(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め設定された基準傾斜角度を有する被測定物の被測定面に所定の照射面積を有するレーザー光を照射するレーザー光源部と、前記被測定面より反射された前記レーザー光の反射光軸上に置かれたスクリーンと、該スクリーンを観察する画像処理用ＣＣＤカメラとを具備し、前記スクリーンに投射された前記レーザー反射光のパターンを前記画像処理用ＣＣＤカメラで撮影し、画像処理・演算して比較し、前記レーザー反射光の前記スクリーン上での移動量を求め、前記被測定物の面傾斜角度の変化を測定することを特徴とする面傾斜角度測定機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は面傾斜角度測定機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、物体の面傾斜角度を測定する方法は、様々なものがあるが、電子部品の小型化、細密化により、光を用いて非接触で測定することが多くなってきている。量産品の物体の面傾斜角度を効率よく測定するものとして、レーザー変位計が、小型化、低価格化により、高速かつ安価な非接触の面傾斜角度測定機として採用されている。
【０００３】
図１を使用して従来の面傾斜角度測定機の説明をする。図１は従来の面傾斜角度測定機の単純な構成図である。図中の符号について説明する。１はレーザー変位計センサヘッド部、２は面傾斜角度を測定される対象物、３は対象物２をＸＹ方向に動かすためのＸＹテーブル、４はレーザー変位計アンプ、５はＸＹテーブルコントローラ、６はレーザー変位計アンプ４とＸＹテーブルコントローラ５と通信し、システム全体をコントロールするコンピュータ、７はモニタである。
【０００４】
前記構成による面傾斜角度測定機で具体的に対象物２の面傾斜角度の測定方法について説明する。
１．コンピュータ６がＸＹテーブルコントローラ５に指令を出してＸＹテーブル３を動作させ、載置されている対象物２を位置決めする。この点をＸＹ１とする。２．コンピュータ６がレーザー変位計アンプ４に指令を出してレーザー変位計センサヘッド部１を動作させ、対象物２とレーザー変位計センサヘッド部１との距離を測定させ結果をメモリに取り込む。この距離をＺ１とする。
３．コンピュータ６がＸＹテーブルコントローラ５に指令を出してＸＹテーブル３を移動させ、載置されている対象物２を移動する。この点をＸＹ２とする。
４．コンピュータ６がレーザー変位計アンプ４に指令を出してレーザー変位計センサヘッド部１を動作させ、対象物２とレーザー変位計センサヘッド部１との距離を測定させ結果をメモリに取り込む。この距離をＺ２とする。
５．Ｚ１とＺ２の差をｈとし、ＸＹ１とＸＹ２間の距離をｌとする。
【０００５】
対象物２がＸＹ１に在る時にレーザー光１−１が被測定面２−１に入射した点と対象物２がＸＹ２に在る時にレーザー光１−１が被測定面２−１に入射した点を結んだ線の角度θはθ＝ｔａｎ−１ｈ／ｌ（式１）で求められる。ＸＹテーブル３の動作面とレーザー光１−１は垂直であるとする。
【０００６】
次に前述のレーザー変位計の測定原理について説明する。図２は測定原理を説明するための模式図である。レーザー変位計センサヘッド部１は、ボディ１０、半導体レーザー１１、レンズ１２、レンズ１７、受光素子１８により構成されている。半導体レーザー１１から出射されたレーザー光はレンズ１２で被測定面１４−１の前後で焦点を結ぶように絞られレーザー入射光１３となる。レーザー入射光１３は被測定面１４−１で反射し、レーザー反射光１５−１となり、レンズ１７で受光素子１８に焦点を結ぶように絞られ、受光素子１８の入射位置１９に到達する。被測定面が１４−２の位置に変位した時は、レーザー反射光は１５−２となり、受光素子１８の入射位置２０に到達する。受光素子１８上のレーザー光の到達位置の違いによりレーザー変位計は被測定面のレーザー入射光軸方向の変位量を知ることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
レーザー反射光は被測定面での乱反射光である。図３は受光素子１８上のレーザー光の入射分布を示す図であり、実線はレーザー反射光１５−１、点線はレーザー反射光１５−２の分布である。入射位置１９、入射位置２０はピークの位置を示している。ここで、被測定面が乱反射しにくい表面である場合について考えてみる。レーザー変位計の構造上、受光素子に到達する光成分は少なくなり、被測定面が鏡面の場合は測定できなくなる。また、鏡面でなくとも完全に乱反射せず正反射成分の強い面の場合、被測定面が図２の紙面に垂直な軸まわりに回転してしまうと、測定結果に違いが発生する。
【０００８】
図４を使用して説明する。図４は図２の被測定面１４−１が、被測定面１４−１とレーザー入射光１３との交点を回転中心として時計方向に少し回転した場合の図である。被測定面は１４−３となる。被測定面１４−３のレーザー入射光１３に対する反射の様子に変化がないため、受光素子１８に向かうレーザー反射光は１５−３となり、受光素子１８上への入射位置は２１にずれることになる。そのため、測定点の高さに変位が無いにもかかわらず、受光素子上の入射位置に違いが出て、結果としてレーザー変位計は変位量を出力してしまうことになる。
【０００９】
この事は、被測定面が金属表面のように正反射し易いものである場合、被測定面の僅かな面のうねりによって変位量ｈが出力され式１によって計算された測定結果に誤差が出ることになる。また式１のｌを小さくしたとき、レーザー変位計の精度が同じ場合、計算したθの誤差が大きくなってしまう。従来の面傾斜角度測定機は、測定面が乱反射する面である場合には有効であるが、面が仕上の良い金属表面である場合や、測定範囲ｌが小さい場合には誤差が大きくなる欠点を有していた。本発明は前記欠点を解消するものであり、測定範囲が小さく表面が正反射し易い被測定物でも測定誤差の少なくできる面傾斜角度測定機を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
予め設定された基準傾斜角度を有する被測定物の被測定面に所定の照射面積を有するレーザー光を照射するレーザー光源部と、前記被測定面より反射された前記レーザー光の反射光軸上に置かれたスクリーンと、該スクリーンを観察する画像処理用ＣＣＤカメラとを具備し、前記スクリーンに投射された前記レーザー反射光のパターンを前記画像処理用ＣＣＤカメラで撮影し、画像処理・演算して比較し、前記レーザー反射光の前記スクリーン上での移動量を求め、前記被測定物の面傾斜角度の変化を測定する面傾斜角度測定機とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図５は本発明の一実施形態を説明するためのものであり、本発明に使用するレーザー光源より出射されたレーザー光に垂直な方向より見た概略図である。２２はレーザー光源であり、２３はレーザー入射光である。２４−１は被測定面であり、２５−１は被測定面２４−１によるレーザー反射光である。２４−２は被測定面２４−１が時計と逆方向に少し回転した時の被測定面であり、２５−２は被測定面２４−２によるレーザー反射光である。レーザー反射光の光路上には半透明のスクリーン２６がレーザー反射光に垂直に配置されており、スクリーン２６に投射されたレーザー反射光をＣＣＤカメラ２７で撮影する。ＣＣＤカメラ２７はスクリーン２６を垂直に見る位置に配置されている。レーザー光は平行光線に近いものであり、ビームはあまり広がることはなくスクリーン２６に投射されるレーザー反射光は被測定面の正反射成分が強ければ強いほど鮮明になる。レーザー入射光２３を測定したい面の形状に加工（例えば所望形状の穴を通過させる）しておいて、被測定面に入射させれば、レーザー反射光は面の形状をそのままスクリーン２６に投射する。これは本発明が正反射し易い面を測定対象にしていることによる。
【００１２】
被測定面２４−２が被測定面２４−１より反時計方向にθ１だけ回転した時にレーザー反射光２５−２はレーザー反射光２５−１より２θ１だけ回転する。被測定面２４−１とレーザー入射光２３との交点とスクリーン２６とのおおよその距離をＬとする。スクリーン２６上での投射位置の移動量ｌ１は
ｌ１＝Ｌ・ｔａｎ２θ１で求められるので、移動量ｌ１よりθ１は
２θ１＝ｔａｎ−１ｌ１／Ｌで求められる。
【００１３】
被測定面２４−１からのレーザー反射光２５−１がスクリーン２６に投影されたパターンと被測定面２４−２からのレーザー反射光２５−２がスクリーン２６に投影されたパターンをＣＣＤカメラ２７で撮影して画像処理・演算して比較し、そのスクリーン上での移動量を求め面傾斜角度の変化を推定する。本発明の面傾斜角度測定機では、レーザー入射光を法線とする平面に対する絶対角度を測定することはできないが、被測定面を基準とし、そこからどの程度面が傾斜しているかを正確に測定できるものである。
【００１４】
本発明では、被測定面の比較的大きな面積部分レーザー光線を当て、被測定面によるレーザー反射光をＣＣＤカメラにより撮影、画像処理して面傾斜角度を測定するので、被測定面の細かいうねりや汚れ等は測定の大きな障害にはならない。
【００１５】
図６は本発明の更に具体的な実施形態を説明する概略図である。への字形に成形された測定対象物３０はＸＹテーブル３４に固定された治具３３に取付けられている。レーザー光源２２はＨｅＮｅレーザーである。レーザー光線はコリメータレンズ３１を透過し、直径２ｍｍの平行光線束のレーザー入射光２３となっている。レーザー入射光２３は４５度ハーフミラー３２を透過し、被測定物３０に照射される。本実施形態では被測定物３０の基準傾斜角面がレーザー入射光に垂直になるように設定されている。すなわち、基準傾斜角面でレーザー入射光２３は垂直に反射され、４５度ハーフミラー３２で反射されスクリーン２６の原点Ｏに到達する。基準傾斜角面からスクリーンまでの距離はＡ＋Ｂである。
【００１６】
への字形の成形に誤差が生じ点線で示すように測定傾斜各面が反時計方向にθ２回転していると、レーザー反射光２５−２はθ２だけ回転し、スクリーン２６に到達した時は原点ＯからＬ２離れている。θ２＝ｔａｎ−１Ｌ／（Ａ＋Ｂ）で基準傾斜角面からの回転角度が求められる。
【００１７】
本発明ではレーザー入射光に所定の面積をもたせて測定を安定化しているが、画像処理の手法により、例えば、レーザー入射光を複数にして傾斜角度を測定することも可能である。
【００１８】
【発明の効果】
本発明は被測定面の高さの変化を測定して面傾斜角度を計算するのではなく、予め設定した基準傾斜面との比較による面傾斜角度の測定なので精度の高い面傾斜角度の測定ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の面傾斜角度測定機の単純な構成図
【図２】レーザー変位計の測定原理を説明するための模式図
【図３】受光素子上のレーザー光の入射分布を示す図
【図４】図２の被測定面１４−１が、被測定面１４−１とレーザー入射光１３との交点を回転中心として時計方向に少し回転した場合の図
【図５】本発明の一実施形態を説明するためのものであり、本発明に使用するレーザー光源より出射されたレーザー光に垂直な方向より見た概略図
【図６】本発明の具体的な実施形態を説明する概略図
【符号の説明】
１        レーザー変位計センサヘッド部
２        測定される対象物
３        ＸＹテーブル
４        レーザー変位計アンプ
５        ＸＹテーブルコントローラ
６        コンピュータ
７        モニタ
１０      ボディ
１１      半導体レーザー
１２      レンズ
１４−１  被測定面
１４−２  被測定面
１４−３  被測定面
１５−１  レーザー反射光
１５−２  レーザー反射光
１５−３  レーザー反射光
１７      レンズ
１８      受光素子
１９      入射位置
２０      入射位置
２１      入射位置
２２      レーザー光源
２３      レーザー入射光
２４−１  被測定面
２４−２  被測定面
２５−１  レーザー反射光
２５−２  レーザー反射光
２６      スクリーン
２７      ＣＣＤカメラ
３０      測定対象物
３１      コリメータレンズ
３２      ４５度ハーフミラー
３３      治具
３４      ＸＹテーブル
【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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