得を可能とする。
<Effect of the Invention According to
While exhibiting the same effect as the invention of claim 1, the reflecting part is provided with a plurality of reflecting pieces (hereinafter referred to as "surrounding reflecting pieces") provided around the measurable area, and measurement of the object to be measured is unnecessary. Reflector (hereinafter referred to as "non-peripheral reflector") provided at a position just below the point. , non-ambient reflectors can be detected in addition to ambient reflectors in the narrow detection field of view, enabling acquisition of e.g. .
＜請求項３記載の発明の効果＞
前記請求項１記載の発明と同様な効果を奏するとともに、透明テーブルの上方から照射光を照射し該透明テーブルの上方から反射部反射光を検出する形態の測定装置において、透明テーブルの下面ないし下側の反射部は測定対象物や工具等の擦れ、油脂の付着、テーブル上面の汚れ除去清掃等の影響を全く受けないので、反射品質が変化しない反射部を実現するという作用効果を奏する。
<Effect of the Invention of
In the measuring device having the same effect as the invention according to claim 1, the light is irradiated from above the transparent table and the reflected light from the reflecting part is detected from above the transparent table. The reflection part on the side is not affected at all by the rubbing of the object to be measured or the tool, the adhesion of grease, or the removal of dirt from the top surface of the table.
＜請求項４記載の発明の効果＞
加熱炉内に位置する透明テーブルの上面は加熱温度に直接さらされることになるのであるが、反射片は加熱炉外に位置する透明テーブルの下面ないし下方に設けた構成であるので、透明テーブルの断熱効果等によって反射片は加熱炉内の温度よりも低温での加熱影響となり、上面に設ける形態よりも加熱温度による影響が低減される。
<Effect of the Invention of
The top surface of the transparent table located inside the heating furnace is directly exposed to the heating temperature, but since the reflective piece is provided on the lower surface or below the transparent table located outside the heating furnace, Due to the heat insulation effect, etc., the reflecting piece has a heating effect at a temperature lower than the temperature in the heating furnace, and the effect of the heating temperature is reduced compared to the form provided on the upper surface.
以下、本発明を実施するための最良の形態である実施例について説明する。但し、本発明をこれら実施例のみに限定する趣旨のものではない。また、後述する実施例の説明に当って、前述した実施例の同一構成部分には同一符号を付して重複する説明を省略する。 EXAMPLES Hereinafter, examples that are the best mode for carrying out the present invention will be described. However, it is not intended to limit the present invention only to these examples. Further, in the description of the embodiments to be described later, the same reference numerals are given to the same components as in the above-described embodiments, and duplicate descriptions will be omitted.
図１～図５に示す本発明の実施例１において、測定装置１は、
照射光２が透過する透明テーブル３と、
透明テーブル３の下面に設けた照射光２を反射する反射片４と、
透明テーブル３の上部に設けられた貫通開口５を有する照射光２を透過する透過性部材（ここでは「石英ガラス」）からなる位置決め枠６（ここでは「石英ガラス」）と、
貫通開口２１を有する側壁枠１１と、
断熱ガラス７と、
側壁枠１１の上部に透明テーブル３を位置させ下部に断熱ガラス７を位置させて、該側壁枠１１、該透明テーブル３と断熱ガラス７とを一体化させている４本のボルト１７と、
透明テーブル３と断熱ガラス７の間で側壁枠１１の内側に形成された空間部１４と、
透明テーブル３の下方である断熱ガラス７の下側に設けられた、照射光２を上方に向けて照射する照射部８、該照射光２の反射光を検出する光検出部９とを有してなる照射検出ユニット１０と、
センサ基準距離算出部１２と、を備えた構成となっている。
断熱ガラス７の無い形態でもよい。
In Example 1 of the present invention shown in FIGS. 1 to 5, the measuring device 1
a transparent table 3 through which the
a reflecting
A positioning frame 6 (here, “quartz glass”) made of a transparent member (here, “quartz glass”) that transmits the
a
insulating glass 7;
Positioning the transparent table 3 on the upper part of the
a
It has an
and a sensor
A form without the insulating glass 7 may be used.
位置決め枠６は測定対象物Ｗをその内壁にあてた状態で位置決めするためのものであって、位置決め枠６の内側範囲が測定対象物Ｗの測定が可能な測定可能領域２６に規定されている。
測定可能領域２６の周囲で透明テーブル３の下面に、適当な隙間をあけて略等間隔で複数の反射片４が配列（ここでは２２個）されてなる反射部２７が設けられている
反射片４は微細粉末セラミック系製の耐熱塗料を塗布したものであるが、これに限定されず、例えば、良好な反射面（鏡面を除く）のプレート片を透明テーブル３の下面に当接した形態で設けたもの又は非当接で位置させ設けたものなどでもよい。
図１に破線で示す筐体１９の上部に、該筐体１９と側壁枠１１とにより加熱炉１８が形成されており、加熱炉１８内の下部側に透明テーブル３が配置されている。加熱炉１８の熱源は熱風を流し込む加熱形態、透明テーブル３の上面や下面に透明ヒータを設けて加熱する加熱形態、ハロゲンランプなどの輻射熱で加熱する加熱形態などがある。
加熱炉１８の天井に断熱性の透明石英ガラスからなる天井窓２０が設けられ、該天井窓２０から光検出手段によって、中の測定対象物Ｗの挙動を計測したり観察したりできるようになっている。
透明テーブル３及び断熱ガラス７は耐熱性の石英ガラスからなっているが、テーブル上面を拭き取り清掃をしても該テーブル上面に汚れ等が残らない状態となる硬質透明面であれば石英ガラスや、一般的な透明ガラスに限定されず、例えば、透明プラスチックプレートの表面に硬質の透過膜を形成したものなどもよい。
照射検出ユニット１０はX,Y軸方向に水平移動可能に構成されており、水平移動は制御部３０によって制御されている。
The
Around the
A
A
The transparent table 3 and the insulating glass 7 are made of heat-resistant quartz glass. It is not limited to general transparent glass, and for example, a transparent plastic plate having a hard permeable film formed on its surface may be used.
The
測定対象物Ｗは、透明テーブル３の上面又は上方に測定対象物Ｗを位置する形態でセットする（ここでは、透明テーブル３の上面に載置して測定する）。
照射部８から照射された照射光２は測定対象物Ｗと反射片４で拡散反射され、測定対象物Ｗからの反射光である対象物反射光１５及び反射片４からの反射光である反射部反射光１６は光検出部９で検出され、その検出データ１３はセンサ基準距離算出部１２に送られる。
センサ基準距離算出部１２は、光検出部９の基準面であるセンサ基準面ＤＴから測定対象物Ｗの距離である対象物センサ基準距離ｚｗとセンサ基準面ＤＴから反射片４の距離である反射部センサ基準距離ｚｈを算出する（図３の（ａ）図）。
センサ基準面ＤＴは、照射検出ユニット１０を制御する制御部３０においてプログラムによって任意に決められた位置であり、値は０値（平坦度０値面）とされている。センサ基準面ＤＴは「幾何公差の基準「データム」」である。
透明プレート３の上面の上方に測定対象物Ｗを位置（セット）する形態には、例えば、測定対象物Ｗの上部面を吸着する吸着部を有するアーム等による支持する形態などがある。
The object W to be measured is placed on or above the transparent table 3 (here, the object to be measured W is placed on the upper surface of the transparent table 3 for measurement).
The
The sensor
The sensor reference plane DT is a position arbitrarily determined by a program in the
As a form of positioning (setting) the object W to be measured above the upper surface of the
本実施例１においては、照射検出ユニット１０の測定方法は位相シフト法である。
左右それぞれに位置するプロジェクタである照射部８、８から正弦波形（縞パターン）の照射光２が測定対象物Ｗ及び反射片４に投影され、その拡散反射光である対象物反射光１５及び反射部反射光１６が中央に位置するＣＭＯＳカメラからなる光検出部９で検出（撮像）され、その画像データである検出データ１３は制御部３０のセンサ基準距離算出部１２に送られる。
In Example 1, the measurement method of the
Sinusoidal waveform (stripe pattern)
ＣＭＯＳカメラである光検出部９は、例えば２０４８×２０４８＝４１９万画素（ピクセル）の解像度であり、対象物反射光１５及び反射部反射光１６を各画素（各位置（ｘ、ｙ））それぞれにおいて検出して検出データ１３が作成される。反射片４と測定対象物Ｗが無い箇所は、照射光が透過等してしまうので光検出部９では検出不可となる。
反射部センサ基準距離ｚｈは各反射片４毎に定められる代表値（代表点）であり、かかる代表値（代表点）は各反射片４内の複数の位置（ｘ、ｙ）のうちの最も低い位置（ｘ、ｙ）、最も高い位置（ｘ、ｙ）又は各位置（ｘ、ｙ）の平均値などにより定めることができ、このどれを採用するかをオペレータが選択できるようにしてもよいし、当初からいずれかに固定され自動的に特定するようにしてもよい。
The
The reflector sensor reference distance zh is a representative value (representative point) determined for each
照射検出ユニット１０として、例えば、株式会社キーエンス製の「超高速・高容量マルチカメラ対応画像処理システムＸＧ－８０００シリーズＸＲ－ＨＴ４０ＭＤ」がある。これは、対象物（反射部、測定対象物）に対して、左右２つのプロジェクタからなる照射部から高速で投影される複数のストライプパターン（縞模様）を、中央のカメラからなる光検出部で撮影して３次元形状データを得るものである。
As the
光検出部９の一回の検出視野域２４の視野幅２３は３３．９ｍｍ×３３．９ｍｍであり、すべての反射片４を含めた測定可能域（光検出部９の水平移動範囲）を全域計測するには９回の検出（視野域２４ａ～視野域２４ｉの検出）による９個の画像データの取得が必要であり、視野域２４ａ～視野域２４ｉにまたがるような大きさの測定対象物Ｗの全体データを得るには、画像データ合成部２５において９個の画像データを合成する（図４参照）。
The
＜ｏｆｆｓｅｔ基準面の設定＞
透明テーブル３の上面と下面はほぼ平行になるように作製される（ここでは、両面ともに平坦度３μｍ以下の互いに平行な面であることが好ましい）。但し、透明テーブル３はその自重によりミクロ単位では反りが生じ、実際の平坦度はこの反りの影響を受けた傾斜した値（平坦度が０値ではない）となる。この反り等の影響によって、透明テーブル３の下面に設けた反射片４の面は傾斜面となり、さらにそれぞれの反射片４の下面位置は同じではないので、プログラム上に作成される、例えば三か所の反射片を結ぶ三角平面は傾斜面（平坦度が０値ではない）となってしまう。よって、反射片４の測定データによるプログラム上の基準面等を特定するにあたって、プログラム上で傾きを補正して平坦度が０値の平面の基準面データにして、平坦度が０値の基準面からの測定対象物Ｗの浮き距離を取得できるようにする必要がある。基準面ｅｈ及びｏｆｆｓｅｔ基準面ＥＦはプログラム上の仮想的な平面である。
<Setting the offset reference plane>
The upper surface and the lower surface of the transparent table 3 are manufactured so as to be substantially parallel (here, both surfaces are preferably parallel surfaces with a flatness of 3 μm or less). However, the transparent table 3 is warped in micro units due to its own weight, and the actual flatness becomes an inclined value (flatness is not 0) affected by this warp. Due to the influence of this warping, the surfaces of the reflecting
制御部３０には、基準面設定部３１及びｏｆｆｓｅｔ部３２が設けられている。
基準面設定部３１において、反射部センサ基準距離ｚｈを求め、これに基づいて基準面ｅｈを作成する（図３の（ａ）図）。
基準面ｅｈは、以下のように作成される。
手動操作によって又は自動的に選択された３つの反射片４の各代表値（代表点）を特定して、この３つの反射片４の各代表値（代表点）を結んで三角形面を作成する。次に、該三角形面の傾き（計算されたプログラム上の傾斜面）を平坦度０値の平面に補正し、この補正した平坦度０値の平面（計算されたプログラム上の平面）を全体の面位置としそれを基準面ｅｈとする。
The
In the reference
The reference plane eh is created as follows.
Each representative value (representative point) of the three
ｏｆｆｓｅｔ部３２により、図３（ｂ）に示すようなｏｆｆｓｅｔ基準面ＥＦが設定される。ｏｆｆｓｅｔ基準面ＥＦは、基準面ｅｈから、例えば、透明テーブル３の厚さに相当する所定の指定された距離だけＺ軸方向に離れた位置に設定される。
ｏｆｆｓｅｔ基準面ＥＦは、透明テーブル３は透明であるため上面を検出することができないことから、ｏｆｆｓｅｔ基準面ＥＦを透明テーブル３の上面近傍に設定して、これを透明テーブル３の上面と擬制して、ｏｆｆｓｅｔ基準面ＥＦを基準とした測定対象物Ｗの位置を算出するものである。ｏｆｆｓｅｔ基準面ＥＦの位置は、図３（ｂ）の位置に限定されるものではなく、使用者の便宜に応じて適宜所望の位置に設定することが可能である。
また、透明テーブル３は自重による反りもあるので、それを勘案したｏｆｆｓｅｔ基準面ＥＦの設定を自動的にないしオペレータの手動によって行うようにしてもよい。
An offset reference plane EF as shown in FIG. 3B is set by the offset
Since the transparent table 3 is transparent, the offset reference plane EF cannot detect the upper surface. , the position of the measurement object W is calculated with reference to the offset reference plane EF. The position of the offset reference plane EF is not limited to the position shown in FIG. 3B, and can be set to any desired position according to the user's convenience.
Also, since the transparent table 3 may warp due to its own weight, the offset reference plane EF may be set automatically or manually by the operator, taking this into account.
図４に示すように、反射片４は測定可能領域２６の周囲である位置決め枠６の真下位置のみであり、かつ、視野域は視野域２４ａ～視野域２４ｉの９か所である。よって、視野域２４ａ～視野域２４ｉに跨る大きさの測定対象物Ｗの測定においては、中央の視野域２４ｅの測定（撮像・撮影・検出）は反射片４の画像の無い測定対象物Ｗのみの測定データとなり、視野域２４ｂ、視野域２４ｆ、視野域２４ｈ及び視野域２４ｄにおいては直線上の２か所の反射片４のみの測定データとなる。
As shown in FIG. 4, the reflecting
このような場合は、視野域２４ａ～２４ｉの９か所をすべて測定してそのすべての測定データを記憶し視野域２４ａ～２４ｉの測定データをディスプレイ上に表示し、ディスプレイ上に表示されている適当な３つの反射片４を手動又は自動により指定してその結線が描く三角形面位置を特定し該三角面位置を基準面ｅｈとする。
制御部３０には傾き補正部３４が設けられていて、この傾き補正部３４は基準面ｅｈの傾きを０度（平坦度値が０値）とする傾き補正を行った後でｏｆｆｓｅｔ基準面ＥＦを設定する。基準面ｅｈでの傾き補正を行わずに、ｏｆｆｓｅｔ基準面ＥＦにおいて平坦度を０値とする傾き補正を行うのもよい。
In such a case, all nine locations of the
The
＜浮き距離の算出＞
制御部３０には浮き距離算出部３３が設けられている。
浮き距離算出部３３は、センサ基準面ＤＴ（平坦度値が０値）からｏｆｆｓｅｔ基準面ＥＦ（平坦度値が０値）までの距離である基準距離ｋｔを算出するとともに（図３の（ｂ）図）、（対象物センサ基準距離ｚｗ－基準距離ｋｔ）の計算を行ってｏｆｆｓｅｔ基準面ＥＦ（平坦度値が０値）からの測定対象物Ｗの測定対象箇所ｍｗの浮き距離ＵＺを算出する（図３の（ｃ）図）。
浮き距離ＵＺは全ての各位置（ｘ、ｙ）において行われるか、指定された領域内の各位置（ｘ、ｙ）において行われる。測定目的によって、指定された領域内の各位置（ｘ、ｙ）の平均値、最も高い各位置（ｘ、ｙ）、最も低い各位置（ｘ、ｙ）を代表値として決定するなどを行う。
センサ基準面ＤＴ、基準面ｅｈ及びｏｆｆｓｅｔ基準面ＥＦはプログラム上に作成される仮想的な平面である。
<Calculation of floating distance>
A floating
The floating
The floating distance UZ is performed at every position (x,y) or at each position (x,y) within a specified area. Depending on the purpose of measurement, the average value of each position (x, y), the highest position (x, y), and the lowest position (x, y) in the specified area are determined as representative values.
The sensor reference plane DT, the reference plane eh, and the offset reference plane EF are virtual planes created on the program.
本実施例１は、測定方法を一例として位相シフト法による例を説明している。
位相シフト法（フェーズシフト，Phase shifting）は、プロジェクタを用いた３次元計測手法の一種であり、ｓｉｎ波を位相をずらしながら投影することで、測定対象物を３次元計測するものである。例えば、プロジェクタのＸ座標について考えると、投影パターンとして、プロジェクタのＸ方向に、適当な周期のサイン波パターンを作成し、それと同じ周期のサイン波を，位相を２／３π、－２／３πずらしたパターンをそれぞれ作成して、これらのパターンを投影しながら，カメラで撮影する。これらの撮影した画像の各ピクセル（各位置（ｘ、ｙ））の輝度値の変化から各ピクセルの位相を求めることにより、３次元計測が可能としている。
The present Example 1 demonstrates the example by the phase shift method as an example of a measuring method.
Phase shifting is a type of three-dimensional measurement method using a projector, and three-dimensionally measures an object to be measured by projecting a sine wave while shifting the phase. For example, considering the X coordinate of the projector, a sine wave pattern with an appropriate period is created in the X direction of the projector as a projection pattern, and the sine wave with the same period is shifted by 2/3π and -2/3π in phase. Each pattern is created, and these patterns are projected and photographed by a camera. Three-dimensional measurement is possible by obtaining the phase of each pixel from the change in the luminance value of each pixel (each position (x, y)) of these captured images.
透明テーブル３の上面および下面は、少なくとも測定対象物の該上面への接触部位やピンセットなどの使用工具等よりも硬質であり、少なくても鏡面仕上げされたないし鏡面仕上げと同等の滑らかさであり、これによって、上面は測定対象物や工具等の擦れ等によって傷つくことが無く、汚れを拭き取り清掃しても傷つくことがなく、汚れを完全に除去することが可能である。このような透明テーブル本体は、例えば石英ガラスであるものが好ましい。
また、透明テーブル本体の上面に透過膜が形成されている該透過膜の上面が透明テーブル３の上面であるものは、該透過膜が測定対象物の該上面への接触部位やピンセットなどの使用工具よりも硬質であり、かつ、少なくとも鏡面仕上げされたないし鏡面仕上げと同等の滑らかさである。
The upper and lower surfaces of the transparent table 3 are harder than at least the portion of the object to be measured which contacts the upper surface and the tools used such as tweezers, and are at least as smooth as mirror-finished. As a result, the top surface is not damaged by the rubbing of the object to be measured or the tool, etc., and the dirt can be completely removed without being damaged even when the dirt is wiped off. Such a transparent table body is preferably made of quartz glass, for example.
In addition, when a transparent film is formed on the upper surface of the transparent table main body and the upper surface of the transparent film is the upper surface of the transparent table 3, the transparent film may contact the upper surface of the object to be measured or use tweezers or the like. Harder than a tool and at least as smooth as a mirror finish or as smooth as a mirror finish.
本願発明における測定方法は位相シフト法に限定されるものではない。
３次元計測では、例えば、単眼視法、両眼視法、多眼視法、光レーダ法、光投影法、モアレ法、照度差ステレオ法があり、また、フォーカス変位センサ、ラインセンサ、１次元レーザ変位計、２次元レーザ変位計、光切断法などによる測定もあり、これらの測定方法によるものも本願発明の技術的範疇に含まれる。
光検出部９は、ＣＭＯＳカメラに限定されるものではなく、例えば、ＣＣＤカメラ、ラインセンサカメラ（例えば「ＴＤＩカメラ」など。）、ＴＯＦカメラなど、多様な検出部が技術的範疇に含まれる。本願発明における反射片は拡散反射片に限定されるものではない。鏡面反射など（正反射片など）も本願発明の技術的範疇に含まれるものである。例えば、レーザ変位計によるものは鏡面を高精度測定するのに適している。
The measuring method in the present invention is not limited to the phase shift method.
Three-dimensional measurement includes, for example, monocular vision, binocular vision, multi-view vision, optical radar method, optical projection method, moiré method, and photometric stereo method. There are also measurements by a laser displacement meter, a two-dimensional laser displacement meter, a light section method, etc., and those using these measurement methods are also included in the technical scope of the present invention.
The
本実施例１では加熱炉１８による加熱を行うものであるので、加熱炉１８内に位置する透明テーブル３の上面は加熱温度に直接さらされることになるのであるが、反射片４は加熱炉外に位置する透明テーブル３の下面ないし下方に設けた構成であるので、透明テーブル３の断熱効果等によって反射片４は加熱炉１８内の温度よりも低温での加熱影響となり、上面に設ける形態よりも加熱温度による影響が低減されるものである。加熱炉外に位置する透明テーブル３の下面は外気に触れるようにするのがよい。
本願発明は、加熱炉の無い構成の測定装置もその技術的範疇に含むものである。
In the present embodiment 1, since heating is performed by the
The technical scope of the present invention also includes a measuring device having no heating furnace.
図６に示す本発明の実施例２において前記実施例１と主に異なる点は、反射部２７を、測定可能領域２６の周囲の２２個の反射片４に加えて、測定対象物Ｗの測定不要箇所ＷＸの真下に当たる位置にさらに反射片４を３つ設けた形態とした点にある。より具体的には、反射片４の一部が測定対象物Ｗと位置決め枠６の内壁の間で、視野域２４ｆと視野域２４ｉに跨る形態で１か所、視野域２４ｇと視野域２４ｈに跨る形態で１か所に設けた点にある。
測定対象物Ｗは視野域２４ａ～２４ｉに跨る大きさであり、反射片４を測定不要箇所ＷＸの真下に当たる位置にも設けたことによって、全ての視野域の検出が３つ以上の反射片４を検出することになるので、全ての視野域毎に３つの反射片４を直線で結ぶ三角形平面を作成して各視野域の各基準面ｅｈを作成することを可能としている。
The second embodiment of the invention shown in FIG. The point is that three reflecting
The object W to be measured has a size that spans the
図7に示す本発明の実施例３において前記実施例１と主に異なる点は、透明テーブル３の下面に開口を有する凹部３５を測定可能領域２６の周囲に複数設け、各凹部３５内に反射片４を設けた点にある。
図８に示す本発明の実施例４において前記実施例１と主に異なる点は、
反射片４が接着性のある塗布部材であり、該反射片４の下に、位置決め枠６と略同形態の枠体３６を反射片４によって接着固定形態で設けた点にある。
枠体３６によって反射片４の下面が真っ平とされている。
枠体形態ではなく、石英ガラス片を一つ一つの反射片４に接着する形態もよい。
The main difference between
The reflecting
The lower surface of the reflecting
A form in which a piece of quartz glass is adhered to each reflecting
図９に示す本発明の実施例５において前記実施例１と主に異なる点は以下のようである。
＜図（ａ）＞
反射片４を透明テーブル３とは別体である透明プレート４０の上面に設け、反射片４が透明テーブル３の下方側に位置するように、透明テーブル３の下方側にワッシャ４１を挟んで透明プレート４０を設けた点にある。
＜図（ｂ）＞
反射片４を透明テーブル３とは別体である透明プレート４０の上面に設け、透明テーブル３の下面に反射片４が接する形態で透明プレート４０を該透明テーブル３の下側に設けた点にある。反射片４の上面は透明テーブル３の下面に接着固定形態とするのもよい。
＜図（ｃ）＞
反射片４を透明テーブル３とは別体である透明プレート４０の凹部４２内に設け、透明プレート４０を透明テーブル３の下側に接する形態で設け、反射片４を透明テーブル３の下方側に位置するように設けた点にある。
透明プレート４０はボルト１７によって着脱自在形態で透明テーブル３の下側に固定されていて、交換可能形態となっている。
The main differences of the fifth embodiment of the present invention shown in FIG. 9 from the first embodiment are as follows.
<Figure (a)>
A reflecting
<Figure (b)>
The reflecting
<Figure (c)>
The
The
図１０、１１に示す本発明の実施例６において前記実施例１と主に異なる点は、照射検出ユニット１０が測定対象物Ｗを上方から検出するように透明テーブル３の上方に設けた形態とし、位置決め枠６を設けない構成とし、測定可能領域２６を光検出部の検出視野域とし、反射部２７を、反射片４が複数でありかつ該複数の反射片４が適当中だし隙間を開けて測定可能領域２６の略全面を埋め尽くす配列形態ないし配散らす形態で設けてなる反射部２７とした点にある。
「測定可能領域２６の略全面を埋め尽くす配列形態ないし配散らす形態」には、測定可能領域２６の範囲を超えて反射片４で埋め尽くす形態もよい。
側壁枠１１が筐体１９に固定され、透明テーブル３が側壁枠１１上部にボルト１７によって交換可能形態で固定されている。
照射光は透明テーブル３を透過し反射片４の上面に投影され、その反射部反射光が透明テーブル３を透過して照射検出ユニット１０の光検出部で検出される。
The "arranged form or distributed form filling substantially the entire surface of the
The
The irradiation light passes through the transparent table 3 and is projected onto the upper surface of the reflecting
図１２、１３に示す本発明の実施例７において前記実施例６と主に異なる点は、反射部２７を、反射片４が１つでありかつ該１つの反射片４の大きさが測定可能領域２６の大きさ超える大きさである反射部２７とした点にある。反射部２７の大きさを測定可能領域２６と略同じ大きさとするのもよい。１つの反射片４片からなる反射部２７には、透明テーブル３の全面を埋める形態もよい。
１つの反射片４片からなる反射部２７の形態としては、例えば、反射部材で全面を塗りつぶす、一枚のシート部材やプレート部材からなる反射部材を張り付ける、透明テーブル３の下面に接触保持する、透明テーブル３の下側に位置させるなどがある。
Embodiment 7 of the present invention shown in FIGS. 12 and 13 is mainly different from
As a form of the reflecting
図１４に示す本発明の実施例８において前記実施例１と主に異なる点は、透明テーブル３には反射片４を設けない形態とし、下面に反射片４を複数設けた透明プレート４０を側壁枠１１の上部に載せ、その上に透明テーブル３を載せボルト１７で固定した形態とした点にある。
反射片４の配列の異なる透明プレート４０と差し替えての使用が容易に行える。
The
図１５に示す本発明の実施例９において前記実施例１と主に異なる点は、測定対象物Ｗを上方から測定する照射検出ユニット１０と同様の照射検出ユニット４３を透明テーブル３の上方に設けた点にある。
測定対象物Ｗの上面の測定データと下面の測定データを同時に取得することができる。
照射検出ユニット４３の検出データに基づく高さデータの基準位置は、高さの基準位置はｏｆｆｓｅｔ基準面ＥＦとするのがよい。
The measurement data of the upper surface and the measurement data of the lower surface of the measurement object W can be obtained at the same time.
The reference position of the height data based on the detection data of the
本発明は、主に電子部品、電子部品用コネクター等を製造又は使用する産業で利用される。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is mainly used in industries that manufacture or use electronic components, connectors for electronic components, and the like.
ＤＴ：センサ基準面、
ｚｗ：対象物センサ基準距離、
ｚｈ：反射部センサ基準距離、
ｅｈ：基準面、
ＥＦ：ｏｆｆｓｅｔ基準面、
ｋｔ：基準距離、
ｍｗ：測定対象箇所、
ＵＺ：浮き距離、
（ｘ、ｙ）：各位置、
Ｗ：測定対象物、
ＷＸ：測定不要箇所
１：測定装置、
２：照射光、
３：透明テーブル、
４：反射部、
５：貫通開口、
６：位置決め枠、
７：断熱ガラス、
８：照射部、
９：光検出部、
１０：照射検出ユニット、
１１：側壁枠、
１２：センサ距離算出部、
１３：検出データ、
１４：空間、
１５：対象物反射光、
１６：反射部反射光、
１７：ボルト、
１８：加熱炉、
１９：筐体、
２０：天井窓、
２１：貫通開口、
２３：視野幅、
２４：測定視野域、
２４ａ～２４ｉ：視野域、
２５：画像データ合成部、
２６：測定可能領域、
２７：反射部、
３０：制御部、
３１：基準面設定部、
３２：ｏｆｆｓｅｔ部、
３３：浮き距離算出部、
３４：傾き補正部、
３５：凹部、
３６：枠体、
４０：透明プレート、
４１：ワッシャ、
４２：凹部、
４３：照射検出ユニット。
DT: sensor reference plane;
zw: object sensor reference distance,
zh: Reflector sensor reference distance,
eh: reference plane,
EF: offset reference plane,
kt: reference distance,
mw: measurement target location,
UZ: floating distance,
(x, y): each position,
W: object to be measured,
WX: measurement-unnecessary location 1: measuring device,
2: irradiation light,
3: transparent table,
4: Reflector,
5: through opening,
6: positioning frame,
7: insulating glass,
8: irradiation unit,
9: photodetector,
10: irradiation detection unit,
11: side wall frame,
12: sensor distance calculator,
13: detection data,
14: space,
15: object reflected light,
16: reflection part reflected light,
17: bolt,
18: heating furnace,
19: housing,
20: ceiling window,
21: through opening,
23: field of view width,
24: measurement field of view,
24a-24i: viewing area,
25: image data synthesizing unit;
26: measurable area,
27: Reflector,
30: control unit,
31: Reference plane setting unit,
32: offset part,
33: Floating distance calculator,
34: tilt corrector,
35: concave portion,
36: frame,
40: transparent plate,
41: washer,
42: concave portion,
43: Radiation detection unit.
Claims (4)
前記透明テーブルの下面、該透明テーブルの下面に開口を有する凹部内又は該透明テーブルの下方側に、前記透明テーブルを透過した前記照射光を反射して前記光検出部が検出可能な反射部反射光が得られる１つの反射片又は複数の反射片からなる反射部を設け、
前記測定対象物の高さ距離を測定することを特徴とする測定装置。 A light detection unit for detecting object reflected light, which is the reflected light of the irradiation light from the measurement object, by placing the measurement object on or above a transparent table through which the irradiation light emitted by the irradiation unit is transmitted. In a measuring device comprising
Reflecting part reflecting the irradiation light transmitted through the transparent table to the lower surface of the transparent table, a concave portion having an opening in the lower surface of the transparent table, or the lower side of the transparent table so that the light detection unit can detect the irradiation light. Providing a reflecting part consisting of one reflecting piece or a plurality of reflecting pieces from which light can be obtained ,
A measuring device for measuring the height distance of the object to be measured.
前記反射部が、前記測定対象物の測定を可能としている測定可能領域の周囲に設けられた複数の前記反射片と、前記測定対象物の測定不要箇所の真下に当たる位置に設けられた前記反射片とかなるものであることを特徴とする請求項１記載の測定装置。 The irradiation unit and the light detection unit are provided below the transparent table,
The reflective part includes a plurality of reflective strips provided around a measurable area in which measurement of the object to be measured is possible, and the reflective strips provided at a position directly below a measurement-unnecessary portion of the object to be measured. 2. A measuring device according to claim 1, characterized in that:
前記反射部の前記反射片が１つでありかつ該１つの反射片の大きさが前記測定可能領域の大きさと略同じ大きさないし該測定可能領域を超える大きさであり、又は、前記反射部の前記反射片が複数でありかつ該複数の反射片が隙間を開けて前記測定可能領域の略全面を埋め尽くす配置形態で設けられてなることを特徴とする請求項１記載の測定装置。 The irradiation unit and the light detection unit are provided above the transparent table,
The reflecting portion has one reflecting piece, and the size of the one reflecting piece is substantially the same as the size of the measurable region or exceeds the measurable region, or the reflecting portion 2. The measuring apparatus according to claim 1, wherein said plurality of reflecting pieces are arranged with a gap therebetween so as to cover substantially the entire surface of said measurable area.
前記透明テーブルの上面は前記加熱炉内に位置し、
前記透明テーブルの下面は前記加熱炉外に位置し、
以上のように構成されてなることを特徴とする請求項１，２又は３記載の測定装置。 A heating furnace for heating the object to be measured is provided,
The top surface of the transparent table is positioned within the heating furnace,
The lower surface of the transparent table is positioned outside the heating furnace,
4. The measuring device according to claim 1, wherein the measuring device is constructed as described above.
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