(57)【要約】【課題】三次元測長系および落射照明を有する画像測定機の斜め検査において、一様かつ十分な明るさの画像データを得ることができ、校正スケールの複数点の座標値を明確に読み取ることができる画像測定機用校正スケールを提供する。【解決手段】表面に所定のパターンで配置された光透過性の透過領域１０Ａと光を透過しない非透過領域１０Ｂとを有するスケール本体１０と、スケール本体１０の裏面側に設けられスケール本体１０の表面側から照射されスケール本体１０を透過した透過光を再帰反射する再帰反射手段１１と、を備える画像測定機用校正スケール１。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に所定のパターンで配置された光透過性の透過領域と光を透過しない非透過領域とを有する板状のスケール本体と、
前記スケール本体の裏面側に設けられ前記スケール本体の表面側から照射され前記スケール本体を透過した透過光を再帰反射する再帰反射手段と、を備えることを特徴とする画像測定機用校正スケール。
【請求項２】
請求項１に記載の画像測定機用校正スケールにおいて、
前記再帰反射手段は、前記スケール本体の裏面側に着脱可能に設けられることを特徴とする画像測定機用校正スケール。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の画像測定機用校正スケールにおいて、
前記再帰反射手段は、
基板と、
前記基板の表面に設けられた再帰反射材と、を有することを特徴とする画像測定機用校正スケール。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の画像測定機用校正スケールにおいて、
前記再帰反射手段は、前記スケール本体の裏面に対して所定の間隔を隔てて配置されることを特徴とする画像測定機用校正スケール。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の画像測定機用校正スケールにおいて、
前記スケール本体は、
光透過性のスケール基板と、
前記スケール基板の表面に所定パターンで配置され光を透過しない被覆層と、を有し、
前記透過領域は、前記スケール本体表面の前記被覆層が設けられていない部分であり、
前記非透過領域は、前記スケール本体表面の前記被覆層が設けられた部分であることを特徴とする画像測定機用校正スケール。
【請求項６】
請求項５に記載の画像測定機用校正スケールにおいて、
前記スケール基板は、ガラス板であり、
前記被覆層は、蒸着により形成される金属薄層であることを特徴とする画像測定機用校正スケール。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像測定機用校正スケールに関する。詳しくは、三次元測長系を有する画像測定機の斜め検査に好適に用いられる画像測定機用校正スケールに関する。
【背景技術】
【０００２】
被測定物の形状などを測定する装置として画像測定機が知られている。画像測定機は、被測定物に対して光を照射する光源と、光源からの光や光源からの光が被測定物に反射または透過した光を集光する対物レンズと、対物レンズで集光された像を撮像するＣＣＤカメラと、ＣＣＤカメラからの画像データに基づいて被測定物の輪郭形状やエッジ検出などの画像処理を施す画像処理部と、を備えている（たとえば、特許文献１、２）。
【０００３】
画像測定機では、構造体の指示精度誤差をはじめとする様々な誤差要因が存在する。
このため、測定機の使用者は、その測定機か示す測定値に如何程の精度面での不確かさが存在するかを正確に把握する必要が在る。
このような誤差の評価には、座標値が既知である所定の複数点を有する校正スケールを撮像し、既知の所定の複数点の座標値と撮像した画像データ内の複数点に対応する座標値との差を基に、所定の複数点についての補正パラメータを算出する方法（たとえば、特許文献３）などが用いられる。
【０００４】
そして、三次元測長系を有する画像測定機において、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの各方向の誤差を評価するための校正スケールの撮像方法の一つとして、斜め検査と呼ばれる方法が知られている。
斜め検査では、たとえば、図２に示すように、短冊状の透明部材であるスケール基板１０１と、スケール基板１０１上に互いに等間隔に配置された複数の金属薄層１０３と、を有する校正スケール１００を、図４に示すようなＸＹＺ測定空間の対角４方向に沿うように順次配置し、校正スケール１００を上方から撮像する。そして、撮像した画像データから、原点Ｐ０となる金属薄層１０３と他の各金属薄層１０３との間の距離を実測値として算出し、この実測値と既知の原点Ｐ０となる金属薄層１０３と他の各金属薄層１０３との間の距離との差から、測定装置の誤差を求める。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２０５８２２号公報
【特許文献２】特開２００１−６６１１２号公報
【特許文献３】特開２００５−４３９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、斜め検査には、以下のような問題点があった。
図５（Ａ）に示すように、画像測定機の光源が被測定物に対して対物レンズ２１とは反対の側から被測定物に対して光を照射し、対物レンズ２１と連動する透過照明２５の場合、一様な明るさの画像データを得られないという問題点があった。
画像測定機の光源が透過照明２５の場合、図５（Ａ）に点線の矢印で示すように、金属薄層１０３が光を遮蔽するので、金属薄層１０３に照射された光は対物レンズ２１に到達しない。一方、実線の矢印で示すように、スケール基板１０１は光を透過するので、スケール基板１０１に照射された光は、対物レンズ２１に到達する。
【０００７】
したがって、図５（Ｂ）に示すように、撮像された画像データには、校正スケール１００の金属薄層１０３に対応する部分２６は暗く、スケール基板１０１に対応する部分２７は明るく映し出される。これにより、金属薄層１０３のエッジを画像データから読み取ることができるので、所定の原点となる金属薄層１０３と他の各金属薄層１０３との間の距離を実測値として算出することができる。
しかし、図５（Ａ）に示すように、透過照明２５は水平に移動されるため、斜めに配置された校正スケール１００と透過照明２５の光源との距離が場所によって異なり、校正スケール１００全体にわたって一様な明るさの画像データを得ることが困難である。なお、対物レンズ２１は、校正スケール１００に対して平行に移動させることができる。
【０００８】
一方、図６（Ａ）に示すように、画像測定機の光源が被測定物に対して対物レンズ２１と同じ側から被測定物に向けて光を照射する落射照明２２の場合、対物レンズ２１および落射照明２２が校正スケール１００に対して平行に移動されるので、落射照明２２の光源と校正スケール１００との距離が一定となり、校正スケール１００全体にわたって一様な明るさの画像データを得ることができる。しかし、斜め検査においては、十分な明るさの画像データを得られないという問題点があった。
すなわち、図６（Ａ）に点線の矢印で示すように、金属薄層１０３は光を反射するが、校正スケール１００が斜めに配置されているので、金属薄層１０３に反射された光は対物レンズ２１に到達しにくい。一方、実線の矢印で示すように、スケール基板１０１は光を反射せず透過するので、スケール基板１０１に照射された光は反射されず、対物レンズ２１に到達しない。
したがって、図６（Ｂ）に示すように、撮像した画像データには、金属薄層１０３に対応する部分２６と、スケール基板１０１に対応する部分２７と、の両方が暗く映し出されるので、画像データから金属薄層１０３のエッジを読み取ることができない。このため、撮像した画像データから、所定の原点となる金属薄層１０３と他の各金属薄層１０３との間の距離を算出することができない。
【０００９】
本発明の目的は、上述のような問題点を解消し、三次元測長系および落射照明を有する画像測定機の斜め検査において、一様かつ十分な明るさの画像データを得ることができる画像測定機用校正スケールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の画像測定機用校正スケールは、表面に所定のパターンで配置された光透過性の透過領域と光を透過しない非透過領域とを有する板状のスケール本体と、前記スケール本体の裏面側に設けられ前記スケール本体の表面側から照射され前記スケール本体を透過した透過光を再帰反射する再帰反射手段と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、画像測定機用校正スケールを三次元測長系および落射照明を有する画像測定機の斜め検査に適用した場合、落射照明からスケール本体の透過領域に照射された光は、スケール本体の透過領域を透過し、再帰反射手段により再帰反射され、再びスケール本体の透過領域を透過して画像測定機の対物レンズに集光される。一方、スケール本体の非透過領域に照射された光は、対物レンズとは異なる方向に反射されるか、非透過領域に吸収される。
したがって、撮像した画像データには、スケール本体の透過領域は一様かつ十分に明るく、非透過領域は暗く映し出される。これにより、透過領域と非透過領域との境界の座標値を画像データから明確に読み取ることができる。この実測した座標値と非透過領域の既知の座標値との差から、測定装置の誤差を求めることができる。
【００１２】
本発明において、前記再帰反射手段は、前記スケール本体の裏面側に着脱可能に設けられることが好ましい。
このような構成によれば、再帰反射手段をスケール本体から取り外すことができるので、落射照明を有する画像測定機の斜め検査以外の誤差の評価方法にも、スケール本体を使用することができる。
すなわち、再帰反射手段を取り外したスケール本体は、透過照明を有する画像測定機の斜め検査に用いることができる。ただし、透過照明では、スケール本体の全体にわたって均一な光量を得ることが困難であり、スケール本体の画像の透過領域と非透過領域との境界が明確でなくなることがあり、その場合、測定精度が低くなる。
また、再帰反射手段を取り外したスケール本体を、透過照明を有する画像測定機のＸ方向またはＹ方向に沿って水平に配置すれば、Ｘ方向またはＹ方向の誤差を評価することができる。
【００１３】
本発明において、前記再帰反射手段は、基板と、前記基板の表面に設けられた再帰反射材と、を有することが好ましい。
このような構成によれば、再帰反射性シートなどの一般的な再帰反射材を、適宜な基板の表面に設けることで、容易に再帰反射手段を得ることができる。また、再帰反射手段が基板と基板の表面に設けられた再帰反射材とを有する板状であるから、再帰反射手段をスケール本体から着脱可能な構成とした場合に、再帰反射手段の着脱時の取り扱いが容易である。
なお、再帰反射材としては、再帰反射性を有するものであれば特に限定されず、たとえば、ガラスビーズ型のものやキューブコーナ（立方体コーナ）型のものなどが使用できる。基板としては、板状で硬質のものであれば特に限定されず、たとえば、ガラスや合成樹脂などのものが使用できる。
【００１４】
本発明において、前記再帰反射手段は、前記スケール本体の裏面に対して所定の間隔を隔てて配置されることが好ましい。
このような構成によれば、再帰反射手段は、スケール本体の裏面に対して所定の間隔を隔てて配置され、スケール本体の裏面と、再帰反射手段の表面が接触することがないので、再帰反射手段をスケール本体から着脱可能な構成とした場合、再帰反射手段の着脱時に、再帰反射手段とスケール本体の裏面とが接触して、その一方または双方の表面が破損し、透明性および／または再帰反射性が低下することを防止することができる。
【００１５】
本発明において、前記スケール本体は、光透過性のスケール基板と、前記スケール基板の表面に所定パターンで配置され光を透過しない被覆層と、を有し、前記透過領域は、前記スケール本体表面の前記被覆層が設けられていない部分であり、前記非透過領域は、前記スケール本体表面の前記被覆層が設けられた部分であることが好ましい。
このような構成によれば、光透過性のスケール基板に、光を透過しない被覆層を適宜の手段によって設けることで、スケール本体を得ることができ、用途に合わせて、被覆層のパターンを変更することができる。
【００１６】
なお、スケール基板としては、光透過性のものであれば特に限定されず、ガラスや合成樹脂などの透明基板が使用できる。
被覆層としては、光を透過しないものであれば特に限定されず、たとえば、金属や金属酸化物からなる薄層や、不透明な塗料からなる塗膜などを用いることができる。
【００１７】
本発明において、前記スケール基板は、ガラス板であり、前記被覆層は、蒸着により形成される金属薄層であることが好ましい。
このような構成によれば、ガラス板に、薄層の形成方法として一般的な蒸着によって金属薄層を設けることでスケール本体を得ることができる。
また、このようなスケール本体は、従来使用されている画像測定機用校正スケールである。したがって、従来の画像測定機用校正スケールに、再帰反射手段を設けるだけで、三次元測長系および落射照明を有する画像測定機の斜め検査において、一様かつ十分な明るさの画像データを得ることができ、金属薄層のエッジの座標値を明確に読み取ることができる画像測定機用校正スケールを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１（Ａ）に示すように、本実施形態の画像測定機用校正スケール１は、表面に所定のパターンで配置された光透過性の透過領域１０Ａと光を透過しない非透過領域１０Ｂとを有するスケール本体１０と、スケール本体１０の裏面に設けられスケール本体１０の表面側から照射されスケール本体１０を透過した透過光を再帰反射する再帰反射手段１１と、内部に再帰反射手段１１を支持しスケール本体１０に対して着脱可能な略矩形状の校正ユニット１２と、を備える。
【００１９】
図２に示すように、スケール本体１０は、短冊状で光透過性のスケール基板１０１と、スケール基板１０１の表面に互いに等間隔に配置され光を透過しない複数の被覆層１０２と、を有する。ここにおいて、スケール本体１０表面の被覆層１０２が設けられていない部分は、スケール本体１０の透過領域１０Ａを構成する。スケール本体１０表面の被覆層１０２が設けられた部分は、スケール本体１０の非透過領域１０Ｂを構成する。
なお、スケール基板１０１は、短冊状の透明ガラス板であり、被覆層１０２は、クロムの蒸着により形成した長方形の金属薄層１０３である。金属薄層１０３は、隣接する金属薄層１０３のエッジ間の距離が等しくなるように配置されている。
【００２０】
図１（Ａ）に示すように、再帰反射手段１１は、基板１１１と、基板１１１の表面に設けられた再帰反射材１１２とを有する。
再帰反射手段１１の基板１１１は、スケール本体１０のスケール基板１０１と略同形状の表面を有する短冊板状の部材である。再帰反射材１１２は、ガラスビーズ型の再帰反射性シートであり、基板１１１の表面に接着されている。
【００２１】
校正ユニット１２は、中空の略矩形状部材であり、一面にスケール本体１０を着脱可能に支持し、内部に再帰反射手段１１をスケール本体１０と平行に支持する。これにより、再帰反射手段１１は、スケール本体１０の裏面側に着脱可能に構成されている。
ここで、スケール本体１０は、被覆層１０２の設けられた側が校正ユニット１２の外側に向くように支持され、再帰反射手段１１は、再帰反射材１１２の設けられた側がスケール本体１０の裏面と向かい合うように、スケール本体１０の裏面に対して所定の間隔を隔てて配置されている。
【００２２】
このような画像測定機用校正スケール１を用い、三次元測長系および落射照明を有する画像測定機の斜め検査を行う手順を説明する。
図１（Ａ）に示すように、画像測定機用校正スケール１を、落射照明２２を有する画像測定機の対物レンズ２１の下方に、画像測定機のＸＹＺ測定空間の対角４方向に沿うように順次配置し、対物レンズ２１を画像測定機用校正スケール１に対して平行に移動させ、または、対物レンズ２１と画像測定機用校正スケール１とを互いに平行に相対移動させつつ、各金属薄層１０３のエッジを撮像する。
この時、実線の矢印で示すように、画像測定機の落射照明２２からスケール本体１０の透過領域１０Ａに照射された光は、スケール本体１０の透過領域１０Ａを透過し、再帰反射手段１１により再帰反射され、再びスケール本体１０の透過領域１０Ａを透過して画像測定機の対物レンズ２１に集光される。一方、破線の矢印で示すように、スケール本体１０の非透過領域１０Ｂに照射された光は、対物レンズ２１とは異なる方向に反射され、対物レンズ２１による集光が困難となる。
したがって、図１（Ｂ）に示すように、撮像された画像データには、スケール本体１０の透過領域１０Ａに対応する部分２３は明るく、非透過領域１０Ｂに対応する部分２４は暗く映し出される。
ここで、画像測定機の画像処理部が、画像データから透過領域１０Ａと非透過領域１０Ｂとの境界の座標値を読み取り、記憶する。そして、画像測定機の演算部は、各金属薄層１０３のエッジを撮像することにより記憶された複数の座標値から、原点となる金属薄層１０３と他の各金属薄層１０３との間の距離を実測値として算出する。この実測値と既知の原点となる金属薄層１０３と他の各金属薄層１０３との間の距離との差から、画像測定機の誤差が求められる。
【００２３】
本実施形態によれば、以下に示すような効果がある。
(１) 撮像により、スケール本体１０の透過領域１０Ａは一様かつ十分に明るく、非透過領域１０Ｂは暗く映し出された画像データを得ることができるので、スケール本体１０の画像の透過領域１０Ａと非透過領域１０Ｂとの境界の座標値を画像データから明確に読み取ることができ、原点となる金属薄層１０３と他の各金属薄層１０３との間の距離を実測値として算出することができる。この実測値と既知の原点となる金属薄層１０３と他の各金属薄層１０３との間の距離との差から、画像測定機の誤差が求められる。
【００２４】
（２）再帰反射手段１１をスケール本体１０から取り外すことができるので、落射照明２２を有する画像測定機の斜め検査以外の誤差の評価方法にも、スケール本体１０を使用することができる。
すなわち、再帰反射手段を取り外したスケール本体１０は、透過照明を有する画像測定機の斜め検査に用いることができる。ただし、透過照明では、スケール本体１０の全体にわたって均一な光量を得ることが困難であり、スケール本体１０の画像データの透過領域１０Ａと非透過領域１０Ｂとの境界が明確でなくなることがあり、その場合、測定精度が低くなる。
また、再帰反射手段１１を取り外したスケール本体１０を、画像測定機のＸ方向またはＹ方向に沿って水平に配置すれば、透過照明および落射照明２２のいずれを有する画像測定機を用いた場合にも、Ｘ方向またはＹ方向の誤差を評価することができる。
【００２５】
たとえば、図３（Ａ）に示すように、落射照明２２を有する画像測定機において、再帰反射手段１１および校正ユニット１２をスケール本体１０から取り外し、スケール本体１０のみを画像測定機のＸ方向またはＹ方向に沿って水平に配置して撮像した場合、実線の矢印で示すように、落射照明２２からスケール本体１０の透過領域１０Ａに照射された光は、スケール本体１０の透過領域１０Ａを透過するので、画像測定機の対物レンズ２１には集光されない。一方、破線の矢印で示すように、スケール本体１０の非透過領域１０Ｂに照射された光は、金属薄層１０３に反射され、画像測定機の対物レンズ２１に集光される。
したがって、図３（Ｂ）に示すように、撮像された画像データには、スケール本体１０の透過領域１０Ａに対応する部分２３は暗く、非透過領域１０Ｂに対応する部分２４は明るく映し出される。これにより、画像データから透過領域１０Ａと非透過領域１０Ｂとの境界を読み取ることができるので、原点となる金属薄層１０３と他の各金属薄層１０３との間の距離を実測値として算出することができる。この実測値と既知の原点となる金属薄層１０３と他の各金属薄層１０３との間の距離との差から、画像測定機の誤差が求められる。
【００２６】
（３）再帰反射材１１２が一般的なガラスビーズ型の再帰反射性シートであるから、部材の調達が容易であり、再帰反射性シートを基板１１１に接着することで容易に再帰反射手段１１を得ることができる。また、基板１１１が短冊板状の部材であり、再帰反射手段１１が全体として板状であるから、軽量で取り扱いが容易である。特に、再帰反射手段１１をスケール本体１０から着脱可能な構成とした場合に、再帰反射手段１１の着脱時の取り扱いが容易である。
（４）再帰反射手段１１は、スケール本体１０の裏面に対して所定の間隔を隔てて配置され、スケール本体１０の裏面と、再帰反射手段１１の表面が接触することがないので、再帰反射手段１１の着脱時に、再帰反射手段１１とスケール本体１０の裏面とが接触して、その一方または双方の表面が破損し、透明性および／または再帰反射性が低下することを防止することができる。
【００２７】
（５）光透過性のスケール基板１０１に、光を透過しない被覆層１０２を適宜の手段によって設けることで、スケール本体１０を得ることができ、用途に合わせて、被覆層１０２のパターンを変更することができる。
（６）ガラス板に、薄層の形成方法として一般的な蒸着によって金属薄層１０３を設けることでスケール本体１０を得ることができる。
（７）スケール本体１０は、従来使用されている画像測定機用校正スケールである。したがって、従来の画像測定機用校正スケールに、再帰反射手段１１および校正ユニット１２を設けるだけで、三次元測長系および落射照明２２を有する斜め検査において、一様かつ十分な明るさの画像データを得ることができ、金属薄層１０３のエッジの座標値を明確に読み取ることができる本実施形態の画像測定機用校正スケール１が得られる。
【００２８】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
（i）再帰反射材１１２は、本実施形態で示したガラスビーズ型の再帰反射性シートに限定されない。たとえば、キューブコーナ（立方体コーナ）型の再帰反射性シートでもよい。また、再帰反射性シートは軟質であっても硬質であってもよい。
【００２９】
（ii）再帰反射手段１１の構成は、本実施形態で示した基板１１１と再帰反射材１１２とからなるものに限定されない。たとえば、再帰反射手段１１は、硬質樹脂からなる板状の基板１１１の表面に、再帰反射性を示すマイクロエンボスパターンが形成されたものであってもよい。この場合、基板１１１と再帰反射材１１２とを接着する工程を省くことができる。
【００３０】
（iii）再帰反射手段１１のスケール本体１０への固定方法は、本実施形態で示した校正ユニット１２を用いるものに限定されない。たとえば、ビスなどで再帰反射手段１１をスケール本体１０に固定するように構成してもよい。この場合、部品数が減り、コストを抑えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、三次元測長系および落射照明を有する画像測定機の斜め検査に好適に用いられる画像測定機用校正スケールとして利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本実施形態の画像測定機用校正スケールを用いて落射照明を有する画像測定機の斜め検査を行う場合の正面図。
【図２】本実施形態の画像測定機用校正スケールのスケール本体の図。
【図３】本実施形態の画像測定機用校正スケールを水平に配置して検査を行う場合の正面図。
【図４】画像測定機のＸＹＺ測定空間を表す略図
【図５】本実施形態の画像測定機用校正スケールを用いて透過照明を有する画像測定機の斜め検査を行う場合の正面図。
【図６】従来の画像測定機用校正スケールを用いて落射照明を有する画像測定機の斜め検査を行う場合の正面図。
【符号の説明】
【００３３】
１      画像測定機用校正スケール
１０      スケール本体
１０Ａ    透過領域
１０Ｂ    非透過領域
１１      再帰反射手段
１２      校正ユニット
２１      対物レンズ
２２      落射照明
１０１      スケール基板
１０２      被覆層
１０３      金属薄層
１１１      基板
１１２      再帰反射材
【図１】
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【図２】
2008096172.tif 000004
【図３】
2008096172.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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