(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物にレーザ光を投光するレーザ光投光手段と、該レーザ光投光手段のレーザ出力を制御するレーザ出力制御手段と、前記対象物からの反射光を受光する受光手段と、該受光手段の受光データを記憶する受光メモリ手段と、前記レーザ光投光手段および前記受光手段を一体で前記対象物回りを回転させる回転手段と、該回転手段を制御する回転制御手段と、前記回転手段の回転軸方向と直交し、かつ互いに直交する方向に、前記対象物を前記レーザ光投光手段に対して相対的に移動させる移動手段と、該移動手段を制御する移動制御手段と、光軸測定時に前記レーザ光投光手段のレーザ光を受光できる位置に設けられ、前記回転手段の回転軸方向を回転軸として回転する首振り手段を有する光軸測定用撮像手段と、該光軸測定用撮像手段の画像データを記憶する光軸測定用画像メモリ手段と、前記回転手段および前記移動手段の位置データと前記光軸測定用画像メモリ手段の画像データから光軸ずれ角度量を演算する演算手段が設けられていることを特徴とする形状測定装置。
【請求項２】
前記レーザ光投光手段が、レーザ光をスリット状に投光するスリット状レーザ光投光手段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】
光軸測定時に前記レーザ光投光手段と前記光軸測定用撮像手段の間に、前記レーザ光投光手段から投光されたレーザ光が前記光軸測定用撮像手段に入射される光量を減衰させる光量減衰手段が設けられてい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４】
前記レーザ光投光手段と前記受光手段を備えた測定ヘッドが設けられ、前記回転手段が前記測定ヘッドを前記対象物の回りを回転させる測定ヘッド回転手段であり、前記移動手段が前記対象物を前記回転手段の回転軸方向と直交し、かつ互いに直行する方向に移動する対象物移動手段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５】
前記光軸測定用撮像手段が、前記回転手段の回転軸方向を回転軸として回転する首振り手段を介して、光軸測定時に前記移動手段に固定可能な保持手段に結合されてい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６】
請求項１〜５のいずれかに記載の形状測定装置を用いて、前記光軸測定用撮像手段を前記レーザ光投光手段のレーザ光を受光できる位置にセットする光軸測定用撮像手段セット工程と、前記光軸測定用撮像手段で前記レーザ光を撮像した画像データからその重心位置を演算する演算工程と、前記光軸測定用撮像手段を前記レーザ光投光手段方向に所定の位置に前記光軸測定用撮像手段の撮像面を平行移動させる移動工程と、該移動工程後の位置で、前記光軸測定用撮像手段で前記レーザ光を撮像した画像データからその重心位置を再び演算する再演算工程と、前記の二つの重心位置から前記撮像面の垂直線と前記レーザ光面のなすずれ角度量を演算するずれ演算工程と、前記回転手段を９０度回転し、かつ前記首振り手段を前記回転手段と同じ方向に９０度回転する回転工程と、前記演算工程から前記ずれ演算工程を繰り返して第２のずれ角度量を求める第２ずれ演算工程と、前記回転工程から前記回転工程と同じ方向に前記回転手段と前記首振り手段を９０度回転する第２回転工程と、前記演算工程から前記ずれ演算工程を繰り返して第３のずれ角度量を求める第３ずれ演算工程と、前記第２回転工程から前記回転工程と同じ方向に前記回転手段と前記首振り手段を９０度回転する第３回転工程と、前記演算工程から前記ずれ演算工程を繰り返して第４のずれ角度量を求める第４ずれ演算工程と、上記の四つのずれ角度量から前記回転手段の所定方向からのずれ角度と前記レーザ光投光手段の所定方向からのずれ角度を演算するずれ角度演算工程からなることを特徴とする形状測定装置の光軸測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は形状測定装置およびその光軸測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
対象物の断面形状を高精度に測定することは様々な製品などで必要とされている。例えば、自動車用モール、ドアフレーム、シートレール等のロール成形品は、その断面形状の検査が品質管理上重要である。これらの断面形状検査は、測定断面を切断し、投影機にて形状を拡大し検査を行っていた。この方法では、断面切断時に形状に歪みが生じ、正確な断面形状が検査できない。また、複数の断面検査を行う場合、切断に時間がかかる、という問題があった。
【０００３】
それらの問題点に対し、非接触式の形状測定装置は検査したい断面を切断することなしに形状検査できるため、形状歪みがなく、任意断面に対し容易に検査が可能となる。
【０００４】
対象物の形状を非接触で測定する形状測定装置として、レーザ光を対象物に照射して形状測定するレーザセンサが多く使われている。この方法で死角領域を少なく測定する場合、対象物を様々な角度に回転、あるいはセンサを回転して測定する必要があるため、光軸を高精度に調整、確認する必要がある。しかし、レーザ光はダイヤルゲージ等の接触式触針が利用できないため、光軸位置測定ができない。
【０００５】
そこで、一般には光軸ねらい位置にマーキングしたスクリーンをセットし光軸ずれを目視で観察する方法や、光軸ねらい位置にピンホールをいくつか有するスクリーンをセットしレーザ光が透過するかを観察する方法が行われていた。しかし、これらの目視による方法では精度が悪いという問題点がある。また赤外光は外乱光の影響を受けにくく形状測定に有利であるが、目に見えないので目視による方法では光軸調整できない。
【０００６】
レーザ光で高精度に形状を測定するために、光軸を高精度に調節できる形状測定装置および方法が求められている。従来技術１として、特開平６−５８７２０号公報には、ＣＣＤカメラでレーザ光の位置、湾曲を定量的に測定する検査装置が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術１は、レーザ光の湾曲度のみを測定する装置であり、レーザユニットを装置に取り付けた時のレーザ光軸ずれを測定できるものではなく、かつ、動作各軸、光軸の軸ずれとの区別が困難であり、調整することができない問題がある。
【０００８】
本発明は上記課題を解決したもので、形状を高精度に測定できる形状測定装置を提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記技術的課題を解決するために、本発明の請求項１において講じた技術的手段（以下、第１の技術的手段と称する。）は、対象物にレーザ光を投光するレーザ光投光手段と、該レーザ光投光手段のレーザ出力を制御するレーザ出力制御手段と、前記対象物からの反射光を受光する受光手段と、該受光手段の受光データを記憶する受光メモリ手段と、前記レーザ光投光手段および前記受光手段を一体で前記対象物回りを回転させる回転手段と、該回転手段を制御する回転制御手段と、前記回転手段の回転軸方向と直交し、かつ互いに直交する方向に、前記対象物を前記レーザ光投光手段に対して相対的に移動させる移動手段と、該移動手段を制御する移動制御手段と、光軸測定時に前記レーザ光投光手段のレーザ光を受光できる位置に設けられ、前記回転手段の回転軸方向を回転軸として回転する首振り手段を有する光軸測定用撮像手段と、該光軸測定用撮像手段の画像データを記憶する光軸測定用画像メモリ手段と、前記回転手段および前記移動手段の位置データと前記光軸測定用画像メモリ手段の画像データから光軸ずれ角度量を演算する演算手段が設けられていることを特徴とする形状測定装置である。
【００１０】
上記第１の技術的手段による効果は、以下のようである。
【００１１】
すなわち、回転手段、首振り手段により異なる方向からのレーザ光を、ほぼレーザ光軸方向の異なる２つの位置で光軸測定用撮像手段により撮像できるので、レーザ光光軸、回転手段の回転軸の傾きが別々に測定でき、光軸を正確に測定し必要に応じて調整できるため、高精度の形状測定ができる。
【００１２】
上記技術的課題を解決するために、本発明の請求項２において講じた技術的手段（以下、第２の技術的手段と称する。）は、前記レーザ光投光手段が、レーザ光をスリット状に投光するスリット状レーザ光投光手段であることを特徴とする請求項１記載の形状測定装置である。
【００１３】
上記第２の技術的手段による効果は、以下のようである。
【００１４】
すなわち、対象物の形状測定位置ににレーザ光を照射するためにレーザ光を走査する必要がなく、そのための装置が簡略化できるので、低コストの形状測定装置ができる。
【００１５】
上記技術的課題を解決するために、本発明の請求項３において講じた技術的手段（以下、第３の技術的手段と称する。）は、光軸測定時に前記レーザ光投光手段と前記光軸測定用撮像手段の間に、前記レーザ光投光手段から投光されたレーザ光が前記光軸測定用撮像手段に入射される光量を減衰させる光量減衰手段が設けられていることを特徴とする請求項１記載の形状測定装置である。
【００１６】
上記第３の技術的手段による効果は、以下のようである。
【００１７】
すなわち、光量減衰手段により減衰されたレーザ光を光軸測定用撮像手段に入射できるので、光軸測定用撮像手段が光量オーバーになったり、破壊されるのを防止できる。
【００１８】
上記技術的課題を解決するために、本発明の請求項４において講じた技術的手段（以下、第４の技術的手段と称する。）は、前記レーザ光投光手段と前記受光手段を備えた測定ヘッドが設けられ、前記回転手段が前記測定ヘッドを前記対象物の回りを回転させる測定ヘッド回転手段であり、前記移動手段が前記対象物を前記回転手段の回転軸方向と直交し、かつ互いに直行する方向に移動する対象物移動手段であることを特徴とする請求項１記載の形状測定装置である。
【００１９】
上記第４の技術的手段による効果は、以下のようである。
【００２０】
すなわち、レーザ光投光手段と受光手段が測定ヘッドに一体で設けられ、両者の位置関係が固定されているので、高精度の形状測定ができ、かつ取扱も容易になる。また回転手段と移動手段が、対象物側、測定ヘッド側に分かれているので、形状測定装置の調整が簡単にできる。
【００２１】
上記技術的課題を解決するために、本発明の請求項５において講じた技術的手段（以下、第５の技術的手段と称する。）は、前記光軸測定用撮像手段が、前記回転手段の回転軸方向を回転軸として回転する首振り手段を介して、光軸測定時に前記移動手段に固定可能な保持手段に結合されていることを特徴とする請求項１記載の形状測定装置である。
【００２２】
上記第５の技術的手段による効果は、以下のようである。
【００２３】
すなわち、光軸測定用撮像手段、首振り手段、保持手段が一体で形成されているので、対象物と光軸測定用撮像手段を交換することが容易で、かつ高精度に光軸測定ができる。
【００２４】
上記技術的課題を解決するために、本発明の請求項６において講じた技術的手段（以下、第６の技術的手段と称する。）は、請求項１〜５のいずれかに記載の形状測定装置を用いて、前記光軸測定用撮像手段を前記レーザ光投光手段のレーザ光を受光できる位置にセットする光軸測定用撮像手段セット工程と、前記光軸測定用撮像手段で前記レーザ光を撮像した画像データからその重心位置を演算する演算工程と、前記光軸測定用撮像手段を前記レーザ光投光手段方向に所定の位置に前記光軸測定用撮像手段の撮像面を平行移動させる移動工程と、該移動工程後の位置で、前記光軸測定用撮像手段で前記レーザ光を撮像した画像データからその重心位置を再び演算する再演算工程と、前記の二つの重心位置から前記撮像面の垂直線と前記レーザ光面のなすずれ角度量を演算するずれ演算工程と、前記回転手段を９０度回転し、かつ前記首振り手段を前記回転手段と同じ方向に９０度回転する回転工程と、前記演算工程から前記ずれ演算工程を繰り返して第２のずれ角度量を求める第２ずれ演算工程と、前記回転工程から前記回転工程と同じ方向に前記回転手段と前記首振り手段を９０度回転する第２回転工程と、前記演算工程から前記ずれ演算工程を繰り返して第３のずれ角度量を求める第３ずれ演算工程と、前記第２回転工程から前記回転工程と同じ方向に前記回転手段と前記首振り手段を９０度回転する第３回転工程と、前記演算工程から前記ずれ演算工程を繰り返して第４のずれ角度量を求める第４ずれ演算工程と、上記の四つのずれ角度量から前記回転手段の所定方向からのずれ角度と前記レーザ光投光手段の所定方向からのずれ角度を演算するずれ角度演算工程からなることを特徴とする形状測定装置の光軸測定方法である。
【００２５】
上記第６の技術的手段による効果は、以下のようである。
【００２６】
すなわち、回転手段、首振り手段により異なる方向からのレーザ光を、ほぼレーザ光軸方向の異なる２つの位置で光軸測定用撮像手段により撮像できるので、レーザ光光軸、回転手段の回転軸の傾きが別々に測定でき、光軸を正確に測定し必要に応じて調整できるため、高精度の形状測定ができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について、図面に基づいて説明する。図１は形状測定時の形状測定装置の外観図であり、図２は光軸測定時の形状測定装置の光軸測定方法を説明する構成図である。
【００２８】
本実施例は、レーザ光投光手段であるレーザスリット投光器２、レーザ出力制御手段であるレーザ出力制御部３、受光手段である形状測定用撮像素子５、受光メモリ手段である形状測定用画像メモリ７、回転手段である回転機構１０、回転制御手段である回転機構制御部１１、移動手段であるＸＺステージ８、移動制御手段であるＸＺステージ制御部９、首振り手段である撮像素子首振り機構１５、光軸測定用撮像手段である光軸測定用撮像素子１３、光量減衰手段であるＮＤフィルタ１４、保持手段である円筒部材１７、光軸測定用画像メモリ手段である光軸測定用画像メモリ１６と、演算手段であるデータ演算部１２から構成されている。パーソナルコンピュータ２０が、レーザ出力制御部３、対象物画像メモリ７、光軸測定用画像メモリ１６、ＸＺステージ制御部９、回転機構制御部１１、データ演算部１２の役割を有している。
【００２９】
ＸＺステージ８は、水平方向に移動させるＸステージ８ａと垂直方向に移動させるＺステージ８ｂから構成されている。Ｚステージ８ｂはＸステージ８ａの上に設けられ、Ｘステージ８ａにより移動可能である。Ｚステージ８ｂの上には台座３１が設けられ、台座３１の上に対象物３０を固定できるようになっている。対象物３０は長尺状であり、長尺方向が軸方向である。対象物３０は、その軸方向が台座面３１ａに垂直になるように固定される。
【００３０】
対象物３０の軸方向で、ＸＺステージ８の反対側の延長方向に回転機構１０が設けられている。回転機構１０はエンコーダ付のモータであり、その回転軸１０ａは対象物３０の軸方向とほぼ一致している。回転機構１０とＸＺステージ８は、それぞれ同じベース２１上に立設された支持部２２と２３に支持されている。回転機構１０の対象物３０側にはＬ字状の支持部材２４が連結され、その先端にはレーザスリット投光器２と形状測定用撮像素子５を一体に設けた測定ヘッド６が固定されている。
【００３１】
形状測定用撮像素子５としては、面状のＣＣＤセンサやＣＭＯＳカメラを使用しているが、一つの受光センサでもよい。レーザスリット投光器２は、レーザ光をスリット状に投光する投光器であるが、一つにレーザ光を投光する投光器を用いてスリット状に走査してもよい。このスリット状走査型のレーザ投光手段を用いて、面状の受光手段で受光しても、スリット状走査型のレーザ投光手段を用いて、形一つの受光センサで受光してレーザ光の走査と同期して演算しても、対象物の形状測定ができる。
【００３２】
レーザスリット投光器２はレーザスリット光１を対象物３０に投光できるように設けられている。形状測定用撮像素子５は対象物３０のレーザスリット光１が当たる部分が撮像できる方向を向いており、形状測定用撮像素子５と対象物３０の間に光学レンズ４が設けられている。光学レンズ４は対象物３０からの反射光を投光軸から任意の角度より集光し、その集光された反射光を形状測定用撮像素子５が撮像する。光学レンズ４も測定ヘッド６内に一体に設けられている。
【００３３】
図２に示すように、光軸測定時には、対象物３０に替えて円筒部材１７が、その軸方向が台座面３１ａに垂直になるように固定される。この円筒部材１７の対象物３０と反対の端部には、撮像素子首振り機構１５を介して光軸測定用撮像素子１３が設けられている。光軸測定用撮像素子１３は撮像素子首振り機構１５により円筒部材１７の軸中心を中心として回転可能であると同時に、所定の位置で固定できるようになっている。
【００３４】
光軸測定用撮像素子１３は、面状のＣＣＤセンサやＣＭＯＳカメラを使用している。光軸測定用撮像素子１３の受光面の前方にＮＤフィルタ１４が設けられ、レーザ光量を減衰する。光軸測定用撮像素子１３はレーザ光を直接受光するので、減衰させないと光量が強すぎて光軸測定用撮像素子１３の検出限界をオーバーする。なお、ＮＤフィルタ１４を設ける替わりに、光軸測定時にレーザ強度を下げてもよい。
【００３５】
測定ヘッド６は、回転機構１０により対象物３０の軸の回りを回転できるように構成されている。すなわち測定ヘッド６は、円筒部材１７の軸の回りを回転できるように構成されている。
【００３６】
レーザ出力制御部３はレーザスリット投光器２と信号線を介して電気的に連結され、レーザスリット光１の投光強度、ＯＮ／ＯＦＦを制御する。形状測定用画像メモリ７は形状測定用撮像素子５と信号線を介して電気的に連結され、形状測定用撮像素子５で撮像された画像データを格納する。光軸測定用画像メモリ１６は光軸測定用撮像素子１３と信号線を介して電気的に連結され、光軸測定用撮像素子１３で撮像された画像データを格納する。
【００３７】
ＸＺステージ制御部９、回転機構制御部１１はベース２１を介し信号線を介して、それぞれＸＺステージ８と回転機構１０と電気的に連結され、それぞれＸＺステージの移動と回転機構１０の回転を制御する。レーザ出力制御部３、対象物画像メモリ７、光軸測定用画像メモリ１６、ＸＺステージ制御部９、回転機構制御部１１はデータ演算部１２と信号線を介して電気的に連結されている。データ演算部１２は、形状測定用撮像素子５の画像データより対象物断面形状を演算し、ＸＺステージ８の位置データと回転機構１０の角度データより形状データをＸＺステージ座標系に変換する演算などを行う。
【００３８】
図３は、本実施例の光軸測定方法を説明するフローチャート図である。ＸＺステージ８上に、図２のように撮像素子首振り機構１５を介して光軸測定用撮像素子１３を設けた円筒部材１７が立設し、光軸測定用撮像素子１３をレーザスリット光１を受光できる位置にセットする（光軸測定用撮像手段セット工程）。
【００３９】
Ｘステージ８ａおよびＺステージ８ｂがそれぞれの中央位置にある位置をＸＺステージ８の原点位置とする。測定ヘッド６が光軸測定用撮像素子１３の鉛直上方にある位置を回転機構１０の原点位置とする。光軸測定用撮像素子１３が鉛直上方に向けられている位置を撮像素子首振り機構１５の原点位置とする。
【００４０】
図４は、回転機構１０、撮像素子首振り機構１５が原点位置にある場合の測定を説明する説明側面図である。図５は、回転機構１０、撮像素子首振り機構１５がＸＺステージ８に向かって右に原点位置より９０度回転した位置にある場合の測定を説明する説明上面図である。図６は、回転機構１０、撮像素子首振り機構１５が原点位置より１８０度回転した位置にある場合の測定を説明する説明側面図である。
【００４１】
Ｘステージ８ａの移動方向をＸ軸とし、ＸＺステージ８に向かって右方向をＸ軸の正方向とする。Ｚステージ８ｂの移動方向をＺ軸とし、鉛直上方をＺ軸の正方向とする。Ｘ軸とＺ軸に直交する方向をＹ軸とし、回転機構１０からＸＺステージ８に向かう方向をＹ軸の正方向とする。Ｙ軸は、ほぼ円筒部材１７や対象物３０の軸方向である。
【００４２】
まず、ステップＳ０１で図４のように、ＸＺステージ８、回転機構１０、撮像素子首振り機構１５を原点に移動させる。次にステップＳ０２でＺステージ８ｂをｚ０移動させＸＺステージ８をｐ０（０，ｚ０）に移動する。ステップＳ０３で適切な光量制御を行ったレーザスリット光１をレーザスリット投光器２より照射し、レーザスリット光１を光軸測定用撮像素子１３で撮像し、ステップＳ０４でその画像データを光軸測定用画像メモリ１６に格納する。
【００４３】
ステップＳ０５で光軸測定用画像メモリ１６に格納された画像データより輝度分布の重心位置ｖｙ０を演算する（演算工程）。重心位置ｖｙ０は、画像上の位置（ｘ、ｙ）における輝度をＩ（ｘ、ｙ）とすると、
ｖｙ０＝Σ（ｙ・Ｉ（ｘ、ｙ））／ΣＩ（ｘ、ｙ）
で求められる。
【００４４】
次に、ステップＳ０６でＺステージ８ｂを移動してＸＺステージ８をｐ０（０，ｚ１）に移動し（移動工程）、ステップＳ０７でレーザスリット光１を光軸測定用撮像素子１３で撮像し、ステップＳ０８でその画像データを光軸測定用画像メモリ１６に格納する。ステップＳ０９で光軸測定用画像メモリ１６に格納された画像データより重心位置ｖｙ１を演算する（再演算工程）。
【００４５】
ステップＳ１０でレーザスリット光１のＺ軸を基準としたＸ軸左回りのずれ角度量γｘ（０）を、ｖｙ０とｖｙ１から式（１）により演算する（ずれ演算工程）。なお、γｘ（０）は、回転機構１０の回転軸１０ａのＹ軸を基準としたＸ軸左回りのずれ角度量αｘ、レーザスリット光１の回転軸１０ａに垂直な面３３を基準としたＸ軸左回りのずれ角度量βｘと式（２）の関係にある。
【００４６】
【数１】
0004332990.tif 000002
【数２】
0004332990.tif 000003
次にステップＳ１１で回転機構１０、撮像素子首振り機構１５を９０度回転し、図５の状態にする（回転工程）。ステップＳ１２でＸＺステージをｐ２（ｘ０、０）に移動し、ステップＳ１３でレーザスリット光１を光軸測定用撮像素子１３で撮像し、ステップＳ１４でその画像データを光軸測定用画像メモリ１６に格納する。ステップＳ１５で光軸測定用画像メモリ１６に格納された画像データより重心位置ｖｙ０を演算する（演算工程）。
【００４７】
次に、ステップＳ１６でＸステージ８ａを移動してＸＺステージ８をｐ３（ｘ１、０）に移動し（移動工程）、ステップＳ１７でレーザスリット光１を光軸測定用撮像素子１３で撮像し、ステップＳ１８でその画像データを光軸測定用画像メモリ１６に格納する。ステップＳ１９で光軸測定用画像メモリ１６に格納された画像データより重心位置ｖｙ１を演算する（再演算工程）。
【００４８】
ステップＳ２０でレーザスリット光１のＸ軸を基準としたＺ軸左回りのずれ角度量γｚ（π／２）を、ｖｙ０とｖｙ１から式（３）により演算する（第２ずれ演算工程）。なお、γｚ（π／２）は、回転機構１０の回転軸１０ａのＹ軸を基準としたＺ軸左回りのずれ角度量αｚ、レーザスリット光１の回転軸１０ａに垂直な面３３を基準としたＺ軸左回りのずれ角度量βｚと式（４）の関係にある。
【００４９】
【数３】
0004332990.tif 000004
【数４】
0004332990.tif 000005
次にステップ２１でθが２７０度かどうか判断する。θが２７０度でない場合はステップＳ２２に進み、θが２７０度であればステップＳ２３に進む。
【００５０】
ステップ２２では回転機構１０、撮像素子首振り機構１５をさらに９０度回転し（第２回転工程）、図６の状態にし、ステップＳ０２に戻る。ここから再度ステップＳ０２〜Ｓ２０が実行される。ステップＳ０２〜Ｓ１０では、２点ｐ０（０、ｚ０）、ｐ１（０、ｚ１）について、スリット像重心ｖｙ２、ｖｙ３をデータ演算部１２より演算し、レーザスリット光１の−Ｚ軸を基準としたＸ軸左回りのずれ角度量γｘ（π）を式（５）により演算する（第３ずれ演算工程）。なお、γｘ（π）は、αｘおよびβｘと式（６）の関係にある。
【００５１】
【数５】
0004332990.tif 000006
【数６】
0004332990.tif 000007
ステップＳ１１で回転機構１０、撮像素子首振り機構１５をさらに９０度回転し（第３回転工程）、ステップＳ１２〜Ｓ２０で、２点ｐ０（０、ｚ０）、ｐ１（０、ｚ１）について、スリット像重心ｖｙ２、ｖｙ３をデータ演算部１２より演算し、レーザスリット光１のＹ軸を基準としたＺ軸左回りのずれ角度量γｚ（３π／２）を演算する（第４ずれ演算工程）。その後、ステップＳ２１でθが２７０度であるかどうか判断する。
【００５２】
ステップＳ２３では式（７）、（８）を用いてγｘ（０）、γｘ（π）よりαｘ、βｘを演算し、ステップＳ２４で式（９）、（１０）を用いてγｚ（π／２）、γｚ（３π／２）よりαｚ、βｚを演算する（ずれ角度演算工程）。
【００５３】
【数７】
0004332990.tif 000008
【数８】
0004332990.tif 000009
以上の工程により、レーザスリット光１の光軸のＸ軸回りのずれ角度量およびＺ軸回りのずれ角度量について、回転機構におけるずれ角度量、回転軸からレーザスリット光までのずれ角度量に分けて測定できる。この結果、回転機構１０、レーザスリット投光器２の調整し易くなり、回転軸中心をＹ軸に平行にすることが容易となる。
【００５４】
回転機構１０、測定ヘッド６の調整終了後、ＸＺステージ８から円筒部材１７をはずし、対象物３０をつけて、その断面形状を測定する。
【００５５】
このように、測定ヘッド６を組み付けるときやレーザスリット光投光器２を組み付けるとき、容易に調整することができる。また測定精度に異常があった場合、その原因を容易に確認できる。なお、測定されたずれ角度量により光軸調整をせずに、そのずれ角度量を考慮して演算により、対象物の形状を高精度に測定することもできる。
【００５６】
本実施例では、ＸＺテーブル８、撮像素子首振り機構１５の移動や回転を手動で行っているが、自動制御で行うことも可能で、こうすれば自動で確認、または自動で調整作業ができ、更なる高速化が可能となる。また本実施例の移動手段は、対象物３０や光軸測定用撮像素子１３を移動させるものであるが、これらを回転機構１０の回転軸１０ａ方向と直交し、かつ互いに直交する方向に、レーザスリット光投光器２に対して相対的に移動させるさせることができればよいから、例えば回転機構１０を移動させる手段でもよい。またレーザスリット光投光器２そのものを移動させてもよい。この場合は、レーザスリット光１の光軸方向に移動できればよい。
【００５７】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、対象物にレーザ光を投光するレーザ光投光手段と、該レーザ光投光手段のレーザ出力を制御するレーザ出力制御手段と、前記対象物からの反射光を受光する受光手段と、該受光手段の受光データを記憶する受光メモリ手段と、前記レーザ光投光手段および前記受光手段を一体で前記対象物回りを回転させる回転手段と、該回転手段を制御する回転制御手段と、前記回転手段の回転軸方向と直交し、かつ互いに直交する方向に、前記対象物を前記レーザ光投光手段に対して相対的に移動させる移動手段と、該移動手段を制御する移動制御手段と、光軸測定時に前記レーザ光投光手段のレーザ光を受光できる位置に設けられ、前記回転手段の回転軸方向を回転軸として回転する首振り手段を有する光軸測定用撮像手段と、該光軸測定用撮像手段の画像データを記憶する光軸測定用画像メモリ手段と、前記回転手段および前記移動手段の位置データと前記光軸測定用画像メモリ手段の画像データから光軸ずれ角度量を演算する演算手段が設けられていることを特徴とする形状測定装置および形状測定装置を用いて、前記光軸測定用撮像手段を前記レーザ光投光手段のレーザ光を受光できる位置にセットする光軸測定用撮像手段セット工程と、前記光軸測定用撮像手段で前記レーザ光を撮像した画像データからその重心位置を演算する演算工程と、前記光軸測定用撮像手段を前記レーザ光投光手段方向に所定の位置に前記光軸測定用撮像手段の撮像面を平行移動させる移動工程と、該移動工程後の位置で、前記光軸測定用撮像手段で前記レーザ光を撮像した画像データからその重心位置を再び演算する再演算工程と、前記の二つの重心位置から前記撮像面の垂直線と前記レーザ光面のなすずれ角度量を演算するずれ演算工程と、前記回転手段を９０度回転し、かつ前記首振り手段を前記回転手段と同じ方向に９０度回転する回転工程と、前記演算工程から前記ずれ演算工程を繰り返して第２のずれ角度量を求める第２ずれ演算工程と、前記回転工程から前記回転工程と同じ方向に前記回転手段と前記首振り手段を９０度回転する第２回転工程と、前記演算工程から前記ずれ演算工程を繰り返して第３のずれ角度量を求める第３ずれ演算工程と、前記第２回転工程から前記回転工程と同じ方向に前記回転手段と前記首振り手段を９０度回転する第３回転工程と、前記演算工程から前記ずれ演算工程を繰り返して第４のずれ角度量を求める第４ずれ演算工程と、上記の四つのずれ角度量から前記回転手段の所定方向からのずれ角度と前記レーザ光投光手段の所定方向からのずれ角度を演算するずれ角度演算工程からなることを特徴とする形状測定装置の光軸測定方法であるので、光軸・動作軸のずれを高精度に測定・調整でき、高精度に形状を測定できる形状測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】形状測定時の形状測定装置の外観図
【図２】光軸測定時の形状測定装置の光軸測定方法を説明する構成図
【図３】本実施例の光軸測定方法を説明するフローチャート図
【図４】回転機構、撮像素子首振り機構が原点位置にある場合の測定を説明する説明側面図
【図５】回転機構、撮像素子首振り機構がＸＺステージに向かって右に原点位置より９０度回転した位置にある場合の測定を説明する説明上面図
【図６】回転機構、撮像素子首振り機構が原点位置より１８０度回転した位置にある場合の測定を説明する説明側面図
【符号の説明】
１…レーザスリット光（レーザ光）
２…レーザスリット投光器（レーザ光投光手段、スリット状レーザ光投光手段）
３…レーザ出力制御部（レーザ出力制御手段）
４…光学レンズ
５…形状測定用撮像素子（受光手段）
６…測定ヘッド
７…形状測定用画像メモリ（受光メモリ手段）
８…ＸＺステージ（移動手段、対象物移動手段）
９…ＸＺステージ制御部（移動制御手段）
１０…回転機構（回転手段、測定ヘッド回転手段）
１１…回転機構制御部（回転制御手段）
１２…データ演算部（演算手段）
１３…光軸測定用撮像素子（光軸測定用撮像手段）
１４…ＮＤフィルタ（光量減衰手段）
１５…撮像素子首振り機構（首振り手段）
１６…光軸測定用画像メモリ（光軸測定用画像メモリ手段）
１７…円筒部材（保持手段）
２０…パーソナルコンピュータ（演算手段）
【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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