(57)【要約】【課題】横方向の補正を可能とした光学式測定装置、光学式測定方法、及び光学式測定処理プログラムを提供する。【解決手段】光学式測定装置１は、測定対象物Ｗが配置される測定領域Ｒにて焦点を結ぶビームＬＢ２を成形すると共に測定領域ＲにてビームＬＢ２を走査する送光部３と、測定領域Ｒを通過したビームをＬＢ２受光してその受光したビームＬＢ２に基づく受光信号Ｓｇを出力する受光部５と、受光信号Ｓｇに基づき測定対象物Ｗの寸法を示す測定値Ｄを算出する制御部７を備える。制御部７は、ビームＬＢ２を走査する単位時間に対する受光信号Ｓｇの強度の変化量に基づき、測定値Ｄを補正する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物が配置される測定領域にて焦点を結ぶビームを成形すると共に前記測定領域にて前記ビームを走査する送光部と、
前記測定領域を通過したビームを受光し、当該受光したビームに基づく受光信号を出力する受光部と、
前記受光信号に基づき前記測定対象物の寸法を示す測定値を算出する測定値算出部と、
前記ビームを走査する単位時間に対する前記受光信号の強度の変化量に基づき、前記測定値を補正する補正部と
を備えることを特徴とする光学式測定装置。
【請求項２】
前記補正部は、前記ビームの走査に伴って前記受光信号が第１閾値となる第１時刻、及び前記ビームの走査に伴って前記受光信号が第２閾値となる第２時刻を検知し、前記第１時刻及び前記第２時刻に基づき、前記変化量を特定する
ことを特徴とする請求項１記載の光学式測定装置。
【請求項３】
前記補正部は、前記ビームの走査方向の前記測定対象物の寸法に基づき、前記測定値を補正する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光学式測定装置。
【請求項４】
測定対象物が配置される測定領域にて焦点を結ぶビームを成形すると共に前記測定領域にて前記ビームを走査するステップと、
前記測定領域を通過したビームに基づく受光信号により前記測定対象物の寸法を示す測定値を算出するステップと、
前記ビームを走査する単位時間に対する前記受光信号の強度の変化量に基づき、前記測定値を補正するステップと
を備えることを特徴とする光学式測定方法。
【請求項５】
コンピュータに、
測定対象物が配置される測定領域にて焦点を結ぶビームを成形すると共に前記測定領域にて前記ビームを走査するステップと、
前記測定領域を通過したビームに基づく受光信号により前記測定対象物の寸法を示す測定値を算出するステップと、
前記ビームを走査する単位時間に対する前記受光信号の強度の変化量に基づき、前記測定値を補正するステップと
を実行させるための光学式測定処理プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物が配置される測定領域を通過した光を測定し、測定対象物の形状を測定する光学式測定装置、光学式測定方法、及び光学式測定処理プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
光学式測定装置は、測定対象物が位置する測定領域を隔てて配置された送光部と受光部とを備える。送光部からの平行ビームにより測定領域を繰り返し走査し、測定領域を通過したビームを受光部で受光し、これにより発生した受光信号に所定の処理をして、測定値（測定対象物の寸法や真円度等）を表示する。
【０００３】
このような光学式測定装置において、その縦方向（走査方向と平行な方向）の補正は、例えば、特許文献１記載の方法等を用いて実行される。また、各装置に固有の補正データは、特許文献２記載の装置を用いて実装される。
【０００４】
しかしながら、光学式測定装置において、横方向（走査方向に直交する方向）の補正はなされておらず、その開発が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４１９１９５３号
【特許文献２】特開平６−２４９６１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、横方向の補正を可能とした光学式測定装置、光学式測定方法、及び光学式測定処理プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にかかる光学式測定装置は、測定対象物が配置される測定領域にて焦点を結ぶビームを成形すると共に前記測定領域にて前記ビームを走査する送光部と、前記測定領域を通過したビームを受光し、当該受光したビームに基づく受光信号を出力する受光部と、前記受光信号に基づき前記測定対象物の寸法を示す測定値を算出する測定値算出部と、前記ビームを走査する単位時間に対する前記受光信号の強度の変化量に基づき、前記測定値を補正する補正部とを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明にかかる光学式測定方法は、測定対象物が配置される測定領域にて焦点を結ぶビームを成形すると共に前記測定領域にて前記ビームを走査するステップと、前記測定領域を通過したビームに基づく受光信号により前記測定対象物の寸法を示す測定値を算出するステップと、前記ビームを走査する単位時間に対する前記受光信号の強度の変化量に基づき、前記測定値を補正するステップとを備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明にかかる光学式測定処理プログラムはコンピュータに、測定対象物が配置される測定領域にて焦点を結ぶビームを成形すると共に前記測定領域にて前記ビームを走査するステップと、前記測定領域を通過したビームに基づく受光信号により前記測定対象物の寸法を示す測定値を算出するステップと、前記ビームを走査する単位時間に対する前記受光信号の強度の変化量に基づき、前記測定値を補正するステップとを実行させるためのものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、横方向の補正を可能とした光学式測定装置、光学式測定方法、及び光学式測定処理プログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光学式測定装置１を示す概略斜視図である。
【図２】第１実施形態に係る光学式測定装置１を示すブロック図である。
【図３】第１実施形態に係る光学式測定装置１の動作を示すフローチャートである。
【図４】第１実施形態に係る光学式測定装置１の測定の概略を示す図である。
【図５】受光信号Ｓｇの拡大図である。
【図６】測定対象物Ｗの位置に対する差Δの相対比、及び測定対象物Ｗの寸法Ｌを示す図である。
【図７】記憶部４７に格納されたテーブルＴａを示す図である。
【図８】第２実施形態に係る光学式測定装置の動作を示すフローチャートである。
【図９】差Δに対する測定対象物Ｗの測定値Ｄの誤差率を示す図である。
【図１０】記憶部４７に格納されたテーブルＴａ（１）〜Ｔａ（ｎ）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
［第１実施形態］
［第１実施形態に係る光学式測定装置１の構成）
先ず、図１及び図２を参照して、第１実施形態に係る光学式測定装置１の構成について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る光学式測定装置１を示す概略斜視図である。図２は、第１実施形態に係る光学式測定装置１を示すブロック図である。光学式測定装置１は、図１に示すように、送光部３、受光部５、及び制御部７を備える。送光部３と受光部５は測定領域Ｒを挟んで対向している。測定領域Ｒは、測定対象物Ｗを位置させる領域であり、外部雰囲気にある。制御部７は、ケーブルにより送光部３及び受光部５と接続され、測定に必要な各種制御を実行する。
【００１４】
光学式測定装置１は、送光部３から走査しながらビームＬＢ２を測定対象物Ｗに照射させ、受光部５によりビームＬＢ２を受光することによって、測定対象物Ｗの寸法（外径、幅等）を測定する。光学式測定装置１は、測定対象物Ｗが測定領域Ｒから横方向（走査方向に直交する方向）にずれて配置された場合の測定値Ｄを補正し、この点が第１実施形態の特徴である。なお、測定値Ｄは、ビームＬＢ２の走査方向の測定対象物Ｗの寸法を示す。
【００１５】
送光部３は、測定領域Ｒにて焦点を結ぶビームＬＢ２を成形すると共に測定領域ＲにてビームＬＢ２を走査する。送光部３は、図２に示すように、発光素子９、ミラー１１、モータ１３、ポリゴンミラー１５、コリメータレンズ（ｆ−θレンズ）１７、キャビネット１９、タイミング用フォトダイオード２３、及びアンプ２３Ａを有する。発光素子９は、例えば、半導体レーザにて構成されている。ミラー１１は、発光素子９から出射されたビームＬＢ１を反射する。ポリゴンミラー１５は、モータ１３により矢印方向に高速回転された状態で、ミラー１１により反射されたビームＬＢ１が照射される。コリメータレンズ１７は、ポリゴンミラー１５で反射されたビームＬＢ１を集光させてビームＬＢ２にする。上記構成において、ポリゴンミラー１５の回転により、ビームＬＢ２は、測定領域Ｒを縦方向に一定速度で走査するように照射される。また、コリメータレンズ１７によって、ビームＬＢ２は、測定領域Ｒにて焦点を結ぶ。
【００１６】
キャビネット１９は、発光素子９、ミラー１１、モータ１３、ポリゴンミラー１５、及びコリメータレンズ１７、タイミング用フォトダイオード２３、及びアンプ２３Ａを収容する。保護ガラス２１は、キャビネット１９の一方の側面に、コリメータレンズ１７と対向するように嵌め込まれている。すなわち、ビームＬＢ２は、保護ガラス２１を透過して測定領域Ｒに照射される。タイミング用フォトダイオード２３は、ポリゴンミラー１５で反射されたビームＬＢ１の有効走査範囲外に配置され、一回分の走査の開始又は終了を検出し、それらに基づくタイミング信号ＴＳをアンプ２３Ａに入力する。アンプ２３Ａは、タイミング信号ＴＳを増幅して、制御部７に出力する。
【００１７】
受光部５は、測定領域Ｒを通過したビームＬＢ２を受光し、その受光したビームＬＢ２に基づく受光信号Ｓｇを出力する。受光部５は、図２に示すように、集光レンズ２５、受光素子２７、アンプ２９、キャビネット３１、及び保護ガラス３３を有する。集光レンズ２５は、走査領域Ｒを通過した走査ビームＬＢ２を集光する。受光素子２７は、集光レンズ２５にて集光されたビームＬＢ２を受光して受光信号Ｓｇを出力する。アンプ２９は、受光信号Ｓｇを増幅する。キャビネット３１は、集光レンズ２５、受光部２７、及びアンプ２９を収容する。保護ガラス３３は、キャビネット３１の一方の側面に、集光レンズ２５と対向するように嵌め込まれている。すなわち、測定領域Ｒを通過したビームＬＢ２は、保護ガラス３３を透過して集光レンズ２５に入射する。
【００１８】
制御部７は、図２に示すように、クロック信号発振器３９、カウンタ４１、及び分周回路４３を備える。クロック信号発信器３９は、アンプ２３Ａにより増幅されたタイミング信号ＴＳを受け付け、その信号に基づき、クロック信号ＣＫを出力する。カウンタ４１は、アンプ２９により増幅された受光信号Ｓｇ、クロック信号発振器３９で生成されたクロック信号ＣＫ、及びアンプ２３Ａにより増幅されたタイミング信号ＴＳの入力を受け付ける。なお、カウンタ４１は、ビームＬＢ２で測定対象物Ｗを含む測定領域Ｒを走査したときに、測定対象物ＷによりビームＬＢ２が遮られる等による受光信号Ｓｇの変化に基づき、クロック信号ＣＫを計数する。分周回路４３は、クロック信号発振器３９からのクロック信号ＣＫの入力を受け付ける。分周回路４３からの出力信号は、モータ１３の回転同期に利用される。
【００１９】
また、制御部７は、図２に示すように、ＣＰＵ４５、記憶部４７、表示部４９、設定キー５１、メインバス５３、及び入出力インターフェース５５を備える。ＣＰＵ４５は、アンプ２９からの受光信号Ｓｇ、及びアンプ２３Ａからのタイミング信号ＴＳを受け付け、それら信号に基づき測定に必要な各種制御を実行する。ＣＰＵ４５は、受光信号Ｓｇに基づき測定対象物Ｗの寸法Ｌを示す測定値Ｄを算出する。また、ＣＰＵ４５は、ビームＬＢ２を走査する単位時間に対する受光信号Ｓｇの強度の変化量（傾き）に基づき、測定値Ｄを補正する。より具体的には、ＣＰＵ４５は、ビームＬＢ２が測定対象物Ｗに当たり始めるときに生じる受光信号Ｓｇの信号強度の傾きに基づき、測定値Ｄを補正する。
【００２０】
記憶部４７は、測定に必要な各種データ、プログラム等を記憶する。表示部４９は、測定値Ｄを表示する。設定キー５１は、測定に必要な各種設定を入力するためのものである。メインバス５３は、ＣＰＵ４５、記憶部４７、カウンタ４１を電気的に互いに接続している。入出力インターフェース５５は、表示部４９及び設定キー５１をメインバス５３に接続している。
【００２１】
［第１実施形態に係る光学式測定装置１の動作］
次に、第１実施形態に係る光学式測定装置１の動作について説明する。図３は、第１実施形態に係る光学式測定装置１の動作を示すフローチャートである。なお、図３に示す動作は、制御部７にて、ＣＰＵ４５が記憶部４７から各種プログラムを読み出し、実行することによりなされる。
【００２２】
先ず、制御部７は、図３に示すように、設定キー５１にて測定条件を受け付ける（ステップＳ１０１）。次に、制御部７は、測定を実行する（ステップＳ１０２）。続いて、制御部７は、受光信号Ｓｇに基づき、測定値Ｄを算出する（ステップＳ１０３）。
【００２３】
続いて、制御部７は、受光信号Ｓｇの傾きＫを特定する（ステップＳ１０４）。ここで、傾きＫは、ビームＬＢ２を走査する単位時間に対する受光信号Ｓｇの強度の変化量である。次に、制御部７は、傾きＫに基づき測定値Ｄを補正する（ステップＳ１０６）。以上で、制御部７の動作は終了する。
【００２４】
次に、図４を参照して、上記ステップＳ１０２、及びステップＳ１０３の処理を具体的に説明する。ここでは、測定対象物Ｗは図４に示すように円筒形状を有し、紙面垂直方向を長手方向として配置されているものとする。図４は、第１実施形態に係る光学式測定装置１の測定の概略を示す図である。図４に示すように、測定（ステップＳ１０２）は、ビームＬＢ２を走査し、測定領域Ｒを通過したビームＬＢ２を検出することにより実行される。受光信号Ｓｇ（Ｓｇ（Ａ）〜Ｓｇ（Ｃ））は、図４に示すように、測定対象物Ｗの形状に従って下に凹な波形となる。この受光信号Ｓｇの下に凹な波形を解析することにより、測定値Ｄが算出される（ステップＳ１０３）。
【００２５】
続いて、図４及び図５を参照して、上記ステップＳ１０４の処理を具体的に説明する。図５は、受光信号Ｓｇの拡大図である。上述したように、ビームＬＢ２の焦点は、コリメータレンズ１７によって測定領域Ｒに設定されるので、ビームＬＢ２の径は、測定領域Ｒの位置Ｂ（焦点位置）にて最小となり、測定領域Ｒの位置Ｂから離れる程大きくなる。よって、例えば、位置Ｂから離れた位置Ａ，ＣのビームＬＢ２の径は、位置ＢのビームＬＢ２の径よりも大きくなる。
【００２６】
ここで、位置Ａ〜Ｃに測定対象物Ｗを配置した際に、測定により得られる受光信号Ｓｇをそれぞれ、受光信号Ｓｇ（Ａ）〜Ｓｇ（Ｃ）とする。このような受光信号Ｓｇ（Ａ）〜Ｓｇ（Ｃ）の傾きＫ（Ａ）〜Ｋ（Ｃ）は、焦点位置からの距離に依存するビームＬＢ２の径ｄによって変化し、Ｋ（Ｂ）＞Ｋ（Ａ）、Ｋ（Ｂ）＞Ｋ（Ｃ）となる。
【００２７】
例えば、制御部７は、受光信号Ｓｇの信号強度の５０％を閾値に設定して、その閾値に基づき受光信号Ｓｇを２値化する。そして、制御部７は、２値化された受光信号Ｓｇに基づきクロック信号ＣＫを計数して、測定値Ｄを求める。したがって、測定値Ｄは、ビームＬＢ２の径ｄの変化による影響を受けにくいはずである。しかしながら、閾値設定のばらつき、あるいは光学的要因等により、測定値Ｄは、ビームＬＢ２の径ｄの変化による影響を受ける。
【００２８】
傾きＫは、具体的に以下のように決定する。すなわち、制御部７は、図５に示すように、受光信号Ｓｇの信号強度に対して第１閾値Ｔｈ１、第２閾値Ｔｈ２（Ｔｈ２＜Ｔｈ１）を設定する。続いて、制御部７は、ビームＬＢ２の走査に伴って受光信号Ｓｇの信号強度が第１閾値Ｔｈ１となった時刻ｔ１、及び受光信号Ｓｇの信号強度が第２閾値Ｔｈ２となった時刻ｔ２を記憶する。そして、制御部７は、時刻ｔ１と時刻ｔ２との差Δを求める。この差Δは、第１閾値Ｔｈ１から第２閾値Ｔｈ２になる時間を示すので、差Δに基づき傾きＫが特定される。すなわち、差Δは、焦点位置である位置Ｂから測定対象物Ｗがどの程度ずれて配置されているかを示す尺度となる。
【００２９】
次に、図６及び図７を参照して、上記ステップＳ１０５の処理を具体的に説明する。図６は、測定対象物Ｗの位置に対する差Δの相対比、及び測定対象物Ｗの寸法Ｌを示す図である。図６に示す横軸は、測定対象物Ｗの横方向の位置を示し、測定領域Ｒの中心位置（焦点位置）を「０」とする。また、図６に示す縦軸は、位置「０」における差Δに対する各位置における差Δの比（差Δの相対比）、及び測定対象物Ｗの寸法Ｌを示す。図７は、記憶部４７に格納されたテーブルＴａを示す図である。
【００３０】
図６に示すように、測定対象物Ｗが測定領域Ｒの中心位置（焦点位置）から離れて位置するほど、差Δの相対比、及び測定対象物Ｗの寸法Ｌは増加する。これに対して、制御部７における記憶部４７は、図７に示すように、差Δの相対比に対応する測定値Ｄの補正係数を示すテーブルＴａを有している。補正係数は、以下に示す（数式１）で表される。なお、テーブルＴａは、事前に求められた差Δに対する測定値Ｄの誤差率に基づき作成される。例えば、テーブルＴａを作成する際、焦点位置から測定対象物Ｗを１ｍｍずらす毎に測定を行う。
【００３１】
補正係数＝焦点位置における測定値／焦点位置からずらした位置の測定値…（数式１）
【００３２】
制御部７は、以下に示す（数式２）のように、差Δの相対比に基づき、図７に示すテーブルＴａを参照して、測定値Ｄを補正する。
【００３３】
補正後の測定値＝補正前の測定値×差Δの相対比に対するテーブルＴａの補正係数…（数式２）
【００３４】
［第１実施形態に係る光学式測定装置１の効果］
第１実施形態に係る光学式測定装置１は、傾きＫ（差Δ）に基づき、測定値Ｄを補正することができる。すなわち、光学式測定装置１は、測定対象物Ｗの横方向のずれ量に基づく補正を可能とする。よって、測定対象物Ｗが振動等により測定中に測定領域Ｒから外れる（焦点位置から離れる）場合であっても、光学式測定装置１は、高精度な測定を行うことができる。
【００３５】
また、第１実施形態に係る光学式測定装置１は、傾きＫ（差Δ）に基づき、焦点位置を検出することができる。
【００３６】
また、第１実施形態に係る光学式測定装置１は、制御部７による処理を用いて補正を行うので、従来の構成から新たにハードウェアに変更を加える必要がない。したがって、光学式測定装置１は、容易に且つ安価に製造することができる。
【００３７】
［第２実施形態］
［第２実施形態に係る光学式測定装置の動作］
次に、図８〜図１０を参照して、第２実施形態に係る光学式測定装置の動作について説明する。図８は、第２実施形態に係る光学式測定装置の動作を示すフローチャートである。図９は、差Δに対する測定対象物Ｗの測定値Ｄの誤差率を示す図である。図１０は、記憶部４７に格納されたテーブルＴａ（１）〜Ｔａ（ｎ）を示す図である。なお、第２実施形態において、第１実施形態と同様の構成については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００３８】
第２実施形態に係る光学式測定装置は、図８に示すように、第１実施形態のステップＳ１０５の代わりに、傾きＫ、及び測定対象物Ｗの走査方向の寸法Ｌに基づき、測定値Ｄを補正する（ステップＳ１０６）。以上で、第２実施形態に係る光学式測定装置の動作は、終了する。
【００３９】
図９に示すように、第１実施形態と同様、差Δの増加に伴い、誤差率が増加する。さらに、図９に示すように、誤差率の増加は、測定対象物Ｗの寸法Ｌ（走査方向の寸法）によって異なる。これに対して、制御部７において記憶部４７は、図１０に示すように、各々の測定対象物Ｗの寸法Ｌに対応する複数のテーブルＴａ（１）〜Ｔａ（ｎ）を有する。各テーブルＴａ（１）〜Ｔａ（ｎ）は、差Δの相対比に対応する測定値Ｄの補正係数を有する。制御部７は、図１０に示す複数のテーブルＴａ（１）〜Ｔａ（ｎ）を参照して、各々の測定対象物Ｗの寸法Ｌに対応して、測定値Ｄを補正する。
【００４０】
［第２実施形態に係る光学式測定装置の効果］
第２実施形態に係る光学式測定装置は、測定対象物Ｗの寸法に対応して、測定値Ｄを補正するので、第１実施形態よりも広範囲、高精度な補正が可能となる。
【００４１】
［その他の実施形態］
以上、発明の実施形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、追加等が可能である。
【００４２】
例えば、第１実施形態において、測定によって求めた差Δの相対比に対応する補正係数がテーブルＴａにない場合がある。この場合、制御部７は、測定によって求めた差Δの相対比の前後の値となるテーブルＴａに記憶された２つの差Δの相対比を使用して、直線補間により補正を行ってもよい。
【００４３】
例えば、第２実施形態において、測定対象物Ｗの寸法Ｌに対応するテーブルＴａ（１）〜Ｔａ（ｎ）がない場合がある。この場合、制御部７は、測定対象物Ｗの寸法Ｌの前後に対応する２つのテーブルＴａ（ｋ）、Ｔａ（ｋ＋１）を使用して、直線補間により補正を行ってもよい。
【００４４】
例えば、上記実施形態において、テーブルＴａ、Ｔａ（１）〜Ｔａ（ｎ）は、制御部７の記憶部４７に格納されている。しかしながら、本発明において、テーブルＴａ、Ｔａ（１）〜Ｔａ（ｎ）は、記憶部４７に格納さていなくともよい。すなわち、テーブルＴａ、Ｔａ（１）〜Ｔａ（ｎ）は、光学式測定装置の外部に設けたコンピュータ（演算処理装置）に格納され、その外部のコンピュータにて制御部７の処理の一部が実行されてもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１…光学式測定装置、  ３…送光部、  ５…受光部、  ７…制御部、  ９…発光素子、  １１…ミラー、  １３…モータ、  １５…ポリゴンミラー、  １７…コリメータレンズ、  １９…キャビネット、  ２１…保護ガラス、  ２３…タイミング用フォトダイオード、  ２３Ａ…アンプ、  ２５…集光レンズ、  ２７…受光素子、  ２９…アンプ、  ３１…キャビネット、  ３３…保護ガラス、  ３９…クロック信号発振器、４１…カウンタ、４３…分周回路、４５…ＣＰＵ、  ４７…記憶部、  ４９…表示部、  ５１…設定キー、  ５３…メインバス、  ５５…入出力インターフェース。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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