JPH0571707U - 画像処理型測定機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単かつ安価な構造で被測定物に対する照明
光の角度を変化させることができる画像処理形測定機を
提供する。 【構成】 光発生手段４６と、この光発生手段４６から
光学系３７の光軸に向かって向心状に発生した照明光を
屈折させて前記光軸に集光させかつ光発生手段４６との
光軸方向における相対位置に応じて照明光を異なる角度
で屈折させるリング状レンズ５１と、集光点を定位置に
保持しつつ光発生手段４６とリング状レンズ５１とを差
動的に移動させる駆動手段６８とを設ける。光発生手段
４６とリング状レンズ５１とを差動的に移動させるだけ
で両者の相対位置が変化するので、集光点を定位置に保
ったままその点における入射角を変化させることができ
る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、画像処理型測定機に関する。詳しくは、光学系によって得られた被 測定物の画像から被測定物の寸法や形状などを測定する画像処理型測定機におい て、光学系の光軸に対して所定の角度傾斜した方向から照明光を被測定物に照射 し、特に、被測定物の端部（エッジ部）などの影を鮮明に描写可能とする照明装 置の改良に関する。

【０００２】

【背景技術】

拡大光学系によって被測定物の測定部位を光学的に拡大し、その拡大画像から 被測定物の寸法や形状などを測定する画像処理型測定機、例えば、工具顕微鏡、 投影機、視認型三次元測定機などでは、被測定物の拡大画像を得る上で被測定物 に対する照明がきわめて重要な役割を果たす。

【０００３】 従来、画像処理型測定機における照明方式として、被測定物に対してほぼ真上 から照明光を被測定物に照射する垂直落射照明方式が知られている。しかし、こ の垂直落射照明方式は、形状が比較的簡単な被測定物を測定するときに用いられ る場合が多く、複雑な形状を呈する被測定物、例えば、エッジ部を数多く有する 被測定物（階段状の物）の測定では、そのエッジ部の影を表示装置などに鮮明に 描写できない場合がある。

【０００４】 そこで、これを解決するものとして、拡大光学系の光軸に対して所定の角度傾 斜した方向から照明光を被測定物に照射することで、エッジ部の影を鮮明に検出 できるようにした方式が提案されている。例えば、米国特許第４５６７５５１号 にその技術思想が開示されている。これは、光源から照明光を略水平方向へ出力 し、その照明光を固定ミラーで斜め下方へ反射させた後、ガラス板などで屈折さ せて被測定物に照射する方法である。

【０００５】 しかし、これにしても、被測定物に対する照明光の照射角度が一定であるため 、エッジ部の形状によってはそのエッジ部の画像を表示装置に鮮明に描写できな い。例えば、被測定物がコインなどのように浅い円筒状エッジ部を有するもので は、そのエッジ部の影を鮮明に描写できない。このため、表示装置などに描写さ れた画像は立体感が損なわれ、被測定物の寸法や形状を正確に測定することが困 難になる。

【０００６】 そこで、本出願人は、このような問題を解消するものとして、先に、特開平２ −２３６４０５号を提案している。これは、支持台に被測定物の形状を認識する 形状認識手段を設けるとともに、傾斜可能に支持された可動ミラーを含み、その 可動ミラーを介して被測定物に対して所定角度傾斜した方向から照明光を照射す る照明手段を前記形状認識手段に対して昇降可能に設け、この照明手段の昇降に 連動して可動ミラーの傾斜角度を変更する角度変更手段を設けた構造である。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

上記特開平２−２３６４０５号のものは、照明手段の可動ミラーの傾斜角度に よって被測定物に対する照明光の照射角度を変えることができる。しかし、例え ば、被測定物の浅い円筒状エッジ部の影を強調するためにその円筒状エッジ部の 周囲から照明光を照射させる場合、形状認識手段の光軸を中心とする同一円周上 に複数の可動ミラーを配置しなければならないから、部品点数が増え、組立て工 数の増大を招くという欠点がある。

【０００８】 しかも、可動ミラーの傾斜角度を変化させる角度変更手段についても、これら の複数の可動ミラーの傾斜角度を照明手段の昇降に連動してかつ同時に制御しな ければならないから、構造的にも複雑化し、装置の大型化を招く上、コストアッ プにつながるという欠点がある。

【０００９】 ここに、本考案の目的は、このような従来の問題を解消し、部品点数が少なく 、しかも、簡易かつ安価に構成することができる画像処理型測定機を提供するこ とにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

そのため、本考案の画像処理型測定機は、光学系によって得られた被測定物の 画像から被測定物の寸法や形状などを測定する画像処理型測定機であって、前記 光学系の光軸に向かって向心状に照明光を発生する光発生手段と、前記光軸と同 心で、かつ、前記光発生手段からの照明光を屈折させ前記光軸上に集光させると ともに、その光発生手段との前記光軸方向における相対位置に応じて光発生手段 からの照明光を異なる角度で反射させるリング状レンズと、前記集光点が定位置 に保持されるように前記光発生手段とリング状レンズとを前記光軸方向に沿って 差動的に移動させる駆動手段と、を備えている。

【００１１】

【作用】

光学系によって得られた被測定物の画像が鮮明でない場合、駆動手段を駆動さ せる。すると、光発生手段とリング状レンズとが光学系の光軸方向に沿って差動 的に移動される。その結果、光発生手段とリング状レンズとの光軸方向における 相対位置が変化するので、照明光の集光点が光軸上の定位置に保たれたまま、そ の集光点位置における照明光の入射角度が変化される。よって、定位置における 照明光の光量を変化させることなく、その集光点位置における照明光の入射角度 を変化させることができる。つまり、被測定物のエッジ部の形状などに応じて適 正な角度で照明光を照射することができるから、被測定物のエッジ部などの画像 も立体感を損なうことなく鮮明に描写できる。

【００１２】

【実施例】

以下、本考案の画像処理型測定機について好適な実施例を挙げ、添付図面を参 照しながら詳細に説明する。 図１は本実施例の画像処理型測定機を示している。同画像処理型測定機１０は 、大きく分けて、工具顕微鏡からなる顕微鏡２０と、画像表示装置９０とから構 成されている。

【００１３】 前記顕微鏡２０は、側面Ｌ字形の支持台２１を含む。支持台２１の前面下部か ら前方へ向かって突出した基部２１Ａ上には、上面に被測定物２５を載置する載 物台２２が設置されている。載物台２２は、水平面内における直交二軸方向、つ まり、左右方向（Ｘ軸方向）および前後方向（Ｙ軸方向）へそれぞれ移動可能な Ｘ−Ｙテーブルから構成され、かつ、各軸方向の移動量がＸ軸マイクロメータヘ ッド２３およびＹ軸マイクロメータヘッド２４により設定または計測できるよう になっている。

【００１４】 前記支持台２１の前面上部には、上下動つまみ２６を有する上下動ガイド２７ が設けられている。上下動ガイド２７には、上下動つまみ２６の回動操作によっ て、図示しないラックやピニオンなどを介して上下動する側面コ字形の支持枠３ １が上下動可能に支持されている。支持枠３１の前面開放端において、その左右 両端には円柱体３２がそれぞれ介装されて支持枠３１の補強がなされているとと もに、支持枠３１の開放側には平面コ字形のカバー３３が取り付けられるように なっている。

【００１５】 前記支持枠３１の中心部には、拡大光学系３７が設けられている。拡大光学系 ３７は、支持枠３１の下方に突出した対物レンズ３４と、この対物レンズ３４と 同軸上に設けられた結像レンズ３５と、この結像レンズ３５と同軸上に設けられ かつ支持枠３１上に突出したＣＣＤカメラ３６とから構成されている。ＣＣＤカ メラ３６には、配線コード３８を介して前記画像表示装置９０が接続されている 。

【００１６】 前記支持枠３１の内部には、図２にも示すように、支持枠３１内に設けられた 保持ブロック４１を介して一対の昇降軸４２，４３が上下方向へ摺動自在に支持 されている。昇降軸４３の下端には、ブラケット４４を介して、前記光学系３７ の光軸に向かって向心状に照明光を発生するリング状の光発生手段４６が前記光 学系３７の光軸と同心状に配置されている。光発生手段４６は、図３に示す如く 、リング状部材４７と、このリング状部材４７の内周面から前記光軸に向かって 向心状に照明光を発生する複数本の光ファイバ４８とから構成されている。光フ ァイバ４８は、複数本を束ねた状態でリング状部材４７の内部に円環状に収納さ れ、かつ、各端面が１本ずつリング状部材４７の内周面に沿って整列配列されて いる。

【００１７】 前記昇降軸４２の下端には、リング状レンズ５１が前記光学系３７の光軸と同 心状に取り付けられているとともに、そのリング状レンズ５１の内側焦点位置に 帯状のマスク５２が取り付けられている。リング状レンズ５１は、前記光発生手 段４６からの照明光を内側へ向かって屈折させ前記光軸上に集光させるとともに 、その光発生手段４６との前記光軸方向における相対位置に応じて光発生手段４ ６からの照明光を異なる角度で屈折させる。なお、光発生手段４６の上面には、 前記リング状レンズ５１の上部を覆うカバー５４が取り付けられている。カバー ５４には、前記昇降軸４２の逃げ孔５５がそれぞれ形成されている。

【００１８】 前記保持ブロック４１の内部には、前記一対の昇降軸４２，４３の対向側面長 手方向に沿って形成されたラック６１，６２に噛合するピニオン６３，６４がそ れぞれ回転自在に支持されている。ピニオン６４の軸６５には、モータ６６が連 結されているとともに、前記前記ピニオン６３に噛合するピニオン６７が設けら れている。ここで、これらピニオン６３，６４，６７の歯数ｎ_1,ｎ_2,ｎ₃ は、ｎ ₂ ＞ｎ₁ ＞ｎ₃ に設定されている。従って、図２の状態から昇降軸４２，４３が 下降したとすると、昇降軸４２の下降量よりも昇降軸４３の下降量が多くなるよ うになっている。ここに、昇降軸４２，４３、ラック６１，６２、ピニオン６３ ，６４，６７およびモータ６６により、集光点が定位置に保持されるように前記 光発生手段４６と前記リング状レンズ５１とを前記光軸方向に沿って差動的に移 動させる駆動手段６８が構成されている。

【００１９】 前記画像表示装置９０は、ＣＲＴ９１と、前記モータ６６の駆動制御を行うと ともに、前記光発生手段４６の光量制御を行い、かつ、前記ＣＣＤカメラ３６か らの信号をＣＲＴ９１に表示させる制御装置９２とから構成されている。制御装 置９２は、前記各制御を行うためのつまみ、スイッチなどからなる操作部９３を その前部に備えている。

【００２０】 次に、本実施例の作用を説明する。 測定に当たっては、載物台２２の上に載置された被測定物２５が対物レンズ３ ４に対向位置するように載物台２２のＸ軸およびＹ軸マイクロメータヘッド２３ ，２４を回して設定しておく。また、上下動つまみ２６を回して対物レンズ３４ の焦点位置に被測定物２５の測定部位が位置するように設定しておく。

【００２１】 光発生手段４６から光軸へ向かって向心状に出力された照明光は、リング状レ ンズ５１で内側へ向かって屈折された後、光軸上の被測定物２５で反射される。 続いて、対物レンズ３４、結像レンズ３５を介してＣＣＤカメラ３６に入射され 、ここで、電気信号に変換された後、画像表示装置９０の制御装置９２に入力さ れる。その結果、被測定物２５の画像がＣＲＴ９１に表示される。

【００２２】 ここで、ＣＲＴ９１に表示された被測定物２５の画像が鮮明でない場合には、 例えば、被測定物２５のエッジ部の影が鮮明でない場合には、制御装置９２の操 作部９３を操作して駆動手段６８のモータ６６を駆動させる。すると、ピニオン ６３，６４，６７を介して一対の昇降軸４２，４３が差動的に移動される。この とき、例えば、昇降軸４２，４３が下降したとすると、昇降軸４２の下降量より も昇降軸４３の下降量が多くなるようになっているから、リング状レンズ５１よ りも光発生手段４６の方が光軸方向に沿って大きく下降される。

【００２３】 すると、図４（Ａ）（Ｂ）の状態に示す如く、リング状レンズ５１は、光発生 手段４６との光軸方向位置に応じて、光発生手段４６からの照明光を内側へ向か って異なる角度で屈折させるから、光軸上の集光点が定位置に保たれたまま、そ の集光点位置における照明光の入射角度が変化される。従って、被測定物２５の エッジ部の形状などに応じて適正な角度で照明光を照射することができるから、 被測定物２５のエッジ部などの画像も立体感を損なうことなく鮮明に描写できる 。

【００２４】 例えば、被測定物２５のエッジ部が浅いものでは、照明光の傾斜角度θを小さ くすれば、被測定物２５に対する照明光の入射角度も浅くなるから、ＣＲＴ９１ に被測定物２５のエッジ部の影を鮮明に描写させることができる。しかも、図４ （Ａ）（Ｂ）のいずれの状態にあっても、リング状レンズ５１は、光発生手段４ ６からの照明光を内側へ向かってかつ光軸上の定位置に集光させることができる から、被測定物２５に対する照明光の光量も変化することがない。

【００２５】 従って、本実施例によれば、光学系３７の光軸へ向かって向心状に照明光を発 生する光発生手段４６を前記光軸と同心状に設け、それより内方に前記照明光を 内側へ向かって屈折させて光軸に集光させ、かつ、照明光の光軸方向位置に応じ て照明光を異なる角度で屈折させるリング状レンズ５１を設け、前記集光点が定 位置に保持されるようにリング状レンズ５１と光発生手段４６とを光軸方向へ差 動的に移動させる駆動手段６８を設けたので、駆動手段６８によってリング状レ ンズ５１と光発生手段４６とを差動的に移動させれば、光発生手段４６とリング 状レンズ５１との光軸方向における相対位置が変化するので、リング状レンズ５ １によって集光点が光軸上の定位置に保たれる。

【００２６】 つまり、集光点が光軸上の定位置に保たれたまま、その集光点位置における照 明光の入射角度が変化されるから、被測定物２５の対する照明光の光量を変化さ せることなく、被測定物２５に対する照明光の角度を変化させることができる。 よって、被測定物２５のエッジ部の形状などに応じて適正な角度で照明光を照射 することができるから、被測定物２５のエッジ部などの画像も立体感を損なうこ となく鮮明に描画できる。

【００２７】 また、被測定物２５の測定部位に対して周囲から照明光を照射できる構造を、 光発生手段４６、リング状レンズ５１および駆動手段６８だけで構成することが できるから、部品点数も少なくでき、組立て工数の削減に寄与できる。しかも、 駆動手段６８についても、光発生手段４６とリング状レンズ５１とを同方向へ差 動的に移動させるたけでよいから、つまり、光学系３７の光軸方向へ差動的に移 動させるたけでよいから、昇降軸４２，４３に形成したラック６１，６２とピニ オン６３，６４，６７との構成だけで済み、簡単かつ安価に構成できる利点があ る。

【００２８】 また、リング状レンズ５１の内側焦点位置に帯状のマスク５２を配置している ので、照明側がテレセントリックとなり、照明光の照射角度を変えても照明の均 一さが損なわれることがない利点がある。

【００２９】 なお、本考案は、上記実施例の構成に限定されるものでなく、本考案の要旨を 逸脱しない範囲において種々の改良並びに設計変更できる。

【００３０】 例えば、光発生手段４６としては、図５に示すように、複数の光ファイバ４８ を複数の区画に分割し、例えば、９０度の角度範囲を１区画とする４区画に分割 し、各区画内の光ファイバへ光を導入する光源の点灯、消灯を独立的に制御する ようにすれば、光量の調整が容易にできる。更に、光ファイバ４８に代えて、発 光ダイオードなどの発光素子をリング状部材４７の内周面に沿って一列または複 数列に配列するようにしてもよい。このようにすれば、各発光素子の点灯、消灯 を容易にできるから光発生手段４６の光量を細かく調整できる利点がある。

【００３１】 また、駆動手段６８としては、上記実施例で述べたラックとピニオンとを利用 したものに限らず、一対の昇降軸４２，４３を差動的に光軸方向へ移動できるも のであればいずれでもよい。更に、ＣＣＤカメラ３６に代えてイメージオルシコ ンなどを用いてもよい。

【００３２】 また、本考案に係る画像処理型測定機としては、上記実施例のように工具顕微 鏡に適用したものに限らず、投影機、三次元測定機などの他の形式の光学式測定 機にも適用できるものである。

【００３３】

【考案の効果】

以上の通り、本考案の画像処理型測定機によれば、部品点数が少なく、しかも 、簡易かつ安価に構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示す斜視図である。

【図２】図１の要部を示す断面図である。

【図３】光発生手段を示す斜視図である。

【図４】光発生手段とリング状レンズとの関係を説明す
るための図である。

【図５】光発生手段の他の例を示す斜視図である。

【符号の説明】

２５ 被測定物 ３７ 拡大光学系 ４６ 光発生手段 ５１ リング状レンズ ６８ 駆動手段

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】光学系によって得られた被測定物の画像か
   ら被測定物の寸法や形状などを測定する画像処理型測定
   機であって、 前記光学系の光軸に向かって向心状に照明光を発生する
   光発生手段と、 前記光軸と同心で、かつ、前記光発生手段からの照明光
   を屈折させ前記光軸上に集光させるとともに、その光発
   生手段との前記光軸方向における相対位置に応じて光発
   生手段からの照明光を異なる角度で屈折させるリング状
   レンズと、 前記集光点が定位置に保持されるように前記光発生手段
   とリング状レンズとを前記光軸方向に沿って差動的に移
   動させる駆動手段と、 を備えたことを特徴とする画像処理型測定機。