(57)【要約】【課題】構成簡単、かつ安価な非接触３次元形状測定装置を提供する。【解決手段】Ｘ−Ｙ平面上に測定対象６が載置されるテーブル１と、テーブルＸ−Ｙ平面に垂直なＺ軸方向からレーザ光２ａを照射可能に配置されて測定対象６からの反射光を受光し測定対象６における光反射面角度を検出するオートコリメータ２を設ける。また、レーザ光２ａをテーブルＸ−Ｙ平面上に走査させる移動装置３と、移動装置３の位置信号及びオートコリメータ２からの光反射面角度信号が入力されて測定対象６の形状（段差長と段差角度）を計算する演算装置５を設ける。テーブル移動距離とオートコリメータ２で検出した光反射面角度により測定対象６の３次元形状を測定可能とした。【選択図】図１
2009053162.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物がＸ−Ｙ平面上に載置されるテーブルと、
このテーブルのＸ−Ｙ平面に垂直なＺ軸方向から光を照射可能に配置されてそのＸ−Ｙ平面上の前記測定対象物からの反射光を受光しその測定対象物における光反射面の角度を検出するオートコリメータと、
このオートコリメータからの照射光を前記テーブルのＸ−Ｙ平面上に走査させる移動手段と、
この移動手段の位置信号及び前記オートコリメータからの光反射面角度信号が入力されて前記テーブル上の測定対象物の形状を計算する演算手段とを具備することを特徴とする非接触３次元形状測定装置。
【請求項２】
オートコリメータからの照射光はレーザ光であることを特徴とする請求項１に記載の非接触３次元形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワーク等の測定対象物の３次元形状を非接触で測定する非接触３次元形状測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術としては特許文献１に記載のものがあった。
これは、測定対象位置の高さ方向の１次元座標（Ｚ座標）をオートフォーカスの合焦位置により検出し、測定対象位置の平面方向の２次元座標（座標）をスペックル画像相関により検出することにより、測定対象の３次元形状を非接触で測定するというものである。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２１２３３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら上記従来技術では、その構造が複雑で高価となった。このため従来、構成簡単で安価な非接触３次元形状測定装置が要望されていた。
【０００５】
本発明は、上記のような要望に鑑みなされたもので、構成簡単、かつ安価な非接触３次元形状測定装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題は、非接触３次元形状測定装置を下記各態様の構成とすることによって解決される。
各態様は、請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも本発明の理解を容易にするためであり、本明細書に記載の技術的特徴及びそれらの組合わせが以下の各項に記載のものに限定されると解釈されるべきではない。また、１つの項に複数の事項が記載されている場合、それら複数の事項を常に一緒に採用しなければならないわけではなく、一部の事項のみを取り出して採用することも可能である。
【０００７】
以下の各項のうち、（１）項が請求項１に、（２）項が請求項２に、各々対応する。
（１）測定対象がＸ−Ｙ平面上に載置されるテーブルと、このテーブルのＸ−Ｙ平面に垂直なＺ軸方向から光を照射可能に配置されてそのＸ−Ｙ平面上の前記測定対象からの反射光を受光しその測定対象における光反射面の角度を検出するオートコリメータと、このオートコリメータからの照射光を前記テーブルのＸ−Ｙ平面上に走査させる移動手段と、この移動手段の位置信号及び前記オートコリメータからの光反射面角度信号が入力されて前記テーブル上の測定対象の形状を計算する演算手段とを具備することを特徴とする非接触３次元形状測定装置。
（２）オートコリメータからの照射光はレーザ光であることを特徴とする（１）項に記載の非接触３次元形状測定装置。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、構成簡単、かつ安価な非接触３次元形状測定装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。なお、各図間において、同一符号は同一又は相当部分を示す。
図１は、本発明による非接触３次元形状測定装置の一実施形態を示す構成図である。
この図に示すように、本実施形態は、テーブル１、オートコリメータ２、移動装置３、位置検出器４ａ，４ｂ及び演算装置５を備えてなる。
上記テーブル１は、Ｘ軸方向（左右方向）及びＹ軸方向（前後方向）に移動可能なテーブルで、その上面、すなわち２次元平面をなすＸ−Ｙ平面上の所望の位置に測定対象６が載置されている。
【００１０】
オートコリメータ２は、テーブル１のＸ−Ｙ平面に垂直なＺ軸方向から光２ａを照射可能に、テーブル上方所定高さ（Ｚ軸上の所定位置）に配置されている。このオートコリメータ２は、照射した光（照射光）２ａの、テーブルＸ−Ｙ平面上に載置された測定対象６からの反射光を受光し、測定対象６における光反射面の角度（光反射面角度）を検出する非接触角度センサである。
本実施形態において、オートコリメータ２は、レーザ光源、ＣＣＤカメラ及び角度演算回路を備えてなり、照射光２ａとしてレーザ光源からのレーザ光を用い、ＣＣＤカメラで測定対象６からの反射光を受光し、角度演算回路で測定対象６における光反射面角度を演算（検出）するように構成されている。
オートコリメータ２のＺ軸上の位置（テーブルＸ−Ｙ平面からの高さ）の調整を可能とするには、オートコリメータ２及び／又はテーブル１をＺ軸に沿って移動可能とすればよい。
【００１１】
移動装置３は、オートコリメータ２からのレーザ光２ａをテーブル１のＸ−Ｙ平面上、つまり測定対象６上に走査させるテーブル１又はオートコリメータ２の移動手段、図示例ではテーブル１を移動させるリニアモータ装置である。
位置検出器４ａ，４ｂは、移動装置３の位置（図示例ではテーブル位置）、すなわち測定対象６におけるレーザ光２ａの走査位置を検出するセンサ、図示例ではリニアエンコーダである。位置検出器４ａはＸ軸用、位置検出器４ｂはＹ軸用である。
【００１２】
演算装置５は、移動装置３の位置信号及びオートコリメータ２からの光反射面角度信号が入力されて、テーブル１上の測定対象６の形状（測定対象上面の段差長と段差角度）を計算する演算手段である。演算装置５は、段差がないときは移動装置３の移動長（距離）を計算する。
本実施形態において、演算装置５は、オートコリメータ２からのレーザ光２ａの走査時おける位置検出器４ａ，４ｂからの信号が移動装置３の位置信号（レーザ光２ａの走査位置信号）として入力されてテーブル１上の測定対象６の形状計算をする。
この演算装置５は、図示例ではパーソナルコンピュータからなり、内部に格納されたプログラムの実行によって上記形状計算を行い、その結果をディスプレイ５ａに表示可能である。
【００１３】
次に、本実施形態の動作について図２を併用して説明する。
図１に示す例では、オートコリメータ２からのレーザ光２ａの走査時におけるＹ座標及びオートコリメータ２のＺ軸上の位置（テーブルＸ−Ｙ平面からのレーザ光出射位置の高さ）は一定である。
演算装置５は、オートコリメータ２によって検出された光反射面角度θの変化位置（Ｘ座標）を取得することで測定対象６上面の段差長を計算する。
すなわち、図１に示す例において、測定対象６上面にレーザ光２ａを矢印ア方向に走査、具体的にはテーブル１をＸ軸方向（図１中、右方向）に移動させることにより、測定対象６における光反射面角度θの変化位置であるＸ座標ｘ１、ｘ２、ｘ３を取得する（図２（ａ）参照）。そして、下式（１），（２）により測定対象６上面の段差長Ｌ１及びＬ２を計算する（図２（ｂ）参照）。
Ｌ１＝（ｘ１−ｘ２）  …（１）
Ｌ２＝（ｘ２−ｘ３）  …（２）
【００１４】
テーブル１のＸ軸方向の位置（レーザ光２ａの走査位置）はＸ軸用の位置検出器４ａによって検出され、また、測定対象６における光反射面角度θ（θ１、θ２）はオートコリメータ２によって検出され、位置信号、光反射面角度信号として各々演算装置５に入力される。そして、演算装置５によって測定対象６のレーザ光２ａの走査面（測定対象６上面）の角度変化位置（Ｘ座標）ｘ１、ｘ２、ｘ３が計算され、測定対象上面の段差長と段差角度、つまり測定対象６の形状が計算される。本実施形態では、測定対象６の図示正面形状（Ｘ−Ｚ面への投影形状）６１が計算される。
演算装置５を、測定対象６の形状６１から高さＨ１、Ｈ２を計算可能としてもよい。
【００１５】
次に、図１に示した実施形態における３次元形状測定手順について、図３のフローチャートを参照して説明する。
まずステップ３０１において、オートコリメータ２は、図１に示すようにテーブル１上に載置された測定対象６にレーザ光２ａを照射する。
そしてこのオートコリメータ２は、測定対象６からの反射光をＣＣＤカメラで受光し、角度演算回路で測定対象６における光反射面角度θを演算する（ステップ３０２、３０３）。なお、測定開始位置はステップ３０１におけるレーザ光照射位置とされている。
【００１６】
ステップ３０４では、ステップ３０３で光反射面角度θを演算した際の位置が測定最終位置か、すなわちテーブル１の移動距離Ｘ１が予め指定した移動距離ＸＬに到達したか、が判定される。これは、演算装置５に内蔵された、又はこれとは別個に設けられた制御装置がＸ軸用位置検出器４ａからの信号を受けて行う。
上記制御装置は、テーブル移動距離Ｘ１が指定移動距離ＸＬに到達していれば測定を終了（オートコリメータ２、移動装置３及び演算装置５の動作を終了）させ、到達していなければテーブル１をＸ軸方向（図１中、右方向）に予め決められた距離Δｘだけ移動させる（ステップ３０５）。
ステップ３０１〜３０３は、ステップ３０４においてＹｅｓと判定されるまで繰り返し実行され、Ｙｅｓと判定されるとその実行を終了する。
【００１７】
なお、ステップ３０１におけるレーザ光照射は、同ステップ３０１の実行時にのみ行うようにしてもよいが、ここでは連続して行っている。レーザ光照射を連続して行う場合は、テーブル１のΔｘ移動毎に（Δｘ移動に同期して）ステップ３０２における反射光のサンプリングを行い、ステップ３０４において角度演算する。いずれにしても、ステップ３０４においては測定対象６上面のＸ軸に沿うΔｘ移動点毎の光反射面角度θが演算される。
【００１８】
演算装置５は、この間、Ｘ軸用位置検出器４ａから移動装置３の位置信号が入力されると共に、オートコリメータ２から光反射面角度信号が入力され、テーブル１上の測定対象６の形状（測定対象上面の段差長と段差角度）を計算する。
【００１９】
すなわち本実施形態では、測定対象６に対して、オートコリメータ２及び移動装置３によるレーザ光２ａの走査（照射）を、Ｘ軸方向に位置を徐々にずらしながら測定対象６のＸ軸方向全長（≦ＸＬ）に亘って行い、演算装置５が測定対象６の形状６１（図２（ｃ）参照）を計算する。
そして、測定対象６に対する上述したＸ軸方向のレーザ光走査を、Ｙ軸方向に位置を微小距離移動させながら測定対象６のＹ軸方向全長に亘って行い、各々段差長計算（段差がないときはＸ軸方向の移動距離計算）を行って測定対象６の３次元形状を計算（測定）している。
要は、測定開始位置からのテーブル移動距離と光反射面角度によって測定対象６の３次元形状が測定できるもので、その構成は図１に示すように、上記従来技術に比べて極めて簡単である。
しかも、使用するレーザ光２ａのビーム径の大小によって測定精度を変えることができる。つまり、極めて簡単に測定精度を変えることができるという効果も得られる。
【００２０】
なお、測定対象６に対して、Ｙ軸方向のレーザ光走査を、Ｘ軸方向に位置を微小距離移動させながら測定対象６のＸ軸方向全長に亘って行い、各々段差長計算（段差がないときはＹ軸方向の移動距離計算）を行って測定対象６の３次元形状を計算してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明による非接触３次元形状測定装置の一実施形態を示す構成図である。
【図２】図１に示す実施形態の動作を説明するための図である。
【図３】同じく動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００２２】
１：テーブル、２：オートコリメータ、２ａ：レーザ光（照射光）、３：移動装置（移動手段）、４ａ：Ｘ軸用位置検出器、４ｂ：Ｙ軸用位置検出器、５：演算装置（演算手段）、６：測定対象。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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