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形状測定装置

国内特許コード P150011435
整理番号 S2013-0511-N0
掲載日 2015年2月26日
出願番号 特願2013-026271
公開番号 特開2014-153343
登録番号 特許第5930984号
出願日 平成25年2月14日(2013.2.14)
公開日 平成26年8月25日(2014.8.25)
登録日 平成28年5月13日(2016.5.13)
発明者
  • 若山 俊隆
出願人
  • 学校法人 埼玉医科大学
発明の名称 形状測定装置
発明の概要 【課題】製造コストの低減、装置の小型化および高精度な測定分解能を実現可能な形状測定装置を提供する。
【解決手段】焦点可変レンズ4により焦点位置を可変制御しながら、光源1からのレーザ光を円錐ミラー5によりリング状に被検物に照射させ、被検物での反射光を光検出器7が受光することによって得られる撮像画像を画像解析装置10が解析することにより、1回の測定でリング状に照らされた被検物上の複数点の位置を測定できるようにする。また、画像解析装置10が、光検出器7の結像面において所定値以上の光強度が得られた画素領域を示す光強度分布に基づいて、円錐ミラー5から被検物までの距離を求めることにより、測定分解能が光検出器7の階調数ではなく画素密度に依存するようにして、大きな階調数を持った高価な光検出器を用いることなく高精度な測定分解能を得ることができるようにする。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要



近年、自動車、航空宇宙、重工業、エネルギー、土木建築などの各産業分野から医療分野に至るまで、製品や人体(例えば、骨)の寸法測定から傷検査、位置決めなどに関して、3次元形状測定装置は幅広い応用が期待されている。このように、3次元形状測定装置の必要性は幅広い分野に浸透する一方で、測定に対する要求はさらに高まっている。近年では、測定精度や価格といった点にも議論が及んでいる。





従来、円筒状物体の3次元形状を測定することが可能なプローブ式の3次元形状測定装置が提案されている(例えば、特許文献1~3参照)。特許文献1,2はプローブ式の3次元形状測定装置について開示したものである。具体的には、下向き(Z軸方向)に照射されたレーザ光をプリズムにより横向き(X軸方向)へ反射させて物体に照射し、物体での反射光をフォトセンサに結像させることにより、コリメータレンズのフォーカス位置から円筒部材の中心孔の内面形状を測定できるようにしている。





また、特許文献1,2では、円筒部材を所定の回転中心を中心に水平方向でθ方向へ相対的に回転させることにより、円筒部材の内面形状を円周方向に沿って測定することが可能となる。さらに、Z軸方向での位置を変化させて円周方向の測定を繰り返すことにより、内面の3次元形状の測定も可能となる。なお、特許文献1では、Z軸で移動するコリメータレンズによりオートフォーカスするため、プローブを細い径のまま長く形成することが可能である。





また、特許文献3に記載の形状測定装置は、対物レンズの合焦位置にある円筒状被検物から反射して戻ってくる光量を測定する2次元検出器と、円筒状被検物を軸周りに駆動回転させる回転駆動機構と、円筒状被検物の回転と共に2次元検出器で逐次得られる共焦点画像の画素と画素ごとの信号が得られた時刻とを選択し、円筒状被検物の形状を測定する形状演算手段とを備えている。ここで、形状演算手段は、各時刻において2次元検出器上に結像される円筒状被検物の領域について、連続する3点の画素のうちどの画素で受光強度がピークとなるかを検出することにより、円筒状被検物の形状を測定している。

産業上の利用分野



本発明は形状測定装置に関し、特に、プローブ式の形状測定装置に用いて好適なものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
光を放射する光源と、
上記光源からの光をリング状に反射させて被検物に照射させる円錐ミラーと、
上記被検物からの反射光を受光素子アレイからなる受光面において受光して光電変換する光検出器と、
所定の可変パラメータの値を変えることにより、上記被検物に照射させる光の焦点位置を可変制御する焦点可変手段と、
上記光検出器による光電変換により生成された画像を解析することによって上記被検物の形状を測定する画像解析手段とを備え、
上記画像解析手段は、上記光検出器にて撮像された画像の中心位置から放射状に伸びる複数の直線状領域毎に、上記焦点可変手段により変更した上記可変パラメータの各値に対して所定値以上の光強度が得られた画素の分布を示す光強度分布を求め、当該光強度分布に基づいて、上記所定値以上の光強度が得られた光検出領域について上記画像の中心位置から上記光検出領域の端部までの画素数が最も大きくなるときの上記可変パラメータの値をピーク時パラメータとして取得するパラメータ取得部と、
上記可変パラメータに対する焦点距離の関係を示した関数と、上記パラメータ取得部により取得された上記ピーク時パラメータの値とに基づいて、上記円錐ミラーの中心から上記被検物上の合焦点までの距離を上記複数の直線状領域毎に取得する距離取得部とを備えたことを特徴とする形状測定装置。

【請求項2】
上記画像解析手段は、上記複数の直線状領域のうち、上記光強度分布において上記画素数のピークを検出することができない直線状領域について、光強度が最も大きくなるときの上記可変パラメータの値をピーク時パラメータとして取得する第2のパラメータ取得部を更に備え、
上記距離取得部は、上記光強度分布において上記画素数のピークを検出することができない直線状領域については、上記パラメータ取得部に代えて上記第2のパラメータ取得部により取得された上記ピーク時パラメータの値を用いて、上記円錐ミラーの中心から上記被検物上の合焦点までの距離を取得することを特徴とする請求項1に記載の形状測定装置。

【請求項3】
上記可変パラメータは電流であり、上記焦点可変手段は、上記電流の値を変えることにより、上記被検物に照射させる光の焦点位置を可変制御する可変焦点レンズを備えて構成されることを特徴とする請求項1に記載の形状測定装置。

【請求項4】
上記可変パラメータは上記光の波長であり、上記焦点可変手段は、上記波長の値を変えることにより、上記被検物に照射させる光の焦点位置を可変制御することを特徴とする請求項1に記載の形状測定装置。

【請求項5】
上記可変パラメータは上記光の位相であり、上記焦点可変手段は、上記位相の値を変えることにより、上記被検物に照射させる光の焦点位置を可変制御することを特徴とする請求項1に記載の形状測定装置。

【請求項6】
上記光源は、超短パルスレーザであることを特徴とする請求項1に記載の形状測定装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2013026271thum.jpg
出願権利状態 登録


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