(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸を有する円柱の外側面であって、校正基準面を形成する基準側面と、
前記中心軸に直交し、高さ基準面を形成する前記円柱の上端面と、
前記基準側面と前記上端面との接合部分に設けられた斜面部と、
前記円柱の下部近傍に設けられた照明光反射部と、
測定機の基台へ固定するための固定部と、を備え、
前記基準側面は、前記中心軸に平行な基準平面を含み、
前記照明光反射部は、前記円柱の外径寸法が前記基準側面より小さくくびれた形状に形成された部分に入り込む形で設置されている、ことを特徴とする表面性状測定機のセンサー校正装置。
【請求項２】
請求項１に記載のセンサー校正装置において、前記照明光反射部は、照射された照明光を同一角度で且つ反対方向へ反射する透光球と、その透光球を固定する基板を含むことを特徴とする表面性状測定機のセンサー校正装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のセンサー校正装置において、前記固定部は、測定機の基台へ固定するための固定部材と、その固定部材に対して前記基準側面を前記中心軸の回りで任意角度に回転調整する回転調整部材と、前記固定部材に対して前記中心軸の傾斜を任意角度に傾斜調整する傾斜調整部材と、を含むことを特徴とする表面性状測定機のセンサー校正装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のセンサー校正装置において、前記上端面には、校正操作基準マークを含むことを特徴とする表面性状測定機のセンサー校正装置。
【請求項５】
基準部材に縦方向に設けられ、上部側に一方を開口された丸穴の内側面であって、校正基準面を形成する基準内側面と、
前記丸穴の中心軸に直交する、前記基準部材の上端面と、
前記基準内側面と前記上端面との接合部分に設けられた斜面部と、
前記丸穴下部近傍に設けられた照明光反射部と、
測定機の基台へ固定するための固定部と、を備え、
前記基準部材の外側面に前記中心軸に平行な基準平面が備えられ、この基準平面と前記上端面との接合部分に斜面部を備えることを特徴とする表面性状測定機のセンサー校正装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被測定物の形状等を測定するためのセンサーの校正装置に関し、特に画像センサーの座標校正装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
被測定物の表面性状を測定するためのセンサーとしては、接触式の触針センサーや非接触センサーが用いられているが、特に画像センサーは、非接触であるために被測定物に傷を与えずに高速に多量の情報を収集できるセンサーとして多くの需要がある。この画像センサーは、表面性状のうちでも特に二次元あるいは三次元形状の測定において多く用いられる傾向にあるが、この分野におけるセンサーは、従来はタッチ信号プローブが主流であった。
【０００３】
このタッチ信号プローブは、測定の目的や被測定物の形状に応じて各種のプローブが用いられており、１つの被測定物の測定においても、これらの各種プローブを交換して測定を行うケースもあり、複雑形状の被測定物の測定においては、各種のタッチ信号プローブを自動プローブ交換装置で自動的に交換し、各種の測定を連続的に実施する場合もある。この場合、タッチ信号プローブの交換に伴って、その取付姿勢がわずかに変化するため、精密測定を行う場合には、表面を校正基準面とする精密基準球を測定してタッチ信号プローブの座標校正を行う。（例えば、特開平７−１４６１３０を参照。）
【０００４】
これに対して、従来の画像センサーは撮像部や照明部等を含んでいることから数百グラムの重さのタッチ信号プローブに比較してはるかに重く、且つ大型であった。そのために、従来の画像センサーは簡単に交換を行えず、測定機に対して取付けたままで使用されていた。従って、座標校正は一回だけ行えば良かった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
これに対して、小型で軽量の画像センサーが実用レベルで開発され、従来のタッチ信号プローブと同様に測定の種類に応じて、画像センサーとタッチ信号プローブを混用で交換する場合には、画像センサーを取付けた後の座標校正が必要となる。ところが、画像センサーは、従来のタッチ信号プローブの校正に用いられていた基準球の測定においては、誤差を生じ易く精度の高い校正は容易ではなかった。
【０００６】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、交換式画像センサーにおいて、画像センサーを交換した場合でも容易に精度の高い座標校正を行えるセンサー校正装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するために、中心軸を有する円柱の外側面であって、校正基準面を形成する基準側面と、前記中心軸に直交し、高さ基準面を形成する前記円柱の上端面と、前記基準側面と前記上端面との接合部分に設けられた斜面部と、前記円柱の下部近傍に設けられた照明光反射部と、測定機の基台へ固定するための固定部と、を備え、前記基準側面は、前記中心軸に平行な基準平面を含み、前記照明光反射部は、前記円柱の外径寸法が前記基準側面より小さくくびれた形状に形成された部分に入り込む形で設置されている、ことを特徴とする。
この発明によれば、照明装置を備えた画像センサーでこのセンサー校正装置を上部から撮像すると、照明光反射部は照明光を反射して明色に撮像され、斜面部は照明光を側方へ反射するため暗色に撮像される。そのため、基準側面の円弧状あるいは直線状の輪郭が鮮明に撮像され、この画像から基準側面の円の中心座標すなわち中心軸座標を求めることができるので画像センサーの座標校正が容易かつ精密に行える。
【０００８】
通常、画像センサーで明部と暗部を撮像した場合には、明部が膨張（明部に隣接した暗部が明色に撮像される現象）する傾向があるが、この発明の基準側面は断面が円形であるため、この膨張は円の輪郭全周において生じる。そのため、求めた中心座標に誤差が生じないという効果を有する。
【０００９】
又、この発明は、前記基準側面に、前記中心軸に平行な平面を含んでいるから、基準側面はアルファベットのＤ字状に撮像される。従って、このＤ字の直線部の傾きを測定することによって、画像センサーの回転傾斜、すなわち画像センサーの対物レンズの軸の回りにおける回転角度を校正することができる。
【００１０】
更に、この発明の前記照明光反射部は、照射された照明光を同一角度で且つ反対方向へ反射する透光球と、その透光球を固定する基板を含むことを特徴とする。
これによって透光球はいわゆるキャッツアイ効果による照明光の反射を行うので、任意方向からの照明光に対しても、その方向の逆方向に光を反射するので、基準側面の輪郭を一層鮮明に撮像することができる。
【００１１】
又、この発明の前記固定部は、測定機の基台へ固定するための固定部材と、その固定部材に対して前記基準側面を前記中心軸の回りで任意角度に回転調整する回転調整部材と、前記固定部材に対して前記中心軸の傾斜を任意角度に傾斜調整する傾斜調整部材と、を含むことを特徴とする。
この構成によって、測定機の基台（あるいは載置台）へセンサー校正装置を設置する際の、取付けと姿勢調整を容易に行うことができる。
【００１２】
更にこの発明の前記上端面には、校正操作基準マークを含むことを特徴とする。
これによって、校正作業にあたっては、この校正操作基準マーク位置に画像センサーの基準（例えば対物レンズの光軸）を合わせて校正パートプログラムを実行させることにより、校正作業の自動化が行える。
【００１３】
又、この発明は、基準部材に縦方向に設けられ、上部側に一方を開口された丸穴の内側面であって、校正基準面を形成する基準内側面と、前記丸穴の中心軸に直交する、前記基準部材の上端面と、前記基準内側面と前記上端面との接合部分に設けられた斜面部と、前記丸穴下部近傍に設けられた照明光反射部と、測定機の基台へ固定するための固定部と、を備え、前記基準部材の外側面に前記中心軸に平行な基準平面が備えられ、この基準平面と前記上端面との接合部分に斜面部を備えることを特徴とする。
この発明によれば、基準内側面の円状の内側輪郭が鮮明且つ全周に渡って撮像できるので、この画像から基準内側面の円の中心座標すなわち丸穴の中心軸座標をより正確に求めることができ、画像センサーの座標校正がより精密にできる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を用いた好適な実施の形態について図面を用いて説明する。なお、全図中において同一符号を付したものは同一構成要素を表わしている。
図１は、本発明の第１実施形態にかかる表面性状測定機のセンサー校正装置の概略斜視図である。
【００１５】
この図１において、本実施形態のセンサー校正装置１は、中心軸Ｃを有する円柱１０の外側面であって、水平断面が円弧の円弧基準側面１１と、前記中心軸に平行な直線基準側面１２とを含み、これら両者によって基準側面２０を構成している。更にこの円柱１０は前記中心軸Ｃに直交する上端面１３を備えており、この上端面１３と前記基準側面２０との接合部分には斜面部１４が設けられている。この上端面１３の一部には、校正操作基準マーク１５が設けられている。
【００１６】
この実施形態においては、校正操作基準マーク１５は、微少内径の丸穴とされている。又、前記円柱１０の下部近傍には照明光反射部３０が設けられており、これらの円柱１０と照明光反射部３０はセンサー校正装置１を測定機の基台へ固定するための固定部４０に固定されている。円柱１０の、この照明光反射部３０が設置されている部位は、外径寸法が小さくなっており、くびれた形状に構成されており、照明光反射部３０はこのくびれ部分に入り込む形で設置されている。これらの基準側面２０と上端面１３の形状は校正に必要な十分な精度で仕上げられている。
【００１７】
図２（Ａ）は、センサー校正装置１の平面図を、図２（Ｂ）はセンサー校正装置１の一部垂直断面を示した側面図を示す。固定部４０は、測定機のテーブルへセンサー校正装置１を固定するための取付ねじ４１と、その中心部に取付ねじ４１を挿通して固定するための穴を備えた固定基台４２を備え、これら両者が固定部材を構成する。固定基台４２の側方下面は全周に渡ってテーパ状（部分円錐状）となっており、回転固定ねじ４４が当接するようになっている。
【００１８】
固定基台４２は円盤状の回転基台４３の下部の凹部へ嵌合し、固定基台４２と回転基台４３は相対的に回転するが、回転基台４３の側方のねじ穴に螺合された回転固定ねじ４４を締め付けて、回転固定ねじ４４の先端が固定基台４２側方下面テーパ部に当接すると両者は相互に固定される。回転基台４３の側方のねじ穴は、１個所または水平面内の等角度で複数個所に設けられているので、回転固定ねじ４４での締付けは１個所または複数個所で行える。回転基台４３と回転固定ねじ４４は回転調整部材を構成する。
【００１９】
回転基台４３の上部中央には凹部を備え、傾斜球４６を介して傾斜基台４５が載置される。傾斜基台４５と回転基台４３は、水平面内で等角度にもうけられた傾斜固定ねじ４７によって固定される。本実施形態では１２０度おきの３本の傾斜固定ねじ４７が用いられている。ここで、傾斜固定ねじ４７には、ばね４８が介装されており、傾斜固定ねじ４７による傾斜調整にあたって、適度な調整力が与えられるようになっている。ここで、傾斜球４６と傾斜基台４５と傾斜固定ねじ４７とばね４８は傾斜調整部材を構成している。
【００２０】
傾斜基台４５の上部には、照明光反射部３０が、反射板固定リング３３を介して反射板固定ねじ３４で固定されている。傾斜基台４５の中央部には円柱１０が固定されている。
図３は、照明光反射部３０の垂直断面図を示す。照明光反射部３０は、透光球３１と基板３２から構成されている。透光球３１は、基板３２に接着等により固定されており、いわゆるキャッツアイ効果により、任意方向から照射された照明光を同一角度で且つ反対方向へ反射する。この透光球３１の各々の直径は略２０〜５０μｍ程度の大きさであり、この実施形態においては、同一の大きさの透光球を使用している。
【００２１】
次に、このセンサー校正装置１を測定機のテーブルへ設置する手順について説明する。
まず、取付ねじ４１によって、固定基台４２を測定機のテーブルに固定する。次に回転基台４３を固定基台４２に被せて、回転固定ねじ４４を軽く締めて固定する。この時、回転基台４３、傾斜球４６、傾斜基台４５、照明光反射部３０、円柱１０等は前もって組み立てておくが、傾斜基台４５の回転基台４３への取付は、ばね４８を介装した傾斜固定ねじ４７で軽く固定しておく。
【００２２】
その後、測定機にタッチ信号プローブを取付け、上端面１３の測定を行う。この測定結果から、上端面１３が水平（ＸＹ平面に平行）となるように、３箇所の傾斜固定ねじ４７を調整する。その後、タッチ信号プローブで直線基準側面１２を測定して、直線基準側面１２のＸＹ平面内における傾きが０度（あるいは１８０度）となるように、回転固定ねじ４４を緩めて調整を行った後、固定する。
【００２３】
次に、このセンサー校正装置１を使用して画像センサの座標校正を行う方法について説明する。
最初に画像センサーＳで上端面１３を撮像して、そのＺ軸座標を求める。これは画像センサーのオートフォーカス機能を使用して行う。
【００２４】
次に、基準側面の輪郭を求めて中心軸ＣのＸＹ座標を求める。
図４（Ａ）は、画像センサーＳの校正状態を示す模式図である。この図の様に、画像センサーＳにより、センサー校正装置１の円弧基準側面１１の輪郭部を３箇所以上に渡って撮像する。この図では落射照明による測定の例を示しているが、このように落射照明光Ｌは、照明光反射部３０と上端面１３においては反射して、画像センサーＳへの戻り光となるが、斜面部１４においては、略水平方向へ反射するため、画像センサーＳへは戻らない。従って、撮像された画像は、図４（Ｂ）のようになり、斜面部１４は暗色となり、その他の部分は明色となる。この測定結果から、暗色と明色の境界点である、図４（Ｂ）のＰ点の座標（ＸＹ座標）を求める。前記の輪郭部を３箇所以上に渡って撮像した結果から、３箇所以上の境界点の座標を求めて、円弧基準側面１１の輪郭の中心座標を求める。
【００２５】
次に、直線基準側面１２の輪郭部を同様に２箇所以上に渡って撮像する。この結果から、直線部の傾きを求めることによって、画像センサーの回転傾斜、すなわち画像センサーの対物レンズの軸の回りにおける回転角度を測定することができる。
これらの座標値や回転角度と、前回校正時の測定結果との差から、画像センサーの交換取付誤差を求めることができる。
【００２６】
これらの校正操作にあたって、自動測定可能な三次元測定機等においては、校正用パートプログラムを用意しておき、自動校正を行わせることもできる。すなわち、画像センサーの基準点（例えば、対物レンズの光軸）がＸＹ座標に関して校正操作基準マーク１５に一致するように、画像センサーを位置決めする。この際、Ｚ座標は、画像センサーが上端面１３にオートフォーカス可能な位置であれば任意で良い。次に、校正パートプログラムを実行させると、前記の各校正手順が自動的に順次実行されて、自動校正が完了する。
【００２７】
図５は、第２実施形態のセンサー校正装置２の基準部材の垂直断面を示す図である。この実施形態においては、基準部材５０の外形形状は円柱であるが、外形形状は任意で良い。この基準部材５０の中央部には縦方向の丸穴が設けられ、上部側に開口している。この丸穴の基準内側面５１は、校正に必要な十分な形状精度で加工されている。基準部材５０の上端には、前記の丸穴の中心軸Ｃ２に直交する上端面５３を備え、校正に必要な十分な平面精度で加工されている。この上端面５３と、基準内側面５１の接合部分には、斜面部５４が設けられている。
【００２８】
更に、基準部材５０の外側面には、中心軸Ｃ２に平行な直線基準面５５（基準平面）が設けられており、校正に必要な十分な形状精度で加工されている。この直線基準面５５と上端面５３の接合部分には、直線斜面部５６（斜面部）が設けられている。
丸穴底部には照明光反射部６０が設けられているが、この照明光反射部６０の構成は、第１実施形態における照明光反射部３０と同一であるので、説明を省略する。
【００２９】
又、直線基準面５５の下部には、図示しない照明光反射部が設けられているが、第１実施形態における照明光反射部３０と同一であるので、説明を省略する。尚、この照明光反射部を設けるために、基準部材５０に、凹部（第１実施形態におけるくびれ部に相当）を設けてもよい。
更に、この丸穴底部には、塵埃排出用の細穴が設けられているが、必ずしも必要ではない。
【００３０】
この基準部材５０は、第１実施形態の図２（Ｂ）の傾斜基台４５に取付けられており、その構成は同一であるので詳細説明は省略する。又、このセンサー校正装置２を測定機のテーブルへ設置する手順と、このセンサー校正装置２を使用して画像センサの座標校正を行う方法についても第１実施形態と同一である。この第２実施形態のセンサー校正装置２の基準内側面を画像センサーで図４（Ａ）に準じて撮像する場合に、円の全周の輪郭の測定が行えることから、ＸＹ座標のより高精度な校正を行うことができる。
【００３１】
以上、本発明について好適な実施例を挙げて説明したが、本発明は、この実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での変更が可能である。
たとえば、このセンサー校正装置で校正するセンサーは、画像センサーに限って説明したが、タッチ信号プローブの校正に使用することもできるので、両者を交換した時の、両者の座標オフセット（画像センサーとタッチ信号プローブの測定座標値の差分）を求めることも容易である。
【００３２】
又、基準側面は全てＺ軸に平行で垂直であり、上端面はＸＹ平面に平行で水平である場合に限って説明したが、中心軸を傾斜した状態でこのセンサー校正装置を設置しても良い。このようにすれば、画像センサー自体が傾斜可能な場合に、傾斜状態における校正が可能となる。
更に、第２実施形態における基準内側面を第１実施形態の円柱中央部に設ける構成としてもよい。このようにすれば、両者の効果を発揮できるセンサー校正装置が構成できる。
【００３３】
又、上記実施例では、透光球は全て等しい大きさを使用する場合に限って説明したが、異なる大きさの透光球３１を使用しても本発明を実施可能である。
更に、校正操作基準マークは微少丸穴に限って説明しているが、直線を交差した十字マークでも良く、更に、これらを印刷あるいは塗装によってマークを形成しても良い。
又、第２実施形態における丸穴上部に透光性無反射板を設置して、この丸穴への塵埃混入を防止しても良い。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれは、交換式の画像センサーであっても、交換毎の取付誤差を精密に且つ容易に校正することが可能となる上、画像センサーとタッチ信号プローブとの座標オフセットの測定も可能となり、小型、軽量の画像センサーの性能を十分に引き出すことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る表面性状測定機のセンサー校正装置の概略斜視図である。
【図２】同センサー校正装置の平面図（Ａ）と、一部垂直断面を示した側面図（Ｂ）である。
【図３】同センサー校正装置の照明光反射部の垂直断面図である。
【図４】画像センサーの校正状態を示す模式図（Ａ）と、撮像画像（Ｂ）である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る表面性状測定機のセンサー校正装置の基準部材の垂直断面図である。
【符号の説明】
１、２  センサー校正装置
１０    円柱
１１    円弧基準側面
１２    直線基準側面
１３    上端面
１４    斜面部
１５    校正操作基準マーク
２０    基準側面
３０    照明光反射部
４０    固定部
５０    基準部材
【図１】
0004316754.tif 000002
【図２】
0004316754.tif 000003
【図３】
0004316754.tif 000004
【図４】
0004316754.tif 000005
【図５】
0004316754.tif 000006