(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物を載置するテーブルと、このテーブル上に載置された被測定物からの反射光または透過光を受光する光学系とを有し、この光学系で得られた受光画像から被測定物の寸法や形状などを測定する光学式測定装置において、
前記被測定物からの反射光または透過光の光路を曲げて前記光学系に入射させる光学素子を備え、
この光学素子は、前記光学系の光軸に対して直交する軸を支点として回動自在に支持されているとともに、前記光学系の光軸を中心として回転可能に設けられていることを特徴とする光学式測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光学式測定装置において、
前記光学系は、前記テーブルの上方から下方に向けて光を照射しその反射光を受光し、前記光学素子は、前記光学系からの光の光路を曲げて前記被測定物の側面に照射するとともに、前記被測定物からの反射光を前記光学系に入射させることを特徴とする光学式測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光学式測定装置において、
前記光学素子は、光路折り曲げミラーによって構成されていることを特徴とする光学式測定装置。
【請求項４】
請求項３に記載の光学式測定装置において、
前記光路折り曲げミラーは、上端部が前記光学系の下端部にその光学系の光軸に対して直交する軸を支点として回動可能に支持され、前記光学系の光軸と平行な位置から光学系の光軸と交差しかつ光軸に対して傾斜した角度位置まで回動可能に設けられていることを特徴とする光学式測定装置。
【請求項５】
請求項４に記載の光学式測定装置において、
前記光路折り曲げミラーの前記光軸を中心とする回転角を検出するミラー回転角検出センサを備えたことを特徴とする光学式測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、テーブル上に載置された被測定物からの反射光または透過光を受光して、被測定物の寸法や形状などを測定する光学式測定装置に関する。詳しくは、テーブル上に載置された被測定物の姿勢を変えることなく被測定物の異なる複数の面の測定を行えるようにした光学式測定装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来、被測定物に光を照射し、その被測定物からの反射光を受光して被測定物の寸法などを測定する光学式測定装置は、被測定物を載置するテーブルの上方に光学系を配置し、この光学系から下方に向けて光を照射する構造であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光学式測定装置の構造では、被測定物を載置するテーブルの上方に光学系を配置し、この光学系から下方に向けて光を照射する構造であったため、光学系の直下に位置する面しか測定することができない。従って、テーブル上に載置された被測定物の上面の測定に限定され、被測定物の側面を測定しようとする場合には、被測定物を回転させるなどの姿勢変更が必要であった。
【０００４】
たとえば、図８に示すように、被測定物１００の面１０１に加工された孔１０２1,１０２2 の直径Ｄ1,Ｄ2 や間隔Ｌの測定と、被測定物１００の面１０１と直角な面１０３に加工された溝１０４の幅Ｗの測定とを行う場合、まず、被測定物１００の面１０１が上になるように被測定物１００をテーブル上にセットして孔１０２1,１０２2 の直径Ｄ1,Ｄ2 や間隔Ｌの測定を行ったのち、被測定物１００を９０度回転させて面１０３が上になるように被測定物１００をテーブル上にセットし、この状態で溝１０４の幅Ｗの測定を行わなければならない。
【０００５】
本発明の目的は、テーブル上に載置された被測定物の姿勢を変えることなく被測定物の異なる複数の面の測定が行える光学式測定装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の光学式測定装置は、被測定物を載置するテーブルと、このテーブル上に載置された被測定物からの反射光または透過光を受光する光学系とを有し、この光学系で得られた受光画像から被測定物の寸法や形状などを測定する光学式測定装置において、前記被測定物からの反射光または透過光の光路を曲げて前記光学系に入射させる光学素子を備え、この光学素子は、前記光学系の光軸に対して直交する軸を支点として回動自在に支持されているとともに、前記光学系の光軸を中心として回転可能に設けられていることを特徴とする。
【０００７】
このような構成によれば、テーブル上に載置された被測定物からの反射光または透過光（自然光を含む）は、光学素子によって光路が曲げられ光学系に入射される。たとえば、テーブルの真上に光学系を配置した場合、被測定物の側面からの反射光を光学素子によって曲げて光学系に入射させることができるから、テーブル上に載置された被測定物の側面の寸法や形状などを測定することができる。従って、テーブル上に載置された被測定物の姿勢を変えることなく被測定物の異なる複数の面の測定が行える。
また、光学素子は、光学系の光軸を中心として回転可能に設けられているから、テーブル上に載置された被測定物の姿勢を変えることなく、被測定物の複数の側面の寸法や形状も測定することができる。
【０００８】
本発明の光学式測定装置において、前記光学系は、前記テーブルの上方から下方に向けて光を照射しその反射光を受光し、前記光学素子は、前記光学系からの光の光路を曲げて前記被測定物の側面に照射するとともに、前記被測定物からの反射光を前記光学系に入射させることが好ましい。
【０００９】
このような構成によれば、光学系からテーブルに向かって照射された光は、光学素子によって光路が曲げられ被測定物の側面に照射される。被測定物の側面からの反射光は、光学素子によって光学系に入射されるから、テーブル上に載置された被測定物の側面の寸法や形状などを測定することができる。従って、テーブル上に載置された被測定物の姿勢を変えることなく被測定物の側面の測定が行える。
【００１０】
以上の構成において、光学素子としては、光路折り曲げミラーが望ましい。この場合、光路折り曲げミラーは、上端部が前記光学系の下端部にその光学系の光軸に対して直交する軸を支点として回動自在に支持され、前記光学系の光軸と平行な位置から光学系の光軸と交差しかつ光軸に対して傾斜した角度位置まで回動可能に設けられていることが望ましい。
【００１１】
このようにすれば、光路折り曲げミラーを上端部を支点として回動させ、光学系の光軸と平行な位置まで回動させれば、光路折り曲げミラーを光学系の光軸から退避させることができるので通常の測定（上面測定）が行え、また、光路折り曲げミラーを上端部を支点として回動させ、光学系の光軸に対して交差した角度位置まで傾斜させれば、側面測定に切り替えることができるので、測定面の切替えを簡単かつ迅速に行うことができる。
【００１３】
本発明の光学式測定装置において、前記光路折り曲げミラーの前記光軸を中心とする回転角を検出するミラー回転角検出センサを備えることが好ましい。
【００１４】
このような構成によれば、光路折り曲げミラーの光軸を中心とする回転角度を検出するミラー回転角検出センサを備えているから、そのミラー回転角検出センサで検出した光路折り曲げミラーの回転角に応じた座標変換データをセットすることにより、被測定物の複数の側面の寸法や形状も簡単に測定することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図を参照しながら詳細に説明する。
図１は本実施形態にかかる光学式測定装置の測定機を示す斜視図である。同測定機は、水平部１Ａおよび起立部１Ｂを有する本体１と、この本体１の水平部１Ａ上に左右および前後方向（ＸおよびＹ軸方向）へ移動可能に設けられかつ上面に被測定物１００を載置するテーブル２と、前記本体１の起立部１Ｂに上下方向（Ｚ軸方向）へ昇降可能に設けられ下方に向けて（テーブル２上に向けて）光を照射しその反射光を受光する光学系３とから構成されている。
【００１６】
図２は前記光学系３の斜視図、図３はその一部を切欠いた側面図である。同光学系３は、ケース１１と、このケース１１の下面側に取り付けられた対物レンズ１２と、この対物レンズ１２の光軸上に沿って配置されたビームスプリッタ１３、チューブレンズ１４およびＣＣＤカメラ１５と、照明装置１６とから構成されている。照明装置１６は、光源（図示省略）と、この光源からの光を前記ケース１１内に導入する光ファイバ１７と、この光ファイバ１７によってケース１１内に導入された光を前記ビームスプリッタ１３へ反射するミラー１８とから構成されている。
【００１７】
前記対物レンズ１２の外周には、ミラー保持リング２１が前記光軸を中心として回転可能に設けられている。ミラー保持リング２１の下面には、前記光学系３からの光の光路を曲げて被測定物１００の側面に照射するとともに、被測定物１００からの反射光を前記光学系３に入射させる光学素子としての光路折り曲げミラー２２が設けられているとともに、第１および第２のストッパ２３，２４が設けられている。光路折り曲げミラー２２は、上端部が前記ミラー保持リング２１の下面に光学系３の光軸に対して直交する軸を支点として回動自在に支持され、前記第１のストッパ２３に当接した位置（前記光学系３の光軸と平行な位置）から前記第２のストッパ２４に当接した位置（光学系３の光軸と交差しかつ光軸に対して４５度で傾斜した角度位置）まで回動可能に設けられている。
【００１８】
図４は本実施形態にかかる光学式測定装置の制御装置を示すブロック図である。同制御装置は、ＣＰＵ４１を備える。ＣＰＵ４１には、表示制御部４２を介してＣＲＴ４３が、照明制御部４４を介して前記照明装置１６が、フレームグラバ４５を介して前記ＣＣＤカメラ１５がそれぞれ接続されている。また、ミラー駆動部４６、前記テーブル２のＸ軸方向の位置を検出するＸ軸エンコーダ４７、前記テーブル２のＹ軸方向の位置を検出するＹ軸エンコーダ４８、前記光学系３のＺ軸方向の位置を検出するＹ軸エンコーダ４９、指令入力部５０がそれそれ接続されている。
【００１９】
前記ミラー駆動部４６には、前記光路折り曲げミラー２２を上端部を支点として下端をはね上げるミラーはね上げモータ５１と、前記ミラー保持リング２１を前記光軸を中心として回転させるミラー回転モータ５２と、このミラー回転モータ５２によって回転されるミラー保持リング２１の回転角を検出するミラー回転角検出センサ５３とがそれぞれ接続されている。
【００２０】
次に、本実施形態の作用を図５のフローチャートを参照しながら説明する。
たとえば、図８に示す被測定物１００の測定を行う場合には、面１０１が上になるように被測定物１００をテーブル２上にセットしたのち、最初は通常の測定モードで面１０１に加工された孔１０２1,１０２2 の直径Ｄ1,Ｄ2 や間隔Ｌの測定を行い、次に、側面測定モードに切り換えたのち、面１０３に加工された溝１０４の幅Ｗの測定を行う。
【００２１】
通常の測定モードでは、光路折り曲げミラー２２が第１のストッパ２３に当接した状態、つまり、光学系３の光軸と平行となった状態にある。従って、照明装置１６の光ファイバ１７から出た光は、ミラー１８で反射され、ビームスプリッタ１３、対物レンズ１２を通じて被測定物１００の上面に照射される。つまり、被測定物１００の面１０１に照射される。被測定物１００の上面１０１からの反射光は、対物レンズ１２、ビームスプリッタ１３、チューブレンズ１４を経てＣＣＤカメラ１５で受光される。これにより、被測定物１００の上面１０１の孔１０２1,１０２2 の直径Ｄ1,Ｄ2 や間隔Ｌを測定することができる。
【００２２】
次に、側面測定モードに切り換える。これには、指令入力部５０から側面測定モードを指令する。すると、ＣＰＵ４１は、図５のフローチャートに示す手順で処理を実行する。まず、ステップ（以下、ＳＴと記す）１において、ミラーはね上げモータ５１を駆動させて光路を曲げる。ミラーはね上げモータ５１が駆動されると、ミラー２２が図３の二点鎖線の位置から実線の位置まで回動されるから、対物レンズ１２から出た光は、ミラー２２で直角方向へ反射され（テーブル２の上面と略平行な方向へ折り曲げられ）、被測定物１００の側面に照射される。つまり、被測定物１００の面１０３に照射される。
【００２３】
次に、ＳＴ２において、ミラー回転角検出センサ５３によってミラー２２の回転角を検出したのち、ＳＴ３へ進み座標変換データをセットする。ここでは、ミラー２２の回転角に応じた座標変換データをセットする。続いて、ＳＴ４において、測定作業を行う。これには、被測定物１００の側面１０３からの反射光が、ミラー２２、対物レンズ１２、ビームスプリッタ１３、チューブレンズ１４を経てＣＣＤカメラ１５で受光されるから、被測定物１００の側面１０３の溝１０４の幅Ｗを測定することができる。
【００２４】
次に、ＳＴ５において、ミラー回転指令の有無、つまり、指令入力部５０からミラー回転指令が入力されたか否かをチェックする。ここで、ミラー回転指令が有れば、ＳＴ２へ戻る。ミラー回転指令がなければ、ＳＴ７で側面測定モード終了かをチェックしたのち、ＳＴ４へ戻る。
最後に、ＳＴ８において、ミラーはね上げモータ５１を駆動させて光路を元の状態に戻す。
【００２５】
本実施形態によれば、光学系３の下端部に、その光学系３からの光の光路を直角に曲げるとともに、その方向からの反射光を光学系３に入射させる光路折り曲げミラー２２を設けたので、光学系３からテーブル２に向かって真下に照射された光をテーブル２の上面と平行に反射して被測定物１００の側面１０３に照射させることができ、また、被測定物１００の側面１０３からの反射光を直角に反射して光学系３に入射させることができるから、テーブル２上に載置された被測定物１００の姿勢を変えることなく、側面１０３の寸法や形状なども測定することができる。
【００２６】
また、光路折り曲げミラー２２の上端部を光学系３の下端部にその光学系３の光軸に対して直交する軸を支点として回動自在に支持したので、その上端を支点として光路折り曲げミラー２２を回動させ、光学系３の光軸と平行な位置まで回動させれば、光路折り曲げミラー２２を光学系３の光軸から退避させることができるので通常の測定（上面測定）が行え、また、光路折り曲げミラー２２を上端部を支点として回動させ、光学系３の光軸に対して４５度の角度まで傾斜させれば、側面測定モードに切り換えることができるので、測定面の切替えを簡単かつ迅速に行うことができる。
【００２７】
また、対物レンズ１２の外周にミラー保持リング２２を光学系３の光軸を中心として回動自在に設け、このミラー保持リング２２に光路折り曲げミラー２２を設けたので、つまり、光路折り曲げミラー２２を光学系３の光軸を中心として回動自在に設けたので、テーブル２上に載置された被測定物１００の姿勢を変えることなく被測定物１００の複数の側面の測定を行うことができる。
【００２８】
また、光路折り曲げミラー２２の回転角を検出するミラー回転角検出センサ５３を備えているから、そのミラー回転角検出センサ５３で検出した光路折り曲げミラー２２の回転角に応じた座標変換データをセットすることにより、被測定物１００の複数の側面の寸法や形状も簡単に測定することができる。
【００２９】
以上述べた実施形態では、光学系３の下端部に光路折り曲げミラー２２を回動自在に支持したが、テーブル２上に光路折り曲げミラー２２を固定するようにしてもよい。たとえば、図６に示すように、コネクタ１１０のコネクタピン１１１の高さ寸法Ｈを測定しようとする場合、テーブル２の上面に置き台６１を介してコネクタ１１０をセットするとともに、その測定面側（つまり、コネクタピン１１１側）に光路折り曲げミラー２２を４５度の角度で固定するようにしてもよい。
【００３０】
このようにした場合、まず、テーブル２のＸ，Ｙ軸方向の移動によって、光学系３の真下に光路折り曲げミラー２２を位置させる。すると、光学系３からの光は、光路折り曲げミラー２２によってテーブル２の上面と平行に曲げられ、コネクタ１１０のコネクタピン１１１に照射されるから、その反射光を基にコネクタピン１１１の高さ寸法Ｈを測定することができる。この場合、図７に示すように、置き台６１の幅をコネクタピン１１１の幅寸法に対応させるようにすれば、光路折り曲げミラー２２によって曲げられた光が置き台６１によって蹴られることもない。しかも、その上面や側面に反射防止処理などを施しておけば、鮮明なエッジを得ることができる。
【００３１】
また、上記実施形態で挙げた光路折り曲げミラー２２に代えて、ハーフミラーやプリズムなどを用いれば、上述した効果に加え、光路折り曲げミラー２２を回動自在に構成しなくてもよいから、簡単に構成することができる利点がある。
また、上記実施形態では、光学系３から下方へ向けて光を照射しその反射光を受光するようにしたが、光学系３から光を照射しなくてもよい。光学系３は、自然光による被測定物１００からの反射光を単に受光するものでもよく、あるいは、被測定物１００からの透過光を受光するものでもよい。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の光学式測定装置によれば、テーブル上に載置された被測定物の姿勢を変えることなく被測定物の異なる複数の面の測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の測定機を示す斜視図である。
【図２】同上実施形態における光学系を示す斜視図である。
【図３】同上実施形態における光学系を示す側面図である。
【図４】同上実施形態における制御装置を示すブロック図である。
【図５】同上実施形態における側面測定モードのフローチャートである。
【図６】本発明の他の実施形態を示す図である。
【図７】同上他の実施形態における被測定物および置き台を示す斜視図である。
【図８】被測定物の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
２      テーブル
３      光学系
２１    ミラー保持リング
２２    光路折り曲げミラー（光学素子）
１００  被測定物
１０１  面（上面）
１０３  面（側面）
１１０  被測定物
【図１】
0003797704.tif 000002
【図２】
0003797704.tif 000003
【図３】
0003797704.tif 000004
【図４】
0003797704.tif 000005
【図５】
0003797704.tif 000006
【図６】
0003797704.tif 000007
【図７】
0003797704.tif 000008
【図８】
0003797704.tif 000009