JPH0267907A - 表面形状測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、被測定物体の表面の平滑度、偏心の程度、あ
るいは、段差等の測定を行う測定装置に関するもので、
更に詳しく言えば、複数のレーザ光距離測定装置を用い
て、Ｘ−Ｙテーブル上に配置された被測定物体の表面の
状態を連続的に効率よく測定する表面形状測定装置に関
するものである。

〔従来の技術〕

従来、精度の要求される工作物、電子部品等の表面粗度
あるいは表面の形状等を測定、監視するために、画像処
理による装置が用いられている。これは、被測定物体を
異なる位置から撮影して得たｉ！ｉｉ＠をコンピュータ
処理するもので、ビデオカメラ等の撮像装置と高度な処
理能力を有するコンピュータが使用される。

〔発明が解決しようとする課題〕

この方法に・よった場合、ビデオカメラの移動角とこれ
に対応する画像から演算処理を行って表面の状態を数値
化するための処理は極めて複雑であると共に、プログラ
ムも膨大なものとなる。また、このような装置を利用す
るには技術的に習熟していることが必要で、一般の者に
は利用し難＜、また、装置価格も極めて高価となる。

本発明はこのような点に鑑みて創作されたもので、測定
時間が短く、正確な数値および画像出力が得られ、作業
性に優れていて比較的安価な表面形状測定装置を提供す
ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る゛表面形状測定装置は、Ｘ−Ｙテーブル上
の被測定物体と測定部との間の距離に比例するアナログ
出力を発生する複数のレーザ光距離測定と、前記アナロ
グ出力をデジタル出力に変換するＡ／Ｄ変換器と、前記
Ａ／Ｄ変換器の出力を記憶する記憶装置と、前記記憶装
置に記憶された内容を演算して演算結果をＣＲＴに表示
させると共に前記被測定物体を移動させるための信号を
発生するマイクロコンピュータと、前記信号を受けて前
記Ｘ−Ｙテーブルを移動させるパルスモータとを備えて
なる。

〔作　　用〕 アナログ出力を発生ずる複数のレーザヘッドを有するレ
ーザ光距離測定装置にて、ｘ−ｙテーブル上の被測定物
体とレーザ光距離測定装置の測定部との間の距離が測定
される。レーザヘッドが複数であるため、レーザヘッド
が単一の場合に比較して動作ステップを少なくでき、測
定時間を短縮できる。距離を示すアナログ出力は、Ａ　
／　Ｄ変換器にてデジタル変換された後、コンピュータ
に入力される。コンピュータは演算を行って所要の数値
出力を発生すると共に、ＣＲＴに表示を行うための処理
を行う。更に、コンピュータにて発生された信号により
パルスモータ−が駆動され、Ｘ−Ｙテーブルが移動する
。Ｘ−Ｙテーブルの移動と測定結果のコンピュータ処理
は、所要の時間に亘って連続して行われ、結果が必要に
応じてプリンターにプリントアウトされる。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を第１図乃至第７図に拠って説明す
る。

第１図は本発明の原理図であって、レーザ光距離測定装
置のレーザヘッドが参照番号１．１ａで示される。レー
ザヘッドは複数設置するが、通常はスペース的制約から
２つで必要且つ十分である。レーザヘッド１、ｌａの間
隔は、被測定ワーク３の大きさに応じて手動又は自動的
に調整可能とすることが好ましい。２はレーザ光距離測
定装置の測定部であって、被測定ワーク３と測定部２と
の間の距離がレーザ光距離測定装置により測定される。

通常、測定部２と被測定ワーク３との間の距離は、図中
りで示されるように、ある一定の距ｔｉｌｔ　（基準値
）に設定される。

第２図は、レーザヘッドと被測定ワーク３との相対的移
動により生じたレーザ光距離測定装置の出力を示すもの
で、横軸はスキャンニング距離を示し、縦軸は出力電圧
を示している。また、第２図においてＸは、被測定ワー
ク３の凸部により生じた高電位部分を示すものであるが
、逆に凹部により高電位を発生させるように構成するこ
とも可能である。

第３図は、変形部分４を含む被測定対象物５の例を示す
部分図であって、このような変形部分４もまた、レーザ
光距離測定装置の出力として検出される。また、被測定
ワーク３の被測定対象物５間の距離ｄが、レーザヘッド
Ｌｌａと、被測定ワーク３との相対的移動により検出さ
れる。

第４図はレーザ光距離測定装置の出力を模式的に示すも
ので、被測定ワーク３の被測定対象物５間の距％１１ｄ
が経時的な電圧変化として示される。

第５図（Ａ）はレーザヘッドが単一の場合の、また、同
図（Ｂ）は本発明に係るレーザヘッドが２つの場合にお
ける被測定ワーク３の移動経路を示す模式図であって、
後述するように簡易なプログラミングによって種々の経
路に設定することができる。これらの図から明らかなよ
うに、レーザヘッドが準−の場合はそれですべての測定
部位を辿らなければならないが、２つの場合は、−動作
で少なくとも２辺を辿ることができるので、測定時間を
短縮できることになる。

第６図は本発明に係る表面形状測定装置のブロック回路
図である。

同図において参照番号１．１ａは、既に説明したように
レーザヘッドであって、例えばパルスレーザを被測定対
象物に対して照射し、反射パルスが戻るまでの時間をカ
ウンタによりカウントして距離を測定するものが一般的
であるが、本発明はこれに限定されるものではない。じ
−電源としては一般に半導体を利用したものが用いられ
、レーザヘッド１．１ａは電源等の図示せぬ装置と共に
、レーザ光距離測定装置を構成している。このレーザヘ
ッド１．１ａにより被測定物体の凹凸部の高さ及びピッ
チ間距離等が検出され、これ等に基づくアナログ電圧が
出力される。図中、参照番号６はアンプであって、レー
ザヘッド１．１ａからのアナログ電圧を増幅し、後続す
るＡ／Ｄ変換器７に適合した電圧を供給する。アンプ６
の出力は、例えば最大±３ｖに設定される。この時の変
位と電圧との関係は、例えば１ｍＶ／１μｍとする。Ａ
／Ｄ変換器７の出力は、１６ビツトマイクロコンピユー
タ８と共に特別に設けたＲＡＭにＤＭＡ転送される。こ
のＲＡＭに記憶されたデータは予め用意されたプログラ
ムによって演算比較処理され、後述のＣＲＴにリアルタ
イムで結果が表示される。この１６ビツトのマイクロコ
ンピュータ８は、−ｊｌ＆に市販されているパソコン等
をそのまま利用できる。マイクロコンピュータ８には外
部装置としてプリンター９、ＣＲＴＩＯ及びキーボード
１１等が接続されると共に、図示せぬフロッピーディス
ク装置等が備えられる。マイクロコンピュータ８の操作
者は、簡易なパソコン用の言語等を用いて容易にパラメ
ータの変更等を行うことができる。なお、後述するよう
に測定結果はＣＲＴＩＯに表示されると共にプリンター
９に記憶される。図中、参照番号１２はインターフェイ
スであって、パソコンのＲ３２３２Ｃ等による外部バス
を介して得た直列データをパルスジェネレータ１３．１
４に供給するために設けられる。この直列データによっ
て、Ｘ−Ｙテーブル１７を予めプログラミングされた内
容に沿って駆動し、また、モータが定速回転した時にの
み計測が行われるよ、うに駆動を制御する。また、参照
番号１５及び１６はパルスモータドライバであって、図
示せぬパルスモータを駆動してＸ−Ｙテーブル１７を移
動させるために用いられる。高分解能の装置とするため
、パルスモータドライバ１５．１６は、６０００ＰＰＳ
〜ｔｏｏｏｏｐｐｓの応答特性を有するものを用いるこ
とが望ましく、また、Ｘ−Ｙテーブル１７は、繰り返し
位置決め精度が±０．００３　ｉｎ程度のものを用いる
ことが望ましい。パルスモータとしては５相モータを使
用し、高分解能とすると共に、振動により測定結果が左
右されないようにする。

装置の動作モードには対象ワークの切換モードと対象ワ
ークのセレクトモードとがある。対象ワークの切換モー
ドでは、ワークの如何に関わらず、予めメモリにバック
アップされた各種設定データに基づいてＸ−Ｙテーブル
１７が移動し、また、対象ワークのセレクトモードでは
、各ワークに応じて決められたＸ−Ｙテーブル１７の動
作データがメモリに記憶される。動作デ＝り等の各種パ
ラメータの設定は、図示せぬフロッピーディスク等にセ
ーブされたキーボード１１よりの入力データに基づいて
行われる。なお、第５図の模式図の四辺における各端部
において旋回する軌跡を描かせているのは、モータの立
上り及び立下がり部分において測定が行われないように
するためである。これによって定速走行時にのみ測定が
行われることになる。

装置の動作モードとしては、自動動作モードと手動動作
モードがある。自動動作モードでは、ワークの交換後、
一定時間経過すると自動的に再スタートする。また、手
動動作モードでは、ワークの交換後に図示せぬスイッチ
等を操作すると再スタートする。Ｘ−Ｙテーブル１７の
送り速度の制御等によって検査のスピードを調整するこ
とが可能であり、段階的あるいは連続的のいずれの制御
をも行うことができる。一方、スキャンユング中におけ
るレーザ光距離測定装置の出力電圧を監視して制御を行
うことが可能である。例えば、第２図に示す電圧の変化
幅Ｘの大きさが所定の変化幅を超えた時にＣＲＴＩＯの
表示内容を変え、また、プリンター９にて打ち出す際に
マークを付す等の制御が可能である。

電圧の変化幅Ｘの許容値等のパラメータの設定は、キー
ボード１１より容易に行うことができる。

なお、この電圧の変化幅Ｘの許容値は、被測定対象物の
公差の許容値に相当するものである。

キーボード１１より人力する際は、龍規格とＭＩＬＬ規
格の両方から設定可能となっている。公差の例を示すと
、龍規格で最小１．２２μｍであり、旧ＬＬ規格で最小
０．３ＭＩＬＬ”ｉ？ある。なお、ｘ−Ｙテーブル１７
の検査原点および移動範囲、並びに、移動距離等の設定
データを入力するためのメンテナンスモードが設けられ
、ワークの変更時にはこのモードによる操作が行われる
。

第７図（ａ）は、本発明に係る装置のフローチャートで
ある。次に、この第７図（ａ）と共に本発明に係る装置
の制御フローを説明する。先ずステップ５１００におい
て電源が投入された後、ステップｓ　ｔｏｉにて各種パ
ラメータの設定が行われる。次いでステップ５１０２に
おいて測定対象物のセットが行われ、ステップＳ　１０
３にてスタートのｔ旨示が与えられると、ステップＳ　
１０４にてＸ−Ｙテーブルの移動が開始される。Ｘ−Ｙ
テーブルの移動に伴い、ステップ８１０６にてサンプリ
ング、即ら、計測が行われる。ステップ５１０６におけ
るサンプリングはステップ５１０５においてＸ−Ｙテー
ブルの移動が終了する迄、継続的に行われる。ステップ
５１０７において、各サンプリングが終了すると、ステ
ップ３１０Ｂにおいてデータの処理が行われる。通常、
データのサンプリング毎に処理が行われ、その結果がコ
ンピュータ装置内のメモリに蓄積される。１つのワーク
の測定が終了すると、ステップ５１０９において測定ワ
ークを切換えるか否かが判別される。測定ワークの切換
えの必要が無い場合は、ステップ５１０２に制御が移っ
て測定対象物のセットが行われる。測定ワークを切換え
た場合は、ステップＳ　１１０において検査対象ジグが
交換され、更に、パラメータを設定し直すため制御がス
テップＳ　１０１に移る。

第７図Ｔｂ）は、１つの測定が終了した際に、印字およ
びファイルへのデータのセーブを行わせるか否かを判別
させるステップの例を示すフローチャートである。同図
においてステップ３１２０で停止信号が発生すると、ス
テップ５１２１にて測定を終了するか否かが判別される
。測定を終了させない場合は、ステップＳ　１２２に制
御が移って測定が継続される。一方、測定を終了すると
判別された場合は、ステップ３１２３においてプリント
アウトするか否かが判別される。プリントアウトする場
合は、ステップ５１２４にて印字が行われ、また、プリ
ントアウトしない場合は、更に、ステップ５１２５にお
いてファイルに記憶するか否かが判別される。ファイル
に記憶する場合は、ステップ３１２６に制御が移り、ま
た、ファイルに記ｔαしない場合は、ステップ５１２７
に制御が移って測定が継続される。

〔発明の効果〕

以上述べてきたように、本発明によれば、比較的安価な
装置にて正確な数値出力が迅速に得られると共に、作業
性に優れた表面形状測定装置が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理図、第２図は本発明にかかる装置
の出力の例を示すグラフ、第３図は被測定ワーク及び被
測定対象物の部分側面図、第４図はレーザ光距離測定装
置の出方を模式的に示すグラフ、第５図（八）、（Ｂ）
は被測定ワークの移動経路を示す模式図、第６図は本発
明にかかる表面形状測定装置のブロック回路図、第７図
ｆａ＋は本発明に係る装置のフローチャート、第７図山
）は本発明に係る装置の部分フローチャートである。 符号の説明 １．１ａ−・・レーザヘッド、２・・・測定部３−・・
被測定ワーク、　　　５−・・被測定対象物７・−・Ａ
／Ｄ変換器 ８・・・マイクロコンピュータ ９・・・プリンター　　　　１０・・・ＣＲＴｌｌ−・
キーボード、　　　　１２・−・インターフェイス１３
．１４・・・−パルスジェネレータ１５．１６・−・パ
ルスモータドライブ１７・・・Ｘ−Ｙテーブル 特許出願人　　精栄工産株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｘ−Ｙテーブル上の被測定物体と測定部との間の
   距離に比例するアナログ出力を発生する複数のレーザ光
   距離測定装置と、前記アナログ出力をデジタル出力に変
   換するＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／Ｄ変換器の出力を記憶
   する記憶装置と、前記記憶装置に記憶された内容を演算
   して演算結果をＣＲＴに表示させると共に前記被測定物
   体を移動させるための信号を発生するマイクロコンピュ
   ータと、前記信号を受けて前記Ｘ−Ｙテーブルを移動さ
   せるパルスモータとを備え、前記Ｘ−Ｙテーブルの移動
   により前記被測定物体の表面寸法が連続的に測定される
   ことを特徴とする表面形状測定装置。