(57)【要約】【課題】成形物がうねるような形状の場合でも、測定位置の違いによる照射面の形状の変化に基づく測定誤差の発生を効果的に防止し、測定対象の形状を精密に測定できる形状測定方法及びこれを用いた成形物の製造方法を提供する。【解決手段】広帯域光を生成する光源１１と、広帯域光を経路の異なる測定光と参照光に分岐し、測定対象に測定光を照射して反射させる光学系２０と、参照光の光路に配置され、ステップ状に形成される反射面によって参照光におけるＹ方向の位置に応じて光路長を変化させる位相シフトミラー４１と、測定対象に照射された測定光の反射光及び位相シフトミラー４１によって光路長が変調された参照光を受光するカメラユニット５０と、を備え、測定対象に照射される測定光が平行光である形状測定装置３によって成形物１の形状を測定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
素材を予め定められた形状に成形する成形工程と、
前記成形工程で成形された成形物の形状を測定対象として測定する測定工程と、
前記測定工程で測定された成形物の形状情報と、予め定められた形状に基づく基準形状情報と、に基づいて良品が不良品かを判定する判定工程と、
を含み、
前記測定工程は、
広帯域光を生成する光源と、
前記広帯域光を経路の異なる測定光と参照光に分岐し、前記測定対象に測定光を照射して反射させる光学系と、
前記参照光の光路に配置され、ステップ状に形成される反射面によって前記参照光における所定方向の位置に応じて光路長を変化させる位相シフトミラーと、
前記測定対象に照射された前記測定光の反射光及び前記位相シフトミラーによって光路長が変調された参照光を受光する検出器と、
を備え、
前記測定対象に照射される測定光が平行光である干渉計を用いて測定対象の形状を測定する成形物の製造方法。
【請求項２】
前記測定対象に照射される前記測定光の照射面を照射方向に直交する方向で直線状に移動させて前記測定対象の形状を測定する請求項１に記載の成形物の製造方法。
【請求項３】
干渉計を用いる形状測定方法であって、
広帯域光を生成する光源と、
前記広帯域光を経路の異なる測定光と参照光に分岐し、測定対象に測定光を照射して反射させる光学系と、
前記参照光の光路に配置され、ステップ状に形成される反射面によって前記参照光における所定方向の位置に応じて光路長を変化させる位相シフトミラーと、
前記測定対象に照射された前記測定光の反射光及び前記位相シフトミラーによって光路長が変調された参照光を受光する検出器と、
を備え、
前記測定対象に照射される測定光が平行光である干渉計を用いて測定対象の形状を測定する形状測定方法。
【請求項４】
広帯域光を生成する光源と、
前記広帯域光を経路の異なる測定光と参照光に分岐し、測定対象に測定光を照射して反射させる光学系と、
前記参照光の光路に配置され、ステップ状に形成される反射面によって前記参照光における所定方向の位置に応じて光路長を変化させる位相シフトミラーと、
前記測定対象に照射された前記測定光の反射光及び前記位相シフトミラーによって光路長が変調された参照光を受光する検出器と、
を備え、
前記測定対象に照射される測定光が平行光である形状測定装置。
【請求項５】
前記測定対象に照射される前記測定光の照射面を照射方向に直交する方向で直線状に移動させる移動装置を更に備える請求項４に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、干渉計を用いて測定対象の形状を測定する成形物の製造方法、形状測定方法及び形状測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
成形物の製造方法において、成形物の表面が所定の品質基準をクリアしているか否かを判定するために、成形物の形状測定を行うことがある。成形物の形状を測定する方法としては、マイケルソン型干渉計やマッハツェンダー型干渉計等の光を測定光と参照光に分岐し、光の干渉を利用して形状を測定する干渉計を用いる方法が従来から知られている。この種の干渉計を開示するものとして特許文献１がある。特許文献１には、ミラーを可動させる可動機構やフーリエ変換等の複雑な演算を行うことなく、ステップ状に構成されたシフト位相ミラーを用いることにより光路長を変化させて測定対象の形状を測定する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１０／１１３９８５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図８に示すように、干渉計では、測定光をレンズ等の光学系によって絞った状態で測定対象に照射している。しかし、測定対象の表面がうねるような形状の場合、光学系から測定対象までの距離が測定位置によって異なってしまい、測定光を測定対象に適切に照射できなくなってしまうことがある。例えば、ライン状に照射される測定光を走査する場合（図８において紙面の左側から右側に走査する場合）、測定光の照射面の形状が測定位置によって異なってしまい、測定光と参照光の合波に悪影響を与えて正確な測定の障害となるおそれがある。この問題を解決する方法の１つとして、測定位置ごとに光学系から測定対象までの距離を調節することも考えられる。しかし、この方法では、測定位置ごとに距離を調節する手間がかかったり、測定対象までの距離を調節する調節機構を設けたりする必要が生じてしまう。特許文献１に開示される構成においても、位相シフトミラーを用いて光路長を変化させることによりミラーを可動させる可動機構等を省略することが可能になっているものの、表面が大きくうねる形状の測定では、光学系から測定対象までの距離を別途調節する必要が生じてしまう可能性があった。
【０００５】
本発明は、測定対象の表面がうねるような形状の場合でも、測定位置の違いによる照射面の形状の変化に基づく測定誤差の発生を効果的に防止し、測定対象の形状を精密に測定できる形状測定方法、形状測定装置及びこれを用いた成形物の製造方法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】
【０００６】
本発明は、素材を予め定められた形状に成形する成形工程と、前記成形工程で成形された成形物（例えば、後述の成形物１）の形状を測定対象として測定する測定工程と、前記測定工程で測定された成形物の形状情報と、予め定められた形状に基づく基準形状情報と、に基づいて良品が不良品かを判定する判定工程と、を含み、前記測定工程は、広帯域光を生成する光源（例えば、後述の光源１１）と、前記広帯域光を経路の異なる測定光と参照光に分岐し、前記測定対象に測定光を照射して反射させる光学系（例えば、後述の光学系２０又は光学系３２０）と、前記参照光の光路に配置され、ステップ状に形成される反射面によって前記参照光における所定方向（例えば、後述のＹ方向）の位置に応じて光路長を変化させる位相シフトミラー（例えば、後述の位相シフトミラー４１）と、前記測定対象に照射された前記測定光の反射光及び前記位相シフトミラーによって光路長が変調された参照光を受光する検出器（例えば、後述のカメラユニット５０）と、を備え、前記測定対象に照射される測定光が平行光である干渉計を用いて測定対象の形状を測定する成形物の製造方法に関する。
【０００７】
これにより、測定対象に照射される測定光が平行光となるので、光学系から測定光までの距離が測定位置によって異なるために測定光の照射面の形状が一定にならない事態を防止できる。従って、測定深度の変位が大きく、うねるような形状の測定対象に対しても、その形状を正確に測定することができる。また、測定対象までの光路長を調整する必要がないことに加え、位相シフトミラーによって参照光側で光路長の調整を行う機構を省略できるので、測定精度を向上させつつ、干渉計の構造を簡素化できる。更に、正確に測定された形状情報に基づいて良品か不良品かが判定されるので、品質検査を厳密に行うことができ、高品質な成形物の製造を実現できる。
【０００８】
前記成形物の製造方法は、前記測定対象に照射される前記測定光の照射面を照射方向に直交する方向で直線状に移動させて前記測定対象の形状を測定することが好ましい。
【０００９】
これにより、平行光は深度によって照射面の形状が変化し難いので、うねるような形状の測定対象に対しても照射面を直線状に移動させるシンプルな機構で正確な測定を効率的に行うことができる。
【００１０】
また、本発明は、干渉計を用いる形状測定方法であって、広帯域光を生成する光源（例えば、後述の光源１１）と、前記広帯域光を経路の異なる測定光と参照光に分岐し、測定対象（例えば、後述の成形物１）に測定光を照射して反射させる光学系（例えば、後述の光学系２０又は光学系３２０）と、前記参照光の光路に配置され、ステップ状に形成される反射面によって前記参照光における所定方向（例えば、後述のＹ方向）の位置に応じて光路長を変化させる位相シフトミラー（例えば、後述の位相シフトミラー４１）と、前記測定対象に照射された前記測定光の反射光及び前記位相シフトミラーによって光路長が変調された参照光を受光する検出器（例えば、後述のカメラユニット５０）と、を備え、前記測定対象に照射される測定光が平行光である干渉計を用いて測定対象の形状を測定する形状測定方法に関する。
【００１１】
これにより、測定対象に照射される測定光が平行光となるので、光学系から測定光までの距離が測定位置によって異なるために測定光の照射面の形状が一定にならない事態を防止できる。従って、測定深度の変位が大きく、うねるような形状の測定対象に対しても、その形状を正確に測定することができる。また、測定対象までの光路長を調整する必要がないことに加え、位相シフトミラーによって参照光側で光路長の調整を行う機構を省略できるので、測定精度を向上させつつ、干渉計の構造を簡素化できる。
【００１２】
また、本発明は、広帯域光を生成する光源（例えば、後述の光源１１）と、前記広帯域光を経路の異なる測定光と参照光に分岐し、測定対象（例えば、後述の成形物１）に測定光を照射して反射させる光学系（例えば、後述の光学系２０又は光学系３２０）と、前記参照光の光路に配置され、ステップ状に形成される反射面によって前記参照光における所定方向（例えば、後述のＹ方向）の位置に応じて光路長を変化させる位相シフトミラー（例えば、後述の位相シフトミラー４１）と、前記測定対象に照射された前記測定光の反射光及び前記位相シフトミラーによって光路長が変調された参照光を受光する検出器（例えば、後述のカメラユニット５０）と、を備え、前記測定対象に照射される測定光が平行光である形状測定装置（例えば、後述の形状測定装置３、形状測定装置２０３又は形状測定装置３００）に関する。
【００１３】
これにより、測定対象に照射される測定光が平行光となるので、光学系から測定光までの距離が測定位置によって異なるために測定光の照射面の形状が一定にならない事態を防止できる。従って、測定深度の変位が大きく、うねるような形状の測定対象に対しても、その形状を正確に測定することができる。また、測定対象までの光路長を調整する必要がないことに加え、位相シフトミラーによって参照光側で光路長の調整を行う機構を省略できるので、測定精度を向上させつつ、干渉計の構造を簡素化できる。
【００１４】
前記形状測定装置は、前記測定対象に照射される前記測定光の照射面を照射方向に直交する方向で直線状に移動させる移動装置（例えば、後述のステージユニット１０）を更に備えることが好ましい。
【００１５】
これにより、平行光は深度によって照射面の形状が変化し難いので、うねるような形状の測定対象に対しても照射面を直線状に移動させるシンプルな機構で正確な測定を効率的に行うことができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の成形物の製造方法、形状測定方法及び形状測定装置によれば、測定対象の表面がうねるような形状の場合でも、測定位置の違いによる照射面の形状の変化に基づく測定誤差の発生を効果的に防止し、測定対象の形状を精密に測定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る成形物の製造工程の流れを模式的に示した図である。
【図２】形状測定装置の構成を概略的に示した図である。
【図３】位相シフトミラーの外観を模式的に示した図である。
【図４】測定光と参照光の合波により得られる画像情報を模式的に示した図である。
【図５】測定対象に照射された測定光の照射面のイメージを示す図である。
【図６】照射面積の形状を測定深度ごとに比較した図である。
【図７】判定工程における品質検査の判定処理を示すフローである。
【図８】従来の干渉計によって測定対象に照射された測定光の照射面のイメージを示す図である。
【図９】変形例の形状測定装置の構成を模式的に示した図である。
【図１０】第２変形例の形状測定装置の構成を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の形状測定装置３を用いた成形物１の製造方法の好ましい一実施形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態で製造される成形物１は、自動者に用いられる車体パネルである。図１は、本発明の一実施形態に係る成形物１の製造工程の流れを模式的に示した図である。
【００１９】
まず、本実施形態の成形物１の製造方法の全体の流れについて説明する。図１に示すように、本実施形態の成形物１は、（ａ）成形工程と、（ｂ）測定工程と、（ｃ）判定工程を経て製造される。
【００２０】
（ａ）成形工程は、素材としてのワークを所定の形状に成形する工程である。本実施形態では、プレス成形装置２によるプレス成形によってワークが成形物１に加工される。（ｂ）測定工程は、形状測定装置３によって、（ａ）成形工程で成形された成形物１の表面の形状を測定する工程である。本実施形態では、形状測定装置３によって測定された成形物１の形状情報は、制御装置４に送信される。なお、この形状測定装置３の詳細な構成については後述する。（ｃ）判定工程は、形状測定装置３によって測定された成形物１の形状情報に基づいて制御装置４が品質検査判定を行う工程である。この判定結果は、出力装置５に送信される。出力装置５は、制御装置４から受信した判定結果を画像表示装置又は紙等に出力し、判定結果の通知を作業者に行う。なお、出力装置５に出力することなく、判定結果に基づいて良品と不良品をロボットによって自動的に選別するように構成してもよい。
【００２１】
次に、（ｂ）測定工程で用いられる形状測定装置３の詳細な構成について説明する。図２は、形状測定装置３の構成を概略的に示した図である。図２の紙面中央に平面図を記載し、二重線の枠の外には側面図を記載している。図３は、位相シフトミラー４１の外観を模式的に示した図である。図４は、測定光と参照光の合波により得られる画像情報を模式的に示した図である。図５は、測定対象に照射された測定光の照射面のイメージを示す図である。図６は、照射面積の形状を測定深度ごとに比較した図である。なお、以下の説明において、測定光の照射方向に対して直交する平面（照射面と略平行な面）をＸ−Ｙ平面とし、測定対象の深さ方向（測定対象の厚み方向）をＺ方向として説明する。
【００２２】
本実施形態の形状測定装置３は、光源１１からの光を経路の異なる測定光と参照光に分割し、光路差による光の干渉を利用して形状測定を行う干渉計である。図２に示すように、形状測定装置３は、光源１１と、各種のレンズ及びビームスプリッタ等からなる光学系２０と、位相シフトミラー４１（図３参照）を有する光路変調ユニット４０と、カメラユニット５０と、ステージユニット１０と、を備える。なお、以下の説明において、特に説明のない場合は、Ｘ方向及びＹ方向は、測定光の測定対象への照射方向と直交する方向であり、Ｚ方向は測定光の照射方向を示すものとする。
【００２３】
光源１１は、広帯域の光を生成するＳＣ（Super  continuum）光源である。この光源１１によって生成された光が、光学系２０によって測定光と参照光とに分割される。
【００２４】
まず、光学系２０のうち、光源１１から第１ビームスプリッタ１５までの光路に配置される構成について説明する。この光路には、第１ロッドレンズ１２、第２ロッドレンズ１３、第１シリンドリカルレンズ１４が順に配置される。
【００２５】
第１ロッドレンズ１２及び第２ロッドレンズ１３は、軸方向がＹ方向と平行になるように配置される。第２ロッドレンズ１３は、その径及び軸方向の高さが第１ロッドレンズ１２よりも大きく形成される。光源１１から照射された光は、第１ロッドレンズ１２及び第２ロッドレンズ１３を通ってＸ方向に細長の光に拡大される。第１シリンドリカルレンズ１４は、円柱の側面の一部を切り出した形状に構成されており、その長手方向（Ｗ）がＹ方向に平行になるとともに短手方向（Ｈ）がＸ方向に平行を向いており、曲面部分が光路の下流側（＋Ｚ方向）を向いている（図２の紙面左上の模式図参照）。第１ロッドレンズ１２及び第２ロッドレンズ１３を通過してきた光は、第１シリンドリカルレンズ１４によって細長の平行光（コリメート光）となる。
【００２６】
第１ビームスプリッタ１５は、第１シリンドリカルレンズ１４によってコリメートされた平行光を分割する分割手段である。第１ビームスプリッタ１５は、Ｚ方向の光源１１側に傾いており、そのコーティング面は光源１１側に位置する。第１ビームスプリッタ１５まで到達した平行光は、測定光側の光路と、参照光側の光路と、に分岐する。本実施形態では、測定光と参照光に分岐させる前の段階で、光源１１で生成された光が平行光になっているので、第１ビームスプリッタ１５によって分岐した測定光及び参照光は、いずれも平行光である。
【００２７】
次に、光学系２０のうち、第１ビームスプリッタ１５からカメラユニット５０までの測定光側の光路に配置される構成について説明する。測定光側の光路には、第２シリンドリカルレンズ１６、第３シリンドリカルレンズ１７、第２ビームスプリッタ１８、第４シリンドリカルレンズ２１、第５シリンドリカルレンズ２２、第３ロッドレンズ２４、第６シリンドリカルレンズ２５、第３ビームスプリッタ２６が順に配置される。
【００２８】
第２シリンドリカルレンズ１６及び第３シリンドリカルレンズ１７は、円柱の側面の一部を切り出した形状に構成されており、その長手方向（Ｗ）がＹ方向を向いている。第２シリンドリカルレンズ１６は、その径や軸方向の長さが第３シリンドリカルレンズ１７よりも小さく形成されており、曲面部分が光路の上流側（−Ｚ方向）を向いている。一方、第３シリンドリカルレンズ１７は、曲面部分が光路の下流側（＋Ｚ方向）を向いている。
【００２９】
第１ビームスプリッタ１５でＺ方向に分割された測定光は、第２シリンドリカルレンズ１６及び第３シリンドリカルレンズ１７を通過してＸ方向に拡大される。このＸ方向への拡大率は、測定対象の大きさに基づいて設定される（図４参照）。第２シリンドリカルレンズ１６及び第３シリンドリカルレンズ１７の形状及び位置等は、Ｘ方向への拡大率に基づいて決まっている。
【００３０】
第２ビームスプリッタ１８は、Ｘ方向基準とすると測定対象側に傾いており、そのコーティング面が測定対象側に配置される。第２ビームスプリッタ１８まで到達した測定光は、該第２ビームスプリッタ１８を通過し測定対象に到達する。測定対象で反射した測定光は、第２ビームスプリッタ１８によって測定光側の光路の下流側に反射される。
【００３１】
本実施形態では、第１シリンドリカルレンズ１４によって平行光となった光を第１ビームスプリッタで分岐させ、測定光としており、測定対象に照射される照射面も平行光となっている（図４及び５参照）。図６に示すように、平行光は、深度が異なる場合でも照射面の形状を一定に保つことができるので、成形物１の表面がうねるような形状であった場合でも、測定光の照射面の形状は一定に保たれる。
【００３２】
第４シリンドリカルレンズ２１は、曲面部分が光路の上流側（−Ｘ方向）を向いているものが用いられている。一方、第５シリンドリカルレンズ２２は、曲面部分が光路の下流側（＋Ｘ方向）に凹む凹部によって形成されるように構成される。
【００３３】
第２ビームスプリッタ１８で光路の下流側に反射された測定光（測定対象で反射した測定光）は、第４シリンドリカルレンズ２１及び第５シリンドリカルレンズ２２を通過してＸ方向に縮小される（形状測定装置３の座標系ではＺ方向）。このＸ方向への縮小率は、カメラユニットの撮像範囲に基づいて設定される。第４シリンドリカルレンズ２１及び第５シリンドリカルレンズ２２の形状及び位置等は、このＸ方向への縮小率によって決まっている。なお、ここでいうＸ方向の縮小とは、後述のカメラユニット５０に撮像される時点（測定光の照射面がカメラユニット５０を向いている時点）におけるＸ方向の縮小を意味する。
【００３４】
第３ロッドレンズ２４は、軸方向が形状測定装置３の座標系ではＺ方向（カメラユニット５０に撮像される時点を基準とするとＸ方向）と平行になるように配置される。第４シリンドリカルレンズ２１及び第５シリンドリカルレンズ２２によってＸ方向に縮小された測定光は、第３ロッドレンズ２４を通ってＹ方向に拡大される。第６シリンドリカルレンズ２５は、円柱の側面の一部を切り出した形状に構成されており、曲面部分が光路の下流側を向いている。測定光は、この第６シリンドリカルレンズ２５を通じてＹ方向にコリメートされる。
【００３５】
第３ビームスプリッタ２６は、測定光と参照光が合波される合波手段である。第３ビームスプリッタ２６は、Ｘ方向を基準とすると光路変調ユニット４０側（カメラユニット５０の反対側）に傾いており、そのコーティング面は光路変調ユニット４０側に位置する。上述のように、第３ビームスプリッタ２６に到達する測定光は、測定光側の光路に配置された光学系２０によってＸ方向及びＹ方向のサイズが調整されたものである（図４参照）。本実施形態では、Ｘ方向及びＹ方向のサイズが調整された測定光が、第３ビームスプリッタ２６で参照光と合波される。なお、測定光の一部は、第３ビームスプリッタ２６を通過して漏れ光となる。
【００３６】
次に、第１ビームスプリッタ１５からカメラユニット５０までの参照光側の光路に配置される光学系２０及び光路変調ユニット４０について説明する。参照光側の光路に配置される光学系２０によって参照光の光路長が適切に調整される。この参照光側の光路には、第４ロッドレンズ３２、第７シリンドリカルレンズ３３、第４ビームスプリッタ３４、光路変調ユニット４０、第１球面レンズ５１、第２球面レンズ５２、第３ビームスプリッタ２６が順に配置される。
【００３７】
第１ビームスプリッタ１５で分割された参照光は、第４ロッドレンズ３２を通ってＹ方向に拡大される。第７シリンドリカルレンズ３３は、円柱の側面の一部を切り出した形状に構成されており、その長手方向が形状測定装置３の座標系ではＺ方向（カメラユニット５０に撮像される時点を基準とするとＸ方向）を向くともに、曲面部分が光路の下流側を向いている。参照光は、この第７シリンドリカルレンズ３３を通じてＹ方向にコリメートされる。
【００３８】
第４ビームスプリッタ３４は、Ｘ方向を基準とするとカメラユニット５０側に傾いており、そのコーティング面は、光路変調ユニット４０側に位置する。この第４ビームスプリッタ３４によって、第７シリンドリカルレンズ３３を通過してきた参照光がＺ方向の光路変調ユニット４０側に反射される。本実施形態では、第４ビームスプリッタ３４は、カメラユニット５０側に４５度傾いており、入射してきた参照光の一部を光路変調ユニット４０側に直角に反射させる（図２参照）。
【００３９】
光路変調ユニット４０は、位相シフトミラー４１によって構成され、該位相シフトミラー４１によって参照光を光路の下流側に反射する。図３に示すように、位相シフトミラー４１は、反射面がステップ状に構成されており、位相シフトミラー４１に反射された参照光は、該参照光における所定方向の光路長がステップ状に変化した状態となる。ここでいう所定方向とは、測定対象に基づいた場合はＹ方向である（図４参照）。本実施形態では、位相シフトミラー４１は、Ｚ方向におけるカメラユニット５０側に参照光を反射するように配置されており、反射面がカメラユニット５０側を向いている。上述の通り、第４ビームスプリッタ３４で反射された光は、Ｙ方向に垂直な方向であるＺ方向で位相シフトミラー４１の反射面に入射しており、光路変調ユニット４０への参照光の入射方向と反射方向が一致する構成となっている。従って、位相シフトミラー４１に照射された参照光は、位相シフトミラー４１の反射面に形成される段差に基づいてＹ方向の位相が段階的に異なる平行光として光路の下流側に反射される（図４参照）。位相シフトミラー４１で反射した参照光は、その一部が第４ビームスプリッタ３４を通過して第１球面レンズ５１に到達し、その一部が直角に反射される。以上説明したように、本実施形態の形状測定装置３は、参照光の光路における位相シフトミラー４１の上流側に配置され、光路を通過してきた参照光を直角に反射して位相シフトミラー４１に入射させる第４ビームスプリッタ３４を備える。そして、位相シフトミラー４１は、第４ビームスプリッタ３４によって入射された参照光を入射方向と同じ方向に反射するように配置されている。これにより、位相シフトミラーに対して参照光を斜めに入射させて反射させる従来の構成に比べ、位相シフトミラー４１の反射面に形成される段差に基づいて光路長の変化を容易に算出することが可能となり、装置設計や各機器の距離調整等をシンプルに行うことができる。
【００４０】
第１球面レンズ５１は、その球面側がＺ方向の光路変調ユニット４０側を向くように配置されている。第２球面レンズ５２は、その球面側がＺ方向のカメラユニット５０側を向くように配置されている。
【００４１】
第３ビームスプリッタ２６に到達した参照光は、上述のように、測定光側の光路に配置された光学系２０によってＹ方向のサイズが調整されたものである（図４参照）。なお、参照光の一部は、第３ビームスプリッタ２６で反射して漏れ光となる。
【００４２】
測定光側の光路を通過してきた測定光と、参照光側の光路を通過してきた参照光と、は、第３ビームスプリッタ２６で合波され、この合波された光がカメラユニット５０によって撮像される。
【００４３】
カメラユニット５０について説明する。カメラユニット５０は、光の干渉によって生じる干渉縞をＣＣＤカメラによって画像情報として取得する。カメラユニット５０の受光素子におけるＸＹ座標平面（Ｘ方向が横、Ｙ方向が縦）において、任意のＸ位置Ｘｉにおいて位相シフトミラー４１によって作られた参照光側と測定光側の光路差が無くなる点（位相シフトミラー４１のＺｉ位置）があれば、カメラユニット５０の受光素子Ｙｉで干渉縞が観察される。これにより、受光素子のＹ位置Ｙｉに基づいてＸｉの距離へと換算でき、Ｚ方向の深さを取得できる。即ち、カメラユニット５０によって取得された画像情報に基づいてＸ方向における深さ方向の形状を特定することが可能になる。本実施形態では、カメラユニット５０が取得した画像の画素情報に基づいて制御装置４が画像処理を行ってＸ方向におけるＺ方向の断面形状を取得する（図４参照）。
【００４４】
次に、形状測定装置３によるＹ方向への走査について説明する。本実施形態では、測定対象への測定光の照射面のＹ方向の移動は、ステージユニット１０によって行う。ステージユニット１０は、測定対象である成形物１をＹ方向に沿って移動させることで光学系２０を測定対象に対して相対的に移動させる。ステージユニット１０による一回の移動距離は、測定光の照射面積に基づいて適宜設定される。Ｘ方向における深さ方向の形状測定をＹ方向に連続的に行っていくことで測定対象の表面の形状を立体的な形状情報として取得する。
【００４５】
上述のように、測定対象に照射される測定光は、平行光であるため測定位置（深度）が変わっても照射面の形状が一定になる（図５及び図６参照）。従って、成形物１の表面がうねるような形状であった場合でも、測定対象までの距離を調節する必要がなく、Ｙ方向への直線的な移動のみによってＸＹ平面の形状測定を効率的に行うことが可能となっているのである。
【００４６】
以上の流れで、形状測定装置３は、測定対象である成形物１の形状情報を取得する。次に、（ｃ）判定工程における制御装置４による品質検査処理について説明する。品質検査処理は、形状測定装置３によって取得された形状情報に基づいて成形物１の品質検査を行う判定処理である。図７は、判定工程における品質検査の判定処理を示すフローである。
【００４７】
図７に示すように、制御装置４は、成形物１の形状情報としての測定値を形状測定装置３から取得すると、予め設定される基準値と、取得した測定値と、の差が閾値以下であるか否かを判定する判定処理を行う（Ｓ１０１、Ｓ１０２）。基準値は、基準となる成形物１の形状に基づいて設定される基準形状情報であり、閾値は許容できる誤差に基づいて設定される判定基準である。基準値と測定値の差が閾値以下ならば、成形物１を良品として判定し（Ｓ１０３）、閾値を超えるものであれば不良品として判定する（Ｓ１０４）。判定結果は、制御装置４から出力装置５に出力される。基準値と比較される測定値は、形状測定装置３によって精密に測定された値なので、成形物１の形状情報に基づいて厳密な品質検査が行われることになる。
【００４８】
以上説明した本実施形態の形状測定装置３を用いた成形物１の製造方法によれば、以下のような効果を奏する。
【００４９】
本実施形態の成形物１の製造方法は、（ａ）成形工程と、（ｂ）測定工程と、（ｃ）判定工程と、を含む。（ａ）成形工程では、素材としてのワークを予め定められた形状に成形する。（ｂ）測定工程では、成形工程で成形された成形物１の形状を測定対象として測定する。（ｃ）判定工程では、測定工程で測定された成形物１の測定値（形状情報）と、予め定められた形状に基づく基準値（基準形状情報）と、に基づいて良品が不良品かを判定する。（ｂ）測定工程は、以下のように構成される形状測定装置３によって測定される。即ち、形状測定装置３は、広帯域光を生成する光源１１と、広帯域光を経路の異なる測定光と参照光に分岐し、測定対象に測定光を照射して反射させる光学系２０と、参照光の光路に配置され、ステップ状に形成される反射面によって参照光におけるＹ方向の位置に応じて光路長を変化させる位相シフトミラー４１と、測定対象に照射された測定光の反射光及び位相シフトミラー４１によって光路長が変調された参照光を受光するカメラユニット５０と、を備え、測定対象に照射される測定光が平行光である。
【００５０】
これにより、測定対象に照射される測定光が平行光となるので、光学系２０から測定光までの距離が測定位置によって異なるために測定光の照射面の形状が一定にならない事態を防止できる。従って、測定深度の変位が大きく、うねるような形状の測定対象に対しても、その形状を正確に測定することができる。また、測定対象までの光路長を調整する必要がないことに加え、位相シフトミラー４１によって参照光側で光路長の調整を行う機構を省略できるので、測定精度を向上させつつ、形状測定装置の構造を簡素化できる。更に、正確に測定された形状情報に基づいて良品か不良品かが判定されるので、品質検査を厳密に行うことができ、高品質な成形物の製造を実現できる。
【００５１】
本実施形態の成形物１の製造方法に用いられる形状測定装置３は、測定対象に照射される測定光の照射面を照射方向に直交する方向で直線状に移動させるステージユニット１０を更に備え、このステージユニット１０によって測定対象を相対的に移動させながら測定対象の形状を測定する。
【００５２】
これにより、平行光は深度によって照射面の形状が変化し難いので、うねるような形状の測定対象に対しても照射面を直線状に移動させるシンプルな機構で正確な測定を行うことができる。
【００５３】
以上、本発明の形状測定装置３を用いた成形物１の製造方法の好ましい一実施形態について説明したが、本発明は、上述の構成に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
【００５４】
次に、形状測定装置３の変形例について説明する。図９は、変形例の形状測定装置２０３の構成を模式的に示した図である。図２の紙面中央に平面図を記載し、二重線の枠の外には側面図を記載している。本変形例は、なお、上記実施形態の構成と同様の構成は、同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。
【００５５】
図９に示すように、本変形例の形状測定装置２０３は、第２シリンドリカルレンズ１６、第３シリンドリカルレンズ１７、第４シリンドリカルレンズ２１、第５シリンドリカルレンズ２２を備えていない点が、上記実施形態の構成と異なる。従って、本変形例では、Ｘ方向の拡大及びＸ方向の縮小が行われずに、測定光がカメラユニット５０に到達することになる。参照光についても、Ｘ方向の拡大及び縮小が行われていないので、測定光がこのような経路を通った場合でも、測定光と参照光のＸ方向のサイズ及びＹ方向のサイズは一致し、形状測定を正確に行うことができる。このように、光学系２０を構成するレンズ、ビームスプリッタ、反射ミラー等の数や配置場所等の構成は事情に応じて適宜変更することができる。
【００５６】
次に、形状測定装置の第２変形例について説明する。図１０は、第２変形例の形状測定装置３００の構成を模式的に示した図である。本変形例においても、上記実施形態の構成と同様の構成は、同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。
【００５７】
図１０に示すように、第２変形例の形状測定装置３００は、各種のレンズ及びビームスプリッタ等からなる光学系３２０、光路変調ユニット４０及びカメラユニット５０のレイアウト等が上記実施形態や上記変形例の形状測定装置と異なっている。
【００５８】
光学系３２０のレイアウトについて説明する。まず、光学系３２０のうち、光源１１から第１ビームスプリッタ３１５までの光路に配置される構成について説明する。この光路には、平凸レンズ３０１、平凹レンズ３０２、第１ロッドレンズ３０３、第１シリンドリカルレンズ３０４が順に配置される。
【００５９】
平凸レンズ３０１は、球面を有するレンズであり、球面部分が光源１１側を向くように配置される。平凹レンズ３０２は、球面状に形成される凹部が光路の下流側を向くように配置される。光源１１から照射された光は、平凸レンズ３０１と平凹レンズ３０２を通過することにより、ビーム径が縮小される。第１ロッドレンズ３０３は、その軸方向がＹ方向を向くように配置される。第１シリンドリカルレンズ３０４は、円柱の側面の一部を切り出した形状に構成されており、その長手方向がＹ方向に平行になるとともに、曲面部分が光路の下流側を向いている。光源１１から照射された光は、平凸レンズ３０１、平凹レンズ３０２、第１ロッドレンズ３０３、第１シリンドリカルレンズ３０４を通過してＸ方向が拡大された状態（平行光の状態）で第１ビームスプリッタ３１５に到達する。
【００６０】
第１ビームスプリッタ３１５について説明する。第１ビームスプリッタ３１５のコーティング面は、光源１１側に形成される。第１ビームスプリッタ３１５まで到達した平行光は、測定光側の光路と、参照光側の光路と、に分岐する。本変形例における測定光は、第１ビームスプリッタ３１５によって測定対象に照射された光の反射光である。また、参照光は、第１ビームスプリッタ３１５を通過し、光路変調ユニット４０を経由してカメラユニット５０に到達する光である。
【００６１】
次に、光学系３２０のうち、第１ビームスプリッタ３１５からカメラユニット５０までの測定光側の光路に配置される構成について説明する。測定光側の光路には、集光レンズ３３１、第２シリンドリカルレンズ３３２、第３シリンドリカルレンズ３３３、第２ロッドレンズ３３４、第４シリンドリカルレンズ３３５、第２ビームスプリッタ３４０が順に配置される。
【００６２】
集光レンズ３３１は、球面を有する平凸型のシリンドリカルレンズであり、ステージユニット１０にセットされた測定対象（成形物１）の戻り散乱光を集光し、測定光側の光路（ステージユニット１０の測定対象からカメラユニット５０までの間の光路）における４ｆ光学系の結像用レンズとして機能する。
【００６３】
第２シリンドリカルレンズ３３２及び第３シリンドリカルレンズ３３３は、円柱の側面の一部を切り出した形状に構成されており、その長手方向がＹ方向を向いている。第２シリンドリカルレンズ３３２は、焦点距離が第３シリンドリカルレンズ３３３よりも長く形成されており、曲面部分が光路の上流側を向いている。一方、第３シリンドリカルレンズ３３３は、曲面部分が光路の下流側を向いている。第２シリンドリカルレンズ３３２及び第３シリンドリカルレンズ３３３によって測定光は、Ｘ方向に縮小される。
【００６４】
第２シリンドリカルレンズ３３２及び第３シリンドリカルレンズ３３３によってＸ方向に縮小された測定光は、第２ロッドレンズ３３４を通ってＹ方向に拡大される。第４シリンドリカルレンズ３３５は、円柱の側面の一部を切り出した形状に構成されており、曲面部分が光路の下流側を向いている。測定光は、この第４シリンドリカルレンズ３３５を通じてＹ方向にコリメートされる。
【００６５】
第２ビームスプリッタ３４０は、そのコーティング面がカメラユニット５０側に位置する。第４シリンドリカルレンズ３３５を通過してきた測定光は、第２ビームスプリッタ３４０を通過してカメラユニット５０に到達する。第２ビームスプリッタ３４０は、測定光と参照光が合波される合波手段であり、この第２ビームスプリッタ３４０で測定光と参照光が合波される。
【００６６】
次に、第１ビームスプリッタ３１５からカメラユニット５０までの参照光側の光路に配置される光学系３２０及び光路変調ユニット４０について説明する。この参照光側の光路には、第５シリンドリカルレンズ３５１、第６シリンドリカルレンズ３５２、反射ミラー３５５、第３ロッドレンズ３５６、第７シリンドリカルレンズ３５７、第３ビームスプリッタ３６０、光路変調ユニット４０、第１球面レンズ３６１、第２球面レンズ３６２、第２ビームスプリッタ３４０が順に配置される。
【００６７】
第５シリンドリカルレンズ３５１は、曲面部分が光路の上流側を向いている。一方、第６シリンドリカルレンズ３５２は、曲面部分の凹部が光路の下流側を向いている。第５シリンドリカルレンズ３５１及び第６シリンドリカルレンズ３５２によって第１ビームスプリッタ３１５からの参照光がＸ方向に縮小される。
【００６８】
反射ミラー３５５は、Ｚ方向の参照光をＹ方向に全反射する反射手段である。従って、第５シリンドリカルレンズ３５１及び第６シリンドリカルレンズ３５２を通過してきた参照光は、反射ミラー３５５により、漏れ光が生じることなく、光路の下流側に導かれる。
【００６９】
第３ロッドレンズ３５６は、その軸方向が第２ロッドレンズ３３４の軸方向と平行になるように配置される。反射ミラー３５５によって反射された参照光は、第３ロッドレンズ３５６を通ってＹ方向に拡大される。第７シリンドリカルレンズ３５７は、円柱の側面の一部を切り出した形状に構成されており、その長手方向がＸ方向を向くともに、曲面部分が光路の下流側を向いている。参照光は、この第７シリンドリカルレンズ３５７を通じてＹ方向にコリメートされる。
【００７０】
第３ビームスプリッタ３６０は、第７シリンドリカルレンズ３５７を通過してきた光を光路変調ユニット４０に反射するとともに、光路変調ユニット４０によって位相が変異した参照光をＹ方向のカメラユニット５０側に通過させる。
【００７１】
第１球面レンズ３６１は、その球面側がＺ方向の光路変調ユニット４０側を向くように配置されている。第２球面レンズ３６２は、その球面側がＺ方向のカメラユニット５０側を向くように配置されている。第１球面レンズ３６１及び第２球面レンズ３６２は、参照光側の光路（光路変調ユニット４０からカメラユニット５０までの間の光路）における４ｆ光学系の結像用レンズとして機能する。
【００７２】
第２ビームスプリッタ３４０は、そのコーティング面によって第１球面レンズ３６１及び第２球面レンズ３６２を通過した光をＺ方向のカメラユニット５０側に反射させる。上述の通り、第２ビームスプリッタ３４０には測定光が入射しており、測定光と参照光が合波されてカメラユニット５０に到達する。カメラユニット５０に取得された画像処理については上記実施形態と同様である。
【００７３】
第２変形例の形状測定装置３００の主要な構成は、以上の通りである。第２変形例では、第１ビームスプリッタ３１５は、Ｚ方向においては第１シリンドリカルレンズ３０４と第５シリンドリカルレンズ３５１に挟まれ、Ｚ方向に直交するＸ方向においては測定対象（成形物１）と集光レンズ３３１に挟まれるように配置されている。これによって、測定対象に光を照射する際に、漏れ光が生じないようになっている。また、集光レンズ３３１と測定対象（ステージユニット１０）の間にはレンズが配置されていないので、測定対象で反射された測定光は、レンズによって反射されることなく集光レンズ３３１に集光される。即ち、第２変形例の形状測定装置３００は、配置されるレンズ数を削減し、ゴーストの影響を効果的に低減できるレイアウトになっている。このように、第２変形例でも示したように、形状測定装置の光学系、光路変調ユニット及びカメラユニットのレイアウトは、事情に応じて適宜変更することができる。
【００７４】
上記実施形態では、光源１１で出力された光を第１ビームスプリッタ１５の上流側で平行光にする構成であるが、測定対象に照射される測定光が平行光になっていればよく、平行光にする位置は、適宜変更することができる。例えば、第１ビームスプリッタ１５の下流側で平行光にすることもできる。この場合、測定光と参照光のサイズを合わせるために、参照光側の経路に平行光にする手段を配置することが好ましい。
【００７５】
上記実施形態では、光学系のレンズとしてシリンドリカルレンズや球面レンズを用いているが、使用するレンズは適宜変更することができる。例えば、ダブレットレンズ、トリプレットレンズや非球面レンズ等の収差の少ないレンズを用いることも有効である。
【００７６】
上記実施形態では、ステージユニット１０によって成形物１を移動させることによって、測定対象の照射面を相対的に移動させるように構成されているが、この構成は適宜変更することができる。例えば、形状測定装置３の光学系２０を測定対象に対して移動させて照射面を移動させるように構成することもできる。
【００７７】
上記実施形態では、自動車の車体パネルを成形物１としたが、本実施形態の形状測定装置３は、自動車の車体パネル以外の成形物にも当然適用可能である。例えば、成形方法もプレス成形に限定されず、射出成型等で形状が成形された成形物に対しても本実施形態の形状測定装置３を適用できる。
【００７８】
上記実施形態では、マッハツェンダー方式に本発明を適用した例を説明したが、この方式に限定されるものではなく、マイケルソン型干渉計等、種々の干渉計に本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００７９】
１  成形物（測定対象）
３，２０３，３００  形状測定装置（干渉計）
１０  ステージユニット（移動装置）
１１  光源
２０，３２０  光学系
４１  位相シフトミラー
５０  カメラユニット（検出器）
【図１】
2016070918.tif 000003
【図２】
2016070918.tif 000004
【図３】
2016070918.tif 000005
【図５】
2016070918.tif 000006
【図７】
2016070918.tif 000007
【図８】
2016070918.tif 000008
【図９】
2016070918.tif 000009
【図１０】
2016070918.tif 000010
【図４】
2016070918.tif 000011
【図６】
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