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SHAPE MEASUREMENT DEVICE

Patent code P150011435
File No. S2013-0511-N0
Posted date Feb 26, 2015
Application number P2013-026271
Publication number P2014-153343A
Patent number P5930984
Date of filing Feb 14, 2013
Date of publication of application Aug 25, 2014
Date of registration May 13, 2016
Inventor
  • (In Japanese)若山 俊隆
Applicant
  • (In Japanese)学校法人 埼玉医科大学
Title SHAPE MEASUREMENT DEVICE
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a shape measurement device that can attain reduction in manufacturing costs, miniaturization of the device, and highly accurate measurement resolving power.
SOLUTION: As a focus position is variably controlled by a focus variable lens 4, a conical mirror 5 causes laser light from a light source 1 to irradiate a specimen in a ring shape, and since an image analysis device 10 analyzes a photographing image to be obtained by receiving reflection light upon the specimen with an optical detector 7, a position of a plurality of points on the specimen illuminated in the ring shape is enabled to be measured by a single measurement. Further, the image analysis device 10 calculates a distance from the conical mirror 5 to the specimen on the basis of a light intensity distribution indicative of a pixel area where light intensity equal to or more than a predetermined value is obtained in an image-formation plane of the optical detector 7, and thereby a measurement resolving power is adapted to depend on pixel density, not on the number of gradations of the optical detector 7, and highly accurate measurement resolving power is adapted to be obtained without using the expensive optical detector having the large number of gradations.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)



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。

Field of industrial application (In Japanese)



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。

Scope of claims (In Japanese)
【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。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2013026271thum.jpg
State of application right Registered


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