(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検物を載置するステージの載物面に垂直な光軸を有し、前記光軸に垂直な面内で前記ステージに対して、互いに直角な２方向の少なくとも一方向に相対移動自在な測定ヘッドと、
前記測定ヘッドに備えられ、前記測定ヘッドが捉えた光を光電変換する光電変換手段と、
前記載物面に対して前記測定ヘッドと反対側に前記測定ヘッドの相対移動方向に延在して設置された透過照明装置と、
前記測定ヘッドの相対移動を制御すると共に、前記測定ヘッドの相対位置を表す座標値を求める装置コントローラと、
前記光電変換手段からの信号に基づいて前記被検物の端面を検出する端面検出手段と、
前記透過照明装置からの光量を制御する照明装置コントローラと、
前記装置コントローラ、端面検出手段及び照明装置コントローラを制御する主制御装置とを有する光学測定機において、
前記透過照明装置は、線状光源または面状光源であり、
前記主制御装置は、前記光電変換手段が検出した受光量に基づく情報を前記座標値に関連付けて記憶すると共に、前記記憶した情報に基づいて前記照明装置コントローラを制御して測定を行うことを特徴とする光学測定機。
【請求項２】
被検物を載置するステージの載物面に垂直な光軸を有し、前記光軸に垂直な面内で前記ステージに対して、互いに直角な２方向の少なくとも一方向に相対移動自在な測定ヘッドと、
前記測定ヘッドに備えられ、前記測定ヘッドが捉えた光を光電変換する光電変換手段と、
前記載物面に対して前記測定ヘッドと反対側に前記測定ヘッドの相対移動方向に延在して設置された透過照明装置と、
前記測定ヘッドの相対移動を制御すると共に、前記測定ヘッドの相対位置を表す座標値を求める装置コントローラと、
前記光電変換手段からの信号に基づいて前記被検物の端面を検出する端面検出手段と、
前記装置コントローラ、及び端面検出手段を制御する主制御装置とを有する光学測定機において、
前記透過照明装置は、線状光源または面状光源であり、
前記主制御装置は、前記光電変換手段が検出した受光量に基づく情報を前記座標値に関連付けて記憶すると共に、前記記憶した情報に基づいて前記光電変換手段の感度を制御して測定を行うことを特徴とする光学測定機。
【請求項３】
被検物を載置するステージの載物面に垂直な光軸を有し、前記光軸に垂直な面内で前記ステージに対して、互いに直角な２方向の少なくとも一方向に相対移動自在な測定ヘッドと、
前記測定ヘッドに備えられ、前記測定ヘッドが捉えた光を光電変換する光電変換手段と、
前記載物面に対して前記測定ヘッドと反対側に前記測定ヘッドの相対移動方向に延在して設置された透過照明装置と、
前記測定ヘッドの相対移動を制御すると共に、前記測定ヘッドの相対位置を表す座標値を求める装置コントローラと、
前記光電変換手段からの信号に基づいて前記被検物の端面を検出する端面検出手段と、
前記透過照明装置からの光量を制御する照明装置コントローラと、
前記装置コントローラ、端面検出手段及び照明装置コントローラを制御する主制御装置とを有する光学測定機において、
前記透過照明装置は、線状光源または面状光源であり、
前記測定ヘッドに斜設され、前記測定ヘッドが受けた光の一部を反射する半透過鏡と、
前記反射された光の光量を検出する光電センサとを更に設けて、前記主制御装置は、前記光電センサが検出した受光量に基づく情報を前記座標値に関連付けて記憶すると共に、前記記憶した情報に基づいて前記照明装置コントローラを制御して測定を行うことを特徴とする光学測定機。
【請求項４】
検物を載置するステージの載物面に垂直な光軸を有し、前記光軸に垂直な面内で前記ステージに対して、互いに直角な２方向の少なくとも一方向に相対移動自在な測定ヘッドと、
前記測定ヘッドに備えられ、前記測定ヘッドが捉えた光を光電変換する光電変換手段と、
前記載物面に対して前記測定ヘッドと反対側に前記測定ヘッドの相対移動方向に延在して設置された透過照明装置と、
前記測定ヘッドの相対移動を制御すると共に、前記測定ヘッドの相対位置を表す座標値を求める装置コントローラと、
前記光電変換手段からの信号に基づいて前記被検物の端面を検出する端面検出手段と、
前記装置コントローラ、及び端面検出手段を制御する主制御装置とを有する光学測定機において、
前記透過照明装置は、線状光源または面状光源であり、
前記測定ヘッドに斜設され、前記測定ヘッドが受けた光の一部を反射する半透過鏡と、
前記反射された光の光量を検出する光電センサとを更に設けて、前記主制御装置は、前記光電センサが検出した受光量に基づく情報を前記座標値に関連付けて記憶すると共に、前記記憶した情報に基づいて前記光電変換手段の感度を制御して測定を行うことを特徴とする光学測定機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光電的手段を用いて被検物の端面位置を検出する光学測定機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光電的手段を用いて検出した被検物の端面位置に基づいて所望の寸法や形状を測定する装置に、画像処理測定機がある。測定範囲の広い画像処理測定機では、その構造としてブリッジ・ブリッジ固定形が採用される。ブリッジ・ブリッジ固定形の画像処理測定機は、テレビカメラを備える光学観察部がＸ軸方向に移動自在に設けられ、前記光学観察部の光軸に垂直な面内で前記Ｘ軸に直交するＹ軸方向に移動自在なステージ上に載置された被検物の拡大画像をテレビカメラで捉える。前記テレビカメラで捉えた画像を画像処理装置で処理して被検物の端面位置を検出し、前記検出した位置の情報に基づいて、被検物の所望の寸法や形状を求めている。
【０００３】
また、前記画像処理測定機は、ステージが設置されたベース部に光学観察部の光軸に交差してＸ軸方向に延在する線状光源、例えば蛍光灯を有する透過照明装置を備え、被検物を透過照明する。更に、前記画像処理測定機は、前記光学観察部に、例えばＬＥＤやハロゲンランプなどの反射照明装置を備え被検物を上方から反射照明する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この様な画像処理測定機によって、繰り返し性良く・再現性良く被検物の端面を検出して高精度で測定するためには、照明装置による照明光量が時間や場所などによって変化しないことが必要である。しかし、照明装置の光源からの光量は、経時変化する。更に、線状光源からの光量は長手方向の位置によっても変化する。この為、従来は作業開始前毎に作業者が照度計などを用いて照明装置から観察光学部に入射する光量を計測し、照明装置の制御装置を調整して光量の経時変化の影響を除去していた。
【０００５】
しかしながら、この方法では線状光源の場所による光量の違いは除去されず、被検物がステージ上に載置される場所によって測定値が異なるという問題点があった。
本発明は、照明光源の場所による照明光量の違いの測定値への影響を除去し、安定した測定結果を得る光学測定機を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、被検物を載置するステージ（１）の載物面に垂直な光軸を有し、前記光軸に垂直な面内で前記ステージに対して、互いに直角な２方向の少なくとも一方向に相対移動自在な測定ヘッド（７）と、前記測定ヘッドに備えられ、前記測定ヘッドが捉えた光を光電変換する光電変換手段（６）と、前記載物面に対して前記測定ヘッドと反対側に前記測定ヘッドの相対移動方向に延在して設置された透過照明装置（８）と、前記測定ヘッドの相対移動を制御すると共に、前記測定ヘッドの相対位置を表す座標値を求める装置コントローラ（１４）と、前記光電変換手段からの信号に基づいて前記被検物の端面を検出する端面検出手段（１２）と、前記透過照明装置からの光量を制御する照明装置コントローラ（１５）と、前記装置コントローラ、端面検出手段及び照明装置コントローラを制御する主制御装置（１３）を有する光学測定機において、前記透過照明装置は、線状光源または面状光源（８）であり、前記主制御装置は、前記光電変換手段が検出した受光量に基づく情報を前記座標値に関連付けて記憶すると共に、前記記憶した情報に基づいて前記照明装置コントローラを制御して測定を行うことを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、被検物を載置するステージ（１）の載物面に垂直な光軸を有し、前記光軸に垂直な面内で前記ステージに対して、互いに直角な２方向の少なくとも一方向に相対移動自在な測定ヘッド（７）と、前記測定ヘッドに備えられ、前記測定ヘッドが捉えた光を光電変換する光電変換手段（６）と、前記載物面に対して前記測定ヘッドと反対側に前記測定ヘッドの相対移動方向に延在して設置された透過照明装置（８）と、前記測定ヘッドの相対移動を制御すると共に、前記測定ヘッドの相対位置を表す座標値を求める装置コントローラ（１４）と、前記光電変換手段からの信号に基づいて前記被検物の端面を検出する端面検出手段（１２）と、前記装置コントローラ、及び端面検出手段を制御する主制御装置（１３）を有する光学測定機において、前記透過照明装置は、線状光源または面状光源（８）であり、前記主制御装置は、前記光電変換手段が検出した受光量に基づく情報を前記座標値に関連付けて記憶すると共に、前記記憶した情報に基づいて前記光電変換手段の感度を制御して測定を行うことを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、被検物を載置するステージ（１）の載物面に垂直な光軸を有し、前記前記光軸に垂直な面内で前記ステージに対して、互いに直角な２方向の少なくとも一方向に相対移動自在な測定ヘッド（７）と、前記測定ヘッドに備えられ、前記測定ヘッドが捉えた光を光電変換する光電変換手段（６）と、前記載物面に対して前記測定ヘッドと反対側に前記測定ヘッドの相対移動方向に延在して設置された透過照明装置（２８）と、前記測定ヘッドの相対移動を制御すると共に、前記測定ヘッドの相対位置を表す座標値を求める装置コントローラ（１４）と、前記光電変換手段からの信号に基づいて前記被検物の端面を検出する端面検出手段（１２）と、前記透過照明装置からの光量を制御する照明装置コントローラ（２５）と、前記装置コントローラ、端面検出手段及び照明装置コントローラを制御する主制御装置（１３）を有する光学測定機において、前記透過照明装置は、線状光源または面状光源（８）であり、  前記測定ヘッドに斜設され、前記測定ヘッドが受けた光の一部を反射する半透過鏡（３１）と、前記反射された光の光量を検出する光電センサ（３０）とを更に設けて、前記主制御装置は、前記光電センサが検出した受光量に基づく情報を前記座標値に関連付けて記憶すると共に、前記記憶した情報に基づいて前記照明装置コントローラを制御して測定を行うことを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、被検物を載置するステージ（１）の載物面に垂直な光軸を有し、前記光軸に垂直な面内で前記ステージに対して、互いに直角な２方向の少なくとも一方向に相対移動自在な測定ヘッド（７）と、前記測定ヘッドに備えられ、前記測定ヘッドが捉えた光を光電変換する光電変換手段（６）と、前記載物面に対して前記測定ヘッドと反対側に前記測定ヘッドの相対移動方向に延在して設置された透過照明装置（２８）と、前記測定ヘッドの相対移動を制御すると共に、前記測定ヘッドの相対位置を表す座標値を求める装置コントローラ（１４）と、前記光電変換手段からの信号に基づいて前記被検物の端面を検出する端面検出手段（１２）と、前記装置コントローラ、及び端面検出手段を制御する主制御装置（１３）を有する光学測定機において、前記透過照明装置は、線状光源または面状光源（８）であり、前記測定ヘッドに斜設され、前記測定ヘッドが受けた光の一部を反射する半透過鏡（３１）と、前記反射された光の光量を検出する光電センサ（３０）とを更に設けて、前記主制御装置は、前記光電センサが検出した受光量に基づく情報を前記座標値に関連付けて記憶すると共に、前記記憶した情報に基づいて前記光電変換手段の感度を制御して測定を行うことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明装置の第１の実施形態を説明する斜視図である。図１において、不図示の被検物を載せたステージ１がベース２にＹ軸方向に延在して固設されたガイド部材３、３’に案内されてＹ軸方向に移動自在に設けられている。ベース２のＹ軸方向の中央部には、図１に示したＸ軸方向に延在しステージ１を跨いで固設されて、キャリッジ４をＸ軸方向に移動自在に案内するブリッジ５が設けられている。キャリッジ４には、ステージ１の上面に垂直な光軸を有する結像レンズ群とテレビカメラ６とからなる測定ヘッド７と、測定ヘッド７をその光軸方向、即ち図１に示すＺ軸方向に移動させてテレビカメラ６の撮像面に被検物の像を結像させる上下動部及びその駆動部９とが設けられている。
【００１１】
また、ステージ１を支持するベース２には、測定ヘッド７の光軸の軌跡と一致してＸ軸方向に延在する線状光源、例えば蛍光灯を光源とする透過照明装置８が設けられ、該透過照明装置８からの光は、ステージ１のステージガラス１Ａを通して被検物を下方から透過照明する。一方、測定ヘッド７には、被検物を上方から照明する、例えばハロゲンランプを光源とする反射照明装置（不図示）が設けられている。ステージ１及びキャリッジ４には、夫々ステージ１及びキャリッジ４を移動させる駆動部１０、１１と夫々の移動量を検出する測長部（不図示）とが設けられている。
【００１２】
テレビカメラ６で捉えた画像の信号は画像処理装置１２に送られ、所定の画像処理を行って所定の被検物の端面位置の座標値を求める。それらの求めた座標値に基づいてホストコンピュータ１３で演算処理することにより、被検物の所望の寸法や形状を算出する。
１４は、ステージ１、キャリッジ４及び測定ヘッド７を駆動する駆動部１０、１１、９を制御すると共に、前記各部の測長部からの信号を受けて測定ヘッド７のＸ、Ｙ座標値を求める装置コントローラである。１５は、透過照明装置８及び反射照明装置の点滅及び光量を制御する照明装置コントローラである。装置コントローラ１４及び照明装置コントローラ１５は、何れもホストコンピュータ１３の指令によって制御される。
【００１３】
かような構成の画像処理測定機による測定は、測定に先立って以下の光量校正を行う。画像処理装置１２はテレビカメラ６の受光面全面で受光した総受光量、または所定の一部の受光面で受光したスポット受光量を検出し、その値をホストコンピュータ１３に送出する。ホストコンピュータ１３は、画像処理装置１２から受けた前記受光量をその時の測定ヘッド７の座標値と共に記憶する。ホストコンピュータ１３は、測定ヘッド７の各座標位置における前記受光量の平均値と前記平均値からの偏差を算出し、前記座標値と共に記憶する。
【００１４】
測定に当たって、ホストコンピュータ１３は、更に前記記憶した座標値と、平均受光量及び偏差とを参照して、照明装置８の光源が所定の場所で所定の光量を発光するように照明装置コントローラ１５を制御する。前記受光量の平均値及び偏差は、測定作業開始時又は装置の保守整備時など所定の時に求める。
この様にして、テレビカメラ６が受光する光量が一定になるように照明装置コントローラ１５を制御することによって、常に一定の照明条件が得られるので安定した測定が可能となる。線状光源には第３の実施形態で詳述する光ファイバを用いたものもあるが、最も簡便な線状光源である蛍光灯は場所による光量変化が大きいのでその効果が大きい。
【００１５】
前記説明を、光量校正の手順を示す図２、及び測定の手順を示す図３のフローチャートによって説明する。全ての動作はホストコンピュータ１３の指令によって行われる。
ステージ１上に何も載置しない状態でホストコンピュータ１３が光量校正を指令すると、図２のフローに従う光量校正が開始され、まず各部が初期設定される（ステップ１）。次いで、測定ヘッド７をＸ軸の一端に移動する（ステップ２）。そして、テレビカメラ６が受光した光量を検出してその光量値をホストコンピュータ１３に送出する（ステップ３）。ホストコンピュータ１３は受けた光量値と予め設定した所定値とを比較し（ステップ４）、前記受光量が前記所定値以下であれば、照明装置の光源の寿命と判断して作業を中断してホストコンピュータ１３に警告表示すると共に、警告音を発して（ステップ５）、光量校正を終了する。
【００１６】
ステップ４で前記受光量が前記所定値以上であれば、ホストコンピュータ１３は受けた光量値をその時の測定ヘッド７の座標値と共に内部の記憶装置に記憶する（ステップ６）。次いで、測定ヘッド７は所定量だけＸ軸上を移動し（ステップ７）、測定ヘッド７の位置が測定範囲内にあるか否かを判断する（ステップ８）。測定範囲内にあればステップ３に戻りステップ３〜ステップ８を繰り返す。その結果、測定ヘッド７のＸ軸座標値と受光量との関係を表すマップが前記憶装置に記憶される。ステップ８で測定範囲外と判断されれば、ステップ９に進み、前記マップに基づいて受光量の平均値と前記平均値からの偏差を求め、前記平均値と、測定ヘッド７のＸ軸座標値と前記偏差との関係を表す光量校正表を前記記憶装置に記憶して（ステップ９）、光量校正を終了する。
【００１７】
ステージ１上に被検物を載置してホストコンピュータ１３から測定を指令すると、図３のフローに従う測定がスタートする。そして、測定装置各部を測定が行える状態に初期設定する。この時、照明装置コントローラ１５への指令値として前記受光量の平均値が設定される（ステップ１１）。次いで、測定ヘッド７及びステージ１を所定の位置に移動し被検物の測定箇所をテレビカメラ６で捉える（ステップ１２）。そして、測定ヘッド７のＸ軸座標値を装置コントローラ１４から読み込み（ステップ１３）、前記光量校正表を参照して、測定ヘッド７の現在のＸ軸座標値に対応する偏差を補正した指令値を与えて照明装置コントローラ１５を制御する（ステップ１４）。そして、ホストコンピュータ１３からの指示に従って測定動作を行い（ステップ１５）、次いで全ての測定が終了したか否かを判断する（ステップ１６）。全ての測定が終了していなければ、ステップ１２に戻り測定ヘッド７及びステージ１を次の所定の位置に移動する。ステップ１６で、全ての測定が終了していれば測定を終了する。
【００１８】
なお、ステップ１４とステップ１５との間に、図４に示したようなテレビカメラ６が受けた光量を検出して前記平均受光量と比較し、一致又は所定の範囲内でなければ一致又は所定の範囲内なるように更に照明装置コントローラへの指令値を変更するステップ１４Ａ及びステップ１４Ｂを加えても良い。これにより、受光量の経時変化の影響も除くことができる。この場合、平均受光量に代えて、経時変化、位置によるばらつきを考慮して定めた所定の値としても良い。
【００１９】
次に、前記第１の実施形態の一部を変更した第２の実施形態を説明する。第２の実施形態の装置においては、画像処理装置１２にホストコンピュータ１３の指令によってテレビカメラ６の感度を変化させる感度調整部を更に設け、第１の実施形態における照明装置コントローラ１５の制御に代えて前記感度調整部を制御する。測定ヘッド７の位置による照明装置８から光量の変化に基づくテレビカメラ６の受光量の変化をテレビカメラ６の感度を変化させることによって、前記受光量の変化によるテレビカメラ６の出力信号の変化を除くことができる。
【００２０】
図３は、第３の実施形態の画像処理測定機の要部断面図である。以下に説明する構成以外の部分は第１の実施形態の装置と同様である。図３において、透過照明装置２８の、端面を測定ヘッド７に向けてライン状に並べられた光ファイバ２９の他方の端面は、例えばハロゲンランプ等の光源を有する照明装置コントローラ２５に結合され、線状光源を構成している。前記照明装置コントローラ２５はホストコンピュータ１３からの指令によってハロゲンランプが発する光量を変化させる。
【００２１】
測定ヘッド７の結像光学系３２の一部には半透過鏡３１が斜設され、透過照明装置２８からの光の一部を受光量を検出する光電センサ３０に導く。光電センサ３０で検出された受光量はホストコンピュータ１３に入力され、第１の実施形態におけるテレビカメラ７で検出された受光量と同様に測定ヘッド６のＸ軸座標値と共にホストコンピュータ１３の記憶装置に記憶される。
【００２２】
本第３の実施形態の装置では、第１の実施形態の装置におけるテレビカメラ６が検出した受光量に代えて光電センサ３０が検出した受光量が用いられる他は、第１の実施形態の装置と同様に動作する。
更に、第３の実施形態の装置において、画像処理装置１２にホストコンピュータ１３の指令によってテレビカメラ６の感度を変化させる感度調整部を更に設け、第３の実施形態における照明装置コントローラ２５の制御に代えて前記感度調整部を制御する第４の実施形態とすることもできる。
【００２３】
以上の説明では被検物の端面位置を検出する装置として画像処理装置を用いているが、これに限定されるものではなく、ラインセンサや、光電変換素子を被検物像の端部がよぎるときの前記光電変換素子の出力信号の変化に基づいて被検物の端面を検出する装置などを用いても良い。
また、照明装置としてＸ軸方向に延在する一つの線状光源を用いる例を説明したが、Ｘ、Ｙの２軸方向に延在する面光源を用いて、Ｘ、Ｙ座標値と受光量とを関連づけて記憶し、これに基づいて照明装置コントローラ、又はテレビカメラ、ラインセンサ、光電変換素子などの感度を制御しても良い。
【００２４】
【発明の効果】
請求項１〜４の何れに記載の発明も、線状光源の場所による照明光量の違いの測定値への影響を除去し、安定した測定結果が得られる光学測定機を実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を説明する斜視図である。
【図２】図１の装置による光量校正の手順を示すのフローチャートである。
【図３】図１の装置による測定の手順を示すのフローチャートである。
【図４】図３のフローチャートに追加するフローをしめすフローチャートである。
【図５】本発明の第２の実施形態の要部の断面図である。
【符号の説明】
１……ステージ
６……テレビカメラ（光電変換手段）
７……測定ヘッド
８……透過照明装置
１２……画像処理装置（端面検出手段）
１３……ホストコンピュータ（主制御装置）
１４……装置コントローラ
１５……照明装置コントローラ
２５……照明装置コントローラ
２８……透過照明装置
２９……光ファイバ
３０……光電センサ
３１……半透過鏡
【図１】
0003799674.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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