JPH0651812U - 画像処理型測定機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 可動部を含むことなく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
像処理型測定機を提供する。 【構成】 光学系３７の光軸を中心とする円環状でかつ
光軸上の一点に光軸に対して異なる角度で集光する複数
の円環状光束発生手段５３，５４を光軸と同心状に配置
するとともに、これらの複数の円環状光束発生手段の光
ファイバ５８，５９に光を選択的に入射させるマスク板
６１をスライド自在に設ける。マスク板６１のスライド
によって円環状光束発生手段を選択すれば、光軸上の一
点に集光する照明光の角度が光軸に対して変化するの
で、集光点位置を定位置に保ったまま照明光の入射角度
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、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関する。詳しくは、光学系の光軸に対して傾 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、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で 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比較的浅い円筒状エッジ部を有する ものでは、エッジ部の深さと照明光の照射角度との関係によって、そのエッジ部 の影を全周に亘って鮮明に描写できない。このため、表示装置などに描写される 画像は立体感が損なわれる結果、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、角度変更手段によって可動ミラーの 傾斜角度が変更されるため、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、照明側に可動ミラーがあるため、つまり、可動部があるため、 その可動ミラーの傾斜動に伴う振動が光学系に影響を及ぼし、測定精度を低下さ せるという問題がある。

【０００８】 また、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ようとした場合、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。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、可動部を含むこと なく、かつ、簡単な構造で被測定物に対する照明光の照明角度を変化させること 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、 前記光学系の光軸を中心とする円環状でかつ光軸上の一点に光軸に対して異な る角度で集光する複数の円環状光束発生手段を光軸と同心状に配置するとともに 、これらの複数の円環状光束発生手段を選択的に有効とする切換手段を設けた、 ことを特徴とする。

【００１１】

【作用】

光軸と同心状に配置された複数の円環状光束発生手段のうち、切換手段によっ ていずれかを選択的に有効とすると、その選択された円環状光束発生手段からの 照明光のみが円環状にかつ光軸上の一点に集光される。このとき、複数の円環状 光束発生手段からの照明光は光軸上の一点に光軸に対して異なる角度で集光する ように構成されているから、切換手段によって有効とする円環状光束発生手段の を選択すれば、照明光の集光点が光軸上の定位置に保たれたまま、その集光点定 位置における照明光の入射角度が変化される。よって、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を介して昇降軸４２が上下方向へ摺動自在に支持されている。 保持ブロック４１の内部には、前記昇降軸４２の長手方向に沿って形成されたラ ック４３に噛合するピニオン４４が回転自在に支持されている。ピニオン４４の 軸４５には、モータ４６が連結されている。これにより、モータ４６が駆動する と、ピニオン４４およびラック４３を介して昇降軸４２が上下方向へ摺動される 。昇降軸４２の下端には、Ｌ形ブラケット５１を介してリング状の保持リング５ ２が前記光学系３７の光軸と同軸上に取り付けられている。

【００１７】 前記保持リング５２には、その内部に前記光軸を中心とする円環状でかつ光軸 上の一点Ｐに光軸に対して異なる角度θ_1,θ₂ で集光する２つの円環状光束発生 手段５３，５４が光軸と同心状に配置されているとともに、それより上部一側に 貫通孔５５が形成されている。各円環状光束発生手段５３，５４は、図３および 図４に示す如く、内部に環状空間を有するリング状部材５６，５７と、このリン グ状部材５６，５７の環状空間内に束ねた状態で収納され複数本の光ファイバ５ ８，５９とから構成されている。各光ファイバ５８，５９の先端は、１本ずつリ ング状部材５６，５７の下面に沿って円環状に整列配列され、かつ、そこからの 照明光が前記光軸上の一点に集光するような角度で配置されている。

【００１８】 前記両光ファイバ５８，５９は、共に同心状に束ねられて１本のチューブ６０ とされている。そのチューブ６０の先端には光源６２が対向配置され、その間に はファイバ５８，５９の双方およびいずれか一方を選択的に有効とする（つまり 、光源６２からの光を入射させて有効とする）切換手段としてのマスク板６１が スライド可能に介在されている。チューブ６０の先端は、図５に示す如く、外側 に光ファイバ５８が、内側に光ファイバ５９がくるように束ねられている。

【００１９】 前記マスク板６１には、図６に示す如く、第１の切換位置Ａに前記両光ファイ バ５８，５９で構成される円と対応する大きさの円形の光透過部６１Ａが、第２ の切換位置Ｂに前記光ファイバ５９で構成される円と対応する大きさの円形の光 透過部６１Ｂが、第３の切換位置Ｃに外径が光ファイバ５８で構成される円と対 応する大きさでかつ内径が前記光ファイバ５９で構成される円と対応する大きさ の環状帯の光透過部６１Ｃがそれぞれ形成されている。なお、これ以外の部分は 遮光されている。

【００２０】 前記画像表示装置９０は、ＣＲＴ９１と、前記モータ４６の駆動制御を行うと ともに、前記円環状光束発生手段５３，５４の切換を行い、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。

【００２１】 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。

【００２２】 円環状光束発生手段５３，５４から出力された照明光は、光軸上の被測定物２ ５で反射されたのち、対物レンズ３４、結像レンズ３５を介してＣＣＤカメラ３ ６に入射される。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 。

【００２３】 例えば、いま、円環状光束発生手段５４を使用し、照明光が光軸に対してθ₂ の角度で被測定物２５に対して照射されている状態のときに、被測定物２５のエ ッジ部の影がＣＲＴ９１に鮮明に表示されなかった場合、マスク板６１を第３の 切換位置Ｃまでスライドさせる。すると、円環状光束発生手段５３の光ファイバ ５８のみに光源６２からの光が入射されるから、今度は、照明光が光軸に対して θ₁ の角度で被測定物２５に対して照射される。

【００２４】 その結果、照明光の集光点が定位置に保たれたまま、被測定物２５に対しては より傾いた角度で照明光が照射されることになるから、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。例えば、被測定物２５ のエッジ部が浅いものでは、照明光の光軸に対する傾斜角度θを大きくすれば、 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。

【００２５】 従って、本実施例によれば、光軸を中心とする円環状でかつ光軸上の一点に光 軸に対して異なる角度で集光する光ファイバ５８，５９からなる複数の円環状光 束発生手段５３，５４を光軸と同心状に配置するとともに、これらの複数の円環 状光束発生手段５３，５４の光ファイバ５８，５９に対して光を選択的に入射さ せるマスク板６１をスライド可能に設けたので、マスク板６１をスライドさせる だけで光ファイバ５８，５９に対して光を選択的に入射させることができる。

【００２６】 すると、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、 円環状光束発生手段５３，５４、マスク板６１および光源６２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、照明側には可動部がないから、可動部の可動に伴う振動が光学系に与えられ ることがなく、高精度測定を保証できる。

【００２８】 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。 例えば、円環状光束発生手段５３，５４の光ファイバ５８，５９を１本のチュ ーブ６０とするのではなく、図７に示すように、それぞれ別々にし、これらに光 を選択的に入射するようにしてもよい。

【００２９】 また、円環状光束発生手段５３，５４としては、図８に示すように、複数の光 ファイバ５８，５９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５８，５９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５６，５ ７の下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円環状光束発生手段５３，５ ４の光量を細かく調整できる利点がある。

【００３０】 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。

【００３１】

【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、可動部を含むことなく、か つ、簡単な構造で被測定物に対する照明光の照明角度を変化させることができる 。

【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】円環状光束発生手段を示す斜視図である。

【図４】図３の円環状光束発生手段を下方から見上げた
図である。

【図５】光ファイバの先端を示す図である。

【図６】図３のマスク板を示す図である。

【図７】円環状光束発生手段の他の例を示す斜視図であ
る。

【図８】円環状光束発生手段の更に他の例を示す斜視図
である。

【符号の説明】

１０ 画像処理型測定機 ２５ 被測定物 ３７ 光学系 ５３，５４ 円環状光束発生手段 ５８，５９ 光ファイバ ６１ マスク板（切換手段）

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、 前記光学系の光軸を中心とする円環状でかつ光軸上の一
   点に光軸に対して異なる角度で集光する複数の円環状光
   束発生手段を光軸と同心状に配置するとともに、これら
   の複数の円環状光束発生手段を選択的に有効とする切換
   手段を設けた、ことを特徴とする画像処理型測定機。