(57)【要約】【課題】テレセントリック光学系を利用して、画像による状態検査、高精度な寸法計測を可能とした、寸法検査システムを提供する。【解決手段】テレセントリック光学系において、前側レンズ群の焦点位置に小さな開口の絞りを置いて、レンズ主軸に対する平行な光線のみを選択的に結像させるとしたところを、絞りの位置をレンズ主軸に直交する平面上でずらすことで、レンズ主軸に対して若干傾いた平行光線を結像させることができ、レンズ本体や撮像手段、計測対象を動かすことなく、傾斜した計測対象の正確な寸法計測を可能とする。【選択図】図１
2009092596.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
面光源（Ｌ）を介してセットされた計測対象（Ｗ）から、投影像を形成するテレセントリック光学系と、
このテレセントリック光学系による投影像を撮像する撮像手段（３）と、
この撮像手段（３）からの撮像信号を画像処理して、影像として表示する画像処理装置（４）とを備え、
前記テレセントリック光学系は、レンズ主軸（Ｚ）に対して直交する面上で変位調節可能な可動絞り部（８）を備えたことを特徴とする寸法検査システム。
【請求項２】
前記テレセントリック光学系は、前記計測対象（Ｗ）に対向する前側レンズ（５）と、
前記計測対象（Ｗ）と反対側の前記前側レンズ（５）の焦点に、前側焦点が一致するように配置された後側レンズ（６）とを備え、
前側レンズ（５）の焦点と前記後側レンズ（６）の前側焦点とが一致する焦点位置（７）に、前記前側レンズ（５）および後側レンズ（６）を通過するレンズ主軸（Ｚ）に対して直交する面上で変位調節可能な可動絞り部（８）を備えたことを特徴とする請求項１に記載の寸法検査システム。
【請求項３】
前記テレセントリック光学系のレンズ主軸（Ｚ）に対して、前記計測対象（Ｗ）のセット時の主軸の偏向状態に応じて、前記テレセントリック光学系における可動絞り部（８）を、レンズ主軸（Ｚ）に対して直交する面上で変位調節するようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の寸法検査システム。
【請求項４】
面光源（Ｌ）により照射された計測対象（Ｗ）を、テレセントリック光学系で投影像を形成すると共に、投影像を電気信号として取得し、この電気信号を画像処理して影像として表示して、この影像を基に、検査、または計測を行うに当たり、
前記テレセントリック光学系のレンズ主軸（Ｚ）に対して、ずれて前記計測対象（Ｗ）がセットされた前記計測対象（Ｗ）の偏向状態に応じて、テレセントリック光学系における可動絞り部（８）を、レンズ主軸（Ｚ）に対して直交する面上で変位調節することで、テレセントリック光学系により、前記計測対象（Ｗ）の投影像を得るようにしたことを特徴とする寸法検査方法。
【請求項５】
前記撮像手段（３）は、ＣＣＤカメラからなることを特徴とする請求項１に記載の寸法検査システム。
【請求項６】
前記計測対象（Ｗ）は、フィン・チューブ式熱交換器の扁平チューブであることを特徴とする請求項１ないし３のうち、いずれか１に記載の寸法検査システム。
【請求項７】
前記計測対象（Ｗ）は、排ガス浄化触媒用モノリス担体であることを特徴とする請求項１ないし３のうち、いずれか１に記載の寸法検査システム。
【請求項８】
前記計測対象（Ｗ）は、格子体であることを特徴とする請求項１ないし３のうち、いずれか１に記載の寸法検査システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テレセントリック光学系を利用して、画像による状態検査、高精度な寸法計測を可能とした、寸法検査システムおよび寸法検査方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から主光線がレンズ光軸に対して平行であるテレセントリック光学系が知られている。このうち、物体からレンズに入射する光が、光軸外においても光軸と平行である光学系を物体側テレセントリック光学系と称し、レンズから像に向かう光が、光軸外においても、平行である光学系を、像側テレセントリック光学系と称している。さらに、物体側、像側双方ともに、テレセントリック構造である光学系を両側テレセントリック光学系と称している。
この両側テレセントリック光学系によれば、主光線が光軸に対して平行であるため、物体の位置が移動しても、像の大きさは変わらず、高精度な寸法計測をする場合、厚みの異なるワークを同一の光学系で画像取り込みをする場合、光軸方向のワーク位置決めがラフな場合に有効であるといえる。
【０００３】
以上のような両側テレセントリック光学系の例としては、例えば特許文献１で開示されるテレセントリックレンズ系および画像測定装置が挙げられる。
すなわち、このテレセントリックレンズ系においては、前側レンズ群と、前側レンズ群の後側焦点に前側焦点が一致するように配置された後側レンズ群と、前側レンズ群の後側レンズ群と後側レンズ群の前側焦点とが一致する位置に配置された絞り機構とを備え、絞り機構には、開口数を変える開口数変更機構が設けられ、開口数を変更することにより、長焦点深度による観測から高分解能による観測まで広い用途に対応できるとしたものである。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２３２９９９号公報
【０００５】
すなわち、特許文献１では、一のレンズ群に対して焦点深度と分解能が一義的に決定されるところを、開口数を変更することで、幅広い焦点距離と分解能で観測測定することができるとしている。
【０００６】
ところで、以上のような両側テレセントリック光学系を用いて、計測対象の寸法計測を行う際、テレセントリック光学系では、画角が０°であることから、光軸に対して直交する方向の寸法計測に有用である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、寸法計測を正確に行うためには、計測対象が、レンズ主軸に対して正しく配置されていることが前提となる。テレセントリック光学系では、平行光線によって像を結ぶことから、計測対象がレンズ主軸に対して傾斜していると、像として捉えられる形状が異なってしまい、正確な寸法計測は不可能となる。このため、これまでは、計測対象もしくはレンズの角度を物理的に補正して、測定をやり直す必要があった。
特に、工業製品の検査工程において、このテレセントリックレンズを用いた奥行きがあるものの寸法計測を行う場合、上記の理由によって、計測対象もしくはレンズの角度を物理的に補正する必要が生じ、検査装置の機構の煩雑性を招くと共に、検査サイクル時間が長くなるという問題があった。
本発明は、以上の背景から、テレセントリック光学系において、前側レンズ群の焦点位置に小さな開口の絞りを置いて、レンズ主軸に対する平行な光線のみを選択的に結像させるとしたところを、絞りの位置をレンズ主軸に直交する平面上でずらすことで、レンズ主軸に対して若干傾いた平行光線を結像させることができることに着目し、レンズ本体や撮像手段、計測対象を動かすことなく、レンズ主軸に対して任意に角度を変えた平行光線を結像することで、傾斜した計測対象の正確な寸法計測を可能とした、寸法検査システムおよび寸法検査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】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、面光源（Ｌ）を介してセットされた計測対象（Ｗ）から、投影像を形成するテレセントリック光学系と、このテレセントリック光学系による投影像を撮像する撮像手段（３）と、この撮像手段（３）からの撮像信号を画像処理して、影像として表示する画像処理装置（４）とを備え、テレセントリック光学系は、レンズ主軸（Ｚ）に対して直交する面上で変位調節可能な可動絞り部（８）を備えたことを特徴とする。
【０００９】
これにより、計測対象（Ｗ）のセットの仕方に応じて、レンズ主軸（Ｚ）に対して直交する面上で可動絞り部（８）を変位調節することで、偏向した平行光をテレセントリック光学系を通過させて、計測対象（Ｗ）そのままの等影像を形成することができる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、テレセントリック光学系は、計測対象（Ｗ）に対向する前側レンズ（５）と、計測対象（Ｗ）と反対側の前側レンズ（５）の焦点に、前側焦点が一致するように配置された後側レンズ（６）とを備え、前側レンズ（５）の焦点と後側レンズ（６）の前側焦点とが一致する焦点位置（７）に、前側レンズ（５）および後側レンズ（６）を通過するレンズ主軸（Ｚ）に対して直交する面上で変位調節可能な可動絞り部（８）を備えたことを特徴とする。
【００１１】
可動絞り部（８）をレンズ主軸（Ｚ）に対して直交する面上で変位調節することで、テレセントリック光学系により、レンズ主軸（Ｚ）に対し、傾斜した平行光線を結像することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、テレセントリック光学系のレンズ主軸（Ｚ）に対して、計測対象（Ｗ）のセット時の主軸の偏向状態に応じて、テレセントリック光学系における可動絞り部（８）を、レンズ主軸（Ｚ）に対して直交する面上で変位調節するようにしたことを特徴とする。
【００１３】
計測対象（Ｗ）のセット時において、レンズ主軸（Ｚ）に対して偏向していても、可動絞り部（８）を、レンズ主軸（Ｚ）に対して直交する面上で変位調節することで、テレセントリック光学系により、レンズ主軸（Ｚ）に対し、傾斜した平行光線を結像して、計測対象（Ｗ）そのままの等影像を形成することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、面光源（Ｌ）により照射された計測対象（Ｗ）を、テレセントリック光学系で投影像を形成すると共に、投影像を電気信号として取得し、この電気信号を画像処理して影像として表示して、この影像を基に、検査、または計測を行うに当たり、テレセントリック光学系のレンズ主軸（Ｚ）に対して、ずれて計測対象（Ｗ）がセットされた計測対象（Ｗ）の偏向状態に応じて、テレセントリック光学系における可動絞り部（８）を、レンズ主軸（Ｚ）に対して直交する面上で変位調節することで、テレセントリック光学系により、前記計測対象（Ｗ）の投影像を得るようにしたことを特徴とする。
【００１５】
テレセントリック光学系のレンズ主軸（Ｚ）に対して、ずれて計測対象（Ｗ）がセットされても、テレセントリック光学系における可動絞り部（８）を、レンズ主軸（Ｚ）に対して直交する面上で変位調節することで、テレセントリック光学系により、レンズ主軸（Ｚ）に対し、傾斜した平行光線を結像して、計測対象（Ｗ）そのままの投影像を形成することができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、撮像手段（３）は、ＣＣＤカメラからなることを特徴とする。
【００１７】
これにより、後側レンズ（６）を通過した平行光線により結像した像を、電気信号に変換して画像処理装置（４）に送り、画像処理して、対応する画像として表示し、状態把握、寸法計測に供することができる。
【００１８】
請求項６記載の発明は、計測対象（Ｗ）は、フィン・チューブ式熱交換器の扁平チューブであることを特徴とする。
【００１９】
これにより、冷媒管チューブの投影像を正確に結像して厚さを計測することができる。
【００２０】
請求項７記載の発明は、計測対象（Ｗ）は、排ガス浄化触媒用モノリス担体であることを特徴とする。
【００２１】
これにより、排ガス浄化触媒用モノリス担体の正確な投影像から、貫通度を正確に把握することができる。
【００２２】
さらに請求項８記載の発明は、計測対象（Ｗ）は、格子体であることを特徴とする。
【００２３】
これにより、格子体を正確に投影像で捉えて、正確な格子寸法の計測が可能となる。
【００２４】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明にかかる寸法検査システムの実施形態の一例を挙げ、添付の図面を基に説明する。
図１に、寸法検査システム１を模式的に示す。
この寸法検査システム１は、検査台Ｓに設置した面光源Ｌを介してセットした計測対象Ｗに向けて配置した、テレセントリック光学系（後述）を収容する鏡筒２と、この鏡筒２に連結した撮像手段３と、撮像手段３からの画像にかかる電気信号を画像処理して表示する画像処理装置４とを備えている。
【００２６】
テレセントリック光学系を収容する鏡筒２は、外形形状が略円錐形状に形成されたもので、テレセントリック光学系として、計測対象Ｗに対向する比較的大口径の前側レンズ５と、計測対象Ｗと反対側の前側レンズ５の焦点に、前側焦点が一致するように配置された、前側レンズ５に比較して小口径の後側レンズ６とを内蔵している。これら前側レンズ５と後側レンズ６とは、互いの光軸が、レンズ主軸Ｚとして一致するように配設され、また、このレンズ主軸Ｚと、計測対象Ｗの高さ方向の中心軸が一致させるように鏡筒２を位置決め設定している。
【００２７】
撮像手段３は、鏡筒２内の後側レンズ６からの光線による結像位置に配置されたイメージセンサとしてのＣＣＤを備えたＣＣＤカメラ３である。ＣＣＤによって計測対象Ｗにかかる画像信号としての電気信号に変換して、後述する画像処理装置４に送るようにしている。なお、ＣＣＤカメラ３を構成するＣＣＤは、レンズ主軸Ｚに軸心を合わせて、鏡筒２内の後側レンズ６に隣接して配置している。
【００２８】
次に、画像処理装置４は、周知のデスクトップパソコンを用いている。画像処理装置４では、ＣＣＤによって出力された、計測対象Ｗにかかる画像信号としての電気信号から、所定の信号処理を行い、表示信号として、ディスプレイｄｐに表示させ、表示された表示信号を基に、目視による状態検査、あるいはインストールされたソフトウエアにより、寸法計測を行うようにしている。
【００２９】
そして、鏡筒２内のテレセントリック光学系としての前側レンズ５と後側レンズ６との間において、前側レンズ５の焦点と後側レンズ６の前側焦点とが一致する焦点位置７には可動絞り部８が設けられている。この可動絞り部８は所定の開口径を有し、前側レンズ５による焦点光を通過させ、また、この焦点光を後側レンズ６により、平行光線を形成して、背後のＣＣＤカメラ３に結像させるようにしている。
なお、可動絞り部８は、周知の駆動手段（図示省略）により、通過するレンズ主軸Ｚに対して直交する面上（焦点位置７上）で、所定範囲でずらすことができるようになっている。
【００３０】
本発明にかかる寸法検査システムは、以上のように構成されるものであり、次に、図１に示すように、計測対象Ｗの寸法計測を行う例を挙げて説明する。
先ず、図１に示すように、寸法検査システム１における検査台Ｓに、面光源Ｌを介してセットした計測対象Ｗに対し、テレセントリック光学系を収容する鏡筒２を位置決め移動し、計測開始のための準備作業を行う。
すなわち、この鏡筒２内のテレセントリック光学系である前側レンズ５と後側レンズ６との光軸であるレンズ主軸Ｚを、計測対象Ｗの高さ方向の中心軸に一致するように位置決めセットする。
【００３１】
次に、面光源Ｌオンで、計測対象Ｗを介して通過する光のうち、レンズ主軸Ｚに平行な光線として前側レンズ５を通過した光は集光され、前側レンズ５の焦点と後側レンズ６の前側焦点との焦点位置７における可動絞り部８を通過して、後側レンズ６を通過して平行光となり、後側レンズ６背後の撮像手段であるＣＣＤカメラ３に結像させることができる。
【００３２】
従って、計測対象Ｗが図１に示すように、レンズ主軸Ｚと、計測対象Ｗの高さ方向の中心軸とが並行になるように視野内に位置決めされているときは、計測対象Ｗの幅に対応する平行光線が、前側レンズ５を通過する際に集光され、前側レンズ５の焦点と後側レンズ６の前側焦点との焦点位置７における可動絞り部８を通過して、後側レンズ６を通過して平行光となり、後側レンズ６背後の撮像手段であるＣＣＤカメラ３に、そのまま投影された影像として結像させることができる。
これによって、ＣＣＤカメラ３によって、電気信号に変換されて、画像処理装置４では、画像信号としての電気信号から所定の信号処理を行い、計測対象Ｗそのままの表示画像として、ディスプレイｄｐに表示させることができるので、表示された表示画像を基に、正確な寸法計測を行うことができる。
【００３３】
しかしながら、計測対象Ｗが、図２に示すように検査台Ｓに、傾斜した状態でセットされると、計測対象Ｗの下から面光源Ｌの平行光で投影されたものが、前側レンズ５に入射され、後側レンズ６背後のＣＣＤカメラ３に、そのまま投影された影像として結像され、結果、画像処理装置４のディスプレイｄｐには、計測対象Ｗの側面部が加算された画像として表示されるので、このままでは、正確な寸法計測はできないことになる。
【００３４】
そこで、図３に示すように、前側レンズ５の焦点と後側レンズ６の前側焦点との焦点位置７における可動絞り部８を、図示しない駆動手段により、通過するレンズ主軸Ｚに対して直交する面上（焦点位置７上）で、ずらすことで、計測対象Ｗの両傾斜端面に沿って、前側レンズ５に入射する傾斜平行光線が、ずれた可動絞り部８を通過して、後側レンズ６を通過して平行光となり、後側レンズ６背後の撮像手段であるＣＣＤカメラ３に結像させることができる。
このとき、画像処理装置４において、画像信号としての電気信号から所定の信号処理を行い、計測対象Ｗそのままの表示画像として、ディスプレイｄｐに表示させることができるので、表示された表示画像を基に、正確な寸法計測を行うことができる（図３参照）。
【００３５】
以上のように、本発明では、テレセントリック光学系において、前側レンズ５と後側レンズ６との間の可動絞り部８を焦点位置７上でずらすことにより、レンズ主軸Ｚに対して若干傾斜した平行光線を結像させることができ、レンズ本体や撮像手段、計測対象を動かすことなく、レンズ主軸に対して任意に角度を変えた平行光線を結像することで、傾斜した計測対象の正確な寸法計測を可能にするという、当初の目的を達成したことになる。
【００３６】
本発明は、以上のように、計測対象Ｗの寸法計測の手順を示し、説明したが、勿論、本発明は寸法計測に限らず、テレセントリック光学系の特質を生かした、用途で用いることができる。
例えば、計測対象Ｗとして、フィン・チューブ式熱交換器の扁平チューブを挙げることができ、この扁平チューブの厚さ寸法を計測する際に有用である。
扁平チューブは、製品において複数配設されることから、テレセントリック光学系を利用すれば同一のワークを撮影した場合でも画角が０度であるために、歪のない画像を得られことができるからである。
【００３７】
また、本発明は、計測対象Ｗとして、排ガス浄化触媒用モノリス担体の貫通度を検査する際に好適である。
排ガス浄化触媒用モノリス担体は、エンジンから排出されたガスを、モノリス担体にコーティングされた触媒物質に触れて浄化する機能のもので、一面に多数のセルを形成したもので、このセルが正常に貫通されているかを効率的に検査する際に有効である。
【００３８】
さらには、計測対象Ｗは、広い表面に形成された格子の寸法計測に有効である。
すなわち、テレセントリック光学系によれば、像点が画面の中心位置にあっても画面の周辺位置にあっても視差による影響を受けず、歪みのない画像を得ることができる。そのために広い表面に形成された格子は、画面の中心部でも周辺部でも全く同一の条件で映し出されることとなるため、誤差のない寸法計測に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明にかかる寸法検査システムの一例を示す、模式的な構成説明図である。
【図２】検査対象を傾斜してセットした際、得られる影像にかかる表示画像を示した、模式図である。
【図３】本発明にかかる寸法検査システムの作用を示した、模式的な構成説明図である。
【符号の説明】
【００４０】
１    寸法検査システム
２    鏡筒
３    ＣＣＤカメラ
４    画像処理装置
５    前側レンズ
６    後側レンズ
７    焦点位置
８    可動絞り部
Ｗ    計測対象
Ｌ    面光源
Ｓ    検査台
【図１】
2009092596.tif 000003
【図２】
2009092596.tif 000004
【図３】
2009092596.tif 000005