(57)【要約】      （修正有）【課題】測定誤差を抑制し且つ測定位置を容易に確認可能な形状測定装置を提供する。【解決手段】形状測定装置は、第１光源１７２１ａ、第２光源１７２１ｂ、光学系、撮像部、及び制御部を有する。第１光源１７２１ａは、可視光を照射する。第２光源１７２１ｂは、測定に用いられる測定光を照射する。光学系は、可視光及び測定光をワークの同位置に照射する。撮像部は、ワークにて反射した測定光を撮像する。制御部は、測定位置を定める際に第１光源１７２１ａにより可視光をワークに照射させ、測定をする際に第２光源１７２１ｂにより測定光を前記ワークに照射させる。【選択図】図５
2014163690.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可視光を照射する第１光源と、
測定に用いられる測定光を照射する第２光源と、
前記可視光及び前記測定光をワークの同位置に照射する光学系と、
前記ワークにて反射した前記測定光を撮像する撮像部と、
測定位置を定める際に前記第１光源により前記可視光を前記ワークに照射させ、測定をする際に前記第２光源により前記測定光を前記ワークに照射させる制御部と
を備えることを特徴とする形状測定装置。
【請求項２】
前記測定光は、不可視光である
ことを特徴とする請求項１記載の形状測定装置。
【請求項３】
前記測定光は、赤外光である
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の形状測定装置。
【請求項４】
前記測定光は、紫外光である
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の形状測定装置。
【請求項５】
前記光学系は、前記可視光及び前記測定光を直線状に照射する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の形状測定装置。
【請求項６】
前記光学系は、前記可視光及び前記測定光を直線状に走査する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象に光を照射し、測定対象を撮像する事によって測定対象の形状を測定する形状測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プローブによってワークの表面を走査し、ワークの各部の位置座標等を取り込むことによってワークの表面形状を測定する形状測定装置が知られている。この様な形状測定装置として、特許文献１の様にワークの表面にプローブを接触させずに測定を行う非接触型のものが知られている。
【０００３】
特許文献１記載の非接触型表面形状測定装置においては、走査プローブでワーク表面に直線状のラインレーザを照射し、これをレーザの照射方向に対して所定の角度から撮像する事によってワークの表面形状を測定している。この様な非接触型の表面形状測定装置によれば、ワークの表面を傷つける恐れが無く、また、プローブの摩耗による測定精度への影響を考慮する必要が無い。
【０００４】
しかしながら、例えばワークが透明体であれば、ラインレーザが赤外光でなければ十分に反射光を受光できない。すなわち、ラインレーザの波長によって測定誤差が生じる。一方、照射光を赤外光とすれば、装置の使用者は測定位置を目視により確認することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００９−５３４９６９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、このような問題点に鑑みされたもので、測定誤差を抑制し且つ測定位置を容易に確認可能な形状測定装置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】
本発明に係る形状測定装置は、第１光源、第２光源、光学系、撮像部、及び制御部を有する。第１光源は、可視光を照射する。第２光源は、測定に用いられる測定光を照射する。光学系は、可視光及び測定光をワークの同位置に照射する。撮像部は、ワークにて反射した測定光を撮像する。制御部は、測定位置を定める際に第１光源により可視光をワークに照射させ、測定をする際に第２光源により測定光をワークに照射させる。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、測定誤差を抑制し且つ測定位置を容易に確認可能な形状測定装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る形状測定装置を構成するシステムの全体図である。
【図２】第１の実施の形態に係る光学式プローブ１７の構成を示す図である。
【図３】光学式プローブ１７を用いて照射されたラインレーザを示す概略図である。
【図４】光学式プローブ１７内の配置を示す概略図である。
【図５】第１の実施の形態に係るレーザ光生成部１７２を示す概略図である。
【図６】第１の実施の形態に係るＣＭＯＳセンサ１７３２を示す模式図である。
【図７】光学式プローブ１７の制御系統を表すブロック図である。
【図８】第１の実施の形態に係る第１光源１７２１ａ及び第２光源１７２１ｂの駆動を示すフローチャートである。
【図９Ａ】第１光源１７２１ａ及び第２光源１７２１ｂの駆動状態を示す概略図である。
【図９Ｂ】第１光源１７２１ａ及び第２光源１７２１ｂの駆動状態を示す概略図である。
【図１０】第２の実施の形態に係る第１光源１７２１ａ及び第２光源１７２１ｂの駆動を示すフローチャートである。
【図１１】第１光源１７２１ａ及び第２光源１７２１ｂの駆動状態を示す概略図である。
【図１２】第３の実施の形態に係る第１光源１７２１ａ及び第２光源１７２１ｂの駆動を示すフローチャートである。
【図１３】第４の実施の形態に係る第１光源１７２１ａ及び第２光源１７２１ｂの駆動を示すフローチャートである。
【図１４】第５の実施の形態に係るレーザ光生成部１７２を示す概略図である。
【図１５】他の実施の形態に係るレーザ光生成部１７２を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態に係る形状測定装置について図面を参照して詳細に説明する。図１は、第１の実施の形態に係る形状測定装置を構成するシステムの全体図である。この形状測定装置は、図１に示すように、三次元測定装置１の測定プローブとして本実施の形態に係る光学式プローブ１７を装着する事により構成されている。この形状測定装置には、駆動制御装置２、操作盤３、及びホストシステム４から構成されている。駆動制御装置２は、三次元測定装置１を駆動制御すると共にこの三次元測定装置１から必要な測定座標値を取り込む。操作盤３は、この駆動制御装置２を介してこの三次元測定装置１を手動操作する。ホストシステム４は、駆動制御装置２での測定手順を指示するパートプログラムを編集・実行する。また、ホストシステム４は、駆動制御装置２を介して取り込まれた測定座標値に幾何形状を当てはめるための計算を行ったり、パートプログラムを記録、送信したりする機能を備える。
【００１１】
三次元測定装置１は、次のように構成されている。即ち、除振台１０の上には、定盤１１がその上面をベース面として水平面と一致するように載置され、この定盤１１の両側端から立設されたアーム支持体１２ａ，１２ｂの上端でＸ軸ガイド１３を支持している。アーム支持体１２ａは、その下端がＹ軸駆動機構１４によってＹ軸方向に駆動され、アーム支持体１２ｂは、その下端がエアーベアリングによって定盤１１上にＹ軸方向に移動可能に支持されている。Ｘ軸ガイド１３は、垂直方向に延びるＺ軸ガイド１５をＸ軸方向に駆動する。Ｚ軸ガイド１５には、Ｚ軸アーム１６がＺ軸ガイド１５に沿って駆動されるように設けられ、Ｚ軸アーム１６の下端に非接触式の光学式プローブ１７が装着されている。尚、光学式プローブ１７は、水平面内に回転可能であっても良いし、垂直面内に回転可能であっても良い。
【００１２】
図２は、本実施の形態に係る光学式プローブ１７の構成を示している。光学式プローブ１７は、図２に示すように、筐体１７１と、筐体１７１内に配置されたレーザ光生成部１７２と、ワーク５を撮像する撮像装置１７３と、レーザ光生成部１７２内の複数の光源の発光量を調整する制御回路１７４とを有する。なお、レーザ光生成部１７２の詳しい構成及びそれらの構成の制御については後述する。
【００１３】
レーザ光生成部１７２は、後述するレーザ光生成部１７２の光軸（走査方向中央部における光軸）と撮像装置１７３の光軸とでなす平面に対して直行する方向に広がる直線状のラインレーザをワーク５に向けて照射し、ワーク５の表面を直線状に照らす。
【００１４】
撮像装置１７３は、フィルタ１７３１ａ、レンズ１７３１ｂ、及びこれらを介してワーク５の画像を撮像するＣＭＯＳセンサ１７３２を有する。撮像装置１７３は、光源からワーク５への光の照射方向に対して所定の角度をなす方向から受光する様な向きに配置されている。即ち、ワーク５表面に照射され、ワーク５表面の形状に沿って反射された光を、撮像装置１７３によって所定の角度から受光する。
【００１５】
図３は、光学式プローブ１７を用いて照射されたラインレーザを示す概略図である。図３（ａ）に示すように、レーザ光生成部１７２によってワーク５に直線状のラインレーザＬを照射すると、ワーク５の表面に沿ってラインレーザＬの反射光が変形し、ワーク５をある平面で切断した時の輪郭が照らし出される。撮像装置１７３は、図３（ｂ）に示すように、レーザ光生成部１７２のレーザ光照射方向から所定の角度でワーク５を撮像し、ラインレーザの反射光Ｌ’の画像を撮像する。
【００１６】
図４は、光学式プローブ１７内の配置を示す概略図である。なお、図４において、フィルタ１７３１ａは省略している。本実施の形態に係る光学式プローブ１７にはシャインプルーフの原理が利用されており、図４に示すように、ＣＭＯＳセンサ１７３２の撮像面、レンズ１７３１ｂの主点を含む主平面、ワーク５に照射されるラインレーザの照射面をそれぞれ延長した面Ｓ１〜Ｓ３は、１点Ｐで交わる。このような配置によって、ＣＭＯＳセンサ１７３２の撮像面上全体が合焦状態となる。
【００１７】
図５は、本実施の形態に係るレーザ光生成部１７２を示す概略図である。レーザ光生成部１７２は、図５に示すように、可視光（例えば、赤色光）を照射する第１光源１７２１ａ、及び測定に使用される赤外光（測定光）を照射する第２光源１７２１ｂを有する。第１光源１７２１ａから照射された可視光は、ビームスプリッタ１７２２ａを透過してコリメータレンズ１７２３に達する。一方、第２光源１７２１ｂから照射された赤外光は、ビームスプリッタ１７２２ａにて反射してコリメータレンズ１７２３に達する。そして、第１及び第２光源１７２１ａ、１７２１ｂから照射された可視光又は赤外光は、コリメータレンズ１７２３を通過した後、ビームエキスパンダ１７２４にて散乱されてラインレーザとなる。以上、ビームスプリッタ１７２２ａ、コリメータレンズ１７２３、及びビームエキスパンダ１７２４（光学系）は、可視光及び赤外光をワーク５の同位置に直線状に照射可能に配置されている。なお、ビームエキスパンダ１７２４は、例えばロッドレンズ、又はシリンドリカルレンズである。
【００１８】
図６は、本実施の形態に係るＣＭＯＳセンサ１７３２を示す模式図である。ＣＭＯＳセンサ１７３２は、図６に示すように、行列状に配置された複数の撮像素子を有する。例えば、本実施の形態において、ＣＭＯＳセンサ１７３２は、直線状のレーザ光の伸びる方向に１０２４個、これと直交する方向に１２８０個の受光素子（ＣＭＯＳセル）を有している。また、ＣＭＯＳセンサ１７３２は、ローリングシャッター機能を有している。ローリングシャッター機能とは、１つないし複数の行（または列）に配置されている受光素子のみを同時に受光させ、この行単位（または列単位）の受光を列方向（または行方向）に順次行う方法である。例えば、図６においては、１列目に配置された受光素子（太枠で強調されている受光素子）の受光は、同時に行われる。この受光動作が終了すると、２列目、３列目と順次受光が行われる。
【００１９】
図７は、本実施の形態に係る光学式プローブ１７の制御系統を表すブロック図である。制御回路１７４は、図７に示すように、ＣＰＵ１７４１、ＣＰＵ１７４１に接続されたプログラム記憶部１７４２、ワークメモリ１７４３、及び多値画像メモリ１７４４を有する。ＣＭＯＳセンサ１７３２で取得された画像情報は、多値画像メモリ１７４４を介してＣＰＵ１７４１に入力される。ＣＰＵ１７４１は、第１及び第２光源１７２１ａ、１７２１ｂの駆動状態を制御する。
【００２０】
次に、図８、図９Ａ及び図９Ｂを参照して、第１の実施の形態に係る形状測定装置の動作について説明する。図８は、第１光源１７２１ａ及び第２光源１７２１ｂの駆動状態を示すフローチャートであり、図９Ａ及び図９Ｂは第１光源１７２１ａ及び第２光源１７２１ｂの駆動状態を示す概略図である。
【００２１】
図８に示すように、先ず、制御回路１７４は、第１光源１７２１ａを駆動状態（ＯＮ）とする（Ｓ１０１）。これにより、図９Ａに示すように、レーザ光生成部１７２は可視光をラインレーザとしてワーク５に照射する。次に、測定位置が決定されたか否かが確認される（Ｓ１０２）。測定位置が決定していない場合（Ｓ１０２，Ｎｏ）、繰り返しステップＳ１０２の処理が実行される。
【００２２】
測定位置が決定した場合（Ｓ１０２、Ｙｅｓ）、制御回路１７４は、第１光源１７２１ａを非駆動状態（ＯＦＦ）とする（Ｓ１０３）。これにより、レーザ光生成部１７２は可視光の照射を停止する。次に、制御回路１７４は、第２光源１７２１ｂを駆動状態（ＯＮ）とする（Ｓ１０４）。これにより、図９Ｂに示すように、レーザ光生成部１７２は赤外光をラインレーザとしてワーク５に照射し、ワーク５の形状測定が行われる。
【００２３】
以上、第１の実施の形態において、制御回路１７４は測定位置を定める際に可視光をワーク５に照射する。したがって、形状測定装置の使用者は、可視光により目視で測定位置を容易に確認できる。また、本実施の形態において、制御回路１７４は測定をする際に赤外光をワーク５に照射する。したがって、ワーク５が透明体であっても、本実施の形態はワーク５からの反射光を十分に得ることができる。すなわち、本実施の形態は、測定誤差を抑制できる。
【００２４】
［第２の実施の形態］
次に、第２の実施の形態に係る形状測定装置を説明する。第２の実施の形態に係る形状測定装置においては、図１０に示すように、測定位置が決定すると（Ｓ１０２、Ｙｅｓ）、制御回路１７４は、ステップＳ１０３の処理を省略して、ステップＳ１０４の処理を実行する。これにより、図１１に示すように、レーザ光生成部１７２は可視光及び赤外光をラインレーザとして照射し、ワーク５の形状測定を行う。上記制御であっても、第２の実施の形態は第１の実施の形態と同様の効果を奏する。また、第２の実施の形態において、使用者は測定中においても目視で測定位置を容易に確認できる。
【００２５】
［第３の実施の形態］
次に、第３の実施の形態に係る形状測定装置を説明する。第３の実施の形態において第２光源１７２１ｂは紫外光を照射し、この点で第１の実施の形態と異なる。図１２に示すように、ステップＳ１０３の後、第２光源１７２１ｂは駆動状態（ＯＮ）とされる（Ｓ１０４ａ）。これにより、レーザ光生成部１７２は紫外光をラインレーザとしてワーク５に照射し、ワーク５の形状測定が行われる。
【００２６】
第３の実施の形態において、第１の実施の形態と同様に、形状測定装置の使用者は、可視光により目視で容易に測定位置を確認できる。また、本実施の形態は、紫外光を照射して測定を行う。したがって、本実施の形態は、第１の実施の形態よりも高い分解能で測定を実行できる。
【００２７】
［第４の実施の形態］
次に、第４の実施の形態に係る形状測定装置を説明する。第４の実施の形態に係る形状測定装置において、第３の実施の形態と同様、第２光源１７２１ｂは、紫外光を照射する。図１３に示すように、測定位置が決定した場合（Ｓ１０２，Ｙｅｓ）、ステップＳ１０３を省略して、第２光源１７２１ｂは駆動状態（ＯＮ）とされる（Ｓ１０４ａ）。これにより、レーザ光生成部１７２は紫外光及び可視光をラインレーザとして照射し、ワーク５の形状測定が行われる。上記制御であっても、第４の実施の形態は第３の実施の形態と同様の効果を奏する。また、第４の実施の形態において、使用者は測定中においても目視で容易に測定位置を確認できる。
【００２８】
［第５の実施の形態］
次に、第５の実施の形態に係る形状測定装置を説明する。第５の実施の形態に係るレーザ光生成部１７２は、図１４に示すように、第１の実施の形態の構成に加えて、更に第３光源１７２１ｃ、及びビームスプリッタ１７２２ｂを有する。第３光源１７２１ｃは、第１及び第２光源１７２１ａ、１７２１ｂの照射光の波長以外の波長を有する光を照射する。
【００２９】
図１４に示すように、第１及び第２光源１７２１ａ、１７２１ｂからの光は、ビームスプリッタ１７２２ａ、１７２２ｂを介してコリメータレンズ１７２３に達する。第３光源１７２１ｃからの光は、ビームスプリッタ１７２２ｂにて反射して、コリメータレンズ１７２３に達する。このような第５の実施の形態は、第１の実施の形態と同様の効果を奏する。
【００３０】
［その他の実施の形態］
以上、本発明に係る形状測定装置の一実施の形態を説明してきたが、本発明は、上記実施の形態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、置換等が可能である。例えば、図１５に示すように、レーザ光生成部１７２は、コリメータレンズ１７２３及びビームエキスパンダ１７２４の代わりに、ミラー１７２３ａ、及びガルバノミラー１７２４ａを有する構成であってもよい。ミラー１７２３ａは、第１及び第２光源１７２１ａ、１７２１ｂからの照射光をガルバノミラー１７２４ａへ反射させる。ガルバノミラー１７２４ａは、ガルバノメータ１７２４ｂにより所定角度の範囲内において回転する。したがって、ガルバノミラー１７２４ａは、第１及び第２光源１７２１ａ、１７２１ｂからの照射光を直線状に走査する。
【００３１】
また、上記実施の形態においては撮像素子としてＣＭＯＳセンサ１７３２を用いて説明したが、撮像素子はＣＣＤ等のイメージセンサであってもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１…三次元測定装置、  ２…駆動制御装置、  ３…走査盤、  ４…ホストシステム、  ５…ワーク、  １１…定盤、  １２ａ，１２ｂ…アーム支持体、  １３，１５…軸ガイド、  １４…軸駆動機構、  １６…軸アーム、  １７…光学式プローブ、  １７１…筐体、  １７２…レーザ光生成部、  １７２１ａ〜１７２１ｃ…第１〜第３光源、  １７２２ａ，１７２２ｂ…ビームスプリッタ、  １７２３…コリメータレンズ、  １７２４…ビームエキスパンダ、  １７３…撮像装置、  １７３１ａ…フィルタ、  １７３１ｂ…レンズ、  １７４…制御回路、  １７４１…ＣＰＵ、  １７４２…プログラム記憶部、  １７４３…ワークメモリ、  １７４４…多値画像メモリ。
【図１】
2014163690.tif 000003
【図２】
2014163690.tif 000004
【図３】
2014163690.tif 000005
【図４】
2014163690.tif 000006
【図５】
2014163690.tif 000007
【図６】
2014163690.tif 000008
【図７】
2014163690.tif 000009
【図８】
2014163690.tif 000010
【図９Ａ】
2014163690.tif 000011
【図９Ｂ】
2014163690.tif 000012
【図１０】
2014163690.tif 000013
【図１１】
2014163690.tif 000014
【図１２】
2014163690.tif 000015
【図１３】
2014163690.tif 000016
【図１４】
2014163690.tif 000017
【図１５】
2014163690.tif 000018