JPH08201038A - 物体形状測定方法及び物体形状測定装置 - Google Patents

物体形状測定方法及び物体形状測定装置

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JPH08201038A
JPH08201038A JP7011342A JP1134295A JPH08201038A JP H08201038 A JPH08201038 A JP H08201038A JP 7011342 A JP7011342 A JP 7011342A JP 1134295 A JP1134295 A JP 1134295A JP H08201038 A JPH08201038 A JP H08201038A
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Suguru Otsu
英 大津
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Abstract

(57)【要約】 【目的】高速で移動する物体の形状を高精度にかつ容易
に計測する。 【構成】バックライト2が照射された被測定物1のエッ
ジを回転ミラー3を通して撮像レンズ系5により一次元
CCD6に結像させ、被測定物1の送りを時間軸とし、
外形を空間分布として外形の二次元分布を得る。ここで
被測定物1の送りと回転ミラー3の回転角を少しずらし
て略同期させることにより、被測定物1の高速移動によ
る像流れを減少せしめ、高分解能の形状測定を可能にす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、物体の形状の測定方式
に関し、特に、静止物体から高速移動物体までその表面
形状や輪郭を光学的に測定することができる物体形状測
定方法及び物体形状測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の物体形状の測定技術とし
ては、テレビカメラ等の二次元的な撮像カメラを利用し
て、対象物体を固定して撮像カメラで撮像し二次元的な
画像パターン信号を得て画像処理を行うことにより物体
表面を測定するというものが殆どであり、特に高速に移
動する物体の計測には不向きであった。また、二次元撮
像素子を使用して、移動する物体の形状を計測する方法
も知られているが、物体の像の流れの影響を排除するた
めレーザー光源や特殊な撮像素子や撮像カメラを必要と
していた。
【0003】例えば、高速に移動する物体の形状を光学
的に計測する方法として、パルス的に発光する半導体レ
ーザーの板状光源又はレーザー走査光源を用いて対象物
体の光切断像を形成し、撮像側には、二次元半導体撮像
素子を遅延積分型リニアアレイとして用いた特殊撮像カ
メラを使用して、前記光切断像を少しづつずらしながら
重ね撮像し該撮像信号を処理することによって、移動物
体の面を測定することが特開平4−348211号公報
に記載されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の被測定
物体の形状測定技術は、本質的に二次元の撮像素子を利
用し空間的信号処理を行うもので、移動物体の計測には
適しておらず、また、移動物体の計測を行うものは、像
流れの影響を除くためレーザー光源や特殊撮像カメラ等
を必要とするものであった。本発明は回転ミラーと一次
元イメージセンサーを用いることで高精度に物体の形状
測定を可能とするものである。即ち、本発明は、高速に
移動する物体でも像流れの影響が少なく高い分解能でそ
の形状の測定を可能とする物体形状計測方法及び物体形
状測定装置を提供することを目的とするものである。
【0005】また、本発明は、被測定物の所定の点又は
線部分の形状、又は所定の幅の範囲の連続形状を高精度
に計測することを可能とする物体形状計測方法及び物体
形状測定装置を提供することを他の目的とするものであ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、被測定物の測定部分に対向する回転ミラ
ーを、被測定物の静止、低速移動又は高速移動の各状態
に応じそれぞれ低速回転、回転停止及び略同期回転の各
状態とし、前記回転ミラーからの反射光を撮像レンズに
より一次元イメージセンサー上に集光し、前記一次元イ
メージセンサーより線像を検出することを特徴とする構
成を採用している。また、物体形状測定装置として、被
測定物の表面に光を照射する照明装置と、被測定物の測
定部分を映す回転ミラーと、回転ミラーの回転、停止を
制御する制御装置と、回転ミラーからの反射光を集光す
る撮像レンズと、撮像レンズの焦点面上に位置し被測定
物の線像を検出する一次元イメージセンサーと、一次元
イメージセンサーからの信号を処理する処理装置とを備
えることを特徴とする構成を採用している。
【0007】
【実施例】本発明について図面を参照して説明する。
【0008】図1は本発明の一実施例の全体構成を示す
図である。同図において、1は被測定物、2は背景光を
与える点又は面状のバックライト光源、3は多角注の回
転ミラー、4は回転ミラーの駆動モーター、5は撮像一
次元レンズ系、6は一次元の電荷結合素子等のイメージ
センサー(以下、CCDと云う。)、7は画像処理装
置、8は表示装置、9は回転ミラーの回転、停止等の制
御を行う制御装置、10は被測定物を固定乃至搬送する
ステージである。
【0009】図1に示す被測定物と測定装置の配置構成
において、最初に、被測定物1の移動と回転ミラー3の
回転を停止させて計測する場合について説明する。この
ような光源、被測定物、回転ミラーの配置においては、
該被測定物1は背後より照射されたバックライト光を一
部遮ることから、回転ミラー3側からは、被測定物1の
外形又はエッジ部分を境にして明暗が上下に分かれた像
としてみえ、回転ミラー3には明暗像が入射する。該明
暗像は回転ミラー3面で反射され撮像一次元レンズ5に
入射する。該撮像一次元レンズ5は回転ミラー3からの
光を屈折、集光させ、一次元CCD6を含む面に、エッ
ジ部分が縦方向の明暗の境界で判別可能な像として結像
させる。この像は、回転ミラー3の面積に応じた被測定
物1の見える範囲の像であり、撮像一次元レンズ5の特
性等により決まる一次元CCD6の横幅より広い像とな
る。ただし、一次元CCD6上の像自体は図2に示すよ
うに、バックライト光を受けた被測定物1からの像の縦
方向の一本の線像であり、被測定物1の外形の一点であ
るエッジ点の位置が一次元CCD6の出力から読みとる
ことができる。この出力波形を図4(A)に示してい
る。一次元CCD6における電荷はバックライト光が入
射している明るい部分の素子に充分に蓄積され、被測定
物1により遮られた暗い部分の素子には殆ど蓄積されな
いから、一次元CCD6から電荷を読み出した出力波形
はエッジに対応した位置で出力レベルが急変するパルス
状の波形となる。この波形の変化点を検出することによ
りエッジの位置が計測できる。
【0010】以上は物体の形状測定を被測定物1及び回
転ミラー3ともに停止して行った場合であるが、次に被
測定物1又は回転ミラー3の一方を移動又は回転させて
測定する場合について説明する。回転ミラー3には、一
次元CCD6側から見ると図3(A)のように被測定物
1の一定範囲の像が映されおり、被測定物1と回転ミラ
ー3の相対的な動きにより、光学系を介して一次元CC
D6に結像する線像は時間とともに移動してゆく。即
ち、一次元CCD6が被測定物1のエッジラインを水平
走査していくようになる。一次元CCD6の読み出しを
高速化していくと、図3(B)に示すように被測定物1
の送り又は回転ミラー3の回転と一次元CCD6のチャ
ージに必要な時間(約△t)により決まる間隔で被測定
物1の微少の長さ△Rの分解能で形状(エッジライン)
を測定することが可能である。
【0011】この場合、画像処理装置7において、図4
(A)に示すように読み出された時間軸上の個々の信号
のエッジ位置情報を△t毎の距離情報に並べ替え、ま
た、必要により補間処理等を施して図4(B)のように
時間軸上のエッジ位置情報に変換した二次元画像出力に
変換し、表示装置8等への表示を可能とする。このよう
に被測定物をゆっくり移動させたり、又は被測定物が移
動しない場合は回転ミラーを回転させてその外形等を測
定する。
【0012】次に、被測定物1が高速で移動し回転ミラ
ー3が静止している場合を考えると、この場合は一次元
CCD6の読み出し速度に限界があることから、線像が
流れ形状の正確な測定は不可能である。本発明において
はこの場合、制御装置9により回転ミラー3の駆動を制
御し、被測定物1の移動方向に合わせて回転ミラーを略
同期的に回転させ像流れを停止させて測定する。即ち、
回転ミラーの制御により見かけ上像を静止又は低速化す
ることができので所望の被測定物のエッジを高い分解能
で測定することができる。
【0013】また、回転ミラー3の回転速度は被測定物
1の移動に完全に同期させると多角柱ミラーの各面での
反射像の線像は一次元CCD6上で停止して見えること
になり被測定物1のエッジの一点のみの測定となり、被
測定物1のとびとびの点が正確に測定できる。更に、被
測定物1のエッジラインを一定幅の単位で計測する場合
は、回転ミラーの回転の同期を僅かにずらし、一次元C
CD6上の線像の読み出し上の許容速度の範囲において
像流れを生ぜしめミラー面単位で被測定物1のエッジラ
インの計測を行う。点又は一定幅の計測部分については
図5に示しており、計測出力を前記二次元画像信号に変
換したエッジ位置出力は図4(C)に示している。
【0014】前述の一実施例の物体形状の測定では、バ
ックライト光源2を使用することから被測定物1のエッ
ジの測定に限られるが、被測定物1の測定する外形部分
に応じて、単一の光源の光を回転ミラー3側から照射し
たり、前記バックライト光源2に加え被測定物1の上
方、バックライト光源2と反対側等に更に光源を追加
し、また、適宜それぞれ光量を調整して被測定物1の形
状を浮き上がらせて前記と同様の測定を行えば、被測定
物1のエッジ以外の各部の形状の計測が可能となる。こ
の場合、一次元CCD6からの読み出し出力波形は多数
の凹凸のある信号となるが、各凹凸のレベルを弁別する
波形処理を、多段比較器群やコンピュータ等、ハード又
はソフトによる画像処理を施すことにより、二次元又は
三次元の画像信号とする。このような計測により、被測
定物1のエッジ、バリ、凹凸、穴、欠陥の形状等を表示
装置8で表示することが可能となる。
【0015】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、回転ミ
ラーと一次元イメージセンサーを用いることで高精度に
物体の形状測定を可能としたものであり、被測定物の静
止、移動の状況に応じた最適な計測法を選択できるもの
である。例えば、低速で移動する被測定物の形状は回転
ミラーの回転を停止させて測定でき、また、停止してい
る被測定物は回転ミラーを低速で回転させることでその
形状の計測を行うことができる。特に、高速に移動する
物体の形状の測定においては、被測定物1の移動速度と
回転ミラー3の回転角とを略同期させて回転させること
で、像の流れにより計測不可能であった形状測定を可能
とし物体形状の測定精度を格段に向上することができ
る。また、被測定物に対し回転ミラーの回転を完全に同
期させ、被測定物の測定点を高い分解能で測定すること
も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す図である。
【図2】被測定物の線像の結像の光学系の様子を示す図
である。
【図3】線像の移動と一次元イメージセンサーの読出し
動作の関係を示す図である。
【図4】一次元イメージセンサーの読出し出力とその画
像処理出力を示す図である。
【図5】被測定物の計測部分を示す図である。
【符号の説明】
1 被測定物 2 バックライト光源 3 回転ミラー 4 モータ 5 撮像レンズ系 6 一次元イメージセンサー(CCD) 7 画像処理装置 8 表示装置 9 制御装置 10 ステージ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被測定物の測定部分に対向する回転ミラ
    ーを被測定物の移動速度に略同期して回転させ、前記回
    転ミラーからの反射光を撮像レンズにより一次元イメー
    ジセンサー上に集光し、前記一次元イメージセンサーよ
    り線像を検出することを特徴とする物体形状測定方法。
  2. 【請求項2】 被測定物の測定部分に対向する回転ミラ
    ーを、被測定物の静止、低速移動又は高速移動の各状態
    に応じそれぞれ低速回転、回転停止及び略同期回転の各
    状態とし、前記回転ミラーからの反射光を撮像レンズに
    より一次元イメージセンサー上に集光し、前記一次元イ
    メージセンサーより線像を検出することを特徴とする物
    体形状測定方法。
  3. 【請求項3】 被測定物に光を照射する照明装置と、被
    測定物の測定部分を映す回転ミラーと、回転ミラーを制
    御する制御装置と、回転ミラーからの反射光を集光する
    撮像レンズと、撮像レンズの焦点面上に位置し被測定物
    の線像を検出する一次元イメージセンサーと、一次元イ
    メージセンサーからの信号を処理する処理装置とを備え
    ることを特徴とする物体形状測定装置。
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